tugas sarjana - USU-IR - Universitas Sumatera Utara
advertisement
SKRIPSI TURBIN GAS PERANCANGAN TURBIN GAS PENGGERAK GENERATOR PADA INSTALASI PLTG DENGAN PUTARAN 3000 RPM DAN DAYA TERPASANG GENERATOR 132 MW OLEH : BONAR M. ROBINTANG SIAHAAN NIM : 05 0421 030 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 SKRIPSI TURBIN GAS PERANCANGAN TURBIN GAS PENGGERAK GENERATOR PADA INSTALASI PLTG DENGAN PUTARAN 3000 RPM DAN DAYA TERPASANG GENERATOR 132 MW OLEH : BONAR M. ROBINTANG SIAHAAN NIM : 05 0421 030 Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing, (Ir. Isril Amir) NIP : 130 517 501 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 SKRIPSI TURBIN GAS PERANCANGAN TURBIN GAS PENGGERAK GENERATOR PADA INSTALASI PLTG DENGAN PUTARAN 3000 RPM DAN DAYA TERPASANG GANERATOR 132 MW OLEH : BONAR M. ROBINTANG SIAHAAN NIM : 05 0421 030 Telah diperiksa dan diperbaiki dalam seminar periode ke-121 Tanggal 21 February 2009 Dosen Pembanding I, Dosen Pembanding II, (Ir. Mulfi Hazwi, MSc) NIP. : 130 905 356 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU AGENDA : 199/ TS / 2008 DITERIMA : MEDAN PARAF / / 2008 : SKRIPSI Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 NAMA : BONAR M. ROBINTANG SIAHAAN NIM : 050 421 030 MATA PELAJARAN : TURBIN GAS SPESIFIKASI : Rancangan Satu Unit Turbin Gas Pada Instalasi PLTG dengan Putaran 3000 RPM dan Daya Terpasang pada Generator 132 MW. Lakukan survey data pembanding Rancangan Meliputi : 1. Kompresor (Rancangan sederhana) 2. Turbin dan Ruang Bakar 3. Gambar Teknik DIBERIKAN TANGGAL : 04 / 07 / 2008. SELESAI TANGGAL : 06 / 02 / 2009. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat-Nya yang memberi kesehatan, kesempatan seta pengetahuan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Skripsi ini. Adapun laporan tugas skripsi yang berjudul “Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi PLTG Dengan Putaran 3000 RPM dan Daya Terpasang Generator 132 MW” ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan studi di Departemen Teknik Mesin, Program Studi Pendidikan Sarjana Ekstensi Universitas Sumatera Utara, Medan. Sesuai dengan judulnya, dalam laporan tugas skripsi ini akan dibahas mengenai perhitungan analisa thermodinamika serta perancangan komponenkomponen utama pada sistem turbin gas. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang turut membantu penulis dalam menyelesaikan tugas skripsi ini yang telah banyak memberi dukungan moril, materil, spiritual, tenaga dan waktu . Oleh karena itu, sudah selayaknya penulis menyampaikan terimakasih banyak kepada : 1. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri, sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU; 2. Bapak Ir. Isril Amir, sebagai Koordinator PPSE Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU dan juga sebagai Dosen Pembimbing Tugas Sarjana; 3. Bapak dan Ibu dosen dan seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU; Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 4. Seluruh rekan-rekan mahasiswa khususnya Ekstensi stambuk 2005 Fakultas Teknik USU serta teman-teman selaku mahasiswa pembanding; 5. Kedua orang tua penulis, A. Siahaan S.H (alm.) dan E. Br. Silalahi beserta saudara-saudara penulis. 6. Buat teman-teman satu kost, Richson, David, Diego, Adi, Victor, Christian, Erikson, dll. Dalam penyusunan tugas skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan dalam pembahasan dan pengkajian dengan disiplin ilmu yang telah diperoleh selama di perkuliahan, serta bimbingan dari dosen pembimbing. Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam penyelesaian tugas skripsi ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga laporan tugas skripsi ini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya. Medan, February 2009 Hormat saya, Bonar M. Robintang Siahaan NIM : 05042130 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 DAFTAR ISI Hal. SPESIFIKASI TUGAS KARTU BIMBINGAN KATA PENGANTAR ……………………………………………………. i DAFTAR ISI ……………………………………………………………… iii DAFTAR NOTASI ……………………………………………………….. v DAFTAR TABEL ….……………………………………………………... ix DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………… x BAB I. PENDAHULUAN …...................................................................... 1 1.1. Latar Belakang Perencanaan …...……………………………. 1 1.2. Tujuan Perancangan …………………………………………. 2 1.3. Batasan Masalah ……………………………………………... 3 1.4. Metodologi Penulisan ………………………………………... 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………… 4 2.1. Cara Kerja Instalasi Turbin Gas …………………………….. 4 2.2. Klasifikasi Turbin Gas ………………………………………. 5 2.3. Siklus kerja Turbin Gas ……………………………………… 11 2.4. Ruang Bakar …………………………………………………. 18 2.5. Generator …………………………………………………….. 19 2.5. Laju Aliran Massa Udara …………………………………….. 20 2.7. Perencanaan Turbin ………………………………………….. 22 BAB III. ANALISA TERMODINAMIKA ……………………………….. 29 3.1. Spesifikasi Teknis Perancangan ……………………………… 29 3.2. Kompresor ……………………………………………………. 30 3.2.1. Jenis-jenis Kompresor ………………………………….. 30 3.2.2. Analisa Termodinamika Kompresor …………………… 31 3.3. Ruang Bakar ………………………………………………….. 35 3.3.1. Analisa Bahan Bakar dan Reaksi Pembakaran ………… 38 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 3.4. Turbin ………………………………………………………… 42 3.4.1. Analisa Termodinamika Turbin ………………………... 42 3.5. Generator ……………………………………………………... 48 3.6. Laju Aliran Massa Udara …………………………………….. 49 BAB IV. PERANCANGAN BAGIAN-BAGIAN UTAMA …………….. 29 4.1. Unit Kompresor ………………………………………………. 52 4.1.1. Jumlah Tingkat Kompresor …………………………….. 52 4.1.2. Sudu Kompresor …………………..………….………… 58 4.1.3. Poros Utama (Tie Rod) …………………………………. 66 4.1.4. Disk Kompresor ………………………………………… 68 4.2. Unit Ruang Bakar (Combustion Chamber) .………………….. 70 4.2.1. Luas dan Diameter Casing ……………………………… 71 4.2.2. Tabung Api (Liner) Ruang Bakar ………………………. 72 4.3. Unit Turbin …………………………………………………… 74 4.3.1. Perencanaan Sudu Turbin dan Disk Turbin ……………. 74 4.3.2. Perencanaan Poros Penghubung ……………………….. 90 BAB V. BANTALAN DAN PELUMASAN ……………………………... 92 5.1. Jenis Pembebanan ……………………………………………. 92 5.1.1. Pembebanan Aksial ……………………………………. 92 5.1.2. Pembebanan Radial …………………………………….. 93 5.2. Perencanaan Bantalan Luncur ………………………………... 94 5.2.1. Perencanaan Bantalan Luncur Turbin ………………….. 96 5.2.2. Perencanaan Bantalan Luncur Kompresor ……………... 99 5.2.3. Perencanaan Bantalan Aksial …………………………... 101 5.2.4. Putaran Kritis …………………………………………… 104 BAB VI. KESIMPULAN ………………………………………………….. 109 DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………….. 111 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 DAFTAR NOTASI 1. Simbol dari abjad biasa Simbol Latin Arti Satuan A Luasan yang ditempati gas m2 Ab Luas bidang normal mm2 Ag Luas bidang geser mm2 AFR Perbandingan udara dengan bahan bakar kg/kg C Celah antara sudu m c Panjang chord sudu m Ca Kecepatan aksial m/s cp Panas jenis pada tekanan konstan Cx Panjang chord arah aksial m Cw2 Kecepatan whirl masuk sudu gerak m/s Cw3 Kecepatan whirl keluar sudu gerak m/s C1 Kecepatan absolute gas masuk sudu gerak m/s C2 Kecepatan absolute m/s C3 Kecepatan absolute gas keluar sudu gerak m/s Fc Faktor koreksi - Ft Gaya tangensial FAR Perbandingan bahan bakar dengan udara kg/kg G Kecepatan grafitasi m/s2 Ar kerja yang dilakukan untuk melawan gesekan kJ/kg.k kgf ; N kg.m/det Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 h Tinggi sudu m hm Tinggi rata-rata sudu m h1 Enthalpy udara masuk kompresor kJ/kg h2 Enthalpy udara keluar kompresor kJ/kg h2’ Enthalpy udara keluar kompresor aktual kJ/kg h3 Enthalpy gas keluar ruang bakar ideal kJ/kg h4 Enthalpy gas keluar turbin ideal kJ/kg h4’ Enthalpy gas keluar turbin aktual kJ/kg Laju aliran massa udara kg/s Laju aliran massa udara bahan bakar kg/s Laju aliran massa udara pendingin kg/s mg Laju aliran massa gas kg/s n Putaran sudu rpm nc Putaran kritis sistem rpm n Jumlah tingkat turbin - Pk Daya kompresor Watt Pt Daya turbin Watt P01 Tekanan gas pada kondisi stagnasi bar P1 Tekanan pada kondisi statik bar P02 Tekanan gas setelah terjadinya proses bar pr reduction pressure - qrb Kalor ruang bakar Watt qin Kalor masuk kJ/kg • ma • mf • mP • Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 qeff Kalor efektif kJ/kg qout Kalor keluar kJ/kg RR Derajat reaksi tingkat - r Radius jurnal m rP Pressure ratio - rr Jari-jari akar sudu m rm Jari-jari tengah sudu m s Panjang pitch sudu m s Entropi T1 Temperatur udara masuk kompresor K T1 Temperatur gas pada kondisi statik K T2 Temperatur udara keluar kompresor K T01 Temperatur gas pada kondisi stagnasi K T02 Temperatur pada P02 K T2’ Temperatur udara keluar kompressor aktual K T3 Temperatur udara keluar ruang bakar ideal K T4 Temperatur udara keluar turbin ideal K T4’ Temperatur udara keluar turbin aktual K tm Tebal rata – rata sudu m Ur Kecepatan rotasi sudu m/s Um Kecepatan tangensial rata - rata sudu m/s V Volume m3 V2 Kecepatan relative gas masuk sudu m/s V3 Kecepatan relative gas keluar sudu m/s kJ/kg.K Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 w Tebal sudu gerak m Win Kerja spesifik masuk kJ/kg Wout Kerja spesifik keluar kJ/kg Wsg Berat sudu gerak N Wk 1-2 Kerja kompressor ideal kJ/kg Wk 1-2’ Kerja kompressor aktual kJ/kg Wnett Kerja bersih kJ/kg z Jumlah sudu - Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 DAFTAR TABEL Tabel Nama Tabel Halaman 3.1 Komposisi bahan bahan bakar turbin gas 38 4.1 Perbandingan dasar dan puncak sudu 54 4.2 Kondisi udara tiap tingkat kompresor 57 4.3 Ukuran-ukuran utama kompresor 63 4.4 Berat dan diameter disk kompresor 70 4.5 Kondisi tiap tingkat turbin 82 4.6 Ukuran-ukuran sudu turbin 88 4.7 Ukuran-ukuran utama sudu turbin 88 4.8 Berat tingkat (stage) turbin 89 5.1 Defleksi pada poros 107 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 DAFTAR GAMBAR Gambar Nama Gambar Halaman 2.1 A recuperative medium size industrial gas turbine 4 2.2 Instalasi turbin gas 5 2.3 Diagram alir turbin gas siklus terbuka 6 2.4 Skema instalasi gas siklus tertutup langsung 7 2.5 Bagan siklus turbin gas tertutupo tak langsung 7 2.6 Rotor Turbin Rasio Bertekanan Tinggi ALSTOM 9 2.7 Karakteristik turbin aliran radial 10 2.8 Diagram T – s siklus terbuka turbin gas 11 2.9 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio tekanan 14 2.10 Diagram T-s siklus actual 15 2.11 Grafik variasi nilai efisiensi isentropik turbin 18 2.12 Daya pada generator 19 2.13 Penampang pada sudu turbin 25 2.14 Aksi gaya efektif pada cascade 28 3.1 Kaedaan stagnasi pada kompresor 31 3.2 Susunan ruang bakar unit turbin gas 36 3.3 Section burner combination 37 3.4 Turbin dengan Exhaust Difuser 43 3.5 Skema alur daya pada instalasi turbin gas 48 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 4.1 Grafik hubungan s/c 61 4.2 Profil sudu aerofoil 64 4.3 Penampang konstruksi turbin gas 68 4.4 50 Percent Reaction Design 75 4.5 Diagram kecepatan untuk derajat reaksi 76 4.6 Diagram h–s untuk satu tingkat turbin 77 4.7 Axial flow turbin stage 84 4.8 Nilai ‘optimum’ pitch/chord ratio 86 4.9 Profil sudu turbin gas dan T6 aerofoil section 87 4.10 Poros penghubung 90 5.1 Free body diagram poros 93 5.2 Bantalan luncur 95 5.3 Grafik koefisien kriteria beban, Φv 97 5.4 Grafik koefisien tahanan, Φv 97 5.5 Bantalan aksial kerah 101 5.6 Defleksi pada poros 105 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perencanaan Salah satu bentuk energi yang paling dibutuhkan manusia sekarang ini adalah energi listrik. Manusia membutuhkan energi listrik untuk keperluan rumah tangga, industri, transportasi dan lainnya. Kehidupan manusia dari dahulu sampai sekarang yang terus berkembang dan semakin kompleks, selalu diiringi dengan kebutuhan energi yang semakin meningkat. Energi listrik yang besar serta penggunaannya secara terus menerus tidak tersedia secara alami di alam ini. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu alat yang dapat mengubah energi dari bentuk lain menjadi energi listrik. Cukup banyak sistem pembangkit yang digunakan pada saat ini untuk memenuhi kebutuhan listrik, salahsatunya adalah turbin gas. Turbin gas sangat luas dan beragam penggunaannya. Salah satu contoh penerapannya yang paling banyak dikenal adalah sebagai mesin yang menghasilkan daya dorong pada pesawat terbang. Di industri, turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam–macam peralatan mekanik misalnya pompa dan kompressor atau generator listrik yang kecil. Turbin gas juga digunakan untuk menghasilkan daya listrik untuk mengisi beban puncak dan terkadang juga beban menengah dan beban dasar. Turbin gas merupakan salah satu mesin konversi energi yang sesuai sebagai salah satu alternatif karena dapat menghasilkan energi listrik dengan daya yang cukup besar serta efisiensi yang tinggi. Untuk kebutuhan yang sama turbin Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 gas memiliki keunggulan dibandingkan instalasi sejenis yang lainnya seperti dalam hal ukuran, massa dan satuan keluaran daya turbin gas juga dapat mencapai beban pucak dalam waktu yang relatif singkat. Konstruksinya juga dapat dibuat untuk menghasilkan daya rendah sampai daya tinggi Berdasarkan hal–hal diatas maka sangat tepat jika instalasi turbin gas dipilih sebagai instalasi pembangkit daya terutama sebagai penggerak generator untuk menghasilkan daya listrik pada sebuah instalasi pembangkit tenaga listrik. 1.2 Tujuan Adapun tujuan utama dari tugas perancangan ini adalah untuk memenuhi syarat memperoleh gelar Strata 1 dari Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Sedangkan tujuan umum tugas perancangan ini adalah : a. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh di bangku kuliah terutama mata kuliah Turbin Gas dan Sistem Pembangkit Tenaga b. Merancang sebuah turbin gas penggerak generator pada instalasi PLTG dengan putaran 3000 RPM, dan daya terpasang pada generator 132 MW. 1.3 Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari tugas skripsi ini adalah: a. Perhitungan thermodinamika turbin gas Yang meliputi: perhitungan daya dengan pemanfaatan kalor yang akan terjadi pada turbin gas dan perhitungan laju aliran massa Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 b. Perhitungan komponen–komponen utama turbin gas Yang meliputi perhitungan, sudu gerak, perhitungan ukuran cakram, poros, bantalan dan pelumasan c. Gambar penampang (gambar teknik) turbin gas. 1.4 Metodologi Penulisan Metode yang digunakan dalam penulisan tugas skripsi ini adalah a. Survey lapangan, yakni berupa peninjauan langsung ke lokasi tempat unit pembangkit itu berada b. Studi literatur, yakni berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait c. Diskusi, yakni berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, dosen pembanding yang nantinya akan dihunjuk oleh pihak Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara mengenai kekurangankekurangan didalam penulisan tugas skripsi ini. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Cara Kerja Instalasi Turbin Gas Turbin gas merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial gas menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin secara langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Turbin gas dapat digunakan pada berbagai bidang industri, diantaranya pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi. Dalam perancangan ini turbin gas digunakan untuk menggerakkan generator listrik pada PLTG. Recuperator Compressor Turbine Combustor Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 2.1 A recuperative medium–sized Industrial Gas Turbine (Courtesy Solar Turbines Incorporated) Turbin gas merupakan suatu unit yang menggunakan gas sebagai fluida kerjanya. Sistem turbin gas paling sederhana terdiri atas kompresor, ruang bakar dan generator. Kompresor memampatkan udara dari luar menjadi udara yang bertekanan tinggi dan diumpankan ke ruang bakar. Bersama-sama dengan udara yang bertekanan tinggi, gas alam dibakar di ruang bakar. Gas panas yang keluar dari pembakar atau reaktor dapat dipakai langsung sebagai fluida kerja yang dialirkan ke turbin untuk menggerakkan rotor yang dihubungkan dengan generator listrik. Udara Gas Buang Ruang Bakar Tenaga Listrik Poros Kompresor Turbin Kopel Generator Gambar 2.2. Instalasi turbin gas 2.2 Klasifikasi Turbin Gas 2.2.1 Berdasarkan Siklus Kerja 2.2.2.i Turbin Gas Siklus Terbuka (open cycle gas turbine) Pada siklus ini gas hasil pembakaran langsung dibuang ke udara bebas setelah diekspansikan di dalam turbin. Instalasi ini memiliki struktur yang sederhana yaitu terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan turbin yang Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 berfungsi sebagai penggerak kompresor dan beban. Skema instalasi turbin gas siklus ini ditunjukkan pada gambar sebagai berikut : Bahan Bakar Udara masuk Gas Buang RB K T Gambar 2.3.Diagram alir turbin gas siklus terbuka 2.2.1.ii Turbin Gas Siklus Tertutup (closed cycle gas turbine) Turbin gas siklus tertutup terbagi atas dua jenis, yaitu turbin gas dengan siklus tertutup langsung dan turbin gas dengan siklus tertutup tak langsung. Pada turbin gas dengan siklus tertutup langsung (direct closed cycle), gas pendingin dipanaskan di dalam reaktor dan berekspansi melalui turbin, didinginkan di dalam penukar kalor dan dikompresi kembali ke reaktor. Siklus ini dapat juga menggunakan gas lain yang bukan hanya udara. Tidak ada buangan gas radioaktif yang dibuang ke atmosfer dalam operasi normal. Fluida yang paling cocok untuk ini adalah helium. Sedangkan pada turbin gas dengan siklus tertutup tak langsung (indirect closed cycle), turbin gas dengan siklus ini merupakan gabungan antara turbin dengan siklus terbuka tak langsung dan turbin dengan siklus tertutup langsung, karena reaktornya terpisah dari fluida kerja oleh suatu penukar kalor. Sedangkan gas kerja itu membuang kalor ke atmosfer melalui penukar kalor. Bahan pendingin primer biasanya air, atau gas helium. Pada siklus tertutup ini fluida kerja tidak berhubungan dengan atmosfir sekitarnya, dengan demikian dapat juga dijaga kemurniannya. Hal ini sangat Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 menguntungkan dari segi pencegahan kerusakan yang disebabkan oleh erosi dan korosi. Pada sistem ini dapat juga digunakan dengan udara bertekanan tinggi sampai 40 atm seperti pada instalasi uap, tetapi kerjanya tidak mengalami perubahan fasa. Keuntungan pada siklus ini antara lain adalah : 1. Untuk daya yang sama turbin ini mempunyai ukuran yang lebih kecil 2. Dapat digunakan pada sistem bertekanan tinggi 3. Lebih menghemat penggunaan bahan bakar Reaktor 3 2 Turbin Kompresor Beban Penukar -Kalor 1 Gas Keluar 4 Gas masuk Gambar 2.4 Skema instalasi gas siklus tertutup langsung Reaktor Pendingin Primer` 2 Gas 3 Penukar -Kalor Turbin Kompresor Penukar -Kalor 4 1 Udara atau Air pendingin Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 2.5 Bagan siklus turbin gas tertutup tak langung 2.2.1.iii Siklus Kombinasi (combined cycle) Siklus kombinasi pada umumnya adalah usaha untuk memanfaatkan gas buang dengan cara menambahkan beberapa alat sehingga energi yang seharusnya terbuang dapat dimanfaatkan lagi untuk suatu proses tertentu yang pada akhirnya proses tersebut akan meningkatkan efisiensi sistem. Turbin gas dengan siklus ini akan bermanfaat jika dijalankan untuk base load (beban dasar atau utama) dan secara kontinyu. 2.2.2 Berdasarkan Konstruksi 2.2.2.i Turbin Gas Poros Tunggal Turbin satu poros mempunyai kompresor, turbin, dan beban pada satu poros yang berputar pada kecepatan tetap. Konfigurasi ini digunakan untuk menggerakkan generator kecil dan generator besar untuk utilitas. 2.2.2.ii Turbin Gas Poros Ganda Turbin ini digunakan untuk menahan beban dan torsi yang bervariasi dimana poros pertama turbin dikopel langsung dengan poros aksial. Pada jenis ini, turbin terdiri atas dua buah yaitu turbin tekanan tinggi dan turbin tekanan rendah. Turbin dengan tekanan tinggi berfungsi menggerakkan kompresor dan mensuplai gas panas untuk turbin bertekanan rendah. Turbin berporos ganda ini juga Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 digunakan untuk sentral listrik dan industri. Turbin ini direncanakan beroperasi pada putaran yang berbeda tanpa menggunakan reduction gear. 2.2.3 Berdasarkan Aliran Fluida 2.2.3.i Turbin Aliran Axial Adalah turbin dengan arah aliran fluida diperoleh pada arah sejajar dengan dengan sumbu poros turbin. Turbin aksial umumnya sering digunakan untuk kapasitas dan daya besar karena mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan turbin jenis radial. Antara lain yaitu: 1. Efisiensinya lebih baik 2. Perbandingan tekanan (rp) dapat dibuat lebih tinggi 3. Konstruksinya lebih ringan serta tidak membutuhkan ruangan yang besar. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 2.6 Rotor turbin rasio bertekanan tinggi ALSTOM (Dikutip dari buku Gas Turbine Engineering Hand book, Meherwan P. Boyce) Bila ditinjau dari sistem konversi energinya, turbin aksial dibagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Turbin aksial reaksi Turbin yang proses ekspansinya terjadi tidak saja pada laluan–laluan sudu gerak, sehingga penurunan seluruh kandungan kalor pada semua tingkat terdistribusi secara merata. 2. Turbin aksial aksi (impuls) Merupakan turbin yang proses ekspansi (penurunan tekanan) fluidanya hanya terjadi pada sudu diam dan energi kecepatan diubah menjadi energi mekanis pada sudu–sudu turbin (tanpa terjadinya ekspansi pada sudu gerak itu). 2.2.3.ii Turbin Aliran Radial Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Adalah turbin dengan arah aliran fluida diperoleh pada arah tegak lurus dengan sumbu poros turbin. Gambar 2.7 Karakteristik turbin aliran radial Pada turbin radial, ekspansi fluida dari tekanan awal ke tekanan akhir terjadi di dalam laluan semua baris sudu–sudu yang berputar. Turbin radial umumnya digunakan untuk aliran yang kecil, dimana t urbin radial lebih murah dan sederhana untuk dibuat bila dibandingkan dengan turbin aksial. Sebagai contoh pada instalasi turbin gas yang kecil dalam bidang automotif dan pompa pemadam yang dapat dipindah–pindah. Pada gambar 2.7 diatas diperlihatkan karakteristik turbin aliran radial. 2.3 Siklus Kerja Turbin Gas Turbin gas secara thermodinamika bekerja dengan siklus Brayton (Brayton cycle). Siklus ini merupakan siklus ideal untuk sistem turbin gas sederhana dengan siklus terbuka. Siklus ini terdiri dari dua proses isobar (tekanan tetap) dan dua proses adibatik mampu balik (isentropic). Siklus ideal adalah siklus dengan asumsi : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 1. Proses kompresi dan ekspansi terjadi secara isentropik 2. Perubahan energi kinetik dari fluida kerja antara sisi masuk dan sisi keluar kompresor diabaikan 3. Tidak ada kerugian tekanan pada sisi masuk dan sisi keluar ruang bakar 4. Laju aliran massa gas dianggap konstan. Adapun diagram T–s untuk siklus terbuka seperti terlihat pada gambar berikut T 3 q in W out 2 4 q out 1 s Gambar 2.8 Diagram T – s siklus terbuka turbin gas Dari gambar diagram T –s tersebut, proses yang terjadi adalah : Proses 1 – 2 : Proses kompresi isentropik pada kompresor Proses ini merupakan proses kerja kompresor. Kerja spesifik kompresor itu sendiri adalah kalor spesifik yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor pada kondisi ideal. WK = Cp ( T2 – T1 ) = h2 – h1 (kJ/kg) ...(lit 2. hal 38) dimana: Cp = panas jenis udara pada tekanan konstan (kJ/kg oK) T1 = Temperatur udara masuk kompresor (oK) T2 = Temperatur udara keluar kompresor (oK) = Temperatur udara masuk ruang bakar Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 h1 = Entalpi udara spesifik masuk kompresor (kJ/kg) h2 = Entalpi udara spesifik keluar kompresor (kJ/kg) = Entalpi udara spesifik masuk ruang bakar Proses 2 – 3 : Proses pembakaran pada tekanan konstan (isobar) dalam ruang bakar. Proses ini merupakan proses terjadinya pemasukan panas yang juga berarti besarnya kalor spesifik pada ruang bakar Qin = Cp ( T3 – T2 ) = h3 – h2 (kJ/kg) ...(lit 2. hal 38) dimana: T3 = Temperatur gas keluar ruang bakar (oK) = Temperatur gas masuk turbin h3 = Entalpi gas keluar ruang bakar atau Entalpi gas masuk turbin (kJ/kg) Pada proses ini terjadi proses pembakaran bahan bakar dengan udara. Udara dibutuhkan untuk reaksi stoikiometri pembakaran yang dapat diperoleh dari persamaan umum CxHy + nO2 → aCO2 + bH2O Dimana : a = x, b = (y /2) dan n = x + (y /4) Proses 3 – 4 : Proses ekpansi isentropik pada turbin Proses ini merupakan proses kerja turbin WT = Cp ( T3 – T4 ) = h3 – h4 (kJ/kg) …(lit 2,hal. 38) dimana: T4 = Temperatur gas keluar turbin (oK) h4 = entalpi gas keluar turbin (kJ/kg) Proses 4 – 1 : Proses pembuangan kalor pada tekanan konstan Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Proses ini menyatakan besarnya kalor spesifik pada proses pembuangan kalor Qout = Cp ( T4 – T1 ) = h4 – h1 (kJ/kg) Dari kerja spesifik yang terjadi pada setiap proses diatas maka diperoleh 1. Kerja Netto Siklus (Wnett) Kerja netto siklus adalah selisih kerja yang dihasilkan turbin dengan kerja yang dibutuhkan kompresor tiap kg gas Wnett = WT - WK = Cp ( T3 – T4 ) - Cp ( T2 – T1 ) Wnett = Cp [( T3 – T4 ) - ( T2 – T1 )] …(Lit.2, hal. 39) Gambar 2.9 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio tekanan 2. Kalor Efektif (Qeff ) Adalah selisih antara pemasukan dan pembuangan kalor spesifik Qeff = Qin - Qout = (h3 – h2) – (h4 – h1) (kJ/kg) Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 3.Efisiensi siklus (η) Adalah perbandingan antara kerja netto siklus dengan pemasukan energi, η = Wnett C p (T3 − T4 ) − C p (T2 − T1 ) = C p (T3 − T2 ) Qin ...(lit 2, hal. 39) 4.Pressure Ratio (rp) Adalah perbandingan tekanan dikarenakan proses 1 – 2 dan 3 – 4 berlangsung secara isentropis dimana, P1 = P4 dan P2 = P3 maka ( γ −1) T T2 γ =r = 3 T1 T4 Dimana r adalah rasio tekanan, P P2 =r= 3 P1 P4 Sehingga, ηtotal 1 =1- r (γ −1) γ Proses diatas merupakan proses secara teoritis. Pada kenyataannya terjadi penyimpangan dari proses tersebut dimana proses inilah yang disebut proses aktual. Proses aktual ini diakibatkan oleh : a. Fluida kerja bukan merupakan gas ideal dengan panas spesifik konstan, b. Laju aliran massa fluida kerja tidak konstan, c. Proses yang terjadi disetiap komponen adiabatik, d. Proses kompresi didalam kompresor tidak berlangsung secara isentropik, e. Proses ekspansi didalam turbin tidak berlangsung secara isentropis, Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 f. Proses pembakaran tidak berlangsung secara adiabatik serta tidak menjamin terjadinya proses pembakaran sempurna dan g. Terjadinya penurunan tekanan pada ruang bakar dan turbin. Penyimpangan yang terjadi dapat dilihat pada diagram T–s berikut, Gambar 2.10 Diagram T-s siklus aktual Adapun proses yang terjadi dari diagram T-s diatas adalah : Proses 1 – 2’ : Proses kompresi secara aktual pada kompresor (kerja kompresor). Proses ini merupakan proses kerja spesifik kompresor yaitu kalor spesifk yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor WK = 1 ηm Cpa (T02 − T01 ) …(Lit.2 hal. 56) Proses 2’ – 3 : Proses pemasukan kalor Proses pemasukan kalor terjadi dalam ruang bakar pada tekanan konstan (isobar). Q = Cpa (T02 – T01) …(Lit.2 hal. 46) Proses 3 – 4’ : Kerja turbin Proses ini merupakan proses ekspansi secara aktual pada turbin Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Dimana : Wt = Cpg (T03 – T04) Cpg = panas spesifik gas pada tekanan konstan …(Lit.2 hal. 64) = 1,148 kJ /kg.K 5. Efisiensi kompresor dan turbin a. Efisiensi isentropik Dengan menggunakan konsep enthalpy stagnasi atau temperatur untuk memperoleh jumlah setiap perubahan dalam energi kinetik fluida diantara sisi masuk dan buang. Untuk itu diperoleh efisiensi kompresor