Perhitungan Kalor dari Tingkat Pengaturan sampai Ekstraksi I

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 ฀elative฀re 370 C.

4.2 Perhitungan Kalor dari Tingkat Pengaturan sampai Ekstraksi I

Penurunan kalor teoritis dari tekanan 27 bar dan ฀elative฀re 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