A. Peng Pengerti ertian an Dan Sejara Sejarah h Tu Turbin Gas Gas
1. Pengertian Turbin Gas
Turbin adalah salah satu mesin termal, di mana energi panas ( heat energy) energy) yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar ( umumnya cair atau gas) ditransformasikan ke roda turbin (rotor ( rotor ) yang menghasilkan putaran dan kerja (mekanikal). Te Terminologi rminologi lain bahwa Turbin Gas adalah peralatan yang mengkonersi termal menjadi energi mekanis dalam bentuk kerja putaran poros. !istem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.
PenggunaanTurbin PenggunaanTurbin Gas dibagi menjadi dua, yaitu " 1. Pada Pada bidang bidang # #iasi (pene (penerba rbanga ngan) n) $igunakan sebagai mesin yang menghasilkan daya dorong pada pesawat terbang ( #eroderiatif). Turbin gas dinilai sangat cocok sebagai motor propulsi pesawat terbang karena memiliki bobot yang ringan dimensi dimensi yang ringkas,sehingga tidak memerlukan banyak ruangan, serta mampu menghasilkan daya yang besar. hal ini menjadi penting karena adanya kecenderungan terbang pada kecepatan tinggi serta jarak jelajah yang panjang dan muatan yang bertambah berat.
Gambar 4. Aplikasi Turbin Gas Pada Pesawat Terbang
%. Pada Pada bida bidang ng &ndu &ndust stri ri Turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam'macam peralatan, se perti pompa, generator listrik, dan kompresor. kompresor.
Gambar 5. Turbin gas Untuk Industri (Pembangkit Listrik)
%. !e !eja jara rah h Tu Turb rbin in Gas Gas
Gambar 4. Aplikasi Turbin Gas Pada Pesawat Terbang
%. Pada Pada bida bidang ng &ndu &ndust stri ri Turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam'macam peralatan, se perti pompa, generator listrik, dan kompresor. kompresor.
Gambar 5. Turbin gas Untuk Industri (Pembangkit Listrik)
%. !e !eja jara rah h Tu Turb rbin in Gas Gas
Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerj a. $idalam $idal am turbi turbin n gas energ energii kineti kinetik k dikon dikonersik ersikan an menja menjadi di energ energii meka mekanik nik berup berupaa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. agian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator sta tor ata atau u rum rumah ah tur turbin bin.. ot otor or mem memuta utarr por poros os day dayaa ya yang ng men mengge ggerak rakkan kan beb beban an (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. !istem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. *enurut $r. +. T. etaliatta etaliatta,, sist sistim im tur turbin bin gas ter terny nyata ata sud sudah ah dik diken en al pad padaa jam jaman an -e -ero ro of #leanderia/. $isain pertama turbin gas dibuat oleh +ohn arber seorang &nggris pada tahun 101. !istem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu kay u atau minyak, kompresorn kompresorn ya digerakkan oleh turbin deng dengan an perant perantaraan araan rantai roda ro da gi gigi gi.. Pa Pada da ta tahu hun n 12 120% 0%,, $r $r.. 3. !t !tol ol4e 4e me mera ranca ncang ng sis siste tem m tu turb rbin in ga gass yan ang g menggunak meng gunakan an kom kompresor presor aksial bertingkat bertingkat ganda yang digera digerakkan kkan langsung oleh turbin tur bin reak reaksi si tin tingka gkatt gan ganda. da. Tah ahun un 15 152, 2, sesu sesuai ai den dengan gan kon konsep sepsi si -. -ol -ol4wo 4worth rth,, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada olume konstan. Tetapi usah a tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruan g bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 156, !ociete des Turbomoteurs/ di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang instruksinya berdasarkan disain #rmen gaud dan 7emate yang menggunakan bahan bakar cair. Te Temperatur mperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 685 9 dengan tekanan tekan an 68 atm dan kom kompresorn presornya ya langsu langsung ng diger digerakkan akkan oleh turbi turbin. n. !elanj !elanjutny utnya, a, perkemban gan sistem turbin gas berjalan lambat hingga pada tahun 1:8 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar lebih kurang 18 ;. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh ritish Thomson -ouston 9o/ pada tahun 1:0 sesuai dengan konsepsi 3rank
>?fisien >asio kompresi tinggi ( %5"1 ) >!imple dan tidak mahal >elatif ringan bobotnya. 6. =ekurangan Turbin Gas >$esain kompleks >*ahal
B. Komponen Turbin Gas 1. Komponen-komponenUtama padaTurbingas
#da: komponen utamayangmenunjangkerjaTurbin Gas,yaitu" 1.
