PERANCANGAN TURBIN GAS PENGGERAK GENERATOR PADA INSTALASI PLTG DENGAN PUTARAN 3000 RPM DAN DAYA TERPASANG GENERATOR 130 MW SKRIPSI

PERANCANGAN TURBIN GAS PENGGERAK GENERATOR PADA INSTALASI PLTG DENGAN PUTARAN 3000 RPM DAN DAYA TERPASANG GENERATOR 130 MW

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ALBERT J. DAMANIK NIM. 050421003

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

Universitas Sumatera Utara






KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat-Nya yang memberi kesehatan, kesempatan seta pengetahuan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Skripsi ini. Adapun

laporan tugas skripsi yang berjudul “Perancangan Turbin Gas

Penggerak Generator Pada Instalasi PLTG Dengan Putaran 3000 RPM Dan Daya Terpasang Generator 130 MW” ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan studi di Departemen Teknik Mesin, Program Studi Pendidikan Sarjana Ekstensi Universitas Sumatera Utara, Medan. Sesuai dengan judulnya, dalam laporan tugas skripsi ini akan dibahas mengenai perhitungan analisa thermodinamika serta perancangan komponenkomponen utama pada sistem turbin gas. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang turut membantu penulis dalam menyelesaikan tugas skripsi ini yang telah banyak memberi dukungan moril, materil, spiritual, tenaga dan waktu . Oleh karena itu, sudah selayaknya penulis menyampaikan terimakasih banyak kepada : 1. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri, sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU; 2. Bapak Ir. Isril Amir, sebagai Koordinator PPSE Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU dan juga sebagai Dosen Pembimbing Tugas Sarjana; 3. Bapak dan Ibu dosen dan seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU;


4. Keluarga penulis di Medan, St. O. br. Sigumonrong , Drs. Sukendra M.I. Saragih beserta keluarga. 5. Kedua orang tua penulis, J. Damanik S.Th. dan R. Br. Saragih beserta saudarasaudara penulis. 6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa khususnya Ekstensi stambuk 2005 Fakultas Teknik USU serta teman-teman selaku mahasiswa pembanding; Dalam penyusunan tugas skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan dalam pembahasan dan pengkajian dengan disiplin ilmu yang telah diperoleh selama di perkuliahan, serta bimbingan dari dosen pembimbing. Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam penyelesaian tugas skripsi ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga laporan tugas skripsi ini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya.

Medan, Juni 2009 Hormat saya,

Albert J. Damanik NIM : 050421003


DAFTAR ISI

Hal SPESIFIKASI TUGAS KARTU BIMBINGAN KATA PENGANTAR …………………………………………………….......

i

DAFTAR ISI ………………………………………………………………...... iii DAFTAR NOTASI ………………………………………………………........ v DAFTAR TABEL ….……………………………………………………......... ix DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………..... x

BAB I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

....................................…………………….... 1

1.2 Tujuan Penulisan ....………………………………………........ 2

BAB II

1.3 Batasan Masalah .......………………………………………....

2

1.4 Metodologi Penulisan ……………………………………….....

3

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................

3

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Cara Kerja Instalasi Turbin Gas ……………………………...... 4 2.2 Klasifikasi Turbin Gas

…………………………………….... 5

2.3 Siklus Kerja Turbin Gas …………………………………….... 2.4 Pemilihan Jenis Turbin

9

………………………........................ 16

2.5 Ruang Bakar …........………………………………………..... 19 2.6 Laju Aliran Massa Udara ……………………………………... 20 2.7 Generator ......................…………………………………….... 21 2.8 Perencanaan Turbin .................................................................. 23 2.9 Bagian Utama Turbin .................................................................. 26

BAB III

ANALISA TERMODINAMIKA


3.1 Spesifikasi Teknis Perancangan .……………………………... 30 3.2 Analisa Termodinamika …...........................................…......... 31 3.2.1 Kompresor ......................………………………………. 31 3.2.2 Ruang Bakar …...................................……….………… 35 3.2.3 Turbin ………………………………………………….. 39 3.3 Generator ................................................................................... 43 3.4 Laju Aliran Massa Udara dan Bahan Bakar ............................... 44

