perencanaan turbin gas sebagai - USU-IR

PERENCANAAN TURBIN GAS SEBAGAI
PENGGERAK GENERATOR LISTRIK
DENGAN DAYA TERPASANG 135,2 MW
SKRIPSI
Skripsi yang di ajukan untuk melengkapi
Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FAZAR MUHAMMADDIN
040401016
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2009
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
PERENCANAAN TURBIN GAS SEBAGAI
PENGGERAK GENERATOR LISTRIK
DENGAN DAYA TERPASANG 135,2 MW
FAZAR MUHAMMADDIN
NIM.040401016
Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi
Periode ke- 535, pada tanggal 07 Maret 2009
Pembanding I,
Pembanding II,
Ir.Zamanhuri, MT
Ir. Mulfi Hazwi, Msc
NIP.130 353 113
NIP. 130 905 356
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT. karena atas rahmat dan
karuniaNya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini pada waktu
yang telah ditentukan. Tugas Sarjana ini merupakan tugas akhir untuk
menyelesaikan studi pada jenjang Pendidikan Sarjana. (S I) Teknik Mesin
menurut Kurikulum Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara Medan.
Penu lis
ya it u
dalam Tuga s Sar ja na
“PERENCANAAN
TURBIN
GAS
in i
me ng a mb il
PENGGERAK
ju d u l,
GENERATOR
LISTRIK DENGAN DAYA TERPASANG 135,2 MW". Dalam penulisan ini dari
awal sampai akhir penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya
Tugas Sarjana ini. Namun penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangankekurangan
yang
terutama
disebabkan
faktor
pengetahuan
dan
pengalaman penulis. Untuk itu maka petunjuk dan saran dari semua pihak yang
bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Sarjana
ini.
Dengan tersusunnya Tugas Sarjana ini maka penulis mengucapkan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
Kedua Orang tua dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik
moril maupun materiil.
Bapak Ir. Abdul Halim Nasution, Msc selaku dosen pembimbing Tugas
Sarjana
yang telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis.
3. Bapak Dr. Ing Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Tulus Burhanudin Sitorus ST, MT selaku Sekretaris Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di lingkungan Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6.
Saya ucapkan terima kasih kepada, PT PLN (PERSERO).Daerah
Pembangkitan Bagian Sumatera Utara Sicanang Belawan, dimana merupakan
tempat penulis melakukan Riset Tugas sarjana ini
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
7. Saya ucapkan terima kasih kepada Mahasiswa Teknik Mesin khususnya
sesama rekan-rekan setambuk 2004.
Akhir kata dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan do'a kepada
Allah SWT, semoga kita semua dilindungi dan diberi berkat dan hidayahnya.
Medan ,
2009
Hormat Penulis
Fazar Muhammaddin
NIM. 040401016
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA
PADA SEMINAR TUGAS SARJANA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FT.USU
PERIODE
: 535
HARI /TANGGAL
: Sabtu/ 07 maret 2009
NAMA
: FAZAR MUHAMMADDIN
NIM
: 040401016
No
Nama
NIM
Tanda Tangan
1.
Nabahansyah R
040401010
2.
Kartiko Yudo
040401072
3.
Taufik Akbar
040401044
4.
Rahmad S
040401031
5.
Eru Purnomo
040401037
Medan,
Sekretaris,
Ir. Abd Halim Nasution Msc
NIP.130 900 682
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
AGENDA
: 841 / TS/ 2008
FAKULTAS TEKNIK USU
DITERIMA
:
MEDAN
PARAF
:
TUGAS SARJANA
NAMA
: FAZAR MUHAMMADDIN
NIM
: 040401016
MATA PELAJARAN
: TURBIN GAS
SPESIFIKASI
: Rancanglah suatu unit Turbin gas sebagai
penggerak generator listrik dengan datadata :
Daya terpasang
: 135,2 MW
Putaran
: 3000 rpm
Data lainnya yang diperlukan diambil dari
survey Rancangan meliputi :
-Perhitungan Thermodinamika
-Pemilihan Jenis Turbin
-Perhitungan ukuran-ukuran Utama Turbin
-Gambar Teknik Rancangan Turbin
DIBERIKAN TANGGAL : 19 /11/2008
SELESAI TANGGAL
: 23/02/2009
Medan , 19 November 2008
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
Dr. Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 132 018 668
DOSEN PEMBIMBING
Ir. Abdul Halim Nasution, Msc
NIP. 130 900 682
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
i
SPESIFIKASI TUGAS SARJANA
iii
KARTU BIMBINGAN
iv
DAFTAR ISI
v
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR NOTASI
x
BAB I. PENDAHULUAN
1
Tinjauan Umum
1
Gambaran Umum Pembangkit Tenaga
2
Latar Balakang Permasalahan
4
Tujuan Penulisan
4
Pembatasan Masalah
5
Metodologi Penulisan
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 Klasifikasi Turbin Gas
6
2.2 Komponen- Komponen Utama Turbin Gas
12
2.3 Sistem Kerja dan Start Turbin Gas
13
2.4 Siklus Kerja Turbin Gas
13
A. Siklus Ideal
13
B. Siklus Aktual
16
BAB III. PENETAPAN SPESIFIKASI
17
3.1 Spesifikasi Teknis Perencanaan
17
3.2 Analisa Termodinamika
18
3.2.1 Analisa termodinamika pada Kompressor
19
3.2.2 Proses Pada ruang Bakar
22
3.2.3 Analisa termodinamika pada Turbin
26
3.2.4 Generator Listrik
27
3.2.5 Laju Aliran Massa udara dan Bahan bakar
28
3.2.6 Kesetimbangan Energi pada Ruang Bakar
29
3.2.7 Udara Pembakaran
30
3.2.8 Kerja Netto
30
3.2.9 Back work Ratio
30
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
3.2.10. Efisiensi Thermal Siklus
31
3.2.11. Panas Masuk
31
3.2.12 Panas Keluar
31
3.2.13 Daya tiap Komponen Instalasi Turbin Gas
31
BAB IV . PERENCANAAN TURBIN
34
4.1 Parameter Perencanaan Turbin
34
4.2 Perhitungan Jumlah Tingkat Turbin
35
4.3 Kondisi Gas dan Dimensi Sudu Tiap Tingkat
37
4.4 Diagram Kecepatan dan Sudut Gas Tiap Tingkat Turbin
49
4.5 Jumlah Sudu tiap tingkat Turbin
57
4.6 Sudut-sudut Sudu Tiap tingkat Turbin
60
4.7 Berat Sudu gerak Tiap Tingkat Turbin
64
BAB V. PERHITUNGAN UKURAN UKURAN UTAMA
67
5.1 Perencanaan Poros Turbin
67
5.1.1 Perhitungan Poros
67
5.1.2 Pemeriksaaan Kekuatan poros
69
5.2 Gaya-gaya Pada Sudu Tiap Tingkat Turbin
70
5.3 Tegangan yang Timbul pada sudu Turbin
72
5.3.1 Tegangan tarik akibat gaya sentrifugal
73
5.3.2 Tegangan lentur akibat tekanan gas
74
5.4 Pemeriksaan Kekuatan Sudu
76
5.5 Perencanaan Cakram Turbin
78
5.6 Perencanaan Pasak
80
5.7 Perencanaan Bantalan
82
5.8 Sistem Pelumasan
86
BAB VI. KESIMPULAN
91
DAFTAR PUSTAKA
93
LAMPIRAN
95
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem turbin gas dengan siklus terbuka
7
Gambar 2.2 Skema Instalasi turbin gas dengan siklus tertutup
.8
Gambar 2.3 Turbin gas berporos ganda
9
Gambar 2.4 Skema turbin gas siklus regeneratif dengan heat exchanger
10
Gambar 2.5 Skema instalsi siklus gabungan turbin gas — turbin uap
11
Gambar 2.6 Skema instalsi turbin gas sederhana
12
Gambar 2.7 Siklus Brayton sederhana
14
Gambar 2.8 Diagram P-V dan diagram T-S
14
Gambar 3.1 Siklus turbin gas rancangan
18
Gambar 3.2 Diagram T-s (aktual) Siklus Brayton
18
Gambar 3.3 Diagram h-s pada compressor
21
Gambar 3.4 Grafik faktor kelebihan udara
25
Gambar 3.5 Kerugian tekan pada ruang bakar
25
Gambar 3.6 Diagram h-s pada turbin
27
Gambar 4.1. Grafik Efisiensi Turbin - Velocity Ratio
34
Gambar 4.2 Penampang annulus turbin aksial
37
Gambar 4.3 Dimensi sudu tingkat 1
48
Gambar 4.4 Dimensi sudu tingkat 2
49
Gambar 4.5 Dimensi sudu tingkat 3
49
Gambar 4.6 Diagram kecepatan pada sudu turbin.
50
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara sudut masuk gas sudut keluar gas
61
Gambar 4.8 Geometri sudu turbin
62
Gambar 4.9 Profil sudu turbin NACA seri C — 7
64
Gambar 5.1 Gaya-gaya pada sudu turbin
70
Gambar 5.2 Tegangan yang terjadi pada sudu turbin
72
Gambar 5.3 Momen lentur pada sudu
72
Gambar 5.4 Grafik hubungan z dan sudut chamber sudu.
75
Gambar 5.5 Bentuk Konstruksi Cakram Turbin
78
Gambar 5.6 Ukuran dan bentuk Pasak
80
Gambar 5.7 Gaya tangensial pada pasak
81
Gambar 5.8 Bantalan luncur
83
Gambar 5.9 Grafik ketebalan lapisan minimum dan
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
perbandingan eksentrisitas
84
Gambar 5.10 Koefisien gesekan
86
Gambar 5.11 Grafik variable aliran
87
Gambar 5.12 Grafik perbandingan aliran
88
Gambar 5.13 Grafik pemilihan jenis Pelumasan
90
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Kondisi gas pada tiap tingkat sudu turbin
41
Tabel 4.2. Dimensi sudu turbin
47
Tabel 4.3. Diagram kecepatan dan sudut gas tiap tingkat
55
Tabel 4.4. Spesifikasi sudu gerak tiap tingkat turbin
59
Tabel 4.5. Spesifikasi sudu diam tiap tingkat turbin
59
Tabel 4.6. Sudut-sudut sudu gerak turbin pada Dasar Sudu
62
Tabel 4.7. Sudut-sudut sudu gerak turbin pada Tengah Sudu
63
Tabel 4.8. Sudut-sudut sudu gerak turbin pada Puncak Sudu
63
Tabel 4.9. Dimensi dari sudu gerak turbin
64
Tabel 4.10. Berat sudu gerak tiap tingkat turbin.
66
Tabel 5.1 Gaya-gaya pada sudu gerak turbin
71
Tabel 5.2. Tegangan yang timbul pada sudu gerak
76
Tabel 5.3 Tegangan pada sudu gerak
78
Tabel 5.4 Dimensi disk untuk tiap tingkat turbin
79
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR NOTASI
Notasi
Arti
Satuan
m2
A
Luas Anulus
AFR
Perbandingan udara dan bahan bakar
c
panjang chord sudu
m
C
Kecepatan absolute Gas
m/s
C
Kecepatan aliran fluida masuk Kompressor
m/s
C pg
panas spesifik gas hasil pembakaran
kJ/kg
Cx
Panjang chord sudu arah aksial
m
Dd
Diameter luar cakra
m
Dh
Diameter lubang cakra
m
DR
Diameter hidrolis pada sudu diam
m
FA
Diameter hidrolis pada sudu gerak
m
FAR
perbandingan bahan bakar dengan udara
Fr
Gaya tangensial sudu
N
h
entalphi static
kJ/kg udara
ho
entalphi stagnasi
kJ/kg udara
k
Conduktivitas thermal
W/m.K
LHV
Nilai pembakaran bawah bahan bakar
kJ/kg udara
ma
massa aliran udara
kg/s
mf
massa aliran bahan bakar
kg/s
mg
massa aliran gas hasil pembakaran
kg/s
kg
udara
/kg bahanbakar
udara
kg bahanbakar / kg
.K
udara
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
mp
massa aliran udra pendingin
kg/s
n
putaran
rpm
P
Tekanan
Pa
P0
tekanan stagnasi
Pa
Pf
Losses tekanan udara pada filter
Pa
PG
Daya Generator
MW
PK
Daya Kompressor
MW
PT
Daya Turbin
MW
s
Laju perpindahan kalor
Watt
r
jari-jari sudu
m
Ra
konstanta panjang pitch sudu
m
Tc
temperature fluida dingin
K
Th
temperature fluida panas
K
U
kecepatan keliling
m/s
V
kecepatan relative gas
m/s
w
lebar sudu
m
W
kerja spesifik
kJ/kg udara
W netto
kerja bersih
kJ/kg udara
Z
jumlah sudu
buah
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
B A B
I
PENDAHULUAN
1 . 1 Tinjauan Umum
Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai
fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi
mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan
daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian
turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya
yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang
lainnya).
Perkembangan turbin gas hingga bisa dibuat seperti sekarang ini,
yakni sampai bisa ekonomis untuk dipakai sebagai mesin penggerak pesawat
terbang dan untuk instalasi darat seperti pembangkit tenaga listrik, sudah
menghabiskan waktu yang cukup lama sekali. Konstruksi dan cara
bekerjanya turbin gas adalah sangat mudah bila hanya didalam kertas
( gambar desain ), tetapi kenyataannya bila diwujudkan adalah sukar, karena
ada hubungannya dengan pemakaian bahan bakar turbin yang harus hemat.
Keuntungan penggunaan turbin gas pembangkit tenaga listrik
dan sebagai penyedia panas industri karena sifatnya yang mudah diinstal,
proses kerjanya tidak ruwet, terutama cocok untuk menanggulangi beban puncak
serta dimensinya yang kecil. Penggunaan turbin gas pada saat ini sudah
mempunyai arti yang sangat luas dan sangat besar, dimana untuk penggerak
Pesawat terbang dengan daya yang besar harus memakai turbin gas, tidak bisa
disaingi atau digantikan oleh penggerak mula jenis lainnya seperti motor bakar
Pada saat ini perkembangan penggunaan turbin gas sudah sangat
maju, dimana Para ilmuan telah menemukan penggunaan turbin gas dan turbin
uap sekaligus dalam satu siklus yang disebut dengan siklus gabungan (Combine
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Cycle ). Tujuannya tidak lain adalah untuk meningkatkan efesiensi dari siklus
tunggal (siklus Brayton sederhana) dengan memanfatkan kalor dari sisa gas buang
turbin gas untuk kebutuhan ketel uap penghasil uap, guna menggerakkan turbin
uap, sehingga lebih menghemat penggunaan bahan bakar pada instalasi ketel uap.
1.2 Gambaran Umum Pembangkit Tenaga
Pembangkit tenaga yang paling banyak digunakan secara umum digolongkan
atas dua bagian, yaitu :
a. Thermal Power Plant
b. Hydro Power Plant
A. Thermal power plant
Energi yang digunakan pada thermal power plant diperoleh dari hasil
pembakaran bahan bakar cair, gas ataupun padat. Adapun jenis pembangkit yang
tergolong kepada thermal power plant adalah :
•
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ( PLTD )
•
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU )
•
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)
•
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir(PLTN)
Para
ahli
atau
ilmu an
d ib id ang
ini
masih
terus-
m e n e r u s mengembangkan kemungkinan pemanfaatan sumber energi
lain ( energi terbarukan ) sebagai sumber tenaga,seperti
•
Solar power plant
•
Wind power plant
•
Energi biomasa
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
B. Hydro Power Plant
Hydro power plant adalah pembangkit tenaga yang memanfaatkan
energi
Potensial
air
untuk
menggerakkan
sudu-sudu
turbin,
sehingga
menyebabkan poros turbin berputar, dimana poros inilah yang akan memutar
generator listrik. Dengan kata lain bahwa hydro power plant adalah suatu unit
pembangkit tenaga yang memannfaatkan energi potensial air yang diperoleh dari
tinggi air jatuh seperti air terjun, bendungan dan sebagainya.
Usaha untuk mengkonversikan energi air ( hydro power ) menjadi energi
Listrik memerlukan investasi yang sangat mahal dan juga mengingat keterbatasan
sumber energi pembangkit yang tersedia, maka hydro power plant cocok untuk
daerah yang memiliki sumber energi pembangkit tersebut.Dari sekian banyak
pembangkit tersebut diatas.
Disini penulis hanya akan membahas pembangakit listrik tenaga gas,
yaitu berupa unit turbin gas yang akan digunakan pada pembangkit listrik
tersebut.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
1. 3. Latar Belakang Permasalahan
Turbin gas merupakan suatu unit pesawat pembangkit tenaga yang
pada saat ini banyak dipakai, baik dalam kegiatan industri maupun sebagai
penggerak generator listrik atau pesawat terbang.
Adapun kelebihan turbin gas dibandingkan unit pesawat pembangkit
tenaga lainnya adalah karena, sifatnya yang mudah dioperasikan, proses kerjanya
tidak ruwet, ukurannya yang relatif kecil dan cocok untuk menanggulangi beban
puncak.
Turbin gas juga memiliki kelemahan antara lain adalah tingkat efisiensi
turbin gas lebih rendah dibandingkan sistem pembangkit tenaga lain seperti
Tenaga uap ataupun diesel disamping biaya produksi dan perawatannya cukup
tinggi.
Dengan alasan diatas maka dapat dipahami bahwa jika akhirnya
dipilih turbin gas sebagai pesawat pembangkit tenaga dibandingkan unit
pembangkit tenaga lainnya.
1.4. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan tugas sarjana. ( skripsi) ini adalah
untuk merancang suatu unit turbin gas penggerak generator listrik
dengan daya terpasang 135,2
MW dan putaran 3000
rpm. Perancangan
meliputi analisa termodinamika, perhitungan ukuran-ukuran utama serta gambar
teknik turbin gas tersebut.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
1.5. Pembatasan Masalah
Pada penulisan tugas sarjana ( skripsi) ini, penulis hanya membahas
tentang :
a. Analisa termodinamika
b. Pehitungan rancangan turbin gas
c. Ukuran-ukuran utama turbin gas
d. Gambar penampang ( gambar teknik ) turbin gas
1.6. Metodologi Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ( skripsi ) ini
adalah sebagai berikut :
a. Survey lapangan, berupa peninjauan langsung kelokasi tempat unit
pembangkit itu berada, Yaitu di PLN Sicanang Belawan.
b. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait, serta pencarian di internet.
c. Disku si, beru pa t anya jawab dengan dosen pembimbing, dosen
pembanding yang nanti akan ditunjuk oleh pihak jurusan Teknik Mesin
USU mengenai kekurangan-kekurangan didalam tulisan ( skripsi ) ini.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Turbin gas adalah suatu unit turbin dengan menggunakan gas sebagai
fluida kerjanya.Sebenarnya turbin gas merupakan komponen dari suatu sistem
turbin gas. Sistem turbin gas paling sederhana terdiri dari tiga komponen utama,
yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin.
Turbin gas yang ada saat ini sangat luas dan beragam penggunaannya.
Salah satu contoh penerapannya yang sudah sangat terkenal adalah sebagai mesm
penghasil daya dorong pada pesawat terbang. Di industri, turbin gas digunakan
untuk menggerakan bermacam-macam peralatan mekanik, misalnya pompa dan
kompresor atau generator listrik kecil.Turbin gas juga digunakan untuk memutar
generator listrik pada instalasi pembangkit listrik tenaga gas guna menanggulangi
beban puncak kebutuhan listrik dan kadang-kadang juga beban menengah dan
beban dasar.
2.1. Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, sebagai
berikut :
A.Berdasarkan siklus, kerjanya
1. Siklus terbuka
Dalam siklus ini, gas hasil pembakaran setelah diekspansikan pada
turbin, langsung dibuang keudara bebas. Instalasi turbin gas dengan siklus ini
memiliki struktur yang sederhana, yaitu terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
turbin sebagai penggerak beban dan kompresor. Struktur dan susunan dari
instalasi turbin gas dengan siklus terbuka (open cycle) adalah :
Bahan bakar
Gas
Buang
Udara
Atmosfi r
Gambar 2.1. Sistem turbin gas dengan siklus terbuka
Sumber : Arismunandar ( 2002 )
2. Siklus tertutup (closed cycle)
Seperti halnya pada turbin uap, turbin gas dapat pula dirancang dengan
sistem siklus tertutup yaitu fluida kerjanya tidak berhubungan dengan atmosfer
sekitarnya. Dengan demikian dapat dijaga kemurniannya. Hal in i
sangat menguntungkan dari segi pencegahan kerusakan yang disebabkan oleh
erosi dan korosi. Pemilihan fluida kerjanya dapat disesuaikan dengan
persyaratan yang diminta. Salah satu hal yang penting adalah bahwa
pada sistem ini dapat digunakan tekanan tinggi ( sampai 40 atm ) seperti pada
turbin uap, tetapi fluida kerjanya tidak mengalami perubahan fasa. Skema instalasi
turbin gas siklus tertutup dapat dilihat pada gambar 2.2.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Heat Exchanger
P
K
T
Heat Exchanger
K = Kompressor
P = Poros
T = Turbin
Gambar 2.2. Skema Instalasi turbin gas dengan siklus tertutup.
Sumber : Thermodynamics ( fourth edition)
Turbin gas dengan sistem ini konstruksinya lebih rumit, karena
membutuhkan pesawat pemanas yang mempunyai luas pemanas yang besar dan
juga membutuhkan pesawat pendingin udara sebelum masuk kompresor
Keuntungannya adalah:
o
Lebih menghemat penggunaan bahan Bakar
o
Untuk daya yang sama, turbin ini mempunyai ukuran yang lebih
kecil.
o
Bisa bekerja dengan tekanan yang tinggi
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
B. Menurut konstruksinya:
1. Turbin gas berporos Tunggal (single shaft)
Turbin gas ini digunakan untuk pembangkit listrik pada perusahaan listrik
maupun industri yang berskala besar ( lihat pada gambar 2.1)
2. Turbin gas berporos ganda ( multi shaft )
Jenis turbin ini digunakan untuk menahan beban dan torsi yang bervariasi.
Poros pertama turbin dikopel langsung dengan poros aksial. Turbin dengan
tekanan tinggi berfungsi menggerakan kompresor, mensuplai gas panas untuk
turbin bertekanan rendah. Turbin tekanan rendah untuk memutar generator listrik.
Turbin multi shaft ini juga digunakan untuk sentral listrik dan industri. Turbin ini
direncanakan beroperasi pada putaran yang berbeda tanpa menggunakan reduction
gear.
Bahan bakar
Gas buang
Udara Atmosfer
RB
P
Keterangan : K
RB
P
T
G
G
= Kompresor
= Ruang Bakar
= poros
= Turbin
= Generator
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
HPT =Hight Pressure Turbine
LPT = low Pressure Turbin
Gambar 2.3. Turbin gas berporos ganda
Sumber : Arismunandar ( 2002 )
3. Turbin gas dengan siklus kombinasi
Karena banyaknya energi yang hilang bersama dengan terbuangnya gas
buang, maka telah dilakukan beberapa upaya untuk memanfaatkannya dengan
cara menambah beberapa macam proses baru serta peralatan tambahan sehingga
energi yang seharusnya terbuang dapat dimanfaatkan lagi untuk suatu proses
tertentu sehingga dengan demikian dapat meningkatkaan efesiensi dari sistem
tersebut. Tetapi seiring dengan hal itu, bertambah pula biaya investasi.
Yang diperlukan karena harus membeli peralatan baru. Dilihat dari segi
ekonomisnya, turbin gas dengan siklus kombinasi memiliki kebaikan dan
keuntungan bila turbin gas ini dijalankan untuk base load (beban dasar atau
utama) dan secara kontinue. Ada beberapa macam turbin gas siklus kombinasi,
antara lain:
a. Turbin gas dengan siklus Regenerasi
Pada turbin gas dengan siklus regenerasi dilakukan penambahan peralatan
berupa alat penukar kalor ( Heat Exchanger ) yang diletakan antara ruang bakar
dan saluran gas buang. Udara bertekanan dari kompresor mengalir dengan suhu
rendah ke heat exchanger untuk kemudian diteruskan ke ruang bakar dengan
temperatur tinggi. Panas yang diberikan oleh heat exchanger diperoleh dari sisa
gas buang yang dilewatkan terlebih dahulu didalam pesawat penukar kalor
sebelum dibuang keudara beban. Skema dari instalasi tersebut dapat dilihat pada
gambar 2.4.
HE
RB
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
G
Keterangan : K = Kompresor
RB = Ruang akar
P =Poros
T = Turbin
G = Generator
HE = Heat Exchanger
Gambar 2.4. Skema turbin gas siklus regeneratif dengan heat exchanger
Sumber : Arismunandar ( 2002 )
b. Siklus gabungan turbin gas dengan turbin uap
Skema siklus gabungan ini dapat dilihat pada gambar 2.5. Panas dari gas
buang dipergunakan kembali untuk keperluan antara lain :
o
Produksi uap untuk keperluan industri, misalnya proses pemanasan
o
Produksi uap untuk pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan
turbin uap. Proses ini disebut " Combined gas and steam cycle "
Gas buang
Air
KU
R
RB
K
p
TG
G
G
G1
TU
Air Pendingin
Udara Atmosfer
Ko
Air Kondensing
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
p
Keterangan : K = Kompresor
RB = Ruang Bakar
P = Pompa
TG = Turbin Gas
G = Generator
R =Regenerator
Ka = Katup
Ku = Ketel Uap
TU = Turbin Uap
G1 = Generator Uap
Ko = Kondensor
Gambar 2.5. Skema instalsi siklus gabungan turbin gas — turbin uap
Sumber : Arismunandar ( 2000 )
C. Menurut arah aliran fluida kerjanya,
turbin gas dibagi atas dua bagian, yaitu :
Turbin aksial , dimana arah aliran fluida kerjanya sejajar dengan poros
Turbin radial , dimana arah aliran fluida kerianya menyilang poros atau
dalam arah tegak lurus dengan poros turbin.
2.2 Komponen – Komponen Utama Turbin Gas
Secara skematik, unit turbin gas dapat digambarkan sebagai berikut :
Bahan Bakar
RB
K
T
Udara/ Fluida Kerja
T
b
Gas keluar
Keterangan : K = Kompresor
RB = Ruang Bakar
T = Turbin
b = Beban
Gambar 2.6. Skema instalsi turbin gas sederhana
Komponen-komponen pada gambar 2.6 di atas diterangkan, sebagai berikut :
1. Kompresor
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
berfungsi sebagai alai untuk menghisap udara luar ( udara atmosfir ) dan
selanjutnya dikompresikan untuk mendapatkan tekanan yang lebih besar.
2. Ruang bakar
Fungsinya adalah untuk tempat pembakaran bahan bakar agar diperoleh
fluida kerja berupa gas hasil pembakaran yang akan digunakan untuk
menggerakkan turbin. Bahan bakar terbakar akibat bercampur dengan udara
kompresi serta dengan bantuan percikan nyala api dari busi.
3. Turbin
Turbin berfungsi merubah energi kinetik yang tersimpan pada gas hasil
pembakaran menjadi energi berguna.
2.3. Sistem Kerja Dan Start Turbin Gas
Penggerak mula yang digunakan pada sistem ini adalah motor diesel.
Motor diesel ini dihubungkan dengan accessory gear melalui torque converter dan
clute.Mula-mula motor diesel akan memutar kompresor, turbin dan generator
sekaligus dalam keadaan idle ( tanpa beban ) sampai tercapai putaran ( 16-22 ) %
dari putaran kerja. Pada putaran ini kapasitas kompresor telah cukup untuk proses
pembakaran sehingga proses pembakaaran telah dapat didalam ruang bakar. Gas
panas hasil pembakaran kemudian diekspansikan kedalam turbin secara kontinue.
Jumah bahan bakar terus bertambah, sehingga mengakibatkan entalpi hasil
pembakaran semakin tinggi, demikian juga tenaga ( daya ) yang dihasilkan turbin
semakin besar. Dengan semakin meningkatnya daya yang dihasilkan turbin, akan
membawa kompresor dan turbin itu sendiri semakin cepat berputar. Pada. putaran
sekitar ( 65 – 75 ) % dari putaran kerja maka motor diesel telah tertinggal
putarannya, sehingga terjadi slip pada kopling. Pada saat inilah kopling melepas
hubungan antara motor diesel dan turbin. Kemudian motor diesel berjalan idle dan
akhirnya berhenti, sementara turbin berakselerasi sendiri dengan adanya tambahan
bahan bakar sampai dengan putaran kerja. Pada saat putaran kerja telah tercapai,
governor telah berfungsi untuk mengatur bahan bakar dan program start telah
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
selesai, sehingga turbin siap menerima beban dari generator dan operasi terus
berjalan dengan bervariasi beban dari generator.
2.4. Siklus Kerja Turbin Gas
Turbin gas pada umumnya memiliki dua siklus kerja, yaitu :
A. Siklus ideal
Turbin gas secara termodinamika beker ja dengan siklus brayton.
Siklus ini merupakan siklus ideal untuk sistem turbin gas sederhana
dengan siklus terbuka.Siklus ini terdiri dari dua proses isobar dan dua
proses isentropik.
Siklus ideal adalah suatu siklus yang dibangun berdasarkan asumsi sebagai
berikut : (Arismunandar, 2002)
•
Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara reversibel adiabatik
(isentropis).
•
Perubahan energi kinetik dari fluida kerja diantara sisi masuk dan sisi
keluar setiap kompresor diabaikan.
•
Tidak ada kerugian tekanan pada sisi masuk ruang bakar dan keluar gas.
•
Fluida kerja dianggap gas ideal dengan panas jenis konstan.
Gambar dibawah ini menunjukan siklus brayton sederhana .
Bahan bakar
RB
2
Udara atmosfer 1
K
3
T
4 Gas Buang
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 2.7. Siklus Brayton sederhana
Adapun diagram h,T vs S dan P vs V dapat dilihat berikut ini:
Gambar 2.8. Diagram P-V dan diagram T-S ( siklus ideal )
Proses proses yang terjadi dari diagram tersebut diatas adalah sebagai berikut :
• Proses 1-2 : Proses kompresi isentropis pada kompresor.
• Proses 2-3 : Proses pembakaran pada tekanan konstan ( isobar ) didalam
ruang bakar, adanya pemasukan panas
• Proses 3-4 : Proses ekspansi isentropik pada turbin.
Dengan demikian pada proses steady state untuk masing-masing proses
diatas, diperoleh
• Proses 1-2 : Kerja kompresor
W komp
= C p ( T 2a
— T1
= h 2a – h 1
• Proses 2-3
Q
RB
)
(kJ/kg)
(2.1)
Pemasukan panas
= C p ( T 3 - T 2a )
= h 3 –h 2 a
( kJ / kg)
(2.2)
• Proses 3-4 : Kerja turbin
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
W Ta
= C p ( T 3 — T 4a )
= h 3 – h 4a
•
(kJ/kg)
(2.3)
Kerja netto siklus ( W net )
W net
= W Ta - W ka
(2.4)
= C p (T 3 — T 4 a )— C p (T 2 a — T 1 )
= [(h 3 – h 4 a )- ( h 2 a – h 1 )]
Efesiensi total instalasi ( ηTotal ) adalah perbandingan antara kerja netto siklus
dengan pemasukan energi.
B. Siklus aktual
Proses – pro ses yang terjadi diat as berlaku secara teorit is,
tetapi kenyataannya (secara aktual ) terjadi penyimpangan – penyimpangan dan
proses yang ideal. Penyimpangan-penyimpangan itu adalah :
1.
Fluida kerja bukanlah gas ideal dengan panas spesifik konstan.
2.
Laju aliran massa fluida kerja tidak konstan.
3.
Proses yang berlangsung diset iap komponen t idak adiabat ik dan
reversibel, karena ada kerugian energi akibat gesekan, perpindahan panas
dan lain-lain.
4.
Proses kompresi didalam kompresor tidak berlangsung secara isentrofik.
5.
Proses ekspansi didalam turbin tidak berlangsung secara isentropik.
6.
Proses pembakaran tidak berlangsung secara adiabatik serta tidak dapat
menjamin terjadinya pembakaran sempurna, sehingga untuk mencapai
temperatur gas masuk turbin yang ditetapkan diperlukan jumlah bahan
bakar yang lebih banyak.
7.
T e r j a d i p e nu r u n a n t e k a n a n p a d a r u a n g b a k a r
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Kerugian-kerugian diatas akan mempengaruhi effesiensi dari siklus.
BAB III
PENETAPAN SPESIFIKASI
3.1 Spesifikasi Teknis Perencanaan
Sebelum memulai perencanaan mengenai hal-hal yang spesifikasi,
khususnya perencanaan turbin pada instalasi turbin gas, maka perlu sekiranya
untuk menganalisa sistem secara keseluruhan dengan analisa termodinamika guna
mendapatkan suatu kondisi awal perencanaan.
Spsesifikasi teknis perencanan yang ditetapkan sesuai dengan data
referensi dari buku yang disesuaikan data dari hasil survey study di PLTGU
Sicanang Belawan Sumatera Utara. Spesifikasi teknis dari sistem instalasi turbin
gas sebagai berikut :
•
Daya Keluaran Generator
: 135,2 MW
•
Bahan Bakar
: Gas
•
Tipe Turbin
: V 94.2
•
Putaran Turbin
: 3000 rpm
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
•
Temperatur masuk Kompressor
: 30ºC
•
Temperatur masuk turbin
: 975 ºC
•
Tekanan Barometer
: 1,013 bar
Kondisi awal perancangan dapat dilihat pada gambar 3.1 jenis intalasi
turbin gas siklus terbuka, berikut:
Bahan Bakar
RB
W net
K
T
Udara
Gas buang
Gambar 3.1 Siklus turbin gas rancangan
Temperatur udara yang dihisap kompressor mempunyai pengaruh yang besar
terhadap daya efektif yang dapat dihasilkan pembangkit, sebab laju aliran masa
udara yang dihisap kompressor akan berubah sesuai dengan persamaan gas ideal,
yaitu :
M = Pv/Rt, yaitu apabila temperatur masuk gas rendah maka massa aliran gas
akan naik dan sebaliknya.hal ini berarti bila temperatur atmosfer turun maka daya
efektif sistem akan naik dan sebaliknya.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
3.2 Analisa Termodinamika
Gambar 3.2 Diagram T-s (aktual) Siklus Brayton
3.2.1 Analisa termodinamika pada kompressor.
Analisa termodinamika pada kompressor dimaksudkan untuk menentukan
kondisi masuk dan keluar kompressor. Pengambilan asumsi untuk perhitungan
termodinamika kompressor adalah didasarkan pada efisiensi politrofik, yaitu
efisiensi isentrofik dari sebuah kompressor dan turbin yang dibuat konstan untuk
setiap tingkat berikutnya dalam keseluruhan proses. Dalam proses ini terjadi
stagnasi dimana enthalpy, tekanan, temperatur dianalisa pada kondisi stagnasi
yaitu kondisi fluida yang mengalir dengan suatu kecepatan, mengalami hambatan
sehingga disaat itu kecepatan sama dengan nol isentropis.
1. Kondisi udara masuk Kompressor:
Pa= Tekanan Barometer ( 1,013 bar )
Ta = Temperatur lingkungan (30ºC)
= 30+ 273 K = 303 K
γ = Konstanta Adiabatik 1,4 (untuk udara)
Sehingga : P 1 = P a - P f
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dimana , P f = Proses tekanan pada saringan udara masuk kompressor
= 0.01 bar ( hasil survey)
Maka :
P1 = 1,013-0,01
P1 = 1,003 bar
Dengan demikian akan diperoleh suhu keluar saringan udara:
 1,003 
T 1 = 303 

