DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN
EVALUASI SEMINAR SKRIPSI SPESIFIKASI TUGAS
KARTU BIMBINGAN KATA PENGANTAR
vi
ABSTRAK vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR NOTASI xii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
1 1.2
Tujuan Penulisan 3
1.3 Pembatasan Masalah
3 1.4
Metodologi Penulisan 4
BAB II TINAJUAN PUSTAKA
2.1 Kompresor dan Fungsinya dalam sistem Turbin Gas
6
2.2 Siklus Ideal dan Aktual pada Kompresor
6 2.3
Efisiensi Kompresor 8
2.4 Konstruksi Kompresor Aksial
9 2.4.1. Sudu Kompresor
9 2.4.2. Segitiga Kecepatan pada Sudu Kompresor
12 2.5
Derajat Reaksi Kompresor Aksial 13
2.6 Jumlah tingkat Kompresor
15
BAB III CFD FLUENT DAN PENDEKATAN NUMERIK
3.1 Computational Fluid Dinamycs CFD
17
3.1.1. Pengertian Umum CFD 17
3.1.2. Penggunaan CFD 18
3.1.3. Manfaat CFD 19
3.1.4. Proses Simulasi CFD 19
3.1.5. Metode Diskritisasi CFD 20
3.2 Pengenalan FLUENT
21 3.2.1. Struktur Program FLUENT
22 3.2.2. Perencanaan Analisis CFD dan Langkah
Penyelesain Masalah Menggunakan FLUENT 23 3.3
Pendekatan Numerik pada CFD FLUENT 26
3.3.1 Ketentuan Matematis 26
3.3.2 Persamaan Kontinuitas, Momentum dan Energi 27 3.3.3 Fisik Aliran Kompressibel
30 3.3.4 Model Turbulensi
30 3.3.5 Persamaan Umum Transport Skalar, Diskritisasi
dan Solusi 32
Universitas Sumatera Utara
3.3.6 Penyelesaian Persamaan Linear 34
3.3.7 Dasar Penyelesaian Tekanan Pressure-Based Solver
34 3.3.8 Diskritisasi Metode Interpolasi
36
BAB IV ANALISA TERMODINAMIKA
4.1 Spesifikasi Teknis Perencanaan
38 4.2
Siklus Brayton 38
4.3 Analisa Pembakaran
47 4.4
Laju Aliran Massa Udara dan Bahan Bakar 51
BAB V PERENCANAAN KOMPRESOR
5.1 Parameter Perencanaan Kompresor
55 5.2.
Jumlah Tingkat Kompresor 56
5.3 Sudu Kompresor
62 5.3.1 Annulus Kompresor
63 5.3.2 Gaya-gaya yang Berkerja pada Sudu Kompresor 69
BAB VI PROSES SIMULASI
6.1 Urgensi Simulasi
72 6.2
Data Awal 72
6.3 Kondisi Batas Boundary Condition
73 6.4
Kasus yang Disimulasikan 74
6.5 Prosedur Simulasi
74 6.5.1 Membuat geometri sudu turbin dengan
Auto CAD dan GAMBIT 75
6.5.2 Membuat mesh sebagai domain komputasi di GAMBIT
75 6.5.3 Memasukkan parameter simulasi dan menjalankan
solver CFD FLUENT 88
6.6 Melihat hasil simulasi dengan CFD FLUENT
89
BAB VII
HASIL DAN ANALISIS SIMULASI
7.1 Simulasi Vektor Kecepatan Aliran
79 7.2
Simulasi Kontur Tekanan 81
7.3 Perbandingan koefisien lift Cl dan koefisien drag Cd 83
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
8.1 Kesimpulan
85 8.2
Saran 85
DAFTAR PUSTAKA xiv
LAMPIRAN xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Komposisi Bahan Bakar
47
Tabel 4.2
Kebutuhan udara pembakaran pada kondisi stokiometri 48
Tabel 4.3 Kebutuhan 400 udara pembakaran pada kondisi stokiometri 50
Tabel 5.1 Perbandingan puncak dan dasar sudu
58
Tabel 5.2 Kondisi udara tiap tingkat kompresor
62
Tabel 5.3 Data-data dan Dimensi Sudu Gerak kompresor pertingkat 69
Tabel 7.1 Komparasi Nilai Cl dan Cd pada profil sudu gerak
94
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Sistem Turbin Gas dengan Siklus Terbuka 5
