BAB III PRINSIP DAN PERHITUNGAN PERHIT UNGAN TURBIN IMPULS SERTA ANALISIS ALIRAN UAP MELALUI SUDU
3.1. Dasar Impuls
Teori
3.1.1 Prinsip Impuls dan Momenum
Di dalam ilmu fisika ditunjukkan bahwa konsep konsep usaha dan konsep energi tumbuh berdasarkan hukum-hukum gerak Newton . Impuls merupakan kosep yang mirip dengan konsep tersebut, yakni juga timbul berdasarkan hukum - hukum tersebut. Dalam ilmu mekanika mekanika impuls pada sutu benda terjadi akibat adanya perubahan momentum benda tersebut dalam selang waktu tertentu. Namun perlu diketahui bahwa impuls diartikan sebagai gaya yang bekerja pada benda dalam waktu yang sangat singkat . Hal ini menjadi dasar persamaan impuls nantinya. Sedangkan momentum suatu benda tersebut dalam fisika didefinisikan sebagai hasil kali massa benda dengan kecepatan gerak benda tersebut. Secara matematis ditulis :
p m!
"""""""""""""""""""""""""" .. !".#$
benda dan ! adalah kecepatan benda. p adalah lambang momentum , m adalah massa benda %omentum merupakan besaran &ektor , jadi selain mempunyai besar alias nilai, momentum juga mempunyai arah . 'esar momentum p = mv. (rah (rah moment momentum um sama sama dengan dengan arah kecepatan. Dari persamaan di atas, tampak bahwa momentum ! p$ berbanding lurus dengan massa
!m$ dan kecepatan !!$. Semakin besar kecepatan benda , maka semakin besar juga momentumsebuah benda . Demikian juga , semakin besar massa sebuah benda, maka momentum benda tersebut juga bertambah besar . Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa ada hubungan antara impuls dan momentum.. Hubungan tersebut dapat dilihat dari persamaan berikut : )
∆ p ∆t
.......................................................................................... ........... ..!".*$
Dimana :
) gaya total yang bekerja pada benda
∆ p perubahan momentum ∆t
selang waktu perubahan momentum
+ika ditinjau suatu partikel bermassa m yang bergerak dalam suatu bidang y dan mengalami gaya resultan ) yang besar dan arahnya dapat berubah, maka berdasarkan hukum kedua Newton pada setiap saat diperoleh :
)
m. a +ika : a=
dv dt
,
maka
dv dt
)
m.
).dt
m.dv
-alau v 1 adalah kecepatan ketika t = t 1 dan v 2 adalah kecepatan ketika t = t 2 , maka : t *
∫ #t
t *
∫ #t
).dt
v*
∫
#
v
m.d&
).dt m. v 2 – m. v 1 m ! v 2 v 1 $
'ila t 1 0 dan t 2 t, maka : ).t
m ! v 2 v 1 $ o
) m ! v 2 v 1 $ ............................................................................................. .!"."$
3.#. Asas Impuls Pada Tur$in
/ada roda turbin terdapat terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melalui ruang di antara a ntara sudu tersebut . (pabila kemudian ternyata bahwa roda turbin dapat berputar , maka ada gaya yang bekerja pada sudu . 0aya tersebut timbul karena terjadinya perubahan momentum dari fluida kerja yang mengalir di antara sudu yang dianggap sangat efektif untuk menghasilkan gaya dorong. 0aya dorong harus lebih besar atau sekurang -kurangnya sama dengan berat turbin dan porosnya , agar turbin dapat berputar dengan lebih ringan . -arena sudu1sudu tersebut dapat bergerak bersama-sama dengan roda turbin, maka sudu tersebut dinamakan sudu gerak. Sebuah roda turbin bisa saja terdapat beberapa baris sudu gerak yang dipasang dipasa ng berurutan dalam arah aliran alira n fluida kerja . Setiap baris sudu terdiri dari dari sudu sudu-sudu yang disusun melingkari roda turbin , masing-masing dengan bentuk yang sama . 2urbin dengan dengan satu baris sudu gerak dinamai bertingkat tunggal . Sedangkan turbin dengan beberapa baris sudu gerak dinamai turbin bertingkat ganda . /roses fluida kerja mengalir melalui baris sudu yang pertama, kemudian baris kedua , ketiga dan seterusnya. seterusnya. Namun sebelum mengalir ke setiap set iap baris sudu berikutnya, fluida kerja melalui baris sudu yang yang bersatu dengan dengan rumah rumah turbin. Dan karena sudu tersebut terakhir tidak berputar , sudu tersebut dinamakan dinamakan sudu tetap, tet ap, yang berfungsi mengarahkan alira n fluida kerja masuk kedalam sudu gerak berikutnya , bisa juga sebagai nosel 2urbin uap adalah mesin rotari yang bekerja karena terjadi perubahan energi kinetik uap menjadi putaran poros turbin . /roses perubahan itu terjadi pada sudu -sudu turbin. )luida uap dengan energi potensial yang besar berekspansi berekspansi sehingga mempunyai mempunyai energi e nergi kinetik
tinggi yang akan medorong sudu, karena dorongan atau tumbukan tersebut , sudu kemudian bergerak . /roses tumb t umbukan ukan inilah yang dinamakan dengan Impuls .
Gam$ar 3.1. Impuls pada sudu 2urbi 2urb in
Gam$ar 3.#. Impuls pada penampang &ertikal dan m elengkung elengkung
3.3. Prinsip Tur$in Impuls 2urbin impuls adalah turbin yang mempunyai roda jalan atau rotor dimana terdapat sudu sudu impuls. Sudu-sudu impuls mudah dikenali bentuknya , yaitu simetris dengan sudut masuk sudut keluar
�*
�#
dan
yang sama . 'entuk turbin impuls pendek dengan penampang yang konstan . 3iri
yang lain adalah secara termodinamika penurunan energi terbanyak pada nosel , dimana pada nosel terjadi proses ekspansi atau penuruan tekana n. Sudu-sudu turbin uap terdiri dari sudu tetap dan sudu gerak. Sudu tetap berfungsi sebagai nosel dengan energi kinetik yang naik , sedangkan pada sudu begerak tekanan adalah konstan atau tetap . Dari karakteristik karakteristik tersebut, turbin impuls sering disebut turbin tekanan sama . 'entuk dari sudu tetap turbin impuls ada dua macam yaitu bentuk simetris dan
bentuk
tidak simetris. /ada bentuk sudu tetap simetris, profile kecepatan dan tekanan adalah sama , tidak ada perubahan kecepata n dan tekanan. Sedangkan pada sudu tetap yang berfungsi sebagi seba gi nosel mempuny mempunyai ai bentuk bentuk seperti seperti nosel nosel yaitu yaitu antar antar penampang penampang sudu membetuk membetuk penampang penampang yang menyempit pada ujungnya . -arena bentuknya nosel , kecepatan akan naik dan t ekanan turun. 'entuk pertama simetris dipakai pada turbin uap 3urt is dan bentuk yang kedua dipakai turbin uap 4at eau.
