Sessi on 17St eam Tur bi ne Theor yDSS Head Of f i c e, 27 Okt ober 2008PT. Di an Swast at i ka Sent osa1. 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 TurbineOut l i ne1. Pendahul uan St eam merupakan airdalam wuj ud gasDefinisi St eamDefinisi St eam Turbine Sebuah st eam t urbine didefinisikan sebagaisuat u mesin yang mengubah energi st eam menj adi energi kinet ik dengan melakukanekspansi melalui nozzle, dan energi kinet ik yang dihasilkan oleh semburan st eam yang diubahmenj adi daya kerj a pada sudu- sudu yang t erdapat pada bagian yang berput ar. Dengan kat a lain: Sebuah st eam t urbine adalah penggerakut ama yang mengubah energi panas dar i st eam langsung menj adi energi put aran mesin.1. Pendahul uan 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. Pendahul uan1. Pendahul uanSuperheat ed St eamSat urat ed St eamSingle st ageMult i St ageHigh PressureI nt ermediat e PressureLow PressureAxialRadialCondensing Full Condensing Ext ract ion- CondensingNon- Condensing Back Pressure Ext ract ion- Back PressureProses Out put I nputEfisiensiKonst ruksi TurbinCondensing Turbine Non- Condensing Turbine1. Pendahul uanRadial Blade Turbine Axial Blade Turbine1. Pendahul uanHeros AelopileBrancas St eam TurbineI mpulse St eam TurbineReact ion St eam Turbine1. Pendahul uanSt eam Tubi neTher modynami cPr oc ess1. Pendahul uanEf f i c i enc y Def i ni t i on1. Pendahul uan( )( )2 31 2h h m Qh h mWWinCP = =)`( )( )4 14 3h h m Qh h m Woutt = =2. Bagan Pr oses Tenaga Uap2.1. Sat ur at ed Rank i ne Cyc l e i n PLTN2. 2. Super heat ed Rank i ne Cyc l e2.3. Super heat ed-Reheat ed Ranki ne Cyc l eSteam Table Tabel uap terbagi atas 2 bagian, yakni : tabel uapjenuh (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. Ai rdan Uap Ai rDal am Di agr am T s dan h s3.1. Di agr am T - sX=kg uap /kg campuran uap dan air)Besarnya t emperat ur didih bergant ung t ekananyang bekerj a pada sist em t ersebut .dQ =T dslihat gambar berikutBerapakah selisih ent alpi seluruhnya dari proses isent ropic h =h1- h2 dalam kJ/ kg?Berapakah ent alpi uap bekas yang keluar dari mesin?Bisa mencapai berapakah efisiensi t eorit is t t, bila unt uk dua prosest enaga uap dengan t uj uan yang sama yait u perpindahan energi, t et api bekerj a dengan dat a uap yang berlainan?a. Uap dengan t ekanan t inggi yang bekerj a di dalam suat u t urbin uapdengan kondensasib. Uap dengan t ekanan menengah yang bekerj a di dalam suat ulokomot if uap3.2. Di agr am h - sCont oh 1.1 21u tth hh = =3.2. Di agr am h - sPanas Jat uh ( h)=h1 h2Efisiensi konversi energi kalormenj adi energi mekanikBack perubahan keadaan isobar penentuan panas jatuh proses pencekikan (throttling)4. Penggunaan Di agr am h sMollier DiagramDalam daerah uap basah garist emperat ur t idak ada, karena t emperat uruap basah ant ara x =0 sampai x =1 adalah selalu t et ap konst an, t ergant ungkepada t ekanan yang dipunyait emperat ur didih air, yang diambil darit abel uapPerist iwa a : Perubahan keadaan isobarUap yang lembab dengan t ekanan 10 bar dan x =0,96 ( 4% air)harus dipanaskan lanj utsampai 10 bar, 4000C Berapakah j umlah kalor yang diperlukan? Berapakah t emperat ur uap lembab t ersebut ? Berapakah spesifik volume v yang dipunyai uap panas lanj utdan uapyang lembab?4. Penggunaan Di agr am h sCont oh 2Perist iwa b : Penent uan panas j at uh Berapakah panas j at uh ( selisih ent alpi)h yang t erdapatpada t urbin bila uap baru dengan t ekanan 10 bar/ 4000C berekspansi isent ropik sampai 0,05 bar? Berapakah keadaan uap bekas yang keluar dari t urbin? Bila di dalam t urbin t erdapatkerugian perpindahan energi sehingga i=0,80, bagaimanakah keadaan uap bekas dari t urbin?4. Penggunaan Di agr am h sPerist iwa c :Proses pencekikan ( t hrot t ling)Uap baru dengan kondisi 40 bar/ 4000C di ekspansikan didalam t urbin sampai t ekanannya menj adi 1 bar. Sehingga t erdapatpanas j at uh isent rop sebesarh =760 kJ/ kg. Bagaimanakah kondisi uap baru yang masuk ke t urbin, bila kat up pemasukan uap sebelum t urbin dit ut up perlahan-lahan dicekik sampai 4 bar ( uap yang keluar dari kat up dan masuk ke t urbin menj adi bert ekanan 4 bar) ? Set elah proses pencekikan, berapakah panas j at uh isent rop yang bekerj a di dalam t urbin?4. Penggunaan Di agr am h sSt eam Tur bi ne Moi st ur e Separ at i on and St eam Reheat i ng5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanas5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasReheat er Assembl y5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasAc t ualMoi st ur e Separ at or5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasMoi st ur e Separ at orReheat erGuangdong Si zewel lN.P.S. 5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasOpen orDi r ec tCont ac tFeedwat er Heat erSyst em 5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasFeedwat er Heat i ng (Di r ec tCont ac tHeat er )5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasCl osed orSur f ac e (Tubed) Feedwat er Heat erSyst em5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasFeedwat er Heat i ng(Sur f ac e (Tubed) Heat er )5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasFeedwat er Heat i ng(Mul t i pl e Heat er s) 5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasEf f i c i enc y Gai n Wi t h Feedwat er Heat er s5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanas 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 % efisiensi5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanas) () ( ) (a i h g f e d c b ai a b h a i h g f e d c b au = Akan mengembun Perbaikan dengan j alan pemanasan pendahuluan air umpan boiler dengan uap yang di ekst raksi dari t urbin uap ( sist em r egenerat if) Dengan menggunakan ekst raksi st eam dari t urbinunt uk memanasi air umpan menuj u boiler Dengan LP Heat er,HP Heat er,I P Heat er Menaikkan 7% efisiensi5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasPemanasan pendahuluan air umpan boiler dengan uap yang di ekst raksi dari t urbin.Proses siklus dengan dat a uap dari t urbin ekst raksi 1 t ingkatt erdapatpada gambar dibawah ini :5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasCont oh 35. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanasUap baru yang masuk ke dalam t urbin =uap yang keluar dari boiler =160 bar, 5300C.Uap ekst raksi t ekanannya 16 bar, x =1 mengikut i pr oses ekspansi isent ropik.Tekanan uap bekas yang keluar dari t urbin =0,04 bar.Perhit ungan dilakukan t erhadap t iap 1 kg uap baru yang masuk ke dalam t urbin. Berapakah uap ekst raksi ( yang harus dikeluarkan dari t urbin) z dalam kg/ kg yang diperlukan unt uk pemanasan pendahuluan air kondensatut ama dari t emperat ur TKA =290C dan hKA =121 kJ/ kg menj adi air pengisi ket el dengan t emperat ur TKE =1900C dan hKE =810 kJ/ kg? Uap ekst raksi meninggalkan t urbin dengan t ekanan 16 bar, x =1 dan T =2010C ( t abel uap) . Di dalam pesawatpemanas lanj utuap ekst raksi ini akan mengembun dan set elah menyerahkan kalor keadaannya menj adi hzK =856 kJ/ kg sesuai dengan t emperat ur