Proses Manufaktur Sudu Turbin Gas dengan Pengecoran Presisi (Investment Casting)
1. Pend Pendah ahul ulua uan n Sudu turbin gas pada mesin mesin pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik adalah suatu komponen kompleks kompleks yang dimanufaktur dengan dengan geometri , sturktur dan toleransi yang sangat pr presi esisi. si. Sudu turbin bin tekan ekanaan tin tinggi digunakan akan pada ada bagia agian n turb urbin gas den dengan suh suhu tert tertin ing ggi ba bahkan mem memerlu rlukan suat suatu u pro proses ses pendinginan (cooling) te terin rintegra egrasi si.. Sudu turb turbin in adal adalah ah ba bagian yang ang san sangat penting ing dalam lam suat suatu u turbin gas, as,laksa aksan na suat suatu u insan nsang g pad pada ikan ikan..
2. Fungsi Fungsi Sudu Sudu Turb Turbin in Sebagaimana dikatakan di atas, sudu turbin digunakan pada turbin gas yang digunakan digunakan pada pe pendorong pesawa sawatt terba erban ng dan system stem pem pemb bangk ngkit tenag enagaa listri strik k di atas atas tan tanah (land based power generation). generation). Turbin rbin terd terdir irii dari sal salu uran masuk suk udara, ra, komp ompreso resorr, ruan ruang g ba bakar, ar, bagia agian n turbin dengan tekanan tinggi dan rendah, dan saluran buangan (exhaust ). Turbin gas be berop roperasi rasi pada ada suat suatu u prin rinsip sip ya yang sed sederh erhana yaitu aitu meng engkonvers ersikan ikan en energ ergy panas anas (heat) menjadi energy mekanik dengan menyedot sejumlah udara yang yang sangat besar, memampatkan sampai tekanan yang tinggi, mencampurkan udara termampatkan termampatkan itu dengan bahan bakar kemudian membakarnya. Yang kesemua pekerjaan penekanan dan pengekspansian dilakukan oleh sudu turbin.
3. Peranc Perancang angan an (Desig (Design) n) S uduTurb ud uTurbin in Sudu turbin dirancang dengan beberapa banyak pertimbangan seperti geometri yang aero pr proper operti ties es yang berhub rhubu ungan sifat ifat fl fluida kerja: rja: temp emperat eratu ur, tek tekanan, an, dan kecep ecepaatan. an. Selai elain n itu itu jug juga bergan rganttung pada ada pem pemiiliha ihan bahan ahan yang tepat epat yan yang di dipeng engaruh ruhi oleh leh beban yang bekerja rja
seperti puntiran (akibat putaran yang sangat tinggi). Sehingga baik geometri, material dan dimensi juga harus diperhitungkan dengan sangat presisi.
Efisiensi termodinamik adalah suatu parameter yang penting dalam mendesain sudu-sudu turbin gas yang perancangannya dengan beberapa parameter dan rumus-rumus yang kompleks. Para Engineering designer berupaya untuk memaksimalkan temperatur operasi pada turbin atau lebih khusus lagi pada bagian turbin yang bertekanan tinggi meskipun ada batasan-batasan yang tergantung pada kekuatan material. Turbin tersusun dari ratusan sudu yang berputar dengan kecepatan yang sangat tinggi. Selain itu, sudu turbin juga didesain memiliki saluran pendingin internal (berupa lubang-lubang), seperti tampak pada gambar1 dan 2 yang menambah kepresisian pembuatannya.
Gambar 1. Sebuah sudu turbin dengan bebera pasaluran pendingin
Tegangan operasi (puntiran dan lelah/ fatigue) dan temperature operasi juga sangat tinggi yang berakibat mengurangi umur kerja (life cycle) dari sudu. Saat ini, para desainer telah berhasil membuat sudu turbin dengan kinerja optimal yang dilakukan melalui suatu eksperimen yang kontinu, proses manufaktur yang tepat dan penggunaan material yang tepat pula.
4. Bahan untuk Sudu Turbin Pemilihan bahan untuk suatu komponen mesin bergantung pada beban apa yang akan ditanggung oleh bahan tersebut. Sebagaimana dijelaskan di atas, sudu turbin mengalami beberapa beban seperti: beban lelah akibat puntiran jangka panjang, beban 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 palladiumalloys. 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 diperkirakan terhadap proses manufaktur dan biaya (cost).
