## ANALISIS VARIASI SUDUT
PADA TURBIN IMPULS TERHADAP DAYA MEKANIS TURBIN UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
Edi B.Kacaribu 1 , Mulfi Hazwi 2 , Darwin Sitompul 3 , Tulus B. Sitorus 4 , Terang UHSG 5 , M. Sabri 6 1,2,3,4,5,6 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: eb.kacaribu@yahoo.com

## ABSTRAK
Kondisi sudut nosel turbin secara tepat akan mampu mendayagunakan uap secara efisien untuk menghasilkan daya turbin. Artinya posisi atau arah sudut sudu tersebut akan menentukan besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan ke poros turbin.  Dengan menentukan arah  uap masuk ke  turbin  dan  posisi  sudu  yang  menerima  semburan  uap  harus  dihitung  secara  cermat  guna mendapatkan daya yang dihasilkan turbin semaksimum  mungkin. Objek dari  penelitian adalah turbin  uap  di  PT.Growth  Sumatera  Industri  Medan.  Hasil  dari  analisis  untuk  variasi  sudut semburan  uap  didapat  bahwa  besar  sudut  α 1 yang  paling  optimal  untuk  menghasilkan  daya turbin  yang  maksimal  adalah  sebesar  16°  dan  mengalami  peningkatan  3,35%.  Untuk  variasi sudut  sudu  masuk  atau  sudut  β 1 dengan  memakai  sudut  α 1 sebesar  16°,  didapat  bahwa  besar sudut β 1 yang optimal untuk mendapatkan daya maksimum sebesar 21°, mengalami peningkatan 0,416%.

## Kata kunci : Sudut Sudu-sudu Turbin Impuls, Pembangkit Tenaga Uap, Daya Mekanis

## 1.   PENDAHULUAN
Salah  satu  bentuk  energi  yang  paling  dibutuhkan  manusia  sekarang  ini  adalah  energi listrik,  manusia  membutuhkan  energi  listrik  untuk  kebutuhan  rumah  tangga,  industri, transportasi dan untuk kebutuhan lainnya.
Pada  instalasi  turbin  uap,  turbin  memiliki  peranan  yang  paling  penting  guna memperoleh hasil yang dibutuhkan. Untuk memperoleh hasil yang optimal maka efektifitas dan efisiensi menjadi hal yang utama dalam pengoperasian tersebut.
Memposisikan sudut sudu-sudu turbin  secara tepat akan mampu mendayagunakan uap secara  efisien  untuk  menghasilkan  daya  turbin.  Posisi  atau  arah  sudut  sudu  tersebut  akan menentukan  besar  kecilnya  daya  yang  akan  ditransmisikan  ke  poros  turbin,  jadi  posisi  sudu- sudu turbin harus dihitung secara cermat.

## 2.   TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Gambaran Umum Turbin Uap
Turbin  uap  termasuk  mesin  pembangkit  tenaga.  Pada  turbin  terjadi  perubahan  dari energi potensial uap menjadi energi kinetik yang kemudian diubah lagi menjadi energi mekanik pada poros turbin, selanjutnya energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada generator.

## 2.2. Analisa Termodinamika
Turbin uap, ketel uap, pompa dan kondensor, dipadukan untuk membentuk suatu siklus daya  uap  atau  siklus  rankine.  Siklus  ini  menggunakan  fluida  dalam  dua  fasa  yaitu  cairan  dan uap.
Secara  ideal  proses  termodinamika  yang  terjadi  pada  siklus  ini  adalah  penekanan isentropik, penambahan kalor secara isobar, ekspansi isentropik, dan pembuangan panas isobar.
Gambar 1. Diagram T-S siklus Rankine
Siklus Rankine sederhana terdiri dari beberapa proses, yakni sebagai berikut : 1 → 2 :   Proses pemompaan  isentropik didalam pompa
2 → 3 :   Proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekan konstan dalam ketel uap 3 → 4 :   Proses ekspansi isentropik didalam turbin
4 → 1 :   Proses pengeluaran kalor pada tekanan konstan
Besar kerja dan kalor dapat ditentukan pada masing-masing proses yakni sebagai berikut :
1. Kerja Pompa WP = h 2 – h 1 (1) 2. Penambahan Kalor pada Boiler Qin = h 3 – h 2 (2) 3. Kerja Turbin WT = h 3 – h 4
4. Kalor yang dibuang pada Kondensor
Qout   = h 4 – h 1 (3) 5.  Efisiensi Thermal
𝜂 𝑡ℎ = 𝑊 𝑛𝑒𝑡 𝒬 𝑖𝑛 = 𝑊 𝑟 − 𝑊 𝑝 𝒬 𝑖𝑛 (4)
𝜂 𝑡ℎ = ℎ 3 – ℎ 4 − ℎ 2 – ℎ 1 ℎ 3 – ℎ 2 (5)

