Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009 1
1 2
2 1
100 v
p z
p p
g f
G
II eks
s kebocoran
⋅ ⋅
− ⋅
× ×
=
7131 ,
081556 ,
5 ,
27 84
431 ,
5 5
, 27
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
= 3399,7 – 230,274 – 67,7965 = 3237,2225 kJkg
Dimana : ∑h
kerugian
=
a ge
e b
gb b
n
h h
h h
h h
,
+ +
+ +
+
= 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 27 bar dan
elativere 370 C.
4.2 Perhitungan Kalor dari Tingkat Pengaturan sampai Ekstraksi I
Penurunan kalor teoritis dari tekanan 27 bar dan elativere 370
C ke tekanan sampai ekstraksi pertama adalah :
h
I o
= 3169,4 – 3006,12 = 163,28 kJkg
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
Dengan membuat penurunan kalor yang sama pada setiap tingkat penurunan kalor rata-rata , diperoleh :
h rata –rata =
64 ,
81 2
28 ,
163 =
kJkg
Tekanan uap sesudah tiap-tiap tingkat, dari diagram Mollier i-s adalah 18
2
=
II
p bar setelah tingkat yang kedua,
11
2
=
III
p bar setelah tingkat yang ketiga,
8 ,
6
2
=
IV
p bar
setelah tingkat keempat dan
544 ,
12 =
I eks
p
bar setelah tingkat yang ketiga. Pada tingkat kedua turbin untuk memperkecil kerugian pemasukan, akan dibuat terjadi 5 reaksi pada
setiap baris sudu, untuk tingkat kedua dipilih perbandingan kecepatan uc
ad
= 0,41, sehingga kecepatan mutlak uap keluar nosel tingkat kedua :
15 ,
429 9977
, 21
5 ,
91 5
, 91
= ×
= ×
= h
c
ad
ms Kecepatan keliling pada sudu adalah :
u = uc
ad
x c
ad
= 0,41 x 429,15 = 175,79 ms
Diameter rata-rata sudu pada tingkat kedua menjadi :
3000 95
, 175
60 60
× ×
= ⋅
× =
π π n
u d
= 1,11969 m = 1119,69 mm
Penurunan kalor pada nosel tingkat kedua : h
01
= 1- x h = 1 – 0,05 x 92,1096 = 87,5041 kJkg,
dan pada sudu gerak sebesar : h
02
= 92,1096 – 87,5041 = 4,6055 kJkg
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
sehingga tekanan uap setelah nosel adalah =
I
p
1
26 bar. Perbandingan tekanan
=
o I
p p
1
2627 = 0,9629 vkr, yang berarti kecepatan uap adalah lebih tinggi daripada kecepatan kritis.
Kecepatan elati uap adalah :
441 ,
396 9977
. 21
96 ,
5 ,
91 5
, 91
1
= ×
× =
× ×
= h
c ϕ
ms Dimana
96 ,
= ϕ
diambil dari gambar 2.4, maka kecepatan teoritis uap :
959 ,
412 96
, 441
, 396
1
= =
t
c ms
Sudut masuk uap
1
diambil sebesar 14,9
o
sehingga bila = 1 tinggi nosel yang akan diperoleh berada dalam jangka yang diizinkan, sehingga kecepatan pada pelek rim
adalah :
u
c
1
= c
1
x cos
1
= 396,441 x cos 14,9
o
= 383,1 ms
dan kecepatan elative uap terhadap sudu gerak :
1
=
1 1
2 2
1
cos 2
α ⋅
⋅ ⋅
− +
u c
u c
= 902
, 232
9 ,
14 cos
712 ,
173 1
, 383
2 712
, 173
1 ,
383
2 2
= ⋅
⋅ ⋅
− +
o
ms,
besar sudut kecepatan elative ini adalah :
sin
1
=
o
c 9
, 14
sin 902
, 232
1 ,
383 sin
1 1
1
= ×
α ω
1
= 25,957
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
sudut keluar elative uap
2
menjadi sebesar 22,957
o 2
=
1
