BAB I

PENDAHULUAN

Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Di

dalam turbin gas, energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang

menggerakan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor

atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar

poros daya yang menggerakan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya).

Perkembangan turbin gas hingga bisa dibuat seperti sekarang ini, yakni sampai bisa

ekonomis untuk dipakai sebagai mesin penggerak pesawat terbang dan untuk instalasi darat

seperti pembangkit tenaga listrik, sudah menghabiskan waktu yang cukup lama sekali.

Konstruksi dan cara bekerjanya turbin gas adalah sangat mudah bila hanya dalam kertas (gambar

desain), tetapi kenyataannya bila diwujudkan adalah sukar, karena ada hubungannya dengan

pemakaian bahan bakar turbin yang harus hemat.

Keuntungan penggunaan turbin gas pembangkit tenaga listrik dan sebagai penyedia panas

industri karena sifatnya mudah diinstal, proses kerjanya tidak rumit, terutama cocok untuk

menanggulangi beban puncak serta dimensinya yang kecil. Penggunaan turbin gas pada saat ini

sudah mempunyai arti yang sangat luas dan besar dimana untuk penggerak pesawat terbang

dengan daya yang besar harus memakai turbin gas, tidak bisa disaingi atau digantikan oleh

penggerak mula lainnya seperti motor bakar.

Pada saat ini perkembangan penggunaan turbin gas sudah sangat maju, dimana para

ilmuan telah menemukan penggunaan turbin gas dan turbin uap sekaligus dalam satu siklus yang

disebut siklus gabungan (combine cycle). Tujuannya tidak lain adalah untuk meningkatkan

efiensi dari siklus tunggal (siklus Brayton sederhana) dengan memanfaatkan kalor dari sisa gas

buang turbin gas untuk kebutuhan ketel uap penghasil uap, guna menggerakkan turbin uap,

sehingga lebih menghemat penggunaan bahan bakar pada instalasi ketel uap.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 1

BAB II

SEJARAH TURBIN GAS

Tidak banyak sumber yang memuat tentang sejarah turbin gas, kalaupun ada sejarah yang

di muat hanya bersifat garis besar atau tidak terperinci dari tahun ke tahun. Pada umumnya

berbagai sumber menjelaskan bahwa perkembangan turbin gas dari awal ditemukan sampai saat

ini membutuhkan waktu yang sangat lama hal ini di karenakan agak rumitnya konstruksi dari

turbin gas tersebut. Dari beberapa sumber diperoleh sejarah turbin gas adalah sebagai berikut :

Turbin gas sudah dikenal sejak zaman Hero of Alexandra oleh Dr. J. T. Retallita. Desain

pertama direncanakan oleh Yohn Barther (inggris) pada tahun 1791. System ini bekerja dengan

gas hasil pembakaran batu bara, kayu dan minyak bakar. Kompresornya di gerakan dengan

perantara rantai dan roda gigi oleh turbinnya.

Pada tahun 1872 Dr. F Stolze merencanakan system turbin gas mempergunakan

kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakan langsung oleh turbin reaksi bertingkat ganda

pula. Udara yang keluar dari kompresor dibakar di dalam ruang bakar, yaitu sebuah alat yang

dipergunakan untuk menaikkan temperature udara sebelum masuk ke turbin. Jadi turbin ini

bekerja dengan gas panas sebagai fluida kerjanya

Pada tahun 1939 di swiss sudah direncanakan 2000 power plan gas turbin yang

menggerakkan generator dan kereta api pada federal rail ways. Kemudian tahun 1941 di Amerika

turbin gas juga dipergunakan untuk menggerakkan generator menghasilkan daya dari yang

rendah sampai sekitar 100.000 KW. Sedangkan bahan bakarnya dapat dipergunakan bahan bakar

gas sampai pada minyak berat . 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 “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai

dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 2

Dalam sumber lainnya menyebutkan :

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

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 3

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.

Dari beberapa sumber diatas menunjukan adanya sedikit kesamaan sejarah perkembangan turbin

gas.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 4

BAB III

KLASIFIKASI DAN SIKLUS-SIKLUS TURBIN GAS

3.1. Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya dan konstruksi porosnya. Menurut

siklusnya, turbin gas terdiri dari turbin gas siklus tertutup (close cycle) dan turbin gas siklus

terbuka (open cycle) sedangkan berdasarkan konstruksi porosnya, turbin gas terdiri dari turbin

gas berporos tunggal (single shaft), turbin gas berporos ganda (multy shaft) dan turbin gas

dengan siklus kombinasi.

