Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
TUGAS SARJANA
TURBIN UAP
PERANCANGAN TURBIN UAP TYPE IMPULS PENGGERAK
GENERATOR DENGAN SATU TINGKAT EKSTARKSI,
DAYA GENERATOR 10 MW ; PUTARAN POROS TURBIN
5700 RPM
OLEH :
RIYALDI
020401018
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
MEDAN
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipanjatkan kepada Allah SWT berkat rahmat dan
nikmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.
Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar
sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara. Adapun tugas sarjana ini mengambil bidang Turbin Uap dengan judul
“Perancangan Turbin Uap Penggerak Generator, Type Impuls Dengan Satu
Tingkat Ekstraksi, Dengan Daya Nominal Generator 10 MW; Putaran 5700
Rpm”.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Kedua orang tuaku tercinta, untuk segala cinta dan kasih sayangnya serta
pengorbanan yang tidak terkira yang telah diterima.
2. Bapak Ir. H.A.Halim Nasution,M.Sc. selaku dosen pembimbing yang
telah meluangkan waktu, pemikiran dan memberikan nasehat kepada
penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Tulus Burhanuddin,ST, MT,
selaku ketua dan sekretaris Departemen Teknik Mesin USU.
4. Bapak Ir.Mulfi Hazwi,M.Sc. selaku dosen pembanding.
5. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT selaku dosen pembanding.
6. Bapak/ Ibu Staff pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin USU.
7. Pimpinan dan karyawan PT.Multimas Nabati Asahan atas kesempatan
yang diberikan kepada penulis untuk melakukan survey dalam
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
8. Teman – teman Teknik Mesin, terutama stambuk ‘02, Refky, Khairul,
Jupri, Ilham, Nouval, Lilik, Herryawan, Darma, Rahman, Muhammad,
Firman dan seluruh teman stambuk 2002 lainnya, serta
teman-teman stambuk 2003 (Wisnu, Zaldi, Nanda, Roby, Rahmat), atas
motivasi dan bantuannya dalam mengerjakan tugas sarjana ini.
Penulis menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna,
untuk itu penulis mengharapkan saran yang membangun untuk kesempurnaan
tugas sarjana ini, akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Medan, Desember 2008.
Penulis,
(02 0401 018)
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS
KARTU BIMBINGAN
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... . iii
DAFTAR SIMBOL ... v
DAFTAR TABEL ... . ix
DAFTAR GAMBAR ... x
BAB I. PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang ... 1
1.2.Tujuan Perencanaan ... 1
1.3.Batasan Masalah ... 2
1.4.Metodologi Penulisan ... 2
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Pandangan Umum tentang Turbin Uap ... 3
2.2.Analisa Termodinamika ... 4
2.3.Modifikasi Siklus Rankine Pada PLTU ... 5
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
2.5.Analisa Kecepatan Aliran Uap ... 14
2.6.Kerugian Kalor Pada Turbin Uap ... 16
2.6.1. Kerugian-kerugian Dalam ... 16
2.6.2. Kerugian-kerugian Luar ... 23
2.7.Effisiensi Pada Turbin ... 23
BAB III. PEMBAHASAN MATERI 3.1.Pemilihan Jenis Turbin ... 25
3.2.Perhitungan Penurunan Kalor Pada Turbin ... 26
3.3.Perhitungan Tekanan Dan Temperatur Ekstraksi ... 28
3.4.Perancangan Turbin Tingkat Pengaturan ... 33
3.5.Penurunan Kalor Dari Tingkat Pengaturan Sampai Tingkat Ekstraksi ... 41
3.6.Kelompok Turbin Tingkat Ekstraksi Sampai Tingkat Terakhir ... 47
3.7.Pengecekan Hasil Perhitungan Penurunan Kalor Keseluruhan ... 49
BAB IV. PERHITUNGAN UKURAN UTAMA TURBIN 4.1. Perhitungan Ukuran Poros ... 52
4.2. Perhitungan Ukuran Nozel Dan Sudu Gerak ... 54
4.2.1. Tinggi Nozel Dan Sudu Gerak ... 55
4.2.2. Lebar Sudu Gerak ... 58
4.2.3. Jarak Bagi Antara Sudu Gerak ... 59
4.2.4. Jumlah Sudu ... 60
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
4.3. Kekuatan Sudu ... 63
4.4. Pemeriksaan Kekuatan Sudu Terhadap Getaran ... 67
4.5. Pembahasan Perhitungan Ukuran Cakram ... 68
4.6. Perhitungan Putaran Kritis ... 80
4.7. Bantalan Dan Pelumasan ... 83
4.8. Rumah Turbin ... 88
BAB V. PENGATURAN TURBIN 5.1. Konsep Dasar ... 90
5.2. Sistem Pengaturan ... 91
BAB VI. KESIMPULAN 6.1. Spesifikasi Turbin Uap ... 93
6.2. Dimensi Bagian Utama Turbin ... 93
DAFTAR PUSTAKA ... 97
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR SIMBOL
Notasi Arti satuan
A0 Titik perpotongan antara tekanan uap masuk dengan
temperatur uap masuk
-
A0’
A1t
A1’t
Titik perpotongan antara penurunan tekanan uap masuk
akibat katup pengatur dengan entalpi konstan
Titik perpotongan garis vertikal kebawah dari titik A0
dengan tekanan uap buang
Titik perpotongan garis vertikal kebawah dari titik A’0
dengan tekanan uap buang
-
-
-
a
b
Lebar penampang setiap nozel
Lebar sudu
mm
mm
C Kapasitas termal rata-rata minyak pelumas kkal/kgºC
C1 Kecepatan uap aktual pada sisi keluar nosel m/det
C1’ Kecepatan mutlak uap masuk pada sudu baris kedua m/det
C2 Kecepatan uap mutlak keluar sudu gerak baris pertama m/det
C2’ Kecepatan uap mutlak keluar sudu gerak baris kedua m/det
C1t Kecepatan uap teoritis pada sisi keluar nosel m/det
C1u
C2u
d
Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris
pertama
Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris
kedua
Diameter roda cakram diukur pada diameter rata-rata sudu
m/det
m/det
mm
D Diameter dalam silinder mm
dp Diameter poros mm
f1
G Geks
Luas penampang pada sisi keluar nosel
Massa alir uap melalui turbin setelah ekstraksi
Massa alir uap ekstraksi
m2 kg/det
kg/det
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
Go Massa aliran uap total melalui turbin kg/det
hb’ Kerugian kalor pada sudu gerak baris pertama kJ/kg
hb” Kerugian kalor pada sudu gerak baris kedua kJ/kg
he Kerugian kalor akibat kecepatan keluar kJ/kg
hgb Kerugian kalor pada sudu pengarah kJ/kg
hn Kerugian kalor pada nosel kJ/kg
Ho
H’o
Penurunan kalor teoritis sebelum katup pengatur
Penurunan kalor teoritis setelah katup pengatur
kJ/kg
kJ/kg
Hi Penurunan kalor yang dimanfaatkan pada turbin kJ/kg
io Kandungan kalor uap pada sisi masuk turbin kJ/kg
iit Kandungan uap ideal keluar turbin kJ/kg
iit’ Kandungan kalor uap akibat katup pengatur kJ/kg
I Momen inersia mm4
l Tinggi nosel mm
l1’ Tinggi sisi masuk sudu gerak baris pertama mm