– 3 sehingga dari
gambar 2.5 diperoleh = 0,862. Kecepatan
elative uap meninggalkan sudu gerak tingkat kedua diperoleh melalui persamaan berikut ini :
2
=
9977 ,
21 05
, 8378
902 ,
232 862
, 5
, 91
8378 5
, 91
2 2
1
⋅ +
× =
⋅ +
×
o
h
ρ ω
ψ
= 216,672 ms maka kecepatan
elative uap teoritis menjadi : 359
, 251
862 ,
672 ,
216
2 2
= =
= ψ ω
ω t ms
Selanjutnya kecepatan uap meninggalkan sudu gerak tingkat yang kedua adalah : c
2
=
2 2
2 2
2
cos 2
β ω
ω ⋅
⋅ ⋅
− +
u u
= 387
, 88
957 ,
22 cos
712 ,
173 672
, 216
2 712
, 173
672 ,
216
2 2
= ⋅
⋅ ⋅
− +
o
ms
Dengan nilai-nilai kecepatan dan besar sudut yang sudah diketahui, maka dapat digambarkan segitiga kecepatan untuk tingkat kedua ini, yaitu :
1
c
1
ω
2
c
2
ω
u u
1mm = 4,6 ms
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.4 Segitiga kecepatan tingkat kedua Dari gambar 4.4 diatas didapat sudut keluar uap sudu gerak tingkat kedua
2
α sebesar 73
o
dan kecepatan pada pelek rim menjadi : c
2u
= c
2
x cos
2
= 88,387 x cos 73
o
= 25,785 ms
Sehingga kerugian kalor pada nosel adalah : h
n
= 6815
, 6
2001 441
, 396
959 ,
412 2001
2 2
2 1
2 1
= −
= − c
c
t
kJkg dan kerugian kalor pada sudu gerak tingkat kedua adalah :
h
b
= 1132
, 8
2001 672
, 216
359 ,
251 2001
2 2
2 2
2 2
= −
= −
ω ω
t
kJkg serta kerugian akibat kecepatan keluar uap dari sudu gerak tingkat kedua adalah :
h
e
= 9041
, 3
2001 387
, 88
2001
2 2
2
= =
c kJkg
Efisiensi pada keliling cakram dihitung sebagai berikut :
2 2
1
2
ad u
u u
c c
c u
− Σ
⋅ ⋅
= η
=
2
687 ,
423 785
, 25
1 ,
383 712
, 173
2 +
× ×
= 0,79135
Untuk memeriksa ketepatan perhitungan kerugian kerugian kalor yang diperoleh diatas hasilnya dibandingkan dengan hasil hasil yang diperoleh untuk nilai uc
ad
yang optimum :
h h
h h
h
e b
n u
+ +
− =
η
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
7917 ,
77 ,
89 9041
, 3
1132 ,
8 6815
, 6
77 ,
89 =
+ +
− =
,
kesalahan perhitungan
04426 ,
100 7917
, 79135
, 7917
, =
× −
, karena masih dibawah 2, maka perhitungan diatas sudah tepat.
Untuk tingkat kedua ini
1 =
ε , maka dari persamaan 2-6 dapat ditentukan daya
yang hilang akibat gesekan dan pengadukan, sebagai berikut :
× ×
⋅ =
⋅ ⋅
⋅ ⋅
= 0982
, 1
10 712
, 173
10544 ,
1 07
, 1
1 10
07 ,
1
6 3
2 6
3 2
, u
a ge
u d
N
ρ λ
8219 ,
69 =
kW dan besarnya kerugian kalor, adalah :
7553 ,
456 ,
92 427
1868 ,
4 4984
, 19
102 427
102
,
= ×
⋅ ⋅
= ⋅
⋅ =
G N
h
gea a
ge
kJkg Kalor total uap sesudah sudu-sudu dengan memperhitungkan kerugian adalah :
7553 ,
9041 ,
3 1132
, 8
6815 ,
6 1096
, 92
40 ,
3169
2
+ +
+ +
− =
i kJkg
= 3096,7445 kJkg
Kebocoran uap melalui perapat labirin :
1 1
2 2
1
100 v
p z
p p
g f
G
I s
kebocoran
⋅ ⋅
− ⋅
× ×
=
2909 ,
1 098164
, 27
8 18
27 81
, 9
10 94286
, 100
2 2
3
= ⋅
⋅ −
⋅ ×
⋅ ×
=
−
kgs maka kerugian kalor akibat kebocoran adalah :
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
