Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
Seluruh data hasil perhitungan diatas yang dibutuhkan untuk perancangan awal pada turbin dengan empat tingkatan ekstraksi dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut ini
:Tabel 3.1 Data hasil perancangan turbin empat tingkatan ekstraksi
No. Parameter
Sebelum turbin
Eks. I Eks. II
Eks. III Eks. IV
Kondensor
1 Tekanan uap bar
82 12,544
5,431 1,9853
0,5783 0,1
2 Temperatur atau
kebasahan uap
o
C atau 550
o
C 308,33
o
C 231,818
o
C 129,167
o
C 4,0
10,2
3 Kandungan kalor uapi
eks
kJkg 3520,6
3060 2912
2730,769 2560
2348,263
4 Temperatur jenuh uap
pemanas
o
C 296,728
190 155
120 85
-
5 Kandungan kalor air
jenuhi
s
kJkg 1325,52
807,506 662,383
503,659 354,239
199,424
6 Temperatur air pengisian
HRSG
o
C -
185 150
115 80
45
7 Kalor sensibel air
pengisian HRSGI
fw
kJkg -
335,456 481,994
637,129 788,992
188,866
8 Penurunan kalor kJkg
460,6 148
181,231 170,769
211,737 -
3.4 Perhitungan Fraksi Massa dan Laju Aliran Massa pada Tiap Ekstraksi
Dari bagian 2.7 dan 2.8 sebelumnya dengan mengambil nilai
1
η ,
2
η ,
3
η , dan
4
η , sama dengan 0,98 akan dapat ditentukan fraksi massa dari ekstraksi yang pertama
hingga ekstraksi keempat sebagai berikut :
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
1. Fraksi massa pada ekstraksi I
1
α
068796 ,
98 ,
506 ,
807 3060
129 ,
637 992
, 788
1
= ⋅
− −
= α
2. Fraksi massa pada ekstraksi II
2
α
059977 ,
994 ,
481 2912
994 ,
481 506
, 807
068796 ,
994 ,
481 129
, 637
98 ,
1
2
= −
− −
− =
α
3. Fraksi massa pada ekstraksi III
3
α
058494 ,
98 ,
659 ,
503 769
, 2730
456 ,
335 994
, 481
059977 ,
068796 ,
1
3
= ⋅
− −
⋅ −
− =
α
4. Fraksi massa pada ekstraksi IV
4
α
98 ,
239 ,
354 2560
98 ,
239 ,
354 659
, 503
058494 ,
866 ,
188 456
, 335
059977 ,
068796 ,
1
4
⋅ −
⋅ −
− −
⋅ −
− =
α
0555119 ,
=
5. Jumlah total uap panas lanjut yang memasuki turbin D
] 737
, 211
757614 ,
769 ,
170 812733
, 231
, 181
871227 ,
148 931204
, 6
, 460
[ 1868
, 4
516 ,
97 860
+ +
+ +
× ×
= Do
8399 ,
332 =
tonjam atau 456
, 92
= kgs
Sehingga jumlah fraksi massa uap tiap ekstraksi dapat dilihat pada tabel 3.2 berikut ini :
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
Tabel 3.2 Fraksi massa tiap ekstraksi
Istilah Eks.1
Eks.2 Eks.3
Eks.4 0,068796
0,059977 0,058494
0,055119 D
eks.
tonjam 22,898
19,9627 19,469
18,3458 G
eks
kgs
.
6,361 5,545
5,4081 5,0961
Sedangkan jumlah uap yang mengalir melalui turbin antara berbagai titik ekstraksi dapat dilihat pada tabel 3.3 berikut ini :
Tabel 3.3 Jumlah uap yang mengalir antara berbagai titik ekstraksi
Jumlah uap mengalir melalui tingkat turbin
Sampai ke titik eks. I
Dari eks. I – II
Dari eks. II - III
Dari eks. III - IV
Sampai ke Kondensor
D
eks.
tonjam 332,8399
309,9419 289,9792
270,5102 252,1644
G
eks
kgs
.
