TEKN TE KNIK IK PERAW PERAWA ATAN
MAKALAH TURBIN GAS
Di susun oleh
:
Irwan Efeni
Kelas
:
!H
No NIM
:
"#$#%$%%&!
No A'sen
:
$(
TEKNIK MESIN P)LITEKNIK NEGERI *AKARTA #%$!
TURBIN GAS
$+ Penahuluan Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang mengge menggerakk rakkan an roda roda turbin turbin sehing sehingga ga mengha menghasil silkan kan daya. daya. Bagian Bagian turbin turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas merupakan merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem Sistem turbin gas yang paling sederhana sederhana terdiri dari tiga komponen komponen yaitu kompresor, kompresor, ruang bakar dan turbin gas. enurut Dr. !. T. Retaliatta, sistim turbin gas ternyata sudah dikenal pada jaman "#ero of $le%anderia&. Disain pertama turbin gas dibuat oleh !ohn Barber seorang 'nggris pada tahun *. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. +ada tahun -, Dr. . Stol/e meran0ang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun *1, sesuai dengan konsepsi #. #ol/2orth, dibuat suatu sistem turbin gas yang men0oba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun *13, "So0iete des Turbomoteurs& di +ari +ariss memb membua uatt suat suatu u sist sistem em turb turbin in gas gas yang yang kons konstr truk uksi sinya nya berd berdas asar arkan kan disa disain in $rme $rmenga ngaud ud dan dan 4ema 4emate te yang yang mengg menggun unaka akan n baha bahan n bakar bakar 0air 0air.. Temper mperat atur ur gas gas pembakaran yang masuk sekitar 351o6 deng dengan an tekan tekanan an 35 atm atm dan kompr kompres esor orny nyaa langsung langsung digerakkan digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, Selanjutnya, perkembangan perkembangan sistem turbin gas berjalan berjalan lambat hingga pada tahun *75 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar lebih kurang 5 8. +esa2at pan0ar gas yang pertama disele diselesai saikan kan oleh oleh "Briti "British sh Thomso Thomson n #ousto #ouston n 6o& pada pada tahun tahun *7 *7 sesuai sesuai dengan dengan konsepsi rank 9hittle (tahun *71). Saat ini sistem sistem turbin turbin gas gas telah telah banyak diterapkan diterapkan untuk berbagai berbagai keperl keperluan uan seperti seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesa2at terbang dan lainnya. Sistem urbin urbin gas dapat dapat dipasa dipasang ng dengan dengan 0epat 0epat dan biaya biaya invest investasi asi yang relati relatiff rendah rendah jika jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk pusat tenaga listrik.
#+ Klasifi,asi Tur'in Gas Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. enurut siklusnya turbin gas terdiri dari: • Turbin gas siklus tertutup (6lose 0y0le) • Turbin gas siklus terbuka (;pen 0y0le) +erbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. +ada 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 a2al. 6ontoh data
) Rating (Base, =as?;il) -1.*11?-1.351 (k9) $ltitude Sea 4evel 6ompressor Stage Turbin Stage Turbin Speed 511 rpm 'nlet Temperatur 7-.-@ 6 'nlet +ressure .1777 kg?0mA %haust temperature 3@6 ²
%haust +ressure
.1777 kg?0m
+ressure Ratio Desired min. #orse +o2er uel uel Systems
*.3 77.111 #+ >atural =as =as?;il (Cnit $ dan B) =as (Cnit 6, D, , , = dan #) Speedtroni0 Type $511 311 #+ 'ndu0tion otor (Cnit 6?#) (Cnit $?B)
6ontrol System $00essory gear Starting system 511 #+ motor diesel
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu : . Turbin =as +oros Tunggal (Single Shaft) Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
S<511 -. Turbin =as +oros =anda (Double Shaft) 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.
"+ -un.si Tur'in Salah satu jenis turbin yang memanfaatkan gas tekanan tinggi untuk menghasilkan listrik. !enis yang ini merupakan salah satu teknologi terbaru yang dikembangkan untuk teknologi turbin.
