petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip...

50
MAKALAH MESIN KONVERSI ENERGI II Untuk memenuhi tugas dari Bapak Djoko Kustono Oleh: Arnoldus Sabon Ambong Kanafi Setiawan Virly Vebrian Rozabiyadi 1

Transcript of petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip...

Page 1: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

MAKALAH MESIN KONVERSI ENERGI II

Untuk memenuhi tugas dari Bapak Djoko Kustono

Oleh:

Arnoldus Sabon Ambong

Kanafi Setiawan

Virly Vebrian Rozabiyadi

1

Page 2: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah mesin konversi energi ini. Penulis juga

tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada segenap pihak karena telah banyak

membantu sehingga makalah ini dapat terselesaikan sebagaimana mestinya. Makalah mesin

konversi energi ini disusun berdasarkan apa yang penulis dapatkan dari pembelajaran mesin

konversi energi serta dari berbagai referensi yang penulis dapatkan. Dengan tersusunnya

makalah ini, penulis berharap agar kiranya ini dapat digunakan sebagai salah satu sumber

penambah ilmu, wawasan, dan pengetahuan. Disamping itu penulis mengharapkan bahwa

makalah ini tidak hanya sebagai pelengkap tugas saja melainkan dapat disebut sebagai hasil

karya yang setidaknya, dipelihara dan digunakan sebagaimana mestinya. Akhirnya penulis

sadar bahwa makalah ini belumlah sempurna, oleh karena itu demi kesempurnaan makalah

yang akan dibuat berikutnya, penulis sangat mengharapkan saran serta dukungan maupun

kritik yang sifatnya membangun dari para pembaca sehingga dengansemua itu kesempurnaan

makalah ini dapat tercapai.

2

Page 3: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

DAFTAR ISI

Pengertian Turbin Gas.....................................................................................................1

Sejarah Turbin Gas..........................................................................................................3

Komponen Turbin Gas....................................................................................................5

Variabel-variabel Kinerja Turbin Gas...........................................................................12

Prinsip Kerja Turbin Gas...............................................................................................14

Proses Pembakaran........................................................................................................18

Klasifikasi Turbin Gas...................................................................................................20

Siklus Turbin Gas..........................................................................................................22

Efisiensi Turbin Gas......................................................................................................29

Bahan Bakar, Pelumasan, Pendinginan.........................................................................31

TURBIN GAS

A. Pengertian Dan Sejarah Turbin Gas

3

Page 4: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

1. Pengertian Turbin Gas

Turbin adalah salah satu mesin termal, di mana energi panas (heat energy) yang

dihasilkan dari pembakaran bahan bakar (umumnya cair atau gas) ditransformasikan ke

roda turbin (rotor) yang menghasilkan putaran dan kerja (mekanikal). Terminologi lain

bahwa Turbin Gas adalah peralatan yang mengkonversi termal menjadi energi mekanis

dalam bentuk kerja putaran poros. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari

tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Penggunaan Turbin Gas dibagi menjadi dua, yaitu :

1. Pada bidang Aviasi (penerbangan)

Digunakan sebagai mesin yang menghasilkan daya dorong pada pesawat

terbang ( Aeroderivatif). Turbin gas dinilai sangat cocok sebagai motor propulsi

pesawat terbang karena memiliki bobot yang ringan 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.

4

Page 5: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Gambar 4. Aplikasi Turbin Gas Pada Pesawat Terbang

2. Pada bidang Industri

Turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam-macam peralatan, seperti

pompa, generator listrik, dan kompresor.

Gambar 5. Turbin gas Untuk Industri (Pembangkit Listrik)

5

Page 6: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

1. Sejarah Turbin Gas

Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida

kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa

putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian 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 salah satu

komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri

dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Menurut Dr. J. T.

Retaliatta, sistim turbin gas ternyata sudah diken al pada jaman “Hero of Alexanderia”.

Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber seorang Inggris pada tahun 1791.

Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak,

kompresorn ya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun

1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial

bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun

1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang

mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usah a

tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruan g bakar dan tekanan

gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs”

di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang instruksinya berdasarkan disain Armen

gaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran

yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung

digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, perkemban gan sistem turbin gas berjalan lambat

hingga pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana

diperoleh efisiensi sebesar lebih kurang 15 %. Pesawat pancar gas yang pertama

diselesaikan oleh “British

Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle

(tahun 1930). Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai

keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang

dan lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi yang

relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk

pusat tenaga listrik.

6

Page 7: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

2. Kelebihan turbin gas

·Efisien

·Rasio kompresi tinggi ( 20:1 )

·Simple

·Relatif ringan bobotnya.

3. Kekurangan Turbin Gas

·Desain kompleks

·Mahal

7

Page 8: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

3. Komponen Turbin Gas

1. Komponen-komponenUtama padaTurbingas

Ada 3 komponen utama yang menunjang kerja Turbin Gas, yaitu:

1. Kompresoraksial

Yang dimaksud aliran axial adalah bahwa jalan aliran udara arahnya paralel atau

memanjang searah dengan shaft dari rotor .Kompresor aksial terdiri dari beberapa

tingkat (dapatmencapai30tingkat), masing-masing tingkat terdiri dari satu baris sudu

gerak pada rotor, dan satu baris sudu tetap pada stator untuk memperoleh efisiensi yang

tinggi diperlukan rasio kompresi yang tinggi. Namun, karena dalam satut ingkathanya

dapat memberikan kenaikan tekanan yang kecil, maka kenaikan tekanan yang

diperoleh dalam satubaris sudu tidak besar. Dengan demikian untuk memperoleh

effisiensi yang tinggi diperlukan beberapa tingkat kompresor aksial dalam seri.

