A.
BOILER
1. PENGERTIAN BOILER
Boiler
adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai
terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu
kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk
mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam,
volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai
bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus
dikelola dan dijaga dengan sangat baik.
Sistem
boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem
air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan
steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol
produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik
pengguna. Pada keseluruhan sistem,
tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk
menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan
yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang
digunakan pada sistem.
Air
yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: (1)
Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air makeup
(air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang boiler dan
plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi,
digunakan economizer untuk memanaskan
awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.
2.
JENIS BOILER
Bagian
ini menerangkan tentang berbagi jenis boiler:
Fire tube boiler, Water tube
boiler, Paket boiler, Fluidized bed
combustion boiler, Atmospheric fluidized bed combustion boiler, Pressurized fluidized bed combustion boiler,
Circulating fluidized bed combustion boiler, Stoker fired boiler, Pulverized
fuel boiler, Boiler pemanas limbah (Waste heat boiler) dan and Pemanas
fluida termis.
2.1
Fire
Tube Boiler
Pada
fire tube boiler, gas panas
melewati pipa-pipa dan air umpan boiler
ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam.
Fire tube boilers biasanya
digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah
sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk
kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire
tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan
bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube
boilers dikonstruksi sebagai “ paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua
bahan bakar.
2.2
Water
Tube Boiler
Pada
water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa
masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar
membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan s
team dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit
tenaga. Water tube boiler yang
sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 –
12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube
boilers yang dikonstruksi secara paket
jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang
secara paket.
Karakteristik
water tube boilers sebagai berikut:
· Forced, induced dan balanced
draft membantu untuk meningkatkan
efisiensi pembakaran
· Kurang
toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.
· Memungkinkan
untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.
2.3
Paket
Boiler
Disebut boiler paket sebab sudah
tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan
pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat
beroperasi. Paket boiler biasanya
merupakan tipe shell and tube dengan
rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.
Ciri
-ciri dari packaged boilers
adalah:
· Kecilnya
ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang
lebih cepat.
· Banyaknya
jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas
konvektif yang baik.
· Sistem
forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik.
· Sejumlah
lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.
· Tingkat
efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.
Boiler tersebut dikelompokkan berdasarkan jumlah pass nya yaitu berapa kali gas pembakaran melintasi boiler.
Ruang pembakaran ditempatkan sebagai lintasan pertama setelah itu kemudian
satu, dua, atau tiga set pipa api.
Boiler yang paling umum dalam kelas ini adalah unit tiga pass/
lintasan dengan dua set fire-tube/pipa
api dan gas buangnya keluar dari belakang boiler.
2.4
Boiler
Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC)
Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) muncul sebagai
alternatif yang memungkinkan dan memiliki kelebihan yang cukup berarti
dibanding sistim pembakaran yang konvensional dan memberikan banyak keuntungan
– rancangan boiler yang kompak,
fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan
berkurangnya emisi polutan yang
merugikan seperti SOx dan NOx.
Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini adalah batubara, barang tolakan dari
tempat pencucian pakaian, sekam padi,
bagas & limbah pertanian lainnya.
Boiler fluidized bed memiliki kisaran kapasitas
yang luas yaitu antara 0.5 T/jam
sampai lebih dari 100 T/jam.
Bila udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan
keatas melalui bed partikel padat
seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu
pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik,
terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara - bed tersebut
disebut “ terfluidisasikan”
.
Dengan kenaikan kecepatan udara
selanjutnya, terjadi pembentukan gelembung,
turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan bed yang rapat. Bed partikel padat menampilkan sifat cairan
mendidih dan terlihat seperti fluida - “
bed gelembung fluida/bubbling fluidized bed”.
Jika partikel pasir dalam keadaan
terfluidi sasikan dipanaskan hingga ke suhu
nyala batubara, dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed,
batubara akan terbakar dengan cepat dan bed mencapai suhu yang seragam.
Pembakaran dengan fluidized bed (FBC)
berlangsung pada suhu sekitar 840OC hingga 950OC. Karena suhu ini jauh berada
dibawah suhu fusi abu, maka pelelehan abu dan permasalahan yang
terkait didalamnya dapat dihindari.
Suhu pembakaran yang lebih rendah
tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan panas sebagai akibat
pencampuran cepat dalam fluidized bed
dan ekstraksi panas yang efektif dari
bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed. Kecepatan gas dicapai diantara kecepatan
fluidisasi minimum dan kecepatan masuk partikel. Hal ini menjamin operasi bed
yang stabil dan menghindari terbawanya
partikel dalam jalur gas.
2.5
Atmospheric
Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler
Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk
jenis ini adalah Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler. Alat ini hanya berupa
shell boiler konvensional biasa yang ditambah dengan sebuah fluidized
bed combustor. Sistim seperti telah
dipasang digabungkan dengan water tube
boiler/ boiler pipa air konvensional.
Batubara dihancurkan menjadi ukuran 1 – 10 mm
tergantung pada tingkatan batubara dan jenis pengumpan udara ke ruang
pembakaran. Udara atmosfir, yang bertindak sebagai udara fluidisasi dan
pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh gas
buang bahan bakar. Pipa dalam bed
yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai evaporator. Produk gas hasil
pembakaran melewati bagian super
heater dari boiler lalu mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum
dibuang ke atmosfir.
2.6
Pressurized
Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler
Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion
(PFBC), sebuah kompresor memasok
udara Forced Draft (FD), dan
pembakarnya merupakan tangki bertekanan. Laju panas yang dilepas dalam bed sebanding dengan tekanan bed
sehingga bed yang dalam
digunakan untuk mengekstraksi sejumlah besar panas. Hal ini akan meningkatkan efisiensi
pembakaran dan peyerapan sulfur dioksida dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed dan
satunya lagi berada diatasnya. Gas panas
dari cerobong menggerakan turbin gas pembangkit tenaga. Sistim PFBC dapat digunakan untuk
pembangkitan kogenerasi (steam dan listrik) atau pembangkit tenaga
dengan siklus gabungan/combined cycle.
Operasi combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan efisiensi konversi
keseluruhan sebesar 5 hingga 8 persen.
2.7
Atmospheric
Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)
Dalam sistim sirkulasi, parameter bed
dijaga untuk membentuk padatan
melayang dari bed. Padatan diangkat pada fase yang relatif
terlarut dalam pengangkat padatan, dan sebuah down-comer dengan sebuah
siklon merupakan aliran sirkulasi
padatan. Tidak terdapat pipa pembangkit
steam yang terletak dalam bed.
Pembangkitan dan pemanasan berlebih steam berlangsung di bagian konveksi,
dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser.
