How to cite: Prasetyo.  E.,  Ivan  Anindito  Arista,  Rudi  Hermawan  &  Erlanda  Pane  (2021 Analisa  Volume  Ruang  Bakar Turbin Gas Mikro Kapasitas 300w. Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia, 6 (11). http://dx.doi.org/10.36418/ Syntax-Literate.v6i11.4542 E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN : 2548-1398 Vol. 6, No. 11, November 2021

## ANALISA  VOLUME  RUANG  BAKAR  TURBIN  GAS  MIKRO  KAPASITAS 300W

## Eko Prasetyo, Ivan Anindito Arista, Rudi Hermawan, Erlanda Pane
Fakultas Teknik Universitas Pancasila, Jakarta Selatan, Indonesia Email: eko170424@gmail.com, ivananinditoarista@gmail.com, hermawanrudi73@gmail.com, erlandaauguptapane@gmail.com

## Abstrak
Kebutuhan  manusia  terhadap  energi  terus  meningkat  setiap  tahunnya,  hal  ini berkaitan  dengan  meningkatnya  jumlah  populasi  masyarakat.  Kebutuhan  energi dapat  terwujud  dengan  adanya  ketersediaan  bahan  bakar.  Turbin  Gas  Mikro  atau yang biasa dikenal dengan Micro Gas Turbine (MGT) merupakan suatu alat yang dapat menghasilkan  daya  listrik  dan  juga  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pembangkit daya  lisrik  dengan  kapasitas  yang  rendah  seperti  pada  bangunan,  perkantoran  dan komersial. Salah satu komponen utama pada turbin gas mikro adalah ruang bakar, yaitu  tempat  terjadinya  pembakaran  sempurna  yang  merupakan  reaksi  eksometrik antara  oksidator  dan  bahan  bakar  untuk  menghasilkan  gas  pembakaran  pada tekanan dan suhu tertentu. Pada metode ini ruang bakar yang digunakan adalah tipe single  can (TUBULAR).  Pembangkit  listrik  turbin  gas  mikro  berbahan  bakar Liquified  Petroleum  Gas (LPG).  Dengan  diameter  selubung  ( Casing )  193  mm, diameter tabung api ( Liner ) 150 mm, panjang ruang bakar tabung api 825 mm dan menggunakan  material stainless  steel 316  dengan  Tebal liner 3,3  mm.  Dari  hasil perhitungan  didapat  laju  aliran  udara  0,2  kg/s  dan  laju  aliran  bahan  bakar  0,0423 kg/s.  Adapun  alasan  volume  ruang  bakar  dibahas  adalah  untuk  mengetahui diameter dan panjang dari tabung api.
Kata Kunci : ruang bakar; turbin gas mikro; LPG; analisa; volume

## Abstract
Human  need  for  energy  continues  to  increase  every  year,  this  is  related  to  the increasing  number  of  population.  Energy  needs  can  be  realized  with  the availability  of  fuel.  Micro  Gas  Turbine  or  commonly  known  as  MGT  is  a  device that  can  generate  electricity  and  can  also  be  used  as  a  power  plant  with  low capacity such as in buildings, offices and commercial. One of the main components in  micro  gas  turbines  is  the  combustion  chamber,  which  is  the  place  of  complete combustion,  which  is  an  exometric  reaction  between  the  oxidator  and  fuel  to produce  combustion  gases  at  a  certain  pressure  and  temperature.  In  this  method the  combusion  chamber  used  is  the  a  single  can  type  (TUBULAR).  Power generation  micro  gas  turbine  (MGT)  Liquified  Petroleum  gas  (LPG).  With  a diameter  of  the  casing  193  mm,  the  diameter  of  liner  150  mm,  the  length  of  the combustion  chamber  825  mm  and  using  316  stainless  steel  materail  with  a thickness of 3,3 mm liner. From the calculation results the air flow rate is 0,2 kg/s
and the fuel flow rate is 0,0423 kg/s. The reason for discussing the volume of the combustion chamber is to know the diameter and length of the fire tube.
Keywords: combustion chamber; micro turbine gas; LPG; analysis; volume
Received: 2021-10-20; Accepted: 2021-11-05; Published: 2021-11-18

