BAB – II JENIS – JENIS TURBIN UAP Turbin uap dikelompokkan kepada : a. Turbin Aksi (tekanan roda) adalah turbin bila tekanan uap didepan dan dibelakang sudu jalan sama besarnya. Tekanan uap tersebut sama besarnya kedua bentuk dari penampang sudu jalan tersebut setangkup (symentris). b. Turbin Reaksi (tekanan lebih) adalah turbin bila tekanan uap didepan dan dibelakang sudu jalan tidak sama besarnya atau tekanan uap didepan sudu jalan lebih besar dari pada dibelakang sudu jalan. Hal tersebut juga terjadi karena pengaruh bentuk penampang sudu jalan yang tidak setangkup (asymentris) 1. Bentuk Sudu Jalan a. Bentuk symentris (setangkup) ialah bila sudut jalan sisi masuk (< 1) sama besar dengan sudut sudu jalan sisi keluar (< 2) bentuk sudu jalan ini dijumpai pada turbin aksi. Penampung Sudu
< 1 = <
2
Dada 1
2
Sudu Gambar . 2
b. Bentuk asymentris (tidak setangkup) ialah bila sudu jalan sisi masuk (< 1) tidak sama besar dengan sudut jalan sisi keluar (<2) atau bentuk sudu jalan ini dijumpai pada turbin Reaksi. < 1 > <2 Punggung Sudu
< 1 = <2 atau
< 1 > <2 1
2
Gambar. 3
Dada Sudu
2. Karakteristik Turbin Aksi dan Reaksi
a. Turbin aksi (contohnya : de laval, curtis, zolley dan curtis-zolley) - Saat uap mengalir dipancar tekanan uap berkurang sedangkan saat mengalir di sudu jalan sama besarnya (tetap). - Saat mengalir di pipa pancar kecepatannya uap bertambah, saat mengalir di sudu jalan berkurang. - Bentuk sudu symentris (setangkup). - Usaha yang ditimbulkan didapat dari gaya-gaya aksi yang bekerja pada sudu jalan yang melengkung. b. Turbin reaksi (contohnya : Person dan Curtis-Person) - Saat mengalir di sudu antar tekanan uap berkurang dan di sudu jalan juga berkurang. - Saat mengalir di sudu antar kecepatan uap bertambah dan di sudu jalan berkurang. - Bentuk sudu jalan adalah asymentris (tidak setangkup). - Usaha yang ditimbulkan didapat dari gaya-gaya aksi dan gaya reaksi yang bekerja pada sudu jalan yang melengkung. 3. Bagian-bagian utama Turbin Uap adalah : Pipa pancar sudu jalan rotor dan sudu balik. a. Pipa Pancar : 1.
Fungsinya : - Pengubah aliran uap masuk ke sudu jalan supaya supply uap betul-betul efektif. - Perobah tenaga panas menjadi tenaga kecepatan uap (rumus zeuner).
2.
Bentuknya : - Bentuk Uap Lurus masuk
-
Bentuk cembung (sonvergency)
-
Bentuk cekung (disverygency)
-
Bentuk cembung-cekung (convergency – disverygency)
Uap keluar
Gambar. 4 Bentuk-bentuk Pipa Pancar
3.
Rumus Kontiniutas
Gu. = A = 0.785 D2 A.c Dimana : Gu = pemakaian uap dalam kg/detik = volume jenis uap dalam m3/kg A = penampang pipa pancar dalam m2 c = kecepatan uap yang mengalir dalam m/detik D = diameter pipa pancar dalam m H1 = Entalpi uap keluar pipa pancar dalam kcal/kg atau kj/kg H2 = Entalpi uap keluar pipapancar dalam kcal/kg atau kj/kg Penampang pipa pancar Rumus kontiniutas tersebut berlaku pada pipa pancar dipenampang sisi masuk, penampang sisi keluar dan penampang kritis (ditengah-tengah) -
Penampang sisi masuk, Gu1 . 1 = 0,785 D12 . C1 Penampang sisi keluar, Gu1 . 1 = 0,785 D12 . C1 dimana C2 = C1 + 44,7 H1 – H2 2 Penampang tengah Gu3 . 3 = 0,785 D3 . C3 dimana C3 = C1 + 44,7 H1 – H2 2 4. Rumus Zeuner (menggunakan Satuan International) Energi kinetis = Gu C12 …….. (kgm) …. 1 2g Energi kinetis = Gu. Ho .. (kj) = Gu.Ho …(kcal) = Gu.Ho.427…(kgm) 2 4,187 4,187 Jadi 1 dan 2 maka : -
Gu . C12 = Gu.Ho.427 2g 4,187 4,187. C12 = 2g. Ho. 427 4,187. C12 = 2.9,81. Ho. 427 C12 = 2.9,81. Ho. 427 4,187 C1 = 2.9,81.427.Ho 4,187 2000,8932 Ho C1 = 44,7 VHo Dimana : C1 = Kecepatan mutlak masuk pipa pancar (m/detik) Ho = Jatuh kalor theoritis (kj/kg uap) b. Sudu Jalan
- Sudu jalan adalah bagian-bagian utama turbin yang bergerak, sudu jalan berhubungan dengan Roda jalan untuk memutar poros turbin. - Fungsi sudu jalan untuk menampung uap menggerakkan Roda jalan. - Bentuk sudu jalan dikelompakkan kepada sudu symentris pada turbin aksi dan sudu asymentris pada turbin reaksi. - Bagian-bagian sudu jalan adalah dada sudu punggung sudu, lebar sudu dan jarak antar sudu (tusuk). Skets sederhana dari sudu jalan symentris pada turbin aksi Punggung sudu
B
A
1
2
1 = Sudut sudu Jalan sisi masuk. 2 = Sudut sudu jalan sisi keluar. Symetris : 1 = 2
A
2
1
Gambar. 5
1.
