PERANCANGAN THERMAL INSULATOR RUANG BAKAR MIKRO GAS TURBIN

Transkripsi

1 PERANCANGAN THERMAL INSULATOR RUANG BAKAR MIKRO GAS TURBIN TUGAS AKHIR BIDANG KONVERSI ENERGI Diajukan Kepada : UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin Oleh : KOKO TRI WAHYUDI JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2014 i

2 ii

3 LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI PERANCANGAN THERMAL INSULATOR RUANG BAKAR MIKRO GAS TURBIN Diajukan Kepada : UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh: Koko Tri Wahyudi Diterima dan Disetujui pada tanggal Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Ir. Sudarman, MT. Budiono SSi, MT. Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang Ir. Daryono, MT. iii

4 FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG JL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) Psw. 127 Fax. (0341) Malang Nama LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR : Koko Tri Wahyudi Nim : Bidang Keahlian No. ST. Pemb. TA Judul Pembimbing I No. : Konversi Energi : E.2/123/FT/UMM/III/2014 : Perancangan Thermal Insulator Ruang Bakar Mikro Gas Turbin : Ir. Sudarman, MT Catatan Asistensi 1 Persetujuan Judul dan Konsutasi Bab I 2 ACC Bab I 3 Konsultasi Bab II 4 ACC Bab II 5 Konsultasi Bab III 6 ACC Bab III 7 Konsultasi Bab IV 8 ACC Bab IV 9 Konsultasi Bab V dan Seminar Hasil 10 ACC Bab V dan Seminar Hasil Paraf Dosen Pembimbing I Mengetahui : Ketua Jurusan Teknik Mesin Malang, 2014 Dosen Pembimbing I Ir. Daryono, MT iv Ir. Sudarman, MT

5 FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG JL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) Psw. 127 Fax. (0341) Malang Nama LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR : Koko Tri Wahyudi Nim : Bidang Keahlian No. ST. Pemb. TA Judul Pembimbing I No. : Konversi Energi : E.2/123/FT/UMM/III/2014 : Perancangan Thermal Insulator Ruang Bakar Mikro Gas Turbin : Budiono SSi, MT Catatan Asistensi 1 Persetujuan Judul dan Konsutasi Bab I 2 ACC Bab I 3 Konsultasi Bab II 4 ACC Bab II 5 Konsultasi Bab III 6 ACC Bab III 7 Konsultasi Bab IV 8 ACC Bab IV 9 Konsultasi Bab V dan Seminar Hasil 10 ACC Bab V dan Seminar Hasil Paraf Dosen Pembimbing I Mengetahui : Ketua Jurusan Teknik Mesin Malang, Dosen Pembimbing II Ir. Daryono, MT v Budiono SSi, MT

6 Yang bertanda tangan di bawah : LEMBAR PERNYATAAN Nama : Koko Tri Wahyudi Nim : Tempat/Tanggal Lahir : Balikpapan, 10 Mei 1993 Jurusan Fakultas Instansi : Teknik Mesin : Teknik : Universitas Muhammadiyah Malang Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa : 1. Tugas Akhir dengan Judul : Perancangan Thermal Insulator Ruang Bakar Mikro Gas Turbin Adalah hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik disuatu perguruan tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian atau keseluruhan, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan pada daftar pustaka. 2. Apabila ternyata didalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur PLAGIASI, saya bersedia TUGAS AKHIR INI DIGUGURKAN dan GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA PEROLEH DIBATALKAN, serta diproses sesuai ketentuan yang berlaku. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya. Malang, Yang Menyatakan, Koko Tri Wahyud vi