Gam$ar 3.3. Sudu 2urbin si s imetr etr is
Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa pada turbin uap agar sudu gerak dapat berputar maka dibutuhkan semburan uap yang akan memberikan dorongan !impuls$ pada sudu jalan tersebut. 5ap yang disemburkan harus memiliki kecepatan tinggi agar memperoleh energi kecepatan yang besar . 5ntuk itu maka sebelum memasuki sudu jalan , uap dari ketel harus diekspansikan di dalam nosel atau sudu pengarah.
Gam$ar 3.%. (liran uap pada nosel nos el
3.% Peru$a&an Ener'i T&ermal Men(adi Ener'i )ineis
/roses perubahan energi thermal menjadi energi kinetic berlangsung di dalam nosel, yang mana di dalam da lam nosel tersebut akan terjadi t erjadi penurunan tekanan uap dan kenaikan kecepatan uap. Hal tersebut diperlihatkan pada gambar berikut . Po
To Pi
Ci
Co
i o
Gam$ar 3.*. saluran uap pada nosel nos el
'ila uap berekspansi melalui penampang yang kecil , akan aka n menghasilkan energi yang seimbang dengan perubahan entalpinya . 6nergi kinetis diserap oleh sudu -sudu turbin yang akan menghasilkan ekspansi isentropis. -ecepatan uap keluar nosel sangat dipengaruhi oleh besarnya perbandingan perbandi ngan tekanan keluar dan tekanan masuk. Dengan hukum kekekalan energi disebutkan bahwa energi sebelum dan sesudah nosel harus sama , maka :
* .v o + u o = c#*t + p 1.v 1 + u 1 co + po * *
; p.v + u = h , maka :
*
co + ho = *
*
c#t *
-
co* *
= ho
c#*t + h 1 *
- h1
c 1t =
………………kJ/kg
c 1t = ……..... J/kg c 1t = ,!2 7 jika c o 0, maka
c 1t = ,!2 c 1t = ,!2
!m8det$9999999999999................... !" .$
3.* Trans+ormasi Ener'i Pada Sudu
5ap yang keluar dari dalam nosel dengan kecepatan mutlak c # memasuki laluan1 laluan sudu pada sudut ; # . Disebabkan oleh perputaran cakram turbin, kecepatan uap pada jalan masuk ke laluan lalua n- laluan sudu akan mempunyai kecepatan relati&e terhadap dinding laluan sudu tersebut . -ecepatan relati&e tersebut akan memiliki nilai dan arah yang berbeda dengan kecepatan kecepat an mutlaknya. mutlak nya.
ger ak Gam$ar 3.,. Skema aliran uap pada sudu ger a
Dari proses aliran uap yang melalui nosel atau sudu pengarah hingga keluar dari sudu gerak, dapat dibentuk suatu skema aliran uap. Skema tersebut dapat dilihat berikut ini .
�
〈
� �
�
〈 〈
〈
Gam$ar 3.-. Skema arah kecepatan uap pada sudu gerak
c1
-ecepatan uap mutlak meninggalkan nosel
u
-ecepatan tangensial sudu
"1
kecepatan relatif uap masuk sudu
"2
-ecepatan relatif uap meninggalkan sudu
c2
-ecepatan mutlak uap meninggalkan sudu
〈# �# 〈* �*
sudut nosel sudut masuk sudu sudut keluar sudu sudut keluar fluida
3.*. Analisis )eepaan Aliran Uap
(nalisis terhadap kecepatan uap dapat ditentukan dengan memperhatikan bagaimana proses aliran uap yang terjadi terj adi, mulai dari masuk hingga keluar turbin . 5ntuk itu posisi nosel dan sudu turbin perlu diperhatikan , karena hal tersebut akan mempengaruhi proses aliran uap tersebut.
Gam$ar 3./ -onstruksi turbin uap impuls satu tahap tahap
0ambar diatas adalah skema turbin de- la&al atau t urbin impuls impuls satu tahap. 2urbin terdiri satu atau lebih nosel kon&ergen di&ergen dan sudu -sudu impuls terpasang pada roda
jalan !rotor$ !r otor$. 2idak semua nosel terkena semburan uap panas dari nosel , hanya sebagian saja. /engontrolan putaran dengan jalan menutup satu atau lebih nosel kon&ergen di&ergen . (dapun cara kerjanya adalah sebagai berikut. (liran uap panas masuk nosel kon&ergen di&ergen , di dalam nosel uap berekspansi sehingga tekanannya turun . 'erbarengan dengan penurunan tekanan , kecepatan uap panas naik, hal ini berarti terjadi kenaikan energi kinetik uap panas . Setelah berekspansi, uap panas menyembur keluar nosel dan menumbuk sudu -sudu impuls dengan kecepatan abolut c 1 . /ada sudu-sudu impuls uap panas memberikan memberika n sebagian sebagia n energinya ke sudu-sudu, dan mengakibatkan sudu -sudu bergerak dengan kecepatan u. 2ekanan pada sudu1sudu turbin adalah konstan atau tetap, sedangkan kecepatan uap keluar sudu berkurang menjadi c 2.. 'erdasarka arah aliran uap yang mengalir melalui nosel atau sudu pengarah dan melalui sudu gerak turbin maka dapat digambarkan suatu skema segi tiga kecepatan uap, yang kemudiam melalui skema tersebut dapat ditentukan kecepatan uap tersebut .
〈*
�*
〈#
�#
Gam$ar 3.0. Skema segitiga kecepatan ua u a p
Dari segitiga kecepatan diatas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besar kecepatan masing-masing. Sebagai contoh , fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan c 1 kemudian keluar dari nosel sudah berkurang menjadi "1 dengan garis yang lebih pendek, artinya sebagian sebagia n energi kinetik kinet ik fluida masuk sudu diubah menjadi energi kinetik kinet ik sudu dengan
kecepatan u, kemudian fluida yang sudah memberkan energinya meningglkan sudu dengan kecepatan c 2 .
#. -ecepatan uap mut mut lak masuk sudu turbin: c#
ϕ
c #t $ ..99999999999999999......................................... .. !".<$
c# =
ϕ
,!2 # c # = -ecepatan uap mut lak masuk sudu turbin !m8s$ # = 'esar panas jatuh !k+8kg$ koefisien ien gesek pada dinding nosel ϕ koefis
!0,=# 0,=>$
*. -ecepatan 2angensial sudu : u .n
.......................................................................................... .......... ..!".?$
.d
?@
u -ecepatan tangensial sudu !m8s$ d diameter rata1rata turbin !m$ n jumlah putaran t urbin !rpm$
". -ecepatan relatif uap masuk sudu gerak : "# c * #
+u*
− * ⋅ u ⋅ cos 〈 #
c# ⋅
.................................................................... .........!".A$
"# -ecepatan relatif uap masuk sudu gerak
〈 # sudut mutlak uap masuk sudu gerak
. Sudut relatif uap masuk sudu gerak "# sin � # c # sin sin � #
c#
〈# "#
sin 〈 #
×
... ......... ... .........
................................................................... .!" .>$
<. Sudut relatif uap keluar sudu gerak
� *� #
................................................................................................ ............... ..!".=$
�* � # - !" o - < o $
(tau kadang
?. -ecepatan uap keluar sudu gerak "* "# ..................................................................................................... .. !".#@$
koefisien sudu gerak = 0,>?
A.