Kecepata-kecepatan Uap dan segi tiga kecepatan Pada saat sudu jalan berputar, sekali gas secara serentak terdapat 3 (tiga) kecepatan yang terjadi disekitar sudu jalan tersebut aitu : - Kecepatan mutlak ialah kecepatan uap terhadap bidang diam (uap mengalir didalam pipa pancar) - Kecepatan Relay ialah kecepatan uap terhadap bidang ang bergerak (uap memutar sudu jalan) - Kecepatan keliling ialah kecepatan berputarnya sudu jalan selanjutnya ke 3 (tiga) kecepatan tersebut membentuk segi Tiga kecepatan, dimana terdapat 2 (dua) segi tiga yang terjadi yaitu pada sisi masuk dan sisi keluar dari sudu jalan. Sedangkan sudut pancaran uap (sudut uap) adalah sudut yang dibentuk kecepatan mutar C1 dengan kecepatan keliling U. Sudut sudu jalan adalah sudut yang dibentuk kecepatan relatif w1 dangan kecepatan keliling U. Segi kecepatan tersebut seperti skets dibawah ini U C1
U
W1
1
Punggung sudu
Segi 3 kecepatan sisi keluar
Sisi masuk : W1 = kecepatan masuk relatif sisi masuk menyinggung pungung sudu. U = kecepatan keliling sisi masuk tegak lurus penampang sudu. C1 = kecepatan mutlak sisi masuk. = sudut pemanas uap dibentuk antara kecepatan mutlak C1 dengan U. 1 = sudut sudu jalan sisi masuk dibentuk antara kecepatan relatif W 1 dengan U. arah panah : - C1 dan U saling anak panah bertemu atau saling tutup menutup). - arah panah W 1 kearah U. Sisi keluar : W2 = kecepatan relatif sisi keluar menyinggung punnggung sudu U = kecepatan keliling sisi keluar tagak lurus penampang sudu C2 = kecepatan mutlak sisi keluar Dalam menyelesaikan soal-soal turbin, segi 3 kecepatan sisi masuk dan sisi keluar digabung dalam satu segi 3 saja. 2) Segi tiga kecepatan kerja biasa
2 Sisi Masuk
W1=W2
Sisi Keluar
Bila turbin biasa, maka segi tiga kecepatannya adalah segitiga tumpul dimana besar sisi-sisi segi tiga dapat dihitung dengan cara analisi (dihitung) C1 = 44,7 Ho u=D W12 = C12 + 42 – 2 uc1 cos (rumus cosinus) 2 2 C2 = C1 +(2u)2 – 2.2u C1 Cos (rumus cosinus)
Arah panah : C1 dan U arah panahnya saling bertemu (tutup menutup) W1 dan W 2 arah panahnya kearah U C2 dan U arah panahnya salingbertemu
Atau sisi-sisi segi itga kecepatan didapat dari cara grafis (dengan skala) artinya besar kecepatan-kecepatan tersebut digambar dengan skala kecepatan yang ditentukan sendiri. 3) Rendemen aliran kerja biasa dengan kecepatan-kecepatan cara grafis Rendemen aliran adalah perbandingan usaha yang berguna disudu jalan terhadap usaha yang diberikan, dapat ditulis : s = A1 – A2 dimana A1 = usaha yang diberikan A1 A2 = usaha yang terbuang A1 – A2 = usaha yang berguna s = ½ mC12 – ½ mC22 dimana m = masa uap yang mengalir ½ m C1 2 2 2 s = ½ m (C12 – C22) atau s = C1 2– C2 C1 ½ m C12 dimana :
s = Rendemen aliran dalam % C1 = Kecepatan mutlak masuk pipa pancar (m/detik) C2 = Kecepatan mutlak keluar sudu jalan (m/detik)
s = Ho – Hu Ho
Hu = C2 44,7
2
X
Dimana : Hu= Panas terbang keluar turbin (kj/kguap) X = jumlah tingkat 4) Rendemen aliaran kerja biasa dengan kecepatan-kecepatan secara analitis.
C1 W1=W2
2 C2 Dari s = C12– C22
Bentuk segi 3 kecepatan turbin kerja biasa adalah segi 3 tumpul, sehingga untuk mencari kecapatan W 1=W 2 dan C2 kita hanya menggunakan rumus Cosinus (cara analitis).
C22 = C12 +(2u)2– 2.2u C1 Cos (rumus cosinus) C22 = C12 + 4u – 4 uC1 Cos 2 2 s = C1 – (C1 + 4u2 – 4 uC1 Cos ) C1 2 s = C12– C12 + 4u2 – 4 uC1 Cos = 4u2 – 4 uC1 Cos C12 C12 2 s = 4u C1 Cos – 4u Sama-sama pembilang dan penyebutnya dibagi C12
C12 s = 4u C1 Cos C12 s = C12 C12 s = 4 u C1
2
– 4u2 C12
cos
-4 u C1
2
s = Rendemen aliran cara analisis(%) U = kecepatan keliling sudu (m/det) C1 = kecepatan mutlak masuk (m/det)
5) Rendemen aliran turbin aksi kerja sebaik-baiknya (kerja maximal)
C1
U1
C2
Dari s = C12– C12 cara grafis C1 s = (2 u)2 2u = cos C12 2 C1 smax = cos
U
Atau dari s = 4 u cos -4 u 2 C1 C1 Dimana 2 u = cos atau U = ½ cos C1 C1 s = 4 (½ cos ) cos - 4(½ cos )2 s = 4. ½ cos . cos - 4. ¼ cos2 = 2 cos2 - cos2
cara analisis
smax = cos2
6) Grafik (kurva) Rendemen Aliran turbin Aksi Dari s = 4 u cos - 4 u 2 , bila u ditetapkan antara o hinga 1 dan C1 C1 C1 Tetap, maka s akan berubah-ubah Contoh (lihat tabel dibawah ini)
u C1
s (%)
Keterangan
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,47 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,94
0 33,6 59,2 76,8 86,4 88,4 8,8 81,6 67,2 44,8 14,4 0
Sudut pipa pancar
= 200
- Rendemen maximum - Bentuk kurva adalah parabola
100 90 88,4 80 70 60
s = 4
50
u C1
cos
-4 u C1
40 30
Gambar. 7
20 10 0,47
0,2
0,4
0,6
0,8
7) Diagram H – S (Entalpy – Entropy)
u C1
2
- Bila air dipanaskan dari semula dengan suhu misalnya 30 0 C hingga 1000 C, maka pada suhu 1000 C, maka pada suhu 1000 C tersebut air berobah bentuk menjdai uap bash, dimana uapnya sendiri masih mengandung butir-butir air panasnya. - Selanjutnya dinaikkan lagi hingga 1000 C tanpa adanya kenaikkan lagi hingga 1000 C tanpa adanya kenaikkan suhu, panas yang terbentuk disebut panas penguapan latent (adanya penambahan panas tanpa kenaikan suhu). - Pada kondisi 1000 C terakhit tersebut uapnya berobah bentuk menjadi uap jenuh, dimana uapnya sama sekali tanpa megandung air (kadar air = 0% sedang kadar uap = 100%). - Dari shu 1000 C kedua, uap dipanaskan lagi hingga 5000 C, uap terakhir ini berobah bentuk menjadi uap panas lanjut (uap kering). Perobahan bentuk suatu zat disebut AGREGASI Air berobah bentuk dari semula air uap panas lanjut. - Untuk lebih jelasnya keadaan Agregasi tersebut ditangkan dalam diagregasi. Diagram AGREGASI seperti dibawah ini :
Suhu 5000 C Uap panas lanjut Zat Cair
Uap jenuh 1000 C Uap Basah
Q1
Q2
Q3
300C
Panas
Kejadian Agregasi tersebut dituangkan dlam diagram H – S (entalpy – Entrapi), diagram itu menyajikan besarnya entalpi uap pada tahunan dan suhu tertetu. Sebagai sumbu horizontal (absis) ditetapkan entalpy, sedang sumbu vertical (ordinat) ditetapkan entalpi uap. Ho = H1 – H2 Isobar Ho = 3332 – 2612 H Ho = 720 kj/kg Atau kj/kg
t = 4000 C Ho = H1 – H2
isotherm
A P2 = 1 bar Isentropis
32 kj/kg = H1
H2 = 2612 kj/kg E
Daerah
2805 kj/kg = hub
2803 kj/kg = hub 2441 kj/kg = hub
Dalam H – S diagram dicantumkan garis-garis yaitu : a. Garis isobar melengkung keatas, adalah garis-garis yang menghubungkan (kj/kg0 C titik-titik yang tekanannya sama. Gambar. 9 b. Garis isothram melengkung kebawah, adalah garis-garis yang menghubungkan titik-titik suhunya sama. c. Garis isopyscram melengkung kebawah, adalah garis-garis yang menghubugkan titik-titk yang kadar uapnya sama. d. Garis isentelpis sejajar sumbu entropy adalah garis-garis yang menghubungkan titik-titik yang entalpinya sama. e. Garis isentropis tegak lurus sumbu entropy adalah garis-garis yang menghubungkan titik-titik yang entropynya sama.