Komponen utama sebuah kompresor aksial adalah rotor dengan sudu– sudu gerak dan

stator dengan sudu–sudu tetap. Penampang suduber bentuk airfoil. Biasanya sudu

dipasangkan longgar pada rotor untuk memberi ruang pemuaian saat sudah panas

ketika beroperasi [2 &3].

2. Ruang bakar

Ruang bakar sangat menentukan mutu gas pembakaran,bukan hanya dari segi

energi yang disediakan tetapi juga emisi gas buangnya.Untuk menjamin hal tersebut

maka ruang bakar turbin gas harus memenuhi syarat-syarat berikut ini:

1. Efisiensi pembakaran yang tinggi, bahan bakar harus terbakar sempurna sehingga

semua energi kimia dapat dikonversi menjadi energi panas.

2. Distribusi temperatur keluar ruang bakar yang sama.

3. Emisi polutan (CO, NoX, SoX) dan asap yang rendah

4. Harga yang murah dan mudah perawatannya. Maka konstruksi harus sederhana

serta dibuat dari material yang tidak mahal.

5. Tahan lama. Konstruksi dan material yang baik serta pendinginan yang baik.

8

Page 9: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Ada beberapa jenis ruang bakar :

1. Tubular

Konstruksi yang tegar dan kuat

Aliran bahan bakar dan aliran udara mudah dipadukan.

Berat total material ringan

Mudah pemeriksaan dan penggantian.

Volume dan penampang frontal besar

Gambar 6.melintang titik nyala pada ruang bakar tubular

Gambar 7. Potongan gambar ruang bakar tubular

2. Anular

Penampang frontal minimum

Penyalaan lebih mudah

Relatif tidak banyak membentuk asap

Pendinginan dan pembersihannya lebih mudah

9

Page 10: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Gambar8. Gambar melintang pada ruang bakar anular[3]

Gambar9.Potongan gambar ruang bakar anular[1]

3. Tubo-anular atau kanular

Pola aliran bahan bakar dan aliran udara mudah disesuaikan

Gambar10.Gambar melintang titik nyala pada ruang bakar tubo anular atau

10

Page 11: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

kanular

Gambar11.Potongan gambar ruang bakar tuboanular atau kanular

Ruang bakar terdiri dari tabung luar dan tabung dalam, tabung luar merupakan

bungkus dan sekaligus struktur penyangga ruang bakar. Sedangkan tabung dalam

membentuk atau membatasi ruang dimana proses pembakaran itu berlangsung.

Didalam tabung dalam terdapat penyemprot bahan bakar dan penyala, dan pemegang

nyala (flameholder) yang berfungsi memperlambat aliran, membentuk vorteks atau

turbulensi, sehingga api pembakaran terbakar sempurna dantetap

ditempat.Hanyasekitar20–30%udarayang digunakan untuk pembakaran pada beban

penuh (fullload). Sedangkan sisanya akibat panas dari api pembakaran akan

mengembang atau berekspansi melalui sudu-sudu turbin. Udara yang digunakan untuk

pembakaran itulah yang disebut P r i m a r yAir dan jumlahnya diatur oleh banyak dan

besarnya lubang-lubang combustor, tempatur dara tersebut masuk kedaerah

pembakaran.

Sebelum digunakan untuk proses pembakaran, sebagian dari primary air

diarahkan melalui lubang-lubang disekeliling combuster untuk membentuk selubung

(layers) udara yang berfungsi untuk melindungi dinding kombustor dari sentuhan api.

Disebelah bawah kombustor, dimasukkan aliran udara yang disebut S ec o nd a r yAir.

Aliran udara ini bercampur dengan gas panas hasil pembakaran (primary air), untuk

mencegah masuknya aliran yang sangat panas ke dalam turbin. Udara sekunder

(cooling air) tersebut juga berfungsi mendinginkan ruang bakar, nozzle blade, dan

turbine disc.

Tanpa adanya aliran udara tersebut maka ruang bakar akan menjadi bola api

yang besar yang bertemperatur kira-kira 3500 derajat Fahrenheit (1927deg.C). Letak

penyala pada kombuster ditetapkan berdasarkan pengalaman dan pengujian, yaitu

11

Page 12: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

ditempat dimana campuran bahan bakar–udara paling mudah terbakar tetapi juga

dilindungi dari api yang panas. Hal tersebut disebabkan karena fungsi penyala adalah

menyalakan campuran bahan bakar–udara sampai terjadi pembakaran yang tetap atau

stabil, setelah itu tidak bekerja atau dimatikan [2 &3].