7 KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahnya laporan tugas akhir ini akhirnya dapat terselesaikan. Seiring penyusunan tugas akhir ini, terdapat hambatan dan kesulitan yang dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ucapkan terima kasih atas jasa yang selama ini telah diterima oleh penyusun, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Ungkapan terima kasih tersebut disampaikan kepada : 1. Kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non materiil, mendo akan, mengingatkan akan pesan-pesannya yang tak akan terlupakan. 2. Bapak Ir. Sudarman, MT. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan tugas akhir ini dilakukan, sekaligus selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang 3. Bapak Budiono SSi, MT. Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan masukan ide, serta saran sehingga terselesaikannya tugas akhir ini 4. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis seara langsung maupun tidak langsung. 5. Teman-teman sebimbingan, rekan-rekan laboraturium di lingkungan Teknik Mesin, serta teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A,B, C dan D. vii

8 6. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas bantuan kalian semuannya. Dalam menyusun Tugas Akhir ini, penyusun menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan kelemahan baik dalam penyusunan data maupun dalam pembahasannya. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penyusun harapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Allah SWT memberikan balasan kepada semua pihak yang tersebut diatas dan penyusun berharap semoga Tugas Akhir bermanfaat bagi penyusun dan pembaca. viii

9 DAFTAR ISI COVER... i POSTER... ii LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI... iii LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR... iv LEMBARAN PERYATAAN... v BERITA ACARA... vi ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR PUSTAKA... xvi BAB I... 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Perancangan Batasan Masalah... 4 BAB II... 5 TINJAUAN PUSTAKA Pengertian Thermal Insulator Konduktivitas Termal Perpindahan Panas Dalam Thermal Insulator Perpindahan Panas Radiasi Laju Perpindahan Panas Secara Radiasi ix

10 2.5.Perpindahan Panas Konduksi Konduksi Padat Konduksi Bidang Silinder Perpindahan Panas Konveksi Konveksi Bebas (Alamiah) Konveksi Bebas Bidang Silinder Konveksi Bebas Pada Ruang Tertutup Konveksi Bebas Aliran Turbulen Dalam Tabung Konveksi Paksa Aliran Dalam Pipa Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh Tebal Kritis Isolasi Pemilihan Material BAB III METODE PERANCANGAN Studi literatur Metode Pengumpulan Skema Gambar Rancangan Analisa Perpindahan Panas Menghitung Perpindahan Panas Ruang Bakar Perhitungan Perancangan Perhitungan Perpindahan Panas Gas Pembakaran ke Liner Perhitungan Perpindahan Panas Liner ke Udara Annulus Perhitungan Perpindahan Panas Udara Annulus ke Selubung Perhitungan Perpindahan Panas Selubung ke Thermal Insulator Perhitungan Perpindahan Panas ke Lingkungan x

11 3.6. Pemilihan Bahan Flow Chart Perancangan BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN Data Perancangan Perpindahan Panas Pada Zona Ruang Bakar Perpindahan Panas Pada Zona Utama Laju Perpindahan Panas Primary Zona Pana Liner Laju Perpindahan Panas Udara Annulus Primary Zone Perpindahan Panas Pada Zona Kedua Laju Perpindahan Panas Secondary Zona Pana Liner Laju Perpindahan Panas Udara Annulus Secondary Zone Perpindahan Panas Pada Zona Dilusi Laju Perpindahan Panas Dilution Zona Pana Liner Laju Perpindahan Panas Udara Annulus Dilution Zone Perhitungan Laju Perpindahan Panas Total Perpindahan Panas Pada Selubung Perpindahan Temperatur Dinding Dalam Selubung Perpindahan Temperatur Dinding Selubung Bagian Luar Perpindahan Beda Temperatur Pada Selubung Aliran panas Dari Dinding Bagian Luar Ke Fluida Luar Perpindahan Perpindahan Panas Menyeluruh Perhitungan Perpindahan Panas Termal Insulator Kerugian Panas Tanpa Dibalut Insulator Perhitungan Dimensi Thermal Insulator Perhitungan Effisiensi Termal Siklus xi