Kompresoraksial
@ang
dimaksud
aliran
aial
adalah
bahwa
jalan
paralelataumemanjangsearahdenganshaftdarirotor
aliran
udara
.=ompresoraksialterdiri
daribeberapatingkat(dapatmencapai:5tingkat),masing'masing darisatubarissudugerakpada
arahnya
tingkatterdiri
rotor,dansatubarissudutetappada
stator
untuk
memperolehefisiensiyang tinggidiperlukanrasiokompresiyang tinggi.Aamun, karena dalamsatutingkathanya dapatmemberikankenaikantekananyang kecil, maka kenaikan tekananyangdiperolehdalamsatubarissudutidakbesar.$engan demikianuntukmemperoleheffisiensiyang tinggidiperlukanbeberapatingkat kompresor aksialdalamseri.=omponenutama sebuahkompresoraksialadalah rotordengan suduB sudugerak
dan
stator
dengansuduBsudu
tetap.Penampangsuduberbentukairfoil.iasanyasududipasangkanlonggarpadarotor untuk memberi ruangpemuaian saat sudah panasketikaberoperasiC% D:E. 2.
uang bakar
uang bakarsangatmenentukanmutugaspembakaran,bukanhanyadari
segienergiyang
disediakan tetapijugaemisigasbuangnya.Fntuk menjamin hal tersebut maka ruangbakar turbingas harus memenuhi syarat'syarat berikutini" 1. ?fisiensipembakaranyangtinggi,bahanbakarharusterbakarsempurna sehinggasemua
energi kimiadapat dikonersi menjadi energi panas. %. $istribusi temperatur keluar ruangbakaryangsama. :. ?misi polutan (9, AoH, !oH) dan asapyangrendah 6. -arga yang murah dan mudah perawatannya. *aka konstruksi harus sederhanasertadibuat dari materialyangtidak mahal. 8. Tahanlama.=onstruksidanmaterial yangbaiksertapendinginanyang baik. #dabeberapajenis ruang bakar " 1. Tubular atau kan C:E
=onstruksiyangtegar dan kuat
#liran bahan bakar dan aliran udaramudah dipadukan.
erat total material ringan
*udah pemeriksaan danpenggantian.
Iolume dan penampang frontal besar
Gambar 6.melintang titik nyala pada ruang bakar tubular atau kan!"
Gambar #. P$t$ngangambarruangbakar tubular atau kan%"
%. #nular C:E
Penampangfrontal minimum
Penyalaan lebih mudah
elatif tidak banyak membentuk asap
Pendinginan dan pembersihannyalebih mudah
Gambar&.Gambarmelintang pada ruangbakaranular!"
Gambar'.P$t$ngangambarruang bakaranular%"
:. Tubo'anularatau kanularC:E Pola aliran bahan bakar dan aliran udaramudah disesuaikan
Gambar%.Gambarmelintang titik nyala pada ruang bakar tubuanular atau kanular"
Gambar%%.P$t$ngangambarruang bakartub$anular atau kanular%"
uang bakar terdiri dari tabung luar dan tabung dalam, tabung luar merupakanbungkusdansekaligusstrukturpenyanggaruangbakar.!edangkan tabung dalam membentukataumembatasi ruangdimanaprosespembakaranitu berlangsung. $idalamtabung dalamterdapatpenyemprot bahanbakardan penyala, dan pemegang nyala
(flameholder)yang
turbulensi,sehingga
berfungsimemperlambataliran,membentuk apipembakaranterbakar
ditempat.-anyasekitar%5B:5;udarayang
orteksatau
sempurna
dantetap
digunakanuntukpembakaranpada
beban
penuh(fullload).!edangkan sisanyaakibatpanas dari apipembakaran akan mengembang atauberekspansimelaluisudu'suduturbin.Fdarayang untukpembakaranitulahyangdisebut banyakdanbesarnyalubang'lubang
Primar!Air
digunakan danjumlahnyadiaturoleh
combustor,tempatudaratersebutmasuk
kedaerah
pembakaran. !ebelumdigunakanuntukprosespembakaran,sebagiandariprimary
air
diarahkanmelaluilubang'lubang
disekelilingcombusteruntukmembentuk
selubung(layer s)udarayang berfungsiuntukmelindungidinding kombustordari sentuhan api. $isebelahbawahkombustor,dimasukkanaliranudarayang
disebut
Se"ondar!Air#liranudara inibercampurdengangaspanashasilpembakaran (primaryair),
untuk mencegah masuknya aliran yang
sangat panas ke dalam turbin.Fdara
sekunder(coolingair )tersebutjuga berfungsimendinginkanruang bakar, no44le blade, dan turbine disc. Tanpaadanyaaliranudaratersebutmakaruangbakarakanmenjadibola apiyangbesaryangbertemperaturkira' kira:855derajat3ahrenheit(1%0deg.9).7etakpenyalapadakombuster ditetapkanberdasarkanpengalamandan pengujian,yaituditempatdimanacampuranbahanbakarBudara tetapi juga dilindungi dari api yang fungsipenyala
adalah
menyalakan
palingmudah
terbakar
panas. -al tersebut disebabkan karena campuranbahanbakarBudarasampai
terjadi
pembakaranyang tetapatau stabil, setelahitu tidak bekerjaatau dimatikan C% D:E. #. TurbinAksial
agianturbinmerubahpanasdaripembakarandiruang
bakarmenjadi
tenagaputarmekanis.!amasepertikompresor,bagianturbinjugaterdiridari beberapaderetsudu'suduyang
berputardantidakberputar.!udu'suduyang
berputartersebutdisebutrotorbladedansudu'suduyangtidakberputarpada turbindisebutnozzle.=arena prosesalirangasdidalamturbinadalah ekspansi, sudu turbin dapat dibuat dengan sudut belok lebih besar
dari
-altersebutmemungkinkankonersienergipertingkatyang tidakmengherankanjika
lebihtingkatkompresor
cukuptinggi.Perlukiranyadisebutkandisinibahwa beberapa
tingkat
lebih
sudu kompresor. besar
pula.*aka
satutingkatturbindapatmenghasilkan
dayauntukmenggerakkan1%atau
dengan
pada
karena
dengan
effisiensiyang
padaunitdayatinggi,turbin
keterbatasan
kemampuan
satu
dibuat tingkat
turbinuntukmenyerap semuaenergigasyang tersediaitusekaligussecaraefisien C% D:E.
