BAB II
Dasar Teori
2.1 Turbin Gas
Turbin gas adalah motor bakar yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu:
kompresor, ruang bakar, dan turbin (gambar 2.1). Sistem ini dapat berfungsi sebagai
pembangkit gas ataupun penghasil daya poros. Ciri utama turbin gas adalah kompak,
ringan, dan mampu menghasilkan daya tinggi serta bebas getaran. Dengan demikian
mudah pemasangannya dan tidak memerlukan pondasi yang berat. Pada turbin gas,
tidak terdapat bagian yang bergerak translasi, sehingga turbin gas memiliki getaran
yang lebih kecil daripada jenis mesin motor bakar lainnya.
Gambar 2. 1 Turbin Gas [12]
Pada mesin turbin gas, proses kompresi, pembakaran dan ekspansi terjadi
secara terpisah, masing – masing di dalam kompresor, ruang bakar dan turbin. Turbin
menghasilkan daya yang sebagian besar diperlukan untuk menggerakkan
kompresornya sendiri kemudian sisanya untuk menggerakkan beban. Beban dapat
berupa roda penggerak, propeler, generator listrik, pompa, fan atau kompresor.
Apabila semua daya turbin digunakan untuk menggerakkan kompresornya sendiri,
maka pasangan kompresor, ruang bakar dan turbin tersebut hanya berfungsi
menghasilkan gas panas. Oleh karena itu pasangan tersebut disebut pembangkit - gas
(gas generator). Pada motor turbojet, turbin gas berfungsi sebagai pembangkit – gas
4
untuk nosel yang berfungsi menghasilkan pancaran (jet) gas berkecepatan tinggi,
untuk menghasilkan gaya dorong.
Siklus termodinamika turbin gas menggunakan siklus Brayton. Siklus Brayton
untuk kondisi ideal ditunjukkan oleh gambar 2.2. Siklus yang digunakan untuk sistem
propulsi adalah siklus terbuka, dengan fluida kerja udara.
Gambar 2. 2 Diagram T – s siklus Brayton ideal [4]
Proses termodinamika dari siklus Brayton ideal dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Udara dari atmosfer dikompresikan secara isentropik dari kondisi 1 ke kondisi 2
di dalam kompresor
2. Energi panas ditambahkan pada proses 2 ke 3 didalam ruang bakar atau penukar
panas pada kondisi tekanan tetap sehingga temperatur akan naik
3. Proses ekspansi isentropik terjadi dari kondisi 3 ke 4 untuk menghasilkan energi
yang digunakan untuk menggerakkan kompresor ( menaikkan tekanan dari 1 ke 2)
dan energi yang digunakan sebagai penghasil gaya dorong
2.1.1 Turbojet
Penggunaan motor jet pada sistem propulsi pesawat terbang didorong oleh
adanya keinginan untuk mencari bentuk sistem propulsi selain propulsi propeler yang
tradisional. Selain itu juga karena keterbatasan kemampuan propeler untuk
penerbangan kecepatan tinggi pada ketinggian (altitude) tinggi. Dalam hal ini
pembangkitan gaya dorong dilakukan dengan menggunakan nosel, yang
5
menghasilkan kecepatan gas yang jauh lebih tinggi daripada kecepatan terbang.
Dengan demikian, gaya dorong dibangkitkan dengan merancang perubahan
momentum dari fluida yang mengalir masuk kedalam dan keluar dari motor jet yang
digunakan.
Motor turbojet terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu: difuser,
kompresor, ruang bakar, turbin, dan nosel. Udara atmosfer masuk kedalam difuser,
dengan kecepatan sama dengan kecepatan terbang. Difuser menaikkan tekanan udara
dengan jalan menurunkan kecepatannya, yaitu mengubah energi kinetik menjadi
tekanan. Setelah itu udara masuk kedalam kompresor yang berfungsi menaikkan
tekanan udara. Keluar dari kompresor tekanan dan temperatur udara telah cukup
tinggi untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar didalam ruang bakar secara
kontinyu pada tekanan konstan. Gas pembakaran yang dihasilkan masuk kedalam
turbin sehingga menghasilkan daya poros yang diperlukan untuk menggerakkan
kompresor saja. Selanjutnya gas pembakaran diekspansikan kedalam nosel agar
diperoleh kecepatan gas yang lebih tinggi untuk menghasilkan gaya dorong jet.
