Pengaruh Angka Mach terhadap Karakteristik Turbin Gas Cussons P.9005 Berporos Ganda

Transkripsi

1 Pengaruh Angka Mach terhadap Karakteristik Turbin Gas Cussons P.9005 Berporos Ganda Sudjud Darsopuspito Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Sukolilo Surabaya Telp , Fax: mesinits@rad.net.id ; itsmesin@mesin.its-sby.edu Abstrak Penelitian menggunakan peralatan : Unit Turbin Gas Cussons P.9005 Berporos Ganda, berbahan bakar LPG. Suatu set data diambil untuk beberapa harga: perbandingan tekanan, temperatur masuk turbin gas serta putaran poros. Dari data tersebut dihitung harga group parameter tanpa dimensi : Perbandingan Tekanan, Perbandingan Temperatur, Rotational Speed Mach Number, Flow Mach Number, serta Power Output Spesifik. Dari penelitian ini diperoleh karakteristik dari Turbin Gas antara lain : Efisiensi Isentropis Turbin Gas Generator dan Flow Mach Number fungsi Perbandingan Tekanan pada beberapa harga Rotational Speed Mach Number, serta Power Output Spesifik dan Efisiensi Efektif fungsi Perbandingan Tekanan pada beberapa harga Perbandingan Temperatur. Kata kunci: Efisiensi Isentropis, Flow Mach Number, Perbandingan Tekanan, Power Output Spesific, Rotational Speed Mach Number. Unit Turbin Gas Cussons P.9005 Berporos Ganda adalah merupakan unit Turbin Gas yang dirancang khusus untuk tujuan pendidikan. Sehingga hanya dioperasikan untuk praktikum di laboratorium, dengan maksud untuk menunjukkan prinsip kerja suatu sistem Turbin Gas dalam skala kecil dan tidak ditujukan sebagai engine penghasil daya sesungguhnya. Selain dari praktikum yang bisa dilaksanakan sesuai dengan buku manual peralatan, dari beberapa sumber literatur dimungkinkan pula untuk dilaksanakan penelitian dengan menggunakan peralatan tersebut dalam rangka mengkaji lebih lanjut karakteristik suatu unit Turbin Gas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh Angka Mach terhadap karateristik Unit Turbin Gas, khususnya pengaruh Rotational Speed Mach Number dan Flow Mach Number terhadap parameter yang lain seperti: efisiensi isentropis, perbandingan tekanan, perbandingan temperatur, serta power output spesific. Peralatan Penelitian Unit Turbin Gas seperti pada gambar: 1 terdiri atas 2 bagian utama yaitu: Gas Generator dan Power Output. Gas Generator adalah suatu unit yang terdiri atas kompresor centrifugal (C) yang beroperasi dengan perbandingan tekanan sekitar 2:1 dan turbin gas radial (T GG ) yang dipasang seporos dengan kompresor serta ruang bakar (RB) yang menggunakan bahan bakar: LPG. Kecepatan putar operasi Gas Generator berkisar antara: rev/second. Gas panas yang dihasilkan oleh Gas Generator digunakan untuk menggerakkan Power Output yang terdiri atas Free Power Turbine (T P ) dan Alternator (A). Free Power Turbine yang digunakan juga termasuk tipe radial dengan kecepatan putar berkisar: rev/second. Sedangkan daya maximum yang bisa dihasilkan oleh sistim secara keseluruhan sekitar: 4 KW. 10

2 Darsopuspito, Pengaruh Angka Mach 11 Gambar : 1 Skema Unit Turbin Gas Cussons P.9005 Berporos Ganda Metode Penelitian Group parameter tanpa dimensi Dari analisa Buckingham Pi teori diperoleh 6 group parameter tanpa dimensi yaitu : p Π 1 = 04 = Perbandingan tekanan p 03 T Π 2 = 04 = Perbandingan temperatur T 03 DN Π 3 = c T p 03 = M R =Rotational Speed Mach Number m& c T p 03 Π 4 = D 2 p 03 = M F = Flow Mach Number ρvd Π 5.= = Angka Reynolds µ P Π 6. = 0 mc & T p 03 = Daya spesifik Program penelitian Program penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui karakteristik dan unjuk kerja instalasi Turbin Gas terhadap group parameter tanpa dimensi. Karakteristik tersebut adalah: Efisiensi Isentropis Turbin Gas (η s.tgg ) terhadap Perbandingan Tekanan p ) untuk berbagai harga ( / p Rotational Speed Mach Number M R DN 3 RT. GG 03 Flow Mach Number M F m& k RT / A p terhadap p 03 / p Perbandingan Tekanan ( 04 ) untuk berbagai harga Rotational Speed Mach Number M R DN k 3 RT. GG 03 Efisiensi overall siklus (η o ) terhadap Perbandingan Tekanan ( p / p ) untuk berbagai harga ( T /T ). Daya output spesifik P / m& C T 0 1 p 01 terhadap Perbandingan Tekanan p ) untuk berbagai harga ( / p T ). perbandingan temperatur ( /T Pengambilan data Untuk pengambilan data yang diperlukan dalam penelitian dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: Putaran poros turbin gas generator (N GG ) dipertahankan konstant pada putaran: 800; 850; 900; 950; 1000; 1050; 1100; 1150; 1200 dan 1250 rps. Sedangkan pada masing-masing putaran tersebut, putaran poros power turbin (N FPT ) dibuat bervariasi yaitu pada: 340; 360; 380; 400; 420; 440; 460; 480; 500 dan 520 rps. Putaran poros power turbin (N FPT ) dipertahankan konstant pada putaran: 340; 360; 380; 400; 420; 440; 460; 480; 500 dan 520 rps. Sedangkan pada masing-masing putaran tersebut, putaran poros turbin gas generator (N GG ) dibuat bervariasi yaitu pada: 800; 850; 900; 950; 1000; 1050; 1100; 1150; 1200 dan 1250 rps. Untuk menunjang analisa penelitian, pada dinding sebelah luar dari ruang bakar, turbin gas generator dan power turbin dipasang thermocoupel untuk mengetahui temperaturnya.

