Boiler dan Turbin Uap pada PLTU

Disusun oleh :
M. Fahmi
1504108010027
Teknik Pertambangan
 PLTU

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah pembangkit

yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk
menghasilkan energi listrik.

Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3

tahapan, yaitu :
Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi
energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan
temperatur tinggi.
Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik
dalam bentuk putaran.
Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik.
 Komponen Utama PLTU

BOILER TURBIN GENERATOR

Siklus sederhana PLTU
 Pengertian Boiler (Mesin Uap)

Seperangkat alat yang dioperasikan untuk menghasilkan uap

dengan menggunakan air sebagai bahan baku.
Uap dipergunakan untuk keperluan diluar mesin uap.
Energi panas untuk proses pemanasan air diperoleh dari
hasil pembakaran bahan bakar dan udara pada ruang
pembakaran.
 Bagian-Bagian Boiler

Ruang Bakar (furnace)

Ekonomizer
Cerobong dan Ventilator
Pipa-Pipa Penguap
Superheater
Air Preheater
Dust Collector
 Superheater

FUNGSI : untuk memanaskan uap

jenuh menjadi uap panas lanjut.
Berdasarkan proses perpindahan
panasnya
Superheater Konveksi
Superheater Pancaran atau
Radiant Superheater.
Superheater Kombinasi.
 Ekonomizer

FUNGSI : memanfaatkan gas

panas yang meninggalkan
superheater yang masih cukup
tinggi temperaturnya sekitar 500oC
hingga 800oC
Keuntungannya :
1Biaya perawatan lebih murah.
Efisiensi thermis meningkat.
Biaya operasi menjadi lebih hemat.
 Air Preheater

FUNGSI : memanfaatkan gas panas

yang keluar dari ekonomiser untuk
memanaskan udara sebelum
dimasukkan ke dalam tungku atau
ruang bakar.
3 jenis Air Preheater : Plat,
Regenerasi, dan Pipa
Air Preheater: Pipa
 Dust Collector
FUNGSI: membersihkan gas asap yang keluar melalui
cerobong agar tidak menimbulkan polusi udara terhadap
lingkungan sekitarnya

Jenis-jenis (dust collector):

Sistem mekanis kering : siklon, multisiklon
Sistem mekanis basah : sistem hujan buatan, sistem
adhesi.
Sistem elektrostatis.

 Cerobong & Ventilator

Cerobong : menghasilkan isapan alamiah untuk mengalirkan gas asap ke
luar dari mesin uap dengan kecepatan tertentu, mengatasi kerugian
gesekan aliran gas asap yang terjadi, mulai dari rangka bakar atau
pembakar (burner), hingga ke luar dari cerobong, diharapkan setinggi
mungkin sehingga tidak mengganggu lingkungan sekitarnya.

Ventilator: menciptakan isapan paksa

Tiga jenis sistem tarikan paksa, yaitu;
sistem tarikan tekan; fan dipasang sebelum ruang bakar.
sistem tarikan isap; fan dipasang sebelum cerobong
sistem tarikan kombinasi; 2 fan dipasang sebelum ruang bakar dan
sebelum cerobong.
Siklus kerja boiler pada PLTU
 JenisJenis Boiler

1. Ketel Pipa Api (Fire Tube

Boiler); gas asap untuk
memanaskan air akan melalui
silinder api, loronglorong api
dan pipapipa ataupun tabung api
yang dibagian luarnya terdapat
air. Produksi uap maksimum 10
kg uap/jam dengan tekanan
maksimum 24 kgf/cm2. (Cornwall
dan ketel Lancashire, Schots,
Kombinasi,Lokomotif dan
Lokomobil,Ketel Tegak, ketel
Cochran dan variannya)
 JenisJenis Ketel Uap
2. Ketel Pipa Air (Water
Tube Boiler) air di dalam
pipapipa dipanaskan
oleh api atau asap
dibagian luarnya,
bertekanan sedang,
antara 45 kgf/cm2 sampai
140 kgf/cm2, produksi
uap 1000 ton uap/jam.