 1,013 
1, 4 −1
1, 4
……………….. (lit 1 hal 226)
T 1 = 302,14 K
Sehingga dari table property udara ( lamp. 1) dengan cara interpolasi diperoleh :
h 1 = 302,34 kJ/kg udara
2. Kondisi udara keluar kompressor
Untuk mendapatkan nilai efisiensi yang lebih tinggi, maka perbandingan tekanan
yang digunakan adalah optimum yaitu :
rp
=
 T max 
 T min 
k −1
k
……………….. (lit 1 hal 226)
Dimana rp 1 = Perbandingan tekanan optimum
Tmax= T 3 = Temperatur masuk Turbin= 1248 K
Tmin= T 1 = Temperatur masuk Kompressor = 302,14 K
Maka,
 1248 
rp= 

 302,14 
1, 4 −1
1, 4
r p = 12
P 2 = r p .P1
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
P 2 = 12. 1,003
P 2 =12.036 bar
T2  P2 
= 
T1  P1 
T 2 =(12 )
k −1
k
1, 4 −1
1, 4
…………………….(Cohen et al, 1989)
. 302,14
T 2 =614,53 K
Maka setelah diinterpolasi dari table property udara diperoleh :
h 2 = 622,3046 kJ/kg
3. Kerja Kompressor

Kondisi Ideal Kompressor
Kerja Kompressor ideal adalah :
W ki
= h 2 -h 1
=622,3046- 302,34
= 319,946 kJ/kg

Kondisi Aktual Perencanaan
Untuk menentukan keadaan pada titik 2, yaitu keadaan aktualnya maka
ditetapkan η k= 0,88 ( antara 0,85-0,90 ) untuk kompressor aksial)
Maka kerja aktual kompressor adalah :
Wka=
319,9646
0.88
Wka=363,5961 KJ/kg
Sehingga akan diperoleh h 2 a :
h 2 a = Wka + h 1
h 2 a =363,5961 +302,34
h 2 a = 665,9361 kJ/kg
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dari table property udara dengan cara interpolasi diperoleh temperatur aktual
perencanaan keluar kompressor (T2a) yaitu sebesar : T2a = 655,73 K = 382,73ºC
Dari perhitungan maka dapat digambarkan diagram h-s sebagai berikut.
Gambar 3.3 Diagram h-s pada kompressor
3.2.2 Proses Pada ruang bakar
Daya yang dihasilkan turbin tergantung dari entalphi pembakaran. Untuk
itu perlu dianalisa reaksi pembakaran yang terjadi pada ruang bakar. Dari analisa
ini akan didapat perbandingan bahan bakar dengan udara yang dibutuhkan yang
dipergunakan, sehingga diperoleh laju aliran massa yang dialirkan ke turbin.
Bahan bakar yanag dipakai adalah gas alam dengan komposisi pada table 3.2
berikut .
Tabel 3.2 Komposisi Bahan Bakar
NO
Komposisi
% Volume
1
CO2
2,86
2
N2
1,80
3
CH4
88,19
4
C2H6
3,88
5
C3H8
2,1
6
C4H10
0,83
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
7
C5H12
0,25
8
C6H14
0,05
9
C7H16
0,04
Σ = 100%
LHV
45.700 kj/kg
Sumber PT PLN ( Persero) Sicanang.
Dengan reaksi pembakaran komponen bahan bakar adalah :
Untuk CH4
0,8819 CH4 + a (O2 + 3,76 N2 ) → b CO2 + c H2O + d N2
Persamaan reaksi diatas disetarakan sebagai berikut :
Unsur C
:b
= 0,8819
Unsur H
: 2c
= 4b
C
Unsur O
: 2a
A
Unsur N2
:d
D
= 1,7638
= 2b+c
= 1,7638
= 3,76 a
= 6,6318
Sehingga persamaan reaksi (stoikiometri) yang terjadi :
0,8819 CH4 + 1,7638 (O2+3,76 N2) → 0,8819 CO2 + 1,7638 H2O+6,631 N2
Maka akan diperoleh massa bahan bakar CH4 :
Untuk massa CH4
= 0,8819 x 16
= 14,1104 kgCH4/1mol bahan bakar
Dengan cara yang sama akan diperoleh hasil pada table 3,3 berikut.
Tabel 3.3 Kebutuhan udara pembakaran
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Mol udara
Massa B. Bakar
yang
( kgCmHn/1
dibutuhkan
mol BB)
0,0286
-
1,2584
N2
0,018
-
0,504
3
CH4
0,8819
1,7638
14,1104
4
C2H6
0,0388
0,1358
1,164
5
C3H8
0,021
0,105
0,924
6
C4H10
0,0083
0,05395
0,4814
7
C5H12
0,0025
0,02
0,18
8
C6H14
0,0005
0,00475
0,043
9
C7H16
0,0004
0,0044
0,04
Σ= 1
Σ = 2,08628
Σ =18,7052
Komposisi
Fraksi Mol B.Bakar
B.bakar
( % Volume)
1
CO2
2
No
Sedangkan massa udara yang dibutuhkan adalah :
Massa= Mol x Mr
= 2,08628 x ( 32 + 3,76.28)
= 286,4045 kg
Maka, AFR TH
=
MassaUdara
MassaBahanBakar
=
286,4045
18,7025
=15,3137 kg Udara/kg bahan bakar
Untuk menghitung perbandingan bahan bakar aktual, dengan menghitung
temperatur udara keluar dari kompressor 382,73ºC dan dengan pertimbangan
bahan yang dipakai sudu, ditetapkan temperatur gas masuk turbin 975ºC. Maka
dapat ditentukan faktor kelebihan udara (excess air) sebesar 3,334 sehingga :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
λ
AFRakt − AFRth x 100%
AFRth
=
AFRakt − 15,3137
x 100%
15,3137
3,334
=
AFR akt
= (3,334 x 15,3137) + 15,3137
AFR akt
= 66,3741
AFR akt
= 0,015066
Gambar 3.4 Grafik faktor kelebihan udara
Sumber : Turbin pompa dan compressor, Fritz Dietzel
Kerugian tekanan pada ruang bakar (gambar 3.3) sebesar (2-3)% (lit 1, hal 198)
diambil 2% , maka :
P3
= P 2 a - ∆ Pb
= 12,0- ( 0,02 X 12,0)
=11,8 bar
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 3.5 Kerugian tekan pada ruang bakar
Sehingga tekanan pada titik 3 :
T3
= 975 + 273
= 1248 K
Drai table property udara dengan cara interpolasi maka kan diperoleh :
h 3 = 1334,354 kJ/kg
3.2.3 Analisa termodinamika pada Turbin
1. Temperatur dan tekanan udara keluar Turbin
Tekanan keluar turbin (ideal) sama dengan tekanan atmosfer, sehingga :
P4=Pa= 1,013 bar
T4  P4 
= 
T3  P3 
k −1
k
 11,8 
T4=

1,013 
1, 4 −1
1, 4
x 1248
T 4 = 618,8213 K
Dengan cara interpolasi dari table udara diperoleh enthalpy keluar turbin
h 4 = 626,82944 kJ/kg
2. Kerja Turbin
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009

Kondisi Kerja Ideal Turbin
W T1
= 1334,354-626,82944
= 707,524558 kJ/kg

Kondisi Kerja Aktual Turbin
Untuk menentukan kerja turbin yang sebenarnya, maka ditentukan efisiensi
isentropis turbin yakni dipilih 0,85 ( antara 0,82-0,89 )
η = effisiensi turbin = 0,85
Maka :
W
Ta
= 0,85 x 707,524558 kJ/kg
= 601,3958 kJ/kg
Sehingga diperoleh entalphi dan temperatur perencanaan :
h 4a
= h 3 - W Ta
= 1334,354-601,3958
= 732,9582 kJ/kg
Dari table property udara dengan cara interpolasi diperoleh temperatur udara
keluar turbin secara aktual sebesar : T 4 a
=705,14 K= 432,14 ºC
Dari perhitungan maka dapat digambarkan diagram h-s nya sebagai berikut.
h ( kJ/kg).
h3 = 1334,354
h4a =732,9582
h4 =626,8294
Gambar 3.6 Diagram h-s pada turbin
3.2.4. Generator Listrik
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dalam suatu poses pembebanan listrik arus bolak balik ada suatu unsur yang
terlihat dalam proses konversi daya, yaitu :
1. Daya nyata yang diukur dengan Watt, dikatakan daya nyata, karena
besaran inilah yang terlibat dalam proses konversi daya.
2. Daya reaktif yang sebenarnya tidak mempengaruhi suatu proses konversi
daya, tetapi adalah suatu kebutuhan yang harus dilayani secara ekonomis
dapat dikatakan bahwa daya reaktif hanya membebani biaya investasi dan
bukan biaya operasi.
Suatu beban membutuhkan daya reaktif yang besar karena dua hal, yaitu :
a. Karakteristik beban itu sendiri yang tidak biasa dielakkan
b. Proses Konversi daya didalam alat itu sendiri.
Dari kesimpulan diatas diperoleh bahwa daya yang harus disuplai oleh turbin
kepada generator harus dapat memenuhi kebutuhan daya nyata dan daya reaktif.

Daya keluaran (nyata) generator :
P G = 135,2 MW

Daya semu generator :
PS =
PG
Cosφ
=
135,2
0,8
=169,2 MW

Daya netto turbin
PE =
Dimana
PG
η Gη Tr .Cosφ
:η
η
G
Tr
= Effisiensi generator ( direncanakan 0,98 )
= Effisiensi transmisi ( direncanakan 1 karena turbin dan
generator dikopel langsung )
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Cos φ = 0,8-0,9 ( dipilih 0,8)
Maka
PE
=
135,2
0,98.1.0,8
= 172,448 MW
Laju Aliran Massa Udara dan Bahan Bakar
Laju aliran massa udara dan bahan bakar ini akan dipergunakan untuk
menentukan daya dari kompressor dan turbin, serta dalam perancangan sudu
turbin.
Ma
=
PE
 mf 
1 + ma Wta − Wka
Dengan : P E
= 172,448 MW
mf
= FAR akt= 0,015066
ma
Dan AFR akt = 66,3741
Sehingga m a =
ma =
172448
[1 + 0,015066]601,3958 - 363,5961
172448
241,382
m a = 714,419 kg/s
Mf
= m a x FAR akt
= 714,419. 0,015066
= 10,7634 kg/s
3.2.6 Kesetimbangan Energi Pada Ruang Bakar
Ruang bakar tidak menghasilkan dan tidak memerlukan energi mekanis,
jadi w= 0, jika proses pembakaran dianggap adiabatik maka ∆ EP ≅ 0 karena
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
relative kecil dibanding dengan besaran lainnya. Maka persamaan untuk ruang
bakar dapat dituliskan menurut ( lit.1 hal 74 ) :
Σ ( m produk x h produk) = Σ (m reaktan x h reaktan)
udara masuk
h 2 a = 665,9361
RB
m a =714,419 kg/s
Gas Pembakaran keluar
h 3 = 1334,354
B. Bakar masuk
m f = 10,7634 kg/s
Maka, ma.h 2 a + mf LHV= (ma+mf) h 3
714,419. 665,9361 +10,7634.45700 = (714,419+ 10,7634) 1334,354
967649,78
967650
= 967650,036
= 967650
Artinya dalam ruang bakar terjadi kesetimbangan energi
3.2.7 Udara Pembakaran
Udara pembakaran adalah perbandingan antara AFR akt dengan AFR TH yang
digunakan untuk menentukan persentase udara pembakaran
τ
=
AFRakt
AFRth
=
66,3741
15,3137
=4,334
3.2.8 Kerja Netto
Kerja spesifik netto adalah selisih antar kerja spesifik turbin dengan kerja spesifik
kompressor yang digunakan untuk menentukan nilai effisiensi siklus.
Wnet = WTa- Wka
(lit.3 hal 478)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
= 601,3958- 363,5961
= 237,7997 kJ/kg
3.2.9. Back work Ratio
Backwork ratio merupakan nilai persentase kerja spesifik turbin yang digunakan
untuk menggerakkan kompressor.
r bw
=
Wka
WTa
=
363,5961
601,3958
( lit.3 hal 478)
=0,6045
3.2.10. Effisiensi Thermal siklus
Effisiensi thermal ini merupakan effisiensi total dari siklus yangterjadi pada
analisa termodinamika tersebut.
η
=
Wnet
x 100%
QRb
=
Wnet
h3 − h 2a
=
(lit.3 hal 479 )
237,7997
100%
1334,354 − 665,9361
=35,5 %
3.2.11. Panas Masuk
Panas masuk adalah suplai panas dari ruang bakar sebesar :
Q in
= QRB
= h 3 - h 2a
(lit 3. hal 479 )
= 1334,354 kJ/kg-665,9361 kJ/kg
=668,4179 kJ/kg
3.2.12 Panas Keluar
Panas Keluar dari turbin gas sebesar :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Q out = h 4 a -h 1
(lit.3 hal 479)
= 732,9582 kJ/kg -302,34 kJ/kg
= 430,6182 kJ/kg
3.2.13. Daya Tiap Komponen Instalasi Turbin Gas
1. Daya Kompressor
Daya Kompressor dari instalasi turbin gas adalah
Pk
:
= (m a ) .W ka
= 714,419 kg/s. 363,5961 kJ/kg
= 259759,9 kW
= 259,759 MW
2.Daya Turbin Gas
Daya bruto dari instalasi turbin gas adalah
PT
:
= PK + PE
= 259,759 MW +172,448 MW
= 432,207 MW

