Departemen Teknik Industri Universitas Sumatera Utara
Proses Manufaktur Sudu Turbin Gas dengan Pengecoran Presisi Investment Casting) ( Investment Oleh: Munawir Rosyadi Siregar; Utami Bela Ningsih Harahap Abstract ........Utami Boru Tulang Parbekbek, hehehehe……
yang
1. Pendahuluan
sederhana
mengkonversikan
Sudu turbin gas pada mesin pesawat terbang
energy
dan pembangkit tenaga listrik adalah suatu
mekanik dengan menyedot sejumlah udara
komponen kompleks yang dimanufaktur
yang sangat besar, memampatkan sampai
dengan geometri , sturktur dan toleransi
tekanan yang tinggi, mencampurkan udara
yang sangat presisi. Sudu turbin
termampatkan
tinggi
tekanan
panas
yaitu ( heat )
itu
menjadi
dengan
energy
bahan
bakar
digunakan pada bagian turbin gas
kemudian membakarnya. Yang kesemua
dengan suhu tertinggi bahkan memerlukan
pekerjaan penekanan dan pengekspansian
suatu
proses
pendinginan
( cooling)
terintegrasi. Sudu turbin adalah bagian yang
dilakukan oleh sudu turbin. 3. Perancangan
sangat penting dalam suatu turbin gas, laksana suatu insang pada ikan.
( Design)
Sudu
Turbin
Sudu turbin dirancang dengan beberapa banyak pertimbangan seperti geometri yang
2. Fungsi Sudu Turbin
aero-properties
berhubungan
temperatur,
fluida
digunakan pada turbin gas yang digunakan
kecepatan. Selain itu juga bergantung pada
pada pendorong pesawat terbang dan system
pemilihan
pembangkit tenaga listrik di atas tanah ( land
dipengaruhi oleh beban yang bekerja seperti
based power generation). Turbin terdiri dari
puntiran (akibat putaran yang sangat tinggi).
saluran masuk udara, kompresor, ruang
Sehingga
bakar, bagian turbin dengan tekanan tinggi
dimensi juga harus diperhitungkan dengan
dan rendah, dan saluran buangan ( exhaust ). ).
sangat presisi.
bahan
baik
yang
geometri,
tekanan,
sifat
Sebagaimana dikatakan di atas, sudu turbin
Turbin gas beroperasi pada suatu prinsip
kerja:
yang
tepat
material
dan
yang
dan
Efisiensi
termodinamik
adalah
suatu
Tegangan
operasi
(puntiran
dan
parameter yang penting dalam mendesain
lelah/ fatigue) dan temperature operasi juga
sudu-sudu turbin gas yang perancangannya
sangat tinggi yang berakibat mengurangi
dengan beberapa parameter dan rumus-
umur kerja ( life cycle) dari sudu.
rumus yang kompleks. Para engineering
Saat
designer berupaya untuk memaksimalkan
membuat sudu turbin dengan kinerja optimal
temperatur operasi pada turbin atau lebih
yang dilakukan melalui suatu eksperimen
khusus
yang kontinu, proses manufaktur yang tepat
lagi
pada
bagian
turbin
yang
bertekanan tinggi meskipun ada batasan-
ini,
para
desainer
telah
berhasil
dan penggunaan material yang tepat pula.
batasan yang tergantung pada kekuatan material. Turbin tersusun dari ratusan sudu
4. Bahan untuk Sudu Turbin
yang berputar dengan kecepatan yang sangat
Pemilihan bahan untuk suatu komponen
tinggi. Selain itu, sudu turbin juga didesain
mesin bergantung pada beban apa yang akan
memiliki saluran pendingin internal (berupa
ditanggung
lubang-lubang); seperti tampak pada gambar
Sebagaimana dijelaskan di atas, sudu turbin
1 dan 2; yang menambah kepresisian
mengalami beberapa beban seperti: beban
pembuatannya.
lelah akibat puntiran jangka panjang, beban
oleh
bahan
tersebut.
temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, dll. Sejumlah material logam campuran ( alloys) telah
dikembangkan
untuk
penggunaan
tertentu seperti sudu turbin gas. Saat ini material yang digunakan adalah palladium alloys. Alloys tersebut bergantung pada material
logam
tambahan
seperti
molybdenum dan tungsten. Juga sejumlah persen tambahan berupa platinum untuk menambah sifat material yang lebih baik lagi. Selain itu, pemilihan material juga Gambar 1 Sebuah sudu turbin dengan beberapa saluran pendingin
diperkirakan terhadap proses manufaktur dan biaya ( cost ). ).
Dari beberapa eksperimen, palladium alloys biasanya
sangat
cocok
untuk
kondisi
O
temperature di atas 1.075 C.