Contohnya: Ketel Seksi,

Ketel Yarrow, Ketel
Babcock dan
Wilcock,Ketel Pancaran.
 JenisJenis Ketel Uap
3. Ketel Pipa Air dengan Perencanaan Khusus
direncanakan dengan berbagai maksud antara lain;
- tekanan kerja tinggi dan tekanan kerja superkritis, melebihi 225 kg/cm2.
- dapat menggunakan bahan bakar nuklir.
-dapat menggunakan air dengan kualitas agak rendah
a.Contoh: Ketel Siklus Ganda dengan variannya reaktor nuklir, Ketel tekanan
kerja superkritis, yaitu ketel Benson, ketel Sulzer, ketel Universal pressure
boiler, Ketel Loffler atau siklus uap (circulating steam boiler).
d. Ketel Velox dan ketel dengan tungku bertekanan.
 Perbandingan boiler pipa Api & Air

Particulars Fire-tube boilers Water-tube boilers

Transportation Difficult Simple
Shell diameter Large for same power Small for same power
Chances of explosion Less More
Treatment of water Not so necessary More necessary
Accessibility of various Various parts not so easily More accessible
parts accessible for cleaning,
repair and inspection
Requirement of skill Require less skill for Require more skill and
efficient and economic careful attention
working
Boiler Berdasarkan pemakaiannya
Ketel stasioner (stasionary boiler) atau ketel tetap
Ketel uap stasioner adalah ketel-ketel yang didudukan pada suatu pondasi yang
tetap, seperti ketel untuk pembangkitan tenaga, untuk industri dll
Ketel mobil (mobile boiler), ketel pindah/portable boiler

Ketel mobil adalah ketel yang dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah
(mobil), seperti boiler lokomotif, loko mobile dan ketel panjang serta lain yan
sepertinya termasuk ketel kapal ( marine boiler )

Berdasarkan letak dapur (furnace posisition )

Ketel dengan pembakaran di dalam (internally fired steam boiler)
Dalam ketel uap ini dapur berada (pembakaran terjadi) di bagian dalam ketel .
kebanyakan ketel pipa api memakai sistem ini.

Ketel dengan pembakaran di luar (outernally fired steam boiler)

Dalam ketel uap ini dapur berada (pembakaran terjadi)di bagian dalam ketel .
kebanyakan ketel pipa air memakai system ini.
Berdasarkan pada porosnya tutup drum (shell)
Ketel tegak (vertikal steam boiler)
Seperti ketel cocharn, ketel clarkson dll

Ketel mendatar (horizontal steam boiler)

Seperti ketel cornish, lancashire, scotch dll

Berdasarkanjumlah lorong (boiler tube)

Ketel dengan lorong tunggal (single tube steam boiler)
Pada single tube steam boiler, hanya terdapat 1 lorong saja, lorong
api maupun lorong air. Cornish boiler adalah single fire tube boiler
dan simple vertikal boiler adalah single water tube boiler.

Multi fire tube boiler

Multi fire tube boiler misalnya ketel scotch dan multi water tube
boiler misalnya ketel B dan W dll.
 TURBIN UAP