3 12 Jurnal Teknik Mesin, Volume 3, Nomor 1, Januari 2003 Hasil Penelitian Efisiensi Isentropis Turbin Gas Generator Dari hasil yang ditampilkan pada Gambar 2 bisa dilihat bahwa: Ada kecenderungan bahwa dengan makin bertambahnya perbandingan tekanan maka efisiensi isentropis akan bertambah sehingga mencapai harga yang maximum, kemudian akan menurun lagi. Makin besar harga Rotational Mach Number, untuk perbandingan tekanan yang sama efisiensi isentropis akan semakin besar pada daerah setelah kondisi maximum. Tetapi justru semakin kecil pada kondisi sebelum mencapai maximum. Flow Mach Number Dari hasil yang ditampilkan pada gambar 3 bisa dilihat bahwa: Karakteristik diperoleh pada interval perbandingan tekanan yang cukup sempit, yaitu pada: P 03 /P 04 = 1,28-1,58. Sehingga tidak bisa diperoleh hasil karakteristik yang lebih luas. Meskipun demikian dari grafik yang diperoleh bisa memberikan sedikit gambaran hubungan terhadap parameter yang terlibat. Kesimpulan Efisiensi Isentropis Turbin Gas Generator Efisiensi Isentropis pada beberapa harga Rotational Speed Mach Number teramati pada interval P 03 /P 04 = Efisiensi isentropis maximum hasil penelitian sebesar: η s.tgg = diperoleh pada: M R = 0.14 dan P 03 /P 04 = Power Output Spesific Dengan interval P 02 /P 01 = karakteristik Power Output Spesific secara keseluruhan agak sulit diprediksi. Efisiensi Overall Dengan interval P 02 /P 01 = karakteristik Efisiensi Overall secara keseluruhan belum mencapai harga maximum. Referensi [1] Anzip, Arino., 1986, Suatu Analisa Karakteristik Turbin Gas Cussons P.9005 Berporos Ganda yang menggunakan Bahan Bakar LPG, Tugas Akhir Program S1 ITS, Surabaya. [2] Bathi, W.W., 1996, Fundamentals of Gas Turbines, Second Edition, John Wiley & Sons Inc., Singapore. [3] Cohen, H., et al., 1996, Gas Turbine Theory, Fourth Edition, Longman Group Limited. [4] Cussons, Instruction Manual for Two Shaft Gas Turbine Unit - P.9005, G. Cussons Ltd, Manchester, England. [5] Frost, T.H., A First Course in Gas Turbine Technology, G. Cussons Limited, Manchester, England.. [6] Sawyer, J.W., (ed.), 1976, Sawyer s Gas Turbine Engineering Handbook Volume I, Second Edition, Gas Turbine Publications Inc., Stamford. Flow Mach Number pada Turbin Gas Generator Flow Mach Number pada beberapa harga Rotational Mach Number teramati pada interval: P 03 /P 04 = Pada interval tersebut karakteristik Flow Mach Number belum mencapai kondisi Choking. Berdasarkan persamaan hasil regresi, kondisi choking akan terjadi pada P 03 /P 04 = dengan harga M F = Dimana kondisi ini tidak mungkin tercapai mengingat keterbatasan kemampuan peralatan.

4 Darsopuspito, Pengaruh Angka Mach 13 Apendiks s.tgg y = x x R 2 = y = x x R 2 = y = x x R 2 = y = x x R 2 = P03 / P04 MR=0.11 MR=0.12 MR=0.13 MR=0.14 Poly. (MR=0.11) Poly. (MR=0.12) Poly. (MR=0.13) Poly. (MR=0.14) Gambar 2 : Efisiensi Isentropis Turbin Gas Generator fungsi Perbandingan Tekanan pada beberapa harga Rotational Speed Mach Number MF y = Ln(x) R 2 = y = Ln(x) R 2 = y = Ln(x) R 2 = y = Ln(x) R 2 = P03 / P04 MR=0.11 MR=0.12 MR=0.13 MR=0.14 Log. (MR=0.11) Log. (MR=0.12) Log. (MR=0.13) Log. (MR=0.14) Gambar 3 : Flow Mach Number fungsi Perbandingan Tekanan Pada beberapa harga Rotational Speed Mach Number

5 14 Jurnal Teknik Mesin, Volume 3, Nomor 1, Januari 2003 Contoh salah satu Data Pengamatan dan Hasil Perhitungan disajikan pada halaman berikut, pada Apendiks 1 dan Apendiks 2. Para mete r Satuan Apendiks 1 SALAH SATU DATA HASIL PENGAMATAN H A S I L P E N G A M A T A N N FPT Rps 340 N GG rps T 01 o C T 02 o C T 03 o C T 04 o C T 05 o C T f o C T oil o C p 3 bar p 4 bar p 2-p 3 cm.hg p oil bar p b bar p f bar h mmh 2O m f gr/s V Volt I Amp T RB o C T GGT o C T FPT o C T bar o C p bar mbar RH %

6 Darsopuspito, Pengaruh Angka Mach 15