Prinsip Kerja Turbin Uap | Pembangkit Listrik

Turbin merupakan salah satu komponen utama dari Pembangkit Listrik. Turbin adalah peralatan mekanis yang mengubah energi panas menjadi energi kinetik dan akhirnya menjadi kerja mekanis. Pada turbin uap, energi diperoleh dari uap super panas (superheat) yang dihasilkan boiler. 

Media energi yang lebih besar akan menggerakkan sudu-sudu turbin melalui nozzle-nozzle baik berbentuk konvergen maupun konvergen-divergen menumbuk sudu-sudu impulse maupun reaksi yang terhubung dengan poros yang menggerakkan berbagai peralatan mekanis sesuai kebutuhan.

Prinsip Kerja Turbin

Uap bertekanan tinggi diumpankan ke turbin dan mengalir sepanjang porosnya melalu beberapa baris sudu tetap dan gerak. Mulai dari titik masuk turbin hingga titik keluar, sudu-sudu dan casing turbin berangsur membesar untuk memberikan ruang ekspansi bagi uap. 

Sudu tetap bertindak selaku nozzle dimana uap berekspansi dan meningkatkan kecepatan aliran dengan tekanan menurun. Pada saat uap bersinggungan dengan sudu gerak, secara langsung memindahkan sebagian energi kinetiknya pada sudu gerak.

Ada dua tipe turbin uap, turbin impuls dan turbin reaksi, yang mana sudu-sudu tersebut didesain untuk mengendalikan kecepatan, arah dan tekanan uap yang melalui turbin.

Gambar jenis turbin

Jenis Turbin

1. Turbin Impuls

Aliran uap yang cepat diarahkan ke sudu turbin berbentuk cekung dimana tekanan yang diberikan menyebabkan rotor berputar dan kecepatan uap berkurang seiring perpindahan energi kinetik dari uap ke sudu. Sudu-sudu secara bergantian merubah arah aliran pada tekanan konstan karena luas penampang setiap bagian konstan. Turbin impuls biasa disebut turbin tekanan konstan. Rangkaian sudu tetap berikutnya membalik arah aliran uap sebelum melalui rangkaian sudu gerak berikutnya.

2. Turbin Reaksi
Sudu-sudu rotor turbin reaksi berbentuk mirip dengan aerofoil, disusun sedemikian rupa sehingga luas penampang setiap bagiannya berbeda antara sisi masuknya hingga sisi keluar. Perbedaan ini membentuk suatu nozzle, sehingga ketika keluar dari ruang sudu mengakibatkan peningkatan kecepatan dan menurunkan tekanan uap sebagaimana efek nozzle yang diberikan oleh sudu tetap. Uap yang keluar dengan cepat dari sudu gerak membentuk gaya reaktif yang memberikan momen putar rotor turbin.


mponen-komponen Turbin Uap

  Komponen-komponen utama pada turbin uap yaitu

Cassing yaitu sebagai penutup (rumah) bagian-bagian utama turbin.
 Rotor yaitu bagian turbin yang berputar terdiri dari:

1. Poros
Berfungsi sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram sepanjang sumbu.
2. Sudu turbin atau deretan sudu
Berfungsi sebagai alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui nosel.
3. Cakram
 Berfungsi sebagai tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros.
4.   Nosel
Berfungsi sebagai media ekspansi uap yang merubah energi potensial menjadi energi kinetik.
5.   Bantalan (bearing)
Merupakan bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak menerima beban.
6.   Perapat (seal)
Berfungsi untuk mencegah kebocoran uap, perapatan ini terpasang mengelilingi poros. Perapat yang digunakan adalah :
1. Labyrinth packing
2. Gland packing
7.    Kopling
Berfungsi sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang digerakkan.

 Klasifikasi Turbin Uap

       Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut :
1.      Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya
a.       Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:

 Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel.
Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.

b.      Turbin Reaksi
      Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri turbin ini adalah :

Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu  Gerak
Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.


2.      Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin


Turbin Tunggal ( Single Stage )

          Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak            kompresor, blower, dll.
     2.  Turbin Bertingkat  (Aksi dan Reaksi ).
           Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin bertingkat                terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.

3.      Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap

    1.  Turbin Kondensasi.

         Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.
    2.  Turbin Tekanan Lawan.

         Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari  1 atm     sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk           menggerakkan turbin lain.
    3.  Turbin Ekstraksi.

          Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan lain,  misalnya proses           industri.

Prinsip kerja turbin uap



       Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh daun-daun cakram yang disebut sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu dengan menggunakan bahan bakar padat, cair dan gas.


Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama halnya dikopel dengan sebuah generator singkron untuk menghasilkan energi listrik.
Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan rendah. Panas yang sudah diserap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika  suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C dan temperatur kondensor 200C sampai 300C.