Katerangan gambar: r
t
= jari-jari tip ujung sudu m r
r
= jari-jari root pangkal sudu m r
m
= jari-jari rata-rata m = r
t
+ r
r
2 h
= tinggi sudu m = r
t
- r
r
C
a
= kecepatan aksial udara sepanjang annulus ms Kecepatan sudu terbesar terletak pada ujung sudu dengan diameter paling besar yaitu
sudu rotor tingkat 1, maka kecepatan relatif V
1
kecepatan aliran udara sepanjang permukaan sudu tidak boleh melebihi Mach 0,86. Dalam hal ini dipilih bilangan
Mach untuk aliran udara 0,86.
4.5 Perencanaan Sudu Kompresor
Terlebih dahulu ditentukan material yang sesuai untuk sudu kompresor melalui perkiraan ketahanan material tersebut terhadap tegangan-tegangan yang
dialami oleh sudu. material sudu biasanya terbuat dari alluminium alloy, titanium alloy, baja paduan dan nickel alloy. Penulis memilih alluminium alloy dengan alasan
aluminium mempunyai massa yang ringan dari keempat bahan material di atas yang mempengaruhi kecepatan aliran, tetapi dengan kekuatan yang baik.
Spesifikasi material sudu alluminium alloy A97075-T651, ○
Massa jenis, 2600-2800 kgm
3
diambil ρ = 2800 kgm3 ○
Modulus elastisitas, 70-80 GPa diambil E = 72 GPa ○
Tensile strength 524 MPa ○
Kekuatan mulur, S
y
= 495 MPa ○
Standar deviasi, ε = 6
Universitas Sumatera Utara
Tegangan yang terjadi pada sudu perlu diketahui untuk mengetahui ketahanan material sudu. Pada instalasi turbin gas baik turbin maupun kompresor sudu-sudunya
akan mengalami tegangan-tegangan yang sama yaitu tegangan sentrifugal dan tegangan lentur oleh gas gas bending stress seperti diperlihatkan pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Diagram gaya tengensial dan aksial mengakibatkan tegangan lentur
Untuk intstalasi turbin gas keperluan industri maka annulus dengan diameter dalam konstan dalam hal ini dipilih compressor dengan annulus diameter rata rata
r
m
yang konstan.
n u
r
m
π
2 .
60 =
3000 2
350 .
60
π
=
m
r
= 1,11 m
Universitas Sumatera Utara
β
Untuk menentukan sudut kompresor
Sudut masuk sudu
1
dan Keluar sudu β
2
2 1
tan tan
. .
β β
λ
− =
∆ Cp
C u
Ts
a
2 1
tan tan
1005 150
. 350
. 86
, 5
, 36
β β
− =
2 1
tan tan
β β −
= 0,8
2 1
tan tan
2
β β
+ =
u c
R
a
150 350
2 5
, tan
tan
2 1
x x
= +
β β
= 2,3
1
tan 2
β = 3,11
1
tan
β = 1,55
1
β = 56,3
o
2
tan
β = 2,31 – tan 56,3 = 0,8
2
β = 38,6
o
Universitas Sumatera Utara
Sudut defleksi sudu ε
