JENIS–JENIS TURBIN UAP

BAB –II

JENIS–JENIS TURBIN UAP

Turbin uap dikelompokkan kepada :

a. Turbin Aksi (tekanan roda) adalah turbin bila tekanan uap didepan dan dibelakang sudu jalan sama besarnya. Tekanan uap tersebut sama besarnya kedua bentuk dr penampang sudu jalan tersebut setangkup (symentris).

b. Turbin Reaksi (tekanan lebih) adalah turbin bila tekanan uap

didepan dan dibelakang sudu jalan tidak sama besarnya

atau tekanan uap didepan sudu jalan lebih besar dr pd

dibelakang sudu jalan. Hal tersebut juga terjadi karena

pengaruh bentuk penampang sudu jalan yg tdk setangkup

(asymentris)

1. Bentuk Sudu Jalan

a. Bentuk symentris (setangkup) ialah bila sudut jalan sisi masuk (<β

₁

) sama besar dengan sudut sudu jalan sisi keluar (<β

₂

) bentuk sudu jalan ini dijumpai pada turbin aksi.

β₁ β₂

PENAMPANG SUDU

DADA SUDU

< β₁= < β₂

b. Bentuk asymentris (tidak setangkup) ialah bila sudu jalan sisi masuk (<β

₁

) tidak sama besar dengan sudut jalan sisi keluar (<β

₂

) atau bentuk sudu jalan ini dijumpai pada turbin Reaksi.

< β₁ ≠ < β₂

β₁

β₂

PENAMPANG SUDU

DADA SUDU

< β₁ > < β₂

2. Karakteristik Turbin Aksi dan Reaksi

a. Turbin aksi (contohnya : de laval, curtis, zolley dan curtis-zolley)

• Saat uap mengalir dipancar tekanan uap berkurang sedangkan saat mengalir di sudu jalan sama besarnya (tetap).

• Saat mengalir di pipa pancar kecepatannya uap bertambah, saat mengalir di sudu jalan berkurang.

• Bentuk sudu symentris (setangkup).

• Usaha yg ditimbulkan didapat dari gaya-gaya aksi yg bekerja pd sudu jalan yg melengkung.

b. Turbin reaksi (contohnya : Person dan Curtis-Person)

• Saat mengalir di sudu antar tekanan uap berkurang dan di sudu jalan juga berkurang.

• Saat mengalir di sudu antar kecepatan uap bertambah dan di sudu jalan berkurang.

• Bentuk sudu jalan adalah asymentris (tidak setangkup).

• Usaha yg ditimbulkan didapat dr gaya-gaya aksi dan gaya reaksi yg bekerja pd sudu jalan yg melengkung.

3. Bagian utama Turbin Uap adalah : Pipa pancar sudu jalan rotor dan sudu balik.

a. Pipa Pancar :

1. Fungsinya :

• Pengubah aliran uap masuk ke sudu jalan supaya supply uap betul-betul efektif.

• Perobah tenaga panas menjadi tenaga

kecepatan uap (rumus zeuner).

2. Bentuk Piapa-pancar Turbin Uap :

• Btk Lurus

• Btk cembung (convergency)

• Btk cekung (disverygency)

• Btk cembung-cekung(convergency –disverygency)

Uap masuk Uap keluar

Uap masuk Uap keluar

Uap masuk Uap keluar

Uap masuk Uap keluar

Gambar. 4 Bentuk -bentuk Pipa Pancar

A = 0.785 D

²

Gu.

^④

= A.c

Dimana :

Gu = pemakaian uap dalam kg/detik

④

= volume jenis uap dalam m

³

/kg

A = penampang pipa pancar dalam m

²

c = kecepatan uap yang mengalir dalam m/detik D = diameter pipa pancar dalam m

H

₁

= Entalpi uap keluar pipa pancar dlm kcal/kg atau kj/kg H

₂

= Entalpi uap keluar pipa pancar dlm kcal/kg atau kj/kg

3. Rumus Kontiniutas

Rumus kontiniutas tersebut berlaku pada pipa pancar dipenampang sisi masuk, penampang sisi keluar dan penampang kritis (ditengah-tengah)

