Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.1. Grafik Efisiensi Turbin - Velocity Ratio a Sumber: Energy Conversion System Sorensen
Maka dalam perencanaan ini dipilih turbin aksial, jenis turbin aksial reaksi karena:
Pada tipe ini, kecepatan tangensial yang mengalir diantara sudu sudu
adalah tidak terlalu besar, sehingga kerugian gesekan akibat kecepatan juga tidak terlalu besar.
Effisiensi tingkat pada tipe reaksi lebih baik dari pada yang lainnya,
dengan perbandingan kecepatan yang lebih besar.
Pada tipe reaksi, effisiensi maksimum dapat dicapai pada daerah perbandingan UV = 0,8 sd 0,9
Untuk perencanaan turbin aksial, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dan ditetapkan, sebagai berikut :
• Koeffisien aliran sudu
ψ = 3
[lit 7 hal 111] •
Kecepatan tangensial rata-rata Um = 350 – 400ms •
Kecepatan aliran gas Ca = 150 ms
[lit 7, hal 671] •
Derajat reaksi tingkat R
R
= 0,5 [lit 1 hal 546]
4.2. Perrhitungan Jumlah Tingkat Turbin 1. Penurunan temperatur tiap tingkat turbin ATos
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Penurunan temperatur tiap tingkat turbin ini masih merupakan nilai yang diperoleh dari penentuan harga U
m
. setelah itu akan disubstitusikan kembali untuk mendapatkan nilai yang sebenarnya.
2
2
m s
pg
U To
c ∆
= ψ
3
2 3
375 10
148 ,
1 2
x To
x x
s
∆ =
= ∆
s
To 183,743 K
2. Total penurunan temperatur gas
∆
To
Total penurunan temperatur ini merupakan selisih dari temperatur masuk dan keluar turbin.
ATo = T
3
– T
4
= 1248 K –705,14 K = 542,6 K
3. Jumlah tingkat turbin yang dibutuhkan n
Dari perhitungan penurunan temperatur tiap tingkat dan total penurunan temperatur gas di atas, akan diperoleh jumlah tingkat turbin yang dibutuhkan.
n =
s
To To
∆ ∆
= K
183,743 K
542,6
= 2,99 ≈ 3 tingkat
Hasil ini disubstitusikan kembali untuk mendapatkan harga
∆
Tos dan Um yang sebenarnya.
3 =
Tos ∆
6 ,
542
To ∆
= 180,95 K
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Maka, 3 =
2
2
m s
pg
U To
c ∆
3=
2 m
U 180,95
1,148. .
2
2 m
U
= 372,14 ms
4.3. Kondisi Gas Dan Dimensi Sudu Tiap Tingkat.
Untuk merancang sudu turbin dibutuhkan kondisi gas baik dalam keadaan statis maupun stagnasi pada setiap tingkat. Baik pada saat gas masuk sudu diam.
keluar sudu diam dan masuk sudu gerak, serta keluar sudu gerak dan masuk sudu
2 3
d g
Gambar 4.2 Penampang annulus turbin aksial
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dalam rancangan ini akan dibahas analisis data kondisi gas meliputi perhitungan temperature dan tekanan juga massa jenis aliran untuk setiap tingkat turbin
A. TINGKAT SATU 1. Gas masuk sudu diam
Dari gambar 4.2 di atas yaitu pada titik 1. o
Kondisi pada keadaan stagnasi T
01
=1248 K P
01
= 11,8 bar o
Kondisi pada keadaan statik T
1
= T
01
-
g
Cp C
2
2
= 1248 -
3 2
10 .
148 ,
1 .
2 150
=1238,2003 K
P
1 =
Po
1
γ γ 1
1 1
−
To T
Cohen et al, 1987
= 11,8
33 ,
1 1
33 ,
1
1248 2003
, 1238
−
= 11,43 bar
1
ρ =
1 1
. .
100 T
Rg P
= 2
, 1238
. 287
, ..
100
1
P
= 3,216 kgm
3
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
2. Gas keluar sudu diam dan masuk sudu gerak
Pada gambar 4.2 yaitu pada titik 2. o
Kondisi pada keadaan stagnasi
1 2
Po Po
=
γ γ
η
1 1
. .
1
−
∆
− To
st R
Tos
R
Cohen et al, 1987 dimana :
st
η = Efisiensi statik direncanakan 0,9 R
R
= Derajat reaksi 0,5 Sehingga :
8 ,
11
2
Po =
33 ,
1 1
33 ,
1
1248 .
9 ,
.0,5 183,743
1
−
−
Po
2
= 1,39.11,8
Po
2
= 16,402 bar
To
2
=To
1 -
∆
T
os.
