Turbin Gas

48
Turbin gas itu adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran . Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya. Energi ditambahkan di arus gas di pembakar , di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan . Pembakaran meningkatkan suhu , kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle ) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor. Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang , kereta , kapal , generator , dan bahkan tank . Daftar isi 1 Sejarah o 1.1 Teori operasi 2 Pendahuluan 3 Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) 4 Klasifikasi Turbin Gas o 4.1 Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft) o 4.2 Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft) 5 Siklus-Siklus Turbin Gas o 5.1 Siklus Ericson o 5.2 Siklus Stirling o 5.3 Siklus Brayton 6 Perkembangan Gas Turbin 7 Komponen Turbin Gas o 7.1 Air Inlet Section. o 7.2 Compressor Section. o 7.3 Combustion Section. o 7.4 Turbin Section. o 7.5 Exhaust Section. 8 Komponen penunjang turbin gas o 8.1 Starting Equipment. o 8.2 Coupling dan Accessory Gear. o 8.3 Fuel System.

description

su

Transcript of Turbin Gas

Page 1: Turbin Gas

Turbin gas itu adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya.

Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.

Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.

Daftar isi

1 Sejarah o 1.1 Teori operasi

2 Pendahuluan 3 Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) 4 Klasifikasi Turbin Gas

o 4.1 Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft) o 4.2 Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

5 Siklus-Siklus Turbin Gas o 5.1 Siklus Ericson o 5.2 Siklus Stirling o 5.3 Siklus Brayton

6 Perkembangan Gas Turbin 7 Komponen Turbin Gas

o 7.1 Air Inlet Section. o 7.2 Compressor Section. o 7.3 Combustion Section. o 7.4 Turbin Section. o 7.5 Exhaust Section.

8 Komponen penunjang turbin gas o 8.1 Starting Equipment. o 8.2 Coupling dan Accessory Gear. o 8.3 Fuel System. o 8.4 Lube Oil System. o 8.5 Cooling System.

9 Maintenance Turbin Gas o 9.1 Preventive Maintenance. o 9.2 Repair Maintenance. o 9.3 Predictive Maintenance. o 9.4 Corrective Maintenance. o 9.5 Break Down Maintenance.

Page 2: Turbin Gas

o 9.6 Modification Maintenance. o 9.7 Shut Down Maintenance.

10 Lihat pula 11 Referensi 12 Pranala luar

Sejarah

Photo of the Metrovick Gatric first marine gas-turbine. It was installed in the Royal Navy's Motor Gun Boat MGB 2009 in 1947

Page 3: Turbin Gas

150: Hero's Engine (aeolipile) - tampaknya Pahlawan mesin uap itu dianggap tidak lebih dari satu mainan, dan dengan demikian potensi penuh tidak menyadari selama berabad-abad.

1500: The "Chimney Jack" digambar oleh Leonardo da Vinci yang memutar pemanggangan. Udara panas dari api naik melalui serangkaian penggemar yang menghubungkan dan memutar pemanggangan.

1551: Jawad al-Din menemukan sebuah uap turbin, yang ia gunakan untuk kekuasaan diri-rotating meludah. [1]

1629: Jets uap turbin yang dirotasi kemudian diputar digerakkan mesin pabrik stamping memungkinkan untuk dikembangkan oleh Giovanni Branca.

1678: Ferdinand Verbiest membangun sebuah model kereta uap mengandalkan jet kekuasaan.

1791: Sebuah paten diberikan kepada John Barber, seorang Inggris, untuk pertama turbin gas sejati. Penemuannya itu sebagian besar elemen hadir dalam turbin gas modern. Turbin ini dirancang untuk menyalakan sebuah yg tdk mempunyai kuda kereta.

1872: Sebuah turbin gas mesin ini dirancang oleh Dr Franz Stolze, tapi mesin tidak pernah berlari di bawah kekuasaan sendiri.

1894: Sir Charles Parsons dipatenkan ide mendorong sebuah kapal dengan turbin uap, dan membangun sebuah demonstrasi kapal (yang Turbinia ). Prinsip ini masih propulsi dari beberapa digunakan.

1895: Tiga 4-ton 100 kW Parsons aliran radial generator dipasang di Cambridge Power Station, dan digunakan untuk daya listrik pertama skema penerangan jalan di kota.

1903: A Norwegia, Ægidius Elling, mampu membangun turbin gas pertama yang mampu menghasilkan kekuatan yang lebih dibandingkan yang dibutuhkan untuk menjalankan komponen-nya sendiri, yang dianggap sebagai pencapaian pada masa ketika pengetahuan tentang aerodinamis terbatas . Menggunakan kompresor rotary dan turbin itu dihasilkan 11 hp (besar-besaran untuk hari-hari). Karyanya ini kemudian digunakan oleh Sir Frank Whittle.

1913: Nikola Tesla paten yang Tesla turbin berdasar pada Batas lapisan efek. 1914: Aplikasi untuk mesin turbin gas yang diajukan oleh Charles Curtis. 1918: Salah satu produsen turbin gas terkemuka hari ini, General Electric, mulai divisi

mereka turbin gas. 1920: teori praktis aliran gas melalui saluran ini dikembangkan menjadi lebih formal (dan

berlaku untuk turbin) teori aliran gas lalu airfoils oleh Dr A. A. Griffith. 1930: Sir Frank Whittle dipatenkan desain untuk turbin gas untuk jet. Karyanya pada

tenaga penggerak gas mengandalkan kerja dari semua orang yang sebelumnya bekerja di bidang yang sama dan dia telah sendiri menyatakan bahwa penemuannya akan sulit untuk mencapai tanpa Ægidius Elling karya. Pertama yang berhasil menggunakan mesin-nya pada April 1937.