## Pendahuluan
Kebutuhan  energi  dapat  terwujud  dengan  adanya  ketersediaan  bahan  bakar. Namun,  pada  umumnya  bahan  bakar  yang  digunakan  merupakan  bahan  bakar konvensional  yang  berasal  dari  fosil  seperti  minyak  bumi  maupun  batu  bara.  Bahan baku fosil akan terancam habis pada masa mendatang diakibatkan oleh konsumsi bahan bakar  konvensional  secara  berkelanjutan.  Permintaan  energi  yang  terus  meningkat, seiring dengan kondisi ketersediaan bahan bakar konvensional yang terbatas. Maka dari itu  meningkatkan infrastructure yang  terus  berkembang  maka  diperlukan  energi  yang bisa dipakai untuk menghasilkan listrik (Hermawan, Prasetyo, Rhakasiwi, Hartanto, & Pane,  2017) .  Untuk  mengatasi  masalah  tersebut,  diperlukannya  energi  alternatif  yang dapat menggantikan energi fosil yang semakin habis. Oleh karena itu pembangkit energi listrik  skala  mikro  juga  dapat  dikatakan  teknologi  yang  dapat  dimanfaatkan  oleh masyarakat (Kusnadi, Arifin, Darussalam, & Rajani, 2016) .
Salah satu teknologi dengan energi yang dapat diperbaharui yang dapat digunakan oleh masyarakat adalah pembangkit energi skala mikro. Pembangkit ini biasanya sangat dibutuhkan  pada  daerah-daerah  yang  minim  kelistrikan  atau  membutuhkan  kelistrikan yang  cukup  tinggi  seperti  daerah  pedesaan,  perkantoran  ataupun  rumah  tangga (Rachmanu, 2018) . Keunggulan dari pembangkit energi skala mikro adalah pembangkit ini  dapat  bekerja  dengan  bahan  bakar cair  ataupun  gas,  memiliki  kerapatan  daya yang tinggi, serta environmetal and eco friendly . Adapun volume ruang bakar masukan juga guna mengetahui diameter dan panjang dari tabung api agar pencampuran bahan bakar lebih merata (Mara, Wirawan, & Ma’bud, 2014) .
Pada  penelitian  sebelumnya  yang  dilakukan  oleh (Agung.  A,  2017) ,  telah diciptakan  sebuah  turbin  gas  mikro  namun  telah  disimpulkan  bahwa  turbin  gas  mikro yang  berada  di  Laboratorium  Universitas  Pancasila  memiliki  kekurangan  pada penyaluran  panas  pada  ruang  bakar  yang  tidak  merata.  Untuk  itu  pada  penelitian  ini ruang  bakar  turbin  gas  mikro  akan  dioptimalkan  panas  pembakarannya  dengan  cara merubah desain ruang bakar dengan cara merubah diameter selubung, diameter tabung api dan panjang tabung api pada ruang bakar.
Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi bahan bakar fosil yang berupa minyak bumi dan batu bara. Dapat memenuhi kelistrikan di pedesaan dan rumah tangga.

## Metode Penelitian
Untuk mendapatkan hasil dari penelitian ini yang akan di artikelkan dalam jurnal maka metodologi penelitian melalui skema diagram alir berikut ini:
Gambar 1

## Diagram Alir

## A. Perhitungan Dimensi Ruang Bakar
1. Selubung (Casing) Ruang Bakar:
Diketahui  pada  penelitian  sebelumnya  putaran      kompresor      turbocharge diasumsikan  dengan  putaran  terendah  yaitu  2800  rpm  kemudian  temperature masuk  ruang  bakar  sebesar  45  °C.  Serta  m u sebesar  0,1478  kg/s (Riansyah,
2014) .
Laju aliran massa  udara untuk proses pendinginan memakai persamaan 1 . m udara pendinginan = 15%   m u
(1) untuk itu dapat diketahui rumus m u RB = (m u - m udara pendinginan ) kg/s

## 2. Luas penampang Casing Ruang Bakar
Berdasarkan  perhitungan  termodinamika  diatas  diperoleh  menggunakan persamaan 2 (Maghsoudi & Sadeghi, 2020) .
(2)
Dimana:
R = Gas Konstanta 287 Nm/kg/.k A ref = Luas Penampang (m 2 )
= tekanan dinamik turbular
3. Diameter Casing Ruang Bakar (D ref )
Besarnya  diameter P selubung  ruang P bakar  D ref seperti  yang  diperlukan dapat dicari dengan persamaan 3 (Liu, Yang, Chen, Zeng, & Wang, 2020) .
(3)