R
R
= 1248- 183,743.0,5 = 1256,1285 K
o Kondisi pada keadaan statik
T
2
= To
2
-
g
Cp C
2
2
= 1256,1285-
3 2
10 .
148 ,
1 .
2 150
=1246,32 K
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
P
2
= Po
2
γ γ
1 2
2 −
To T
P
2
= 16,402
33 ,
1 1
33 ,
1
1285 ,
1256 32
, 1246
−
P
2
= 16,011 bar
2
ρ =
2 2
. .
100 T
R P
g
= 32
, 1246
. 287
, 011
, 16
. 100
= 4,476 kgm
3
3. Gas keluar sudu gerak dan masuk sudu diam
Pada gambar 4.2 yaitu pada titik 3. Kondisi pada keadaan stagnasi
2 3
Po Po
=
γ γ
η
1 2
. .
1
−
∆
− To
st R
Tos
R
arismunandar ,2002
402 ,
16
3
Po =
33 ,
1 1
33 ,
1
1248 .
9 ,
.0,5 183,743
1
−
−
Po
3
= 1,39.16,402
Po
3
= 22,798 bar
To
3
=To
2 -
∆
T
os.
R
R
= 1256,1285 - .0,5
183,743 = 1164,2577 K
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
o Kondisi pada keadaan statik
T
3
= To
3
-
g
Cp C
2
2
= 1164,2577 -
3 2
10 .
148 ,
1 .
2 150
= 1057,24 K
P
3
= Po
3
γ γ 1
3 3
−
To T
=22,798
33 ,
1 1
33 ,
1
1164,2577 1057,24
−
= 22,276 bar
3
ρ =
3 3
. .
100 T
R P
g
= 24
, 1057
. 287
, 276
, 22
. 100
= 7,341 kgm
3
Untuk tingkat selanjutnya dilakukan dengan cara yang lama dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel berikut.
Tabel 4.1. Kondisi gas pada tiap tingkat sudu turbin TINGKAT
1 2
3 Po
1
bar To
1
K T
1
K P
1
bar 1
ρ kgm3 11.8
1248 1238,2003
11,43 3,216
5,832 1067.046
1057,246 5,619
1,8518 2.526
886,0923 976.2927
2,415 0,960
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Po
2
bar To
2
K T
2
K P
2
bar
2
ρ kgm3 P0
3
bar T0
3
K T
3
K P
3
bar
3
ρ kgm
3
16,402 1256,1285
1246,32 16,011
4,476 22,798
1164,2577 1057,24
22,276 7,341
3,914 976,569
966,799 3,758
1,354 2,526
886,0923 876,2927
2.415 0,960
1,853 795,615
785,816 1,666
0,738 1,07508
705,138 695.3387
1,016127 0.509
Ukuran-ukuran jari-jari sudu sesuai gambar 4.2. dapat dihitung untuk setiap jumlah aliran massa gas masing-masing baris. Menurut lit.[2] Hal.294,
pendinginan sudu menggunakan 1.5 - 2 udara kompresi pada tiap tingkat sudu sehingga tiga tingkat turbin didinginkan dengan 4.5 - 6 udara kompresi
Maka laju aliran massa pendingin m
p
adalah : m
p
= 4.5 - 6 .m
a
=4.5-6x 714,419 kgs = 35,76 kgs
≈36 kgs untuk setiap baris sudu didinginkan oleh :
m
n
=
6 36
= 6 kgs udara Dimana udara pendingin ini ikut berekspansi pada tingkat berikutnya. Kecepatan
keliling rata-rata sudu U
m
adalah :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
U
m= 2
π
.
r
m.
n Cohen et al 1987
dimana: U
m
= Kecepatan keliling rata-rata sudu ms r = Jari- jari rata-rata sudu m
n = putaran poros turbin Maka :
r
m
=
n U
m
. 2
. 60
π =
3000 .
14 ,
3 .
2 14
, 372
. 60
=1,184 m
1. Kondisi masuk pada sudu diam Kondisi -1
Yang dimaksud dengan kondisi disini adalah laju aliran massa gas pada tingkat 1 serta perhitungan dimensi sudu pada tingkat tersebut.
A
1
=
a g
C m
1 1
ρ dimana :
1 g
m
= Laju aliran massa gas masuk sudu diam = m
a
+ m
f
-m
p
+ m
1 n
= 714,419+10,7634 - 36+6 = 695,182 kgs
maka : A
1
= 3,216.150
695,182
= 1,44 m
2
h
1
= 60
. .