Cara menggunakan H - S diagram a. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan isotherm t = 4000 C dititik A, tarik melalaui A garis tegak lurus sumbu entalpi, menentukan H1 = 3332 kj/kg uap (H1 = entalpi uap panas lanjut). b. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan kadar uap x = 100% dititk B, tarik garis melalui B tegak lurus sumbu entalpi, menentukan entalpi jenuh = Huj = 2803 kj/kg uap.
c. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan kadar x = 90 % dititik c, tarik garis melalui c tegak lurus sumbu entalpi, menentukan entalpi uap basah = 2803 kj/kg uap. d. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan x = 80 % dititik D, tarik garis melalui D tegak lurus sumbu entalpi, menetukan entalpi uap basah = 2441 kj / kg uap. e. Untuk menetukan jatuh kalor theritis Ho, maka Ho = H1 – H2 dimana H1 = 3332 kj/kg uap dan H2 didapat dari garis isentropis melalui titik A dan garis ini memotong isobar p = 1 bar dititik E, tarik garis melalui D tegak lurus sumbu entalpi, H2 = 2612 kj/kg uap, sehingga Ho = H1 – H2 = 3332 – 2612 = 720 kj/kg uap. Entalpi dapat juga dicari di TABEL UAP, namun garis isentropis tidak tercantum dalam tabel uap tersebut, sehinggsa H2 pada butir e diatas tidak dapat dicari di tabel uap.
8) Melukis profile sudu jalan symentris *setangkup) turbin Aksi Untuk melukis propile sudu jalan baik ½ pasang maupun 1 pasang atau 2 buah sudujalan harus diketahui - Sudut sudu jalan sisi masuk 1 = 2 - Lebar sudu b - Lebar sudu t Dan harus diingat bahwa kecepatan relatif sisi masuk W 1 menyinggung penggung sudu, begitu juga kecepatan relatif sisi keluar w2 menyinggung punggung sudu. Garis melukis Punggung Sudu
B
A Dada Sudu
1 2 W1 F
E
W2 D
Gambar. 10 lukisan sudu jalan -
Lebar sudu b ditentukan sembarang Bagi dua lebar sudu b Melalui titik A lukis sudut sudujalan sisi masuk 1 Melalui titik B lukis sudut sudu jalan sisi keluar 2 Tarik garis AC W1 dan tarik garis W2 (garis AC dan BC berpotongan di titik C) dan W 1 dan W2 berpotongan di G\. Tempatkan titik jangka dititik C, buat lengkung dada sudu dengan jari-jari AC = BC = R Dengan demikian lengkung dada sudu terlukis Tentukan tusuk = t = CD Tarik garis DELW, dan tarik garis DF W 1 dan tarik garis DF W2 Tempatkan titik jangka di titik D, buat garis lengkung punggung sudu dengan jari-jari DE = DF = r Dengan demikian lengkung punggung sudu terlukis Prefile sudu jelas terlukis sebanyak ½ pasang = 1 buah Dengan cara yang samaprofile sudu jelas lukis lagi diatasnya sebanyak ½ sepasang = buah lagi sehingga jumlah sudu jelas = 1 pasang atau 2 buah sudu jelas.