2.1.2 Komponen Turbin Gas
Mesin turbojet terdiri dari tiga komponen penting, yaitu : kompresor, ruang
bakar dan turbin.
A. Kompresor
Kompresor adalah komponen yang berfungsi mengalirkan dan menaikkan
tekanan udara sesuai dengan spesifikasi rancangannya. Berdasarkan jenis alirannya,
kompresor dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu kompresor sentrifugal dan kompresor
aksial.
Kompresor Sentrifugal
Pada kompresor sentrifugal udara masuk dalam arah sejajar sumbu rotor dan
keluar dalam arah tegak lurus sumbu rotor. Kompresor sentrifugal pada dasarnya
terdiri dari sebuah rotor ( bagian yang berputar ), atau impeler, dan sebuah stator (
bagian yang tidak berputar ) yang berfungsi sebagai difuser. Energi mekanik yang
diterima impeler ditransmisikan kepada fluida kerja di dalam impeler sehingga
6
berubah menjadi energi kinetik, tekanan dan panas-karena-gesekan. Selanjutnya pada
difuser, energi kinetik fluida yang meninggalkan impeler diubah menjadi kenaikan
tekanan. Gambar 2.3 menunjukkan skema konstruksi kompresor sentrifugal.
Gambar 2. 3 Skema kompresor sentrifugal [1]
Kompresor Aksial
Pada kompresor aksial udara mengalir dalam arah sejajar sumbu poros
kompresor. Kompresor aksial terdiri dari serangkaian tingkat. Tiap tingkat terdiri dari
satu barisan bilah rotor dan satu barisan bilah stator. Pada awalnya, fluida kerja
dipercepat oleh bilah rotor. Kecepatan fluida ini kemudian dikurangi didalam stator.
Pada proses ini, energi kinetik yang ditransfer rotor dikonversi menjadi tekanan
statik. Stator juga mempunyai fungsi mengarahkan aliran ke tingkat kompresi
berikutnya. Pada setiap tingkatnya, rasio tekanan total antara udara yang masuk dan
keluar tingkat antara 1 : 1,1 dan 1 : 1,3 [4]. Meskipun ratio kenaikan tekanan setiap
tingkat relatif kecil, namun setelah melalui tingkat terakhir tekanan total meningkat
cukup besar. Gambar 2.4 menunjukkan skema konstruksi kompresor aksial.
7
Gambar 2. 4 Skema Kompresor Aksial [4]
Pada tabel 2.1 disajikan tabel perbandingan kompresor sentrifugal dan
kompresor aksial menurut parameter – parameter tertentu.
Tabel 2. 1 Perbandingan antara kompresor sentrifugal dan kompresor aksial [4]
No Parameter Kompresor Sentrifugal Kompresor Aksial
1 Arah aliran
(masuk/keluar)
Sejajar sumbu/radial;
aliran belok
Sejajar sumbu;lurus
2 Laju aliran massa, m Kecil (sampai 50 kg/s) Besar (sampai 700
kg/s)
3 Perbandingan tekanan,
(p) per tingkat
Besar (=4 – 10) Kecil (=1,2 – 1,5)
tetapi secara
keseluruhan dapat
mencapai p ~ 30
4 Jumlah tingkat Satu atau dua Banyak (10-30)
Usaha untuk
mengurangi jumlah
tingkatterus dilakukan
dengan meningkatkan
p per tingkat
5 Efisiensi Sedikit lebih rendah
(0,75-0,84)
Lebih tinggi (0,85-
0,88)
8
6 Kecepatan udara masuk
kompresor
Mach maksimum = 0,7 Mach maksimum = 0,7
7 Diameter (penampang
frontal) untuklaju aliran
massa yang sama
Lebih besar Lebih kecil
8 Panjang Lebih pendek Lebih panjang
9 Berat Ringan Berat
10 Kekuatan konstruksi Tahan terhadap foreign
object damage
Cukup baik
11 Pembuatan mudah sulit
12 Biaya pembuatan Murah Relatif lebih mahal
13 Operasi dan perawatan Mudah,tidak banyak
gangguan
Relatif lebih sukar
14 Daya start Kecil Besar
15 Aplikasi Sistem turbin gas
kecil;motor automotif;
propulsi pesawat terbang
dengan gaya dorong
kecil; gaya dorong per
penampang frontal kecil
Kebanyakan untuk
motor propulsi
pesawat terbang
dengan gaya dorong
besar; gaya dorong per
luas penampang
frontal besar
B. Ruang Bakar
Ruang bakar adalah tempat di mana diharapkan terjadi proses pembakaran
sempurna, yaitu reaksi eksotermik antara bahan bakar dan udara, untuk menghasilkan
gas pembakaran pada temperatur dan tekanan tertentu. Secara kimia pembakaran
merupakan reaksi antara karbon, hidrogen, nitrogen dan oksigen dan menghasilkan
produk pembakaran berupa karbon dioksida dan air.
