ANALISIS VARIASI SUDUT SUDU-SUDU TURBIN IMPULS
TERHADAP DAYA MEKANIS TURBIN UNTUK
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
SKRIPSI
Skripsi ini Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
OLEH
EDI BAGINTA KACARIBU NIM : 100421045
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Memposisikan sudut nosel turbin secara tepat akan mampu mendayagunakan uap secara efisien untuk menghasilkan daya turbin. Artinya posisi atau arah sudut sudu tersebut akan menentukan besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan ke poros turbin. Jadi dengan menentukan arah uap masuk keturbin dan posisi sudu yang menerima semburan uap harus dihitung secara cermat guna mendapatkan daya yang dihasilkan turbin semaksimum mungkin. Dalam penulisan skripsi ini, yang menjadi objek penelitian turbin uap di PT. Growth Sumatra Industry Jl. K. L. Yos Sudarso KM 10 Medan. Dari hasil analisa diperoleh gaya tangensial dan daya mekanis turbin akan semakin besar jika sudut uap masuk (α1) semakin kecil. Hasil dari analisis untuk variasi sudut semburan uap didapat bahwa besar sudut α1 yang paling optimal untuk menghasilkan daya turbin yang maksimal adalah sebesar 16°, dengan daya yang dihasilkan sebesar 1009,10 KW. Ini menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan turbin mengalami peningkatan dari 976,39KW menjadi 1009,10 KW (3,35%). Hasil dari analisis untuk variasi sudut sudu masuk (sudut β1) dengan memakai sudut α1sebesar 16°,
didapat bahwa besar sudut β1 yang optimal untuk mengdapatkan daya maksimum didapat sudut β1 sebesar 21°, dengan daya yang dihasilkan sebesar 1013,30 KW. Ini menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan turbin mengalami peningkatan dari 1009,10 KW menjadi 1013,30 KW (0,416%).
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
Adapun Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
Adapun Tugas Sarjana yang dipilih adalah dalam bidang Turbin Uap dan Gas, dengan judul : Analisis Variasi Sudut Sudu-sudu Turbin Impuls Terhadap Daya Mekanis Turbin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. sebagai Dosen Pembimbing
2. Bapak Dr,Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin FT USU.
3. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc selaku Dosen Penguji I. 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T selaku Dosen Penguji II
5. Rekan-rekan mahasiswa yang telah banyak memberikan masukan dalam penyusunan Tugas Sarjana ini.
Kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan Tugas Sarjana ini sangat saya harapkan.
Akhirnya penulis mengucapkan trima kasih semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 19 Oktober 2013 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRACT …... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR SIMBOL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL …... xi
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Maksud dan Tujuan ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Metode Penulisan ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .... 5
2.1 Pandangan Umum Tentang Turbin Uap Sebagai Pembangkit Tenaga ... 5
2.2 Analisa Termodinamika ... 5
2.3 Komponen Instalasi Turbin Uap ... 8
2.4 Klasifikasi Turbin Uap ... 13
2.5 Bagian-bagian Turbin ... 16
2.6 Dasar Teori Impuls ... 18
2.7 Aliran Uap Melalui Bentuk Penampang Sudu yang Bervariasi ... 21
2.8 Prinsip Turbin Impuls ... 24
2.9. Perubahan Energi Thermal Menjadi Energi Kinetis ... 25
2.10. Transformasi Energi Pada Sudu ... 26
2.11. Analisa Kecepatan Aliran Uap ... 28
2.13. Gaya Tangensial Turbin ... 38
2.14. Kekuatan Sudu Akibat Semburan Uap ... 39
2.15. Besarnya Momen Torsi Yang Dialami Poros Akibat Semburan Uap ... 41
2.16. Efisiensi Turbin Uap Impuls ... 42
2.17. Daya Mekanis yang dihasilkan Turbin ... 44
2.18. Hubungan Variasi α1 terhadap Fu dan Pu Yang Dihasilkan Turbin ... 44
2.19. Menentukan Besar Sudut α1 Dari Hubungannya Dengan u/c Terhadap Efisiensi Turbin ... 46
BAB III. PENGUMPULAN DATA ... 49
3.1 Data Hasil Survey ... 49
3.2 Perhitungan Data ... 50
3.3. Perhitungan Kecepatan Aliran Uap Pada Sudu-sudu Turbin ... 52
3.4. Perhitungan Kerugian-kerugian Energi Pada Turbin Uap ... 57
3.5. Perhitungan Gaya Tangensial Turbin ... 58
3.6. Tegangan Tarik Pada Sudu Turbin Akibat Gaya Sentrifugal Uap ... 58
3.7. Tegangan Lentur Akibat Tekanan Uap ... 59
3.8. Besarnya Momen Torsi Yang Dialami Poros Akibat Semburan Uap ... 61
3.9. Efisiensi Turbin Uap Impuls ... 62
3.10. Daya Mekanis Yang Dihasilkan Turbin ... 63
BAB IV ANALISIS VARIASI SUDUT SUDU-SUDU IMPULS TERHADAP ENERGI MEKANIS TURBIN ... 65
4.1. Pengaruh Semburan Uap Terhadap Turbin Jika Sudut Masuk Semburan uap (α1) Dibuat Bervariasi ... 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 80
5.1 Kesimpulan ... 80
5.2 Saran ... 80
β1 Sudut masuk uap 0
β2 Sudut keluar uap 0
ε Pemasukan uap parsial --
ηu Effisiensi turbin %
φ Koefisien gesek pada nosel --
ψ Kerugian pada sudu-sudu --
DAFTAR GAMBAR
Gambar Nama Gambar Halaman
Gambar 2.1. Diagram Alir Siklus Rankine ... 6
Gambar 2.2. Diagram T-s Siklus Rankine ... 7
Gambar 2.3. Pompa ... 9
Gambar 2.4. Boiler Pipa Air ... 10
Gambar 2.5. Turbin ... 12
Gambar 2.6. Kondensor ... 13
Gambar 2.7. Penampang Turbin Aksi ... 14
Gambar 2.8. Penampang Turbin Reaksi ... 14
Gambar 2.9. Perbedaan Skema Aliran Uap Antara Turbin Aksi dan Reaksi Bagian-bagian Turbin ... 15
Gambar 2.10. Bagian-bagian Turbin ... 17
Gambar 2.11. Asas Impuls Pada Sudu Turbin ... 21
Gambar 2.12. Impuls Pada Penampang Vertikal dan Melengkung ... 21
Gambar 2.13. Prinsip Aksi Uap Pada Berbagai Bentuk Sudu ... 22
Gambar 2.14. Sudu Turbin Impuls ... 24
Gambar 2.15. Aliran Uap Pada Nosel ... 25
Gambar 2.16. Saluran Uap Pada Nosel ... 25
Gambar 2.17. Skema Arah Aliran Uap Pada Sudu Turbin ... 26
Gambar 2.18. Skema Arah Kecepatan Uap Pada Sudu Turbin ... 27
Gambar 2.19. Arah Kecepatan Uap Pada Sudu-sudu Turbin ... 28
Gambar 2.20. Segitiga Kecepatan Uap Untuk Turbin Impuls Dengan Dua Tingkat Kecepatan ... 28
Gambar 2.21. Proses Ekspansi Uap Di Dalam Turbin Beserta Kerugian-kerugian Akibat Pencekikan ... 33
Gambar 2.24. Celah Kebocoran Uap Tingkat Tekanan Pada
Turbin Impuls ... 37 Gambar 2.25. Gaya-gaya Lentur Pada Sudu ... 40 Gambar 3.1. Diagram Mollier Untuk Proses Penurunan Kalor
Pada Turbin ... 33 Gambar 3.2. Gaya-gaya Lentur Pada Sudu ... 34 Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Nosel (α1)
Terhadap Efisiensi Turbin ... 71 Gambar 4.2. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Nosel (α1)
Terhadap Gaya Tangensial ... 71 Gambar 4.3. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Nosel (α1)
Terhadap Moment Torsi Poros ... 72 Gambar 4.4. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Nosel (α1)
Terhadap Daya Mekanis Turbin ... 72 Gambar 4.5. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Masuk Sudu (β1)
Terhadap Efisiensi Turbin Dengan Memakai Sudut
α1 = 16° ... 77 Gambar 4.6. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Masuk Sudu
(β1) Terhadap Gaya Tangensial Turbin Dengan
Memakai Sudut α1 = 16° ... 77 Gambar 4.7. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Masuk Sudu
(β1) Terhadap Momen Torsi Poros Dengan Memakai Sudut α1 = 16° ... 78 Gambar 4.8. Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Masuk Sudu
(β1) Terhadap Daya Turbin Dengan Memakai Sudut
DAFTAR TABEL
Tabel Nama Tabel Halaman
Tabel 4.1. Pengaruh Variasi Sudut Nosel (α1) Terhadap Kecepatan
Aliran Uap Pada Sudu-sudu Turbin dan Daya yang
Dihasilkan ... 65 Tabel 4.2. Pengaruh Variasi Sudut Masuk Sudu (β1) Terhadap
Kecepatan Aliran Uap Pada Sudu-sudu Turbin dan Daya
ABSTRAK
Memposisikan sudut nosel turbin secara tepat akan mampu mendayagunakan uap secara efisien untuk menghasilkan daya turbin. Artinya posisi atau arah sudut sudu tersebut akan menentukan besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan ke poros turbin. Jadi dengan menentukan arah uap masuk keturbin dan posisi sudu yang menerima semburan uap harus dihitung secara cermat guna mendapatkan daya yang dihasilkan turbin semaksimum mungkin. Dalam penulisan skripsi ini, yang menjadi objek penelitian turbin uap di PT. Growth Sumatra Industry Jl. K. L. Yos Sudarso KM 10 Medan. Dari hasil analisa diperoleh gaya tangensial dan daya mekanis turbin akan semakin besar jika sudut uap masuk (α1) semakin kecil. Hasil dari analisis untuk variasi sudut semburan uap didapat bahwa besar sudut α1 yang paling optimal untuk menghasilkan daya turbin yang maksimal adalah sebesar 16°, dengan daya yang dihasilkan sebesar 1009,10 KW. Ini menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan turbin mengalami peningkatan dari 976,39KW menjadi 1009,10 KW (3,35%). Hasil dari analisis untuk variasi sudut sudu masuk (sudut β1) dengan memakai sudut α1sebesar 16°,
didapat bahwa besar sudut β1 yang optimal untuk mengdapatkan daya maksimum didapat sudut β1 sebesar 21°, dengan daya yang dihasilkan sebesar 1013,30 KW. Ini menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan turbin mengalami peningkatan dari 1009,10 KW menjadi 1013,30 KW (0,416%).
