Turbin Uap

Tentang alat stabilisator turbin uap, saya sudah mencoba untuk membuat sketsa berdasarkan keterangan dan gambar yang diberikan oleh Bapak Mulyadi. ( Sketsa belum selesai karena masih ada data yang belum lengkap ). Agar turbin uap dapat bekerja stabil sesuai keinginan, diperlukan alat tambahan yang untuk mudahnya saya sebut saja STABILISATOR TURBIN UAP. Setelah saya corat-coret, sepertinya terlalu sulit untuk membuat desain yang full mekanik. Jadi desain yang saya buat menggunakan beberapa alat kombinasi mekanik-elektronik yang relatif sederhana yang dapat mendeteksi kecepatan putar dinamo untuk kemudian mengatur bukaan valve secara otomatis sehingga jumlah uap yang masuk turbin selalu sesuai kebutuhan.

Sebagai gambaran, STABILISATOR ini mempunyai bagian-bagian utama sebagai berikut :
1. Unit sensor, yang berfungsi untuk mendeteksi kecepatan putar dinamo dan posisi bukaan valve. Unit sensor ini ada 4 buah yang seluruhnya mekanik sehingga relatif sederhana, mudah dibuat, dan handal. Karena saya menggunakan sensor mekanik yang bekerja secara analog, maka perlu ajustment ( penyetelan ) pada saat pertama kali akan dipakai dengan cara trial and error ( coba-coba ). Sensor kecepatan putar tersebut dapat dibuat dalam bentuk unit alat tersendiri yang dihubungkan dengan v-belt atau rantai dengan dinamo. Dapat juga dibuat dalam bentuk ditempelkan langsung pada pulley dinamo dengan menggunakan baut. Masing-masing pilihan jelas mengandung kelebihan dan kekurangan. Sedangkan sensor pendeteksi posisi bukaan valve juga menggunakan sistim mekanik yang relatif sederhana namun akurat dan handal. Selain itu, sebaiknya ada juga sensor yang mendeteksi jika belt penghubung turbin dengan dinamo putus ( yang ini tidak wajib ada ). Dengan adanya sensor belt putus tersebut, dimungkinkan untuk menutup valve secara otomatis sampai turbin berhenti berputar. Dengan cara tersebut, kemungkinan kerusakan turbin atau kecelakaan dapat dikurangi.
2. Unit kontrol, yang mengolah hasil sensor untuk kemudian menghasilkan tindakan membuka atau menutup valve dengan menghidup-matikan motor listrik. Unit kontrol ini menggunakan rangkaian beberapa buah relay dan komponen elektronik lainnya serta menggunakan arus DC 12 dari adaptor. Hanya relay yang langsung berhubungan dengan motor listrik saja yang mungkin menggunakan arus 220 volt AC.
3. Motor listrik, yang berfungsi memutar valve membuka dan menutup. Motor listrik yang digunakan adalah type induksi. Jumlahnya bisa sebuah ( jika 3 phase ) atau 2 buah ( jika 1 phase ). Jika menggunakan motor listrik 3 phase, arah putaran motor yang akan dibolak-balik oleh unit kontrol, arah tertentu untuk membuka dan arah sebaliknya untuk menutup. Jika menggunakan motor listrik 1 phase, diperlukan 2 buah motor listrik yang dihubungkan secara paralel dengan unit pereduksi ( kedua motor saling berlawanan arah ). Motor yang satu untuk membuka valve sedangkan yang satunya lagi untuk menutup valve. Ukuran ( besar kecilnya ) motor listrik hendaknya disesuaikan dengan besar kecilnya valve dengan maksud agar waktu untuk menambah atau mengurangi bukaan relatif cepat dan motor tahan lama karena tidak kelebihan beban. Untuk motor listrik ini, lebih bagus jika dipilih yang bekerja pada putaran rendah ( 720 – 1440 rpm ).
4. Unit pereduksi, yang berfungsi mereduksi putaran motor listrik agar menghasilkan kecepatan putar dan torsi yang sesuai untuk memutar valve. Untuk mereduksi putaran motor listrik tersebut diperlukan gearbox atau sistim pulley atau sistim rantai. Masing-masing pilihan juga memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Untuk gearbox pabrikan jelas bagus tapi mahal. Untuk rangkaian beberapa pulley-belt, sederhana dan murah tapi kurang licin, selip, dan banyak tenaga motor yang hilang. Untuk rangkaian gear-rantai, murah dan sederhana, cukup licin, sedikit tenaga motor yang hilang, tapi suaranya sedikit agak ribut. Pemilihan hendaknya mempertimbangan penguasaan skill teknisi yang akan membuat / menangani, tingkat kehandalan yang anda inginkan dan biaya yang tersedia.
