1 TURBIN GAS AVON I. PENDAHULUAN 1.1. Pengertian Turbin Gas Turbin gas adalah mesin pembangkit energi panas (heat engine) dimana energi panas tersebut di dalam penggunaannya dikonversikan menjadi energi mekanik (kerja). Sedangkan sebagian panas yang tidak dapat menghasilkan kerja merupakan temperatur yang rendah, maka temperatur rendah tersebut akan dilepaskan dari sistem (skema kerja heat engine ditunjukan seperti gambar 2.1). Gambar 2.1 Skema Kerja Heat Engine PenggunaanTurbin 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. 2. Pada bidang Industri Temperatur Tinggi Temperatur Rendah Temperatur yang hilang menjadi Kerja (W) 2 Turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam-macam peralatan, seperti pompa, generator listrik, dan kompresor. 1.2. Sejarah Turbin Gas Konsep dari Jet Propulsi,sebagai penggerak daya,bukan merupakan ide baru,Sejak 150 BC, pada jaman Aleksandria tercipta Aeropil Hero ( dari kata Aelos,dewa angin dan pila, bola) yang tercatat sebagai turbin uap pertama dalam catatan sejarah [1] (gambar 2.2). Gambar 2.2 Aeropil Hero dari Aleksandria [1] Pada tahun 1232 Negara Cina telah menciptakan roket sebagai senjata.Dan pada tahun 1629 Giovanni Branca menciptakan mesin penumbuk yang memanfaatkan tenaga dari uap yang keluar dari boiler mesin uap [1] (gambar 2.3). Gambar 2.3 Turbin Branca [1] Pada tahun 1687, Sir Isaac Newton menemukan 3 hukum alam terkenal yang menjadi dasar penting pengembangan turbin gas dan merancang mesin uap. Dr.F. Stolze dari Jerman merancang mesin gas turbin yang pertama kali.Turbin reaksi tersebut dirancang pada tahun 1872 tetapi baru dapat dibuat dan diuji di sekitar tahun 1904. Aegidius Elling dari Norwegia membangun turbin gas pertama yang menghasilkan daya. Sejauh ini model yang paling sukses sekarang ini 3 dirancang oleh Van Ohain dari Jerman (akhir 1930-an) dan Sir Frank Whittles dari Inggris ( awal 1940-an ) [1] (gambar 2.4). Gambar 2.4 Mesin Uap Newton [1] 1.3. Skema Turbin Gas Proses termodinamika dalam mesin turbin gas terjadi secara kontinyu.Terjadi aliran udara yang dikompres oleh kompresor secara terus-menerus, pembakaran secara terus-menerus didalam ruang bakar, dan tenaga yang dikeluarkan terus menerus di bagian turbin. Secara keseluruhan ada 4 siklus kerja di dalam turbin gas,yaitu: - Kompresor terjadi proses kompresi - Ruang Bakar terjadi proses pembakaran - Turbin terjadi proses ekspansi - Exhaust terjadi proses exhaust Udara luar (atmosfer) dihisap melalui intake, lalu udara atmosfer tersebut dikompresi melalui sudu sudu kompresor. Dan setiap stagenya udara yang dikompresi tersebut mengalami kenaikan tekanan yang sama pada setiap stagenya. Udara setelah keluar kompresor akan disalurkan utuk masuk ruang bakar, udara bertekanan tersebut berfungsi untuk membakar bahan bakar yang disemprotkan secara terus menerus. Sebelum masuk ruang bakar udara yang keluar dari kompresor akan melalui difuser untuk merubah laju aliran massa udara yang tinggi menjadi tekanan yang tinggi atau dengan kata lain merubah kecepatan menjadi tekanan. 4 Gas hasil pembakaran dari ruang bakar akan melalui jalur yang menyempit (nozzle) yang berfungsi untuk merubah gas bertekanan tinggi menjadi kecepatan untuk berekspansi pada turbin secara terus menerus. Gas hasil ekspansi akan dilepas keudara luar (atmosfer) dengan tekanan yang konstan melalui saluran (exhaust). Skema aliran massa dan energi pada turbin gas ditunjukan pada gambar 2.5 : Gambar 2.5 Aliran massa dan energi pada turbin gas. Berdasarkan termodinamika urutan proses yang terjadi didalam turbin gas dapat dinyatakan dalam suatu siklus, yang dikenal dengan siklus Brayton. Dalam siklus tersebut terdapat empat urutan proses, sebagai berikut: POWER TURBIN TURBINE COMBUSTOR SPLIT SHAFT COMPRESSOR POWER OUTPUT AIR IN EXHAUST GAS OUT FUEL 5 Gambar 2.6 Diagram P dan V (siklus Brayton). Gambar 2.7 Diagram T dan S ( siklus Brayton ) P Pressure is Incrassed Through Compressor As Volume is Produced V Q23 W34 Q41 W12 Pressure is Decrassed Through Turbine (Expantion) Heat Added Through Combustion Exhaust Heat 4 1 2 3 T (Temperatur) W12 4 3 W34 Q23 1 2 Q41 S (entrophy) 6 1 - 2 Proses kompresi: Udara luar (atmosfer) dimampatkan. Udara dimampatkan secara adiabatik yaitu jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk kedalam gas. Dan menimbulkan perubahan-perubahan variabel berikut ini. Volume mengecil (V1>V2), tekanan membesar (P1