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Pengetahuan tentang turbin uap sudah ada sejak tubin Hero, kira-kira tahun 120 S.M, tetapi pada saat itu masih berbentuk mainan atau masih belum dapat mengasilkan daya poros yang efektif. Giovani Branca juga mengusulkan turbin impulus pada tahun 1629. Tetapi turbin tersebut tidak pernah di buat. Turbin pertama kali di buat pasa tahun 1831 William Avery (Amerika Serikat) untuk menggerakkan mesin gergaji. Sejak saat itu teory tentang turbin uap terus berkembang dengan pesat dan hal tersebut juga di ikuti dengan perkembangan aplikasi turbin tersebut (sumber : Literatur 7. Hal.1)
Kehidupan manusia yang terus berkembang dan semakin kompleks, mau tidak mau akan diikuti oleh kebutuhan energi yang semakin meningkat. Salah satu bentuk energi yang paling dibutuhkan manusia sekarang ini adalah energi listrik, manusia membutuhkan energi listrik untuk rumah tangga, industri transportasi dan sebagainya.
Energi listrik yang besar dan kontiniu tidak tersedia secara alami di alam ini oleh sebab itu dibutuhkan suatu alat yang dapat mengubah energi dari bentuk lain menjadi energi listrik.
Pembangkit tenaga uap merupakan suatu sistem yang dirancang untuk mengubah energi potensial yang dimiliki uap menjadi energi mekanis pada poros yang digunakan untuk memutar poros generator dengan tujuan untuk menghasilkan energi listrik. Jika suatu pembangkit tenaga (power plant) menggunakan turbin sebagai alat untuk mentransmisikan energi yang dikandung uap menjadi tenaga yang akan memutar generator, maka pembangkit tersebut lebih umum dikenal dengan turbin uap.
untuk diperhatikan adalah efisiensi dan efektifitas dari komponen-komponen instalasi turbin uap itu sendiri. Artinya dalam merancang instalasinya harus menggunakan komponen yang paling efektif dan efisien. Oleh sebab itu pemilihan jenis turbin yang tepat adalah satu hal yang mutlak harus dipenuhi. Bagian dari turbin yang berperan penting dalam hal ini adalah sudu-sudu turbin. Dimana kita ketahui celah antar sudu merupakan suatu saluran tempat saluaran uap untuk mengalir.
Memposisikan sudut sudu turbin secara tepat akan mampu mendayagunakan uap secara efisien untuk menghasilkan daya turbin. Artinya posisi atau arah sudut sudu tersebut akan menentukan besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan ke poros turbin. Jadi dengan menentukan arah uap masuk keturbin dan posisi sudu yang menerima semburan uap harus dihitung secara cermat guna mendapatkan daya yang dihasilkan turbin semaksimum mungkin.
Daya yang di transmisikan ke poros turbin dapat diatur sedemikian dengan menentukan arah uap masuk sudu dan posisi sudu yang akan menerima semburan uap.
1.2. Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk mendapatkan sudut nosel (α1) turbin dan sudut masuk sudu (β1) yang paling optimal guna memperoleh daya mekanis turbin dan nilai efisiensi turbin yang semaksimal mungkin.
1.3. Batasan Masalah
maka ada beberapa batasan masalah yang menjadi pokok pembahasan dalam skripsi ini, yaitu :
1. Prinsip kerja turbin uap impuls
2. Analisis aliran uap melalui sudu turbin
3. Analisis sudut nosel turbin yang paling optimal untuk memperoleh daya mekanis yang maksimal
1.4. Metode Penulisan
Dalam melakukan analisis variasi sudut nosel turbin impuls ini digunakan metodelogi penulisan sebagai berikut:
1. Survey Lapangan
Disini dilakukan peninjauan langsung kelokasi tempat unit pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) PT. Growth Sumatra Industry Jl. K. L. Yos Sudarso KM 10 Medan
2. Pengambilan data dari tempat dimana dilakukan survey lapangan. 3. Studi Literatur
Berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang berhubungan dengan hal yang dibahas.
4. Diskusi
Berupa tanya jawab dan konsultasi dengan dosen pembimbing dan tukar pikiran dengan mahasiswa mengenai analisis yang dilakukan.
4. Browsing internet, yaitu untuk mencari bahan-bahan tulisan dan artikel-artikel yang dibuat digunakan untuk membantu pengerjaan skripsi ini.
1.5. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan tugas sarjana ini adalah sebagai berikut : 1. BAB I : Pendahuluan, berisikan latar belakang, maksud dan tujuan, batasan
masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
3. BAB III : Pengumpulan data. Pada bab ini berisikan data hasil survey, analisa perhitungan data-data hasil survey dari PLTU PT. Growth Sumatra Industry, Ltd.
4. BAB IV : Analisis variasi sudut sudu-sudu turbin terhadap daya mekanis yang dihasilkan turbin. Pada bab ini berisikan analisis dari sudut masuk semburan uap (sudut α1) dan sudut masuk sudu (sudut β1) yang dibuat bervariasi.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pandangan Umum Tentang Turbin Uap Sebagai Pembangkit Tenaga Turbin uap termasuk mesin pembangkit tenaga dimana hasil konversi energinya dimanfaatkan mesin lain untuk menghasilkan daya. Pada turbin terjadi perubahan dari energi potensial uap menjadi energi kinetik yang kemudian diubah lagi menjadi energi mekanik pada poros turbin, selanjutnya energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada generator. Turbin uap sudah sering digunakan sebagai penggerak mula pada PLTU, pompa, kompressor dan mesin-mesin lain.
Jika di bandingkan dengan penggerak generator listrik yang lain, turbin uap mempunyai kelebihan lain diantara :
1. Penggunaan panas yang lebih baik 2. Pengontrolan putaran yang lebih mudah 3. Tidak menghasilkan loncatan bunga api listrik
4. Uap bekasnya dapat digunakan kembali untuk proses.
Siklus yang terjadi pada turbin uap adalah siklus Reankine, yaitu berupa siklus tertutup, dimana uap bekas dari turbin di manfaatkan lagi dengan cara mendinginkanya kembali di kondensor, kemudian dialirkan lagi di pompa dan seterusnya sehingga merupakan siklus tertutup.
