RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA PUTARAN 3000 RPM

(1)

RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR

LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA

PUTARAN 3000 RPM

SKRIPSI

Skripsi ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

OLEH :

JHONI YUSUF MANURUNG NIM : 08 0421 004

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR

LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA

PUTARAN 3000 RPM

Diketahui/disyahkan

Departement Teknik Mesin Fakultas Teknik (USU) Ketua

Dr.Ing.Ir Ikhwansyah Isranuri NIP:196412241992111001

Diketahui

Dosen Pembimbing

Ir. Tekad Sitepu

(3)

RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR

LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA

PUTARAN 3000 RPM

Telah disetujui oleh : Pembimbing/penguji

Ir. Tekad Sitepu NIP: 195212221978031000

Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II

Ir. Mulfi Hazwi, MSc Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT

NIP : 194910121981031002 NIP : 197206102000121000

Diketahui/disyahkan Departement Teknik Mesin

Fakultas Teknik (USU) Ketua

(4)

RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR

LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA

PUTARAN 3000 RPM

Telah disetujui oleh : Pembimbing/penguji

Ir. Tekad Sitepu NIP: 195212221978031000

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

Ir. Mulfi Hazwi, MSc Tulus Burhanuddin , ST, MT

NIP : 194910121981031002 NIP : 197209231986011001

Diketahui/disyahkan Departement Teknik Mesin

Fakultas Teknik (USU) Ketua

(5)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala kasih dan karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini yang merupakan tugas akhir dalam menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul dari pada Skripsi ini adalah

“Rancangan Turbin Uap Pengerak Generator Listrik (PLTU) Daya

Terpasang 65 MW, Pada Putaran 3000 rpm. Dalam menyelesaikan Tugas

Sarjana ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua penulis, Ayahku tercinta S.Manurung dan Mamaku tercinta S. Br. Panggabean yang telah memberikan doa restu kepada penulis serta telah bersusah payah membiayai penulis selama menjalani pendidikan, hingga penulis dapat menyalesaikan pendidikan dan mendapat gelar sarjana.

2. Kakak ku tercinta, Tetty Novalina Manurung, abangku Varis Yohannes Manurung dan Adik-adik ku tercinta, Yuni Maristella Manurung dan Nikolas Paskalis Manurung yang selalu mendoakan penulis serta selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Tekad Sitepu dan bapak Ir.Isril Amir. sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing penulis serta memberi masukan-masukan yang bermanfaat kepada penulis dari awal hingga akhir penyelesaian Skripsi ini. 4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin

Universitas Sumatera Utara dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT sebagai sekretaris Departemen Teknik mesin Universitas Sumatera Utara.

(6)

5 Seluruh dosen staf pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membimbing dan membantu penulis selama kuliah di Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

6. Teman-teman mahasiswa khususnya stambuk 2008 ; Roni Novison, Frenki S. Siregar, kang Naim, B’Irwanto lumbangaol & ade, stambuk 2007; Jasran Hutagalung, yang telah banyak membantu penulis selama perkuliahan dan dalam penyelesaian Skripsi ini.

7. Adek-adek kost Riki Simorangkir, Jakobus Pardosi, Ayu Ayuanda, Helen Marisa Sianturi, yang merupakan keluarga paling dekat yang terus memberi semangat.

8. Teman-teman dari Bad Brotherhood (BBH) ; Donie opungsunggu, Cherisce simbolon, James tompulawe, Philip Cristo Simanjuntak, Monika Tobing, Ezra, Erick Deka silalahi yang terus memberi penghiburan saat-saat sedang buntu ide.

9. ‘Teman sehati’ Elisabet Jenita Manik yang terus memberi perhatian untuk selesainya skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih mempunyai beberapa kekurangan, untuk itu penulis sangat mengharapkan adanya saran dari para pembaca untuk memperbaiki dan memperlengkapi tulisan ini ke depan. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat berguna memperkaya pengetahuan dari para pembaca. Terima kasih.