3. TurbinAksial

Bagian turbin merubah panas dari pembakaran diruang bakar menjadi tenaga putar

mekanis. Sama seperti kompresor, bagian turbin juga terdiri dari beberapa deret sudu-

sudu yang berputar dan tidak berputar. Sudu-sudu yang berputar tersebut disebut

rotorblade dan sudu-sudu yangtidak berputar pada turbin disebut nozzle. Karena proses

aliran gas didalam turbin adalah ekspansi, sudu turbin dapat dibuat dengan sudut belok

lebih besar dari pada sudu kompresor. Hal tersebut memungkinkan konversi energi

pertingkat yang lebih besar pula. Maka tidak mengherankan jika satu tingkat turbin

dapat menghasilkan daya untuk menggerakkan 12 atau lebih tingkat kompresor dengan

effisiensi yang cukup tinggi.Perlukiranya disebutkan disini bahwa pada unit daya

tinggi, turbin dibuat dengan beberapa tingkat karena keterbatasan kemampuan satu

tingkat turbin untuk menyerap semua energi gas yang tersedia itu sekaligus secara

efisien [2 &3].

2. KomponenPendukungTurbingas

Variable Inlet GuideVane (VIGV)

Terletak pada 1atau 2 tingkat sudu stator pertama kompresor. Berfungsi mengatur

aliran massa udara supaya bisa menyesuaikan dengan keadaan pada saat start,

akselerasi , dan deselerasi kompresor[4 &5].

12

Page 13: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Gambar12 Potongan gambar VIGV[4]

Bleed Valve

Terletak dikompresor dan sebelum diatas rumah ruang pembakardan mempunyai

saluran untuk membuang aliran udara kompresor dengan tidak melewati ruang bakar

dan bagian turbin. Berfungsi untuk mengurangi tekanan balik atau back pressure pada

kompresor dan juga mengurangi beban yang diterima turbin. Sekitar 10-15% dari

jumlah aliran udara pada saat itu dibuang [4 &5].

Gambar13.Potongan gambar Bleed valve

Pada saat pembakaran, temperatur dalam ruang bakar akan meningkat dengan

cepat. Kenaikan temperatur ini menyebabkan volume dan kecepatan aliran tersebut

bertambah besar, tapi tekanannya tetap. Dari proses pembakaran, gas mengalami

proses ekspansi yang kemudian diarahkan oleh nozzle untuk mendorong sudu-sudu

rotor turbin sehingga turbin akan berputar.

Turbin pada RRAVON adalah kombinasi dari cara impuls dan reaksi.

Pergerakan pertama dari rotor adalah dengan cara impuls, yaitu gas membentur dan

mendorong sudu rotor untuk mulai berputar, tetapi gas yang berekspansi setelah

melewati sudu akan bertambah kecepatannya sehingga menghasilkan proses reaction

yang menyebabkan perputaran secara terus-menerus. Gas yang berekspansi tersebut

kemudian memutar rotor turbin, sehingga energinya berkurang menyebabkan turunnya

tekanan dan temperatur gas tersebut setelah berekspansi.

Pada RRAVON, terdapat 3 tingkat (stage) sudu pada turbin, dimana terpasang

dalam 2 bagian shaft yang berbeda pada RRAVON 2 stage GG dan1 stage power

turbin terhubung secara split shaft. Dua tingkat sudu pertama untuk gas producer

generator dan satu tingkat terakhir untuk power turbin. Sekitar 2/3 dari jumlah tenaga

dihasilkan oleh gas producer rotor. Gas producer generator adalah stage pada turbin

13

Page 14: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

yang tenaganya digunakan untuk memutar engine kompresor dan perlengkapannya.

Misalnya compressor package, generator, pompa dan lain-lain. Dan 1/3 jumlah tenaga

sisanya pada turbin dihasilkan oleh power turbin rotor yang terletak pada turbin tingkat

3 digunakan untuk menggerakkan peralatan yang diinginkan seperti gas kompresor, dll.

Gas sisa ekspansi tersebut dikeluarkan melalui exhaust ke atmosfir [4].

Difuser

Difuser adalah alat atau saluran yang berfungsi menaikkan tekanan fluida

dengan jalan menurunkan kecepatannya. Atau, difuser adalah alat yang mengubah

energi kinetik menjadi tekanan. Difuser tidak menghasilkan atau memerlukan kerja

mekanik.

VELOCITY= DEREASING PRESSURE= INCREASING TEMPERATURE=

INCREASING

Gambar 14. Skema aliran udara dari kompresor ke ruang bakar [2]

Fungsi diffuser disini adalah untuk memperlambat kecepatan (velocity) udara.

Sehingga udara bercampur dengan bahan bakar dengan sempurna.

Nozel

Nozel adalah alat atau saluran yang berfungsi menaikkan kecepatan fluida dengan jalan

menurunkan tekanannya. Atau, nozel adalah alat untuk mengekspansikan fluida

sehingga kecepatannya bertambah besar. Sepertidifuser, nozzel tidak menghasilkan

atau memerlukan kerja mekanik ; maka untuk nozzel W=0[3, 4,&5].

14

Page 15: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Variabel-variabel Kinerja Turbin Gas [6, 7,&8] Po : Barometric Pressure, yaitu tekanan udara luar atau tekanan atmosfer diukur

sebelum masuk intake.

P1 : GG bellmouth pressure,yaitu tekanan udara pada bell mouth atau tekanan

udara yang diukur pada intake kompresor.

ΔPi : Gas generator intake depression,yaitu besarnya penurunan tekanan yang

masuk gas generator (turbin stage 1 &2) atau penurunan tekanan setelah keluar

ruangbakar.

T1 :Intake temperature, yaitu temperature udara masuk kompresor.

T2 : Compressor delivery temperatur, yaitu temprature udara keluar kompresor,

diukur pada kompresor stage ke 17.

T4 : Exhaust gas temperature, yaitu temperature gasyang keluar dari gas

generator (turbin stage ke 2) atau temperatur gas sebelum masuk power turbin.

T5 : Exhaust conetemperature, yaitu temperature gas yang keluar dari power

turbin (turbin stage ke 3).

CDP : Compressor discharge pressure (P2), yaitu tekanan udara yang keluar

dari kompresor atau tekanan udara sebelum masuk ruang bakar (kompresor stage ke

17).

P4 : Exhaust gas generator pressure, yaitu tekanan gas yang keluar dari gas

generator (turbin stage ke 2) atau tekanan gas sebelum masuk power turbin.

P5 : Exhaust conepressure, yaitu tekanan gas yang keluar dari power turbin

(turbin stage ke 3).

N1 : Compressor speed, yaitu besarnya putaran kompresor.

VIGV : Variable inletguide vane angle,yaitu besarnya sudut bukaan pada

kompresor stageke1,yang berfungsi untuk mengatur besarnya udara yang masuk ke

kompresor.

Effisiensi kompresor, yaitu besar keefektifan energi pada kompresor.

Effisiensi Thermal, yaitu besarnya keefektifan energi panas pada suatu ruang

bakar turbin gas.

15

Page 16: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Gambar15. Potongan gambar rotor kompresor [4 &5]

Gambar16. Potongan gambar rotor turbin [4 &5]

Gambar17. Potongan gambar bell mouth kompresor [4 &5]

16

Page 17: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

4. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas

1. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor

berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur

udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di

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 nozel

yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang

dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan

memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas

tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Gambar turbin gas pesawat terbang

Turbin gas yang dipakai industri dapat dilihat pada gambar 18, cara kerjanya

sama dengan turbin gas pesawat terbang. Motor starter dinyalakan untuk memutar

kompresor, udara segar terhisap masuk dan dimampatkan. Kemudian, udara mampat

dengan temperatur dan tekanan yang cukup tinggi (2000C, 6bar) mengalir masuk ruang

bakar, bercampur dengan bahan bakar. Campuran udara mampat bahan-bakar

kemudian dinyalakan dan terjadi proses pembakaran, temperatur gas pembakaran naik

drastis. Gas pembakaran dengan temperatur tinggi (6bar, 7500C) berekspansi pada

turbin, sehingga terjadi perubahan energi, dari energi panas menjadi energi putaran

17

Page 18: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

poros turbin. Gas pembakaran setelah berekspansi diturbin, lalu keluar sebagai gas

bekas. Selanjutnya, turbingas bekerja dengan putaran poros turbin, yaitu sebagai

sumber tenaga penggerak kompresor dan generator listrik.

Gambar 19. Turbin gas untuk industri (pembangkit listrik)

Persamaan turbin gasdengan motor bakar adalah pada proses pembakarannya

yang terjadi di dalam mesin itu sendiri, disamping itu proses kerjanya adalah sama

yaitu hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan buang. Perbedaannya adalah terlatak

pada kontruksinya, motor bakar kebanyakan bekerja gerak bolak balik (reciprocating)

sedangkan turbin gas adalah mesin rotasi, proses kerja motor bakar bertahap

(intermiten), untuk turbin gas adalah kontinyu dan gas buang pada motor bakar tidak

pernah dipakai untuk gaya dorong.

18

Page 19: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Gambar 20. Mesin pembakaran dalam (turbin gas dan motor bakar)

Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak betahap, semua proses yaitu hisap

kompresi, pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan. Pada motor bakar

yang prosesnya bertahap yaitu yang dinamakan langkah, langkah hisap,kompresi,

pembakaran,ekspansidan langkah buang, antara langkah satu dan lainnya saling

bergantung dan bekerja bergantian. Pada proses ekspansi turbin gas, terjadi perubahan

energi dari energi panas menjadi energi mekanik putaran poros turbin, sedangkan pada

motor bakar pada langkah ekspansi terjadi perubahan dari energi panas menjadi energi

mekanik gerak bolak-balik torak. Dengan kondisi tersebut, turbin gas bekerja lebih

halus tidak banyak getaran.

19

Page 20: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Gambar 21. Perbandingan turbin gas dan mesin diesel

Turbin gas banyak digunakan untuk mesin propulsi atau jet, mesin automotiv,

tenaga pembangkit listrik [gambar20], atau penggerak peralatan-peralatan industri

seperti penggerak kompresor atau pompa. Daya yang dihasil kan turbin gas mulai dari

250000 HP untuk pembangkit listrik sampai 5HP pada turbo charger pada mesin

motor.