## 4. Luas Penampang Tabung Api Ruang Bakar
Dapat dicari dengan menggunakan persamaan 4 (Grati, n.d.) .
(4)
Dimana:
A L
= Luas penampang tabung api ( Liner ) [m 2 ] k opt = perbandingan antara liner (luas penampang tabung api) dengan Casing
(luas penampang selubung)
A ref = Luas penampang P selubung ( Casing ) ruang bakar [m 2 ]
Sedangkan nilai k opt dapat dicari dengan menggunakan persamaan 5 (Yudisworo, 2014) .
(5)
Dimana:
m sn =  adalah  perbandingan  laju  aliran  udara  yang  memasuki  moncong
dengan total laju aliran udara pada ruang bakar.
𝜆 =  adalah koefisien tekanan yang hilang.
R = radius atau jarak, perbandingan luas selubung P dengan luas aliran yang masuk pada ruang bakar
Parameter/ketetapan  diatas  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan  ketetapan sebagai berikut: m sn = 0,12, 𝜆 = 0,5 r = 6 dan

## 5. Diameter Tabung Api Ruang Bakar
Setelah  mengetahui  mendapatkan  hasil  perhitungan  maka  dapat  dicari perhitungan  diameter  tabung  api  melalui  persamaan  6 (Widodo,  Lagiyono,  & Wibowo, 2014) .
D L = (6)

## 6. Panjang Tabung Api Ruang Bakar
Setelah  mendapatkan  perhitungan  diameter  tabung  api  maka  dapat  dicari panjang dar tabung api ruang bakar dengan menggunakan persamaan 7 (Pratiwi, 2019) .
(7)
Dimana:
L L
= merupakan panjang tabung api ( Liner ) [m]
D L = merupakan diameter ( Liner ) tabung api [m]
A O = 0,07 untuk setiap jenis tubular
untuk jenis tubular
PF = merukapan kepanjangan dari Pattern Factor
Dalam menghitung  PF digunakan persamaan  persamaan 8 (Ali, Ali, & Fauzie,
2019) .
(8)
7. Perbandingan Data Ruang Bakar
Telah didapatkan nilai diameter dan panjang P dari tabung api, maka untuk mengetahui  volume  ruang  bakar  maka  dapat  dicari  dengan  persamaan  sebagai berikut 9 (Gusnita, 2017) .
(9)
Dimana:
V = merupakan Volume Ruang Tabung Api (m 3 ) r = merupakan jari-jari Tabung api (m)
t = merupakan Tinggi tabung api (m)
Maka  untuk  mencari  panjang  ke  empat  varian  tersebut  dilakukan  perhitungan memakai persamaan 10 (Hermawan et al., 2017) .
(10)

## Tabel 1
perbandingan variasi No  Variasi Diameter dalam  panjang 1. Pertama 0,110 m 1,5 m 2. Kedua 0,130 m 1,09 m 3. Ketiga 0,170 m 0,64 m 4. Keempat  0,190 m 0,511 m
Variasi  1  didapatkan  diameter  dalam  0,11  m  dengan  panjang  1,5  m.  Variasi  2 didapatkan  diameter  dalam  0,13  m  dengan  panjang  1,09  m.  Variasi  3  didapatkan diameter  dalam  0,17  m  dengan  panjang  0,64  m.  Variasi  4  didapatkan  diameter  dalam 0,19 m dengan panjang 0,511 m.

## Hasil dan Pembahasan
Hasil penelitian terdahulu untuk mencari Dimensi Ruang Bakar harus diketahui Laju aliran massa udara tersebut (Agung. A, 2017) ; (Riansyah, 2014) .
Tabel 2 Hasil Perhitungan Terdahulu [11] No Parameter Satuan  Jumlah 1. Laju Aliran Massa Udara kg/s 0,1478 2. Laju Aliran Massa Udara Ruang Bakar kg/s 0,1256 3. Luas Selubung Ruang Bakar m 2 0,00893
4. Diameter Selubung Ruang Bakar m 0,1065 5. Luas Penambang Tabung Api m 2 0,00675 6. Diameter Tabung Api m 0,0927 7. Panjang Tabung Api Ruang Bakar m 0,5687 8. Volume m 3 0,0037
Hasil  yang  diperoleh  pada  Laju  Aliran  Massa  Udara  Ruang  Bakar  sebesar 0,1256 kg/s, Luas Selubung Ruang Bakar 0,00893 m 2 , Diameter Selubung Ruang Bakar 0,1065 m, Luas Penambang Tabung Api 0,00675 m 2 , Diameter Tabung Api 0,0927 m,
Panjang Tabung Api Ruang Bakar 0,5687 m dan Volume 0,0037.

