BAB 4 PERHITUNGAN KALOR TURBIN UAP PLTGU
4.1 Turbin Tingkat Pengaturan
Dalam perancangan ini, akan dibuat tingkat pengaturan impuls terdiri dari dua baris sudu dua tingkat kecepatan dimana pemakaian tingkat pengaturan ini akan
memungkinkan untuk memanfaatkan penurunan kalor yang besar pada nosel dan oleh sebab itu membantu dalam mendapatkan temperatur dan tekanan yang lebih rendah
pada tingkat-tingkat reaksi. Untuk ini diambil penurunan kalor sebesar 55 kkalkg atau 230,274 kJkg [Menurut lit. 7, hal. 118], maka tekanan uap pada tingkat pengaturan
ruang sorong uap menjadi sebesar 40 bar dan dengan mengambil nilai uc
ad opt
sebesar 0,236, sehingga kecepatan mutlak uap keluar nosel :
c
ad
= 91,5
o
h = 91,5 55 = 678,582 ms dan kecepatan keliling sudu :
u = uc
ad
x c
ad
= 0,236 x 678,582 ms = 160,145 ms,
diameter rata - rata sudu menjadi : d
1
=
n u
60 ×
π ×
=
3000 145
, 160
60 ×
×
π = 1,01911 m = 1019,11 mm
Universitas Sumatera Utara
Tingkat tekanan ini dibuat dengan derajat reaksi, dimana derajat reaksi ρ yang
dimanfaatkan pada sudu-sudu gerak dan sudu pengarah [Menurut lit. 7, hal. 141] adalah :
1. untuk sudu gerak baris pertama
= 4 2.
untuk sudu pengarah = 5
3. untuk sudu gerak baris kedua
= 4
Kecepatan mutlak uap keluar nosel menjadi : c
1
= ϕ
× 5
, 91
1
1 h
× −
ρ Dari gambar 2.4 untuk tinggi nosel 15 mm diperoleh
95 ,
= ϕ
, maka : c
1
= 95
, 5
, 91
×
55 04
, 1
× −
c
1
= 631,628 ms Kecepatan teoritis uap keluar nosel adalah :
c
1t
= 95
, 628
, 631
1
= ϕ
c
= 664,872 ms Dengan mengambil sudut masuk uap α
1
sebesar 17 [Menurut lit. 7, hal. 81]
diperoleh kecepatan pada pelek rim : c
1u
=
o
c 17
cos 628
, 631
cos
1 1
× =
× α
= 604,007 ms dan kecepatan relatif uap terhadap sudu ω
1
: ω
1
=
1 1
2 2
1
cos 2
α ⋅
⋅ ⋅
− +
u c
u c
= 773
, 480
17 cos
145 ,
160 628
, 631
2 145
, 160
628 ,
631
2 2
= ⋅
⋅ ⋅
− +
o
ms,
Universitas Sumatera Utara
sudut kecepatan relatif menjadi : sin β
1
=
o
c 17
sin 773
, 480
628 ,
631 sin
1 1
1
= ×
α ω
; β
1
= 22,589
Gambar 4.1 Variasi kecepatan uap pada tingkat pengaturan sudu gerak baris I
Dengan menetapkan sudut relatif uap kel uar β
2
lebih kecil 3 dari sudut
kecepatan relatif uap masuk β
1
, maka : β
2
= 22,589 - 3
= 19,589 ,
sehingga dari gambar 2.5 diperoleh 86
, =
ψ .
