HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN PERNYATAAN... NASKAH SOAL TUGAS AKHIR... HALAMAN PERSEMBAHAN... ABSTRACT

Transkripsi

1 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii NASKAH SOAL TUGAS AKHIR... iv HALAMAN PERSEMBAHAN... v ABSTRACT... vi INTISARI... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xviii DAFTAR LAMPIRAN... xix DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN... xx BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Prinsip Kerja Turbin Uap Klasifikasi Turbin Uap Jenis turbin menurut prinsip kerjanya... 6 x

2 Turbin Aksi Turbin Reaksi Perbedaan turbin aksi dan reaksi Jenis turbin menurut jumlah tingkatnya Turbin tunggal Turbin bertingkat Jenis turbin menurut penurunan tekanan dalam turbin Non-Condensing Turbine Condensing Turbine Extraction Condensing Turbine Admission Condensing Turbine Extraction Admission Condensing Turbine Komponen-komponen turbin uap BAB III LANDASAN TEORI Analisis secara termodinamika Ekspansi uap di dalam nosel Konstruksi nosel dan sudu pengarah Konstruksi rotor dan bantalan Rugi-rugi pada turbin uap Rugi-rugi internal Kerugian pada katup pengatur Kerugian pada nosel Kerugian kecepatan keluar Kerugian pada sudu gerak Kerugian pada gesekan cakram Kerugian akibat ruang bebas Kerugian akibat kebasahan uap xi

3 Kerugian pada saluran keluar Rugi-rugi eksternal Kerugian mekanik Kerugian akibat kebocoran uap Efisiensi turbin uap BAB IV PERANCANGAN Penentuan spesifikasi turbin yang akan dirancang Perhitungan termodinamika uap Perancangan nosel Perancangan sudu Perancangan poros Perancangan bantalan Perancangan rumah turbin Pendesainan turbin Diagram alir perancangan BAB V HASIL PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN Perhitungan secara termodinamika uap Data perancangan Perhitungan penurunan kalor Perhitungan massa aliran uap Perhitungan kecepatan uap Penentuan u/c1 optimum Perhitungan untuk tingkat pertama dan terakhir Distribusi penurunan kalor untuk tingkat reaksi Perhitungan kalor pada tingkat reaksi Sudu pengarah tingkat kedua xii

4 Sudu pengarah tingkat ketiga Sudu pengarah tingkat kesebelas Sudu gerak tingkat kedua Sudu gerak tingkat ketiga Tingkat kondensasi Perancangan nosel Pemilihan jenis nosel Penentuan dimensi nosel Perancangan sudu Rancangan sudu aksi Perhitungan sudu gerak Rancangan sudu reaksi Perhitungan sudu pengarah Perhitungan sudu gerak Desain sudu Perhitungan luasan penampang sudu Tegangan tarik pada bagian terlemah akibat gaya sentrifugal Tegangan lentur akibat tekanan uap Bahan sudu Perancangan Poros Torsi pada poros Diameter poros minimum Konstruksi poros Momen lengkung yang terjadi pada poros Dorongan aksial pada rotor Tegangan geser yang terjadi pada poros Defleksi puntir yang terjadi pada poros xiii

5 5.4.8 Defleksi lengkung pada poros Putaran kritis poros Perancangan Bantalan Perancangan bantalan luncur radial Perancangan bantalan luncur aksial Perancangan Rumah Turbin Dasar perancangan Perhitungan flens dan baut BAB VI PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Turbin Aksi... 5 Gambar 2.2 Turbin Reaksi... 6 Gambar 2.3 Perbedaaan Turbin Aksi dan Turbin Reaksi... 7 Gambar 2.4 Non-Condensing Turbine... 8 Gambar 2.5 Condensing Turbine... 9 Gambar 2.6 Extraction Condensing Turbine Gambar 2.7 Admission Condensing Turbine Gambar 2.8 Komponen-komponen pada Turbin Uap Gambar 2.9 Rumah turbin Gambar 2.10 Rotor turbin Gambar 2.11 Bearing pedestal Gambar 2.12 Journal bearing Gambar 2.13 Radial bearing Gambar 2.14 Thrust bearing Gambar 2.15 Gland packing Gambar 2.16 Labyrinth ring Gambar 2.17 Sudu pengarah Gambar 2.18 Sudu gerak Gambar 2.19 Control valve (a) dan Stop Valve (b) Gambar 2.20 Main oil pump xv

