Instrumentasi Turbin Gas

download Instrumentasi Turbin Gas

of 22

Transcript of Instrumentasi Turbin Gas

MakalahKAPITA SELEKTA

Instrumentasi Turbin Gas

Agus Suharyanto111100003

Institut Teknologi IndonesiaSerpong2014KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb.

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya. Segala pujian hanya layak kita panjatkan kepada Allah SWT. sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah yang penulis beri judul Tulis Judul Makalah Anda.Dalam penyusunan makalah ini yang berjudul Instrumentasi Turbin Gas, penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan rasa berterimakasih yang sebesar-besarnya, dan kedua orang tua yang telah memberikan dukungan, moril, dan kepercayaan yang sangat berarti bagi penulis.Berkat dukungan mereka semua kesuksesan ini dimulai, dan semoga semua ini bisa memberikan sebuah nilai kebahagiaan dan menjadi bahan tuntunan kearah yang lebih baik lagi. Penulis tentunya berharap isi makalah ini tidak meninggalkan celah, berupa kekurangan atau kesalahan, namun kemungkinan akan selalu tersisa kekurangan yang tidak disadari oleh penulis.Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar makalah ini dapat menjadi lebih baik lagi. Akhir kata, penulis mengharapkan agar makalah ini bermanfaat bagi semua pembaca.

Wassalamu'alaikum Wr. Wb.

Serpong, 26 April 2014Agus Suharyanto

BAB IPENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANGSejak abad yang lalu sudah dimulai usaha untuk mengembangkan turbin gas, tetapi tidak berhasil dan perkembangannya pun dapat dikatakan agak lambat bila dibandingkan dengan tenaga uap yang mencapai kemajuan pesat dengan makin tingginya tekanan dan temperatur uap, dan harganya randemen turbin gas sudah jauh ketinggalan. Konstruksi dan cara kerjanya turbin gas sangat mudah bila terdapat didalam kertas (gambar desain), tetapi kenyataannya bila diwujudkan sangat sukar (sulit) karena ada hubungannya dengan pemakaian bahan bakar pada turbin. Akhir-akhir ini randemen dan daya yang dihasilkan turbin gas naik, karena gas yang bertemperatur tinggi, telah bisa digunakan, bekerjanya turbin langsung tergantung pada keadaan gasnya. Sekarang randemen turbin, sudah bisa mencapai sekitar 33 % dengan temperatur diruang bakar dan sebelum rangkaian sudut jalan pertama untuk turbin penggerak pesawat terbang adalah 12000 C. Sementara itu temperatur untuk turbinyang dipakai diindustri adalah 950 C. Disamping itu turbin gas sudah mempunyai arti yang sangat besar, karena untuk penggerak pesawat terbang dengan daya yang besar harus memakai turbin gas dan sudah tidak bisa diganti lagi, sebab ukuran luar dan berat turbin gas tidak bisa disaingi oleh motor bakar torak. Keuntungan penggunaan turbin gas sebagai pembangkit tenaga listrik dan sebagai penyedia panas di industri adalah mudah diinstal, proses kerjanya tidak ruwet terutama cocok untuk menanggulangi beban puncak dan dimensinya kecil. Untuk suatu hubungan antara turbin gas dengan proses peredaran turbin uap randemennya bisa mencapai lebih dari 42 %, dilihat dari segi ekonominya keadaanini sudah cukup baik. Akhirnya perlu diketahui bahwa kenyataannya proses turbin gas dengan daya yang sangat besar terdapat pada teknik tenaga nuklir dengan Helium sebagai fluids kerjanya.

1.2. TUJUAN

Adapun tujuan dari makalah ini adalah :1. Mengetahui tentang turbin gas.2. Mengetahui prinsip kerja turbin gas.3. Mengetahui bahan bakar turbin gas.4. Pengaplikasian untuk turbin gas.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Turbin gas

Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya seperti motor bakar yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang bakar dan dipakai untuk proses pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar. Energi panas tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik pada poros.Sisa gas pembakaran yang ke luar turbin menjadi energi dorong (turbin gas pesawat terbang). Jadi jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang dapat mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau dorong. Persamaan turbin gas dengan 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 terletak pada konstruksinya. 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.