## 2.3. Komponen Instalasi Turbin Uap

## 2.3.1. Pompa
Pompa  adalah  suatu  alat  yang  digunakan  untuk  memindahkan  suatu  cairan  dari  suatu tempat  ke  tempat  lain  dengan  cara  menaikkan  tekanan  cairan  tersebut.  Secara  umum  pompa dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis ( non positive displacement pump ).

## 2.3.2. Ketel Uap
Ketel  uap  merupakan  suatu  komponen  yang  berfungsi  sebagai  tempat  untuk menghasilkan  uap,  energi  kinetiknya  digunakan  untuk  memutar  turbin.  Secara  umum  boiler dibagi kedalam dua jenis yaitu boiler pipa api (Fire tube boiler) dan boiler pipa air (water tube boiler) .

## 2.3.3. Turbin
Turbin merupakan mesin penggerak, dimana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutarnya. Dengan adanya energi kinetis uap yang digunakan langsung untuk memutar turbin, maka dapat dikatakan juga disini, bahwa kemajuan teknologi turbin banyak dipengaruhi oleh kondisi uap yang dihasilkan.

## 2.3.4. Kondensor
Kondensor merupakan alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengkondensasikan uap keluaran turbin.

## 2.4. Dasar Teori Impuls

## 2.4.1. Prinsip Impuls dan Momentum
Dalam  ilmu  mekanika, impuls pada  suatu  benda  terjadi  akibat  adanya  perubahan momentum benda tersebut dalam selang waktu tertentu. Namun perlu diketahui bahwa impuls diartikan  sebagai  gaya  yang  bekerja  pada benda  dalam  waktu  yang  sangat  singkat.  Sedangkan momentum  suatu  benda  tersebut  dalam  fisika  didefinisikan  sebagai  hasil  kali  massa  benda dengan kecepatan gerak benda tersebut.
P = m.v (6)
p  adalah  lambang  momentum,  m  adalah  massa  benda  dan  v  adalah  kecepatan  benda. Momentum merupakan besaran vektor, jadi selain mempunyai besar alias nilai, momentum juga mempunyai arah. Besar momentum p = m.v
Hubungan impuls dengan momentum dapat dilihat dari persamaan berikut :
F = ∆p ∆t (7)
Dimana : F = gaya total yang bekerja pada benda
p Δ   =   perubahan momentum
t Δ  =  selang waktu perubahan momentum

## 2.4.2. Asas Impuls Pada Turbin
Pada roda turbin terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melalui ruang di antara sudu tersebut. Apabila roda turbin dapat berputar akibat semburan uap, maka ada gaya yang bekerja pada sudu. Gaya tersebut timbul karena terjadinya perubahan momentum dari fluida kerja yang mengalir  di  antara  sudu  yang  dianggap  sangat  efektif  untuk  menghasilkan  gaya  dorong.  Gaya dorong harus lebih besar atau sekurang-kurangnya sama dengan berat turbin dan porosnya.
Gambar 2.. Asas Impuls Pada Sudu Turbin

## 2.5. Prinsip Turbin Impuls
Turbin  impuls  adalah  turbin  yang  mempunyai  roda  jalan  atau  rotor  dimana  terdapat sudu-sudu  impuls.  Sudu-sudu  impuls  mudah  dikenali  bentuknya,  yaitu  simetris  dengan  sudut masuk β 1 dan sudut keluar β 2 yang sama.
Gambar 3. Sudu Turbin Impuls