1934: Raúl Pateras de Pescara dipatenkan pada free-piston mesin sebagai gas generator turbin gas.

1936: Hans von Ohain dan Max Hahn di Jerman mengembangkan desain mesin dipatenkan sendiri pada saat yang sama bahwa Sir Frank Whittle adalah mengembangkan desain di Inggris.

Page 4: Turbin Gas

Teori operasi

Turbin gas dijelaskan secara termodinamika oleh Siklus Brayton, di mana udara dikompresi isentropic sekutu, pembakaran terjadi pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi di turbin isentropically kembali untuk tekanan awal.

Dalam prakteknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan:

1. Isentropic non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan rasio, suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal.

2. Non-isentropic ekspansi: walaupun penurunan suhu turbin yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.

3. Tekanan kerugian dalam asupan udara, combustor dan knalpot: mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.

Seperti semua siklus mesin panas s, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebih besar efisiensi. Faktor pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Teknik cukup masuk ke bagian turbin menjaga dingin. Kebanyakan turbin juga mencoba untuk memulihkan knalpot panas, yang sebaliknya adalah energi terbuang. Recuperator s adalah heat exchanger s yang lulus knalpot panas ke udara terkompresi, sebelum pembakaran. Gabungan siklus desain lulus limbah panas ke uap turbin sistem. Dan gabungan panas dan kekuasaan (co-generation) menggunakan limbah panas untuk produksi air panas.

Mekanis, turbin gas dapat kurang kompleks daripada pembakaran piston mesin. Sederhana turbin mungkin memiliki satu bergerak bagian: poros / kompresor / turbin / alternatif rotor perakitan (lihat gambar di atas), belum termasuk sistem bahan bakar. Namun, manufaktur presisi yang diperlukan untuk komponen dan paduan tahan temperatur yang diperlukan untuk efisiensi yang tinggi sering membuat pembangunan turbin sederhana lebih rumit daripada mesin piston.

Lebih canggih turbin (seperti yang ditemukan di zaman modern mesin jet) dapat memiliki beberapa shaft (kelos), ratusan turbin baling, bergerak stator blades, dan sistem yang luas kompleks pipa, combustors dan penukar panas.

Page 5: Turbin Gas

Sebagai aturan umum, semakin kecil mesin semakin tinggi tingkat perputaran poros (s) yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan tertinggi. Kecepatan sudu turbin menentukan tekanan maksimum yang dapat diperoleh, hal ini menghasilkan daya maksimum yang mungkin tergantung pada ukuran mesin. Mesin jet s beroperasi sekitar 10.000 rpm dan mikro turbin s sekitar 100.000 rpm.

Thrust bantalan s dan jurnal bantalan adalah bagian penting dari desain. Secara tradisional, mereka telah hidrodinamik minyak bantalan, atau minyak-cooled bola bantalan s. Bantalan ini sedang dikalahkan oleh foil bantalan s, yang telah berhasil digunakan dalam turbin mikro dan unit daya tambahan s.

Pendahuluan

Gas-turbine engine 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 gas.

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).

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:

Page 6: Turbin Gas

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, 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

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

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.

Page 7: Turbin Gas

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.

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:

Siklus Brayton

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 di dalam 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)

Perkembangan Gas Turbin

Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya 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 usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan disain Armengaud 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, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh

Page 8: Turbin Gas

“British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).

Komponen 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:

Air Inlet Section.

Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:

Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana di dalamnya terdapat peralatan pembersih udara.

Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.

Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house,

udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang

kompresor. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang

masuk agar sesuai dengan yang diperlukan

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:

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.

Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari: o Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke

inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.o Forward Compressor Casing, bagian casing yang di dalamnya terdapat empat

stage kompresor blade.

Page 9: Turbin Gas

o Aft Casing, bagian casing yang di dalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.

o Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.

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 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 :

Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.

Combustion Liners, terdapat di dalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.

Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion

chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar

sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran

terjadi.

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 :

Turbin Rotor Case First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine

wheel. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran

udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke

second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.

Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.

Page 10: Turbin Gas

Prinsip Kerja Turbin Gas

by TechnoArt Staff

Bagi sebagian orang, mungkin turbin gas sudah tidak asing lagi bagi mereka. Namun tentu tidak bagi sebagian yang lain, mereka mungkin tidak menyadari bahwa pada saat mereka naik pesawat terbang, mesin yang digunakan kendaraan ini adalah turbin gas. Atau mungkin listrik yang mereka nikmati, tidak disadari bahwa salah satu pemasoknya adalah generator berpenggerak turbin gas. Bahkan bisa jadi kendaraan masa depan akan menggunakan turbin gas berbahan bakar ramah lingkungan (baca: WAVE: truk trailer masa depan).

Mobil Konsep Jaguar Berpenggerak Dua Gas Turbin dan Empat Motor Listrik(Sumber)

Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi potensial aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat. Fluida yang digunakan untuk menggerakkan turbin antara lain adalah gas, air, uap air, dan angin. Perbedaan jenis fluida inilah yang membedakan

Page 11: Turbin Gas

tipe-tipe dari turbin, dimana salah satunya adalah turbin gas.

Rotor Turbin Gas(Sumber)

Prinsip kerja dari turbin gas tidak jauh berbeda dengan turbin-turbin yang lain. Putaran dari rotor turbin, diakibatkan oleh adanya gas bertekanan yang melewati sudu-sudu turbin. Gas dengan tekanan tinggi didapatkan dari pembakaran bahan bakar dengan udara, sesaat sebelum masuk turbin. Ekspansi udara hasil proses pembakaran inilah yang digunakan untuk menggerakkan

Page 12: Turbin Gas

sudu-sudu turbin.