2.2. Analisa Termodinamika
Turbin uap bersama-sama dengan ketel uap, pompa dan kondensor, dipadukan untuk membentuk suatu siklus daya uap atau siklus rankine. Siklus ini menggunakan fluida dalam dua fasa yaitu cairan dan uap. Secara ideal proses termodinamika yang terjadi pada siklus ini adalah penekanan isentropik, penambahan kalor secara isobar, ekspansi isentropik, dan pembuangan panas isobar. Siklus pada turbin uap adalah siklus Rankine, yang terdiri dari dua jenis siklus yaitu :
2. Siklus tertutup, dimana uap bekas dari turbin dimanfaatkan lagi dengan cara mendinginkannya pada kondensor, kemudian dialirkan kembali kepompa dan seterusnya sehingga merupakan suatu siklus tertutup.
Uap menurut keadaannya ada tiga jenis, yaitu : 1. Uap basah, dengan kadar uap 0 < X < 1
2. Uap jenuh (saturated vapor),dengan kadar uap X = 1 3. Uap kering (Superheated vapor)
Diagram alir siklus Rankine dapat dilihat pada gambar 2.1. berikut :
Diagram alir siklus rankine dapat dilihat pada gambar 2.2. berikut :
Gambar 2.2. Diagram T-S Siklus Rankine
Siklus rankine sederhana terdiri dari beberapa proses sebagai berikut : 1 → 2 : Proses pemompaan isentropik didalam pompa
2 → 3 : Proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekan konstan dalam ketel uap.
3 → 4 : Proses ekspansi isentropik didalam turbin 4 → 1 : Proses pengeluaran kalor pada tekanan konstan
Proses termodinamika dalam siklus ini (Gambar 2.1 dan 2.2) dapat diterangkan yaitu: air dipompakan masuk ke boiler hingga mencapai tekanan kerja boiler pada titik 2, kemudian di dalam boiler air dipanaskan hingga menjadi uap pada tekanan konstan terhadap fluida sehingga mencapai keadaan titik 3. Uap yang telah dihasilkan ini akan memutar steam turbine, di dalam steam turbine
Dari proses yang terjadi pada siklus turbin uap tersebut maka besar kerja dan kalor dapat ditentukan pada masing-masing proses untuk tiap satuan massa sebagai berikut :
1. Kerja Pompa WP = h2 – h1
2. Penambahan Kalor pada Boiler Qin = h3 – h2
3. Kerja Turbin WT = h3 – h4
4. Kalor yang dibuang pada Kondensor Qout = h4 – h1
5. Efisiensi Therma ��ℎ =����
��� =
��−�� ���
η
th = �h3−ℎ4�−�h2-h1��h3-h2�
Untuk memaksimumkan efisiensi siklus, temperatur yang diberikan harus mencapai setinggi mungkin sedangkan panas yang dibuang harus pada temperatur yang serendah-rendahnya. Tekanan boiler yang tinggi akan menaikkan temperatur penguapan, sehingga menaikkan efisiensi siklus.
2.3. Komponen Instalasi Turbin Uap 2.3.1. Pompa
Gambar 2.3. Pompa
(Sumber http://www.itrademarket.com)
Pompa juga merupakan alat mesin konversi energi, tetapi mesin ini banyak diaplikasikan sebagai alat bantu proses konversi. Sebagai contoh pompa banyak dipakai sebagai alat sirkulasi air pada instalasi pembangkit tenaga uap. Pompa bekerja dengan penggerak dari luar. Jadi mesin ini adalah pengguna energi. Secara umum pompa dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif
(positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non positive
displacement pump). Pada pompa kerja positif kenaikan tekanan cairan di dalam pompa disebabkan oleh pengecilan volume ruangan yang ditempati cairan tersebut. Adanya elemen yang bergerak dalam ruangan tersebut menyebabkan volume ruangan akan membesar atau mengecil sesuai dengan gerakan elemen tersebut. Secara umum pompa kerja positif diklasifikasikan menjadi Pompa Reciprocating dan Pompa Rotari Pada pompa kerja dinamis energi penggerak dari luar diberikan kepada poros yang kemudian digunakan untuk menggerakkan baling-baling yang disebut impeler. Impeler memutar cairan yang masuk ke dalam pompa sehingga mengakibatkan energi tekanan dan energi kinetik cairan bertambah. Cairan akan terlempar ke luar akibat gaya sentrifugal yang ditimbulkan gerakan impeler. Yang termasuk jenis pompa ini adalah pompa sentrifugal
2.3.2. Boiler
memutar turbin. Uap yang dihasilkan mempunyai suhu dan tekanan tertentu sedemikian rupa hingga dapat beroperasi seefesien mungkin.
Gambar 2.4. Boiler Pipa Air
(Sumber
Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi
(high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanaskan cairan dan menjalankan suatu mesin, atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler.
perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam
dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.
Secara umum boiler dibagi kedalam dua jenis yaitu : boiler pipa api (Fire tube boiler) dan boiler pipa air (water tube boiler). Pada boiler pipa api proses pengapian terjadi didalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar dan konstruksi boiler mempengaruhi kapasitas dan tekanan yang dihasilkan boiler tersebut. Sedangkan pada bioler pipa air proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui economizer, kemudian steam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah steam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary superheater dan primary superheater baru steam dilepaskan ke pipa distribusi utama. Didalam pipa air, air yang mengalir harus dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya yang larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini.
2.3.3. Turbin
mengambil manfaat sebesar-besarnya dari energi fluida kerja yang tersedia, mengubahnya menjadi energi mekanis dengan efesiensi maksimum.
Gambar 2.5. Turbin
(Sumber http://www.alkerny.en.ec21.com)
2.3.4. Kondensor
Kondensor merupakan alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengkondensasikan uap keluaran turbin. Uap setelah memutar turbin langsung mengalir menuju kondensor untuk dirobah menjadi air (dikondensasikan), hal ini terjadi karena uap bersentuhan langsung dengan pipa-pipa (tubes) yang didalamnya dialiri oleh air pendingin. Oleh karena kondensor merupakan salah satu komponen utama yang sangat penting, maka kemampuan kondensor dalam mengkondensasikan uap keluaran turbin harus benar-benar diperhatikan, sehingga perpindahan panas antara fluida pendingin dengan uap keluaran turbin dapat maksimal dan pengkondensasian terjadi dengan baik.
Kondensor terdiri dari tube-tube kecil yang melintang. Pada tube-tube
pada kondensor menjadi rendah. Dengan tekanan yang lebih rendah di kondensor, maka uap akan bisa bergerak dengan mudah menuju kondensor.
Gambar 2.6. Kondensor (Sumber
2.4. Klasifikasi Turbin Uap
Ada beberapa cara untuk mengklasifikasikan turbin uap, yaitu : 1. Berdasarkan arah aliran uapnya
a. Turbin aksial, yaitu turbin dengan arah aliran uap sejajar dengan sumbu poros.
b. Turbin radial, yaitu turbin dengan arah aliran uap tegak lurus terhadap sumbu poros.
2. Berdasarkan prinsip aksi uap yang digunakan untuk menggerakkan roda jalan turbin melalui sudu, maka turbin uap dibagi menjadi :
Gambar 2.7. Penampang Turbin Aksi
b. Turbin reaksi, yaitu turbin yang perputaran sudu-sudu geraknya karena gaya sudu-sudu itu sendiri terhadap aliran uap yang melewatinya. Pada turbin ini proses ekspansi dari fluida kerjanya terjadi di dalam baris sudu-sudu tetap maupun sudu-sudu geraknya, sehingga tekanan uap sesudah keluar dari tiap tingkat sudu lebih rendah dari sebelumnya.
Gambar 2.9. Perbedaan Skema Aliran Uap Antara Turbin Aksi dan Reaksi (Sumber http://www.cnccookbook.com)
3. Berdasarkan kondisi uap yang meninggalkannya
a. Turbin tekanan lawan (back pressure turbine), yaitu turbin yang tekanan uap bekasnya berada di atas tekanan atmosfir dan digunakan untuk keperluan proses.
b. Turbin kondensasi langsung, yaitu turbin yang uap bekasnya dikondensasikan langsung dalam kondensor untuk mendapatkan air kondensor pengisian ketel.
c. Turbin ekstraksi dengan tekanan lawan, yaitu turbin yang sebagian uap bekasnya dicerat (diekstraksi) dan sebagian lagi digunakan untuk keperluan proses.
e. Turbin non kondensasi dengan aliran langsung, yaitu turbin yang uap bekasnya langsung dibuang ke udara.
f. Turbin non kondensasi dengan ekstraksi, yaitu turbin yang sebagian uap bekasnya dicerat (diekstraksi) dan sebagian lagi dibuang ke udara.
