3.5 Perhitungan Kalor Turbin Uap Untuk Tiap Tingkat Tekanan
3.5.1 Penentuan Tingkat Tekanan
Turbin nekatingkat multistage turbine dengan tingkat-tekanan banyak dipakai di bidang industri sebagai pengerak mula untuk generator listrik
berkapasitas besar, disebabkan oleh kemampuannya ability untuk menghasilkan daya yang besar dibandingkan dengan turbin tinggal.
Untuk mendapat tingkat tekanan turbin sumber lit.7 hal 105 adalah :
2
1
rata rata
u H
Y z
Dimana : z
= Jumlah tingkat tekanan Y =
Koefisien karakteristik untuk turbin nekatingkat
H
’
= Penurunan kalor dengan memperhitungkan kerugian pada katub dan kerugian pemipaan buang = 1203 kJkg = 287,33 kkcalkg.
2 rata
rata
u
= kecapatan keliling sudu rata-rata. Dengan mengambil nilai uc
1 rata-rata
sebesar = 0,3, sehinga kecapatan uap keluar nosel:
s m
H c
33 ,
1550 33
, 287
5 ,
91 5
, 91
1
Kecepatan keliling sudu rata-rata adalah :
1 1
c c
u u
rata rata
rata rata
= 0,3 x 1550,33 = 465,09 ms
Koefisien karakteristik untuk turbin nekatingkat Y sumber lit. 7 hal 93 adalah:
Universitas Sumatera Utara
1 ,
7102 33
, 287
06 ,
1 09
, 465
1
2 2
H u
Y
Maka jumlah tingkat tekanan adalah :
10 99
, 9
09 ,
465 33
, 287
06 ,
1 1
, 7102
2
z
3.5.2 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 44,13 bar dan dengan mengambil nilai uc
1
sebesar 0,236, sehingga kecepatan mutlak uap keluar nosel :
s m
h c
582 ,
678 55
5 ,
91 5
, 91
1
Dan kecepatan keliling sudu :
1 1
c c
u u
s m
582 ,
678 236
,
s m
145 ,
160
Diameter rata-rata sudu pada tingakt pertama menjadi: m
n u
d 02
, 1
3000 14
, 3
145 ,
160 60
60
1
= 1019,11 mm
Tingkat tekanan ini dibuat dengan derajat reaksi, dimana derajat reaksi yang dimanfaatkan pada sudu-sudu gerak dan sudu pengarah Menurut lit. 7,
hal. 141 adalah :
Universitas Sumatera Utara
1. Untuk sudu gerak baris pertama
= 4 2.
Untuk sudu pengarah = 5
3. Untuk sudu gerak baris ke dua
= 4
Kecepatan teorotis uap keluar nosel adalah : 95
. 852
, 678
1 1
c c
t
= 664,505 ms Dengan mengambil sudut uap
α
1
sebesar 17
o
menurut lit.7 hal. 81 diperoleh kecepatan pada pelek rim :
1 1
1
17 cos
852 ,
678 cos
c
c
u
s m
007 ,
604
Dan kecepatan relatif uap terhadap sudu
1
:
1 2
2 1
1
cos 2
u
u c
s m
773 ,
480 17
cos 852
, 678
2 145
, 160
852 ,
678
2 2
Sudut kecepatan relatif menjadi :
1 1
1 1
17 sin
773 ,
480 852
, 678
sin sin
c
sin
1
= 22,589
Gambar 3.5 variasi kecepatan uap pada tingkat pengaturan sudu gerak baris I Dengan menetapkan sudut re;atif uap keluar
2
lebih kecil 3 dari sudut
kecepatan relatif uap masuk
1
, maka :
Universitas Sumatera Utara
2
589 ,
19 3
589 ,
22
Sehingga dari gambar 2. 8 di peroleh
= 0,86 Kecepatan relatif teoritis uap pada sisi keluar pada sisi keluar sudu gerak I
55 04
, 8378
773 ,
480 5
, 91
8378 5
, 91
2 1
2 1
2
h w
t
= 499,403 ms
Kecepatan relatif uap pada sisi keluar sudu gerak I dengan memperhitungkan kerugian:
s m
t w
487 ,
429 403
, 499
86 ,
2 2
Dari gambar 4.1 diperoleh kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak I :
2 2
2 2
2 2
cos 2
u
u c
s m
747 ,
238 589
, 19
cos 145
, 160
487 ,
429 2
145 ,
160 487
, 429
2 2
Dengan sudut keluar :
2 2
2 2
496 ,
30 589
, 19
sin 747
, 238
487 ,
429 sin
sin
c
Maka kecepatan pelek rim adalah: s
m c
u c
464 ,
244 496
, 30
cos 747
, 283
cos
2 2
2
Sehingga kerugian kalor pada nosel adalah : kg
kJ c
c h
t n
5389 ,
21 2000
628 ,
631 872
, 664
2000
2 2
2 1
2 1
Dan kerugian kalor pada sudu gerak I adalah:
kg kj
h
t b
4553 ,
32 2000
487 ,
429 403
, 499
2000
2 2
2 2
2 2
Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak II
2 2
1
8378 5
, 91
h c
c
gb gb
Universitas Sumatera Utara
Dimana
gb
diambil sebesar 0,86 maka:
s m
c 6
, 305
55 05
, 8378
747 ,
283 86
, 5
, 91
1
Kecepatan teoritis uap pada sisi keluar dari sudu pengarah menjadi :
86 ,
6 ,
305
1
gb lt
c c
= 321,685 ms
Dengan mengambil sudut mutlak uap sudu gerak II
1
sebesar 30 diperoleh
kecepatan pelek rim :
1 1
1
30 cos
6 ,
305 cos
c
c
u
= 264,626 ms Dan kecepatan relatif uap pada sisi masuk sudu gerak II:
1 1
2 2
1 1
cos 2
u c
u c
s m
185 30
cos 145
, 160
6 ,
305 .