Gambar 2.1 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, yaitu langkah hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan langkah buang. Antara langkah satu dan lainnya saling bergantung dan bekerja bergantian. Pada proses ekspansi turbin gas, terjadi perubahan energi dari energi panas mejadi 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 dan tidak banyak getaran.

2.2 Prinsip Kerja Turbin Gas

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 tersebutdialirkan 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 2.2 Turbin Gas

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:1. Pemanfaatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan.2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel.4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian - kerugian 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.

2.3 Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. 2.3.1 Berdasarkan siklusnya2.3.1.1 Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)Sebuah turbin gas siklus terbuka sederhana terdiri dari kompresor, ruang bakar dan turbin. Kompresor mengambil udara ambien dan menaikkan tekanannya. Panas ditambahkan pada udara di ruang bakar dengan membakar bahan bakar dan meningkatkan suhunya. Gas-gas yang dipanaskan keluar dari ruang pembakaran yang kemudian diekspan ke turbin membuat mekanik bekerja. Selanjutnya daya yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk mendorong kompresor dan aksesoris lainnya dan sisanya digunakan untuk pembangkit listrik. Karena udara ambien masuk ke kompresor dan gas yang keluar dari turbin di buang ke atmosfer, media kerja harus digantikan terus-menerus. Jenis siklus ini dikenal sebagai siklus turbin gas terbuka dan umum digunakan di sebagian besar pembangkit listrik turbin gas karena memiliki banyak kelebihan. Sangat penting mencegah debu memasuki kompresor untuk meminimalkan erosi dan deposisi pada bilah dan bagian-bagian kompresor dan turbin yang dapat merusak profil dan efisiensinya. Pengendapan karbon dan abu pada bilah turbin sama sekali tidak diinginkan karena akan mengurangi efisiensi turbin.

Gambar 2.3.1.1 Turbin gas siklus terbuka

2.3.1.2 Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)

Siklus gas turbin tertutup yang berasal dan dikembangkan di Swiss. pada tahun 1935, J. Ackeret dan C. Keller pertama kali diusulkan jenis mesin dan pabrik pertama selesai pada tahun 1944 di Zurich. Dalam turbin gas siklus tertutup, fluida kerja (udara atau gas) keluar dari kompresor dipanaskan dalam pemanas dengan sumber eksternal pada tekanan konstan. Suhu tinggi dan tekanan udara tekanan tinggi keluar dari pemanas eksternal dilewatkan melalui turbin. Cairan yang keluar dari turbin didinginkan ke suhu aslinya dalam pendingin menggunakan sumber pendingin eksternal sebelum diteruskan ke kompresor. Fluida kerja terus digunakan dalam sistem tanpa fase dan panas yang dibutuhkan diberikan kepada fluida kerja dalam penukar panas.

Gambar 2.3.1.2 Turbin gas siklus tertutup

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.

2.3.2 Berdasarkan konstruksi poros2.3.2.1 Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

Gambar 2.3.2.1 Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

2.3.2.2 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.

Gambar 2.3.2.2 Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

2.3.3 Berdasarkan aplikasi2.3.3.1 Industrial heavy-duty gas turbine Daya keluaran yang besar. Berumur panjang. Memiliki efisiensi paling tinggi dibanding tipe turbin gas lain. Tidak berisik dibandingkan dengan Aircraft-derivative gas turbine.

Gambar 2.3.3.1 Industrial heavy-duty gas turbine

2.3.3.2 Aircraft-derivative gas turbine Paling banyak digunakan pada Power Plant. Biaya instalasi yang relative murah. Peralatan start-up membutuhkan daya yang kecil. Proses start-up dan shut-down dapat dilakukan dengan cepat. Dapat meng-handle fluktuasi perubahan beban.

Gambar 2.3.3.3 Aircraft-derivative gas turbine

2.3.4 Berdasarkan kapasitas2.3.4.1 Medium-range gas turbine Kapasitas berkisar antara 5000 15000 hp (3,7 11,2 MW). Memiliki efisiensi yang cukup tinggi. Pada kompresor terdapat 10 16 tingkat sudu, dengan rasio tekanan sekitar 5 11. Biasanya menggunakan regenerator untuk meninggkatkan efisiensi.