## 2.6. Analisa Kecepatan Aliran Uap
Analisa  kecepatan  aliran  uap  yang  melewati  suatu  sudu  dapat  digambarkan  sebagai berikut :
1. Kecepatan aktual uap keluar dari nosel (c 1t )
c 1t =  44,72 √𝛥ℎ             (𝑚/𝑠)       (8) dimana : Δh = besar jatuh kalor ( entalphi drop) (kj/kg) 2. Kecepatan teoritis uap keluar dari nosel (c 1 )
c 1 =   c 1t . 𝜑                   (𝑚/𝑠) (9)
dimana : φ = koefisien kecepatan pada dinding nosel (0,91 s/d 0,98)
3.  Kecepatan tangensial sudu (u)
(10) (m/det) 60 π.d.n u = dimana :
d = diameter pada turbin(m) n = putaran poros turbin (rpm) 4. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak pertama (w 1 )
(m/det) cos . . . 2 1 1 2 2 1 1  u c u c w − + = (11)
5.  Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris pertama (c
1 u)
(m/det) cos 1 1 1  c c u = (12)
6.  Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris kedua (c 2 u)
(m/det) cos 2 1 1  c c u = (13)
7.  Sudut masuk sudu gerak baris pertama (β 1 )
(m/det) sin sin 1 1 w c q   =
(14)
8. Sudut uap keluar dari sudu gerak pertama (β 2 )
) 5 3 ( 1 2 o o − − =   (15)
9.  Kecepatan mutlak uap keluar dari  sudu gerak pertama (w 2 ) (m/det) . 1 2 w w  = (16)
dimana : ψ = koefisien kecepatan pada dinding sudu gerak 10. Kecepatan relatif uap masuk ke sudu pengarah (c 2 )
(m/det)) cos . ' . 2 2 1 2 2 2 2  u c u w c + − + = (17)
11. Kecepatan mutlak uap keluar dari                 sudu pengarah (c 1’ )
(m/det) . ' 2 1 c c gb  =
(18)
12. Kecepatan teoritis uap keluar dari sudu pengarah (c’ 1 t)
(m/det) ' ' 1 1 gb c c  = (19)
dimana : ψgb = koefisien kecepatan pada  dinding sudu pengarah 13.  Sudut keluar uap dari sudu pengarah (α’ 1 ) ) 5 3 ( ' 2 1 o o − − =  
14. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak kedua (w’ 1 )
(m/det) ' cos . ' . 2 ' ' 2 1 2 2 1 1  u c u c w + − + = 15.  Kecepatan pada pelek (rim)   menjadi (c’ 1 u)
(m/det)
' cos ' ' 1 1 1  c c u = 16. Sudut masuk sudu gerak kedua (β’ 1 )
(m/det)
' cos ' ' sin 1 1 1 1 w c   = 17. Sudut relatif uap keluar dari sudu gerak kedua (β’ 2 )
(m/det) ) 5 3 ( ' ' 1 2 o o − − =  
18. Kecepatan relatif uap keluar dari sudu gerak kedua (w’ 2 )
(m/det) ' . ' 1 2 w w  = dimana : ψ = koefisien kecepatan pada    dinding sudu gerak 19. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu gerak kedua (c’ 2 ) 2 1 2 2 2 2 ' cos . ' . 2 ' '  u w u w c + − + = 20. Sudut keluar sudu gerak kedua (α’ 2 )
(m/det) ' ' sin ' ' sin 1 2 2 1 c w   =
21.  Kecepatan pada pelek (rim) menjadi (c’ 2 u) (m/det)
' cos ' ' 1 2 2  c c u =

## 2.7. Kerugian Energi Pada Turbin Uap
1. Kerugian energi di katup pengatur
Jika tekanan uap masuk adalah Po maka akan terjadi penurunan tekanan menjadi tekan awal masuk turbin Po’. Penurunan tekan awal (ΔP) diperkirakan sebesar (3 − 5) % dari Po.
Kerugian energi yang terjadi pada katup pengatur ditentukan dengan : ΔH = Ho - Ho’ dimana:
Ho =  nilai penurunan kalor total turbin Ho’  =  nilai  penurunan  kalor  setelah  mengalami  proses  penurunan  tekanan  akibat pengaturan melalui katup (3-5%) dari Po.
2.  Kerugian energi pada nozel (h n )
Kerugian energi dalam nosel adalah dalam bentuk kerugian energi kinetis
Kg kJ c c h t n /
2000 2 1 1 2 − =
dimana : H n = besarnya kerugian di nosel c it =   kecepatan uap masuk nosel teoritis φ = koefisien kecepatan pada dinding nosel (0,93 - 0,98) c 1 =  kecepatan aktual uap keluar dari nosel
3. Kerugian energi pada sudu pengarah
(kJ/kg)
2000 ' 2 1 2 2 c c h gb − =
4. Kerugian energi pada sudu gerak
- Kerugian kalor pada sudu gerak pertama
(kJ/kg)
2000 ' 2 2 2 1 w w h b − =