$. KomponenPendukungTurbingas
Iariable&nlet GuideIane (I&GI)
Terletak pada 1atau %tingkatsudustator pertama kompresor.erfungsi mengatur aliranmassaudarasupayabisamenyesuaikandengankeadaanpada saat start, akselerasi ,
dandeselerasi kompresorC6 D8E.
Gambar%P$t$ngangambar*IG*4"
leed Iale
Terletakdikompresordansebelumdiatasrumahruang mempunyaisaluranuntukmembuang
aliran
pembakardan udarakompresor
dengantidak
melewatiruangbakar dan bagian turbin.erfungsiuntukmengurangitekananbalik atau backpressure pada kompresordanjugamengurangibebanyangditerimaturbin.!ekitar 15' 18;dari jumlah aliran udarapadasaat itu dibuang C6 D8E.
Gambar%!.P$t$ngangambar+leed,al,e4"
Padasaatpembakaran,temperaturdalamruang
bakarakan
meningkat
dengancepat.=enaikantemperaturinimenyebabkanolume dankecepatanaliran tersebut bertambahbesar.tapi tekanannyatetap. $ariprosespembakaran,gasmengalamiprosesekspansiyang diarahkanolehno44leuntukmendorong
kemudian
sudu'sudurotorturbinsehinggaturbin
akan
berputar. Turbinpada#IAadalahkombinasidari
caraimpulsdanreaksi.
Pergerakanpertamadarirotoradalahdengancaraimpuls,yaitugasmembentur danmendorongsudurotoruntukmulaiberputar,tetapigas melewati sudu akan bertambah kecepatannya
yangberekspansi
sehingga
setelah
menghasilkan proses
reactionyangmenyebabkanperputaran secaraterus menerus. Gasyang
berekspansitersebutkemudianmemutarrotorturbin,sehingga
energinyaberkurang menyebabkanturunnyatekanandan temperaturgas tersebut.setelah berekspansi. Pada
#IA,terdapat:tingkat(stage)
sudupada
turbin,dimana
terpasangdalam%bagianshaftyang
berbedapada#IA%stage
stagepowerturbinterhubung
secarasplitshaft.$uatingkatsudupertamauntuk
gasproducergenerator dansatutingkatterakhiruntuk powerturbin.
GGdan1
!ekitar
%J:
darijumlahtenaga dihasilkanoleh gasproducerrotor .Gasproducer generator adalah stage pada turbin yang tenaganya digunakan untuk memutar engine kompresor perlengkapannya.
*isalnya
compressor
package,
generator,
dan
pompadanlain'
lain.$an1J:jumlahtenagasisanya pada turbindihasilkanoleh power turbin rotor yang terletak
pada
turbin
tingkat
:
yangdiinginkansepertigaskompresor,dll.
digunakan
untuk
Gassisa
ekspansi
menggerakkanperalatan tersebut
dikeluarkan
melaluiehaust keatmosfirC6E.
$ifuser
$ifuseradalahalatatausaluranyang
berfungsimenaikantekananfluida
denganjalanmenurunkankecepatannya.#tau,difuseradalahalatyang energikinetik kerjamekanik.
menjadi tekanan.
$ifusertidak menghasilkan
mengubah ataumemerlukan
I?79&T@K
$?)?#!&AG
P?!!F?K &A9)?#!&AG T?*P?#TF?K &A9)?#!&AG
Gambar%4.-kema aliran udara dari k$mpres$r ke ruang bakar"
3ungsidiffuserdisiniadalahuntukmemperlambatkecepatan(elocity) udara.sehinggaudarabercampur dengan bahan bakar dengan sempurna.
Ao4el
Ao4eladalahalatatau saluranyang berfungsi menaikankecepatanfluida denganjalan menurunkan
tekanannya.
#tau,
no4el
adalah
alat
untuk
mengekspansikan
fluidasehinggakecepatannyabertambah besar.!epertidifuser,no4eltidakmenghasilkanataumemerlukankerjamekanikLmaka untuk no4el
Po " arometricPressure,yaitutekanan udaraluaratau tekanan atmosfer
diukursebelummasuk intake.
P1 " GG bellmouth pressure,yaitu tekanan udarapadabellmoutatau tekanan
udarayangdiukur padaintakekompresor.
MPi " Gas generator intakedepression,yaitu besarnyapenurunan
tekanan yang masuk gas generator (turbin stage 1 D%) atau penurunan tekanan setelah keluar ruangbakar.