4. Berdasarkan tekanan uapnya
a. Turbin tekanan rendah, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk hingga 2 ata. b. Turbin tekanan menengah, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk hingga
40 ata.
c. Turbin tekanan tinggi, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk hingga diatas 40 ata.
d. Turbin tekanan sangat tinggi, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk di atas 170 ata.
e. Turbin tekanan super kritis, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk di atas 225 ata.
5. Menurut jumlah tingkat tekanan, terdiri dari :
a. Turbin satu tingkat dengan satu atau lebih tingkat kecepatan, yaitu turbin yang biasanya berkapasitas kecil dan turbin ini kebanyakan dipakai untuk menggerakkan kompresor sentrifugal.
b. Turbin impuls dan reaksi nekatingkat, yaitu turbin yang dibuat dalam jangka kapasitas yang luas mulai dari yang kecil sampai yang besar.
2.5. Bagian-Bagian Turbin
Gambar 2.10. Bagian-bagian Turbin
1. Nosel (pipa pancar)
Nosel merupakan suatu laluan yang penampangnya bervariasi dimana energi potensial uap dikonversikan menjadi energi kinetik berupa pancaran uap ke sudu gerak turbin dengan jalan mengembangkan (mengekspansi) uap dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah dalam sebuah turbin. Dari penyelidikan-penyelidikan secara teoritis dan percobaan, ternyata bahwa uap yang mengalir melalui bagian nosel dengan penampang konvergen sewaktu berekspansi didalamnya hanya mencapai nilai minimum tertentu yang disebut tekanan kritis (pkr) yang sama dengan 0,577 po untuk uap jenuh dan 0,546 po untuk uap panas lanjut. Kecepatan uap pada tekanan ini disebut kecepatan kritis.
Bila tekanan sesudah nosel lebih besar dari tekanan kritis p1 > pkr, maka ekspansi uap yang terjadi hanya sampai tekanan p1, dalam hal ini digunakan nosel konvergen, sedangkan untuk mendapatkan tekanan sisi keluar p1 < pkr dan kecepatan superkritis c1 > ckr digunakan nosel konvergen divergen. Untuk menentukan jenis nosel yang digunakan dalam perencanan ini, terlebih dahulu ditentukan harga-harga tekanan kritis p kr pada tiap tiap tingkat.
2. Sudu Tetap
Disebut sudu tetap karena keberadaannya yang memang diam (tidak bergerak). Fungsi sudu ini adalah untuk mengarahkan uap yang keluar dari sudu gerak pertama ke sudu gerak kedua.
3. Sudu Gerak
Sudu turbin disebut juga sudu jalan atau sudu gerak, dimana sudu tersebut dipasamg melingkar melalui rotor sumbu roda turbin. Apabila uap masuk ke dalam sudu lalu menekan sudu-sudu tersebut hingga berputar. Apabila rotor turbin berputar pada kecepatan tinggi maka akan terjadi gaya sentrifugal yang berusaha melepas sudu-sudu rotor dari kedudukannya. Sudu-sudu merupakan bagian utama dari sebuah turbin, di dalam sudu-sudu daya kerja uap harus seekonomis mungkin diubah menjadi kerja keluar. Bentuk atau cara pembuatan sudu yang kurang baik dapat menimbulkan kerugian .
4. Rotor Turbin
Rotor merupakan alat untuk memindahkan kerja yang dihasilkan oleh uap pada sudu-sudu jalan ke poros mesin atau melalui transmisi reduksi roda gigi.
5. Rumah Turbin
Rumah turbin merupakan komponen yang berfungsi untuk membungkus atau menutupi konstruksi turbin uap yang telah selesai dibuat, dengan maksud agar terjaga dari pengaruh luar.
2.6. Dasar Teori Impuls
2.6.1. Prinsip Impuls dan Momentum
diketahui bahwa impuls diartikan sebagai gaya yang bekerja pada benda dalam waktu yang sangat singkat. Hal ini menjadi dasar persamaan impuls nantinya. Sedangkan momentum suatu benda tersebut dalam fisika didefinisikan sebagai hasil kali massa benda dengan kecepatan gerak benda tersebut. Secara matematis ditulis (Lit.3, hal 214) :
P = m.v ...(2.1) p adalah lambang momentum, m adalah massa benda dan v adalah kecepatan benda. Momentum merupakan besaran vektor, jadi selain mempunyai besar alias nilai, momentum juga mempunyai arah. Besar momentum p = m.v Arah momentum sama dengan arah kecepatan.
Dari persamaan di atas, tampak bahwa momentum (p) berbanding lurus dengan massa (m) dan kecepatan (v). Semakin besar kecepatan benda, maka semakin besar juga momentum sebuah benda. Demikian juga, semakin besar massa sebuah benda, maka momentum benda tersebut juga bertambah besar. Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa ada hubungan antara impuls dan momentum. Hubungan tersebut dapat dilihat dari persamaan berikut (Lit.3, hal 214) :
F = ∆�
∆�. . . … … … . . . … . . . (2.2)
Dimana :
F = gaya total yang bekerja pada benda
pΔ = perubahan momentum
tΔ = selang waktu perubahan momentum
Jika kita tinjau suatu partikel bermassa m yang bergerak dalam suatu bidang xy dan mengalami gaya resultan F yang besar dan arahnya dapat berubah, maka berdasarkan hukum kedua newton pada setiap saat diperoleh :
F = m. a
Jika :
�= ����,����
F.dt = m.dv
Pada roda turbin terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melalui ruang di antara sudu tersebut. Apabila roda turbin dapat berputar akibat semburan uap, maka ada gaya yang bekerja pada sudu. Gaya tersebut timbul karena terjadinya perubahan momentum dari fluida kerja yang mengalir di antara sudu yang dianggap sangat efektif untuk menghasilkan gaya dorong. Gaya dorong harus lebih besar atau sekurang-kurangnya sama dengan berat turbin dan porosnya, agar turbin dapat berputar dengan lebih ringan. Karena sudu-sudu tersebut dapat bergerak bersama-sama dengan roda turbin, maka sudu tersebut dinamakan sudu gerak. Sebuah roda turbin bisa saja terdapat beberapa baris sudu gerak yang dipasang berurutan dalam arah aliran fluida kerja. Setiap baris sudu terdiri dari sudu-sudu yang disusun melingkari roda turbin, masing-masing dengan bentuk yang sama.
Turbin uap adalah mesin rotari yang bekerja karena terjadi perubahan energi kinetik uap menjadi energi mekanis melalui poros turbin. Proses perubahan itu terjadi pada sudu-sudu turbin. Fluida uap dengan energi potensial yang besar berekspansi sehingga mempunyai energi kinetik tinggi yang akan medorong sudu, karena dorongan atau tumbukan tersebut, sudu kemudian bergerak. Proses tumbukan inilah yang dinamakan dengan impuls.
Gambar 2.11. Asas Impuls Pada Sudu Turbin
Gambar 2.12. Impuls Pada Penampang Vertikal dan Melengkung
2.7. Aliran Uap Melalui Bentuk Penampang Sudu yang Bervariasi
Semburan uap yang mengalir melalui bentuk penampang sudu yang berbeda, ternyata akan menghasilkan gaya dan energi yang berbeda pula. Artinya bentuk dari penampang suatu sudu akan mempengaruhi besar kecilnya energi mekanis yang akan dihasilkan.
berbeda seperti ditunjukkan pada gambar 2.13. gaya-gaya ini dengan mudah dapat dievaluasi.
Gambar 2.13. Prinsip Aksi Uap Pada Berbagai Bentuk Sudu
Misalkan kecepatan awal uap pada sisi keluar nosel untuk ketiga penampang tersebut adalah sama, sama dengan c1t, tetapi dalam arah yang berbeda sesuai dengan permukaan yang menerimanya.
1. Kasus (a)
Uap dengan kecepatan awal c1t menubruk benda A dalam arah tegak lurus terhabap permukaan yang menerimanya dan mengalami perubahan arah aliran sebesar 90º sewaktu memencar ke segala arah di permukaan benda tersebut, sehingga proyeksi kecepatan c2 terhadap arah aksi gaya F1 sama dengan nol.