Aliran Fluida Kerja Turbin Gas

Turbin gas menggunakan udara atmosfer sebagai media kerjanya. Udara masuk melalui sisi inlet akibat terhisap oleh kompresor. Kompresor ini berfungsi untuk memampatkan udara hingga mencapai tekanan tertentu. Biasanya, tekanan di akhir sudu kompresor mencapai 30 kali tekanan inlet kompresor. Pada sisi akhir kompresor udara bertekanan akan melewati difuser. Difuser ini berfungsi untuk mendukung kompresor meningkatkan tekanan udara.

Area Pembakaran Turbin Gas(Udara bertekanan mengalir dari kanan ke kiri)

Page 13: Turbin Gas

Proses selanjutnya adalah masuknya udara bertekanan yang keluar dari kompresor untuk menuju area pembakaran (biasa disebut combustion chamber). Di area ini, dilakukan injeksi bahan bakar diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut di dalam udara. Pembakaran ini mengakibatkan terjadinya ekspansi dari udara sehingga volume udara hasil pembakaran meningkat, dan tentu saja temperaturnya yang juga meningkat. Proses pembakaran di dalam chamber tidak akan meningkatkan tekanan udara, karena peningkatan volume udara akibat pemanasan cepat mengakibatkan udara berekspansi ke sisi turbin. Sedangkan kenaikan suhu udara hasil pembakaran, mengindikasikan kandungan energi dalam udara (entalpi) yang naik pula. Energi inilah yang akan dikonversikan menjadi tenaga putaran poros oleh turbin gas.

Udara hasil pembakaran selanjutnya masuk ke sisi turbin. Turbin gas terdiri atas beberapa stage sudu. Stage pertama yang dilewati oleh udara pembakaran disebut sisi high pressure stage (tekanan tinggi), sedangkan sudu yang paling akhir disebut dengan sisi low pressure stage (tekanan rendah). Sudu-sudu dari tiap stage turbin uap berfungsi sebagai nozzle, yang akan mengubah energi panas yang terkandung di dalam udara hasil pembakaran untuk menjadi energi gerak. Selain sisi rotor, sudu turbin juga terdapat pada sisi stator. Untuk lebih memahami bagaimana proses perubahan energi panas menjadi energi gerak putaran pada poros turbin, baca artikel berikut.

Kompresor dan Turbin Gas Berada Pada Satu Shaft

Kompresor pada sistem turbin gas, berada pada satu poros (shaft) dengan turbin. Sebagian energi mekanis berupa rotasi poros yang dihasilkan oleh turbin, digunakan untuk memutar rotor kompresor. Pada pembangkit listrik, sebagian energi mekanis digunakan untuk memutar

Page 14: Turbin Gas

generator yang juga berada satu poros dengan turbin dan kompresor.

Animasi Mesin Turbojet Pesawat Terbang(Sumber)

Berbeda dengan mesin turbojet pesawat terbang, sebagian kecil energi panas udara hasil pembakaran digunakan untuk memutar turbin, yang selanjutnya energi putaran tersebut digunakan untuk memutar kompresor. Sebagian besar energi panas pada udara hasil pembakaran mesin jet digunakan untuk mendorong pesawat, dimana pada sisi keluaran turbin berbentuk nozzle. Nozzle ini berfungsi untuk meningkatkan kecepatan dorong gas buang, sehingga mendapatkan gaya dorong yang lebih besar bagi pesawat.

Page 15: Turbin Gas

Mesin Turbojet Pesawat Terbang

Turbin gas

Turbin gas/ Gas-turbine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan memanfaatkan kompresor dan mesin pembakaran internal. Di dalam turbin gas, energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar sudu turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas terdiri dari tiga komponen utama, yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin.

 

Page 16: Turbin Gas

Sistem Turbin Gas

Turbin gas digunakan sebagai penggerak generator listrik. Agar turbin dapat berputar, dibutuhkan beberapa komponen yang lain. Turbin gas merupakan serangkain komponen yang dirangkai menjadi kesatuan yang dinamakan siklus brayton. Siklus ini terdiri dari kompresor, combuster, dan turbin.  Agar turbin gas dapat beroperasi dengan baik dan seefisien mungkin, turbin gas diperlukan peralatan-peralatan lain seperti lubrication system, control system, cooling system, fuel system, dan lain-lain.

Pada pembangkit listrik, turbin gas tidak hanya digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Akan tetapi turbin gas ini juga digunakan sebagai pemanas ada HRSG (Heat Recovery SteamGenerator). Temperatur pada sisi exhaust

Page 17: Turbin Gas

turbine masih cukup tinggi. Apabila gas sisa dari turbin gas dibuang ke atmosfir akan sia-sia.

FUNGSI DAN PRINSIP KERJA TURBIN GAS  

Dalam aplikasinya, turbin gas tidak dapat bekerja tanpa komponen kompresor dan ruang bakar/combuster. Ketiga komponen tersebut membentuk siklus yang dikenal dengan nama ”Siklus Brayton”. Fungsi dan prinsip kerja dari siklus ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Page 18: Turbin Gas

Skema Turbin Gas

Turbin gas pada kondisi ideal memanfaatkan gas bertekanan yang didapat dari udara atmosfir yang dimampatkan dengan menggunakan kompresor pada kondisi isentropik (reversibel adiabatik/entropi konstan). Udara yang bertekanan tinggi ini kemudian dibakar dalam ruang bakar pada tekanan tetap. Dari ruang bakar, gas yang sudah dibakar bersama dengan bahan bakar diekspansikan ke turbin sebagai penggerak beban generator. Apabila digambar dalam diagram P-V dan T-S, siklus turbin gas akan terlihat seperti gambar dibawah ini:

Diagram P-V dan T-S Turbin Gas Ideal

proses 1-2 : Proses pemempatan udara secara isentropik dengan menggunakan kompresor

Page 19: Turbin Gas

proses 2-3 : Pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Pemasukan bahan baker ini dilakukan di dalam combuster

proses 3-4 : Proses ekspansi gas hasil pembakaran (dari combuster). Ekspansi gas panas hasil pembakaran dilakukan pada turbin. Ekspansi dilakukan dalam kondisi isentropik.

proses 4-1 : Proses pembuangan panas pada tekanan konstan.

Pada proses pemampatan udara (proses 1-2), secara termodinamika kompresor membutuhkan kerja sebesar selish entalpi antara inlet kompresor dengan exhaust kompresor. Pada combuster (proses 2-3) terjadi pemasukan kalor dari pembakaran bahan bakar bersama-sama dengan udara yang dimampatkan. Sedangkan pada proses ekspansi pada turbin (proses 3-4), gas hasil pembakaran digunakan sebagai tenaga untuk memutar sudu-sudu pada rotor turbin. Rotor yang berputar ini akan memutar poros/shaft yang akan memutar poros generator. Generator inilah yang akan membangkitkan listrik. Isentropik merupakan kondisi entropi yang terjadi konstan. Secara matematis kerja dan panas yang dihasilkan atau

Page 20: Turbin Gas

dilepaskan pada siklus brayton dituliskan sebagai berikut.

Kerja yang dilakukan kompresor Wc= ma (h2-h1).

Kalor yang diberikan pada Combuster Qc= (ma+mf)(h3-h2)

Kerja yang dihasilkan turbin Wt= (ma+mf)(h3-h4)

dimana ma adalah massa dari udara dan mf adalah massa bahan bakar. Namun pada aplikasi di lapangan, siklus secara ideal ini sangat sulit tercapai. Entropi akan naik dan tekanan akan turun. Apabila dinyatakan dalam T-s dan diagram akan terlihat seperti gambar berikut: 

Diagram T-S Turbin Gas Aplikasi

Page 21: Turbin Gas

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 performansi turbin gas itu sendiri jika dibanding dengan kondisi ideal. 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.

Prinsip Kerja Kompresor

Kompresor yang biasanya dipakai pada turbin gas adalah axial compressore dan centrifugal compressore. Pada axial compressore, bentuk dari sudu-sudu rotor mendekati bentuk dari airfoils. Secara global kompresor bekerja dengan cara menyedot udara kemudian mendorong udara ini ke sudu tetap. Pada sudu tetap ini, bentuknya menyerupai bentuk dari difusor. Difusor ini berfungsi untuk memperbesar tekanan dan

Page 22: Turbin Gas

menurunkan kecepatan dari udara (prinsip bernoully aparatus). 

Prinsip Kerja Combuster

Dari kompresor, udara bertekanan dibawa ke ruang bakar (combuster). Di ruang bakar, udara bertekanan dibakar bersama dengan fuel/bahan bakar. Bahan bakar yang umum dipakai dalam ruang bakar ini adalah gas alam (natural gas). Selain gas alam, bahan bakar yang biasa dipakai sebagai bahan bakar adalah fuel oil/ minyak (dengan efisiensi tinggi). Bahan bakar yang dibakar berfungsi untuk menaikkan temperatur. Combuster didesain untuk menghasilkan campuran, pengenceran dan pendinginan sehingga gas yang keluar dari ruang bakar merupakan temperatur rata-rata dari campuran. Panjang dari ruang bakar didesain dengan mempertimbangkan waktu dan tempat yang cukup untuk bahan bakar bisa terbakar sempurna dan memudahkan pemantik untuk membakar bahan bakar menjadi lebih mudah. Desain ruang bakar juga mempertimbangkan masalah residu pembakaran. Desain ruang bakar harus mempertimbangkan bagaimana mereduksi gas NOx.

Page 23: Turbin Gas

Prinsip Kerja Turbin

Pada turbin gas, temperature and preassure drop, dikonversi diubah menjadi energi mekanik. Konversi energi berlangsung dalam dua tahap. Pada bagian nosel, gas panas mengalami proses ekspansi. Sedangkan energi panas diubah menjadi energi kinetik. Hampir 2/3 dari kerja yang dibutuhkan dari siklus ini diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Oleh karena itu, kerja output dari turbin, dipakai untuk menggerakkan poros penggerak beban, hanya mempresentasikan 1/3 dari kerja siklus.

Pada turbin, khususnya pada 1st stage, yang menggerakkan bucket dan disc, harus mampu menahan temperatur yang cukup ekstrim (2200°F/ 1204°C). Temperatur yang sangat tinggi ini juga bercampur dengan kotoran/ kontaminan dari udara dan bahan bakar sehingga sangat rawan terkena korosi. Kontaminasi ini sangat sulit untuk dikontrol,sehingga dibutuhkan bahan paduan/alloys dan proses coating yang cukup bagus untuk melindungi material dari korosi dan memaksimalkan umur dari komponen ini.

Page 24: Turbin Gas

Cogeneration Pembangkit Listrik yang IdealHome Halaman Muka

Sajian Utama Komputer Komunikasi Elektronika

Produksi listrik dari pembangkit yang menggunakan bahan bakar fosil adalah proses yang relatif tidak efisien. Hal ini disebabkan karena pada operasi pembangkit itu energi panas sebagai hasil sampingan dalam bentuk uap yang terbuang begitu saja ternyata jauh lebih besar daripada energi listrik sebagai tujuan utama pembangkit itu. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa pada operasi pembangkit dapat dikatakan jika setiap kWh energi listrik yang diproduksi maka ada dua kWh lainnya dalam bentuk energi termal yang akan dibuang ke lingkungan sebagai gas buang. Adapun pembangkit yang besar menghasilkan uap panas adalah pembangkit dengan turbin uap tekanan balik (back pressure turbine). Di mana panas yang terbuang itu tediri dari radiasi dan kerugian yang bertumpuk pada generator uap. Dengan demikian tenaga listriknya kecil sehingga rasio antara listrik dan panasnya yang disebut efisiensi rendah. Perbaikan efisiensi pada mulanya dilakukan dengan cara mengurangi biaya pembangkit, biaya bahan bakar dan biaya pemeliharaan. Peningkatan efisiensi bisa juga dilakukan dengan teknologi sederhana yaitu dengan cara menggunakan material dan komponen berkualitas tinggi. Sedangkan efisiensi akan lebih tinggi jika dilakukan dengan meningkatkan teknologi energi daripada melalui peningkatan boiler bertekanan tinggi atau turbin kondensasi.

Gambar 1

Seperti pada pembangkit batu bara yang pada mulanya memiliki efisiensi 20% kemudian setelah dilakukan perbaikan pada bagian spesifikasi penguapan maka efisiensinya bisa meningkat menjadi 30%. Di sisi lain karena adanya kemajuan teknologi pada pembangkit tenaga uap konvensional sehingga batu bara muda bisa digunakan sebagai bahan bakar. Kemudian pembuangan gasnya dilakukan melalui sebuah menara pendingin akibatnya efisiensi pembangkit bisa menjadi 45%.

Efisiensi untuk pembangkit PLTU yang kecil adalah 28% dan untuk PLTU konvensional yang menggunakan turbin uap dan boiler umumnya mempunyai efisiensi sekitar 35%. Untuk pembangkit tenaga turbin uap yang dapat mengoperasikan zat cair dan gas dalam ruangan pembakaran bertekanan uap 250 bar dan suhu 535ºC akan menghasilkan efisiensi sebesar 40%. Sementara itu dalam air pendingin PLTU (kondensor) mengandung panas 55%. Sementara itu PLTD memiliki efisiensi 30%, gas buang PLTD mengandung panas 25%, dan

Page 25: Turbin Gas

air pendinginnya 33%. Suatu PLTG umumnya memiliki efisiensi 25 - 30% dan PLTG modern di mana suhunya 1110ºC memiliki efisiensi 32 - 33% sedang gas buang PLTG mengandung panas 75%. Berarti kehilangan energi termal terbesar dalam bentuk gas buang terjadi pada turbin gas. Dengan demikian pembangkit yang banyak mengeluarkan (menghasilkan) panas adalah PLTG. Jika gas buang itu mencapai suhu 500º C maka gas buang itu bisa digunakan untuk memanaskan sebuah boiler PLTU. Berarti untuk meningkatkan efisiensi pembangkit bisa dilakukan dengan memanfaatkan panas yang terbuang. Untuk itu teknologi yang bisa memanfaatkan energi panas yang terbuang adalah kogenerasi.

Gambar 2

Cogeneration adalah teknologi untuk meningkatkan efisiensi pembangkit. Melalui cogeneration ini ternyata efisiensi dari bahan bakar yang digunakan pembangkit bisa mencapai 80%, akibatnya biaya produksi menjadi murah. Hal itu dilakukan dengan cara mengolah energi panas yang berasal dari gas buang pembangkit termal.

Dari pengolahan itu dihasilkan dua macam energi panas :

1. Panas yang bisa digunakan untuk kebutuhan industri2. Panas yang dialirkan ke pembangkit sehingga penggunaan bahan

bakar untuk pemanasan pembangkit bisa dihemat.

Hal inilah yang menyebabkan efisiensi pembangkit konvensional meningkat. Dengan demikian biaya bahan bakar yang harus dikeluarkan pembangkit yang menggunakan cogeneration bisa dihemat.

Sedangkan keunggulan cogeneration adalah:

1. Teknologinya bersih.2. Penggunaan bahan bakarnya efisien.3. Mampu mengurangi emisi terhadap lingkungan.

Dengan demikian pada saat isu lingkungan merebak di mana masyarakat menuntut supaya pembangkit listrik mengurangi emisi pada gas perusak lingkungan sehingga mengurangi polusi, maka penggunaan cogenerationpun semakin meningkat sehingga cogeneration telah diterima sebagai salah satu solusi dalam upaya mengatasi pemanasan global. Di Indonesia cogeneration dikembangkan oleh PLN khususnya pembangkit Jawa-Bali I (PJB I). Cogeneration ini memanfaatkan sisa panas dari pembangkit berskala kecil untuk diubah menjadi tenaga sekunder berupa uap, udara dingin dan air

Page 26: Turbin Gas

panas. Dengan digunakannya cogeneration itu maka tingkat efisiensi panas yang dihasilkan permbangkit kecil meningkat menjadi 90%.

Cogeneration dengan bahan bakar limbah

Cogeneration selain dapat beroperasi dengan bahan bakar fosil juga dapat digabungkan/dikawinkan dengan sumber energi terbarukan (gas atau padat). Seperti untuk gas terdiri dari biogas yang dihasilkan dari sampah pertanian dan limbah organik yang mengandung gas seperti jerami. Sedangkan untuk limbah padat terdiri dari limbah hutan dan limbah perkotaan.

Untuk itulah sekarang ini cogeneration sudah dikembangkan menjadi pembangkit ganda yang menggunakan bahan bakar dari energi terbarukan seperti itu. Seperti di Inggeris telah memanfaatkan cogeneration untuk mengubah gas limbah menjadi dua macam energi :

1. Tenaga listrik dengan dengan daya 20 kW - 1 MW yang digunakan untuk hotel dan industri

2. Energi panas yang digunakan untuk kebutuhan gedung perkantoran

Dengan demikian cogeneration ini cocok untuk industri yang membutuhkan energi listrik dan panas. Seperti industri kimia, farmasi, kilang minyak, kertas, kayu lapis, makanan dan industri baja. Industri itu menggunakan cogeneration dengan output listrik di atas 1 MW.