l1” Tinggi sisi keluar sudu gerak baris pertama mm
l2’ Tinggi sisi masuk sudu gerak baris kedua mm
l2” Tinggi sisi keluar sudu gerak baris kedua mm
lgb’ Tinggi sisi masuk sudu pengarah mm
lgb” Tinggi sisi keluar sudu pengarah mm
Wct Berat cakram total kg
Wp Berat poros kg
Mt
Mx1
Momen torsi
Momen lengkung
kg.cm
kg.cm
n Putaran poros turbin rpm
Ni Daya dalam turbin kW
No Daya ideal turbin kW
Ne Daya efektif turbin kW
Ngea Daya gesek dan ventilasi cakram kW
Pa Gaya akibat perbedaan tekan uap masuk dan keluar kg
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
Pkr Tekanan kritis bar
Po Tekanan uap awal turbin bar
Po’ Tekanan uap sebelum nosel bar
Pu Gaya akibat rotasi sudu kg
P1 Tekanan uap masuk sudu gerak bar
P2 Tekanan uap keluar turbin bar
Qr Kalor yang timbul pada bantalan kkal/kg
R1 Jari-jari kelengkungan sudu gerak baris pertama mm
R2 Jari-jari kelengkungan sudu gerak baris kedua mm
Rp Jari-jari kelengkungan sudu pengarah mm
rs Jari-jari rata-rata plat penguat sudu mm
r2 Jari-jari cakram mm
tp Jarak bagi sudu pengarah mm
t1 Jarak bagi sudu gerak baris pertama mm
t2 Jarak bagi sudu gerak baris kedua mm
u Kecepatan tangensial sudu m/det
Wy Momen perlawanan terkecil sudu cm3
w1 Kecepatan uap relatif masuk sudu gerak baris pertama m/det
w2 Kecepatan uap relatif keluar sudu gerak baris pertama m/det
w1’ Kecepatan uap relatif masuk sudu gerak baris kedua m/det
w2’ Kecepatan uap relatif keluar sudu gerak baris kedua m/det
z1 Jumlah sudu gerak baris pertama -
z2 Jumlah sudu gerak baris kedua -
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Tegangan-tegangan tangensial pada cakram konis ... 75
Tabel 4.2. Tegangan-tegangan radial pada cakram konis ... 76
Tabel 4.3. Tegangan-tegangan radial pada hub ... 77
Tabel 4.4. Tegangan-tegangan tangensial pada hub ... 78
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram alir siklus Rankine sederhana... 6
Gambar 2.2. Diagram T-s siklus Rankine sederhana... 7
Gambar 2.3. Diagram alir siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi ... 8
Gambar 2.4. Diagram T-s siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi ... 9
Gambar 2.5. Turbin impuls tingkat tunggal dan diagram efisiensinya ... 11
Gambar 2.6. Turbin impuls tingkat tunggal dengan dua tingkat kecepatan dan diagram efisiensinya ... 12
Gambar 2.7. Penampang turbin impuls tiga tingkat tekanan ... 13
Gambar 2.8. Penampang turbin reaksi dan digram efisiensinya ... 14
Gambar 2.9. Variasi kecepatan uap pada sudu-sudu gerak turbin impuls ... 16
Gambar 2.10. Proses ekspansi uap pada mekanisme pengatur beserta kerugian-kerugian akibat pencakikan ... 19
Gambar 2.11. Grafik untuk menentukan koefisien sebagai fungsi tinggi nosel ... 20
Gambar 2.12. Koefisien kecepatan untuk sudu gerak turbin impuls untuk berbagai panjang dan profil sudu... 21
Gambar 2.13. Celah kebocoran uap tingkat tekanan pada turbin impuls ... 24
Gambar 3.1. Diagram Mollier untuk proses penurunan kalor pada turbin ... 29
Gambar 3.2. Instalasi Pembangkit Tenaga Uap ... 30
Gambar 3.3 Diagram Mollier untuk penurunan kalor dengan satu tingkat ekstraksi ... 31
Gambar 3.4 Diagram T-s dengan satu tingkat ekstraksi ... 32
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 3.6 Effisiensi Mekanis turbin ... 35
Gambar 3.7 Effisiensi Generator ... 36
Gambar 3.8 Segitiga kecepatan untuk turbin impuls dua tingkat kecepatan ... 39
Gambar 3.9. Diagram I-s untuk tingkat pengaturan ... 44
Gambar 3.10. Proses ekspansi uap pada setiap tingkat turbin ... 53
Gambar 4.1. Ukuran Nozel dan Sudu Gerak ... 60
Gambar 4.2. Gaya-gaya lentur pada Sudu ... 68
Gambar 4.3. Penampang Cakram Kelepak Konis ... 70
Gambar 4.4. Berbagai Koefisien untuk Cakram Konis ... 73
Gambar 4.5. Pembebanan pada Poros... 83
Gambar 4.6. Bantalan Luncur ... 85
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
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 lainnya.
Energi listrik yang besar dan kontinu tidak tersedia secara alami di alam
ini oleh sebab itu dibutuhkan suatu alat yang dapat mengubah energi dari bentuk
lain menjadi energi listrik.
Turbin uap sebagai salah satu mesin konversi energi merupakan salah satu
alternatif yang baik karena dapat menghasilkan energi listrik dengan daya yang
cukup besar, dan efisiensi yang tinggi.
1.2Tujuan Perencanaan
Perencanaan ini dimaksudkan untuk merencanakan sebuah turbin uap
penggerak generator listrik untuk memenuhi kebutuhan energi listrik dari suatu
industri, dengan daya nominal generator 10 MW pada putaran 5700 rpm, tekanan
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009 1.3Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari Tugas Sarjana ini adalah membahas tentang
Turbin Uap penggerak generator listrik untuk suatu industri. Dimana daya yang
dibangkitkan generator, tekanan dan temperatur uap masuk, serta putaran turbin
diambil dari data- data hasil survey. Penentuan laju aliran massa uap, pemilihan
jenis turbin, jumlah tingkat turbin, dan dimensi utama dari turbin ditentukan
berdasarkan besarnya daya yang dihasilkan.
1.4Metodologi Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan Tugas Sarjana ini adalah sebagai
berikut :
1.Survey lapangan, berupa peninjauan langsung ke tempat tujuan perencanaan
yang dilakukan, dalam hal ini survey dilakukan pada PT.Multimas Nabati
Asahan.
2.Studi literature, berupa studi kepustakaan, kajia-kajian dari buku (teks book)
dan tulisan yang terkait dengan perencanaan ini.
3.Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin,mengenai masalah-masalah yang timbul
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
1.5Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan dalam tugas sarjana ini adalah sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini menguraikan tentang latar belakang perencanaan, tujuan perencanaan,
batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan perencanaan.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini menguraikan
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pandangan Umum Tentang Turbin Uap
Turbin uap termasuk mesin tenaga dimana hasil konversi energinya
dimanfaatkan mesin lain untuk menghasilkan daya. Di dalam 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.
Energi mekanis yang dihasilkan dalam bentuk putaran poros turbin dapat
secara langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi dihubungkan dengan
mekanisme yang digerakkan.
Turbin uap sudah sering digunakan sebagai penggerak mula pada PLTU,
pompa, dan kompresor. Jika dibandingkan dengan penggerak generator listrik
yang lain, turbin uap mempunyai kelebihan antara lain adalah penggunaan panas
yang lebih baik, pengontrolan putaran yang lebih mudah, uap bekasnya dapat
digunakan kembali atau untuk proses, serta investasi awal yang tidak begitu besar.
Siklus yang terjadi pada turbin uap adalah siklus Rankine, yaitu berupa
siklus tertutup, dimana uap bekas dari turbin dimanfaatkan lagi dengan cara
mendinginkannya pada kondensor, kemudian dialirkan lagi ke pompa dan
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
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.
Siklus turbin uap adalah siklus Rankine, yang terdiri dari dua jenis siklus
yaitu :
• Siklus terbuka, dimana sisa uap dari turbin langsung dipakai untuk
keperluan proses.
• 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.
Diagram alir siklus Rankine sederhana dapat dilihat sebagai berikut:
BOILER
P
KONDENSER TURBIN
V
W turbin
1 2
3
4
W pompa q in
q out
.
Gambar 2.1. Diagram alir Siklus Rankin sederhana
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009 T
s 1
2
3
4 v
v Q in
Q out
W turbin
W pompa
Gambar 2.2. Diagram T-s siklus Rankine sederhana
(Sumber : Lit 5, hal 515)
Proses termodinamika dalam siklus ini (Gambar 2.1 dan 2.2) dapat
diterangkan sebagai berikut, yaitu: air dipompakan sehingga mencapai tekanan
kerja ketel pada titik 2, kemudian pada ketel uap diberikan kalor pada tekanan
konstan terhadap fluida sehingga mencapai keadaan titik 3, uap yang terjadi
kemudian diekspansikan pada turbin sehingga mencapai titik 4, uap bekas dari
turbin dikondensasikan di kondensor pada tekanan konstan sampai keadaan cair
jenuh (titik 1) yang selanjutnya dipompakan kembali untuk air pengisian ketel.
Maka analisa pada masing-masing proses pada siklus untuk tiap
satu-satuan massa dapat ditulis sebagai berikut:
1) Kerja pompa (WP) = h2 – h1 = ν (P2 – P1)
2) Penambahan kalor pada ketel (Qin) = h3 – h2
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
4) Kalor yang dilepaskan dalam kondensor (Qout) = h4 – h1
5) Efisiensi termal siklus
in P T in net th Q W W Q W − = = η
(
) (
)
2 3 1 2 4 3 h h h h h h th − − − − = η(
) (
)
) ( 3 21 2 4 3 T T c T T c T T c p p p th − − − − = η 2 3 1 4 1 T T T T th −− − = η
2.3. Modifikasi Siklus Rankine pada PLTU
Modifikasi siklus Rankine bertujuan untuk meningkatkan efisiensi siklus
dalam hal ini dibuat ekstraksi uap untuk memanaskan air pengisian ketel,
sehingga kerja ketel berkurang dan kebutuhan bahan bakar juga berkurang. Pada
prakteknya turbin uap dengan tekanan awal yang tinggi biasa dibuat dengan
ekstraksi yang biasanya berjumlah 5 sampai 7 tingkat ekstraksi. Untuk turbin
dengan parameter uap kritis panas lanjut, jumlah ekstraksi dapat mencapai
sebanyak 8 sampai 9. Uap yang di ekstraksi dari tingkat-tingkat menengah
biasanya dimanfaatkan pada pemanas air pengisian ketel. Untuk turbin uap
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
Salah satu modifikasi dari siklus Rankine dapat dilihat pada gambar
berikut :
Gambar 2.3. Diagram alir siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi
(Sumber : Lit 5, hal 530).
Uap panas lanjut dari ketel memasuki turbin, setelah melalui beberapa
tingkatan sudu turbin, sebagian uap diekstraksikan ke deaerator, sedangkan
sisanya masuk ke kondensor dan dikondensasikan di kondensor. Selanjutnya air
dari kondensor dipompakan ke deaerator juga. Di dalam deaerator, uap yang
berasal dari turbin yang berupa uap basah bercampur dengan air yang berasal dari
kondensor. Kemudian dari deaerator dipompakan kembali ke ketel, dari ketel ini
air yang sudah menjadi uap kering dialirkan kembali turbin.
Tujuan uap diekstraksikan ke deaerator adalah untuk membuang gas-gas
yang tidak terkondensasi sehingga pemanasan pada ketel dapat berlangsung
efektif, mencegah korosi pada ketel, dan meningkatkan efisiensi siklus.
BOILER
DEAERATOR
P2
P1
KONDENSER TURBIN
V
1 2
3 4
5
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
Untuk mempermudah penganalisaan siklus termodinamika ini, proses-proses
tersebut di atas dapat disederhanakan dalam bentuk diagram berikut :
.
Gambar 2.4. Diagram T-s siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi
(Sumber : Lit 5, hal 530)
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.
T
s 1
2 3 4
5
6
7 v
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
2) Berdasarkan prinsip kerjanya.
a) Turbin aksi (impuls), yaitu turbin yang perputaran sudu-sudu geraknya
karena dorongan dari uap yang telah dinaikkan kecepatannya oleh nozel.
Yang termasuk turbin aksi (impuls), adalah :
1. Turbin Uap De-Laval
Turbin uap De-Laval adalah turbin uap yang bekerja dengan prinsip
impuls aksi dengan aliran aksial, satu tingkat tekanan dan satu tingkat kecepatan.
Turbin uap ini memiliki satu susunan sudu gerak sehingga seluruh droping energi
(energi jatuh) potensial uap akan dikonversikan oleh sudu-sudu gerak. Putaran
yang dihasilkan turbin uap ini sangat besar dan daya yang dihasilkan maksimum
1.500 kW, sehingga turbin ini biasanya digunakan untuk kapasitas generator yang
kecil.
Keuntungan turbin uap ini adalah konstruksinya yang sederhana sehingga
ongkos pembuatannya murah serta perakitannya pun mudah. Kerugian utama dari
turbin uap ini adalah kapasitasnya yang kecil, efisiensi yang rendah, dan
putarannya yang terlalu tinggi sehingga memerlukan transmisi roda gigi yang
besar untuk mendapatkan putaran yang dibutuhkan untuk menggerakkan
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
Keterangan gambar :
1. Poros 2. Cakram 3. Sudu gerak
4. Nozel 5. Stator 6. Pipa buang
Gambar 2.5. Turbin impuls tingkat tunggal dan diagram efisiensinya.
(Sumber : Lit.1, hal 75)
2. Turbin Uap Curtis
Turbin uap Curtis adalah turbin uap yang bekerja dengan prinsip impuls
aksi dengan aliran aksial, sistem tingkat tekanan tunggal dan lebih dari satu
tingkat kecepatan. Turbin uap ini memiliki putaran yang lebih rendah dari turbin
uap De-Laval dan daya yang dihasilkan dapat mencapai 4.000 kW, sehingga
turbin uap ini dapat dipakai untuk kapasitas generator yang sedang.
Dalam turbin uap Curtis ini, uap hanya diekspansikan pada nozel (sudu
tetap yang pertama) dan selanjutnya tekanan konstan sedangkan dalam baris sudu
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
tekanan yang kecil di dalam sudu gerak tidak dapat dihindarkan berhubung
adanya gesekan, aliran turbulen dan kerugian lainnya. Keunggulan jenis turbin
uap ini adalah konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan namun efisiensinya
rendah.
Keterangan gambar :
1. Poros 2. Cakram 3. Baris pertama sudu gerak
4. Nozel 5. Stator 6. Baris kedua sudu gerak
7. Sudu pengarah.
Gambar 2.6. Turbin impuls tingkat tunggal dengan dua tingkat kecepatan dan
diagram efisiensinya.
(Sumber : Lit.1, hal 80)
3. Turbin Uap Zoelly/Rateau
Turbin uap Zoelly/Rateau adalah turbin uap yang bekerja dengan prinsip
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
di dalam baris sudu tetap saja, sedangkan di dalam baris sudu gerak tidak terjadi
penurunan tekanan. Daya yang dihasilkan adalah daya yang besar pada putaran
rendah. Sehingga turbin uap ini cocok dipakai sebagai penggerak daya generator
yang besar. Keuntungan turbin ini adalah efisiensinya yang tinggi, tetapi biaya
konstruksinya mahal. Dengan demikian konstruksinya lebih rumit dari turbin uap
satu tingkat tekanan.
Keterengan gambar :
1 dan 6. Ruang-ruang uap segar dan uap buang
2 dan 4. Nozel
3 dan 5. Sudu gerak
7. Diafragma
Gambar 2.7. Penampang turbin impuls tiga tingkat tekanan
(Sumber : Lit.1, hal 89)
4. Turbin Uap Parson
Turbin uap Parson bekerja dengan prinsip reaksi dengan aliran aksial.
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
putaran yang rendah. Pada turbin uap ini, uap mengalami ekspansi baik pada sudu
pengarah maupun pada sudu gerak sehingga mengarahkan dorongan pada sudu
dalam arah aksial.
Walaupun konversi energi terjadi pada ke dua tipe sudu tersebut, namun
yang menghasilkan daya tangensial reaksi hanyalah sudu-sudu gerak saja, maka
turbin uap Parson dinamakan juga sebagai turbin uap semi-reaksi. Keuntungan
dari turbin uap ini adalah efisiensinya lebih baik dari turbin uap Zolley, akan
tetapi sistem pengaturnnya lebih rumit dan biaya konstruksinya lebih mahal jika
dibandingkan dengan turbin uap De-Laval, Curtis, dan Zoelly.
Gambar 2.8. Penampang turbin reaksi dan diagram efisiensinya.
(Sumber : Lit.1, hal 107)
b) Turbin reaksi, yaitu turbin yang perputaran sudu-sudu geraknya karena
gaya reaksi sudu-sudu itu sendiri terhadap aliran uap yang melewatinya.
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
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.
d) Turbin ekstraksi dengan kondensasi, yaitu turbin yang sebagian uap
bekasnya di cerat (diekstraksi) sebagian lagi dikondensasikan dalam
kondensor untuk mendapatkan air kondensat pengisian ketel.
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
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
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.
Dalam merencanakan suatu turbin uap, dibutuhkan kecermatan dalam
penentuan jenis turbin uap agar dapat menghasilkan daya yang diinginkan dengan
tidak mengalami kerugian-kerugian yang besar. Penentuan jenis turbin uap ini
sangat penting, bukan hanya dari faktor teknisnya saja, tetapi juga faktor
ekonomisnya, sehingga perlu diambil beberapa jenis turbin uap sebagai
perbandingan terhadap turbin uap yang akan direncanakan.
2.5. Analisa Kecepatan Aliran Uap
Analisa kecepatan aliran uap yang melewati suatu sudu dapat digambarkan
sebagai berikut :
Gambar 2.9. Variasi kecepatan uap pada sudu-sudu gerak turbin impuls.
(Sumber : Lit.1, hal 33)
1. Kecepatan aktual keluar dari nozel (C1) adalah :
' 5 , 91
1 Ho
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
dimana : Ho’ = besar jatuh kalor (entalphi drop)
ϕ = koefisien gesek pada dinding nosel (0,91 s/d 0,98)
2. Kecepatan uap keluar teoritis (C1t)
ϕ1 1
C
Ct = (m/det)...Lit.1, hal 24
3. Kecepatan tangensial sudu (U)
60 . . nd
U =π (m/det)………..Lit.1, hal 85
dimana : d = diameter pada turbin (m)
n = putaran poros turbin (rpm)
4. Kecepatan uap memasuki sudu gerak pertama (w1)
1 1 2
2 1
1 C U 2UC cosα
w = + − (m/det)………..Lit.1, hal 33
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)
2 2 2 C cosα
C u = (m/det)………..Lit.1, hal 76
7. Sudut relatif masuk sudu gerak baris pertama (β1)
1 1 1 1
sin sin
w
C α
β = ………..………….Lit.1, hal 34
8. Sudut relatif uap sudu keluar sudu gerak pertama (β2)
) 5 3 ( 1
2 =β − °− °
β ………...Lit.1, hal 34
9. Kecepatan relatif uap keluar sudu gerak pertama (w2)
1
2 .w
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
10.Kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak pertama (C2)
2 2
2 2 2
2 w U 2.U.w .cosβ
C = + − (m/det)………...Lit.1, hal 34
11.Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak kedua (C1,)
2 1' .C
C =ψgb (m/det)..……….Lit.1, hal 85
2.6. Kerugian Kalor pada turbin uap
2.6.1. 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 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
Riyaldi : Perancangan Turbin Uap Type Impuls Penggerak Generator Dengan Satu Tingkat Ekstarksi, Daya Generator 10 Mw ; Putaran Poros Turbin 5700 Rpm, 2008.
USU Repository © 2009
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%Po.
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
Gambar 2.10. Proses ekspansi uap melalui mekanisme pengatur beserta
kerugian-kerugian akibat pencakikan.
(Sumber :Lit.1, hal 60)
2. Kerugian Kalor Pada Nozel (hn)
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)
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 2.11. Grafik untuk Menentukan Koefisien ϕ sebagai Fungsi Tinggi Nozel.
[image:32.595.169.458.594.696.2]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 hb
−
= (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
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
hgb = − (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
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 hgca = 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.
Ngca = − (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)
=
v
1
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 Gkebocoran
( 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 :
Gkebocoran = 100 fs
1 1
p 5 . 1 z
g
υ ×
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
Kerugian-kerugian ini merupakan kerugian yang bersifat mekanik, yaitu
kerugian energi yang digunakan untuk mengatasi tahanan-tahanan mekanik atau
gesekan yang tidak langsung mempengaruhi kondisi uap, seperti gesekan antara
poros dengan bantalan, mekanisme pengatur, pompa minyak pelumas, serta
kerugian karena kebocoran pada paking.
2.7. Efisiensi Pada Turbin
1. Efisiensi relatif sudu
Hubungan antara kerja satu kilogram uap Lu pada keliling cakram yang
mempunyai sudu-sudu gerak terhadap kerja teoritis yang dapat dilakukannya
adalah : u u u u i i L A L L − = = 0 0 .
η ...Lit.1, hal 71
2. Efisiensi internal
Hubungan antara kerja yang bermanfaat yang dilakukan oleh sudu dengan
1 kg uap pada tingkat atau di dalam turbin terhadap kerja teoritis yang tersedia
adalah : 0 1 0 2 0 0 0 H H i i i i L L i t i i = −− = =
η ...Lit.1, hal 71
3. Efisiensi termal
Hubungan antara penurunan kalor adiabatik teoritis di dalam turbin dan
kalor yang tersedia dari ketel adalah :
q i i i q i H t t − − = − = 0 1 0 0 0
η ...Lit.1, hal 71
Hubungan antara efisiensi mekanis dengan efisiensi internal turbin adalah :
i m re η .η0
η = ...Lit.1, hal 71
Daya dalam turbin dapat dituliskan sebagai berikut :
• Daya dalam turbin
102 . . 427 0 i i
H G
N = (kW) ...Lit.1, hal 71
• Daya efektif yang dihasilkan pada turbin adalah :
i m
ef N
N =η . ...Lit.1, hal 72
Daya efektif turbin dapat juga diperoleh dari hubungan anatara daya yang
dibangkitkan pada terminal generator Ne dan effisiensi generator g, yaitu :
efektif e g
N N
=
BAB III
PEMBAHASAN MATERI
3.1. Pemilihan Jenis Turbin
Dalam Bab 2 sebelumnya telah dijelaskan tinjauan termodinamika turbin
uap dalam instalasi PLTU, jenis-jenis turbin uap dan pertimbangan
kerugian-kerugian yang akan terjadi dalam siklus yang akan mempengaruhi efisiensi dalam
turbin uap tersebut. Turbin uap yang akan dirancang akan mempunyai daya
nominal generator listrik 10 MW dan putaran 5700 rpm. Dengan
mempertimbangkan kelebihan dan kekurangan setiap jenis turbin serta
pertimbangan pada daya dan putaran yang akan dihasilkan, maka dalam
perancangan ini dipilih jenis turbin impuls nekatingkat dengan derajat reaksi.
Turbin nekatingkat dengan tingkat tekanan banyak dipakai di bidang
industri sebagai penggerak mula untuk generator listrik kapasitas menengah dan
besar, disebabkan kemampuannya menghasilkan daya yang besar dibandingkan
dengan turbin tingkat tunggal, distribusi penurunan kalor pada sejumlah tingkat
tekanan akan memungkinkan mendapatkan kecepatan uap yang lebih rendah yang
cenderung untuk menaikkan efisiensi turbin.
Dari tingkat kelima dibuat satu buah ekstraksi, yang sesuai untuk turbin
uap dengan tekanan menengah, yang digunakan untuk memanaskan air pengisian
ketel sehingga kerja ketel menjadi berkurang dan efisiensi siklus meningkat.
aliran massa untuk ekstraksi, akan dapat ditentukan daya akhir yang akan
dihasilkan jenis turbin impuls nekatingkat yang sesuai untuk dipakai pada instalasi
PLTU.
3.2. Perhitungan Penurunan Kalor untuk Jenis Turbin Nekatingkat
Untuk membangkitkan energi listrik pada generator, dibutuhkan sejumlah
uap pada kondisi tertentu untuk memutar turbin, kemudian turbin akan memutar
poros generator.
Berdasarkan data-data survey, diperoleh kondisi-kondisi uap sebagai berikut:
Tekanan uap masuk turbin (Po) = 42 Bar
Temperatur uap masuk turbin (To) = 480 oC
Tekanan uap keluar turbin (P2) = 0,1 Bar
Analisa Termodinamika Untuk Penurunan Kalor
Pada gambar diagram Mollier pada tekanan 42 bar dan suhu 4800 C titik
A0, yang merupakan titik untuk menunjukkan kondisi uap panas lanjut, diperoleh :
i0 = 3396,96 kJ/kg
kemudian melalui titik A0 kita lukis garis adiabatik hingga mencapai tekanan
0,1 bar – pada titik A1t.
sehingga diperoleh :
i1t = 2219,06 kJ/kg
Maka penurunan kalor teoritis yang terjadi pada turbin dengan mengabaikan
kerugian pada katup pengatur :
Kerugian pada katup pengatur diambil 5% dari tekanan uap.
Penurunan tekanan pada katup pengatur :
∆P = 0,05 x Po
= 0,05 x 42 bar
= 2,1 bar
sehingga tekanan sebelum masuk nosel adalah :
Po' = Po - ∆P
Po' = 42 bar – 2,1 bar
= 39,9 bar
dengan menarik garis A’0 sampai pada tekanan 0,1 bar (titik A’1t) diperoleh :
i’1t = 2226,17 kJ/kg
Sedangkan temperatur uap sesudah katup pengatur dicari dengan
interpolasi, diperoleh temperatur uap sebesar 478,60C.
Sehingga penurunan kalor teoritis dengan memperhitungkan katup pengatur
adalah :
[image:42.595.125.451.443.722.2]H’0 = 3396,96 kJ/kg – 2226,17 kJ/kg = 1170,78 kJ/kg.
3.3. Perhitungan Tekanan dan Temperatur Ekstraksi
BOILER
DEAERATOR
P2
P1
KONDENSER TURBIN
V
W t
1 2
3 4
5
6 7
42 bar 480 Co
42 bar
4 bar
4 bar
4 bar
0,1 bar
[image:43.595.140.500.143.423.2]0,1 bar
Gambar 3.2 Instalasi Pembangkit Tenaga Uap
Temperatur jenuh uap pada tekanan buang 0,1 bar dari tabel uap adalah
ts = 45,81 0 C.
Diasumsikan bahwa effisiensi dalam turbin sebesar 0,820 sehingga
penurunan kalor yang dimanfaatkan pada turbin adalah sebesar :
88 , 965 820 , 0 96 , 3396 0
0 = =
= H x x
Hi η i kJ/kg.
Dengan mengambil 1 tingkat ekstraksi untuk pemanasan air pengisian
ketel (feed water) dan air pengisian ketel (feed water) dipanaskan pada derajat
yang sama. Temperatur ekstraksi sebesar 2350 C diperoleh dari data survey.
Untuk menentukan tekanan ekstraksi terlebih dahulu ditentukan temperatur jenuh
uap, yang diperoleh dari persamaan : ts = teks + t, dimana t merupakan perbedaan
deaerator, yang biasanya diambil sebesar 5-70 (lit.1, hal 137). Dalam perencanaan
ini diambil sebesar 60.
Sehingga temperatur jenuh uap pemanasan adalah sebesar :
ts = 2350 + 60 = 2410C,
maka dengan menggunakan diagram Mollier pada temperatur uap jenuh sebesar
2410C diperoleh tekanan ekstraksi, yaitu : Peks = 4 bar, dan entalpi pada tekanan
[image:44.595.155.443.283.540.2]ekstraksi adalah ieks = 2940,66 kJ/kg, seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.3.
T
s 1
2 3
4
5
6
7 v
[image:45.595.127.480.87.568.2]v 480 Co
Gambar 3.4 Diagram T-s dengan satu tingkat ekstraksi
Analisa termodinamika pada diagram T-s untuk turbin uap dengan
satu tingkat ekstraksi.
Keadaan 1:
P1 = 0,1 bar = 10 kPa
Dari tabel uap (lampiran 6) diperoleh : h1 = hf = 191,83 kJ/kg
v1 = vf = 0,001010 m3/kg
keadaan 2 :
P2 = 4 bar 0,4 MPa
s2 = s1, h2 = Wp1+h1 = [v1 x (P2-P1)+ h1]
= [0,001010 m3/kg x (400-10) kPa + 191,83 kJ/kg]
= 192,224 kJ/kg
Keadaan 3 :
P3 = 4 bar = 0,4 Mpa h3 = hf = 604,74 kJ/kg
Keadaan 4 :
P4 = 42 bar = 4,2 Mpa
s4 = s3, h4 = Wp2 + h3 = [v3 x (P4 – P3) + h3]
= [0,001084 m3/kg x (4200-400) kPa + 604,74 kJ/kg]
= 608,859 kJ/kg
Keadaan 5 :
P5 = 42 bar
T5 = 480°C, diperoleh : h5 = 3396,337 kJ/kg s5 = 7,0038 kJ/(kg.K) • Keadaan 6 :
P6 = 4 bar = 0,4 Mpa
s6 = s5 , dengan interpolasi diperoleh : h6 = 2785,817 kJ/kg
Keadaan 7 :
P7 = 0,1 bar = 10 kPa
s7 = s5 , h7 = hf + x7.hfg ,
dimana x7 = 0,847165
5009 , 7
6493 , 0 0038 , 7 7
= −
= −
fg f
s s s
kJ/(kg.K)
maka, h7 = 191,83 kJ/kg + (0,847165)(2392,8 kJ/kg)
3.4. Perhitungan Daya Turbin Uap
Dalam suatu proses pembebanan listrik bolak-balik ada 2 unsur yang
terpakai dalam proses konversi daya, yaitu :
1. Daya keluaran atau daya nyata (V.I cos ϕ) yang diukur dengan MW.
Dikatakan daya nyata, karena besaran inilah yang dipakai dalam proses
2. Daya reaktif (V.I sin ϕ) yang diukur dengan MVAR. Besaran ini adalah
suatu daya yang sebenarnya tidak mempengaruhi suatu proses konversi
daya, tetapi adalah suatu kebutuhan yang harus dilayani.
Dari penjelasan di atas, maka daya yang harus disuplai oleh turbin uap ke
generator harus dapat memenuhi kebutuhan daya nyata dan daya reaktif. Diagram
pada gambar di bawah ini menggambarkan daya yang bekerja pada generator
listrik.
Daya Reaktif (MVAR)
Daya Semu (MVA)
Daya Nyata (MW)
[image:47.595.142.462.280.486.2]ϕ
Gambar 3.5 Diagram daya yang harus disuplai turbin uap ke generator
Dari gambar 3.5 di atas, dapat disimpulkan bahwa daya yang dibutuhkan
oleh generator adalah daya semu (MVA) dan daya nominal generator adalah daya
nyata (MW), maka :
P = PG . cos ϕ
Dimana :
P = daya nominal generator listrik = 10 MW
cos ϕ = faktor daya yang besarnya 0,6 – 0,9. Namun berdasarkan harga yang
umum dipakai di lapangan [Menurut lit. 8], maka diambil cos ϕ = 0,85. Dengan
demikian dari persamaan di atas :
85 , 0
10
cos =
=
ϕ P PG
765 , 11
=
G
P MVA
Sehingga daya netto yang harus disuplai turbin uap ke generator listrik
(PN) adalah :
G m
G N
P P
η η ⋅
=
Dimana :
m
η = efisiensi mekanis yang ditentukan dari gambar 3.6 = 0,9878
G
η = efisiensi generator yang ditentukan dari gambar 3.7 = 0,955, maka :
955 , 0 9878 , 0
765 , 11
× =
N
P
471 , 12
=
N
[image:48.595.112.479.283.684.2]P MW
Gambar 3.6 Effisiensi Mekanis turbin
Gambar 3.7 Effisiensi Generator
(Sumber : lit.1, hal 74)
Penentuan Fraksi Massa Uap Ekstraksi dan Laju Aliran Massa Uap
Dari gambar 3.2 dan 3.4 dapat diturunkan rumus untuk menentukan fraksi
massa uap ekstraksi. Dimana dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa uap yang
diekstraksikan terjadi pada titik 6. Sehingga menurut buku lit.5, diperoleh
persamaan kesetimbangan energi :
out out in
in out
in E m h m h
E• = • =Σ • =Σ •
3 3 2 2 6
6h m h m h
m
• •
•
= +
Dimana : • =α
•
5 6
m
m , 5
6
• •
×
= m
m α , dan 5 =1
•
m , 2 =(1−α)
•
m , dan 3
• m =1,
=
α fraksi massa uap ekstraksi
sehingga persamaan di atas akan menjadi :
3 2 6 (1 ) )
(α h + −α h =h , maka diperoleh persamaan fraksi massa uap
ekstraksi,yaitu :
3 6
2 3
h h
h h
Sehingga diperoleh persamaan fraksi massa uap ekstraksi, yaitu : 1590520 , 0 224 , 192 348 , 2785 224 , 192 74 , 604 2 6 2 3 = − − = −− = h h h h α
Selanjutnya dari diagram I-s diperoleh :
hieks = 460,49 kJ/kg
hiz = 501,05 kJ/kg
Sehingga dari persamaan :
(
)
[
z]
i eks i N h h xP G α − + = 1 860 0
Dimana : PN = 12,471 MW = 12.471 kW
hieks = 460,49 kJ/kg
hiz = 501,05 kJ/kg
Sehingga massa alir uap total yang melalui turbin adalah :
(
)
[
x]
kg jamG 50.920,90 /
04 , 501 1590520 , 0 1 30 , 456 1869 , 4 471 . 12 860 0 = − + × =
= 13,407 kg/det.
Maka massa alir uap yang diekstraksi adalah :
Geks = G0 x = 14,145 kg/det x 0,1590520 = 2,250 kg/det
Dan massa alir uap yang melalui turbin setelah ekstraksi adalah :
3.5. Perancangan Turbin Tingkat Pengaturan(Tingkat 1)
Dengan membuat tingkat pengaturan terdiri dari dua baris sudu (dua
tingkat kecepatan) dan dengan mengambil penurunan kalor sebesar 70 kkal/kg,
atau sebesar 293,083 kJ/kg , dengan mengambil harga (u/c1)opt sebesar 0,246,
maka kecepatan mutlak uap keluar nozel:
C1 = 91,5 h = 91,5 70 =765,544 m/det 0
C1t = ϕ
1 c
= 95 , 0
544 , 765
= 805,836 m/det,
dan kecepatan keliling sudu:
u = (u/c1) x C1
= 0,246 x 765,544 m/det
= 188,324 m/det,
diameter rata - rata sudu:
d1 =
n u 60
×
π × = 5700
324 , 188 60
× × π
= 0,631 m atau 631 mm
Tingkat tekanan ini dibuat dengan derajat reaksi, derajat reaksi ( )
yang dimanfaatkan pada sudu-sudu gerak dan sudu pengarah:
• untuk sudu gerak baris pertama ……….2%
• untuk sudu pengarah ………..5%
• untuk sudu gerak baris kedua ………….3%
C1t = 91,5 (1−ρ)×h0
= 91,5 (1−0,1)×70
C1t = 726,529 m/det
Kecepatan mutlak uap keluar nozel :
C1 = x C1t
= 0,95 x 726,529 = 689,946 m/det
diambil 0,95 karena celah aksial nozel - sudu gerak cukup kecil
C1u = x cos 1 = 689,946 x cos 200 C = 648,337 m/det.
Dengan mengambil sudut masuk uap 1 sebesar 200 (lit.1, hal.141)
diperoleh kecepatan relatif uap terhadap sudu (w1) :
w1 = 1 1
2 2
1 u 2 u C cos
C + − ⋅ ⋅ ⋅ α
= 689,9462 +188,3242 −2×188,324×689,946×cos20 =517,007 m/det
Sudut kecepatan relatif :
sin 1 = 1 0
1 1
20 sin 007 , 517
946 , 689
sin =
× α
w C
[image:52.595.127.500.338.661.2]; 1=27,150
Gambar 3.8 Segitiga Kecepatan untuk Turbin Impuls dengan Dua Tingkat
Kecepatan
w2t = 91,5 0,02 70 526,936 8378 007 , 517 5 , 91 8378 2 0 2
1 + ⋅ = + × =
h w
ρ m/det
Kecepatan relatif uap pada sisi keluar sudu gerak I dengan
memperhitungkan kerugian :
w2 = x w2t =0,86 x 526,936 = 453,165 m/det
dimana diambil 0,86 (gambar 2.12).
Dengan mengambil sudut relatif keluar uap ( 2) lebih kecil 30 dari sudut
kecepatan relatif masuk uap: 2 =27,150 -30 = 24,150,
diperoleh kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak I :
C2 = 2 2
2 2
2 +u −2⋅u⋅w ⋅cosβ
w
= 453,1652 +188,3242 −2×188,324×453,165×cos24,15 =291,684m/det
dengan sudut keluar:
sin 2 = sin24,15
684 , 291 165 , 453 sin 2 2
2 × β =
C w
; 2 = 39,470
C2u = C2 x cos 2 = 291, 684 x cos 39,470 = 225,168m/det
Kerugian kalor pada nozel :
hn = 25,7
2001 946 , 689 259 , 726 2001 2 2 2 1 2
1 −C = − =
Ct
kJ/kg
Kerugian kalor pada sudu gerak I:
hb' = 36,13
2001 165 , 453 936 , 526 2001 2 2 2 2 2
2 −w = − =
wt
Kecepatan mutlak uap masuk sudu gerak II:
C1' = 91,5 gb 0,05 70
8378 684 , 291 88 , 0 5 , 91 8378 2 0 2
2 + × = × × ×
h c
gb
ρ
=297,544 m/det
Dimana : gb adalah derajat reaksi pada sudu pengarah dan gb adalah koefisien
kecepatan pada sudu pengarah yang besarnya diasumsikan sepantasnya.
det / 276 , 239 47 , 36 cos 544 , 297 ' cos '
' 1 1
1 u C m
C = × α = × =
Kecepatan teoritis uap pada sisi masuk sudu gerak II :
w1' = 1'
' 1 2
2 '
1 u 2 u C cos
C + − ⋅ ⋅ ⋅ α
= 297,5442 +188,3242 −2×188,324×297,544×cos36,47 =184,054 m/det
sudut masuk untuk sudu gerak kedua 1' diambil 36,47 0
Sudut kecepatan relatif uap masuk ke sudu gerak II :
sin 1' = sin36,47
054 , 184 544 , 297 sin 1' '
1 '
1 × α =
w C
; 1= 740
Kecepatan relatif teoritis uap keluar sudu gerak II:
w2't = 91,5 0,03 70 226,791
8378 054 , 184 5 , 91 8378 2 0 2 '
1 + ⋅ = + × =
h w
ρ m/det
w’2 = .w2t’ =0,90 x 226,791 = 204,112 m/det
Kecepatan mutlak uap dengan memperhitungkan kerugian:
C2 ' = 2'
' 2 2
2 '
2 +u −2⋅u⋅w ⋅cosβ w
sudut 2 ' dipilih 350 (lit.1,hal.141)
Sudut keluar uap sudu gerak II:
sin 2 ' = sin35
965 , 118 112 , 204 sin 2' '
2 '
2 × β =
C w
2 ' =100,230
C2 'u = C2 ' x cos 2 ' = 118,965 x cos 100,23 = -21,128m/det
Kerugian kalor pada sudu pengarah:
hgb = 12,90
2001 544 , 297 119 , 338 2001 2 2 2 ' 1 2 1 ' = − = −C C t kJ/kg
Kerugian kalor pada sudu gerak baris II:
hb'' = 4,90
2001 112 , 204 791 , 26 2001 2 2 2 2 ' 2 2 ' = − = −w w t kJ/kg
Kerugian akibat kecepatan keluar uap dari sudu gerak baris II:
he = 7,07
2001 965 , 118 2001 2 2 '
2 = =
C
kJ/kg
Efisiensi pada keliling cakram dihitung melalui persamaan:
ad C ) u C u C ( u 2 2 2 1 u − Σ ⋅ ⋅ = η
u = 2
544 , 765 )] 128 , 21 168 , 225 ( ) 276 , 239 337 , 648 [( 324 , 188
2× × + + −
=0,7016
Untuk memeriksa ketepatan perhitungan kerugian kerugian kalor yang
diperoleh diatas hasilnya dibandingkan dengan hasil hasil yang diperoleh untuk
' 0 e '' b gb ' b n ' 0 u h ) h h h h h (
h − + + + +
= η
0,7042
083 , 293 ) 07 , 7 90 , 4 90 , 12 13 , 36 70 , 25 ( 083 , 293 = + + + + − = ,
kesalahan perhitungan 100% 0,378%
7042 , 0 7016 , 0 7042 , 0 = × − .
Kerugian-kerugian akibat gesekan dan pengadukan dihitung dari persamaan :
G N hgea = gea
Ngea dihitung dari persamaan Forner berikut:
10 4 3 . . 10 − ⋅ =βn d lρ
Ngea (kW)
dimana:
β = koefisien untuk cakram baris kedua sebesar 2,06
d = diameter cakram yang diukur pada diameter rata-rata sudu
= n U π 60 =
(
)
(
5700)
188,324 60π = 0,631 m
n = putaran turbin = 5700 rpm
l1 = tinggi sudu sebesar = 16 mm = 1,6 cm
ρ= bobot spesifik didalam dimana cakram tersebut berputar harganya
sebanding dengan 1/ν
ν = 0,2030 m3/kg ; ρ = 4,926 kg/m3
Maka diperoleh :
( )
3(
) ( )(
4)
10.
. 2,06 (5700) 0,631 1,6 4,926 10 − × = a ge N = . .a ge
Sehingga kerugian-kerugian akibat gesekan dan pengadukan adalah :
G N hgea= gea
37 , 3 145 , 14
675 , 47
= =
gea
[image:57.595.115.447.160.499.2]h kJ/kg
Gambar 3.9 Diagram I-s untuk tingkat pengaturan
Tekanan uap sesudah nozel tingkat pengaturan diperoleh dari diagram i-s
dengan mengukurkan besarnya harga kerugian akibat kecepatan dari garis vertikal
dari titik h01 yang berpotongan dengan tekanan P2, sehingga diperoleh P1I sebesar
22 bar, seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.9.
Uap dari perapat labirin ujung depan dibuang ke ruang sorong uap tingkat
ekstraksi dengan tekanan P2 = 4 bar, sedangkan tekanan sesudah nozel tingkat
pkr = 2,606 5 , 1 50 22 85 , 0 5 , 1 85 , 0 1 = + × = + × z PI bar
dengan z adalah jumlah ruang perapat labirin, diambil 50 buah.
Karena tekanan sesudah perapat labirin P2 lebih besar dari tekanan kritis pkr, maka
besarnya kebocoran ditentukan dengan rumus:
1 1 2 2 1 ) ( 100 υ ⋅ ⋅ − ⋅ × × = I eks I s kebocoran P z P P g f G
0,0940
2030 , 0 22 50 ) 4 22 ( 81 , 9 10 20734 , 0 100 2 2 3 = × ×× − × × ×
= − kg/det
dengan fs = x d x s = x 0,22 x 0,3 x 10-3 = 0, 20734 x 10-3 m2
d = diameter poros direncanakan sebesar 220 mm
s = celah antara poros dengan packing labirin( 0,3 mm)
= volume spesifik uap sesudah nozel (0,2030 m3/kg)
z = jumlah labirin, 50 buah.
Kalor total uap sebelum nozel tingkat kedua:
i0 ' = i0 - (h0 - ∑h kerugian) = i0 - hi
= 3396,96 – [(293,083) –(25,70+36,13+12,90+4,90+7,07+3,37)]
= 3193,95 kJ/kg
Dengan mengukurkan harga tersebut pada diagram i-s diperoleh kondisi
uap sebelum nozel tingkat kedua yaitu sebesar 15 bar dan temperatur 370,560C.
3.6. Penurunan Kalor dari Tingkat Pengaturan sampai Tingkat Ekstraksi
Penurunan kalor total teoritis dari tekanan 15 bar; 370,560C ke tekanan
sedangkan penurunan kalor pada suatu tingkat adalah :
111,23
42 , 0 95 , 0 2001
324 , 188
2001 2 2
2
2 2 2
= ×
× =
× × =
x u hon
ϕ kJ/kg
dengan membandingkan penurunan kalor h01 terhadap h0II diperoleh bahwa tiga
tingkat dapat dipasang diantara tingkat pengaturan dengan titik ekstraksi.
Dengan membuat penurunan kalor yang sama pada setiap tingkat sebesar:
h0 rata -rata = 111,44
3 33 , 334
= kJ/kg
Penurunan kalor pada setiap tingkat didistribusikan sebagai berikut :
pada tingkat 2 sebesar 111,58 kJ/kg = 26,65 kkal/kg
pada tingkat 3 sebesar 112 kJ/kg = 26,75 kkal/kg
pada tingkat 4 sebesar 112,21 kJ/kg = 26,80 kkal/kg
Tekanan uap sesudah tiap-tiap tingkat dari diagram I-s adalah :
P3 = 10 bar
P4 = 6,47 bar
P5 = 4 bar = Peks
Pada tingkat kedua turbin untuk memperkecil kerugian pemasukan, akan
dibuat terjadi 5 % reaksi padi setiap baris sudu , untuk tingkat kedua dipilih u/c1 =
0,462 (lit.1, hal 103), kecepatan teoritis uap keluar nozel tingkat kedua:
356 , 472 65 , 26 5 , 91 5
,
91 0
1 = × h = × =
C m/det
Kecepatan keliling sudu:
Diameter rata-rata sudu:
731 , 0 5700
229 , 218 60 60
= ×
× = ⋅ ×
= π π
n u
d m
Penurunan kalor pada nozel tingkat kedua:
h01 = (1- )x h0 = 0,95 x 111,58 = 106,0 kJ/kg = 25,32 kkal/kg
dan pada sudu gerak :
h02 = 111,58-106,0 = 5,58 kJ/kg
Kecepatan aktual uap:
C1 =91,5×ϕ× h0 =91,5×0,95× 25,32 =437,376 m/det
C1 u = C1 x cos 1 = 437,376 x cos 120 = 427,818 m/det
Sudut masuk uap diambil 1 = 120(lit.1, hal 141) sehingga bila = 1 tinggi
nozel yang akan diperoleh berada dalam jangka yang diizinkan, dan kecepatan
teoritisnya: 460,396
95 , 0
376 , 437 1
1 = ϕ = =
C t
C m/det,
dimana = 0,95 (Gambar 2.11)
Dari segitiga kecepatan diperoleh kecepatan relatif uap terhadap sudu
gerak tingkat 2:
w1 = 1 1
2 2
1 u 2 u C cos
C + − ⋅ ⋅ ⋅ α
= 437,3762 +218,2292 −2×218,229×437,376×cos12° =228,467 m/det,
sin 1 = 2 10 0 1 2 1 12 sin 467 , 228 376 , 437 sin = × α w C
1=23,460
Sudut keluar uap relatif 2 dipilih sebesar 21 ( 2 = 1 – 30 sampai 50)
sehingga diperoleh = 0,86.
Kecepatan relatif uap terhadap meninggalkan sudu gerak tingkat kedua:
w2 = 8378 02 0,86 228,4672 8378 1,33 2
1 + ×h = + ×
w
ϕ = 216,476 m/det
Kecepatan teoritis relatif uap :
716 , 251 86 , 0 476 , 216 2
2 = = =
ψ w t
w m/det
Selanjutnya dari segitiga kecepatan kita peroleh:
C2 = 2 2
2 2
2 +u −2⋅u⋅w ⋅cosβ w
= 216,4762 +218,2292 −2×218,229×216,476×cos21° =79,237m/det
Sudut keluar uap sudu gerak kedua:
sin 2 = 2 2 0
2 2 2 21 sin 237 , 79 476 , 216 sin = × β C w
2 ' = 1020
C2 u = C2 x cos 2 = 79,237 x cos 10