## - Kerugian pada sudu gerak baris kedua
(kJ/kg)
2000 ' ' ' ' 2 2 2 1 w w h b − =
dimana : w 1 = kecepatan relatif uap masuk sudu gerak I w 2 = kecepatan relatif uap keluar sudu gerak I
w’ 1 = kecepatan relatif uap masuk sudu gerak II w’ 2 = kecepatan relatif uap keluar sudu gerak II 5.    Kerugian energi akibat kecepatan keluar ( e h )
(kJ/kg) 2000 ' 2 2 c h e =
6. Kerugian akibat gesekan cakram
(kJ/kg) 187 , 4 . 427 102 . o ca m Ng a hge =
7. Kerugian energi pada ruang bebas pada turbin impuls
( ) (kJ/kg) h 2 0 kebocoran i i m m o kebocoran o − = Dimana  m’  kebocoran  ditentukan  berdasarkan
tekanan kritis, yaitu :
5 , 1 . 85 , 0 1 + = z P P kr
Bila  tekanan  kritis  lebih  rendah  dari P 2 ,  maka  kecepatan  uap  di  dalam  labirin  adalah lebih rendah daripada kecepatan kritis dan massa alir kebocoran ditentukan dengan persamaan :
o m kebocoran = 100 fs ( ) 1 1 2 2 2 1 P g  zP P −
(kg/det)
sebaliknya, bila tekanan kritis lebih tinggi dari P 2 , maka kecepatan uap adalah lebih tinggi dari kecepatan kritisnya:
o m kebocoran = 100 fs
1 1 5 , 1 v P x z g + 2.8. Efisiensi Turbin Uap Impuls Efisiensi turbin dapat kita hitung sebagai berikut :
𝜂 𝑢 = 2 ∙ 𝑢 ∑(𝑐 1𝑢 + 𝑐 2𝑢 ) 𝑐 1𝑡 2 𝐿 𝑜 = 𝐸𝐾 𝑚𝑎𝑘𝑠 = ̇ 𝑚 ̇ 𝑐 1𝑡 2

## 2 (𝐽/𝑠)
Sedangkan  hubungannya  dengan  efisiensi  turbin  uap  dapat  dicari  dengan  menggunakan perbandingan antara kerja mekanis yang dihasilkan turbin dengan kerja teoritis uap pada pinggir cakram.
η 𝑢 = 𝐿 𝑢 𝐿 𝑜 efesiensi relatif dalam
𝜂 01 = 𝐻 𝑖 𝐻 0 ′
efisiensi turbin dapat dihitung sebagai berikut :
𝜂 𝑢 = 2 ∙ 𝑢 ∑(𝑐 1𝑢 + 𝑐 2𝑢 ) 𝑐 1𝑡 2

## 2.9. Daya Mekanis Turbin
Daya turbin dapat dihitung sebagai berikut : 𝑃 𝑢 = 𝐹 𝑢 ∙ 𝑢

## 3.   PENGUMPULAN DATA

## 3.1. Data Hasil Survey
Untuk membantu penelitian ini, maka dilakukan survey studi ke pembangkit listrik tenaga uap di PT. Growth Sumatra Industry. Ltd dengan spesifikasi:
1. Diameter turbin (d) : 850 mm 2. Sudut masuk uap (α 1 )
: 20° 3. Pemasukan uap parsial (ε) : 0,27 4. Tekanan uap masuk (P 3 ) : 20 bar
5. Suhu uap masuk (T 3 )
: 260 °C
6. Tekanan uap bekas (P 4 )
: 3 bar
7. Kualitas uap (x) : 0,93

## 3.2. Perhitungan
Untuk  menghitung  berapa  besar  panas  jatuh  uap  pada  turbin  maka  kondisi  uap  harus diketahui.  Dalam  hal  ini    kehilangan  tekanan  pada  katub  pengatur  sebesar  5%  dari  tekanan suplai, sehingga tekanan sebelum memasuki nosel akan menjadi P' 3 = 0,95. 20 bar = 19 bar. Sehingga pada tekanan uap masuk (P 3 ) = 20 bar dan temperatur 260 °C dan tekanan uap keluar turbin (P 4 ) = 3 bar, diperoleh kondisi uap : io   = 2930,9 Kj/kg i 1t = 2554,07 Kj/kg i’ 1t = 2572,91 Kj/kg Memasuki nosel akan menjadi : P’ 3 = 0,95. 20 bar = 19 bar Sehingga penurunan kalor teoritis H 0 = (Δh) = io – i 1 t = (2930,9–2554,07) = 376,86 kJ/kg Sedangkan Penurunan kalor yang terjadi pada nosel ditentukan dari persamaan: H 0 ’ = (Δh’) = io – i’ 1t = (2930,9–2572,91= 357,99 kJ/kg

## 3.3. Perhitungan Kecepatan Aliran
Uap Pada Sudu-sudu Turbin a. Kecepatan teoritis uap keluar dari nosel (c 1 t) c 1t =  44,72 √𝛥ℎ 0 ′     = 44,72 √357,99 =  846,13 𝑚/𝑠
b. Kecepatan mutlak uap keluar nosel (c 1 ) Karena ada pengaruh koefisien kecepatan pada dinding nosel 𝜑 = 0,95 Maka c 1 =   c 1t . 𝜑 =  0,95 .  846,13 𝑚/𝑠  = 803,82 𝑚/𝑠
c.  Laju Aliran Massa Uap ( o m ) o m = 𝐴 𝑛𝑜𝑠𝑒𝑙. 𝑐 1 𝑣 = 2,98.10 −3 . 803,82 0,57 = 4,2𝑘𝑔/𝑠
d. Kecepatan tangensial (u)
𝑢 = ( 𝑢 𝑐 1 ) 𝑜𝑝𝑡. 𝑐 1 u = 0,22x 803,82 m/s = 176,84 m/s sehingga dari sini kita dapat menghitung putaran turbin sebesar :
𝑢 = 60. 𝑢
𝜋. 𝑑 = 60.176,84 𝜋. 0,85 𝑛 = 3975 𝑟𝑝𝑚
e. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak pertama (w 1 )
1 1 2 2 1 1 cos . . . 2  u c u c w − + =
𝑤 1 =   √𝑐 1 2 +   𝑢 2 − 2. 𝑐 1 . 𝑢. cos α 1
=   √803,82 2 +   176,84 2 − (2.803,82.176,84. cos 20) = 640,51 𝑚/𝑠
f. Sudut masuk sudu gerak I (β 1 )
𝑤 1 sin 𝛽 1 =   𝑐 1 sin α 1 =
1 1 sin sin w c q   = 429 , 0 20 sin 51 , 640 82 , 803 sin = = x 
𝛽 1 = 𝑎𝑟𝑐 sin 0.42 = 25,42 0
g. Sudut sudu keluar dari sudu gerak pertama (β 2 )
Sudut relatif sudu keluar lebih kecil 3º dari sudut sudu masuk. Maka : β 2 =β 1 - 3º = 25,42º - 3º = 22,42º
h. Kecepatan relatif uap keluar dari sudu gerak pertama (w 2 ) Koefisien kecepatan pada sudu-sudu ψ = 0,86 𝑤 2 = 𝜓 𝑤 1 = 0,86.640, = 55,84 𝑚/𝑠
i. Kecepatan uap masuk kesudu pengarah (c 2 )
𝑐 2 = √𝑤 2 2 + 𝑢 2 − 2. 𝑤 2 . 𝑢. 𝑐𝑜𝑠𝛽 2 𝑐 2 = 393,19 𝑚/𝑠
j. Sudut masuk sudu pengarah (α 2 ) 𝑤 2 sin 𝛽 1 = 𝑐 2 sin α 2 sin α 2 = 𝑤 2 𝑐 2 × sin 𝛽 2
sin α 2 = 550,84
393,19 × sin 22,42 0
= 32,30 0
k.  Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris pertama (c 1 u) 𝑐 1𝑢 = 𝑐 1 cos α 1 = 803,82. cos 20 0 = 775,34 𝑚/𝑠
l. Kecepatan mutlak radial uap keluar sudu gerak baris kedua (c 2 u) 𝑐 2𝑢 = 𝑐 2 cos α 2 = 393,19 cos 32,30 0
= 332,36 𝑚/𝑠
m. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu pengarah (𝒄 𝟏 ′ )
Kecepatan  mutlak  uap  masuk  sudu  gerak  kedua  dengan  memperhitungkan  kerugian akibat koefisien kecepatan pada sudu pengarah ψ = 0,86 𝑐 1 ′ = ψ 𝑔𝑏 . 𝑐 2 = 338,14 𝑚/𝑠 Dimana ψ 𝑔𝑏 = koefisien kecepatan untuk sudu pengarah