5. Controled Valve, merupakan valve yang telah dimodifikasi agar dapat dibuka-tutup dengan menggunakan rangkaian motor listrik dan pereduksi tersebut diatas. Controled Valve tersebut musti ditempatkan sesudah valve utama yang dibuka-tutup secara manual. Jadi uap mengalir dari pipa melalui valve utama terlebih dulu, baru kemudian melalui controled valve untuk selanjutnya menuju turbin.
6. Power suply, yang berfungsi menyediakan tenaga listrik untuk STABILISATOR. Tenaga listrik untuk STABILISATOR dapat diambil langsung dari dinamo. Namun untuk kehandalan pengendalian secara menyeluruh, sangat disarankan untuk menggunakan UPS dengan daya yang sesuai dengan motor listrik yang digunakan. Kelebihan jika menggunakan UPS yaitu STABILISATOR akan menutup valve secara otomatis sampai turbin benar-benar berhenti berputar jika belt penghubung turbin dengan dinamo putus. Jika tanpa UPS, maka STABILISATOR akan langsung mati ketika belt tersebut putus. Hal itu bisa mengakibatkan turbin rusak karena berputar terlalu cepat dalam waktu yang cukup lama sampai operator menutup valve secara manual.
7. Lampu-lampu Indikator yang menandakan keadaan apa yang sedang terjadi, putaran normal, atau putaran terlalu cepat, atau putaran terlalu lambat. Jika menggunakan UPS, dapat juga ditambah dengan alarm yang akan berbunyi jika belt putus.
Adapun prinsip kerja STABILISATOR adalah sebagai berikut :
1. Jika sensor mendeteksi kecepatan putar dinamo melebihi 1525 rpm ( mungkin disebabkan oleh berkurangnya beban pemakaian listrik ), maka unit kontrol secara otomatis akan menghidupkan motor listrik yang akan mengurangi bukaan valve sampai kecepatan putar kurang dari 1525 rpm
2. Jika sensor mendeteksi kecepatan putar dinamo kurang dari 1475 rpm ( mungkin disebabkan oleh bertambahnya beban pemakaian listrik ), maka unit kontrol secara otomatis akan menghidupkan motor listrik yang akan menambah bukaan valve sampai kecepatan putar lebih dari 1475 rpm
3. Jika sensor mendeteksi belt penghubung turbin dengan dinamo putus, maka unit kontrol secara otomatis akan menutup valve sampai rapat sehingga turbin akan berhenti berputar.
Begitulah garis besar kerjanya STABILISATOR yang sedang saya desain. dengan demikian, maka dapat diharapkan bahwa putaran dinamo akan relatif konstan berkisar 1500 rpm dengan toleransi perbedaan sekitar 25 rpm ( 1475-1525 rpm ). Dengan putaran yang relatif konstan demikian, maka tegangan yang dihasilkan juga akan konstan walaupun terjadi penambahan atau pengurangan beban pemakaian listrik. Karena kesederhanaannya, STABILISATOR ini saya perkirakan hanya mampu menangani perubahan beban yang terjadi secara gradual saja layaknya pemakaian rumah tangga. Untuk perubahan beban yang terjadi secara mendadak seperti yang lazim terjadi pada tungku pabrik peleburan logam ( furnace ), mungkin STABILISATOR ini masih kurang responsif. Namun demikian, kecepatan tanggap dari STABILISATOR ini masih cukup cepat jika dibuat dengan ketelitian tinggi dan dengan material yang berkuaitas tinggi pula.
Berkaitan dengan penjelasan di atas, maka supaya proses mendesain lebih cepat dan lancar saya perlu beberapa informasi sebagai berikut :
1. Model, ukuran, dan cara buka-tutup dari valve yang digunakan. Lebih jelas lagi jika dikirimkan gambar atau fotonya. Yang paling mudah adalah jika digunakan valve yang proses buka-tutupnya dengan cara diputar. Jika modelnya seperti itu, saya perlu data jumlah putaran yang diperlukan untuk membuka valve dari keadaan tertutup sampai terbuka penuh. Selain itu, saya juga perlu data jauhnya perubahan posisi pemutar ( jarak pergeseran linier keluar-masukknya poros pemutar valve ) pada saat terbuka dan pada saat tertutup karena akan dipasang sensor. Arah putaran juga perlu, apakah buka kanan seperti kran hidrant-nya orang Australia atau buka kiri seperti kran airnya orang Indonesia. Perlu juga disertakan data torsi minimal untuk dapat memutar pembuka valve ( newton meter ). Untuk torsi, bisa dites dengan cara memutarnya menggunakan kunci torsi mulai dari yang torsinya kecil dulu. Cara sederhana lainnya, bisa menggunakan tuas dan bandul.
