3.1.1. Tingkat Pertama
Untuk tingkat pertama, akan dipakai roda dua baris agar dapat menggunakan bagian penurunan kalor yang lebih besar pada tingkat ini. Pada
tingkat ini, uap akan diekspansikan melalui nosel tingkat pertama dari tekanan P
’=8 bar sampai dengan P
1
= 4 bar. 3.1.1.2. Perhitungan kalor
Penurunan kalor teoritis yang terjadi pada nosel diperoleh dari diagram i-s diagram Mollier
h = i
– i
i
= 662,841 – 626,97 = 36 kkalkg kecepatan uap pada sisi keluar nosel :
a. aktual: C
1
= 91,5φ
h = 91,5 x 0,95 x 36 = 521,5 mdetik b. teoritis:
C
lt
=
95 ,
5 ,
521
1
=
ϕ
C
= 549 mdetik Untuk memperoleh efisiensi maksimum pada tingkat ini, maka perlu dicari
nilai uC
1 optimum
, setelah itu perhitungan kalor selanjutnya dengan memakai nilai uc
1 optimum
tersebut. a.
Mencari nilai uC
1 optimum
. Nilai uC
1 optimum
untuk cakram dua baris nilai uC
1
yang diandaikan adalah antara 0,1-0,3 P. Shlyakhin 1990. Pada perhitungan berikut ini akan diandaikan lima nilai uC
1
yaitu : 0,1 ; 0,15 ; 0,26 ; dan 0,3, yang selanjutnya akan digambarkan segitiga kecepatan
masing-masing nilai uC
1
dan grafik hubungan antara efisiensi dalam relatif dan nilai uC
1
. Besaran-besaran yang dibutuhkan untuk hal tersebut adalah sebagai berikut, namun dalam bentuk rumus dan hasilnya dalam
tabel 3.1.
Universitas Sumatera Utara
Untuk nilai uC
1
yang diandaikan uC
1
= kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak baris pertama = 521,5 mdetik
u = kecepatan keliling cakram pada diameter rata-rata =
1
C u
C
1
d = diameter rata-rata cakram =
n u
π
60
α
1
= sudut kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak baris pertama untuk tingkat ini α
1
= 16°C β
1
= sudut kecepatan relatif uap masuk sudu gerak baris pertama dengan rumus : Sin β
1
=
1 1
1
sin α
w C
w
1
= kecepatan relatif uap masuk sudu baris pertama =
1 1
2 2
1
cos 2
α
uc u
C −
+
α
2
= sudut kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak baris pertama =
β
2
+ cos
-1 2
2 2
2 2
2 2
2 w
C u
w C
− +
c
2
= kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak baris pertama =
2 2
2 2
2
cos 2
β
uw u
w −
+
β
2
= sudut kecepatan relatif uap keluar sudu gerak baris pertama = β
1
-3° w
2
= kecepatan relatif uap keluar sudu gerak baris pertama =
1
.w ψ
dengan ψ = koefisien kecepatan untuk nilai β
1
β
2
gambar 5-4 P.Shlyakhin, 1990
α
1
= sudut kecepatan absolut uap keluar sudu pengarah = α
2
– 3° C
1
= kecepatan absolut uap keluar dari sudu pengarah = ψ
gb
. C
2
Universitas Sumatera Utara
β
1
= sudut kecepatan relatif uap keluar sudu pengarah =
α
1
+ cos
-1
2 1
2 2
1 2
1
2 w
w u
C C
− +
+ +
w
1
= kecepatan relatif uap keluar dari sudu pengarah =
β
2
+ cos
-1
2 2
2 2
2 2
2
2 C
w u
w C
− +
+ +
C
’ 2
= kecepatan absolut uap keluar dari sudu gerak baris kedua =
2 2
2 2
2
cos 2
β
u w
u w
− +
β
2
= sudut kecepatan relatif uap keluar sudu gerak baris kedua = β’
1
-3° w
2
= kecepatan relatif uap keluar dari sudu gerak baris kedua = ψ
1
w
1
C
1u
= proyeksi kecepatan absolut uap masuk sudu gerak baris pertama = C
1
cos α
1
C
2u
= proyeksi kecepatan absolut uap keluar sudu gerak baris pertama = C
2
cos α
2
C
1u
= proyeksi kecepatan absolut uap keluar sudu pengarah = C
1
cos α
1
C
2u
= proyeksi kecepatan absolut uap keluar sudu gerak baris kedua = C
2
cos α
2
η
u
= efisiensi turbin =
2 1
2 1
2
t
c u
c u
c u
− Σ
N
ge.a
= daya yang hilang dalam mengatasi gesekan dan ventilasi kerugian pengadukan =
β.d
4
n.
3
l
1.
y . 10
-10
l
1
=adalah tinggi rata-rata sudu diandaikan 2 cm n = 3000 rpm
Universitas Sumatera Utara
γ =
444 ,
1 1
1
=
υ = 2,252 kg m³
ζ
ge.a.
=
2 1
. .