Dari beberapa eksperimen, palladium alloys biasanya sangat cocok untuk kondisi temperature di atas 1.075 derajat Celcius
5. Proses Manufaktur Sudu Turbin 5.1 Pengecoran (Casting) Secara umum pengecoran adalah proses pembuatan suatu komponen dengan cara mencairkan material logam dan menuangkannya kedalam suatu cetakan yang sesuai. Cetakan yang biasa digunakan terbuat dari benda-benda tahan panas seperti pasir dan keramik. Proses pengecoran ada beberapa macam. Namun dalam hal ini, kita akan membahas proses pengecoran pada sudu turbin yaitu pengecoran presisi (investment casting). Dalam proses pengecoran ini pola dibuat dari lilin yang dilapisi dengan bahan
tahan api untuk membuat cetakan, setelah sebelumnya lilin tersebut mencair terlebih dahulu dan dikeluarkan dari rongga cetakan. Pola lilin dibuat dengan cetakan induk (master die), dengan cara menuang atau menginjeksikan lilin cair ke dalam cetakan induk tersebut.
Gambar 2 Tahapan pengecoran presisi
Tahapan pengecoran presisi : (Gambar 2) 1. Pola lilin dibuat 2. Beberapa pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk pohon bola 3. Pohon pola dilapisi dengan lapisan tipis bahan tahan api 4. Seluruh cetakan terbentuk dengan menutup pola yang telah dilapisi tersebut dengan bahan tahan api sehingga menjadi kaku 5. Cetakan dipegang dalam posisi terbalik, kemudian dipanaskan sehingga lilin meleleh dan keluar dari dalam cetakan; 6. Cetakan dipanaskan kembali dalam suhu tinggi, sehingga semua kotoran terbuang dari cetakan dan semua logam cair dapat masuk kedalam bagian-bagian yang rumit, disebut proses preheating
7. Setelah logam cair dituangkan dan membeku cetakan dipecahkan, dan coran dilepaskan dari sprue-nya. Pengecoran presisi dilakukan pada sudu turbin dengan alasan sebagai berikut: a.Dapat membuat coran dalam bentuk yang rumit; b.Ketelitian dimensi sangat baik (toleransi ± 0.076 mm); c.Permukaan hasil coran sangat baik; d.Lilin dapat didaur ulang; e.Tidak diperlukan pemesinan lanjut 5.2
Pengecoran Presisi pada Sudu Turbin Dengan segala kerumitan geometri dan fungsi sudu turbin, maka sudu turbin juga dimanufaktur dengan presisi. Pengecoran adalah cara yang paling tepat untuk memanufaktur sudu turbin. Pengecoran sudu turbin dilakukan sbb: a.Pengisi (core) berupa keramik diletakkan sedemikian rupa ke dalam pola cetakan untuk nantinya menjad ibagian saluran pendingin pada sudu. b.Wax (lapisan lilin) dimasukkan kedalam cetakan untuk menghasilkan bentuk awal sudu.
Gambar 3
Skema dari suatu bidang potongan pada cetakan menunjukkan keramik pengisi (cores) di lapisan lilin (wax) dan cetakan cangkang keramik c. Kemudian posisi core dipresisikan dengan menancapkan suatu kawat penahan (pinning wire) pada lapisan lilin. d. Selanjutnya bentuk awal tersebut dilapisi dengan beberapa lapisan keramik sehingga dengan pasti membentuk lapisan yang tebal disekitar bentuk awal (pre-form) yang didalamnya ada penahan (pinning wire). e. Kemudian, hasil rakitan tersebut dipanaskan untuk melelehkan dan mengeluarkan lapisan lilin kemudian dibakar untuk menguatkan keramik. Hasilnya adalah suatu cetakan cangkang (shell) dari keramik yang berisi beberapa pola core untuk saluran pendingin yang posisinya disesuaikan oleh beberapa kawat penahan yang tertancap pada cangkang. f. Terakhir, cetakan dipanaskan awal(pre-heat) untuk digunakan dalam pengecoran sudu turbin dengan menuangkan material logam yang telah dicairkan. Hasil dari cetakan tampak seperti gambar 4 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 fungsi juga sangat rumit sehingga dibutuhkan proses manufaktur yang rumit pula. Proses manufaktur yang sesuai adalah dengan pengecoran presisi (investment casting) atau sering juga disebut less waxcasting.
Gambar 4. Hasil cetakan Sudu Turbin
TEKNOLOGI MEKANIK II TUGAS II TENTANG PROSES PENGECORAN
DISUSUN OLEH : Febry Dika Pratama B. (2112039031)
D3 TEKNIK MESIN PRODUKSI
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2013