dan tubin dengan menggunakan perbandingan temperatur stagnasi, yaitu: Kompresor : ηc = T '−T W' = 02 01 W T02 − T01 ηt = T − T04 W = 03 W ' T03 − T04 ' Turbin : …(Lit.2 hal. 49) Pada perhitungan siklus, nilai untuk ηc dan ηt nantinya akan diasumsikan. Sedangkan temperatur ekivalen dari transver kerja adalah untuk memberikan perbandingan tekanan (ratio pressure), dengan persamaan (γ −1) T01 P02 γ T02 – T01 = − 1 η C p 01 Dan, 1 T03 – T04 = ηt .T03 1 − p 03 / p 04 (γ −1) γ …(Lit.2 hal. 49) b. Efisiensi politropik Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Dengan pertimbangan yang membawa kepada konsep politropic (small-stage) efficiency yang didefenisikan sebagai efisiensi isentropik yang berkenaan dengan tigkat dalam proses, adalah konstan pada keseluruhan proses. Dalam perhitungan siklus akan dituliskan dengan persamaan ( n −1) n p T02 – T01 = T01 02 − 1 p 01 Dimana (n – 1)/n = (γ − 1) / γη ∞C Dan, 1 T03 – T04 = T03 1 − p 03 / p 04 ( n −1) n …(Lit.2 hal. 53) Dimana (n – 1)/n = η ∞ (γ − 1) / γ Untuk turbin gas pada industri diambil p 01 = p a dan T01 = Ta , dimana untuk gas buang turbin ke atmosfir luar p 04 akan diambil sama dengan p a . Jika nilai efisiensi isentropik yang diperoleh bervariasi dengan kompresi atau rasio ekspansi, maka akan ditampilkan pada grafik sebagai berikut, Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 2.11. Grafik variasi nilai efisiensi isentropic turbin dan kompresor dengan rasio tekanan untuk efisiensi politropik 85% 2.4 Ruang Bakar Suatu reaksi kimia dimana suatu bahan bakar dioksidasi dan sejumlah besar energi dilepaskan, disebut pembakaran. Hal tersebut terjadi di dalam ruang bakar atau combustion chamber. Pengoksidasi yang paling sering digunakan di dalam proses pembakaran adalah udara karena pertimbangan udara dapat diperoleh bebas dan siap tersedia. Kalor spesifik yang masuk (qin) pada ruang bakar adalah gas hasil pembakaran. Pembakaran ini menaikkan temperatur gas sekaligus menaikkan enthalpinya dan secara teoritis terjadi pada tekanan konstan. Seperti yang telah disebutkan diatas, udara dibutuhkan untuk reaksi stoikiometri pembakaran yang dapat diperoleh dari persamaan umum CxHy + nO2 → aCO2 + bH2O Dimana : a = x, b = (y /2) dan n = x + (y /4) 2.5 Generator Pada proses pembebanan arus bolak balik, unsur yang terlihat dalam konversi energi daya adalah : 1. Daya nyata (V.I.cosφ) dalam Watt merupakan besaran yang terlibat dalam konversi daya 2. V.I.cosφ merupakan daya reaktif yang juga merupakan suatu kebutuhan yang harus dilayani. Daya reaktif hanya membebani biaya investasi bukan biaya operasi Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Beban membutuhkan daya reaktif karena, 1. Karakteristik beban itu sendiri yang tidak bisa dielakkan 2. Proses konversi daya didalam alat itu sendiri. Dari hal diatas disimpulkan bahwa daya yang harus disuplai oleh turbin kepada generator harus dapat memenuhi kebutuhan daya nyata atau daya reaktif seperti digambarkan pada gambar berikut ini Dimana : PG φ PG = daya berguna PB = daya semu PE = daya reaktif PB PE Gambar 2.12. Daya pada generator Dalam hal transmisi daya dan putaran ke generator akan terjadi kerugian mekanis. Sehingga daya yang dibutuhkan generator adalah daya semu PB Dimana : = PG cos ϕ Cosφ = Faktor daya Sedangkan daya reaktifnya yaitu : PE Dimana : = PB η g .η m ηg = Efisiensi generator ηm = Efisiensi mekanis generator (0,9) 2.6. Laju Aliran Massa Udara Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Dalam menentukan laju aliran massa udara dan bahan bakar maka keadaan yang dihitung adalah pada temperatur rata–rata udara atmosfer yang dihisap kompresor. Hal ini berguna untuk mendapatkan perbedaan daya keluaran sistem agar tidak terlalu besar bila sistem bekerja pada temperatur udara atmosfer rendah ataupun temperatur udara atmosfer tinggi. Laju aliran massa udara dan bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan prinsip kesetimbangan energi dan instalasi : PE = PT - PK PE = (( ma + m f ). WTa - ma . WKa o o o Dimana : o ma = o ma = PE mf 1 + o .WT − WK m a o …(Lit.2 hal 232) PE (1 + FAR ).WT − WK o o m f = FAR . ma o Dimana : ma = Laju aliran massa udara (kg/s) o mf = Laju aliran massa bahan bakar (kg/s) PT = Daya bruto turbin (kW) WTa = Kerja turbin aktual (kJ/kg) WKa = Kerja kompresor aktual (kJ/kg) Dengan ketentuan persamaan gas untuk mendapatkan laju aliran massa udara dan bahan bakar Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 o Qudara = m udara …(m3/s) ρ udara o Qbahan bakar = m b.bakar …(m3/s) ρ b.bakar Kapasitas berbeda pada kondisi yang berbeda yang ditentukan karena perbedaan rapat jenis fluida akibat perbedaan suhu ρ dimana : = P R.T P = Tekanan (Pa) R = Konstanta gas (287 J/kg oK) T = Temperatur (oK). Dengan diperolehnya massa aliran fluida maka dapat diperoleh besaran daya setiap komponen yaitu ; 1. Daya kompresor o PK = ( ma ). WK PT = ( ma + m f ). WT …(MW) 2. Daya turbin o o …(MW) 3. Panas yang disuplai ruang bakar o QRB o = ( ma + m f ). Qin …(MW) 2.7. Perencanaan Turbin Dalam perencanaan turbin ini akan dibahas mengenai jumlah tingkat turbin, kondisi gas dan dimensi sudu. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 2.7.1 Jumlah Tingkat Turbin Jumlah tingkat turbin dihitung berdasarkan total penurunan temperatur dan penurunan temperatur tiap tingkat. Penurunan tiap tingkat turbin adalah : ψ dimana: = 2.C pg .∆Tos ...(Lit. 2, hal 274) U2 ψ = Koefisien pembebanan sudu Cpg = Panas jenis gas pada tekanan konstan (kJ/kg K) ΔTos = Penurunan temperatur tiap tingkat turbin (K) U = Kecepatan tangensial rata–rata sudu (m/s) Sedangkan total penurunan temperatur gas adalah : ΔTo dimana: = T3 – T4’ ΔTo = total penurunan temperatur (K) T3 = temperatur gas masuk turbin (K) T4’ = temperatur gas keluar turbin (K) ΔT0s (γ −1) γ 1 = ηtT03 1 − p 01 / p 03 Dan, Dimana : ...(Lit. 2, hal 274) ΔTos = Penurunan temperatur tiap tingkat turbin (K) ηt = Efisiensi turbin γ = Berat molekul = 1,333 untuk gas Jumlah tingkat turbin diperoleh dari persamaan : Zt dimana: = ∆To ∆Tos Zt = jumlah tingkat turbin Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 2.7.2 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 yaitu kondisi gas yang dianalisa dengan memperhitungkan kecepatan. Persamaan–persamaan stagnasi menurut literatur 2 hal 144 : γ .P01 P02 ∆T .R γ −1 = 1 − os η st .T01 dimana: P01 = tekanan gas sebelum proses (bar) P02 = tekanan gas setelah proses (bar) R = derajat reaksi tingkat ηst = efisiensi statik T02 = temperatur pada P02 (K) Persamaan–persamaan statik menurut literatur 2 hal. 257: 2 T1 Co = T01 2.C pg P1 T = P01 - 2 T02 dan, γ γ −1 dimana : T1 = kondisi gas pada kondisi statik (K) T01 = kondisi gas pada kondisi stagnasi (K) Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 P1 = tekanan gas pada kondisi statik (bar) P01 = tekanan gas pada kondisi stagnasi (bar) Dari persamaan gas ini dapat dicari massa jenis gas yang mengalir yaitu: ρ = P.100 R.T ...(Lit. 2, hal 283) dimana : ρ = massa jenis (Kg/m3) Dengan menghitung laju aliran massa gas maka dapat dicari luasan yang ditempati gas yaitu: A = m ρ .C a ...(Lit. 2, hal 284) dimana : A = luasan yang ditempati gas (m2) m = massa gas, dimana dalam hal ini untuk tiap tingkat berbeda karena pengaruh laju aliran massa perbandingan sudu (Kg/s) 2.7.3 Tinggi Sudu Persamaan ukuran pada sudu turbin, dapat dilihat pada gambar berikut: 3 2 1 Stator Rotor h rt rm rr Gambar 2.13 Penampang pada sudu turbin Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Tiiggi sudu (h) adalah : h A.N Um = …(Lit.2 hal, 285) dimana : h = tinggi sudu (m) N = putaran sudu (rpm) Um = kecepatan tangensial rata–rata sudu (m/s) 2.7.4 Jari–jari Sudu Pada penentuan jari-jari sudu, jari-jari rata–rata sudu yang dimaksud adalah jarak dari pusat cakram ke pitch sudu yaitu : dimana: 60.U m 2.π .n rm = …(Lit.2 hal, 285) rm = Jejari rata–rata sudu (m) Um = kecepatan tangensial rata–rata sudu (m/s) Jari–jari dasar sudu dan puncak sudu pada tiap tingkat turbin adalah : rr = rm - rt = rm + h 2 h 2 …(Lit.2 hal, 290) dimana: rr = Jari–jari dasar sudu tiap tingkat turbin (m) rt = Jari–jari puncak sudu tiap tingkat turbin (m) h = tinggi sudu (m) Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Tebal sudu celah antara sudu besarnya dapat dilihat dari persamaan : h 3 w = c = 0,25 .w …(Lit.2 hal, 285) dimana: w = tebal sudu (m) c = celah antara sudu (m) 2.7.5 Diagram Kecepatan Gas Untuk menggambarkan kecepatan aliran gas perlu dihitung besar sudut kecepatan sudut masuk dan kecepatan sudut keluar relative gas yang besarnya adalah: ψ = 4. φ .tan β2 + 2 ψ = 4. φ .tan β3 – 2 …(Lit.2, hal 276) dimana: φ = Koefisien aliran gas Β2 = sudut relatif kecepatan gas masuk sudu Β3 = sudut relatif kecepatan gas keluar sudu 2.7.6 Putaran Kritis Putaran kritis adalah putaran dimana terjadinya resonansi yang tinggi. Hal ini diakibatkan oleh frekwensi yang ditimbulkan oleh rotor sama dengan frekwensi natural dari komponen tersebut. Putaran kritis dipengaruhi oleh gaya– gaya yang membebani poros yang menyebabkan defleksi atau lendutan. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Putaran kritis poros dapat dihitung setelah didapat lendutan maksimum. Kecepatan sudut putaran kritis adalah : ωc = C.G YMAX dimana: ωc = kecepatan sudut putaran kritis (rad/s) C = koefisien untuk dua bantalan pendukung, yaitu 1 : 1,2685 g = kecepatan gravitasi. Putaran kritis sistem adalah : ηc = putaran kritis sistem (rpm) ωc = kecepatan sudut putaran kritis (rad/s) 2.7.7 Perhitungan Performa Tingkat Gambar 2.14 Aksi gaya efektif pada cascade Bedasarkan diagram aksi gaya pada cascade seperti yang dihunjuk pada gambar diatas, kenaikan tekanan statisnya adalah : Δp = p2 – p1 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = (p02 – 1 1 ρV22 ) – (p01 - ρV22 ) 2 2 …(Lit.2, hal 276) Gaya aksial per_unit panjang tiap sudu adalah Δp dan dari pertimbangan perobahan momentum, aksi gaya sepanjang cascade adalah : F = s. ρ. Va × perobahan komponen kecepatan sepanjang cascade F = s. ρ. Va2 (tan α1 – tan α2) …(Lit.2, hal 276) Koefisien CL dan CDP didasarekan pada vektor kecepatan rata-rata (Vm) dibagi dengan segitiga kecepatan, maka : Vm = Va. sec αm Dimana : αm adalah, 1 tan αm = [ (Va tan α1 – Va tan α2) + Va tan α2]/ Va 2 = 1 (tan α1 + tan α2) 2 …(Lit.2, hal 276) BAB III ANALISA TERMODINAMIKA 3.1 Spesifikasi Teknis Perancangan Dengan mempertimbangkan kelebihan dan kekurangan setiap jenis turbin serta pertimbangan pada daya dan putaran yang akan dihasilkan, maka dalam perancangan ini dipilih jenis turbin aksial reaksi. Adapun spesifikasi teknis dalam perancangan ini adalah mengacu pada hasil data survey : Daya Maksimum = 132 MW Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bahan bakar = Gas Alam Cair (LNG) Fluida kerja siklus = Udara /Gas Pressure Ratio (pr) = 10,04 Temperatur Inlet Turbin = 1004 ºC Putaran Turbin = 3000 rpm Tipe Turbin = Turbin Axial Tipe Kompresor = Kompresor Axial Tekanan Barometer = 1,013 bar Menurut pesamaan umum gas ideal m = p.v , dimana bila temperatur gas R.T rendah, maka massa aliran gas akan naik dan sebaliknya. Hal ini berarti bila temperatur atmosfir turun maka daya efektif sistem akan naik dan sebaliknya. Temperatur udara yang dihisap kompresor mempunyai pengaruh yang besar terhadap daya efektif yang dapat dihasilkan pembangkit, sebab laju aliran massa udara yang dihisap oleh kompresor akan berubah sesuai dengan persamaan umum gas ideal. 3.2 Kompresor 3.2.1 Jenis-jenis Kompresor 3.2.1.i Dynamic compressor Pada jenis kompresor ini pemampatan udara terjadi secara kontinyu. Jenis kompresor ini antara lain : a. Centrifugal flow compressor b. Axial flow compressor c. Mixed flow compressor Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 3.2.1.ii Positve Displacement Compressor Untuk jenis kompresor ini proses pemampatan udara terjadi secara periodik, fluida dikompresikan dengan mengurangi volume jenis. Kompresor ini terdiri dari : a. Reciprocating compressor b. Rotary compressor c. Membrane compressor. Dalam pemilihan jenis kompresor yang sesuai pada sistem turbin gas, dibutuhkan kompresor yang memiliki efisiensi tinggi, berkapasitas besar serta memiliki kemampuan menghasilkan mass flow rate udara yang besar. berdasarkan hal tersebut, kompresor tipe aksial sangat cocok digunakan dalam sistem turbin gas yang akan direncanakan. Disamping hal tersebut, kompresor tipe axial memiliki susunan tingkat sudu yang lebih banyak dibanding tipe lainnya dengan tujuan untuk dapat menghasilkan perbandingan tekanan yang tinggi. susunan tingkat sudu yang lebih banyak dibanding tipe lainnya dengan tujuan untuk dapat menghasilkan perbandingan tekanan yang tinggi. 3.2.2 Analisa Termodinamika Kompresor Pada analisa perhitungan termodinamika dimaksudkan untuk menentukan kondisi udara masuk dan keluar kompresor serta besarnya daya yang digunakan untuk menggerakkan kompresor. 3.2.2.i Kondisi Udara Masuk Kompresor (kondisi 1) Ta = Temperatur Lingkungan Pa = Tekanan Barometer yaitu 1,013 bar Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 γ = Konstanta Adiabatik yaitu 1,4 (untuk udara) dimana : Ta = 30 ºC + 273,16 = 303,16 K Gambar 3.1. Kondisi stagnasi pada kompresor Pada gambar diatas diperlihatkan proses kompresi pada kompresor a. Kondisi Stagnasi P01 = Pa - Pf Pf = Penurunan tekanan pada filter udara dimana : = 0,02 bar maka : P01 = Pa - Pf P01 = 1,013 – 0,02 = 0,993 bar Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 T01 = Ta Pa P01 ( γ −1)η pf γ dimana : ηpf = efisiensi politropik filter udara = 0,9 untuk udara (Lit. 2, hal 57) Cpa λ = 1,005 kJ /kg K, γ = 1,4 (untuk udara), atau = 3,5 γ −1 Pa P01 = T01 = dan, 1,013 = 1,020 bar 0,993 sehingga : 303,16 1,020 T01 (1, 4 −1).0 , 9 1, 4 = 301,65 K atau ≈ 28,49 ºC b. Kondisi Statik 2 T1 Ca = T012.C pa dimana : Ca = Kerapatan axial udara antara 150 s/d 200 (m/s) Cpa = panas udara masuk kompresor (1,005 kJ /kg K.udara) sehingga : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 T1 150 2 2 × (1,005 × 10 3 ) = 301,65 - ≈ 17,29 ºC = 290,455 K atau P1 = P01 T1 T01 ( γ −1) γ 290,455 = 0,993 301,65 3, 5 = 0,869 bar 3.2.2.ii Kondisi Udara Keluar Kompresor (Kondisi 2) a. Kondisi Stagnasi P02 = rp × P01 = 10,04 × 0,993 = 10,01 bar dimana : ηpk = Efisiensi politropik = 0,9 maka : γ −1 T02 = T01 (rp )γ .