Pembuktian Daya Turbin.
W turbin = m a + m f . W Ta
=(714,419 kg/s +10,7634 kg/s) . 601,3958 kJ/kg
= 725,1824 kg/s . 601,3958 kJ/kg
= 436121,64 kJ/s
= 436121,64 kW
= 436,121 MW
Hasilnya Mendekati dengan nilai Daya Turbin
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Hasil Analisa Termodinamika
Setelah
diadakan
analisa
termodinamika,
sebagai
langkah
awal
perencanaan, maka diperoleh hasil- hasil sebagai berikut :
Temperatur Lingkungan (T a )
: 303 K
Temperatur keluar kompressor(T 2 )
: 614,53 K
Kerja Kompressor Aktual (W ka )
: 363,5961 kJ/kg udara
Suplai panas dari ruang bakar (Q Rb )
: 668,4179 kJ/kg udara
(AFR) akt
: 66,3741 kg
(FAR) akt
: 0,015066 kg bahanbakar / kg
Temperatur gas masuk turbin ( T 3 )
: 1248 K
Temperatur gas buang turbin (T 4 a )
: 705,14 K
Kerja turbin aktual ( W Ta )
: 601,3958 kJ/kg udara
Laju Aliran massa udara (m a )
: 714,419 kg/s
Laju aliran massa bahan bakar ( m f )
: 10,7634 kg/s
Daya kompressor (P K )
: 259759,9 kW
Daya Turbin (P T )
: 432,207 MW
Daya nyata generator (P G )
: 135,2 MW
Daya poros efektif turbin gas (P E )
: 172,448 MW
Efisiensi thermal siklus ( η th sikl)
: 35,5 %
udara
/kg bahanbakar
udara
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
BAB IV
PERENCANAAN TURBIN
4.1. Parameter Perencanaan Turbin
Dalam perencanaan ini dipilih turbin aksial jenis turbin aksial karena
mempunyai keuntungan antara lain: efisiensi yang lebih baik, perbandingan
tekanan dapat diubah lebih tinggi, konstruksi lebih ringan dan tidak membutuhkan
ruangan yang terlalu besar. Turbin aksial yang direncanakan adalah bertingkat
banyak, dimana tiap tingkat terdiri dari satu baris sudu diam dan satu baris sudu
gerak. Sudu diam berfungsi mempercepat aliran fluida kerja dan sudu gerak
berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik menjadi energi mekanis dalam
bentuk putaran poros turbin.
Turbin aksial terdiri dari turbin reteau ( turbin dengan tekanan bertingkat),
turbin curtis ( turbin dengan kecepatan bertingkat), turbin reaksi ( turbin yang
proses ekspansinya terjadi tidak hanya pada laluan sudu diam, tetapi juga pada
laluan sudu gerak sehingga penurunan seluruh kandungan kalor pada semua
tingkat terdistribusi secara merata)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.1. Grafik Efisiensi Turbin - Velocity Ratio ( a )
(Sumber: Energy Conversion System Sorensen)
Maka dalam perencanaan ini dipilih turbin aksial, jenis turbin aksial reaksi
karena:

Pada tipe ini, kecepatan tangensial yang mengalir diantara sudu sudu
adalah tidak terlalu besar, sehingga kerugian gesekan akibat kecepatan
juga tidak terlalu besar.

Effisiensi tingkat pada tipe reaksi lebih baik dari pada yang lainnya,
dengan perbandingan kecepatan yang lebih besar.

Pada tipe reaksi, effisiensi maksimum dapat dicapai pada daerah
perbandingan (U/V) = 0,8 s/d 0,9
Untuk perencanaan turbin aksial, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan
dan ditetapkan, sebagai berikut :
•
Koeffisien aliran sudu (ψ )
•
Kecepatan tangensial rata-rata (Um) = (350 – 400)m/s
•
Kecepatan aliran gas (Ca)
= 150 m/s
[lit 7, hal 671]
•
Derajat reaksi tingkat (RR)
= 0,5
[lit 1 hal 546]
=3
[lit 7 hal 111]
4.2. Perrhitungan Jumlah Tingkat Turbin
1. Penurunan temperatur tiap tingkat turbin (ATos )
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Penurunan temperatur tiap tingkat turbin ini masih merupakan nilai yang
diperoleh dari penentuan harga Um. setelah itu akan disubstitusikan kembali untuk
mendapatkan nilai yang sebenarnya.
2c pg ∆Tos
ψ =
3=
Um
2
2 x1,148 x∆To s x10 3
(375)2
∆To s = 183,743 K
2. Total penurunan temperatur gas ( ∆ To )
Total penurunan temperatur ini merupakan selisih dari temperatur masuk
dan keluar turbin.
ATo
= T3 – T4
= 1248 K –705,14 K
= 542,6 K
3. Jumlah tingkat turbin yang dibutuhkan (n)
Dari perhitungan penurunan temperatur tiap tingkat dan total penurunan
temperatur gas di atas, akan diperoleh jumlah tingkat turbin yang dibutuhkan.
n =
=
∆To
∆To s
542,6 K
183,743 K
= 2,99 ≈ 3 tingkat
Hasil ini disubstitusikan kembali untuk mendapatkan harga ∆ Tos dan Um yang
sebenarnya.
3=
542,6
∆Tos
∆To = 180,95 K
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Maka,
2c pg ∆Tos
3=
3=
Um
2
2 . 1,148. 180,95
Um
2
2
U m = 372,14 m/s
4.3. Kondisi Gas Dan Dimensi Sudu Tiap Tingkat.
Untuk merancang sudu turbin dibutuhkan kondisi gas baik dalam keadaan
statis maupun stagnasi pada setiap tingkat. Baik pada saat gas masuk sudu diam.
keluar sudu diam dan masuk sudu gerak, serta keluar sudu gerak dan masuk sudu
2 3
d
g
Gambar 4.2 Penampang annulus turbin aksial
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dalam rancangan ini akan dibahas analisis data kondisi gas meliputi perhitungan
temperature dan tekanan juga massa jenis aliran untuk setiap tingkat turbin
A. TINGKAT SATU
1. Gas masuk sudu diam
Dari gambar 4.2 di atas yaitu pada titik 1.
o Kondisi pada keadaan stagnasi
T 01 =1248 K
P 01 = 11,8 bar
o Kondisi pada keadaan statik
C2
T 1 = T 01 2Cp g
= 1248 -
150 2
2.1,148.10 3
=1238,2003 K
 T 
P1 = Po1  1 
 To1 
γ −1
γ
 1238,2003 
= 11,8 

 1248 
( Cohen et al, 1987)
1, 33−1
1, 33
= 11,43 bar
ρ1 =
=
100.P1
Rg.T1
100..P1
0,287.1238,2
= 3,216 kg/m3
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
2. Gas keluar sudu diam dan masuk sudu gerak
Pada gambar 4.2 yaitu pada titik 2.
o Kondisi pada keadaan stagnasi
Po2
=
Po1
  ∆Tos.R R
1 − 
  ηst.To1



γ −1
γ
( Cohen et al, 1987)
dimana :
η st = Efisiensi statik (direncanakan 0,9)
R R = Derajat reaksi (0,5)
Sehingga :
Po2
=
11,8
  183,743 .0,5 

1 − 
  0,9.1248 
Po2
= 1,39.11,8
Po2
= 16,402 bar
To2
=To1 - ∆ Tos. R R
1, 33−1
1, 33
= 1248- (183,743.0,5)
= 1256,1285 K
o Kondisi pada keadaan statik
T2
= To2 -
C2
2Cp g
= 1256,1285-
150 2
2.1,148.10 3
=1246,32 K
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009




γ −1
γ
P2
 T2
= Po2 
 To
2

P2
 1246,32 
= 16,402 

 1256,1285 
P2
= 16,011 bar
ρ2 =
=
1, 33−1
1, 33
100.P2
R g .T2
100.16,011
0,287.1246,32
= 4,476 kg/m3
3. Gas keluar sudu gerak dan masuk sudu diam
Pada gambar 4.2 yaitu pada titik 3.
Kondisi pada keadaan stagnasi
  ∆Tos.R R
1 − 
  ηst.To 2
Po3
=
Po2
Po3
=
16,402



γ −1
γ
  183,743 .0,5 

1 − 
0
,
9
.
1248



Po3
= 1,39.16,402
Po3
= 22,798 bar
To3
=To2 - ∆ Tos.RR
(arismunandar ,2002)
1, 33−1
1, 33
= 1256,1285 - 183,743 .0,5
= 1164,2577 K
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
o Kondisi pada keadaan statik
T3
= To3 -
C2
2Cp g
150 2
= 1164,2577 2.1,148.10 3
= 1057,24 K
 T 
= Po3  3 
 To3 
P3
γ −1
γ
 1057,24 
=22,798 

 1164,2577 
1, 33−1
1, 33
= 22,276 bar
ρ3 =
=
100.P3
R g .T3
100.22,276
0,287.1057,24
= 7,341 kg/m3
Untuk tingkat selanjutnya dilakukan dengan cara yang lama dan hasilnya
dapat dilihat pada Tabel berikut.
Tabel 4.1. Kondisi gas pada tiap tingkat sudu turbin
TINGKAT
1
2
3
Po1
(bar)
11.8
5,832
2.526
To1
(K)
1248
1067.046
886,0923
T1
(K)
1238,2003
1057,246
976.2927
P1
(bar)
11,43
5,619
2,415
ρ1
(kg/m3)
3,216
1,8518
0,960
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Po2
(bar)
16,402
3,914
1,853
To2
(K )
1256,1285
976,569
795,615
T2
(K)
1246,32
966,799
785,816
P2
(bar)
16,011
3,758
1,666
ρ2
(kg/m3)
4,476
1,354
0,738
P03
(bar)
22,798
2,526
1,07508
T03
(K)
1164,2577
886,0923
705,138
T3
(K)
1057,24
876,2927
695.3387
P3
(bar)
22,276
2.415
1,016127
7,341
0,960
0.509
ρ3
(kg/m3)
Ukuran-ukuran (jari-jari sudu) sesuai gambar 4.2. dapat dihitung untuk
setiap jumlah aliran massa gas masing-masing baris. Menurut lit.[2] Hal.294,
pendinginan sudu menggunakan 1.5 % - 2 % udara kompresi pada tiap tingkat
sudu sehingga tiga tingkat turbin didinginkan dengan ( 4.5 - 6 )% udara kompresi
Maka laju aliran massa pendingin (m p ) adalah :
mp
= (4.5 - 6 )%.ma
=(4.5-6)%x 714,419 kg/s
= 35,76 kg/s ≈ 36 kg/s
untuk setiap baris sudu didinginkan oleh :
mn =
36
6
= 6 kg/s udara
Dimana udara pendingin ini ikut berekspansi pada tingkat berikutnya. Kecepatan
keliling rata-rata sudu (Um) adalah :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Um= 2 π .rm. n
dimana:
(Cohen et al 1987)
Um = Kecepatan keliling rata-rata sudu (m/s)
r
= Jari- jari rata-rata sudu (m)
n
= putaran poros turbin
Maka :
rm=
=
60.U m
2π .n
60.372,14
2.3,14.3000
=1,184 m
1. Kondisi masuk pada sudu diam (Kondisi -1)
Yang dimaksud dengan kondisi disini adalah laju aliran massa gas pada tingkat 1
serta perhitungan dimensi sudu pada tingkat tersebut.
A1=
m g1
ρ 1C a
dimana : m g1 = Laju aliran massa gas masuk sudu diam
= (m a + m f )-(m p + m n1 )
= (714,419+10,7634) - (36+6 )
=
695,182 kg/s
maka :
A1=
695,182
3,216.150
=
1,44 m2
h1 =
dimana :
A1 .n
U m .60
(Cohen et al 1987)
h 1 = Tinggi blade (m)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
A 1 = Luas anulus (m2) )
Maka :
h1 =
1,44 .3000
372,14.60
=0,193 m
r r1
h1
2
= rm-
=1,184-
0,913
2
= 0,7275 m
r t1 = r m +
h1
2
=1,184+
0,913
2
= 1,64 m
2. Kondisi keluar sudu diam, masuk sudu gerak (Kondisi — 2)
Yang dimaksud dengan kondisi disini adalah laju aliran massa gas pada tingkat 2
serta perhitungan dimensi sudu pada tingkat tersebut.
A2=
mg 2
ρ 2Ca
(Cohen et al 1987)
dimana : m g 2 = Laju aliran massa gas masuk sudu gerak
maka :
m g 2 = m g1 + mn 2
=
695,182 +6
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
=701,18 kg/s
maka
A2=
701,18
4,476.150
= 1,044 m2
h2 =
A2 .n
U m .60
h2 =
1,044.3000
372,14.60
= 0,14 m
r r2 = r m -
h2
2
= 1,184 -
0,14
2
= 1,114 m
r t2 = r m +
h2
2
= 1,184 +
0,14
2
= 1,254 m
3. Kondisi keluar sudu gerak, masuk sudu diam (Kondisi -3)
Yang dimaksud dengan kondisi disini adalah laju aliran massa gas pada tingkat 3
serta perhitungan dimensi sudu pada tingkat tersebut.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
A3=
mg 3
(Cohen et al 1987)
ρ 3C a
m g 3 = m g 2 + mn 3
= 701,18 + 6
= 707,18 kg/s
Maka :
A3 =
707,18
7,341.150
= 0,642 m2
h3=
A3 .n
U m .60
h3=
0,642.3000
372,14.60
= 0,086 m
r r3 = r m -
h3
2
= 1,184 -
0,086
2
= 1,141 m
r t3 = r m +
h3
2
= 1,184 +
0,086
2
= 1,227 m
4. Tinggi rata-rata sudu diam (hN)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tinggi rata-rata sudu diam adalah nilai rata-rata dari tinggi sudu pada kondisi
1 dan 2.
h N =1/2 (h 1 +h 2 )
(Cohen et al 1987)
= ½ (0,193 + 0,14)
= 0,1665 m
5. Tinggi rata-rata sudu gerak (hR)
Tinggi rata-rata sudu gerak adalah nilai rata-rata dari tinggi sudu pada kondisi 2
dan 3.
h R =½ (h 2 +h 3 )
(Cohen et al 1987)
= ½ (0,14 +0,086 )
= 0,113 m
6. Tebal (lebar) sudu gerak (w)
Tebal sudu gerak pada tingkat 1 adalah :
wR =
=
hR
3
(Arismunandar, 2002)
0,113
3
= 0,037 m
7. Lebar celah aksial (c)
Lebar celah aksial merupakan celah yang dirancang antara sudu gerak dengan
penutup agar sudu dapat berputar bebas.
c = 0,25. w R
= 0.25 x 0,037
= 0,00925 m
Dengan cara yang sama dapat dihitung dimensi sudu untuk tingkat berikutnya dan
hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.2. berikut.
Tabel 4.2. Dimensi sudu turbin
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
TINGKAT
1
2
3
m g1
(kg/s)
695,182
629.3226
639,326
A1
(m2)
1,44
2,2656
4,439
h1
(m)
0,193
0,304
0,596
r r1
(m)
0,7275
1,336
1,482
r t1
(m)
1,64
1,336 6
1,482
mg 2
(kg/s)
701,18
624,326
634,326
A2
(m2)
1,044
1.69
3,123
h2
(m)
0,14
0,227
0.419
r r2
(m)
1,114
1.0705
0.974
1,254
1.2975
1,393
707,18
639.326
639.326
r t2
(m)
m g 3 (kg/s)
A3
(m2)
0,642
2.2656
4.439
h3
(m)
0,086
0,304
0.596
r r3
(m)
1,141
1,032
0.896
r r3
(m)
1,227
1,336
1.482
hN
(m)
0,1665
0.4995
0.3615
hR
(m)
0,113
0.2655
0,5075
W R (m)
0,037
0.0885
0,1691
C
0,00925
0,022
0,042
(m)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dari perhitungan diatas , dapat digambarakan ukuran turbin yang dirancang,
dengan skala 1:30 yaitu
Gambar 4.3 Dimensi sudu tingkat 1
Gambar 4.4 Dimensi sudu tingkat 2
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.5 Dimensi sudu tingkat 3
4.4. Diagram Kecepatan Dan Sudut Gas Tiap Tingkat Turbin
Untuk dapat menggambarkan kecepatan gas dengan menggunakan diagram
segitiga kecepatan perlu untuk menghitung sudut-sudut saat gas melalui sudusudu.
Gambar 4.6 Diagram kecepatan pada sudu turbin.
A. TINGKAT SATU
Dari gambar 4.4 dimana sudut gas tingkat-1, yaitu pada dasar. tengah dan puncak
sudu dapat dihitung :
.1. Sudut Gas pada Tengah Sudu
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Sudut-sudut gas yang terjadi pada tengah sudu antara lain :
Sudut masuk relatif gas ( β 2 m )
ψ = 4.φ .tg .β 2 m + 2
(Cohen et al 1987)
Dimana :
φ=
Ca
Um
φ=
150
372,14
= 0,403
maka :
ψ = 4.φ .tg .β 2 m + 2
= 4.0,403.tg β 2 m + 2
3
tg β 2 m = 0,620232
β 2 m = 31,8º
Sudut keluar relatif gas ( β 3m )
ψ = 4.φ .tg .β 3m − 2
3
(Cohen et al 1987)
= 4.0,403.tg β 3m − 2
tg β 3m = 3,10173
β 3m
= 72,13º
Menurut [lit 2, hal 249], sudut masuk absolut gas pada sudu diam dan sudut
keluar gas pada sudu gerak adalah sama dengan sudut
relatif gas
( β 2 m = α 1m = α 3m ) yaitu 31,8 .Sudut keluar relatif gas pada sudu diam sama
dengan sudut keluar relatif gas pada sudu gerak ( α 2 m = β 3m )yaitu 72.13°

Kecepatan absolut gas masuk sudu gerak ( C 2 m )
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
C2m =
=
Ca
cos α 2 m
(Cohen et al 1987)
150
cos 72,13°
= 488,84 m/s

Kecepatan absolut gas masuk sudu diam
C1m =
Ca
cos α 3
C1m =
(Cohen et al 1987)
150
cos 31,8
= 176,492 m/s

Kecepatan relatif gas masuk sudu gerak (V 2 m )
V2 m =
Ca
cos β 2 m
=
(Cohen et al 1987)
150
cos 29,5°
= 172,34 m/s

Kecepatan absolut gas keluar sudu gerak (C 3m ,)
Kecepatan absolut gas keluar sudu gerak sama dengan kecepatan relatif gas masuk
sudu gerak maka C 3m , C 1m , = 172.34 m/s

Kecepatan relative gas keluar sudu gerak (V 3m )
V 3m =
=
Ca
cos β 3m
150
cos 72,13°
= 488,84 m/s
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
2. Sudut Gas pada Dasar Sudu
Sudut-sudut gas yang terjadi pada tengah sudu antara lain :
o Sudut keluar absolut gas dari sudu diam ( α 2 r )
r 
tgα 2 r =  m  tgα 2 m
 rr  2
=
1,184
tg 70,56°
1,114
=3,5827
α 2 r = 74,404º
o Sudut keluar absolut gas dari sudu gerak ( α 3r )
r 
tg α 3r =  m tgα 3m
 rr 
=
1,184
tg 29,5°
1,141
= 0,711
α 3r = 35,42°
o Kecepatan rotasi sudu ( Ur )
r
U r = U m  m
 rr


2
 1,184 
= 372,14 

 1,114 
= 411,596 m/s
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
o Sudut keluar relative gas pada sudu diam ( β 2 r )
β 2 r = α 3r =35,5º
o Sudut keluar relatif gas pada sudu gerak ( β 3r )
β 3r = α 2 r =73,45º
o Kecepatan absolut gas masuk sudu gerak (C 2 r )
C2r =
=
Ca
cos α 2 r
150
cos 74,404°
= 557,926 m/s
o Kecepatan absolut gas keluar sudu gerak (C 3r )
C 3r =
=
Ca
cos α 3r
150
cos 35,42°
= 184,065 m/s
o Kecepatan whirl gas masuk sudu gerak (C w2 r )
C w2 r = Ca.tg α 2 r
=150.tg 74,404º
=537,384 m/s
o Kecepatan relatif gas masuk sudu &, gerak(V 2 r )
V 2r =
Ca
cos β 2 r
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
=
150
cos 74,404°
= 557,926 m/s
o Kecepatan whirl gas keluar sudu gerak (C w3r )
C w3r = C a .tg α 3r
= 150 x tg35.42º
= 106.67 m/s
Diagram kecepatan dan sudut gas pada puncak sudu serta perhitungan
untuk tingkat selanjutnya dapat dilakukan dengan cara yang sama seperti diatas
dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.3 berikut :
Tabel 4.3. Diagram kecepatan dan sudut gas tiap tingkat
TINGKAT I
Dasar Sudu
Tengah Sudu
Puncak Sudu
U
41 1,596
372,14
339,58
α1
35,42
31,8
29,50
α2
74,40
72,13
70,92
α3
35,42
31,8
29,50
β2
35,42
31,8
29,50
β3
74,40
72,13
70,92
C w2
537,38
465,174
433,66
C w3
106,67
C2
93,032
488,76
94,86
458,87
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
C3
557,926
176,508
172,34
V2
184,065
176,508
172,34
V3
184,065
488,76
458,87
Tengah Sudu
Puncak Sudu
557,926
TINGKAT 2
Dasar Sudu
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
U
452,37
372,14
316,30
α1
37,0
31,8
27,78
α2
75,14
72,13
69,227
α3
37,0
31,8
27,78
β2
37,0
31,8
β3
75,14
72,13
C w2
565,32
465,174
395,43
C w3
113,03
93,032
79,01
C2
584,89
488,76
422,93
187,92
176,508
169,54
V2
187,82
176,508
169,54
V3
584,89
488,76
422,932
Dasar Sudu
Tengah Sudu
Puncak Sudu
C3
TINGKAT 3
27,78
69,227
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
U
551,11
372,14
280,91
α1
42,55
31,8
25,08
α2
77,17
72,13
66,187
α3
42,55
31,8
25,08
β2
42,55
31,8
25,08
β3
77,17
72,13
66,87
C w2
658,63
465,174
351,16
C w3
137,69
93,032
70,20
C2
675,49
488,76
381,85
C3
203,61
176,508
165,61
V2
203,61
176,508
165,61
V3
675,49
488,76
381,85
4.5. Jumlah Sudu Tiap Tingkat Turbin.
Untuk menentukan jumlah sudu gerak dan sudu diam tiap tingkat turbin,
maka
dapat
dilakukan
perhitungan
pada
tengah-tengah
sudu
dengan
mempergunakan tinggi rata-rata sudu. Perbandingan tinggi sudu dengan chord
sudu (aspek ratio. h/c) menurut [ lit 2. hal 271] dapat direncanakan antara 3 dan 4.
Jumlah sudu gerak, Tingkat-1 dapat ditentukan sebagai berikut :

Panjang chord sudu (c)
c=
hg
3
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
=
0,2655
3
= 0,0885 m
Perbandingan pitch sudu dengan chord sudu (s/c) untuk harga β 2 m 31,8" dan
β 3m = 72,13º didapat harga (s/c) = 0.6327 [ Dari gambar 4.61] maka :

Panjang pitch sudu (s)
s
S = c 
c
= 0,0885 x 0,6327
= 0,05592 ms

Jumlah sudu (z)
Z = 2π
rm
s
= 2.3,14.
1,158
0,05922
= 132,85 buah
Menurut [lit 2. hal 271] digunakan komponen bilangan prima untuk sudu
gerak dan komponen bilangan genap untuk sudu diam. Maka direncanakan :
jumlah sudu gerak tingkat satu adalah 133 buah, sehingga pitch sudu (s) menjadi
0,05593 ; chord sudu (c) adalah 0,0884 dan tinggi sudu gerak (hR)= 0,2652
dengan aspect ratio (h/c) adalah 3
Untuk tingkat selanjutnya baik sudu diam maupun sudu gerak dapat
dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.4 dan
tabel 4.5. berikut.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tabel 4.4. Spesifikasi sudu gerak tiap tingkat turbin
TINGKAT
hR
c
(m)
(m)
s/c
1
2
3
0,2655
0,5075
0,955
0.0885
0,1691
0,3183
0,6327
0,6327
0,6327
s
(m)
0,5592
0,1069
0,2013
z
(buah)
132,66
69,59
36,94
z’
(buah)
133
71
37
s
(m)
0,5593
0,1047
0,2010
c
(m)
0,0884
0,1656
0,3177
hR
(m)
0,2652
0,4968
0,9533
3
3
3
(h/c)
Tabel 4.5. Spesifikasi sudu diam tiap tingkat turbin
TINGKAT
hR
c
(m)
(m)
s/c
1
2
3
0.1995
0,3615
0,6825
0,0665
0,1205
0,2275
0,6327
0,6327
0,6327
s
(m)
0,0420
0,0762
0,1439
z
(buah)
176,81
95,57
51,68
z’
(buah)
178
96
52
s
(m)
0,0417
0,0774
0,1430
c
(m)
0,0660
0,1224
0,2261
hR
(m)
0,1981
0,3674
0,6783
3
3
3
(h/c)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
4.6. Sudut-Sudut Sudu Tiap tingkat Turbin
Profil sudu direncanakan dari tipe NACA seri C-7. Sudut-sudut sudu
tingkat satu pada dasar sudu dapat dihitung sebagai berikut. Dari perhitungan
sebelumnya diperoleh :

Sudut relatif masuk gas ( β 2 r )
β 2 r = 35,42 º

Sudut relatif keluar gas ,
β 3r = 74,40 º
Menurut [lit 2 hal 268] untuk sudu tipe reaksi, maka sudut jatuh gas
(i)berada pada interval -15º dan 15º dan harga yang disarankan untuk dasar sudu
adalah -5 dan untuk tengah sudu 5º serta untuk puncak sudu adalah 10º .

Sudut masuk sudu
β 2r = β 2r + i
= 35,3º + (-5º)
= 30,3º

Sudut keluar sudu ( β 3r )
Sudut keluar sudu dapat diperoleh dengan bantuan gambar 4.5, dimana
untuk setiap harga sudut relatif keluar gas, maka dapat ditentukan besar sudut
keluar sudu. Untuk sudut keluar relatif gas, β 3r = 74,40º diperoleh β 3r = 74,347º
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara sudut masuk gas sudut keluar gas
(Sumber: Gas Turbine Theory, Cohen. H)

Sudut chamber sudu ( θ r )
θ r = β 2 r + β 3r
= 30,42º + 74,347º
= 104,767 º

Sudut relatif rata-rata sudu ( β mr )
tg β mr = 0,5 (tg β 3r -tg β 2 r )
= 0,5 (tg 74,40 –tg 35,42)
= 1,4352
β mr = 55,1325º

Sudut pemasangan sudu ( ζ r )
ζ r = β 2r -
θr
2
= 30,42 -
104,67
2
= -21,395º

Panjang chord sudu arah aksial (c xr )
c xr = c .cos ζ
r
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
= 0,0884. cos(– 21,395º )
= 0.082308 m
Gambar 4.8 Geometri sudu turbin
Dengan cara yang sama. maka harga sudut-sudut sudu untuk tiap tingkat
lainnya dapat dihitung dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.6 dan tabel 4.7 Berta
tabel 4.8. berikut.
Tabel 4.6. Sudut-sudut sudu gerak turbin pada Dasar Sudu
TINGKAT
1
2
3
-5
-5
-5
β 2r
30,42
32,0
β 3r
73,347
75,32
β mr
55,1325
56,44
60,06
θr
104,76
107,32
114,37
-21,39
-21,66
0,0823
0,1539
ir
ζ
c xr
r
37,55
76,82
-19,635
0,2992
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tabel 4.7. Sudut-sudut sudu gerak turbin pada Tengah Sudu
TINGKAT
1
2
ir
5
5
β 2r
36,5
36,5
36,5
β 3r
72,43
72,43
72,43
β mr
51,13
51,13
51,13
θr
108,93
108,93
108,93
ζ
3
5
r
-17,965
-17,965
-17,965
c xr
0,0840
0,1575
0,3022
Tabel 4.8. Sudut-sudut sudu gerak turbin pada Puncak Sudu
TINGKAT
1
2
3
10
10
10
β 2r
39,52
37,78
35,08 8
β 3r
72,90
70.31
68.14
β mr
49,30
46,52
43,12
θr
112.42
108.09
103,22
-16.69
-16.265
-16,53
0,84670
0.1589
0,304569
ir
ζ
c xr
r
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
4.7. Berat Sudu Gerak Tiap Tingkat Turbin
Dengan bantuan profil sudu ( NACA seriC – 7 ), maka tebal rata-rata sudu
dapat dihitung dengan mempergunakan panjang chord pada tengah sudu.
Bahan sudu direncanakan dari Titanium Alloy (ASTM B-265 58T) dengan
kerapatan 4650 kg/m;
Gambar 4.9 Profil sudu turbin NACA seri C — 7
Dengan merujuk pada gambar 4.6, diasumsikan ketebalan sudu rata-rata (t m )=
Y m dan besar harga Y m dapat dilihat pada tabel 4.9 berikut ini
Tabel 4.9. Dimensi dari sudu gerak turbin
Y/C
C (m)
Y (m)
0
0,884
0
1,5
0,884
0,1326
2
0,884
0,l768
2,72
0,884
0,240448
3,18
0,884
0,281112
3,54
0,884
0,312936
4,05
0,884
0,35802
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
4,43
0,884
0,391612
4,86
0,884
0,429624
5
0,884
0,442
4,86
0,884
0,429624
4,42
0,884
0,390728
3,73 3
0,884
0,329732
2,78
0,884
0,245752
1,65
0,884
0,14586
1,09
0,884
0,096356
0
0,884
0
Berat sudu gerak tingkat satu turbin dapat dihitung sebagai berikut

Volume sudu (V)
V = h R . C. Y m
= 0,2652. 0,0884 . 0,259012
=6,072 x 10-3 m3

Berat sudu (WR)
WR = V. ρ .z.g
= 6,072 .10-3 .4650 . 133 . 9,806
= 36.824,9489 N
Berat sudu gerak turbin untuk tingkat selanjutnya dapat dihitung dengan cara yang
sama dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.10 dibawah ini
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tabel 4.10. Berat sudu gerak tiap tingkat turbin.

Tingkat
1
2
3
Ym
(m)
0,25902
0,485208
0,930861
V
(m3)
6,072 x 10- 3
3,9918 x 10-2
0,281923
WR
(N)
36.824,9489
129.232.89
475.639,8231
Total berat sudu gerak turbin (WR)adalah :
(WR) total = Σ(WR ) tingkatke − n
=36.824,9489 + 129.232,89 + 475.639,8231
=641. 697,662N
=641. 697 kN
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
BAB V
PERHITUNGAN UKURAN-UKURAN UTAMA
5.1 Perencanaan Poros Turbin
Pada perencanaan ini poros mempunyai fungsi sebagai penghubung yang
memindahkan daya dan putaran turbin. Beban yang akan dialami oleh poros
adalah:
a. Beban Puntir
b. Beban Lentur
Menurut [lit 14 hal 8] untuk poros putaran sedang dengan beban yang
berat digunakan baja paduan dengan pengerasan kulit. Untuk itu dipilih bahan
poros adalah baja khrom nikel molibden JIS G 4103 dengan kode SNCM 25
dengan komposisi sebagai berikut:
C = (0,12– 0.18)%
Ni = (4,00– 4,50)%
Si = (0,15 – 0.3 5) % Cr = (0,70 – 1,00)%
Mn = (0,30 – 0,60)% Fe = (93,37– 94,73)%
Langkah-langkah perencanaan diameter poros turbin adalah sebagai berikut:
5.1.1 Perhitungan Poros

Daya yang ditransmisikan (Pd)
Pd = Fc . Pt
Dimana:
... (Lit.14 hal.7)
Pt = Daya turbin (432,207 MW)
Fc = Faktor koreksi (1,1 – 1.2)
= 1,2 (diambil )
maka: Pd
= 1,2 x 432,207 MW
= 518,648 MW
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009

Momen torsi yang ditransmisikan (T)
T= 9,74. 10 5
Pd
n
T= 9,74 . 105
518,648.10 3
3000
……………………. (lit.14 hal .7)
T= 168,38771. 10 6 kg.mm

Tegangan geser yang diizinkan ( τ a )
τ
a
=
σb
Sf1 .Sf 2
Dimana : σ b = Kekuatan tarik beban = 110 kg/mm2
Sf
1
= Faktor keamanan untuk batas kelelahan puntir
Untuk bahan S-C, Sf 1
S f2
=6
... [Lit.9 Hal.8]
= Faktor keamanan untuk pengaruh konsentrasi tegangan,
seperti adanya alur pasak pada poros dan kekasaran permukaan.
= 1,3 – 3,0 [diambil 1,5]
Maka:
τ
a
=
110
6.1,5
= 12,22 kg/mm2

Diameter poros dihitung dari persamaan :
 5,1

d p =  .K t .C b .T .1 / 3
τ a

Dimana :
Kt = Faktor koreksi terhadap momen puntir. Besarnya
1,0 — 1,5 jika beban dikenakan kejutan dan tumbukan.
Kt = 1,2 (diambil)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Cb
= Faktor koreksi terhadap beban lentur, harganya antara
1,3 — 2,3 diambil 1,5
T
= Momen torsi rencana
 5,1

dp = 
.1,2.1,5.168,387.10 6 

12,2
Maka:
1/ 3
= 471,977 mm
Dari standar poros yang ada maka dipilih diameter poros yang direncanakan
adalah d. = 500 mm. [Lit. 14 Hal.9]
5.1.2 Pemeriksaan kekuatan poros
Ukuran poros yang diperoleh harus diuji kekuatannya. Pengujian
dilakukan dengan memeriksa tegangan geser (akibat momen puntir yang bekerja
pada poros). Apabila tegangan geser ini melampaui tegangan geser izin yang
dapat ditahan oleh bahan, maka poros akan mengalami kegagalan. Untuk analisa
keamanannya dapat dilakukan perhitungan berikut ini.

Tegangan geser yang timbul pada poros selama beroperasi ( τ s )
τs =
τs =
5,1.T
(d s )3
5,1. 168,38771 .10 6
(500)3
τ s = 6,87 kg /mm2
Dari perhitungan diatas dapat dilihat bahwa tegangan geser yang timbul
pada poros selama beropersi ( τ s )= 6,87 kg/mm2 jauh lebih kecil dari tegangan
geser izin poros ( τ
a
) = 12,22 kg/mm2 . Dengan demikian dapat disimpulkan
bahwa poros aman untuk digunakan.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
5.2 Gaya-Gaya Pada Sudu Tiap Tingkat Turbin
Adapun gaya-gaya yang dialami oleh sudu turbin adalah terdiri dari gaya
tangensial dan gaya aksial. Untuk perencanaan ini gaya-gaya tersebut dihitung
pada tengah-tengah sudu pada tinggi rata-rata sudu.
Gambar 5.1 berikut adalah gaya-gaya yang terjadi pada sudu
Gambar 5.1 Gaya-gaya pada sudu turbin
Gaya-gaya yang timbul pada sudu-sudu tingkat 1 sesuai gambar 5.1 diatas
dapat dihitung sebagai berikut:

Gaya tangensial sudu
Ft = (P 2 – P 3 ) . C xr hR . Z
……….(Lit.2 Hal. 281)
Dimana:
P 2 = Tekanan masuk sudu gerak (N/m2)
P3
= Tekanan keluar sudu gerak (N/m2 )
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
h R = Tinggi rata-rata sudu gerak (m)
Z = Jumlah sudu tiap tingkat turbin (buah)
Maka:
Ft = (16,011-15,87). 105.0,0823. 0,113.133
= 0,174.105 N

Gaya aksial sudu (Fa)
Fa = (P2 – P3) . 2 π . rm hR
Fa = (16,011-15,87) .105.2. 3,14. 1,184. 0,113
Fa =0,118.105 N
Untuk tingkat selanjutnya dapat dilakukan dengan cara yang sama dan
hasilnya dapat dilihat pada tabel 5.1. berikut :
Tabel 5.1 Gaya-gaya pada sudu gerak turbin
Tingkat
1
P 2 (105 N/m2) 16,011
2
3,758
1,666
P 3 (105 /m )
15,87
C xr (m)
0,0823
h 2 R (m)
0,113
Z (buah)
133
71
37
r m (m)
1,184
1,184
1,184
Ft (10.5 kN)
0,174
7,2904
6,858
Fa(10.5 kN)
0,118
635
2
2,415
3
0.1539
0,4968
1,016127
0,2992
0,9533
4,607
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
5.3 Tegangan yang timbul pada sudu turbin
Akibat adanya gaya sentrifugal dan tekanan gas yang terjadi pada sudusudu turbin menimbulkan terjadinya tegangan pada sudu-sudu tersebut. Tegangan
-tegangan yang timbul tersebut yaitu:
a. Tegangan tarik sentrifugal
b. Tegangan lentur
Gambar 5.2 Tegangan yang terjadi pada sudu turbin
Gambar 5.3 Momen lentur pada sudu
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tegangan bending gas ( σ gb) akan menjadi tegangan tarik pada ujung trailing
dan leading dan tegangan tekan pada belakang sudu, bahkan dengan sudut puntir
yang bertaper untuk harga maksimum terjadi pada keduanya (leading dan
trailing). Karena M ω merupakan bending yang lebih besar maka sumbu principal
tidak berdeviasi dengan lebar dari arch aksial (sudut φ kecil). Maka perkiraan
yang berguna diberikan pada persamaan berikut :
(σ gb ) maks =
m(Cω 2 m − Cω 3m ) hr 1
. .
z'
2 ZC 3
... (Lit.2 Hal.273)
dimana:
z’
= Jumlah sudu
Z
= Fungsi dari sudut chamber sudu dan thickness/chord ratio (t/c)
Z
= I /B (10 t/c)n (diperoleh dari gambar 5.3)
Cω 2 − C w3
= Kecepatan tangensial (dihitung pada diameter rata-rata)
Tegangan tarik dan tegangan lentur yang besarnya konstan dikenal sebagai
tegangan statis (tegangan yang timbul akibat gaya sentrifugal) dan tegangan
dinamis (tegangan akibat tekanan gas). Sudu-sudu didesain berdasarkan pengaruh
total tegangan statis dan dinamis karena sudu ini dibebani oleh keduanya secara
serentak.
5.3.1 Tegangan tarik akibat gaya sentrifugal ( σ ct )
Penampang yang paling berbahaya pada sudu dengan penampang yang
konstan adalah penampang pada bagian root (dasar) sudu. Karena beban
sentrifugal merupakan beban utama yang diterima secara kontinu oleh sudu,
terutama pada dasar sudu yang menerima beban paling besar. Harga tegangan
tarik sentrifugal maksimum yang muncul pada root dapat clihitung dengan
menggunakan persamaan berikut:
( σ ct ) maks =
ρ b .ω 2
ar
t
r
∫ ardr
... (Lit 2. Hal 272)
dimana :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
ρb
= Kerapatan bahan sudu
ω
= Kecepatan sudu
a
= Luas penampang sudu
ar
=jari-jari root
Dengan mengasumsikan bahwa luas penampang sudu sama dari tiap (puncak)
sampai root (dasar) sudu, dari [lit.2 Hal.272] diperoleh :
( σ ct ) maks = 2 π .N 2 . ρ b .A
Sudu rotor biasanya dipertajam dengan membentuk radius pada chord dan
tebal dari root sampai ke tiap sedemikian, at/a, antara 1/4 - 1/3. Untuk perhitungan
desain awal (sisi yang aman) diasumsikan bahwa penajam sudu (taper) mereduksi
tegangan menjadi 2/3 dari harga sudu yang tidak ditaper, sehingga rumus diatas
menjadi:
( σ ct ) maks = 4/3 . π . N2 . pb . A
dimana:
A = ½ (A 2 + A 3 )
= ½ (1,044+ 0,642)
= 0,843 m2
Dengan N = 3000 rpm = 50 rps, maka :
( σ ct ) maks = 4/3 .3,14.502. 4650. 0,843
= 41028810 Pa
= 41,02881 MPa
5.3.2 Tegangan lentur akibat tekanan gas ( σ gb )
Gaya yang muncul dan perubahan momentum sudut dari gas dalam arah
tangensial menghasilkan torka yang berguna. yang juga menghasilkan momen
bending gas pada sekitar arch aksial M ω
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Karena adanya kemungkinan akan terjadi perubahan momentum dalam
arah. aksial (Ca3 = Ca2), maka kemungkinan akan terjadi momen bending gas
dalam arah tangensial. Tegangan maksimum dapat dihitung dengan metode yang
sesuai dengan bagian yang tidak simetris.
Gambar 5.4 Grafik hubungan z dan sudut chamber sudu.
(Sumber : Gas Turbine Theory. Cohen H)
Menurut [lit 2] profil sudu C7 mempunyai harga t/c sebesar 10%. Dari gambar 5.4
untuk sudut chamber sudu (U,,) = 106.168 diperoleh harga-harga sebagai berikut :
n = 1,156
Z
B = 412,5
= 1/412,5 (10 . 0,1)
= 1,424.10 -3
sehingga:
( σ gb ) maks =
=
619,326 (537,38 - 106,67 ) 0,113
1
.
.
−3
133
2
2,242.10 .(0,00925 ) 3
(
)
30142,738
0,000411978
= 73,165892 Mpa
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Untuk tingkat selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama dan hasilnya
dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 5.2. Tegangan yang timbul pada sudu gerak
Tingkat
1
2
3
m (kg/s)
695,182
629,326
639,326
z (buah )
133
71
37
φ r (º)
104,76
107,32
114,37
Z
2,242.10-3
2,242.10-3
2,242.10-3
c (m)
0,0884
0,1656
0,3177
hr (m)
0,1995
0,4968
0,9533
A (m2)
0,843
3,781
7,117
( σ ct ) maks (Mpa)
41,02881
184,1214
346,572
( σ gb ) maks ( Mpa)
73,165892
85,4997
43,509
5.4 Pemeriksaan kekuatan sudu
Tegangan-tegangan utama yang timbul pada sudu gerak tingkat 1 turbin
adalah sebagai berikut :
σ 1.2 =
σ x +σ y
2
σ x −σ y
± 
2

2

 + τ xy 2

Dengan mengabaikan tegangan geser ( τ xy = 0 ) maka :
σ 1.2
73,165892 + 40,02881
=
±
2
 73,165892 − 40,02881 


2


2
Maka :
σ 1 = 73,165 Mpa
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
σ 2 = 40,028 Mpa
Sehingga tekanan ekivalen yang terjadi ( σ ek )
σ ek =
(σ 1 − σ 2 ) + σ 1 + σ 2
2
σ ek =
(73,165 − 40,028) + 73,165 2 + 40,028 2
2
2
2
σ ek = 59,11 Mpa
Bahan sudu gerak turbin direncanakan dari Titanium alloy ( ASTM B26558T) dengan sifat-sifat menurut [lit.2 Hal 170-176] sebagai berikut :
Kekuatan tarik ( σ gb )
:1182,27 Mpa
Kekuatan mulur ( S y )
: 1118,62 Mpa
Kerapatan ( ρ )
: 4650 kg/m3
Komposisi
: V= 16%; Al=2,5%;Ti= 82,5%
Temperatur lebur
: 1610ºC
Syarat perencanaan :
σ ek ≤
Sy
Sf
Dimana :
Sy = 1118,62 Mpa
Sf = factor keamanan (direncanakan =2 )
Maka :
σ ek ≤
1118,62
2
σ ek ≤ 559,31 Mpa
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Karena terbukti harga σ ek ≤
Sy
, maka konstruksi aman untuk digunakan.
Sf
Untuk pemeriksaan kekuatan sudu tingkat selanjutnya dengan cara yang sama
dilakukan hasilnya dapat dilihat pada tabel 5.3 berikut ini :
Tabel 5.3 Tegangan pada sudu gerak
Tingkat
1
2
3
σ 1 (Mpa)
73,165
72,124
184,14
σ 2 (Mpa)
40,028
37,499
32,509
σ 3 (Mpa)
59,11
56,717
76,294
Dari tabel dan data-data perhitungan diatas dapat dilihat bahwa bahan sudu cukup
aman untuk digunakan dalam perencanaan ini
5.5 Perencanaan Cakram Turbin
Bentuk cakram turbin dan ukuran-ukurannya secara umum direncanakan seperti
gambar 5.6 berikut ini . Bahan cakram turbin yang direncanakan dari Titanium
Alloy (ASTM B265-58T)
Gambar 5.5 Bentuk Konstruksi Cakram Turbin
Dari gambar 5.6 diatas dapat diperoleh :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Dd
= diameter disk (cakram )
= tinggi rata-rata jari-jari root pada sudu gerak
= ½ (r r 2 + r r 3 ) + D h
D h = Diameter lubang = 500 mm
T = tebal rata-rata cakram ( diambil dari tebal sudu gerak arah aksial (W) + tebal
celah antara sudu (c) )
Maka
:
D d 1 = ½ (1,0705 +1,032)+0,50
= 1,55125 m
D h1 = 500 mm= 0,50 m
t= Wr + C
= 0,0884+0,0221 = 0,1105 m
Berat cakram turbin sesuai dengan gambar 5.6 dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut :
W ek = ¼ π (Dd2-Dh2) t . ρ .g
………………..(Lit 13 Hal 312)
Dimana : Dd = diameter terbesar bagian cakram
Dh = diameter terkecil bagian cakram
ρ = kerapatan bahan cakram
Maka :
W ek1 = ¼ π ( 1,551252-0,502) .0,1105.4650.9,806
= 8.536,824 N
Dengan cara yang sama, dimensi disk untuk tingkat selanjutnya diperoleh
pada table 5.4 berikut ini .
Tabel 5.4 Dimensi disk untuk tiap tingkat turbin
Tingkat
1
2
3
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
t (m)
0,1105
0,2111
0,3981
Dd (m)
1,55125
1,43
1,20625
Dh (m)
0,5
0,5
0,5
W ek (N)
8536,824
13574,94
17187,107
Total berat keseluruhan cakram adalah :
(W ek ) tot = Wek1 + Wek 2 + Wek 3
= 8536,824 + 13574,94 + 17187,107
= 39298,87 N
5.6 Perencanaan Pasak
Untuk memindahkan daya dan putaran dari rotor dipakai pasak benam. Selain itu
pasak juga berpungsi untuk mengunci/ mengikat poros dengan rotor turbin.
Ukuran diameter pasak disesuaikan dengan diameter poros yang telah
direncanakan.
Gambar 5.6 Ukuran dan bentuk Pasak
Dari hubungan diameter poros dengan ukuran pasak bujur sangkar, maka
diperoleh ukuran pasak sebagai berikut :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
dp
W=
=
4
500
4
= 125 mm
H= W= 125 mm
t=
dp
8
=
500
= 62,5 mm
8
Momen torsi yang bekerja pada poros akan menimbulkan gaya tangensial
(Ft) pada permukaan sekeliling poros. Gaya tangensial ini menimbulkan tegangan
geser dan tegangan permukaan pada pasak. Besar gaya tangensial adalah :
Ft =
2.T
dp
Dimana : T = momen torsi pada poros= 154,5208.106kgmm
Dp= diameter poros = 500 mm
Maka : Ft =
2.154,5208.10 6
= 618083,2 kg (satuan kilogram gaya)
500
Gambar 5.7 Gaya tangensial pada pasak
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Bahan pasak direncanakan sama dengan bahan poros yaitu baja chrom
nikel JIS G 4103 dengan kode SNCM 25 dengan kekuatan tarik σ B = 110 kg/mm2
atau 1078,726 Mpa dan kekuatan mulur S y = 90 kg/mm2 = 882,594 Mpa.

Kekuatan geser bahan (S sy )
S sy = 0,577 S y
S sy = 0,577 (90) = 51,93 kg/mm2
Tegangan geser yang terjadi pada pasak ( τ g )

τg=
Ft
Ag
Dimana , Ag = luas bidang geser = W. L
Syarat perencanaan :
S sy
Sf
≤τg
Dimana S f = factor keamanan ( direncanakan =2)
Maka :
51,93 618083,2
≤
2
125.L
L≤187,217 mm direncanakan sebesar 180 mm
Maka panjang pasak yang akan direncanakan sebesar180 mm
Gaya tangensial yang terjadi disekeliling poros juga akan menyebabkan terjadinya
tegangan permukaan ( σ p ) pada pasak. Besarnya tegangan permukaan dapat
dihitung dengan persamaan berikut :
σp=
Ft
As
Dimana :
As= luas permukaan samping pasak= t. L
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Maka : σ p =
618083,2
62,5.180
= 54,94 kg/mm2
Karena ( σ p < σ B ) , maka pasak aman untuk digunakan.
5.7. Perencanaan Bantalan
Didalam perencanaan ini bantalan yang digunakan adalah jenis bantalan
luncur ( gambar 5.8 ) karena mampu untuk menumpu poros putaran tinggi dengan
beban besar, konstruksinya yang sederhana serta mudah dalam pemasangan dan
pemeliharaannya. Angka karakteristik bantalan atau angka ditetapakan oleh
persamaan berikut :
 r  µ .N
S=  
c P
Dimana :
S = angka karakteristik bantalan
r = radius jurnal (radius poros)
c= ruang bebas arah radial
µ = viskositas pelumas
P= beban perluas bantalan
N= putaran jurnal
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 5.8 Bantalan luncur
(sumber : mechanical Engineering Design , Shigley, J.E )
Pada perencanaan ini dipilih bahan bantalan dari ‘leadede bronze’ dengan
perbandingan (r/c) =500-1000(diambil 500 ) harga
S= (5002).(15.10-6)
µ .N
P
= 15.10-6, maka :
= 3,75
Perbandingan panjang bantalan berdiameter (L/d) direncanakan L/d=1.
dari perhitungan diperoleh harga diameter poros d p = 500 mm yang juga
merupakan jurnal (d) pada bantalan.

Ketebalan lapisan minimum (h 0 )
Dari gambar 5.10 untuk harga L/d = 1 dan S = 3,75 maka diperoleh harga
variable ketebalan minimum ( h0 / c ) adalah 0,96 dan perbandingan eksentrisitas,
ε = e/c = 0,14 . dari r/c = 500
c =
0,5d p
500
=
0,5.500
500
= 0,5 mm
maka : h0 / c = 0,96
h 0 /c = 0,96
h 0 = 0,96.0,50
= 0,48 mm
e
= 0,07
= 0,14 .0,53
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 5.9 Grafik ketebalan lapisan minimum dan perbandingan eksentrisitas
(sumber : mechanical Engineering Design , Shigley, J.E )
Jari-jari Bantalan
rb
= r + e + ho
rb = 250 + 0,07 + 0,48
= 250,55 mm
Posisi ketebalan lapisan minimum( φ ) dalam derajat diperoleh dari gambar
5.11 yaitu untuk L/d = 1 dan S = 3,75 diperoleh harga φ = 84,48

Koefisien Gesekan
Grafik gesekan mempunyai variable gesekan (r/c)f yang digambarkan
terhadap S untuk berbagai harga perbandingan L/d dari gambar 5.12 untuk harga
L/d = 1 dan S = 3,75 diperoleh harga (r/c ) f= 70
Maka :
f=
70
r/c
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
=
70
500
= 0,14

Daya putar yang diperlukan untuk melawan gesekan adalah :
T= f. W. r
…………..(Lit.12 Hal.540 )
Dimana :
W ( beban bantalan ) = P.L.d
…………..(Lit.12 Hal.543 )
Harga P untuk turbin antara ( 0,8-1,5 ) Mpa ( diambil 1,5 Mpa ) maka :
W = 1,5 (0,5 . 0,5 )
= 0,375 Mpa.m2
Sehingga :
= 0,14 . 0375. 106.0,25
T

= 13125 Nm
Panas yang timbul pada bantalan
q= f . Wx .
π .d .n
…………..(Lit.14 Hal.278 )
60
q= 0,14 . 0,375 .
π .0,5.3000
60
q = 4,12334 MW
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 5.10 Koefisien gesekan
(sumber : mechanical Engineering Design , Shigley, J.E )
5.8 Sistem Pelumasan
Dalam perencanaan ini yang akan dibahas dibatasi pada minyak pelumas yang
melumasi dua bantalan utama turbin . Minyak pelumas yang digunakan dalam
perencanaan ini adalah SAE grade oil ( Lit .7 hal .57 ) dengan sifat-sifat sebagai
berikut :
Konduktivitas Thermal
: 0,147 J/s.m º C
Jumlah panas spesifik
: 2,25 kJ/kg ºC
Massa jenis
: 0,88 kg/m3
Flash point
: (2104243) º C
Puor point
: -23 º C

Aliran Pelumas ( Q)

Variabel aliran Q/(rcNL) diperoleh dari gambar 5.13 berikut :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 5.11 Grafik variable aliran
(sumber : mechanical Engineering Design , Shigley, J.E )
Dari grafik diatas untuk harga L/d = 1 dan S = 3,75 diperoleh harga Q/ (rc
NL) = 3,25 sehingga :
Q =3,25 rc NL
Q= 3,25 . 0,265 . 0,53 . 10 -4 . 50. 0,53
= 1,2096. 10-3 m3/s
Dari sejumlah aliran oli (Q) yang dipompakan keruangan yang melengkung
dengan jurnal yang berputar tersebut sejumlah Qs mengalir keluar dari kedua
ujungnya dan karenanya disebut kebocoran samping (side leakage). Kebocoran
samping ini dapat dihitung dari perbandingan aliran dimana dari gambar 5.14
untuk harga L/d = 1 dan S = 3,75 diperoleh harga Q s/Q = 0,08
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 5.12 Grafik perbandingan aliran
(sumber : mechanical Engineering Design , Shigley, J.E )
Maka : Qs
= 0,08 Q
= 0,08 . 1,2096 .10-3
= 9,6768 . 10 -5 m3/s

Kerja yang dilakukan untuk mengatasi Gesekan (Wr)
Wf
= f .P. U/100
Wf =
…………..(Lit.13 Hal.279 )
0,14.1,5.10 6.π .3000
100.60
= 329,27 kW

Daya gesek yang terjadi (Nr)
N f = W f / 102
N f = 329,7/ 102

…………..(Lit.13 Hal.279 )
= 3,23 kW
Panas ekivalen untuk kerja tersebut ( Q eki )
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Q eki = W f /427
…………..(Lit.13 Hal.279 )
Q eki = 329,7 / 427 = 0,772 kW

Jumlah pelumas untuk menghilangkan panas adalah
Q0=
Qeki
ρ .C1 .(t 2 − t1 )
…………..(Lit.13 Hal.279)
Dimana :
t 1 = temperature pelumas masuk bantalan ( 35 ºC-45ºC ) diasumsikan
45ºC
t 2 = temperature pelumas keluar bantalan = 60 º C
ρ = massa jenis rata-rata pelumas = 2,52 kJ/kg º C
Maka :
Q0=
0,772
0,88.2,52(60 − 45)
= 0,0232 m3/s

