Download - Laporan Turbin Uap

Transcript
Page 1: Laporan Turbin Uap

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar BelakangPada 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 komponen-komponen dari turbin uap dan sistem kontrol/instrumentasi yang bekerja selama beroperasi.

B. Tujuan Percobaan

1. Dapat mengoperasikan turbin uap.2. Mengetahui fungsi atau turbin uap dan prinsip kerjanya.3. Membuat daftar simbol parameter-parameter yang digunakan dalam satuan SI.4. Melaksanakan kalibrasi beban torsi yang diberikan.5. 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 entalpi-

entropi.10. Melaksanakan deail perhitungan.11. Membuat laporan percobaan performansi turbin uap.

Page 2: Laporan 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:

Page 3: Laporan Turbin Uap

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.

Page 4: Laporan Turbin Uap

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.

Page 5: Laporan Turbin Uap

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 = banyaknyaair kondensat

waktu( Kjs

)

Page 6: Laporan Turbin Uap

b. Drop entalpi aktual:

∆ h (act )=h1−h2( Kjs

)

c. Drop entalpi isentropik :

∆hisent = h1 – h2 (Kj/s)

d. Energi yang disuplay uap :

e. Energi yang disuplai turbin (ET) :

ET = ms (h1 – h2’) (KW) : secara aktual

= ms (h1 – h2s) (KW) : secara ideal

f. Panas yang diterima air pendingin (Ect) :

Ect = mW . CP . (T2 – T1) (KW)

g. Energi dalam air kondensat (Ec) :

Ec = ms . cp . 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 (KW)

k. Konsumsi energi (SCC) :

SC= ErEbp

(KJ / s)

Page 7: Laporan Turbin Uap

l. Konsumsi uap spesifik (SCC) :

SCC = MsEbp

( KJKWs

)

m. Effisiensi isentropik (ηisent ¿

ηisent = ∆hactual

∆h isentropik(% )

n. Effisiensi thermal (ηth) :

ηth = EbpEr

(%)

o. Effisiensi Rankine (ηR) :

ηR = ∆hactEr

(%)

p. Effisiensi relatif (ηret) :

ηrel = ηt hηr

(% )

q. Effisiensi konversi mekanis(ηmek ) :

ηmek =Ebp

ms(h1−h2)

Page 8: Laporan Turbin Uap

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.

Page 9: Laporan Turbin Uap

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)

Page 10: Laporan Turbin Uap

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

Turbin exhaust (0C)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

Page 11: Laporan Turbin Uap

BAB IV

ANALISA DATA

Sebagai contoh perhitungan, diambil data untuk kondisi berbeban.

1. Konsumsi uap teorotis (ms)

Ms = A x c x √ pv dimana : A = luas nozzel (mm2)

(m3/kg) P = tekanan nozzel (bar abs)V = volume spesifik uap C = konstanta = 0,0368

Untuk nozzel no.31

A = n4

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 √ 3,90,4897

= 2,17 kg/menit

2. Panas yang disuplai (Qs)Qs = ms x extalpi pada nozzel, dimana kondisi nozzle 2,9 bar g; 1520CQs = 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; 670C

= 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

Page 12: Laporan Turbin Uap

= 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 Cp x T

= 2,17 x 4,18 x 48= 435,39 kj/menit

7. Panas yang diterima air pendingin (Qcw)Qcw = mcw x Cp x (Tcwo – Tcwi)

= 23000

60 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 = 2πNT

60

= 2πFrN

60

= 2x 3946 x20,3 x0,25

60= 2097,11 W = 125,83 kj/menit

11. Konsumsi Energi

= suplai panasarankine

BP =

5532,112,09711

= 2637 kj/menit

12. Konsumsi Uap Spesifik (SSC)

SSC = konsumsiuap per jam

BP

= 2,17 x602,09711

= 62,09 kg/kwh

Page 13: Laporan Turbin Uap

13. Efisiensi Isentropis

ηis = drop entalpi aktual

drop entalpi isentropis

= 260,4998,2

x 100% = 26,09%

14. Efisiensi Konversi Mekanikal

ηme = brake power

drop entalpiaktual

= 125,83260,4

x 100% = 48,32%

15. Efisensi thermal

ηth = brake power

suplai panasrankine

= 125,835532,11

x 100% = 2,27%

16. Efisiensi Rankine

ηth = drop entalpiaktualsuplai panasrankine

= 260,4

5532,11 x 100% = 4,71%

17. Efisiensi Relatif

ηrel = efisiensi thermalefisiensi rankine

= 48,2%

18. Daya ElektrisP = √3 x V x I = √3 x 315 = 2182,4 W

Perhitungan untuk distribusi energy1. 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. Panas yang disuplai ke nozzle = 5967,5 kj/menit3. Panas yang hilang pada katub throttle = 5989,2 – 5967,5

Page 14: Laporan Turbin Uap

= 21,7 kj/menit4. Panas yang diterima air pendingin = 4807 kj/menit5. Panas exhaust = 5707,1 kj/menit6. Panas daya output (BP) = 125,83 kj/menit7. Panas akibat gesekan radiasi = 5967,5 – (5707,1+125,83)

= 134,57 kj/menit8. Panas yang terkandung dalam kondensat = 4435,39 kj/menit9. 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 I II III IV1 Volume spesifik uap (m3/kg) 0,4897 0,3016 0,3136 0,24082 Konsumsi uap teoritis (kg/min) 2,17 3,60 3,84 4,433 Panas suplai ke nozzle (kj/min) 5967,5 9972 10675 122934 Panas exhaust (kj/min) 5707,1 9684 10329,6 11916,75 Drop entalpi actual (kj/min) 260,4 288 345,6 376,36 Drop entalpi isentropis (kj/min) 998,2 1116 1344 1572,47 Panas dalam kondensat 435,39 857,4 1011,23 1203,638 Panas dalam cooling water (kj/min) 4807 6409,3 8011,67 96149 Panas undercooling (kj/min) 5271,71 8826,26 9318,37 10713,0710 Suplai panas rankine (kj/min) 5532,11 9114,26 9663,97 11089,3711 Brake power (BP) 2097 74423 867,26 908,7812 Konsumsi power (kj/kw min) 2637,97 12246 11142,98 12202,4813 SSC (kg/kwh) 62,09 290,2 265,66 292,4814 Efisiensi isentropis (%) 26,09 25,8 25,71 23,9315 Efisiensi mekanikal (%) 48,32 15,50 15,06 14,4916 Efisiensi thermal (%) 2,27 0,49 0,54 0,4917 Efisiensi rankine (%) 4,71 3,16 3,58 3,3918 Efisiensi relative (%) 48,2 15,51 15,08 14,4519 Daya listrik (W) 2182,4 485 536,9 554,320 Panas uap masuk tubin (kj/min) 5989,2 9999,0 10694,4 12315,421 Kehilangan panas pada katub (kj/min) 21,7 18 19,2 22,422 Panas gesekan (kj/min) 134,57 43,35 293,56 321,7723 Kehilangan panas akibat radiasi

(kj/min)464,71 2416,96 1306,7 1099,07

Kondisi I = dalam pengujian diberi beban

Page 15: Laporan Turbin Uap

Kondisi II,III,IV tidak diberi beban

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.

Page 16: Laporan Turbin Uap

DAFTAR PUSTAKA

Instrucion Manual Steam Turbin

Steam Turbin

Matei Mata Kuliah


Top Related