!+ Prinsi/ Ker0a Sis1e2 Tur'in Gas Cdara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). ompresor ini berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, akibatnya temperatur udara juga meningkat. emudian udara yang telah dikompresi ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar sehingga ber0ampur dengan udara tadi dan menyebabkan proses pembakaran. +roses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. =as hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu no/el yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu
+ada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performansi turbin gas itu sendiri. erugian
Tiga siklus turbin gas yang dikenal se0ara umum yaitu: A+ Si,lus Eri4son erupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermi0) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobari0). +roses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : 1h 5 $ 6 T$7Th dimana T E temperatur buang dan Th E temperatur panas B+ Si,lus S1irlin. erupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isovolum). fisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus ri0son. 8+ Si,lus Bra91on Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufa0turer dalam analisa untuk up
kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. +ada siklus Bryton tiap
+roses -→7, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. !umlah kalor yang dihasilkan: Ga E (ma H mf ) (h7 F h-) Udara yang telah dimampatkan di kompresor kemudian dialirkan ke ruang bakar (Combustion Chamber) & bercampur dengan bahan bakar baik berupa Distillate Crude maupun !as kemudian dibakar pada tekanan yang tetap (isobar). Dari pembakaran ini dihasilkan temperatur yang sangat tinggi sampai "###$%. Udara pendingin yang keluar dari kompresor bercampur dengan gas panas sehingga temperatur turun ke '##$% ##$% dan tekanan dari *# psig '# psig tergantung pada load output.+emudian gas tsb masuk ke st stage ,urbine ole malalui ,ransition pieces. •
+roses 7→3, ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: 9T E (ma H mf) (h7 F h3) Di sudu-sudu ,urbine energi yang terkandung didalam gas/ udara panas kemudian diekpansikan yang dirubah ke energi mekanis berupa putaran ,urbine shaft. ,orsi putar ini dimanfaatkan untuk memutar beban berupa kompresor sendiri !enerator dan bahanbahan lain. •
+roses 3→, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. !umlah kalor yang dilepas: GR E (ma H mf ) (h3 F h) 0ada tingkat ini gas/udara sisa pembakaran mempunyai tekanan yang hampir sama dengan tekanan udar luar (atmosfer) dan dibuang melalui 12haust 3tack.!as buang tersebut sebenarnya masih mengandung energi panas karenanya dapat dimanfaatkan untuk memanaskan 4oiler seperti yang terpasang pada !, Unit di C!, 0lant (Cogeneration). •
Si,lus Bra91on
&+ Ko2/onen Tur'in Gas omponen turbin gas terdiri dari : $+ Ko2/onen U1a2a • Air Inle1 Se41ion Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terba2a dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari: . 5ir 6nlet 7ousing , merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara. -. 6nertia 3eparator , berfungsi untuk membersihkan debu
$+ 8o2/ressor Ro1or Asse2'l9 erupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara se0ara aksial dari atm menjadi kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari 2heels, stubshaft, tie bolt dan sudu
#+ 8o2/ressor S1a1or erupakan bagian dari 0asing gas turbin yang terdiri dari: a. 6nlet Casing merupakan bagian dari 0asing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane. b. %or9ard Compressor Casing , bagian 0asing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade. 0. 5ft Casing bagian 0asing yang didalamnya terdapat 0ompressor blade tingkat 5<1. d. Discharge Casing , merupakan bagian 0asing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi. +ada bagian ini terdapat 0ompressor blade tingkat sampai .
•
8o2'us1ion Se41ion
+ada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. #asil pembakaran ini berupa energy panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pie0es yang juga berfungsi sebagai no//le. ungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen
6ombustion 0hamber yang ada disusun kosentris mengelilingi aksial flo2 0ompressor dan disambungkan dengan keluaran kompresor udara dari aksial flo2 0ompressor yang dialirkan langsung ke masing
mengeluarkan gas panas. 6ross fire tube berfungsi untuk menghubungkan semua 0ombustion 0hamber. Tabung ini digunakan untuk mengirimkan pengapian dari satu 0ombustion liners ke yang berikutnya selama start up.