Reaksi pembakaran untuk propana diperlihatkan sebagai berikut:
C3H8 + 5(O2 + 4N2) → 3CO2 + 20N2 + 4H2O + heat
9
Proses pembakaran dalam ruang bakar adalah proses pembakaran kontinyu.
Diharapkan proses ini berlangsung dengan sempurna dan temperatur keluarannya
disesuaikan dengan kekuatan material ruang bakar dan turbin terhadap tegangan
termal. Gambar 2.5 menunjukkan skema konstruksi ruang bakar.
Gambar 2. 5 Skema Ruang Bakar [4]
C. Turbin
Turbin pada turbojet berguna untuk mengubah energi kinetik dan potensial
gas hasil pembakaran yang memiliki tekanan dan temperatur tinggi menjadi energi
poros untuk memutar kompresor. Biasanya 2/3 dari total energi yang tersedia diserap
di sini untuk memutar kompresor.
Satu tingkat turbin terdiri dari barisan bilah tidak bergerak (diam) yang
dipasang pada suatu sudut tertentu untuk membentuk rangkaian nosel / stator yang
mengarahkan gas ke bilah turbin yang bergerak ( rotor ). Pada roda turbin terdapat
sudu. Fluida kerja mengalir melalui ruang diantara sudu tersebut. Roda turbin dapat
berputar karena ada gaya yang bekerja pada sudu. Gaya tersebut timbul karena
terjadinya perubahan momentum dari fluida yang mengalir melalui sudu seperti
terlihat pada gambar 2.6
10
Gambar 2. 6 Roda turbin [4]
Dari semua komponen mesin turbin gas, rotor turbin adalah komponen yang
paling besar dalam menerima beban tegangan. Tegangan rotor turbin diakibatkan oleh
adanya gerak rotasi yang menimbulkan tegangan sentrifugal, tegangan termal hasil
pembakaran di ruang bakar, serta beban aerodinamik. Tegangan aerodinamika timbul
karena adanya gaya dan momen aerodinamika akibat adanya aliran fluida selama
turbin beroperasi. Tegangan dinamik akan muncul juga bila turbin dioperasikan pada
putaran tidak konstan.
2.1.3 Mesin turbojet “Olympus HP AMT Netherlands”
Pada tugas akhir ini, mesin turbin gas yang akan di analisis adalah mesin
turbojet produksi AMT Netherland, sebuah perusahaan khusus yang memproduksi
mesin turbojet untuk pesawat model. AMT Netherland merancang dan memproduksi
mesin turbojet kecil untuk sistem propulsi pesawat radio kontrol, pengembangan
pesawat experimental, dan keperluan militer. Mesin turbojet kecil ini juga digunakan
dalam berbagai penelitian dan proyek pendidikan pada berbagai universitas di dunia
[6].
Mesin "Olympus" terdiri dari sebuah kompresor radial dan turbin aksial.
Waktu yang diperlukan oleh turbin untuk mencapai putaran maksimum dari putaran
11
minimum hanya 4 detik dan dari putaran maksimum ke putaran minimum hanya
memerlukan waktu 2 detik. Hal ini dipengaruhi oleh massa bilah turbin aksialnya
yang rendah. Ruang bakarnya bertipe annular, dimana ruang bakar ini memberikan
sistem bahan bakar bertekanan rendah. Dari sistem bahan bakar ini, pelumasan juga
dilakukan terhadap bearing dari poros, sehingga tidak diperlukan sistem oli pelumas
yang terpisah. Turbinnya dilindungi komponen kontroler mikroprosesor (ECU) yang
bekerja secara otomatis dan mengatur kinerja maksimum turbin melalui sebuah
perangkat lunak. ”Olympus” ini telah dilengkapi starter elektrik yang digunakan
sebagai mekanisme penyalaannya.