BAB IV

PERENCANAAN TURBIN 4.1 Perencanaan Kompresor …………………………………......... 47 4.1.1 Jumlah Tingkat Kompresor …………………………….. 47 4.1.2 Poros Utama (Tie Rod) ………………….…………….... 53 4.1.3 Sudu Kompresor …………………..………….………… 54 4.1.4 Disk Kompresor ………………………………………… 64 4.2 Perencanaan Sudu Turbin dan Disk Turbin ............................... 67 4.2.1 Kondisi sudu Tetap Turbin Tingkat 1 ............................. 69 4.2.2 Kondisi sudu Gerak Turbin Tingkat 1 ............................ 72 4.2.3 Ukuran-ukuran Sudu Turbin ........................................... 75 4.3 Perencanaan Poros Penghubung ....................................……… 83 4.4 Perencanaan Unit Ruang Bakar....................................……….. 85 4.4.1 Luas dan Diameter Casing .............................................. 88 4.4.2 Tabung Api (liner) Ruang Bakar .................................... 89

BAB V

KESIMPULAN ………………………………………………….... 91

DAFTAR PUSTAKA


DAFTAR NOTASI

1. Simbol dari abjad biasa

Simbol Latin

Arti

Satuan

A

Luasan yang ditempati gas

m2

Ab

Luas bidang normal

mm2

Ag

Luas bidang geser

mm2

AFR

Perbandingan udara dengan bahan bakar

kg/kg

C

Celah antara sudu

m

c

Panjang chord sudu

m

Ca

Kecepatan aksial

m/s

cp

Panas jenis pada tekanan konstan

Cx

Panjang chord arah aksial

m

Cw2

Kecepatan whirl masuk sudu gerak

m/s

Cw3

Kecepatan whirl keluar sudu gerak

m/s

C1

Kecepatan absolute gas masuk sudu gerak

m/s

C2

Kecepatan absolute

m/s

C3

Kecepatan absolute gas keluar sudu gerak

m/s

Fc

Faktor koreksi

-

Ft

Gaya tangensial

FAR

Perbandingan bahan bakar dengan udara

kg/kg

G

Kecepatan grafitasi

m/s2

Ar

kerja yang dilakukan untuk melawan gesekan

h

Tinggi sudu

m

hm

Tinggi rata-rata sudu

m

kJ/kg.k

kgf ; N

kg.m/det


h1

Enthalpy udara masuk kompresor

kJ/kg

h2

Enthalpy udara keluar kompresor

kJ/kg

h2’

Enthalpy udara keluar kompresor aktual

kJ/kg

h3

Enthalpy gas keluar ruang bakar ideal

kJ/kg

h4

Enthalpy gas keluar turbin ideal

kJ/kg

h4’

Enthalpy gas keluar turbin aktual

kJ/kg

Laju aliran massa udara

kg/s

Laju aliran massa udara bahan bakar

kg/s

Laju aliran massa udara pendingin

kg/s

mg

Laju aliran massa gas

kg/s

n

Putaran sudu

rpm

nc

Putaran kritis sistem

rpm

n

Jumlah tingkat turbin

-

Pk

Daya kompresor

Watt

Pt

Daya turbin

Watt

P01

Tekanan gas pada kondisi stagnasi

bar

P1

Tekanan pada kondisi statik

bar

P02

Tekanan gas setelah terjadinya proses

bar

pr

reduction pressure

-

qrb

Kalor ruang bakar

Watt

qin

Kalor masuk

kJ/kg

qeff

Kalor efektif

kJ/kg

qout

Kalor keluar

kJ/kg

RR

Derajat reaksi tingkat

-

•

ma •

mf •

mP •


r

Radius jurnal

m

rP

Pressure ratio

-

rr

Jari-jari akar sudu

m

rm

Jari-jari tengah sudu

m

s

Panjang pitch sudu

m

s

Entropi

T1

Temperatur udara masuk kompresor

K

T1

Temperatur gas pada kondisi statik

K

T2

Temperatur udara keluar kompresor

K

T01

Temperatur gas pada kondisi stagnasi

K

T02

Temperatur pada P02

K

T2’

