Kerugian-kerugian dalam (Internal losses)

2.8. Kerugian Kalor pada turbin uap

2.8.1. Kerugian-kerugian dalam (Internal losses)

1' .C

C =ψ_gb (m/det) ...[2.21]

2.8. Kerugian Kalor pada turbin uap

2.8.1. Kerugian-kerugian dalam (Internal losses)

1. Kerugian kalor pada katup pengatur

Aliran uap melalui katup-katup penutup dan pengatur disertai oleh kerugian energi akibat proses pencekikan (throtling), kerugian inilah yang disebut dengan kerugian pada katup pengatur.

Jika tekanan uap masuk adalah (P₀) maka akan terjadi penurunan tekanan menjadi tekanan awal masuk turbin (P0’). Penurunan tekanan awal (∆P0) diperkirakan sebesar (3-5) % dari P0. Dimana ∆P = P0-P0’, pada perencanaan ini diambil kerugian katup sebesar tekanan 5 % dari tekanan masuk turbin atau dapat dituliskan^[13,60] : ∆P = 5 %.P0 ...[2.22]

Kerugian energi ini terjadi pada katup pengatur ditentukan dengan^[13,59] :

, 0 0 h h h = − ∆ ... [2.23] dimana : h₀ = nilai penurunan kalor total turbin.

Nilai penurunan kalor setelah mengalami proses penurunan tekanan akibat pengaturan melalui katup pengatur dan katup penutup yang ditetapkan, h₀’ sebesar (3 – 5)% dari Po. Jadi tujuan perencanaan kerugian tekanan yaitu sebesar :

∆P = 5%P_o. Kerugian-kerugian yang terjadi pada katup pengatur dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.11. Proses ekspansi uap melalui mekanisme pengatur beserta kerugian-kerugian akibat pencekikan^[13,60].

Keterangan gambar : h_n= kerugian pada nosel hb = kerugian pada sudu gerak

hc = kerugian akibat kecepatan keluar P₀= tekanan uap masuk turbin

P0’= tekanan uap sebelum masuk nosel P₂= tekanan keluar turbin

H0 = penurunan kalor

H0’= penurunan kalor teoritis

H_i= penurunan kalor yang dimanfaatkan dalam turbin.

2. Kerugian Kalor Pada Nozel (h_n)

Kerugian energi pada nosel disebabkan oleh adanya gesekan uap pada dinding nozel, turbulensi, dan lain-lain. Kerugian energi pada nosel ini dicakup oleh koefisien kecepan nozel (φ) yang sangat tergantung pada tinggi nozel.

Kerugian energi kalor pada nozel dalam bentuk kalor^[13,25] ) / ( 2001 - ₁² 2 1 kg kJ C C h t n = _{... [2.24]}

44 dimana:

C_1t = Kecepatan uap masuk teoritis (m/det)

C₁ = ϕ.C_1t = Kecepatan uap masuk mutlak (m/det) hn = Besar kerugian pada nozel (kJ/kg)

Untuk tujuan perancangan, nilai-nilai koefisien kecepatan nozel dapat diambil dari grafik yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.12. Grafik untuk menentukan koefisien ϕ fungsi tinggi nozel^[13,61]

3. Kerugian Kalor Pada Sudu-sudu Gerak

Kerugian pada sudu gerak dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu : 1. Kerugian akibat tolakan pada ujung belakang sudu

2. Kerugian akibat tubrukan

3. Kerugian akibat kebocoran uap melalui ruang melingkar 4. Kerugian akibat gesekan

5. Kerugian akibat pembelokan semburan pada sudu

Semua kerugian di atas dapat disimpulkan sebagai koefisien kecepatan sudu gerak (ψ). Akibat koefisien ini maka kecepatan relatif uap keluar dari sudu w2 lebih kecil dari kecepatan relatif uap masuk sudu w1.

45 Kerugian pada sudu gerak pertama^[13,85] : hb’=

2001 w - ₂² 2 1 w (kJ/kg) ... [2.25] Kerugian pada sudu gerak baris kedua^[13,86] :

2001 '² 2 2 ' 1 " w w h_b ₌ − _{(kJ/kg) ... [2.26]} w₁= kecepatan relatif uap masuk sudu gerak I

w2 = kecepatan relatif uap keluar sudu gerak I w’1 = kecepatan relatif uap masuk sudu gerak II w’₂= kecepatan relatif uap keluar sudu gerak II

Harga koefisien kecepatan atau faktor ψ dapat diambil dari grafik di bawah ini :

Gambar 2.13. Koefisien kecepatan ψ untuk sudu gerak turbin impuls untuk berbagai panjang dan profil sudu^[13,62].