9. Evaluasi hasil pembelajaran :
1. Sebutkan fungsi sudu jalan dan bentuk sudu jalan 2. Sebutkan dan lukis sudu jalan serta sebutkan bagian-bagiannya 3. Ada berapa kecepatan uap disekitar uap sudu jalan yang sedang berputar, jelaskan secara rinci. 4. Gambarkan skets sederhana sebuah sudu jelas yang tempatkan segi tiga kecepatan sisi masuk dan sisi keluar 5. Gambarkan segi tiga kecepatan turbin kerja biasa dan kerja sebaik-baiknya dan berapa rendemen aliran-alirannya 6. Tuliskan rumus rendemen aliran dipandang dari kecepatan uap dan dipandang dari jatuh kalor, jelaskan rumus-rumus tersebut 7. Gambarkan grafik (kurva) rendemen aliran turbin aksi (data tentukan sendiri) 8. Lukis profile 1 pasang sudu jalan (data tentukan sendiri) BAB – II JENIS – JENIS TURBIN UAP Turbin uap dikelompokkan kepada : c. Turbin Aksi (tekanan roda) adalah turbin bila tekanan uap didepan dan dibelakang sudu jalan sama besarnya. Tekanan uap tersebut sama besarnya kedua bentuk dari penampang sudu jalan tersebut setangkup (symentris). d. Turbin Reaksi (tekanan lebih) adalah turbin bila tekanan uap didepan dan dibelakang sudu jalan tidak sama besarnya atau tekanan uap didepan sudu jalan lebih besar dari pada dibelakang sudu jalan. Hal tersebut juga terjadi karena pengaruh bentuk penampang sudu jalan yang tidak setangkup (asymentris) 2. Bentuk Sudu Jalan c. Bentuk symentris (setangkup) ialah bila sudut jalan sisi masuk (< 1) sama besar dengan sudut sudu jalan sisi keluar (< 2) bentuk sudu jalan ini dijumpai pada turbin aksi. Penampung Sudu
< 1 = <
2 Dada 1
Sudu
2
Gambar . 2
d. Bentuk asymentris (tidak setangkup) ialah bila sudu jalan sisi masuk (< 1) tidak sama besar dengan sudut jalan sisi keluar (<2) atau bentuk sudu jalan ini dijumpai pada turbin Reaksi. < 1 > <2 Punggung Sudu
< 1 = <2 atau < 1 > <2 1
2
Gambar. 3
Dada Sudu
4. Karakteristik Turbin Aksi dan Reaksi c. Turbin aksi (contohnya : de laval, curtis, zolley dan curtis-zolley) - Saat uap mengalir dipancar tekanan uap berkurang sedangkan saat mengalir di sudu jalan sama besarnya (tetap). - Saat mengalir di pipa pancar kecepatannya uap bertambah, saat mengalir di sudu jalan berkurang. - Bentuk sudu symentris (setangkup). - Usaha yang ditimbulkan didapat dari gaya-gaya aksi yang bekerja pada sudu jalan yang melengkung. d. Turbin reaksi (contohnya : Person dan Curtis-Person) - Saat mengalir di sudu antar tekanan uap berkurang dan di sudu jalan juga berkurang. - Saat mengalir di sudu antar kecepatan uap bertambah dan di sudu jalan berkurang. - Bentuk sudu jalan adalah asymentris (tidak setangkup). - Usaha yang ditimbulkan didapat dari gaya-gaya aksi dan gaya reaksi yang bekerja pada sudu jalan yang melengkung. 5. Bagian-bagian utama Turbin Uap adalah : Pipa pancar sudu jalan rotor dan sudu balik. b. Pipa Pancar : 5.
Fungsinya : - Pengubah aliran uap masuk ke sudu jalan supaya supply uap betul-betul efektif.
- Perobah tenaga panas menjadi tenaga kecepatan uap (rumus zeuner). 6.
Uap keluar
Bentuknya : - Bentuk Uap Lurus masuk
-
Bentuk cembung (sonvergency)
-
Bentuk cekung (disverygency)
-
Bentuk cembung-cekung (convergency – disverygency)
Gambar. 4 Bentuk-bentuk Pipa Pancar
7.
Rumus Kontiniutas Gu. = A = 0.785 D2 A.c Dimana : Gu = pemakaian uap dalam kg/detik = volume jenis uap dalam m3/kg A = penampang pipa pancar dalam m2 c = kecepatan uap yang mengalir dalam m/detik D = diameter pipa pancar dalam m H1 = Entalpi uap keluar pipa pancar dalam kcal/kg atau kj/kg H2 = Entalpi uap keluar pipapancar dalam kcal/kg atau kj/kg Penampang pipa pancar Rumus kontiniutas tersebut berlaku pada pipa pancar dipenampang sisi masuk, penampang sisi keluar dan penampang kritis (ditengah-tengah) -
Penampang sisi masuk, Gu1 . 1 = 0,785 D12 . C1 Penampang sisi keluar, Gu1 . 1 = 0,785 D12 . C1 dimana C2 = C1 + 44,7 H1 – H2 2 Penampang tengah Gu3 . 3 = 0,785 D3 . C3 dimana C3 = C1 + 44,7 H1 – H2 2 8. Rumus Zeuner (menggunakan Satuan International) Energi kinetis = Gu C12 …….. (kgm) …. 1 2g Energi kinetis = Gu. Ho .. (kj) = Gu.Ho …(kcal) = Gu.Ho.427…(kgm) 2 4,187 4,187 -
Jadi 1 dan 2 maka : Gu . C12 = Gu.Ho.427 2g 4,187 4,187. C12 = 2g. Ho. 427 4,187. C12 = 2.9,81. Ho. 427 C12 = 2.9,81. Ho. 427 4,187 C1 = 2.9,81.427.Ho 4,187 2000,8932 Ho C1 = 44,7 VHo Dimana : C1 = Kecepatan mutlak masuk pipa pancar (m/detik) Ho = Jatuh kalor theoritis (kj/kg uap) c. Sudu Jalan - Sudu jalan adalah bagian-bagian utama turbin yang bergerak, sudu jalan berhubungan dengan Roda jalan untuk memutar poros turbin. - Fungsi sudu jalan untuk menampung uap menggerakkan Roda jalan. - Bentuk sudu jalan dikelompakkan kepada sudu symentris pada turbin aksi dan sudu asymentris pada turbin reaksi. - Bagian-bagian sudu jalan adalah dada sudu punggung sudu, lebar sudu dan jarak antar sudu (tusuk). Skets sederhana dari sudu jalan symentris pada turbin aksi Punggung sudu
B
A
1
2
A
2
1
Gambar. 5
1 = Sudut sudu Jalan sisi masuk. 2 = Sudut sudu jalan sisi keluar. Symetris : 1 = 2
2.
