UNJUK KERJA TURBIN UAP IMPULS SATU TINGKAT MENGGUNAKAN SATU NOSEL
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T)
Disusun oleh :
Dewanda Bondan Pamungkas 155214125
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
PERFORMANCE OF ONE STAGE IMPULS STEAM TURBINE USES ONE NOZZLE
THESIS
Presented as partial fulfillment of the requirment
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
Presented by :
Dewanda Bondan Pamungkas 155214125
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
ABSTRAK
Turbin impuls adalah turbin yang paling populer penggunaanya untuk daya - daya yang rendah. Salah satu bentuk sudu pada turbin impuls yang memungkinkan dan mudah dibentuk adalah menggunakan setengah pipa, yaitu bentuk mirip pipa yang dipotong pada garis tengahnya.
Pada penelitian ini akan membuat model turbin uap impuls dengan diameter turbin 27 cm, lebar sudu 2 cm dengan jumlah 65 buah. Untuk mengetahui efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja diberikan variasi tekanan uap masuk turbin sebesar 250.000 Pa (variasi 1), 300.000 Pa (variasi 2), dan 400.000 Pa (variasi 3). Ketiga variasi tersebut diberikan laju alir massa uap masuk turbin sebesar 0,0026 kg/detik dengan bukaan kran 270°, sudut nosel uap masuk turbin 20° dan pembebanan dengan dinamometer rem tali sebesar 0,3 kg, 0,4 kg ,0,5 kg. Untuk mengetahui efek laju alir massa uap masuk turbin diberikan variasi laju alir massa sebesar 0,0020 kg/detik dengan bukaan kran yaitu sebesar 180° (variasi 4), 0,0030 kg/detik dengan bukaan kran 360° (variasi 5). Kedua variasi laju alir massa uap tersebut diberikan tekanan uap sebesar 300.000 Pa, sudut nosel uap masuk turbin 20°, dan pembebanan dengan dinamometer rem tali sebesar 0,3 kg, 0,4 kg ,0,5 kg. Untuk mengetahui efek sudut nosel uap masuk turbin diberikan variasi sudut nosel sebesar 30° (variasi 6), 40° (variasi 7). Kedua variasi tersebut diberikan tekanan uap masuk turbin sebesar 300.000 Pa, laju alir massa uap sebesar 0,0026 kg/detik dengan bukaan kran 270°, dan pembebanan dengan dinamometer rem tali sebesar 0,3 kg, 0,4 kg ,0,5 kg. Untuk dapat mengetahui daya dan efisiensi yang dihasilkan oleh putaran poros yang disambung dengan dinamometer rem tali sebagai alat untuk mengetahui nilai torsi dan daya output suatu mesin. Variabel yang diukur diantaranya tekanan pada upstream orifice ( ), tekanan pada downstream ( ), tekanan uap masuk tubin ( ), suhu uap masuk turbin ( ), suhu uap keluar turbin ( ), putaran poros turbin ( ), dan beban pengimbang pada dinamometer rem tali ( ).
Secara kesuluruhan, berdasarkan efek tekanan uap masuk turbin, unjuk kerja terbaik pada variasi tekanan 400.000 Pa, laju alir massa uap sebesar 0,0026 kg/detik dengan bukaan kran 270° dan sudut nosel uap masuk nosel 20° pada pembebanan 0.5 kg dengan daya output sebesar 16 watt dan efisiensi sebesar 20,4 %. Berdasarkan efek laju alir massa uap masuk turbin dengan bukaan kran, unjuk kerja terbaik ada pada variasi yang diberikan laju alir massa sebesar 0,0030 kg/detik dengan bukaan kran 360° dengan tekanan uap masuk turbin 300.000 Pa, sudut nosel uap 20° pada pembebanan 0,4 kg dan 0,5 kg dengan daya output sebesar 14,5 watt dan efisiensi 15 %. Dan berdasarkan efek sudut nosel uap masuk turbin, unjuk kerja terbaik ada pada variasi sudut nosel uap masuk 20°, dengan tekanan uap masuk turbin 300.000 Pa, laju aliran massa uap sebesar 0,0026 kg/detik dengan bukaan kran 270°, pada pembebanan 0,5 kg dengan daya output sebesar 11,4 watt dan efisiensi 14,4 %.
ABSTRACT
Impulse turbine is a commonly used turbine for low power consumption tools. High efficiency turbines are expensive and complex, therefore several alternatives can be made to simplify production. Half pipe shaped blades are easy to make, formed by cutting a pipe exactly in half.
This research uses an impulse turbine model with a turbine diameter of 27 cm, blade width of 2 cm and a total of 65 blades. To determine the effects of the steam pressure in the turbine, the turbine inlet steam pressure is set to 250,000 Pa (variation 1), 300,000 Pa (variation 2), and 400,000 Pa (variation 3). with a steam mass flow rate of 0.0026 kg/second and an angle of 20° for the steam nozzle in the same turbine, loads on the rope brake dynamometer were given with variations of 0.3 kg, 0.4 kg and 0.5 kg. To determine the effects of the steam mass flow rate in the turbine, the turbine inlet steam mass flow rate is set to 0,0020 kg/second (variation 4), 0,0030 kg/second (variation 5). with a pressure value of 300,000 Pa and an angle of 20° for the steam nozzle in the same turbine, loads on the rope brake dynamometer were given with variations of 0.3 kg, 0.4 kg and 0.5 kg. To determine the effects of the steam nozzle angle on the turbine, the angle of the steam nozzle is set to 30° (variation 6), 40° (variation 7). with a pressure value of 300,000 Pa and a steam mass flow rate of 0.0026 kg/second in the same turbine, loads on the rope brake dynamometer were given with variations of 0.3 kg, 0.4 kg and 0.5 kg. Power and efficiency can be calculated by the resulted shaft rotation with a rope brake dynamometer. Variable measured is on the pressure upstream orifice ( ), pressure downstream ( ), incoming turbine pressure ( ), incoming turbine temperature ( ), temperature steam out turbine ( ), turbine shaft rotation ( ), and digital scales balance reading ( ).
Overall, based on the effect of the pressure, high performance is shown in the pressure variation of 400,000 Pa, mass flow rate of 0.0026 kg/second, and 20° nozzle angle with 0.5kg load resulting in an output power 16 watt and efficiency of 20.4%. Based on the effect of the mass flow rate, high performance is shown in the mass flow rate of 0.0030 kg/second, pressure variation of 300,000 Pa, and 20° nozzle angle with 0.4kg load resulting in an output power 14,5 watt and efficiency of 15.0%. Based on the effect of the nozzle angle, high performance is shown in the 20° nozzle angle, pressure variation of 300,000 Pa, and mass flow rate of 0.0026 kg/second with 0,4 kg and 0.5kg load resulting in an output power 11,4 watt and efficiency of 14.4%.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi setiap mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, untuk mendapatkan gelar S1 Teknik Mesin.
Berkat bimbingan, nasehat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan terima kasih sebesar - besarnya kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
3. Stefan Mardikus, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing akademik.
4. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu, tenaga, pemikiran kepada penulis dengan sangat sabar sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.
5. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
6. Kelurga tercinta Parnah Riyatno (bapak), Iriyanti (ibu), Devi Widiastuti (kakak), Ovi Ermawati (kakak), yang selalu memberi semangat dan dorongan
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v
LEMBAR PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Identifikasi Masalah ... 2 1.3 Rumusan Masalah ... 3 1.4 Batasan Masalah ... 3 1.5 Tujuan Penelitian ... 4 1.6 Manfaat Penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Landasan Teori ... 6
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 30
3.1 Metode Penelitian ... 30
3.2 Deskripsi Alat Penelitian ... 31
3.3 Variasi Penelitian ... 33
3.4 Prosedur Penelitian ... 34
3.5 Variabel yang Diukur ... 35
3.6 Komponen Alat Pendukung Penelitian ... 35
3.7 Prosedur Pengolahan Data ... 38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39
4.1 Hasil Penelitian ... 39
4.2 Data , , , ... 40
4.3 Hasil unjuk kerja ... 42
4.4 Efek tekanan uap masuk turbin ... 44
4.5 Efek laju alir massa uap masuk turbin ... 52
4.6 Efek sudut nosel uap masuk turbin ... 60
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 68
5.1 Kesimpulan ... 68
5.2 Saran ... 68
DAFTAR PUSTAKA ... 70
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Kombinasi variasi pada model alat turbin uap impuls ... 34 Tabel 4.1 Data penelitian efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja
pada variasi 1, 2, dan 3 ... 39 Tabel 4.2 Data penelitian efek laju alir massa uap masuk turbin terhadap unjuk
kerja pada variasi 4, 2, dan 5 ... 39 Tabel 4.3 Data penelitian efek sudut uap nosel uap masuk turbin terhadap unjuk
kerja pada variasi 2, 6, dan 7 ... 40 Tabel 4.4 Data model alat turbin uap impuls efek tekanan uap masuk turbin
terhadap unjuk kerja pada variasi 1, 2, dan 3 ... 40 Tabel 4.5 Data model alat turbin uap impuls efek laju alir massa uap masuk
turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 4, 2, dan 5 ... 41 Tabel 4.6 Data model alat turbin uap impuls efek sudut uap nosel uap masuk
turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 2, 6, dan 7 ... 41 Tabel 4.7 Data segitiga kecepatan model alat turbin uap impuls efek sudut uap
nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 2, 6, dan 7 . 42 Tabel 4.8 Data efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi
1, 2, dan 3 ... 42 Tabel 4.9 Data efek laju alir massa uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada
variasi 4, 2, dan 5 ... 43 Tabel 4.10 Data efek sudut nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram alir siklus rankine sederhana ... 6
Gambar 2.2 Diagram T-S siklus rankine... 7
Gambar 2.3 Ketel pipa api ... 9
Gambar 2.4 Ketel pipa air ... 10
Gambar 2.5 Air pada fase cair tekan ... 11
Gambar 2.6 Air pada fase cair jenuh ... 12
Gambar 2.7 Campuran air dan uap ... 13
Gambar 2.8 Uap jenuh ... 13
Gambar 2.9 Uap panas lanjut ... 14
Gambar 2.10 Diagram T - v pemanasan air pada tekanan konstan ... 14
Gambar 2.11 Orifice corner tap ... 16
Gambar 2.12 Segitiga kecepatan turbin tekanan sama... 19
Gambar 2.13 Kurva Ƞ dengan turbin tekanan sama, tanpa memperhatikan kerugian uap ... 20
Gambar 2.14 Kurva Ƞ dengan turbin tekanan lebih, tanpa memperhatikan kerugian uap ... 21
Gambar 2.15 Dinamometer rem tali... 22
Gambar 2.16 Dinamometer rem jepit dengan bahan kayu ... 23
Gambar 2.17 Dinamometer arus pusaran ... 24
Gambar 2.18 Dinamometer air tipe gesekan fluida ... 25
Gambar 2.19 Dinamometer air tipe semburan ... 26
Gambar 3.1 Bagian - bagian model alat turbin uap impuls... 32
Gambar 3.2 Timbangan gantung digital ... 36
Gambar 3.3 Tachometer optik ... 36
Gambar 3.4 Pengukur suhu (thermometer) digital dan termokopel ... 37
Gambar 3.5 Pressure gauge ... 37
Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi efek tekanan uap masuk turbin pada variasi 1, 2, dan 3 ... 44
Gambar 4.2 Perbandingan daya output efek tekanan uap masuk turbin pada variasi 1, 2, dan 3 ... 45
Gambar 4.3 Perbandingan daya input efek tekanan uap masuk turbin pada variasi 1, 2, dan 3 ... 46
Gambar 4.4 Perbandingan dengan efek tekanan uap masuk turbin pada variasi 1, 2, dan 3 ... 48
Gambar 4.5 Perbandingan dan dengan efek tekanan uap masuk turbin pada variasi 1, 2, dan 3 ... 49
Gambar 4.6 Perbandingan dan dengan efek tekanan uap masuk turbin pada variasi 1, 2, dan 3 ... 51
Gambar 4.7 Perbandingan efisiensi efek laju alir massa uap masuk turbin pada variasi 4, 2, dan 5 ... 52
Gambar 4.8 Perbandingan daya output efek laju alir massa uap masuk turbin pada variasi 4, 2, dan 5 ... 53
Gambar 4.9 Perbandingan daya input efek laju alir massa uap masuk turbin pada variasi 4, 2, dan 5 ... 55
Gambar 4.10 Perbandingan dengan efek laju alir massa uap masuk turbin
pada variasi 4, 2, dan 5 ... 56 Gambar 4.11 Perbandingan Δp dan dengan ṁ efek laju alir massa uap masuk
turbin pada variasi 4, 2, dan 5 ... 57 Gambar 4.12 Perbandingan dan dengan efek laju alir massa uap
masuk turbin pada variasi 4, 2, dan 5 ... 59 Gambar 4.13 Perbandingan efisiensi efek sudut nosel uap masuk turbin pada
variasi 2, 6, dan 7 ... 61 Gambar 4.14 Perbandingan daya output efek sudut nosel uap masuk turbin pada
variasi 2, 6, dan 7 ... 62 Gambar 4.15 Perbandingan daya input efek sudut nosel uap masuk turbin pada
variasi 2, 6, dan 7 ... 63 Gambar 4.16 Bagan segitiga kecepatan efek sudut nosel uap masuk turbin pada
variasi 2 ... 64 Gambar 4.17 Bagan segitiga kecepatan efek sudut nosel uap masuk turbin pada
variasi 6 ... 65 Gambar 4.18 Bagan segitiga kecepatan efek sudut nosel uap masuk turbin pada
variasi 7 ... 65 Gambar 4.19 Perbandingan , dan beban 0,3 kg efek sudut nosel uap
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Manusia adalah mahkluk yang mempunyai akal budi yang berpikir terus menerus untuk mencari sesuatu yang baru oleh sebab itu perkembangan jaman dan kemajuan teknologi yang semakin meningkat menyebabkan kebutuhan manusia akan energi juga akan semakin meningkat dibandingkan sebelumnya. Salah satu energi yang sangat dibutuhkan oleh manusia adalah energi listrik. Kebutuhan konsumen akan daya listrik ini bervariasi dari waktu ke waktu. Pada paruh pertama tahun 2018 kenaikan kebutuhan listrik di Indoneisa naik 4,7 % dari tahun sebelumnya (http://cnnindonesia.com/ekonomi/semester-i-2018-konsumsi-listrik-tumbuh-47-persen). Salah satu cara dalam menanggulangi masalah ini adalah meningkatkan ketersediaan energi listrik di Indonesia.
Pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) energi listrik dihasilkan dari generator, untuk menggerakan poros generator salah satu alat konversi energinya adalah turbin uap yang merubah energi potensial yang dimiliki oleh uap dari hasil pemanasan air menjadi energi mekanik pada poros turbin. Sebelum dirubah menjadi energi mekanik terlebih dahulu energi potensial uap tersebut dirubah menjadi energi kinetik dalam nosel maupun sudu – sudu yang ada. Sehingga energi kinetik yang telah dirubah menjadi energi mekanik tersebut mampu untuk menggerakan poros turbin.
Kebutuhan konsumen akan daya listrik ini bervariasi dari waktu ke waktu yang menyebabkan beban mekanis ini menyebabkan perubahan langsung pada
kerja yang dilakukan oleh poros turbin. Salah satu jenis turbin yakni turbin impuls dituntut harus mempunyai kemampuan untuk beroperasi dengan kestabilan yang cukup dalam jangka waktu yang panjang dari keadaan tanpa beban hingga ke beban penuh. Padahal dalam pembuatan turbin seperti ini pada kenyataannya sulit dilakukan, pembuatan turbin dengan efisiensi tinggi lebih cenderung mahal dan perancangannya rumit, sedangkan perancangan dan pembuatan turbin yang sederhana serta murah dari segi ekonomis terbukti tidak efisien, hal ini disebabkan karena adanya hubungan langsung antara unjuk kerja yang dihasilkan dengan beberapa faktor.
Salah satu faktor yang mempengaruhi unjuk kerja adalah tekanan, laju alir massa dan sudut nosel uap masuk turbin. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui unjuk kerja (efisiensi dan daya). Hasil pengujian diharapkan dapat menjadi pedoman bagi perbaikan dan penyederhanaan model alat turbin uap impuls sehingga dapat dipakai secara lebih luas.
1.2 Identifikasi Masalah
Unjuk kerja pada turbin uap salah satunya dapat dilihat dari daya yang dihasilkan (output), hal yang mempengaruhi daya output adalah torsi dan rpm, semakin besar torsi dan rpm yang dihasilkan akan menghasilkan daya output yang semakin baik. Daya yang diberikan (input) juga mempengaruhi daya output yang dihasilkan turbin uap, semakin besar laju alir massa dan selisih entalpi masuk turbin dengan entalpi keluar dari turbin yang diberikan, maka akan menghasilkan daya input yang semakin baik. Sementara itu sudut nosel uap masuk turbin yang
semakin kecil juga akan menghasilkan gaya tangensial yang dihasilkan semakin besar, dari hasil perkalian gaya tangensial dengan kecepatan keliling turbin juga akan didapatkan nilai daya output pada turbin. Secara keseluruhan akan diteliti efek tekanan uap, laju alir massa dan sudut nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja model alat turbin uap impuls.
1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan subbab 1.2 (Identifikasi Masalah), maka dapat diketahui rumusan masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja model alat turbin uap impuls satu tingkat dengan satu nosel ?
2. Bagaimana pengaruh laju aliran massa uap masuk turbin terhadap unjuk kerja model alat turbin uap impuls satu tingkat dengan satu nosel ?