Boiler CFBC pada umumnya lebih ekonomis daripada
boiler AFBC, untuk penerapannya di
industri memerlukan lebih dari 75 – 100
T/jam steam. Untuk unit yang besar,
semakin tinggi karakteristik tungku boiler
CFBC akan memberikan penggunaan ruang yang semakin baik, partikel bahan
bakar lebih besar, waktu tinggal bahan
penyerap untuk pembakaran yang efisien dan penangkapan SO2 yang semakin besar pula, dan
semakin mudah penerapan teknik
pembakaran untuk pengendalian NOx
daripada pembangkit steam AFBC.
2.8
Stoker
Fired Boilers
Stokers diklasifikasikan menurut metode pengumpanan
bahan bakar ke tungku dan oleh jenis grate nya. Klasifikasi utamanya adalah
spreader stoker dan chain-gate atau traveling-gate stoker.
2.8.1
Spreader
stokers
Spreader
stokers memanfaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran grate. Batubara diumpankan
secara kontinyu ke tungku diatas
bed pembakaran batubara.
Batubara yang halus dibakar dalam suspensi; partikel yang lebih besar akan
jatuh ke grate, dimana batubara ini akan
dibakar dalam bed batubara yang tipis
dan pembakaran cepat. Metode pembakaran
ini memberikan leksibilitas yang baik
terhadap fluktuasi beban, dikarenakan penyalaan hampir terjadi secara
cepat bila laju pembakaran meningkat. Karena hal ini,
spreader stoker lebih disukai
dibanding jenis stoker lainnya dalam berbagai penerapan di industri.
2.8.2
Chain-grate
atau traveling-grate stoker
Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak. Ketika
grate bergerak sepanjang tungku,
batubara terbakar sebelum jatuh
pada ujung sebagai abu. Diperlukan
tingkat keterampilan tertentu, terutama bila menyetel grate,
damper udara dan baffles, untuk
menjamin pembakaran yang bersih serta menghasilkan seminimal mungkin
jumlah karbon yang tidak terbakar dalam
abu.
Hopper umpan batubara memanjang di sepanjang seluruh ujung umpan batubara pada
tungku. Sebuah grate batubara digunakan untuk mengendalikan kecepatan batubara
yang diumpankan ke tungku dengan
mengendalikan ketebalan bed bahan bakar. Ukuran batubara harus seragam sebab
bongkahan yang besar tidak akan terbakar sempurna pada waktu mencapai ujung
grate.
2.9
Pulverized
Fuel Boiler
Kebanyakan boiler stasiun pembangkit
tenaga yang berbahan bakar batubara menggunakan batubara halus, dan banyak boiler pipa air di industri
yang lebih besar juga menggunakan batubara yang
halus. Teknologi ini berkembang
dengan baik dan diseluruh dunia terdapat ribuan unit dan lebih dari 90 persen
kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini.
Untuk batubara jenis bituminous,
batubara digiling sampai menjadi bubuk halus,
yang berukuran +300 micrometer
(µm) kurang dari 2 persen dan yang berukuran dibawah 75 microns sebesar 70-75
persen. Harus diperhatikan bahwa bubuk yang terlalu halus akan memboroskan
energi penggilingan. Sebaliknya, bubuk yang terlalu kasar tidak akan terbakar sempurna pada ruang pembakaran
dan menyebabkan kerugian yang lebih besar karena bahan yang tidak
terbakar. Batubara bubuk dihembuskan
dengan sebagian udara pembakaran masuk menuju plant boiler melalui
serangkaian nosel burner.
Udara sekunder dan tersier dapat juga ditambahkan. Pembakaran
berlangsung pada suhu dari 1300 - 1700 °
C, tergantung pada kualitas batubara.
Waktu tinggal partikel dalam boiler biasanya 2 hingga 5 detik, dan partikel
harus cukup kecil untuk pembakaran yang sempurna.
Sistim ini memiliki banyak keuntungan
seperti kemampuan membakar berbagai kualitas batubara, respon yang cepat terhadap perubahan beban
muatan, penggunaan suhu udara pemanas awal yang tinggi dll. Salah satu sistim yang paling populer untuk
pembakaran batubara halus adalah pembakaran
tangensial dengan menggunakan empat buah
burner dari keempat sudut untuk
menciptakan bola api pada pusat tungku.
2.10
Boiler
Limbah Panas
Dimanapun tersedia limbah panas pada
suhu sedang atau tinggi, boiler limbah
panas dapat dipasang secara ekonomis.
Jika kebutuhan steam lebih
dari steam yang dihasilkan menggunakan gas buang panas, dapat digunakan burner
tambahan yang menggunakan bahan
bakar. Jika steam
tidak langsung dapat
digunakan, steam dapat dipakai untuk memproduksi daya listrik
menggunakan generator turbin uap. Hal
ini banyak digunakan dalam pemanfaatan kembali panas dari gas buang dari turbin
gas dan mesin diesel.
2.11
Pemanas
Fluida Termis
Saat ini, pemanas fluida termis telah
digunakan secara luas dalam berbagai penerapan untuk pemanasan proses tidak
langsung. Dengan menggunakan fluida petroleum
sebagai media perpindahan panas, pemanas tersebut memberikan suhu yang
konstan. Sistim pembakaran terdiri dari sebuah
fixed grate dengan
susunan draft mekanis.
Pemanas fluida thermis modern berbahan
bakar minyak terdiri dari sebuah kumparan ganda, konstruksi tiga pass dan dipasang dengan sistim jet tekanan.
Fluida termis, yang bertindak sebagai pembawa panas, dipanaskan dalam pemanas
dan disirkulasikan melalui peralatan pengguna.
Disini fluida memindahkn panas untuk proses melalui penukar panas, kemudian
fluidanya dikembalikan ke pemanas. Aliran fluida termis pada ujung
pemakai dikendalikan oleh katup pengendali yang ioperasikan secara pneumatis,
berdasarkan suhu operasi. Pemanas
beroperasi pada api yang tinggi atau rendah tergantung pada suhu minyak yang
kembali yang bervariasi tergantung beban sistim.
Keuntungan pemanas tersebut adalah:
·
Operasi sistim tertutup dengan
kehilangan minimum dibanding dengan boiler steam.
·
Operasi sistim tidak bertekanan bahkan
untuk suhu sekitar 250 0C dibandingkan kebutuhan tekanan steam 40
kg/cm2 dalam sistim steam yang sejenis.
·
Penyetelan kendali otomatis, yang
memberikan fleksibilitas operasi.
·
Efisiensi thermis yang baik karena tidak adanya kehilangan panas
yang diakibatkan oleh blowdown,
pembuangan kondensat dan flash steam.