Kecepata-kecepatan Uap dan segi tiga kecepatan Pada saat sudu jalan berputar, sekali gas secara serentak terdapat 3 (tiga) kecepatan yang terjadi disekitar sudu jalan tersebut aitu : - Kecepatan mutlak ialah kecepatan uap terhadap bidang diam (uap mengalir didalam pipa pancar) - Kecepatan Relay ialah kecepatan uap terhadap bidang ang bergerak (uap memutar sudu jalan) - Kecepatan keliling ialah kecepatan berputarnya sudu jalan selanjutnya ke 3 (tiga) kecepatan tersebut membentuk segi Tiga kecepatan, dimana terdapat 2 (dua) segi tiga yang terjadi yaitu pada sisi masuk dan sisi keluar dari sudu jalan. Sedangkan sudut pancaran uap (sudut uap) adalah sudut yang dibentuk kecepatan mutar C1 dengan kecepatan keliling U. Sudut sudu jalan adalah sudut yang dibentuk kecepatan relatif w1 dangan kecepatan keliling U. Segi kecepatan tersebut seperti skets dibawah ini U C1
W1
U
1
Punggung sudu
Segi 3 kecepatan sisi keluar
U
1
Dada sudu
Sisi masuk :
C2 U
W1 = kecepatan masuk relatif sisi masuk menyinggung pungung sudu. U = kecepatan keliling sisi masuk tegak lurus penampang sudu. W2 C1 = kecepatan mutlak sisi masuk. = sudut pemanas uap dibentuk antara kecepatan mutlak C1 dengan U. 1 = sudut sudu jalan sisi masuk dibentuk antara kecepatan relatif W 1 dengan U. arah panah : - C1 dan U saling anak panah bertemu atau saling tutup menutup). - arah panah W 1 kearah U. Sisi keluar : W2 = kecepatan relatif sisi keluar menyinggung punnggung sudu U = kecepatan keliling sisi keluar tagak lurus penampang sudu C2 = kecepatan mutlak sisi keluar
Dalam menyelesaikan soal-soal turbin, segi 3 kecepatan sisi masuk dan sisi keluar digabung dalam satu segi 3 saja. 9) Segi tiga kecepatan kerja biasa
Bila turbin biasa, maka segi tiga kecepatannya adalah segitiga tumpul dimana besar sisi-sisi segi tiga dapat dihitung dengan cara analisi (dihitung) C1 = 44,7 Ho u=D W12 = C12 + 42 – 2 uc1 cos (rumus cosinus) C22= C12 +(2u)2 – 2.2u C1 Cos (rumus cosinus)
2 Sisi Masuk
W1=W2
Sisi Keluar
Arah panah : C1 dan U arah panahnya saling bertemu (tutup menutup) W1 dan W 2 arah panahnya kearah U C2 dan U arah panahnya salingbertemu Atau sisi-sisi segi itga kecepatan didapat dari cara grafis (dengan skala) artinya besar kecepatan-kecepatan tersebut digambar dengan skala kecepatan yang ditentukan sendiri. 10) Rendemen aliran kerja biasa dengan kecepatan-kecepatan cara grafis Rendemen aliran adalah perbandingan usaha yang berguna disudu jalan terhadap usaha yang diberikan, dapat ditulis : s = A1 – A2 dimana A1 = usaha yang diberikan A1 A2 = usaha yang terbuang A1 – A2 = usaha yang berguna s = ½ mC12 – ½ mC22 dimana m = masa uap yang mengalir ½ m C1 2 2 2 s = ½ m (C12 – C22) atau s = C1 2– C2 C1 ½ m C12 dimana :
s = Ho – Hu Ho
s = Rendemen aliran dalam % C1 = Kecepatan mutlak masuk pipa pancar (m/detik) C2 = Kecepatan mutlak keluar sudu jalan (m/detik) Hu = C2 44,7
2
X
Dimana : Hu= Panas terbang keluar turbin (kj/kguap) X = jumlah tingkat 11) Rendemen aliaran kerja biasa dengan kecepatan-kecepatan secara analitis. Bentuk segi 3 kecepatan turbin kerja biasa adalah segi 3 tumpul, sehingga untuk mencari kecapatan W 1=W 2 dan C2 kita hanya menggunakan rumus Cosinus (cara analitis).
