Turbin Uap & Gas: Mengubah Entalpi Jadi Putaran
Turbin adalah jantung pembangkit dan penggerak kompresor besar: uap atau gas panas berekspansi lewat sudu dan memutar poros. Modul ini membahas stage impulse vs reaction, governing, vakum kondensor, dan degradasi kinerja.
Impulse vs reaction
- Impulse (Curtis/Rateau): tekanan jatuh di nozzle, sudu hanya membelokkan. Tahan part-load, cocok stage pertama.
- Reaction (Parsons, 50%): tekanan jatuh separuh di sudu diam, separuh di sudu jalan. Efisien, cocok stage banyak.
Governing: atur daya tanpa boros
- Throttle governing: katup menutup β rugi throttling. Simpel, boros part-load.
- Nozzle governing: buka-tutup grup nozzle β efisien part-load.
- Turbin gas: atur fuel + IGV (inlet guide vane).
Vakum kondensor: daya gratis
Tiap kPa vakum lebih baik menambah daya LP. Musuh vakum: kebocoran udara (ejector/liquid ring lemah), cooling water panas/kotor, air in-leakage. Tes helium dan decay test menemukan bocor.
Degradasi yang harus dihafal
| Gejala | Penyebab klasik |
|---|---|
| Daya turun, flow sama | fouling, seal aus |
| Tekanan stage naik | deposit / erosi |
| Getaran naik tiba-tiba | lepas deposit, rub, blade failure |
| Suhu metal naik | pendinginan kurang, overload |
Monitoring minimal turbin
Tren mingguan: daya vs flow (garis Stodola), SSC/heat rate, vakum, suhu metal, getaran 1X + broadband. Deviasi tren > 2% = investigasi, bukan tunggu trip.
Ringkasan rumus
| Konsep | Rumus | Keterangan |
|---|---|---|
| Daya | αΉ(h1βh2a) |
entalpi nyata |
| Isentropik | (h1βh2a)/(h1βh2s) |
0,85β0,92 |
| U optimum | U/V1 β 0,45 |
impulse |
| SSC | 3600/(h1βh2a) |
KPI operasi |
Rumus kunci
Semua rumus inti modul ini dalam satu tempat β hafalkan maknanya, bukan hurufnya.
Daya turbin
P = αΉΒ·(h1 β h2a)
Selisih entalpi nyata Γ laju alir.
Efisiensi isentropik
Ξ·_t = (h1 β h2a)/(h1 β h2s)
0,85β0,92 turbin bagus.
Kecepatan sudu optimum (impulse)
U/V1 β cos Ξ± / 2 β 0,45
U = ΟΒ·DΒ·N/60. Di luar ini, rugi segitiga kecepatan.
Konsumsi uap spesifik
SSC = 3600 / (h1 β h2a) kg/kWh
KPI operasi: naik = turbin menurun kesehatannya.
Vakum kondensor vs daya
Tiap 1 kPa vakum lebih baik β +0,5β1% daya LP
Orde kasar. Kebocoran udara kondensor = musuh senyap.
Output turbin turun 8% padahal uap sama: apa yang aus?
Turbin uap industri 10 MW turun ke 9,2 MW pada kondisi uap masuk dan vakum kondensor yang sama. Tekanan antar-stage naik, getaran normal. Data menunjuk ke satu penyebab klasik di jalur uap.
Diketahui
- Daya turun 8%, steam flow sama, vakum sama
- Tekanan stage pertama naik, efisiensi stage turun
- Getaran normal (bukan mekanik), 4 tahun sejak overhaul
Ditanya
Diagnosis dan bukti penguatnya?
Jangan intip tab Solving dulu β coba analisis sendiri, lalu cocokkan di tab Analisis.
Analisis
Tekanan stage naik + efisiensi turun + getaran normal = fouling/deposit atau erosi sudu dan labyrinth seal aus (kebocoran internal naik). Bukan bearing, bukan alignment.
- Singkirkan mekanik: getaran normal β bukan unbalance/misalignment.
- Tekanan antar-stage naik = area aliran efektif menyempit (deposit) atau kebocoran seal naik.
- Konfirmasi: bandingkan heat rate/SSC sekarang vs commissioning; cek first-stage pressure vs flow (Stodola line).
- Solusi: online water wash (jika desain memungkinkan) atau overhaul: bersihkan deposit, ganti labyrinth, ukur clearance.
Solving langkah-demi-langkah
Garis Stodola: tekanan stage β flow untuk turbin sehat.
- Flow sama tapi tekanan stage naik β menyimpang dari garis Stodola β fouling/seal aus.
- SSC naik ~8%: (3600/(h1βh2a)) membesar karena selisih entalpi nyata menyusut.
- Estimasi rugi: 0,8 MW Γ 8000 jam Γ tarif = biaya tahunan kerugian.
- Keputusan: schedule overhaul; sementara optimalkan vakum dan drain untuk mitigasi.
Sumber belajar
Thermodynamics: An Engineering Approach
Siklus Rankine/Brayton dan analisis turbin.
Steam Turbines
Operasi dan maintenance turbin uap industri.
Latihan soal
Soal 1. Turbin h1 = 3051, h2s = 2620, h2a = 2685 kJ/kg. Efisiensi isentropik:
Soal 2. Vakum kondensor memburuk (tekanan naik) di load sama. Efek ke daya turbin:
Soal 3. Turbin gas: suhu masuk dinaikkan (material mengizinkan), pressure ratio tetap. Efisiensi Brayton: