Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
N
pp
= Daya putaran poros MW N
b
= Daya berguna generator MW η
g
= Efisiensi generator = 0,98
2.8. Laju Aliran Massa Udara
Untuk menentukan laju aliran massa udara dan bahan bakar maka keadaan dihitung pada temperatur rata-rata udara atmosfir yang dihisap kompresor, hal ini
berguna untuk mendapatkan perbedaan daya keluaran sistem tidak terlalu besar bila sistem bekerja pada temperatur rendah ataupun temperatur tinggi udara
atmosfir. Laju aliran massa udara dan bahan bakar dapat dihitung dengan
menggunakan prinsip kesetimbangan energi dan instalasi : N
pp
= N
T
– N
K
N
pp
= m
a
+ 1+ f . N
T
– m
a
. N
k
a
m
=
k T
pp
N N
f N
− + .
1 dimana :
m
a
= laju aliran massa udara kgs f
= laju aliran massa bahan bakar kgs N
t
= Daya turbin MW N
k
= Daya kompresor MW
2.9. Perencanaan Turbin
Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
Pada perencanaan turbin ini akan dibahas mengenai jumlah tingkat turbin, kondisi gas dan dimensi sudu.
2.9.1. Jumlah Tingkat Turbin
Jumlah tingkat turbin dihitung berdasarkan total penurunan temperatur dan penurunan temperatur tiap tingkat, penurunan tiap tingkat turbin adalah :
ψ = 4 Ø tan
2
– 2 ... Lit 2 hal 276
dimana : ψ
= koefisien pembebanan sudu. Sedangkan total penurunan Enthalpy gas adalah :
∆ha
1t
=
J g
Cp C
C
g
. .
. 2
cos .
2 1
.
2 2
2 2
2
α φ
φ σ
− +
−
…Lit 9 hal 106
dimana : ∆ha
1t
= Total penurunan Enthalpy gas kJkg Cp
g
= Panas Spesifik gas = 1,148 kJkg K Ø
= Flow koefisien satuan = 0,8 g
= Kecepatan grafitasi bumi = 9,81 ms
2
J = Faktor konversi satuan energi = 778,2
= sudut sudu C
2
= Kecepatan gas absolut Jumlah tingkat turbin :
Z
t
=
t t
t t
h h
h h
3 1
4 1
− −
dimana : Z
t
= jumlah tingkat turbin
Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
2.9.2 Kondisi Gas pada Sudu
Kondisi gas dianalisa pada keadaan stagnasi dan statis, keadaan stagnasi adalah kondisi gas yang dianalisa dalam keadaan tanpa memperhitungkan
kecepatan, sedangkan keadaan statis adalah kondisi gas yang dianalisa dengan memperhitungkan kecepatan.
Persamaan-persamaan stagnasi
1 01
02 01
. .
1
−
∆
− =
k k
st os
T R
T P
P η
T
02
= T
01
– T
os
. R dimana :
P
01
= tekanan gas sebelum proses bar P
02
= tekanan gas setelah proses bar R
= derajat reaksi tingkat η
st
= efisiensi statik T
02
= temperatur pada P
02
K Persamaan-persamaan statik
T
1
= T
01
–
pg a
C C
. 2
2
... Lit 2 hal 279
P
1
= P
01
–
1 02
2 −
k k
T T
dimana : T
1
= kondisi gas pada kondisi statik
Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
T
01
= kondisi gas pada kondisi stagnasi K P
1
= tekanan gas pada kondisi statik bar P
01
= tekanan gas pada kondisi stagnasi bar Dari persamaan gas ini dapat dicari massa jenis gas yang mengalir yaitu :
T R
P .
=
ρ . 100
... Lit 2 hal 283 dimana :
ρ = massa jenis gas kgm
3
Dengan menghitung laju aliran massa gas maka dapat dicari luasan yang ditempati gas yaitu :
A =
a g
C m
.
