DESAIN DAN SIMULASI KOMPRESOR MINI JET-TURBINE DENGAN GAYA DORONG 200 N

SINT HELENT DINARA, Muhammad Agung Bramantya S.T., M.T., M.Eng., Ph.D ; Gesang Nugroho S.T., M.T., Ph.D.

2021 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

INTISARI Turbin gas pendorong peralatan udara mutlak membutuhkan desain yang ringan. Oleh karena itu kompresor sentrifugal satu tingkat efektif diterapkan pada turbin jet mini. Kompresor memiliki peran yang sangat penting dalam sistem turbin gas untuk menghisap dan meningkatkan tekanan udara mengkondisikan udara keluaran kompresor memiliki kecepatan yang diizinkan untuk berlangsungnya pembakaran di ruang bakar. Luas penampang permukaan menjadi pertimbangan penting saat diaplikasikan pada pendorong peralatan udara. Untuk itu penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan ukuran kompresor baru dengan titik operasi pada rasio tekanan 2,6, laju aliran masa 0,53 kg/s, dan kecepatan aksial antara 30-60 m/s serta penampang yang lebih kecil dibanding dengan data penelitian rujukan (Benini, 2007) yang berhasil membuat turbin jet mini 200 N dengan diameter 216 mm. Metodologi yang digunakan adalah perhitungan analitis dan numeris. Perhitungan analitis dilakukan untuk menghitung dimensi kompresor dan diffuser dengan diameter lebih kecil. Dimensi ini kemudian dibuat 2 buah model 3D dengan variasi pada sudut keluar sudu yaitu 0o (radial) dan 30o (backswept). Simulasi CFD yang dilakukan dalam penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan laju aliran masa dan kecepatan untuk mendapatkan rasio tekanan. Lima belas simulasi dilakukan untuk setiap model kemudian diplot ke dalam grafik cartesian sehingga didapatkan sebuah kurva prediksi performa kompresor untuk tiap model. Hasil perhitungan analitis mendapatkan desain kompresor dengan diameter 165 mm. Kurva yang dihasilkan menunjukkan bahwa kompresor sudu backswept memiliki titik operasi yang lebih sesuai. Hasil simulasi juga menunjukkan kedua model memiliki kecepatan aksial yang diizinkan untuk berlangsungnya pembakaran di dalam ruang bakar. Kata kunci: Kompresor sentrifugal, Turbin gas, Turbin Jet Mini, Propulsi, sudu Backswept.

ABSTRACT Small gas turbine engines for jet propulsion are called mini jet turbines. Gas turbines for aerial device propulsion requires lightweight design, therefore a single stage centrifugal compressor is effective to be applied in mini jet turbine. Compressor has a very significant role in the gas turbine system to allow some mass of air and compress it and ensure the outlet axial air velocity at allowable range to allow perfect combustion occur in the combustion chamber. The cross-sectional area is an important consideration when applying to aerial device propulsion. Therefore, this study objectives are to obtain a new compressor design at operating point 2.6 pressure ratio, 0.53 kg/s mass flow rate, and axial outlet velocity within 30-60 m/s and a smaller diameter compared to referenced research (Benini, 2007) which succeeded in design and fabricate a 200 N mini jet turbine with 216 mm diameter. The methodology used are analytic calculation and numerical calculation. Analytical calculations was carried out to calculate smaller dimensions of the compressor and diffuser. These dimensions then converted into 2 ea 3D models with exit blade angle variations at 0o (radial) and 30o (backswept). The CFD simulation in this study were carried out by varying the mass flow rate and velocity to obtain pressure ratio in every single simulation. Fifteen simulations were performed for each model and then plotted into a Cartesian curve to have a compressor predicted performance curve. New compressor design with 165 mm diameter was calculated. Both curves were analysed and it was concluded that backswept compressor has preferred operating point. The simulation results also show that both models have axial outlet velocities within the acceptable range to allow perfect combustion to take place in the combustion chamber. Keywords : Centrifugal compressor, Gas turbine, Mini Jet-turbine, Propulsion, Backswept Impeller.

Kata Kunci : Kompresor sentrifugal, Turbin gas, Turbin Jet Mini, Propulsi, sudu Backswept / Centrifugal compressor, Gas turbine, Mini Jet-turbine, Propulsion, Backswept Impeller.