58 Gambar 3.6 Effisiensi Generator
[13,74]
Sehingga massa alir uap total yang melalui turbin adalah :
[ ]
jam kg
x G
423 .
43 9565
, 9878
, 668
, 119
1590520 ,
1 98
, 108
000 .
10 860
= ×
× −
+ =
G = 12,0619 kgdet.
Maka massa alir uap yang diekstraksi adalah : G
eks
= G
x α = 12,0619 kgdet x 0,1590520 = 1,91847 kgdet
Dan massa alir uap yang melalui turbin setelah ekstraksi adalah : G = G
– G
eks
= 12,0619 kgdet – 1,91847 kgdet = 10,14343 kgdet.
3.5. Perhitungan Daya Generator Listrik
Faktor daya atau faktor kali yang disebut dengan cos ϕbesarnya tidak
konstan tergantung pada beban listrik yang digunakan. Ada 2 unsur yang terpakai dalam proses konversi daya, yaitu :
1. Daya keluaran atau daya nyata V.I cos
ϕ yang digunakan dalam satuan Watt. Dikatakan daya nyata, karena besaran inilah yang dipakai dalam proses
konversi daya.
Universraitas Sumatera Utara
59 2.
Daya reaktif V.I sin ϕ yang diukur dengan satuan MVAR. Daya ini hanya
membebani biaya investasi, bukan biaya operasi, yang sebenarnya tidak mempengaruhi suatu proses konversi daya.
Suatu beban membutuhkan daya reaktif karena: a.
Karakteristik beban itu sendiri. b.
Proses konversi daya di dalam alat itu sendiri. Dari penjelasan di atas, maka daya yang harus disuplai oleh turbin uap ke
generator harus dapat memenuhi kebutuhan daya nyata dan daya reaktif. Diagram pada gambar di bawah ini menggambarkan daya yang bekerja pada generator listrik.
Daya Reaktif MVAR Daya Semu MVA
Daya Nyata MW
ϕ
Gambar 3.7 Diagram daya yang harus disuplai turbin uap ke generator Dari gambar 3.7 di atas, dapat disimpulkan bahwa daya yang dibutuhkan oleh
generator adalah daya semu MVA dan daya terpasang generator adalah daya nyata MW, maka :
P = P
G
. cos ϕ
Dimana : P
= daya terpasang generator listrik = 10 MW P
G
= daya yang dibutuhkan generator listrik MVA
Universraitas Sumatera Utara
60 cos
ϕ = faktor daya yang besarnya 0,6 – 0,9. harga yang tergantung pada pembebanan umumnya diambil cos
ϕ = 0,8. Dengan demikian dari persamaan di atas :
8 ,
10 cos
= =
ϕ P
P
G
5 ,
12 =
G
P MVA
Sehingga daya netto yang harus disuplai turbin uap ke generator listrik P
N
adalah :
G m
G N
P P
η η ⋅
=
Dimana :
m
η = efisiensi mekanis yang ditentukan dari gambar 3.6 = 0,98
G
η = efisiensi generator yang ditentukan dari gambar 3.7 = 0,955, maka :
955 ,
98 ,
5 ,
12 ×
=
N
P 356
, 13
=
N
P MW
3.6. Perancangan Turbin Tingkat PengaturanTingkat 1
Dengan membuat tingkat pengaturan terdiri dari dua baris sudu dua -tingkat kecepatan dan dengan mengambil penurunan kalor sebesar 70 kkalkg,
atau sebesar 293,083 kJkg maka tekanan uap pada tingkat pengaturan ruang sorong uap akan sebesar15 bar dengan mengambil harga uc
1 opt
sebesar 0,246, maka kecepatan mutlak uap keluar nozel:
C
1
= 91,5 h = 91,5 70 =765,544 mdet
C
1
t = ϕ
1
c =
95 ,
544 ,
765 = 805,836 mdet,
Kecepatan keliling sudu: u = uc
1
x C
1
Universraitas Sumatera Utara
61 u = 0,246 x 765,544 mdet
u = 188,324 mdet, diameter rata - rata sudu:
d
1
=
n u
60 ×
π ×
=
5700 324
, 188
60 ×
×
π = 0,631 m atau 631 mm
Dengan melakukan perhitungan pendahuluan untuk tingkat akhir, akan kita peroleh:
α ξ
π υ
ν sin
5 ,
91
2
× ×
× ×
× ×
= h
G d
z
m 922
, 90
sin 33
, 281
03 ,
5 ,
91 1415
, 3
5 00
, 14
14343 ,
10 =
° ×
× ×
× ×
× =
dimana :G = massa alir uap melalui tingkat terakhir, sebesar 10,14343 kgdet ν
2
= volume spesifik uap sesudah sudu-sudu gerak tingkat terakhir, 14,00 m
3
kg υ = perbandingan d
z
terhadap l
z,
= 5 ξ
e
= kerugian kecepatan keluar dari tingkat terakhir
[13,101]
dalam persentase, 3.