3. Bagaimana pengaruh sudut nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja model alat turbin uap impuls satu tingkat dengan satu nosel ?
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah pada penilitian ini meliputi :
1. Setiap pengambilan data diberikan asutan awal putaran turbin yakni dimulai dari 400.000 Pa sampai tekanan variasi yang ditentukan.
2. Setiap pengisian air ke dalam ketel uap yakni, 1,5 liter digunakan untuk 3 kali pengambilan data (satu variasi).
4. Analisis data dilakuakan dengan beberapa asumsi diantaranya tidak ada kebocoran pipa, suhu pada setiap titik variabel pengukuran dianggap seragam dalam satu bidang, nilai rpm pada saat pengambilan data konstan, tekanan uap dan laju alir massa masuk turbin pada setiap variasi konstan.
5. Uap di setiap masing - masing variasi dalam kondisi panas lanjut.
6. Tekanan uap keluar turbin diasumsikan sama dengan tekanan sekitar yakni 1 atm.
7. Suhu uap keluar turbin mengalami penurunan sebesar 20°C dari suhu uap masuk turbin, sesuai dengan perhitungan nilai rata - rata penurunan yang telah dilakuakan.
1.5 Tujuan Penelitian
Tujuan umum penelitian ini adalah mengetahui unjuk kerja model alat turbin uap impuls, sedangkan tujuan khusus penelitian ini adalah :
1. Menganalisis efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja model alat turbin uap impuls satu tingkat dengan satu nosel.
2. Menganalisis efek laju aliran massa uap masuk turbin terhadap unjuk kerja model alat turbin uap impuls satu tingkat dengan satu nosel.
3. Menganalisis efek sudut nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja model alat turbin uap impuls satu tingkat dengan satu nosel.
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Menambah referensi bagi peniliti maupun pihak lain yang akan melakukan penelitian tentang model alat turbin uap impuls satu tingkat. 2. Memberikan gagasan bagi pengembangan ilmu pengetahuan tentang
model alat turbin uap impuls satu tingkat.
3. Menambah pengetahuan masyarakat tentang model alat turbin uap impuls satu tingkat.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Landasan Teori
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 :
1) Siklus terbuka, dimana sisa uap dari turbin tidak dimanfaatkan lagi, atau dibuang.
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. Diagram alir siklus rankine sederhana dapat dilihat sebagai berikut :
Gambar 2.2 Diagram T-S siklus rankine
Proses termodinamika dalam siklus ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
1) Proses 1 - 2 adalah proses adiabatik dimana pompa bekerja, air dipompakan masuk ke ketel uap hingga mencapai tekanan kerja ketel uap. Pada pompa terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi panas dan menyebabkan adanya kenaikan suhu. Dalam keadaan perubahan suhu pada entropi yang tetap (isentropik).
2) Proses 2 - 3 adalah proses pertambahan panas pada tekanan yang sama (isobarik) di dalam ketel uap air dipanaskan hingga menjadi uap pada tekanan konstan terhadap fluida.
3) Proses 3 - 4 adalah keadaan adiabatik pada turbin. Uap yang telah dihasilkan ini akan memutar turbin uap, di dalam turbin uap terjadi perubahan energi panas yang dibawa uap menjadi energi mekanik berupa putaran turbin uap. Pada tahap ini uap tersebut diekspansikan pada turbin, sehingga uap akan mengalami penurunan suhu.
4) Proses 4 - 1 Setelah uap menggerakkan turbin uap akan masuk ke kondensor untuk didinginkan dan berubah fasa kembali menjadi air dan kemudian kembali dimasukkan ke dalam ketel uap.
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
2) Penambahan kalor pada ketel uap 3) Kerja turbin
4) Kalor yang dibuang pada kondensor
Untuk memaksimumkan efisiensi siklus, suhu yang diberikan harus mencapai setinggi mungkin sedangkan panas yang dibuang harus pada suhu yang serendah - rendahnya. Tekanan ketel uap yang tinggi akan menaikkan suhu penguapan, sehingga menaikkan efisiensi siklus.
Ketel uap atau yang biasanya disebut boiler merupakan alat penukar kalor, dimana energi panas yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial yang berupa uap. Uap yang dihasilkan dari ketel uap merupakan gas yang timbul akibat perubahan fase cairan menjadi uap atau gas melalui cara pendidihan. Zat cair yang dipanaskan akan mengakibatkan pergerakan molekul -molekul menjadi cepat, sehingga melepas diri dari lingkungannya dan berubah menjadi uap. Air yang berdekatan dengan bidang pemanas akan memiliki suhu yang lebih tinggi (berat jenis yang lebih rendah) dibandingkan dengan air yang bersuhu rendah, sehingga air yang bersuhu tinggi akan naik ke permukaan dan air
yang bersuhu rendah akan turun. Peristiwa ini akan terjadi secara terus menerus (sirkulasi) hingga berbentuk uap. Uap yang dihasikan oleh ketel uap dapat dimanfaatkan sebagai media penggerak utama turbin uap. Berbagai bentuk ketel uap telah berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan evaluasi dari produk - produk ketel uap sebelumnya yang dipengaruhi oleh gas buang ketel uap yang mempengaruhi lingkungan dan produk uap seperti apa yang akan dihasilkan. Ketel pipa api (fire tube boiler) (Gambar 2.3) dan ketel pipa air (water tube
boiler) (Gambar 2.4) merupakan dua jenis ketel uap penggerak turbin uap.
Gambar 2.3 Ketel pipa api
Ketel uap pipa api konstruksinya terdiri dari sebuah tangki silinder yang berisi air, di dalamnya terdapat lorong api dan susunan pipa - pipa yang dinamakan pipa api, dimana pipa - pipa api tersebut dialiri gas panas hasil pembakaran dan panas yang dihasilkan akan diberikan kepada air di sekelilingnya. Ketel uap lorong api maupun pipa - pipa api semua berada atau terendam di dalam air yang akan diuapkan. Fungsi dari pipa - pipa tersebut adalah untuk menambah luas
permukaan bidang pemanas, dengan demikian akan mempercepat dan mempertinggi produksi uap di dalam ketel.
Gambar 2.4 Ketel pipa air
Ketel uap pipa air terdiri dari susunan pipa - pipa yang di dalamnya berisi air yang akan dipanaskan, sedangkan gas panasnya mengitari dari luar pipa - pipa tersebut. Dengan demikian luas bidang pemanasnya terdapat pada bidang luar pipa, karena air isian ketel sangat kecil maka dapat membentuk uap dengan lebih cepat. Ketel ini dipilih jika kebutuhan uap dan tekanan uap yang sangat tinggi seperti pada kasus ketel untuk pembangkit tenaga listrik.
Uap air adalah jenis fluida yang merupakan fase gas dari air,yang mengalami pemanasan sampai suhu didih di bawah tekanan tertentu. Uap air tidak berwarna, bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni kering. Uap air tidak mengikuti hukum - hukum gas sempurna, sampai benar - benar kering (kadar uap 100%). Jika uap air kering dipanaskan lebih lanjut maka menjadi uap air panas (panas lanjut) dan selanjutnya dianggap sebagai gas sempurna. Titik didih suatu cairan adalah suhu dimana tekanan uap cairan sama dengan tekanan lingkunagn sekitar
cairan tersebut. Pada titik ini cairan akan berubah fase menjadi uap. Suhu jenuh dari air pada tekanan atmosfer adalah 100℃. Pada titik inilah air akan berubah fase manjadi uap dengan membentuk gelembung - gelembung uap air. Semakin tinggi tekanan di sekitar air maka semakin tinggi pula titik didihnya, dan apabila semakin rendah tekanan di sekitar air tersebut maka semakin rendah pula titik didih air tersebut. Hal tersebut disebabkan karena tekanan air akan mempengaruhi karakteristik seperti entalpi air, panas laten, dan entalpi uap dari uap air yang terbentuk pada tekanan tersebut. Air dapat berada pada keadaan campuran antara cair dan uap. Pada penelitian ini semua kondisi uap saat pengambilan data ada pada fase uap panas lanjut (Gambar 2.9). Adapun jenis perubahan fase pada zat murni air yang lain yakni, cair tekan (compressed liquid) (Gambar 2.5), cair jenuh (saturated liquid) (Gambar 2.6), campuran air uap (liquid uap mixture) (Gambar 2.7), uap jenuh (saturated uap) (Gambar 2.8) dan uap panas lanjut (superheated
uap) (Gambar 2.9). Untuk memudahkan dalam menjelaskan proses ini maka lihat
pada Gambar 2.5 sampai dengan Gambar 2.9, yang pertama merupakan kondisi cair tekan.