-ecepatan uap mutlak keluar sudu turbin: c* "* *
+ u * − * ⋅ �*
u ⋅ "* ⋅ cos ................................................................... ##$ ......!".##$
>. Sudut mutlak uap keluar sudu gerak : "* sin � * c * sin sin 〈 *
〈*
sin �
"*
×
c*
*
............................................................................... .........!" .#*$
3.,. Gaa Tan'ensial Tur$in 2
0aya tangensial turbin ditentukan berdasarkan prinsip impuls yang terjadi pada sudu. sudu. Bang mana impuls tersebut terjadi akibat adanya perubahan perubahan momentum pada sudu, sudu, dan perubahan momentum tersebut diakibatkan oleh adanya perubahan kecepatan uap yang mengalir pada sudu. o
)u
m
!c # cos 〈 # - c * cos 〈 * $ ............................................................... ..!".#"$
o
m !c # cos 〈 # !- c * cos 〈 * $$ o
m !c # cos 〈 # C c * cos 〈 * $
c # cos 〈 # C c * cos
〈 * "# cos � # C
"* cos � * 7 "*
c # cos 〈 # C c * cos
〈*
"# cos � # C !# C
"#
"# cos � *
cos � * "# cos � # $ cos � #
c # cos 〈
#
C c * cos
〈 *
!# C
cos � * "# cos � # $ cos � #
c # cos 〈
#
C c * cos
〈 *
!#
C
7
" # cos � # c # cos 〈 # u cos � *
!
c#
cos 〈
#
u$
u$
$ cos �# 999999999.!".#$
jadi : o
)u
m !c # cos 〈 # C c * cos 〈 * $ o
)u
m
!#
C
cos � * $ cos �#
............................................................ ..!".#<$
!
c#
cos 〈 #
3.-. Daa Meanis an' di&asilan Tur$in 2
Daya mekanis yang dihasilkan oleh turbin ditentukan berdasarkan gaya dan kecepatan kecepatan tangensial turbin tersebut yang akan menghasilkan torsi pada poros turbin. Sehingga dengan menerapkan persamaan daya mekanis turbin , maka akan diperoleh : o
/u
=
m .u $c 1u – c 2u %
karena c 2u c * cos
〈*
c 1u c # cos 〈 # maka o
/u
m .u !c !c # cos 〈 # - c * cos 〈 * $ o
m .u !c !c # cos 〈 # !- c * cos 〈 * $$ o
/u
m .u !c !c # cos 〈 # C c * cos 〈 * $ 999999999999999...!".#?$
Dari persamaan ".#, diketahui bahwa : c # cos 〈
#
C c * cos
〈 *
cos � * !# C
! c # cos 〈 # u$
$ cos � #
dengan mensubstitusikan persamaan " .# ke persamaan ".#?, maka akan diparoleh persamaan : o
/u
m
cos � * ! c # cos 〈 # u$ ................................................ .. .u !# C !".#A$ $ cos � #
Daya mekanis turbin dapat juga ditentukan menurut persamaan berikut : / u %t. & .......................................................................................................... .
!".#<$
%t )u . r
& u
r
/ u !) u . r$ !u8r$ / u )u . u ........................................................................................................ .. !".#>$ +ika disubstitusikan persamaan ".#< ke persamaan ".#>, maka akan menghasilkan persamaa n yang sama dengan persamaan ".#A, yaitu o
/u
m .u !# C
cos � * ! c # cos 〈 # u$ $ cos �#
3./. E+isiensi Tur$in Impuls
-erja teoritis uap pada pinggir cakram untuk turbin ideal , dengan kata lain tidak adanya kerugian baik pada nosel ataupun sudu akan menjadi : *
o
c #t
/ m ..................................................................................................... . !".#>$
*
u =
' u ................................................................................................ '
......!".#=$
cos m u # + o
�* (
cos 〈
−u )
c
u=
cos#�
#
#
o
m c#*t *
cos � * 1 (c * u # + cos �# u = * c
cos 〈1 − u )
#t
7 c
u
* #t
=
cos � * (c# cos 〈# − u ) * u # + cos �# =
c#*
ϕ*
c#*
ϕ* cos �* cos 〈 u # + c u u = *ϕ * ( # − ) * # c# cos �#
= *ϕ * # + cos �* cos 〈 − u ) u (c u # # * cos � c #
cos � u = *ϕ * # + cos �
#
* u * u cos 〈# − * c # c # #
u u cos u = *ϕ * # + �* cos 〈 − c# c# cos �# # +ika
7
............................................. . !".*0$
� # � * , maka :
u u .............................................................. . cos 〈 − !".*0$ # c# c#
u = *ϕ * (# + )
BAB I4 ANALISIS 4ARIASI SUDUT SUDU-SUDU IMPULS TERHADAP DA5 DA5A ME)ANIS TURBIN TURB IN
%.1 Prinsip Asi Aliran Uap Melalui Sudu
Semburan Semburan uap yang yang keluar keluar dari nosel atau kelompok nosel yang diam akan memberikan gaya pada sudu turbin yang besarnaya adalah ) u !Newton$ dalam arah putarnya. 0aya 0a ya ) u yang dihasilkan oleh uap sewaktu uap tersebut di dalam laiannya melalui sudu turbin duibah duibah menjadi kerja mekanis pada pada pinggir sudu. sudu. -erja yang dilakukan oleh uap pada sudu adalah sebesar :
/ u m.u $c 1u – c 2u % 99999999999999999999999. !.#$
dimana u adalah kecepatan keliling sudu -sudu turbin dalam m8s . 0aya yang diberikan oleh uap ke sudu -sudu dapat dicari dengan menggunakan pendekatan ilmu mekanika . Dari mekanika dapat diketahui bahwa perubahan momentum selama periode waktu tertentu adalah sama dengan gaya yang diberikan. Dan dengan demikian dapat dituliskan bahwa :
)u .t )u
m ! c 1 c 2 $ o
m ! c 1 c 2 $ 999999 9999999999999999. !.*$
Gam$ar %.1 Semburan uap dari nosel nos el
%.# Analisis Aliran Uap Melalui Penempan' Sudu 5an' 5an' Ber!ariasi
Semburan Semburan uap yang mengalir melalui bentuk penampang penampang sudu yang berbeda, ternyata menghasilkan gaya dan energi yang berbeda pula . (rtinya bentuk dari penampang suatu sudu akan mempengaruhi bedar kecilnya energi mekanis yang akan dihasilkan .
beenda nda Gam$ar %.# /rinsip aksi uap pada berbagai bentuk b
0ambar .* menunjukkan prinsip aksi uap pada berbagai bentuk benda. Dapat ditunjukkan bahwa gaya ) u yang diberikan oleh uap pada berbagai bentuk benda dengan
kondisi aliran yang serupa, tidak akan sama. 5ntuk jenis aliran yang berbeda seperti ditunjukkan pada gambar .*, gaya-gaya ini dengan mudah dapat die&aluasi . %isalkan %isalkan kecepatan kecepatan awal uap pada pada sisi keluar nosel untuk ketiga penampan penampang g tersebut adalah sama, sama dengan c #t , tetapi dalam arah yang berbeda sesuai dengan permukaa n yang menerimanya menerima nya. 5ntuk hal khusus ini misalkan kecepatan c # sama dengan #@@ m8s dan laju aliran massa uap adalah < kg8s .