• Penampang sisi masuk,

• Penampang sisi keluar,

• Penampang tengah,

Gu₁. ^④₁= 0,785 D₁². C₁

Gu₁. ^④₁= 0,785 D₁². C₁ dimana C₂= C₁+ 44,7 √H₁–H₂

Gu₃ . ^④₃= 0,785 D₃². C₃ dimana C₃= C₁+ 44,7 √ H₁–H₂

2

Penampang pipa pancar

4. Rumus Zeuner (menggunakan Satuan International) Energi kinetis =

Energi kinetis = Gu. Ho .. (kj) = Gu.Ho ...(kcal) = Gu.Ho.427 (kgm)... ②

4,187 4,187

Jadi ^① dan ^② maka :

Gu . C₁²= Gu.Ho.427 2g 4,187

G_u C₁² (kgm) .... ^① 2g

4,187. C₁²= 2g. Ho. 427

4,187. C₁²= 2.9,81. Ho. 427 C₁²= 2.9,81. Ho. 427

4,187

C₁=

√

2.9,81.427.Ho 4,187

√

2000,8932 Ho

C₁= 44,7

√

^{Ho Dimana : C1} = Kecepatan mutlak masuk pipa pancar (m/detik) H_o = Jatuh kalor theoritis (kj/kg uap)

b. Sudu Jalan

• Sudu jalan adalah bagian-bagian utama turbin yg bergerak, sudu jalan berhubungan dgn Roda jalan utk memutar poros turbin.

• Fungsi sudu jalan utk menampung uap menggerakkan Roda jalan.

• Bentuk sudu jalan dikelompokkan kpd sudu

symentris pd turbin aksi dan sudu asymentris pd turbin reaksi.

• Bagian-bagian sudu jalan adalah dada sudu

punggung sudu, lebar sudu dan jarak antar sudu

(tusuk).

Skets sederhana dari sudu jalan symentris pada turbin aksi Punggung sudu

Symetris : < β

₁

= < β

₂

β₁ β₂

β₁ β₂

A

A

B

B

< β

₁

= Sudut sudu Jalan sisi masuk.

< β

₂

= Sudut sudu jalan sisi keluar

Gambar. 5 Lebar sudu

J

A R A K

S U D U

Punggung sudu Dada sudu

1. Kecepata - kecepatan Uap dan segi tiga kecepatan Pd saat sudu jalan berputar, sekali gas secara serentak terdapat 3 (tiga) kecepatan yg terjadi disekitar sudu jalan tersebut aitu :

• Kecepatan mutlak ialah kecepatan uap terhadap bidang diam (uap mengalir didlm pipa pancar)

• Kecepatan Relay ialah kecepatan uap terhadap bidang bergerak (uap memutar sudu jalan)

• Kecepatan keliling ialah kecepatan berputarnya

sudu jalan selanjutnya ke 3 (tiga) kecepatan

tersebut membentuk segi

 Tiga kecepatan, dimana terdapat 2 (dua) segi tiga yg terjadi yaitu pd sisi masuk dan sisi keluar dr sudu jalan.

 Sedangkan sudut pancaran uap (sudut uap) adalah sudut yg dibentuk kecepatan mutar C

₁

dengan kecepatan keliling U.

 Sudut sudu jalan β adalah sudut yg dibentuk

kecepatan relatif w

₁

dgn kecepatan keliling U.

Segi kecepatan tersebut seperti skets dibawah ini

< β₁= < β₂

β₁

β₁

α

U

U _C ^w1

1

U

U C₂

w₂

Lebar sudu

Punggung sudu

Dada sudu

∆ kecepatan keluar

∆ kecepatan masuk

Keterangan gambar segitiga masuk dan keluar sudu jalan

Sisi masuk:

W₁ = kecepatan masuk relatif sisi masuk menyinggung pungung sudu.

U = kecepatan keliling sisi masuk tegak lurus penampang sudu.

C₁ = kecepatan mutlak sisi masuk.

α = sudut pemanas uap dibentuk antara kecepatan mutlak C₁dengan U.

β₁ = sudut sudu jalan sisi masuk dibentuk antara kecepatan relatif W₁ dgn U.

arah panah : - C₁ dan U saling anak panah bertemu atau saling tutup menutup).

arah panah : - W₁ kearah U.