Gambar 2.5 Air pada fase cair tekan
Dimana sebuah alat berupa torak dan silinder yang berisi air pada 200°C dan tekanan 1 atm. Pada kondisi ini, air berada pada fase cair tekan karena suhu dari air tersebut masih dibawah suhu jenuh pada saat tekanan 1 atm, kemudian kalor mulai ditambahkan ke dalam air sehingga terjadi kenaikkan suhu tersebut maka air secara perlahan berekspansi dan volume spesifiknya meningkat, karena ekspansi ini maka piston juga secara perlahan mulai bergerak naik, tekanan di dalam silinder konstan selama proses karena didasarkan pada tekanan atmosfer dari luar dan berat dari torak. Kemudain cair jenuh, dengan semakin
Gambar 2.6 Air pada fase cair jenuh
bertambahnya jumlah kalor yang dimasukkan ke dalam silinder maka suhu akan naik hingga mencapai 1.000°C, ada titik ini air masih dalam fase cair, tetapi sedikit saja ada penambahan kalor maka sebagian air tersebut akan berubah menjadi uap. Kondisi ini disebut dengan cair jenuh seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.6. Kemudian campuran air uap, saat pendidihan berlangsung tidak terjadi kenaikan suhu sampai cairan seluruhnya berubah menjadi uap. Suhu akan tetap konstan selama proses perubahan fase jika suhu juga dijaga konstan, pada
Gambar 2.7 Campuran air dan uap
proses ini volume fluida di dalam silinder meningkat karena perubahan fase yang terjadi, volume spesifik uap lebih besar dari pada cairan sehingga menyebabkan torak terdorong ke atas (Gambar 2.7). Kondisi uap jenuh, jika kalor terus ditambahkan maka proses penguapan akan terus berlangsung sampai seluruh cairan berubah menjadi uap (Gambar 2.8), sedangkan jika sedikit saja terjadi
Gambar 2.8 Uap jenuh
pengurangan kalor maka akan menyebabkan uap terkondensasi. Kemudian yang terakhir adalah kondisi uap panas lanjut, setelah fluida di dalam silinder
KONDISI 3
Gambar 2.9 Uap panas lanjut
dalam kondisi uap jenuh maka jika kalor kembali ditambahkan dan tekanan dijaga konstan pada 1 atm, suhu uap akan meningkat (Gambar 2.9), kondisi tersebut dinamakan uap panas lanjut karena suhu uap di dalam silinder di atas suhu saturasi dari uap jenuh pada tekanan 1 atm yakni 1.000°C. Beberapa proses di atas digambarkan pada suatu diagram T - v seperti pada Gambar 2.10 berikut.
Gambar 2.10 Diagram T - v pemanasan air pada tekanan konstan
Entalpi ( ) adalah penjumlahan dari energi dalam (internal energy) dengan hasil kali tekanan dan volume sistem. Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain. Nilai suatu energi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi ( ). Demikian juga halnya dengan entalpi, entalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi ( ).
(1)
dengan adalah entalpi, adalah entalpi reaktan (kJ/kg), adalah entalpi produk (kJ/kg).
Bila produk > h reaktan, maka bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor ke lingkungan.
Bila produk < h reaktan, maka bertanda positif, berarti ada penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.
Dengan prinsip kesamaan energi, diperoleh rumusan yang menunjukkan hubungan daya turbin uap dengan perubahan entalpi yakni sebagai berikut :
( ) (2)
dengan adalah daya (kW), ṁ adalah laju alir massa uap (kg/detik), adalah entalpi uap pada tekanan dan suhu uap masuk turbin uap (kJ/kg), adalah entalpi uap pada tekanan dan suhu uap keluar turbin uap (kJ/kg).
Orifice adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur laju alir volum atau massa fluida di dalam saluran yang tertutup (pipa) berdasarkan prinsip beda tekanan. Sedangkan orifice plate (sebuah pelat lubang) adalah pelat tipis dengan lubang di tengah. Hal ini biasanya di tempatkan dalam pipa aliran fluida, dimana ketika cairan mencapai pelat orifice, dengan lubang di tengah, cairan dipaksa untuk berkumpul untuk pergi melalui lubang kecil. Jenis orifice yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis corner tap (Gambar 2.11), jenis orifice yang lain yakni flange tap, full flow pipe tap, radius tap, dan vena contracta tap.
Gambar 2.11 Orifice corner tap
Corner tap, digunakan pada pipa yang lebih kecil dari 2 inci, lubang pengambilan
tekanan pada flange dekat dengan permukaan pelat orifice. Flange tap, lokasi pengambilan tekanan berada pada flange 1 inci upstream dan 1 inci downstream, diukur dari permukaan upstream orifice. Full flow pipe tap lubang pengambilan tekanan pada upstream berjarak 2,5 D dari permukaan upstream orifice dan
downstream berjarak 8 D dari orifice. Radius tap pengambilan tekanan pada upstream berjarak 1 D dan downstream 0,5 D dari permukaan upstream orifice. Vena contracta tap upstream berjarak 0,5 sampai dengan 2 D dan downstream
tergantung dari d/D. Sementara itu dalam penilitan yang dilakukuan jenis pelat orifice yang digunakan berjenis concentric, yakni pelat orifice yang digunakan untuk fluida yang ideal, tidak mengandung fasa lain dan untuk fluida seperti gas. Adapaun jenis orifice yang lain adalah eccentric orifice dan segmental. Eccentric orifice mempunyai profil lubang yang sama dengan concentric orifice, akan tetapi pada eccentric orifice lubang tidak terletak tepat di tengah. Titik pusat lubang penghalang tidak satu garis pusat dengan pusat penampang pipa. Pemasangan lubang yang tidak konsentris ini dimaksud untuk mengurangi masalah jika fluida yang diukur membawa berbagai benda padat (solid). Sedangkan segmental orifice didesain untuk fluida dengan kandungan sedimen yang tinggi. Profil dari lubang
segmental orifice. Diameter “D” bagian bawah hampir lurus dengan diameter
dalam dari pipa. Segmental orifice merupakan jenis orifice yang paling sulit dalam proses manufaktur, diperlukan proses finishing secara manual. Segmental orifice digunakan terutama pada servis yang sama dengan eccentric orifice, sehingga kelebihan dan kekurangan adalah kurang lebih sama. Apabila suatu orifice yang dilewati oleh fluida dengan kecepatan tertentu maka laju alir massa fluida tersebut dapat dihitung dengan mengukur perbedaan tekanan antara aliran sebelum melewati orifice yang disebut dengan upstream dan setelah melewati orifice yang disebut dengan downstream, tingkat laju alir massa dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
√
√ ( )
dengan ṁ adalah laju alir massa uap (kg/detik), adalah koefisien orifice, adalah luas area pelat orifice (m²),
adalah massa jenis (kg/m³), adalah perubahan tekanan uap (Pa), adalah diameter pelat orifice (m), adalah diameter pipa orifice (m).
Turbin uap dapat diartikan sebagai penggerak mula dimana energi potensial dari suatu fluida diubah menjadi energi kinetik, kemudian dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Energi potensial adalah energi yang dikandung oleh uap itu sendiri, sedangkan energi kinetik adalah energi yang dimiliki uap itu sendiri yang bergerak dan dengan bantuan nosel tekanan kecepatan dapat dinaikan guna memutar roda turbin. Turbin uap impuls dibuat dalam dua macam kontruksi yakni turbin tekanan sama dan turbin tekanan lebih, sebelum membahas tentang perbedaan dan bentuk kontruksi turbin sebaiknya perlu mengenal dan memahami segitiga kecepatan (Gambar 2.12) yang nantinya untuk proses analisis. Pertama kali uap diekspansikan di dalam sudu pengarah (nosel) sehingga didapatkan kecepatan uap keluar , nosel tidak bergerak karena dipasang dan diikat dengan kerangka model alat turbin uap impuls. Akhirnya uap yang baru keluar dari nosel itu, sampai dan masuk ke dalam saluran sudu turbin dan menggerakkan serta ikut berputar dengan sudu turbin dengan kecepatan . adalah kecepatan mutlak masuk sudu turbin, adalah kecepatan keliling sudu turbin, adalah kecepatan relatif sudut masuk, kecepatan uap ini bekerja di dalam saluran sudu turbin yang sedang berputar, harganya didapat dari susunan vektor dan ke . Sudut bebas bisa dipilih, sesudah uap dengan bebas dari tumbukan masuk ke saluran sudu turbin dengan kecepatan , uap tersebut
meninggalkan sudu turbin dengan kecepatan . Untuk mendapatkan segitiga kecepatan keluar, Sudut harus dipilih dan ditentukan dan pada
digambarkan harganya , dengan demikian baru dapat diperoleh kecepatan , untuk masuk ke tingkat berikutnya atau dibuang disaluran uap bekas.
