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 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 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
11113 ,
01113 ,
1 ,
2
= +
= p
bar
Universitas Sumatera Utara
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 2.9 dan 2.7 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
Proses penurunan kalor ini dapat digambarkan dalam diagram Mollier, yaitu :
Ho,th Hi
Ho’ Ho
Ao
Ao,th po
po p
1
p
2
p
2k I
eks
p
II eks
p
III eks
p
IV eks
p
I eks
i
II eks
i
III eks
i
IV eks
i
2
i
1
i
I o
h
II o
h
III o
h
IV o
h
V o
h
Gambar 3.2 Proses penurunan kalor pada turbin uap
Universitas Sumatera Utara
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. 7, hal. 136] :
z t
t t
kond HPH
− =
∆
2
...3-3
Dimana :
2 HPH
t = temperatur uap keluaran HPH2 = 185
o
C
kond
t = temperatur air jenuh keluaran kondensor = 45
o
C z = jumlah ekstraksi turbin uap = 4 tingkatan
Maka :
35 4
45 185
= −
= ∆t
o
C
Sehingga dapat ditentukan temperatur air pengisian HRSG setelah keluar dari pemanas, 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. 7, hal. 137] :
Universitas Sumatera Utara
t t
t
HPHn LHPn
HPHn LPHn
δ
+ =
, ,
...3-4 Dimana :
t
δ = perbedaan temperatur antara temperatur uap pemanas air pengisian HRSG dan temperatur air pengisian HRSG pada sisi keluar dari pemanas
air HRSG, yang biasanya diambil 5-7
o
C. Dalam hal ini, perbedaan temperatur diambil 5
o
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
Universitas Sumatera Utara
2.
659 ,
503 =
III f
h
kJkg 3.
383 ,
662 =
II f
h
kJkg 4.
506 ,
807 =
I f
h
kJkg
Dari diagram Mollier i-s diperoleh temperatur 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
o
C 3.
818 ,
231 =
II eks
t
o
C 4.
333 ,
308 =
I eks
t
o
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
Universitas Sumatera Utara
3.
994 ,
481 =
II fw
i
kJkg 4.
456 ,
335 =
I fw
i
kJkg 5.
866 ,
188 =
kond
i kJkg
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 perhitungan gas 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
308,333
o
C 231,818
o
C 129,167
o
C
4,0 10,2
3 Kandungan kalor
uap 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 jenuh 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 HRSG kJkg
- 788,992
637,129 481,994
335,456 188,866
8 Penurunan kalor
kJkg 460,6
148 181,231
170,769 211,737
-
Universitas Sumatera Utara
3.4 Perhitungan Fraksi Massa dan Laju Aliran Massa pada Tiap Ekstraksi
Kategori