RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA PUTARAN 3000 RPM

RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA PUTARAN 3000 RPM SKRIPSI Skripsi ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

OLEH : JHONI YUSUF MANURUNG NIM : 08 0421 004

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

Universitas Sumatera Utara

RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA PUTARAN 3000 RPM

JHONI YUSUF MANURUNG NIM : 08 0421 004

Diketahui/disyahkan Departement Teknik Mesin Fakultas Teknik (USU) Ketua

Diketahui Dosen Pembimbing

Dr.Ing.Ir Ikhwansyah Isranuri NIP:196412241992111001

Ir. Tekad Sitepu NIP. 195212221978031000




Telah disetujui oleh : Pembimbing/penguji

Ir. Tekad Sitepu NIP: 195212221978031000 Dosen Pembanding I

Dosen Pembanding II

Ir. Mulfi Hazwi, MSc NIP : 194910121981031002

Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT NIP : 197206102000121000






Telah disetujui oleh : Pembimbing/penguji

Ir. Tekad Sitepu NIP: 195212221978031000 Dosen Penguji I

Dosen Penguji II

Ir. Mulfi Hazwi, MSc NIP : 194910121981031002

Tulus Burhanuddin , ST, MT NIP : 197209231986011001




KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala kasih dan karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini yang merupakan tugas akhir dalam menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul dari pada Skripsi ini adalah “Rancangan Turbin Uap Pengerak Generator Listrik (PLTU) Daya Terpasang 65 MW, Pada Putaran 3000 rpm. Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua penulis, Ayahku tercinta S.Manurung dan Mamaku tercinta S. Br. Panggabean yang telah memberikan doa restu kepada penulis serta telah bersusah payah membiayai penulis selama menjalani pendidikan, hingga penulis dapat menyalesaikan pendidikan dan mendapat gelar sarjana. 2. Kakak ku tercinta, Tetty Novalina Manurung, abangku Varis Yohannes Manurung dan Adik-adik ku tercinta, Yuni Maristella Manurung dan Nikolas Paskalis Manurung yang selalu mendoakan penulis serta selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak

Ir. Tekad Sitepu dan bapak Ir.Isril Amir. sebagai dosen pembimbing

yang telah membimbing penulis serta memberi masukan-masukan yang bermanfaat kepada penulis dari awal hingga akhir penyelesaian Skripsi ini. 4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT sebagai sekretaris Departemen Teknik mesin Universitas Sumatera Utara.


5 Seluruh dosen staf pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membimbing dan membantu penulis selama kuliah di Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 6. Teman-teman mahasiswa khususnya stambuk 2008 ; Roni Novison, Frenki S. Siregar, kang Naim, B’Irwanto lumbangaol & ade, stambuk 2007; Jasran Hutagalung, yang telah banyak membantu penulis selama perkuliahan dan dalam penyelesaian Skripsi ini. 7. Adek-adek kost Riki Simorangkir, Jakobus Pardosi, Ayu Ayuanda, Helen Marisa Sianturi, yang merupakan keluarga paling dekat yang terus memberi semangat. 8. Teman-teman dari Bad Brotherhood (BBH) ; Donie opungsunggu, Cherisce simbolon, James tompulawe, Philip Cristo Simanjuntak, Monika Tobing, Ezra, Erick Deka silalahi yang terus memberi penghiburan saat-saat sedang buntu ide. 9. ‘Teman sehati’ Elisabet Jenita Manik yang terus memberi perhatian untuk selesainya skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih mempunyai beberapa kekurangan, untuk itu penulis sangat mengharapkan adanya saran dari para pembaca untuk memperbaiki dan memperlengkapi tulisan ini ke depan. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat berguna memperkaya pengetahuan dari para pembaca. Terima kasih.

Medan, Agustus - 2011 Penulis, Jhoni Yusuf Manurung NIM : 080421 004


DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS KARTU BIMBINGAN LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PEMBIMBING KATA PENGANTAR ..................................................................................... i DAFTAR ISI .................................................................................................... iii DAFTAR NOTASI .......................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2. Tujuan Perancangan ..................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ........................................................................... 2 1.4. Metodologi Penulisan ................................................................... 2 1.5. Sistematika Penulisan ................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pandangan Umum Tentang Turbin Uap ..................................... 4 2.2. Ananlisis Thermodinamika .......................................................... 4 2.3. Modifikasi siklus Reankine Pada PLTU ...................................... 6


2.4. Prinsip Dasar Turbin Uap ............................................................ 8 2.5. Klasifikasi TurbinUap .................................................................. 9 2.6. Analisis Kecepatan Turbin Uap .................................................. 10 2.7. Kerugian energi pada Turbin uap................................................ 12 2.7.1. Kerugian-kerugian Dalam (internal losses) ....................... 12 2.7.2. Kerugian-kerugian Luar ..................................................... 20 2.8.Efisiensi Dalam Turbin Uap ........................................................ 20 2.9. Perhitungan Fraksi Masa Pada Tiap Ekstraksi ............................ 21 2.10. Perhitungan jumlah uap yang mengalir Melalui turbin dan ekstraksi......... 22

BAB III PEMBAHASAN MATERI 3.1. Pemilihan Jenis Turbin Uap ........................................................ 24 3.2. Perhitungan Daya Turbin Uap .................................................... 25 3.3. Perhitungan Daya Untuk Tiap Ekstraksi ..................................... 27 3.3.1 Perhitungan Penurunan Kalor Untuk Tiap Ekstraksi .......... 27 3.3.2 Perhitungan Fraksi dan Laju Aliran Masa Pada Tiap Ekstraksi .......... 32 3.3.3 Pengujian Kembali Laju Aliran Masa yang Diperoleh ....... 33 3.4. Perhitungan Daya Siklus PLTU .................................................. 35 3.5. Perhitungan Kalor Turbin Uap Untuk Tiap Tingkatan ... .......... 38 3.5.1 Penentuan Tingkat Tekanan ............................................... 38 3.5.2 Turbin Tingkat Pengaturan ................................................ 39 3.5.3 Perhitungan Kalor dari Tingkat Pengaturan Sampai Ektraksi I ........ 45 3.5.4 Pengujian Hasil Perhitungan Kalor Keseluruhan .............. 53


BAB IV PERHITUNGAN UKURAN UTAMA TURBIN UAP PLTU 4.1. Nosel dan Sudu Gerak ................................................................ 54 4.1.1. Tinggi nosel dan sudu gerak ................................................ 54 4.1.2. lebar dan jari-jari busur sudu ............................................... 58 4.1.3. Jarak bagi antar sudu ............................................................ 58 4.1.4. Jumlah sudu .......................................................................... 59 4.1.5. Nosel dan sudu gerak tingkat 2 ............................................. 60 4.2. Kekuatan sudu ............................................................................. 62 4.3. Getaran sudu ............................................................................... 63 4.4. Pembahasan perhitungan ukuran cakram .................................... 64 4.5. Perhitungan Ukuran Poros .......................................................... 75 4.6. Perhitungan berat cakram............................................................ 77 4.7. bantalan dan pelumasan .............................................................. 78

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ................................................................................. 85 5.2. Saran ........................................................................................... 90 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 91


DAFTAR NOTASI 1.

Simbol dari abjad biasa

Simbol

arti

Notasi

A0

Luas penampang sudu paling lemah

cm2

AS

Luas plat penguat sudu

cm2

a

Ruang Bebas Bantalan

mm

b

Lebar sudu

mm

C

Kapasitas thermal rata-rata minyak pelumas

kkal/kg 0C

Cad

kecapatan mutlak uap keluar nosel tanpa

m/s

Memperhitungkan derajat reaksi C1

Kecepatan mutlak uap keluar nosel

m/s

C1t

kecepatan uap masuk mutlak teoritis

m/s

C2

Kecepatan uap pada saluran keluar

m/s

Ckr

kecepatan kritis

m/s

d

diameter nominal sudu atau rotor

mm

dp

diameter poros

mm

E

Modulus elastisitas poros

kg/cm2

f1

luas penampang sudu gerak

cm2

g

Percepatan grafitasi bumi

m/s2

Geks

Massa alir uap ekstraksi

kg/s

Gkebocoran

Massa kebocoran uap pada perapat labirin

kg/s

Go

Massa alir uap

kg/s

hb

Kerugian energi dalam sudu-sudu gerak

kJ/kg

he

Kerugian energi akibat aliran keluar

kJ/kg

hge.a

Kerugian energi karena gesekan roda dan

kJ/kg

ventilasi hi tk

Nilai penurunan kalor pada tiap tingkat turbin

kJ/kg

hkebasahan

Kerugian energi karena kelembaban uap keluar

kJ/kg

hn

Kerugian energi pada nosel

kJ/kg

Ho

Nilai penurunan kalor dengan

kJ/kg


memperhitungkan kerugian tekanan Ho’

Nilai penurunan kalor dengan memperhitungkan

kJ/kg

kerugian tekanan dan pemipaan buang Ho,th

Nilai penurunan kalor teoritis

kJ/kg

I

Momen inersia

cm4

i0

Kandungan kalor uap saat masuk turbin

kJ/kg

i1t

Kandungan kalor uap saat keluar turbin

kJ/kg

i1’t

Kandungan kalor uap setelah katup pengatur

kJ/kg

l

Tinggi nosel

mm

l1’

Tinggi sisi masuk sudu gerak

mm

l1”

Tinggi sisi keluar sudu gerak

mm

Mt

Momen puntir

kg.mm

n

Putaran turbin

rpm

nkr

Putaran kritis poros

rpm

P

Daya nominal generator listrik

MW

Pa

Gaya yang terjadi akibat perbedaan tekanan uap

kg

masuk Pa’