Gambar 2.12 Segitiga kecepatan turbin tekanan sama
Arti tanda - tanda yang digunakan dalam segitiga kecepatan keluar, adalah kecepatan relatif sudut keluar, adalah kecepatan keliling sudu turbin, adalah kecepatan mutlak keluar sudu turbin. Komponen kecepatan uap digambar ke dalam arah keliling dan , besarnya komponen ini untuk mendapatkan harga gaya tangensial yang dihasilkan aliran uap untuk menggerakkan roda turbin, secara umum ditulis sebagai berikut :
dengan adalah gaya tangesnial (N), ṁ adalah laju alir massa uap (kg/detik), adalah kecepatan uap mutlak masuk turbin dalam arah kecepatan keliling sudu turbin (m/detik). Untuk mementukan kontruksi turbin bisa dilaksanakan dengan cepat karena hanya ada dua macam turbin yakni turbin tekanan sama dan turbin tekanan lebih. Turbin tekanan sama, dalam turbin jenis ini selisih entalpi yang disediakan harus semuannya diekspansikan di dalam nosel atau harga adalah 0, di dalam muka dan di bagian belakang terjadi penurunan tekanan. Uap di dalam sudu turbin tekanannya tetap, sama hanya aliran belok, untuk aliran tanpa gesekan sama dengan , sudut sudu turbin dibuat sama. Pada turbin tekanan sama ini tidak terdapat gaya geser aksial yang besar, tetapi yang bekerja pada turbin hanya sisa gaya geser yang asalnya dari selisih tekanan yang kecil. Untuk kontruksi turbin tekanan sama efisiensi maksimum jika nilai adalah 0,5 (Gambar 2.13). Turbin tekanan lebih, dalam hal ini tekanan uap sebelum masuk sudu
Gambar 2.13 Kurva Ƞ dengan turbin tekanan sama, tanpa memperhatikan kerugian uap
turbin adalah lebih besar daripada tekanan uap sesudah keluar dari sudu turbin, harga pada tekanan lebih adalah 0,5 yang berarti setangah dari jumlah panas jatuh bekerja di dalam nosel dan setengahnya lagi bekerja pada sudu turbin. Besarnya panas jatuh bisa dibagi menjadi yakni panas jatuh di dalam nosel dan yakni panas jatuh di dalam sudu turbin. Tekanan uap pada saat masuk ke dalam sudu turbin adalah lebih besar daripada waktu keluar dari sudu turbin, dengan demikian dalam sudu turbin terdapat tekanan lebih yang mengakibatkan timbulnya gaya geser aksial yang arahnya searah dengan poros turbin. Untuk kontruksi turbin tekanan sama efisiensi maksimum jika nilai adalah 1 (Gambar 2.14).
Gambar 2.14 Kurva Ƞ dengan turbin tekanan lebih, tanpa memperhatikan kerugian uap
Dinamometer merupakan alat pengukur besarnya nilai torsi yang berhubungan dengan tenaga mekanik. Torsi adalah gaya putar yang dihasilkan oleh poros engkol atau kemampuan motor untuk melakukan kerja, tetapi disini torsi merupakan jumlah gaya putar yang diberikan ke suatu mesin terhadap panjang lengannya. Dalam penelitian ini dinamometer yang digunakan adalah jenis dinamometer rem tali (dynamometer rope brake) (Gambar 2.15) yang
tergolong dalam jenis dinamometer mekanis, selain rem tali yang tergolong dalam dinamometer mekanis adalah dinamometer rem jepit (dynamomter prony brake) (Gambar 2.16). Jenis - jenis dinamometer yang lain yakni dinamometer listrik, yang terdiri dari dinamometer arus pusaran (Gambar 2.17) dan dinamometer ayunan listrik atau generator, dinamometer hidraulik atau dinamometer air, yang terdiri dari dinamometer air tipe gesekan fluida (Gambar 2.18) dan dinamometer air tipe semburan (Gambar 2.19), dan yang terakhir dinamometer udara (Gambar 2.20). Pada dinamometer mekanis penyerapan daya dilakukan dengan memberikan gesekan mekanis sehingga timbul panas. Panas ini dipindahkan ke sekeliling (atmosfer) dan kadang - kadang juga didinginkan oleh fluida pendingin yang lain, misalkan air. Dinamometer rem tali, cara kerja dari rem tali terdiri dari
Gambar 2.15 Dinamometer rem tali
tali di sekeliling roda. Ujung tali yang satu dikaitkan pada suatu timbangan digital dan ujung yang satunya lagi diberi beban (Gambar 2.15) penyerapan daya dilakukan oleh tali karena gesekan dengan roda. Dari gambar 2.15, hubungan torsi
dan daya yang dihasilkan turbin impuls dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
(5)
dengan adalah daya (kW), adalah torsi (N.m), adalah putaran (rpm), adalah konstanta (yang tidak bisa diubah - ubah ). Persamaan tersebut berasal dari rumus torsi :
( ) (6)
dengan adalah torsi (N.m), adalah berat beban (kg), adalah bacaan keseimbangan berat beban timbangan (kg), adalah gravitasi (m/s²), dan adalah jari - jari pulley dinamometer (m). Rem tali sangat sederhana dan mudah dibuat, tetapi hanya bisa bekerja pada putaran rendah dengan kapasitas penyerapan daya kecil. Dinamometer jenis mekanis yang lain adalah dinamometer rem jepit.
Gambar 2.16 Dinamometer rem jepit dengan bahan kayu
Dinamometer rem jepit dibuat dalam berbagai model, salah satu diantaranya terlihat dalam Gambar 2.16. Penyerapan daya dilakukan dengan jalan mengatur
gesekan yang terjadi antara balok - balok kayu dengan rotor, dimana pengaturannya dilaksanakan dengan memutar baut pengatur (c). Rem ini terdiri dari balok - balok kayu (e) yang dipasang antara rotor dan sabuk baja (b), sedangkan rotor (a) bekerja pada poros pada dari suatu motor yang tenaganya akan diuji. Tipe rem jepit biasanya digunakan untuk pengukuran daya yang tidak terlalu besar dengan putaran poros maksimum 1.000 rpm. Bila putaran tersebut tinggi, tipe ini harus dikonstruksi dengan sangat hati - hati. Kemudian dinamometer listrik, Pada dasarnya pengereman yang terjadi pada dinamometer listrik akibat pemotongan medan magnet oleh pergerakan bahan konduktor.
Gambar 2.17 Dinamometer arus pusaran
Dinamometer arus pusaran terdiri dari suatu rotor yang digerakkan oleh suatu motor yang tenaganya akan diukur, dan berputar dalam medan magnet. Kekuatan medan magnetnya dikontrol dengan merubah arus sepanjang susunan kumparan yang ditempatkan pada kedua sisi dari rotor. Rotor ini bertindak sebagai konduktor yang memotong medan magnet. Karena pemotongan medan magnet itu maka terjadi arus dan arus ini diinduksikan dalam rotor sehingga rotor menjadi panas. Sedangkan dinamometer ayunan listrik atau generator, pada prinsipnya
bidang gerak dinamometer ini diputarkan secara terpisah baik dengan mengutamakan pipa - pipa saluran utama atau baterai yang mempertahankan suatu tegangan yang konstan. Seluruh mesin ditumpu dengan laher, casing menahan sebuah lengan torsi untuk menjadikan seimbang torsi mesin. Torsi mesin disebarkan pada casing oleh daya tarik medan magnet, yang dihasilkan ketika jangkar sedang berputar dan mengeluarkan tenaga listriknya pada aliran sebelah luar dinamometer. Tenaga mesin yang diserap akan membangkitkan tenaga listrik di dalam rangkaian jangkar dan pada saatnya tenaga listrik ini bisa terserap sepanjang tahanan yang terbuat dari kawat baja atau semacamnya (misal air). Dinamometer dipasang pada bantalan ayun dan mengukur momen yang ditimbulkan karena kecenderungan casing berputar. Perhitungan selanjutnya dapat dihitung memakai rumus seperti dinamometer sebelumnya. Selanjutnya adalah dinamometer hidraulik atau dinamometer air, dinamometer hidraulik menggunakan fluida cair untuk mengubah daya mekanis menjadi energi panas. Fluida yang digunakan biasanya air sehingga dinamometer ini sering disebut dinamometer air. Dinamometer air tipe gesekan fluida pada dasarnya dnamometer
Ini terdiri dari sebuah rotor atau elemen putar dengan kedua belah permukaannya rata, berputar dalam sebuah casing, kemudian casing tersebut diisi dengan air selanjutnya air fluidanya disirkulasi secara kontinu. Akibat sirkulasi air tersebut terjadi pergesekan pada bagian fluidanya. Dinamometer ini bisa bekerja pada kecepatan beberapa ribu rpm dengan penyerapan daya yang lebih besar bila dibandingkan dengan tipe dinamometer sebelumnya. Kapasitas dinamometer jenis ini tergantung pada 2 faktor yaitu kecepatan putaran poros dan tinggi permukaan air. Penyerapan pada kecepatan tertentu bisa dilakukan dengan pengaturan tinggi permukaan air pada atau dalam casing. Jumlah air yang bersikulasi harus cukup banyak agar tidak sampai terjadi uap dibagian manapun dari alat, karena dengan timbulnya uap tersebut akan mengakibatkan hilangnya beban sesaat ataupun tidak. Dinamometer jenis air yang lain adalah dinamometer air tipe semburan (agitasi).