n. Sudut sudu keluar dari sudu pengarah (α’ 1 )
Sudu gerak baris kedua lebih kecil 3º dari sudut sudu keluar sudu pengarah maka :
α′ 1 = α 2 − 3 0 = 32,30 − 3 0 = 29,30 0
o. Kecepatan relatif uap masuk sudu gerak kedua (w’ 1 )
𝑤′ 1 = √𝑐′ 1 2 + 𝑢 2 − 2. 𝑐′ 1 𝑢. cos α′ 1 𝑤′ 1 = 203,25 𝑚/𝑠
p. Kecepatan pada pelek (rim) menjadi (c’ 1U ) 𝑐′ 1𝑢 = 𝑐′ 1 cos 𝛼′ 1
𝑐′ 1𝑢 = 338,14. cos 29,30 0 = 294,90 𝑚/𝑠
q. Sudut masuk sudu gerak kedua (β’ 1 )
sin 𝛽′ 1 = 𝑐′ 1 sin 𝛼′ 1 𝑤′ 1 𝛽′ 1 = 𝑎𝑟𝑐  sin 0,814 = 54,49 0
r. Sudut uap keluar dari sudu gerak kedua (β’ 2 )
Sudut  relative  uap  keluar  dari  sudu  gerak  kedua  lebih  kecil  3º  dari  sudut  kecepatan relative uap masuk kedua sudu gerak kedua, maka :
𝛽′ 2 = 𝛽′ 1 − 3 0 = 54,49 0 − 3 0 = 54,49
s. Kecepatan mutlak uap keluar dari sudu gerak kedua (w’ 2 )
Kecepatan  relative  uap  pada  sisi  keluar  sudu  gerak  kedua  dengan  memperhitungkan  kerugian akibat koefisien kecepatan pada sudu pengarah ψ = 0,86
𝑤 2 ′ = ψ. w 1 ′ = 174,80 m/s Dimana ψ = koefisian kecepatan pada dinding sudu gerak
t. Kecepatan uap keluar dari sudu gerak kedua (c’ 2 )
𝑐′ 2 = √𝑤′ 1 2 + 𝑢 2 − 2. 𝑢′ 2 . 𝑢. cos 𝛽′ 2 = 152,75 𝑚/𝑠
u. Sudut keluar sudu gerak kedua (α’ 2 )
sin 𝛼′ 2 = 𝑤′ 2 . sin 𝛽′ 2 𝑐′ 2 𝛼′ 2 = 𝑎𝑟𝑐  sin 0,895 = 116,44 0
v. Kecepatan pada pelek (rim) menjadi (c’ 2U ) 𝑐′ 2𝑢 = 𝑐′ 2𝑢 cos 𝛼′ 2 𝑐 ′ 2𝑢 = 152,75 × cos 116,44 0 = −68 𝑚/𝑠
3.4. Perhitungan Kerugian-kerugian Energi Pada Turbin Uap a. Kerugian energi pada nosel (h n )
ℎ 𝑛 = 𝑐 1𝑡 2 − 𝑐 1 2 2000 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ 𝑛 = 846,13 2 − 803,82 2 2000 = 34,90 𝑘𝐽/𝑘𝑔
b. Kerugian energi untuk sudu pengarah
ℎ 𝑔𝑏 = 𝑐 2 2 − 𝑐′ 1 2
2000 = 393,19 2 − 338,14 2
2000 = 20,13 𝑘𝐽/𝑘𝑔
c. Kerugian energi untuk sudu gerak Kerugian kalor pada sudu gerak pertama (h b ’)
ℎ 𝑏 ′ = 𝑤 1 2 − 𝑤 2 2 2000 = 640,51 2 − 550,84 2
2000
= 53,41 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Kerugian pada sudu gerak baris kedua (h b ’’)
ℎ 𝑏 ′′ = 𝑤 1 ′2 − 𝑤 2 ′2 2000 = 203,25 2 − 174,80 2
2000 = 5,38 𝑘𝐽/𝑘𝑔
d. Kerugian energi untuk kecepatan keluar (h e )
ℎ 𝑒 = 𝑐 2 ′2 2000 = 152,75 2
2000 = 11,67 𝑘𝐽/𝑘𝑔