Spesifikasi dari mesin turbo jet kecil AMT Netherland ”Olympus” menurut
data dari pembuatnya adalah sebagai berikut:
Dimensi
• Diameter maksimum : 131 mm
• Panjang : 384 mm
• Massa (tanpa peralatan tambahan) : 2850 gram
• Massa (dengan peralatan tambahan) : 3795 gram
Gambar 2. 7 Turbojet AMT ”Olympus”
12
Kondisi operasional
• Gaya dorong (RPM maksimum) : 230 N
• Gaya dorong (RPM minimum) : 13 N
• RPM maksimum : 108500
• RPM idle : 36000
• Ratio Tekanan Kompressor : 3,8 : 1
( pada RPM maksimum)
• Laju aliran udara : 450 gram/det
(pada RPM maksimum)
• Exhaust Gas Temperature Normal : 700 oC
• Exhaust Gas Temperature Maksimum : 750 oC
• Konsumsi bahan bakar : 640 gram/menit
(pada RPM maksimum)
Gambar 2. 8 Foto 3 pandangan Turbo Jet ”Olympus”
13
Gambar 2. 9 Pandangan isometrik Turbo Jet ”Olympus”
2.2 Metode Pengukuran Prestasi Turbo jet
Metode pengukuran dan alat ukur yang tepat merupakan hal yang sangat
penting dalam pengukuran prestasi turbo jet. Untuk mengukur performa turbin gas
diperlukan biaya yang cukup mahal. Untuk mendapatkan hasil yang valid mengenai
prestasi turbin gas harus diperhatikan beberapa hal berikut:
• Test bed dan seluruh alat ukur harus dikalibrasi terlebih dahulu.
• Untuk mendapatkan hasil yang presisi, spesifikasi alat ukur yang digunakan
harus sesuai dengan rentang data yang akan diukur
• Pengukuran pada kondisi tertentu dilakukan beberapa kali untuk memastikan
data yang dibaca valid.
14
2.2.1 Test bed untuk mengukur gaya dorong
Terdapat dua jenis test bed, yaitu :
1. Outdoor test bed.
Berikut skema outdoor test bed untuk mengukur gaya dorong:
Gambar 2. 10 Outdoor sea level thrust test bed [8]
Test bed ini terdiri dari batang penopang mesin serta dilengkapi alat pengukur
gaya dorong. Pengaruh dari cross wind pada kondisi masuk mesin dapat di perkecil
dengan memasang pelindung di sekitar saluran masuk mesin. Daerah di sekitar test
bed harus bebas dari gangguan terhadap aliran udara. Hal ini untuk memastikan
validitas dari pembacaan gaya dorong dan laju aliran udara. Outdoor test bed ini lebih
pasti dalam pengukuran gaya dorong dan laju aliran udara dibandingkan indoor test
bed. Hal ini disebabkan karena pada indoor test bed pengukuran laju aliran udara
banyak dipengaruhi oleh dinding pembatas test bed. Outdoor test bed diletakkan pada
daerah yang bebas untuk meminimalkan pengaruh dari noise yang ditimbulkan oleh
lingkungan sekitarnya. Outdoor test bed lebih jarang dipakai dibandingkan indoor
test bed karena faktor cuaca dan logistik, namun indoor test bed harus dikalibrasi
terlebih dahulu.
15
2. Indoor test bed
Indoor test bed dikembangkan untuk mengatasi kekurangan yang timbul pada
outdoor test bed. Pada test bed ini yang menjadi perhatian penting adalah sistem
masuk udara, seksi uji, dan sistem exhaust.
Sistem masuk udara dibuat agar aliran masuk menjadi seragam sepanjang
penampang dan sepanjang operasional mesin. Splitter dipakai untuk mengurangi
noise yang terjadi pada mesin. Test bed ini juga dilengkapi dengan pelindung
untuk mencegah benda – benda yang tidak diinginkan masuk ke dalam mesin.
Seksi uji adalah sebuah ruang tertutup dimana mesin diletakkan. Komponen
utama dari seksi uji adalah kereta uji tempat dimana mesin akan diletakkan.
Kereta ini akan meneruskan gaya yang diterima dari mesin kepada load cell yang
telah diinstal di bawah kereta untuk menentukan gaya dorong mesin.
