HASIL DAN ANALISIS SIMULASI KESIMPULAN DAN SARAN

5.5 Jumlah Sudu Tiap Tingkat Turbin 77 5.6 Sudut-Sudut Sudu Tiap tingkat Turbin 79

BAB VI PROSES SIMULASI

6.1 Pendahuluan

83 6.2 Data Awal 83

6.3 Kondisi Batas Boundary Condition

84 6.4 Kasus yang Disimulasikan 85

6.5 Prosedur Simulasi

86 6.5.1 Membuat geometri sudu turbin dengan Auto CAD dan GAMBIT 86

6.5.2 Membuat mesh sebagai domain komputasi di GAMBIT

87 6.6 Memasukkan parameter simulasi dan menjalankan solver CFD FLUENT 88 6.7 Melihat hasil simulasi dengan CFD FLUENT 89

BAB VII HASIL DAN ANALISIS SIMULASI

7.1 Simulasi Vektor Kecepatan Aliran

92 7.2 Simulasi Kontur Tekanan 94 7.3 Perbandingan koefisien lift Cl dan koefisien drag Cd 96

BAB VIII KESIMPULAN DAN SARAN

8.1 Kesimpulan

102 8.2 Saran 102 DAFTAR PUSTAKA xviii LAMPIRAN Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Sistem turbin gas dengan siklus terbuka 6 Gambar 2.2 Skema Instalasi turbin gas dengan siklus tertutup 7 Gambar 2.3 Turbin gas berporos ganda 8 Gambar 2.4 Skema turbin gas siklus regeneratif dengan heat exchanger 9 Gambar 2.5 Skema Siklus gabungan turbin uap dan turbin gas 10 Gambar 2.6 Diagram P-V dan diagram T-S siklus ideal 13 Gambar 3.1 Struktur Komponen Program FLUENT 22 Gambar 3.2 Diagram Alir Prosedur Simulasi 24 Gambar 3.3 Volume control digunakan utnuk mengilustrasikan diskritisasi persamaan transport skalar 33 Gambar 3.4 Volume control satu dimensi 37 Gambar 3.5 Kompatibilitas model pada FLUENT 41 Gambar 4.1 Siklus turbin gas rancangan 42 Gambar 4.2 Diagram T-s ideal Siklus Brayton 43 Gambar 4.3 Diagram T-s aktual Siklus Brayton 47 Gambar 4.4 Diagram daya generator 56 Gambar 5.1 Diagram kecepatan Turbin aksial 63 Gambar 5.2 Diagram kecepatan sudu Turbin Aksial 65 Gambar 5.3 Segitiga kecepatan pada puncak sudu tingkat pertama turbin 76 Gambar 5.4 Perbandingan optimum jarak sudu pitch dan korda Sumber: Gas Turbine Theory, Cohen. H 77 Gambar 5.5 Grafik hubungan antara sudut masuk gas sudut keluar gas Sumber: Gas Turbine Theory, Cohen. H 80 Gambar 5.6 Geometri sudu turbin Sumber: Gas Turbine Theory, Cohen. H 81 Gambar 6.1 Profil sudu gerak rotor tingkat pertama 84 Gambar 6.2 Kondisi batas profil sudu tingkat pertama 85 Gambar 6.3 Mesh domain sudu stator dan rotor tingkat pertama 88 Gambar 7.1 Nomenklatur sudu 92 Universitas Sumatera Utara Gambar 7.2 Vektor kecepatan aliran steady pada stator dan rotor 93 Gambar 7.3 Daerah vektor kecepatan tertinggi pada sudu pengarah stator 93 Gambar 7.4 Kontur tekanan statis pada stator dan rotor 94 Gambar 7.5 Garis kontur tekanan statis pada stator dan rotor 94 Gambar 7.6 a Grafik Cl pada sudu pengarah b Grafik Cl pada sudu gerak pembacaan hasil Cl × 97 Gambar 7.7 a Grafik Cd pada sudu pengarah b Grafik Cd pada sudu gerak pembacaan hasil Cd × 98 Gambar 7.8 Distribusi Pressure Coefficient hasil simulasi numerik pada stator 99 Gambar 7.9 Distribusi Pressure Coefficient hasil simulasi numerik pada rotor 100 Gambar 7.10 Koefisen Lift untuk turbin da kompressor rotor yang merupakan fungsi relatif aliran masuk dengan parameter sudut terhadap 101 Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 4.1 Komposisi Bahan Bakar 53 Tabel 4.2 Kebutuhan 100 udara pembakaran pada kondisi stokiometri 54 Tabel 4.3 Kebutuhan 400 udara pembakaran pada kondisi stokiometri 55 Tabel 5.1 Kondisi gas pada tiap tingkat sudu turbin 66 Tabel 5.2 Ukuran-ukuran utama sudu turbin pada setiap tingkat 70 Tabel 5.3 Ukuran-ukuran skunder sudu turbin pada setiap tingkat 72 Tabel 5.4 Sudu dan vektor kecepatan sudu turbin pada setiap tingkat 76 Tabel 5.5 Spesifikasi sudu-sudu tiap tingkat turbin 