C1 W1=W2
2 C2 Dari s = C12– C22
C22 = C12 +(2u)2– 2.2u C1 Cos (rumus cosinus) C22 = C12 + 4u – 4 uC1 Cos s = C12– (C12 + 4u2 – 4 uC1 Cos ) C1 2 s = C12– C12 + 4u2 – 4 uC1 Cos = 4u2 – 4 uC1 Cos 2 C1 C12 2 s = 4u C1 Cos – 4u Sama-sama pembilang dan C12 penyebutnya dibagi C12 – 4u2 C12
s = 4u C1 Cos C12 s = C12 C12 s = 4 u C1
2
cos
-4 u C1
2
s = Rendemen aliran cara analisis(%) U = kecepatan keliling sudu (m/det) C1 = kecepatan mutlak masuk (m/det)
12) Rendemen aliran turbin aksi kerja sebaik-baiknya (kerja maximal)
C1
U1
C2
Dari s = C12– C12 cara grafis C1 s = (2 u)2 2u = cos C12 2 C1 smax = cos
U
Atau dari s = 4 u
cos
-4 u
2
cara analisis
C1 C1 Dimana 2 u = cos atau U = ½ cos C1 C1 s = 4 (½ cos ) cos - 4(½ cos )2 s = 4. ½ cos . cos - 4. ¼ cos2 = 2 cos2 - cos2 smax = cos2
13) Grafik (kurva) Rendemen Aliran turbin Aksi Dari s = 4 u cos - 4 u 2 , bila u ditetapkan antara o hinga 1 dan C1 C1 C1 Tetap, maka s akan berubah-ubah Contoh (lihat tabel dibawah ini)
u C1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,47 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,94
100 90 88,4 80 70 60
s (%) 0 33,6 59,2 76,8 86,4 88,4 8,8 81,6 67,2 44,8 14,4 0
Keterangan Sudut pipa pancar
= 200
- Rendemen maximum - Bentuk kurva adalah parabola
s = 4
u C1
cos
-4 u C1
2
10
u C1 14) Diagram H – S (Entalpy – Entropy) - Bila air dipanaskan dari semula dengan suhu misalnya 30 0 C hingga 1000 C, maka pada suhu 1000 C, maka pada suhu 1000 C tersebut air berobah bentuk menjdai uap bash, dimana uapnya sendiri masih mengandung butir-butir air panasnya. - Selanjutnya dinaikkan lagi hingga 1000 C tanpa adanya kenaikkan lagi hingga 1000 C tanpa adanya kenaikkan suhu, panas yang terbentuk disebut panas penguapan latent (adanya penambahan panas tanpa kenaikan suhu). - Pada kondisi 1000 C terakhit tersebut uapnya berobah bentuk menjadi uap jenuh, dimana uapnya sama sekali tanpa megandung air (kadar air = 0% sedang kadar uap = 100%). - Dari shu 1000 C kedua, uap dipanaskan lagi hingga 5000 C, uap terakhir ini berobah bentuk menjadi uap panas lanjut (uap kering). Perobahan bentuk suatu zat disebut AGREGASI Air berobah bentuk dari semula air uap panas lanjut. - Untuk lebih jelasnya keadaan Agregasi tersebut ditangkan dalam diagregasi. Diagram AGREGASI seperti dibawah ini :
Suhu 5000 C Uap panas lanjut Uap jenuh 1000 C Uap Basah
Zat Cair
Q1
Q2
Q3
Kejadian Agregasi tersebut dituangkan dlam diagram H – S (entalpy – Entrapi), diagram itu menyajikan besarnya entalpi uap pada tahunan dan suhu tertetu. Sebagai sumbu horizontal (absis) ditetapkan entalpy, sedang sumbu vertical (ordinat) ditetapkan entalpi uap. Ho = H1 – H2 Isobar Ho = 3332 – 2612 H Ho = 720 kj/kg Atau kj/kg
t = 4000 C Ho = H1 – H2
isotherm
A P2 = 1 bar Isentropis
32 kj/kg = H1
H2 = 2612 kj/kg
E Daerah kering Isentropis
2805 kj/kg = hub
B 2803 kj/kg = hub 2441 kj/kg = hub
C
Daerah jenuh
D
X = 100 %
X = 90 %
Daerah Basah (Cair)
X = 80%
Dalam H – S diagram dicantumkan 1,48 garis-garis yaitu : 1,31
S
1,65
1,39
Gambar. 9
(kj/kg0 C
f. Garis isobar melengkung keatas, adalah garis-garis yang menghubungkan titik-titik yang tekanannya sama. g. Garis isothram melengkung kebawah, adalah garis-garis yang menghubungkan titik-titik suhunya sama. h. Garis isopyscram melengkung kebawah, adalah garis-garis yang menghubugkan titik-titk yang kadar uapnya sama. i. Garis isentelpis sejajar sumbu entropy adalah garis-garis yang menghubungkan titik-titik yang entalpinya sama. j. Garis isentropis tegak lurus sumbu entropy adalah garis-garis yang menghubungkan titik-titik yang entropynya sama.