T1 "&ntaketemperature,yaitu temperatureudaramasuk kompresor.
T% " 9ompressor delierytemperatur,yaitu tempratureudarakeluar kompresor,
diukurpadakompresor stageke10.
T6 " ?haust gas temperature,yaitu temperature gasyangkeluardari gasgenerator
(turbin stageke%) atau temperaturgas sebelum masuk power turbin.
T8 " ?haust conetemperature,yaitu temperaturegasyangkeluar dari power turbin
(turbin stageke:).
9$P
" 9ompressor dischargepressure(P%),yaitu tekanan udarayang keluardari
kompresor atau tekanan udarasebelum masuk ruang bakar (kompresor stageke10).
P6 " ?haust gas generator pressure,yaitu tekanangasyangkeluar dari
gasgenerator(turbin stageke%)atau tekanan gas sebelummasuk power turbin.
P8 " ?haust conepressure,yaitu tekanangasyangkeluardari power turbin (turbin
stageke:).
A1 " 9ompressor speed,yaitu besarnyaputaran kompresor. I&GI " Iariable inletguide ane angle,yaitu besarnyasudut bukaan pada
kompresor stageke1,yangberfungsi untuk mengatur besarnya udarayangmasuk kekompresor.
?ffisiensi kompresor,yaitu besar keefektifan energi padakompresor.
?ffisiensiThermal,yaitubesarnyakeefektifanenergipanaspadasuatu ruangbakar
turbingas.
Gambar%5.P$t$ngangambarr$t$rk$mpres$r4 5"
Gambar%6.P$t$ngan gambarr$t$rturbin4 5"
Gambar%#.P$t$ngangambarbellm$ut/k$mpres$r4 5" . Prinsip Kerja S!stem Turbin Gas
1. Prinsip =erja !istem Turbin Gas (Gas'Turbine ?ngine) Fdara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). =ompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. =emudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. $i dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu no4el
yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu'sudu turbin. $aya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. !etelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (ehaust).
Gambar turbin gas pesawat terbang Turbingas
yangdipakaiindustridapatdilihatpadagambar1,
denganturbingas
carakerjanyasama
pesawatterbang.*otorstarterdinyalakanuntukmemutar kompresor,
udara segar terhisap masuk dan dimampatkan. =emudian,
udara mampat dengan
%5559,Nbar)mengalirmasukruang bakar,
temperaturdantekananyangcukuptinggi( bercampurdenganbahanbakar.9ampuranudara
mampatbahan'bakar kemudian
dinyalakandan terjadiprosespembakaran,temperaturgas pembakarannaik drastis.Gas pembakarandengantemperaturtinggi( terjadiperubahanenergi,dari pembakaran turbingas
setelahberekspansi
Nbar,085 59)
berekspansipadaturbin,sehingga
energipanasmenjadienergiputaranporosturbin.Gas diturbin,lalukeluarsebagaigasbekas.!elanjutnya,
bekerjadenganputaranporosturbin,yaitusebagaisumbertenaga penggerak
kompresordangenerator listrik.
Gambar %'. Turbingasuntukindustri (pembangkit listrik)
Persamaan turbin gasdengan motor bakar adalah pada yangterjadidi
proses pembakarannya
dalammesinitusendiri,disampingituproseskerjanyaadalahsamayaitu
hisap,kompresi,pembakaran,
ekspansidanbuang.Perbedaannya
adalahterlatak pada
kontruksinya, motor bakar kebanyakan bekerja gerak bolak balik sedangkan turbin gas
(reciprocating )
adalah mesin rotasi, proses kerja motor bakar bertahap
(intermiten), untuk turbin gasadalah kontinyu dan gasbuang pada motor bakar tidak pernahdipakaiuntukgayadorong.
Gambar.0esinpembakarandalam(turbingasdanm$t$r bakar)
Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak betahap, semua proses yaitu hisap kompresi, pembakaran dan
buang adalah berlangsung bersamaan. Pada motor bakar yang
prosesnyabertahapyaituyang pembakaran,ekspansidan bergantungdan
dinamakanlangkah,langkahhisap,kompresi, langkahbuang,antaralangkahsatudan
lainnyasaling
bekerjabergantian.Padaprosesekspansiturbingas,terjadi perubahan
energidarienergipanasmejadienergimekanik
putaranporosturbin,sedangkan
motorbakarpadalangkahekspansiterjadiperubahandari
energipanasmenjadienergi
mekanikgerakbolak'baliktorak.$engankondisitersebut,turbingasbekerjalebihhalus tidakbanyak getaran.