α
2
= sudut sisi keluar dari baris akhir sudu-sudu gerak
[13,101]
untuk kerugian kecepatan keluar yang optimum 90
Dengan kecepatan keliling pada diameter rata-rata: u
=
60 n
d ×
× π
=
194 ,
275 60
5700 922
, =
× ×
π mdet,
Dimana u kecepatan keliling sudu masih dalam batas yang diizinkan. Tin
gkat tekanan ini dibuat dengan derajat reaksi, derajat reaksi ρ yang dimanfaatkan pada sudu-sudu gerak dan sudu pengarah
[13,143]
:
Universraitas Sumatera Utara
62 1. untuk sudu gerak baris pertama ……….2
2. untuk sudu pengarah …………………..5 3. untuk sudu gerak baris kedua ………….3.
Kecepatan teoritis uap keluar dari tingkat pertama : C
1
t = 91,5 h
1 ×
ρ −
= 91,5
70 02
, 1
× −
C
1
t = 726,529 mdet Kecepatan mutlak uap keluar nozel :
C
1
= φ x C
1
t C
1
= 0,95 x 726,529 = 689,946 mdet φ diambil 0,95 karena celah aksial nozel - sudu gerak cukup kecil
C
1
u = φ x cos α
1
= 689,946 x cos 20 C = 648,337 mdet.
Dengan mengambil sudut masuk
[13,141]
uap α
1
sebesar 20 , diperoleh kecepatan relatif
uap terhadap sudu w
1
: w
1
=
1 1
2 2
1
cos C
u 2
u C
α ⋅
⋅ ⋅
− +
= 007
, 517
20 cos
946 ,
689 324
, 188
2 324
, 188
946 ,
689
2 2
= ×
× ×
− +
mdet Sudut kecepatan relatif :
sin β
1
=
1 1
1
20 sin
007 ,
517 946
, 689
sin =
× α
w C
; β
1
=27,15
Gambar 3.8 Segi tiga kecepatan untuk turbin impuls dengan dua tingkat kecepatan
Universraitas Sumatera Utara
63 Kecepatan relatif teoritis uap pada sisi keluar sudu gerak I :
w
2
t = 91,5
936 ,
526 70
02 ,
8378 007
, 517
5 ,
91 8378
2 2
1
= ×
+ =
⋅ + h
w
ρ mdet.
Kecepatan relatif uap pada sisi keluar sudu gerak I dengan memperhitungkan kerugian :
w
2
= ψ x w
2
t =0,86 x 526,936 = 453,165 mdet dimana ψ diambil 0,86.
Dengan mengambil sudut relatif kelu ar uap β
2
lebih kecil 3 dari sudut kecepatan
relatif masuk uap: β
2
=27,15 -3
= 24,15 ,
diperoleh kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak I : C
2
=
2 2
2 2
2
cos 2
β ⋅
⋅ ⋅
− +
w u
u w
= 684
, 291
15 ,
24 cos
165 ,
453 324
, 188
2 324
, 188
165 ,
453
2 2
= ×
× ×
− +
mdet Dengan sudut keluar:
sin α
2
= 15
, 24
sin 684
, 291
165 ,
453 sin
2 2
2
= ×
β c
w ;
α
2
= 39,47 C
2
u = C
2
x cos α
2
= 291, 684 x cos 39,47 = 225,168
ms
Kerugian kalor pada nozel : h
n
= 138
, 6
8378 946
, 689
259 ,
726 8378
2 2
2 1
2 1
= −
= − C
C
t
kkalkg Kerugian kalor pada sudu gerak I:
h
b
= 630
, 8
8378 165
, 453
936 ,
526 8378
2 2
2 2
2 2
= −
= −
ω ω
t
kkalkg
Universraitas Sumatera Utara
64 Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak II:
C
1
= 91,5 ψ
gb
70 05
, 8378
684 ,
291 88
, 5
, 91
8378
2 2
2
× ×
× =
× +
h c
gb
ρ
= 297,544 mdet Dimana : ρ
gb
adalah derajat reaksi pada sudu pengarah dan ψ
gb
adalah koefisien kecepatan pada sudu pengarah yang besarnya diasumsikan sepantasnya.