η pk = 301,65 × 10,04 T02 = 626,70 K atau (1, 4 −1) (1, 4×0 , 9 ) ≈ 353,53 ºC b. Kondisi Statik Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 2 Ca 2.C pa T2 = T02 - T2 = 626,70 - 150 2 2 × 1,005 × 10 3 atau ≈ 342,16 ºC = 615,32 K P2 T = P02 - 2 T02 γ γ −1 1, 4 615,32 1, 4−1 = 10,01 - 626,52 = 9,072 bar Kerja yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor per_unit mass flow (Wtc) adalah : Wtc = Cpa (T02 − Ta ) ηm dimana : ηm = Efisiensi mekanik = 0,9 (Lit.2 hal 50) Temperatur ekivalen untuk kerja kompresor ΔT02 atau T02 – Ta adalah : T02 – Ta Ta P02 = η k Pa ( γ −1) γ − 1 (1, 4 −1) 303,16 10,01 1, 4 = − 1 0,85 1,013 = 320,665 K maka : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Wtc = 1,005 × 320,665 0,99 = 325,524 kJ /kg 3.3 Ruang Bakar Ruang bakar merupakan tempat proses pembakaran yaitu proses pemasukan kalor yang diharapkan berlangsung pada tekanan konstan serta dapat menghasilkan gas hasil pembakaran dengan temperatur tinggi. Proses pembakaran terjadi secara kontinyu sehingga temperatur gas pembakaran harus dibatasi sesuai dengan kekuatan material yang digunakan, terutama material sudu turbin. Hal tersebut perlu dilaksanakan mengingat kekuatan material akan turun dengan naiknya termperatur (lelah thermal pada material) Tipe ruang bakar yang digunakan dalam perancangan ini adalah tipe ruang bakar Tubular Chamber yang tediri dari suatu silinder linier yang terpasang konsentris di dalam casing. Turbin ini memiliki dua buah ruang bakar dan masing–masing ruang bakar tersebut dilengkapi 8 buah burner (pembakar) yang memiliki lobang injeksi bahan bakar dan Diagonal swirler untuk menghasilkan campuran udara dan bahan bakar yang optimal. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 3.2. Susunan ruang bakar unit turbin gas Keterangan gambar : A. Ruang saluran udara (Annular space for combustion air supply) B. Saluran gas hasil pembakaran (hot gas duct) 1. Selubung tekanan (pressure shell) 2. Kombinasi pembakar (Burner combination) 3. Lokasi untuk inspeksi (Platform include railing) 4. Tabung api (Flame tube) 5. Selubung turbin (Turbin casing) 6. Pipa–pipa buang (Blow-off pipes) 7. Rotor 8. Lobang masuk orang (Man hole) Sedangkan gambar untuk penampang potongan kombinasi pembakar (Burner combination) yang dipasang disekeliling ruang bakar dengan jumlah seluruhnya 16 buah (masing–masing ruang bakar 8 buah), sebagai berikut Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 3.3. Section burner combination Keterangan gambar : 1. Saluran masuk bahan bakar minyak (fuel oil inlet) 2. Saluran masuk udara pendingin (cooling air inlet) 3. Fuel oil burner 4. Busi (spark plug) 5. Ignition gas inlet 6. Dudukan pembakar (burner support) 7. Sumber nyala (igniter) 8. Saluran udara masuk (air inlet) 9. Fuel gas burner 10. Pengaduk diagonal (diagonal swirl) 11. Sekat udara dengan pengaduk axial (air buffle with axial swirler) 12. Daerah pembakaran (combustion zone) Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 13. Pengaduk axial (axial swirler) 14. Saluran–saluran keluar gas (gas outlet ducts) 15. Saluran masuk bahan bakar gas (fuel gas inlet) 16. Saluran keluar bahan bakar minyak (fuel oil outlet) atau return 3.3.1 Analisa Bahan Bakar dan Reaksi Pembakaran Dalam perhitungan analisa ini dimaksudkan untuk menentukan jumlah perbandingan udara, bahan bakar dan temperatur gas yang dihasilkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas alam cair (Liquid Natural Gas) dengan komposisi sebagai berikut : Tabel 3.1. Komposisi bahan bakar turbin gas Komposisi Gas Alam Metana Etana Propana Butana Pentana Xenana CO2 (N2 + H2S) (CH4) (C2H6) (C3H8) (C4H10) (C5H12) (C6H14) Total % Volume 74,44 5,66 2,42 1,22 0,47 0,52 14,90 0,39 100,00 Sumber : Operation Manual, Vol 12. Fuel Gas System JCC. Corporation Pertamina Arun LNG Low Heating Value (LHV) bahan bakar untuk tiap kilogram bahan bakar adalah = 47.320 kJ /kg. Untuk proses pembakaran gas–gas dengan 100 % udara teoritis adalah sebagai berikut : a. Metana (CH4) : CH4 + O2 → CO2 + 2 H2O 1 lb CH4 + 2 mol O2 → 1 mol CO2 + 2 mol H2O Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 16 lb CH4 + 64 lb O2 → 44 lb CO2 + 36 lb H2O 1 lb CH4 + 4 lb O2 → 2,75 lb CO2 + 2,25 lb H2O jadi : 1 lb CH4 membutuhkan 4 lb O2, karena O2 = 23 % 1 lb CH4 membutuhkan (100/23) × 4 lb udara, atau 1 lb CH4 membutuhkan 17,39 lb udara b. Ethana (C2H6) : C2H6 + 7O2 → 4 CO2 + 6 H2O 60 lb C2H6 + 224 lb O2 → 176 lb CO2 + 108 lb H2O jadi : 1 lb C2H6 membutuhkan (224/60) lb O2, maka : 1 lb C2H6 membutuhkan (100/23) × 108 lb udara, atau 1 lb C2H6 membutuhkan 16,23 lb udara c. Propana (C3H8) : C3H8 + 5O2 → 3 CO2 + 4 H2O 44 lb C3H8 + 160 lb O2 → 132 lb CO2 + 72 lb H2O 1 lb C3H8 + 3,64 lb O2 → 3 lb CO2 + 1,64 lb H2O jadi : 1 lb C3H8 membutuhkan 3,64 lb O2, maka : 1 lb C3H8 membutuhkan (100/23) × 3,64 lb udara 1 lb C3H8 membutuhkan 15,82 lb udara d. Butana (C4H10) C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 116 lb C4H10 + 416 lb O2 → 264 lb CO2 + 144 lb H2O 1 lb C4H10 + 3,59 lb O2 → 2,28 lb CO2 + 1,24 lb H2O jadi : 1 lb C4H10 membutuhkan (100/23) × 3,59 lb O2 udara 1 lb C4H10 membutuhkan 15,60 lb udara e. Pentana (C5H12) : C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O 72 lb C5H12 + 256 lb O2 → 220 lb CO2 + 108 lb H2O 1 lb C5H12 + 3,59 lb O2 → 3.06 lb CO2 + 1,5 lb H2O jadi : 1 lb C5H12 membutuhkan 3,56 lb udara, maka : 1 lb C5H12 membutuhkan (100/23) × 3,56 lb O2 udara 1 lb C5H12 membutuhkan 15,47 lb udara f. Hexana (C6H14) C6H14 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O 172 lb C6H14 + 608 lb O2 → 528 lb CO2 + 252 lb H2O 1 lb C6H14 + 3,54 lb O2 → 3.07 lb CO2 + 1,47 lb H2O jadi : 1 lb C6H14 membutuhkan 3,54 lb udara, maka : 1 lb C6H14 membutuhkan (100/23) × 3,54 lb O2 udara 1 lb C6H14 membutuhkan 15,37 lb udara. Berdasarkan reaksi dari persamaan diatas maka untuk 1 lb gas alam akan membutuhkan sebanyak, Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Metana Etana Propana Butana Pentana Hexana CO2 (N2 + H2S) 74,44 % 5,66 % 2,42 % 1,22 % 0,47 % 0,52 % 14,90 % 0,37 % × × × × × × × × 17,39 16,23 15,81 15,60 15,46 15,37 - 1 lb (100%) Gas alam membutuhkan = 12,95 = 0,92 = 0,38 = 0,19 = 0,07 = 0,08 = = = 14,59 lb Udara Maka diperoleh perbandingan massa bahan bakar dan udara (mf /ma) adalah 1 : 14,59 atau mf /ma = 0,0685. Untuk pembakaran dengan menggunakan 400 % udara teoritis mf ma = 1 : (4 × 14,59) = 0,0172 = fteoritis sehingga : faktual = f teoritis η rb dimana efisiensi ruang bakar ditentukan 98 %. Menurut (lit 2 hal 246), besarnya kisaran efisiensi ini diambil adalah untuk ketepatan dalam pengukuran temperatur dan kecepatan laju gas. Dalam kerja turbin biasanya pengukuran temperatur tersebut diukur dengan thermocouples. maka : faktual = 0,0172 = 0,01755 0,98 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Menurut (lit.3 hal 55) untuk membatasi temperatur gas pembakaran keluar dari ruang bakar, maka turbin gas memerlukan jumlah udara berkelebihan. Perbandingan berat bahan bakar–udara dapat berkisar antara f = 1 50 s/d 1 200 3.4 Turbin Dalam perencanaannya, direncanakan suatu sistem turbin gas dengan kapasitas besar. Maka dalam perencanaan ini dipilih turbin jenis axial mengingat turbin tipe ini memiliki keuntungan yang lebih baik dibanding tipe lain. Disamping konstruksinya yang ringan, turbin ini tidak membutuhkan ruangan yang besar. Turbin tipe axial juga mempunyai efisiensi yang baik serta cocok untuk pemakaian multi stage. 3.4.1 Analisa Termodinamika Turbin Untuk melengkapi data dalam perhitungan, maka diberikan beberapa data lainnya yaitu : a. Derajat reaksi (Λ) dipilih 50% artinya pada masing–masing sudu, rotor dan stator terjadi penurunan entalpi (enthalpy drop) yang sama besar b. Kecepatan keliling sudu keliling (U) = 350 m/s c. Efisiensi mekanis turbin (ηT) = 0,95 d. Efisiensi politropik (ηpt) = 0,9. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 3.4 Turbin dengan exhaust difuser Pada perhitungan termodinamika untuk turbin gas ini dimaksudkan untuk dapat menentukan kondisi gas masuk dan keluar sudu turbin. Didalam unit turbin terjadi proses perubahan energi kinetis dari gas hasil pembakaran menjadi energi mekanis. Dengan cara mengekspansikan gas tersebut pada sudu–sudu turbin kemudian dibuang ke atmosfir melalui diffuser dan ke cerobong (stack) atau dapat dimanfaatkan lagi ke sistem berikutnya. 3.4.1.i Kondisi gas masuk turbin (kondisi 3) a. Kondisi Stagnasi P03 = P02 (1 – PLrb) PLrb = Pressure Loss di ruang bakar Dimana : = 0,02 maka : P03 = 10,01 (1 – 0,02) = 9,80 bar T03 = 1004 ºC atau ≈ 1277,16 K Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 b. Kondisi Statis 2 Ca 2.C pg T3 = T03 - Ca = Kecepatan aksial udara = 150 m /s Cpg = Panas spesifik gas = 1,148 kJ /kg K γg = 1,33 atau Dimana : γ γ −1 = 4,0 ...(Lit.2 hal 57) Maka diperoleh temperatur pada kondisi statis yaitu : T3 = 1277,16 - 150 2 2 × 1,148 × 10 3 = 1267,36 K atau ≈ 994,20 ºC γ P3 = P03 T3 γ −1 T03 1267,36 = 9,80 1277,16 4, 0 = 9,502 bar 3.4.1.ii Kondisi gas keluar turbin (kondisi 4) a. Kondisi Stagnasi Menurut (Lit.3, hal 37), untuk pressure ratio at ambient (perbandingan tekanan ambient) dengan tekanan gas keluar turbin siklus terbuka yang baik berkisar antara 1,1 s/d 1,2. Maka untuk perencanaan ini dipakai 1,2 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Maka : P04 = 1,2 × Pa = 1,2 × 1,013 = 1,2156 bar sehingga pressure ratio at exit (ER) adalah : ER = P03 P04 = 9,80 1,2156 = 8,061 bar T04 T03 = ( γ −1).η pt ER γ Dimana : ηpt = Efisiensi politropik = 0,9 T04 = sehingga : 1277,16 8,061 = (1, 33−1).0 , 9 1, 33 1277,16 1,59 = 803,24 K atau ≈ 530,08 ºC b. Kondisi Statis 2 T4 C = T04 - a 2C pg 150 2 = 803,24 2 × 1,148 × 10 3 = 793,44 K atau ≈ 520,28 ºC Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 P4 = P04 T4 T04 γ γ −1 1, 33 793,44 1,33−1 = 1,2156 803, ,24 = 1,156 bar Sedangkan temperatur ekivalen dari total kerja turbin ΔT034 atau T03 – T04 adalah : ΔT034 = ηt . T03 (γ −1) γ 1 1 − P 03 P 04 1 = 0,95 × 1277,16 1 − 8,061 1, 33−1 1, 33 = 491,386 K c. Kerja total turbin per unit mass flow (Wt) adalah : Wt = Cpg (T034) = 1,148 × 491,386 = 564,111 kJ /kg d. Kerja spesifik output (Wt – Wtc) adalah : Wt – Wtc = (564,111 – 325,524) kJ /kg = 238,587 kJ /kg Dengan diperolehnya perbandingan massa bahan bakar–udara mf/ ma = 0,0172 sehingga, fakt = 0,0172 0,98 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 maka : a. Konsumsi spesifik ruang bakar (SFC) adalah : SFC = f Wt − Wtc = 3600 × 0,01755 238,587 = 0,264 kg /Kwh b. Efisiensi thermal siklus adalah : ηth = 3600 ( SFC ).( LHV ) = 3600 = 0,288 (0,264).(47.320) = 28,8 % Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 3.5 Generator Pada perencanaan ini, direncanakan generator listrik dengan kapasitas daya output sebesar 132 MW. karena daya yang diperlukan oleh generator adalah daya semu (NB) maka besarnya daya semu tersebut adalah : Normal faktor daya (cos φ) = 0,8 s/d 0,9 NB = Daya generator cos ϕ = 132000 0,9 = 146667 KW Efisiensi generatornya (ηg) adalah 98 % Dengan demikian daya efektif turbin (NE) adalah : NE = NB ηg = 146667 0,98 = 149659,86 KW Gas Buang Udara Ruang Bakar Tenaga Listrik 132 MW Poros Kopel Kompresor Turbin Generator NB = 146667 KW NE = 149659,86 KW Gambar 3.5 Skema alur daya pada instalasi turbin gas Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 3.6 Laju Aliran Massa Udara Laju aliran massa udara dan bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan prinsip kesetimbangan energi pada turbin yaitu : Daya Netto atau : dimana : Ne Nt = Daya Turbin – Daya Kompresor = Nt – Nk = ma . (1 + f) . Wt = ma . (1 + 0,01755) . 550,18 = ma 559,83 Nk = ma . (Wtc) = ma 311,35 sehingga : Ne = 559,83 ma – 311,35 ma = 248,49 ma Dengan demikian diperoleh : A. Laju aliran massa udara kompresor (ma) yaitu : ma = 149659,86 248,49 = 602,277 kg /s B. Pemakaian bahan bakar (mf) adalah : mf = ma . f = 602,277 × 0,01755 = 10,56 kg /s. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Dalam perhitungan laju massa udara sangat perlu diperhatikan pendinginan komponen–komponen pada sistem turbin gas, dimana untuk mendinginkan komponen tersebut digunakan udara dari kompresor. Dari (Lit. 2, hal. 322) diperoleh data sebagai berikut : Annulus walls = 0,016 Nozzle blades = 0,025 Rotor blades = 0,019 Rotor disc = 0,005 = 0,065 distribusi khusus pendinginan udara dibutuhkan untuk tingkat turbin yang didisain beroperasi pada 1500 K. Nilai tersebut dituliskan pada data di atas sebagai fraksi dari laju massa gas masuk. C. Laju massa udara yang harus disuplai oleh kompresor adalah : mac = ma + (ma × 0,065) = 602,277 + (602,277 × 0,065) = 641,425 kg /s D. Daya yang digunakan untuk menggerakkan kompresor adalah : Nk = mac × (T02 – T01) = 641,425 (626,52 – 301,65) = 208379,73 KW E. Daya yang harus dibangkitkan oleh turbin adalah : Nt = (1 + f) . mac . (T03 – T04) = (1 + 0,01755) × 641,425 × (1277,16 – 803,24) = 309319,05 KW Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 F. Presentase daya yang digunakan untuk menggerakkan kompresor adalah : ηNK = Nk × 100 % Nt = 208379,73 × 100% 309319,05 = 67,3 %. Dari data-data yang diperoleh di atas dapat disimpulkan bahwa pada instalasi turbin gas, daya yang dihasilkan oleh turbin harus dibagi yaitu sebahagian untuk menggerakkan kompresor udara dan sebahagiannya lagi untuk menggerakkan generator listrik. Perbandingan daya tersebut kurang lebih 3 : 2 : 1 (Lit. 12 halaman 154). Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 BAB IV PERANCANGAN BAGIAN–BAGIAN UTAMA 4.1. Unit Kompresor Adapun perencanaan perancangan bagian–bagian utama dalam unit kompresor yang akan dibahas meliputi : 1. Jumlah Tingkat Kompresor 2. Sudu Kompresor 3. Poros Utama/ Tie Rod 4. Disk Kompresor. 4.1.1. Jumlah Tingkat Kompresor Menurut (Lit.2 hal. 182) bahwa kenaikan temperatur seluruh tingkat adalah selisih antara temperatur udara keluar dengan temperatur udara masuk kompresor. Sedangkan banyaknya jumlah tingkat kompresor dinyatakan sebagai perbandingan antara kenaikan temperatur seluruh tingkat dengan kenaikan temperatur setiap tingkatnya. Dari diagram h–s dapat dilihat kenaikan temperatur untuk seluruh tingkat kompresor yaitu : ΔTα = T02 – T01 Sedangkan kenaikan temperatur untuk setiap tingkatnya menurut (Lit.2 hal 166) yaitu : ∆Tos = λ.U .C a (tan β1 − tan β 2 ) Cp Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Dimana : λ = Faktor kerja setiap tingkat, besarnya antara 0,80 s /d 0,98 = 0,80 (dipakai) U = Kecepatan keliling sudut rata–rata (m/s) β1 = Sudut kecepatan masuk axial β2 = Sudut kecepatan keluar axial Kerapatan udara pada titik 1 dan 2 dari diagram h–s adalah : P01 Rair .T01 ρ1 = Rair = 0,287 kJ /kg K ρ1 = Dimana : 0,993 × 10 2 0,287 × 301,65 = 1,147 kg /m3 dan, ρ2 = 0,996 × 10 2 0,287 × 626,52 = 5,544 kg /m3 maka jari–jari puncak kompresor adalah : mac r π .ρ1 .C a 1 − r rt rt2 = rr rt = Perbandingan dasar dan puncak sudu 2 Dimana : = 0,4 s /d 0,6 ........(Lit.2, hal 180) Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 rt2 = rt2 = 595,727 r π × 1,147 × 150 1 − r rt 2 1,1027 r 1 − r rt 2 Kecepatan relativ sudu (Ut) direlasikan pada rt oleh persamaan Ut = 2π.rt.N dan karena itu nilai untuk Ut = 350 m/s sehingga diperoleh besarnya putaran poros rotor adalah : N = Ut 2π .rt = 350 2π ⋅ rt Kisaran nilai rt dan N terlihat pada tabel dibawah ini. Perhitungan harga rt dan N dilakukan dengan memasukkan harga–harga (rr /rt) yaitu : Tabel 4.1. Perbandingan dasar dan puncak sudu rr /rt rt (m ) ( s) 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 1,145 1,181 1,212 1,257 1,312 48,67 47,19 45,98 44,33 42,47 N rev Berdasarkan data yang telah diperoleh diatas, nilai yang mendekati putaran poros 3000 rpm = 50 rev /s adalah pada data rr = 0,40. Untuk itu dapat diperoleh jari– rt jari tengah sudu rata–rata (rm) yaitu : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 rm = rr + rt 2 = 0,458 + 1,145 = 0,801 m 2 Kenaikan temperatur keseluruhan kompresor pada keadaan stagnasi yaitu : ΔTα = T02 – T01 = 626,70 – 301, 665 = 325,05 K Kecepatan keliling sudu rata–rata (U) adalah : U = 2π × rm × N = 2π × 0,801 × 50 = 251,5 m /s Sudut kecepatan masuk axial udara pada tingkat pertama menurut (Lit 2, hal. 183) adalah : tan β1 = 251,5 U = 150 Ca = 59,17 º Kecepatan relativ udara masuk (V1) adalah : V1 = Ca 150 = cos 59,17° cos β1 = 292,96 m /s Agar estimasi kemungkinan defleksi maksimum dalam rotor diaplikasikan kriteria de Haller, V2 /V1 ≤ 0,72 atas dasar nilai minimum yang diperbolehkan. Untuk itu, V2 = V1 × 0,72 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 V2 = 292,96 × 0,72 = 210,93 m /s Sudut kecepatan axial keluar adalah : cos β2 = Ca 150 = = 44,69 º 210,93 V2 Untuk itu kenaikan temperatur setiap tingkatnya adalah : ΔTos = = λ.U .C a .(tan β1 − tan β 2 ) Cp 0,8 × 251,5 × 150(tan 59,17° − tan 44,68°) 1,005 × 10 3 = 20,63 K atau ≈ 21 K Kenaikan temperatur 21 K untuk setiap tingkatnya secara tidak langsung menyatakan T02 T01 = 325,05 = 15,75 20,63 Sepertinya dari data diatas kompresor akan membutuhkan 15 atau 16 tingkat dan dalam beberapa pengaruh dari faktor kerja (work_down factor), pada perancangan ini dipilih 16 tingkat. Dengan 16 tingkat dan kenaikan temperatur keseluruhan sebesar 325,05 K, ratarata kenaikan temperatur adalah 20,31 K per tingkat kompresor. Hal tersebut adalah normal dirancang untuk mengurangi kenaikan temperatur diawal dan diakhir tingkat. Sedangkan perbedaan tekanan untuk setiap tingkatnya adalah : Δp = (rp ) 1 n = (10,04)1/16 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 =1,1550 Bar Volume spesifik tiap tingkat (v) adalah : = 1 v ρ = 1 1,147 = 0,872 m3 /kg Untuk selanjutnya dihitung besarnya tekanan dan temperatur setiap tingkat sebagai berikut : Tingkat I : Tingkat II : Masuk Kompresor : Keluar Kompresor : P = 1 Bar P = 1,155 × 1 = 1,155 Bar T = 303.16 K T = 303,16 + 20 = 323,16 K Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada tabel 4.2 sebagai berikut : Tabel 4.2 Kondisi udara tiap tingkat kompresor Tingkat Udara Masuk Udara Keluar v ρ P (Bar) T (K) P (Bar) T (K) (m³/kg) (kg/m³) I 1.000 303.16 1.155 323.16 0.872 1.147 II III IV V VI 1.155 1.334 1.541 1.780 2.055 323.16 345.16 367.16 389.16 411.16 1.334 1.541 1.780 2.055 2.374 345.16 367.16 389.16 411.16 433.16 0.743 0.684 0.628 0.574 0.524 1.347 1.462 1.593 1.742 1.910 VII VIII 2.374 2.742 433.16 455.16 2.742 3.167 455.16 477.16 0.476 0.432 2.099 2.313 IX X 3.167 3.658 477.16 499.16 3.658 4.225 499.16 521.16 0.392 0.354 2.553 2.825 XI XII XIII XIV XV XVI 4.225 4.880 5.636 6.510 7.519 8.684 521.16 543.16 565.16 587.16 609.16 631.16 4.880 5.636 6.510 7.519 8.684 10.030 543.16 565.16 587.16 609.16 631.16 653.16 0.319 0.288 0.259 0.233 0.209 0.180 3.130 3.475 3.863 4.301 4.794 5.544 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 4.1.2. Sudu Kompresor Setelah menentukan distribusi sudut udara yang akan dibutuhkan oleh tingkat kerja (work stage), kini saatnya dibutuhkan penjabaran kedalam distribusi sudut sudu, dimana berasal dari ketelitian mengukur susunan sudu yang akan ditentukan. Dalam perencanaannya akan dihitung dimensi utama sudu kompresor serta faktor–faktor yang mempengaruhinya. 1. Perhitungan Annulus Kompresor Massa aliran dalam annulus adalah tetap konstan. Luas annulus pada sisi masuk kompresor atau tingkat I (AI) adalah : AI = m ρ .C a Dimana : m = Mac = massa aliran udara = 595,7 kg /s sehingga : AI = m ρ1 .C a = 595,7 = 3,46 m2 1,147 × 150 dan luas annulus sisi keluar kompresor atau tingkat 16 (A16) adalah : A16 = m ρ 2 .C a = 595,7 = 0,71 m2 5,554 × 150 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Mengacu pada data dari tabel 4.1 diperoleh hubungan puncak dan dasar sudu rr = 0,40 dengan r = 1,145 m, maka : t r t rr rt = 0,40 maka diperoleh radius dasar sudu yaitu : rr = 1,145 × 0,40 = 0,458 m Jari-jari rata-rata annulus (rm) adalah : rm = rr + rt 2 = 0,458 + 1,145 2 = 0,801 m 2. Tinggi sudu gerak kompresor tingkat I (h1) adalah : h1 = A1 2π .rm = 3,46 2π × 0,801 = 0,687 m 3. Jari–jari puncak (rt) dan dasar (rr) sudu gerak tingkat I : rt = rm + h1 2 = 0,801 + 0,687 2 = 0,275 m Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 rr = rm - h1 2 = 0,801 - 0,687 2 = 0,457 m 4. Tinggi sudu gerak kompresor tingkat 16 (h16) adalah : h16 = A16 0,71 = 2π × 0,801 2π .rm = 0,141 m 5. Jari–jari puncak (rt) dan dasar (rr) sudu gerak tingkat 16 adalah : rt = rm + h1 = 0,801 + 0,141 2 2 = 0,871 m rr = rm - h1 = 0,801 - 0,141 2 2 = 0,730 m 6. Perancangan sudu (Blade Design) Sudu kompresor terdiri dari dua bagian yaitu : a) Sudu Gerak (moving blade) b) Sudu Tetap (guide Blade) Agar loses pada sudu gerak adalah sama dengan loses pada sudu tetap maka direncanakan derajat reaksinya sebesar 50%. Hal tersebut dimaksudkan agar bentuk konstruksi sudunya akan sama pada tingkat yang sama. Dari data yang telah diperoleh sebelumnya yaitu : α1 = β1 = 59,17º Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 α2 = β2 = 44,68º sehingga air deflektion (ε) diperoleh : ε = α1 - α2 = 59,17º - 44,68º = 14,49º Dari (Lit. 2, grafik 5.26 hal. 204) kurva desain defleksi yaitu untuk β2 = 44,68º dan ε = 14,49º diperoleh s c = 0,99. (s = pitch dan c = chord) Gambar 4.1 Grafik hubungan s/c 7. Direncanakan Aspect Ratio, h/c = 3. Maka selanjutnya jarak pitch dan Chord untuk setiap tingkat sudu dapat diperoleh yaitu : c = h 3 Dari persamaan diatas dapat dicari untuk tingkat 1 dan 16 yaitu : h1 0,687 = = 0,229 m 3 3 c1 = s1 = 0,99 . c1 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = 0,99 × 0,229 = 0,226 m dan, h16 0,141 = = 0,047 m 3 3 c16 = s16 = 0,99 × c16 = 0,99 × 0,047 = 0,0465 m 8. Tebal sudu (t) Pada perencanaan ini, direncanakan tebal sudu maksimum adalah 10 % chord. Jadi tebal sudu gerak tingkat 1 dan 16 dari kompresor adalah : t1 = 10 % . c1 = 0,10 × 0,229 = 0,0229 m t16 = 10 % . c2 = 0,10 × 0,047 = 0,0047 m 9. Berat sudu (Ws) Pada perencanaan ini, material yang digunakan untuk sudu kompresor adalah Titanium Alloys Ti–35A dengan berat jenis material sudu (γ) 0,163 lb/cu in atau 4511,84 kg/m3 dan kekuatan tarik material adalah 145 × 103 psi, atau 101,935 kg/mm (Lit. 4 hal. 194). Ws = Vs × γ Keterangan : dimana, Ws = Berat sudu (kg) Vs = Volume sudu (m3) γ = Berat jenis material sudu (kgf/m3) Vs =h.c.t γ = 4511,84 kgf /m3 maka perhitungan volume sudu tingkat 1 dan 16 adalah : Vs1 = h1 . c1 . t1 = 0,687 × 0,229 × 0,0229 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = 3,602 × 10-3 m3 Vs16 = h16 . c16 . t16 = 0,141 × 0,047 × 0,0047 = 3,114 × 10-5 m3 dengan diperolehnya perhitungan tebal sudu, maka perhitungan untuk berat sudu adalah : Ws1 = Vs1 × γ = 3,602 × 10-3 × 4511,84 = 16,25 kg Ws16 = Vs16 × γ = 3,114 × 10-5 × 4511,84 = 0,14 kg Berdasarkan hasil data perhitungan dan data dari hasil survey, maka ukuran–ukuran utama kompresor adalah sebagai berikut : Tabel 4.3 Ukuran–ukuran utama kompresor Tingkat I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV XV XVI Jumlah Annulus Volume Berat Tinggi Tebal Pitch Chord Z A (m²) V (m³) W (kg) h (cm) t (cm) S (cm) c (cm) 29 3.462 0.003623 16.35 0.69 0.0229 0.227 0.229 33 2.948 0.002237 10.09 0.59 0.0195 0.193 0.195 37 2.716 0.001749 7.89 0.54 0.0180 0.178 0.180 41 2.492 0.001352 6.10 0.50 0.0165 0.164 0.165 43 2.280 0.001035 4.67 0.45 0.0151 0.150 0.151 43 2.080 0.000785 3.54 0.41 0.0138 0.136 0.138 43 1.892 0.000591 2.67 0.38 0.0125 0.124 0.125 53 1.717 0.000442 1.99 0.34 0.0114 0.113 0.114 53 1.555 0.000328 1.48 0.31 0.0103 0.102 0.103 53 1.406 0.000243 1.09 0.28 0.0093 0.092 0.093 65 1.269 0.000178 0.80 0.25 0.0084 0.083 0.084 65 1.143 0.000130 0.59 0.23 0.0076 0.075 0.076 65 1.028 0.000095 0.43 0.20 0.0068 0.067 0.068 79 79 0.923 0.828 0.000069 0.000050 0.31 0.22 0.18 0.16 0.0061 0.0055 0.061 0.054 0.061 0.055 79 0.716 0.000032 0.14 0.14 0.0047 0.047 0.047 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 10. Perhitungan performa tingkat kompresor Gambar 4.2 Profil sudu aerofoil Gaya axial per unit panjang pada tiap sudu adalah Δp dan dari pertimbangan momentum, aksi gaya sepanjang cascade per unit panjang adalah : F = s . ρ . Va2 × perobahan komponen kecepatan sepanjang cascade F = s . ρ . Va2 × (tan α1 – tanα2) ...(Lit.2 hal 209) Dimana : Va = Ca = kecepatan axial = 150 m/s ρ = 1,147 kg/m3 α1 = 59,17º α2 = 44,68º S = Blade pitch = Δp . s = 1,155 × 0,226 = 0,26 untuk itu, F = 0,26 × 1,147 × 1502 (tan 59,17º – tan 44,68º) = 4609,73 kg atau = 4610 kg Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Koefisien CL dan CDp didasarkan pada vektor kecepatan rata–rata (Vm) dibagi oleh segitiga kecepatan. Maka, Vm = Va . sec αm dimana αm adalah : tan αm = = 1 (tan α1 – tanα2) 2 1 (tan 59,17º – tan 44,68º) 2 =1,33221 αm = 53,12º Vm = Va . sec αm untuk itu, = 150 . sec 53,12º = 119,98 m/s Jika D dan L adalah gaya angkat (tarikan) dan gaya dorong sudu, dan tegak lurus terhadap arah vektor kecepatan rata–rata maka : 1 ρ .Vm2 .c .CDp 2 D = D = F .sin αm – s .Δp .cos αm ...(Lit.2, hal. 209) atau, = 4610 .sin 53,12º – 0,26 cos 53,12º = 3687,34 kg sehingga, Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 CDp = = D 1 2 × ρ × c × Vm 2 3687,34 0,5 × 1,147 × 0,26 × 119,98 2 = 1,717 Merubah ketegaklurusan terhadap vektor rata–rata 1 ρ .Vm2 .c .CL 2 L = L = F .cos αm + s .Δp .sin αm atau, = 4610 .cos 53,12º + 0,26 .sin 53,12º = 2766,85 kg Sehingga diperoleh koefisien gaya dorong (lift forces coefficient), CL yaitu : CL = CL = L 1 2 × ρ × c × Vm 2 2766,85 1 × 1,147 × 0,26 × 119,98 2 2 = 1,28 4.1.3 Poros Utama (Tie Rod) Fungsi dari poros utama (tie rod) adalah sebagai pengikat disk kompresor, poros penghubung dan disk turbin menjadi satu. Bahan poros direncanakan adalah Stainless Steels AISI 440 C Hardened and Tempered condition, (Lit. 4 hal. 85) dengan kekuatan tarik σB = 285 kpsi = 200,355 kg /mm2. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Untuk pemakaian umum pada poros menurut (Lit.5,hal. 8) bahwa tegangan geser yang diizinkan τa (kg /mm2) untuk bahan poros dapat dihitung dengan rumus : τa = σB Sf1 × Sf 2 dimana : Sf1 = Safety factor untuk batas kelelahan puntir sebesar 18 % dari kekuatan tarik σB, maka diambil sebesar 1/0,18 =5,6 Sf2 = Safety factor karna pengaruh konsentrasi tegangan yang cukup besar serta pengaruh kekasaran permukaan dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0 (2,50 diambil) Maka tegangan geser yang diizinkan adalah : τa = 200,335 5,6 × 2,50 = 14,309 kg /mm2 Momen torsi yang terjadi pada poros adalah : dimana : Nt N Mp = 9,74 × 105 × Nt = Daya yang harus dibangkitkan oleh turbin = 287281,777 KW N = Putaran poros = 3000 rpm Untuk itu, Mp = 9,74 × 105 × 287281,777 3000 = 93270816,93 Kg /mm2 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Maka dapat dihitung diameter poros menurut (Lit. 5 hal. 8) yaitu : atau, dS 5,1 = ⋅ Kt ⋅ Cb ⋅ T τ a dS = 3 1 3 5,1 × 1,0 × 1,2 × 93270816,93 14,309 = 341,68 ≈ 355 mm (diambil sesuai dengan tabel) 4.1.4. Disk Kompresor Disk kompresor merupakan piringan tempat menanam cakar sudu. Diameter disk merupakan diameter dasar sudu pada tiap–tiap tingkat dengan ketebalan disk dibuat sama dengan jumlah tingkat kompresor. Disamping fungsinya sebagai tempat kedudukan sudu–sudu, disk kompresor juga berfungsi sebagai rotor. Adapun tampilan disk kompresor terlihat pada gambar sebagai berikut : Compressor Turbin : 16 Stage : 4 Stage Ket : A. Front Hollow Shaft B. Central Hollow Shaft C. Rear Hollow Shaft D. Central Tie Bolt E. Disk Gambar 4.3 Penampang konstruksi turbin gas Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 1. Diameter Disk Kompresor Dari gambar diatas untuk disk kompresor dapat dihitung besar diameternya sebagai berikut : DdK = 2 × rr dimana : rr adalah root radius atau jari–jari dasar sudu kompresor Dengan demikian dapat dihitung diameter disk kompresor tingkat 1 dan 16 yaitu: DdK 1 = 2 × rr DdK 1 = 2 × 0,457 = 0,914 m ≈ 91,4 cm dan, DdK 16 = 2 × rr DdK 16 = 2 × 0,730 = 1,46 m ≈ 146 cm 2. Berat Disk Kompresor Berat disk kompresor adalah berat sudu kompresor setiap tingkat dikurang dengan berat total sudu setiap tingkatnya atau ; WdK = Wstn - Wskn Wstn = Berat sudu kompresor tingkat n Wskn = Berat total sudu kompresor tingkat n dimana : Pada gambar 4.3 diatas, untuk sudu tingkat I langsung dijoint dengan front hollow shaft. Dari data survey di lapangan diperoleh berat total front hollow shaft tersebut (Wst 1) = 4273 kg. Sehingga berat untuk disk front hollow shaft adalah : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 WdK = Wst 1 - Wsk 1 = 4273 – 798,66 = 3474,34 kg Hasil dari disk kompresor selengkapnya ditabelkan pada tabel sebagai berikut : Tabel 4.4 Berat dan diameter disk kompresor Compressor Stage Compressor Wheel Dia. Disk (cm) Berat Disk (kg) Tinggi H (cm) I 4273 1584 1388 1311 1401 1124 1135 905 902 1051 719 719 690 599 597 599 91.4 101.6 106.2 110.7 114.9 118.9 122.6 126.1 129.3 132.3 135.0 137.5 139.8 141.8 143.7 146.0 3474.34 1023.00 896.27 889.93 1063.02 867.29 941.93 726.92 769.50 953.48 631.25 654.65 643.20 557.92 566.98 580.04 68.83 II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV XV XVI 58.61 53.99 49.55 45.32 41.34 37.61 34.14 30.92 27.95 25.22 22.72 20.44 18.36 16.47 14.24 4.2. Unit Ruang Bakar (Combustion Chamber) Tipe ruang bakar yang dipakai adalah jenis Tubular chamber. Dalam perhitungan perancangan unit ruang bakar ini akan dibahas : 1. Luas dan diameter casing 2. Tabung api (Liner) ruang bakar 4.2.1. Luas dan Diameter Casing Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Menurut (Lit 2 hal 230), luas penampang casing ruang bakar dapat ditentukan dengan persamaan berikut : Ac m . T R = ac 02 2 P02 .PLF . ∆P0 P02 2 1 2 Dimana : R = Konstanta gas = 287 Nm/kg.K mac = massa udara keluar kompresor = 595,727 kg/s T02 = 626,69 K P02 = 9,969 Bar = 9,969 × 105 N/m2 = 101655,50 kg/m2 PLF = Pressure Loss Factor = 35 ∆P0 P02 = 0,02 maka : 287 595,727. 626,69 × 35 × 0,02 = 2 101655,50 2 Ac 1 2 = 1,470 m2 Besarnya diameter setiap casing ruang bakar adalah : Dc = = 4. Ac π 4 × 1,470 π = 1,36 m 4.2.2. Tabung Api (Liner) Ruang Bakar Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Luas tiap liner ruang bakar dapat ditentukan dengan persamaan AL.in = Ac . k dimana : k = Perbandingan diameter liner dengan diameter casing sedangkan untuk nilai k, dapat dihitung dengan persamaan 1 (1 − m sn )2 − λ 3 = 2 PLF − λ.r k dimana : msn = Perbandingan saluran udara masuk dengan udara total, harga optimalnya = 0,12 λ = koefisien penurunan tekanan udara masuk, harga optimalnya adalah 0,5 r = Perbandingan luas casing dengan luas penampang masuk ruang bakar, harga optimalnya = 6,0 maka : 1 k (1 − 0,12 )2 − 0,5 3 = 2 35 − 0,5 × (6,0) = 0,75 m sehingga diperoleh luas penampang setiap liner adalah : AL.in = Ac . k = 1,470 × 0,75 = 1,102 m2 Diameter liner adalah : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 DL.in 4. AL.in = π = 4 × 1,102 π = 1,184 m Luas annulus ruang bakar (ruang diantara casing dan liner) adalah : Aan = = π 4 π 4 .( Dc 2 − DL.in ) 2 .(1,36 2 − 1,184 2 ) = 0,35 m2 Panjang liner dapat ditentukan dengan persamaan (Lit. 7 hal.148) yaitu : PL.in = DL.in ∆PL 1 . ln A. q ref 1 − pf −1 dimana : A = Konstanta = 0,07 untuk ruang bakar jenis tubular ∆PL q ref = PLF = 35 pf = Pattern factor, dapat dihitung dengan persamaan : pf = Tmax − T03 [(1,07 × 1277,16) − 1277,16] = 1277,16 − 626,69 T03 − T02 = 0,137 maka panjang linernya adalah : PL.in 1 = 1,3 0,07 × 35 × ln 1 − 0,137 −1 = 2,1 m 4.3. Unit Turbin Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Adapun perencanaan perancangan bagian–bagian utama pada unit turbin gas tipe axial reaksi yang akan dibahas meliputi : 1) Perencanaan sudu turbin dan disk turbin 2) Perencanaan poros penghubung (Central Hollow Shaft). 4.3.1. Perencanaan Sudu Turbin dan Disk Turbin Menurut (Lit.2, hal. 249) untuk turbin dengan d erajat reak si (Λ) =5 0 % ditentukan bahwa : 1 φ = tan β3 – tanβ2 Perbandingan langsung β3 = α2 dan β2 = α3 dan diagram kecepatan akan menjadi simetris. Selanjutnya untuk multi stage c3 = c1 dalam arah sebagai besarnya, α1 = α3 = β2 dan sudu stator dan rotor memiliki sudut sisi masuk dan keluar yang sama. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 4.4 50 Percent Reaction Design Untuk flow coefficient ( φ ) = 0,8 dan nilai optimum temperatur drop coefficient (ψ) yaitu dari 3 ke 5, sehingga besarnya sudut gas (α) adalah : ψ = 4 φ tan α2 – 2 dan, tan α2 = Ψ+2 3+ 2 = 4φ 4 × 0,8 = 1,5625 α2 = 57,38º Kemudian untuk sudut putaran angin (swirl angle), α3 adalah : ψ = 4 φ tan α2 + 2 tan α3 = 3−2 Ψ−2 = 4 × 0,8 4φ = 0,3125 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 α3 =17,35º Dari geometri diagram kecepatan diperoleh : Ca = Ca2 = Ca3 = U . φ = 350 × 0,8 = 280 m/s Kecepatan gas absolut (C2) adalah : C2 = V3 = 350 0,8 = 437,5 m/s Ca1 = C1 = C3 = Ca 3 cos α 3 = 280 cos17°35' = 293,35 m/s Dikarenakan α3 = β2 = 17,35º maka bentuk diagram kecepatan adalah simetrical seperti gambar berikut : Gambar. 4.5 Diagram kecepatan untuk derajat reaksi Maka dari gambar diatas dapat diperoleh data-data sebagai berikut: C3 = V2 = 293,35 m/s V3 = C2 = 437,35 m/s α3 = β2 = 17,35º Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 α2 = β3 = 57,38º 4.3.1.i Kondisi gas pada tingkat turbin a. Kondisi sudu tetap turbin tingkat I Gambar. 4.6 Diagram h–s untuk satu tingkat turbin Pada gambar 4.1.6 diatas ditunjukkan diagram sederhana untuk satu tingkat turbin Enthalpy Drop actual pada tingkat I menurut (Lit. 8, hal 149) yaitu : C 2 − (σ ⋅ C 2 ) 2 (1 + φ 2 − 2φ cos α ) 2 ⋅ C pg ⋅ g ⋅ J 2 (Δha)1t = Dimana : σ = koefisien kecepatan sudu yaitu 0,7 – 0,8 (dipakai 0,8) Cpg = panas spesifik gas = 1,148 kJ/kg K φ = flow coefficient = 0,8 (dipakai) J = mechanical equivalent in engineering units = 778,2 ft-lb /Btu C2 = 437,5 m/s, atau =1435,43 ft/s α = 17,35º Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 sehingga : (Δha)1t = 1435,43 2 − (0,8 × 1435,43) 2 (1 + 0,8 2 − 2 × 0,8 cos17,35 ) 2 × 1,148 × 32,2 × 778,2 = 33,06 BTU /lb atau ≈ 76,91 kJ /kg Kondisi gas keluar sudu tetap tingkat I (pada titik 2t) adalah : h2t = h1t – (Δha)1t h1t = h03, dari tabel gas untuk T03 = T1t dimana : = 1004ºC = 1839,2 ºF h1t = 588,49 BTU /lb = 1368, 92 kJ /kg Pr3 = Pr1t = 307,25 psi h2t =1368,92 – 76,91 maka : =1292,01 kJ/kg ≈ 555,46 BTU /lb Dari tabel ideal properties untuk h2t = 555,46 BTU /lb diperoleh : T2t = 1722,27 ºF =1212,2 K Pr2t = 248,18 psi Maka tekanan pada titik 2t adalah : Dimana : Pr2t × P1t Pr1t P2t = P1t = P03 = 9,769 bar =141,65 psi P2t = 248,18 × 141,68 = 7,89 bar ≈114,44 psi 307,25 Efisiensi isentropis turbin (ηs) adalah 0,9. Untuk itu penurunan enthalpi isentropis (Δhs)1t adalah : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 (Δhs)1t = = (∆ha )1t 0,9 76,91 = 85,45 kJ /kg 0,9 Enthalpy isentropis gas keluar sudu tetap tingkat I adalah : h2ts = h1t – (Δhs)1t = 1368,92 – 85,45 = 1283,47 kJ /kg ≈ 551,76 BTU /lb Dari tabel ideal gas properties diperoleh untuk h2ts = 551,76 BTU /lb yaitu : Pr2ts = 242,17 psi T2ts = 1709,31 ºF ≈ 1205 K Volume spesifik gas keluar sudu tetap tingkat I (ν2t) adalah : ν2t dimana : = R T2t P2t R = konstanta gas = 287 J /kg K ν2t = 287 × 1212,2 7,89 × 10 5 = 0,44 m3 / kg Kapasitas aliran gas (Q2t) adalah : Dimana : mt = massa campuran bahan bakar, (mf) + udara, (mac) = 9,816 + 595,727 = 605,51 kg /s maka : Q2t = 605,51 × 0,44 = 266,42 m3 /s Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 b. Kondisi sudu gerak turbin tingkat I Tinggi sudu gerak dibuat lebih tinggi dari sudu tetap agar pancaran aliran gas yang keluar dari sudu tetap dapat ditampung oleh sudu gerak, karena pancaran gas tersebut menyebar kearah seksi keluar. Enthalpy drop actual sudu gerak tingkat I adalah : (Δha)2t = (Δha)1t = 76,91 kj /kg Seksi keluar sudu gerak tingkat I diberi notasi 3t sehingga enthalpi aktual sudu gerak tingkat I adalah : h3t = h2t – (Δha)2t = 1292,01 – 76,91 = 1215,1 kj /kg ≈ 522,37 BTU /lb Dari tabel ideal properties untuk h3t = 522,37 BTU /lb diperoleh : T3t = 1604,19 ºF = 1146,6 K Pr3t = 197,75 psi Tekanan gas aktual keluar sudu gerak tingkat I adalah : P3t = Pr3t 197,75 × 114,44 × P2t = 248,18 Pr2t = 91,18 psi ≈ 6,28 bar Enthalpi isentropis keluar sudu gerak tingkat I adalah : h3ts = h2ts - (∆hs ) 2t ηs = 1283,47 - 85,45 0,9 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = 1188,52 kj /kg ≈ 510,94 BTU /lb Dari tabel ideal gas properties diperoleh untuk h3ts = 510,94 BTU /lb : T3ts = 1563,15 ºF = 1123,8 K Pr3ts = 182,24 psi Volume spesifik gas keluar Dari sudu gerak tingkat I adalah : ν3t =R. T3t P3t = 287 × 1146,6 6,28 × 10 5 = 0,52 m3 /kg Kapasitas aliran gas (Q3t) adalah : Q3t = mt . ν3t = 605,51 × 0,52 = 314,86 kg /s c. Jumlah tingkat (stage) turbin direncanakan adalah : Zt = h1t − h4t h1t − h3t dimana : h4t = h04 Dari tabel ideal gas properties diperoleh untuk T04 = 803,24 K ≈ 986,144 ºF : h04 = 354,98 BTU /lb Zt = ≈ 825,69 kj /kg maka : 1368,92 − 825,69 1368,92 − 1215,1 = 3,531 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = 4 tingkat (diambil) Maka untuk turbin gas dengan derajat reaksi (Λ) = 0,5, penurunan entalpi (enthalphy drop) adalah sama pada sudu tetap dan sudu geraknya. Untuk kondisi setiap tingkatnya ditabulasikan pada tabel sebagai berikut: Tabel 4.5. Kondisi tiap tingkat turbin Tingkat Turbin Kondisi Gas M A S U K K E L U A R I II III IV ST SG ST SG ST SG ST SG h (kj /kg) 1368.92 129.,01 1215.1 1138.19 1061.28 984.37 907.46 830.55 Pr (psi) 307.25 248.18 197.75 155.43 120.29 91.51 68.2 49.68 T (K) 1277.16 1212.2 1146.6 1080.4 1013.4 945.8 877.4 808 P (psi) 141,68 114.44 91.18 71.67 55.46 42.18 31.44 22.90 ν (m³ /kg) 0.37 0.44 0.52 0.63 0.76 0.94 1.17 1.48 Q (m³ /s) 224.03 226.42 314.86 380.07 461.02 566.77 705.91 894.37 h (kj /kg) 129.,01 1215.1 1138.19 1061.28 984.37 907.46 830.55 753.64 Pr (psi) 248.18 197.75 155.43 120.29 91.51 68.2 49.680 35.05 T (K) 1212.2 1146.6 1080.4 1013.4 945.8 877.4 808 737.5 P (psi) 16.15 114.44 91.18 71.67 55.46 42.18 31.44 22.90 ν (m³ /kg) 0.44 0.52 0.63 0.76 0.94 1.17 1.48 1.91 Q (m³ /s) 226.42 314.86 380.07 461.02 566.77 705.91 894.37 1154.63 Dalam penentuan ukuran–ukuran sudu turbin, maka terlebih dahulu ditentukan besarnya kerapatan gas (ρ) pada sisi masuk dan keluar sudu, dimana : ρ1 = 1 ν1 = 1 0,37 = 2,70 kg /m3 Luas Annulus : dimana : mt = massa udara (mf) + massa bahan bakar (mac) = 9,816 + 595,777 = 605,51 kg /s Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 A1 = mt 605,51 = = 0,764 m2 2,70 × 293,5 ρ1 ⋅ Ca1 Untuk mengatasi akibat adanya boundary layers (Lit. 6 hal. 451, 452), maka diambil harga–harga koreksi yaitu : Ka = 0,997 ; Kv = 0,983 maka luas annulus terkoreksi (A1t) adalah : A1t = A1 0,764 = = 0,779 m2 0,997 × 0,983 Ka ⋅ Kv Tinggi sudu notasi I dapat diproleh dari persamaan : dimana : A1t ⋅ N Um h1 = N = putaran kerja = 3000 rpm = 50 rps Um = kecepatan keliling sudu rata–rata = 350 m/s h1 = A1t ⋅ N 0,779 × 50 = = 0,111 m 350 Um Radius annulus rata–rata (rm) adalah : rm = Um 350 = = 1,115 m 2π × 50 2π ⋅ N Ratio radius annulus (rt /rr) adalah : rt rr 1,115 + 0,111 2 rm + (h / 2) = = = 1,104 rm − (h / 2) 1,115 − 0,111 2 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 4.7 Axial flow turbin stage Pada titik 2 1 1 = 2,27 kg /m3 0,44 - ρ2 = - A2 = mt 605,51 = = 0,952 m2 2,27 × 280 ρ 2 ⋅ Ca 2 A2t = A2 0,952 = = 0,971 m2 0,98 Ka ⋅ Kv h2 = A2t ⋅ N 0,971 × 50 = = 0,139 m 350 Um rt/rr 1,115 + 0,139 2 = = 1,132 0 , 139 1,115 − 2 ρ3 = - - ν1 = Pada titik 3 - 1 ν3 = 1 = 1,923 kg /m3 0,52 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 - - - A3 = mt 605,51 = = 1,124 m2 ρ 3 ⋅ C a 3 1,923 × 280 A3t = A3 1,124 = = 1,146 m2 0,98 Ka ⋅ Kv h3 = A3t ⋅ N 1,146 × 50 = = 0,163 m 350 Um rt/rr 1,115 + 0,163 2 = = 1,157 0 , 163 1,115 − 2 Untuk turbin ini kita peroleh tinggi sudu tetap tingkat I (hNI) yaitu : hNI = 1 (h1 + h2) = 1 (0,111 + 0,139) 2 2 = 0,125 m = 12,5 cm Radius puncak (tip radius), rt adalah : rt = 1,115 + hNI = 1,115 + 0,125 2 2 = 1,177 m Radius dasar (root radius), rr adalah : rr = 1,115 - hNI = 1,115 - 0,125 2 2 = 1,052 m Tinggi sudu gerak tingkat I (hRI) adalah : hRI = 1 (h2 + h3) = 1 (0,139 + 0,163) 2 2 = 0,151 m = 15,1 cm Radius puncak (tip radius), rt adalah : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 rt = 1,115 + hRI = 1,115 + 0,151 2 2 = 1,1905 m Radius dasar (root radius), rr adalah : rr = 1,115 - hRI = 1,115 2 0,151 2 = 1,0395 m 4.3.1.ii Aspect ratio (h/c) Aspect ratio merupakan perbandingan antara tinggi sudu dengan panjang chord. Menurut (lit. 2 hal. 296) bahwa nilai h/c yang baik digunakan adalah berada diantara 3 dan 4. Maka dalam perencanaan ini dipakai h/c = 3 CNI = hNI 0,125 = = 0,041 m = 4,1 cm 3 3 CRI = hRI 0,151 = = 0,050 m = 5,0 cm 3 3 4.3.1.iii Pitch/chord ratio (s/c) Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 4.8 Nilai ‘optimum’ pitch/chord ratio Dari grafik optimum pitch /chord ratio, untuk α2 = 57,38º dan α 3 = 17,35º diperoleh nilai s/c = 0,9 dimana : s = space atau pitch antar sudu Untuk sudu tetap dan sudu gerak tingkat I besarnya ”s” adalah : SNI SRI = 0,9 . CNI = 0,9 × 0,046 = 0,041 m atau = 4,1 cm = 0,9 . CRI = 0,9 × 0,051 = 0,045 m atau = 4,5 cm Menurut (Lit. 2 hal. 285), dalam menggambarkan sudu ditetapkan harga–harga sebagai berikut : W = Width (lebar) sudu