3.1.1. Turbin Gas Siklus Terbuka (Open cycle)

Dalam siklus ini, gas hasil pembakaran setelah diekspansikan pada turbin, langsung

dibuang ke udara bebas. Instalasi turbin gas dengan siklus ini memiliki struktur yang

sederhana yaitu terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan turbin sebagai penggerak beban dan

kompresor.

Pertama-tama udara dihisap dari atmosfer dan dikompresi secara adiabatik

(bisasanya dengan kompresor rotari) dan diteruskan ke ruang bakar. Udara tekan

dipanaskan dengan pembakaran bahan bakar dan hasil pembakaran (yaitu gas panas hasil

pembakaran bahan bakar) akan bercampur dengan udara tekan, sehingga akan menaikkan

massa udara tekan. Gas panas kemudian mengalir ke sudu turbin (biasanya jenis turbin

reaksi). Gas ketika mengalir pada sudu mengalami ekspansi dan kemudian dibuang ke

atmosfer.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 5

Gb. Skema susunan turbin gas siklus terbuka

Turbin gas siklus terbuka disebut juga gas trubin pembakaran kontinyu karena

pembakaran bahan bakar terjadi secara kontinyu. Turbin ini juga bekerja berdasarkan

siklus Joule. Rumus kerja kompresor, kerja turbin sama dengan rumus pada turbin siklus

tertutup.

3.1.2. Turbin Gas Sistem Tertutup (Close cycle)

Seperti halnya pada turbin uap, turbin gas dapat pula dirancang dengan sistem siklus

tertutup yaitu fluida kerjanya tidak berhubungan dengan atmosfer sekitar. Dengan demikian

dapat dijaga kemurniannya. Hal ini sangat menguntungkan dari segi pencegahan kerusakan

yang disebabkan oleh erosi dan korosi. Pemilihan fluida kerjanya dapat disesuaikan dengan

persyaratan yang diminta. Salah satu hal yang penting adalah bahwa pada sistem ini dapat

digunakan tekanan tinggi (sampai 40 atm) seperti pada turbin uap, tetapi fluida kerjanya tidak

mengalami berubahan fase.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 6

Gb. Skema susunan gas turbin siklus tertutup

Turbin gas dengan sistem ini konstruksinya lebih rumit, karena membutuhkan pesawat

pemanas yang mempunyai luas pemanas yang besar dan juga membutuhkan pesawat

pendingin udara sebelum masuk kompresor. Keuntungannya adalah:

- Lebih menghemat penggunaan bahan bakar

- Untuk daya yang sama, turbin ini mempunyai ukuran yang lebih kecil

- Bias bekerja dengan tekanan yang tinggi

Turbin gas siklus tertutup terdiri dari sebuah kompresor, ruang pemanas

(heating chamber), turbin gas yang menggerakkan generator dan kompresor, dan ruang

pendingin (cooling chamber). Pada turbin ini, udara dikompresi secara adiabatis (umumnya

dengan kompresor rotari) dan diteruskan ke ruang pemanas. Udara kompresi dipanaskan

dengan bantuan sumber eksternal, dan dialirkan ke sudu turbin (biasanya jenis reaksi).

Gas ketika mengalir di sudu akan berekspansi. Dari turbin, gas diteruskan ke ruang

pendingin dimana didinginkan pada tekanan konstan dengan bantuan sirkulasi air sampai

temperatur awal.

Gas turbin siklus tertutup bekerja berdasarkan siklus Joule seperti yang

diperlihatkan gambar.

Gb. Gas turbin siklus tertutup tekanan konstan.

Proses 1-2 memperlihatkan pemanasan udara di dalam ruang pemanas pada

tekanan konstan. Proses 2-3 memperlihatkan ekspansi isentropik udara di dalam turbin.

Proses 3-4 memperlihatkan pendinginan udara pada tekanan konstan di ruang pendingin.

Terakhir, proses 4-1 memperlihatkan kompresi isentropik udara di kompresor.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 7

Perbandingan Antara Gas Turbin Siklus Tertutup Dengan Siklus Terbuka:

No

.Turbin Gas Sistem Tertutup Turbin Gas Sistem Terbuka

1. Udara tekan dipanaskan di ruang

bakar. Karena gas dipanaskan oleh

sumber eksternal, jumlah gas tetap

sama.