Dengan mensubstitusikan kecepatan-kecepatan awal dan akhir uap c1t dan c2, kita akan mendapatkan gaya yang diberikan yang searah dengan kecepatan c1t
F1 = �̇ (clt – c2) F1 = �̇ (clt – 0) F1 = �̇.clt
2. Kasus (b) Dengan mengabaikan kerugian akibat gesekan pada permukaan yang melengkung, akan diperoleh
c2 = - clt
F2 = �̇ (clt – c2) F2 = �̇ (clt +c2) 3. Kasus (c)
Dengan tetap mengabaikan kerugian-kerugian pada permukaan sudu seperti pada kasus (b), sekali lagi diperoleh
c2 = - c1t
Dalam hal ini semburan uap pada tempat masuk kepermukaan sudu begitu juga pada tempat keluar dari sudu tidak mengalir dalam arah yang sejajar dengan arah gaya F3 yang bekerja pada benda tersebut. Maka oleh sebab itu segera terbukti bahwa pada kecepatan c1t dan c2 harus disubstitusikan nilai-nilai proyeksi kecepatan semburan uap tadi terhadap arah aksi gaya F3.
Komponen-komponen kecepatan c1t dan c2 yang searah dengan garis aksi F3, dengan demikian adalah sama dengan :
c’1t = c1tcos α1
c’2 = c2cos α1
Jadi
F2 = �̇ ( c’1t– c’2 )
F2 = �̇ (c1tcos α1+ c2cos α1)
2.8. Prinsip Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin yang mempunyai roda jalan atau rotor dimana terdapat sudu-sudu impuls. Sudu-sudu impuls mudah dikenali bentuknya, yaitu simetris dengan sudut masuk β1 dan sudut keluar β2 yang sama. Bentuk turbin
impuls pendek dengan penampang yang konstan. Ciri yang lain adalah secara termodinamika penurunan energi terbanyak pada nosel, dimana pada nosel terjadi proses ekspansi atau penuruan tekanan. Sudu-sudu turbin uap terdiri dari sudu tetap dan sudu gerak. Sudu tetap berfungsi sebagai nosel dengan energi kinetik yang naik, sedangkan pada sudu begerak tekanan adalah konstan atau tetap.
Dari karakteristik tersebut, turbin impuls sering disebut turbin tekanan sama. Bentuk dari sudu tetap turbin impuls ada dua macam yaitu bentuk simetris dan bentuk tidak simetris. Pada bentuk sudu tetap simetris, profile kecepatan dan tekanan adalah sama, tidak ada perubahan kecepatan dan tekanan. Sedangkan pada sudu tetap yang berfungsi sebagi nosel mempunyai bentuk seperti nosel yaitu antar penampang sudu membetuk penampang yang menyempit pada ujungnya. Karena bentuknya nosel, kecepatan akan naik dan tekanan turun. Bentuk pertama simetris dipakai pada turbin uap curtis dan bentuk yang kedua dipakai turbin uap rateau.
Gambar 2.14. Sudu Turbin Impuls
sebelum memasuki sudu jalan, uap dari ketel harus diekspansikan di dalam nosel atau sudu pengarah.
Gambar 3.5. Aliran Uap Pada Nosel Gambar 2.15. Aliran Uap Pada Nosel
2.9. Perubahan Energi Thermal Menjadi Energi Kinetis
Gambar 2.16. Saluran Uap Pada Nosel
212
2.1000+ �0.�0+ �0 =
2�2
2.1000+ ��.�� +
����
�� ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.4)
; p.v + u = h, maka :
212
2.1000+ ℎ0 =
��2
2.1000+ ℎ�
212
2.1000−
202
2.1000+ ℎ0.ℎ�
�� = �2.1000 (ℎ0− ℎ�) +�02∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(�/�)
; Jika c0 = 0, maka :
�� = 44,72�(ℎ0− ℎ�)
Dimana ci = c1t, maka
c1t = 44,72 √�ℎ (�/�)∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.5)
2.10. Transformasi Energi Pada Sudu
Dari proses aliran uap yang melalui nosel atau sudu pengarah hingga keluar dari sudu gerak, dapat dibentuk suatu skema aliran uap. Skema tersebut dapat dilihat berikut ini.
Gambar 2.18. Skema Arah Kecepatan Uap Pada Sudu Turbin
c1 = Kecepatan uap mutlak meninggalkan nosel u = Kecepatan tangensial sudu
w1 = kecepatan relatif uap masuk sudu
w2 = Kecepatan relatif uap meninggalkan sudu c2 = Kecepatan mutlak uap masuk sudu pengarah α1 = sudut nosel
β1 = sudut masuk sudu α2 = sudut keluar fluida
2.11. Analisa Kecepatan Aliran Uap
Analisa kecepatan aliran uap yang melewati suatu sudu dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 2.19. Arah Kecepatan Uap Pada Sudu-sudu Turbin
1. Kecepatan aktual uap keluar dari nosel (c1t)
c1t = 44,72 √�ℎ (�/�) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.6)
dimana : Δh = besar jatuh kalor (entalphi drop) (kj/kg)
2. Kecepatan teoritis uap keluar dari nosel (c1)
c1 = c1t.� (�/�) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.7)
dimana : φ = koefisien kecepatan pada dinding nosel (0,91 s/d 0,98)
3. Kecepatan tangensial sudu (u)
60
4. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak pertama (w1)
1
5. Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris pertama (c1u)
1 1 1 c cosα
cu = (m/det)………...……….…Lit.1, hal 76
6. Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris kedua (c2u)
9. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu gerak pertama (w2)
1 2 .w
w =ψ (m/det)…………...……….… Lit.1, hal 34
Dimana : ψ = koefisien kecepatan pada dinding sudu gerak
10. Kecepatan relatif uap masuk ke sudu pengarah (c2)
2
11. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu pengarah (c1’)
2 1' .c
c =ψgb (m/det)………... Lit.1, hal 85
12. Kecepatan teoritis uap keluar dari sudu pengarah (c’1t)
gb
Dimana : ψgb = koefisien kecepatan pada dinding sudu pengarah
13. Sudut keluar uap dari sudu pengarah (α’1)
14. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak kedua (w’1)
2
15. Kecepatan pada pelek (rim) menjadi (c’1u)
18. Kecepatan relatif uap keluar dari sudu gerak kedua (w’2)
1 2 . '
' w
w =ψ (m/det) ……….... Lit.1, hal 85
Dimana : ψ = koefisien kecepatan pada dinding sudu gerak
19. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu gerak kedua (c’2)
2
21. Kecepatan pada pelek (rim) menjadi (c’2u)
1 2
2 ' cos '
' c α
c u= (m/det)……… Lit.1, hal 85
2.12. Kerugian Energi pada Turbin Uap
Kerugian energi pada turbin adalah pertambahan energi kalor yang dibutuhkan untuk melakukan kerja mekanis pada praktek aktual dibandingkan dengan nilai teoritis yang proses ekspansinya terjadi benar-benar sesuai dengan proses adiabatik. Pada suatu tingkat turbin, jumlah penurunan kalor yang benar-benar dikonversi menjadi kerja mekanis pada poros turbin adalah lebih kecil daripada nilai-nilai yang dihitung untuk tingkat turbin yang ideal. Semua kerugian yang timbul pada turbin aktual [Menurut lit. 1, hal. 59-71] dapat dibagi menjadi dua kelompok utama, yaitu :
2. Kerugian luar, adalah kerugian yang tidak mempengaruhi kondisi-kondisi uap. Misalnya : kerugian mekanis dan kerugian akibat kebocoran uap dari perapat-perapat gland labirin.
2.12.1. Kerugian-kerugian Dalam
1. Kerugian energi pada katub pengatur
Aliran uap melalui katup-katup penutup dan pengatur disertai oleh kerugian energi akibat proses pencekikan (throtling), kerugian ini yang disebut dengan kerugian katup pengatur. Jika tekanan uap masuk adalah Po maka akan terjadi penurunan tekanan menjadi tekan awal masuk turbin Po’. Penurunan tekan awal (ΔP) diperkirakan sebesar (3 − 5) % dari Po [Menurut Lit.1 hal. 59]. Dimana ΔP = Po – Po’ , pada perencanaan ini diambil kerugian pada katup pengatur sebesar 5% dari tekan masuk turbin atau dapat di tuliskan :
ΔP = 5%Po ………...Lit.1 hal 60 Kerugian energi yang terjadi pada katup pengatur ditentukan dengan :
ΔH = Ho –Ho’………...Lit.1 hal 59 dimana:
Ho = nilai penurunan kalor total turbin
Ho’= 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 ΔP = 5%Po.