79 Tabel 5.6 Sudut-sudut sudu gerak turbin 82 Tabel 7.1 Nilai Cl dan Cd pada profil sudu tingkat pertama 96 Universitas Sumatera Utara DAFTAR NOTASI Notasi Arti Satuan A Luas Anulus m 2 AFR Perbandingan udara dan bahan bakar kg udara kg bahanbakar c panjang chord sudu m C a kecepatan aliran aksial fluida ms C pg panas spesifik gas hasil pembakaran kJkg.K c p panas jenis udara masuk kompresor kJkg.K Cx Panjang chord sudu arah aksial m D d Diameter luar cakra m D h Diameter lubang cakra m D R Diameter hidrolis pada sudu diam m F A Diameter hidrolis pada sudu gerak m FAR perbandingan bahan bakar dengan udara kg bahanbakar kg udara F r Gaya tangensial sudu N h entalphi static kJkg ht tinggi sudu turbin m h o entalphi stagnasi kJkg udara Universitas Sumatera Utara k Conduktivitas thermal Wm.K LHV Nilai pembakaran bawah bahan baker kJkg udara m u massa aliran udara kgs m f massa aliran bahan baker kgs m g massa aliran gas hasil pembakaran kgs m p massa aliran udara pendingin kgs N putaran rpm P Tekanan Pa P tekanan stagnasi Pa P f Losses tekanan udara pada filter Pa P G Daya Generator MW P K Daya Kompressor MW P T Daya Turbin MW r jari-jari sudu m R a konstanta panjang pitch sudu m s panjang pitch sudu m T c temperature fluida dingin K T h temperature fluida panas K U kecepatan keliling ms Universitas Sumatera Utara Um Kecepatan tangensial rata-rata ms V kecepatan relative gas ms w lebar sudu m W kerja spesifik kJkg udara W netto kerja bersih kJkg udara Z jumlah sudu buah rb P Δ kerugian tekanan pada ruang bakar Pa R R Derajat reaksi tingkat φ koefisien kecepatan aliran η K efisiensi kompresor η T efisiensi turbin η g efisiensi generator ψ Koefisien kecepatan angka kualitas sudu α Sudut masuk dan keluar kecepatan gas mutlak β Sudut masuk dan keluar kecepatan relatif gas Universitas Sumatera Utara DAFTAR SINGKATAN AFR Air Fuel Ratio FAR Fuel Air Ratio LHV Lower Haeting Value LNG Liquefied Natural Gas CFD Computational Fluid Dynamics PDE Partial Differential Equation Bwr Back Work Ratio LED Leading Edge Radius TER Trailing Edge Radius CLL Camber Line Length Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Perancangan turbin gas dengan daya 141,9 MW dan putaran 3000 rpm. Melakukan perancangan awal siklus brayton dan penentuan data awal keadaan termodinamik pada siklus. Melakukan perhitungan segitiga kecepatan sebagai perhitungan mula yang selanjutnya menghitung kerugian-kerugian uap saat masuk turbin yang terdiri dari kerugian internal dan external. Selanjutnya menentukan tingkat turbin dan merancang bagian-bagian utama turbin pertingkat yang terdiri dari jenis sudu pengarah stator dan sudu gerak rotor. Dari hasil perhitungan dimensi sudu pengarah dan sudu gerak mulai menggunakan software gambar AutoCAD untuk membuat gambaran sudu pengarah dan sudu gerak kemudian melakukan simulasi awal dengan menggunakan software Gambit untuk membuat bentuk sudu gerak dan bentuk sederhana dari sudu pengarah dan sudu gerak pada turbin sesuai dengan data perhitungan awal. Hasil geometri yang telah berhasil di gambar di software Gambit kemudian di dimulasikan dengan menggunakan software Fluent 6.3.26 pada kondisi steady state . Kemudian melakukan pembatasaan kondisi sesuai dengan kondisi hasil peranacangan turbin gas. Dari hasil simulasi didapatkan bentuk laju aliran fluida yang masuk turbin dan melalui sudu gerak seperti halnya keadaan saat uap memasuki turbin. Dari hasil sumulasi dapat dibuat kesimpulan kondisi fluida yang melalui sudu gerak dan keadaan fluida yang melalui sudu pengarah sesuai dengan teori perancangan. Universitas Sumatera Utara

BAB I PENDAHULUAN