Gambar 2.19 Dinamometer air tipe semburan
Bentuk dari dinamometer tipe semburan hampir sama dengan bentuk dinamometer tipe gesekan fluida, tetapi ada perbedaan diantara kedua bentuk tersebut yaitu terletak pada cara penyerapan daya. Selain dengan gesekan juga karena semburan, sehingga dinamometer tipe semburan relatif lebih besar,
penampang melintang (Gambar 2.19). Dinamometer tipe semburan terdiri dari sebuah poros yang memegang sebuah rotor dan berputar di dalam casing yang tidak bisa dimasuki air. Bila rotor digerakan, air disemburkan keluar oleh tenaga sentrifugal, air yang disemburkan itu ditahan oleh poket - poket casing dan poket - poket casing ini berfungsi untuk mengembalikan air ke rotor, sehingga air terus bolak - balik antara poket rotor dan poket casing. Hal ini merupakan proses turbulensi yang tinggi yang terus terjadi berulang - ulang. Akibat proses turbulensi maka akan terjadi panas, tetapi panas ini dapat dihilangkan dengan jalan mengatur luapan air yang terus menerus mengisi bagian belakang poket - poket casing dengan sebuah pipa karet yang fleksibel, selanjutnya air tidak boleh melebihi 600C rata - rata pengukuran adalah 50 - 100.000 Hp dan bekerja pada kecepatan 50 - 20.000 rpm. Kemudian yang terakhir adalah dinamometer jenis udara. Untuk menyerap daya yang diukur, dinamometer rem kipas menggunakan udara atmosfer. Penyerapan daya yang terjadi karena gesekan yang timbul antara udara dengan sebuah rotor berupa kipas yang berputar. Dinamometer rem kipas dibuat dalam banyak model (Gambar 2.20). Pengaturan bebannya dilakukan dengan
merubah radius kipas, ukuran atau sudut kipas. Dengan memasang mesin pada bantalan ayun, maka reaksi mesin yang timbul karena gesekan yang terjadi antara rotor dengan udara akan terbaca pada skala.
Secara umum, efisiensi didefinisikan sebagai perbadingan antara output terhadap input dalam suatu proses. Efisiensi merupakan salah satu persamaan yang penting dalam termodinamika untuk mengetahui seberapa baik konversi energi atau proses transfer terjadi. Idealnya, kita mengharapkan agar energi input dapat diubah seluruhnya menjadi energi output. Pada kenyataannya, hal ini tidak mungkin dapat dilaksanakan karena adanya berbagai kerugian yang terjadi. Akibat kerugian - kerugian tersebut, maka energi output yang dihasilkan selalu lebih kecil dari energi input yang masuk ke sistem. Dalam konteks efisiensi maka
output maupun input harus dinyatakan dalam besaran yang sama seperti rumus
sebagai berikut :
(7)
2.2 Penelitian Terdahulu yang Pernah Dilakukan
Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan, faktor - faktor yang mempengaruhi efisiensi model alat turbin uap impuls diantaranya pengaruh beban yang bervariasi, pada kondisi normal turbin memiliki unjuk kerja yang baik pada beban operasi puncak 400 MW atau lebih, dimana pada beban tersebut konsumsi kalor turbin atau heat rate turbin cukup rendah berkisar antara 1833,278 – 1871,901 Kcal/kWh. Heat rate tertinggi terjadi bila turbin dioperasikan pada
beban rendah 260 MW dengan nilai heat rate mencapai 1958,554 Kcal/kWh (Soelaima, Sofyan, Novy Priyatnto, 2012). Ukuran diameter nosel berpengaruh terhadap besarnya debit aliran fluida, kecepatan fluida, laju aliran fluida dan putaran sudu turbin sehingga semakin besar pula input daya listrik yang akan dihasilkan dari turbin pelton (Dr. Sri Purnomo Sari, ST., M.T., Rendi Yusuf, 2012). Pengaruh tekanan uap masuk turbin dan variasi pembebanan terhadap unjuk kerja turbin menunjukan semakin tinggi tekanan masuk turbin dengan beban tetap maka efisiensi turbin akan semakin baik dan semakin tinggi pembebanan pada generator pada tekanan yang sama maka efisiensi turbin akan semakin baik (Dwi Dharma Risqiawan, Ary Bachtiar Khrisna Putra, 2013). Pengaruh ukuran diameter nosel terhadap daya dan efisiensi kincir air menunjukan semakin besar ukuran nosel maka daya yang dihasilkan oleh kincir semakin kecil, daya menurun disebabkan energi kinetik yang dihasilkan air semakin menurun, hal itu disebabkan energi yang diterima kincir pun tidak semuanya dapat digunakan dengan maksimal (Hangga Putra Prabawa, Mugisidi, Moh. Yusuf, dan Oktarina Heriyani, 2016). Pengujian turbin pelton dengan sudu setengah pipa menunjukan bahwa penggunaan diameter turbin yang semakin besar dan daya hidrolik yang makin besar memberikan efisiensi lebih tinggi (Tabah Priangkoso, Ali Mustaqim, Heriyanto, dan Asyadudin Malik, 2017). Pengaruh variasi ukuran nosel terhadap putaran turbin pelton menunjukan semakin besar diameter nosel maka laju aliran fluida yang dihasilkan akan semakin besar tetapi kecepatan aliran fluida semakin kecil (M. Syamsul Arif, Margianto, Ena Marlina, 2016).
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian
Tahapan untuk mencapai tujuan tersebut dapat dilihat berikut :
Variasi belum selesai
Studi literatur dan perancangan alat
Pengujian dan perbaikan model alat Pembuatan alat
Melakukan variasi :
a. Tekanan uap masuk turbin b. Laju alir massa uap masuk turbin c. Sudut nosel uap masuk turbin
Penyusunan data penelitian
Pengolahan data penelitian
Analisis, pembahasan, Kesimpulan dan saran
Penelitian selesai
Pengambilan dan analisis data eksperimen Penelitian dimulai
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen yang didahului dengan studi literatur dari jurnal mengenai penelitian turbin uap atau pun air jenis impuls yang pernah dilakukan. Studi literatur tentang teori - teori dasar dilakukan untuk mendukung hipotesis dan analisis data yang akan dilakukan. Penelitian ini diawali dengan membuat model alat turbin uap impuls beserta komponen pendukung lainya. Langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian dari alat tersebut untuk mengetahui kesalahan yang terjadi dan melakukan perbaikan. Setelah langkah pengujian selesai selanjutnya adalah pengambilan data. Setelah pengambilan data selesai selanjutnya adalah melakukan pengolahan dan analisis data yang kemudian disusun untuk menjadi artikel ilmiah dan naskah skripsi.
3.2 Deskripsi Alat Penelitian
Pembuatan model alat turbin uap impuls berdasarkan dasar teori, alat ini dirancang sebagai alat uji skala laboraturium, yang berarti penggunaan alat hanya bertujuan untuk penelitian dan pengambilan data. Adapun deskripsi mengenai model alat turbin uap impuls adalah sebagai berikut :
1. Besar model alat turbin uap impuls keseluruhan 150 cm x 50 cm x 150 cm 2. Bahan bakar yang digunakan adalah gas LPG 12 kg.
3. Tabung ketel uap yang digunakan adalah tabung refrigerant R22, dengan kapasitas air maksimal 12 liter. Pipa tembaga pada ketel uap yang digunakan berdiamter 0,5 inci, dengan panjang 1000 cm.
4. Orifice yang digunakan berbahan pipa tembaga dengan diameter 0,5 inci, panjang keseluruhan 10 cm.
5. Nosel yang digunakan berdiameter 0,25 inci.
6. Turbin yang digunakan berbahan plat besi dengan tebal 2 cm, diameter 27 cm. Sudu yang digunakan sebanyak 65 buah dengan lebar 2 cm, jarak antar sudu adalah 1,3 cm.
7. Dinamometer rem tali menggunakan pulley berbahan besi cor dengan diameter luar 4 cm. Tali yang digunakan berbahan polyester dengan panjang 150 cm.
3.3 Variasi Penelitian
Dalam dasar teori telah disebutkan bahwa daya merupakan salah satu unjuk kerja yang dihasilkan alat. Daya diantaranya dipengaruhi oleh tekanan uap masuk turbin, laju alir massa uap masuk turbin, sudut nosel uap masuk turbin, torsi dan rpm. Untuk mengetahui unjuk kerja (efisiensi dan daya) pada penelitian ini akan divariasikan tekanan uap masuk turbin, laju alir massa uap masuk turbin dengan bukaan kran, dan sudut nosel uap masuk turbin guna mengetahui efeknya terhadap unjuk kerja yang didapatkan. Kenyataan di lapangan tekanan uap dan laju alir massa uapnya tidak stabil, sehingga nilai tersebut pada pengambilan data merupakan nilai rata - rata.