Sistem exhaust dibuat untuk mengalirkan udara panas keluar dari seksi uji
menuju udara terbuka. Sistem ini juga untuk meningkatkan tingkat keamanan saat
pengujian mesin dilakukan.
Gambar 2.11 menunjukkan skema dari indoor test bed,
Gambar 2. 11 Indoor thrust test bed [8]
16
Test bed terdiri dari empat jenis berdasarkan akurasi hasil pengukuran dan
fungsi.
a. ‘Gold standard test bed’
Gold standard test bed merupakan patokan atau acuan untuk mengkalibrasi test
bed lainnya yang digunakan untuk melakukan pengujian terhadap engine yang
sama.
b. ‘Silver test bed’
Silver test bed adalah test bed yang dikalibrasi dengan menggunakan gold
standard test bed. Silver test bed juga dapat digunakan untuk mengkalibrasi test
bed lainnya dengan syarat untuk melakukan pengujian terhadap engine yang
sama.
c. ‘Bronze test bed’
Bronze test bed adalah test bed yang dikalibrasi dengan menggunakan Silver test
bed. Bronze test bed hanya dapat dipergunakan untuk melakukan pengujian, tetapi
tidak dapat digunakan sebagai patokan untuk kalibrasi test bed lainnya.
d. Functional test bed
Test bed jenis ini tidak melalui proses kalibrasi, sehingga hanya digunakan untuk
mendemonstrasikan bahwa engine yang telah dibuat dapat berfungsi. Test bed
jenis ini tidak dapat digunakan untuk menguji performa suatu engine.
Test bed yang digunakan di atas (Gambar 2.10) hanya untuk mengetahui
performa turbin gas pada ketinggian permukaan laut. Untuk mengetahui performa
turbin gas pada saat terbang dan kecepatan mencapai satu Mach number maka
digunakan altitude test facility (ATF) seperti terlihat pada gambar 2.12.
17
Gambar 2. 10 Altitude test facility (ATF) [8]
ATF harus mampu menciptakan aliran udara secara kontinyu walaupun
engine dalam keadaan mati. Berikut ini merupakan gambar layout ATF plant (gambar
2.12).
18
Gambar 2. 11 Altitude test facility plant layouts [8]
Beberapa keuntungan ATF:
• Bebagai macam kondisi penerbangan dapat disimulasikan di satu tempat.
• Pengukuran performa yang dihasilkan lebih akurat karena keadaan yang
terjadi dikondisikan seperti kondisi saat terbang.
• Bisa dilakukan kapanpun karena tidak dipengaruhi oleh cuaca.
19
2.2.2 Pengukuran dan alat ukur
Pengukuran performa turbin gas memerlukan banyak alat ukur yang cukup
rumit penggunaannya. Pada bab ini akan dijelaskan beberapa alat ukur yang sesuai
untuk tes turbin gas.
2.2.2.1 Tekanan
Pengukuran tekanan dilakukan karena dua alasan, pertama untuk menentukan
performa sebuah engine dan komponennya, kedua, untuk menentukan laju aliran
udara. Beberapa alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur tekanan.
a. Manometer
Test bed yang umurnya sudah tua biasanya menggunakan manometer air atau
manometer air raksa. Manometer dapat digunakan bila tekanan yang akan diukur
kurang dari 2 bar. Saat ini manometer sudah jarang digunakan. Persamaan (2.1)
berikut digunakan untuk faktor koreksi terhadap temperatur [8].
DL = 0,21 * 10-3 * DT (2.1)
DL = perubahan tinggi pada air pada kolom karena perubahan temperatur (%)
DT = besarnya perubahan temperatur
Bila menggunakan air raksa angka 0,21 diganti menjadi 0,18
b. Transducers
Test bed modern biasanya menggunakan transducer untuk mengukur tekanan.
Prinsipnya alat ini bekerja ketika tejadi perbedaan tekanan antar kedua permukaan
membran yang menyebabkan membran bergerak. Gerakan membran ini
dikonversikan menjadi sinyal listrik dalam voltase yang dibaca oleh data logger.
Tekanan pada salah satu sisi membran dapat dibuat vakum atau tekanan atmosfer
tergantung apa yang ingin kita dapatkan tekanan absolut atau gage.
