Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
3.3 Perhitungan Penurunan Kalor untuk Jenis Turbin Nekatingkat
Untuk membangkitkan energi listrik pada generator, dibutuhkan sejumlah uap pada kondisi tertentu untuk memutar turbin, kemudian turbin akan memutar poros
generator listrik. Dalam perancangan ini, ditentukan kondisi-kondisi uap sebagai berikut :
1. Tekanan uap masuk turbin p
o
= 82 bar 2.
Temperatur uap masuk turbin t
o
= 550
o
C 3.
Tekanan uap keluar turbin p
2k
= 0,1 bar 4.
Turbin uap dirancang mempunyai empat tingkatan ekstraksi.
Pada bagian 2.6.1 sebelumnya telah dibahas beberapa kerugian yang terjadi pada turbin uap, sehingga pada bagian ini akan dapat ditentukan besarnya penurunan
kalor yang terjadi pada tiap ekstraksi. Kerugian pada katup pengatur [Menurut Lit. 1, hal. 60] diambil sebesar 5 dari tekanan uap panas lanjut, sehingga tekanan di
depan nosel tingkat pertama akan menjadi :
9 ,
77 82
05 ,
1 =
⋅ −
= p
bar
Kerugian pada pemipaan buang yang dapat ditentukan dari persamaan 2-14, dimana sesuai dengan kondisi lapangan maka diambil nilai koefisien
λ sebesar 0,092 dan
s
c sebesar 110 ms, maka :
1 ,
100 110
092 ,
1 ,
2 2
×
=
− p
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
11113 ,
01113 ,
1 ,
2
= +
= p
bar
Penurunan kalor teoritis yang terjadi pada turbin dengan mengabaikan kerugian pada katup pengatur dan pemipaan buang akan menjadi :
4 ,
1356 2
, 2164
6 ,
3520
,
= −
=
th
H kJkg
Penurunan kalor adiabatik pada turbin dengan memperhitungkan baik katup pengatur maupun pemipaan buang akan menjadi :
8 ,
1319 8
, 2200
6 ,
3520 =
− =
H
kJkg
Dari gambar 2.6 dan 2.8 nilai efisiensi
re
η , dan
m
η diperoleh masing-masing sebesar 0,86 dan 0,995 sehingga nilai efisiensi dalam turbin, yaitu :
8643 ,
995 ,
86 ,
= =
oi
η
Sehingga penurunan kalor yang dimanfaatkan di turbin menjadi :
337 ,
1172 8643
, 4
, 1356
,
= ×
= ×
=
i th
i
H H
η 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
Proses penurunan kalor ini dapat digambarkan dalam diagram Mollier :
Gambar 3.2 Proses Penurunan Kalor pada turbin uap
Untuk tekanan 0,1 bar didapat temperatur air jenuh t
s
= 45,84
o
C. Dalam hal ini diambil temperatur air jenuh keluaran kondensor t
kond
= 45
o
C. Guna menyederhanakan perhitungan, dibuat bahwa air pengisian HRSG dipanaskan dalam
derajat yang sama pada semua pemanas air pengisian HRSG, sehingga pada masing- masingnya kenaikan temperatur air pengisian HRSG
t ∆
menjadi [Menurut lit. 1, hal. 136] :
z t
t t
kond HPH
− =
∆
2
...3-3
Dimana :
2 HPH
t = temperatur uap keluaran HPH
2
= 185
o
C
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009 kond
t = temperatur air jenuh keluaran kondensor = 45
o
C z = jumlah ekstraksi turbin uap = 4 tingkatan
Maka :
35 4
45 185
= −
= ∆
C C
t
o
C
Sehingga dapat ditentukan temperatur air pengisian HRSG setelah keluar dari pemanas [Menurut Lit. 1, hal. 137], yaitu :
1. 80
35 45
1
= +
=
LPH
t
o
C 2.
115 35
80
2
= +
=
LPH
t
o
C 3.
150 35
115
1
= +
=
HPH
t
o
C 4.
185 35
150
2
= +
=
HPH
t
o
C.
Kemudian temperatur jenuh uap pemanas pada pemanas air pengisian HRSG diperoleh dengan persamaan [Menurut lit. 1, hal. 137] :
t t
t
HPHn LHPn
HPHn LPHn
δ
+ =
, ,
...3-4
Dimana :
t
δ = perbedaan temperatur antara temperatur uap pemanas air pengisian ketel dan temperatur air pengisian ketel pada sisi keluar dari pemanas
air HRSG, yang biasanya diambil 5-7
o
C. Dalam hal ini, perbedaan
Roy Franc J.S. : Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM, 2009.
USU Repository © 2009
temperatur diambil 5 C
Maka : 1.
85 5
80
1
= +
=
LPH
t
o
C 2.
120 5
115
2
= +
=
LPH
t
o
C 3.
155 5
150
1
= +
=
HPH
t
o
C 4.
190 5
185
2
= +
=
HPH
t
o
C. Dari interpolasi pada tabel saturated water diperoleh tekanan uap jenuh untuk
masing-masing temperatur, yaitu : 1.
5783 ,
=
IV eks
p
bar 2.
9853 ,
1 =
III eks
p
bar 3.
431 ,
5 =
II eks
p bar.
4.
544 ,
12 =
I eks
p
bar.
Dengan interpolasi pada tabel saturated water juga dapat diperoleh kandungan kalor air jenuh untuk masing-masing tekanan, yaitu :
1.
239 ,
354 =
IV f
h
kJkg 2.
659 ,
503 =
III f
h
kJkg 3.
383 ,
662 =
II f
h
kJkg 4.
506 ,
807
1
=
f
h
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
Dari diagram Mollier i-s diperoleh temperature keluar ekstraksi turbin atau kebasahan untuk masing-masing tekanan ekstraksi uap, yaitu :
1.
96 ,
= =
IV IV
eks
x t
atau kebasahan 4 2.
167 ,
129 =
III eks
t
C 3.
818 ,
231 =
II eks
t C
4.
333 ,
308 =
I eks
t
C Dengan menggunakan diagram Mollier i-s juga dapat diperoleh kalor total uap
keluar ektraksi turbin, yaitu : 1.
2560 =
IV eks
i
kJkg 2.
769 ,
2730 =
III eks
i kJkg
3.
2912 =
II eks
i
kJkg. 4.
3060 =
I eks
i
kJkg.
Dari interpolasi pada tabel compressed liquid water diperoleh kalor sensibel air pengisian HRSG, yaitu :
1.
992 ,
788 =
IV fw
i
kJkg 2.
129 ,
637 =
III fw
i
kJkg 3.
994 ,
481 =
II fw
i
kJkg 4.
456 ,
335 =
I fw
i
kJkg 5.
866 ,
188 =
kond
i 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
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