Laporan Turbin Uap 4vhl

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Pada umumnya turbin uap dioperasikan secara kontiniu dalam jangka waktu yang lama. Masalah-masalah pada turbin uap yang akan berujung pada berkurangnya efisiensi dan performansi harus bisa dideteksi dan dimonitor selama beroperasi. Performansi dari turbin uap dipengaruhi berbagai faktor termasuk komponenkomponen dari turbin uap dan sistem kontrol/instrumentasi yang bekerja selama beroperasi. B. Tujuan Percobaan 1. 2. 3. 4. 5.

Dapat mengoperasikan turbin uap. Mengetahui fungsi atau turbin uap dan prinsip kerjanya. Membuat daftar simbol parameter-parameter yang digunakan dalam satuan SI. Melaksanakan kalibrasi beban torsi yang diberikan. Pada putaran turbin konstan dan pemilihan jumlah nossel ukur tekanan temperature uap, torsi, temperatur kondensor, laju aliran kondensat, temperatur air pendingin masuk dan keluar dan laju aliran air pendingin. 6. Menghitung konsumsi uap, penyerapan panas, panas perpindahan pada air pendingin, kerja poros, efisiensi dan kerugian radiasi. 7. Menggambar karakteristik-karakteristik : kerja listrik, kerja poros, konsumsi uap, konsumsi uap spesifik, dan efisiensi thermal dengan tekanan inlet, nossel sebagai variabel. 8. Menggambar diagram panas sitem turbin uap. 9. Menggambar drop tekanan kedalam diagram Moller atau diagram entalpientropi. 10. Melaksanakan deail perhitungan. 11. Membuat laporan percobaan performansi turbin uap.

BAB II DASAR TEORI

A. Pengertian Turbin Uap Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu: Ketel, kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai fliuda kerja dihasilkan oleh ketel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.

Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Rankine : Air pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s1=s2 masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi boiler menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi super panas h3=h4 dan keluaran dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin, ini dapat digambarkan dengan menggunakan diagram Ts berikut:

Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fluida kerja selama proses siklus tersebut berrlangsung. Jadi untuk proses Siklus 1 - 2- 2’ - 3 -3’ – 4 – 1 Dengan rumus: W = φ T dS

W = Kerja per satuan berat fluida kerja. Ds = Luas 1 – 2 – 2 – 2’ – 3 – 4 – 1 pada diagram ( T-s)

Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus Ideal (Siklus Rankine) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini : 1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer di sekitarnya. 2. Kerugian tekanan dalam ketel uap. 3. Kerugian energi didalam turbin uap karena adanya gesekan pada fluida kerja dan bagian-bagian dari turbin.

B. Klasifikasi Turbin Uap. Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut proses penurunan tekanan uap sebagai berikut : Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya. 1. Turbin Impulse Turbin Impuls atau turbin tahapan implus adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.

-



Turbin satu tahap.



Turbin impuls gabungan.



Turbin impuls gabungan kecepatan

Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nossel.

-

Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut Tekanan Rata.

2. Turbin Reaksi Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan. Ciri-ciri turbin ini adalah : -

Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di nosel dan sudu gerak.

-

Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.

Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin .  Turbin Tunggal (Single Stage) Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.  Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi) Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan/tekanan. Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap.  Turbin Kondensasi Tekanan keluar trurbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.  Turbin Tekanan Lawan. Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan trubin lain.  Turbin Ekstraksi. Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk proses pemanasan lain, misalnya proses industri.

C. Prinsip Kerja Turbin Uap Secara singkat prinsip kerja trubin uap adalah sebagai berikut: 

Uap masuk kedalam turbin melalui nosel. Didalam nosel energi panas dari uap dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam nosel, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk ke dalam nosel. Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin.



Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan sudu turbin berarti hanya sebagian yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin dimanfaatkan maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. Maka antara baris pertama dan baris kedua sudu gerak dipasang satu baris sudu tetap (guide blade) yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat.



Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.

