MESIN UAP SEDERHANA

A. Tujuan Penulisan

     1. Mengetahui apa itu turbin uap

     2. Dapat membuat turbin uap sederhana

A.    B. Alat dan Bahan

1.      Alat

·         Tang

·         Jangka

·         kayu

·         Spidol

·         Cutter, Gunting

·         kaset Cd

·         Korek,  lilin

·         Suntikan

2.      Bahan

·         besi bolong

·         kawat tembaga

·         Lem tembak, lem setan

·         tutup botol

·        kaleng stela

 

C.     C. Teori Dasa

1.      Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

Turbin uap termasuk mesin tenaga atau mesin konversi energi diman hasil konversi energinya dimamfaatkan mesin lain untuk menghasilkan daya. Di dalam Turbin terjadi perubahan dari energi potensial uap menjadi energi kinetik yang kemungkinan diubah lagi menjadi energi mekanik pada poros turbin, selanjutnya energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada generator. Energi mekanis yang di hasilkan dalam bentuk putaran poros turbin dapat secara langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Turbin uap digunakan sebagai penggerak utama, seperti untuk menggerakkan pompa, kompressor dan mesin-mesin lain. Jika dibandingkan dengan penggerak generator listrik yang lain, turbin uap mempunyai kelebihan lain :

·         Pengunaan panas yang lebih baik.

·         Pengontrolan putaran yang lebih mudah.

·         Tidak menghasilkan loncatan bunga api listrik.

·         Uap bekasnya dapat digunakan kembali atau untuk proses.

Siklus yang terjadi pada turbin uap adalah siklus Rankine, yaitu berupa siklus tertutup, dimana uap bekas dari turbin dimamfaatkan lagi dengan cara mendinginkannya pada kondensor, kemudian dialirkan lagi ke pompa dan seterusnya sehingga merupakan suatu siklus tertutup.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah pembangkit listrik yang menggunakan panas bumi (geothermal) sebagai energi penggeraknya. Indonesia dikaruniai sumber panas bumi yang berlimpah karena banyaknya gunung berapi dari pulau-pulau besar yang ada, hanya pulau Kalimantan saja yang tidak mempunyai potensi panas bumi (Carin, 2011). Keuntungan teknologi ini antara lain, bersih, dapat beroperasi pada suhu yang lebih rendah daripada PLTN, dan aman, bahkan geothermal adalah yang terbersih dibandingkan dengan nuklir, minyak bumi dan batu bara. Pada umumnya pembangkit listrik panas bumi berdasarkan jenis fluida kerja panas bumi yang diperoleh dibagi menjadi 3, yaitu :

a.       Vapor dominated system (sistem dominasi uap).

b.      Flushed steam system.

c.       Binary cycle system (sistem siklus biner)

Proses dalam pembangkit dimulai dari uap yang diambil dari panas bumi yang digunakan untuk memutar turbin. Jika uap tersebut bertemperatur diatas 370 0C, maka PLTP menggunakan vapor dominated system dimana uap dari panas bumi langsung digunakan utuk memutar turbin. Jika bertemperatur sekitar 170 0C sampai dengan 370 0C, maka menggunakan flushed steam system dimana uap masih mengandung cairan dan harus dipisahkan dengan flush separator sebelum memutar turbin. Dalam binary-cycle system uap panas bumi digunakan untuk memanaskan gas dalam heat exchanger, kemudian gas ini yang akan memutar turbin.

2.      Analisis Termodinamik

Siklus pada turbin uap adalah siklus Rankine, yang terdiri dari dua jenis siklus yaitu :

·         Siklus terbuka, dimana sisa uap dari turbin langsung dipakai untuk keperluan proses.

·         Siklus tertutup, dimana uap bekas dari turbin dimamfaatkan lagi dengan cara mendinginkannya pada kondensor, kemudian dialirkan kembali kepompa dan seterusnya sehingga merupakan suatu siklus tertutup.

Uap menurut keadaannya ada tiga jenis [ Lit.9 hal.95] yaitu :

·         Uap basah, dengan kadar uap 0 < X < 1

·         Uap jenuh ( saturated vapor ), dengan kadar uap X = 1

·         Uap kering (superheated vapor )

 

3.      Prinsip Dasar Desain Turbin

Uap Turbin uap merupakan suatu pengerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya di ubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung kepada jenis mekanisme yang digerakkan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang indrustri, untuk pembangkit tenaga listrik, dan untuk transportasi. Dalam perancangan ini, turbin uap digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Untuk mengubah energi potensial uap menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros dilakukan dengan berbagai cara, sehingga turbin uap secara umum terdiri dari tiga jenis utama, yaitu : turbin uap impuls, reaksi dan gabungan (impuls-reaksi). Selama proses ekspansi uap di dalam turbin juga terjadi beberapa kerugian utama yang dikelompokkan menjadi dua jenis kerugian utama, yaitu kerugian dalam dan kerugian luar. Hal ini akan menyebabkan terjadinya kehilangan energi, penurunan kecepatan dan penuruanan tekanan dari uap tersebut yang pada akhirnya akan mengurangi efesiensi siklus dan penurunan daya generator yang akan dihasilkan oleh generator listrik.  