204
t a
ge
Gc gN
η
oi
= Efisiensi dalam relatif turbin = η
u -
ζ
ge.a
Tabel 3.1. Hasil perhitungan untuk berbagai nilai uc
1
yang diandaikan uc
1
0.1 0.15
0.2 0.26
0.3 0.23
Satuan u
d w
1
β
1
β
2
ψ w
2
c
2
α
2
α
1’
ψ
gb
c
1
’ w
1
’ β
1
’ β
2
’ ψ
1
52.5 0.334
417.675 18.85
15.85 0.83
346.670 302.527
18.23 15.23
0.84 254.122
209.926 18.5
15.5 0.84
78.22 0.498
395.90 19.93
16.93 0.83
328.597 263.131
21.3 18.3
0.84 221.030
156.806 26.3
23.3 0.84
104.3 0.664
374.288 21.13
18.13 0.83
310.659 244.765
25.47 22.47
0.84 188.802
109.340 41.3
38.3 0.88
135.6 0.863
348.484 22.7
19.7 0.83
289.241 180.833
32.7 29.7
0.9 162.749
83.212 75
72 0.88
156.4 0.996
331.651 24
21 0.83
275.270 154.192
39.7 36.7
0.88 135.688
86.354 110.2
107.2 0.88
119.94 0763
361.4 21.9
18.9 0.83
299.96 202.45
28.7 25.7
0.9 178.156
94.31 54.7
51.7 0.88
mdetik m
mdetik deg
deg -
mdetik mdetik
deg deg
- mdetik
mdetik deg
deg -
Universitas Sumatera Utara
w
2
’ c
2
’ α
2
’ c
lu
c
2u
c
1u’
c
2u
’ Σc
1u
- c
2u
2uΣc
1u
- c
2u
η
u
N
ge.a.
ζ
ge.a.
η
oi
176.337 132.431
20.9 441.430
287.342 245.231
123.767 1097.77
101346.12
0.43 0.187
0.000071 0.429
131.717 73.388
45.13 441.430
245.123 209.851
51.775 948.170
131303.82
0.55 0.947
0.0003597 0.549
96.219 61.958
105.7 441.430
220.976 174.468
-16.765 820.109
151424.92
0.62 2.994
0.001137 0.6188
73.226 119.738
144.3 441.430
152.343 141.509
-97.359 637.923
153121.93
0.648 8.534
0.003242 0.644
75.991 176.464
155.7 441.430
118.635 108.791
-160.829 508.027
140703.15
0.59 15.160
0.005759 0.589
82.99 130.90
127.7 441.430
177.74 161.031
-35.42 744.351
158052.51
0.66 5.23
0.000397 0.656
mdetik mdetik
deg mdetik
mdetik mdetik
mdetik mdetik
m
2
s
2
- kW
- -
Universitas Sumatera Utara
Gambar: 3.1. Segitiga kecepatan tingkat pengatur dua baris dengan beberapa nilai uc1 yang diandaikan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2. Grafik effisiensi turbin impuls dengan dua tingkat kecepatan sebagai fungsi uc
1
dari grafik di atas dapat dilihat bah wa efisiensi dalam relatif η
oi
tingkat pertama akan maksimum pada nilai uc
1 opt
= 0,23, namun dengan mempertimbangkan dimensi, kerugian, dan ekspansi uap untuk tingkat
selanjutnya maka dipilih nilai uc
1
= 0,26 yang selanjutnya perhitungan dilanjutkan dengan memakai nilai uc
1
ini yang hasilnya juga diperlihatkan pada tabel 3.1.
b. Mencari tinggi nosel dan sudu-sudu. Data-data yang diakai untuk diperhitungkan berikut ini adalah dari tabel 3.1. dengan uc
1
= 0,26 Kerugian kalor pada sudu turbin :
- Untuk nosel :
h
n
= 8378
43 ,
461 72
, 485
8378
2 2
2 1
2 1
− =
− c c
t
= 2,745 kkalkg
Universitas Sumatera Utara
- Untuk sudu gerak baris pertama : h
b
= 8378
241 ,
289 484
, 348
8378
2 2
2 2
2 1
− =
− w w
= 4,509 kkalkg - Untuk sudu pengarah :
h
gb
= 8378
749 ,
162 833
, 180
8378
2 2
2 1
2 2
− =
− c c
= 0,741 kkalkg - Untuk sudu gerak baris kedua :
h
b
= 8378
226 ,
73 212
, 83
8378
2 2
2 2
2 1
− =
− w w
= 0,186 kkalkg - Kerugian kecepatan keluar sudu gerak baris kedua :
h
e
= 8378
738 ,
119 8378
2 2
2
= c
= 1,712 kkalkg untuk memeriksa ketepatan kerugian-kerugian yang diperoleh di atas, maka
akan dibandingkan nilai efisiensi η
u
dari nilai-nilai ini dengan hasil yang telah diperoleh dari grafik.
2 ,
28 712
, 1
186 .