## 3.5. Efisiensi Turbin Uap Impuls
Efisiensi turbin dapat dihitung sebagai berikut :
𝜂 𝑢 = 2 ∙ 𝑢 ∑(𝑐 1𝑢 + 𝑐 2𝑢 ) 𝑐 1𝑡 2 𝜂 𝑢 = 0,649 = 64,9 %
Untuk memeriksa ketepatan perhitungan kerugian kalor yang diperoleh diatas hasilnya dibandingkan dengan hasil yang diperoleh untuk nilai kecepatan uap masuk turbin teoritis ( c 1t ), dimana jika kesalahan perhitungan dibawah dari 2%, maka perhitungan diatas sudah tepat.
𝜂 𝑢 = 𝐻 0 ′ − (ℎ 𝑛 + ℎ 𝑏 ′ + ℎ 𝘨𝑏 + ℎ 𝑏 + ℎ 𝑒 ) 𝐻 0 ′
= 0,649 = 64,9%
Sedangkan  efesiensi  relatif  dalam  ( internal  relatife  eficiency )  turbin  dapat  dihitung dengan cara sebagai berikut :
𝜂 01 = 𝐻 𝑖 𝐻 0 ′
= 230,62 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Sedangkan h ge.a merupakan kerugian energi akibat gesekan cakram
ℎ 𝘨𝑒.𝑎 = 102 ∙ 𝑁 𝘨𝑒.𝑎 427 ∙ o m (𝐾𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑔) ℎ 𝘨𝑒.𝑎 = 102 ∙ 𝑁 𝘨𝑒.𝑎 427 ∙ o m 4,187(𝐾𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑔) 𝑁 𝘨𝑒.𝑎 = 𝛽 ∙ 10 −10 ∙ 𝑑 4 ∙ 𝑛 3 ∙ 1 ∙ 𝜐
β = koefisien untuk cakram baris ganda 2,06
o m = massa alir uap melalui tingkat turbin (4,2 kg/s) n   = putaran turbin (3975 rpm) l   = tinggi rata-rata sudu (2,05 cm) d = diameter cakram atau diameter turbin = 0,85 m Maka :
𝑁 𝘨𝑒.𝑎 = (2,06 ∙ 10 −10 ∙ 0,85 4 ∙ 3975 3 ∙ 2,05 ∙ 0,56) = 7,89 𝐾𝑊
𝑁 𝘨𝑒.𝑎 = 102 × 7,89 427 × 4,2 4,187
= 1,88 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Maka efesiensi relatif dalam turbin sebesar :
𝜂 01 = 230,62 357,99 = 0,644 = 64,5%