min h/3. Untuk tip dan root dipakai h/3 dan h/25 t/c = 0,1 s/d 0,2. Untuk tip dan root dipakai tt = 0,25 dan tr =0,12 LER = Leading Edge Radius = 0,12 . t TER = Trailing Edge Radius = 0,06 . t Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 CLL = Camber Line Length max = 0,4 . c i = Angle of incidence = 5º Gambar 4.9 Profil sudu turbin gas dan T6 aerofoil section Hasil selengkapnya dari ρ1, A, At, rt/rr dan h untuk setiap bagian dari turbin (lihat gambar 4.1.7) , ditabelkan sebagai berikut : Tabel 4.6. Ukuran–ukuran sudu turbin Bagian Notasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ρ (kg /m³) 2.7 2.27 1.923 1.593 1.313 1.068 0.858 0.677 0.524 A (m²) 0.764 0.952 1.124 1.295 1.571 1.931 2.405 3.047 3.94 At (m²) 0.779 0.971 1.146 1.321 1.603 1.97 2.454 3.109 4.021 rr/rt 1.104 1.132 1.157 1.185 1.229 1.289 1.373 1.497 1.694 h (m) 0.111 0.139 0.163 0.189 0.229 0.281 0.351 0.444 0.574 Dengan demikian dapat pula ditabelkan ukuran–ukuran sudu turbin keseluruhan sebagai berikut : Tabel 4.7. Ukuran–ukuran utama sudu turbin Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Tingkat Turbin Satuan ukuran I II III IV ST SG ST SG ST SG ST SG h (m) 0.125 0.151 0.176 0.209 0.255 0.316 0.397 0.509 rt (m) rr (m) c (m) S (m) h/t (m) Wt (m) Wr (m) tt (m) tr (m) LER (m) TER (m) CLL (m) 1.178 1.053 1.191 1.04 1.203 1.027 1.219 1.011 1.243 0.987 1.273 0.957 1.314 0.916 1.37 0.86 0.042 0.05 0.059 0.07 0.085 0.105 0.132 0.17 0.038 0.042 0.045 0.05 0.053 0.059 0.063 0.07 0.077 0.085 0.095 0.105 0.119 0.132 0.153 0.17 0.05 0.005 0.01 0.005 0.0013 0.0006 0.004 0.06 0.006 0.013 0.006 0.0015 0.0008 0.005 0.07 0.007 0.015 0.007 0.0018 0.0009 0.006 0.084 0.008 0.017 0.008 0.0021 0.001 0.007 0.102 0.01 0.021 0.01 0.0026 0.0013 0.009 0.126 0.013 0.026 0.013 0.0032 0.0016 0.011 0.159 0.016 0.033 0.016 0.004 0.002 0.013 0.204 0.02 0.042 0.02 0.0051 0.0025 0.017 4.3.1.iv Berat Sudu Tiap Tingkat Sudu Turbin Berat Sudu atau, Gs = Volume sudu × Berat jenis material sudu = Vs × γ Volume sudu = Tinggi sudu × Tebal sudu × chord atau, Vs = h × ts × c Perhitungan volume sudu tingkat I yaitu : Vs = h1 × ts1 × c1 = 15,1 × 0,93 × 5 = 70,21 cm3 ≈ 70 cm3 berat jenis sudu tingkat I (γ) = 0,025 kgf /cm3 (dipakai) maka berat per_sudu gerak Tingkat I adalah : Gs = 70 × 0,025 = 1,755 kg Jumlah sudu gerak tingkat I dari hasil survey adalah Z1 = 88 buah. Sehingga berat tingkat I sudu gerak adalah : 1,755 × 88 = 154,46 kg Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Dari data survey lapangan, berat stage (tingkat I) + ring adalah 2688 kg. Sehingga berat disc turbin tingkat I adalah : 2688 – 154,46 = 2533,54 Kg. Diameter disc turbin tingkat I adalah jari–jari dasar turbin (rr) dikali dua = 2 × 1,040 Dd1 = 2,08 cm Berdasarkan data yang diperoleh dari hasil survey lapangan dan perhitungan, diperoleh berat sudu dan disc turbin pada tabel sebagai berkut : Tabel 4.8. Berat tingkat (stage) turbin Tingkat (stage) Satuan Ukuran I II III IV Z 88 89 62 44 V (cm³) 70 189 647 2717 γ (kg /cm³) 0.025 0.02 0.017 0.0076 Gs (kg) 1.76 3.77 11 20.65 Gs tot (kg) 154.5 335.9 681.9 908.6 Dd (cm) 208 202.2 191.4 172 Gstage (kg) 2688 3065 3560 3346 Gd (kg) 2533.5 2729.1 2878.1 2437.4 4.3.2. Perencanaan Poros Penghubung (Central Hollow Shaft) Poros yang berfungsi sebagai penghubung antara disk kompresor dan disk turbin dinamakan Central hollow shaft. Dikatakan Central hollow shaft karena poros ini terletak ditengah dan bentuknya adalah poros bolong serta berada diantara disk kompresor dan disk turbin. Adapun perencanaan poros penghubung ini terlihat pada gambar sebagai berikut : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 4.10 Poros penghubung Berdasarkan survey di lapangan, diperoleh data-data sebagai berikut: t1 = t2 = t3 = t4 = 7 cm L = 160 cm r3 = 73 cm r2 = 67 cm r1 = 35,5 cm Berat poros penghubung yaitu: W = π. r2. t. γ Dimana : γ = Berat jenis poros = 7,6 .10-3 kgf /cm3 Bagian 1 : W1 = π(r22 – r12) t1. γ = π.(672 – 35,52)7. 7,6 × 10-3 = 539,4 kg Bagian 2 : W2 = W3 = W4 = W1 = 539,4 kg Bagian 5 : W5 = π(r32 – r22) L. γ = π.(732 – 672)160. 7,6 x 10-3 = 3207,3 kg Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Dengan demikian berat total poros penghubung adalah: WTP = (W1 + W2 + W3 + W4) + W5 = 2157,6 + 3207,3 = 5364,9 kg. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 BAB V BANTALAN DAN PELUMASAN 5.1. Jenis Pembebanan Poros utama turbin menerima dua jenis pembebanan yaitu pembebanan aksial dan pembebanan radial. Hal ini dikarenakan adanya tekanan gas pada sudusudu turbin serta berat rotor turbin dan kompresor. 5.1.1. Pembebanan Aksial Pembebanan aksial terjadi disepanjang arah sumbu rotor dimana pembebanan ini terjadi karena adanya perubahan momentum dari fluida kerja. Pada perhitungan sebelumnya telah diperoleh besar gaya aksial dari kompresor yaitu, FAK = 4610 kg. Diperoleh besarnya gaya aksial pada turbin yaitu : FAT Dimana : = Sm. ρ. Ca2. (tan α2 - tan α1) Sm = Pitch space rata-rata ρ = kerapatan gas masuk turbin = 2,70 kg /m3 Ca = kecepatan aksial gas = 280 m/s α1 = α2 = sudut gas masuk = 17,35º Maka : FAT = 0,0975 × 2,70 × 2802 (tan 57,38º – tan 17,35º) = 25799,15 kg. Gaya aksial yang terjadi pada sistem turbin gas dapat dipreoleh yaitu : FTG = FAT - FAK Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 =25799,15 – 4610 = 21189,15 kg 5.1.2. Pembebanan Radial Beban radial ini merupakan berat dari komponen-komponen rotor turbin gas yaitu berupa berat poros, berat rotor turbin, berat rotor kompresor, berat central hollow shaft, dan komponen lainnya yang termasuk dalam bagian rotor turbin gas. Wk Wp Wt Wsp A B 2195 2150 200 1500 2645 8690 Dimana : WK = Berat total kompresor = 18997 kg WP = Berat poros (Tie rod) = 3143 kg WSP = Berat poros penghubung = 5365 kg WT = Berat total turbin = 15545 kg Reaksi-reaksi yang terjadi yaitu: Reaksi pada bantalan A Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 ΣMB =0 RA = = [(6495 × Wk ) + (4345 × Wp ) + (4145 × Wsp ) + (2645 × Wt )] 8690 [(6495 × 8997 ) + (4345 × 3143) + (4145 × 5365) + (2645 × 15545)] 8690 = 15586,45 kg Reaksi pada bantalan B ΣMA =0 RB = (Wk + Wp +Wsp +Wt) – RA = (18997 + 3143 + 5365 + 15545) – 15586,45 = 27463,55 kg 5.2. Perencanaan Bantalan Luncur Bantalan luncur dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara. Menurut bentuk dan letak bagian poros yang ditumpu bantalan yaitu bagian yang disebut jurnal. Macam-macam bentuk bantalan adalah sebagai berikut : a) Bantalan radial, yang dapat berbentuk silinder, belahan silinder, elips, dll. b) Bantalan aksial, yang dapat berbentuk engsel, kerah, michel, dll. c) Bantalan khusus, yang berbentuk bola, dll. Adapun bahan untuk bantalan luncur secara umum adalah : a) Paduan tembaga, b) Logam putih. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Secara umum bantalan luncur digambarkan sebagai berikut : Gambar 5.2 Bantalan luncur Pada perencanaan ini direncanakan bantalan luncur dengan data-data sebagai berikut : 1. Diameter poros (ds) = 355 mm 2. Putaran poros (N) = 3000 rpm 3. Ruang bebas antara permukaan poros dan bantalan, a = 0,6 4. Bantalan logam putih 5. Panjang bantalan, L = (0,5-2,0)d ,dimana pada perencanaan ini direncanakan, L/d = 1,50 L = 1,50 ds maka, = 1,50 × 355 = 532,5 mm 6. Kecepatan keliling poros (U) yaitu ; U = = π ⋅ ds ⋅ N 60 π × 355 × 3000 60 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = 55735 mm/s 7. ≈ 55,735 m/s Minyak pelumas Adapun jenis minyak pelumas yang digunakan pada pereencanaan ini adalah jenis TD 32 yang sesuai dengan data survey dilapangan, dengan karakteristik sebagai berikut : a) Temperatur minyak masuk bantalan (t1) = 40 ºC b) Temperatur minyak keluar bantalan (t2) = 52 ºC c) Rapat massa (ρ) = 0,9 kg/l d) Panas spesifik minyak (Cpo) = 0,5 kkal/kg e) Viskositas (μ) = 32 × Cp = 3,2 × 1,02 × 10-10 = 32,64 × 10-10 kgs/mm. 5.2.1. Perencanaan Bantalan Luncur Turbin Menurut (Lit.9 hal. 278) perhitungan untuk beban bantalan luncur diperoleh dengan persamaan : Φv a RB ⋅ ds = L ⋅U ⋅ µ 2 2 0,6 27463,55 355 = 0,809 = 532,5 × 55735 × 32,64 × 10 −10 Dan, ε = 355 ds = = 0,66 532,5 L Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 5.3 Grafik koefisien kriteria beban, Φv Pada gambar grafik 5.3, diperoleh harga eksentrisitas relatif bantalan pada Φv = 0,809 dan ε = 0,66 adalah sebesar, χ = 0,27 Maka harga eksentrisitas (e) antara sumbu poros dan sumbu bantalan yaitu : e = χ ⋅a 2 = 0,27 × 0,6 2 = 0,081 cm Sedangkan harga koefisien bantalan dapat diperoleh dari gambar 5.4 pada χ = 0,27 dan ε = 0,66, yaitu Φv = 3,2 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Gambar 5.4 Grafik koefisien tahanan, Φv a. Koefisien gesekan (f) untuk bantalan diperoleh sebesar : f = 0,6 × 3,2 a ⋅ Φs = 355 × 0,809 ds ⋅ Φv = 6,68 × 10-3 b. Kerja yang dilakukan untuk melawan gesekan sebesar : Ar = f ⋅ RB ⋅ U 6,68 ⋅ 10 −3 ⋅ 27463,55 ⋅ 55,735 = 100 100 = 102,24 kg.m/detik c. Ekivalensi kalor kerja pada bantalan, Qr : Qr = f ⋅ RB ⋅ U 102,24kg.m / s = 427 kkal / kg.m 427 kkal / kg.m = 0,239 kkal/ detik d. Bila kerugian akibat radiasi diabaikan, maka jumlah minyak yang diabaikan untuk menyerap kalor yang dihasilkan oleh gesekan akan sebesar, qo = Qr γc(t 2 − t1 ) = 0,239 0,9 × 0,5 × (50 − 35) = 3,5 × 10-2 l/detik e. Tebal lapisan minyak adalah : ho = a (1 − χ ) 2 = 0,6 (1 − 0,27) 2 = 0,219 mm Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 5.2.2 Perencanaan Bantalan Luncur Kompresor Telah diketahui pada perhitungan sebelumnya, bahwa beban bantalan luncur pada poros kompresor (RA) = 15586,45 kg. Koefisien (kriteria beban) beban bantalan (Qv) dapat diperoleh dengan persamaan, Φv a RB ⋅ ds = L ⋅U ⋅ µ 2 2 0,6 15586,45 ⋅ 355 = 532,5 × 55735 × 32,64 × 10 −10 = 0,459 Dan, ε = 355 ds = = 0,66 L 532,5 Harga eksentrisitas relatif bantalan untuk Φv = 0,45 dan ε = 0,66 adalah χ = 0,22 Sedangkan harga eksentrisitas bantalan (e) adalah : e = = χ ⋅a 2 0,22 × 0,6 2 = 0,066 cm Harga koefisien bantalan untuk χ = 0,22 dan ε = 0,66 adalah Φs = 3,2 a. Harga koefisien gesekan bantalan adalah : f = a ⋅ Φs ds ⋅ Φv Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = 0,6 × 3,2 355 × 0,45 = 1,2 × 10-2 b. Kerja yang dilakukan untuk melawan gesekan adalah : Ar = f ⋅ RA ⋅U 100 = 6,68 × 10 −3 × 15586,55 × 55,735 100 = 58,03 kg.m/det c. Ekivalensi kerja untuk bantalan adalah : Qr = f ⋅ RA ⋅U 58,03kg.m / det = 427 kkal / kg.m 427 kkal / kg.m = 0,135 kkal/s d. Bila kerugian akibat radiasi diabaikan, maka jumlah minyak yang diabaikan untuk menyerap kalor yang dihasilkan oleh gesekan akan sebesar, qo = Qr γc(t 2 − t1 ) = 0,135 0,9 × 0,5 × (50 − 35) = 2 × 10-2 l/detik e. Tebal lapisan minyak adalah : ho = a (1 − χ ) 2 = 0,6 (1 − 0,22) 2 = 0,234 mm Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 5.2.3 Perencanaan Bantalan Axial Pada perencanaan ini, bantalan yang dipakai adalah bantalan tipe axial kerah (Collar Thrust Bearing). Adapun bantalan axial kerah, digambarkan sebagai berikut : Gambar 5.3. Bantalan aksial kerah Dari gambar diatas, dimensi bantalan aksial dapat dihitung menurut (Lit. 5 hal. 125) yaitu: 1. Tinggi kerah (b) Dalam praktek, tinggi kerah b (mm) adalah (0,1-0,15)d. Maka dalam perencanaan ini diambil b = 0,15 ds. Untuk itu, b = 0,15 × 355 mm = 53,25 mm 2. Diameter kerah (dn) Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Sedangkan diameter kerah, dn (mm) adalah (1,2-1,3)d. Maka dalam perencanaan ini diambil dn = 1,3 ds. dn = 1,3 × 355 mm Untuk itu, = 461,5 mm 3. Tebal kerah (t) Tebal kerah t dan jarak kerah t’ masing-masing adalah (1-1,5)b. Maka dalam perencanaan ini diambil nilai untuk t dan t’ adalah 1,5 b. Untuk itu, t = 1,5 × 53,25 = 79,87 mm t’ dan, = 1,5 × 355 = 79,87 mm. Dengan pertimbangan keamanan dan ketahanan suatu material, maka dalam perencanaan ini direncanakan bahan material bantalan yang akan digunakan adalah besi cor kelas tinggi dengan kekuatan tariknya adalah 30-50 kgf/mm2 (Lit.11 hal 4) dan tekanan yang diizinkan (Pa) berkisar 0,5-0,75 kg/mm2. Dengan demikian, 1. Perhitungan tekanan rata-rata pada bantalan dengan persamaan : P = FTG z ⋅ (π / 4) ⋅ (dn 2 − ds 2 ) Dimana : FTG = Gaya aksial yang terjadi pada sistem turbin gas = 21189,15 kg Z = Jumlah kerah (seperti pada gambar 5.3 diatas, direncanakan 2 buah) Maka : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 P = 21189,15 2 ⋅ π / 4 ⋅ (461,5 2 − 355 2 ) = 0,1552 kg/mm2 Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa konstruksi sangat aman karena tekanan rata-rata yang terjadi pada bantalan lebih kecil dari tekanan yang diizinkan, atau P< Pa. 2. Dari persamaan (Lit.5 hal 111), diperoleh gaya gesekan pada bantalan (fg), yaitu : dimana, µ ⋅ A⋅v fg = μ = Viskositas = 3,264 × 10-9 kg.s/mm2 A = Luas yang akan dilumasi ho = Z × π/4 × (dn2-ds2) = 2 × π/4 × (461,52-3552) = 136522,88 mm2 v = Kecepatan keliling poros = π ⋅ (dn + ds ) ⋅ N 2 ⋅ 60 = π ⋅ (461,5 + 355) ⋅ 3000 2 ⋅ 60 = 64095,25 mm/s ho = tebal lapisan minyak = 0,2 sehingga diperoleh : fg = 3,264 × 10 −9 × 136522,88 × 64095,25 0,2 = 142,81 kg 3. Ekivalensi kalor untuk kerja bantalan (Qr) adalah : Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Qr = fg × v 142,81 × 64095,25 = 427 × 1000 427000 = 21,.44 kkal/s 4. Laju aliran minyak pelumas yang diperlukan (qo) adalah : Qo = Qr ρ × Cpo × (t 2 − t1 ) = 21,44 0,9 × 0,5 × (52 − 40) = 3,97 l/s 5.2.4 Putaran Kritis Putaran kritis adalah suatu keadaaan dimana poros mengalami getaran yang sangat besar dikarenakan oleh perubahan putaran. Putaran kritis yang ideal berkisar antara 20 - 40 persen dari putaran kerja. Menurut (lit.9 hal 322), adapun perhitungan untuk mengetahui putaran kritis ini dapat diperoleh dengan persamaan : nkr = dimana : 60ωkr P⋅ y ≈ 300 2π P ⋅ y2 P = poros yang dibebani dengan beban terpusat y = lendutan yang disebabkan oleh beban-beban. Dalam perencanaan ini, direncanakan konstruksi rotor sistem turbin gas dengan cakam bertingkat banyak yang saling berhubungan. Pertambahan kekuatan poros akibat adanya cakram-cakram yang ditempa dalam satu kesatuan dengan poros dapat diandaikan dengan memperbesar diameter poros sebesar 1 2 . (lit 9 hal 322). Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Adapun pertambahan kekuatan poros akibat adanya cakram-cakram tersebut yaitu 1. Diameter poros (ds) = 355 mm 2. Diameter rata-rata poros penghubung (dSP) = 1460 mm 3. Diameter rata-rata disk kompresor (ddk) = 1248 mm 4. Diameter rata-rata disk turbin (ddt) = 1934 mm Karena adanya cakram-cakram tersebut, sehingga besarnya diameter poros adalah, dst = = ds + d dk + d sp + d dt 4 355 + 1248 + 1460 + 1394 4 = 1114,25 mm Sebelum pada perhitungan putaran kritis, terlebih dahulu ditentukan : 1. Modulus elastisitas material poros yaitu Stainless Steel, E 2. = 2,9 × 104 kg/mm2 Momen inersia penampang poros, I = π 64 × dst 4 = π 64 × (1114,25) 4 = 7,562 × 1010 mm4. Perhitungan deleksi pada poros dengan mengasumsikan pembebanan tiap titik adalah pembeban terpusat yang mewakili beban keseluruhan tiap unit. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 a b A B y L Gambar 5.6 Defleksi pada poros Untuk itu perhitungan defleksi pada poros menurut (Lit. 10 hal 190) yaitu : Untuk x ≥ a, maka persamaannya adalah : Y = P ⋅b⋅ x P( x − a) 3 ( L2 − b 2 − x 2 ) + 6⋅ L⋅ E ⋅ I 6⋅ E ⋅ I …(pers. I) Untuk x ≤ a, persamaannya adalah : Y = P ⋅b⋅ x ( L2 − b 2 − x 2 ) 6⋅ L⋅ E ⋅ I …(pers. II) Untuk persamaan I, jika x ≥ a diperoleh harga x yaitu : x = L2 − b 2 3 dari gambar 5.1 (free body diagram poros), dapat dilihat besarnya jarak L dan b yaitu, L = 8690 dan b (jarak beban kompresor,Wk) = 6495 mm. dengan demikian diperoleh harga x, x = 8690 2 − 6495 2 3 = 3333,220 mm Untuk itu, Y = P ⋅b⋅ x P( x − a) 3 , dimana P = Wk ( L2 − b 2 − x 2 ) + 6⋅ L⋅ E ⋅ I 6⋅ E ⋅ I Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 = 18997 × 6495 × 3333,220 (8690 2 − 6495 2 − 3333,22 2 ) + 4 10 6 × 8690 × 2,9 × 10 × 7,562 × 10 18997(3333,220 − 2195) 3 6 × 2,9 × 10 4 × 7,562 × 1010 = 0,0799 mm. Dengan demikian (lih. Gambar 5.1), dapat dihitung keseluruhan defleksi pada poros untuk P = Wp ;P = Wst ;P = Wt, yaitu : Yx=1/2; a=b = = Yx=1/2; a>b = = P ⋅l3 48 ⋅ E ⋅ I 3143 × 8690 3 = 0,01959 mm 48 × 2,9 × 10 4 × 7,562 × 1010 P ⋅b (3L2 − 4b 2 ) 48 ⋅ E ⋅ I 5365 × 4345 × (3 × 8690 2 − 4 × 4145 2 ) 48 × 2,9 × 10 4 × 7,562 × 1010 = 0,0482 mm Yx=1/2; a<b = = P ⋅b (3l 2 − 4b 2 ) 48 ⋅ E ⋅ I 15545 × 2645 × (3 × 8690 2 − 4 × 2645 2 ) 4 10 48 × 2,9 × 10 × 7,562 × 10 = 0,07756 mm. Hasil perhitungan defleksi pada poros, selengkapnya ditabelkan sebagai berikut : Tabel 5.1. Defleksi pada poros Beban (P) Defleksi (Y) P.Y P.Y² Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Kg mm 18997 0.0799 1517.86 121.28 3143 0.01959 61.57 1.21 5365 0.0482 258.59 12.46 15545 0.07756 1205.67 93.51 3043.69 228.46 Jumlah Dengan demikian diperoleh besar putaran kritis rotor, yaitu : nkr = P ⋅Y 60ωkr ≈ 300 2π P ⋅Y 2 = 300 × 3043,69 228,46 = 1095,0056 rpm = 1095 rpm. Dari hasil perhitungan diatas, diperoleh putaran kritis rotor adalah nkr = 1095 rpm atau berkisar 36,5 % dibawah putaran kerja. Menurut (Lit.9 hal 318), bahwa poros yang bekerja dengan putaran kritis berkisar 20 s d 40 % diatas atau dibawah putaran kerja, adalah aman untuk beroperasi. Dengan demikian pada perancangan ini, poros dinyatakan aman untuk beroperasi. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 BAB VI KESIMPULAN Dari hasil analisa dan perhitungan-perhitungan pada perancangan sistem turbin gas untuk instalasi PLTG sebagai penggerak generator serta hasil survey lapangan untuk menghasilkan daya terpasang sebesar 132 MW, maka dapat diperoleh data-data sebagai berikut : A. Kompresor 1. Type : Aliran aksial 2. Jumlah tingkat : 16 tingkat 3. Perbandingan kompresi : 10,04 4. temperatur udara masuk : 30 ºC 5. temperatur udara keluar : 353,53 ºC 6. Tekanan udara masuk : 0,993 bar 7. Tekanan udara keluar : 10,01 bar Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 B. Ruang bakar 1. Type : Tubular Combustion Chamber 2. Jumlah ruang bakar : 2 buah 3. Tekanan udara masuk : 10,01 bar 4. Tekanan gas keluar : 9,80 bar 5. Temperatur udara masuk : 353,53 ºC 6. Temperatur gas keluar : 1004 ºC C. Turbin 1. Type : Aliran aksial 2. Jumlah tingkat :4 3. Temperatur gas masuk : 1004 ºC 4. Temperatur gas keluar : 530,08 ºC 5. Tekanan gas masuk : 9,80 bar 6. Tekanan gas keluar : 1,215 bar Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 DAFTAR PUSTAKA 1. Arismunandar, Wiranto. 1982. Penggerak Mula Turbin. Bandung : Penerbit ITB Bandung. 2. H. Cohen, G. F. C. Rogers, H. I .H. Saravanamutto. Gas Turbine Theory. Cetakan ke-3 dan 4. Jhon Willey and Sons, inc. New York : 1987, 1996. 3. Jain, J. K. 1979. Gas Turbine Theory and Jet Propultion. New Delhi : Khana Publisher. 4. Gackenbach, R. E. 1960. Materials Selection for Process Plants. Cetakan ke-1 New York, N.Y. : Reinhold Publishing Corporation New York. 5. Sularso, dan Suga, Kiyokatsu. 2002. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Cetakan ke-10. Jakarta: P.T. Pradnya Paramita. 6. Lee, Jhon F. 1954. Theory and Design of Steam and Gas Turbine. Revised and Impression.USA : Mc. Grow Hill Book Company. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 7. Harman, Rihard Tc. 1983. Gas Turbine Appliccation, Cycles and Characteristic. London : The Mc. Millan Press Ltd. 8. Jennings, Burges H. dan Rogers, Willard L. 1983. Gas Turbine Analysis and Practice. USA : Mc. Grow Hill Book Company, kogakhusa Ltd. 9. Shlyakhin, P. 1990. Teori dan Rancangan Turbin Uap. Jakarta : Erlangga 10. Timoshenko, S. Dasar-dasar Perhitungan Kekuatan Bahan. Cetakan ke-1. Jakarta : Restu Agung 11. Surdia, Tata, dan Chijiiwa, Kenji. 1986. Teknik pengecoran logam. Cetakan ke-5. Jakarta : PT Pradnya Paramitha. 12. Dietzel, Fritz, dan D. Sriyono. 1983. Turbin, pompa dan kompresor. Cetakan ke-4. Jakarta : Erlangga. Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 LAMPIRAN 4 : Tabel Temperatur dan Enthalpi untuk Udara Tabel 1.a Ideal Gas Properties of Air T (K) h (kJ/kg) Pr U (kJ/kg) Vr Sº (kJ/kg.K) 200 210 220 230 240 250 260 270 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 431 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 199,97 209,97 219,97 230,02 240,02 250,05 260,09 270,11 280,13 285,14 290,16 295,17 300,19 305,22 310,24 315,27 320,29 325,31 330,34 340,42 350,49 360,58 370,67 380,77 390,88 400,98 411,12 421,26 431,43 441,61 451,8 462,02 472,24 482,49 492,74 503,02 513,32 523,63 533,98 0,3363 0,3987 0,469 0,5477 0,6355 0,7329 0,8405 0,959 1,0889 1,1584 1,2311 1,3068 1,386 1,4686 1,5546 1,6442 1,7375 1,8345 1,9352 2,149 2,379 2,626 2,892 3,176 3,481 3,806 4,153 4,522 4,915 5,322 5,775 6,245 6,742 7,268 7,824 8,411 9,031 9,684 10,37 142,56 149,69 156,82 164 171,13 178,28 185,45 192,6 199,75 203,33 206,91 210,49 214,07 217,67 221,25 224,85 228,42 232,02 235,61 242,82 250,02 257,24 264,46 271,69 278,93 286,16 293,43 300,69 307,99 315,3 322,62 329,97 337,32 344,7 352,08 359,49 366,92 374,36 381,84 1707 1512 1346 1205 1084 979 887,8 808 738 706,1 676,1 647,9 621,2 596 572,3 549,8 528,6 508,4 489,4 454,1 422,2 393,4 367,2 343,4 321,5 301,6 283,3 266,6 251,1 236,8 223,6 211,4 200,1 189,5 179,7 170,6 162,1 154,1 146,1 1,29559 1,34444 1,39105 1,43557 1,47824 1,51917 1,55848 1,59634 1,63279 1,65055 1,66802 1,68515 1,70203 1,71865 1,73498 1,75106 1,7669 1,78249 1,79783 1,8279 1,85708 1,88513 1,91313 1,94001 1,96633 1,99194 2,01699 2,04142 2,08533 2,0887 2,11161 2,13407 2,15604 2,1776 2,19876 2,21952 2,23993 2,25997 2,27967 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Tabel 1.b Ideal Gas Properties of Air T (K) h (kJ/kg) Pr U (kJ/kg) Vr Sº (kJ/kg.K) 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 544,35 555,74 565,17 575,59 586,04 596,52 607,02 617,53 628,07 683,63 649,22 659,84 670,47 681,14 691,82 702,52 713,27 724,04 734,82 745,62 756,44 767,29 778,18 800,03 821,95 843,98 866,08 888,27 910,56 932,93 955,38 977,92 1000,55 1023,25 1046,04 1068,89 1091,85 1114,86 1137,89 1161,07 1184,28 1207,57 1230,92 11,1 11,86 12,66 13,5 14,38 15,31 16,28 17,3 18,36 19,84 20,64 21,86 23,13 24,46 25,85 27,29 28,8 30,38 32,02 33,72 35,5 37,35 37,27 43,35 47,75 52,59 57,6 63,09 68,98 75,29 82,05 89,28 97 105,2 114 123,4 133,3 143,9 155,2 167,1 179,7 193,1 207,2 389,34 396,86 404,42 411,97 419,55 427,15 434,78 442,42 450,09 457,78 465,5 473,25 481,01 488,81 496,62 504,45 512,33 520,23 528,14 536,07 544,02 551,99 560,01 576,12 592,3 608,59 624,95 641,4 657,95 674,58 691,28 708,08 752,02 741,98 758,94 776,1 793,36 810,62 827,88 845,33 862,79 880,35 897,91 139,7 133,1 127 121,2 115,7 110,6 108,8 101,2 96,92 92,84 88,99 85,34 81,89 78,61 75,5 72,56 69,76 67,07 64,53 62,13 59,82 57,63 55,54 51,64 48,08 44,84 41,85 39,12 36,61 34,31 32,18 30,22 28,4 26,73 25,17 23,72 23,29 21,14 19,98 18,896 17,886 16,946 16,064 2,29906 2,31809 2,33685 2,35531 2,37348 2,3914 2,40602 2,42644 2,44356 2,46048 2,47716 2,49364 2,50985 2,52589 2,54175 2,55731 2,57277 2,5881 2,60319 2,61803 2,6328 2,64737 2,66176 2,69013 2,71787 2,74504 2,7717 2,79783 2,82344 2,84856 2,87324 2,89748 2,92128 2,94468 2,9677 2,99034 3,0126 3,03449 3,05608 3,07732 3,09825 3,11883 3,13916 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Tabel 1.c Ideal Gas Properties of Air T (K) h (kJ/kg) Pr U (kJ/kg) Vr Sº (kJ/kg.K) 1180 1254,34 222,2 915,57 15,241 3,15916 1200 1277,79 238 933,33 14,47 3,17888 1220 1301,31 254,7 951,09 13,747 3,19834 1240 1324,93 272,3 968,95 13,069 3,21751 1260 1348,55 290,8 986,9 12,435 3,23638 1280 1372,24 310,4 1004,76 11,835 3,2551 1300 1395,97 330,9 1022,82 11,275 3,27345 1320 1419,76 352,5 1040,88 10,747 3,2916 1340 1443,6 375,3 1058,94 10,247 3,30959 1360 1467,49 399,1 1077,1 9,78 3,32724 1380 1491,44 424,2 1095,26 9,337 3,34474 1400 1515,42 450,5 1113,52 8,919 3,362 1420 1539,44 478 1131,77 8,526 3,37901 1440 1563,51 506,9 1150,13 8,153 3,39586 1460 1587,63 537,1 1168,49 7,801 3,42147 1480 1611,79 568,8 1186,95 7,468 3,42892 1500 1635,97 601,9 1205,41 7,152 3,44516 1520 1660,23 636,5 1223,87 6,854 3,4612 1540 1654,51 672,8 1242,43 6,569 3,47712 1560 1708,82 710,5 1260,99 6,301 3,49276 1580 1733,17 750 1279,65 6,046 3,50829 1600 1757,57 791,2 1298,3 5,804 3,52364 1620 1782 834,1 1316,96 5,574 3,53879 1640 1806,46 878,9 1335,72 5,355 3,55381 1660 1830,96 925,6 1354,48 5,147 3,56867 1680 1855,5 974,2 1373,24 4,949 3,58335 1700 1880,1 1025 1392,7 4,761 3,5979 1750 1641,6 1161 1439,8 4,328 3,6336 1800 2003,3 1310 1487,2 3,994 3,6684 1850 2065,3 1475 1534,9 3,601 3,7023 1900 2127,4 1655 1582,6 3,295 3,7354 1950 2189,7 1852 1630,6 3,022 3,7677 2000 2252,1 2068 1678,7 2,776 3,7994 2050 2314,6 2303 1726,8 2,555 3,8303 2100 2377,7 2559 1775,3 2,356 3,8605 2150 2440,3 2837 1823,8 2,175 3,8901 2200 2503,2 3138 1872,4 2,012 3,9191 2250 2566,4 3464 1921,3 1,864 3,9474 Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 LAMPIRAN 5 : KONVERSI SATUAN Satuan Panjang 1 mil 1 yard : 1760 yards 1 pound (lb) : 5280 feet : 7000 grains : 1,609 km : 0,454 kg : 3 feet 1 ounches (oz) : 0,0625 pound : 0,914 meter 1 foot : 16 ounches : 12 inches : 28,35 gr 1 grain : 308,4 mm : 64,8 mgr : 0,0023 ounches 1 inch : 25,4 mm 1 lb/ft : 1,488 kg/m 100 ft/ min : 0,508 m/det 1 metric ton : 1000 kg 1 km : 1000 meter : 0,984 long ton : 1094 yard : 2205 lbs : 3281 feet 1 kilogram : 0,621 mil 1 meter 1 micron : 1000 mm : 1000 gram : 2,205 pounds 1 gram : 1000 mgr : 39,37 inches : 0,03527 ounches : 0,001 mm : 15,43 grains : 0,000039 inch 1 kg/m : 0,672 lbs/ft : 196,9 ft/min 1 US short : 2000 lbs : 907 kg Satuan Berat 1 US long ton : 2240 lbs Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 : 1016 kg Satuan Luas 1 mil2 1 acre : 640 acres : 3,785 liter : 4840 sq yards : 231 cu inches 1 sq foot 1 hectare 1 m2 1 US Barrel : 9 sq feet : 0,836 m2 1 km2 : 0,833 Imp Gallon : 659 hectare : 0,4047 hectare 1 sq yard 1 US Gallon : 42 US Gallon : 35 Imp Gallon 1 m3 : 1000 liter : 100 hectare : 1,308 cu yards : 0,3861 sq mil : 35,31 cu feet : 144 sq inch 1 liter : 1000000 cc : 0,0929 m2 : 0,22 Imp Gallon : 10000 m2 : 0,2642 US Gallon : 2,471 acres : 61 cu inches : 10000000 mm2 1 cu ft/min : 1,669 m3/jam : 1,196 sq yards 1 m3/jam : 0,589 cu ft/min : 10,76 sq feet Satuan Volume Satuan Kerapatan 1 cu yard : 27 cu feet 1 lb/cu ft : 16,02 kg/mm3 : 0,766 m3 1 m3/kg : 16,02 cu ft/lb : 1728 cu inches 1 kg/m3 : 0,0624 lb/cu ft : 28,32 liter 1 g/m3 : 0,437 grain/cu ft 1 cu foot 1 cu inches : 16039 mm3 1 Imp Galoon : 277,4 cu inches : 4,55 liter : 0,0584 grain/US Gallon 1 g/liter : 58,4 grain/US Gallon Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 Satuan Panas dan Energi 1 BTU : 778 ft.lb 1 DK metrik : 32550 ft.lbs/sec : 107,6 kg.m : 542 ft.lbs/sec : 0,252 KKal : 75 kg.m/det 1 BTU/lb : 0,556 KKal/kg : 0,735 kW 1 BTU/cu ft : 8,9 KKal/m3 : 0,986 HP 1 Kilokalori : 3088 ft.lbs 1 KKal/kg 1 BTU/hr.ft2.F/ft : 1,488 KKal/j.m2.C/m 1 Kilokalori 1 Kilojoule 1 KW 1 HP : 3088 ft.lbs : 1,8 BTU/lb : 4,187 Kj/m3 1 KKal : 427 kg.m : 427 kg.m : 4187 N.m : 3,968 BTU : 4187 joule : 4,1868 Kj : 4187 Watt.sec : 0,2388 KKal : 0,001163 KWH : 0,948 BTU : 0,001582 DK jam : 738 ft.lbs/det 1 N.m : 1 Joule : 102 kg.m/det : 1 Watt.sec : 1,341 HP : 0,0002388 KKal : 1,36 DK (metrik) : 0,10194 kg.m : 33000ft.lbs/det : 2,778.10-4 Watt.jam : 550 ft.lbs/sec 1 WH : 3412,14 BTU : 76,04 kg.m/det : 860 KKal : 0,746 KW : 3600000 joule : 1,36 DK (metric) : 3600000 Watt.jam Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009 : 367000 kg.mm 1 kg.m : 0,002342 KKal : 9,81 N.m : 9,81 Joule : 9,81 Watt.sec : 0,002724 Watt.jam : 0,0000037 DK.jam 1 Watt.jam : 0,8599 KKal : 367 kg.m : 3600 Joule : 3600 Watt.sec : 0,001 KWH : 0,00136 DK.jam 1 DK.jam : 632,1 KKal : 270000 kg.m : 2650000 N.m : 2650000 joule : 0,736 KWH Bonar M. Robintang Siahaan : Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw, 2009. USU Repository © 2009