Sisi keluar:

W₂ = kecepatan relatif sisi keluar menyinggung punnggung sudu U = kecepatan keliling sisi keluar tagak lurus penampang sudu C₂ = kecepatan mutlak sisi keluar

Dalam menyelesaikan soal-soal turbin, ∆ kecepatan sisi masuk dan sisi keluar di gabung dalam satu ∆ kecepatan saja.

Segi tiga kecepatan turbin kerja kerja biasa

Bila turbin biasa, maka segi tiga kecepatannya adalah segitiga tumpul dimana besar sisi-sisi segi tiga dapat dihitung dengan cara analisi (dihitung)

∆ masuk

∆ keluar C₁

C₂

W¹=W²

U U

α

β₂ α

   

 ² ₁

2 1 2

2

1 2 2

1 2

1

O 1

C 2U 2

2U C

C

COSINUS RUMUS

α COS C

U 2 U

C W

H 91,5

C



























Arah panah :

C₁ dan U arah panahnya saling bertemu (tutup menutup) W₁ dan W₂ arah panahnya kearah U

C₂ dan U arah panahnya saling bertemu

Atau sisi-sisi segi tiga kecepatan didapat dr cara grafis (dgn skala) artinya besar kecepatan-kecepatan tersebut digambar dgn skala kecepatan yg ditentukan sendiri.

• Rendemen aliran kerja biasa dgn kecepatan-kecepatan cara grafis

• Rendemen aliran adalah perbandingan usaha yg berguna disudu jalan terhadap usaha yg diberikan, dpt ditulis :

berguna yg

usaha A

A

terbuang yg

usaha A

diberikan yg

usaha A

: dimana A

A η A

2 1

2 1 1

2 1

S







 



   

   

44,7 X Hu C

Ho Hu η Ho

mdet pancar

pipa keluar

uap mutlak

Kecepatan C

mdet pancar

pipa masuk

uap mutlak

Kecepatan C

dalam%

aliran rendemen

η : dimana

C C atauη C

C 2 m

1

C C

2 m 1 η

2 2 S

2 1 S

2 1

2 2 2

1 2 S

1 2 2 2

1 S







 









 





 









  dimana m massa uap yg mengalir C

m

C m C

m

S :

2

1 2

1 2

1

2 1

2 2 2

 1

Dimana :

Hu = Panas terbang keluar turbin (kj/kguap) X = jumlah tingkat

• Rendemen aliaran kerja biasa dengan kecepatan-kecepatan secara analitis.

• Bentuk segi 3 kecepatan turbin kerja biasa adalah segi 3 tumpul, sehingga untuk mencari kecapatan W₁=W₂ dan C₂ kita hanya menggunakan rumus Cosinus (cara analitis).

C₁

C₂

U U

α ^β₂

   

 

 

 

 

 

 

^m_det

masuk mutlak

kecepatan C

mdet sudu

keliling kecepatan

U

% analisis cara

aliran rendemen

η

C Cosα 4u

C η 4u

C C

C 4u C

Cosα 4uC

η

C dibagi penyebut

dan pembilang

C sama

4u Cosα

η 4uC

C

Cosα 4uC

4u C

Cosα 4uC

4u C

η C

C

Cosα 4uC

4u C

η C

Cosα 4uC

4u 4u

C C

cosinus rumus

Cosα C

2u 2

2u C

C C

C η

dari

1 S

2

1 2

1 S

2 1

2 1

2 1

2 2

1 1

S

2 2 1

1

2 1

S

2 1

1 2

2 1

1 2

2 1 2

1 S

2 1

1 2

2 1 2

1 S

1 2

1 2

2

1 2 2

1 2

2 2

2 2

1 S















 



 



 



 

 





 

 



 







 







 





























Rendemen aliran turbin aksi kerja sebaik-baiknya (kerja maximal)

c₁

c₂

U U

α ^β2

 

α Cos η

C Cosα 2u C

η 2u

grafis C cara

C η C

2 S.max

1 2

1 2 S

2 1

2 2 2

1 S









 



   