 

4.      Klasifikasi Turbin Uap

Turbin uap dapat diklasifikasikan ke dalam kategori yang berbeda yang tergantung pada jumlah tingkat tekanan, arah aliran uap, proses penurunan kalor, kondisi-kondisi uap pada sisi masuk turbin dan pemakaiannya di bidang indrustri. Adapun klasifiksinya [ Menurut Lit.7 hal.10 ], antara lain :

a.       Menurut jumlah tingkat tekanan, terdiri dari :

·         Turbin satu tingkat dengan satu atau lebih tingkat kecepatan, yaitu turbin yang biasanya berkapasitas kecil dan turbin ini kebanyakan dipakai untuk menggerakkan kompresor sentrifugal.

·         Turbin impuls dan reaksi nekatingkat, yaitu turbin yang dibuat dalam jangka kapasitas yang luas mulai dari yang kecil sampai yang besar.

b.      Menurut arah aliran uap, terdiri dari :

·         Turbin aksial, yaitu turbin yang uapnya mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu turbin.

·         Turbin radial, yaitu turbin yang uapnya mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap sumbu turbin.

c.       Menurut jumlah silinder, terdiri dari :

·         Turbin silinder tunggal

·         Turbin silinder ganda

·         Turbin tiga silinder

·         Turbin empat silinder Turbin nekatingkat yang rotornya dipasang pada satu poros yang sama dan yang dikopel dengan generator tunggal dikenal dengan turbin poros tunggal; turbin dengan poros rotor yang terpisah untuk masing-masing silinder yang di pasang sejajar satu dengan yang lainnya dikenal dengan turbin neka-aksial.

d.      Metode menurut pengaturan, terdiri dari :

·         Turbin dengan pengaturan pencekikan (throttling), dalam hal ini uap panas lanjut yang keluar dari ketel masuk melalui satu atau lebih katup pencekik yang dioperasikan serempak.

·         Turbin dengan pengaturan nosel yang uap segarnya masuk melalui dua atau lebih pengatur pembuka yang berurutan.

·         Turbin dengan pengaturan langkah (by-pass governing), dimana uap panas lanjut yang keluar dari ketel disamping dialirkan ke tingkat pertama juga langsung di alirkan ke satu, dua, atau bahkan tiga tingkat menengah turbin tersebut.

e.       Menurut prinsip aksi uap, terdiri dari :

·         Turbin impuls, yang energi potensial uapnya diubah menjadi energi kinetik di dalam nosel atau laluan yang di bentuk oleh sudu-sudu diam yang berdekatan, dan didalam sudu-sudu gerak, energi kinetik uap di ubah menjadi energi mekanik.

·         Turbin reaksi aksial yang ekspansi uapnya diantara luluhan sudu, baik sudu pengarah maupun sudu gerak.

·         Turbin reaksi radial tambah sudu pengarah yang diam.

·         Turbin reaksi radial dengan sudu pengarah yang diam.

f.       Menurut proses penurunan kalor, terdapat dari :

·         Turbin kondensasi (condensing turbine) dengan regenerator, yaitu turbin dimana uap pada tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfer dialirkan ke kondensor, disamping uap itu juga dicerat dari tingkattingkat menengahnya untuk memanaskan air pengisian ketel, dimana jumlah penceratan itu biasanya dari 2-3 hingga sebanyak 8-9. Kalor laten uap buang selama proses kondensasi semuanya hilang pada turbin ini.

·         Turbin kondensasi dengan satu atau dua penceratan dari tingkat menengahnya dari tekanan tertentu untuk keperluan-keperluan indrustri dan pemanasan.

·          Turbin tekanan lawan (back pressure turbine), yaitu turbin yang uap buang dipakai untuk keperluan-keperluan pemanasan dan untuk keperluan-keperluan proses dalam indrustri.

·         Turbin tumpang, yaitu suatu jenis turbin tekanan lawan dengan perbedaan bahwa uap buang dari turbin jenis ini lebih lanjut masih dipakai untuk turbin-turbin kondensasi tekanan menengah dan rendah. Turbin ini, secara umum beroperasi pada kondisi tekanan dan temperatur uap awal yang tinggi, dan dipakai kebanyakan untuk membesarkan kapasitas pembangkitan pabrik, dengan maksud untuk mendapatkan efesiensi yang lebih baik.

·         Turbin tekanan lawan dengan penceratan uap dari tingkat-tingkat menengahnya pada tekanan tertentu, dimana jenis turbin ini dimaksudkan untuk mensuplai uap kepada konsumen pada berbagai kondisi tekanan dan temperatur.

·         Turbin tekanan rendah (tekanan buang), yaitu turbin yang uap buang dari mesin-mesin uap, palu uap, mesin tekan, dan lain-lain, dipakai untuk keperluan pembangkitan tenaga listrik.