Tur'in Se41ion Turbin se0tion merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energy mekanik yang digunakan sebagai penggerak kompresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira
omponenheel , berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari a liran udara yang berke0epatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor. 3. 3econd 3tage ole dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke se0ond stage turbine 2heel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin 2heel. 5. 3econd 3tage ,urbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih 0ukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan ke0epatan putar rotor yang besar
. Ehaus1 Se41ion %haust se0tion adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. %haust se0tion terdiri dari beberapa bagian yaitu : . %haust rame $ssembly. -. %haust Diffuser $ssembly. •
%haust gas keluar dari turbin gas melalui e%haust diffuser pada e%haust frame assembly, lalu mengalir ke e%haust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui e%haust sta0k, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan e%haust thermo0ouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. +ada e%haust area terdapat buah termokopel yaitu, - buah untuk temperatur kontrol dan I buah untuk temperatur trip.
#+ Ko2/onen Penun0an. $da beberapa komponen penunjang yaitu : •
S1ar1in. E;ui/2en1 Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja.
!enis
-uel S9s1e2 Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 5 kg?0m-. uel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari 0airan kondensat dan partikel
masih terdapat pada fuel gas. • Lu'e )il S9s1e2 4ube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan se0ara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. 4ube oil disirkulasikan pada bagian
Proseur Pen.o/erasian Tur'in Gas +rosedur yang harus dilakukan untuk mengoperasikan turbin gas sebagai langkah a2al adalah : . =achet dilakukan dengan memutar turbin seperempat lingkaran dalam 2aktu satu menit se0ara terus menerus selama 1 hingga - jam untuk mendistribusikan massa rotor, meratakan pelumasan pada bearing dan journal shaft serta men0egah terjadinya pembengkokan.
-. =ubbing Check pemutaran turbin gas sampai 751 rpm, kemudian dimatikan. 7. Cranking setelah turbin gas dimatikan saat rubbing 0he0k, kemudian turbin gas diputar -11 rpm yang dilakukan selama 5 hingga 1 menit. #al ini dilakukan untuk membersihkan turbin gas dan kompresor dari debu dan kotoran. A. %uel !as :eak Check putaran turbin dinaikkan kembali sampai 51 rpm. 5. %lame Detector Check , putaran turbin diputar sampai -111 rpm, kemudian spark plug dinyalakan maka saat itu proses pembakaran mulai terjadi. I. @ver ,rip ,est apabila diberikan penambahan fuel gas maka otomatis putaran turbin gas meningkat hingga men0apai batas yang telah ditentukan. . 0eak :oad untuk setelah itu turbin gas distart hingga men0apai putaran 511 rpm. emudian turbin gas ini diberi beban se0ara bertahap hingga men0apai nilai mendekati maksimum, kemudian beban diturunkan setahap hingga men0apai batas yang diinginkan.
<+ Main1enan4e Tur'in Gas aintenan0e adalah pera2atan untuk men0egah hal
karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus
Rumus aintenan0e 'nterval Ditinjau dari Bahan Bakar yang Digunakan
Rumus aintenan0e 'nterval Terhadap ondisi ;perasional Se0ara umum maintenan0e dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah: $+ Pre=en1i=e Main1enan4e +reventive maintenan0e adalah suatu kegiatan pera2atan yang diren0anakan baik itu se0ara rutin maupun periodik, karena apabila pera2atan dilakukan tepat pada 2aktunya akan mengurangi do9n time dari peralatan. +reventive maintenan0e dibagi menjadi: a. =unning Maintenance adalah suatu kegiatan pera2atan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki eKuipment yang rusak saja dalam satu unit. Cnit produksi tetap melakukan kegiatan. b. ,urning 5round Maintenance, adalah pera2atan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya. #+ Re/air Main1enan4e Repair aintenan0e merupakan pera2atan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan
&+ Brea, Down Main1enan4e+ egiatan pera2atan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya. <+ Moifi4a1ion Main1enan4e . +ekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. odifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan. (+ Shu1 Down Main1enan4e Shut Do2n adalah kegiatan pera2atan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya. Shutdo2n maintenan0e pada turbine gas terdiri dari Boros0ope 'nspe0tion, 6ombustion 'nspe0tion, #ot =as +ath 'spe0tion dan ajor 'nspe0tion. Batas
$+ Shu1 Down Ins/e41ion Paa Tur'in Gas erupakan pemeriksaan yang dilakukan pada saat unit tersebut tidak dalam pengoperasian. Shut do2n inspe0tion terdiri dari:
A+ 8o2'us1ion Ins/e41ion+ 6ombustion 'nspeksi merupakan shut do2n jangka pendek yang dibutuhkan untuk memeriksa no//le tingkat pertama, 0ombustion liner, transition pie0e dan 0ross fire tube. omponen
Bagian
Turbin se0tion yang diinspeksi adalah : . ,urbin ole untuk menginspeksi kerusakan bagian luar, korosi, gangguan pada lubang pendingin, retak dan sebagainya. -. ,urbin 4ucket untuk menginspeksi kerusakan bagian luar yang melepuh, retak, kelonggaran tempat buang dan laino//le. *. Turbine Shell and Shoud $ssembly. 1. Se0ond Stage >o//le
'nspeksi dilakukan se0ara visual dan juga dilakukan se0ara non visual. 'nspeksi se0ara visual dengan melihat perubahan yang terjadi pada komponen tanpa mata bantu, 0ukup dengan mata telanjang seperti perubahan 2arna, perubahan bentuk, keretakan dan lain lain. 'nspeksi non visual dilakukan dengan menggunakan alat bantu, seperti melihat keretakan bagian dalam suatu logam dengan mengunakan radiografi, ultrasonografi dan sebagainya. +emeriksaan komponen dilakukan dilapangan atau diruang pera2atan, bahkan pemeriksaan dapat juga dilakukan diluar pabrik, seperti pemeriksaan struktur mikro marriage bold yang dilakukan di Singapura. 'nspeksi lainnya yaitu pemeriksaan 0learan0e pada daerah sekitar first stage nole, second stage nole dan bucket turbin. 6learan0e yang diperiksa pada saat hot gas path inspe0tion tidak boleh kurang atau lebih dari ukuran yang telah ditetapkan. 6learan0e yang terlalu besar akan mengurangi efisiensi turbin sedangkan 0learan0e yang terlalu ke0il akan berpengaruh pada keselamatan turbin 2alaupun efisiensi turbin semakin besar. 8+ Ma0or Ins/e41ion $dapun pemeriksaan pada seluruh bahagian utama turbin se0ara garis besar pemeriksaan ini dilakukan pada bagian
+emeriksaan ini meliputi unsur dari 0ombustion dan hot path inspe0tion. egiatan
yang dilakukan antara lain pemeriksaan keretakan sudu rotor dan stator. 6learen0e pada no//le dan 0learen0e pada 0ompressor. +engikat dan penyekat no//le serta diafragma diperiksa dari kemungkinan adanya gesekan, pengerutan atau kerusakan yang disebabkan oleh panas. ompresor dari guide inlet fane diperiksa dari kemungkinan adanya kotoran, pengikisan, karat dan kebo0oran. Bantalan dari sheel (sekat) diperiksa 0learen0enya dan tingkat kehausan yang terjadi. Semua pemeriksaan ini dilakukan berdasarkan spesifikasi yang ditetapkan oleh pabrik.
DA-TAR PUSTAKA
1. General Electric Company, Schenectady, NY. USA, Gas Turbine Manual oo!, 1"#$. %. General Electric Company, Schenectady, NY. USA, Gas Turbine Maintenance Seminar, &a!arta 'ndonesia, 1""$. (. Maher)an *. oyce, Gas Turbine En+ineerin+ and oo!, Gul- *ro-essional *ublishin+, %%. /. 0obert . oe-t, Schenectady, NY. USA, ea2y 3uty Gas Turbine 4peratin+ and Maintenance Consideration. 5. http://www.blogsantoso.com/2013/09/teori-bekerjanya-gas-turbin e
6. http://i.wikipeia.org/wiki/!urbin"gas
