0

TUGAS MAKALAH

TURBIN GAS

Di susun oleh:

Nama : DWI NUGROHO

Nim : 091210342

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PONTIANAK

2013

0

TUGAS MAKALAH

TURBIN GAS

Di susun oleh:

Nama : DWI NUGROHO

Nim : 091210342

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PONTIANAK

2013

0

TUGAS MAKALAH

TURBIN GAS

Di susun oleh:

Nama : DWI NUGROHO

Nim : 091210342

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PONTIANAK

2013

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja dipergunakan

langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi dengan

mesin torak, pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi.

Bagian turbin yang berputar dinamai rotor atau roda turbin., sedangkan bagian

yang tidak berputar dinamai stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di

dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan atau

memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, baling-baling atau mesin

lainnya). Di dalam turbin, fluida kerja mengalami proses ekspansi, yaitu proses

penurunan tekanan dan mengalir secara kontinu. Kerja fluida dapat berupa air, uap

air, atau gas.

Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen, antara lain:

kompresor, pompa, ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor dan turbin. Turbin

banyak di manfatkan untuk pembangkit listrik, pesawat terbang, di dalam

industry, dan lain-lain. Di dalam makalah ini, akan di bahas khusus pada turbin

gas baik dalam siklus, klasifikasi, komponen-komponen yang ada, dan prinsip

kerja dari turbin tersebut serta aplikasi turbin yang akan di gunakan.

2

B. Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mempelajari tentang

turbin gas. Manfaat penulisan makalah ini bagi penulis yaitu mendapatkan

pengertian dan penjelasan tentang karakteristik turbin gas. Sedangkan bagi para

pembaca diharapkan makalah ini dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya

pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.

3

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian 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.

4

Gambar. 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.

5

B. 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 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

6

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai

berikut:

1. Pemampatan (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 (nozzle).

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.

7

C. Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan

lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

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.

8

Gambar. Turbin gas siklus terbuka

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.

9

Gambar. 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.

Berdasarkan konstruksi poros, turbin gas 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.

10

Gambar. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

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. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Berdasarkan aplikasi dari turbin gas, diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu :

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.

11

Gambar. Industrial heavy-duty gas turbine

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. Aircraft-derivative gas turbine

12

Berdasarkan kapasitas, turbin gas diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu :

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.

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).

D. 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).

13

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:

Gambar. Sistem turbin gas, diagram P-v, diagram T-s

14

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).

E. 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 turbn gas:

1. Air Inlet Section

Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam

udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:

15

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. Compressor Section

Komponen 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 dapat

menimbulkan 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

16

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.

3. Combustion Section

Pada 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

17

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.

18

4. Turbin Section

Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi

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 Case

b. 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 energi

kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk

menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.

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

19

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:

1. Starting Equipment

Berfungsi 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. Coupling dan Accessory Gear

Berfungsi 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.

20

Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear

dengan HP turbin rotor.

Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan

kompressor beban.

3. 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.

4. 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

21

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.

5. 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.

22

F. 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-sudu

turbin 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.

Bahan bakar yang digunakan turbin gas pesawat terbang, persyaratan yang

haus dipenui 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

23

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.

24

G. Proses Pembakaran Turbin Gas

Pada gambar, dapat dilihat dari konstruksi komponen ruang bakar, apabila

digambarkan ulang dengan proses pembakaran adalah sebagai berikut:

Gambar. 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.

25

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 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 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

26

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.

H. Aplikasi Turbin Gas

Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah Pembangkit

Listrik Tenaga Gas (PLTG).

Gambar. 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

27

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.

28

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk

memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik

dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar

roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana

terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin.

B. Saran

Dalam penulisan makalah ini terdapat banyak sekali kekurangan terutama

dalam hal pembahasan turbin gas. Karena referensi yang penulis dapatkan sangat

minim sekali. Untuk itu saya harap kritik dan saran yang sifatnya membangun.

29

DAFTAR PUSTAKA

http://majarimagazine.com/2009/02/gas-turbine-engine-part-1/

http://majarimagazine.com/2009/02/gas-turbine-engine-part-2/

Sunyoto. 2008. Teknik Mesin Industri Jilid 3, [online],

(http://www.crayonpedia.org/mw/BAB_16_Turbin_Gas_Sunyoto, diakses tanggal

06 Februari 2013 )

A.K.Raja, Amit Prakash Srivastava & Manish Dwivedi. Power Plant Engineering,

[online], (http://books.google.co.id/books?id=P-

7kM_VZqxcC&printsec=frontcover&hl=id#v=onepage&q&f=false, diakses

tanggal 06 Februari 2013 )