741 ,
509 ,
4 746
, 2
2 ,
28 +
+ +
+ −
= +
+ +
+ −
= H
h h
h h
h H
e b
gb b
n u
η
= 0.648 kesalahan perhitungan :
6486 .
648 .
6486 .
−
x 100 = 0,092 kerugian akibat gesekan cakram dan kerugian pengadukan :
H
ge.a.
= 15
, 11
427 534
, 8
102 427
102
.
x x
G N
a ge
= = 0,182 kkalkg
perapat labirin terdiri dari z = 6 sekat, diameter hub d
hub
= 360 mm, celah melingkar antara hub dan sekat labirin s = 0,3 mm.
luas celah antara perapat dan hub ; ƒ
s
= π x 0,36 x 0,0003 = 0,00034 m
2
Universitas Sumatera Utara
tekanan pada ruang labirin yang terakhir adalah : p
kr
=
bar x
z p
24 ,
1 5
, 1
6 4
85 ,
5 ,
1 85
,
1
= +
= +
G
kebocoran
= 100ƒ
s 1
1
5 ,
1 υ
p x
z g
+ = 100 x 0,00034
444 ,
4 5
, 1
6 81
, 9
x +
= 0,40 kg s
kerugian kebocoran : H
kebocoran
= 15
, 11
40 ,
= −
−
r kebocoran
h h
G G
28,2 – 9,987 = 0,65 kkalkg dengan h
r
= h
n
+ h
b
’ + h
gb
+ h
b
’’ + h
e
+ he
.a
= 2,746 + 4,509+0,741+0.186+1,71+0,65 = 9,9873 kkalkg. karena
adalah lebih rendah dari tekanan kritis dengan demikian kita dapat memakai nosel konvergen-divergen yang penampang minimum adalah:
f
min
=
2404 ,
8 203
40 ,
15 ,
11 203
+ =
+
Vo Po
G G
kebocoran
= 0.00986 m
2
dimana v
’ o
= 0,2404 m
3
kg. volume spesifik uap sebelum memasuki nosel. f
maks
=
43 ,
461 4462
, 40
, 15
, 11
1 1
x c
G G
kebocoran
+ =
+
υ = 0.0111m
2
diambil tinggi nosel pada bagian sisi keluar adalah 16 mm. Derajat pemasukan parsial dengan demikian adalah :
ε =
1
17 sin
016 ,
764 ,
0111 ,
sin x
x x
dl f
π α
π
=
= 0,98 nilai derajat pemasukan parsial ini masih dalam batas-batas yang diizinkan, yaitu
antara 0,2-1 P. Shlyakhin hal : 56. tinggi sisi masuk sudu gerak baris pertama : f
1
= l + 2 = 16 + 2 = 18 mm tinggi sisi keluar sudu gerak baris pertama :
Universitas Sumatera Utara
m x
x x
x x
w d
G l
021 ,
77 ,
19 sin
24 ,
289 98
, 764
, 4422
, 15
, 11
sin
2 2
1 1
= =
=
π β
ε π
υ = 21 mm
dengan υ
1
adalah volume spesifik uap keluar dari sudu gerak baris pertama diambil f
1
= 21 mm. tinggi sisi masuk sudu pengarah : l
gb
= l
1
+ 2 = 21 + 2 = 23 mm tinggi sisi keluarnya :
6 .
29 sin
74 ,
162 98
, 764
, 4415
, 15
, 11
sin
1 1
x x
x x
x c
d G
l
gb gb
π α
ε π
υ =
= = 0.026 m = 26 mm
dengan υ
gb
adalah volume spesifik uap keluar sudu pengarah tinggi sisi masuk dan keluar sudu gerak baris kedua dibuat sama :
72 sin
22 ,
73 98
, 764
, 4413
, 15
, 11
sin
2 2
2 2
x x
x x
x c
d G
l
π β
ε π
υ
= =
= 0.030 m = 30 mm dengan υ
2
adalah volume spesifik uap keluar sudu gerak baris kedua. Pada seluruh keliling cakram ditempatkan 90 nosel sehingga penampang setiap
nosel adalah : f =
2
0001095 ,
90 00986
, 90
m f
= =
kita akan mengandaikan tinggi setiap nosel sama yakni l =16 mm lebar setiap nosel : a =
mm m
l f
7 0685
. 016
, 0001096
. =
= =
c. Efisiensi dan daya yang dibangkitkan : Penjumlahan semua kerugian :
Σh
kerugian
= h
r
= h
kebocoran
= 9,987 + 0.65 = 10,637 kkalkg penurunan kalor yang bermanfaat :
H
i
= h
o
’ – Σh
kerugian
= 36 – 10,637 = 25,4 kkalkg efisiensi dalam relatif tingkat pertama :
η
oi
=
36 4
, 25
1
=
o
h h
= 0.70
Universitas Sumatera Utara
daya yang dibangkitkan dari tingkat pertama : N
i
=
102 4
, 25
15 ,
11 .
427 102
. .
427 x
H G
i o
=
= 1185,6 kW
3.1.2. Tingkat Kedua
Kategori