Adapun gambar 2.21. menunjukkan proses ekspansi uap melalui mekanisme pengatur beserta kerugian-kerugian yang lainnya yang diakibatkan pencekikan (throttling).
Gambar 2.21. Proses Ekspansi Uap Di Dalam Turbin Beserta Kerugian-kerugian Akibat Pencekikan
2. Kerugian energi pada Nozel (hn)
Kerugian energi dalam nosel adalah dalam bentuk kerugian energi kinetis, dimana besarnya kerugian energi pada nosel disebabkan oleh adanya gesekan uap pada dinding nosel, turbulensi, dan lain-lain. Kerugian energi pada nosel ini dicakup oleh koefisien kecepatan nosel (φ) yang sangat tergantung pada tinggi nosel. Kerugian energi kalor pada nosel dalam bentuk kalor :
Kg kJ c
c
hn t /
2000 2 1 1 2 − =
………..……...Lit.1 hal 25
Dimana :
hn = besarnya kerugian pada nosel cit = kecepatan uap masuk nosel teoritis
φ = koefisien kecepatan pada dinding nosel (0,93 s/d 0,98) c1 = kecepatan aktual uap keluar dari nosel
Gambar 2.22. Grafik Untuk Menentukan Koefisien Kecepatan φ Sebagai Fungsi Tinggi Nosel
(sumber : Lit.1, hal 61)
3. Kerugian energi pada sudu pengarah
2000
4. Kerugian energi pada sudu gerak
Kerugian pada sudu gerak dipengaruhi beberapa faktor yaitu : a. kerugian akibat tolakan pada ujung belakang sudu.
b. Kerugian akibat tumbukan.
c. Kerugian akibat kebocoran uap melalui ruang melingkar. d. Kerugian akibat gesekan.
e. Kerugian akibat pembelokan semburan pada sudu.
Semua kerugian diatas disimpulkan sebagai koefisien kecepatan sudu gerak (φ). Akibat koefisien ini maka kecepatan relatif uap keluar dari sudu w2 lebih kecil dari kecepatan relatif uap masuk sudu w1.
Kerugian kalor pada sudu gerak pertama
2000
Kerugian pada sudu gerak baris kedua
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 faktor ψ dapat diambil dari grafik berikut dibawah ini:
Gambar 2.23. Grafik Untuk Menentukan Koefisien Kecepatan ψ Untuk Berbagai Panjang dan Profil Sudu
(Sumber : Lit.1, hal 62)
5. Kerugian energi akibat kecepatan keluar (he)
Uap meninggalkan sisi keluar dari sudu gerak dengan kecepatan mutlak sebesar c2. oleh sebab itu sehingga kerugian energi kinetik atau kehilangan energi akibat kecepatan uap keluar c’2 tersebut untuk tiap 1 kg uap dapat ditentukan dengar menggunakan rumus seperti dibawah ini.
2000 '22
c
he = (kJ/kg)………..Lit.1, hal 63
6. Kerugian energi akibat gesekan cakram
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 di konversikan menjadi kalor, jadi akan memperbesar kalor kandungan uap.
Kerugian akibat gesekan cakram dan ventilasi dalam satu kalor dapat ditentukan dari persamaan berikut:
187
Adapun penentuan daya gesek dari ventilasi cakram ini sering dilakuakan dengan memakai rumus berikut :
γ β.10 . . .. .a 10d4n3l
Nge = − ………...Lit.1 hal 64
dimana :
β = koefisien yang sama dengan 2,06 untuk cakram baris ganda d = diameter cakra yang diukur pada tinggi rata-rata sudu (m) n = putaran poros turbin (rpm) l = tinggi sudu (cm)
ρ = Massa jenis uap dimana cakram tersebut berputar (kg/m3) = 1/ν, ν = volume spesifik uap pada kondisi tersebut (m3/kg)
7. Kerugian energi pada ruang bebas pada turbin impuls
Adanya perbedaan tekanan menyebabkan adanya kebocoran melalui celah ini,
Dimana m’ kebocoran ditentukan berdasarkan tekanan kritis, yaitu :
5
Gambar 2.24. Celah Kebocoran Uap Tingkat Tekanan Pada Turbin Impuls (sumber : Lit.1, hal 62)
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 :
sebaliknya, bila tekanan kritis lebih tinggi dari P2 , maka kecepatan uap adalah lebih tinggi dari kecepatan kritisnya dan massa alir kebocoran dihitung :
o
mkebocoran = 100 fs
2.12.2. Kerugian-kerugian Luar 1. Kerugian Mekanis
Kerugian mekanis disebabkan oleh energi yang digunakan untuk mengatasi tahanan yang diberikan oleh bantalan luncur, seperti bantalan luncur generator atau mesin yang dihubungkan dengan poros turbin.
2.13. Gaya Tangensial Turbin
Gaya tangensial turbin ditentukan berdasarkan prinsip impuls yang terjadi pada sudu. Yang mana impuls tersebut terjadi akibat adanya perubahan momentum pada sudu, dan perubahan momentum tersebut diakibatkan oleh adanya perubahan kecepatan uap yang mengalir pada sudu.
�� = �̇ �(�1�̇ +�2�)∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.8)
�� = �̇ [(�1�+�2�) + (�′1�+�′2�)]
=�̇ [(�1cos�1 + �2cos�2) + (�′1cos�′1+ �′2cos�′2)]
Dimana :
∗ �1 cos�1+ �2cos�2 = �1cos�1+ �2cos�2
;�2 = ψ �1
�1 cos�1+ �2cos�2 = �1cos�1+ ψ �2cos�2
�1 cos�1+ �2cos�2 = �1 + ψ cos�cos�2
1� �1cos�1
�1cos�1 = �1 cos�1− �
�1 cos�1+ �2cos�2 = �1 + ψ
cos�2
�cos1� (�1 cos�1− �) ∗ �′1 cos�′1+ �′2cos�′2 = �′1cos�′1 + �′2cos�′2
;�′2 = ψ �′1
�′1 cos�′1+ �′2cos�′2 = �′1cos�′1+ψ �′1cos�′2
�1 cos�1+ �2cos�2 = �1 + ψ
cos�′2
cos �′1� �′1cos�′1
�1 cos�1+ �2cos�2 = �1 + ψ
cos�′2
cos �′1� (�′1 cos�′1− �)
Sehingga persamaan diatas menjadi :
�� = �̇[(�1cos�1+�2cos�2) + (�′1cos�′1+�′2cos�′2)] 2.14. Kekuatan Sudu Akibat Semburan Uap
Kekuatan sudu turbin cukup dihitung pada bagian-bagian yang terlemah, dan bila pada bagian ini ternyata sudah aman, maka bagian yang lain akan lebih aman. Gaya-gaya sentrifugal yang bekerja pada sudu mengakibatkan tegangan pada sudu. Gaya sentrifugal menyebabkan tegangan tarik dan lentur yang besarnya konstan, sementara tekanan dari uap menyebabkan tegangan lentur yang besarnya bervariasi.