92,456 86,095
80,5498 75,1417
70,046
3.5 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. Pemakaian tingkat impuls, yang beroperasi dengan penurunan kalor sebesar 40 – 60 kkalkg [Menurut lit. 1, hal. 118]. Untuk ini diambil
penurunan kalor sebesar 55 kkalkg atau 230,274 kJkg, maka tekanan uap pada tingkat pengaturan ruang sorong uap menjadi sebesar 40 bar dan dengan mengambil nilai
uc
1 opt
sebesar 0,236 [Menurut Lit. 1 hal 81], sehingga kecepatan mutlak uap keluar nosel :
= =
o
h c
5 ,
91
1
582 ,
678 55
5 ,
91 =
ms
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
dan kecepatan keliling sudu : u = uc
1 opt
x c
1
= 0,236 x 678,582 ms = 160,145 ms,
Diameter rata - rata sudu menjadi :
n u
d ×
× =
π
60
1
3000 145
, 160
60
1
× ×
=
π
d
= 1,01911 m = 1019,11 mm
Tingkat tekanan ini dibuat dengan derajat reaksi, dimana derajat reaksi yang dimanfaatkan pada sudu-sudu gerak dan sudu pengarah [Menurut lit. 1, 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
× −
= 631,628 ms Kecepatan teoritis uap keluar nosel adalah :
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
c
1
t =
95 ,
628 ,
631
1
= ϕ
c
= 664,872 ms
Dengan mengambil sudut masuk uap
1
sebesar 17 [Menurut lit. 1, hal. 81]
diperoleh kecepatan pada pelek rim : c
1
u =
o
c 17
cos 628
, 631
cos
1 1
× =
× α
= 604,007 ms dan kecepatan relatif uap t
erhadap sudu
1
:
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, Sudut kecepatan relatif menjadi :
sin
1
=
o
c 17
sin 773
, 480
628 ,
631 sin
1 1
1
= ×
α ω
;
1
= 22,589
Gambar 3.3 Variasi kecepatan uap pada tingkat pengaturan sudu gerak baris I
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
Dengan menetapkan sudut relatif uap keluar
2
lebih kecil 3 [Menurut Lit. 1 hal.
82] dari sudut kecepatan relatif uap masuk β
1
, maka :
2
= 22,589 - 3
= 19,589 ,
sehingga dari gambar 2.5 diperoleh 86
, =
ψ .
Kecepatan relatif teoritis uap pada sisi keluar sudu gerak I :
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 :
2
= x
2
t =0,86 x 499,403 = 429,487 ms dari gambar 3.3 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
= ⋅
⋅ ⋅
− +
o
ms, dengan sudut keluar :
sin
2
=
o
c 589
, 19
sin 747
, 283
487 ,
429 sin
2 2
2
= ×
β ω
;
2
= 30,496 maka kecepatan pada pelek rim adalah :
c
2
u = c
2
x cos
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
t c
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
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak II : c
1
= 91,5
gb 2
2
8378 h
c
gb
⋅ +
ρ
dimana
gb
ψ diambil sebesar 0,95, maka :
c
1
= 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
c t
c
ψ = 321,685 ms
Dengan mengambil sudut mutlak uap masuk sudu gerak II
1
α sebesar 30
o
diperoleh kecepatan pada pelek rim :
1
u c
=
o
c 30
cos 6
, 305
cos
1 1
× =
× α
= 264,626 ms dan kecepatan relatif uap pada sisi masuk sudu gerak II :
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
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 :
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009 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
Dengan nilai-nilai kecepatan dan besar sudut yang sudah diketahui, maka dapat digambarkan segitiga kecepatan untuk tingkat pengaturan ini, yaitu :
Gambar 3.4 Segitiga kecepatan tingkat pengaturan
Dari gambar 3.4 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
2
= 98,478 x cos 104
o
= -23,691 ms
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
Sehingga kerugian kalor pada sudu pengarah adalah : h
gb
= 0421
, 5
2001 6
, 305
685 ,
321 2001
2 2
2 1
2 1
= −
= −c
t c
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
Efisiensi pada keliling cakram dihitung adalah :
2 1
2 1
2 c
u c
u c
u
u
+ Σ
⋅ ⋅
= η
[ ]
2 1
2 2
1 1
. 2
c u
c u
c u
c u
c u
+ +
+ =
70886 ,
582 ,
678 691
, 23
464 ,
244 626
, 264
007 ,
604 145
, 160
. 2
2
= −
+ +
=
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 ,
69 ,
194 8464
, 4
2528 ,
3 0421
, 5
4553 ,
32 5389
, 21
274 ,
230 =
+ +
+ +
− =
,
kesalahan perhitungan
05079 ,
100 70886
, 7085
, 70886
, =
× −
, karena masih di bawah 2, maka perhitungan diatas sudah tepat.
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 3.5 Diagram i-s untuk tingkat pengaturan
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
= =
= x
x x
x 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
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
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 :
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
s sebesar 0,6 mm, sehingga luas melingkar untuk aliran uap f
s
adalah : f
s
= x d x s = 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
,
+ +
+ +
+
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
= 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.
3.6 Perhitungan Kalor dari Tingkat Pengaturan sampai Ekstraksi I