-asus !a$ 5ap dengan kecepatan awal c #t menubruk benda ( dalam arah tegak lurus terhabap o
permukaan permuk aan yang menerimanya menerima nya dan mengalami perubahan perubaha n arah aliran alira n sebesar =0 sewaktu memencar ke segala arah di permukaan benda tersebut , sehingga proyeksi kecepatan c * terhadap terhadap arah aksi gaya )# semburan uap sama dengan nol . Dangan mensubstitusikan kecepatan-kecepatan awal dan akhir uap c #t dan c * , kita akan mendapatkan gsys yang diberikan yang searah dengan kecepatan c #t .
o
)#
m ! c 1t c 2 $
)#
< kg8s !#@@ m8s @$
)#
<@@ N
-asus !b$ Dengan mengabaikan kerugian akibat gesekan pada permukaan yang melengkung, akan diperoleh c * c #t +adi gaya ) * yang bekerja searah dengan kecepatan c #t dari persamaan !.*$, akan sama dengan : o
)*
m ! c 1t c 2 $
)*
< kg8s !#@@ C #@ 0$m8s
)*
#@@@ N
-asus !c$ Dengan tetap mengabaikan kerugian -kerugian pada permukaan sudu seperti pada kasus !b$ , sekali lagi diperoleh c * c #t Dalam hal ini semburan uap pada tempat masuk kepermukaan sudu tidak mengalir dalam arah yang sejajar dengan arah gaya ) " yang brkerja pada benda tersebut . Dan oleh sebab itu segera terbukti bahwa pada suku -suku kecepatan c #t dan c * harus disubstitusikan nilai-nilai proyeksi kecepat an semburan se mburan uap tadi t adi terhadap arah aksi aks i gaya ) " . -omponen-komponen kecepatan c #t dan c * yang searah dengan garis aksi ) " dengan demikian adalah sama dengan : c#t c 1t cos "@ #@@ ! 0,>??$ >? ,? m8s c* c 2 cos "0 -#@@ ! 0,>??$ ->?,? m8s jadi o
)"
m ! c( 1t 1t c( 2 $
)"
< kg8s !>? ,? C >?,?$
)"
>?? N
Dari ilustrasi- ilustrasi yang diberikan di atas ternyata bahwa gaya maksimum diperoleh untuk kasus !b$ dimana semburan uap yang mengalir sepanjang permukaan sudu o
mengalami pembalikan arah sebesar #> 0 . (kan tetapi dalam pembuatan turbin uap, aliran uap yang bemikian itu tidak mungkin diperoleh , dan oleh sebab itu, seperti yang ditunjukkan
pada kasus !c$, semburan uap diarahklan dengan dengan suatu besar sudut tertentu, baik dari sisi keluar nosel diam maupun dari sudu gerak. (kan tetapi sudut kemiringan ini terhadap bidang putar sudu -sudu dibuat sekecil mungkin. 5ntuk bisa mendapatkan kerja yang berguna dari aksi uap, adalah perlu bahwa bwnda yang ditubruk nya dapat bergerak leluasa . 'ila kita andaikan bahwa benda - benda (,', dan 3, akiba akibatt aksi aksi uap berpi berpind ndah ah searah searah dengan dengan tanda tanda panah panah, maka dengan mengetahui kecepatan perpindahan u, kita dapat dengan mudah menghitung gaya ) dan kerja /. (nggap (nggap bahwa bahwa akibat akibat aksi sembur semburan an uap benda benda - benda (,', dan 3 berpindah searah searah dengan dengan gaya gaya ), dengan kecepatan u yang sama . %aka gaya ) pada ketiga kasus tersebut akan dite ntukan dari pertimbangan pertimbangan- pertimbangan berikut :
-asus !a$ -ecepatan uap relatif terhadap benda ( yang bergerak akan sama dengan : "1 = c 1t u -ecepatan w# dikenalsebagai kecepatan relatif . -ecepatan relatif uap sesudah perubahan arah aliran pada benda ( akan sama dengan "2 = c 2 0 +adi gaya yang diberikan ole h uap ditentukan dari dari persamaan : o
o
) # m ! "1 "2 $ m ! c 1t u $ 9999999999...9!."a$
-asus !b$ -ecepatan relatif semburan uap yang menubruk permukaan benda ' akan sama dengan : "1 = c 1t u -ecepatan relatif uap yang meninggalkan permukaan sudu ' yang cekung akan sama dengan
"2u = "1u = c 1t cos )* + u Eleh sebab itu gaya yang diberikan oleh semburan uap pada benda ' adalah : o
o
) * m ! "1 "2 $ * m ! c 1t u $ 99999999999999.!."b$
-asus !c$ /royeksi kecepatan relati&e semburan uap yang menubruk benda 3 yang searah dengan kecepatan u akan sama dengan : "1u = c 1t cos )* – u -omponen kecepatan relati&e uap yang meninggalkan permukaan sudu 3 akan ditentukan dari persamaan "2u = "1u = c 1t cos )* + u dan gaya yang diberikan adalah : o
o
) " m ! "1u "2u $ * m ! c 1t cos "@ u $ 9999999999......!."c$
'ila sekarang diandaikan bahwa kecepatan awal uap c 1 dan kecepatan perpindahan u ketiga benda tersebut adalah sama yakni c 1t
#@@ m8s dan u <@ m8s, maka dengan
mensubstitusikan kecepatan-kecepatan ini ke dalam persamaan- persamaan !."a$, ! ."b$, dan !."c$, kita akan peroleh nilai gaya ) . 5ntuk kasus !a$ : ) # < kg8s !#@@ <0$ *<@ N 5ntuk kasus !b$ : ) * !*$.< kg8s !#@@ <@$ <@@ N 5ntuk kasus !c$ : ) " !*$.< kg8s !#@@ cos "@ <@$ ) " !*$.
?? <@$ "?? N
-erja yang dilakukan uap pada ketiga hal tersebut di atas yang memindahkan ketiga benda tersebut dengan kecepatan u ditentukan oleh persamaan ! .#$.
5ntuk kasus !a$ : / u# ) # . u !*<@ N$ !<@ m8s$ #*<@@ +8s 5ntuk kasus !b$ : / u* ) * . u !<@@ N$ !<@ m8s$ *<@@@ +8s 5ntuk kasus !c$ : / u" ) " . u !"?? N$ !<@ m8s$ #>"@@ +8s
Eleh sebab itu, dari dari persam persamaan aan !."c$ ternyata bahwa gaya ( ) semburan uap tergantung pada nilai cosinus sudut ; #. Dengan nilai yang minimum- nol , gaya ( ) akan mencapai nilai batasnya ( 2. 2. Dalam hal nilai sudut ; # yang membesar , gaya yang o
diberikan yang searah dengan arah putaran akan terus berkurang sampai pada nilai ; # =@ , gaya ini akan akan menjadi nol. +adi, kecermatan harus diberikan sewaktu memilih nilai ; # yang sesuai untuk nosel-nosel dan sudu -sudu turbin uap, biasanya yang diperbolehkan o
adalah ## sampai o
*@ !lit. # halaman #?$ .
%.3 Per&iun'an Daa Sur!e %.3.1 Daa Hasil Sur!e Sudi
5ntuk membantu dalam penyelesaian skripsi ini , maka dilakukan sur&ey studi ke /abrik -elapa Sawit /2/ Nusantara IF, IF, yang dalam memenuhi kebutuhan kebutuhan energi listriknya listriknya menggun menggunakan akan
turbin turbin uap
sebagai sebagai pengg penggerak erak
mula generato generatorr
listrik. listrik.