D. Rumus Teori a. Laju aliran uap (ms) Ms =

b. Drop entalpi aktual:

c. Drop entalpi isentropik : ∆hisent = h1 – h2

(Kj/s)

d. Energi yang disuplay uap :

e. Energi yang disuplai turbin (ET) : ET = ms (h1 – h2’) = ms (h1 – h2s)

(KW) : secara aktual (KW) : secara ideal

f. Panas yang diterima air pendingin (Ect) : Ect = mW . . (T2 – T1)

(KW)

g. Energi dalam air kondensat (Ec) : Ec = ms . . Tkondensat

(KW)

h. Panas pendingin lanjut (Ept) : Ept = ms . h2’ - Ec

(KW)

i. Energi suplai panas rankine (ER) : ER = Es - Ec

(KW)

j. Daya poros turbin (Ebp) : Ebp = T . W k. Konsumsi energi (SCC) :

(KW)

l. Konsumsi uap spesifik (SCC) : SCC =

m. Effisiensi isentropik ( =

isent

n. Effisiensi thermal ( th

th)

:

=

o. Effisiensi Rankine (

R)

:

R=

p. Effisiensi relatif ( rel

ret) :

=

q. Effisiensi konversi mekanis( mek

=

mek )

:

BAB III PELAKSANAAN PERCOBAAAN

A. Peralatan Percobaan 1. Unit boiler atau sistem generator. 2. Unit superheater (jika diperlukan untuk digunakan). 3. Rangkaian pengujian turbin uap. 4. Thermometer. 5. Manometer. 6. Torque meter. 7. Speed meter. 8. Time digital. 9. Ammeter dan voltmeter. 10. Diagram MOLLIER (untuk perhitungan)

B. Prosedur Percobaan 1. Pengoperasian unit turbin uap. a. - Operasikan boiler (lihat prosedur pengoperasian boiler). - Suplai power ke turbin. - Hidupkan unit cooling tower. - Suplai udara kompress guna keperluan safety mekanis. b. - Pemeriksaan sebelum operasi. - Pastikan dinamometer loading switch ON dalam posisi “ABSORB”. - Set potensiometer beban untuk kontrol torsi ke minim. - Periksa alat-alat ukur ke posisi nol kecuali indikator temperature. - Periksa katub-katub ke posisi yang mungkin. - Buka katub nosel dengan penuh dan tutup yang lainnya. 2. Start turbin uap a. Buka katub inlet dengan perlahan sehingga mengalirkan jumlah uap yang kecil guna pemanasan turbin.

b. Pastikan bahwa beban dinamometer adalah nol. c. Buka katub air ke “vakum pump” sedikit, kemudian tekan tombol “vakum pump ON” secepatnya d. Secara perlahan-lahan buka katub inlet hingga turbin bergerak dengan memutar tertentu (governor akan mengatur atau mengontrol putaran turbin pada 4000 rpm, jika tidak matikan secara perlahan dan ulangi operasi. e. Periksa bahwa vakunm dalam kondensor (P3) ada kira-kira tekanan 0,7 bar, jika tidak atur dengan katub keluaran vakum secara perlahan. f. Untuk membebani turbin disesuaikan dengan kontrol beban dinamometer melalui potensiometer. g. Pada variasi pengukuran, jika tekanan inlet nosel P1 mendekati tekanan uap terutama P2, buka penuh katub nosel nomor 2 dan tambahkan beban. h. Beban penuh dicapai apabila force meter menunjukkan kira-kira 100 Newton (potensiometer diputar maksimum).

C. Titik-titik Pengukuran Titik –titik pengukuran pengambilan data-data dapat dilihat dari diagram skema berikut (skema gambar dibalik) Keterangan-keterangan notasi : T1 = Temperature condesate

(0C)

T2 = Temperature turbin exhaust

(0C)

T3 = Temperature cooling water outlet (0C) T4 = Temperature condenser steam inlet

(0C)

T5 = Temperature cooling water inlet

(0C)

T6 = Temperature nozzle inlet

(0C)

T7 = Temperature steam line

(0C)

P1 = Tekanan nosel

(bar)

P2 = Tekanan steam line

(bar)

P3 = Tekanan kondenser

(bar)