7 Gambar 2.21 Reducing Gear Gambar 2.22 Coupling Gambar 3.1 Siklus Rankine Gambar 3.2 Diagram T-s Siklus Rankine Gambar 3.3 Penampang nosel pada sisi yang miring Gambar 3.4 Nosel Turbin Uap Gambar 3.5 Koefisien kecepatan Ψ untuk sudu gerak turbin impuls untuk berbagai panjang l dan profil sudu Gambar 3.6 Clearance pada sudu turbin Gambar 3.7 Efisiensi mekanis turbin Gambar 3.8 Efisiensi relatif efektif turbin Gambar 3.9 Efisiensi generator Gambar 3.10 Efisiensi turbin impuls dengan satu tingkat kecepatan sebagai fungsi u/c1 optimum Gambar 4.1 Diagram alir perancangan Gambar 5.1 Diagram Mollier dasar Gambar 5.2 Segitiga kecepatan untuk nilai u/c1 = 0, Gambar 5.3 Grafik hubungan efisiensi dengan nilai u/c Gambar 5.4 Diagram Mollier untuk penurunan kalor tiap tingkat Gambar 5.5 Segitiga kecepatan untuk tingkat impuls tingkat ke Gambar 5.6 Segitiga kecepatan untuk tingkat ke 9 tingkat ke Gambar 5.7 Segitiga kecepatan untuk tingkat ke 17, Gambar 5.8 Penampang sudu impuls Gambar 5.9 Penampang sudu tingkat Gambar 5.10 Penampang sudu tingkat Gambar 5.11 Segmen akar sudu tingkat 1-10 dan dengan ukurannya Gambar 5.12 Konstruksi poros xvi

8 Gambar 5.13 Cakram tipe konis Gambar 5.14 Gaya yang bekerja pada poros Gambar 5.15 Diagram momen lengkung pada poros Gambar 5.16 Kriteria beban untuk koefisien v Gambar 5.17 Kriteria beban untuk koefisien s Gambar 5.18 Flens dan baut pada turbin xvii

9 DAFTAR TABEL Tabel 5.1 Perhitungan u/c1 optimum Tabel 5.2 Kondisi uap pada tiap tingkat reaksi turbin Tabel 5.3 Sudu pengarah Tabel 5.4 Sudu gerak Tabel 5.5 Perhitungan termodinamika uap tingkat nosel Tabel 5.6 Perhitungan termodinamika uap tingkat Tabel 5.7 Perhitungan termodinamika uap tingkat Tabel 5.8 Dimensi sudu pengarah Tabel 5.9 Dimensi sudu gerak Tabel 5.10 Perhitungan luas penampang sudu impuls Tabel 5.11 Perhitungan luas penampang sudu tingkat Tabel 5.12 Perhitungan luas penampang sudu tingkat Tabel 5.13 Hasil perhitungan perancangan sudu Tabel 5.14 Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan Tabel 5.15 Faktor koreksi beban kejut Tabel 5.16 Berat poros tiap bagian Tabel 5.17 Berat sudu tiap tingkat Tabel 5.18 Momen lengkung pada tiap titik Tabel 5.19 Dorongan aksial pada sudu gerak turbin Tabel 5.20 Dorongan aksial akibat perbedaan momentum uap Tabel 5.21 Defleksi puntir pada tiap titik Tabel 5.22 Defleksi lentur pada poros Tabel 5.23 Defleksi poros Tabel 5.24 Data hasil perancangan bantalan radial Tabel 5.25 Data hasil perancangan bantalan aksial xviii

10 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Diagram Mollier Lampiran 2 Tabel A-4 Saturated Water Temperature Table Lampiran 3 Tabel A-5 Saturated Water Pressure Table Lampiran 4 Tabel A-6 Superheated Water Lampiran 5 Ruang bebas pada bantalan luncur Lampiran 6 Nilai desain bantalan radial Lampiran 7 Sifat-sifat bahan bantalan luncur Lampiran 8 Sifat-sifat bahan bantalan luncur aksial Lampiran 9 Tebal lapisan minyak minimum Lampiran 10 Karakteristik Baja Nikel Khrom Molibden JIS G Lampiran 11 Karakteristik Baja Khrom Molibden JIS G Lampiran 12 Karakteristik Baja Khrom Molibden Tempa JIS G xix

11 DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN 1. Huruf Latin a1 amin A Ar b0 = lebar nosel pada sisi keluar (cm) = lebar nosel pada bagian leher (cm) = ekuivalensi termal kerja (0, kj/kg.m) = kerja yang dilakukan untuk melawan gesekan (kg.m/s) = lebar sudu (mm) c = kapasitas termal rata-rata minyak (kkal/kg o C) c1 c1t c1u c2 c2u cad Cb Cb d = kecepatan aktual uap pada sisi keluar nosel (m/s) = kecepatan teoritis uap pada sisi keluar nosel (m/s) = kecepatan mutlak radial uap pada sudu gerak (m/s) = kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak (m/s) = kecepatan radial uap pada sudu gerak (m/s) = kecepatan uap teoritis tingkat reaksi dikonversikan energi kinetik (m/s) = faktor pembebanan lentur = tegangan tarik sudu akibat gaya radial (kg) = diameter cakram (m) d = diameter rata-rata sudu gerak ds dp = diameter poros minimum (mm) = diameter poros (mm) E = modulus elastisitas baja (kg/mm 2 ) f = koefisien gesekan fc = faktor koreksi daya fmin = luas penampang minimum (m 2 ) fmax = luas penampang maximum (m 2 ) f min = luas penampang leher nosel (cm 2 ) fs = luas melingkar aliran uap (m 2 ) F0 = luas panampang akar sudu (mm 2 ) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s) xx

12 G = modulus geser (kg/mm 2 ) G = massa alir uap melalui tingkat turbin (kg/s) Gb Gkebocoran h0 h01 h02 h 01 +h e pr h02+hw1 h1 h2a hc h b h b pr h e h gb hge,a hi = bobot sudu (kg) = massa aliran uap yang melalui ruang-ruang labirin (kg/s) = penurunan kalor teoritis (kj/kg) = penurunan kalor pada sudu pengarah (kkal/kg) = penurunan kalor pada sudu gerak (kkal/kg) = energi yang dimanfaatkan pada sudu pengarah (kkal/kg) = energi yang dimanfaatkan pada sudu gerak (kkal/kg) = entalpi tekanan uap masuk turbin (bar) = entalpi tekanan uap keluar turbin (bar) = kerugian akibat kecepatan keluar (kkal/kg) = kerugian pada sudu gerak (kkal/kg) = kerugian pada sudu gerak (kkal/kg) = carry-over loss (kkal/kg) = kerugian pada sudu pengarah (kkal/kg) = kerugian akibat gesekan dan ventilasi cakram (kkal/kg) = penurunan kalor aktual yang dimanfaatkan (kkal/kg) h kebasahan = kerugian akibat kebasahan uap (kkal/kg) h kebasahan = kerugian kebocoran melalui ruang bebas radial (kkal/kg) hn h u hwl i0 i1t = kerugian akibat gesekan uap di dalam nosel (kkal/kg) = penurunan kalor yang dimanfaatka (kj/kg) = kandungan kalor uap pada sisi masuk sudu gerak (kkal/kg) = kandungan kalor uap pada kondisi masuk (kkal/kg) = kandungan kalor uap pada kondisi keluar (kkal/kg) I = momen inersia poros (mm 4 ) J = momen inersia polar (mm 4 ) Kb Kt l = factor koreksi beban lentur = factor koerksi beban kejut = panjang nosel pada bagian divergen (cm) xxi

