TERMODINAMIKA turbin

1. THERMODYNAMIKA 1
Work dapat diubah menjadi Heat, dan Heat
juga dapat diubah mejadi Work.
ENERGY, WORK, HEAT
(Energy, Work, Heat)
Energy:
Adalah kapasitas (kemampuan) suatu
sistem untuk menghasilkan suatu effek.
Work (Kerja) dan Heat (Panas).
Contoh:

2. 2
Internal Energy adalah jumlah dari Potential Energy
dengan Kinetic Energy.
ENERGY, WORK, HEAT
Energy in Transition = Energy yang melintasi batas
sistem.
Contoh: Heat, Work, Electrical.
Stored Energy = Energy yang ada di dalam batas
sistem.
Contoh: Potential Energy, Kinetic Energy.

3. 3
POTENTIAL ENERGY
(Energy Potential)
Potential Energy adalah sebagai energy yang
timbul berhubungan dengan adanya elevasi (letak
ketinggian).
PE = m.g.z / gc
PE = Potential Energy, ft.lbf, m.kgf
m = massa, lbm, kgm.
Z = elevasi, ft, m.

4. 4
P.V ENERGY
P.V Energy yang diakibatkan adanya
tekanan dan volume suatu zat.
Merupakan hasil perkalian antara tekanan
dengan volume .
Energy P.V, dinamakan juga sebagai Flow
Energy (Energy Alir).

5. 5
ENTHALPY
(Enthalpy)
Enthalpy merupakan salah satu sifat
suatu zat, seperti juga tekanan,
temperature, dan volume.
Enthalpy tidak dapat diukur secara
langsung, tapi diukur berdasarkan nilai
unjuk kerja, misalnya kemampuan untuk
meningkatkan temperature air.

6. 6
Adalah salah satu bentuk Energy.
WORK
(Kerja, Usaha)
Power (atau Daya) = Work persatuan waktu.
Satuan power adalah Watt
Merupakan Energy dalam transisi.
W = F. d
W = Work. (lbf. ft)
F = Gaya (lbf)
d = Jarak peralihan (displacement), ft.

7. 7
Heat, Q, (kcal/Btu).
H E A T
(Panas)
Merupakan Energy dalam transisi, seperti
juga Work.
Perubahan Energy berupa Heat dalam
bentuk molekuler sebagai akibat adanya
perbedaan temperature.
Perubahan energy juga terjadi pada
perubahan fasa.

8. 8
Perubahan nilai Heat yang per satuan massa
diberi notasi q.
H E A T
(Panas)
q = Q / m
q = Heat yang dipindahkan per satuan massa, Btu/lbm,
kcal/kgm
Q = Jumlah total Heat yang dipindahkan, Btu, kcal.

9. 9
SENSIBLE HEAT
(PANAS SENSIBEL)
Heat diberikan atau diterima dari suatu zat dapat
mengakibatkan perubahan temperaturenya, dapat
juga tidak.
Sensible Heat:
Heat yang diberikan ke atau dikeluarkan dari
suatu zat sehingga menaikan atau menurunkan
temperaturenya.
Contoh:
Air dipanaskan, temperaturenya naik (sampai batas
temperature tertentu)

10. 10
Latent Heat:
Heat diberikan ke atau dikeluarkan dari zat tidak
mengubah temperaturenya, tetapi mengakibatkan
terjadinya perubahan fasa.
Contoh:
Latent Heat of Fusion mengakibatkan perubahan
fasa padat ke fasa cair,
LATENT HEAT
(PANAS LATEN)
Latent Heat of Condensation mengubah fasa
gas/uap ke fasa cair.

11. 11
Contoh Sensible Heat dan Latent Heat
Es dipanaskan dari temperature 0 oC (32 oF) menjadi 120 oC
(248 oF) pada tekanan 1 ata (14.7 psia).
120 oC ( 248 oF)
190 oC ( 212 oF)
0 oC (32 oF)
T
WAKTU
1 2
3 4
5
1 – 2 : Es + Air. Es berubah jadi air. Pns Latent
2 : Air semua.
2 – 3 : Air saja. Temp air naik. Pns Sensible.
3 – 4 : Air + Uap. Air berubah jadi uap. Pns Latent
4 – 5 : Uap saja. Temp uap naik. Pns Sensible.

12. 12
HEAT CAPACITY
(KAPASITAS PANAS)
Heat Capacity ( Cp) adalah ratio jumlah Heat yang
diberikan atau diterima yang akan menimbulkan perubahan
temperaturenya sebesar (T) pada tekanan konstan.
Cp = Q / ΔT
Spesific Heat Capacity (cp) adalah kapasitas panas
persatuan massa.
cp = Q / m ΔT = q / ΔT
Cp : Heat Capacity pada tekanan konstan ( Btu / F), kcal/ C
cp : Spesific Heat Capacity pada tekanan konstan (Btu / lbmF)

13. 13
ENTROPY
(ENTROPI )
Entropi adalah perubahan Energy (Heat) untuk
setiap perubahan temperature.
Entropy dinyatakan dengan huruf S dan
perubahan entropy dinyatakan sebagai S.
Entropy : Δ S = ΔQ / Tabs
Spesific Entropy : Δ s = Δq / Tabs
S = Perubahan entropi dari sistem selam berlangsungnya suatu proses, Btu/R, kcal/C
Q = Jumlah Heat dipindahkan ke dan dari sistem selama proses berjalan . Btu, kcal.
q = Jumlah Spesific Heat yang dipindahkan. Btu / lbf, kcal / kgf
Tabs = Asbsolute Temperature pada saat terjadinya perpindahan Heat. F, C.
s = Perubahan entropi spesifik selama proses berjalan. Btu / lbmR, kcal / kgm.C
 q = Jumlah Spesific Heat dipindahkan ke dan dari sistem selama proses berjalan
Btu / lbm, kcal / kgf.

14. 14
KONVERSI ENERGY.
Energy tidak dapat dibuat, juga tidak dapat
dimusnahkan.
Energy hanya dapat diubah dari satu bentuk
Energy ke bentuk Energy lainnya.

15. 15
KONVERSI ENERGY DI STEAM POWER PLANT.
ENERGY BAHAN BAKAR
ENERGY PANAS
ENERGY KINETIK
ENERGY MEKANIK
ENERGY LISTRIK
Proses di Boiler
Proses di Turbine
Proses di Turbine
Proses di Generator Listrik

16. 16
EKIVALENSI DARI SATUAN ENERGY
(Satuan dasar)
Satuan untuk pengukuran Energy:
1. Satuan mekanik, (ft- lbf), (Joule),
2. Satuan satuan termal, (Btu), (Kcal).
3. Satuan Electric, (Watt.second), (kWh).

17. 17
EKIVALENSI SATUAN DAYA (POWER)
(Satuan dasar)
Daya (atau Power) = Energy : waktu.
Satuan British, hp, (ft-lbf/sec)
Satuan Thermal, (Btu/hr).
Dalam satuan listrik, (kW).

18. NSy 0109
THERMODYNAMIKA
HAR TU LVL 2 18
STEAM TABLE, Metris

19. NSy 0109
THERMODYNAMIKA
HAR TU LVL 2 19
STEAM TABLE, British

20. NSy 0109
THERMODYNAMIKA
HAR TU LVL 2 20
MOLLIER DIAGRAM
Spacific
Enthalpy,
kJ/kg
Specific Entropy kJ/kg K
Temperature
Pressure
Dryness
Diagram Uap

21. NSy 0109
THERMODYNAMIKA
HAR TU LVL 2 21
RANKINE CYCLE
1
2
3 4
5
6
PROSES PADA:
1-2 : FWP.
2-3 : FWH, ECO.
3-4 : WATER WALL.
4-5 : SH.
5-6 : TURBINE.
6-1 : CONDENSER
Temperature – Entropy diagram.
T
S

22. 22
p= presure v = volume s = entropy t = temperature h = enthalpy.
Adiabatic process pada turbine terjadi pada garis e – f.
Adiabatic process pada SH Steam Turbine

23. 23
Steam pada kondisi 100 bara, 480 C
Berapakah Enthalpy dan Entropynya ?
Apakah Saturated atau Superheated ?
Jawaban:
Dengan menggunakan Enthalpy – Entropy Diagram:
Enthalpy = kj/kg
Entropy = kj/kg o K
Superheated.
Dengan menggunakan Steam Table:
Enthalpy = kj/kg.
Entropy = kj/kgo K.
Superheated.
Menggunakan Steam Table lebih teliti, tapi mungkin memerlukan perhitungan
interpolasi.
Contoh penggunaan tabel dan Diagram.

24. 24
Steam pada kondisi 10 bara 200 ºC.
Berapakah Enthalpy dan Entropynya ?
Apakah Saturated atau Superheated ?
Jawaban:
Dengan menggunakan Enthalpy – Entropy Diagram:
Enthalpy = 2830 kJ/kg.
Entropy = 6,7 kJ/kg K
Superheated.
Dengan menggunakan Steam Table:
Enthalpy = 2829,8 kJ/kg.
Entropy = 6,7209 kJ/kg K.
Superheated.
Menggunakan Steam Table lebih teliti, tapi mungkin memerlukan perhitungan
interpolasi.
Contoh penggunaan Tabel dan Diagram.

25. 25
Adalah perubahan (penurunan) enthalpy uap
ketika melalui turbine atau melalui turbin stages.
PERUBAHAN ENTHALPY PADA STEAM TURBINE
Perubahan enthalpy ini diakibatkan oleh karena
terjadi konversi Energy dari Energy Potential yang
terkandung didalam uap menjadi Energy mekanik
pada poros turbine.

26. 26
Tidak seluruh perubahan enthalpy menjadi
Energy mekanis.
PERUBAHAN ENTHALPY PADA STEAM TURBINE
Sebagian berupa Heat Losses (Kerugian Heat)

27. 27
1. Loss pada Stop Valve (MSV).
(Throttling, Penurunan pressure).
HEAT LOSS PADA TURBINE
2. Loss pada Main Control Valve (MCV
atau Governor valve) .
(Throttling, Penurunan pressure).
3. Loss pada Nozzles / Guide blades
(Diaphragm).
(Turbulensi, Benturan, Gesekan).

28. 28
4. Loss pada Moving Blades.
(Turbulensi, Benturan, Gesekan)
HEAT LOSS PADA TURBINE
5. Loss karena Carry Over.
(Kec. Steam meninggalkan blades
dan Exhaust).
6. Loss Karena Clearance.
(Kebocoran melalui celah).

29. 29
7. Loss karena Wetness.
(Kelembaban uap).
HEAT LOSS PADA TURBINE
8. Mechanical Loss.
(Friction/ Gesekan).
9. Lain-lain.
(Heat Radiation dll).

30. 30
Enthalpy,
kJ/kg
Entropy, kJ/kg C
o
o
1
2
o
o
Throttling adalah penurunan
Tekanan dengan Enthalpy
konstan.
4
3
A B
THROTTLING
Heat drop ideal adalah dari
titik1 ke 2, dengan perubahan
enthalpy A.
Akibat terjadi throttling pada
Governor, titik supply uap
bergeser dari 1 ke 3, sehingga
heat drop-nya pun bertambah
kecil, yaitu dari titik 3 ke 4,
dengan perubahan enthalpy B.

31. 31
WILLANS LINE
Memperlihatkan hubungan antara
konsumsi uap (kg/hr atau Lbs/hr) dengan
prosentase load atau kW dibangkitkan.
Pada umumnya garis ini linear, semakin
besar load akan semakin besar
konsumsi uap.

32. 32
Contoh: TURBINE PERFORMANCE & WILLANS LINE

33. 33
Willans Line
Contoh: TURBINE PERFORMANCE & WILLANS LINE

34. 34
HEAT RATE.
Adalah konsumsi Energy (Heat) spesifik untuk
setiap kWh dihasilkan (Btu/kWh, kJ/kWh).
Heat rate juga merupakan kebalikan dari efisiensi.
Semakin tinggi load akan semakin rendah heat
rate-nya.
Semakin tinggi load akan semakin tinggi
efisiensinya.
Pada kondisi tertentu, saat load mendekati
maksimum, heat rate sedikit naik.

35. 35
HEAT RATE.
Berapakah Turbine Heat Rate
di tempat anda?

36. NSy 0109
THERMODYNAMIKA
HAR TU LVL 2 36
TURBINE POWER.
P = G x ∆H
P : Power, kW.
G : Steam Flow, kg/h, Lbs/h.
∆H : Heat Drop didalam turbin, kJ/kg, Btu/Lb.
Catatan:
1 Btu = 293 x 10 -6 kWh
1 J = 1 W.s
1 kJ = 1 kW.s
3 600 kJ = 1 kW.h.

37. EFISIENSI TURBIN UAP
Efisiensi = Output dibagi Input.
37
Output selalu lebih kecil dari input karena
adanya losses.

38. PERKIRAAN LOSSES
 Panas yang dibuang di condenser
sekitar 49 %.
38
 Kehilangan di Generator, peralatan
turbin dan penunjang 4 %.
 Kehilangan lain dalam boiler 12 %.
Yang diserap turbin sekitar 35 %.

39. 39
Temperature uap masuk turbine,
Tekanan uap masuk turbin,
Throttling,
dan
Back Pressure
terhadap kemampuan turbine.
Contoh berikut akan memperlihatkan pengaruh:

40. 40
1
2
3
4
5
6
T
S
THERMODINAMIKA PLTU
Proses 5 – 6 adalah
proses didalam turbine
tanpa reheating.

41. 41
1
2
3
4
5
8
T
S
THERMODINAMIKA PLTU
Proses 5 – 6 dan 7 – 8
adalah proses didalam
turbine dengan
reheating.
6
7

42. 42
Pengaruh turunnya temperatur uap masuk turbine
terhadap daya turbine.
3
1
4
2
P1, P3
t1
t3
P 2, P4
Kondisi 1:
P1 = 1600 psia.
t1 = 950 F.
P2 = 3.5 inHga.
Maka:
h1 = 1452 Btu/Lb.
h2 = 940 BTU/lb.
Heat drop 1:
h1 – h2 = 512 Btu/Lb
Kondisi 2:
P3 = 1600 psia.
t3 = 840 F.
P4 = 3.5 inHga.
Maka:
h3 = 1400 Btu/Lb.
h4 = 918 BTU/lb.
Heat drop 2:
h3 – h4 = 482 Btu/Lb
Terjadi penurunan heat drop sebesar
512 - 482 = 30 Btu/Lb atau sebesar 5.86 %

43. NSy 0109
THERMODYNAMIKA
HAR TU LVL 2 43
Pengaruh turunnya tekanan uap masuk turbine
terhadap daya turbine.
3
1
4
2
P1
t1
P 2, P4
Kondisi 1:
P1 = 1600 psia.
t1 = 950 F.
P2 = 3.5 inHga.
Maka:
h1 = 1452 Btu/Lb.
h2 = 940 BTU/lb.
Heat drop 1:
h1 – h2 = 512 Btu/Lb
Kondisi 2:
P3 = 1400 psia.
t3 = 950 F.
P4 = 3.5 inHga.
Maka:
h3 = 1445 Btu/Lb.
h4 = 945 BTU/lb.
Heat drop 2:
h3 – h4 = 500 Btu/Lb
Terjadi penurunan heat drop sebesar
512 - 500 = 12 Btu/Lb atau sebesar 2.34 %
P3

44. 44
Pengaruh naiknyta back pressure terhadap daya
turbine.
1, 3
4
2
P1
t1
P 2
Kondisi 1:
P1 = 1600 psia.
t1 = 950 F.
P2 = 3.5 inHga.
Maka:
h1 = 1452 Btu/Lb.
h2 = 940 BTU/lb.
Heat drop 1:
h1 – h2 = 512 Btu/Lb
Kondisi 2:
P3 = 1600 psia.
t3 = 950 F.
P4 = 5.0 inHga.
Maka:
h3 = 1452Btu/Lb.
h4 = 958 BTU/lb.
Heat drop 2:
h3 – h4 = 494 Btu/Lb
Terjadi penurunan heat drop sebesar
512 - 494 = 18 Btu/Lb atau sebesar 3.51 %
P3
P4

45. 45
Steam masuk Turbine 1 590 psia, 950 ºF.
Exhaust Pressure 3.5 inch Hga.
Steam Flow 600 T/h = 1 344 000 Lb/hr (maximum).
Generator Output 73 MW (maximum).
Berapakah Enthalpy steam masuk turbine ?
Apakah Saturated atau Superheated ?
Berapa kalor yang di supply ke Turbine?
Berapa output Turbine bila efisiensi generator 100 % ?
Berapa efisiensi Turbine – Condenser ?
Latihan Perhitungan.

46. 46
Steam masuk Turbine 1 590 psia, 950 ºF.
Latihan Perhitungan.
Kondisi steam, Superheated.
Dari diagram, enthalpynya = 1 455 Btu/Lb.
Exhaust Pressure 3.5 inch Hga.
Heat diserap turbin = 1 455 – 960 = 495 Btu/Lb.
Enthalpy pada heat drop adiabatis = 960 Btu/Lb.
Total Heat diserap turbine = 1 344 000 x 495
= 665 280 000 Btu/h = 195 MW.
(1 MW = 3 412 000 Btu/h).
Effisiensi turbine = 73 MW : 195 MW = 0.3743 = 37.43 %.