P4 = Tekanan gland seld

(bar)

P5 = Tekanan exhaust turbin

(bar)

Data Percobaan

I

II

III

IV

Nozzle inlet

(bar) P1

2,9

5,6

6,8

7

Steam line

(bar)P2

4,6

5,7

7

8,6

Condenser

(bar)P3

-0,8

0

0

0

Glandseal

(bar)P4

0

0

0

0

Turbin exhaust

(bar)P5

-0,8

0

0

0

Temperature kondensat

(0C)T1

48

57

63

65

0

Turbin exhaust

( C)T2

67

104

104

104

Coolling water outlet

(oC)T3

31

32

33

34

Condenser steam inlet

(0C)T4

71

104

103

103

Cooling water inlet

(0C)T5

28

28

28

28

Nozzle inlet temperature

(0C)T6

152

164

170

171

Steam line temperature

(0C)T7

161

165

171

180

Putaran

(rpm)N

3946

3425

3852

3990

Gaya

(N)F

20,3

8,3

8,6

8,7

Tegangan medan

(V) Vf

280

280

280

280

Tegangan jangkar

(V)Va

315

280

310

320

Arus jangkar

(A)Ia

4

1

1

1

BAB IV ANALISA DATA

Sebagai contoh perhitungan, diambil data untuk kondisi berbeban. 1. Konsumsi uap teorotis (ms) Ms = A x c x √ (m3/kg)

dimana : A = luas nozzel (mm2) P = tekanan nozzel (bar abs) V = volume spesifik uap C = konstanta = 0,0368 Untuk nozzel no.31

A = x (5,159)2 = 20,90 mm2 P = 3,9 bar abs V = 0,4897 m3/kg Sehingga ms = 20,90 x 0,0368 x √ = 2,17 kg/menit 2. Panas yang disuplai (Qs) Qs = ms x extalpi pada nozzel, dimana kondisi nozzle 2,9 bar g; C Qs = 2,17 x 2750 extalpi pada nozzle = 2750kj/kg = 5967,5kj/menit (dari diagram mollier) 3. Panas Exhaust (Qexh) Qexh = ms x extalpi pada exhaust, kondisi exhaust -0,8 bar g; C = 2,17 x 2630 extalpi pada exhaust = 2630kj/kg = 5707,1kj/menit (dari diagram mollier) 4. Drop entalpi actual = Panas yang disuplai – panas exhaust = 5967,5 – 5707,1 = 260,4 kj/menit 5. Drop entalpi isentropis = Panas yang display – (ms x entalpi isentropis exhaust) = 5967,5 – (2,17 x 2290) = 998,2 kj/menit

6. Panas dalam kondensat (Qc) Qc = ms x x T = 2,17 x 4,18 x 48 = 435,39 kj/menit 7. Panas yang diterima air pendingin (Qcw) Qcw = mcw x x (Tcwo – Tcwi) =

x 4,18 x (31 – 28)

= 4807 kj/menit 8. Panas pendingin lanjutan (undercooling) Quc = panas exhaust – panas dalam kondenset = 5707,1 – 435,39 = 5271,71 kj/menit 9. Suplai panas Rankine (Qr) Qr = panas yang disuplai – panas dalam kondenset = 5967,5 – 435,39 = 5532,11 kj/menit 10. Brake Power BP = = = = 2097,11 W = 125,83 kj/menit 11. Konsumsi Energi =

=

= 2637 kj/menit 12. Konsumsi Uap Spesifik (SSC) SSC = =

= 62,09 kg/kwh

13. Efisiensi Isentropis = =

x 100% = 26,09%

14. Efisiensi Konversi Mekanikal = =

x 100% = 48,32%

15. Efisensi thermal = =

x 100% = 2,27%

16. Efisiensi Rankine = =

x 100% = 4,71%

17. Efisiensi Relatif = 18. Daya Elektris P=√ xVxI=√

= 48,2%

x 315 = 2182,4 W

Perhitungan untuk distribusi energy 1. Panas yang dikandung uap dalam turbin  Kondisi steam line 5,6 bar abs; 1610C  Entalpi steam line = 2760 kj/kg P =  x entalpi pada steam line = 2,17 x 2760 = 5989,2 kj/menit 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Panas yang disuplai ke nozzle Panas yang hilang pada katub throttle