1 m
U n
A Cohen et al 1987
dimana : h
1
= Tinggi blade m
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
A
1
= Luas anulus m2 Maka :
h
1
= 372,14.60
.3000 1,44
=0,193 m
r 1
r
= r
m
-
2
1
h
=1,184-
2 913
,
= 0,7275 m
r
1 t
= r
m
+
2
1
h
=1,184+
2 913
,
= 1,64 m
2. Kondisi keluar sudu diam, masuk sudu gerak Kondisi — 2
Yang dimaksud dengan kondisi disini adalah laju aliran massa gas pada tingkat 2 serta perhitungan dimensi sudu pada tingkat tersebut.
A
2
=
a g
C m
2 2
ρ Cohen et al 1987
dimana :
2 g
m
= Laju aliran massa gas masuk sudu gerak maka :
2 g
m
=
1 g
m
+
2 n
m = 695,182 +6
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
=701,18 kgs maka
A
2
= 4,476.150
701,18
= 1,044 m
2
h
2
= 60
. .
2 m
U n
A
h
2
= 60
. 14
, 372
3000 .
044 ,
1
= 0,14 m
r
2 r
= r
m
-
2
2
h
= 1,184 -
2 14
,
= 1,114 m
r
2 t
= r
m
+
2
2
h
= 1,184 + 2
14 ,
= 1,254 m
3. Kondisi keluar sudu gerak, masuk sudu diam Kondisi -3
Yang dimaksud dengan kondisi disini adalah laju aliran massa gas pada tingkat 3 serta perhitungan dimensi sudu pada tingkat tersebut.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
A
3
=
a g
C m
3 3
ρ Cohen et al 1987
3 g
m =
2 g
m +
3 n
m = 701,18 + 6
= 707,18 kgs Maka :
A
3
= 7,341.150
707,18
= 0,642 m
2
h
3
= 60
. .
3 m
U n
A
h
3
= 60
. 14
, 372
3000 .
642 ,
= 0,086 m r
3 r
= r
m
-
2
3
h
= 1,184 -
2 086
,
= 1,141 m
r
3 t
= r
m
+
2
3
h
= 1,184 +
2 086
,
= 1,227 m
4. Tinggi rata-rata sudu diam
h
N
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tinggi rata-rata sudu diam adalah nilai rata-rata dari tinggi sudu pada kondisi 1 dan 2.
h
N
=12 h
1
+h
2
Cohen et al 1987 = ½ 0,193 + 0,14
= 0,1665 m
5. Tinggi rata-rata sudu gerak h
R
Tinggi rata-rata sudu gerak adalah nilai rata-rata dari tinggi sudu pada kondisi 2 dan 3.
h
R
=½ h
2
+h
3
Cohen et al 1987 = ½ 0,14 +0,086
= 0,113 m
6. Tebal lebar sudu gerak w
Tebal sudu gerak pada tingkat 1 adalah : w
R
=
3 h
R
Arismunandar, 2002
=
3 113
,
= 0,037 m
7. Lebar celah aksial c
Lebar celah aksial merupakan celah yang dirancang antara sudu gerak dengan penutup agar sudu dapat berputar bebas.
c = 0,25. w
R
= 0.25 x 0,037 = 0,00925 m
Dengan cara yang sama dapat dihitung dimensi sudu untuk tingkat berikutnya dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.2. berikut.
Tabel 4.2. Dimensi sudu turbin
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
TINGKAT 1
2 3
m
1 g
kgs 695,182
629.3226 639,326
A
1
m
2
1,44 2,2656
4,439 h
1
m 0,193
0,304 0,596
r
1 r
m 0,7275
1,336 1,482
r
1 t
m 1,64
1,336 6 1,482
2 g
m
kgs 701,18
624,326 634,326
A
2
m
2
1,044 1.69
3,123 h
2
m 0,14
0,227 0.419
r
2 r
m 1,114
1.0705 0.974
r
2 t
m 1,254
1.2975 1,393
3 g
m
kgs 707,18
639.326 639.326
A
3
m2 0,642
2.2656 4.439
h
3
m 0,086
0,304 0.596
r
3 r
m 1,141
1,032 0.896
r
3 r
m 1,227
1,336 1.482
h
N
m 0,1665
0.4995 0.3615
h
R
m 0,113
0.2655 0,5075
W
R
m 0,037
0.0885 0,1691
C m 0,00925
0,022 0,042
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dari perhitungan diatas , dapat digambarakan ukuran turbin yang dirancang, dengan skala 1:30 yaitu
Gambar 4.3 Dimensi sudu tingkat 1
Gambar 4.4 Dimensi sudu tingkat 2
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.5 Dimensi sudu tingkat 3
4.4. Diagram Kecepatan Dan Sudut Gas Tiap Tingkat Turbin
