BAB TINJAUAN PUSTAKA. Pandangan Umum Siklus Gabungan Pembangkit daya siklus gabungan pada dasarnya terdiri dari dua siklus utama, yakni siklus Brayton (siklus gas) dan siklus Rankine (siklus uap) dengan turbin gas dan turbin uap yang menyediakan daya ke jaringan. Dalam pengoperasian turbin gas, gas buang sisa pembakaran yang keluar mempunyai suhu yang relatif tinggi yaitu 00-650 o C sehingga jika dibuang langsung ke atmosfer merupakan kerugian energi. Oleh karena itu, panas hasil buangan turbin gas tersebut dapat dimanfaatkan sebagai sumber panas ketel uap yang dalam hal ini disebut Heat Recovery Steam Generator (HRSG), seperti gambar. berikut : K 6 RB 7 TG Keterangan : P = Pompa HRSG = Heat Recovery Steam Generator TU = Turbin Uap 9 HRSG 8 C K = Condensor = Kompresor 3 RB TG = Ruang Bakar = Turbin Gas P TU 4 C Gambar. Pembangkit daya siklus gabungan
Pembangkit daya seperti gambar. diatas, disamping menghasilkan efisiensi yang tinggi dan keluaran daya yang lebih besar, siklus gabung besifat luwes, mudah dinyalakan dengan beban tak penuh, cocok untuk operasi beban dasar dan turbin bersiklus dan mempunyai efisiensi yang tinggi dalam daerah beban yang luas. Kelemahannya berkaitan dengan keruwetannya, karena pada dasarnya instalasi ini menggabungkan dua teknologi di dalam satu kompleks pembangkit daya. Dalam tugas sarjana perancangan ini, dipilih siklus gabungan dengan regenerasi karena siklus ini lebih efisien digunakan dibandingkan dengan siklus gabungan lainnya dalam menghasilkan daya listrik dengan mempergunakan masing-masing satu turbin gas dan turbin uap. Disamping itu juga, adanya pemanasan air umpan atau regenerasi akan lebih mengefektifkan kerja HRSG.. Tinjauan Termodinamika Siklus Gabungan untuk PLTGU Dari turbin uap juga dapat dijelaskan proses yang terjadi pada kedua siklus, yaitu yang pertama untuk siklus gas atau siklus Brayton : pertama-tama udara atmosfer dikompresikan oleh kompresor sehingga terjadi perubahan tekanan dari P ke P dan kemudian mengalirkannya ke dalam ruang bakar dimana ke dalamnya diinjeksikan bahan bakar sehingga dengan adanya suhu dan tekanan ruang bakar yang telah mencapai titik nyala bahan bakar maka terjadilah pembakaran. Pembakaran terjadi pada tekanan konstan P dari temperatur T hingga T 3. Gas hasil pembakaran yang mencapai temperatur T 3 berekspansi pada sudu-sudu turbin gas sehingga menghasilkan kerja, dimana sebagian kerja tersebut dipergunakan untuk menggerakkan kompresor dan sisanya merupakan kerja berguna untuk memutar beban dalam hal ini generator listrik.
Kemudian untuk siklus uap atau siklus Rankine terjadi proses : gas buangan dari siklus gas masuk ke HRSG untuk mengubah air umpan menjadi uap kering yang akan digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin uap hingga dapat memutar beban dalam hal ini generator listrik. Setelah melalui beberapa tingkatan sudu turbin sebagian uap diekstraksikan ke dua pemanas awal tekanan tinggi dan pemanas tekanan rendah, sedangkan sisanya masuk ke kondensor dan dikondensasikan di kondensor, selanjutnya air dari kondensor dipompakan ke deaerator setelah melalui dua pemanas air tekanan rendah, kemudian dari deaerator air dipompakan kembali ke HRSG melalui dua pemanas air tekanan tinggi, dari HRSG ini air umpan yang sudah menjadi uap kering dialirkan kembali turbin. Deaerator bertujuan untuk membuang gas-gas yang tidak terkondensasi sehingga pemanasan pada HRSG dapat berlangsung efektif. Untuk lebih jelasnya proses tersebut dapat dilihat diagram T-s seperti gambar. berikut ini :
T 3 SIKLUS GAS 4 5 9 8 0 0 ' 6 5 4' 7 7 7 ' 8 8 ' SIKLUS UAP 3 3 ' 4 9 4 3 0 9 ' 0 ' 5 6 s Gambar. Diagram T-s Siklus Gabungan dengan Regenerasi untuk PLTGU Untuk siklus uap dipakai empat buah ekstraksi dan sistem pemanas air umpan jenis tertutup dengan kurasan berjenjang mundur dimana empat buah ektraksi ini bertujuan untuk lebih mengefektifkan kerja HRSG sedangkan sistem pemanasan air umpan jenis tertutup dengan kurasan berjenjang mundur dipandang merupakan jenis yang paling sederhana dan paling banyak dipakai dalam instalasi daya dibandingkan dengan jenis pemanas air umpan lainnya. Jenis pemanas air umpan yang dipakai dalam instalasi PLTGU ini merupakan penukar kalor jenis shell and tube (selongsong dan tabung), dimana air umpan dilewatkan melalui tabung dan uap bocoran berada pada sisi selongsong yang akan memberikan
energinya pada air umpan tersebut lalu terkondensasi. Uap yang terkondensasi ini tentu tidak bisa dibiarkan mengumpul dalam masing-masing pemanas air umpan dan harus dikeluarkan dan diumpankan kembali ke dalam sistem dengan cara mengumpankannya ke tekanan yang lebih rendah melalui proses pencekikan (throttling). Jadi dapat dilihat suatu jenjangan dari pemanas tekanan tinggi hingga kondensor, karena itulah pemanas ini disebut pemanas air umpan jenis tertutup dengan kurasan berjenjang mundur..3 Prinsip Dasar Desain Turbin Uap Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetic dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung kepada jenis mekanisme yang digerakkan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik, dan untuk transportasi. Dalam perancangan ini, turbin uap digunakan untuk menggerakkan generator listrik pada PLTGU. Untuk mengubah energi potensial uap menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros dilakukan dengan berbagai cara, sehingga turbin uap secara umum terdiri dari tiga jenis utama, yaitu : turbin uap impuls, reaksi, dan gabungan (impuls-reaksi). Selama proses ekspansi uap di dalam turbin juga terjadi beberapa kerugian utama yang dikelompokkan menjadi dua jenis kerugian utama, yaitu kerugian dalam dan kerugian luar. Hal ini akan menyebabkan terjadinya
kehilangan energi, penurunan kecepatan dan penurunan tekanan dari uap tersebut yang pada akhirnya akan mengurangi efisiensi siklus dan penurunan daya generator yang akan dihasilkan oleh generator listrik..4 Klasifikasi Turbin Uap Turbin uap dapat diklasifikasikan ke dalam kategori yang berbeda yang tergantung pada jumlah tingkat tekanan, arah aliran uap, proses penurunan kalor, kondisi-kondisi uap pada sisi masuk turbin dan pemakaiannya di bidang industri, sebagai berikut :. Menurut jumlah tingkat tekanan, terdiri dari : a. Turbin satu tingkat dengan satu atau lebih tingkat kecepatan, yaitu turbin yang biasanya berkapasitas kecil dan turbin ini kebanyakan dipakai untuk menggerakkan kompresor sentrifugal. b. Turbin impuls dan reaksi nekatingkat, yaitu turbin yang dibuat dalam jangka kapasitas yang luas mulai dari yang kecil sampai yang besar.. Menurut arah aliran uap, terdiri dari : a. Turbin aksial, yaitu turbin yang uapnya mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu turbin. b. Turbin radial, yaitu turbin yang uapnya mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap sumbu turbin. 3. Menurut proses penurunan kalor, terdiri dari : a. Turbin kondensasi (condensing turbine) dengan regenerator, yaitu turbin dimana uap pada tekanan yang lebih rendah dari tekanan
atmosfer dialirkan ke kondensor, disamping itu uap juga dicerat dari tingkat-tingkat menengahnya untuk memanaskan air pengisian ketel, dimana jumlah penceratan itu biasanya dari -3 hingga sebanyak 8-9. Kalor laten uap buang selama proses kondensasi semuanya hilang pada turbin ini. b. Turbin kondensasi dengan satu atau dua penceratan dari tingkat menengahnya pada tekanan tertentu untuk keperluan-keperluan industri dan pemanasan. c. Turbin tekanan lawan (back pressure turbine), yaitu turbin yang uap buang dipakai untuk keperluan-keperluan pemanasan dan untuk keperluan-keperluan proses dalam industri. d. Turbin tumpang, yaitu suatu jenis turbin tekanan lawan dengan perbedaan bahwa uap buang dari turbin jenis ini lebih lanjut masih dipakai untuk turbin-turbin kondensasi tekanan menengah dan rendah. Turbin ini, secara umum beroperasi pada kondisi tekanan dan temperatur uap awal yang tinggi, dan dipakai kebanyakan untuk membesarkan kapasitas pembangkitan pabrik, dengan maksud untuk mendapatkan efisiensi yang lebih baik. e. Turbin tekanan lawan dengan penceratan uap dari tingkat-tingkat menengahnya pada tekanan tertentu, dimana turbin jenis ini dimaksudkan untuk mensuplai uap kepada konsumen pada berbagai kondisi tekanan dan temperatur.
f. Turbin tekanan rendah (tekanan buang), yaitu turbin yang uap buang dari mesin-mesin uap, palu uap, mesin tekan, dan lain-lain, dipakai untuk keperluan pembangkitan tenaga listrik. g. Turbin tekanan campur dengan dua atau tiga tingkat-tekanan, dengan suplai uap buang ke tingkat-tingkat menengahnya. 4. Menurut kondisi-kondisi uap pada sisi masuk turbin, terdiri dari : a. Turbin tekanan rendah, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan, sampai ata. b. Turbin tekanan menengah,yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan sampai 40 ata. c. Turbin tekanan tinggi, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan diatas 40 ata. d. Turbin tekanan yang sangat tinggi, yaitu turbin yang memakai uap pada tekanan 70 ata atau lebih dan temperatur diatas 550 o C atau lebih. e. Turbin tekanan superkritis, yaitu tubin yang memakai uap pada tekanan 5 ata atau lebih. 5. Menurut pemakaiannya di bidang industri, terdiri dari : a. Turbin stasioner dengan kepesatan putar yang konstan dipakai terutama untuk menggerakkan alternator. b. Turbin uap stasioner dengan kepesatan yang bervariasi dipakai untuk menggerakkan blower-turbo, pengedar udara (air circulator), pompa, dan lain-lain.
c. Turbin yang tidak stasioner dengan kepesatan yang bervariasi, yaitu turbin yang biasanya dipakai pada kapal-kapal uap, kapal, dan lokomotif kerata api (lokomotif-turbo). Semua jenis turbin yang telah dijelaskan diatas tergantung kepada kepesatan putar dapat dihubungkan langsung atau melalui roda gigi reduksi dengan mesin-mesin yang digerakkan..5 Kerugian Energi pada Turbin Uap Kerugian energi pada turbin adalah pertambahan energi kalor yang dibutuhkan untuk melakukan kerja mekanis pada praktek aktual dibandingkan dengan nilai teoritis yang proses ekspansinya terjadi benar-benar sesuai dengan proses adiabatik. Pada suatu tingkat turbin, jumlah penurunan kalor yang benarbenar dikonversi menjadi kerja mekanis pada poros turbin adalah lebih kecil daripada nilai-nilai yang dihitung untuk tingkat turbin yang ideal. Semua kerugian yang timbul pada turbin aktual dapat dibagi menjadi dua kelompok utama, yaitu :. Kerugian dalam, adalah kerugian yang berkaitan dengan kondisi-kondisi uap sewaktu uap tersebut mengalir melalui turbin. Misalnya : kerugian pada katup-katup pengatur, kerugian pada nosel (sudu pengarah), kerugian kecepatan kecepatan-keluar, kerugian akibat gesekan cakram yang merupakan tempat pemasangan sudu-sudu dan kerugian pengadukan, kerugian akibat ruang bebas antara rotor dan cakram-cakram sudu pengarah, kerugian akibat kebasahan uap, dan kerugian pada pemipaan buang.
. Kerugian luar, adalah kerugian yang tidak mempengaruhi kondisi-kondisi uap. Misalnya : kerugian mekanis dan kerugian akibat kebocoran uap dari perapatperapat gland labirin..5. Kerugian pada Katup Pengatur Uap sebelum masuk ke turbin haruslah melalui katup penutup (stop valve) dan katup pengatur yang mana ini merupakan bagian terpadu dari turbin tersebut. Aliran uap melalui katup penutup dan katup pengatur disertai oleh kerugian energi akibat proses pencekikan. Kerugian energi akibat proses pencekikan dinyatakan [Menurut lit. 7, hal. 59] sebagai : H ' =...(-) H o H o Dimana : H H o = Besarnya kerugian energi akibat proses pencekikan (kkal/kg). = Penurunan kalor isentropis dengan mengabaikan kerugian (kkal/kg). ' H o = Penurunan kalor isentropis dengan memperhitungkan kerugian kalor akibat proses pencekikan (kkal/kg). Besarnya kerugian tekanan akibat proses pencekikan untuk katup pengatur terbuka lebar dapat ditentukan sebesar 5% dari tekanan uap panas lanjut. Namun pada prakteknya, turbin uap sekarang ini telah memungkinkan untuk memperkecil kerugian tekanan ini sampai serendah 3% dan lebih di bawahnya lagi dengan pemakaian bentuk-
bentuk katup pengatur yang baik (streamlined) pada tempat-tempat yang dialiri oleh uap. Untuk tujuan perancangan, kerugian tekanan [Menurut lit. 7, hal. 60] adalah : Dimana : v ( 0,03 0, ) p o p = 05...(-) p v = Besarnya kerugian tekanan (bar). p o = Tekanan uap panas lanjut sebelum memasuki turbin (bar)..5. Kerugian pada Nosel Kerugian energi pada nosel disebabkan oleh adanya gesekan uap pada dinding nosel, turbulensi, dan lain-lain. Kerugian energi pada nosel ini dicakup oleh koefisien kecepatan nosel (φ) yang sangat tergantung pada tinggi nosel. Kerugian energi kalor pada nosel dalam bentuk kalor [Menurut lit. 7, hal. 5] adalah : c t - c hn = atau 8378 h n c = ( )...(-3) ϕ 8378 Dimana : h n c t = Besar kerugian pada nosel (kkal/kg) = Kecepatan uap masuk teoritis dari nosel (m/s) c = ϕ = Kecepatan uap masuk mutlak dari nosel (m/s) c t ϕ = Koefisien kecepatan atau angka kualitas nosel.
Untuk tujuan perancangan, nilai-nilai koefisien kecepatan nosel dapat diambil dari grafik yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini : Gambar.3 Grafik untuk Menentukan Koefisien ϕ sebagai Fungsi Tinggi Nosel (l ) (Sumber : P. Shlyakin Turbin Uap Teori dan Perancangan halaman 6).5.3 Kerugian pada Sudu Gerak Kerugian energi pada sudu-sudu gerak disebabkan oleh beberapa faktor yaitu : kerugian akibat olakan pada ujung belakang sudu, kerugian akibat tubrukan, kerugian akibat kebocoran uap melalui ruang melingkar antara stator dan selubung, kerugian akibat gesekan, kerugian akibat pembelokan semburan pada sudu, dan kerugian akibat penyelubungan. Semua faktor ini disimbolkan sebagai koefisien kecepatan (angka kualitas) sudu-sudu ( ψ), dimana koefisien kecepatan ini mempunyai nilai lebih kecil dari satu. Kerugian energi pada sudu-sudu menyebabkan penurunan kecepatan keluar relatif ω lebih kecil dari kecepatan masuk relatif ω (ω = ψ. ω ). Sebagai akibatnya akan terjadi kehilangan energi dalam sudu-sudu gerak [Menurut lit. 7, hal. 36] sebesar : h b = ω -ω 8378 atau ω h b =...(-4) ψ 8378
Dimana : ω = kecepatan uap masuk relatif dari nosel (m/s) ω = kecepatan keluar relatif dari sudu (m/s) h b = kehilangan energi dari sudu-sudu (kkal/kg) ψ = koefisien kecepatan atau angka kualitas laluan sudu. Untuk pemakaian praktis, harga ψ dapat ditentukan dengan tinggi sudu-sudu gerak pada gambar di bawah ini. Gambar.4 Grafik untuk menentukan koefisien ψ berdasarkan tinggi sudu-gerak (Sumber : P. Shlyakin Turbin Uap Teori dan Perancangan halaman 6).5.4 Kerugian Akibat Kecepatan-Keluar Uap meninggalkan sisi keluar sudu gerak dengan kecepatan mutlak c. Pada turbin nekatingkat (multistage), energi kecepatan uap yang keluar dapat dipakai sebagian atau seluruhnya pada tingkat-tingkat yang berikutnya. Untuk dapat memanfaatkan energi yang ekivalen dengan energi kecepatan uap yang keluar dari sudu perlu diperhatikan celah diantara sudu-sudu tingkat sebelumnya dan nosel-nosel berikutnya sesempit mungkin.
Besarnya kerugian energi yang diakibatkan oleh kecepatan-keluar itu dalam satuan kalor diberikan [Menurut lit. 7, hal. 63] oleh persamaan : Dimana : c h e =...(-5) 8378 h e = kerugian akibat kecepatan keluar (kkal/kg) c = kecepatan mutlak uap meninggalkan sudu gerak (m/s)..5.5 Kerugian Akibat Gesekan Cakram dan Pengadukan Kerugian ini terjadi karena adanya gesekan antara rotor dengan uap dan kerugian pengadukan dalam hal pemasukan parsial. Sebagai akibatnya kerja digunakan untuk melawan gesekan, dan kecepatan partikel uap akan dikonversi menjadi kalor, sehingga memperbesar kandungan kalor uap. Kerugian ventilasi sulit dihitung secara teoritis dan umumnya dihitung secara empiris. Salah satu rumus empiris yang dipakai adalah rumus Stodola, [Menurut lit. 7, hal. 63] yaitu : N ge, a 3 0,5 u [,07d + 0,6 z( ε ) d l ] ρu = λ...(-6) 6 0 Dimana : N ge, a = daya yang hilang dalam mengatasi gesekan dan ventilasi (kw) λ = koefisien yang biasanya diambil sama dengan satu untuk udara dan uap panas-lanjut temperatur tinggi (menurut Levitsky) dan untuk uap panas jenuh sama dengan,3 d = diameter cakram yang diukur pada tinggi rata-rata sudu (m)
z ε l u = jumlah tingkat kecepatan pada cakram = derajat pemasukan uap parsial = tinggi sudu (cm) = kecepatan keliling pada diameter rata-rata (m/s) ρ u = masssa jenis uap di dalam mana cakram tersebut berputar (kg/m 3 ). Penentuan daya yang hilang dalam mengatasi gesekan dan ventilasi juga dapat ditentukan dengan memakai rumus empiris Forner, [Menurut lit. 7, hal. 64] yaitu : N 0 4 3, = β 0 d n l ρ...(-7) ge a u Dimana : n = putaran turbin (rpm) β = koefisien yang sama dengan,76 untuk cakram baris tunggal dan,06 untuk cakram baris ganda, serta,8 untuk cakram tiga-baris. Kerugian akibat gesekan cakram dan ventilasi dalam satuan kalor dapat ditentukan dari persamaan [Menurut lit. 7, hal. 64] berikut : h Dimana : ge 0 N ge, a, a =...(-8) 47 G h ge, a = besar kerugian akibat gesekan cakram dan ventilasi (kkal/kg) G = massa alir uap melalui tingkat turbin (kg/s).
.5.6 Kerugian Ruang Bebas pada Turbin Impuls Ada perbedaan tekanan di antara kedua sisi cakram nosel yang dipasang pada stator turbin, sebagai akibat ekspansi uap di dalam nosel. Diafragma yang mempunyai sudu sudu gerak adalah dalam keadaan berputar, sementara cakram-cakram adalah dalam keadaan diam sehingga selalu ada ruang bebas yang sempit antara cakramcakram putar dan diafragma, seperti pada gambar.5 di bawah ini. Gambar.5 Tingkat tekanan pada turbin impuls (Sumber : P. Shlyakin Turbin Uap Teori dan Perancangan halaman 65) Tekanan sebelum melewati diafragma adalah p dan tekanan sesudah cakram yang mempunyai sudu-sudu gerak adalah p. Oleh sebab itu, seluruh penurunan tekanan yang terjadi pada perapat labirin dari p hingga ke p didistribusikan diantara ruang-ruang A, B, C, D, E, dan F. Adanya perbedaan tekanan menyebabkan adanya kebocoran melalui celah ini, [Menurut lit. 7, hal. 64] yang besarnya : h kebocoran = G kebocoran ( i0 - i )...(-9) G
Dimana G kebocoran ditentukan berdasarkan tekanan kritis, [Menurut lit. 7, hal. 67] yaitu : p kr = 0,85 p z +,5...(-0) Bila tekanan kritis lebih rendah dari p, maka kecepatan uap di dalam labirin adalah lebih rendah daripada kecepatan kritis dan massa alir kebocoran ditentukan [Menurut lit. 7, hal. 67] dengan persamaan : G kebocoran = 00 f s p ) g( p...(-) zp υ sebaliknya, bila tekanan kritis lebih tinggi dari p, maka kecepatan uap adalah lebih tinggi dari kecepatan kritisnya dan massa alir kebocoran [Menurut lit. 7, hal. 67] dihitung : G kebocoran = 00 f s g p z +,5 v...(-).5.7 Kerugian Akibat Kebasahan Uap Dalam hal turbin kondensasi, beberapa tingkat yang terakhir biasanya beroperasi pada kondisi kondisi uap basah yang menyebabkan terbentuknya tetesan air. Tetesan air ini oleh pengaruh gaya sentrifugal akan terlempar ke arah keliling. Pada saat bersamaan tetesan air ini menerima gaya percepatan dari partikel-partikel uap searah dengan aliran, jadi sebagian energi kinetik uap hilang dalam mempercepat tetesan air ini. Kerugian akibat kebasahan uap dapat ditentukan [Menurut lit. 7, hal. 69] dengan persamaan :
Dimana : h kebasahan = ( -x) h i...(-3) x = fraksi kekeringan rata-rata uap di dalam tingkat turbin yaitu sebelum nosel (sudu pengarah) dan sesudah sudu gerak tingkat tersebut. h i = penurunan kalor yang dimanfaatkan pada tingkat turbin dengan memperhitungkan semua kerugian kecuali akibat kebasahan uap (kkal/kg)..5.8 Kerugian Pemipaan Buang Kerugian pemipaan buang terjadi karena kecepatan aliran pada pipa buang besar (00-0) m/s yang biasanya terjadi pada turbin kondensasi. Besarnya kerugian tekanan dalam pemipaan buang turbin-turbin kondensasi dapat ditentukan, [Menurut lit. 7, hal. 70] yaitu : Dimana : cs p pk = pk λ 00...(-4) p = tekanan uap sesudah sudu (bar) p k = tekanan uap di dalam pemipaan buang (bar) λ = koefisien yang nilainya dari 0,07-0, c s = kecepatan uap pada pemipaan buang (m/s).
.5.9 Kerugian Luar. Kerugian Mekanis Kerugian mekanis disebabkan oleh energi yang digunakan untuk mengatasi tahanan yang diberikan oleh bantalan luncur dan dorong termasuk bantalan luncur generator atau mesin yang dihubungkan dengan poros turbin seperti pompa minyak utama, pengatur (governor), dan lain-lain. Untuk tujuan perancangan, kerugian mekanis dapat ditentukan dengan mempergunakan grafik efisiensi mekanis turbin seperti gambar.6 berikut ini : 99,5 % 9756 kw Gambar.6 Grafik efisiensi mekanis turbin uap (Sumber : Fritz Dletze Turbin Pompa dan Kompresor halaman 88) berikut ini : Sedangkan efisiensi generator dapat ditentukan berdasarkan gambar.7 97 % 9756 kw Gambar.7 Grafik efisiensi generator (Sumber : Fritz Dletze Turbin Pompa dan Kompresor halaman 88)
. Kerugian Akibat Kebocoran Uap yang Melalui Perapat Bagian Ujung Kerugian ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan antara bagian dalam stator dan udara luar sehingga terjadi kebocoran uap melalui perapat labirin bagian ujung turbin. Kebocoran uap melalui perapat ujung tidak akan mempengaruhi variasi kondisikondisi uap di dalam turbin, sehingga kebocoran ini diklasifikasikan sebagai kebocoran luar. Kebocoran uap ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (-) dan (- ) seperti diatas..6 Efisiensi dalam Turbin Uap Hubungan antara kerja yang bermanfaat yang dilakukan oleh kilogram uap pada tingkat atau di dalam turbin terhadap kerja teoritis yang tersedia disebut sebagai efisiensi dalam (internal) turbin tersebut. Besarnya efisiensi dalam turbin uap ini [Menurut lit. 7, hal. 7] dapat ditentukan sebagai : Dimana : η re η oi =...(-5) η m η oi = efisiensi dalam (internal) turbin uap (%) η re = efisiensi efektif relatif (%) η m = efisiensi mekanis (%) Besarnya efisiensi mekanis ditentukan dari gambar.6 diatas sedangkan efisiensi efektif relatif dapat ditentukan berdasarkan gambar.8 berikut ini :
86 % 9756 kw Gambar.8 Grafik efisiensi efektif relatif turbin uap (Sumber : Fritz Dletze Turbin Pompa dan Kompresor halaman 88) Besarnya harga efisiensi turbin uap juga tergantung kepada sistem sudu-sudu turbin dimana sudu-sudu yang pendek akan menghasilkan daya yang kecil, meskipun kondisi uapnya tinggi (temperatur dan tekanan uap tinggi). Ukuran-ukuran utama turbin ditentukan berdasarkan kapasitas uapnya dan untuk mendapatkan penentuan pendahuluan besarnya kapasitas uap dengan seteliti mungkin bisa menggunakan gambar jalannya efisiensi yang akan timbul seperti ditunjukkan pada gambar.6,.7, dan.8 diatas..7 Perhitungan Fraksi Massa pada Tiap Ekstraksi Dari turbin uap (pada literatur) telah diketahui, bahwa untuk siklus gabungan PLTGU ini dirancang empat buah tingkatan ekstraksi dari turbin uap, sehingga fraksi massa pada tiap ekstraksi dapat ditentukan. Berikut ini merupakan gambar skema ekstraksi uap untuk siklus tersebut :