12 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran VI. LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 : Konduktivitas Termal beberapa Gas Khas... 8 Gambar 2.2 : Konduktivitas termal beberapa zat padat khas Gambar 2.3 : Kisaran Konduktivitas Termal Bahan Gambar 2.4 : Spektrum Elektromagnetik Gambar 2.5 : Aliran kalor satu-demensi melalui silinder Gambar 2.6 : Aliran kalor satu-dimensi memalui silinder & analogi listrik Gambar 2.7 : Pola sel Benard pada laipasan fluida tertutup Gambar 2.8 : Profil kecepatan dalam aliran-tabung turbulen Gambar 2.9 : Perpindahan kalor menyeluruh Gambar 2.10 : Perpindahan-kalor menyeluruh melalui dinding datar Gambar 2.11 : Analogi tahanan silinder bolong dengan kondisi batas konveksi 33 Gambar 2.12 : Tebal Kritis Isolasi Gambar 3.1 : Model Rancangan Ruang Bakar dan Thermal Insulator Gambar 3.2 : Skema gambar Insulator Ruang Bakar Gambar 3.3 : Skema Ruang Bakar Mikro Gas Turbin Gambar 3.4 : Model Perpindahan Panas Pada Annulus Gambar 3.5 : Skema Perpindahan Panas Panas Liner xii

13 Gambar 3.6 : Skema Perpindahan Panas Dari Liner ke Udara Annulus Gambar 3.7 : Skema Perpindahan Panas Pada Thermal Insulator Gambar 3.8 : Skema Perpindahan Panas ke Lingkungan Gambar 4.1: Skema Perpindahan Panas Gambar 4.2: Skema Aliran Pada Lubang Dilusi Gambar 4.3: Pepindahan Panas Pipa Silinder Berlubang Gambar 4.4 : Perpindahan Kalor Menyeluruh DAFTAR TABEL Tabel 2.1 : Konduktivitas Termal... 7 Tabel 2.2 : Konduktivitas Termal Efektif Kriogenik Material Tabel 2.3 : Nilai kira-kira koefisien perpindahan-kalor menyeluruh... 3 Tabel 4.4 : Harga LHV yang terkandung pada setiap unsur xiii

14 Daftar Pustaka Arismunandar, W. (2002). Turbin Gas dan Motor Propulsi. Bandung: ITB. Boyce, M. P. (1990). Gas Turbine Engineering Handbook Second Edition. United Kingdom: Gulf Professional Publishing. Departement of Industrial Promotion, M. o. (2007). Thermal Energy Efficiency Improvment Handbook. Thailand: On Behalf of Ministry of Economy, Trade and Industry of Japan. Frank P. Incropera, D. P. (1976). Introduction to Heat Transfer. Canada: John Wiley & Sons. Holman, J. (1984). Perpindahan Kalor. Jakarta: Penerbit Erlangga. Ir. Herry Supriyanto, MT. (2011). Perpindahan Panas. Malang. Jong Joon Lee, J. E. (2007). Peformance Test and Component Characteristic Evaluation of Micro Gas Turbine. Journal of Mechanical Science and Technology, Kreith, F. (2000). The CRC Handbook of Thermal Engineering. In D. W. Nowobilski, Thermal Insulation (pp ). Boca Raton: CRC Press LLC. Mursyid, A. (2012). Analisis Unjuk Kerja Kompresor Sentrifugal Pada Turbin Gas Mikro Proto X-2. Skripsi, 1. Nugraha, T. A. (2012). Modifikasi Engine Berbahan Bakar Premium Menjadi Berbahan Bakar Biogas Sebagai pembangkit Listrik. Skripsi, PT. Patria Utama Humanindo. (1998). Gas Turbine Operation & Maintenance. Bandung: Petroleum Industrial Training Consultant. Riansyah, S. (2014). Perancangan Mikro Gas Turbin Berbahan Bakar Biogas. Skripsi. W.P.J Visser, S. A. (2011). Development of a 3 kw Microturbine for CHP Applications. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 133. Wikipedia. (2013, April 15). Isolasi Termal. p. 1. Wikipedia. (n.d.). Konveksi Bebas. xiv