Kecepatan relatif teoritis uap pada sisi keluar sudu gerak I : ω
2
t = 91,5
55 04
, 8378
773 ,
480 5
, 91
8378
2 1
2 1
⋅ +
= ⋅
+ h
ρ ω
= 499,403 ms Kecepatan relatif uap pada sisi keluar sudu gerak I dengan memperhitungkan
kerugian : ω
2
= ψ x ω
2
t =0,86 x 499,403 = 429,487 ms
Sumber : P. Shlyakin ”Turbin Uap Teori dan Perancangan” halaman 33
Universitas Sumatera Utara
dari gambar 4.1 diperoleh kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak I : c
2
=
2 2
2 2
2
cos 2
β ω
ω ⋅
⋅ ⋅
− +
u u
= 747
, 283
589 ,
19 cos
145 ,
160 487
, 429
2 145
, 160
487 ,
429
2 2
= ⋅
⋅ ⋅
− +
o
ms, dengan sudut keluar :
sin α
2
=
o
c 589
, 19
sin 747
, 283
487 ,
429 sin
2 2
2
= ×
β ω
; α
2
= 30,496 maka kecepatan pada pelek rim adalah :
c
2u
= c
2
x cos α
2
= 283,747 x cos 30,496
o
= 244,464 ms
Sehingga kerugian kalor pada nosel adalah : h
n
= 5389
, 21
2001 628
, 631
872 ,
664 2001
2 2
2 1
2 1
= −
= − c
c
t
kJkg dan kerugian kalor pada sudu gerak I adalah :
h
b
= 4553
, 32
2001 487
, 429
403 ,
499 2001
2 2
2 2
2 2
= −
= −
ω ω
t
kJkg
Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak II :
c
1
= 91,5 ψ
gb
2 2
8378 h
c
gb
⋅ +
ρ
Dimana
gb
ψ diambil sebesar 0,95, maka :
1
c = 6
, 305
55 05
, 8378
747 ,
283 95
, 5
, 91
2
= ⋅
+ ⋅
ms Kecepatan teoritis uap pada sisi keluar dari sudu pengarah menjadi :
95 ,
6 ,
305
1 1
= =
gb t
c c
ψ = 321,685 ms
Universitas Sumatera Utara
Dengan mengambil sudut mutlak uap masuk sudu gerak II
1
α sebesar 30
o
diperoleh kecepatan pada pelek rim :
1u
c =
o
c 30
cos 6
, 305
cos
1 1
× =
× α
= 264,626 ms dan kecepatan relatif uap pada sisi masuk sudu gerak II :
ω
1
=
1 1
2 2
1
cos 2
α ⋅
⋅ ⋅
− +
u c
u c
= 151
, 185
30 cos
145 ,
160 6
, 305
2 145
, 160
6 ,
305
2 2
= ⋅
⋅ ⋅
− +
o
ms Sudut kecepatan relatif uap masuk ke sudu gerak II :
sin β
1
=
o
c 30
sin 151
, 185
6 ,
305 sin
1 1
1
= ×
α ω
;
1
β = 55,624
Dengan mengambil sudut mutlak uap keluar sudu gerak II
2
β sebesar 35
o
, maka dari gambar 2.5 diperoleh
9 ,
= ψ
.
Kecepatan relatif teoritis uap keluar sudu gerak II : ω
2
t = 91,5
088 ,
185 55
04 ,
8378 151
, 185
5 ,
91 8378
2 2
2 1
= ⋅
+ =
⋅ +
h
ρ ω
ms Kecepatan relatif uap pada sisi keluar sudu gerak II dengan memperhitungkan
kerugian :
579 ,
166 088
, 185
9 ,
2 2
= ×
= ×
=
t
ω ψ
ω ms
dan kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak II : c
2
=
2 2
2 2
2
cos 2
β ω
ω ⋅
⋅ ⋅
− +
u u
= 478
, 98
35 cos
145 ,
160 579
, 166
2 145
, 160
579 ,
166
2 2
= ⋅
⋅ ⋅
− +
o
ms
Universitas Sumatera Utara
Dengan nilai-nilai kecepatan dan besar sudut yang sudah diketahui, maka dapat digambarkan segitiga kecepatan untuk tingkat pengaturan ini, yaitu :
1
c
1
ω
1
c
1
ω
2
c
2
ω
2
c
2
ω u
u u
u
Gambar 4.2 Segitiga kecepatan tingkat pengaturan
Dari gambar 4.2 diatas didapat sudut keluar uap sudu gerak II
2
α sebesar 104
o
dan kecepatan pada pelek rim menjadi : c
2
u = c
2
x cos α
2
= 98,478 x cos 104
o
= -23,691 ms
Sehingga kerugian kalor pada sudu pengarah adalah : h
gb
= 0421
, 5
2001 6
, 305
685 ,
321 2001
2 2
2 1
2 1
= −
= − c
c
t
kJkg dan kerugian kalor pada sudu gerak baris II adalah :
h
b
= 2528
, 3
2001 579
, 166
088 ,
185 2001
2 2
2 2
2 2
= −
= −
ω ω
t
kJkg serta kerugian akibat kecepatan keluar uap dari sudu gerak baris II :
h
e
= 8464
, 4
2001 478
, 98
2001
2 2
2
= =
c kJkg
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi pada keliling cakram dihitung adalah :
2 2
1
2
ad u
u u
c c
c u
− Σ
⋅ ⋅
= η
=
2
582 ,
678 691
, 23
464 ,
244 626
, 264
007 ,
604 145
, 160
2 −
+ +
× ×
= 0,70886
Untuk memeriksa ketepatan perhitungan kerugian kerugian kalor yang diperoleh diatas hasilnya dibandingkan dengan hasil hasil yang diperoleh untuk nilai uc
1
yang optimum :
e b
gb b
n u
h h
h h
h h
h +
+ +
+ −
= η
7085 ,
274 ,
230 8464
, 4
2528 ,
3 0421
, 5
4553 ,
32 5389
, 21
274 ,
230 =
+ +
+ +
− =
,
kesalahan perhitungan
05079 ,
100 70886
, 7085
, 70886
, =
× −
, karena masih dibawah 2, maka perhitungan diatas sudah tepat.