= 5967,5 kj/menit = 5989,2 – 5967,5 = 21,7 kj/menit Panas yang diterima air pendingin = 4807 kj/menit Panas exhaust = 5707,1 kj/menit Panas daya output (BP) = 125,83 kj/menit Panas akibat gesekan radiasi = 5967,5 – (5707,1+125,83) = 134,57 kj/menit Panas yang terkandung dalam kondensat = 4435,39 kj/menit Kehilangan panas akibat radiasi dan sebagainya; = (panas exhaust – panas yang terkandung dalam kondensat) – panas air pendingin = (5707,1 – 435,39) – 4807 = 464,71 kj/menit

Table hasil perhitungan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

3

Volume spesifik uap (m /kg) Konsumsi uap teoritis (kg/min) Panas suplai ke nozzle (kj/min) Panas exhaust (kj/min) Drop entalpi actual (kj/min) Drop entalpi isentropis (kj/min) Panas dalam kondensat Panas dalam cooling water (kj/min) Panas undercooling (kj/min) Suplai panas rankine (kj/min) Brake power (BP) Konsumsi power (kj/kw min) SSC (kg/kwh) Efisiensi isentropis (%) Efisiensi mekanikal (%) Efisiensi thermal (%) Efisiensi rankine (%) Efisiensi relative (%) Daya listrik (W) Panas uap masuk tubin (kj/min) Kehilangan panas pada katub (kj/min) Panas gesekan (kj/min) Kehilangan panas akibat radiasi (kj/min)

Kondisi I = dalam pengujian diberi beban Kondisi II,III,IV tidak diberi beban

I II III IV 0,4897 0,3016 0,3136 0,2408 2,17 3,60 3,84 4,43 5967,5 9972 10675 12293 5707,1 9684 10329,6 11916,7 260,4 288 345,6 376,3 998,2 1116 1344 1572,4 435,39 857,4 1011,23 1203,63 4807 6409,3 8011,67 9614 5271,71 8826,26 9318,37 10713,07 5532,11 9114,26 9663,97 11089,37 2097 74423 867,26 908,78 2637,97 12246 11142,98 12202,48 62,09 290,2 265,66 292,48 26,09 25,8 25,71 23,93 48,32 15,50 15,06 14,49 2,27 0,49 0,54 0,49 4,71 3,16 3,58 3,39 48,2 15,51 15,08 14,45 2182,4 485 536,9 554,3 5989,2 9999,0 10694,4 12315,4 21,7 18 19,2 22,4 134,57 43,35 293,56 321,77 464,71

2416,96

1306,7

1099,07

BAB IV KESIMPULAN

Dari gambar kurva karakteristik dapat diambil beberapa merupakan : 1. Hubungan antara brake power (daya elektrik) dengan tekanan inlet adalah hubungan linier 2. Hal ini dapat dijelaskan dengan hubungan linier antara drop entalpi dan tekanan yang melebihi range yang telah ditentukan. Jika tekanan inlet di perbesar, maka ada pertambahan proporsional pada daya keluaran. 3. Pada unit turbin ini, efisiensi termalnya kecil sekali. Tetapi inilah yang diharapkan pada suatu unit yang kecil. Hal ini jelas menunjukkan bahwa gaya gesekan sangat besar dibandingkan total daya keluaran. 4. Hubungan laju aliran massa uap dengan tekanan inlet adalah linier, dimana pada tekanan yang tinggi nosel di tekik (disempitkan). 5. Grafik SSC dengan tekanan inlet (brake power) diusakan yaitu laju aliran massa uap dibutuhkan untuk menghasilkan daya keluaran, menguranginya pada kondisi desain yang optimum. 6. SSC yang minimum, merupakan kondisi efisiensi maksimum.

DAFTAR PUSTAKA

Instrucion Manual Steam Turbin Steam Turbin Matei Mata Kuliah