9818 ,
316 ,
70 456
, 92
2909 ,
1
2
= ×
= −
× =
i i
G G
h
kebocoran kebocoran
kJkg
Penjumlahan seluruh kerugian kalor pada tingkat kedua ini menjadi : ∑h
kerugian
= 6,6815 + 8,1132 + 3,9041 + 0,7553 + 0,9818 = 20,4632 kJkg
maka penurunan kalor yang bermanfaat pada tingkat kedua ini adalah : h
i
= h -
∑h
kerugian
= 92,10 – 20,4632 = 71,6368 kJkg dan efisiensi tingkat menjadi :
7815 ,
77 777815
, 10
, 92
6368 ,
71 =
= =
= h
h
i tk
oi
η
sehingga daya yang dibangkitkan oleh tingkat kedua ini adalah :
42 ,
6622 102
1868 ,
4 6368
, 71
456 ,
92 427
102 427
=
×
= ×
× =
i i
h G
N
kW Untuk tingkat ketiga, diperoleh tekanan uap sebelum nosel sebesar 18 bar dan
temperatur uap adalah 322
o
C, sehingga kalor total uap sebelum nosel adalah :
II i
pr e
II o
pr e
III o
h h
i h
i −
+ =
+ 6368
, 71
40 ,
3169 9041
, 3
− =
+
III o
i 86
, 3093
=
III o
i
kJkg
Pada tingkat ketiga turbin ini juga, untuk memperkecil kerugian pemasukan akan dibuat terjadi 5 reaksi padi sudu pengarah, untuk tingkat ketiga dipilih perbandingan
kecepatan uc
ad
= 0,42, sehingga kecepatan mutlak uap keluar nosel tingkat ketiga : 34
, 436
74 ,
22 5
, 91
5 ,
91 =
× =
× =
h c
ad
ms
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
dan kecepatan keliling pada sudu adalah : u = uc
ad
x c
ad
= 0,42 x 436,34 = 183,26 ms
Serta diameter rata-rata sudu pada tingkat ketiga menjadi :
3000 26
, 183
60 60
× ×
= ⋅
× =
π π
n u
d
= 1,16728 m = 1167,28 mm
Dari diagram i-s diperoleh bahwa uap sewaktu mengembang dari tingkat ke-9 sampai tingkat ke-10 akan menjadi basah, jadi kerugian akibat kebasahan harus
diperhitungkan. Untuk tingkat ke-9, kerugian kalor akibat kebasahan :
0,30654 20,436
0,985 1
h 2
x x
1 h
i 2
1 kebasahan
= ⋅
− =
⋅ +
− =
kJkg Dimana : x
1
: fraksi kekeringan uap sebelum nozel sudu pengarah = 0,99 x
2
: fraksi kekeringan uap sesudah sudu gerak tingkat 10 = 0,98 h
i
: penurunan kalor yang dimanfaatkan pada tingkat turbin dengan memperhitungkan semua kerugian pada tingkat 10,
= h
n
+h
b
+h
e
+h
a ge,
+h
kebocoran
= 20,436 Seluruh tingkat yang berikutnya didesain sama dengan cara yang sebelumnya dan
hasilnya ditampilkan pada tabel 4.1 berikut ini :
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
Tabel 4.1 Kondisi uap pada setiap tingkat Turbin Uap Nekatingkat
No. Parameter
Satuan Tingkat ke-
Tingkat Pengaturan
Tingkat Impuls Neka I
II 2
3 4
5 6
1 G
kgs 92.456
92.456 92.456
86.095 86.095
81.153 2
P bar
76 27.6
18 11
6.8 3.8
3 t
atau x oC
496 370
322 270
220 170
4 i
kJkg 3399.70
3169.40 3077.30
2981.00 2888.90
2805.20 5
i +he
pr
kJkg 3399.70
3169.4000 3098.311
3023.972 2951.327
2877.227 6
i1t kJkg
3169.400 3077.3000
3003.1109 2931.8719
2859.2269 2780.9269
7 ho
kJkg 230.274
92.1 95.2
92.10 92.1
96.3 8
4 4
5 5
5 6
6 9
ho
1
kJkg 221.063
87.4950 90.4400
87.4950 86.5740
90.5220 10
ho
2
kJkg 9.211