pada
Gambar %. Perbandinganturbingasdanmesin disel
Turbin gasbanyak digunakan untuk
mesin
propulsi ataujetCgambar 1E,mesin
automoti,tenagapembangkitlistrikCgambar%5E,atau
penggerak peralatan'peralatan
industrisepertipenggerakkompresorataupompa.$ayayangdihasilkanturbingasmulai dari%85555 -Puntuk pembangkit listrik sampai 8-Ppada turbocharger pada mesin motor. =eunggulan dariturbin gasadalah mesinnya yangringan danukuran yang
kecil
bisamenghasilkandayayangbesar.!ebagaicontohpadagambar% 5 adalahturbingas yangbiasadipakaiuntukpenggerakgeneratorlisitrikkeci.Generatorinibanyak dipakai untuk mengantisipasibeban puncak jaringan, sehingga fungsinya bisa menggantikan kalauterjadipemadaman listrik.Gedung gedung
perkantoran, rumahsakit,uniersitas,
perusahaan danlainnya, banyak yangmenggunakan generator jenisini.$ibandingkan denganpenggunaangeneratorpenggerakdisel,denganpenggerakturbingas
ukurannya
menjadilebihkecil,sehinggabisamenghemattempatdanmudahdipindahkan. Pesawatterbangmemerlukanmesindenganpersyaratanyang dengandayabesaruntukdayadorong,tetapiringanjugadari $enganalasantersebut,penggunaan
spesifikyaitumesin segi
turbingaspadapesawatterbang
ukuranharuskecil. menjadi pilihan
yangtepat,dantidakbisadigantikanjenismesinlain.Padaindustridan pembangkitan listrikturbingassangatmenguntungkan karenamesinmudahdiinstal,operasinya ruwet,dantidakmemerlukanruanganyang besar
ProsesPembakaran
tidak
Padagambar%5, dapatdilihatdarikotruksikomponenruangbakar,apabila digambarkanulangdenganprosespembakaranadalahsebagai berikut "
Gambar . 1uangbakardanpr$sespembakaranturbin gas
Prosespembakaran
dariturbingasadalahmiripdenganpembakaran
yaituprosespembakarannya
padatekanankonstan.Prosesnya
mesindisel,
adalahsebagai berikut,
udara mampat dari kompresor masuk ruang bakar, udara terbagi menjadi dua, yaitu udaraprimeryangmasuksaluranprimer,beradasatu
tempatdengannosel,dan
udara
mampat sekunder yang lewat selubung luar ruang bakar. Fdara primer masuk ruang bakar melewati swirler, sehinggaalirannyaberputar. ahanbakar
kemudian
disemprotkandarinoselke
4onaprimer,setelahkeduanyabertemu,terjadi pencampuran. #liranudaraprimeryangberputarakanmembantuprosespencampuran,hal
ini
menyebabkancampuranlebihhomogen,pembakaranlebihsempurna. Fdarasekunderyangmasukmelaluilubang'lubangpadaselubungluar akanmembantuprosespembakaranpada4ona menyempurnakanpembakarandari
ruang bakar
sekunder.+adi,4onasekunder akan
4onaprimer.$isampinguntukmembantu proses
pembakaran pada 4ona sekunder, udara sekunder jugamembantu pendinginan ruang bakar. uang bakar harus didinginkan,
karena dari proses pembakaran
dihasilkan
temperatur yang tinggi yang merusak material ruang bakar. *aka, dengan cara pendinginan udara sekunder,temperatur ruang bakar menjadi terkontrol dan tidak melebihidariyangdiijinkan. Padagambar%%diatas,terlihat4onaterakhiradalah4onapencampuran zone),adalah4onapencampurangas udarasekunder. pembakaranyang
(dillute
pembakaranbertemperaturtinggidengansebagian
3ungsiudarapadasekunder
pada4onaituadalahmendinginkan gas
bertemperaturtinggimenjaditemperaturyangamanapabilamengenai
sudu'sudu turbin ketika gas pembakaran berekspansi. $isamping itu, udara sekunder jugaakanmenambahmassadari
gas
pembakaransebelummasukturbin,denganmassa
yanglebihbesarenergipotensialgaspembakranjugabertambah.#pabilaW k inetik energikinetikgaspemabakaran dengankecepatan V , massasebelum
adalah
ditambah udara
sekunderadalahm1makaenergikinetiknyaadalahsebagai berikut" W kinetik ,1K m1.IO %
denganpenambahanmassadariudarasekunder m2,makaenergikinetik menjadi W kinetik ,1K (m1Pm%).IO %
jadidapatdilihat W kinetik,2 (denganudarasekunder)lebihbesardariW kinetik,1(tanpaudara sekunder). $ariuraiandiatas,terlihatprosespembakaran padaturbingasmemerlukan berlebih, biasanya sampai :5; dari
udara yang
kondisi normal untuk proses pembakaran
denganjumlahbahanbakartertentu.=ondisiini pembakaranterlaluberlimpah(lebih:5;),udarajustruakan
akanberkebalikan,apabilaudara mendinginkan proses
pembakaran danmati, karena panas banyak terbuang keluar melalui gasbekas yang bercampur
udaradinginsekunder.
udarakurangdari
$enganpemikiranyangsama,apabilaudara jumlah
normal,yaituterjadioverheating ,materialruangbakardansudu'sudu
turbinbekerjamelampauikekuatannyadanruangbakarbisapecah,haliniberartiturbin gasberhentibekerjaatauprosespembakaranterhenti.
!ecara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut" Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar
dengan udara kemudian di bakar. Pemuaian (epansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui no4el (no44le). Pembuangan gas (ehaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. =erugian'kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. !ebab'sebab terjadinya kerugian antara lain"
#danya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya
kerugian tekanan
(pressure losses) di ruang bakar. #danya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin. erubahnya nilai 9p dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja. #danya mechanical loss, dsb.