α Cos η

α Cos α

Cos 2

α 4Cos

4 1 α

Cos α

2Cos 4 1

η

α 2Cos

4 1 Cosα

α 2Cos

4 1 η

2Cosα C 1

atau u C Cosα

: 2u dimana

analisis C cara

4 u C Cosα

η 4u dari

atau

2 S

2 2

2 S

2 S

1 1

1 1

S







































 



 



 



 



 

Tetap, maka η

_s

akan berubah-ubah Contoh (lihat tabel dibawah ini)

U/C₁ η_S(%) Keterangan

0 0,10,2 0,30,4 0,470,5

0,6 0,70,8 0,940,9

0 33,659,2 76,886,4 88,48,8 81,6 67,244,8 14,40

Sudut pipa pancar α = 20⁰

- Rendemen maximum

- Bentuk kurva adalah parabola

10 20 30 40 50 60

70 80

90 100 88,4

0.2 0.4 0.6 0.8

0.47

U/C₁

2

1 1

S C

4 u Cos.α

C

η 4u 



 



 



 



 

Diagram H–S (Entalpy–Entropy)

a. Bila air dipanaskan dr semula dgn suhu misalnya 30

⁰

C hingga 100

⁰

C, maka pada suhu 100

⁰

C, maka pd suhu 100

⁰

C tersebut air berobah btk menjdai uap bash, dimana uapnya sendiri masih mengandung butir-butir air panasnya.

b. Selanjutnya dinaikkan lagi hingga 100

⁰

C tanpa adanya kenaikkan lagi hingga 100

⁰

C tanpa adanya kenaikkan suhu, panas yg terbentuk disebut panas penguapan latent (adanya penambahan panas tanpa kenaikan suhu).

c. Pd kondisi 100

⁰

C terakhit tersebut uapnya berobah btk menjadi uap jenuh, dimana uapnya sama sekali tanpa megandung air (kadar air = 0%

sedang kadar uap = 100%).

d. Dari shu 100

⁰

C kedua, uap dipanaskan lagi hingga 500

⁰

C, uap terakhir ini berobah btk menjadi uap panas lanjut (uap kering). Perobahan btk suatu zat disebut AGREGASI Air berobah bentuk dr semula air uap panas lanjut.

e. Utk lebih jelasnya keadaan Agregasi tersebut ditangkan dlm diagregasi.

Diagram AGREGASI seperti dibawah ini :

Q₁ Q₂ Q₃

30⁰C

Panas 100⁰C Uap Basah

Uap jenuh Uap panas lanjut

Suhu 500⁰C Zat Cair

• Kejadian Agregasi tersebut dituangkan dlam diagram H–S (entalpy–Entrapi), diagram itu menyajikan besarnya entalpi uap pada tahunan dan suhu tertetu.

• Sebagai sumbu horizontal (absis) ditetapkan entalpy, sedang sumbu vertical (ordinat) ditetapkan entalpi uap.

H

S

(kj/kg⁰C 1,65

1,39 1,48 1,31

Dalam H–S diagram dicantumkan garis-garis yaitu :

Daerah Basah

Daerah jenuh

Isentropis

Daerah Kering

P₂ = 1

t = 400⁰C isotherm

Isobar Ho = H₁–H₂

Ho = 3332–2612 Ho = 720 kj/kg

E H_o = H₁–H₂ A

H₂ = 2612 kj/kg Atau kj/kg

32 kj/kg = H₁

2805 kj/kg = hub 2803 kj/kg = hub 2441 kj/kg = hub

B C

D

X = 100 % X = 90 % X = 80%

f. Garis isobar melengkung keatas, adalah garis-garis yg menghubungkan titik-titik yg tekanannya sama.

g. Garis isothram melengkung kebawah, adalah garis-garis yg menghubungkan titik-titik suhunya sama.

h. Garis isopyscram melengkung kebawah, adalah garis-

garis yg menghubugkan titik-titk yg kadar uapnya sama.

i. Garis isentelpis sejajar sumbu entropy adalah garis-

garis yg menghubungkan titik-titik yg entalpinya sama.

j. Garis isentropis tegak lurus sumbu entropy adalah

garis-garis yg menghubungkan titik-titik yg entropynya

sama.

a. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan isotherm t = 400⁰C dititik A, tarik melalaui A garis tegak lurus sumbu entalpi, menentukan H₁= 3332 kj/kg uap (H₁= entalpi uap panas lanjut).

b. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan kadar uap x = 100% dititk B, tarik garis melalui B tegak lurus sumbu entalpi, menentukan entalpi jenuh = Huj = 2803 kj/kg uap.

c. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan kadar x = 90 % dititik c, tarik garis melalui c tegak lurus sumbu entalpi, menentukan entalpi uap basah = 2803 kj/kg uap.

d. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan x = 80 % dititik D, tarik garis melalui D tegak lurus sumbu entalpi, menetukan entalpi uap basah = 2441 kj / kg uap.

e. Untuk menetukan jatuh kalor theritis H_o, maka H_o = H₁–H₂dimana H₁= 3332 kj/kg uap dan H₂ didapat dari garis isentropis melalui titik A dan garis ini memotong isobar p = 1 bar dititik E, tarik garis melalui D tegak lurus sumbu entalpi, H₂= 2612 kj/kg uap, sehingga H_o = H₁–H₂= 3332 –2612 = 720 kj/kg uap.

Entalpi dapat juga dicari di TABEL UAP, namun garis isentropis tidak tercantum dalam tabel uap tersebut, sehinggsa H₂ pada butir e diatas tidak dapat dicari di tabel uap.

Cara menggunakan H -S diagram

Melukis profile sudu jalan symentris *setangkup) turbin Aksi Untuk melukis propile sudu jalan baik ½ pasang maupun 1 pasang atau 2 buah sudujalan harus diketahui

• Sudut sudu jalan sisi masuk β

₁

= β

₂

• Lebar sudu b

• Lebar sudu t

β₂ β₂ β₁

β₁

A B

E F

A B

W₁

W₁ W₂

W₂

D

C

Lebar Sudu = b

Gambar. 10 lukisan sudu jalan Dada Sudu

Punggung Sudu

Dan harus diingat bahwa kecepatan relatif sisi masuk W₁ menyinggung penggung sudu, begitu juga kecepatan relatif sisi keluar W₂ menyinggung punggung sudu.

• Lebar sudu b ditentukan sembarang

• Bagi dua lebar sudu b

• Melalui titik A lukis sudut sudujalan sisi masuk β₁

• Melalui titik B lukis sudut sudu jalan sisi keluar β₂

• Tarik garis dan tarik garis (garis AC dan BC berpotongan di titik C) dan W1 dan W2 berpotongan di G\.

• Tempatkan titik jangka dititik C, buat lengkung dada sudu dengan jari-jari AC

= BC = R

• Dengan demikian lengkung dada sudu terlukis

• Tentukan tusuk = t = CD

• Tarik garis , dan tarik garis dan tarik garis

• Tempatkan titik jangka di titik D, buat garis lengkung punggung sudu dengan jari-jari DE = DF = r

• Dengan demikian lengkung punggung sudu terlukis

• Prefile sudu jelas terlukis sebanyak ½ pasang = 1 buah

• Dengan cara yang samaprofile sudu jelas lukis lagi diatasnya sebanyak ½

sepasang = buah lagi sehingga jumlah sudu jelas = 1 pasang atau 2 buah sudu jelas.

W1

AC   W₂

W2

DE  DF W₁ ^DF ^W₂

1. Sebutkan fungsi sudu jalan dan bentuk sudu jalan

2. Sebutkan dan lukis sudu jalan serta sebutkan bagian-bagiannya

3. Ada berapa kecepatan uap disekitar uap sudu jalan yang sedang berputar, jelaskan secara rinci.

4. Gambarkan skets sederhana sebuah sudu jelas yang tempatkan segi tiga kecepatan sisi masuk dan sisi keluar

5. Gambarkan segi tiga kecepatan turbin kerja biasa dan kerja sebaik- baiknya dan berapa rendemen aliran-alirannya

6. Tuliskan rumus rendemen aliran dipandang dari kecepatan uap dan dipandang dari jatuh kalor, jelaskan rumus-rumus tersebut

7. Gambarkan grafik (kurva) rendemen aliran turbin aksi (data tentukan sendiri)

8. Lukis profile 1 pasang sudu jalan (data tentukan sendiri)

Tugas Mandiri :

TERIMA KASIH

SAMPAI KETEMU MINGGU DEPAN