2.5.2 Kerugian Energi Pada Turbin Uap
Pertambahan energi kalor yang dibutuhkan untuk melakukan kerja mekanis pada kondisi 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: Rugi-rugi internal adalah rugi-rugi yang berhubungan dengan kondisi uap
ketika mengalir melalui turbin sehingga menaikkan entalpi uap tersebut. Yang termasuk rugi- rugi internal adalah rugi dalam katup pengatur, rugi dalam nosel,
rugi kecepatan keluar, rugi karena gesekan antara roda dengan sudu gerak, rugi karena windage, rugi clearance antara rotor dan sudu, rugi karena kebasahan uap,
rugi karena saluran keluar. Rugi-rugi eksternal adalah rugi-rugi yang tidak ada hubungannya dengan
kondisi uap. Yang termasuk rugi-rugi eksternal adalah rugi mekanik dan rugi-rugi yang disebabkan oleh kebocoran uap dari labyrinth gland seals.
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 sehingga dapat di tuliskan
∆P = 5P
o
. Kerugian energi yang terjadi pada katup pengatur ditentukan dengan
∆H = H
o
– H
o
’ 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
.
Universitas Sumatera Utara
Adapun Gambar 2.11 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.
Gambar 2.11 Proses ekspansi uap melalui ekspansi pengatur beserta kerugian-kerugian akibat penyempitan Lit.1, hal 60.
b Kerugian energi pada nozel h
n
Kerugian energi dalam nozel adalah dalam bentuk kerugian energi kinetis dimana besarnya adalah :
Universitas Sumatera Utara
=
kalkg Atau:
=
kalkg
dimana : h
n
= besarnya kerugian pada nozel c
it
= kecepatan uap masuk nozel teoritis c
1
= ϕ
⋅
t
c
1
= Kecepatan uap masuk mutlak dari nosel ms ϕ = Koefisien kecepatan atau angka kualitas nosel.
Gambar 2.12 Koefisien kecepatan untuk nozel sebagai fungsi tinggi nozel l Lit.1, hal 61.
c Kerugian energi pada sudu – sudu gerak
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.
Universitas Sumatera Utara
d Kerugian energi akibat gesekan cakra
Kerugian gesekan terjadi diantara cakram turbin yang berputar dengan uap yang menyelubunginya. Cakra 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:
dimana : G = massa aliran uap melalui tingkatan turbin kgs Ng
ea
= daya gesek dari ventilasi cakram Adapun penentuan daya gesek dari ventilasi cakram ini sering dilakukan dengan
memakai rumus Forner sebagai berikut :
=
β . .
. .
.
γ kW
dimana : β = koefisien yang sama dengan 1,76 untuk cakra baris tunggal,
dan 2,06 untuk cakra baris ganda, dan 2,80 untuk cakra tiga baris;
d = diameter cakra yang diukur pada tinggi rata-rata sudu m n = putaran poros turbin rpm
l
1
= tinggi sudu cm γ = bobot spesifik dimana cakra tersebut berputar kgm
3
, sama dengan 1
ν ; dimana
ν = volume spesifik uap pada kondisi tersebut m
3
kg
Universitas Sumatera Utara
e Kerugian akibat ruang bebas
Ada perbedaan tekanan di antara kedua sisi cakra nosel yang dipasang pada stator turbin ,sebagai akibat ekspansi uap di dalam nosel. Diafragma yang
mempunyai sudu sudu gerak adalah dalam keadaan berputar ,sementara cakra- cakra 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 Lit.1, hal 64 :
=
dimana G
kebocoran
ditentukan berdasarkan tekanan kritis
= ata
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: = 100
kgdet
Sebaliknya ,bila tekanan kritis lebih tinggi dari p
2
, maka kecepatan uap adalah lebih tinggi dari kecepatan kritisnya dan massa alir kebocoran dihitung dengan :
= 100 kgdet
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13 Celah kebocoran uap tingkat tekanan pada turbin impuls Lit.1, hal 65.
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.
2.6 Perancangan Nosel Dan Sudu Gerak
Kategori