Berikut adalah variasi yang akan dilakukan untuk mengetahui efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja, tekanan uap masuk turbin yang diberikan sebesar 250.000 Pa (variasi 1), 300.000 Pa (variasi 2), dan 400.000 Pa (variasi 3). Variasi efek laju alir massa uap masuk turbin, diberikan laju alir massa uap masuk turbin sebesar 0,0020 kg/detik dengan bukaan kran 180° (variasi 4) dan 0,0030 kg/detik dengan bukaan kran 360° (variasi 5). Variasi efek sudut nosel uap masuk turbin, diatur besar sudut nosel uap masuk turbin sebesar 30° (variasi 6) dan 40° (variasi 7). Kemudian pada setiap variasi yang dilakukan diberikan variasi pembebanan pada dinamometer rem tali dengan variasi beban yakni 0,3 kg, 0,4 kg, 0,5 kg. Dalam pelaksanaan pengambilan data, kombinasi variasi dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :
Tabel 3.1 Kombinasi variasi pada model alat turbin uap impuls
3.4 Prosedur Penelitian
Tahapan pada penelitian ini meliputi :
1. Menyiapkan turbin uap impuls dan ketel uap beserta alat bantu lainya. 2. Mengisi dan memanaskan air sebanyak 2,5 liter pada tabung ketel uap. 3. Mempersiapkan beban yakni 0,3 kg, 0,4 kg, 0,5 kg.
4. Melakukan variasi 1, 2, dan 3 alat.
5. Mencatat variabel - variabel pengukuran.
6. Melakukan pengisian air ke dalam ketel uap sebanyak 1,5 liter. 7. Mempersiapkan beban yakni 0,3 kg, 0,4 kg, 0,5 kg.
8. Melakukan variasi 4 dan 5 alat.
9. Mencatat variabel - variabel pengukuran. 10. Melakukan pengulangan langkah (6 dan 7). 11. Melakukan variasi 6 dan 7 alat.
12. Mencatat variabel - variabel pengukuran.
Tekanan uap (Pa) 250.000 250.000 250.000 300.000 300.000 300.000 400.000 400.000 400.000 Variasi beban (kg) 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 Laju alir massa uap (kg/detik) 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026
Sudut nosel (°) 20 20 20 20 20 20 20 20 20
Laju alir massa uap (kg/detik) 0,0020 0,0020 0,0020 0,0026 0,0026 0,0026 0,0030 0,0030 0,0030 Variasi beban (kg) 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 Tekanan uap (Pa) 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000
Sudut nosel (°) 20 20 20 20 20 20 20 20 20
Sudut nosel (°) 20 20 20 30 30 30 40 40 40
Variasi beban (kg) 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 Tekanan uap (Pa) 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 Laju alir massa uap (kg/detik) 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026 0,0026
Kombinasi variasi Variasi tekanan uap masuk turbin
1 2 3 Kombinasi variasi 6 7 Kombinasi variasi 4 2 5 2
Variasi laju alir massa uap masuk turbin
13. Melakukan analisis data menggunakan persamaan dan tabel uap A-6. 14. Pengambilan data setiap variasi dilakukan selama 5 detik.
3.5 Variabel yang Diukur
Dalam pengambilan data secara eksperimen, beberapa variabel yang digunakan akan diukur dan dianalisis. Variabel yang diukur adalah tekanan pada
upstream orifice ( ), tekanan pada downstream ( ), tekanan uap masuk turbin
( ), tekanan uap keluar turbin ( ), suhu uap masuk turbin ( ), suhu uap keluar turbin ( ), putaran poros turbin ( ), dan beban pada dinamometer rem
tali ( ).
3.6 Komponen Alat Pendukung Penelitian
Alat-alat yang digunakan merupakan alat yang telah dipilih dan disesuiakan dengan kebutuhan dan kondisi pengujian. Berikut adalah alat - alat pendukung yang digunakan :
1. Timbangan gantung digital (Gambar 3.2) memiliki akurasi yang tinggi yakni sampai dengan 10 gram sehingga sangat baik untuk mengukur berat bersih suatu benda. Meskipun kecil timbangan ini dapat menghitung beban sampai 40 kg, timbangan ini juga memiliki fitur weight lock
function sehingga dapat menyimpan berat benda yang sudah ditimbang
Gambar 3.2 Timbangan gantung digital
https://www.google.com/search?=timbangan+digital+gantung
2. Tachometer (Gambar 3.3) sebuah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran dari poros atau piringan, alat ini biasanya menampilkan rotasi per menit (rpm) pada pengukur skala digital.
Gambar 3.3 Tachometer optik
https://www.google.com/search?safe=tachometergs_limg.1
3. Termokopel (Gambar 3.4) berfungsi untuk mengukur perubahan suhu pada saat penelitian. Cara kerjanya adalah pada ujung termokopel
diletakan (ditempelkan) pada bagian yang akan diukur suhunya, sehingga suhunya akan tampil pada layar digital.
Gambar 3.4 Pengukur suhu (thermometer) digital dan termokopel
https://www.google.com/search?q=termometer+digital+dan+termokopel
4. Pressure gauge (Gambar 3.5) adalah suatu alat pengukur yang digunakan untuk mengukur tekanan fluida (gas atau cair) dengan pengamatan langsung. Pressure gauge dipasang dalam tabung tertutup maupun untuk udara atau gas dalam pipa.
Gambar 3.5 Pressure gauge
3.7 Prosedur Pengolahan Data
Dalam prosedur pengolahan data pada penelitian ini dilakukan 3 analisis sebagai berikut :
1. Efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja, maka dilakukan perbandingan unjuk kerja model alat turbin uap impuls pada variasi 1, 2, dan 3
2. Efek laju alir massa uap masuk turbin terhadap unjuk kerja, maka dilakukan perbandingan unjuk kerja model alat turbin uap impuls pada variasi 4, 2, dan 5.
3. Efek sudut nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja, maka dilakukan perbandingan unjuk kerja model alat turbin uap impuls pada variasi 2, 6, dan 7.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian
Pada penelitian ini akan dipaparkan hasil dari pengambilan data yang telah dilakukan. Pengambilan data dilakukan selama 5 detik sekali dan mengisi air sebanyak 1,5 liter ke dalam ketel uap setiap 3 kali pengambilan data. Berikut data penelitian yang diperoleh (Tabel 4.1 – 4.3).
Tabel 4.1 Data penelitian efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 1, 2, dan 3
variasi (kg) (Pa) (Pa) (Pa) (Pa) (°C) (°C) (rpm) (kg) 1 0,3 189.632 168.948 168.948 100.000 140 120 1.005 0,61 0,4 189.632 168.948 168.948 100.000 128 108 989 0,75 0,5 182.737 162.053 162.053 100.000 121 101 704 1,11 2 0,3 231.000 210.316 210.316 100.000 142 122 1.531 0,64 0,4 224.106 203.421 203.421 100.000 132 112 1.200 0,85 0,5 224.106 203.421 203.421 100.000 125 105 808 1,19 3 0,3 244.790 224.106 224.106 100.000 145 125 1.643 0,75 0,4 237.895 217.211 217.211 100.000 138 118 1.495 0,91 0,5 244.790 224.106 224.106 100.000 131 111 1.010 1,27 Tabel 4.2 Data penelitian efek laju alir massa uap masuk turbin terhadap unjuk
kerja pada variasi 4, 2, dan 5
variasi (kg) (Pa) (Pa) (Pa) (Pa) (°C) (°C) (rpm) (kg) 4 0,3 210.316 196.527 196.527 100.000 179 159 1.105 0,60 0,4 203.421 189.632 189.632 100.000 170 150 820 0,84 0,5 210.316 196.527 196.527 100.000 158 138 627 1,14 2 0,3 231.000 210.316 210.316 100.000 142 122 1.531 0,64 0,4 224.106 203.421 203.421 100.000 132 112 1.200 0,85 0,5 224.106 203.421 203.421 100.000 125 105 808 1,19
variasi (kg) (Pa) (Pa) (Pa) (Pa) (°C) (°C) (rpm) (kg) 5 0,3 258.579 231.000 231.000 100.000 192 172 1.988 0,65 0,4 258.579 231.000 231.000 100.000 182 162 1.358 0,92 0,5 251.685 224.106 224.106 100.000 165 145 1.000 1,20 Tabel 4.3 Data penelitian efek sudut uap nosel uap masuk turbin terhadap unjuk
kerja pada variasi 2, 6, dan 7 variasi (kg) (Pa) (Pa) (Pa) (Pa) (°C) (°C) (rpm) (kg) 2 0,3 231.000 210.316 210.316 100.000 142 122 1.531 0,64 0,4 224.106 203.421 203.421 100.000 132 112 1.200 0,85 0,5 224.106 203.421 203.421 100.000 125 105 808 1,19 6 0,3 231.000 210.316 210.316 100.000 142 122 925 0,59 0,4 231.000 210.316 210.316 100.000 137 117 655 0,84 0,5 224.106 203.421 203.421 100.000 131 111 511 1,12 7 0,3 231.000 210.316 210.316 100.000 141 121 805 0,58 0,4 224.106 203.421 203.421 100.000 135 115 630 0,81 0,5 224.106 203.421 203.421 100.000 131 111 405 1,08 4.2 Data , , ,
Tabel 4.1 hingga 4.3 merupakan nilai yang didapat dari data penelitian. Pada variasi 2, 6, dan 7, terdapat nilai segitiga kecepatan (Tabel 4.7) yang hubunganya dengan efek sudut nosel uap masuk turbin.