Medan, Agustus - 2011 Penulis,

Jhoni Yusuf Manurung NIM : 080421 004

(7)

DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS KARTU BIMBINGAN

LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PEMBIMBING

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR NOTASI ... vi DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR TABEL ... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Tujuan Perancangan ... 2 1.3. Batasan Masalah ... 2 1.4. Metodologi Penulisan ... 2 1.5. Sistematika Penulisan ... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pandangan Umum Tentang Turbin Uap ... 4

(8)

2.4. Prinsip Dasar Turbin Uap ... 8

2.5. Klasifikasi TurbinUap ... 9

2.6. Analisis Kecepatan Turbin Uap ... 10

2.7. Kerugian energi pada Turbin uap ... 12

2.7.1. Kerugian-kerugian Dalam (internal losses) ... 12

2.7.2. Kerugian-kerugian Luar ... 20

2.8.Efisiensi Dalam Turbin Uap ... 20

2.9. Perhitungan Fraksi Masa Pada Tiap Ekstraksi ... 21

2.10. Perhitungan jumlah uap yang mengalir Melalui turbin dan ekstraksi ... 22

BAB III PEMBAHASAN MATERI 3.1. Pemilihan Jenis Turbin Uap ... 24

3.2. Perhitungan Daya Turbin Uap ... 25

3.3. Perhitungan Daya Untuk Tiap Ekstraksi ... 27

3.3.1 Perhitungan Penurunan Kalor Untuk Tiap Ekstraksi ... 27

3.3.2 Perhitungan Fraksi dan Laju Aliran Masa Pada Tiap Ekstraksi ... 32

3.3.3 Pengujian Kembali Laju Aliran Masa yang Diperoleh ... 33

3.4. Perhitungan Daya Siklus PLTU ... 35

3.5. Perhitungan Kalor Turbin Uap Untuk Tiap Tingkatan ... ... 38

3.5.1 Penentuan Tingkat Tekanan ... 38

3.5.2 Turbin Tingkat Pengaturan ... 39

3.5.3 Perhitungan Kalor dari Tingkat Pengaturan Sampai Ektraksi I ... 45

(9)

BAB IV PERHITUNGAN UKURAN UTAMA TURBIN UAP PLTU

4.1. Nosel dan Sudu Gerak ... 54

4.1.1. Tinggi nosel dan sudu gerak ... 54

4.1.2. lebar dan jari-jari busur sudu ... 58

4.1.3. Jarak bagi antar sudu ... 58

4.1.4. Jumlah sudu ... 59

4.1.5. Nosel dan sudu gerak tingkat 2 ... 60

4.2. Kekuatan sudu ... 62

4.3. Getaran sudu ... 63

4.4. Pembahasan perhitungan ukuran cakram ... 64

4.5. Perhitungan Ukuran Poros ... 75

4.6. Perhitungan berat cakram ... 77

4.7. bantalan dan pelumasan ... 78

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 85

5.2. Saran ... 90

DAFTAR PUSTAKA ... 91

(10)

DAFTAR NOTASI

1. Simbol dari abjad biasa

Simbol arti Notasi

A0 Luas penampang sudu paling lemah cm2

AS Luas plat penguat sudu cm2

a Ruang Bebas Bantalan mm

b Lebar sudu mm

C Kapasitas thermal rata-rata minyak pelumas kkal/kg 0C Cad kecapatan mutlak uap keluar nosel tanpa m/s

Memperhitungkan derajat reaksi

C1 Kecepatan mutlak uap keluar nosel m/s

C1t kecepatan uap masuk mutlak teoritis m/s

C2 Kecepatan uap pada saluran keluar m/s

Ckr kecepatan kritis m/s

d diameter nominal sudu atau rotor mm

dp diameter poros mm

E Modulus elastisitas poros kg/cm2

f1 luas penampang sudu gerak cm2

g Percepatan grafitasi bumi m/s2

Geks Massa alir uap ekstraksi kg/s

Gkebocoran Massa kebocoran uap pada perapat labirin kg/s

Go Massa alir uap kg/s

hb Kerugian energi dalam sudu-sudu gerak kJ/kg

he Kerugian energi akibat aliran keluar kJ/kg

hge.a Kerugian energi karena gesekan roda dan kJ/kg

ventilasi

hi tk Nilai penurunan kalor pada tiap tingkat turbin kJ/kg

hkebasahan Kerugian energi karena kelembaban uap keluar kJ/kg

hn Kerugian energi pada nosel kJ/kg

(11)

memperhitungkan kerugian tekanan

Ho’ Nilai penurunan kalor dengan memperhitungkan kJ/kg kerugian tekanan dan pemipaan buang

Ho,th Nilai penurunan kalor teoritis kJ/kg

I Momen inersia cm4

i0 Kandungan kalor uap saat masuk turbin kJ/kg

i1t Kandungan kalor uap saat keluar turbin kJ/kg

i1’t Kandungan kalor uap setelah katup pengatur kJ/kg

l Tinggi nosel mm

l1’ Tinggi sisi masuk sudu gerak mm

l1” Tinggi sisi keluar sudu gerak mm

Mt Momen puntir kg.mm

n Putaran turbin rpm

nkr Putaran kritis poros rpm

P Daya nominal generator listrik MW

Pa Gaya yang terjadi akibat perbedaan tekanan uap kg

masuk

Pa’ Gaya yang bekerja akibat perbedaan momentum kg

uap

PG Daya yang dibutuhkan generator listrik MVA

PN Daya netto turbin MW

po Tekanan awal uap masuk turbin kg/cm2

po’ Tekanan uap sebelum nosel kg/cm2

pkr Tekanan kritis kg/cm2

Pu Gaya akibat rotasi pada sudu gerak kg

R Jari-jari konis sempurna mm

r1 Jari-jari hub mm

rs Jari-jari rata-rata plat penguat sudu mm

t0 Temperatur uap awal 0C

u Kecepatan keliling sudu turbin m/s

(12)

W Momen perlawanan poros cm3 Wcr,tot Berat total cakram kg

Wp Berat total poros kg

Wy Momen perlawanan terkecil sudu cm3

z Jumlah sekat labirin Buah

zs,1 Jumlah sudu gerak baris pertama Buah

2. Simbol dari abjad Yunani (Greek Letters)

Simbol arti Notasi

1

 Sudut masuk kecepatan uap mutlak ke sudu gerak 0

2

 Sudut keluar kecepatan uap mutlak 0

1

 Sudut masuk kecepatan relatif uap ke sudu gerak 0

2

 Sudut keluar kecepatan relatif uap ke sudu gerak 0

as

 Massa jenis bahan Alloy Steel kg/m3

pl

 Massa jenis minyak pelumas kg/m3

u

 Massa jenis uap kg/m3

pv

 Penurunan tekanan uap saat melewati katup kg/cm2 pengatur

 Tegangan kg/cm2

a

 Tegangan izin poros kg/cm2

 Kecepatan sudut rad/s

g

 Efisiensi generator -

m

 Efisiensi mekanis -

 Koefisien jenis fluida pada rumus stodola -

 Faktor kecepatan (angka kualitas) nosel -

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar nama gambar halaman

2.1 Gambar sederhana siklus Rankine 5

2.2 Diagram T-S siklus Renkin sederhana 5

2.3 Diagram alir siklus Rankine Mengunakan 7 HPH dan LPH

2.4 Diagram T-S siklus Renkine dengan empat 8

tingkat ekstraksi

2.5 Variasi kecepatan uap pada sudu-sudu gerak 10

turbin impuls.

2.6 Proses ekspansi uap dalam turbin beserta 14 kerugian-kerugian akibat Pencekikan.

2.7 Grafik untuk Menentukan Koefisien sebagai 15 fungsi tinggi nozel

2.8 Koefisien kecepatan  untuk sudu gerak turbin 16 Impuls untuk berbagai panjang dan profil sudu

2.9 Celah kebocoran Uap tingkat tekanan pada 18

turbin impuls

3.1 Diagram daya yang harus di suplay ke turbin uap 25 ke generator

3.2 Proses penurunan kalor pada turbin uap 28 3.3 Diagram alir siklus Rankine Mengunakan 35

HPH dan LPH

3.4 Diagram T-S siklus Renkine dengan empat 35

tingkat ekstraksi

3.5 Variasi kecepatan uap pada tingkat pengaturan 40 sudu gerak baris I

3.6 Segitiga kecepatan tingkat pengaturan 42 3.7 Diagram i-s untuk tingkat pengaturan 43

(14)

3.8 Segitiga kecepatan tingkat kedua 47

4.1 Ukuran nosel dan sudu gerak 57

4.2 Jarak bagi dari profil sudu gerak 59

4.3 Penampang cakram kronis 65

4.4 Berbagai Koefisien untuk Cakram Konis 68

4.5 Bantalan Luncur 79

4.6 Kedudukan poros pada bantalan pada berbagai 81 kecepatan

4.7 Grafik kriteria beban koefisien φv 82

(15)

DAFTAR TABEL

Tabel Nama Tabel Halaman

3.1 Data hasil perancangan turbin empat tingkatan 31 Ekstraksi

3.2 fraksi masa tiap ekstraksi 33

3.3 Jumlah uap yang mengalir antara berbagai 33

titik ekstraksi

3.4 Kondisi uap pada setiap tingkat Turbin Uap 41 Nekatingkat

4.1 Ukuran nosel dan sudu gerak 61

4.2 Tegangan-tegangan pada cakram konis 71

4.3 Tegangan-tegangan yang berhubungan 73

cakram kronis

4.4 Ukuran dan berat cakram 78

4.5 Ruang bebas yang diperlukan untuk 80