1 Kecepatan teoritis uap keluar dari nosel
t
c
1
, yaitu :
01 1
. 2000 H
c
t
= mdet
Pers. 2.9 dimana : H
o
’ = besar jatuh kalor entalphi drop 2
Kecepatan uap keluar nosel
t
c c
1 1
. ϕ
= mdet
Pers. 2.10 dimana :
ϕ = koefisien gesek pada dinding nosel 0,91 sd 0,98 3
Kecepatan keliling, u
1 1
c c
u u
× =
mdet Pers. 2.11
4 Diameter cakram rata-rata, d
n u
d ×
× =
π
60
m Pers. 2.12
dimana : n = putaran poros turbin rpm 5
Kecepatan relatif uap memasuki sudu gerak pertama w
1 1
1 2
2 1
1
cos 2
α uc
u c
w −
+ =
mdet Pers. 2.13
6 Kecepatan tangensial uap keluar sudu gerak baris pertama c
1u 1
1 1
cos α
c c
u
= mdet
Pers. 2.14 7
Kecepatan tangensial uap keluar sudu gerak baris kedua c
2u 2
2 2
cos α
c c
u
= mdet
Pers. 2.15 8
Sudut relatif masuk sudu gerak baris pertama β
1
1 1
1 1
sin sin
w c
α β =
Pers. 2.16 9
Sudut relatif uap sudu keluar sudu gerak baris pertama β
2
5 3
1 2
° −
° −
= β
β Pers. 2.17
10 Kecepatan relatif uap keluar sudu gerak pertama w
2 1
2
.w w
ψ =
mdet Pers. 2.18
11 Kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak pertama c
2 2
2 2
2 2
2
cos .
. .
2 β
w u
w w
c −
+ =
mdet Pers. 2.19
2.3.3 Kerugian Energi Pada Turbin Uap
Universitas Sumatera Utara
Pertambahan energi kalor yang dibutuhkan untuk melakukan kerja mekanis pada praktek aktual dibandingkan dengan nilai teoritis, yang proses ekspansinya
terjadi benar-benar sesuai dengan proses adiabatik, dinamakan kerugian energi pada turbin. Bentuk kerugian ini secara umum yaitu kerugian internal dan
eksternal, yang dikelompokkan sebagai berikut:
1 Kerugian Internal Internal Losses
a Kerugian pada katup pengatur.
Aliran uap melalui katup-katup penutup dan pengatur disertai oleh kerugian energi akibat proses penyempitan throttling, kerugian ini yang disebut
dengan kerugian katup pengatur. Jika tekanan uap masuk adalah P
o
maka akan terjadi penurunan tekanan menjadi tekanan awal masuk turbin P
o
’. Penurunan tekan awal
∆P adalah sebesar 3-5 dari P
o
. Dimana
∆P = P
o
– P
o
’ , pada perencanaan ini diambil kerugian pada katup pengatur sebesar 5 dari tekanan masuk turbin untuk mempermudah dalam
penggunaan Diagram Mollier dapat di tuliskan ∆P = 5P
o
. Kerugian energi yang terjadi pada katup pengatur ditentukan dengan
∆H = H
o
– H
o
’ Pers. 2.20
dimana: H
o
= nilai penurunan kalor total turbin H
o
’= nilai penurunan kalor setelah mengalami proses penurunan tekanan akibat pengaturan melalui katup pengatur dan katup penutup yang
ditetapkan sebesar 5 dari P
o
. Jadi tujuan perencanaan kerugian tekanan yaitu sebesar
∆P = 5P
o
. Adapun Gambar 2.12 menunjukkan proses ekspansi uap melalui
mekanisme pengatur beserta kerugian-kerugian yang lainnya yang diakibatkan penyempitan throttling. Nilai penurunan kalor Ho yang diandaikan pada turbin.
Disebabkan oleh proses penyempitan yang terjadi pada katub pengatur , penurunan kalor yang tersedia pada turbin akan berkurang dari Ho menjadi Ho’
dengan kata lain ada kehilangan energi yang tersedia sebesar H = Ho - Ho’. Besarnya kerugian tekanan akibat penyempitan dengan katub pengatur terbuka
lebar dapat diandaikan sebesar 5 dari tekanan uap segar Po.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Proses ekspansi uap melalui ekspansi pengatur beserta kerugian-kerugian akibat penyempitan
b Kerugian energi pada nozel h
n
Kerugian energi dalam nozel adalah dalam bentuk kerugian energi kinetis dimana besarnya adalah :
000 .