## Gambar 2 Desain Ruang Bakar terdahulu
Hasil  penelitian  saat  ini  untuk  mencari  Dimensi  Ruang  Bakar  harus  diketahui Laju aliran massa udara tersebut.
Tabel 3 hasil perhitungan yang didapat No Parameter Satuan  Jumlah 1. Laju Aliran Massa Udara kg/s 0,2 2. Laju Aliran Massa Udara Ruang Bakar kg/s 0,17 3. Luas Selubung Ruang Bakar m 2 0,0353 4. Diameter Selubung Ruang Bakar m 0,193 5. Luas Penambang Tabung Api m 2 0,02 6. Diameter Tabung Api m 0,15 7. Panjang Tabung Api Ruang Bakar m 0,825 8. Volume m 3 0,0145
Hasil yang diperoleh pada Laju Aliran Massa Udara Ruang Bakar sebesar 0,17 kg/s, Luas Selubung Ruang Bakar 0,0353 m 2 , Diameter Selubung Ruang Bakar 0,193 m,  Luas  Penambang  Tabung  Api  0,02  m 2 ,  Diameter  Tabung  Api  0,15  m,  Panjang Tabung Api Ruang Bakar 0,825 m dan Volume 0,0145.

## Gambar 3 Desain Ruang Bakar saat ini
( Desain tersebut dibuat dari perhitungan penelitian saaat ini)
Terdapat  4  variasi  diameter  dalam  dan  panjang  ruang  bakar  berbeda  yang digunakan pada analisa tersebut.
(A) (B)
Gambar 4
Simulasi Ruang Bakar Turbin Gas Mikro (A) Aliran Pada Variasi 1, (B)

## Temperatur Pada Variasi 1
Terlihat bahwa dari variasi 1 memiliki kecepatan aliran paling rendah adalah 0,34 m/s  pada  beberapa  dinding  ruang  bakar dan  kecepatan  aliran  tertinggi  adalah  580  m/s pada  output.  Suhu  terendah  adalah  30 o C  terjadi  pada fuel  inlet ,  suhu  tertinggi  adalah
2120 0 C  terdapat  pada  beberapa  dinding  ruang  bakar  dan  suhu  output  dari  simulasi sebesar 1400 o C.
(A)
(B) Gambar 5
Simulasi Ruang Bakar Turbin Gas Mikro (A) Aliran Pada Variasi 2, (B)

## Temperatur Pada Variasi 2
Terlihat  bahwa  dari  variasi  2  memiliki  kecepatan  aliran  paling  rendah  adalah 0,16  m/s  beberapa  dinding  ruang  bakar  dan  kecepatan  aliran  tertinggi  adalah  583  m/s pada  output.  Suhu  terendah  adalah  29 o C  terjadi  pada fuel  inlet ,  suhu  tertinggi  adalah 2070 0 C  terdapat  pada  beberapa  dinding  ruang  bakar  dan  suhu  output  dari  simulasi sebesar 1400 o C.
(A) (B)
Gambar 6
Simulasi Ruang Bakar Turbin Gas Mikro (A) Aliran Pada Variasi 3, (B)

## Temperatur Pada Variasi 3
Terlihat bahwa dari variasi 3 memiliki kecepatan aliran paling rendah adalah 0,2 m/s  beberapa  dinding  ruang  bakar  dan  kecepatan  aliran  tertinggi  adalah  603  m/s pada output. Suhu terendah adalah 29 o C terjadi pada fuel inlet , suhu tertinggi adalah 2260 0 C terdapat pada beberapa dinding ruang bakar dan suhu output dari simulasi sebesar 1400 o C
(A)
(B) Gambar 7
Simulasi Ruang Bakar Turbin Gas Mikro (A) Aliran Pada Variasi 4, (B)

## Temperatur Pada Variasi 4
Terlihat  bahwa  dari  variasi  4  memiliki  kecepatan  aliran  paling  rendah  adalah 0,13  m/s  beberapa  dinding  ruang  bakar  dan  kecepatan  aliran  tertinggi  adalah  640  m/s pada  output.  Suhu  terendah  adalah  29 o C  terjadi  pada fuel  inlet ,  suhu  tertinggi  adalah 2220 0 C  terdapat  pada  beberapa  dinding  ruang  bakar  dan  suhu  output  dari  simulasi sebesar 1400 o C

## Kesimpulan
Dari pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa hasil yang diperoleh pada Laju Aliran  Massa  Udara  Ruang  Bakar  sebesar  0,17  kg/s,  Luas  Selubung  Ruang  Bakar 0,0353  m 2 ,  Diameter  Selubung  Ruang  Bakar  0,193  m,  Luas  Penambang  Tabung  Api 0,02 m 2 , Diameter Tabung Api 0,15 m, Panjang Tabung Api Ruang Bakar 0,825 m dan Volume 0,0145
Volume dari keempat varian sebesar 0,0145 m 3 dan varian-varian dari ruang bakar didapat sebesar: Variasi 1 didapatkan diameter 0,11 m dengan panjang 1,5 m. Variasi 2 didapatkan diameter 0,13 m dengan panjang 1,09 m. Variasi 3 didapatkan diameter 0,17 m dengan panjang 0,64 m. Variasi 4 didapatkan diameter 0,19 m dengan panjang 0,511 m