Faktor ekonomi keseluruhan dari pemanas fluida thermis tergantung pada
penerapan spesifik dan dasar acuannya. Pemanas fluida thermis berbahan bakar
batubara dengan kisaran efisiensi panas 55-65 persen merupakan yang paling
nyaman digunakan dibandingkan dengan hampir kebanyakan boiler. Penggabungan peralatan pemanfaatan kembali
panas dalam gas buang akan mempertinggi tingkat efisiensi termis selanjutnya.
B.
POMPA
1.
PENDAHULUAN
Bagian ini menjelaskan secara ringkas ciri-ciri utama
pompa dan sistim pemompaan.
1.1 Apa yang dimaksud dengan pompa dan sistim pemompaan?
Sistim pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20%
kebutuhan energi listrik dunia dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri
tertentu berkisar 25-50% (US DOE, 2004).
Pompa memiliki dua kegunaan utama:
·
Memindahkan
cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer bawah
tanah ke tangki penyimpan air)
·
Mensirkulasikan
cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati
mesin-mesin dan peralatan)
Komponen utama sistim pemompaan adalah:
·
Pompa(beberapa
jenis pompa dijelaskan dalam bagian 2)
·
Mesin
penggerak: motor listrik, mesin diesel atau sistim udara
·
Pemipaan,
digunakan untuk membawa fluida
·
Kran,
digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistim
·
Sambungan,
pengendalian dan instrumentasi lainnya
·
Peralatan
pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan(misalnya tekanan, aliran)
yang menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan.
Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin
hidrolik.
Pompa dan
mesin penggerak biasanya merupakan komponen yang paling efisien energinya.
1.2
Karakteristik
sistim pemompaan
1.2.1
Tahanan
sistim : head
Tekanan diperlukan
untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu. Tekanan ini
harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistim, yang
juga disebut “head”. Head total
merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan/
friksi:
a)
Head
statik
Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan
tujuan dari cairan yang dipompakan (lihat Gambar 2a). Head statik
merupakan aliran yang independen (lihat Gambar
2b). Head statik pada tekanan tertentu tergantung
pada berat cairan dan dapat dihitung dengan persamaan perikut:
Head statik terdiri dari:
· Head hhisapan
statis (hS): dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat
pompa. hS nilainya positif jika ketinggian cairan diatas
garis pusat pompa, dan negatif jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa
(juga disebut “pengangkat hisapan”)
·
Head
pembuangan statis (hd): jarak
vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan
cairan dalam tangki tujuan.
b)
Head gesekan/ friksi (hf)
Ini merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk
mengalir dalam pipa dan sambungan-sambungan. Head ini tergantung pada ukuran,
kondisi dan jenis pipa, jumlah dan jenis sambungan, debit aliran, dan sifat dari
cairan. Head gesekan/ friksi sebanding dengan kwadrat debit aliran. Loop tertutup
sistim sirkulasi hanya menampilkan head gesekan/
friksi (bukan head statik). Dalam hampir kebanyakan kasus, head total
sistim merupakan gabungan antara head statik
dan head gesekan.
1.2.2
Kurva kinerja pompa
Head dan
debit aliran menentukan kinerja sebuah pompa yang secara grafis ditunjukkan
dalam Gambar 5 sebagai kurva kinerja atau kurva
karakteristik pompa. Gambar memperlihatkan kurva pompa sentrifugal dimana head secara
perlahan turun dengan meningkatnya aliran.
Dengan meningkatnya tahanan sistim, head juga akan naik. Hal ini
pada gilirannya akan menyebabkan debit aliran berkurang dan akhirnya mencapai
nol. Debit aliran nol hanya dapat diterima untuk jangka pendek tanpa menyebabkan pompa
terbakar
1.2.3
Titik operasi pompa
Debit aliran
pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa terbuat dari
banyak titik-titik
tugas. Titik operasi pompa ditentukan oleh perpotongan kurva sistim dengan
kurva pompa
sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 6.
1.2.4
Kinerja hhisapan pompa (NPSH)
Kavitasi atau penguapan adalah pembentukan gelembung dibagian dalam pompa.
Hal ini dapat terjadi manakala tekanan statik fluida setempat menjadi lebih rendah
dari tekanan uap cairan (pada suhu sebenarnya). Kemungkinan penyebabnya adalah jika fluida
semakin cepat dalam kran pengendali atau disekitar impeler pompa.
Penguapan itu sendiri tidak menyebabkan kerusakan. Walau
demikian, bila kecepatan berkurang dan tekanan bertambah, uap akan menguap dan
jatuh. Hal ini memiliki tiga pengaruh yang tidak dikehendaki:
·
Erosi
permukaan baling-baling, terutama jika memompa cairan berbasis air.
·
Meningkatnya
kebisingan dan getaran, mengakibatkan umur sil dan bearing menjadi
lebih pendek
·
Menyumbat
sebagian lintasan impeler, yang menurunkan kinerja pompa dan dalam kasus
yang ekstrim dapat menyebabkan kehilangan head total.
Head Hisapan Positif Netto Tersedia / Net Positive Suction Head
Available (NPSHA) menandakan jumlah hhisapan pompa yang melebihi tekanan
uap cairan, dan merupakan karakteristik rancangan sistim. NPSH yang diperlukan
(NPSHR) adalah hisapan pompa yang diperlukan untuk menghindari kavitasi, dan merupakan
karakteristik rancangan pompa.
2.
JENIS-JENIS
POMPA
Bagian ini menjelaskan berbagai jenis pompa.2 Pompa
hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pompa-pompa dapat digolongkan
menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif.
Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh
berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal
biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating.
Walaupun, pompa perpindahan positif biasanya
lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun
keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan.
2.1 Pompa perpindahan positif
Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi: cairan diambil
dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap
putarannya. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain
air, biasanya fluida kental.
Pompa
perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya:
·
Pompa
Reciprocating jika
perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya jarum piston.
Pompa reciprocating hanya digunakan untuk pemompaan
cairan kental dan sumur minyak.
·
Pompa
Rotary jika perpindahan
dilakukan oleh gaya putaran sebuah gir, cam atau
baling-baling dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang
tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan sebagai gir dalam, gir luar, lobe, dan
baling-baling dorong dll. Pompapompa tersebut digunakan untuk layanan khusus dengan kondisi
khusus yang ada di lokasi industri.
Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif, sejumlah cairan yang sudah
ditetapkan dipompa setelah setiap putarannya. Sehingga jika pipa pengantarnya
tersumbat, tekanan akan naik ke nilai yang sangat tinggi dimana hal ini dapat
merusak pompa.
2.2 Pompa Dinamik
Pompa dinamik
juga dikarakteristikkan oleh cara pompa tersebut beroperasi: impeler yang
berputar mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau
kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida.
Terdapat dua
jenis pompa dinamik :
·
Pompa
sentrifugal merupakan
pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan
air dalam berbagai penggunaan industri. Biasanya lebih
dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. Untuk alasan
ini, pompa ini dijelaskan dibawah lebih lanjut.