Keunggulan dari turbin gas adalah mesinnya yang ringan dan ukuran yang kecil

bisa menghasilkan daya yang besar. Sebagai contoh pada gambar 2 0 adalah turbin gas

yang biasa dipakai untuk penggerak generator listrik kecil. Generator ini banyak

dipakai untuk mengantisipasi beban puncak jaringan, sehingga fungsinya bisa

menggantikan kalau terjadi pemadaman listrik. Gedung-gedung perkantoran, rumah

sakit, universitas, perusahaan dan lainnya, banyak yang menggunakan generator jenis

ini. Dibandingkan dengan penggunaan generator penggerak diesel, dengan penggerak

turbin gas ukurannya menjadi lebih kecil, sehingga bisa menghemat tempat dan mudah

dipindahkan. Pesawat terbang memerlukan mesin dengan persyaratan yang spesifik

yaitu mesin dengan daya besar untuk daya dorong, tetapi ringan juga dari segi ukuran

20

Page 21: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

harus kecil. Dengan alasan tersebut, penggunaan turbin gas pada pesawat terbang

menjadi pilihan yang tepat, dan tidak bisa digantikan jenis mesin lain. Pada industri

dan pembangkitan listrik turbin gas sangat menguntungkan karena mesin mudah

diinstal, operasinya tidak ruwet, dan tidak memerlukan ruangan yang besar.

Proses PembakaranPadagambar20, dapatdilihatdarikotruksikomponenruangbakar,apabila

digambarkanulangdenganprosespembakaranadalahsebagaiberikut :

Gambar 22. Ruang baka dan proses pembakaran turbin gas

Proses pembakaran dari turbin gas adalah mirip dengan pembakaran mesin

diesel, yaitu proses pembakarannya pada tekanan konstan. Prosesnya adalah sebagai

berikut, udara mampat dari kompresor masuk ruang bakar, udara terbagi menjadi dua,

yaitu udara primer yang masuk saluran primer, berada satu tempat dengan nosel, dan

udara mampat sekunder yang lewat selubung luar ruang bakar. Udara primer masuk

ruang bakar melewati swirler, sehingga alirannya berputar.

Bahan bakar kemudian disemprotkan dari nosel ke zona primer, setelah

keduanya bertemu, terjadi pencampuran. Aliran udara primer yang berputar akan

membantu proses pencampuran, hal ini menyebabkan campuran lebih homogen,

pembakaran lebih sempurna.

Udara sekunder yang masuk melalui lubang-lubang pada selubung luar ruang bakar

akan membantu proses pembakaran pada zona sekunder. Jadi, zona sekunder akan

menyempurnakan pembakaran dari zona primer. Disamping untuk membantu proses

pembakaran pada zona sekunder, udara sekunder juga membantu pendinginan ruang

bakar. Ruang bakar harus didinginkan, karena dari proses pembakaran dihasilkan

21

Page 22: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

temperatur yang tinggi yang merusak material ruang bakar. Maka, dengan cara

pendinginan udara sekunder,temperatur ruang bakar menjadi terkontrol dan tidak

melebihi dari yang diijinkan.

Pada gambar 22 diatas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran (dillute zone),

adalah zona pencampuran gas pembakaran bertemperatur tinggi dengan sebagian udara

sekunder. Fungsi udara pada sekunder pada zona itu adalah mendinginkan gas

pembakaran yang bertemperatur tinggi menjadi temperatur yang aman apabila

mengenai sudu-sudu turbin ketika gas pembakaran berekspansi. Disamping itu, udara

sekunder juga akan menambah massa dari gas pembakaran sebelum masuk turbin,

dengan massa yang lebih besar energi potensial gas pembakaran juga bertambah.

Apabila Wkinetik adalah energi kinetik gas pembakaran dengan kecepatan V, massa

sebelum ditambah udara sekunder adalah m1 maka energi kinetiknya adalah sebagai

berikut:

Wkinetik,1= m1.V²

2

Dengan penambahan massa dari udara sekunder m2, maka energi kinetik menjadi

Wkinetik,1= (m1+m2).V²

2

Jadi dapat dilihat Wkinetik,2 (dengan udara sekunder) lebih besar dari Wkinetik,1

(tanpa udara sekunder).

Dari uraian diatas, terlihat proses pembakaran pada turbin gas memerlukan

udara yang berlebih, biasanya sampai 30% dari kondisi normal untuk proses

pembakaran dengan jumlah bahan bakar tertentu. Kondisi ini akan berkebalikan,

apabila udara pembakaran terlalu berlimpah (lebih 30%), udara justru akan

mendinginkan proses pembakaran dan mati, karena panas banyak terbuang keluar

melalui gas bekas yang bercampur udara dingin sekunder. Dengan pemikiran yang

sama, apabila udara jumlah udara kurang dari normal, yaitu terjadi over heating,

material ruang bakar dan sudu-sudu turbin bekerja melampaui kekuatannya dan ruang

bakar bisa pecah, hal ini berarti turbin gas berhenti bekerja atau proses pembakaran

terhenti.

22

Page 23: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Secara 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 (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar

melalui nozel (nozzle).

Pembuangan gas (exhaust) 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. Kerugian-kerugian tersebut dapat

terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara

lain:

Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan

(pressure losses) di ruang bakar.

Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan

terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.

Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur

dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.

Adanya mechanical loss, dsb.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya.

Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)

Turbin gas siklus terbuka (Open 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,

23

Page 24: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk

kembali ke dalam proses awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan

energi listrik untuk keperluan proses di industri.

Turbin Gas Poros Ganda (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.

Siklus-Siklus Turbin Gas

24

Page 25: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

a. Siklus Ericson

Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses

isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik

(reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di

dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth

= 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.

b. Siklus Stirling

Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat

balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama

dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.

c. Siklus Brayton

Siklus 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. Siklus Brayton ini terdiri

dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada

tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara

berikut.

25

Page 26: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik). Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma

(h2 – h1). Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor

yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2). Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik didalam

turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1,

pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR =

(ma + mf) (h4 – h1)

A. Siklus Termodinamika Turbin Gas

Turbingas merupakan suatu mesin yang bekerja mengikuti siklus termodinamik

Brayton. Adapun siklus termodinamikanya pada diagram p-v dan t-s adalah sebagai

berikut[gambar24]:

Gambar 24. Diagram p-v dan T-s

Urutan proses kerja sistem turbin gas [gambar 24] adalah:

1-2 Proseskompresiadiabatisudarapadakompresor,tekanan udara naik [A]

2-3 Proses pembakaran campuran udara dan bahan-bakar pada tekanan konstan,

dihasilkan panas pada ruang bakar [B]

3-4 Proses ekspansi adiabatic gas pembakaran pada turbin dihasilkan

Kerja turbin berupa putaran poros dan gaya dorong, tekanan turun [C]

4-1 Proses pembuangan kalor pada tekanan konstan [D]

26

Page 27: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Dari diagram T-S dapat dilihat setelah proses kompresi pada kompresor

temperatur naik yaitu T2 dari tempertur atmosfer T1 dan tekanan naik dari p1 menjadi

p2, tempertur dan tekanan ini diperlukan untuk proses pembakaran. Setelah bahan

bakar disemprotkan dan bercampur dengan udara mampat didalam ruang bakar dan

dinyalakan, terjadi proses pembakaran, temperatur naik lagi sampai T3. Temperatur T3

adalah temperatur gas pembakaran yang akan masuk turbin, temperatur ini dibatasi

oleh ketahanan material turbin pada suhu tinggi. Setelah proses ekspansi pada turbin,

temperatur gas sisa menjadi turun sampai T4 dan temperature gas sisa ini masih tinggi

diatas temperature T1.

Ada banyak tipe turbin gas,tetapi dengan prinsip kerja yang sama, yaitu mengikuti

siklus Bryton. Siklus tersebut adalah siklus dasar yang menjadi patokan dalam

perancangan turbin gas. Secara teoritis kelihatan tidak ada kesulitan, tetapi pada

kenyataannya, pembuatan turbin gas menemui banyak kesukaran, terutama yang

berhubungan dengan efisiensi pemakaian bahan bakar dan ketersedian material yang

bekerja pada temperatur tinggi. Dengan berbagai alasan dan tujuan, banyak tipe turbin

gas yang dikembangkan. Adapun beberapa alasan tersebut adalah

1. Pemakaian bahan bakar harus lebih bervariasi tidak hanya untuk bahan bakar cair

dan gas saja atau untuk mencegah singgungan fluida kerja dengan lingkungan,

khususnya untuk bahan bakar nuklir. Untuk keperluan tersebut, dibuat turbin gas

terbuka dan tertutup atau turbin gas langsung dan tidak langsung.

2. Pemakaian turbin gas yang semakin meluas, disamping sebagai pembangkit daya

dorong dan pembangkit listrik, turbin gas sekarang banyak digunakan untuk pengerak

mula, contohnya penggerak pompa dan kompresor pada industri-industri atau pusat

pembangkit tenaga (power plant). Untuk keperluan tersebut, dibuat turbin gas dengan

model satu poros dan dua poros.

27

Page 28: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

A. Turbin gas sistem terbuka (langsung dan tidak langsung)

Gambar 25. Bagan kerja turbin gas sistem terbuka langsung

Pada sistem turbin gas terbuka langsung [gambar 22], fluida kerja akan keluar masuk

sistem yaitu udara lingkungan masuk kompresor dan gas bekas keluar turbin ke

lingkungan. Ruang bakar menjadi satu dengan sistem turbin gas dan bahan bakar yang

digunakan terbatas yaitu hanya bahan bakar cair dan gas. Bahan bakar tersebut sebelum

digunakan sudah dimurnikan, sehingga tidak mengandung unsur-unsur yang

merugikan.

Permasalahan turbin gas sistem terbuka terfokus pada proses pendinginan ruang bakar

dan sudu-sudu turbin. Disamping itu, karena gas pembakaran langsung bersinggungan

dengan material turbin, permasalahan korosi dan abarasi pada sudu turbin menjadi

sangat penting, jika hal ini diabaikanakan berakibat fatal dan sangat merugikan, yaitu

sudu-sudu turbin bisa bengkok atau patah. Kalau hal tersebut terjadi, daya turbin

menurun, dan secara keseluruah efisien kerja menjadi rendah.