2.14.1. Tegangan Tarik Pada Sudu Turbin Akibat Gaya Sentrifugal Uap Besarnya tegangan tarik akibat gaya sentrifugal dengan nilai terbesar yaitu pada sudu gerak tingkat akhir (tingkat ke-2), yang dapat dihitung dengan persamaan dari [lit.1, hal. 288]
��= �
L2 = tinggi rata-rata sudu gerak tingkat ke-2 r = jari-jari rata-rata sumbu sudu
rs = jari-jari rata-rata plat penguat sudu ts = panjang setiap bilah selubung
2.14.2. Tegangan Lentur Akibat Tekanan Uap
Uap yang mengalir melalui sudu baik sudu gerak maupun sudu-sudu pengarah mempunyai kecepatan yang bervariasi secara periodik dan menimbulkan tegangan yang bervariasi pada akar sudu. Tegangan lentur akibat tekanan uap [Menurut lit.1,hal.291-292] dapat ditentukan dari persamaan berikut ini :
1. Besarnya gaya pada sudu gerak tingkat ke-2 yang searah dengan putaran
��,2 =
o
m .ℎ2� �.�.�.�210
3(��) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.11)
Dimana :
H2i = penurunan kalor yang berguna pada tingkat ke-2
ε = derajat pemasukan uap parsial
Z2 = jumlah sudu tingkat ke-2
u = kecepatan keliling
2. Gaya yang bekerja akibat perbedaan momentum uap yang mengalir :
��,2 =
o
m (�1�+�2�)
� ∙ � ∙ �2 (��) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.12)
Gambar berikut ini menunjukkan arah resultan gaya yang dikerjakan oleh uap pada sudu gerak :
Sehingga besarnya resultan gaya (Fo2) akibat tekanan uap dihitung
dengan persamaan :
�0,2 = ���2 2+��2 2 (��) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.13)
Dengan menganggap Fo,2 konstan sepanjang sudu gerak ke-2,
maka momen lengkung yang terjadi (Mx,2) adalah :
��,2 = �2.�2
2 (��.��) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.14)
Dimana : F2 = Fo,2 cosϕ = Fo,2 (karena turbin impuls � = 0)
Tegangan lentur akibat tekanan uap dengan nilai terbesar yang terjadi disepanjang sudu gerak tingkat ke-2 dapat dihitung dengan persamaan :
��= ��,2/��,2 (��/��2) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.15)
Dimana :
Wy,2 : momen perlawanan terkecil sudu relatif terhadap yy = 9,16 cm3
2.15. Besarnya Momen Torsi Yang Dialami Poros Akibat Semburan Uap Pada perancangan ini poros mempunyai fungsi sebagai penghubung yang memindahkan daya dan putaran turbin serta tempat pemasangan cakram dan sudu, sehingga beban yang akan dialami poros ini adalah :
1. Beban lentur yang berasal dari berat sudu-sudu dan cakram. 2. Beban puntir yang berasal dari cakram
Untuk poros putaran sedang dan beban berat, maka pada perancangan ini digunakan bahan Alloy steels AISI 1050 As-rolled dengan tegangan tarik 105 kpsi = 7381,5 kg/cm2. Sehingga tegangan geser yang diizinkan untuk bahan poros ini [Menurut lit.4, hal. 8] dapat dihitung berdasarkan persamaan :
�� =����
1× ��2 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.16)
Sf2 = faktor keamanan karena adanya pasak, untuk poro bertingkat dengan konsentrasi tegangan (= 1,3 ÷3,0), diambil = 2,2
Sedangkan besarnya momen torsi yang dialami poros (Mt) dapat dihitung menggunakan perkalian antara gaya dengan jarak, dimana F tegak lurus terhadap jarak tersebut. Maka besarnya momen torsi yang dialami poros (Mt) [Menurut lit. 3, hal. 257] dapat dihitung dengan persamaan :
��= ��.� (�.�) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2.17)
2.16. Efisiensi Turbin Uap Impuls
Kerja teoritis uap pada pinggir cakram untuk turbin ideal, dengan kata lain tidak adanya kerugian baik pada nosel ataupun pada sudu akan sama dengan energi kinetis uap per detik. Maka kerja teoritis uap pada pinggir cakram perdetiknya adalah :
��= ������̇ = �̇ �1�
2
2 (�/�) ………...(2.18)
Sedangkan hubungannya dengan efisiensi turbin uap dapat dicari dengan menggunakan perbandingan antara kerja mekanis yang dihasilkan turbin dengan kerja teoritis uap pada pinggir cakram dimana masing-masing kerja ini dalam persatuan waktu, sehingga dapat dibuat rumus efisiensi sebagai berikut :
η � = �� dan jika kita jabarkan,maka akan didapat persamaan menjadi :
Dimana :
Untuk memeriksa ketepatan perhitungan kerugian kalor yang diperoleh diatas hasilnya dibandingkan dengan hasil yang diperoleh untuk nilai kecepatan uap masuk turbin teoritis (c1t), dimana jika kesalahan perhitungan dibawah dari
2%, maka perhitungan diatas sudah tepat.
�� =�0 ′ − �ℎ
�+ℎ�′ +ℎ��+ℎ�+ℎ��
�0′
Sedangkan efesiensi relatif dalam (internal relatife eficiency) turbin dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
�01= ��� 0′ Dimana :
Sedangkan hge.a merupakan kerugian energi akibat gesekan cakram
β = koefisien untuk cakram baris ganda
o
m= massa alir uap melalui tingkat turbin (kg/s)
n = putaran turbin (rpm)
l = tinggi rata-rata sudu (cm)
d = diameter cakram atau diameter turbin (m)
2.17. Daya Mekanis yang dihasilkan Turbin
Daya mekanis yang dihasilkan oleh turbin ditentukan berdasarkan gaya dan kecepatan tangensial turbin tersebut yang akan menghasilkan torsi pada poros turbin. Sehingga dengan menerapkan persamaan daya mekanis turbin, maka akan diperoleh :
Jika disubstitusikan persamaan 2.9. ke persamaan 2.24, maka akan menghasilkan
2.18. Hubungan Variasi α1 terhadap Fu dan Pu Yang Dihasilkan Turbin
Berdasarkan persamaan-persamaan sebelumnya diketahui bahwa besarnya
turbin. Jika α1 divariasikan, maka nilai Fu dan Pu juga akan ikut bervariasi.
Berdasarkan literatur yang ada dan juga data di lapangan.
�� =
Sehingga persamaan diatas menjadi :
�� = o
�� =
Sehingga persaman daya dapat juga kita jabarkan dengan menggunakan
rumus gaya tangensial diatas, maka persaman daya menjadi :
�� = ��∙ �
2.19. Menentukan Besar Sudut α1 Dari Hubungannya Dengan u/c Terhadap
Efisiensi Turbin ��= ������̇ = �̇ �1�
2
2 (�/�) ………...(2.28)
Sedangkan hubungannya dengan efisiensi turbin uap dapat dicari dengan menggunakan perbandingan antara kerja mekanis yang dihasilkan turbin dengan kerja teoritis uap pada pinggir cakram dimana masing-masing kerja ini dalam persatuan waktu, sehingga dapat dibuat rumus efisiensi sebagai berikut :
dan jika kita jabarkan, maka akan didapat persamaan menjadi :
Dari persamaan 2.32. diketahui bahwa :
�� = 2�2�(1 +�)�cos�1−��
Persamaan diatas dapat kita sederhanakan lagi untuk mempermudah mencari hubungan efisiensi dengan u/c1 yang optimum, maka diperoleh :
Hubungan u/c1 agaknya merupakan karakteristik dasar tingkat turbin. Jika nilai-nilai sudut α1, β1, β2 dan koefisien kecepatan φ dan ψ tetap konstan.
Sehingga dapat juga kita sederhanakan lagi untuk mempermudah mendapatkan efisiensi maksimum.
BAB III
PENGUMPULAN DATA
3.1. Data Hasil Survey
Untuk membantu dalam penyelesaian skripsi ini, maka dilakukan survey studi ke PT. Growth Sumatra Industry. Ltd, yang dalam memenuhi kebutuhan energi listriknya menggunakan turbin uap sebagai penggerak mula generator listrik. Dari survey tersebut diperoleh beberapa informasi yang berkaitan dengan data-data yang dibutuhkan.
Data Turbin :
1. Diameter turbin (d) : 850 mm 2. Sudut masuk uap ke turbin (α1) : 20° 3. Pemasukan uap parsial (ε) : 0,27 4. Tekanan uap masuk (P3) : 20 bar 5. Suhu uap masuk (T3) : 260 °C 6. Tekanan uap bekas turbin (P4) : 3 bar 7. Kualitas uap (x) : 0,93
Tinggi Nosel dan Sudu Gerak
Dimana ukuran nosel dan sudu yang digunakan mempunyai ukuran-ukuran sebagai berikut :
Tinggi sisi masuk sudu gerak baris pertama (L1’) = 14 mm Tinggi sisi keluar sudu gerak baris pertama ( L1’’) = 17 mm Tinggi sisi masuk sudu pengarah (Lgb’) = 19 mm Tinggi sisi keluar sudu pengarah (Lgb’’) = 22 mm Tinggi sudu gerak baris kedua (L2) = 27 mm
Lebar sudu gerak dan sudu pengarah (b) = 40 mm Jari-jari busur dari profil sudu baris pertama (R1) = 21 mm Jari-jari busur dari profil sudu pengarah (Rgb) = 23 mm Jari-jari busur dari profil sudu baris kedua (R2) = 33 mm Jarak bagi sudu-sudu gerak baris pertama ( t1) = 27 mm Jarak bagi sudu-sudu pengarah ( tgb) = 23 mm Jarak bagi sudu-sudu gerak baris kedua ( t2) = 21 mm
Jumlah nosel (Zn) = 50 buah
Jumlah sudu pada sudu gerak baris pertama (Z1) = 98 buah Jumlah sudu pada sudu pengarah (Zgb) = 117 buah Jumlah sudu pada sudu gerak baris kedua (Z2) = 128 buah
Berikut ini merupakan gambar penampang profil sudu gerak dengan jarak bagi antara sudu :
3.2. Perhitungan
Untuk mendapatkan besarnya gaya tangensial dan daya mekanis yang dihasilkan turbin maka ditentukan terlebih dahulu variable-variabel berikut :
a. Panas Jatuh
Untuk menghitung berapa besar panas jatuh uap pada turbin maka kondisi uap harus diketahui, salah satu cara untuk mengetahui keadaan atau kondisi dari uap biasaanya digunakan diagram mollier, seperti pada gambar berikut ini.