·
Pompa
dengan efek khusus terutama
digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri.
2.2.1
Bagaimana sebuah pompa sentrifugal bekerja?
Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana
dalam berbagai proses pabrik. Gambar 8 memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini
beroperasi:
·
Cairan
dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet pump
oleh tekanan buatan.
·
Baling-baling
impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan
cairan berputar. Cairan meninggalkan impeler pada
kecepatan tinggi.
·
Impeler
dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan
cincin diffuser
stasioner. Volute atau
cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetik menjadi
energi tekanan.
2.2.2
Komponen dari pompa sentrifugal
Komponen
utama dari pompa sentrifugal terlihat pada Gambar 9 dan
diterangkan dibawah ini:
·
Komponen
berputar: impeller yang disambungkan ke sebuan poros
·
Komponen
satis: casing, penutup casing, dan bearings.
a)
Impeler
Impeler merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran
fluida yang sudah terpasang. Impeler biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi tuang
atau stainless steel,
namun bahan-bahan lain juga digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung
pada jenis
impelernya, maka penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan
impeler dalam kondisi yang baik.
Jumlah impeler menentukan jumlah tahapan pompa. Pompa satu tahap memiliki
satu impeler dan sangat cocok untuk layanan head (=tekanan) rendah. Pompa dua
tahap memiliki dua impeler yang terpasang secara seri untuk layanan head sedang.
Pompa multi-tahap memiliki tiga impeler atau lebih terpasang seri untuk layanan head
yang tinggi.
Impeler dapat
digolongkan atas dasar:
· Arah utama aliran dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial,
aliran campuran
· Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda
·
Bentuk
atau konstruksi mekanis:
-
Impeler
yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi oleh mantel (= penutup)
pada kedua sisinya (Gambar 10). Biasanya digunakan untuk
pompa air, dimana baling-baling seluruhnya mengurung air. Hal ini mencegah perpindahan air
dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan, yang akan mengurangi efisiensi pompa. Dalam
rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang
penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeler dan wadah
pompa. Penyambungan ini dilakukan oleh cincin yang dipasang diatas bagian
penutup impeler atau dibagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari
impeler tertutup ini adalah resiko yang tinggi terhadap rintangan.
-
mpeler
terbuka dan semi terbuka (Gambar 10) kemungkinan tersumbatnya kecil.
Akan tetapi utnuk menghindari terjadinya penyumbatan
melalui resirkulasi internal, volute atau
back-plate pompa harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan
impeler yang benar.
-
Impeler
pompa berpusar/vortex cocok untuk bahan-bahan padat dan “berserabut”
akan tetapi pompa ini 50% kuran efisien dari rancangan yang
konvensio nal.
b)
Batang torak
Batang torak
memindahkan torque dari motor ke impeler selama startup dan
operasi pompa.
c)
Wadah
Fungsi utama wadah adalah menutup impeler pada penghisapan dan pengiriman
pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada ujung penghisapan dapat
sekecil sepersepuluh tekanan atmosfir dan pada ujung pengiriman dapat dua puluh
kali tekanan atmosfir pada pompa satu tahap. Untuk pompa multi-tahap perbedaan
tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah dirancang untuk tahan paling sedikit dua
kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang cukup.
Fungsi wadah yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan
poros untuk batang torak dan impeler. Oleh karena itu wadah pompa harus dirancang
untuk:
·
Memberikan
kemudahan mengakses ke seluruh bagian pompa untuk pemeriksaan,
perawatan dan perbaikan.
· Membuat wadah anti bocor dengan memberikan kotak penjejal
· Menghubungkan pipa-pipa hisapan dan pengiriman ke flens secara
langsung
·
Mudah
dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor listrik) tanpa kehilangan
daya.
Terdapat dua
jenis wadah
·
Wadah
volute (Gambar 11)
memiliki impeler yang dipasang dibagian dalam wadah.
Salah satu tujuan utamanya adalah membantu kesetimbangan
tekanan hidrolik pada batang torak pompa. Walau begitu, mengoperasikan pompa
dengan wadah volute pada kapasitas yang lebih rendah dari yang direkomendasikan
pabrik pembuatnya dapat mengakibatkan tekanan lateral pada batang torak pompa.
Hal ini dapat meningkatkan pemakaian sil, bantalan poros, dan batang torak itu
sendiri. Wadah volute ganda digunakan bilamana gaya radial menjadi cukup berarti pada
kapasitas yang berkurang.
·
Wadah
bulat memiliki
baling-baling penyebaran stasioner disekeliling impeler yang
mengubah kecepatan menjadi energi tekanan. Wadah tersebut
banyak digunakan untuk pompa multi-tahap. Wadah dapat dirancang sebagai:
- Wadah padat (Gambar 12): seluruh wadah dan nosel dimuat dalam satu
cetakan atau potongan yang sudah dibuat pabrik pembuatnya.
- Wadah terbelah: dua bagian atau lebih disambungkan bersama. Bilamana
bagian wadah
dibagi oleh bidang horisontal, wadahnya disebut terbelah secara horisontal
atau wadah yang terbelah secara aksial.
C.
TURBIN
1.
Pengertian
Turbin
Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak,
"asembli rotor-blade". Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling
berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor. Contoh turbin awal
adalah kincir angin dan roda
air. Sebuah turbin yang bekerja terbalik
disebut kompresor atau pompa
turbo.
Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing"
sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluid. "Casing"
dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi
efisien untuk beberapa kondisi aliran fluid. Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.
2. Penggunaan
turbin
Penggunaan paling umum dari turbin adalah
pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik
diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu. Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai
contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin,
kompresor, "kombustor", dan alternator.
Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga
("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan
beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi.
Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps
(mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin)
untuk memberikan propellant (oksig n cair dan hidrogen cair) ke ruang
pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin
mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW). Turbin juga merupakan komponen utama mesin jet.
3.
Jenis-Jenis
Turbin
3.1 TURBIN UAP
3.1.1 Pengertian
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang
mengubah energi potensial uap menjadi
energi kinetik kemudian energi kinetik
tersebut diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Poros turbin
dihubungkan dengan yang digerakkan, yaitu gener ator atau peralatan mesin
lainnya, menggunakan mekanisme transmisi roda gigi. Berdasarkan definisi
tersebut maka turbin uap termasuk mesin rotary merupakan mesin bolak-balik (reciprocating).Engine penggerak
dimana uap air, air, gas ataupun
udara yang memutarkan poros dengan cara
mendorong sudu yang menyu dut seperti kipas. Ada dua pasang sudu,
STATOR (tidak ber gerak) dan ROTOR (yang berputar). Poros turbin
yang berputar dapat dihubungkan pada generator pembangkit
tenaga listrik. Turbin termasuk mesin yang menghasilkan tenaga besar
Turbin uap
digunakan untuk menggerakan generator listrik pada
Stasion pembangkit dan baling- baling kapal.
