skripsi analisis kinerja turbin air arus bawah 6 sudu lengkung ...
perancangan turbin uap penggerak generator dengan daya ...
-
Upload
khangminh22 -
Category
Documents
-
view
4 -
download
0
Transcript of perancangan turbin uap penggerak generator dengan daya ...
PERANCANGAN
TURBIN UAP PENGGERAK GENERATOR
DENGAN DAYA OUTPUT 1 MW
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
DISUSUN OLEH :
ACHMAD RIZKY AMRULLAH
201610120311206
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2021
vii
ABSTRAK
Seiring berkembang nya teknologi di dunia saat ini, energi listrik sangat
dibutuhkan untuk menunjang kehidupan sehari-hari baik dalam industri, teknologi
maupun rumah tangga. Energi listrik sendiri dihasilkan oleh pembangkit listrik
dimana salah satu nya menggunakan tenaga uap (PLTU). Salah satu komponen
penting dalam pembangkit listrik adalah Turbin Uap. Turbin uap merupakan alat
penggerak yang mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan selanjutnya
diubah menjadi energi mekanik. Turbin uap banyak digunakan didalam industri
yaitu sebagai penggerak mula pada generator listrik.
Dalam penulisan ini akan dirancang sebuah turbin curtis dua tingkat
tekanan. Tujuan perancangan ini adalah untuk mengatasi penurunan kalor yang
terlalu besar bila menggunakan turbin impuls satu tingkat. Perancangan yang ideal
yaitu dapat memenuhi beberapa kriteria seperti efisien, kontruksi dan peralatan
yang sederhana, serta perbaikan dan perawatan yang mudah. Pembahasan kali ini
akan berkisar pada analisis termodinamika, perencanaan kontruksi dan dimensi
pada setiap komponen.
Kata kunci: Turbin Uap, Pembangkit Listrik, Siklus Rankine, Sudu, Nosel.
viii
ABSTRACT
Along with the development of technology in the world today, electrical
energy is needed to support daily life such in industry, technology and households.
Electrical energy is produced by power plants which one of them uses steam power.
One of the important components in a power plant is a Steam Turbine. The steam
turbine is a driving device that converts potential energy into kinetic energy and is
subsequently converted into mechanical energy. Steam turbines are widely used in
industry, namely as a starter for electric generators.
In this case, a two-level pressure curtis turbine will be designed. The
purpose of this design is to overcome the heat reduction that is too large when using
a single-stage impulse turbine. The ideal design is that it can meet several criteria
such as efficiency, simple construction and equipment, as well as easy repair and
maintenance. The discussion this time will revolve around thermodynamic analysis,
construction planning and dimensions of each component.
Keywords: Steam Turbine, Power Plant, Rankine Cycle, Blade, Nozzle.
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberi rahmat dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan naskah
Tugas Akhir ini. Dalam mengerjakan ini penulis tidak lupa akan dukungan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis tidak lupa menyampaikan ucapan terima
kasih kepada :
1. Allah SWT yang telah memberikan kesehatan, kelancaran, dan kemudahan
sehingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Orang tua dan keluarga yang selalu memberikan doa dan semangat sehingga
saya mendapat motivasi untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Ir. Herry Suprianto, MT, selaku Ketua Komisi Pembimbing yang
telah memberikan ilmu, pengarahan, dan bimbingan dalam penyusunan
naskah tugas akhir ini.
4. Bapak Ir. Mulyono, MT, selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah
memberikan pengetahuan, pengarahan, dan koreksi dalam penyusunan tesis
ini.
5. Bapak Murjito, ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin yang telah
memberikan kesempatan melakukan penelitian dan penyusunan naskah
tugas akhir ini.
6. Rekan-rekan Teknik Mesin 2016 E yang telah banyak membantu dalam
mengerjakan penelitian dan penyusunan naskah tugas akhir ini.
Akhirnya semoga Allah SWT memberikan balasan yang baik kepada semua
pihak yang membantu dalam penyusunan naskah tugas akhir ini.
Malang, 30 April 2021
Penulis,
Achmad Rizky Amrullah
NIM : 201610120311206
x
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL .......................................................................................... i
POSTER .......................................................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iii
LEMBAR ASISTENSI I ................................................................................ iv
LEMBAR ASISTENSI II .............................................................................. v
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ...................................... vi
ABSTRAK ...................................................................................................... vii
ABSTRACT ..................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .................................................................................... ix
DAFTAR ISI ................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 2
1.3 Tujuan Perancangan ............................................................................. 2
1.4 Manfaat Perancangan ........................................................................... 2
1.5 Batasan Masalah................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4
2.1 Pengertian Turbin Uap ......................................................................... 4
2.2 Prinsip Kerja Turbin Uap ..................................................................... 4
2.3 Analisa Termodinamika pada Siklus Rankine ..................................... 6
2.4 Komponen Utama Dalam Turbin Uap ................................................. 9
2.4.1 Silinder ........................................................................................ 9
2.4.2 Nozel ........................................................................................... 10
xi
2.4.3 Sudu Turbin ................................................................................ 10
2.4.4 Poros ........................................................................................... 11
2.4.5 Bantalan ...................................................................................... 12
2.4.6 Perapat Labirin ............................................................................ 12
2.5 Kerugian Energi Pada Turbin Uap ....................................................... 13
2.5.1 Kerugian Energi Pada Katup Pengatur ....................................... 14
2.5.2 Kerugian Energi Dalam Nozel dan Sudu Pancar Ekspansi ........ 16
2.5.3 Kerugian Energi Dalam Sudu Gerak .......................................... 18
2.5.4 Kerugian Aliran Keluar .............................................................. 20
2.5.5 Kerugian Energi Karena Kelembapan Uap ................................ 21
2.5.6 Kerugian Akibat Gesekan Cakram ............................................. 22
BAB III METODE PERANCANGAN ......................................................... 24
3.1 Prosedur Perancangan Turbin Uap ....................................................... 24
3.2 Evaluasi Perancangan ........................................................................... 25
3.3 Penetapan Kosep Desain Gambar ........................................................ 26
3.4 Diagram Alir Perancangan ................................................................... 26
BAB VI PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...................................... 27
4.1 Pemilihan Jenis Turbin Uap ................................................................. 27
4.2 Perhitungan Reduksi Panas Pada Turbin ............................................. 28
4.2.1 Analisa Termodinamika Untuk Penurunan Kalor ...................... 28
4.3 Menentukan Laju Aliran Massa ........................................................... 29
4.4 Perancangan Turbin Dengan Dua Tingkat Kecepatan ......................... 31
4.4.1 Perancangan dan Perhitungan Sudu Baris I ................................ 31
4.4.2 Perancangan dan Perhitungan Sudu Baris II ............................... 34
4.5 Analisa Kerugian Kalor........................................................................ 38
4.6 Daya Turbin Uap .................................................................................. 41
4.7 Analisa Termodinamika Siklus Rankine Ideal ..................................... 44
4.8 Perancangan Nosel dan Sudu Turbin Uap ........................................... 47
4.8.1 Perhitungan Ukuran Nozel .......................................................... 49
4.8.2 Perhitungan Ukuran Sudu-Sudu ................................................. 50
4.8.3 Kekuatan Sudu ............................................................................ 56
xii
4.8.4 Poros Turbin ............................................................................... 59
4.9 Rumah Turbin ...................................................................................... 65
4.10 Flens dan Baut ..................................................................................... 67
4.11 Perapat Labirin .................................................................................... 68
4.12 Bantalan............................................................................................... 70
BAB V KESIMPULAN ................................................................................. 73
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 73
5.2 Penutup ................................................................................................. 75
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 76
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Rankine Sederhana ............................................................ 6
Gambar 2.2 Diagram T-s Siklus Rankine Sederhana ....................................... 7
Gambar 2.3 Silinder (Casing) Turbin .............................................................. 9
Gambar 2.4 Segitiga Kecepatan ....................................................................... 11
Gambar 2.5 Proses Ekspansi Kerugian-Kerugian Energi ................................ 15
Gambar 2.6 Menentukan Koefisien Berdasarkan Tinggi Nozel ...................... 17
Gambar 2.7 Menentukan Koefisien Ψ Berdasarkan Tinggi Sudu ..................... 19
Gambar 4.1 Efisiensi Dalam Relatif Turbin ................................................... 29
Gambar 4.2 Efisiensi Mekanis Turbin ............................................................. 30
Gambar 4.3 Efisiensi Generator Turbin ........................................................... 30
Gambar 4.4 Diagram i-s Untuk Turbin Curtis Dua Tingkat Kecepatan .......... 44
Gambar 4.5 Skema Siklus Rankine Ideal ........................................................ 45
Gambar 4.6 Diagram T-s.................................................................................. 45
Gambar 4.7 Daigram P-h ................................................................................. 45
Gambar 4.8 Diagram P-v dan h-s ..................................................................... 46
Gambar 4.9 Ukuran Baut ................................................................................. 69
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Perancangan Tingkatan Kecepatan .................... 38
xv
DAFTAR PUSTAKA
Bejan, Adrian. 2016. Advanced Engineering Thermodynamics. Advanced
Engineering Thermodynamics. Fourth Edi. Canada: John Wiley \& Sons.
https://doi.org/10.1002/9781119245964.
Farn, C. L.S., D. K. Whirlow, and S. Chen. 1991. “Analysis and Prediction of
Transonic Turbine Blade Losses.” Proceedings of the ASME Turbo Expo 1.
https://doi.org/10.1115/91-GT-183.
Muin, Syamsir A. 1988. “Pesawat-Pesawat Konversi Energi I : Ketel Uap / Syamsir
A. Muin.” Rajawali Pers: Jakarta. http://lib.ui.ac.id.
Nag, PK. 1996. Power Plant Engineering. Power Plant Engineering. Second Edi.
New Delhi: Tata McGraw-Hill Education. https://doi.org/10.1007/978-1-
4613-0427-2.
Shlyakhin, P. 1966. Steam Turbines: Theory and Design. Foreign Languages
Publishing House.
Wang, S. S., J. R. Mao, G. W. Liu, and Z. P. Feng. 2010. “Performance
Deterioration of the Governing Stage Nozzle Caused by Solid Particle Erosion
in the Steam Turbine.” Proceedings of the Institution of Mechanical
Engineers, Part A: Journal of Power and Energy 224 (2): 279–92.
https://doi.org/10.1243/09576509JPE852.
Watanabe, Eiichiro, Yoshinori Tanaka, Takashi Nakano, HIROHARU Ohyama, K
Tanaka, T Miyawaki, M Tsutsumi, and T Shinohara. 2003. “Development of
New High Efficiency Steam Turbine.” Mitsubishi Heavy Ind. Tech. Rev. 40
(4): 6.
Y.A., Çengel, and Boles M.A. 2007. Thermodynamics an Engineering Approach
6Th Ed. (Solution).Pdf. Sixth Edit. New York: The McGraw-Hill Companies,
Inc., New York.
Zaleta-Aguilar, A., L. Correas-Uson, J. Kubiak-Szyszka, and F. Z. Sierra-Espinosa.
2007. “Concept on Thermoeconomic Evaluation of Steam Turbines.” Applied
Thermal Engineering 27 (2–3): 457–66.
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.06.018.