Gambar 4.3 Diagram i-s untuk tingkat pengaturan
Sumber : P. Shlyakin ”Turbin Uap Teori dan Perancangan” halaman 22
Universitas Sumatera Utara
Dari perhitungan sebelumnya untuk tinggi nosel 15 mm, akan dapat ditentukan derajat pemasukan parsial sebagai berikut :
7778 ,
17 sin
628 ,
631 015
, 01911
, 1
0747 ,
456 ,
92 sin
1 1
1 1
= ⋅
⋅ ⋅
⋅ ⋅
= =
o
dlc v
G π
α π
ε
sehingga dari persamaan 2-6 dapat ditentukan kerugian daya akibat gesekan cakram dan pengadukan, yaitu :
u a
ge
u d
N ρ
λ ⋅
⋅ ⋅
⋅ =
6 3
2 ,
10 07
, 1
× ×
⋅ =
0747 ,
1 10
145 ,
160 01911
, 1
07 ,
1 1
6 3
2
= 61,1277 kW dan kerugian kalor yang terjadi dari persamaan 2-8 adalah :
6612 ,
456 ,
92 427
1868 ,
4 1277
, 61
102 427
102
, ,
= ⋅
⋅ ⋅
= ⋅
⋅ =
G N
h
a ge
a ge
kJkg
Uap dari perapat labirin ujung depan dibuang ke ruang sorong uap ekstraksi yang kedua dengan tekanan
II eks
p
= 5,431 bar, sedangkan tekanan sesudah nosel tingkat pengaturan sebesar
1
p = 40,667 bar. Tekanan kritis pada perapat-perapat labirin persis sebelum ruangan dari mana uap dibuang adalah :
p
kr
= 738
, 3
5 ,
1 84
667 ,
40 85
, 5
, 1
85 ,
1
= +
× =
+ ×
z p
bar
Dimana z adalah jumlah ruang perapat labirin yang diambil sebanyak 84 buah. sehingga besarnya kebocoran uap melalui perapat-perapat labirin dihitung dari
persamaan 2-11, yaitu :
Universitas Sumatera Utara
1 1
2 2
1
100 v
p z
p p
g f
G
II eks
s kebocoran
⋅ ⋅
− ⋅
× ×
=
7131 ,
081556 ,
667 ,
40 84
431 ,
5 667
, 40
81 ,
9 10
94286 ,
100
2 2
3
= ⋅
⋅ −
⋅ ×
⋅ ×
=
−
kgs Dimana dalam hal ini diambil diameter poros d sebesar 500 mm, lebar celah
antara poros dengan paking labirin Δs sebesar 0,6 mm, sehingga luas
melingkar untuk aliran uap f
s
adalah : f
s
= π x d x Δs = π x 0,5 x 0,6 x 10
-3
= 0,94286 x 10
-3
m
2
Kalor total uap sebelum nosel tingkat kedua adalah : i
= i - h
- ∑h
kerugian
= 3520,6 - 230,274 – 67,7965 = 3358,1225 kJkg
Dimana : ∑h
kerugian
=
a ge
e b
gb b
n
h h
h h
h h
,
+ +
+ +
+
= 21,5389 + 32,4553 + 5,0421 + 3,2528 + 4,8464 + 0,6612 = 67,7965 kJkg
Sehingga kondisi uap sebelum nosel tingkat kedua ditentukan oleh tekanan 40 bar dan temperatur 458,333
C.
4.2 Perhitungan Kalor dari Tingkat Pengaturan sampai Ekstraksi I
Kategori