%. =lasifikasi Turbin Gas Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. *enurut siklusnya turbin gas terdiri dari" Turbin gas siklus tertutup (9lose cycle) Turbin gas siklus terbuka (pen cycle)
Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal. $alam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu " Turbin Gas Poros Tunggal (!ingle !haft)
Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri. Turbin Gas Poros Ganda ($ouble !haft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses. !iklus'!iklus Turbin Gas
:. Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu"
a. !iklus ?ricson *erupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reersible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reersible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reersible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah " hth K 1 B T1JTh, dimana T1 K temperatur buang dan Th K temperatur panas. b. !iklus !tirling *erupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reersible) dengan olume tetap (isokhorik). ?fisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus ?ricson. c. !iklus rayton !iklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. !iklus rayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus ryton tiap'tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut
Proses 1 ke % (kompresi isentropik). =erja yang dibutuhkan oleh kompresor"
yang dihasilkan" Qa K (ma mf) (h: B h%). Proses : ke 6, ekspansi isentropik didalam turbin. $aya yang dibutuhkan turbin"
Turbingas
merupakansuatumesinyangbekerjamengikutisiklustermodinamik
rayton. #dapun siklus termodinamikanya pada diagram p-v dan t-s adalah sebagai berikutCgambar %6E"
Gambar4.2iagramp3,dan T3s
FrutanproseskerjasistemturbingasCgambar%6Eadalah" 1-$
Proseskompresiadiabatisudarapadakompresor,tekananudaranaik 'A-
$-#
Proses pembakaran campuran udara dan bahan'bakar pada tekanan konstan,
dihasilkanpanaspadaruangbakar 'BProsesekspansiadiabatisgaspembakaranpadaturbindihasilkan
#-/
kerjaturbinberupaputaranporosdangayadorong,tekananturun'.Prosespembuangankalorpadatekanankonstan'D-
/-1
$ari naikyaituT 2
diagramT-S dapatdilihatsetelahproseskompresipadakompresor temperatur daritemperturatmosfer T 1
dantekanannaikdarip1
menjadip%,tempertur
dantekananinidiperlukanuntukprosespembakaran.!etelahbahanbakar disemprotkan dan bercampur dengan udara mampat didalam ruang bakar dan prosespembakaran, temperatur naiklagisampai gaspembakaran
dinyalakan, terjadi
T !Temperatur T adalahtemperatur
yangakanmasukturbin,temperatur
inidibatasiolehketahanmaterial
turbin pada suhu tinggi. !etelah proses ekspansi pada turbin, temperatur gas
sisa
menjaditurunsampaiT "dantemperaturgassisainimasihtinggidiatastemperatur T1 !
#dabanyaktipe
turbingas,tetapidenganprinsipkerjayangsama,yaitumengikuti
ryton. !iklus tersebut adalah siklus perancanganturbingas.
dasar yang
siklus
menjadi patokan dalam
!ecarateoritiskelihatantidakadakesulitan,tetapi pada
kenyataannya,pembuatanturbingas
menemuibanyakkesukaran,terutamayang
berhubungan dengan efisiensi pemakaian bahan bakar dan ketersedian material yang bekerjapadatemperatur
tinggi.$enganberbagaialasandantujuan,banyaktipeturbin
gasyangdikembangkan.#dapunbeberapaalasantersebutadalah 1. Pemakaianbahanbakarharuslebihberariasitidakhanyauntukbahanbakar cair dangassajaatauuntukmencegah khususnyauntuk
singgungan
fluidakerjadenganlingkungan,
bahanbakarnuklir.Fntukkeperluantersebut,dibuatturbingas
terbukadantertutupatauturbingaslangsungdantidak langsung %. Pemakaianturbingasyangsemakinmeluas,disampingsebagaipembangkitdaya dorong dan
pembangkit listrik, turbin gas
pengerakmula,contohnyapenggerakpompadan pusat
pembangkit
tenaga
( power
plant ).
sekarang banyak digunakan untuk kompresorpadaindustri'industri Fntuk
keperluan
tersebu,
turbingasdenganmodelsatuporosdandua poros #. Turbingassistemterbuka0langsungdantidak langsung1
Gambar5.+agankeraturbingassistemterbukalangsung
atau dibuat
Pada sistem turbin gas
terbuka langsung Cgambar %%E, fluida kerja akan keluar
masuksistemyaituudaralingkunganmasukkompresordan
gasbekaskeluarturbinke
lingkungan.uangbakarmenjadisatudengansistemturbingas digunakanterbatasyaituhanyabahanbakarcair
dan
danbahanbakar yang
gas.ahanbakartersebutsebelum
digunakansudahdimurnikan, sehinggatidakmengandungunsurunsuryangmerugikan. Permasalahan turbingassistemterbukaterfokuspadaprosespendinginan ruang bakar dan sudu'sudu
turbin.