Ke HRSG Eks. I Eks. II Eks. III Eks. IV Ke Kondensor I ieks II i eks III i eks IV i eks i kond IV i fw HPH HPH DEAERATOR II i fw No. IV No. III No. II No. I P III i fw I i fw LPH LPH P KONDENSOR I i s II i s III i s IV i s Gambar.9 Skema ekstraksi uap pada siklus gabungan PLTGU Sehingga dari gambar.9 diatas akan dapat ditentukan fraksi massa dari ekstraksi pertama hingga ekstraksi keempat [Menurut lit. 7, hal. 37] sebagai berikut :. Fraksi massa pada ekstraksi pertama ( α ) α i i IV III fw fw = I I ( ieks is ) η 4...(-6). Fraksi massa pada ekstraksi kedua ( α ) II eks II fw I II ( i i ) III II i fw i fw α s fw η3 α =...(-7) i i 3. Fraksi massa pada ekstraksi ketiga ( α 3 ) α 3 II I ( α α ) ( i fw i fw ) III ( ieks is ) η = III 4. Fraksi massa pada ekstraksi keempat ( α 4 ) α 4 I III IV ( α α ) ( i fw ikond ) α 3 ( is is ) IV ( ieks is ) η = IV η...(-8)...(-9)
Dimana : η, η, η 3, dan η 4 adalah efisiensi pemanas air pengisian HRSG tekanan rendah dan tekanan tinggi yang diakibatkan oleh kehilangan kalor ke medium di sekitarnya..8 Perhitungan Jumlah Uap yang Mengalir Melalui Turbin dan Ekstraksi Jumlah uap yang mengalir melalui turbin uap dapat ditentukan [Menurut lit. 7, hal. 39] sebagai berikut : D 0 = N I II III IV V [ h + ( α ) h + ( α α ) h + ( α α α ) h + ( α α α α ) h ] i i i 860 P 3 i 3 4 i...(-0) Dimana : D 0 P N = jumlah uap yang mengalir melalui turbin uap (ton/jam) = daya netto yang harus disuplai turbin uap ke generator listrik (kw) h, h, h, h, h = penurunan kalor yang dimanfaatkan pada turbin antara titik- I i II i III i IV i V i titik ekstraksi (kkal/kg). Kemudian jumlah uap yang dicerat dari setiap titik ekstraksi dapat ditentukan sebagai berikut :. D I eks = α D0 = jumlah uap yang dicerat dari titik ekstraksi yang pertama. D II eks = α D0 = jumlah uap yang dicerat dari titik ekstraksi yang kedua 3. D III eks = α 3 D0 = jumlah uap yang dicerat dari titik ekstraksi yang ketiga 4. D IV eks = α 4 D0 = jumlah uap yang dicerat dari titik ekstraksi yang keempat.
Sehingga jumlah uap yang mengalir melalui turbin antara berbagai titik ekstraksi, menjadi :. D 0 = jumlah uap yang mengalir melalui ruang pertama sampai ke titik ekstraksi yang pertama. D I = D 0 D eks = jumlah uap yang mengalir antara titik ekstraksi yang pertama dan kedua 3. D I II = D 0 D eks Deks = jumlah uap yang mengalir antara titik ekstraksi yang kedua dan ketiga 4. D I II III 3 = D 0 Deks Deks Deks = jumlah uap yang mengalir antara titik ekstraksi yang ketiga dan keempat 5. D I II III IV 4 = D 0 Deks Deks Deks Deks = jumlah uap yang mengalir sesudah titik ekstraksi yang keempat.