Turbin air mirip seperti turbin
uap dan tubin gas digunakan (kebanyakan) sebagai pengger ak pesawat udara
sebagai mesin jet, dan juga kadang sebagai penggerak mesin-mesin di industri.
3.1.2 Perbedaan
Turbin Uap Dengan Mesin Uap
a.
pada mesin uap
Di dalam mesin uap
pengubahan tenaga didasarkan atas tekanan uap. Tekanan uap ini mendorong torak
di dalam silinder, sehingga timbul gaya pada torak. Oleh batang penggerak gaya
ini di teruskan ke kepala silang dan oleh batang engkol gerak lurus tersebut di
ubah menjadi gerak berputar. Jadi pengubahan tenaga dari tenaga potensial
menjadi tenaga mekanik pada mesin uap melalui beberapa alat, yang mana alat
tersebut memerlukan pemeliharaan yang tidak mudah. Sebagai contoh pada lapisan/
sepatu katup pembagi uap dan kepala silang, setiap waktu harusdiganti agar
tidak menimbulakan perluasan sehingga tidak macet/terlalu banyak menimbulkan
keausan pada bagian yang terlalu bergerak. Kecepatan relative adalah nol bergerak
pada tekanan tetap.
b.
pada turbin uap
Di dalam Sudu Turbin
uap pengubahan tenaga di dassarkan atas kecepatan uap. Mula-mula uap di
ekspansikan ke dalam pipa pemancar, yaitu dengan jalan merubah tekanan uap yang
tinggi menjadi kecepatan uap yang sangat cepat. Dengan kecepatan uap ini
digunakan untuk menggerakkan sudu jalan. Akibatnya turbin uap akan berputar dan
putaran ini di teruskan ke poros turbin. Pada turbin uap tidak memerlukan
peralatan yang banyak, tetapi hanya memerlukan beberapa bagian yang sederhana
saja. Kecepatan relative dipakai untuk mendorong sudu, bekerja dengan tenaga
dinamis.
3.1.3 Keuntungan
Turbin Uapa Jika Dibandingkan Dengan Mesin Uap
Ada beberapa keuntungan
turbin uapa jika dibandingkan dengan mesin uap, yaitu sebagai berikut :
a.
Peralatan pada turbin tidak banyak
ragamnya/lebih sederhana
b.
Gerak yang dihasilkan lebih tenang
karena hanya gerak putar saja.
c.
Gerakan putarnya secara langsung tanpa
perantara
d.
Torsi yang dihasilkan pada porsi lebih
besar.
e.
Tidak ada kerugian gesek pada rotasinya.
f.
Dibandingkan denga mesain uap yang
horizontal, maka turbin uap tidak memerlukan pondasi yang begitu besar.
g.
Dari ukuran turbin uap sama dengan mesin
uap, maka turbin uapa memeperoleh daya yang lebih besar.
h.
Akibat banyak timbul gerak putar saja,
maka getaran yang ditimbulkan lebih kecil dari pada mesin uap.
3.1.4
Kerugian Turbin Uap Jika
Dibandingkan Dengan Mesin Uap
a.
Untuk mengekspansikan uap dibutuhkan
peralatan yang khusus yaitu pipa pemancar
b.
Pipa pemancar memerlukan perencanaan
yang sangat teliti
c.
Karena uap yang di pake untuk mendorong
sudu jalan, padahal sudu jalan hanya merupaklan kepingan yang terbuka, sehingga
diperlukan rumah turbin yang sangat rapat dan kuat, sehingga tidak timbul
kebocoran uap sedangkan pada mesin uap hal tersebut di atas tidak memerlukan
perhatian yang sangat penting.
3.1.5
Klasifikasi Turbin Uap
Turbin uap dapat
diklasifikasikan ke dalam kategri yang berbeda-beda, tergantung dari
konstruksi, panas jatuh yang dihasilkan, keadaan mula-mula dan akhir dari uap,
penggunaan dalam industri serta jumlah tingkat yang ada padanya.
a. Sesuai
dengan jumlah tingkat
1)
Turbin uap dengan satu tingkat tekanan
dengan satu atau beberapa tingkat kecepatan, biasanya menghasilkan tenaga
kecil. Banyak digunakan pada kompresor sentrifugal, blower dan lain-lain.
2)
Turbin uap dengan bebrapa tingkat
tekanan, turbin ini dibuat dengan beberapa macam variasi dari kapasitas besar
sampai kapasitas kecil.
b. Sesuai
dengan aliran uap
1)
Turbin axial yaitu suatu turbin dimana
uap masuk ke sudu jalan dengan poros turbin
2)
Turbin radial yaitu dimana suatu aliran
uap masuk ke sudu jalan tegak lurus terhadap poros turbin. Biasanya beberapa
turbin satu atau lebih dengan tingkat tekanan rendah dibuat secara aksial.
c. sesuai
dengan jumlah silinder
1)
Turbin dengan satu silinder
2)
Turbin dengan dua silinder
3)
Turbin dengan tiga silinder dan
lain-lain.
d. Sesuai
dengan pengaturan cara masuknya Uap
1)
Turbin dengan pengatur katub (throttle),
uap baru masuk ke sudu jalan di atur oleh satu atau beberapa katub.
2)
Turbin dengan pengatur pipa pemancar,
dimana uap baru masuk melalui dua atau beberapa alat pengatur yang dipasang
secara berderet-deret.
3)
Turbin dengan pengatru terusan, dimana
setelah uap baru masuk ke sudu jalan di teruskan ke sudu yang lain, bahkan
sampai beberpa tingkat berikutnya.
e. Sesuai
dengan prinssip kerja dari uap
1)
Turbin aksi, dimana energy potensial uap
direubah menjadui tenaga kinetis di dalam sudu tetap dan sudu jalan ernerggi
kinetic di ubah menjadi energy mekanik
2)
Turbin reaksi aksial, pengembangan uap
dilakukan di dalam sudu tetap dan sudu jalan, keduanya diletakkan dan sama
luasnya.
3)
Turbin reaksi radial tanpa beberapa sudu
antar tetap.
4)
Turbin reaksi radial yang mempunyai sudu
antar tetap.
f. Sesuai
dengan prioses panas jatuh
1)
Condensing turbin dengan generator, pada
turbin ini tekanan uap yang kurang dari satu atrmosfer dimasukan ke dalam
kondensor. Disamping itu uapa juga dikeluarakan dari tingkat perantara untuk
pemanasan air penambah. Turbin dengan kapasitas yang kecil pada perencanaan
mulanya sering tidak mempunyai regenerator panas.