## 3.6. Daya Mekanis Yang Dihasilkan Turbin
Daya turbin dapat dihitung sebagai berikut : P u = F u ∙ u P u = 5521,33 × 176,84 = 976393,38 watt = 976,39 kW
4.      ANALISIS  VARIASI  SUDUT  SUDU-SUDU  IMPULS  TERHADAP  DAYA  YANG DIHASILKAN TURBIN 4.1.  Pengaruh  Semburan  Uap  Terhadap  Turbin  Jika  Sudut  Masuk  Semburan  uap  (α 1 )

## Bervariasi
Dengan  menggunakan  persamaan  di  atas  diperoleh  nilai Fu dan Pu serta ηu yang berbeda-beda, jika α 1 divariasikan, seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel  1.  Pengaruh  Variasi  Sudut  Nosel (α 1 ) Terhadap  Kecepatan  Aliran  Uap  Pada  Sudu-sudu Turbin dan Daya yang Dihasilkan
α 1 (º) β 1 (º) c 1 (m/s) P u (kW) 5 6,41 803,82 1.051,35 7 8,96 803,82 1.048,93 9 11,52 803,82 1.044,16 11 14,06 803,82 1.037,05 13 16,60 803,82 1.027,61 15 19,14 803,82 1.015,85 16 20,40 803,82 1.009,10 19 24,17 803,82 985,42 20 25,42 803,82 976,39 23 29,15 803,82 945,93 25 31,62 803,82 922,84 27 34,08 803,82 897,55 29 36,52 803,82 870,11 31 38,95 803,82 840,53 33 41,36 803,82 808,86 35 43,75 803,82 775,14 37 46,12 803,82 739,41 39 48,48 803,82 701,71 41 50,82 803,82 662,08 43 53,14 803,82 620,58 45 55,44 803,82 577,26 47 57,72 803,82 532,16 48 58,85 803,82 508,97
4.2.Pengaruh Semburan Uap Terhadap Turbin Jika Sudut Masuk Sudu (β 1 ) Bervariasi Pada penelitian ini, sudut masuk sudu (β 1 ) divariasikan diantara 16,5°-22,0°, dasar dari pemilihan  dari  sudut  ini  adalah  karena  untuk  sudut  semburan  uap  dari  perhitungan  diatas didapat sudut α 1 sebesar 16°. Untuk menghitung pengaruh semburan uapnya terhadap turbin jika sudut masuk sudu divariasikan. Dengan cara yang sama seperti perhitungan diatas, Maka dapat kita  dapatkan  pengaruh  semburan  uap  terhadap  turbin,  seperti  dalam  tabel  berikut  ini,  dengan memakai sudut masuk semburan uap (sudut α 1 ) sebesar 16°. Dengan menggunakan persamaan di atas diperoleh nilai Fu dan Pu serta ηu yang berbeda-beda, jika β 1 divariasikan, seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 2.  Besarnya daya mekanik yang dihasilkan
α 1 (°) β 1 (°) η u (%) P u (kW) 16 16,5 0,164 246,29 16 17,0 0,297 447,16 16 17,5 0,405 608,96 16 18,0 0,490 737,07 16 18,5 0,556 836,08 16 19,0 0,605 909,89 16 19,5 0,640 961,83 16 20,0 0,662 994,79 16 20,5 0,673 1.011,23 16 21,0 0,674 1.013,30 16 21,5 0,667 1.002,84 16 22,0 0,653 981,46
Berdasarkan dari analisa diatas dapat diketahui bahwa jika besar sudut dari β 1 semakin besar dari α 1 maka efisiensi dan daya mekanis turbin yang dihasilkankan semakin besar, tetapi sampai  pada  saat-saat  tertentu  akan  menghasilkan  daya  semakin  menurun.  Ini  menunjukkan bahwa besar sudut dari β 1 tidak boleh beda jauh dari besar sudut dari α 1 , dengan kata lain bahwa sudut dari β 1 haruslah searah dengan besar sudut dari α 1 nya.

## 5.   KESIMPULAN
Dari proses analisis yang dilakukan terhadap data-data dan spesifikasi turbin uap jenis impuls yang dianalisis, maka disimpulkan bahwa:
1. Gaya  tangensial  dan  daya  mekanis  turbin  akan  semakin  besar  jika  sudut  uap  masuk  (α 1 ) semakin kecil.
2. Hasil  dari  analisis  untuk  variasi  sudut  semburan  uap  didapat  bahwa  besar  sudut  α 1 yang paling optimal untuk menghasilkan daya turbin yang maksimal adalah sebesar 16°, dengan daya  yang  dihasilkan  sebesar  1009,10  kW.  Ini  menunjukkan  bahwa  daya  yang  dihasilkan turbin mengalami peningkatan dari 976,39 kW menjadi 1009,10 KW (3.35%).
3. Untuk  variasi  sudut  sudu masuk  (sudut  β 1 ) dengan memakai  sudut α 1 sebesar 16°,  didapat bahwa  besar  sudut  β 1 yang  optimal  untuk  mendapatkan  daya  maksimum  didapat  sudut  β 1 sebesar  21°,  dengan  daya  yang  dihasilkan  sebesar  1013,30  kW.  Ini  menunjukkan  bahwa daya yang dihasilkan turbin mengalami peningkatan dari 1009,10 kW menjadi 1013,30 KW (0,416%).

## DAFTAR PUSTAKA
[1]Shlyakhin,  P. Turbin  Uap  dan  Perancangan ,  terjemahan  Zulkifli  Harahap,  Penerbit Erlangga, Jakarta 1993.
[2]Dietzel, Fritz. Turbin, Pompa dan Kompresor , terjemahan Dakso Sriyono, Penerbit Erlangga, Jakarta 1993.
[3]Douglas  C.  Giancoli, Fisika  1 edisi  kelima,  terjemahan  Dra.  Yuhilza  Hanum,  M.Eng. Penerbit Erlangga, Jakarta 1998.
[4]Menson,  Bruce  R,  Young,  Donal  F. Mekanika  Fluida ,  edisi  keempat  jilid  2,  alih  bahasa Dr.Harinaldi dan Budiarso M.Eng, Penerbit Erlangga Jakarta, 2003.
[5] Kulshrestha S.K, Termodinamika Terpakai, Teknik Uap dan Panas , UI-Press Jakarta, 1989.