2.3.4.2 Small gas turbine Kapasitas dibawah 500 hp (3,7 MW). Biasanya menggunakan kompresor sentrifugal. Memiliki efisiensi sekitar 20 %, karena : Efisiensi kompresor sentrifugal yang digunakan memiliki efisiensi lebih rendah disbanding kompresor aksial. Temperatur masuk pada turbin diusahakan tidak melebihi 1700 F (927 C).

2.4 Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum, yaitu:

2.4.1 Siklus EricsonMerupakan 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.

2.4.2 Siklus StirlingMerupakan 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.

2.4.3 Siklus BraytonSiklus 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:

Gambar 2.4.3 Sistem turbin gas, diagram P-v, diagram T-s Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik).Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 h1). Proses 2 ke 3Pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 h2). Proses 3 ke 4ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 h4). Proses 4 ke 1pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 h1).

2.5 Komponen Utama Turbin Gas

Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya.Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbin gas:

2.5.1 Air Inlet Section Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:A. Air inlet housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.B. Inertia separator, berfungsi untuk membersihkan debu - debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.C. Pre-filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.D. Main filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.E. Inlet bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.F. Inlet guide vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan.

2.5.2 Compressor SectionKomponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapatmenimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:A. Compressor Rotor Assembly. Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.B. Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari: Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane. Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade. Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10. Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.

2.5.3 Combustion SectionPada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :A. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.B. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.C. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.D. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.E. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.F. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.G. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.

2.5.4 Turbin SectionTurbin section merupakan tempat terjadinya konversi energy kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :A. Turbin Rotor CaseB. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.C. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.D. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.E. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energy kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.

2.5.5 Exhaust Section Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : (1) Exhaust Frame Assembly, dan (2) Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.Komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

2.5.5.1 Starting EquipmentBerfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah : Diesel Engine, (PG 9001A/B). Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03). Gas Expansion Turbine (Starting Turbine).

2.5.5.2 Coupling dan Accessory GearBerfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu: Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory geardengan HP turbin rotor. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.

2.5.5.3 Fuel SystemBahan 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.

2.5.5.4 Lube Oil SystemLube 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

Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu: Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.

2.5.5.5 Cooling SystemSistem 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.

2.6 Bahan Bakar Turbin Gas

Bahan bakar untuk turbin gas harus memenuhi persyaratan tertentu sebelum digunakan pada proses pembakaran. Persyaratan tersebut yaitu bahan bakar mempunyai kadar abu yang tidak tinggi. Dengan alasan, bahan bakar yang mempunyai kadar abu yang tinggi, pada proses pembakaran dihasilkan gas pembakaran yang mengandung banyak partikel abu yang keras dan korosif. Gas pembakaran dengan karakteristik tersebut, akan mengenai dan merusak sudu-suduturbin pada waktu proses ekspansi pada temperatur tinggi. Dengan persyaratan tersebut, bahan bakar yang memenuhi persyaratan adalah bahan bakar cair dan gas. Bahan bakar cair dan gas cenderung mempunyai kadar abu yang rendah jika dibandingkan dengan bahan bakar padat, sehingga lebih aman digunakan sebagai bahan bakar turbin gas.Seperti contoh bahan bakar yang digunakan turbin gas pada pesawat terbang, persyaratan yang harus dipenuhi adalah lebih ketat, hal ini karena menyangkut faktor keamanan dan keberhasilan selama turbin gas beroperasi. Adapun persyaratannya adalah :1. Nilai kalor per satuan berat dari bahan bakar harus tinggi. Dengan jumlah bahan bakar yang sedikit dan ringan dengan tetapi nilai kalornya tinggi sangat menguntungkan karena mengurangi berat pesawat terbang secara keseluruhan.2. Kemampuan menguap (volatility) dari bahan bakar tidak terlalu tinggi, oleh karena pada harga volatility yang tinggi bahan bakar akan mudah sekali menguap, terutama pada ketinggian tertentu. Hal ini akan membahayakan karena bahan bakar menjadi mudah terbakar. Disamping itu, saluran bahan bakar mudah tersumbat karena uap bahan bakar.3. Kemurnian dan kestabilan bahan bakar harus terjamin, yaitu bahan bakar tidak mudah mengendap, tidak banyak mengandung zat-zat seperti air, debu, dan belerang. Kandungan zat zat tersebut apabila terlalu banyak akan sangat membahayakan pada proses pembakaran. Khusus untuk belerang, zat ini akan korosif sekali pada material sudu turbin.4. Flash point dan titik nyala tidak terlalu rendah, sehingga penyimpanan lebih aman.5. Gradenya harus tinggi, bahan bakar harus mempunyai kualitas yang bagus, tidak banyak mengandung unsur-unsur yang merugikan seperti dyes dan tretaetyl lead. Dengan karakteristik bahan bakar untuk turbin gas pesawat terbang seperti yang disebutkan di atas, terlihat bahwa bahan bakar tersebut adalah bermutu tinggi, untuk menjamin faktor keamanan yang tinggi pada operasi turbin gas selama penerbangan. Kegagalan operasi berakibat sangat fatal yaitu turbin gas mati, pesawat terbang kehilangan gaya dorong, kondisi ini dapat dipastikan pesawat terbang akan jatuh. Bahan bakar pesawat yang biasa digunakan adalah dari jenis gasolin dan kerosen atau campuran keduanya, tentunya sudah dimurnikan dari unsur-unsur yang merugikan. Sebagai contoh, standar yang dikeluarkan American Society for Tinting Material Spesification (ASTM) seri D-1655, yaitu Jet A, Jet A1, Jet B. Notasi A, A, dan B membedakan titik bekunya.