2)
Condensing turbin dengan satu atau dua
tingkat penurunan perantara pada tekanan spesifik untuk keperluan pemanasan dan
industri.
3)
Trusbin tekanan akhir atau back pressure
turbin, dimana pengeluaran uap dipakai untuk tujuan industri dan pemanasan.
4)
Topping turbin, turbin ini seperti type
pressure back turbine dengan perbedaaan bahwa pengeluaran uao dari turbin ini
juga digunakan dalam medium dan turbin dengan tekanan rendah.
5)
Turbin tekanan rendah (tekanan
pengeluaran rendah), dimana pengeluaran uap dari mesin uap torak, hammer uap,
press uap dipakai untuk menggerakkan generator.
6)
Mix pressure turbine (turbine dengan
tekanan campuran), dengan dua atau tiga tingkat tekanan, dengan mengganti uap
yang keluar padanya dengan uap baru pada tingkat perantara.
g. Sesuai
dengan kondisi tekanan uap yang masuk pada turbin
1)
Turbin tekanan rendah (1,2 sampai 2 atm)
2)
Turbin tekanan menengah (penggunaan uap
sampai 4 atm).
3)
Turbin tekanan tinggi, pemakaian uap di
atas 40 ata
4)
Turbin tekanan sangat tinggi pemakaian
uap sampai tekanan 170 ata dan suhu 5500C
5)
Turbin dengan tekanan super, dimana
penggunaan uap dengan tekanan 225 dan di atasnya.
h. Sesuai
penggunaan dalam Industri
1)
Turbin stasioner dengan kecepatan
konstan, untuk penggerak altenator.
2)
Turbin stasioner dengan variasi
kecepatan untuk menggerakkan turbo blewer, pompa dan lain-lain.
3)
Turbin non-stasioner dengan variasi
kecepatan, biasanya dipakai pada kalap, lokomotif dan lain-lain.
3.2 TURBIN AIR
Turbin
air mengubah energy potential air menjadi energy mekanis. Energy mekanis diubah
dengan generatormenjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam
mengubah energy potential air menjadi energy mekanis. Turbin air dikembangkan
pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industry untuk jaringan
listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini
dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energy yang dapat diperbaharukan.
3.2.1
Perbandingan Antara PLTA, PLTU,
PLTD dan PLTN
PLTA
bukan merupakan satu-satunya pusat listrik, tetapi pada dewasa ini banyak dikembangakan
pusat listrik yang lain, misalnya pusat listrik tenaga uap, pusat tenaga gas,
pusat listrik tenaga diesel dan pusat listrik tenaga nuklier.
a. PLTA
1)
Untuk membangunnya memerlukan biaya yang
tinggi.
2)
Biaya operasinya rendah
3)
Tidak memerlukan bahan bakar
4)
Relative mempunyai umru yang panjang
5)
Dapat bekerja pada variasi beban
6)
Bias dipakai dari beban dasar sampai
beban puncak
7)
Dapat dibangun pada daya yang tidak
terbatas
8)
Mudah dibangun dinegaara yang kaya akan
sumber air.
b. PLTD,
PLTU dan PLTG
1)
Untuk membangun relative memerlukan
biaya yang lebih rendah
2)
Biaya operasional tinggi
3)
Memerlukan bahan bakar
4)
Relatif mempunyai umur yang terbatas
5)
Hanya dapt bekerja pada beban tunggal
6)
Hanya mungkin beban tetap untuk beban
dasar
7)
Hanya dapat dibuat untuk daya yang
sangat terbatas,.
8)
Mudah dibangun di Negara yang kaya
sumber minyak.
Karena
di indonseia Negara yang kaya akan sumber air, maka PLTA merupakan prioritas
utama disamping PLTD dan PLTU.
3.2.2
klasifikasi pembangkit listrik
tenaga air
Sesuai
daerah sejarah perkembangan PLTA, apabila ditinjau dari segi konstruksinya
dapat dikelompokan menjadi dua jenis, yaitu:
a. PLTA
dengan konstruksi sederhana yang disebut Kincir Airterdiri dari roda atau drum
dimana pada sepanjang kelilingnya dipasang sudu-sudu yang berupa bilah. Bilah
tersebut yang menerima pukulan air yang di teruskan ke roda atau drum dan
langsung kepada poros kincir. Bentuk sudu atau bilah ada yang bermacam-macam, da yang berbentuk lengkung, siku-siku dan
adapula yang hanya lurus saja. Kincir air sangat fleksibel terhadap daerah
pemasangannya.Berdasarkan cara pemasukan air ke dalam kincir, maka jenis kincir
dibedakan menjadi :
1)
Overshot water wheel, pemasukan air pada
jenis kincir ini melaului puncak atau bagian atas dari pada roda kincir.
2)
Breast water wheel, kincir air dimana
pemasukan airnya melalui data atau bagian tengah roda kincir.
3)
Undershot water wheel, kincir dimana
pemasukan airnya bagian bawah dari roda.
b. PLTA
dengan konstruksi yang kompleks disebut Turbin Air
Turbin
air dapat digolongkan menjadi :
1)
Menurut jenis porosnya
·
Turbin air dengan poros tegak
·
Turbin air dengan poros mendatar
·
Turbin dengan poros miring
2)
Menurut tinggi rendahnya terjun air
·
Turbin dengan tinggi terjun rendah
·
Turbin dengan tinggi terjun menengah
·
Turbin dengan tinggi terjun tinggi
3)
Menurut kecepatan putar turbin
·
Turbin dengan kecepatan putar rendah
·
Turbin dengan kecepatan putar menengah
·
Turbin dengan kecepatan putar tinggi
4)
Menurut letak atau tempat didirikannya
turbin
·
Turbin air hulu
·
Turbin air hilir
·
Turbin air yang dibuat dibawah tanah
·
Turbin air reversible (putar balik)
5)
Menurut daya yang dihasilkan
·
Turbin air dengan daya rendah
·
Turbin air dengan daya menengah
·
Turbin air dengan daya tinggi
3.2.3
keuntungan Turbin air terhadap
penegak yang lain
a. Turbin
mempunyai umur yang panjang
b. Lebih
efisien dan mudah mengontrolnya
c. Turbin
dapat dikontrol secara otomatis
d. Turbin
dapat menunjukkan kemampuan sebagai unit yang selalu tersedia
e. Turbin
dapat bekerja dibawah beberapa ketinggian.
3.3 TURBIN GAS
Turbin
gas adalah turbin dengan gas sebagai fluida kerjanya gas diperoleh dari
pembakaran bahan bakar cair yang mudah terbakar. System turbin gas yang paling
sederhana terdiri dari tiga komponen utama, yaitu kompresor, ruang bakar dan
turbin, yang disusun menjadi system yang kompak
3.3.1 Pemakaian
system turbin gas
System turbin gas yang
dipakai dalam berbagai tenaga antara lain :
a. Dengan
daya turbin yang besar
1)
Sebagai instalasi pembangkit tenaga
listrik (PLTG)
2)
Untuk menggerakkan pesawat udara
3)
Sebagai marine power plant. Untuk
menggerakkan kapal-kapal yang besar.