2.2.2.2 Temperatur
Pengukuran temperatur dilakukan karena beberapa alasan. Pertama, untuk
menentukan performa engine dan komponennya. Kedua, agar temperatur kerja tidak
melampaui batas kemampuan material terhadap kenaikan temperatur. Ketiga, untuk
20
menentukan laju aliran udara. Berikut ini adalah beberapa alat ukur yang dapat
digunakan untuk mengukur temperatur.
a. Resistance bulbs thermometers (RBT)
Prinsipnya alat ini mengukur temperatur berdasarkan perubahan resistansi,
perubahan resistansi terjadi karena material dipanaskan. Material yang biasanya
digunakan adalah platinum. Thermometer jenis ini cocok digunakan bila temperatur
yang akan diukur lebih besar dari 1000K. Bila kalibrasi dilakukan dengan benar error
alat ini hanya 0.1 K [8]
b. Snakes
Snakes adalah resistance bulbs thermometers yang berukuran panjang dan
digunakan untuk mengukur temperatur rata-rata. Kerugian menggunakan
thermometer jenis ini adalah sulit mengkalibrasi, sehingga error yang terjadi sekitar 1
K – 2 K.
c. Thermocouples
Thermocouples adalah dua buah kawat logam yang berbeda disambungkan
dan ujung lainnya atau ujung bebas memilki temperatur yang sama dan konstan,
maka akan muncul perbedaan tegangan yang besarnya tergantung dari beda
temperatur antara sambungan dan ujung bebas. Biasanya kedua logam tersebut
disambungkan dengan cara dilas. Error thermocouples lebih besar dari RBT sekitar
2K tapi thermocouples lebih banyak digunakan karena rentang temperatur yang dapat
diukur lebih fleksibel.
Beberapa titik ukur yang penting pada engine.
a. Temperatur udara masuk
Untuk mengukur temperatur udara masuk digunakan snakes atau
thermocouples agar didapatkan temperatur rata-rata dengan kompensasi akurasi
pengukuran yang rendah. Alat ukur diletakan sebelum intake pada test bed.
b. Temperatur cold end
Temperatur cold end berarti temperatur setelah keluar dari kompresor. Untuk
mengukur digunakan thermocouples dengan 3 lokasi pengukuran secara radial agar
didapatkan profil temperatur secara radial.
21
c. Temperatur hot end
Temperatur hot end berarti temperatur keluar dari turbin. Untuk mengukur
pada lokasi ini cenderung lebih sulit karena temperatur berkisar diatas 1300K dan
sulit untuk mendapatkan temperatur rata-rata karena lokasi injektor bahan bakar
hanya pada titik-titik tertentu di ruang bakar dan adanya udara pendingin yang
bercampur dengan udara panas dan menyebabkan gradien temperatur sangat curam
pada tiap lokasi. Untuk mengatasinya lebih baik digunakan 8 buah thermocouple
yang dipasang secara circumferensial dan radial. Sebenarnya jumlah thermocouple
juga tergantung pada besar kecilnya ukuran engine.
2.2.2.3 Laju aliran udara
Pengukuran laju aliran udara dilakukan karena beberapa alasan:
1. Menentukan gaya dorong dan specific fuel consumption
2. Temperatur pada ruang bakar dan masuk turbin dapat ditentukan dengan
perhitungan menggunakan debit aliran udara masuk, temperatur masuk ruang
bakar, dan energi bahan bakar.
Seperti terlihat pada gambar 2.14 terdapat dua jenis airmeter yang digunakan
untuk mengukur laju aliran udara yaitu jenis flare dan venturi.
22
Gambar 2. 12 Pengukuran aliran udara masuk kompresor [8]
Seperti ditunjukkan pada gambar 2.14, terdapat dua tipe instrumen yang biasa
digunakan untuk mengukur debit aliran udara masuk mesin:
1. Flare : saluran pendek dengan dilengkapi bellmouth masuk, dipasang langsung
didepan mesin. Keuntungan penggunaan flare adalah kehilangan tekanannya yang
kecil
2. Venturi : Saluran panjang yang menyempit, yang diikuti oleh seksi difuser.
Geometri dari venturi memberikan perbedaan tekanan total dan tekanan statik
yang lebih besar daripada flare. Hal ini menyebabkan venturi memberikan hasil
pengukuran yang lebih akurat dari flare pada debit aliran udara rendah.