2 145
, 160
6 ,
305
2 2
1
Sudut kecepatan relatif uap masuk ke sudu gerak II :
1 1
1 1
624 ,
55 30
sin 151
, 185
6 ,
305 sin
sin
c
Dengan mengambil sudut mutlak uap keluar sudu gerak II
2
sebesar 45 ,
maka dari gambar 2.8 diperoleh 9
,
.
Kecepatan relatif
teoritis uap keluar sudu gerak II : s
m h
t t
088 ,
185 55
04 ,
8378 151
, 185
5 ,
91 8378
5 ,
91
2 2
2 2
Kecepatan relatif uap pada sisi keluar sudu gerak II dengan memperhitungkan kerugian:
s m
t
008 ,
185 9
,
2 2
Kecepatan relatif uap pada sisi keluar sudu gerak II :
2 2
2 2
2
cos 2
u
u c
Universitas Sumatera Utara
s m
478 ,
98 45
cos 145
, 160
579 ,
166 2
145 ,
160 579
, 166
2 2
Gambar 3.6 Segitiga kecepatan tingkat pengaturan
Dari gambar 4.2 diatas didapat sudut keluar uap sudu gerak II
2
sebesar 104 dan
kecepatan pada pelek rim menjadi:
s m
c c
u
691 ,
23 104
cos 487
, 98
cos
2 2
2
Sehingga kerugian kalor pada sudu pengarah adalah :
kg kJ
c c
h
t gb
041 ,
5 2000
6 ,
305 685
, 321
2000
2 2
2 1
2 1
Dan kerugian kalor pada sudu gerak baris II adalah :
kg kJ
h
t b
2528 ,
3 2000
579 ,
166 088
, 185
2000
2 2
2 2
2 2
Dan kerugian kalor pada sudu gerak baris II adalah :
kg kJ
c h
e
8464 ,
4 2000
478 ,
98 2000
2 2
2
Efisiensi pada keliling cakram dihitung adalah :
70886 ,
582 ,
678 691
, 23
464 ,
244 626
, 264
007 ,
604 165
, 160
2 2
2 2
2 1
ad u
u u
c c
c u
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 diagram i-s untuk tingkat pengaturan Dari perhitungan sebelumnya untuk tinggi nosel 15 mm, akan dapat
ditentukan derajat pemasukan parsial sebagai berikut:
703 ,
17 sin
628 ,
631 015
, 02003
, 1
14 ,
3 0747
, 44
, 83
sin
1 1
1 1
dlc v
G
Sehingga kerugian daya akibat gesekan cakram dan pengadukan yaitu:
6 3
2 .
10 07
, 1
u d
N
a ge
0747 ,
1 10
145 ,
160 01911
, 1
07 ,
1 1
6 3
2
= 61,1277 kW Kerugian kalor yang terjadi adalah:
kg kJ
G N
h
a ge
a ge
6612 ,
44 ,
83 427
1868 ,
4 1277
, 61
102 427
102
. .
Uap dari
perapat labirin ujung depan dibuang ke ruang sorong uap ekstraksi
yang kedua dengan tekanan ,
7028 ,
2 bar
p
III eks
sedangkan tekanan sesudah nosel
tingkat pengaturan sebesar 48
1
p
bar. Tekanan kritis pada perapat-perapat labirin persis sebelum ruang dari mana uap di buang adalah:
Universitas Sumatera Utara
bar z
p p
kr
5279 ,
2 5
, 1
84 5
, 27
85 ,
5 ,
1 85
,
1
Dimana z adalah ruang perapat labirin yang diambil sebanyak 84 buah.
Sehingga besarnya kebocoran uap melalui perapat-perapat labirin adalah :
1 1
2 2
1
100 v
p z
p p
g f
G
III eks
s kebocoran
s kg
5665 ,
081556 ,
48 84
7028 ,
2 48
81 ,
9 10
94286 ,
100
2 2
3
Dimana dalam hal ini diambil diameter poros d sebesar 500 mm, lebar celah antara poros dengan paking labirin
s
sebesar 0,6 mm, sehingga luas melingkar untuk aliran uap f
s
adalah :
3
10 6
, 5
, 14
, 3
s s
d f
Total kerugian kalor sebelum nosel tingat kedua adalah :
a ge
c b
gb n
ugian
h h
h h
h h
. ker
= 21,5389 + 32,4553 + 5,041 + 3,2528 + 4,8464 + 0,6612 = 67,7965 kJkg
Kalor total uap sebelum nosel tingkat kedua adalah:
ugian
h h
i i
ker
= 3365,3 - 230,274 – 67,7965 = 3202,83 kJkg
Sehingga kondisi uap sebelum nosel tingkat ke dua ditentukan oleh tekanan 44,13 bar dan suhu 400
C
3.5.3 Perhitungan kalor dari tingkat pengaturan sampai ekstraksi I
Kategori