Tabel 4.4 Data model alat turbin uap impuls efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 1, 2, dan 3
variasi (kg) (Pa) (kg/m³) (kg/detik) (kj/kg) (kj/kg) (watt) 1 0,3 20.684 0,9170 0,0024 2.750,7 2.716,6 80,4 0,4 20.684 0,9469 0,0024 2.725,8 2.692,2 80,5 0,5 20.684 0,9195 0,0024 2.711,9 2.677,9 80,3
variasi (kg) (Pa) (kg/m³) (kg/detik) (kj/kg) (kj/kg) (watt) 2 0,3 20.684 1,1071 0,0026 2.751,8 2.720,6 80,8 0,4 20.684 1,1373 0,0026 2.730,7 2.700,4 79,5 0,5 20.684 1,1138 0,0026 2.716,6 2.686,1 79,2 3 0,3 20.684 1,1631 0,0027 2.757,1 2.726,7 80,7 0,4 20.684 1,1409 0,0026 2.743,1 2.712,6 80,2 0,5 20.684 1,2304 0,0027 2.727,0 2.698,3 78,4 Tabel 4.5 Data model alat turbin uap impuls efek laju alir massa uap masuk turbin
terhadap unjuk kerja pada variasi 4, 2, dan 5 variasi (kg) (Pa) (kg/m³) (kg/detik) (kj/kg) (kj/kg) (watt) 4 0,3 13.790 0,9511 0,0020 2.826,6 2.794,4 63,1 0,4 13.790 0,8911 0,0019 2.811,3 2.776,6 65,8 0,5 13.790 0,9796 0,0020 2.786,1 2.752,7 66,4 2 0,3 20.684 1,1071 0,0026 2.751,8 2.720,6 80,8 0,4 20.684 1,1373 0,0026 2.730,7 2.700,4 79,5 0,5 20.684 1,1138 0,0026 2.716,6 2.686,1 79,2 5 0,3 27.579 1,0759 0,0029 2.853,2 2.820,2 97,3 0,4 27.579 1,1009 0,0030 2.832,8 2.800,4 96,6 0,5 27.579 1,1175 0,0030 2.798,6 2.766,7 95,8 Tabel 4.6 Data model alat turbin uap impuls efek sudut uap nosel uap masuk
turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 2, 6, dan 7 variasi (kg) (Pa) (kg/m³) (kg/detik) (kj/kg) (kj/kg) (watt) 2 0,3 20.684 1,1071 0,0026 2.751,8 2.720,6 80,8 0,4 20.684 1,1373 0,0026 2.730,7 2.700,4 79,5 0,5 20.684 1,1138 0,0026 2.716,6 2.686,1 79,2 6 0,3 20.684 1,1071 0,0026 2.751,8 2.720,6 80,8 0,4 20.684 1,1292 0,0026 2.741,3 2.710,5 80,6 0,5 20.684 1,1180 0,0026 2.729,0 2.698,3 79,9 7 0,3 20.684 1,0882 0,0026 2.750,0 2.718,1 81,8 0,4 20.684 1,1946 0,0027 2.736,0 2.706,5 79,4 0,5 20.684 1,1180 0,0026 2.729,0 2.698,3 79,8
Tabel 4.7 Data segitiga kecepatan model alat turbin uap impuls efek sudut uap nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 2, 6, dan 7
4.3 Hasil unjuk kerja
Perhitungan unjuk kerja variasi 2, 6, 7 (sudut nosel uap masuk turbin) dianalisis menggunakan segitiga kecepatan. Berikut tabel hasil perhitungan unjuk kerja pada model alat turbin uap impuls.
Tabel 4.8 Data efek tekanan uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 1, 2, dan 3 variasi (kg) (Nm) (watt) (%) 1 0,3 0,061 6,4 8,0 0,4 0,069 7,1 8,8 0,5 0,119 8,8 10,9 2 0,3 0,067 10,7 13,2 0,4 0,087 11,0 13,8 0,5 0,134 11,4 14,4 3 0,3 0,088 15,2 18,8 0,4 0,100 15,7 19,5 0,5 0,151 16,0 20,4 0.3 20 24.35 30.89 24.35 1.1071 0.004121 117.6 21.6 97.6 97.6 78.4 110.5 67.2 0.4 20 23.42 28.14 23.42 1.1373 0.004066 113.0 16.9 97.2 97.2 81.9 106.1 72.2 0.5 20 22.11 24.70 22.11 1.1138 0.004109 116.5 11.4 105.9 105.9 95.4 109.5 86.7 0.3 30 33.52 37.84 33.52 1.1071 0.004121 117.6 13.1 106.5 106.5 95.9 101.8 75.7 0.4 30 32.50 35.39 32.50 1.1292 0.004081 114.2 9.3 106.3 106.3 98.6 98.9 80.4 0.5 30 31.89 34.00 31.89 1.1180 0.004101 115.9 7.2 109.7 109.7 103.6 100.4 85.9 0.3 40 43.74 48.06 43.74 1.0882 0.004157 120.7 11.4 112.2 112.2 104.3 92.4 69.7 0.4 40 43.34 47.15 43.34 1.1946 0.003967 104.9 8.9 98.3 98.3 92.0 80.4 62.6 0.5 40 41.89 43.93 41.89 1.1180 0.004101 115.9 5.7 111.6 111.6 107.4 88.8 77.3 2 (°) Q (m³/detik) 2 6 7 W1 (m/detik) W2 (m/detik) C2 (m/detik) C1u (m/detik) C2u (m/detik) U1 (m/detik) C1 (m/detik) ρ (kg/m³) variasi w (kg) α1 (°) 1 (°) α2 (°)
Tabel 4.9 Data efek laju alir massa uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 4, 2, dan 5
variasi (kg) (Nm) (watt) (%) 4 0,3 0,058 6,7 10,6 0,4 0,085 7,3 11,1 0,5 0,125 8,2 12,3 2 0,3 0,067 10,7 13,2 0,4 0,087 11,0 13,8 0,5 0,134 11,4 14,4 5 0,3 0,069 14,3 14,7 0,4 0,102 14,5 15,0 0,5 0,137 14,4 15,0
Tabel 4.10 Data efek sudut nosel uap masuk turbin terhadap unjuk kerja pada variasi 2, 6, dan 7
variasi (kg) (N) (Nm) (watt) (%) 2 0,3 0,460 0,067 10,7 13,2 0,4 0,468 0,087 11,0 13,8 0,5 0,509 0,134 11,4 14,4 6 0,3 0,459 0,057 5,5 6,8 0,4 0,468 0,085 5,9 7,3 0,5 0,484 0,121 6,5 8,1 7 0,3 0,416 0,055 4,6 5,7 0,4 0,384 0,080 5,2 6,6 0,5 0,432 0,114 4,8 6,0
Dari tabel (Tabel 4.8, 4.9, dan 4.10) maka dapat dilihat hasil unjuk kerja tiap variasi. Pembahasan dibuat berdasarkan tiga parameter yang telah disebutkan pada subbab 3 (Variasi Penelitian). Berikut analisis tiap variasi yang telah dilakukan.
4.4 Efek tekanan uap masuk turbin
Perbandingan dilakukan pada variasi 1, 2, dan 3 untuk mengetahui unjuk kerja turbin yang terbaik. Gambar 4.1 menunjukan efisiensi ( ) tertinggi ada pada variasi 3 (pada semua variasi beban) sebesar 18,8 % pada variasi beban 0,3kg, 19,5 % pada variasi beban 0,4kg, 20,4 % pada variasi beban 0,5kg. Efisiensi terendah pada variasi 1 (pada semua variasi beban) sebesar 8 % pada variasi beban 0,3kg, 8,8 % pada variasi beban 0,4kg, 10,9 % pada variasi beban 0,5kg. Variasi 2 memiliki efisiensi sebesar 13,2 % pada variasi beban 0,3kg, 13,8 % pada variasi beban 0,4kg, 14,4 % pada variasi beban 0,5kg. Nilai efisiensi yang tertinggi akan menunjukan variasi yang paling baik.
Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi efek tekanan uap masuk turbin pada variasi 1, 2 , dan 3
Gambar 4.2 Menunjukan hasil daya output ( ) tertinggi ada pada variasi 3
(pada semua variasi beban) sebesar 15,2 watt pada variasi beban 0,3kg, 15,7 watt 8.0 8.8 10.9 13.2 13.8 14.4 18.8 19.5 20.4 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 Ƞ ( % ) 1 2 3 Variasi