Turbin gas sistem terbuka banyak dipakai untuk mesin pesawat terbang, karena

28

Page 29: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

bentuknya lebih simpel, ringan dan tidak banyak memakan tempat, hal ini cocok

dengan pesyaratan turbin gas untuk pesawat terbang. Bahan bakar padat tidak

disarankan untuk digunakan pada sistem turbin gas terbuka langsung, karena hasil

pembakaran banyak mengandung partikel yang bersifat korosi terhadap material turbin,

yang dapat merusak sudu turbin. Kendala tersebut dapat diatasi dengan memisahkan

ruang bakar dengan saluran fluida kerja, dengan kata lain, fluida kerja masuk turbin

dikondisikan tidak mengandung gas hasil pembakaran. Untuk keperluan tersebut,

dibuat turbin gas sistem terbuka tak langsung. Dengan sistem ini, proses pembakaran

berlangsung sendiri di dalam ruang bakar yang terpisah dengan saluran fluida kerja

yang akan masuk turbin. Energi panas dari porses pembakaran akan ditransfer ke fluida

kerja secara langsung atau menggunakan alat penukar kalor.

Model transfer energi panas dari ruang bakarke fluida kerja secara lansung adalah

sebagai berikut. Pipa-pipa yang berisi fluida kerja udara mampat dari kompresor

dilewatkan keruang bakar atau dapur. Panas dari proses pembakaran ditransfer secara

langsung ke fluida kerja didalam pipa-pipa, temperatur fluida akan naik sampai nilai

tertentu sebelum masuk turbin.

Untuk model transfer panas dengan penukar kalor, banyak diaplikasikan pada

turbin gas berbahan bakar nuklir. Ruang bakar berbahan bakar nuklir sering disebut

dengan reaktor. Didalam reaktor nuklir terjadi reaksi fusi yang menghasilkan panas

yang tinggi, panas yang tinggi tersebut ditransfer ke fluida yang sekaligus berfungsi

sebagai pendingin reaktor, fluida tersebut sering diistilahkan sebagai fluida primer.

Kemudian, fluida primer bersuhu tinggi dialirkan kealat penukar kalor. Didalam alat

penukar kalor terdapat pipa-pipa berisi fluida kerja bersuhu rendah, untuk fluida ini

sering disebut sebagai fluida sekunder. Dengan kondisi tersebut, terjadi tranfer panas

dari fluida primer bersuhu tinggi ke fluida sekunder bersuhu rendah.

Pada gambar 25, adalah contoh skema untuk turbin gassistem terbuka. Dapat dilihat

fluida kerja yang dipakai adalah udara. Udara masuk kompresor, dan keluar sebagai

udara mampat pada titik 2. Udara bertekanan tinggi tersebut masuk ruang bakar dan

menyerap panas dari proses pembakaran, lalu keluar ruang bakar dengan temperatur

tinggi pada titik 3. Selanjutnya, fluida kerja masuk turbin dan berekspansi untuk

memberikan energinya ke sudu-sudu turbin. Terjadi perubahan energi, dari energi

panas fluida kerja menjadi putaran poros turbin. Sesudah berekspansi pada turbin,

fluida kerja lalu keluar turbin dengan temperatur relatif rendah ke lingkungan.

29

Page 30: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Gambar 26. Bagan kerja turbin gas sistem terbuka tak langsung

Pada gambar 26. adalah contoh sistem turbin gas tak langsung dengan penukar

kalor. Dapat dilihat, fluida kerja (fluida sekunder) yang dipakai adalah udara. Udara

masuk kompresor dan keluar sebagai udara mampat pada titik 2. Udara bertekanan

tinggi tersebut, masuk penukar kalor dan menyerap panas dari sumber panas.Sumber

panas tersebut adalah fluida primer bertemperatur tinggi yang mengalir dari reaktor.

Fluida primer ini, sebagai pembawa energi panas dari proses pembakaran bahan bakar

nuklir, yang biasa digunakan adalah air atau gas helium. Proses selanjutnya adalah

sama dengan skema gambar 23.

Gambar 27. Bagan kerja turbin gas sistem terbuka tak langsung

30

Page 31: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

B. Turbin gas sistem tertutup (langsung dan tidak langsung)

Gambar 28. Bagan kerja turbin gas sistem tertutup langsung

Sistem turbin gas tertutup langsung banyak digunakan untuk aplikasi tubin gas

dengan bahan bakar nuklir [gambar25]. Fluida kerja yang paling cocok adalah helium.

Proses kerja dari sistem tersebut adalah sebagai berikut. Helium tekanan tinggi dari

kompresor dimasukan reaktor untuk dipanasi dan sekaligus untuk pendinginan reaktor.

Setelah itu, helium berekspansi diturbin dengan melepaskan sebagian besar energinya.

Energi tersebut diubah pada sudu-sudu turbin menjadi putaran poros turbin dan

langsung menggerakan kompresor ataupun beban lainnya. Helium keluar turbin,

tekanannya sudah menurun, tetapi masih bertemperatur tinggi. Helium bertemperatur

tinggi harus didinginkan sebelum masuk kompresor, untuk keperluan tersebut,

dipasang penukar kalor. Selanjutnya, helium dingin masuk kompresor lagi untuk

dikompresi lagi.