Turbin kukus (uap air) adalah suatu penggerak mula

yang mengubah energi potensial kukus menjadi
energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi
mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros
turbin langsung atau dengan bantuan roda gigi
reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang
digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yan
digerakkan, turbin kukus dapat dipergunakan pada
berbagai bidang industri, untuk pembangkit tenaga
listrik, dan untuk transportasi.
 KOMPONEN UTAMA TURBIN UAP
a. Base Frame / Base Plate atau
(Dasar tumpuhan)
b. Shell atau rumah turbin
(casing) dan stator.
c. Rotor
d. Bearing Housing dan
Bantalan
e. Penyekat (umumnya dari
jenis labirint)
f. Peralatan kontrol uap
Cassing adalah sebagai penutup (rumah) bagian-bagian utama
turbin.
Rotor adalah 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.
Nosel berfungsi sebagai media ekspansi uap yang merubah
energi potensial menjadi energi kinetik.
Bantalan (bearing) Merupakan bagian yang berfungsi
uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak
menerima beban.
Perapat (seal) Berfungsi untuk mencegah kebocoran
uap, perapatan ini terpasang mengelilingi poros.
Perapat yang digunakan adalah :
1. Labyrinth packing
2. Gland packing
Kopling Berfungsi sebagai penghubung antara
mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang
digerakkan.
Siklus Kerja Turbin Uap
 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.
 Aliran turbin uap

Turbin impuls dalam sejarahnya sudah pernah dibuat

oleh Branca. Prinsip kerjanya adalah dengan menyemburkan uap
berkecapatan tinggi melalui nosel ke sudu-sudu impuls pada
roda jalan. Akibat adanya tumbukan antara semburan gas
dengan sudu-sudu jalan turbin impuls, poros turbin menjadi
berputar.
azas reaksi untuk sebagaian orang lebih sulit dipahami. Untuk
menggambarkan azas reaksi bekerja pada gambar adalah model
jet uap dari Newton.
Semburan uap dari tabung mempunyai energi kinetik yang
besar sehingga sepeda akan bergerak ke kiri. Dari hal tersebut
dapat dipahami bahwa mesin tersebut bekerja dengan azas
reaksi, yaitu semburan uap melakukan aksi sehingga timbul
reaksi pada sepeda untuk begerak melawan aksi.
 Macam-macam Turbin Uap
1. Menurut jumlah tingkat tekanan
a) Turbin satu tingkat yang memiliki kapasitas tenaga kecil,
biasanya digunakan untuk menggerakkan kompresor, pompa, dan
mesin-mesin lainnya yang kapasitas tenaganya kecil.
b) Turbin bertingkat banyak (neka tingkat), yaitu turbin yang
dibuat untuk kapasitas tenaga dari kecil kepada yang besar dan
biasanya terdiri dari susunan beberapa nosel dan beberapa cakram
yang ditempatkan berurutan dan berputar pada satu poros yang
sama.
2. Menurut arah aliran uap
a) Turbin aksial, yang uapnya mengalir dengan arah yang sejajar
terhadap poros turbin.
b) Turbin radial, yang arah aliran uapnya tegak lurus terhadap
poros turbin.
3. Menurut jumlah silinder
a) turbin silinder tunggal
b) turbin silinder ganda
c) turbin tiga silinder
d) turbin empat silinder