4. Kerugian Kalor Akibat Kecepatan Keluar

Uap meninggalkan sisi keluar sudu gerak dengan kecepatan mutlak C₂, sehingga kerugian energi kinetik akibat kecepatan uap keluar C2 untuk tiap 1 kg uap dapat ditentukan sama dengan C2²/2 kJl/kg. Jadi sama dengan kehilangan energi sebesar^[13,63] : h_c = 2001 2 2 C (kJ/kg) ... [2.27]

5. Kerugian Kalor Pada Sudu Pengarah^[13,86]

2001 2 1 2 2 C C h_gb ₌ − (kJ/kg) …..[2.28]

6. Kerugian Kalor Akibat Gesekan Cakram dan Ventilasi

Kerugian gesekan terjadi diantara cakram turbin yang berputar dan uap yang menyelubunginya. Cakram yang berputar itu menarik partikel-partikel yang ada di dekat permukaannya dan memberi gaya-gaya searah dengan putaran. Sejumlah kerja mekanis digunakan untuk mengatasi pengaruh gesekan dan pemberian kecepatan ini.

Kerja yang digunakan untuk melawan gesekan dan percepatan-percepatan partikel uap ini pun akan dikonversikan menjadi kalor, jadi akan memperbesar kandungan kalor uap. Kerugian akibat gesekan cakram dan ventilasi dapat ditentukan dari persamaan berikut^[13,64] :

G N

h_gca = ^gca ^{(kJ/kg) ...[2.29]}

dimana :

G = massa aliran uap melalui tingkatan turbin (kg/det)

Ngca = daya yang hilang dalam mengatasi gesekan dan ventilasi cakram.

Adapun penentuan daya gesek dan ventilasi cakram ini sering dilakukan dengan memakai rumus sebagai berikut^[13,64] :

ρ β.10 ¹⁰.d⁴.n³^.l₁.

N_gca = ⁻ (kW) ... [2.30] dimana :

β = koefisien yang sama dengan 2.06 untuk cakram baris ganda d = diameter cakram yang diubah pada diameter rata-rata sudu (m) n = putaran poros turbin (rpm)

l₁= tinggi sudu (m)

ρ = bobot spesifik uap di dalam mana cakram tersebut berputar, (kg/m³) ρ =

7. Kerugian akibat Ruang Bebas

Ada perbedaan tekanan di antara kedua sisi cakram nosel yang dipasang pada stator turbin, sebagai akibat ekspansi uap di dalam nosel.

Diafragma yang mempunyai sudu sudu gerak adalah dalam keadaan berputar, sementara cakram-cakram adalah dalam keadaan diam sehingga selalu ada ruang bebas yang sempit antara cakram-cakram putar dan diafragma. Adanya perbedaan tekanan menyebabkan adanya kebocoran melalui celah ini, yang besarnya^[13,64] : h

kebocoran = G

G_kebocoran

( h0 - h2) (kJ/kg) ...[2.31] Dimana G _kebocoran ditentukan berdasarkan tekanan kritis^[13,67]:

Pkr = 5 , 1 z p 85 , 0 ₁ + × ₎ _...[2.32] Bila tekanan kritis lebih rendah dari p₂ ,maka kecepatan uap di dalam labirin adalah lebih rendah daripada kecepatan kritis dan massa alir kebocoran ditentukan dengan persamaan^[13,67]: G_kebocoran = 100 f_s 1 1 2 2 2 1 zp ) p p ( g υ − _{(kg/det) ...[2.33]}

Sebaliknya, bila tekanan kritis lebih tinggi dari p2, maka kecepatan uap adalah lebih tinggi dari kecepatan kritisnya dan massa alir kebocoran dihitung dengan^[13,67] : Gkebocoran = 100 fs 1 1 p 5 . 1 z g υ × + ^{... [2.34]}

8. Kerugian Akibat Kebasahan Uap

Dalam hal turbin kondensasi, beberapa tingkat yang terakhir biasanya beroperasi pada kondisi kondisi uap basah yang menyebabkan terbentuknya tetesan air. Tetesan air ini oleh pengaruh gaya sentrifugal akan terlempar ke arah keliling. Pada saat bersamaan tetesan air ini menerima gaya percepatan dari partikel-partikel uap searah dengan aliran.

Jadi sebagian energi kinetik uap hilang dalam mempercepat tetesan air ini^[13,69]. hkebasahan = ( 1-x) hi ...[2.35] dimana :

hi = penurunan kalor yang dimanfaatkan pada tingkat turbin dengan memperhitungkan semua kerugian kecuali kebasahan uap

x = fraksi kekeringan rata- rata uap didalam tingkat yang dimaksud

Dalam dokumen Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator Listrik Pada Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit Kapasitas : 60 Ton Tbs/Jam Daya Terpasang : 10 Mw Putaran : 5700 Rpm (Halaman 36-42)