Pada gambar 26 adalah sistem turbin gas tertutup tak langsung, sistem ini

adalah sistem gabungan antara sistem tertutup dan sistem tak langsung. Fluida kerja

primer menyerap panas dari ruang bakar atau reaktor kemudian dialirkan ke penukar

kalor, kemudian diserap oleh fluida sekunder.

31

Page 32: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

B. Efisiensi Turbin Gas

Pemakaian turbin gas banyak menguntungkan sebagai pengganti sumber

penggerak lain, seperti yang sudah diuraikan diatas,yaitu turbin gas bentuknya lebih

simple dan tidak banyak memakan tempat. Kalau dibandingkan dengan turbin uap,

turbin gas lebih mudah dioperasikan, mudah dikendalikan dan instalasinya lebih

sederhana. Akan tetapi,secara actual efisiensi turbin gas masih rendah. Sudah banyak

metode yang digunakan untuk menaikan efisiensi tersebut.

Dari gambar 6.1diagram p-v dan t-s,dapat dilihat bahwa; Pemasukan panas

berlangsung pada tekanan tetap;

qmasuk =mcp(T3−T2)

Pengeluaran panas juga pada tekanan konstan;

qkeluar =mcp(T4−T1)

Sehingga,kerja berguna dapat dirumuskan sebagai berikut;

Wberguna=qmasuk-qkeluar.=mcp(T3-T2)-mcp(T4-T1)

Efisiensi didefinisikan sebagai perbandingan kerja berguna dengan energi kalor

yangmasuk,dirumuskansebagaiberikut;

bisaditulisdalambentuk;

Dimana Cp kapasitasjenispadatekanankonstan

Dapat dilihat dari perumusan diatas, bahwa untuk menaikan efisiensi turbin gas,

kompresor yang di gunakan harus memiliki perbandingan tekanan yang tinggi,

Sehingga pemakaian bahan bakar lebih sedikit. Kenaikan perbandingan tekan tidak

selamanya menaikan daya turbin, pada perbandingan tekanan tertentu, daya turbin

mencapai maksimum, selanjutnya daya yang berguna akan kembali turun. Hal ini

dikarenakan, pada perbandingan tekanan yang tinggi diperlukan kerja kompresor yang

32

Page 33: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

besar, padahal kerja kompresor mengambil dari daya turbin. Dengan alasan tersebut,

bisa dipahami kenaikan perbandingan tekanan tidak selalu menguntungan pada nilai

tertentu.

Bagian dari kerja turbin yang digunakan untuk menggerakan kompresor

dinamakan back work ratio [gambar29]. Perbandingan daya pada turbin gas biasanya

3:2:1,3 untuk daya turbin, 2 untuk kompresor, dan 1 untuk generator listrik. Sebagai

contoh untuk menggerakan generator listrik 100kW, turbin gas harus mempunyai daya

300kW, karena harus menggerakkan kompresor sebesar 200 kW.

Gambar 29. Backwork turbin gas

Dengan alasan itu, banyak factor yang harus diperhatikan terutama untuk

mengoptimalkan kerja kompresor. Sebagai contoh, suhu masuk kompresor T1 tidak

terlalu tinggi, dengan alasan pada suhu yang tinggi kerja kompresor bekerja lebih

berat. Dengan kerja kompresor lebih berat, daya yang diambil dari daya turbin lebih

banyak sehingga mengurangi bagian yang lainnya.

33

Page 34: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Bahan Bakar, Pelumasan, Dan Pendinginan

1. Bahan Bakar

Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan

sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari

cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut

diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk

memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.

2. Pelumasan

Lube Oil System. Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara

kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-

bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya.

Lube oil system terdiri dari:

Oil Tank (Lube Oil Reservoir)

Oil Quantity

Pompa

Filter System

Valving System

Piping System

Instrumen untuk oil

Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil

guna keperluan lubrikasi, yaitu:

a. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft

pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.

b. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh

tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.

c. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua

pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.

3. System Pendingin

34

Page 35: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

Cooling System. Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan

udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan

bearing. Komponen-komponen utama dari cooling system adalah:

Off base Water Cooling Unit

Lube Oil Cooler

Main Cooling Water Pump

Temperatur Regulation Valve

Auxilary Water Pump

Low Cooling Water Pressure Swich

5. Perawatan Mesin Turbin Gas

Maintenance 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. Kerusakan yang

timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang

terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah.

Maintenance 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. Semua pabrik pembuat turbin

gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga

turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan

maintenance.

Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:

1. Preventive Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu

secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada

waktunya akan mengurangi down time dari peralatan.

Preventive maintenance dibagi menjadi:

35

Page 36: petekmesum11.files.wordpress.com · Web viewPotongan gambar bell mouth kompresor [4 &5] Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) Udara

a. Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya

bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit

produksi tetap melakukan kegiatan.

b. Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja

dihentikan pengoperasiannya.

c. Repair Maintenance. Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak

kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya

operasi.

d. Predictive Maintenance. Kegiatan 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. Corrective Maintenance. Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki

perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-

komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.

f. Break Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi

kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti

biasanya.

g. Modification Maintenance. Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu

peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau

menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan.

h. Shut Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap

peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

36