Temperatur kerja minyak Pelumas
∆t = ( t 2 - t 1 ) = ½ (t 2 - t 1 )
60 – 45 = ½ (t – 45 )
15 = ½ ( t – 45 )
t = 30 + 45 = 75 ºC
Dari table typical journal bearing practice , untuk maksimum pressure ( P)
= 1,5 Mpa diperoleh harga viskositas dinamik µ = 0,01133 kg/m.s= 0,01133
Ns/m2, sehingga dari harga viskositas tersebut dan temperature kerja (t) = 758 ºC
diperoleh jenis minyak pelumas yang digunakan adalah SAE 30 .
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 5.13 Grafik pemilihan jenis Pelumasan
(sumber : mechanical Engineering Design , Shigley, J.E )
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
BAB VI
KESIMPULAN
Setelah dilakukan perhitungan dalam perencanaan turbin aksial untuk
suatu instalasi turbin gas pembangkit tenaga listrik maka diperoleh suatu
kesimpulan dari perencanaan ini adalah sebagai berikut:
1. Pembangkit listrik dengan menggunakan turbin gas mempunyai
beberapa keuntungan jika dibandingkan instalasi turbin uap yaitu
dalam hal ukurannya yang relatif lebih kecil, massa dan biaya
persatuan keluaran daya serta waktu start-up yang jauh lebih singkat.
2. Bahan sudu dipilih dari Titanium Alloy (ASTM B265-58T) dimana
bahan ini dapat beroperasi Pada suhu tinggi dengan temperatur titik
lebur 1610°C (1883,15 K).
3. Data hasil perhitungan termodinamika siklus diperoleh :
Temperatur lingkungan
= 303 K
Temperatur udara masuk kompresor
= 302,14 K
Temperatur udara keluar kompresor
= 614,53 K
Tekanan masuk kompresor
= 1,003 bar
Temperatur gas masuk turbin
= 1248 K
Temperatur gas keluar turbin
= 705, 14 K
Tekanan masuk turbin
= 11,8 bar
Tekanan keluar turbin
= 1,013 bar
Jumlah tingkat turbin
= 3 tingkat
4. Perencanaan Elemen Turbin
Jenis turbin
= Turbin aksial
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Jari-jari rata-rata roda turbin
= 1,184 m
Berat total sudu gerak turbin (W r total)
= 641, 697 kN
Bahan cakra turbin
= ASTM B265-58T
Berat total cakra turbin (Wk)total
= 39.298,8743 N
Bahan pasak
= JIS G 4103 dengan
kode
SNCM 25
Ukuran pasak (W x 11 x L)
= (125 x 125 x 190) mm
Bahan poros
= JIS G 4103 dengan kode
SNCM 25
Diameter poros
= 500 mm
Jenis bantalan
= Bantalan luncur
(journal hearing)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar.W, Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi, Dirjen Dikti
Depdiknas, 2002.
2. Dietzel.F, D. Sriyono, Turbin Pompa Dan Kompresor, Cetakan Ke-empat,
Erlangga, Jakarta,1993.
3. Yunus Cengel, Thermodynamics An Engneering Aproach, 7 th Edition, MC –
Graw Hill Book Company, New York, 1989.
4. Frank P. Incropera, Fundamental Of Heat And Mass Transfer, 2 nd Edition,
Jhon Willey And Sons, Inc.Canacia, 1985.
5. Cohen.H, G.F.C. Roger, H.I.H.Sravanomoto, Gas Turbine Theory, 3
th
Edition,
Jhon Willey And Sons, New York, 1989.
6. El – Wakil.M.M, E. Jasjfi, Instalasi Pembangkit Daya, Cetakan Pertama,
Erlangga, Jakarta, 1992.
7. Harman, Richard. T.C, Gas Turbine Engineering Aplication Cycles And
Characteristics, 1 st Edition, London 1981.
8. Hall, Holowenko, Laughlin, Machine Design, 1 st Edition, Schaurn, series, MC
Graw Hill Book Company, New York, 1961.
9. P.Boyce. Maherwan, Gas Turbine Engineering Hand book, Gulf Listing Co.
Houston – Texas, 1987.
10. P.r. Kajuria, S.P. Dubey. Gas Turbines And Propulsive, Dhanpat Rai And
Sons, Delhi, 1981.
11. Richard. Sontag, E.Van Willey, Gordon. J, Introduction To Thcrmodynarnics,
Classical And Statistical, Jhon Willey And Sons, Inc, USA. 198 1.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
12. Shigley.J.E, C.R. Mischke, Mechanical Engineering Design, 5 th Edition, Mc
– Graw 1-1111 Book Company, New York, 1989.
13. Sorensen, Energy conversion System, 3
th
Edition, Mc– Graw Hil1 Book
Company, New York, 1989.
14. Sularso, Kiyatsu Suga, Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, Cetakan
Pertama, Pradnya Paramita, Jakarta, 1978.
15. Takhesi Sato.G, N. Sugiarto Hartanto, Menggambar Mesin Menurut Standar
Iso, Cetakan Keempat, Pradnya Paramita , Jakarta, 1989.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
LAMPIRAN
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Lampiran 1 : Temperatur dan Entalpi untuk udara
Tabel 1.a Ideal Gas Properties of Air
T (K)
h (kJ/kg)
Pr
U(kJ/kg)
Vr
S°(kJ/kg.K)
200
199,97
0,3363
142,56
1707
1,29559
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
430
440
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
0,3987
0,469
0,5477
0,6355
0,7329
0,8405
0,959
10,889
11,584
12,311
13,068
1,386
14,686
15,546
16,442
17,375
18,345
19,352
2,149
2,379
2,626
2,892
3,176
3,481
3,806
4,153
4,522
4,915
5,332
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
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
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
1,88543
1,91313
1,94001
1,96633
1,99194
2,01699
2,04142
2,06533
2,0887
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
450
460
470
480
490
500
510
520
530
451,8
462,02
472,24
482,49
492,74
503,02
513,32
523,63
533,98
5,775
6,245
6,742
7,268
7,824
8,411
9,031
9,684
10,37
322,62
329,97
337,32
344,7
352,08
359,49
366,92
374,36
381,84
223,6
211,4
200,1
189,5
179,7
170,6
162,1
154,1
146,7
2,11161
2,13407
2,15604
2,1776
2,19876
2,21952
2,23993
2,25997
2,27967
Sumber : Kenneth Wark, Thermodynamics, 4 th ed (New York : McGraw-Hili, 1983), pp. 785-86,
tables A-5. Originally published in J. H. Keenan and J. Kaye, Gas Tables (New York : John Wiley
& Sons, 1948).
Tabel 1.b Ideal Gas Properties of Air
T (K)
h (kJ/kg)
Pr
U(kJ/kg)
Vr
S°(kJ/kg.K)
540
544,35
11,1
389,34
139,7
2,29906
550
560
570
580
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690
700
710
720
730
740
750
760
780
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
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
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
133,1
127
121,2
115,7
110,6
105,8
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
2,31809
2,33685
2,35531
2,37348
2,3914
2,40902
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
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
800
820
840
860
880
900
920
940
960
980
1000
1020
1040
1060
1080
1100
1120
1140
1160
821,95
843,98
866,08
888,27
910,56
932,93
955,38
977,92
1000,55
1023,25
1046,G4
1068,89
1091,85
1114,86
1137,89
1161,07
1184,28
1207,57
1230,92
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
592,3
608,59
624,95
641,4
657,95
674,58
691,28
708,08
725,02
741,98
758,94
776,1
793,36
810,62
827,88
845,33
862,79
880,35
897,91
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
2,71787
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
Sumber : Kenneth Wark, Thermodynamics, 4 th ed (New York : McGraw-Hili, 1983), pp. 785-86,
tables A-5. Originally published in J. H. Keenan and J. Kaye, Gas Tables (New York : John Wiley
& Sons, 1948).
Tabel 1.c Ideal Gas Properties of Air
T (K)
h (kJ/kg)
Pr
U(kJ/kg)
Vr
S°(kJ/kg.K)
1180
1254,34
222,2
915,57
15,241
3,15916
1200
1220
1240
1260
1280
1300
1320
1340
1360
1380
1400
1420
1440
1460
1480
1277,79
1301,31
1324,93
1348,55
1372,24
1395,97
1419,76
1443,6
1467,49
1491,44
1515,42
1539,44
1563,51
1587,63
1611,79
238
254,7
272,3
290,8
310,4
330,9
352,5
375,3
399,1
424,2
450,5
478
506,9
537,1
568,8
933,33
951,09
968,95
986,9
1004,76
1022,82
1040,88
1058,94
1077,1
1095,26
1113,52
1131,77
1150,13
1168,49
1186,95
14,47
13,747
13,069
12,435
11,835
11,275
10,747
10,247
9,78
9,337
8,919
8,526
8,153
7,801
7,468
3,17888
3,19834
3,21751
3,23638
3,2551
3,27345
3,2916
3,30959
3,32724
3,34474
3,362
3,37901
3,39586
3,41247
3,42892
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
1500
1520
1540
1560
1580
1600
1620
1640
1660
1680
1700
1750
1800
1850
1900
1950
2000
2050
2100
2150
2200
2250
1635,97
1660,23
1684,51
1708,82
1733,17
1757,57
1782
1806,46
1830,96
1855,5
1880,1
1941,6
2003,3
2065,3
2127,4
2189,7
2252,1
2314,6
2377,7
2440,3
2503,2
2566,4
601,9
636,5
672,8
710,5
750
791,2
834,1
878,9
925,6
974,2
1025
1161
1310
1475
1655
1852
2068
2303
2559
2837
3138
3464
1205,41
1223,87
1242,43
1260,99
1279,65
1298,3
1316,96
1335,72
1354,48
1373,24
1392,7
1439,8
1487,2
1534,9
1582,6
1630,6
1678,7
1726,8
1775,3
1823,8
1872,4
1921,3
7,152
6,854
6,569
6,301
6,046
5,804
5,574
5,355
5,147
4,949
4,761
4,328
3,994
3,601
3,295
3,022
2,776
2,555
2,356
2,175
2,012
1,864
3,44516
3,4612
3,47712
3,49276
3,50829
3,52364
3,53879
3,55381
3,56867
3,58335
3,5979
3,6336
3,6684
3,7023
3,7354
3,7677
3,7994
3,8303
3,8605
3,8901
3,9191
3,9474
Sumber : Kenneth Wark, Thermodynamics, 4 th ed (New York : McGraw-Hili, 1983), pp. 785-86,
tables A-5. Originally published in J. H. Keenan and J. Kaye, Gas Tables (New York : John Wiley
& Sons, 1948).
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Lampiran 2 : Berbagai entalpi yang distandarisasikan untuk beberapa gas
pada tekanan rendah
T (R )
537
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400
O2
(Btu/lbmole)
0
443.2
1154.2
1876.9
2612.8
3362.4
4125.3
4900.7
5687.8
6485.3
7292
8107.4
8930.5
9760.7
10597
11438.9
12285.8
13137.5
13993.7
14854.1
15718.3
16586.3
17457.8
18332.7
19211
20092.6
20977.4
21865.4
22756.5
23650.8
H2O
CO2
(Btu/lbmole)
(Btu/lbmole)
-103968
-103471.6
-102660.9
-101839.4
-101005.4
-100157.4
-99294.3
-98415.9
-97521.8
-96611.5
-95684.9
-94741.4
-93780.9
-92803.3
-91808.8
-90797.3
-89769.4
-88725.5
-87665.7
-86590.6
-85500.9
-84396.8
-83279.1
-82148.3
-81005.1
-79850
-78683.5
-77506.1
-76318.1
-75120.3
-169183
-168612.3
-167661.2
-166660.3
-165615.6
-164531.1
-163410.6
-162257.9
-161076.3
-159868.5
-158636.5
-157383.5
-156111.8
-154821
-153514.7
-152193.8
-150859.8
-149513.5
-148156.2
-146788.5
-145411.3
-144025.4
-142631.3
-141229.7
-139821
-138405.9
-136984.6
-135557.8
-134125.8
-132688.9
N2(Btu/lbmole)
0
438.4
1135.4
1834.9
2538.6
3248.4
3965.5
4690.5
5424.4
6167.4
6919.4
7680.2
8449.4
9226.8
10012.1
10804.9
11604.5
12410.3
13221.7
14038.4
14860
15686.3
16516.9
17351.6
18190
19032
19877.3
20725.5
21576.5
22430.2
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
3500
24548.2
23286.4
-73912.8
-131247.3
3600
25448.8
24144.9
-72696.2
-129801.5
3700
26352.4
25005.6
-71470.9
-128351.9
3800
27259
25868.4
-70237.4
-126898.4
3900
28168.5
26733.3
-68996.1
-125441.5
4000
29081
27599.9
-67747.2
-123981.1
4100
29996.5
28468.5
-66490.9
-122517.4
4200
30914.8
29338.6
-65227.9
-121050.5
4300
31836
30210.4
-63958.3
-119580.4
4400
32759.9
31083.6
-62682.4
-118107.4
4500
33686.7
31958.3
-61400.4
-116631.5
4600
34616.3
32834.3
-60112.7
-115152.8
4700
35548.5
33711.6
-58819.4
-113671.4
4800
36483.5
34590
-57520.8
-112187.6
4900
37421
35469.6
-56217.3
-110701.2
5000
38361.2
36350.3
-54908.9
-109212.5
Sumber : J. H.Keenan dan J. Kaye, Gas Tables, John Wiley & Sons, Inc., 1948.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Lampiran 3: Tekanan maksimum bantalan luncur, d1l, dari bantalan radial
Mesin
Bantalan
Perbandingan
Tekanan
Faktor
Viskositas
Harga minimum
lebar/
maks. Yang
tekanan
pada
yang dilzinkan
diameter
diizinkan Pa
kecepatan
38°C
dan ZN/p
standar Ud
(kg/mm)
maks. Yang
Z(CP)
(cP.rpm/kg/mm2)
ditzinkan
(pv)a
(kg/mm2.m/s)
Otomobil
Bantalan
0,8-1,8
0,6+ -1,2 ∆
20
Motor
utama Pena
0,7-1,4
1x + - 3,5 ∆
40
pesawat
terbang
Pompa
engkol
tarik
Bantalan
1,5-2,2
1,5x + 4 ∆
1,0-2,0
0,2x
0,2-0,3
dan
utama Pena
09-2,0
0,4x
0,3-0,4
kompresor
torak
Mesin uap
engkol
tarik
Poros
1,5-2,0
0,7x +
1,6-1,8
0,4
1x1,5
100
4 x10^ 4
torak
penggerak
Pena
0,7-2,0
1,4
1,5-2
40
0,7x10^ 4
engkol
0,8-2,0
1,8
30
0,7x10^4
2x10 ^4
7-8
1,4x10^4
1x10^4
30-80
4x10^4
2,8x10^4
1,4xI0^4
Pena torak
Kendaraan
0,35
Poros
rel
1-1,5
70 x10^ 4
1,8-2,0
100
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Turbin
Bantalan
uap
utama
Generator,
Bantalan
motor,
rotor
0. 1 x -0,2 ∆
4
15XI0^4
1,0-2,0
20-16
0, 1 x -0,2
0,2-0,3
0,15x -0,15x
25x10^ 4
25
1,0-2,0
pompa
sentrifugal
Beban
Poros
ringan
2,0-3,0
0,02x
Transmisi
Mapan
sendiri
2,5-4,0
2,0-3,0
0'1x
0'1x
0,1-0,2
14x10^4
25-60
Beban berat
Mesin
Bantalan
Perkakas
Pelubang
utama
Mesin
gunting
4x10^ 4
Bantalan
giling baja
Roda gigi
utama
0,05-0,1
1,0-4,0
1,0-2,0
1,0-2,0
Mesin
4x10^4
0,05-0,2
40
2,8x
5,5x
100
100
5-8
1,1-1,5
50
0, 15x10^4
1,4x10^4
2
0,5-1
5x1014
2.0-4,0
reduksi
Bantalan
0,05-0,2
30-50
Catatan : x = pelumasan tetes atau cincin; + = pelumasan percik; A = pelumasan
pompa
Sumber : Sularso, Kiyakatsu Suga, “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin”, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Lampiran 4 : Tabel Ukuran Standard dari Poros
Diameter poros
(Satuan mm)
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
4
10
*22.4
40
100
*224
400
11
24
42
(105)
240
420
4.5
* 11.2
25
45
110
250
440
5
12
28
48
260
450
30
50
*112
280
460
*31.5
55
120
300
480
32
56
*315
500
14
35
60
125
320
530
(15)
*35.5
63
130
340
560
16
38
65
*355
600
630
*12.5
*5.6
6
(17)
70
140
360
18
71
150
380
19
75
160
20
80
170
22
85
180
7
90
190
*7.1
95
200
*6.3
8
220
9
Keterangan : 1. Tanda * menyatakan bahwa bilangan yang bersangkutan dipilih
dari
bilangan standar.
2. Bilangan di dalam kurung hanya dipakai untuk bagian dimana akan
dipasang bantalarr gelinding.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Sumber : Sularso, Kiyakatsu Suga, “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin', PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.
Lampiran 5 : Standarisasi Baja
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tabel 5.a Standar baja
Nama
Standar Jepang
Standar Amerika (AISI), Inggris
Baja karbon konstruksi
(JIS)
S25C
S30C
S35C
S40C
S45C
(BS), dan Jerman (DIN)
AISI 1025, BS060A25
AISI 1030, BS060A30
AISI 1035, BS060A35, DIN C35
AISI 1040, BS060A40
AISI 1045, BS060A45, DIN C450, CK
mesin
S50C
AISI 1050, BS060A50, DIN St 50.11
S55C
AISI 1055, BS060A55
Baja tempa
SF 40, 45
ASTM A 105 - 73
50,55
SNC
BS 653M31
Baja nikel khrom
SNC22
BS En36
SNCM 1
AISI 4337
SNCM 2
BS830M31
SNCM 7
AISI 8645, BS En100D
Baja nikel khrom molibden
SNCM 8
AISI 4340, BS817M40, 816M40
SNCM 22
AISI 4315
SNCM 23
AISI 4320, BS En325
SNCM 25
BS En39B
SCr 3
AISI 5135, BS530A36
SCr 4
AISI 5140, BS530A40
Baja khrom
SCr 5
AISI 5145
SCr 21
AISI 5115
SCr 22
AISI 5120
SCM2
AISI 4130, DIN 34CrMo4
SCM3
AISI 4135, BS708A37, DIN 34CrMo4
Baja khrom molibden
SCM4
AISI 4140, BS708M40, DIN 42CrMo4
SCM5
AISI 4145, DIN 50CrMo4
Tabel 5.b Baja karbon untuk kostruksi mesin
Standart dan Macam
Kekuatan
Lambang
PerlakuanPanas
macam
S30C
Baja Karbon KonstruksiS35C
S40C
Mesin (JIS G 4501)
S45C
S50C
S55C
S35C-D
Batang Baja yang difinis
S45C-D
Keterangan
tarik
Penormalan
Penormalan
Penormalan
Penormalan
Penormalan
Penormalan
48
52
55
58
62
66
53
60
Ditarik
dingin,digerinda,
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
dingin
dibubut, atau gabungan
S55C-D
72
Tabel 5.c Baja paduan untuk Poros
Standart dan
Lambang
Perlakuan Panas
macam
Baja Khrom Nikel
(JIS G 4102)
Baja Khrom Nikel
molibden
(JIS G 4103)
Baja Khrom
(JIS G 4104)
Baja
(JIS G 4105)
SNC 2
SNC 3
SNC 21
SNC 22
SNCM 1
SNCM 2
SNCM 7
SNCM 8
SNCM 22
SNCM 23
SNCM 25
SCr 3
SCr 4
SCr 5
SCr 21
SCr 22
SCM 2
SCM 3
KhromSCM 4
SCM 5
SCM 21
SCM 22
SCM 23
Kekuatan
Pengerasan Kulit
Pengerasan Kulit
-
tarik
85
95
80
100
85
95
100
105
90
100
120
90
95
Pengerasan Kulit
-
100
80
85
85
95
100
Pengerasan Kulit
105
85
95
100
Sumber : Sularso, Kiyakatsu Suga, “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin', PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Lampiran 6 : Standar Ukuran Pasak
ukuran
standar
ukuran standar t2
h
Ukuran
Ukuran
Pasak
i*
ukuran
Pasak
Pasak
Pasak
r1
Referensi
dan
Diameter poros
C
yang
nominal
standar
primatis
Pasak
standar
pasak b
b, b1
Pasak
tirus
t1
xh
dan b2
luncur
2x2
3x3
2
3
2
3
4x4
4
5x5
0,160,25
primatis
luncur
tirus
r2
dapat
dipakai
d**
6-20
6-36
1,2
1,8
1
1,4
0,5
0,9
4
8-45
2,5
1,8
1,2
lebih dari 10-12
5
5
10-
3
2,3
1,7
lebih dari 12-17
6x6
6
6
0,25-
14-
3,5
2,5
2,2
0,16-
lebih dari 17-22
(7x7)
8x7
7
8
7
7
0,40
1618-
4
4
3
3,3
2,4
2,4
0,25
lebih dari 20-25
lebih dari 22-30
10x8
12x8
14x9
(15x10)
16x10
18x11
20x12
22x14
(24x16)
25x14
28x16
32x18
10
12
14
15
16
18
20
22
24
25
28
32
8
8
9
10
10
11
12
14
16
14
16
18
222836404550566370708090-
5
5
5,5
5
6
7
7,5
9
8
9
10
11
3,3
3,3
3,8
5
4,3
4,4
4,9
5,4
8
5,4
6,4
7,4
7,2
10,2
0,400,60
16,2
0,600,80
3,5
0,080,16
2,4
2,9
5,5
8,5
5
3,4
3,4
3,9
4,4
8
4,4
5,4
6,4
0,250,40
0,400,60
lebih dari 6-8
lebih dari 8-10
lebih dari 30-38
lebih dari 38-44
lebih dari 44-50
lebih dari 50-55
lebih dari 50-58
lebih dari 58-65
lebih dari 65-75
lebih dari 75-85
lebih dari 80-90
lebih dari 85-95
lebih dari 95-110
lebih dari 110-
* l harus dipilih dari angka-angka berikut sesuai dengan daerah yang bersangkutan
dalam tabel.
6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100,
110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400.
Sumber : Sularso, Kiyakatsu Suga, “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin”, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Lampiran 7 : Faktor Konversi Satuan.
Satuan Panjang
1 mil
Satuan Luas
= 1760 yard
1 mil2
= 640 Acres
= 5280 feet
= 1.609 km
1 yard
1 Acre
= 4840 sq yards
= 3 feet
= 0.914 meter
1 foot
= 259 Hektar
= 0.4047 Hektar
1 sq yard
= 0.836 m2
= 12 inch
= 308.4 mm
1 inch
= 25.4 mm
100ft/min
= 0.508 m/dtk
1 km2
= 100 Hektar
= 0.3861 sq mil
1 sq foot
1 Hektar
= 3281 feet
= 0.621 mil
1m
1 mikron
= 144 sq inches
= 0.0929 m2
= 1000 meter
= 1094 yard
= 9 sq feet
= 10000 m2
= 2.471 Acres
1 m2
= 1000000 mm,
= 1000mm
= 1.196 sq yards
= 39.37 inch
=10.76 sq feet
= 0.001 mm
= 0.000039 inch
1 m/dtk
= 196.9 ft/min
Satuan Berat
I US Long Ton
Satuan Volume
= 2240 lbs
1 cu yard
= 0.766 m3
= 1016 kg
1 US Short
= 2000 lbs
1 cu foot
= 907 kg
1 pound (lb)
= 16 ounces
= 27 cu feet
= 1728 inches
= 28.32 liter
1 cu inch
= 16.39 mm
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
= 7000 grains
= 0.454 kg
1 ounces (os)
1 grain
= 0.0625 pound
1 Imp gallon = 277.4 cu inches
= 4.55 liter
1 US gallon =0.833 Imp gallon
= 28.33 gr
=3.785 liter
= 64.8 m gr
=231 cu inches
= 0.0023 ounce
1 m3 = 1000 liter
1 lb/ft
=1.488 kg/m
= 1.308 cu yards
metrik ton
= 1000 kg
= 3 5.3 1 cu feet
= 0.984 long ton
= 2205 lbs
1 kilogram
= 1000 gram
= 2.205 pounds
1 gram
1 liter = 1000000 cc
=0.22 Imp gallon
= 61 cu inches
1 cu ft/min
= 1.669 ml/jam
=1000 m gr
=0.03527 ounce
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang
135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009