$isamping
itu,
karena
gas
pembakaran
besinggungandenganmaterialturbin,permasalahankorosidan menjadisangatpenting,jikahalini yaitusudu'sudu
langsung
abarasipadasuduturbin,
diabaikanakanberakibatfataldansangatmerugikan,
turbinbisabengkok
ataupatah.=alauhaltersebutterjadi,dayaturbin
menurun,dansecarakeseluruahefisienkerjamenjadirendah. Turbin gassistem terbuka banyak dipakai untuk
mesin pesawat terbang, karena
bentuknyalebihsimpel,ringandantidakbanyakmemakantempat,halini
cocok dengan
pesyaratanturbingasuntukpesawatterbang. ahan bakar padat tidak terbukalangsung,
disarankan untuk digunakan pada sistem turbin gas
karenahasilpembakaran banyakmengandung partikelyang bersifat
korositerhadapmaterialturbin,yangdapatmerusaksudu diatasidenganmemisahkan
turbin.=endalatersebutdapat
ruangbakardengansaluranfluidakerja,dengankatalain,
fluidakerjamasukturbindikondisikan
tidakmengandung gashasilpembakaran. Fntuk
keperluan tersebut, dibuat turbin gassistem terbuka taklangsung. $engan sistem ini, proses pembakaran berlangsung sendiri di dalam ruang bakar yang terpisah dengan saluranfluidakerjayangakanmasukturbin.?nergipanasdari
porsespembakaranakan
ditransferkefluidakerjasecaralangsungataumenggunakanalatpenukar kalor. *odeltransferenergipanasdariruangbakarke
fluidakerjasecaralansungadalah
berikut. Pipa pipa yang berisi fluida kerja udara mampat dari
sebagai
kompresor
dilewatkankeruangbakarataudapur.Panasdariprosespembakaran ditransfer secara langsung ke fluida kerja didalam pipa pipa, temperatur fluida akan naik sampai nilai tertentusebelummasuk turbin. Fntukmodeltransferpanasdenganpenukarkalor,
banyakdiaplikasikanpadaturbin
gasberbahan bakar nuklir. uang bakar berbahan bakar nuklir sering disebut dengan reaktor.$idalamreaktornuklirterjadireaksifusiyangmenghasilkan panasyangtinggitersebutditransferke
panasyangtinggi,
fluidayangsekaligusberfungsisebagai pendingin
reaktor,fluida tersebutseringdiistilahkansebagaifluida primer.=emudian,fluida primer
bersuhutinggidialirkankealatpenukarkalor.$idalamalatpenukarkalorterdapat pipa' pipa berisi fluida kerja bersuhu rendah, untuk fluida ini
sering disebut sebagai fluida
sekunder.$engankondisitersebut,terjaditranferpanasdarifluidaprimerbersuhutinggi kefluidasekunderbersuhurendah. Pada gambar %8,adalah contoh skema untuk turbin gassistem terbuka. $apat dilihat fluida kerja yang dipakai adalah udara. Fdara masuk kompresor, dan sebagaiudaramampatpadatitik%.Fdarabertekanantinggitersebutmasukruang bakar
keluar dan
menyerappanasdari prosespembakaran,lalukeluarruangbakardengantemperatur tinggi pada titik :. !elanjutnya,
fluida kerja
memberikanenerginyake
masuk
turbin dan berekspansi
untuk
sudu'suduturbin.Terjadiperubahanenergi,darienergi panas
fluidakerjamenjadiputaranporosturbin.!esudahberekspansi
padaturbin,fluidakerja
lalukeluarturbindengantemperaturrelatifrendahkelingkungan.
Gambar6.+agankeraturbingassistemterbukatak langsung
Padagambar %N.adalah
contoh
sistem
turbingastaklangsung dengan penukar
kalor.$apatdilihat,fluidakerja (fluidasekunder)yang dipakaiadalahudara.Fdaramasuk kompresor dan keluar sebagai udara mampat pada titik %. Fdara bertekanan tinggi tersebut,masukpenukarkalordan
menyerappanasdari
sumberpanas.!umber panas
tersebut adalah fluida primer bertemperatur tinggi yang mengalir dari reaktor. 3luida primerini,sebagaipembawaenergipanasdariprosespembakaran bahanbakar nuklir, yang biasa digunakan adalah air
atau gas helium. Proses selanjutnya adalah sama
denganskemagambar %:.
Gambar#.+agankeraturbingassistemterbukatak langsung
B.Turbingassistemtertutup0langsungdantidak langsung1
Gambar&.+agankeraturbingassistemtertutuplangsung
!istem turbin gas
tertutup langsung banyak digunakan untuk aplikasi tubin gas
denganbahanbakarnuklirCgambar%8E.
3luidakerja
yangpalingcocokadalahhelium.
Proses kerja dari sistem tersebutadalah sebagai berikut. -elium tekanan tinggi dari kompresor dimasukan reaktoruntukdipanasi dansekaligus untukpendinginan reaktor. !etelahitu,heliumberekspansi
diturbindenganmelepaskan sebagianbesar energinya.