## BIBLIOGRAFI
Agung.  A.  (2017). Analisa  Ruang  Bakar  pada  Pembangkit  Listrik  Mikro  Turbin  Gas Kapasitas 3 kW, Skripsi .
Ali,  M.,  Ali,  Hermanto,  &  Fauzie,  Muhamad  Amin.  (2019). Pengaruh  Penambahan Water Injection Terhadap Efisiensi Turbin Gas . 7 . Google Scholar
Grati, D. I. Pltgu. (2016). Analisis Isolasi Panas Pada Casing Turbin Gas Tipe M701D .
Gusnita,  Novi.  (2017).  Analisa  Efisiensi  Dan  Pemanfaatan  Gas  Buang  Turbin  Gas Alsthom Pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas Kapasitas 20 MW. SITEKIN: Jurnal Sains, Teknologi Dan Industri , 14 (2), 209–218. Google Scholar
Hermawan,  Rudi,  Prasetyo,  Eko,  Rhakasiwi,  Damora,  Hartanto,  Agung,  &  Pane, Erlanda.  (2017).  Analisa  Perancangan  Ruang  Bakar  pada  Pembangkit  Listrik Mikro Turbin Gas Bahan Bakar LPG. Prosiding Semnastek . Google Scholar
Kusnadi,  Kusnadi,  Arifin,  Maulana,  Darussalam,  Rudi,  &  Rajani,  Ahmad.  (2016). Rancangan Mikro Gas Turbin Berbahan Bakar Biogas Untuk Pembangkit Tenaga Listrik  Biomass  Berkapasitas  2,  5  Kw,  Studi  Kasus:  Ciparay  Bandung. Prosiding Seminar Nasional Fisika (E-Journal) , 5 , 1–6. Google Scholar
Liu,  Aiguo,  Yang,  Yudong,  Chen,  Lei,  Zeng,  Wen,  &  Wang,  Chengjun.  (2020). Experimental  study  of  biogas  combustion  and  emissions  for  a  micro  gas  turbine. Fuel , 267 (January),  117312.  https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117312 Google Scholar
Maghsoudi, Peyman, & Sadeghi, Sadegh. (2020). A novel economic analysis and multi- objective  optimization  of  a  200-kW  recuperated  micro  gas  turbine  considering cycle  thermal  efficiency  and  discounted  payback  period. Applied  Thermal Engineering , 166 (April), 114644. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114644 Google Scholar
Mara, Made, Wirawan, Made, & Ma’bud, Towilan. (2014). Pengaruh Ignition Timing Dengan  Bahan  Bakar  Lpg  Terhadap  Unjuk  Kerja  Mesin  Bensin  Empat  Langkah Satu Silinder. Dinamika Teknik Mesin , 4 (1), 1–6. https://doi.org/10.29303/d.v4i1.63 Google Scholar
Pratiwi,  Irnanda.  (2019).  Usulan  Penerapan  Total  Productive  Maintenance  pada  Mesin
Turbin Gas. Jurnal Optimasi Sistem Industri , 18 (1), 37. https://doi.org/10.25077/josi.v18.n1.p37-47.2019 Google Scholar
Rachmanu, Fatkur. (2018). Studi Kinerja Termodinamika Turbin Gas Model Saturn-20
Menggunakan Excel. Jurnal Elektra , 3 (2). Google Scholar
Riansyah,  Selly.  (2014). Perancangan  Mikro  Gas  Turbin  Berbahan  Bakar  Biogas . University of Muhammadiyah Malang. Google Scholar
Widodo,  Yudi,  Lagiyono,  &  Wibowo,  Agus.  (2014).  Penentuan  Air  Fuel  Ratio  (AFR) Aktual Pembakaran LPG Pada Celah Sempit Tipe Horisontalaris. UPS Tegal , 8 , 2–
8. Google Scholar
Yudisworo,  W.  Djoko.  (2014).  Studi  Alternatif  Penggunaan  Bbg  Gas  Elpiji  Untuk Bahan Bakar Mesin Bensin Konvensional. E-Journal.Upstegal , 5 (1), 1–8. Google Scholar
Copyright holder:
Eko Prasetyo, Ivan Anindito Arista, Rudi Hermawan, Erlanda Pane (2021)

## First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: