Aplikasi turbin uap di marine merupakan salah satu proses konversi energi yang umumnya terjadi di marine. Proses menghasilkan tenaga tergantung pada beberapa proses konversi energi, mulai dengan energi kimia dalam bahan bakar fosil atau energi nuklir dalam atom. energi ini diubah menjadi energi panas, yang kemudian ditransfer ke fluida kerja, dalam kasus ini kita coba menganalisa, uap (Steam). Energi panas diubah menjadi energi mekanik dengan bantuan kecepatan tinggi turbin rotor dan konversi akhir menjadi energi listrik dibuat melalui suatu listrik generator di aplikasi-pembangkit tenaga listrik. Presentasi dalam bagian ini berfokus pada penerapan daya listrik, namun juga relevan dengan aplikasi lain, seperti sebagai penggerak kapal.
Di seluruh dunia, industri-pembangkit listrik bergantung terutama pada turbin uap untuk produksi energi listrik. Di Amerika Serikat, sekitar 77% dari kapasitas terpasang pembangkit listrik adalah turbin uap-driven. Dari sisa 23%, tenaga air instalasi berkontribusi 13%, akun turbin gas untuk 9%, dan sisanya 1% merupakan dibagi di antara sumber daya panas bumi, diesel, dan solar. Akibatnya, lebih dari 99% dari listrik daya yang dihasilkan di Amerika Serikat dikembangkan oleh turbomachinery satu desain atau lain, dengan turbin uap tercatat sejauh ini bagian terbesar dari beban.
Turbin uap memiliki hidup yang panjang dan penting setelah dilakukan pengembangan yang praktis pada akhir abad ke-19 disebabkan upaya yang dipimpin oleh CA Parsons dan G. DELAVAL. Perkembangan yang signifikan datang cukup cepat pada hari-hari awal di bidang propulsi kapal dan kemudian di industri pembangkit listrik.
Kondisi uap pada klep penutup (throttle) progresif naik, memberikan kontribusi untuk meningkatkan produksi daya dan efisiensi termal. Hal Itu munculnya energi nuklir baru sebagai sumber panas untuk produksi listrik memiliki efek sebaliknya di akhir 1950-an. Kondisi uap jatuh untuk mengakomodasi desain reaktor, dan harga satuan panas mengalami langkah kenaikan perubahan. Pada saat ini, satuan fosil klep penutup kondisi uap dasarnya telah diselesaikan di luar pada 2400 psi dan 1000° F dengan pemanasan ulang (Single reheat) sampai 1000° F. Lebih lanjut kemajuan dalam Pembangkit tenaga uap dicapai dengan menggunakan boiler melalui penghataran tekanan uap superkritis pada tekanan 3500-4500 psi.
Sebuah pabrik uap unik dengan memanfaatkan uap maju kondisi ini Eddystone No 1, yang dirancang untuk memberikan uap pada 5000 psi dan 1200° F ke klep penutup, dengan memanaskan ulang (reheat) sampai 1050° F dan kedua panaskan (Second reheat) juga sampai 1050° F. Ukuran unit meningkat pesat pada periode 1950-1970, sedangkan ukuran unit maksimum meningkat 200-1200 mW (peningkatan enam kali lipat) dalam rentang 20 tahun ini. Pada 1970-an, ukuran unit yang stabil, dengan unit baru umumnya dinilai secara substansial kurang maksimal ukuran.
Turbin Uap adalah Pesawat tenaga yang merobah tenaga potensial dari uap menjadi tenaga kinetis didalam pipa pancar, selanjutnya tenaga kinetis ini dirobah lagi menjadi tenaga mekanis didalam Roda jalan. Sedangkan mesin uap adalah pesawat tenaga yang merobah tenaga potential dari uap langsung dirobah menjadi tenaga mekanis di poros engkol.
Uap ang menggerakan turbin uap maupun mesin uap diproduksi di ketel uap (steam boiler). Dewasa ini mesin uap sudah tidak, digunakan di kapal lagi, karena tenaga mesin uap jauh lebih kecil dibandingkan dengan tenaga turbin uap, sementara kapal-kapal saat ini cenderung mempunyai Ruang muat yag besar, sehingga ukuran kapal menjadi besar, pada ukuran kamar mesin yang sama, tenyata tenaga turbin uap jauh lebih besar dari pada tenaga mesin uap.
Turbin uap berfungsi sebagai berikut :
a. Turbin de Laval sebagai penggerak pesawat-pesawat bantu.
b. Turbin Zoelly sebagai penggerak generator-generator listrik dan kapal pada unit unit kecil.
c. Turbin Curtis sebagai Roda muka pada turbin gabungan atau sebagai turbin mundur.
d. Turbin Parson sebagai penggerak baling-baling kapal.
Selanjutnya dijumpai lagi turbin gabungan yaitu beberapa turbin (biasa 2 unit turbin) digabungkan dan dipasang serie pada satu poros (rotor) turbin, dengan maksud kelemahan-kelemahan turbin yang satu dapat terkompensasi pada turbin lainnya sehingga efeciency dapat diraih.
Jenis – jenis Uap
Uap yang diproduksi di ketel dapat dibedakan dalam beberapa jenis uap seperti :
a. Uap basah ialah uap yang masih mengandung butir-butir air
b. Uap jenuh ialah uap yang tidak mengandung butir-butir air yang mempunyai tekanan tertinggi pada suhu tertentu.
c. Uap panas lanjut (uap kering) ialah uap yang suhunya lebih tinggi dari pada tekanan yang sama.
Siklus Turbin Uap
Siklus Rankine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar pembangkit daya yang menggunakan uap (Steam). Siklus Rankie nyata yang digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus Rankine ideal asli yang sederhana. Siklus merupakan siklus paling banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. oleh karena Siklus Rankine merupakan siklus uap air maka paling baik siklus ini digambarkan pada diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukan uap jenuh dan cair jenuh. fluida kerjanya adalah (H2O).
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s1 = s2 masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi super panas h3 = h4 dan keluaran dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin.
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.
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 :
a. Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya.
1. Turbin Impulse.
Turbin ini merubah arah dari aliran fluida berkecepatan tinggi menghasilkan putaran impuls dari turbin dan penurunan energi kinetik dari aliran fluida. Tidak ada perubahan tekanan yang terjadi pada fluida, penurunan tekanan terjadi di nozzle.
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.
Prinsip Kerja Turbin Impulse
2. Turbin Reaksi.
Turbin ini menghasilkan torsi dengan menggunakan tekanan atau massa gas atau fluida. Tekanan dari fluida berubah pada saat melewati sudu rotor. Pada turbin jenis ini diperlukan semacam sudu pada casing untuk mengontrol fluida kerja seperti yang bekerja pada turbin tipe multistage atau turbin ini harus terendam penuh pada fluida kerja (seperti pada kincir angin).
Ciri-ciri turbin ini adalah :
- Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak.
- Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.
Prinsip Kerja Turbin Reaksi
b. Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin.
Ø Turbin Tunggal (Single Stage)
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.
Ø 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.
c. Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap.
Ø Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.
Ø Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
Ø Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan lain, misalnya proses industri.
Read more :