ρ ... Lit 2 hal 284
dimana : A
= luasan yang ditempati gas m
2
g
m = massa gas, yang dalam hal ini untuk tiap tingkat berbeda karena pengaruh laju aliran massa perbandingan sudu kgs.
2.8.3. Tinggi Sudu Penamaan ukuran pada sudu turbin dapat dilihat pada gambar 2.9
Gambar 2.9 Penampang pada sudu turbin
Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
Tinggi sudu h
= 60
. .
m
U n
A ...Lit 2 hal 285
dimana : h
= tinggi sudu m n
= putaran sudu rpm U
m
= kecepatan tangensial rata-rata sudu ms 2.8.4.
Jari-jari Sudu Jari-jari rata-rata sudu yang dimaksud adalah jarak dari pusat cakram ke
pitch sudu yang besarnya : r
m
=
n U
m
. .
2 .
60
π ...Lit 2 hal 285
dimana : r
m
= jari rata-rata sudu m Jari-jari dasar sudu tiap tingkat turbin m
r
r
= r
m
–
2 h
...Lit 2 hal 285
r
t
= r
m
+
2 h
dimana : r
r
= jari-jari dasar sudu tiap tingkat turbin m r
t
= jari-jari puncak sudu tiap tingkat turbin m
Tebal sudu dan celah antara sudu besarnya dilihat dari persamaan : w
=
3 h
...Lit 2 hal 297
Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
c = 0,25 . w
dimana : w
= tebal sudu m c
= celah antara sudu m
2.8.5. Diagram Kecepatan Gas
Untuk menggambarkan kecepataan aliran gas perlu dihitung besar sudut kecepatan tersebut masuk dan kecepatan sudut keluar relative gas, yang besarnya
adalah: Ψ
= 4. φ. Tan β
2
+ 2 ... Lit 2 hal 276
Ψ = 4.
φ. Tan β
3
- 2 dimana :
φ = koefisien aliran gas
β
2
= sudut relatif kecepatan gas masuk sudu β
3
= sudut relatif kecepatan gas keluar sudu 2.8.6.
Putaran Kritis Putaran kritis adalah putaran dimana terjadinya resonansi getaran yang
tinggi, hal ini diakibatkan oleh frekuensi yang ditimbulkan oleh rotor sama dengan frekuensi natural dari komponen tersebut. Putaran kritis dipengaruhhi oleh
gaya-gaya yang membebani poros yang menyebabkan defleksi atau lendutan. Putaran kritis poros dapat dihitung setelah didapat lendutan maksimum.
Kecepatan putaran kritis adalah : ω
c
=
max
. y
g C
Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
dimana : ω
c
= kecepatan sudut putaran kritis rads C
= koefisien untuk dua bantalan pendukung adalah 1 : 1,2685 g
= kecepatan grafitasi
putaran kritis sistem adalah : n
c
=
c
ω π
. .
2 60
dimana : n
c
= put aran kritis sistem rpm 2.8.7. Gaya dan Tegangan pada Sudu Turbin
Gaya-gaya pada sudu turbin adalah gaya radial dan gaya aksial yaitu : Gaya aksial turbin adalah
F
TG
= F
at
– F
ak
dimana : F
at
= Gaya aksial pada sisi turbin F
ak
= Gaya aksial kompresor Gaya aksial pada sisi turbin dicari dengan rumus :
F
at
= S
m
. . Ca
2
. tan
2
– tan
1
dimana : Va
= Ca = Kecepatan aksial = 280 ms
1
=
2
= 41 15’ derajat reaksi direncanakan 50
3
=
1
= 57 17’
S
m
= Luas Pitch space rata-rata = 0,0946 m
2
Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008.
USU Repository © 2009
= Kerapatan gas masuk turbin = 2,857 kgm
3
Gaya radial turbin adalah : R
A
=
[ ]
8690 .
2654 .
4145 .
4345 .
6495
t sp
p k
W W
W W
+ +
+
BAB 3 ANALISA TERMODINAMIKA