·         Turbin tekanan campur dengan dua atau tiga tingkat tekanan, dengan suplai uap buang ke tingkat-tingkat menengahnya.

g.      Menurut kondisi-kondisi uap pada sisi masuk turbin, terdiri dari :

·         Turbin tekanan rendah, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan 1,2 sampai 2 ata.

·         Turbin tekanan menengah, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan sampai 40 ata.

·         Turbin tekanan tinggi, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan diatas 40 ata.

·         Turbin tekanan yang sangat tinggi, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan 170 ata atau lebih dan temperatur diatas 550 0C atau lebih.

·         Turbin tekanan superkritis, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan 225 ata atau lebih.

h.      Menurut pemakaiannya di bidang indrustri, terdiri dari :

·         Turbin stasioner dengan kepesatan putar yang konstan dipakai terutama untuk menggerakkan alternator.

·         Turbin uap stasioner dengan kepesatan yang bervariasi dipakai untuk menggerakkan blower-turbo, pengedar udara (air circulator), pompa, dan lain-lain.T 

  -  urbin yang tidak stasioner dengan kepesatan yang bervariasi, yaitu turbin yang biasanya dipakai pada kapal-kapal uap, kapal, dan okomotif kereta api (lokomotif-turbo). 

D. Prosedur kerja

    1. Sediakan alat dan bahan

  2. Potong kayu sesuai tinggi yang diinginkan sebanyak  3 potongan. 

   3. Tempelkan kayu pada ujung kanan dan kiri dan satu lagi di bagian tengah papan alas. 

 4. Tempelkan 2 buah kaset cd menggunakan lem, lalu tempelkan tutup botol pada bagian depan dan belakang.

5. Lubangi bagian tengah tutup botol, pada bagian belakang masukan dinamo, pada bagian depan masukkan sekrup kejadian kaitkan kawat tembaga. 

6. Selanjutnya potong bagian depan suntikan, dan lepaskan karet yang ada di dalamnya. 

7. Pada bagian belakang suntikan lem sedotan lalu kaitkan bagian kawat tembaga sisi yang tersisa dari rangkaian kaset cd sebelumnya. 

8. Pada kaleng stela bekas tambahkan besi bolong lalu masukkan air kedalamnya sebanyak 2 atau 3 suntikan. 

9. Tempelkan kaleng stela pada kayu bagian ujung kiri, lalu hubungkan suntikan pada kaleng stela, lem batang suntikan pada kayu tengah. Selanjutnya tempelkan dinamo pada kayu di bagian kanan. 

10. Nyalakan lilin dan lihat hasilnya. 

E. Pembahasan

    Berdasarkan hukum termodinamika pertama (Hukum kekekalan energi), yang berbunyi energi tidak dapat diciptakan maupun dihancurkan namun dapat diubah ke bentuk lain. 

Begitu halnya dengan energi panas yang tersimpan di dalam suatu benda, dapat dipicu kemudian dikeluarkan dan dikonversikan menjadi energi gerak.P

Pada  mesin uap sederhana ini digunakan  bahan bakar berupa lilin,dimana lilin akan memanaskan air yang ada di kaleng dan mengubahnya menjadi uap Kemudian, berlaku hukum temodinamika kedua, yang berbunyi kalor mengalir secara spontan dari panas ke dingin. 

Uap tersebut kemudian mengalir menuju suntikan dan menekan kaset cd melalui tembaga yang terhubung. Tekanan ke pada kaset cd terjadi secara berulang-ulang sehingga terjadi energi gerak. Semakin lama, tekanan dan energi panas berkurang, sehingga uap air tersebut mulai dialirkan ke suntikan dan diganti oleh uap panas baru.

KESIMPULAN

Turbin uap termasuk mesin tenaga atau mesin konversi energi diman hasil konversi energinya dimamfaatkan mesin lain untuk menghasilkan daya. Di dalam Turbin terjadi perubahan dari energi potensial uap menjadi energi kinetik yang kemungkinan diubah lagi menjadi energi mekanik pada poros turbin, selanjutnya energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada generator.

Jika ingin membuat turbin uap sederhana maka harus mempersiapkan alat dan bahan terlebih dahulu, saat pengerjaan alat harus teliti dan hati hati , tetap semangat kalau gagal harus berani mencoba kembali. 

DAFTAR PUSTAKA

Fuadmje. (2011). Klasifikasi Turbin Uap. fuadmje.wordpress.com. Indonesia. Diakses: 25 Februari 2017

Haryanto. (2012). Boiler Pompa Turbin dan Kondensor. 

haryantoabdi.blogspot.co.id Indonesia. Diakses: 15 Desember 2015.

Shlyakhin, P. (1993). Steam Turbines (Turbin Uap). Zulkifli Harahap (Trans). Jakarta: Erlangga.

Wiranto, Arismunandar. (2004). Penggerak Mula Turbin. Bandung: ITB.