2 1
β β
ε −
=
6 ,
38 3
, 56
− =
ε
o
7 ,
17 =
ε
Menentukan ukuran sudu tingkat I : Kerapatan aliran sudu
1 1
1
.T R
P =
ρ
4 ,
302 287
, 10
013 ,
1
2 1
x Kpa
x =
ρ
3 1
168 ,
1 m
kg =
ρ
Luas Sudu tingkat I :
a
xC m
A
1
ˆ
ρ
=
150 168
, 1
24 ,
738 x
A =
213 ,
4 =
A
Tinggi Sudu :
m
r A
h
π
2
1
=
Universitas Sumatera Utara
11 ,
1 2
213 ,
4
1
x h
π
=
6 ,
1
= h
Chord Sudu C
3
1
h C
=
3 6
,
1
= C
2 ,
1
= C
Jarak antara sudu S
1
8 ,
0 xC S
=
2 ,
8 ,
0 x S
=
Tebal Sudu t: 12
, =
c t
………….. …………………… lit.7 hal.226
2 ,
12 ,
x t
= 024
, =
t
Jari-jari tip Ujung sudu r
t
dan jari jari root Pangkal sudu r
r
r
t1
= r
m
± 2
1
h
= 1,11
± 2
6 ,
Universitas Sumatera Utara
r
t1
= 1,41
r
r1
= 0,82 maka aliran udara sudu adalah
+
=
50 1
, 2
23 ,
1 2
β c
a m
Dimana :
1 2
=
c
a
………………………………. lit 7 hal 231
+ =
50 3
, 56
1 ,
1 23
,
2
x m
34 ,
= m
Sudut deviation sudu :
m =
δ θ
2 1
c s
2 1
2 ,
16 ,
283 ,
=
δ θ
Sudut Chamber Sudu θ:
2 1
α α
θ ′
− ′
=
2 1
δ α
α θ
+ −
′ =
283 ,
2 1
θ α
α θ
+ −
′ =
Karena sudut
1
α adalah relative sudut masuk
o
3 ,
56
1
= β
θ θ
283 ,
6 ,
38 3
, 56
+ −
=
O
2 ,
23 =
θ Sudut Pemasangan Sudu :
Universitas Sumatera Utara
2
θ α
ξ
− ′
=
2 2
, 23
3 ,
56 −
=
ξ
o
7 ,
43 =
ξ maka jumlah sudu adalah
s r
z
m
π
2 =
16 ,
11 ,
1 2
π =
z
43 =
z
buah Untuk hasil perhitungan tingkat berikutnya dapat dilihat pada table 4.1
Universitas Sumatera Utara
Gaya gaya yang terjadi pada sudu kompresor
Adapun gaya-gaya yang dialami oleh sudu kompresor adalah yang terdiri dari gaya tangensial dan gaya aksial untuk perencanaan ini gaya gaya tersebut dihitung
pada tengah-tengah sudu pada tinggi rata-rata sudu. lit 2 hal 132
Gaya Tangensial sudu dF
u
= P
2
-P
1
C
xr
.h.z dimana: C
xr
= panjang kord sudu arah aksial = c.cos
ξ = 0,2 . cos 43,7
= 0,14 Maka : dF
u
= 10,03-1,013 10
5
. 0,14 x 0,6 x 43 = 32,56 x 10
5
N
Gaya Aksial sudu
dF
a
= dA P
2
-P
1
= 2
5
10 013
, 1
03 ,
10 −
h r
m
π = 2
5
10 013
, 1
03 ,
10 6
, .
11 ,
1 −
π = 37,71 10
5
N
Universitas Sumatera Utara
A. Tegangan sentrifugal pada sudu
Karena minimnya kecepatan ujung sudu agar mendapat bilangan mach yang diperlukan terhadap kompresor begitu tinggi 350 ms. kecepatan sudut sudu tinggi
sehingga terjadi gaya sentrifugal pada batang sudu. lit 7 hal 147
2 2
1 2
1 U
R R
t h
b
− =
ρ σ
Dimana :
t h
R R
= 0,5 - 0,92
[ ]
2 2
350 5
, 1
2800 .