Dalam hal ini daikan kehilangan tekanan pada katub pengatur sebesar 5% dari tekanan suplay, sehingga tekanan sebelum memasuki nosel akan menjadi P'3 = 0,95. 20 bar = 19 bar
io = 2930,9 Kj/kg i1t = 2554,07 Kj/kg i’1t = 2572,91 Kj/kg
Memasuki nosel akan menjadi : P’3 = 0,95. 20 bar
= 19 bar
Sehingga penurunan kalor teoritis H0 = (Δh) = io – i1t
= (2930,9 – 2554,07) kJ/k = 376,86 kJ/kg
Sedangkan Penurunan kalor yang terjadi pada nosel ditentukan dari persamaan:
H0’ = (Δh’) = io – i’1t = (2930,9 – 2572,91) kJ/kg = 357,99 kJ/kg
3.3. Perhitungan Kecepatan Aliran Uap Pada Sudu-sudu Turbin a. Kecepatan teoritis uap keluar dari nosel (c1t)
c1t = 44,72 ��ℎ0′ = 44,72 �357,99
= 846,13 �/�
b. Kecepatan mutlak uap keluar nosel (c1)
Karena ada pengaruh koefisien kecepatan pada dinding nosel � = 0,95
Maka
c1 = c1t.�
= 0,95 . 846,13 �/� = 803,82 �/�
c. Laju Aliran Massa Uap (mo )
Untuk menghitung berapa laju aliran massa uap pada nosel biasanya digunakan persamaan kontinuitas, sehingga laju aliran uap pada penampang sisi keluar nosel dapat dicari dengan persamaan berikut ini.
�=
o
m.� �= ������.�1
Dari kedua persamaan tersebut didapat :
o
m.�= ������.�1 (��/�). . . (4.5) Dimana :
d. Kecepatan tangensial (u)
Dari buku teori dan perancangan turbin uap (lit.1.hal 84) tentang efisiensi turbin impuls dua tingkat kecepatan sebagai fungsi u/c1, maka diperoleh (u/c1) opt untuk efisiensi maksimum diperoleh sebesar 0,22 �= ��
�1� ���.�1
u = 0,22x 803,82 m/s = 176,84 m/s
sehingga dari sini kita dapat menghitung putaran turbin sebesar : �= 60.�
�.�
�= 60.176,84
�. 0,85
�= 3975 ���
e. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak pertama (w1)
1
Dengan menetapkan sudut relative sudu keluar lebih kecil 3º dari sudut sudu masuk,
Maka :
h. Kecepatan relatif uap keluar dari sudu gerak pertama (w2)
Kecepatan relative uap keluar sudu gerak pertama dengan memperhitung-kan kerugian akibat koefisien kecepatan pada sudu-sudu ψ = 0,86
�2 = ��1
�2 = 0,86.640,51 = 55,84 �/�
i. Kecepatan uap masuk kesudu pengarah (c2)
�2 =��22+�2−2.�2.�.����2
�2 =�550,842+ 176,842−2.550,84.176,84.���22,420
�2 = 393,19 �/�
j. Sudut masuk sudu pengarah (α2)
�2sin�1 =�2sinα2
sinα2 =�2
�2 × sin�2
sinα2 =550,84
393,19× sin 22,42
0 = 32,300
k. Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris pertama (c1u)
�1� =�1cosα1
= 803,82. cos 200 = 775,34 �/�
l. Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris kedua (c2u)
�2� = �2cosα2
m. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu pengarah (��′)
Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak kedua dengan memperhitungkan kerugian akibat koefisien kecepatan pada sudu pengarah ψ = 0,86
�1′ = ψ��.�2
= 0,86.393,19 = 338,14 �/�
Dimana ψ�� = koefisien kecepatan untuk sudu pengarah
n. Sudut sudu keluar dari sudu pengarah (α’1)
Dengan menetapkan sudut masuk sudu gerak baris kedua lebih kecil 3º dari sudut sudu keluar sudu pengarah maka :
α′1 =α2−30 = 32,30−30 = 29,300
o. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak kedua (w’1)
�′1 =��′1 2+�2−2.�′1�. cosα′1
�′1 =�338,142+ 176,842−2.338,14.176,84. cos 29,300
�′1 = 203,25 �/�
p. Kecepatan pada pelek (rim) menjadi (c’1U)
�′1� =�′1cos�′1
�′1� = 338,14. cos 29,300 = 294,90 �/�
q. Sudut masuk sudu gerak kedua (β’1)
sin�′1 =�′1sin�′1
�′1
sin�′1 =338,14. sin 29,30
0
203,25
r. Sudut uap keluar dari sudu gerak kedua (β’2)
Dengan menetapkan sudut relative uap keluar dari sudu gerak kedua lebih kecil 3º dari sudut kecepatan relative uap masuk kedua sudu gerak kedua, maka :
�′2 =�′1 −30 = 54,490−30 = 54,49
s. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu gerak kedua (w’2)
Kecepatan relative uap pada sisi keluar sudu gerak kedua dengan memperhitungkan kerugian akibat koefisien kecepatan pada sudu pengarah
ψ= 0,86
�2′= ψ. w1′
= 0,86.203,25 = 174,80 m/s
Dimana ψ = koefisian kecepatan pada dinding sudu gerak
t. Kecepatan uap keluar dari sudu gerak kedua (c’2)
�′2 =��′12+�2−2.�′2.�. cos�′2
�′2 =�174,802+ 178,842−2.174,80.176,84. cos 51,490
= 152,75 �/�
u. Sudut keluar sudu gerak kedua (α’2)
sin�′2 = �′2. sin�′2
�′2
sin�′2 = 174,80. sin 51,49
152,75
�′2 = ��� sin 0,895 = 116,440
v. Kecepatan pada pelek (rim) menjadi (c’2U)
�′2�=�′2� cos�′2
3.4. Perhitungan Kerugian-kerugian Energi Pada Turbin Uap
b. Kerugian energi untuk sudu pengarah
ℎ�� =�2
c. Kerugian energi untuk sudu gerak
Kerugian kalor pada sudu gerak pertama (hb’)
Kerugian pada sudu gerak baris kedua (hb’’)
ℎ�′′ = �1
d. Kerugian energi untuk kecepatan keluar (he)
3.5. Perhitungan Gaya Tangensial Turbin
Dari persamaan (2.8) pada bab 2, maka gaya tangensial turbin dapat dihitung sebagai berikut :
�� =
3.6. Tegangan Tarik Pada Sudu Turbin Akibat Gaya Sentrifugal Uap Besarnya tegangan tarik akibat gaya sentrifugal dengan nilai terbesar yaitu pada sudu gerak tingkat akhir (tingkat ke-2), yang dapat dihitung dengan persamaan dari [lit.1, hal. 288]
��= � rs = jari-jari rata-rata plat penguat sudu
= r + 0,5 x l2 + 0,5 x s ; (s = tebal selubung = 0,2 cm) = 42,5 + 0,5 x 2,7 + 0,5 x 0,2= 43,95 cm
ts = panjang setiap bilah selubung
= 2� ∙���
2= 2 ×�×
43,95
128 = 2,16
= 1,49 x4 = 5,96 cm2
Tegangan tarik akibat gaya sentrifugal yang diizinkan untuk bahan
Alloy steel AISI 1050 As-rolled adalah sebesar 105 kpsi = 7381,5 kg/cm2
3.7. Tegangan Lentur Akibat Tekanan Uap
Uap yang mengalir melalui sudu baik sudu gerak maupun sudu-sudu pengarah mempunyai kecepatan yang bervariasi secara periodik dan menimbulkan tegangan yang bervariasi pada akar sudu. Tegangan lentur akibat tekanan uap [Menurut lit.1,hal.291-292] dapat ditentukan dari persamaan berikut ini :
1. Besarnya gaya pada sudu gerak tingkat ke-2 yang searah dengan putaran
��,2 =
H2i = penurunan kalor yang berguna pada tingkat ke-2 = 269,68 kJ/kg