?nergitersebutdiubahpadasudu'suduturbinmenjadiputaranporosturbindan
langsung
menggerakankompresorataupunbebanlainnya.-eliumkeluarturbin,tekanannyasudahme
nurun, tetapi masih bertemperatur
tinggi. -elium bertemperatur
tinggi harus
didinginkan sebelum masuk kompresor, untuk keperluan tersebut, dipasang penukar kalor.!elanjutnya,heliumdinginmasukkompresorlagiuntukdikompresilagi. Padagambar%Nadalahsistemturbingastertutuptaklangsung,sistemini sistemgabunganantarasistemtertutupdansistemtak
adalah
langsung.3luidakerja primer
menyerappanasdariruangbakarataureaktorkemudiandialirkanke
penukar kalor,
kemudian diserap olehfluidasekunder. B. 23isiensi Turbin Gas
Pemakaian
turbin gas banyak menguntungkan sebagai pengganti
penggerak lain,seperti yangsudah diuraikan diatas,yaituturbin
sumber
gasbentuknya lebih
simpeldantidakbanyakmemakantempat.=alaudibandingkandenganturbinuap,turbin gas lebih mudah dioperasikan, mudah dikendalikan dan instalasinya lebih sederhana. #kantetapi,secaraaktualefisiensiturbingas
masihrendah.!udahbanyakmetodeyang
digunakanuntukmenaikanefisiensitersebut. $arigambarN.1diagram p-vdant-s,dapatdilihatbahwaL PemasukanpanasberlangsungpadatekanantetapL # masuk mc p(T : T %) K
R
PengeluaranpanasjugapadatekanankonstanL # keluar mc p(T 6 T 1) K
R
!ehingga,kerjabergunadapatdirumuskansebagaiberikutL W berguna $#masuk -#keluar !$mc p%T -T 2 &-mc p%T "-T 1 & ?fisiensi didefinisikan sebagai perbandingan kerja berguna dengan energi kalor yangmasuk,dirumuskansebagaiberikutL
bisaditulisdalambentuk L
$imana 9p kapasitasjenispadatekanankonstan
v $apat dili hat dariperumusan diatas, bahwa untuk menaikan efisiensi turbin gas,
kompresor yang di gunakan harus memiliki perbandingan tekanan sehinggapemakaianbahanbakarlebih
yang tinggi,
sedikit.=enaikanperbandingantekantidak
selamanya menaikan daya turbin, pada perbandingan tekanan tertentu, daya turbin mencapaimaksimum,selanjutnyadayayangbergunaakankembaliturun.-al
ini
dikarenakan, padaperbandingan tekanan yangtinggidiperlukan kerjakompresor yang besar, padahal kerja kompresor mengambil daridaya turbin. $engan alasan tersebut, bisa dipahami kenaikan perbandingan tekanan tidak selalu menguntungan pada nilai tertentu. agiandari kerjaturbinyangdigunakanuntukmenggerakankompresor dinamakan backworkratioCgambar%E.Perbandingan dayapadaturbingasbiasanya:"%"1,: untukdayaturbin,% untukkompresor,dan1 untukgeneratorlistrik.!ebagaicontoh untuk menggerakangeneratorlistrik155k<,turbingasharusmempunyaidaya:55k<,karen harus menggerarkan kompresor sebesar %55 k<.
Gambar '. +akw$rkturbin gas
$enganalasanitu, banyakfaktor yang harusdiperhatikan
terutamauntuk
mengoptimalkankerja kompresor.!ebagai contoh,suhu masukkompresorT 1tidak terlalu tinggi,denganalasanpada suhu yang tinggi kerjakompresorbekerjalebih berat. $engan kerja kompresor lebihberat,dayayangdiambil daridayaturbinlebihbanyak sehingga mengurangi bagianyanglainnya.
D. Bahan Bakar) Pelumasan) Dan Pendinginan
1. ahan akar 3uel !ystem. ahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 18 kgJcm%. 3uel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari
cairan kondensat dan partikel'partikel padat. Fntuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan'cairan yang masih terdapat pada fuel gas. %. Pelumasan 7ube il !ystem. 7ube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. 7ube oil disirkulasikan pada bagian' bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. 7ube oil system terdiri dari" il Tank (7ube il eseroir) il Quantity Pompa 3ilter !ystem Ialing !ystem Piping !ystem &nstrumen untuk oil
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu" a. *ain 7ube il Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh -P shaft pada gear bo yang mengatur tekanan discharge lube oil. b. #uilary 7ube il Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun. c. ?mergency 7ube il Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil. :. !ystem Pendingin 9ooling !ystem. !istem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Fdara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. =omponen'komponen utama dari cooling system adalah" ff base
2. Pera4atan 5esin Turbin Gas
*aintenance adalah perawatan untuk mencegah hal'hal yang tidak diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun yang berfungsi sebagai suku cadang. =erusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus'menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah. *aintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor'faktor operasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. !emua pabrik pembuat turbin gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan maintenance. !ecara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah" 1. Preentie *aintenance. !uatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari peralatan.
Preentie maintenance dibagi menjadi" a. unning *aintenance. !uatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki eSuipment yang rusak saja dalam satu unit. Fnit produksi tetap melakukan kegiatan. b. Turning #round *aintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya. c. epair *aintenance. Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan'peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi. d. Predictie *aintenance. =egiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan' peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak. e. 9orrectie *aintenance. Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen' komponen yang sesuai dan juga menambahkan material'material yang cocok.