Sedangkan yang banyak menggunakan cogeneration adalah Inggeris di mana sampai saat ini saja sudah mencapai sekitar 5% dari total kebutuhan listriknya dipasok oleh cogeneration. Jika pembangkit cogeneration ini dihubungkan ke jaringan interkoneksi maka pembangkit itu sudah tidak menjadi kebutuhan sendiri atau telah menjadi komersial. Hal ini jika terjadi kelebihan energi listrik maka energi itu bisa dijual ke konsumen dan sebaliknya pada saat beban puncak maka pembangkit cogeneration membutuhkan beban yang bisa diambil dari sistim interkoneksi. Suatu pembangkit skala kecil yaitu dengan ukuran 1 MW terdiri dari mesin, generator, pemanas, sistim pembuangan unit pemanas dan unit kontrol dan unit-unit itu dibuat secara kompak. Cogeneration itu bisa menggunakan bahan bakar gas alam dan biogas dari limbah. Unit cogeneration itu dibuat dengan teknologi canggih di mana pada key board komputernya tersedia fungsi kontrol dan monitoring. Fungsi kontrol dimaksudkan untuk menyalakan mesin dan sinkronisasi generator sesuai dengan output yang dibutuhkan. Sedangkan unit monitoring dimaksudkan untuk keamanan unit dan untuk mempridiksi perawatan yang diperlukan. Cogeneration skala kecil itu cocok di tempatkan pada daerah yang

Page 27: Turbin Gas

memerlukan panas dan listrik. Untuk itu berarti bisa ditempatkan di rumah sakit, tempat hiburan dan perumahan.

Cogeneration Mesin Diesel

Mesin Diesel mempunyai efisiensi termal yang relatif tinggi. Di mana panas yang keluar dari mesin diesel terutama dalam bentuk gas yang dihabiskan dan energi termal yang dibawa oleh air selubung mesin. Pada beban yang penuh mesin diesel mempunyai keseimbangan panas.

Panas yang dikeluarkan mesin diesel semuanya bisa dimanfaatkan misalnya energi gas hanya 20% yang bisa dimanfaatkan secara ekonomis.

Radiasi dan kerugian lain 9,15 %

Panas dalam minyak pelumas 4,61 %

Panas dalam air selubung 13,84 %

Panas dalam gas buang 33,20 %

Shaf Work 39,20 %

Mesin diesel menghasilkan/mengeluarkan gas panas dari ketel dan selubung mesin jadi produksi energi termalnya cukup tinggi sehingga energi ini bisa digunakan untuk keperluan pembangkit yang berarti bisa dihemat biaya operasi pembangkit. Hal ini karena jumlah bahan bakar yang akan digunakan untuk memanaskan pembankit bisa ditiadakan dan kalau panasnya masih bersisa maka bisa dijual atau disimpan. Dengan demikian penggunaan PLTD untuk pembangkitan sendiri lebih menguntungkan dari pada menggunakan pembangkit PLN. Hal ini karena pada pembangkit PLN ada biaya transmisi/distribusi sedangkan pada pembangkitan sendiri selain tidak ada biaya transmisi/distribusi kemudian ditambah lagi dengan adanya hasil sampingan yang berupa energi termal yang bisa dimanfaatkan untuk memanaskan mesin pembangkit yang biasanya menggunakan bahan bakar sehingga bisa menghemat biaya bahan bakar.

Studi Kasus

Studi perbandingan pemakaian listrik PLN/Pembangkitan sendiri di tiga perusahaan Toray Grup Tangerang (PT. ITS ; PT. ISTEM dan PT. ACTEM ). Di sini juga akan membandingkan biaya suplai tenaga yang telah di keluarkan

Page 28: Turbin Gas

oleh pembangkit sendiri yang menggunakan Cogeneration dengan PLN.

A. Penggunaan Mesin Diesel SendiriRata-rata daya listrik terpakai perjam 8930 kW (per bulan 6537 MWh). Perhitungan biaya produksi per bulan

Tabel Penggunaan biaya pada mesin diesel sendiri

KeteranganJutan Rp/bln

Rp/kWh

Pemakaian solar 1778 kl a Rp 183,82 Pemakaian listrik & air untuk diesel Pemakain minyak plumas Ongkos perawatan Biaya tenaga kerja Biaya penyusutan & Asuransi mesin Jumlah Biaya

326,86

12,20 13,40 58,46 14,60 28,90

454,41

50,00 1,87 2,05 8,94 2,23 4,42

69,51

Penghematan biaya dari gas buang Diesel yang diproduksi jadi uap : - Produksi uap murni hanya dengan residu memerlukan residu 1545,2 kl - Pemakaian uap dengan residu yang dicampur gas buang diesel memerlukan

residu 1308,2 kl Penghematan residu237 kl a Rp 188,57 per liter

44,69 6,84

409,72 62,68

B. Pemakaian listrik di PLN (harus dilengkapi mesin cadangan)Rata-rata daya listrik terpakai per jam 8930 kW (per bulan 6537 MWh). Perhitungan pemakaian listrik PLN (termasuk biaya tetap mesin cadangan per bulan)

KeteranganJuta Rp/bln

Rp/kWh

A. Tarif tegangan tinggi I4 : Biaya beban : 12,500 kVA a Rp 1970/kVA

24,63 3,77

Page 29: Turbin Gas

Biaya pemakaian 1894*77 + 4643*48,5 371,02 56,76

B. Amortisasi biaya penyambungan & bunga uang jaminan :

Amortisasi biaya penyambungan : Daya : 12500 kVA 40 Rp/kVA Bunga 15%/thn : Masa pakai 12 thn Bunga uang jaminan : 125.000.00*13*0,15/12 thn

7,50

2,03

1,15

0,31

C. Penyusutan alat transmisi 12 thn : 6626 juta Rp/144

46,017,07

D. Biaya perawatan & asuransi : (3% * 6626 juta Rp)/12 Jumlah Biaya

16,57 467,76

2,53 71,56

E. Biaya perawatan & biaya-biaya lain untuk mesin diesel cadangan

28,90 4,42

JUMLAH BIAYA YANG DIPERLUKAN 496,66 75,98

Dari perhitungan biaya tersebut di atas ternyata pembangkitan sendiri lebih hemat dari pada PLN. Hal ini disebabkan karena pembangkitan sendiri menggunakan cogeneration dan biaya yang dikeluarkan untuk transmisi dan distribusi relatif tidak ada. Keuntungan lain dari pembangkitan sendiri adalah keandalan sistim tenaga litrik yang dapat terjamin dan kelebihan daya yang dapat dijual.

Cogeneration Kombinasi

Cogeneration ini menggunakan prinsip siklus uap kondensor di mana di dalam kondensat uap panas yang berasal dari air dingin diturunkan kemudian hal ini berakibat meningkatknya energi listrik yang dihasilkannya. Pemilihan sistim siklus kondensasi dan sistim cogeneration berdasarkan pertimbangan ekonomis. Seperti perusahaan listrik karena tidak membutuhkan energi termal. Berarti energi termal yang dihasilkan oleh pembangkit listrik akan digunakan untuk meningkatkan produksi listrik untuk itu yang tepat digunakan adalah sistim siklus kombinasi. Yaitu jika siklus gas dikawinkan dengan siklus uap sehingga menjadi siklus kombinasi maka akan menyebabkan terjadinya peningkatan efisiensi. Pada siklus kombinasi itu boiler PLTU dipanaskan hanya oleh gas buang PLTG. Kemudian oksigen

Page 30: Turbin Gas

dalam pipa pembuangan turbin gas digunakan untuk pembakaran bahan bakar primer dalam suatu sistim boiler uap hilir. Kompresor memasok udara terkompresi ke boiler untuk melakukan proses super canggih, kemudian boiler itu menghasilkan uap yang dapat menggerakkan turbin uap. Selain dari itu panas limbah dari pipa pembuangan turbin gas juga digunakan untuk memanaskan boiler yang akan menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin uap. Di mana uap boiler itu digunakan untuk menggerakkan sebuah turbin uap yang pada gilirannya merupakan tenaga penggerak mula bagi sebuah generator listrik. Kemudian jika panas yang keluar dari pipa pembuangan turbin gas dinaikkan dan gas buang yang meninggalkan boiler digunakan untuk memanaskan kondensat yang menuju maka efisiensinya bisa meningkat sampai lebih dari 50%.

Gambar 3

Sebuah pembangkit batu bara yang menggunakan kombinasi dari turbin uap dan turbin gas. Di mana limbah panas yang berasal dari turbin gas bisa dimanfaatkan yaitu dengan bantuan sebuah boiler. Sehingga bisa membangkitkan uap untuk mengontrol turbin uap. Dengan demikian hasil dari sistim gas dan uap akan menghasilkan efisiensi sebesar 44%. Sedangkan pada sistim kogenerasi energi termal yang dihasilkan oleh pembangkitnya selain bisa digunakan untuk meningkatkan produksi listrik dan bisa juga digunakan untuk kebutuhan lain. Dengan demikian sistim ini cocok dipakai di industri, hal ini karena energi termal dibutuhkan pada industri untuk kebutuhan pemanasan.

Siklus Brayton 02/11/2013

Combined Cycle Gas   Turbine

Tulisan terkait pembangkit listrik pada sistem gasifikasi, tugas dari mata kuliah multi disiplin di ITB, yang kubuat untuk kawan-kawan di luar jurusan Teknik Fisika terkait pembangkit listrik CCGT, semoga bermanfaat :)

 

Dalam sistem gasifikasi, kita menggunakan gas sebagai bahan bakar proses pembangkitan listrik, dan kira-kira begini lah proses pembangkitan listrik yang menggunakan gas sebagai bahan bakar berlangsung.

Page 31: Turbin Gas

 

Sistem Pembangkit Listrik – Siklus Brayton (Turbin Gas)

 

 

Siklus Brayton adalah siklus pembangkit energi listrik dengan menggunakan udara. Udara dihisap masuk oleh kompresor, lalu kemudian dialirkan menuju combustion chamber. Di combustion chamber, udara akan bercampur dengan gas hasil biomassa yang dibakar, sehingga energi pada udara bertambah (dalam bentuk energi panas/entalpi). Udara panas inilah yang kemudian akan digunakan untuk memutar turbin gas, yang kemudian akan memutar generator listrik.

 

Siklus Brayton, atau sering juga disebut open cycle gas turbine, merupakan siklus yang sederhana (karena hanya memiliki 3 komponen utama, kompresor, combustion chamber dan turbin). Selain itu, peralatan yang dibutuhkan juga tidak berat dan ukurannya kecil.

