3.5. 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 , 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,
dan kecepatan keliling sudu: u = uc
1
x C
1
= 0,246 x 765,544 mdet = 188,324 mdet,
diameter rata - rata sudu: d
1
=
n u
60 ×
π ×
=
5700 324
, 188
60 ×
×
π = 0,631 m atau 631 mm
Tingkat tekanan ini dibuat dengan derajat reaksi, derajat reaksi yang dimanfaatkan pada sudu-sudu gerak dan sudu pengarah:
• untuk sudu gerak baris pertama ……….2
• untuk sudu pengarah …………………..5
• untuk sudu gerak baris kedua ………….3
Kecepatan teoritis uap keluar dari tingkat pertama :
C
1
t = 91,5 h
1 ×
ρ −
= 91,5
70 1
, 1
× −
C
1
t = 726,529 mdet Kecepatan mutlak uap keluar nozel :
C
1
= x C
1
t = 0,95 x 726,529 = 689,946 mdet
diambil 0,95 karena celah aksial nozel - sudu gerak cukup kecil C
1
u = x cos
1
= 689,946 x cos 20 C = 648,337 mdet.
Dengan mengambil sudut masuk uap
1
sebesar 20 lit.1, hal.141
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
1
=
1 1
1
20 sin
007 ,
517 946
, 689
sin =
× α
w C
;
1
=27,15
Gambar 3.8 Segitiga Kecepatan untuk Turbin Impuls dengan Dua Tingkat Kecepatan
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
= x w
2
t =0,86 x 526,936 = 453,165 mdet dimana diambil 0,86 gambar 2.12.
Dengan mengambil sudut relatif keluar uap
2
lebih kecil 3 dari sudut
kecepatan relatif masuk uap:
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
2
= 15
, 24
sin 684
, 291
165 ,
453 sin
2 2
2
= ×
β C
w ;
2
= 39,47 C
2
u = C
2
x cos
2
= 291, 684 x cos 39,47 = 225,168
mdet
Kerugian kalor pada nozel : h
n
= 7
, 25
2001 946
, 689
259 ,
726 2001
2 2
2 1
2 1
= −
= − C
C
t
kJkg
Kerugian kalor pada sudu gerak I: h
b
= 13
, 36
2001 165
, 453
936 ,
526 2001
2 2
2 2
2 2
= −
= − w
w
t
kJkg
Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak II: C
1
= 91,5
gb
70 05
, 8378
684 ,
291 88
, 5
, 91
8378
2 2
2
× ×
× =
× +
h c
gb
ρ
=297,544 mdet Dimana :
gb
adalah derajat reaksi pada sudu pengarah dan
gb
adalah koefisien kecepatan pada sudu pengarah yang besarnya diasumsikan sepantasnya.
det 276
, 239
47 ,
36 cos
544 ,
297 cos
1 1
1
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 sudut masuk untuk sudu gerak kedua
1
diambil 36,47 Sudut kecepatan relatif uap masuk ke sudu gerak II :
sin
1
= 47
, 36
sin 054
, 184
544 ,
297 sin
1 1
1
= ×
α w
C ;
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
= .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
sudut
2
dipilih 35 lit.1,hal.141
Sudut keluar uap sudu gerak II: sin
2
= 35
sin 965
, 118
112 ,
204 sin
2 2
2
= ×
β C
w
2
=100,23 C
2
u = C
2
x cos
2
= 118,965 x cos 100,23 = -21,128 mdet
Kerugian kalor pada sudu pengarah: h
gb
= 90
, 12
2001 544
, 297
119 ,
338 2001
2 2
2 1
2 1
= −
= − C
C
t
kJkg
Kerugian kalor pada sudu gerak baris II: h
b
= 90
, 4
2001 112
, 204
791 ,
26 2001
2 2
2 2
2 2
= −
= − w
w
t
kJkg
Kerugian akibat kecepatan keluar uap dari sudu gerak baris II: h
e
= 07
, 7
2001 965
, 118
2001
2 2
2
= =
C kJkg
Efisiensi pada keliling cakram dihitung melalui persamaan:
ad C
u C
u C
u 2
2 2
1 u
− Σ
⋅ ⋅
= 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 ,
083 ,
293 07
, 7
90 ,
4 90
, 12
13 ,
36 70
, 25
083 ,
293 =
+ +
+ +
− =
,
kesalahan perhitungan
378 ,
100 7042
, 7016
, 7042
, =
× −
.
Kerugian-kerugian akibat gesekan dan pengadukan dihitung dari persamaan :
G N
h
gea gea
=
N
gea
dihitung dari persamaan Forner berikut:
10 4
3 .
.
10
−
⋅ =
ρ β
l d
n N
a ge
kW dimana:
β = koefisien untuk cakram baris kedua sebesar 2,06 d = diameter cakram yang diukur pada diameter rata-rata sudu
= n
U π
60 =
5700 188,324
60 π
= 0,631 m n = putaran turbin = 5700 rpm
l
1
= tinggi sudu sebesar = 16 mm = 1,6 cm ρ= bobot spesifik didalam dimana cakram tersebut berputar harganya
sebanding dengan 1 ν
ν = 0,2030 m
3
kg ;
ρ = 4,926 kgm
3
Maka diperoleh :
10 4
3 .
.
10 4,926
6 ,
1 0,631
5700 06
, 2
−
× =
a ge
N
=
. .a
ge
N
47,675 kW
Sehingga kerugian-kerugian akibat gesekan dan pengadukan adalah :
G N
h
gea gea
=
37 ,
3 145
, 14
675 ,
47 =
=
gea
h kJkg
Gambar 3.9 Diagram I-s untuk tingkat pengaturan
Tekanan uap sesudah nozel 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
2
= 4 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
0940 ,
2030 ,
22 50
4 22
81 ,
9 10
20734 ,
100
2 2
3
= ×
× −
× ×
× ×
=
−
kgdet dengan f
s
= x d x s = x 0,22 x 0,3 x 10
-3
= 0, 20734 x 10
-3
m
2
d = diameter poros direncanakan sebesar 220 mm s = celah antara poros dengan packing labirin 0,3 mm
= volume spesifik uap sesudah nozel 0,2030 m
3
kg z = jumlah labirin, 50 buah.
Kalor total uap sebelum nozel tingkat kedua: i
= i - h
- ∑h
kerugian
= i - h
i
= 3396,96 – [293,083 –25,70+36,13+12,90+4,90+7,07+3,37] = 3193,95 kJkg
Dengan mengukurkan harga tersebut pada diagram i-s diperoleh kondisi uap sebelum nozel tingkat kedua yaitu sebesar 15 bar dan temperatur 370,56
C.
3.6. Penurunan Kalor dari Tingkat Pengaturan sampai Tingkat Ekstraksi
Kategori