2.7 Proses Pembakaran Turbin Gas

Pada gambar, dapat dilihat dari konstruksi komponen ruang bakar, apabila digambarkan ulang dengan proses pembakaran adalah sebagai berikut:

Gambar 2.7 Ruang bakar 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 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 di atas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran (dillute zone) adalah zona pencampuran gas pembakaran bertemperatur tinggi dengan sebagian udara sekunder. Fungsi udara pada zona sekunder adalah mendinginkan gas pembakaran yang bertemperatur tinggi menjadi temperatur yang aman apabila mengenai sudu-sudu turbin ketika gas pembakaran berekspansi. Udara sekunder juga akan menambah massa dari gas pembakaran sebelum masuk turbin, dengan massa yang lebih besar energy potensial gas pembakaran juga bertambah. Apabila Wkinetik adalah energi kinetic gas pemabakaran dengan kecepatan V, massa sebelum ditambah udara sekunder adalah m1 maka energi kinetiknya adalah sebagai berikut:

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 ke luar melalui gas bekas yang bercampur udara dingin sekunder. Dengan pemikiran yang sama, apabila jumlah udara kurang dari normal, yaitu terjadi overheating, material ruang bakar dan sudu-sudu turbin bekerja melampaui kekuatannya dan ruang bakar dapat pecah, hal ini berarti turbin gas berhenti bekerja atau proses pembakaran terhenti.

2.8 Aplikasi Turbin Gas

Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

Gambar 2.8 Prinsip Kerja Unit Pembangkit Turbin Gas

Gambar menunjukkan prinsip kerja PLTG. Udara masuk ke kompresor untuk dinaikkan tekanannya, kemudian udara tersebut dialirkan ke ruang bakar. Dalam ruang bakar, udara bertekanan ini dicampur dengan bahan bakar dan dibakar. Apabila digunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat langsung dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi apabila digunakan bahan bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur bahan bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran. Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi. Gas hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk disemprotkan kepada sudu-sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas ini dikonversikan menjadi energi mekanik dalam turbin penggerak generator (dan kompresor udara) dan akhirnya generator menghasilkan tenaga listrik.

BAB III: PENUTUP

3.1. KESIMPULAN Peningkatan efisiensi kompresor akan mengurangi kerja kompresi dan meningkatkan kerja ekspansi: ini akan meningkatkan kinerja turbin gas dengan meningkatkan output kerja bersih dan mengakibatkan biaya energi yang lebih rendah Pengaplikasian untuk turbin gas bisa kita jumpai pada industri, pesawat terbang dan PLTG (Pembagkit Listrik Tenaga Gas).