 

Namun, siklus ini juga memiliki kekurangan. Salah satunya adalah sensitivitasnya yang tinggi, dimana efisiensi siklus ini sangat bergantung pada efisiensi tiap komponen dalam siklus (efisiensi kompresor, turbin dan perpindahan kalor pada combustion chamber), karena perubahan

Page 32: Turbin Gas

efisiensi komponen sejauh beberapa persen punya pengaruh signifikan pada siklus ini. Selain itu, perubahan pada kondisi udara (seperti tekanan atmosfir) juga akan berpengaruh pada efisiensi, karena udara yang digunakan dalam siklus ini diambil dari lingkungan, dan debit udara yang diambil pun lumayan banyak. Selain itu, umumnya komponen dari siklus ini pun tergolong mahal jika dibandingkan dengan komponen siklus lain.

 

Ada beberapa cara untuk meningkatkan efisiensi dari Siklus Brayton, seperti meningkatkan rasio tekanan, regenerasi kalor (panas) gas keluaran turbin, memanfaatkan panas yang keluar untuk menghangatkan ruangan dalam sistem Combined Heat and Power (CHP), atau menggabungkan Siklus Brayton dan Siklus Rankine dengan metode cogeneration atau Combined Cycle Gas Turbine (CCGT). Pada metode cogeneration, gas panas keluaran dari turbin masuk ke heat exchanger untuk disalurkan kalornya ke tempat lain, yaitu air pada siklus rankine.

 

Sistem Pembangkit Listrik – Siklus Rankine (Turbin Uap)

 

Page 33: Turbin Gas

 

 

Siklus tambahan pada metode cogeneration adalah siklus rankine, siklus yang menggunakan uap untuk memutar turbin yang dihubungkan dengan generator listrik (steam turbine). Uap diputar dalam siklus itu, dimana awalnya air dipompa hingga mencapai tekanan tertentu, kemudian air dialirkan melewati boiler sehingga terjadi penguapan hingga ke fasa superheated steam, kemudian superheated steam itulah yang akan digunakan untuk memutar turbin, yang kemudian akan memutar generator dan juga menghasilkan listrik. Output dari turbin ini kemudian akan masuk ke condenser untuk dikondensasikan menjadi air, untuk kemudian diputarkan lagi.

 

Dengan adanya siklus ini, efisiensi dari siklus Brayton yang (kalau tidak salah) berada di kisaran 30-35% dapat meningkat hingga ke efisiensi 50-60% (pernah baca tapi lupa datanya dari mana, bagi yang membutuhkan info untuk referensi silahkan googling sendiri, semoga sudah meningkat, hehe). Namun, efisiensi yang tinggi tersebut umumnya ditemukan pada pembangkit listrik dengan output yang besar, yang berada dalam kisaran 100-130 MW, karena kalau kalor

Page 34: Turbin Gas

yang dihasilkan sedikit, heat loss yang terjadi akan berpengaruh secara signifikan terhadap siklus.

 

Integrasi Sistem Pembangkit Listrik dengan PLN

 

Hasil listrik keluaran dari Steam Turbine dan Gas Turbine adalah Alternating Current (AC). Untuk mensinergikannya, kita perlu menyamakan fasa dan frekuensi listriknya (agar sinkronisasi atau penggabungan energi listrik berjalan dengan baik, dan interferensi gelombang listrik koheren sempurna, sebagaimana yang perlu dilakukan untuk menggabungkan 2 buah gelombang), dan juga harus menyamakan potensial antara kedua sumber (agar saat penggabungan listrik tidak terjadi back voltage, yang memungkinkan mengalirnya arus listrik dari satu sumber listrik ke sumber listrik yang lain, bukan mengalir ke komponen yang kita inginkan).

 

Untuk mengurangi masalah berupa penyamaan frekuensi, kita dapat mengubah listrik AC menjadi DC dengan menggunakan inverter, setidaknya pada listrik DC kita tidak perlu mempermasalahkan fasa dan frekuensi. Inverter juga dapat dimanfaatkan untuk menyamakan potensial kedua sumber listrik untuk mempermudah sinkronisasi. Setelah itu, baru energi listrik yang ada dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

 

Ada 2 metode untuk menggunakan energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik biomassa ini. Yang pertama adalah menggunakan listrik PLN, listrik gas turbine dan listrik rankine turbine secara sendiri-sendiri. Dengan metode ini, sama saja dengan kita memiliki 3 sumber listrik yang berbeda, yang dapat dimanfaatkan secara terpisah. Keuntungan metode ini adalah kita tidak perlu mempermasalahkan penggabungan energi listrik yang dihasilkan, jadi memang jauh lebih mudah. Hanya saja jika dikaitkan dengan instrumentasi, jumlah instrument yang dibutuhkan untuk mengamati kondisi sistem akan lebih banyak, yang berarti biaya untuk memasang dan me-maintenance sistem akan lebih mahal.

 

Metode kedua adalah mensinkronkan semua energi listrik yang ada, baik itu dari PLN, maupun dari yang dihasilkan gas turbine dan steam turbine. Salah satu metode sinkronisasinya adalah dengan menggunakan inverter sebelum menggabungkannya. Namun hal ini tergolong sulit untuk dilakukan (dibutuhkan control dalam penggabungan energi listrik agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Salah satu cara menyiasati ini adalah dengan menggunakan “Hybrid System Controller” seperti Sunny Island 5048 dibawah, dari gambar pada manual petunjuk Sunny Island 5048.

Page 35: Turbin Gas

 

 

 

Hybrid system controller dapat mempermudah kita dalam mengurus masalah penggabungan energi listrik, karena controller ini mampu me-manage sistem dan generator listrik. Controller ini juga dapat mengoptimasi performa sistem, serta mengawasi dan mengendalikan sistem secara remote.

 

Metode hybrid ini terinspirasi dari Sistem Hibrid energi Terbarukan, bagi yang berminat silahkan lihat aplikasinya pada artikelku yang lain: https://sangpencariilmu.wordpress.com/2013/10/27/sistem-hibrid-energi-terbarukan/