13 l1 " l 2 lmin M n ncr N i Nge,a p0 p2 p i p 2 Pa P a Pkr = tinggi sudu pengarah (mm) = tinggi sudu gerak (m) = tinggi penampang leher setiap nosel (cm) = momen lengkung terbesar pada poros (kg.mm) = putaran turbin (rpm) = putaran kritis (rpm) = daya yang dibangkitkan turbin (kw) = daya yang ditimbulkan akibat gesekan dan ventilasi cakram (kw) = tekanan awal uap masuk (bar) = tekanan keluar uap (bar) = tekanan uap sebelum dan sesudah sudu gerak (bar) = gaya yang terjadi akibat perbedaan tekanan (kg) = gaya yang terjadi akibat perubahan momentum uap (kg) = tekanan kritis (bar) Pµ = gaya yang searah dengan putaran 9kg) q0 Qr r1 r2 rrat SF1 SF1 t tn T u v o v01 v02 = pelumas yang dibutuhkan bantalan (liter/s) = ekuivalensi kalor kerja (kkal/s) = jari-jari hub (mm) = jari-jari luar cakram (m) = jari-jari titik berat terhadap sumbu poros (mm) = safety factor karena berat poros = safety factor karena pasak, poros bertingkat dan konsentrasi Tegangan = jarak antar sudu (mm) = jarak antar nosel (cm) = momen puntir/torsi (kg.mm) = kecepatan keliling (m/s) = volume spesifik uap sebelum masuk (m 3 /kg) = volume spesifik uap pada sudu pengarah (m 3 /kg) = volume spesifik uap pada sudu gerak (m 3 /kg) xxii

14 v1 Wc " x 2 ymax z zn = volume spesifik uap pada sisi keluar nosel (m 3 /kg) = berat cakram (kg) = perbandingan kecepatan uap pada sudu gerak = defleksi maksimum poros (mm) = jumlah sudu = jumlah nosel yang digunakan 2. Huruf Yunani α 1 = sudut nosel ( o ) α 2 = sudut keluar sudu gerak ( o ) β 1 = sudut relative uap masuk sudu gerak ( o ) β 2 = sudut relative uap keluar sudu gerak ( o ) σ = tegangan tarik pada sudu (kg/mm 2 ) σ B = kekuatan tarik bahan (kg/m 2 ) σ b = tegangan lentur akibat tekanan uap (kg/cm 2 ) δ = simpangan maksimum poros (mm/kg) δr = lebar ruang bebas (mm) η 0i η u = efisiensi internal relative turbin = efisiensi kecepatan cakram turbin φ = koefisien kecepatan pada nosel (0,91-0,98) θ = defleksi puntir ( o /m) ε = derajat pemasukan parsial Φ s Φ v = koefisien tahanan = koefisien bantalan ρ = massa jenis bahan sudu (kg/m 3 ) ρ = jari-jari kelengkungan sudu (mm) τ s = tegangan geser yang terjadi (kg/mm 2 ) τ s ijin = tegangan geser yang diijinkan (kg/mm 2 ) μ = viskositas pelumas (kg.s/cm 2 ) xxiii

15 ω = kecepatan sudut (rad/s) ω 1 ω 2 ω 2t ψ ρ = kecepatan relative uap pada sudu gerak (m/s) = kecepatan relative uap keluar pada sudu gerak (m/s) = kecepatan relative teoritis uap (m/s) = koefisien kecepatan = derajat reaksi γ = massa spesifik uap (kg/m 3 ) γ = berat spesifik minyak pelumas (kg/liter) xxiv