9.211 4.605
4.7600 4.6050
5.5260 5.7780
11 he
pr
kJkg 4.0054
4.0622 3.8589
3.8596 12
ho
1
+he
pr
kJkg 221.063
87.495 94.4454
91.5572 90.4329
94.3816 13
c
t 1
c
t 1
ms 664.872 321.685
418.284 425.266
418.284 416.077
425.458 14
- 0.95
0.95 0.96
0.96 0.96
0.965 0.97
15 c
1
c
1
ms 631.628 305.600
401.553 408.255
401.553 401.514
412.695 16
ho+hepr kJkg
230.274 92.10
99.2054 96.1622
95.9589 100.1596
17 cad
ms 678.582
429.151 436.313
429.151 429.151
438.827 18
ucad -
0.236 0.41
0.418 0.43
0.435 0.428
19 uc
1
- 0.254
0.438 0.447
0.460 0.465
0.455 20
U ms
160.145 175.952
182.379 184.535
186.681 187.818
21 D
mm 1019.11
1119.69 1160.59
1174.31 1187.97
1195.20 22
1 1
derajat 17.0
30.0 14.9
14.9 14.9
14.9 17.0
23 w
1
w
1
ms 480.773 185.151
235.905 236.709
228.219 226.270
239.476 24
1 1
derajat 22.589
55.624 25.957
26.327 26.900
27.148 30.256
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
25
2 2
derajat 19.589
35 22.957
23.327 23.900
24.148 27.256
26 w
t 2
w
t 2
ms 499.403 185.087
254.600 255.951
247.501 245.706
258.723 27
Koefisien sudu, -
0.86 0.9
0.862 0.865
0.868 0.87
0.895 28
w
2
w
2
ms 429.487 166.579
219.466 221.398
214.831 213.764
231.557 29
c
2
c
2
ms 283.747
98.477 89.527
90.159 87.874
87.882 107.603
30
2 2
derajat 30.496
104 73.0
76.6 82.2
84.5 99.7
31 c
1
u c
1
u ms
604.007 264.626 388.040
394.517 388.040
388.003 394.647
32 c
2
u c
2
u ms
244.464 -23.691
26.118 20.908
11.860 8.363
-18.143 33
u 0.70886
0.79135 0.79598
0.80138 0.80354
0.73443 34
hn hgb kJkg
21.5389 5.0421
6.8549 7.0856
6.8549 5.9500
5.3462 35
hb hb kJkg
32.4553 3.2527
8.3237 8.2427
7.5483 7.3343
6.6560 36
he kJkg
4.8464 4.0054
4.0622 3.8589
3.8596 5.7861
37 u
0.7085 0.7917
0.7963 0.8017
0.8139 0.8153
38 v
1
m3kg 0.0742
0.0831 0.0933
0.1330 0.1678
0.2171 0.2845
39 v
2
m3kg 0.0750
0.0720 0.0982
0.14 0.1766
0.2285 0.3026
40 kgm3
13.4771 10.7193
7.5188 5.9605
4.6067 3.5153
41 Nge,a
kW 61.5124
78.3299 65.7380
55.2677 45.2564
35.5991 42
hge,a kJkg
0.6654 0.8473
0.7111 0.6420
0.5257 0.4387
43 hi
kJkg 162.4733
72.0686 79.1038
77.2581 78.2893
81.9325 44
fs cm2
- -
0.00075429 0.00075429 0.00075429 0.0007543 0.00075429 45
G
kebocoran
kgs 1.2576
0.8881 0.6139
0.3877 0.2806
46 h
kebocoran
kJkg 0.9803
0.7599 0.5509
0.3525 0.2833
47 hi
kJkg 162.4733
71.0883 78.3440
76.7072 77.9367
81.6492 48
h
kebasahan
kJkg 49
hi kJkg
230.2740 71.0891
74.3390 72.6450
74.1000 77.79
50 h
ugian ker
kJkg 67.8007
21.0117 20.8615
19.4550 18.0222
18.5103 51
0i,tk 100.0000
77.1869 78.0872
78.8762 80.4560
80.7788 52
Daya tingkat, Ni,
tk
kW 21287.5408
6571.7889 6872.2239
6253.5863 6378.8388
6312.0995
Tumpal Batara Nababan : Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Dengan Daya 80 Mw Pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap, 2009.
USU Repository © 2009
4.4 Pengujian Hasil Perhitungan Kalor Keseluruhan