4. Menurut kondisi uap yang digunakan

a) Turbin tekanan lawan, yaitu bila tekanan uap bekas sama dengan
tekanan uap yang dibutuhkan untuk keperluan proses kegiatan pabrik.
Turbin ini tidak mengalami kondensasi uap bekas.
b) Turbin kondensasi langsung, yaitu turbin yang mengondensasikan uap
bekasnya langsung ke dalam kondensor, guna mendapatkan air kondensat
untuk pengisi air umpan ketel.
c) Turbin ekstraksi dengan tekanan lawan, dimana uap bekas digunakan
untuk keperluan proses.
d) Turbin ekstraksi dengan kondensasi, dimana sebagian uapnya dipakai
untuk proses dan sebagian.
lagi untuk penyediaan kondensat air pengisi ketel uap.
e) Turbin kondensasi dengan ekstraksi ganda, uap bekas dari
turbin dipakai untuk kebutuhan beberapa tingkat ekstraksi da
sisanya dijadikan kondensasi dalam kondensor untuk kebutuhan air
pengisi ketel uap.
f) Turbin non kondensasi dengan aliran langsung dan tanpa ada
ekstraksi serta kondensasi, uap bekas dibuang ke udara luar
dengan tekanan lawan sama atau melebihi dari 1 atm.
g) Turbin non kondensasi dengan ekstraksi, uap bekas tidak
dikondensasikan, hanya digunakan untuk proses
5. Menurut kondisi uap yang masuk ke dalam turbin
a) Turbin tekanan rendah dimana tekanan uapnya 2 kg/cm2
b) Turbin tekanan menengah, tekanan uap sampai dengan 40
kg/cm2
c) Turbin tekanan tinggi, tekanan uap sampai dengan 170 kg/cm2
d) Tubin tekanan sangat tinggi, tekanan uap di atas 170 kg/cm2
e) Turbin adikritis, turbin uap yang beroperasi dengan tekanan
uap di atas 225 kg/cm2.
6. Menurut prinsip aksi uap
a) Turbin impuls, yang energi potensial uapnya diubah menjadi
energi kinetik di dalam nosel atau laluan yang dilewati oleh sudu-
sudu gerak,lalu energi kinetik ini diubah menjadi energi mekanik
pada poros turbin.
b) Turbin reaksi aksial, yang ekspansi uap diantara laluan sudu,
baik sudu pengarah maupun sudu gerak tiap-tiap tingkat langsung
pada derajat yang sama.
7. Menurut sistem pemanas ulang uap
a) Turbin uap dengan pemanas ulang tunggal
b) Turbin uap dengan pemanas ulang ganda
8. Menurut lingkungan pengoperasiannya
a) Turbin darat, biasa terdapat pada industri atau PLTU
untuk menggerakkan generator
b) Turbin yang dioperasikan di kapal.
9. Menurut arah aliran uap
a) Turbin aksial, Fluida kerja mengalir dalam arah yang sejajar
terhadap sumbu turbin
b) Turbin radial, Fluida kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus
terhadap sumbu turbin.
 Siklus Rankine
Siklus turbin uap
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus
Renkine. Siklus Rankine adalahsiklus termodinamika
yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai
secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya
menggunakan air sebagai fluida yang bergerak.
 Maintenaince

Maintenance dilakukan antara lain :

Pengecekan dan perawatan blade turbin (korosi, retak,
erosi dll)
Pengecekan dan perawatan suhu dan tekanan pada turbin.
Pengecekan dan perawatan pada nozzle.
Pengecekan vibrasi pada turbin
Pengecekan dan perawatan minyak pelumas dan juga
bantalan
(bearing)
Pengecekan dan perawatan rotor dan komponen-
komponennya.
Dan lain-lain
 Kelebihan dan Kekurangan Turbin
Uap
Keuntungan turbin uap jika dibandingkan dengan mesin uap
Ada beberapa keuntungan turbin uapa jika dibandingkan dengan
mesin uap, yaitu sebagai berikut.
1.) Peralatan pada turbin tidak banyak ragamnya/lebih sederhana
2.) Gerak yang dihasilkan lebih tenang karena hanya gerak putar saja.
3.) Gerakan putarnya secara langsung tanpa perantara
4.) Torsi yang dihasilkan pada porsi lebih besar.
5.) Tidak ada kerugian gesek pada rotasinya.
6.) Dibandingkan denga mesain uap yang horizontal, maka turbin uap
tidak memerlukan pondasi yang begitu besar.
7.) Dari ukuran turbin uap sama dengan mesin uap, maka turbin uapa
memeperoleh daya yang lebih besar.
8.) Akibat banyak timbul gerak putar saja, maka getaran yang
ditimbulkan lebih kecil dari pada mesin uap.
Kerugian turbin uap jika dibandingkan dengan mesin uap
1.) Untuk mengekspansikan uap dibutuhkan peralatan yang
khusus yaitu pipa pemancar
2.) Pipa pemancar memerlukan perencanaan yang sangat
teliti
3.) 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
SEKIAN