2. Apakah diinginkan STABILISATOR yang dapat menutup valve secara otomatis ketika belt putus ? Fasilitas ini hanya bersifat tambahan namun jika dikehendaki diperlukan syarat-syarat seperti 2 buah motor listrik 1 phase dan tambahan UPS.
3. Type pereduksi putaran motor yang akan digunakan, apakah gearbox pabrikan, atau rangkaian pulley-belt, atau rangkaian gear-rantai. Pemilihan hendaknya mempertimbangan penguasaan skill teknisi yang akan membuat / menangani, tingkat kehandalan yang diinginkan, dan ketersediaan material di pasaran.
4. Type motor induksi yang akan digunakan, apakah 3 phase ( 1 motor ) atau 1 phase ( 2 motor ). Jika dinamonya menghasilkan listrik 1 phase saja, otomatis hanya alternatif kedua yang dapat diambil. Demikian juga jika ingin menggunakan UPS agar valve dapat secara otomatis menutup ketika belt putus.
Mengenai model turbin uap yang digunakan, terus terang saya tidak banyak tahu dan belum ada pengalaman lapangan sama sekali tentang hal tersebut. Menurut kajian saya, untuk mengatasi masalah endapan karbonat dan silika dapat dilakukan beberapa upaya berikut :
1. Memilih jenis turbin yang memiliki jarak sudu tidak terlalu rapat dengan harapan tidak mudah terganjal endapan. Endapan yang terbentuk juga mudah dibersihkan. Pemilihan turbin jenis tersbut mungkin sedikit mengorbankan efisiensi.
2. Memilih jenis turbin yang sama sekali baru yang diyakini nyaris tidak terpengaruh oleh endapan. Mungkin turbin yang cara kerjanya mirip dengan sprinkler layak untuk dicoba. Tentu saja jumlah lengannya harus banyak agar torsinya cukup besar. Mungkin yang bagus lengannya bebentuk melengkung. Agar memiliki kecepatan putar ( rpm ) yang cukup, lengannya jangan juga terlalu panjang. Hali itu berdasarkan hukum alam yang berlaku pada turbin sperti sprinkler bahwa kecepatan putar berbanding terbalik dengan panjang lengan, sedangkan torsi berbanding lurus dengan panjang lengan. Untuk menambah torsi, bisa dibuat beberapa lapis barisan lengan yang berjajar memanjang. Efisiensi turbin jenis ini mungkin tidak sebaik yang jenis standar.
3. Membuat 3 turbin atau lebih yang bekerja secara shift ( bergiliran ). Dari 3 turbin tersebut, hanya dua turbin yang rutin digunakan dan akan bergantian secara otomatis setiap 8 jam. Turbin yang ketiga merupakan spare yang akan digunakan ketika ada salah satu turbin yang rusak dan perlu overhaul. Perawatan rutin dan pembersihan endapan dapat dilakukan pada saat turbin yang bersangkutan tidak terpakai. Alternatif ini perlu biaya ekstra tapi kehandalan sistem lebih terjamin sehingga sangat disarankan untuk dilakukan jika listrik yang dihasilkan akan dipakai masyarakat luas yang pasti tidak senang jika listrik sering padam dengan alasan perbaikan sekalipun. Kalau tidak bisa 3 turbin, ya sekurang-kurang musti 2 turbin.
4. Melapisi permukaan seluruh permukaan pipa dan turbin yang kontak langsung dengan uap menggunakan bahan anti lengket misalnya teflon seperti yang digunakan untuk melapisi alat-alat dapur. Dengan cara ini, endapan yang timbul sulit untuk menempel di permukaan sehingga kemungkinan besar akan dikeluarkan bersama hembusan uap air. Namun cara ini cukup mahal meskipun telah ada perusahaan lokal yang melayani jasa coating tersebut.
5. Membungkus seluruh pipa uap dan bagian luar turbin dengan bahan isolator panas seperti glasswool, stirofoam, dsb. Dengan cara ini, temperatur dan tekanan uap dapat dipertahankan sehingga akan mengurangi jumlah endapan/kerak yang timbul.
Demikian sumbang saran sementara dari saya, sambil menunggu kelengkapan data dan informasi selanjutnya. Jika data dan informasi sudah lengkap, maka gambar bisa segera saya selesaikan dan saya akan posting secepatnya.Terimakasih dan salam eksperimen.