2
2 1
1 2
c c
h
t n
− =
kJkg Pers. 2.21
dimana : h
n
= besarnya kerugian pada nozel c
it
= kecepatan uap masuk nozel teoritis c
1
= kecepatan aktual uap keluar dari nozel
Gambar 2.13 Koefisien kecepatan untuk nozel sebagai fungsi tinggi nozel. c
Kerugian energi pada sudu – sudu gerak
Universitas Sumatera Utara
Kerugian pada sudu gerak dipengarui beberapa faktor yaitu : 1
Kerugian akibat tolakan pada ujung belokan sudu. 2
Kerugian akibat tubrukan. 3
Kerugian akibat kebocoran uap melalui ruang melingkar. 4
Kerugian akibat gesekan. 5
Kerugian akibat pembelokan semburan pada sudu. Semua kerugian diatas disimpulkan sebagai koefisien kecepatan sudu
gerak ϕ. Akibat koefisien ini maka kecepatan relatif uap keluar dari sudu w
2
lebih kecil dari kecepatan relatif uap masuk sudu w
1
. Pada turbin impuls dengan dua tingkat kecepatan, besarnya nilai – nilai
kerugian pada sudu turbin dapat ditentukan berdasarkan besarnya nilai penurunan kalor dengan persaman sebagai berikut :
1 Kerugian kalor pada sudu gerak baris pertama :
2000
2 2
2 1
w w
h
b
− =
kJkg Pers. 2.22
dimana : w
1
= kecepatan relatif uap masuk sudu gerak baris pertama w
2
= kecepatan relatif uap keluar sudu gerak baris pertama 2
Kerugian kalor pada sudu pengarah
2000
2 1
2 2
c c
h
gb
− =
kJkg Pers. 2.23
dimana : c
2 2
= kecepatan absolut uap masuk sudu pengarah c
1 ’2
= kecepatan absolut uap keluar sudu pengarah 3
Kerugian kalor pada sudu – sudu gerak baris kedua
2000
2 2
2 1
w w
h
b
− =
kJkg Pers. 2.24
dimana : w
1 ’2
= kecepatan relatif uap masuk sudu gerak baris kedua w
2 ’2
= kecepatan relatif uap keluar sudu gerak baris kedua 4
Kerugian kalor pada sudu gerak baris kedua
2000
2 2
c h
e
= kJkg
Pers. 2.25 dimana : c
2 ’2
= kecepatan absolut uap keluar sudu gerak baris kedua
Universitas Sumatera Utara
Dalam suatu perancangan maka besarnya faktor ψ yang mempengaruhi nilai
kecepatan uap keluar w
2
, c
1 ’
, w
2 ’
dapat diambil dari grafik berikut dibawah ini:
Gambar 2.14 Koefisien kecepatan untuk sudu gerak turbin impuls untuk berbagai panjang dan profil sudu
d Kerugian energi akibat gesekan cakram
Kerugian gesekan terjadi diantara cakram turbin yang berputar dengan uap yang menyelubunginya. Cakram yang berputar itu menarik partikel – partikel
yang ada didekat permukaannya dan memberi gaya searah dengan putaran. Sejumlah kerja mekanis digunakan untuk mengatasi pengaruh gesekan dan
pemberian kecepatan ini. Kerja yang digunakan untuk melawan gesekan dan percepatan-percepatan partikel uap ini pun akan di konversikan menjadi kalor,
jadi akan memperbesar kalor kandungan uap. Besarnya nilai kerugian akibat gesekan cakram dan ventilasi dalam satu
kalor dapat ditentukan dari persamaan berikut:
G Ng
hg
ea ea
=
kJkg Pers. 2.26
dimana : G = massa aliran uap melalui tingkatan turbin kgs Ng
ea
= daya gesek dari ventilasi cakram Adapun penentu daya gesek dari ventilasi cakram ini sering dilakukan dengan
memakai rumus Forner sebagai berikut : γ
β
⋅ ⋅
⋅ ⋅
⋅ =
− 1
3 4
10
10 l
n d
Ng
ea
kW Pers. 2.27
Universitas Sumatera Utara
dimana : β = koefisien yang sama dengan 1,76 untuk cakram baris
tunggal, dan 2,06 untuk cakram baris ganda, dan 2,80 untuk cakram tiga baris;
d = diameter cakram yang diukur pada tinggi rata-rata sudu m n = putaran poros turbin rpm
l
1
= tinggi sudu cm γ = bobot spesifik dimana cakram tersebut berputar kgm
3
, sama dengan 1
ν ; dimana
ν = volume spesifik uap pada kondisi tersebut m
3
kg
e Kerugian akibat Ruang Bebas
Ada perbedaan tekanan di antara kedua sisi cakram nosel yang dipasang pada stator turbin ,sebagai akibat ekspansi uap di dalam nosel. Diafragma yang
mempunyai sudu sudu gerak adalah dalam keadaan berputar ,sementara cakram- cakram adalah dalam keadaan diam sehingga selalu ada ruang bebas yang sempit
antara cakram-cakram putar dan diafragma. Adanya perbedaan tekanan menyebabkan adanya kebocoran melalui celah ini, yang besarnya:
h
kebocoran
= G
G
kebocoran
i - i
2
kJkg Pers. 2.28
dimana G
kebocoran
ditentukan berdasarkan tekanan kritis P
kr
= 5
, 1
z p
85 ,
1
+ ×
atm Pers. 2.29
Bila tekanan kritis lebih rendah dari p
2
,maka kecepatan uap di dalam labirin adalah lebih rendah daripada kecepatan kritis dan massa alir kebocoran
ditentukan dengan persamaan: G
kebocoran
= 100 f
s
1 1
2 2
2 1
zp p
p g
υ −
kgdet Pers. 2.30
Sebaliknya ,bila tekanan kritis lebih tinggi dari p
2
, maka kecepatan uap adalah lebih tinggi dari kecepatan kritisnya dan massa alir kebocoran dihitung dengan :
Universitas Sumatera Utara
1 1
5 ,
1 100
v p
z g
f G
s kebocoran
× +
= kgdet
Pers. 2.31
Gambar 2.15 Celah kebocoran uap tingkat tekanan pada turbin impuls
2 Kerugian External External Losses
Kerugian-kerugian ini merupakan kerugian yang bersifat mekanik yaitu kerugian energi yang digunakan untuk mengatasi tahanan-tahanan mekanik atau
gesekan yang tidak langsung mempengarui kondisi uap, seperti gesekan antara poros dengan bantalan, mekanisme pengatur, pompa minyak pelumas, serta
kerugian karena kebocoran pada paking.
2.4 Dimensi Sudu