Gaya yang bekerja akibat perbedaan momentum

kg

uap PG

Daya yang dibutuhkan generator listrik

MVA

PN

Daya netto turbin

MW

po

Tekanan awal uap masuk turbin

kg/cm2

po ’

Tekanan uap sebelum nosel

kg/cm2

pkr

Tekanan kritis

kg/cm2

Pu

Gaya akibat rotasi pada sudu gerak

kg

R

Jari-jari konis sempurna

mm

r1

Jari-jari hub

mm

rs

Jari-jari rata-rata plat penguat sudu

mm

t0

Temperatur uap awal

0

u

Kecepatan keliling sudu turbin

m/s

v

Volume spesifik uap

m3/kg

C


W

Momen perlawanan poros

cm3

Wcr,tot

Berat total cakram

kg

Wp

Berat total poros

kg

Wy

Momen perlawanan terkecil sudu

cm3

z

Jumlah sekat labirin

Buah

zs,1

Jumlah sudu gerak baris pertama

Buah

2. Simbol dari abjad Yunani (Greek Letters) Simbol

arti

Notasi

1

Sudut masuk kecepatan uap mutlak ke sudu gerak

0

2

Sudut keluar kecepatan uap mutlak

0

1

Sudut masuk kecepatan relatif uap ke sudu gerak

0

2

Sudut keluar kecepatan relatif uap ke sudu gerak

0

 as

Massa jenis bahan Alloy Steel

kg/m3

 pl

Massa jenis minyak pelumas

kg/m3

u

Massa jenis uap

kg/m3

pv

Penurunan tekanan uap saat melewati katup

kg/cm2

pengatur



Tegangan

kg/cm2

a

Tegangan izin poros

kg/cm2



Kecepatan sudut

rad/s

g

Efisiensi generator

-

m

Efisiensi mekanis

-



Koefisien jenis fluida pada rumus stodola

-



Faktor kecepatan (angka kualitas) nosel

-



Koefisien kecepatan (angka kualitas) sudu

-


DAFTAR GAMBAR Gambar

nama gambar

halaman

2.1

Gambar sederhana siklus Rankine

5

2.2

Diagram T-S siklus Renkin sederhana

5

2.3

Diagram alir siklus Rankine Mengunakan

7

HPH dan LPH 2.4

Diagram T-S siklus Renkine dengan empat

8

tingkat ekstraksi 2.5

Variasi kecepatan uap pada sudu-sudu gerak

10

turbin impuls. 2.6

Proses ekspansi uap dalam turbin beserta

14

kerugian-kerugian akibat Pencekikan. 2.7

Grafik untuk Menentukan Koefisien sebagai

15

fungsi tinggi nozel 2.8

Koefisien kecepatan  untuk sudu gerak turbin

16

Impuls untuk berbagai panjang dan profil sudu 2.9

Celah kebocoran Uap tingkat tekanan pada

18

turbin impuls 3.1

Diagram daya yang harus di suplay ke turbin uap

25

ke generator 3.2

Proses penurunan kalor pada turbin uap

28

3.3

Diagram alir siklus Rankine Mengunakan

35

HPH dan LPH 3.4

Diagram T-S siklus Renkine dengan empat

35

tingkat ekstraksi 3.5

Variasi kecepatan uap pada tingkat pengaturan

40

sudu gerak baris I 3.6

Segitiga kecepatan tingkat pengaturan

42

3.7

Diagram i-s untuk tingkat pengaturan

43


3.8

Segitiga kecepatan tingkat kedua

47

4.1

Ukuran nosel dan sudu gerak

57

4.2

Jarak bagi dari profil sudu gerak

59

4.3

Penampang cakram kronis

65

4.4

Berbagai Koefisien untuk Cakram Konis

68

4.5

Bantalan Luncur

79

4.6

Kedudukan poros pada bantalan pada berbagai

81

kecepatan 4.7

Grafik kriteria beban koefisien φv

82

4.8

grafik menentukan φs

82


DAFTAR TABEL Tabel

Nama Tabel

Halaman

3.1

Data hasil perancangan turbin empat tingkatan

31

Ekstraksi 3.2

fraksi masa tiap ekstraksi

33

3.3

Jumlah uap yang mengalir antara berbagai

33

titik ekstraksi 3.4

Kondisi uap pada setiap tingkat Turbin Uap

41

Nekatingkat 4.1

Ukuran nosel dan sudu gerak

61

4.2

Tegangan-tegangan pada cakram konis

71

4.3

Tegangan-tegangan yang berhubungan

73

cakram kronis 4.4

Ukuran dan berat cakram

78

4.5

Ruang bebas yang diperlukan untuk

80

bantalan luncur


RANCANGAN TURBIN UAP PENGERAK GENERATOR LISTRIK (PLTU) DAYA TERPASANG 65 MW, PADA PUTARAN 3000 RPM

Recommend Documents