Kerugian-kerugian Dalam - Kerugian Kalor Pada Turbin Uap

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.6. Kerugian Kalor Pada Turbin Uap

2.6.1. Kerugian-kerugian Dalam

Aliran uap melalui katup-katup penutup dan pengatur disertai oleh

kerugian energi akibat proses pencekikan (throtling), kerugian inilah yang disebut dengan kerugian pada kaup pengatur. Jika tekanan up masuk adalah (P₀) maka akan terjadi penurunan tekanan menjadi tekanan awal masuk turbin (P0’).

Penurunan tekanan awal (∆P0 diperkirakan sebesar (3-5) % dari P0 (lit.1 hal 60). Dimana ∆P = P0-P0’, pada perencanaan ini diambil kerugian katup sebesar tekanan 5 % dari tekanan masuk turbin atau dapat dituliskan :

∆P = 5 %.P₀...Lit.1, hal 60 Kerugian energi ini terjadi pada katup pengatur ditentukan dengan :

' 0 0 H H H = − ∆ ...Lit.1, hal 59 dimana :

Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.

H₀ = nilai penurunan kalor total turbin

H0’= nilai penurunan kalor setelah mengalami proses penurunan tekanan akibat pengaturan melalui katup pengatur dan katup penutup yang ditetapkan 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 :

Keterangan gambar : hn = 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

Hi = penurunan kalor yang dimanfaatkan dalam turbin.

Gambar 2.10. Proses ekspansi uap melalui mekanisme pengatur beserta kerugian-kerugian akibat pencakikan.

(Sumber :Lit.1, hal 60)

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 ( ) yang sangat tergantung pada tinggi nozel. Kerugian energi kalor pada nozel dalam bentuk kalor :

₂₀₀₁ ⁽ ^/ ⁾ - ₁² 2 1 kg kJ C C h t n = _{……….…………Lit.1, hal 25} dimana:

C1t = Kecepatan uap masuk teoritis (m/det)

C1 = ϕ.C1t = Kecepatan uap masuk mutlak (m/det) h_n = 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 2.11. Grafik untuk Menentukan Koefisien ϕ sebagai Fungsi Tinggi Nozel.

3. Kerugian Kalor Pada Sudu-sudu Gerak

Kerugian pada sudu gerak dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :

• Kerugian akibat tolakan pada ujung belakang sudu

• Kerugian akibat tubrukan

• Kerugian akibat kebocoran uap melalui ruang melingkar

• Kerugian akibat gesekan

• Kerugian akibat pembelokan semburan pada sudu

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

Kerugian pada sudu gerak pertama

hb’= 2001 w - ₂² 2 1 w (kJ/kg)……….Lit.1, hal 85

Kerugian pada sudu gerak baris kedua

2001 '² 2 2 ' 1 " w w h_b ₌ − (kJ/kg)……….Lit.1, hal 86 dimana :

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

Untuk keperluan rancangan maka harga faktor ψ dapat diambil dari grafik di bawah ini :

Gambar 2.12. Koefisien kecepatan untuk sudu gerak turbin impuls untuk berbagai panjang dan profil sudu.

(Sumber : Lit.1, hal 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 : hc = 2001 2 2 C (kJ/kg)………..Lit.1, hal 63

5. Kerugian Kalor Pada Sudu Pengarah

2001 2 1 2 2 C C h_gb ₌ − _{(kJ/kg)………..Lit.1, hal 86}

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 percepata-percepatan partikel uap ini pun akan dikonversikan menjadi kalor, jadi akan memperbesar kandungan kalor uap.

Kerugian akibat gesekan cakram dan ventilasi dalam satuan kalor dapat ditentukan dari persamaan berikut :

G N

h_gca = ^gca ^{(kJ/kg)……….Lit.1, hal 64}

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 sebaai berikut :

ρ β.10 ¹⁰.d⁴.n³^.l₁.

N_gca = ⁻ (kW)....………..Lit.1, hal 64

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) =

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:

h _kebocoran= G G_kebocoran

( i₀ - i₂) (kJ/kg)………..Lit.1, hal 64

dimana G _kebocoran ditentukan berdasarkan tekanan kritis

Pkr = 5 , 1 z p 85 , 0 ₁ + × ₎ _{……….Lit.1, hal 67}

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:

Gkebocoran = 100 fs 1 1 2 2 2 1 zp ) p p ( g υ − _{(kg/det)…...Lit.1, hal 67} Sebaliknya ,bila tekanan kritis lebih tinggi dari p2 , maka kecepatan uap adalah lebih tinggi dari kecepatan kritisnya dan massa lair kebocoran dihitung dengan : G_kebocoran = 100 f_s 1 1 p 5 . 1 z g υ × + ^{………...Lit.1, hal 67}

Gambar 2.13. Celah kebocoran uap tingkat tekanan pada turbin impuls

(Sumber : Lit.1, hal 65)

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.

hkebasahan = ( 1-x) hi...Lit.1, hal 69

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 Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 RPM (Halaman 30-37)