Cara menggunakan H - S diagram f. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan isotherm t = 4000 C dititik A, tarik melalaui A garis tegak lurus sumbu entalpi, menentukan H1 = 3332 kj/kg uap (H1 = entalpi uap panas lanjut). g. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan kadar uap x = 100% dititk B, tarik garis melalui B tegak lurus sumbu entalpi, menentukan entalpi jenuh = Huj = 2803 kj/kg uap. h. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan kadar x = 90 % dititik c, tarik garis melalui c tegak lurus sumbu entalpi, menentukan entalpi uap basah = 2803 kj/kg uap. i. Isobar p = 30 bar berpotongan dengan x = 80 % dititik D, tarik garis melalui D tegak lurus sumbu entalpi, menetukan entalpi uap basah = 2441 kj / kg uap. j. Untuk menetukan jatuh kalor theritis Ho, maka Ho = H1 – H2 dimana H1 = 3332 kj/kg uap dan H2 didapat dari garis isentropis melalui titik A dan garis ini memotong isobar p = 1 bar dititik E, tarik garis melalui D tegak lurus sumbu entalpi, H2 = 2612 kj/kg uap, sehingga Ho = H1 – H2 = 3332 – 2612 = 720 kj/kg uap. Entalpi dapat juga dicari di TABEL UAP, namun garis isentropis tidak tercantum dalam tabel uap tersebut, sehinggsa H2 pada butir e diatas tidak dapat dicari di tabel uap.
15) Melukis profile sudu jalan symentris *setangkup) turbin Aksi Untuk melukis propile sudu jalan baik ½ pasang maupun 1 pasang atau 2 buah sudujalan harus diketahui - Sudut sudu jalan sisi masuk 1 = 2 - Lebar sudu b - Lebar sudu t
Dan harus diingat bahwa kecepatan relatif sisi masuk W 1 menyinggung penggung sudu, begitu juga kecepatan relatif sisi keluar w2 menyinggung punggung sudu. Garis melukis Punggung Sudu
B
A Dada Sudu
1
2
W1 F
E
W2 D B
A
2
1
W1
C Lebar Sudu = b
Gambar. 10 lukisan sudu jalan
W2
-
Lebar sudu b ditentukan sembarang Bagi dua lebar sudu b Melalui titik A lukis sudut sudujalan sisi masuk 1 Melalui titik B lukis sudut sudu jalan sisi keluar 2 Tarik garis AC W1 dan tarik garis W2 (garis AC dan BC berpotongan di titik C) dan W 1 dan W2 berpotongan di G\. Tempatkan titik jangka dititik C, buat lengkung dada sudu dengan jari-jari AC = BC = R Dengan demikian lengkung dada sudu terlukis Tentukan tusuk = t = CD Tarik garis DELW, dan tarik garis DF W 1 dan tarik garis DF W2 Tempatkan titik jangka di titik D, buat garis lengkung punggung sudu dengan jari-jari DE = DF = r Dengan demikian lengkung punggung sudu terlukis Prefile sudu jelas terlukis sebanyak ½ pasang = 1 buah Dengan cara yang samaprofile sudu jelas lukis lagi diatasnya sebanyak ½ sepasang = buah lagi sehingga jumlah sudu jelas = 1 pasang atau 2 buah sudu jelas.
9. Tugas Mandiri : 1. Sebutkan fungsi sudu jalan dan bentuk sudu jalan 2. Sebutkan dan lukis sudu jalan serta sebutkan bagian-bagiannya 3. Ada berapa kecepatan uap disekitar uap sudu jalan yang sedang berputar, jelaskan secara rinci. 4. Gambarkan skets sederhana sebuah sudu jelas yang tempatkan segi tiga kecepatan sisi masuk dan sisi keluar 5. Gambarkan segi tiga kecepatan turbin kerja biasa dan kerja sebaik-baiknya dan berapa rendemen aliran-alirannya 6. Tuliskan rumus rendemen aliran dipandang dari kecepatan uap dan dipandang dari jatuh kalor, jelaskan rumus-rumus tersebut 7. Gambarkan grafik (kurva) rendemen aliran turbin aksi (data tentukan sendiri) 8. Lukis profile 1 pasang sudu jalan (data tentukan sendiri)