didih 2010C ( dari t abel uap) . Berapa persenkah perbaikan efisiensi t ermis yang bi sa dicapai proses ini?5. Per bai kan Pr oses Tenaga Uap dengan Teknol ogiPanas 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 turbin6 . Daya Yang Di hasi l kan, Ef i si ensi , dan Kapasi t as Uapm i sm h P =Daya yang dihasilkanm i e =Efisiensi kopling dari t urbinBekerj anya t urbin t ergant ung kepada panas j at uh, keadaan uap dankapasit as uap yang dimasukkan ke dalam sebuah at au ke dalam keduarumah t urbin.6 . Daya Yang Di hasi l kan, Ef i si ensi , dan Kapasi t as Uap7. Per samaan Kont i nui t as dan Penampang Sal ur anBagan cara kerj a uap ket ika sedang melewat i sudu- sudu t urbinuap sat u t ingkat , bent uk penampang sudu pengarah dibuatsedemikian rupa supaya dapat melaksanakan ekspansi uapdengan pert ambahan kecepat an yang t ert ent u. Akibat dariekspansi it u menghasilkan pert ambahan volume. Moving Bl adeFi xed Bl adec A v ms = Persamaan Kont inuit ascVAs=v m Vs s =7. Per samaan Kont i nui t as dan Penampang Sal ur anAsumsi kapasit as uap 1 kg/ det ikms=kapasit as uap ( kg/ det ik)V =volume spesifik ( m3/ kg)A =luas penampang saluran ( m2)c =kecepat an uap masuk dan keluarsaluran ( m/ det ik)Vs= volume aliran uap1sin = L D A7. Per samaan Kont i nui t as dan Penampang Sal ur anBagan penampang saluran suat u t ingkat t ur bin uap3, 0DL = >Uap baru dengan t ekanan 170 bar, 5300C diekspansi kan sampai0,065 bar dengan kondisi akhir x =0,9.daya pada kopling yang dihasilkan t urbin P =150. 000 kW ( 150 MW) .Turbin memakaipemanasan ulang dan j uga menggunakan pemanasan pendahul uanair ket el ( Feedwat erheat er) , dengan adanya uap yang diekst raksidari t urbin maka kondisi uap menj adi sepert i berikut :Volume spesifik dan kapasit as aliran uap dalam t urbin didapatdariv m Vs s =Tingkat Pertama Terakhirms120 80 kg/detv 0,019 20 m3/kgVs2,25 1600 m3/detPerhit ungan kasar unt uk Diamet er t ingkat( diamet er rat a- rat a lingkaran sudu)dan panj ang sudu.7. Per samaan Kont i nui t as dan Penampang Sal ur anCont oh 47. Per samaan Kont i nui t as dan Penampang Sal ur anTuj uan :unt ukmenghindari j angansampai diamet er t ingkat ( diamet er rat a-rat a lingkaran sudupada t ingkat it u)t erlalu besar dankecepat ankelilingt erlalu t inggi, makauap yang keluar darit urbin dengan t ekanant inggi dibagi menj adibeberapa aliran uapdan dimasukkan kedalam beberapa buaht urbin t ekanan rendah.Di f f er entAppl i c at i onsTur bi ne Expansi on Li nesTur bi ne Conf i gur at i ons1 2 1 22 1000 ( ) 44, 72 c h h h h = = Kecepat an keluar sudu22000stch =Energi Tempat +Energi Kecepat an +Energi Tekanan +Energi Dalam =Konst an2 21 21 1 1 2 2 22 22 11 222 1 2 22 22 22 ( )c cPv u P v uPv u hc ch hc h h c+ + = + ++ = = = +8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anUap dengan t ekanan 20 bar, 3500C di ekspansikan dalam suat u alatpengarah ( Nozzle) yang sempurna t anpa kerugian menj adi uap dengan t ekanan 3 bar. Berapakah kecepat an akhir uap it u bila kecepat an awalnya c1=nol? Bagaimanakah kondisi uap di bagian keluar, bila harga- harga uap t ersebutdibaca dari diagram h s?8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anCont oh 5 Banyaknya aliran uap, perbandingan tekanan, bentuk penampang saluran8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anSuat u masa aliran uap panas ms=1 kg/ det ik dengan P1 =20 bar dan T1 =3500C harus diekspansikan isent ropiksampai 3 bar.Penampang saluran A harus dilaksanakan bagaimanasupaya bisa memenuhi persamaan kont inuit as?Cont oh 68. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anp120 20 20 20 20 20 20 barpx20 15 10,9 8 6 5 3 barh13140 3140 3140 3140 3140 3140 3140 kJ/kghx3140 3060 2920 2912 2850 2810 2715 kJ/kgh1-hx0 80 160 228 290 330 425 kJ/kgcx0 400 565 675 763 812 920 m/svx0,140 0,175 0,224 0,280 0,350 0,400 0,600 m3/kgAx436 395 415 460 493 654 mm2 Perbandingan tekanan-laval, fungsi pengaliran112s sPm Av| |= |\ .8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal an1( 1)( )21 1s maks =+ +Massa uap yang mengalir persat uan wakt uFungsi pengaliran8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anGas atau uap air ; pL/p1vs maksGas dengan 2 atom, udara 1,4 0,528 0,484Gas dengan 3 atom, uap panas lanjut 1,3 0,546 0,473Uap jenuh 1,135 0,577 0,450Uap basah ; = 1,035 + 0,1 . x Harga dihitung8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anLint asan bilangan pengaliran vst erhadap perbandingan t ekanan p/ p1 Di bawah kecepatan suara, kecepatan suara, dan di atas kecepatan suara8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal an1 12( 1)LL L Lc Pvc P v= += 10 , 5 7 7LP P = 10, 546LP P = Unt uk uap j enuhUnt k uap panas lanj utKecepat an suaraUntuk p1 = 100 bar, T1 = 4500C besarnya pL = 54,6 bar dan cL = 565 m/s. untuk p1 = 0,8 bar, x = 0,95 besarnya pL = 0,462 bar dan cL = 430 m/s.Kecepatan uap diatas kecepatan suara di dalam turbin uap terjadi pada tingkat curtis, dan juga terjadi di dalam tingkat terakhir dari turbin uap yang besar dan menggunakan kondensasi.8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anCont oh 7 penampang saluran pada turbin8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anSudu Pengarah ( Fixed Blade) Nozzle Laval8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iSudu Pengar ah dan Sudu Jal anSudu Jalan ( Moving Blade)I mpulse St eam Turbine React ion St eam Turbine8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iTur bi n Perubahan tekanan dan kapasitas uap yang masuk ke dalam turbin Luas penampang saluran nozzle dan sudu-sudu di dalam turbin dibuat untuk kondisi operasi turbin dengan beban penuh. Jika turbin dioperasikan dengan kondisi beban sebagian atau lebih besar dari beban penuh, maka distribusi tekanan di dalam tingkat turbin akan berubah.8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iTur bi n Perubahan tekanan dan kapasitas uap yang masuk ke dalam turbin p/p1berubah akan menimbulkan perubahan bilangan pengaliran vs, jika perubahannya sampai di bawah tekanan laval, maka kecepatan masa uap yang mengalir per satuan waktu msdi bagian keluar saluran pengarah akan mencapai kecepatan suara Ekspansi uap yang selanjutnya sampai di bawah tekanan laval terjadi di dalam ruang sebelah belakang saluran pengarah, dengan demikian penampang keluar dari saluran pengarah berfungsi sebagai penampang tersempit dari nozzle laval.8. Al i r an Uap Ket i ka Mel ewat iTur bi n9 . Car a Ker j a dan Bagi an-Bagi an Tur bi n Uap Ber t i ngkat1. Turbin Kondensasi ( Condensing Turbine)Turbinyangsalurankeluarnyadihubungkandengankondenser, sehinggat ekananuappadasalurankeluarnyamendekat i t ekanan vakum10. Bac k-Pr essur e Tur bi ne dan Condensi ng Tur bi neCondensing t urbine 1 bar10. Bac k-Pr essur e Tur bi ne dan Condensi ng Tur bi neHubungan Ant ar a Tekanan dan Fl ow St eam, danTur bi ne Load1 Bar = 100 kPa= 0,1 MPa= 0,986923 atm= 1,0197 kg/cm2= 100.000 N/m21 BTU/lb = 0,556 Kcal/kg= 2,33 kJ/kg273 deg deg32 deg59deg) 32 (deg95deg+ =+|.|

\|=|.|

\| =C KelvinC x FF x CKonver siSat uan