Untuk mendapatkan error yang kecil dan hasil pengukuran yang lebih akurat,
diperlukan sedikitnya enam sampai sembilan tapping pada keliling flare atau venturi,
23
tergantung ukuran dari venturi dan flare tersebut. Secara umum, hasil pengukuran
debit aliran udara menggunakan flare dan venturi menghasilkan akurasi sebesar
0,5%.
2.2.2.4 Gaya dorong
Pengukuran gaya dorong perlu dilakukan karena gaya dorong merupakan
parameter yang penting untuk mengetahui apakah engine yang dibuat telah sesuai
dengan yang diharapkan. Gaya dorong sering menjadi tujuan dari pembuatan turbin
gas selain daya poros. Untuk mengukur gaya dorong digunakan load cell seperti
terlihat pada gambar 2.10.
2.2.2.5 Kecepatan putaran poros
Pengukuran kecepatan putaran poros diperlukan karena beberapa alasan.
Pertama, bila turbin gas digunakan pada pesawat terbang, tingkat kecepatan putaran
poros menjadi patokan untuk sertifikasi engine. Kedua, bila turbin gas digunakan
untuk daya, kecepatan putar poros digunakan untuk menghitung daya keluaran poros.
Untuk mengukur kecepatan putaran poros digunakan tachometer. Terdapat 2 jenis
tachometer yaitu noncontact tachometer dan contact tachometer. Noncontact
tachometer biasanya menggunakan laser atau lampu sebagai sensor. Lampu atau laser
tersebut ditembakkan ke poros yang berputar, maka putaran poros akan terbaca pada
display tachometer. Pada jenis kedua yaitu contact tachometer bekerja dengan
menempelkan ujung tachometer ke poros yang berputar sehingga tachometer akan
berputar dengan kecepatan yang sama dengan putaran poros.
24
2.3 Analisis Termodinamika Turbo jet
Proses perhitungan tiap-tiap komponen, disajikan dalam bentuk tabel sebagai
berikut:
Tabel 2. 2 Alur perhitungan mesin turbojet [12]
Komponen Formula (keluaran) Masukan
Difusor
2
2
0 2u
ap
VT Tc
= +
.2
12
0 12
u
u
a dp au
Vp pc T
γγ
η−⎛ ⎞
= +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠
, , , , ,ua p a dT V c p uη γ
Kompresor 3 2
1
0 011 1
u
ucc
T Tγγπ
η
−⎛ ⎞⎛ ⎞= + −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
23 00 pp cπ=
, ,c c uη π γ
Ruang bakar ( )34 00 1 ppp bΔ−= bpΔ
Turbin
( )2345 0000
1 TTcc
TTg
u
p
p
m
−−=η
5
5 4
4
10
0 00
11 1
g
g
t
Tp p
T
γγ
η
−⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟= − −⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
, , , ,u gm p p t gc cη η γ
uji kondisi chok :
50
1
1
1111
g
gc
n
n n
pp γ
γγη γ
−
=⎡ ⎤⎛ ⎞−−⎢ ⎥⎜ ⎟+⎝ ⎠⎣ ⎦
jika ca p
ppp
55 00 ≥ , maka akan terjadi chok
sehingga
, ,gn g pcη γ
25
Nosel
550 01 pp
cPPe =
502
1eg
T Tγ
=+
e gu Rγ= eT
e
ee RT
p=ρ
jika ca p
ppp
55 00 < , maka tidak terjadi
chok sehingga
ae pp =
⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−−=
−
d
d
aPPne TT
γγ
η
1
0505
111
( )epe TTcug
−=502
e
ee RT
p=ρ
Masukan untuk menghitung tekanan, temperatur, kecepatan, dan kerapatan gas
exhaust ( ep , , , dan eT eu eρ ) :
- kondisi udara: pa, Ta ;
- kecepatan jelajah: V ;
- sifat udara: cp dan γ ;
- efisiensi tiap-tiap komponen: ηd, ηc, Δpb, ηt, ηn, mη ;
- rasio tekanan kompresor: πc ;
- temperatur kerja turbin: T04.
26
Setelah semua parameter tersebut diatas dihitung, persamaan berikut [12]
digunakan untuk menghitung gaya dorong yang terjadi:
T = ma * [(1 + f) * ue - u] + (pe - pa) * Ae (2.2)
27