4)
Sebagai penggerak loko dengan system
turbin gas
b. Sedangkan
dengan daya yang kecil system turbin gas banyak dipergunakan sebagai alat
transportasi yang kecil antara lain bus, truk, auto mobil, pesawat kecil, motor
boat.
3.3.2 Proses
Kerja turbin gas
Tiga proses pokok yang
terjadi di dalam turbin gas untuk memproduksi energi yaitu :
a. Proses
penekanan udara
b. Proses
pembakaran udara + bahan bakar.
c. Proses
pengembangan atau ekspansi gas hasil pembakaran.
d. Komponen
pokok system turbin gas
Sesuai dengan proses
kerjanya ada 3 komponen pokok dalam system turbin gas, yaitu :
1)
Kompresor (K)
Kompresor adalah suatu
alat yang digunakan untuk menghisap udara dan untuk selanjutnya dikompresi atau
dimampatkan untuk menaikan tekanan. Ada beberapa kompresor yang kita ketahui :
· Kompresor
torak, yaitu kompresor yang mempergunakan torak sebagai alat untuk
mengkompresikan udara di dalam silinder.
· Kompresor
sentrifugal, yaitu kompresor yang mempergunakan baling-baling (kipas,
sudu-sudu) sebagai alat untuk menaikan tekanan. Sebagai ganti silinder pada
kompresor torak adalah berupa rumah atau cacing.
Ada
dua macam kompresor sentrifugal
o
Kompresor sentrifugal aliran Radial
o
Kompresor sentrifugal aliran aksial.
2)
Ruang pembakaran(RP)
Untuk mendapatkan
energi pada turbin gas diperlukan adanya pembakaran bahan bakar dengan udara
yang telah dikompresi oleh lompresor. Bahan bakar yang telah dikompresi
tersebut dibakar sehingga timbul energy panas yang secara cepat energy tersebut
di ekspansikan pada pipa pemanasan dan langsung untuk memutarkan sudu turbin.
Berputarnya rotore turbin maka timbul energy mekanik yang dapat memutar
kompresor. Kompresor menghisap dan mengkompresikan udara masuk ke ruang bakar.
Ada tiga tipe ruang
bakar yang di gunakan, yaitu :
· Tubular
(Can) combustor
· Annular
combustor
· Can
annual combustor
3)
Turbin gas (T)
Gas panas di
ekspansikan dari hasil pembakaran ruang bakar. Akibat adanya panas dalam bentuk
partikel – partikel gas, sudu turbin mulai terdorong oleh tekanan gas
fluida.Sudu yang tergabung dengan rotor menggerakan poros turbin dengan arah
radial. Apabila tekanan yang dihasilkan dari ruang bakar konstan, perputaran
dari turbin akan terjadi secara kontinu dengan tingkat kecepatan yang tinggi.
Perlu diketahui bahwa poros turbin dengan kompresor satu sambungan. Seteah
melewati sudu-sudu turbin gas keluar melalui saluran buang dengan tekanan
tinggi sehingga menimbulakan gaya dorong. Semakin tinggi tekanan uap maka gaya
dorong yang dihasilkanpun semakin besar. Biasanya kebutuhan gaya dorong yang
besar dipergunakan pada mesin-mesin Turbo pesawat terbang. Missal rocket yang
mempergunakan turbojet sebagai penggerak gaya dorongnya.
D. KONDENSOR
1.
Pengertian
Kondensor
Kondensor
adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi
untuk mengkondensasikan fluida kerja. Pada sistem tenaga uap, fungsi utama
kondensor adalah untuk mengembalikan exhaust steam dari turbin ke fase cairnya
agar dapat dipompakan kembali ke boiler dan digunakan kembali. Selain itu,
kondensor juga berfungsi untuk menciptakan back pressure yang rendah (vacuum)
pada exhaust turbin . Dengan back pressure yang rendah, maka efisiensi siklus
dan kerja turbin akan meningkat.
2.
Klasifikasi
Kondensor
Secara
umum, terdapat 2 jenis kondensor yaitu : direct-contact condenser dan surface
condenser. Surface condenser adalah jenis yang paling banyak digunakan di
powerplant.
2.1 Direct-contact
Condenser
Seperti
namanya, direct-contact condenser mengkondensasikan steam dengan mencampurnya
langsung dengan air pendingin. Direct-contact atau open condenser digunakan
pada beberapa kasus khusus, seperti : ketika digunakan dry cooling tower, pada
geothermal powerplant, dan pada powerplant yang menggunakan perbedaan
temperatur di air laut (OTEC). Ada beberapa tipe direct-contact condenser :
a.
Spray Condenser
Pada spray condenser,
pencampuran steam dengan air pendingin dilakukan dengan jalan menyemprotkan air
ke steam. Sehingga steam yang keluar dari exhaust turbin pada poin 2 bercampur
dengan air pendingin pada poin 5 menghasilkan kondensat yang mendekati fase
saturated, kemudian dipompakan kembali ke 4. Sebagian dari kondensat
dikembalikan ke boiler sebagai feedwater. Sisanya didinginkan, biasanya didalam
dry- (closed-) cooling tower ke poin 5. Air yang didinginkan pada poin 5
disemprotkan ke exhaust turbin dan proses berulang.
b.
Barometric dan Jet Condenser
Ini merupakan jenis awal dari kondenser.
Jenis ini beroperasi dengan prinsip yang sama dengan spray condenser kecuali
tidak dibutuhkannya pompa pada jenis ini. Vacuum dalam kondensor diperoleh
dengan menggunakan prinsip head statis seperti pada barometric condenser, atau
menggunakan diffuser seperti pada jet condenser.
2.2 Surface
Condenser
Surface
condenser merupakan jenis yang paling banyak digunakan di powerplant. Jenis ini
merupakan heat exchanger tipe shell and tube, dimana mekanisme perpindahan
panas utamanya adalah kondensasi saturated steam pada sisi luar tube dan
pemanasan secara konveksi paksa dari circulating water di dalam tube. Secara
spesifik, prinsip kerja surface codensor di bahas pada sub bab berikut.