2 1
− =
σ
Mpa 6
, 128
=
σ
B. Tegangan lentur pada sudu
Untuk menghitung besarnya tegangan lentur akibat gas gas bending stress
2 2
2 1
−
=
t r
c s
r w
p
t s
t
τ ϖ
σ
Dimana : p = tekanan masuk
= 1,013 bar ϖ = Kecepatan sudu
= 350 r
t
= 350 1,41 = 248,2 rads
w = berat sudu =
g h
t c
b
ρ = 2800 x 0,2 x 0,024 x 0,6 x 9,81
Universitas Sumatera Utara
= 79,1 N
s
τ = tegangan geser sudu
2 t
s
r w
π τ =
2
41 ,
1 1
, 79
π τ =
s
m N
s
6 ,
12 =
τ Maka diperoleh tegangan lenturnya dengan rumus diatas
Mpa
l
072 ,
223 =
σ ,
sehingga tegangan utama yang terjadi adalah …………….lit.12 hal 27
xy y
x y
x 2
2 2
, 1
2 2
τ σ
σ σ
σ σ
+
+
± +
=
Dengan mengabaikan
xy
τ maka :
2 3
, 225
6 ,
128 2
3 ,
225 6
, 128
2 ,
1
+ ±
+ =
σ
2 ,
69 665
, 156
2 ,
1
± =
σ 93
, 225
1
= σ
6 ,
128
2
= σ
Sehingga tegangan ekivalen yang terjadi
ek
σ adalah
2
2 2
2 1
2 1
σ σ
σ σ
σ
+ +
− =
ek
2 6
, 128
93 ,
225 6
, 128
93 ,
225
2 2
+ +
− =
ek
σ
Mpa
ek
9 ,
183 =
σ Syarat perencanaan untuk keamanan bahan :
Universitas Sumatera Utara
Sf Sy
ek
≤ σ
Dimana : Sy = 495 Mpa
Sf = factor keamanan 1 – 2 direncanakan 1,2 karena adanya alur pasak yang digunakan pada poros sehingga :
2 ,
1 495
≤
ek
σ
Mpa
ek
5 ,
412 ≤
σ maka konstruksi aman digunakan.
Perhitungan massa sudu
Massa sudu tiap tingkat dapat dicari dari perhitungan sebelumnya : z
h t
c m
sudu si
ρ =
Dimana : ρ
sudu
= spesifik gravitasi sudu 2800 kgm
3
c = chord sudu m
t = tebal sudu m
h = tinggi sudu m
z = jumlah sudu
hasil perhitungan dapat dilihat pada table 4.1.
Universitas Sumatera Utara
Table 4.1 Massa Sudu Kompresor
Tingkat M
si
total
1 2
3 4
5 6
7 8
1
β 56,3
o
50,4
o
46,3
o
43,8
o
40,1
o
38,6
o
33,4
o
29,2
o
2
β 38,6
o
31,3
o
27,02
o
26,6
o
22,9
o
22,2
o
20,8
o
19,7
o
θ 23,2
o
24,8
o
28,7
o
30,6
o
33,7
o
36,2
o
39,4
o
41,2
o
ξ 43,7
o
38,6
o
33,95
o
29,5
o
27,7
o
25,6
o
22,4
o
20,9
o
b
ρ 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 h
0,6 0,47
0,36 0,28
0,25 0,23
0,18 0,15
c 0,2
0,16 0,12
0,093 0,083
0,076 0,06
0,05 s
0,16 0,116
0,096 0,074
0,066 0,05
0,048 0,034
t 0,024
0,0175 0,0144 0,011
0,0099 0,0091 0,0072 0,006 r
t
1,41 1,33
1,29 1,25
1,23 1,23
1,2 1,18
r
r
0,81 0,86
0,93 0,97
0,98 0,99
1,02 1,03
z 43
59 72
94 105
116 145
174
m
si
346,75 198,3
125,4 75,3
60,4 51,6
31,5 21,9
912,15 kg
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan massa disk kompresor tiap tingkat dapat dicari dengan
2 2
disk h
disk
disk rata
rata tebal
r r
disk Massa
ρ π
− =
Dimana : r
disk
= jari-jari diskm r
h
= jari jari lubang = jari-jari poros m tebal rata-rata = chord x cos
ξ m
disk
ρ = massa jenis bahan disk kgm
3
Dengan data dari perhitungan sebelumnya maka massa disk compressor dapat dilihat pada table 4.2
Tingkatan m
disk
total 1
2 3
4 5
6 7
8 r
r
0,81 0,86
0,93 0,97
0,98 0,99
1,02 1,03
t 0,14
0,12 0,099
0,08 0,073 0,068
0,055 0,046 r
p
0,2 0,2
0,2 0,2
0,2 0,2
0,2 0,2
m
si
750,8 727,4
717,9 633,6 590,7 562,1
483,7 412,8 4828,2 Kg
Maka massa total kompresor adalah: m
total
= m
sudu total
+ m
disk total
= 912,15 + 4828,2 = 5740,37 kg
Universitas Sumatera Utara
IV.6 Panjang dan berat poros
