session 17 steam turbine theory - aris febriantara kerja dan bagian-bagian turbin uap bertingkat...

Download Session 17 Steam Turbine Theory - Aris Febriantara  Kerja dan Bagian-Bagian Turbin Uap Bertingkat ... • h = selisih entalpi dari ekspansi isentropik antara uap baru yang masuk ke ... i = efisiensi dalam turbin

Post on 15-Feb-2018

217 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Session 17Steam Turbine Theory

    DSS Head Office, 27 Oktober 2008

    PT. Dian Swastatika Sentosa

  • 1. Pendahuluan2. Bagan Proses Tenaga Uap3. Air dan Uap dalam diagram T s dan h s4. Penggunaan Diagram h s5. Daya yang Dihasilkan, Efisiensi, dan Kapasitas Uap6. Persamaan Kontinuitas dan Penampang Saluran7. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas8. Aliran Uap Ketika Melewati Fixed Blade dan Moving Blade9. Cara Kerja dan Bagian-Bagian Turbin Uap Bertingkat10. Back-Pressure Turbine dan Condensing Turbine

    Outline

  • 1. Pendahuluan

    Steam merupakan air dalam wujud gas

    Definisi Steam

  • Definisi Steam TurbineSebuah steam turbine didefinisikan sebagaisuatu mesin yang mengubah energi steam menjadi energi kinetik dengan melakukan

    ekspansi melalui nozzle, dan energi kinetik yang dihasilkan oleh semburan steam yang diubah

    menjadi daya kerja pada sudu-sudu yang terdapat pada bagian yang berputar.

    Dengan kata lain: Sebuah steam turbine adalah penggerak

    utama yang mengubah energi panas dari steam langsung menjadi energi putaran mesin.

    1. Pendahuluan

  • Steam Turbine digerakkan oleh fluida : superheated steam atau saturated steam

    Efisiensi Steam Turbine dipengaruhi oleh : diameter roda turbin, jumlah tingkat, panjang sudu, dan penampang bagian- bagian yang menghantarkan uap.

    Kerja Steam Turbine dipengaruhi panas jatuh. Panas jatuh yang terjadi merupakan selisih entalpi yang terjadi pada turbin stage pertama dan terakhir akibat ekspansi uap.

    1. Pendahuluan

  • 1. Pendahuluan

    Superheated SteamSaturated Steam

    Single stageMulti Stage

    High PressureIntermediate Pressure

    Low Pressure

    AxialRadial

    CondensingFull Condensing

    Extraction-Condensing

    Non-CondensingBack Pressure

    Extraction-Back Pressure

    Proses OutputInput

    Efisiensi

    Konstruksi Turbin

  • Condensing Turbine Non-Condensing Turbine

    1. Pendahuluan

  • Radial Blade Turbine Axial Blade Turbine

    1. Pendahuluan

  • Heros Aelopile

    Brancas Steam Turbine

    Impulse Steam Turbine

    Reaction Steam Turbine

    1. Pendahuluan

  • Steam TubineThermodynamic Process

    1. Pendahuluan

  • Efficiency Definition

    1. Pendahuluan

  • 23

    12

    hhmQ

    hhmWW

    in

    C

    P

    41

    43

    hhmQ

    hhmW

    out

    t

    2. Bagan Proses Tenaga Uap

  • 2.1. Saturated Rankine Cycle in PLTN

  • 2. 2. Superheated Rankine Cycle

  • 2.3. Superheated-Reheated Rankine Cycle

  • Steam Table Tabel uap terbagi atas 2 bagian, yakni : tabel uap

    jenuh (saturated steam) dan tabel uap lanjut(superheated steam).

    Masing- masing tabel uap tersebut memuat besaran-besaran ukur: pressure (P), temperature (T), specific volume (v), specific enthalpy (h), and specific entropy (s)

    3. Air dan Uap Air Dalam Diagram T s dan h s

  • 3.1. Diagram T - s

    X= kg uap / kg campuran uap dan air)

    Besarnya temperatur didih bergantung tekananyang bekerja pada sistem tersebut.

    dQ = T ds

  • lihat gambar berikutBerapakah selisih entalpi seluruhnya dari proses isentropic h = h1-h2 dalam kJ/kg?

    Berapakah entalpi uap bekas yang keluar dari mesin?

    Bisa mencapai berapakah efisiensi teoritis tt, bila untuk dua prosestenaga uap dengan tujuan yang sama yaitu perpindahan energi, tetapi bekerja dengan data uap yang berlainan?

    a. Uap dengan tekanan tinggi yang bekerja di dalam suatu turbin uapdengan kondensasi

    b. Uap dengan tekanan menengah yang bekerja di dalam suatulokomotif uap

    3.2. Diagram h - s

    Contoh 1.

  • 1 2

    1u tt

    h hh

    3.2. Diagram h - s

    Panas Jatuh (h) = h1 h2

    Efisiensi konversi energi kalormenjadi energi mekanik

    Back

  • perubahan keadaan isobar penentuan panas jatuh proses pencekikan (throttling)

    4. Penggunaan Diagram h s

    Mollier Diagram

    Dalam daerah uap basah garistemperatur tidak ada, karena temperaturuap basah antara x = 0 sampai x = 1 adalah selalu tetap konstan, tergantungkepada tekanan yang dipunyaitemperatur didih air, yang diambil daritabel uap

  • Peristiwa a : Perubahan keadaan isobar

    Uap yang lembab dengan tekanan 10 bar dan x = 0,96 (4% air) harus dipanaskan lanjut sampai 10 bar, 4000C

    Berapakah jumlah kalor yang diperlukan? Berapakah temperatur uap lembab tersebut? Berapakah spesifik volume v yang dipunyai uap panas lanjut dan uap yang lembab?

    4. Penggunaan Diagram h sContoh 2

  • Peristiwa b : Penentuan panas jatuh

    Berapakah panas jatuh (selisih entalpi) h yang terdapat pada turbin bila uap baru dengan tekanan 10 bar/4000C berekspansi isentropik sampai 0,05 bar?

    Berapakah keadaan uap bekas yang keluar dari turbin? Bila di dalam turbin terdapat kerugian perpindahan energi sehingga i = 0,80, bagaimanakah keadaan uap bekas dari turbin?

    4. Penggunaan Diagram h s

  • Peristiwa c :Proses pencekikan (throttling)

    Uap baru dengan kondisi 40 bar/4000C di ekspansikan di dalam turbin sampai tekanannya menjadi 1 bar. Sehingga terdapat panas jatuh isentrop sebesar h = 760 kJ/kg. Bagaimanakah kondisi uap baru yang masuk ke turbin, bila katup pemasukan uap sebelum turbin ditutup perlahan-lahan dicekik sampai 4 bar (uap yang keluar dari katup dan masuk ke turbin menjadi bertekanan 4 bar)? Setelah proses pencekikan, berapakah panas jatuh isentrop yang bekerja di dalam turbin?

    4. Penggunaan Diagram h s

  • Steam Turbine Moisture Separation and Steam Reheating

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • 5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Reheater Assembly

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Actual Moisture Separator

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Moisture Separator ReheaterGuangdong Sizewell N.P.S.

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Open or Direct Contact Feedwater Heater System

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Feedwater Heating (Direct Contact Heater)

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Closed or Surface (Tubed) Feedwater Heater System

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Feedwater Heating(Surface (Tubed) Heater)

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Feedwater Heating(Multiple Heaters)

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Efficiency Gain With Feedwater Heaters

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Perbaikan dengan jalan pemanasan ulang

    Dengan menggunakan Re-Heater

    Steam yang keluar dari HP turbin dipanaskan kembali di Boiler dan dimasukkan kembali di IP Turbin

    Menaikkan 3 - 4 % efisiensi

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

    )()()(

    aihgfedcbaiabhaihgfedcba

    u

    Akan mengembun

  • Perbaikan dengan jalan pemanasan pendahuluan air umpan boiler dengan uap yang di ekstraksi dari turbin uap (sistem regeneratif) Dengan menggunakan ekstraksi steam dari turbin

    untuk memanasi air umpan menuju boiler Dengan LP Heater, HP Heater, IP Heater Menaikkan 7% efisiensi

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • Pemanasan pendahuluan air umpan boiler dengan uap yang di ekstraksi dari turbin.

    Proses siklus dengan data uap dari turbin ekstraksi 1 tingkat terdapat pada gambar dibawah ini :

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

    Contoh 3

  • 5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

    Uap baru yang masuk ke dalam turbin = uap yang keluar dari boiler = 160 bar, 5300C.

    Uap ekstraksi tekanannya 16 bar, x = 1 mengikuti proses ekspansi isentropik.

    Tekanan uap bekas yang keluar dari turbin = 0,04 bar.Perhitungan dilakukan terhadap tiap 1 kg uap baru yang masuk ke dalam turbin.

  • Berapakah uap ekstraksi (yang harus dikeluarkan dari turbin) z dalam kg/kg yang diperlukan untuk pemanasan pendahuluan air kondensat utama dari temperatur TKA = 290C dan hKA = 121 kJ/kg menjadi air pengisi ketel dengan temperatur TKE = 1900C dan hKE = 810 kJ/kg? Uap ekstraksi meninggalkan turbin dengan tekanan 16 bar, x = 1 dan T = 2010C (tabel uap). Di dalam pesawat pemanas lanjut uap ekstraksi ini akan mengembun dan setelah menyerahkan kalor keadaannya menjadi hzK = 856 kJ/kg sesuai dengan temperatur didih 2010C (dari tabel uap).

    Berapa persenkah perbaikan efisiensi termis yang bisa dicapai proses ini?

    5. Perbaikan Proses Tenaga Uap dengan Teknologi Panas

  • h = selisih entalpi dari ekspansi isentropik antara uap baru yang masuk kedalam turbin dengan uap bekasnya yang keluar dari turbin, dalam kJ/kg.

    ms = Kapasitas uap (masa uap yang masuk ke dalam turbin persatuanwaktu), dalam kg/detik.

    i = efisiensi dalam turbin m = efisiensi mekanis dari turbin

    6. Daya Yang Dihasilkan, Efisiensi, dan Kapasitas Uap

    mismhP Daya yang dihasilkan

    mie Efisiensi kopling dari turbin

    Bekerjanya turbin tergantung kepada panas jatuh, keadaan uap dankapasitas uap yang dimasukkan ke dalam sebuah atau ke dalam keduarumah turbin.

  • 6. Daya Yang Dihasilkan, Efisiensi, dan Kapasitas Uap

  • 7. Persamaan Kontinuitas dan Penampang Saluran

    Bagan cara kerja uap ketika sedang melewati sudu-sudu turbinuap satu tingkat, bentuk penampang sudu pengarah dibuatsedemikian rupa supaya dapat melaksanakan ekspansi uapdengan pertambahan kecepatan yan