Prinsip
Kerja Surface Condenser
Prinsip kerja surface
condenser seperti tampak pada gambar 3.17. adalah sebagai berikut. Steam masuk
ke dalam shell kondensor melalui steam inlet connection pada bagian atas
kondensor. Steam kemudian bersinggungan dengan tube kondensor yang
bertemperatur rendah sehingga temperatur steam turun dan terkondensasi,
menghasilkan kondensat yang terkumpul pada hotwell. Temperatur rendah pada tube
dijaga dengan cara mensirkulasikan air yang menyerap kalor dari steam pada
proses kondensasi. Kalor yang dimaksud disini disebut kalor laten penguapan dan
terkadang disebut juga kalor kondensasi (heat of condensation) dalam lingkup
bahasan kondensor. Kondensat yang terkumpul di hotwell kemudian dipindahkan
dari kondensor dengan menggunakan pompa kondensat ke exhaust kondensat.
Ketika meninggalkan
kondensor, hampir keseluruhan steam telah terkondensasi kecuali bagian yang
jenuh dari udara yang ada di dalam sistem. Udara yang ada di dalam sistem
secara umum timbul akibat adanya kebocoran pada perpipaan, shaft seal,
katup-katup, dan sebagainya. Udara ini masuk ke dalam kondensor bersama dengan
steam. Udara dijenuhkan oleh uap air, kemudian melewati air cooling section
dimana campuran antara uap dan udara didinginkan untuk selanjutnya dibuang dari
kondensor dengan menggunakan air ejectors yang berfungsi untuk mempertahankan
vacuum di kondensor. Untuk menghilangkan udara yang terlarut dalm kondensat
akibat adanya udara di kondensor, dilakukan de-aeration. De-aeration dilakukan
di kondensor dengan memanaskan kondensat dengan steam agar udara yang terlalut
pada kondensat akan menguap. Udara kemudian ditarik ke air cooling section
dengan memanfaatkan tekanan rendah yang terjadi pada air cooling section. Air
ejector kemudian akan memindahkan udara dari sistem.
3. Surface
condenser
Prinsip kerja surface
condenser Steam masuk ke dalam shell kondensor melalui steam inlet onnection
pada bagian atas kondensor. Steam kemudian bersinggungan dengan tube kondensor
yang bertemperatur rendah sehingga temperatur steam turun dan terkondensasi,
menghasilkan kondensat yang terkumpul pada hotwell.
Temperatur rendah pada tube
dijaga dengan cara mensirkulasikan air yang menyerap kalor dari steam pada
proses kondensasi. Kalor yang dimaksud disini disebut kalor laten penguapan dan
terkadang disebut juga kalor kondensasi (heat of condensation) dalam lingkup
bahasan kondensor. Kondensat yang terkumpul di hotwell kemudian dipindahkan
dari kondensor dengan menggunakan pompa kondensat ke exhaust kondensat.
Ketika meninggalkan kondensor, hampir keseluruhan steam telah terkondensasi kecuali bagian yang jenuh dari udara yang ada di dalam sistem. Udara yang ada di dalam sistem secara umum timbul akibat adanya kebocoran pada perpipaan, shaft seal, katup-katup, dan sebagainya.
Udara ini masuk ke dalam kondensor bersama dengan steam. Udara dijenuhkan oleh uap air, kemudian melewati air cooling section dimana campuran antara uap dan udara didinginkan untuk selanjutnya dibuang dari kondensor dengan menggunakan air ejectors yang berfungsi untuk mempertahankan vacuum di kondensor.
Ketika meninggalkan kondensor, hampir keseluruhan steam telah terkondensasi kecuali bagian yang jenuh dari udara yang ada di dalam sistem. Udara yang ada di dalam sistem secara umum timbul akibat adanya kebocoran pada perpipaan, shaft seal, katup-katup, dan sebagainya.
Udara ini masuk ke dalam kondensor bersama dengan steam. Udara dijenuhkan oleh uap air, kemudian melewati air cooling section dimana campuran antara uap dan udara didinginkan untuk selanjutnya dibuang dari kondensor dengan menggunakan air ejectors yang berfungsi untuk mempertahankan vacuum di kondensor.
Untuk menghilangkan udara yang
terlarut dalm kondensat akibat adanya udara di kondensor, dilakukan
de-aeration. De-aeration dilakukan di kondensor dengan memanaskan kondensat
dengan steam agar udara yang terlalut pada kondensat akan menguap. Udara
kemudian ditarik ke air cooling section dengan memanfaatkan tekanan rendah yang
terjadi pada air cooling section. Air ejector kemudian akan memindahkan udara
dari sistem.
Air pendingin masuk konddensor
melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar
pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian tengah kondenser dan
keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.
b. Vertical condenser
b. Vertical condenser
Air pendingin masuk konddensor
melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar
pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian atas kondenser dan
keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.
3. Direct-contact
condenser
Direct-contact condenser
mengkondensasikan steam dengan mencampurnya langsung dengan air pendingin.
Direct-contact atau open condenser digunakan pada
beberapa kasus khusus, seperti :
- Geothermal powerplant
- Pada powerplant yang menggunakan perbedaan temperatur di air laut (OTEC)
Spray Condenser
Pada spray condenser, pencampuran steam dengan
air pendingin dilakukan dengan jalan menyemprotkan air ke steam. Sehingga steam
yang keluar dari exhaust turbin pada bagian bawah bercampur dengan air
pendingin pada bagian tengah menghasilkan kondensat yang mendekati fase
saturated.Kemudian dipompakan kembali ke cooling Tower . Sebagian dari
kondensat dikembalikan ke boiler sebagai feedwater. Sisanya didinginkan,
biasanya didalam dry- (closed-) cooling tower . Air yang didinginkan pada
Cooling tower disemprotkan ke exhaust turbin dan proses berulang.
A. Horizontal Kondenser
- Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip sehingga relaif berukuran kecil dan ringan
- Pipa pendingin dapat dibuat dengan mudah
- Bentuk sederhana dan mudah pemasangannya
- Pipa pendingin mudah dibersihkan
B. Vertikal Kondenser
- Harganya murah karena mudah pembuatannya.
- Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasangan
- Bisa dikatakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin, pembersihan harus dilakukan dengan menggunakan deterjen
good
BalasHapuskalo proses terjadinya vacum ada gak,,,kalo bisa juga sekalian klasifikasinya dong,,
BalasHapusmksh mas atas file2nya, smg Allah mencatat sbgai amal kebajikan....
BalasHapusThanks bgt mas untuk sharing ilmunya. Visit back ya di Depid's Blog
BalasHapus~chemicals boiler water treatment berkualitas untuk perawatan mesin boiler dari penumpukan kerak dan bahaya korosi.
BalasHapus~SCALE REMOVER chemicals cleaning boiler sebagai pelunakan kerak kapur dan silica.
Chemicals Coagulant Waste Water Treatment yg sangat efektif untuk pengolahan air limbah industri.
~PAC Liquid
~PAC Powder
~Decoloring Agent
~Polymer Anionic
~Polymer Cationic
Untuk informasi lebih lanjut bisa menghubungi saya di email :tommy.transcal@gmail.com(tommy)