Gambar 2.2 Gambar 2.2 Diagram P-V dan diagram h,T-s
6
Gambar 2.3
Gambar 2.3 Diagram h-s pada kompresor 7
Gambar 2.4 Skema konstruksi kompresor aksial
9 Gambar 2.5
Konstruksi dan jenis-jenis pemasangan sudu pada rotor 10
Gambar 2.6 Detail susunan sudu dan penamaan sudut
10
Gambar 2.7 Grafik hubungan sc
11
Gambar 2.8 Kondisi dalam annulus tingkat pertama kompresor
12
Gambar 2.9
Segitiga kecepatan pada satu tingkat pertama kompresor 13
Gambar 2.10 Segitiga kecepatan derajat reaksi 50 dan 50
14
Gambar 3.1 Struktur Komponen Program FLUENT
23
Gambar 3.2 Diagram Alir Prosedur Simulasi
25
Gambar 3.3
Volume control digunakan utnuk mengilustrasikan diskritisasi persamaan transport skalar
33
Gambar 4.1 Diagram T-s Siklus Brayton
39
Gambar 4.1 Diagram Daya Generator
51
Gambar 5.1 Segitiga kecepatan pada satu tingkat kompresor
56
Gambar 5.2 Segitiga kecepatan tingkat pertama kompresor
60
Gambar 5.3
Sudu gerak tingkat pertama 63
Gambar 5.4 Grafik hubungan sc
66
Gambar 5.5 Gaya dorong dan gaya angkat pada sudu
70
Gambar 6.1 Kondisi batas profil sudu tingkat pertama
74
Gambar 6.2 Mesh domain sudu tingkat pertama
77 Gambar 7.1
Vektor kecepatan aliran pada sudu tingkat pertama 80
Gambar 7.2 Daerah vektor kecepatan tertinggi pada sudu pengarah stator 80
Gambar 7.3 Kontur tekanan statis pada stator dan rotor
81 Gambar 7.4
Garis kontur tekanan statis pada stator dan rotor 82
Gambar 7.5 Grafik Cd pada sudu gerak pembacaan hasil Cd
×10
-6
83
Gambar 7.6 Grafik Cl pada sudu gerak pembacaan hasil Cl
×10
-6
84
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI Notasi
Arti Satuan
A Luas Anulus
m
2
AFR Air Fuel Ratio
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 Fuel Air Ratio
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
k Conduktivitas thermal
Wm.K LHV
Lower Heating Value kJkg
udara
m
u
massa aliran udara kgs
m
f
massa aliran bahan bakar 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
temperatur fluida dingin K
T
h
temperatur fluida panas K
U kecepatan keliling
ms Um
Kecepatan tangensial rata-rata ms
V kecepatan relatif gas
ms
Universitas Sumatera Utara
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
ABSTRAK
Perancangan turbin gas dengan daya keluaran generator listrik 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 menentukan tingkat
kompresor dan merancang bagian-bagian sudu kompresor tingkat pertama.
Dari hasil perhitungan dimensi sudu mulai menggunakan software pemodelan 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
sesuai dengan data perhitungan awal.
Hasil geometri yang telah berhasil di gambar di software GAMBIT kemudian di disimulasikan dengan menggunakan software FLUENT 6.3.26 pada
kondisi steady state . Kemudian melakukan pembatasaan kondisi sesuai dengan kondisi hasil analisis manual kompresor. Dari hasil simulasi didapatkan bentuk
laju aliran fluida yang masuk kompresor dan melalui sudu gerak.
Dari hasil simulasi 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