Temperatur udara keluar kompressor aktual

K

T3

Temperatur udara keluar ruang bakar ideal

K

T4

Temperatur udara keluar turbin ideal

K

T4’

Temperatur udara keluar turbin aktual

K

tm

Tebal rata – rata sudu

m

Ur

Kecepatan rotasi sudu

m/s

Um

Kecepatan tangensial rata - rata sudu

m/s

V

Volume

m3

V2

Kecepatan relative gas masuk sudu

m/s

V3

Kecepatan relative gas keluar sudu

m/s

w

Tebal sudu gerak

m

Win

Kerja spesifik masuk

kJ/kg

Wout

Kerja spesifik keluar

kJ/kg

Wsg

Berat sudu gerak

N

kJ/kg.K


Wk 1-2

Kerja kompressor ideal

kJ/kg

Wk 1-2’

Kerja kompressor aktual

kJ/kg

Wnett

Kerja bersih

kJ/kg

z

Jumlah sudu

-


DAFTAR TABEL

Tabel

Nama Tabel

Halaman

3.1

Komposisi bahan bahan bakar turbin gas

35

4.1

Perbandingan dasar dan puncak sudu

49

4.2

Kondisi udara tiap tingkat kompresor

52

4.3

Ukuran-ukuran utama kompresor

60

4.4

Berat dan diameter disk kompresor

66

4.5

Kondisi tiap tingkat turbin

74

4.6

Ukuran-ukuran sudu turbin

80

4.7

Ukuran-ukuran utama sudu turbin

81

4.8

Berat tingkat (stage) turbin

82


DAFTAR GAMBAR

Gambar

Nama Gambar

Halaman

1.1

Turbin gas

1

2.1

Skema turbin gas

4

2.2

Sistem turbin gas dengan siklus terbuka

5

2.3

Sistem turbin gas dengan siklus tertutup

6

2.4

Skema instalasi turbin gas siklus regenaratif dengan heat exchanger

7

2.5

Skema instalasi siklus gabungan turbin gas dan turbin uap 9

2.6

Diagram T-S dan P-V turbin gas siklus terbuka

10

2.7

Grafik hubungan effisiensi dengan rasio tekanan

13

2.8

Diagram h-s siklus aktual

14

2.9

Penampang turbin jenis radial

16

2.10

Penampang turbin jenis aksial

17

2.11

Grafik effisiensi turbin vs velocity ratio

18

2.12

Skema alur daya pada instalasi generator

21

2.13

Diagram kecepatan pada sudu

25

2.14

Poros

26

2.15

Pasak

27

2.16

Bantalan luncur

28

3.1

kondisi stagnasi pada kompresor

31

3.2

Skema alur daya pada instalasi turbin gas

43

4.1

Grafik hubungan s/c

58


4.2

Profil sudu aerofoil

61

4.3

Disk kompresor

64

4.4

50 Percent Reaction Design

67

4.5

Diagram kecepatan untuk derajat reaksi

69

4.6

Diagram h–s untuk satu tingkat turbin

69

4.7

Axial flow turbin stage

76

4.8

Nilai ‘optimum’ pitch/chord ratio

79

4.9

Profil sudu turbin gas dan T6 aerofoil section

80

4.10

Poros penghubung

83

4.11

Susunan ruang bakar unit turbin gas

85

4.12

Section burner combination

86


PERANCANGAN TURBIN GAS PENGGERAK GENERATOR PADA INSTALASI PLTG DENGAN PUTARAN 3000 RPM DAN DAYA TERPASANG GENERATOR 130 MW SKRIPSI

Recommend Documents