5. Proses Manufaktur Sudu Turbin 5.1 Pengecoran (Casting)
Secara umum pengecoran adalah proses pembuatan suatu komponen dengan cara mencairkan
material
menuangkannya
logam
kedalam
suatu
dan Gambar 2 Tahapan pengecoran presisi
cetakan
yang sesuai. Cetakan yang biasa digunakan terbuat dari benda-benda tahan panas seperti pasir dan keramik. Proses pengecoran ada beberapa macam.
Tahapan pengecoran presisi : (Gambar 2) -
Pola lilin dibuat
-
Beberapa pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk
Namun dalam hal ini, kita akan membahas
pohon bola
proses pengecoran pada sudu turbin yaitu pengecoran presisi ( investment casting).
-
tipis bahan tahan api;
Dalam proses pengecoran ini pola dibuat dari lilin yang dilapisi dengan bahan tahan api
untuk
membuat
cetakan,
-
Seluruh cetakan terbentuk dengan menutup
setelah
pola yang telah dilapisi
tersebut dengan bahan tahan api
sebelumnya lilin tersebut mencair terlebih
sehingga menjadi kaku;
dahulu dan dikeluarkan dari rongga cetakan. Pola lilin dibuat dengan cetakan induk
Pohon pola dilapisi dengan lapisan
-
Cetakan terbalik,
(master die), dengan cara menuang atau
dipegang
dalam
kemudian
sehingga lilin meleleh
menginjeksikan lilin cair ke dalam cetakan
posisi
dipanaskan dan keluar
dari dalam cetakan;
induk tersebut. -
Cetakan dipanaskan kembali dalam suhu tinggi, sehingga semua kotoran terbuang dari cetakan dan semua logam cair dapat masuk kedalam bagianbagian yang rumit; disebut proses preheating;
-
Setelah logam cair dituangkan dan
5.2 Pengecoran Presisi pada Sudu Turbin
membeku cetakan dipecahkan, dan
Dengan segala kerumitan geometri dan
coran
fungsi sudu turbin, maka sudu turbin juga
dilepaskan dari sprue-nya.
dimanufaktur dengan presisi. Pengecoran Pengecoran presisi dilakukan pada sudu
adalah
turbin dengan alasan sbb:
memanufaktur sudu turbin. Pengecoran sudu
1. Dapat membuat coran dalam bentuk
cara
yang
2. Ketelitian dimensi sangat baik
(toleransi ± 0.076 mm); 3. Permukaan hasil coran sangat baik; 4. Lilin dapat didaur ulang; 5. Tidak diperlukan pemesinan lanjut ;
tepat
untuk
turbin dilakukan sbb: 1. Pengisi
yang rumit;
paling
(core)
berupa
keramik
diletakkan sedemikian rupa ke dalam pola cetakan untuk nantinya menjadi bagian saluran pendingin pada sudu. 2. Wax
(lapisan
kedalam
lilin) cetakan
dimasukkan untuk
menghasilkan bentuk awal sudu.
Gambar 3 Skema dari suatu bidang potongan pada cetakan me nunjukkan keramik pengisi (cores) cores) di lapisan lilin (wax (wax ) dan cetakan cangkang keramik
3. Kemudian posisi core dipresisikan dengan menancapkan suatu
menuangkan material logam yang
kawat
telah dicairkan.
penahan ( pinning wire ) pada lapisan lilin.
Hasil dari cetakan tampak seperti gambar 4
4. Selanjutnya bentuk awal tersebut dilapisi
dengan
keramik
sehingga
membentuk disekitar yang
beberapa dengan
pasti
yang
tebal
lapisan
bentuk
didalamnya
lapisan
awal
( pre-form)
ada
penahan
pinning wire). ( pinning
5. Kemudian,
hasil
dipanaskan untuk
dibawah
ini.
Adapun
lubang-lubang
tambahan pada blade dapat dibuat dengan pengeboran ( drilling).
6. Kesimpulan:
Sudu turbin dirancang sesuai kebutuhan yang sangat kompleks. Bentuk, ukuran dan
rakitan
tersebut
fungsi
juga
sangat
rumit
sehingga
melelehkan dan
dibutuhkan proses manufaktur yang rumit
mengeluarkan lapisan lilin kemudian
pula. Proses manufaktur yang sesuai adalah
dibakar untuk menguatkan keramik.
dengan
Hasilnya
casting) atau sering juga disebut less wax
adalah
suatu
cetakan
cangkang (shell) dari keramik yang
pengecoran
presisi
( investment
casting.
berisi beberapa pola core untuk saluran pendingin yang posisinya
Daftar Pustaka
disesuaikan oleh beberapa kawat
D.C. Power, Palladium Alloy pinning Wires for Gas Turbine Blade Investment Casting, Johnson Matthey Noble Metals, Royston Mikell P. Groover , Fundamentals of Modern Maufacturing
penahan
yang
tertancap
pada
cangkang. 6. Terakhir, cetakan dipanaskan awal ( preheat preheat ) untuk digunakan dalam pengecoran
sudu
turbin
dengan
Gambar 4 Sudu turbin gas sebagai hasil pengecoran presisi (investment casting)