Dari sur&ey
tersebut tersebut diperoleh beberapa informasi yang berkaitan dengan data-data yang dibutuhkan.
Daa Tur$in 2
#. Daya turbin !/u$
: ?"@ kGatt
*. Diameter Diamet er turbin !d$
: >@@ mm
". +umlah putaran putara n turbin !n$
: "@@@ rpm
. Sudut masuk uap ke turbin ! <. Sudut masuk sudu !
�
?. Sudut keluar sudu !
〈 *$
A. Sudut keluar uap !
#
〈 #$
$
� *$
>. /emasukan uap parsial ! ∑ $
o
: *0
o
: * o
: "#
o
: *
: 0,*<
=. 2inggi sudu !l$
: *@ mm
#@. ebar sudu !b$
: #< mm
##. +arak bagi sudu !t$
: #* mm
#*. +umlah sudu !$
: *@= buah
#". -ecepatan uap mutlak ! c 1 $
: A# m8s
#. -ecepatan tangensial tangensia l turbin !u$
: #*< m8s
#<. 2ekanan uap masuk !/ # $
: #< bar
#?. Suhu uap masuk !2 # $
: *@ 3
#A. 2ekanan uap bekas turbin !/ * $
: " bar
#>. -ualitas uap $,%
: 0,=<
#=. Spesific &olume !v !v $
: 0,
o
"
%.3.# Per&iun'an Daa
5ntuk mendapatkan besarnya gaya tangensial dan daya mekanis yang dihasilkan turbin maka ditentukan terlebih dahulu &ariabel &ariabel berikut : a6 Panas 7au& o
/ada tekanan uap masuk #< bar dan temperatur * 0 3, diperoleh : h 1 *>==," k+8kg "
v 1 0,#>" m 8kg
Gam$ar %.3 Diagram 21s siklus rankine rankin e
kemudian pada saat uap keluar pada tekanan " bar diperoleh : h
v @ ,@@#@A" m 8kg "
v g 0,?@"**A m 8kg
maka h 2 = h + , h g h 2
v 2 v + , v g
"
"
0,@@#@A" m 8kg C ! 0,=<$ 0,?@"**A m 8kg "
0,*,?? k+8kg
$6 Peru$a&an Ener'i T&ermal Men(adi Ener'i )ineis
Dengan hukum kekekalan energi disebutkan bahwa energi sebelum dan sesudah nosel harus sama, maka : * .v o + u o = co c#*t + p 1.v 1 + u 1 + po * *
; p.v + u = h , maka : *
c#*t + h 1
co + ho = *
*
c#t *
-
c o* *
1t
c =
*
= ho
*!h *!ho
- h1
−h# $ +
* ………………kJ/kg
co 1t c
=
*.#@@@.! ho
−h# $ +
* ……..... J/kg
co 1t c
= ,!2 .! ho −h# $ + c o
*
7 jika c o 0, maka c 1t = ,!2 .! ho c #t ,A*
∆h
− h# $
!m8det$999999999999999999999999!.<$
6 )eepaan uap masu ur$in eoriis eoriis 2
c #t ,A*
∆h
,A*
*>*,??
A<#,> m8s
d6 )eepaan mula uap uap masu ur$in 2
-arena ada pengaruh koefisien kecepatan c#
ϕ
c #t
ϕ 0,=<, maka
7
0,=<. A<# ,> m8s A# m8s
e6 La(u Aliran Massa Uap 2
= m .v = .c Dari kedua persamaan tersebut didapat : m.v = .c Dimana : ( 5ntuk 5ntuk
.d .l
mengetahu mengetahuii laju
aliran masa uap,
juga dipengaruhi oleh ole h sudut masuk uap !
〈 #$
rumus di atas menjadi : .d .l .∑ .sin 〈 #
(
%aka : m.v ð .d .l .∑ .c# sin 〈 # m
m
ð .d .l.∑ .c# sin 〈 # v ",#! 0,>$!0,@*$!0,*<$!A#$ @,
maka rumus
luas penampan penampang g
dan pemasukan uap parsial !
∑ $, sehingga
%.% Per&iun'an )er(a Tur$in Berdasaran Prinsip Asi Uap.
Seperti penjelasan sebelmnya bahwa untuk menentukan &ariabel - &ariabel yang mendukung performa turbin , semuanya merujuk kepada kepada proses aliran uap yang terjadi ketika memasuki sudu hingga meninggalkan sudu. Skema aliran tersebut ditunjukkan pada gambar . berikut .
�
〈
� �
�
〈
Gam$ar %.% Impuls uap pada sudu
a6 )eepaan an'ensial 2
u .n
ð .d
ð .!0,>.m$!"@@@.rpm$ rpm$ ?@
?@
u #*< m8s
〈*
�
*
〈#
�#
Gam$ar %.* Segi tiga kecepatan uap
〈 〈
$6 )eepaan relai+ relai+ uap masu sudu sudu ur$in 2
"# c * #
+u* *
A#,*# <=>,*A
− * ⋅
u ⋅ c# ⋅ cos 〈 #
+ #*< * − * ⋅ A#,*# ⋅ #*< ⋅ cos *@ =
m8s
6 Sudu relai+ uap masu masu sudu 'era 'era 2
"# sin � # c # sin
〈# c#
sin � #
sin � #
sin 〈 #
×
"#
A#.*# ×sin *@ 0,@>" <=>,*A
� # arc sin 0.@>" o
*
d6 Sudu relai+ eluar sudu 'era 2
� * � # *o
e6 )eepaan uap eluar sudu 'era 2
-ecepatan uap keluar sudu gerak dipengaruhi oleh kerugian pada sudu -sudu "* "# "* 0,>? . <=> ,*A <#,< m8s
+6
)eepaan uap mula eluar sudu ur$in 2
c* "* *
+ u *− * ⋅
c * <#,< * + #*< * c * @",<* m8s
u ⋅ "* ⋅ cos � *
− * ⋅ #*< ⋅
<#:,< ⋅ cos *
= 0,>?
'6 Sudu mula uap uap eluar sudu 'era 'era 2
"* sin � * c * sin sin 〈 *
〈*
sin � *
"*
×
c*
sin 〈 *
<#,<
sin * 0,<#>?
×
@",<*
〈 * arc sin 0,<#>? "# ,*o
&6 Gaa Tan'ensial ur$in 2
)u m !c # cos 〈 # - c * cos
〈 *$
m !c # cos 〈 # !- c * cos m !c # cos 〈
#
C c * cos
〈 * $$
〈 *$
+ika : c 1u c # cos 〈 c 2u c * cos
#
A#,*# cos *@ ?A# m8s
〈 * @",<* cos "#,* "< m8s
maka : )u m $c 1u + c 2u % )u 0kg/s !?A# C "<$ <@>@ N
i6 Daa Tur$in
/ u m.u $c 1u - c 2u % / u m.u $c 1u – $ - c 2u %% / u m.u $c 1u + c 2u % / u #*< m8s !<@>@ !<@>@ N$ ?"<@@@ ?"<@@@ Gatt / u ?"< kGatt
%.* Hu$un'an 4ariasi
〈 1 er&adap 8 u dan Pu
'erdasarkan persamaan- persamaan persama an sebelumnya sebelumn ya diketahui diket ahui bahwa besar ;#
akan
mempengaruhi nilai dari gaya tangensial !) u $ dan daya mekanis !/ u $ turbin. +ika ; # di&ariasikan, maka nilai ) u dan / u juga akan ikut ber&ariasi ber&ari asi. 'erdasarkan literatur yang ada dan juga data di lapangan , batas &ariasi sudu yang diperbolehkan itu adalah berkisar antara o
o
## s8d *@ . m !c # cos 〈 # - c * cos
)u
〈 *$
m !c # cos 〈 # !- c * cos m !c # cos 〈 # C c * cos
〈 * $$
〈 *$
-arena : c # cos 〈
#
C c * cos
〈 * "# cos � # C
"* cos � * 7 "*
c # cos 〈 # C c * cos
〈*
"# cos � # C !# C
"#
"# cos � *
cos � * "# cos � # $ cos � #
7
c # cos 〈 # C c * cos
〈 *
!# C
$ "# cos � # 7
c # cos 〈 # C c * cos
〈 *
!# C
� # � *
"# cos � # c # cos 〈 # u
$ ! c# cos 〈 # u$
jadi : )u m !c # cos 〈 # C c * cos )u m !# C
〈 *$
$ ! c # cos 〈 # u$
Dimana :
m
< kg8s 0,>?
u
#*< m8s
c#
A#,*# m8s
jadi : )u
〈 # -#*<$
< !#,>?$!A#,*# cos =," !A#,*# cos
〈 # #*<$
Dan untuk daya : /u
m.u $c 1u + c 2u % m.u !c # cos 〈 # C c * cos
/u
m.u !# C
〈 *$
$ ! c # cos 〈 # u$
Dengan Dengan menggunakan persamaan di atas diperoleh nilai 8 u dan P u yang berbeda beda jika
〈 1 di&ariasikan, seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah ini .
Ta$el %. 1 /engaruh &ariasi sudut terhadap 0aya dan Daya turbin
〈1
8 u 9N6
P u 9:6
o
<,A=?<
?> ,=
o
<,<"A
?># ,A=?
o
<,"A>A
?A* ,"*
o
<,*<""*
?
o
<,@>@@>
?"< ,@><
o
,>
?@A ,#??
o
,<>=AA
0
<
#@ #< *@ *< "@
〈#
〈# tangensial ial Gam$ar %. , 0rafik pengaruh perubahan sudut terhadap gaya tangens
〈# Gam$ar %.- 0rafik pengaruh perubahan sudut terhadap Daya mekanis turbi urb in
'erdasarkan grafik di atas dapat diketahui bahwa jika sudut semakin kecil maka gaya tangensial dan da n daya mekanis turbin t urbin akan semakin semak in besar, demikian de mikian juga sebaliknya. Hal tersebut disebabkan karena jika
〈
#
semakin kecil !mendekati 0$, maka dorongan8 semburan
uap yang diterima sudu akan semakin besar . Hal ini dikerenakan sumburan uap tersebut lebih terserap sudu secara keseluruhan sehingga makin meminimalisir kerugian .
%., Hu$un'an u; den'an $esar $esar sudu
〈 # dan pen'aru&na er&adap E+isiensi Tur$in
Dari persamaan ".*0 diketahui bahwa :
u u cos u = *ϕ * # + �* cos 〈 − c# c# cos �# #
Dari persamaan di atas ternyata t ernyata bahawa besaran
u tergantung pada nilai u8c
#,
sudut nosel ,
koefisien kecepatan, dan sudut Hubungan u8c # agaknya merupakan karakteristik dasar tingkat turbin . +ika nilai-nilai sudut
〈 , � , � * dan koefisien kecepatan ϕ dan tetap konstan pada persamaan ".*@, #
#
maka nilai
u hanya tergantung pada rumus berikut .
* u u u u cos 〈 # − = cos 〈 # − 99999...99999.!.$ c # c c # c # #
+ika u8c # 0 dan u8c # cos ;, rumus di atas akan menjadi nol dan akibatnya adalah sama dengan nol. 5ntuk menentukan nilai optimum u8c # akoefisien turunan !diferensial$ pertama sisi s isi kanan persamaan persa maan . harus disamakan dengan nol .
* u u d cos 〈 # − c# c# =0 u d c#
u = 0 c #
cos 〈 # − *
u
=
cos 〈
1 ........................................ ............................................................ ........................................ ........................(4.5) ....(4.5)
u
c # opt
*
Dengan mensubstitusikan nilai u8c # dari persamaan .< ke persamaan " .*@, maka diperoleh nilaiefisiensimaksimum.
u ma, = ϕ # + cos � * (cos *〈 # ) 9999999999.99.!.?$ * cos �#
.
+ika :
� # �* , maka
ϕ
u . ma,
*
= *( # + ) ( cos 〈 #)
%.- Menenuan Sudu
9999999999999.................... .!.A
〈 #
Dari analisis dan perhitungan perhitungan yang dilakukan dilakukan, diketahui bahwa besar sudut sudu turbin sangat mempengaruhi besarnya gaya dan daya mekanis turbin tersebut . Namun perlu diketahui diket ahui satu besar sudut t ertentu yang ya ng paling baik untuk perencanaan perencanaa n turbin . Hal tersebut dapat ditentukan berdasarkan hubungan effisiensi turbin tersebut terhadap besar sudut dan koefisien kecepatan !u8c # $. %enurut %uin !#=="$ bahwa nilai koefisien kecepatan optimum !u8c # $ 0,>". Hal tersebut dapat terlihat dari table dan grafik berikut :
Ta$le %. # /engaruh !u8c # $ terhadap 6ffisiensi turbin -oefisien kecepatan
E+isiensi 9K$
!u8c# $ 0,000 0,#00
0,000 0 0,"*#?
0,*00
0,
0,"00
0,A:*@
0,"<#
0,>0#?
0,:00
0,>:@A
0,:>"
0,>??"
0,<00
0,>?<*
0,?00
0,>#<:
G r af ik e f f is iens i s eba gi f ungs i u / c 0 .9 0 .8 0 .7
e f0 . 6 f 0 .5 is ie 0 . 4 0 .3 0 .2 0 .1 00
0 .1
0 .2
0 .3 0 . 6 u /c
0 .4
0 .5
!u8 c # $ optimum terhadap effisie ffisiens nsii Gam$ar %.0 0rafik nilai !u8c
Hasil yang diperoleh dari tabel dan juga grafik di atas ditentukan berdasarkan persamaan per samaan ".*@, yang menunjukkan hubungan efisiensi dengan keofisien kecepatan.
Dari grafik dan tabel di atas menunjukkan bahwa hubungan koefisien kecepatan dan efisiensi tidaklah linier dan ditemukan bahwa nilai optimum !u8c # $ 0,>". 'erdasarkan persaman .< didapat :
3os 1
u * c#
u arcos !*. @,>"$ 1 arcos * c# o
o
1 #,=> #<
%./ Analisis Dan Simulasi Den'an Banuan Software Banuan Software )ompuer
%enggunakan software computer dalam analisis ini dimakasudkan untuk membantu mempermudah mempermudah dalam menganalisis data -data yang diperoleh. Dalam hal perhitungan perhitunga n data, digunaka n sofware %at lab . 5ntuk
memulai
program
%atlab
ini,
berikut
akan
dijelaskan
tahapan mengoperasikannya mengoperasikannya. (dapun langkah -langkahnya yakni :
/ilih Sar = All Pro'ram =MATLAB, (tau
-lik ganda ikon shortcut ikon shortcut %(2('
pada desktop windows.
Setelah ditunggu beberapa saat akan muncul desktop %atlab seprti berikut .
% atlab ab Gam$ar %.1> ayar tampilan %atl
-emudian akan muncul tampilan berikut .
% atla b Gam$ar %.11 ayar kerja %atla
%./.1
Men'&iun' Gaa Tan'ensial dan dan Daa Meanis Meanis Tur$in den'an den'an software MATLAB
/erhitungan secara manual telah dilakukan pada analisis sebelumnya. 5ntuk memperole h akurasi yang le bih baik maka dilakukan perhitungan perhitunga n dan analisis dengan bantuan soft ware %(2('.
Gam$ar %.1# (liran uap melalui sudu
)eepaan mula uap masu ur$in >> A1=20; >> k=0.86; >> h=0.95; >> m=5; >> n=3000; >> d=0.8; >> c1t=751.8; >> c1=h*c1t c1 = 714.2100
)eepaan an'ensial >> u=pi*d*n/60 u = 125.6637
)eepaan relai+ uap masu sudu ur$in >> w1=sqt!c1"2#u"2$2*c1*u*c%s!A1*!pi/180&&& w1 = 597.6721
Sudu relai+ uap masu sudu 'era >> sin'1=c1/w1*sin!A1*!pi/180&& sin'1 = 0.4087 >> '1=(sin!0.4087&/!pi/180& '1 = 24.1232 Sudu relai+ eluar sudu sudu 'era 'era >> '2='1 '2 = 24.1232
)eepaan uap eluar sudu 'era >> w2=k*w1 w2 = 513.9980
)eepaan uap mula eluar sudu ur$in >> c2=sqt!w2"2#u"2$2*w2*u*c%s!'2*!pi/180&&& c2 = 402.5980
Sudu mula uap eluar sudu 'era >> sinA2=w2/c2*sin!'2*!pi/180&& sinA2 = 0.5218 >> A2=(sin!0.5218&/!pi/180& A2 = 31.4531
Gaa Tan'ensial dan Daa Meanis Tur$in
)u m !c # cos 〈 # - c * cos
〈 *$
m !c # cos 〈 # !- c * cos m !c # cos 〈 # C c * cos
〈 * $$
〈 *$
+ika : c 1u c # cos 〈 c 2u c * cos
#
A#,*# cos *@ ?A# m8s
〈 * @",<* cos "#,* "< m8s
maka : )u m $c 1u + c 2u % )u 0kg/s !?A# C "<$ <@>@ N
Daya 2urbin / u m.u $c 1u + c 2u % / u #*< m8s !<@>@ N$ ?"<@@@ Gatt
/erhitungan /erhitungan di atas tentunya merujuk kepada persamaan gaya tangensial dan daya mekanis turbin yang diturunkan dari perhitungan perhitungan analisis aliran kecepatan uap melalui sudu tubin. 5ntuk bisa melakukan perhitungan seperti diatas, maka data-data yang bersangkutan dimasukkan dimasukkan ke program %atlab , dengan cara :
-etik : >> (1=20; >> (2=31.2; >> m=5; >> c1=714.21;
>> c2=403.52; >> u=125; >> c1u=c1*c%s!(1*!pi/180&&; >> c2u=c2*c%s!(2*!pi/180&&; >> )=m*!c1u#c2u& nt+
) = 5.0815+#003 >> ,=u*m*!c1u#c2u& , = 6.3518+#005
Gam$ar %.13 Instruksi kerja %atla %atla b
%./.# Analisis 4ariasi sudu er&adap er&adap 8u dan P u
-etik : >> (=10-1-20; >> m=5; >> u=125; >> c=714.21; >> =c%s!(*!pi/180&&; >> )=1.86*m*!c*$u&
6nter . (kan muncul hasil seperti berikut
Gam$ar %.1% hasil instruksi kerja %atla %atla b
) =
1.0+#003 *
%umns 1 th%uh 6
5.3787
5.3576
5.3345
5.3094
5.2824
5.1546
5.1178
5.0791
5.2533
%umns 7 th%uh 11
5.2223
5.1894
Ta$el %. 3 /engaruh &ariasi sudut terhadap 0aya tangensial turbin
〈
#
8 u 9N6
o
<,"A>A
##
o
<,"
#*
o
<,"":<
#"
o
<,"0=:
#:
o
<,*>*:
#<
o
<,*<""
#?
o
<,***"
#A
o
<,#>=:
#>
o
<,#<:?
#=
o
<,##A>
o
<,0A=#
#0
*0
5ntuk melihat grafik, ketik : >> p%t!()&
Grafi uunga masuk ! ayaangensiau sudutap sudutapmasuk ₁!s g 5400
)n t o e w N (u F ila s e n g n a t a a y
5350
5300
5250
5200
5150
5100
5050 10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Sudu apmasu ₁ ( .. Gam$ar %.1* 0rafik hubungan sudut dengan 0aya tangensial turbi urb in
-emudian untuk menghitung daya mekanis turbin dilakukan langkah berikut: >>,=u*1.86*m*!c*$u&
6nter (kan muncul hasil seperti berikut , =
1.0+#005 *
%umns 1 th%uh 6
6.7234
6.6970
6.6681
6.6368
6.6029
6.4432
6.3972
6.3489
%umns 7 th%uh 11
6.5279
6.4868
6.5667
Ta$el %. % /engaruh &ariasi sudut terhadap Daya mekanis turbin
〈
P u 9:6
#
o
?A*,":
##
o
??=,A@
#*
o
???,>#
#"
o
??",?>
#:
o
??@,"@
#<
o
?
#?
o
?<*,A=
#A
o
?:>,?>
#>
o
?::,"*
#=
o
?"=,A*
o
?":,>=
#0
*0
-emudian untuk melihat grafik, ketik: >> p%t!(,&
Graf rafi uun uunga ga sudu apmasu apmasu ₁ !s ayamekan yamekanis isu 675 670
tt 665 ) a ($ 660 # 655 is n a 650 e k m 645 y a a "
640 635 630 10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Sudu apmasu ₁ ( .. urb in Gam$ar %.1, 0rafik hubungan sudut dengan daya mekanis turbi
%./.3 Pen'aru& Sudu dan )oe+isien )eepaan Ter&adap Ter&adap E++isiensi Ta$le %. * /engaruh !u8c # $ terhadap 6ffisiensi turbin -oefisien kecepatan
E+isiensi 9K$
!u8c # $ 0,000 0,#00
0,000 0 0,"*#?
0,*00
0,
0,"00
0,A:*@
0,"<#
0,>0#?
0,:00
0,>:@A
0,:>"
0,>??"
0,<00
0,>?<*
0,?00
0,>#<:
-etik : >> =0 .1 .2 .3 .351 .4 .483 .5 .6; >> +=0 .3216 .5671 .7420 .8016 .8407 .8663 .8652 .8154; >> p%t!+& +nt+ G r r a a f ik ik e f f f f is iens iens i i s ebagi f f ungs ungs i i u/ u/ c c 0 .9 0 .8 0 .7
ef 0 . 6 f 0 . 5 is ie 0 . 4 0 .3 0 .2 0 .1 00
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
0 .5
0 . 6 u /c
Gam$ar %.1- 0rafik hubungan nilai !u8c !u8 c# $ optimum terhadap effisiensi maksi maks imum
+ika kita ingin melihat berbagai berbagai &ariasi effisiensi sebagai fungsi u8c jika sudut juga di&ariasika n, maka langkah yang dilakukan adalah dengan mangetik :
p%t!3.3573*!c%s!0*!pi/180&&$&*3.3573*!c%s!15*!pi/180&&$ &*3.3573*!c%s!20*!pi/180&&$&*0.6& nt+
G r a r a f ik ik e f f f f isie isie n si vs u/c
1
0.8 Ef f is 0.6 ie n s i 0.4 u r
0 derajat
15 derajat 20 derajat
0.2
0
0
0.1
0.2
0.6
0.3
0.4
u /c u8 c Gam$ar %.1/ 0rafik effisiensi sebagai fungsi u8c
0.5
Hubungan antara sudut masuk sudu dengan efisiensi turbin dapat juga dilihat seperti berikut : -etik : >> p%t!3.72*!c%s!(*!pi/180&&$ 0.6&*0.63.72*!c%s!(*!pi/180&&$0.5&*0.53.72*!c%s!(*!pi/180&&$ 0.483&*0.4833.72*!c%s!(*!pi/180&&$0.25&*0.25030&
Grafik efisiensi vs sudut !asuk sudu
u/c1#0.6 u/c1#0.5 u/c1#0.483 483
0.95 0.9
u/c1#0.25
0.85 Efi 0.8 si en 0.75 si tur 0.7 bi
0.65 0.6 0.55 550 0
5
10
15
20
25
30
"udut !asuk sudu Gam$ar %.10 0rafik effisiensi dengan sudut uap masuk sudu
0rafik di atas menunjukkan bahwa efisiensi turbin juga akan semakin maksimal jika
〈 # @. Namun hal tersebut tidak mungkin dilakukan . +adi harus ditentukan 〈 # yang paling optimal !mendekati ideal$. 0rafik di atas menunjukan bahwa grafik untuk sama dengan grafik untuk
〈 # 0.
〈#
o
#< hampir
+ika pengaruh &ariasi sudut turbin terhadap daya dan effisiensi turbin dita belkan, dan seluruh grafik yang diperoleh digabungkan dalam satu grafik, maka akan terlihat pada sudut berapa sudu turbin yang paling efektif dan efisien . Hal tersebut dapat dilihat dari tabel dan gambar berikut : Ta$el %. , /engaruh &ariasi sudut terhadap Daya dan 6ffisiensi 2urbin
〈
〈 * !.. $
o
#
o
!.. $
0 < #@ #< *@ *<
0 > *@ *",A "# ">,?
u8c # 0,? 0,>=*> 0,>>" 0,><>> 0,>#?A 0,A<>@ 0,?>"?
u8c # 0,<
u8c # 0,>"
/ u !kG$ ?>,=< ?>#,A= ?A* ," ?> ?@A,#?
@,="@@ @,=**= @,=@#A @,>??? @,>#A> @,A<
@,=*>= @,=**@ @,=@#? @,>?AA @,>*@< @,A?@<
〈* 11 0 100
90 80 70
u/ c 1#0. 5 u/ c 1#0. 483 u/ c 1 #0 . 6
60 50
0
5
10
15
20
〈#
25
Gam$ar %.#> 0rafik hubungan sudut dengan daya dan efisiensi turbin
30
%.0 Per$andin'an Hasil Per&iun'an Manual Den'an Simulasi S imulasi
Dari hasil perhitun perhitungan gan yang dilakukan dilakukan secara secara manual manual dan secara secara simulasi simulasi, maka didapatkan hasil yang tidaka jauh berbeda antara kedua cara tersebut . Hasilanay Hasilanay dapat dilihat pada tabel dan grafik berikut . Ta$el %. - /erbandingan hasil perhitungan manual dengan simulasi
Perhitungan manual manual
〈1 0
5
o
8 u 9N6
P u 9:6
Perhitungan simulasi
〈1
8 u 9N6
<,A=?
?> ,=<
0
<,<"
?># ,A=
5
o
<,"A>A
?A* ,"
10
o
<,*<""
?
15
o
<,@>@@
?"< ,@>
20
o
,>
?@A ,#?
25
o
,<>=A
30
o
10 15 20 25 30
o
o
P u 9:6
<,A=A
?> ,=?
<,<
?># ,>@
o
<,"A>A
?A* ,"
o
<,*<""
?
o
<,@A=#
?" ,>=
o
,>
?@A ,#A
o
,<>=>
$erbandingan %er&itungan da'a !anua( dan si!u(asi
650
645
640 +a 'a tur bi 635 n )k ,* 630
625
620 17
17. 5
18
18 .5 19 19 . 5 20 20 .5 "udut ua% !asuk )derajat*
21
21 .5
22
Gam$ar %.#1 0rafik perbandingan hasil perhitungan daya manual dengan s imula mulasi
Dari hasil perbandingan yang dilakukan terhadap perhitungan manual dengan simulasi maka dapat diketahui bahwa keakuratan dengan cara simulasi lebih teliti daripada dengan cara perhitungan manual . Namun perbedaan hasil yang didapatkan masih dapat ditoleransi, karena masih sangat relatif kecil selisih perbedaan tersebut.
BAB 4 )ESIMPULAN DAN SARAN
*.1 )esimpulan
Dari proses analisis dan simulasi yang dilakukan terhadap data-data dan spesifikasi turbin uap jenis impuls, maka didapatkan suatu kesimpulan bahwa : uap masuk Ø 0aya tangensial dan daya mekanis turbin akan semakin besar jika sudut uap ! 〈 # 6 semakin kecil. daya turbin yang besar besar belum tentu akan akan memperoleh Ø 0aya tangensial dan daya efisiensi dan efektifitas turbin t urbin yang baik dan maksimal. maksimal. Ø 'esar sudut
〈# yang paling optimal untuk mendapatkan performa turbin yang palilng o
baik dan maksimal maksi mal yakni pada sudut #< . manual dan simulasi simulasi menunjukkan menunjukkan hasil yang yang tidak jauh Ø Hasil analisis secara manual berbeda . /erhitungan secara simulasi sedikit lebih akurat dibanding perhitungan manual . *.# Saran
Skripsi ini disadari masih membahas sebagian kecil mengenai turbin uap yang digunakan sebagai power plant , dan juga masih jauh dari kesempurnaan . 5ntuk itu bagi mahasiswa yang hendak mengambil tugas skripsi dapat melanjutkan melanjut kan sekripsi sekrip si ini dengan pembahasan yang lain dan &ariasi yang berbeda . Hal tersebu t ersebutt sangat baik u ntuk dilakukan, dilakukan, karena dengan demikian secara bertahap a nalisis yang dilakukan dilakukan terhadap turbin t urbin uap akan semakin sempurna .