2 1
1 1
det 276
, 239
47 ,
36 cos
544 ,
297 cos
m C
u C
= ×
= ×
= α
Kecepatan teoritis uap pada sisi masuk sudu gerak II : w
1
=
1 1
2 2
1
cos C
u 2
u C
α ⋅
⋅ ⋅
− +
= 054
, 184
47 ,
36 cos
544 ,
297 324
, 188
2 324
, 188
544 ,
297
2 2
= ×
× ×
− +
mdet S
udut masuk untuk sudu gerak kedua α
1
diambil 36,47 Sudut kecepatan relatif uap masuk ke sudu gerak II :
sin β
1
= 47
, 36
sin 054
, 184
544 ,
297 sin
1 1
1
= ×
α w
C ;
β
1
= 74 Kecepatan relatif teoritis uap keluar sudu gerak II :
w
2
t = 91,5
791 ,
226 70
03 ,
8378 054
, 184
5 ,
91 8378
2 2
1
= ×
+ =
⋅ + h
w
ρ mdet
w
’2
= ψ.w
2
t’ =0,90 x 226,791 = 204,112 mdet
Kecepatan mutlak uap dengan memperhitungkan kerugian: C
2
=
2 2
2 2
2
cos 2
β ⋅
⋅ ⋅
− +
w u
u w
= 965
, 118
35 cos
112 ,
204 324
, 188
2 324
, 188
112 ,
204
2 2
= ×
× ×
− +
mdet
Universraitas Sumatera Utara
65 sudut
[13,141]
, β
2
dipilih 35° . Sudut keluar uap sudu gerak II:
sin α
2
= 35
sin 965
, 118
112 ,
204 sin
2 2
2
= ×
β c
w ,
α
2
=100,23 C
2
u = C
2
x cos α
2
= 118,965 x cos 100,23 = -21,128 mdet
Kerugian kalor pada sudu pengarah: h
gb
= 08
, 3
8378 544
, 297
119 ,
338 8378
2 2
2 1
2 1
= −
= − C
C
t
kkalkg Kerugian kalor pada sudu gerak baris II:
h
b
= 166
, 1
8378 112
, 204
791 ,
26 8378
2 2
2 2
2 2
= −
= − w
w
t
kkalkg Kerugian akibat kecepatan keluar uap dari sudu gerak baris II:
h
e
= 689
, 1
8378 965
, 118
8378
2 2
2
= =
C kkalkg
Efisiensi pada keliling cakram dihitung melalui persamaan:
ad C
u C
u C
u 2
2 2
1 u
− Σ
⋅ ⋅
= η
η
u
=
2
544 ,
765 ]
128 ,
21 168
, 225
276 ,
239 337
, 648
[ 324
, 188
2 −
+ +
× ×
=0,7016 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
7042 ,
70 689
, 1
166 ,
1 08
, 3
630 ,
8 138
, 6
70 =
+ +
+ +
− =
,
kesalahan perhitungan
378 ,
100 7042
, 7016
, 7042
, =
× −
.
Universraitas Sumatera Utara
66 Gambar 3.9 Diagram I-s untuk tingkat pengaturan
Tekanan uap sesudah nosel tingkat pengaturan diperoleh dari diagram i-s dengan mengukurkan besarnya harga kerugian akibat kecepatan dari garis vertikal
dari titik h
01
yang berpotongan dengan tekanan P
2
, sehingga diperoleh P
1 I
sebesar 22 bar, seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.9.
Uap dari perapat labirin ujung depan dibuang ke ruang sorong uap tingkat ekstraksi dengan tekanan P
eks
= 3,9 bar, sedangkan tekanan sesudah nozel tingkat pengaturan sebesar P
1 I
= 22 bar.Tekanan kritis diperoleh dari: p
kr
= 606
, 2
5 ,
1 50
22 85
, 5
, 1
85 ,
1
= +
× =
+ ×
z P
I
bar
Dengan z adalah jumlah ruang perapat labirin, diambil 50 buah. Karena tekanan sesudah perapat labirin P
2
lebih besar dari tekanan kritis p
kr
, maka besarnya kebocoran ditentukan dengan rumus:
1 1
2 2
1
100 υ
⋅ ⋅
− ⋅
× ×
=
I eks
I s
kebocoran
P z
P P
g f
G
kebocoran
G 0940
, 2030
, 22
50 9
, 3
22 81
, 9
10 20734
, 100
2 2
3
= ×
× −
× ×
× ×
=
−
kgs dengan f
s
= π x d x Δs = π x 0,22 x 0,3 x 10
-3
= 0, 20734 x 10
-3
m
2
Universraitas Sumatera Utara
67 d = diameter poros direncanakan sebesar 220 mm
Δs = celah antara poros dengan packing labirin 0,3 mm ν = volume spesifik uap sesudah nozel 0,2030 m
3
kg z = jumlah labirin, 50 buah.
Kalor total uap sebelum nozel tingkat kedua: h
= h
01
- h -
∑h
kerugian
h = 811,33 – [70 –6,138+8,630+3,08+1,166+1,689+0.9442]
h = 762,977 kkalkg
Dengan mengukurkan harga tersebut pada diagram i-s diperoleh kondisi uap sebelum nozel tingkat kedua yaitu sebesar 15 bar dan temperatur 370,56
C.
3.7. Penurunan Kalor dari Tingkat Tekanan sampai Ke Tekanan Ekstraksi