Udara tekan dipanaskan di ruang bakar.

Produk pembakaran bercampur dengan

udara panas.

2. Gas dari turbin diteruskan ke

ruang pendinginan.Gas dari turbin dibuang ke atmosfir.

3. Fluida kerja bersirkulasi secara

kontinyu.Fluida kerja diganti secara kontinyu.

4. Fluida jenis apa saja dengan sifat

termodinamika yang baik bisa

digunakan.

Hanya udara yang bisa digunakan

sebagai fluida kerja.

5.Sudu turbin tidak cepat aus

karenagas tidak terkontaminasi

ketika melewati ruang bakar.

Sudu turbin cepat aus, karena udara dari

atmosfit terkontaminasi ketika melewati

ruang bakar.

6. Karena udara didinginkan dengan

sirkulasi air, cocok digunakan untuk

jenis instalasi stasioner atau di kapal.

Karena udara dari turbin dibuang ke

atmosfir, cocok digunakan untuk kendaraan

yang bergerak.

7. Biaya perawatan tinggi.Biaya perawatan rendah.

8. Berat instalasi per daya (hp) lebih

besar.

Berat instalasi per daya (hp) lebih

kecil.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 8

3.1.3. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan

energi listrik untuk keperluan proses di industri.

2.1.4. 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.

3.2. Siklus-Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

3.2.1. 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.

3.2.2. 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.

2.2.3. Siklus Brayton

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 9

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:

Keterangan:

- 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).

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 10

BAB IV

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 turbin

gas:

4.1. Air Inlet Section

Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk

ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:

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

pembersih udara.

2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa

bersama udara masuk.

3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.

4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house,

udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.

5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang

kompresor.

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

masuk agar sesuai dengan yang diperlukan.

4.2. 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

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 11

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:

1. 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.

2. 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.

4.3. 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 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 :

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 12

1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara

yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.

2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat

berlangsungnya pembakaran.

3. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.

4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion

chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.

5. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar

sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.

6. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.

7. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran

terjadi.

4.4. 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 :

1. Turbin Rotor Case

2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine

wheel.

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

udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.

4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke

second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua

turbin wheel.

5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup

besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 13

4.5. 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 atmosfer melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfer 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.

Adapun beberapa 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.

- 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

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 14

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 oil

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:

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 15

- Off base Water Cooling Unit

- Lube Oil Cooler

- Main Cooling Water Pump

- Temperature Regulation Valve

- Auxilary Water Pump

- Low Cooling Water Pressure Swich

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 16

BAB V

MATERIAL, BAHAN BAKAR, RUANG BAKAR

5.1. Material (logam) untuk instalasi turbin gas

Dengan makin tingginya temperatur operasi turbin gas, maka kekuatan logam bahan

instalasi turbin pun akan turun. Sifat material yang menentukan dalam pemilihan logam untuk

instalasi turbin gas adalah daya tahan/kekuatan logam untuk menerima beban dalam jangka

waktu yang lama (creep strength), atau pada beban berapa sesuatu benda uji/logam dapat

patah sesudah mengalami pembebanan dalam jangka waktu yang tertentu, hal ini tergantung

dari besarnya temperatur benda uji. Material yang biasanya dibuat untuk turbin gas dan ruang

bakar yaitu baja chrom, paduan nikel dan kobalt.

5.2. Bahan bakar untuk turbin gas

Untuk turbin gas dengan proses sistem terbuka hanya bisa menggunakan bahan bakar

yang berbentuk cair atau gas, karena hasil proses pembakaran harus bebas dari sisa-sisa bahan

bakar (abu) yang keras dan tidak menimbulkan korosi yang diakibatkan peristiwa kimia.

5.2.1. Bahan bakar cair

Minyak bakar asalnya dari minyak bumi yang mengandung campuran zat

hidrokarbon. Minyak bakar berat dan sedang adalah yang mula-mula sekali dipergunakan

untuk turbin gas pada industri. Minyak ini mengandung aspal dan bitumen, yang dapat

menyebabkan terbentuknya suatu endapan yang sukar terbakar di ruang bakar dan di

sudu-sudu turbin dan abunya kebanyakan mengandung garam natrium (NaCl) dan

berkombinasi dengan Vanadium. Bahan bakar diesel adalah cocok untuk turbin gas,

tetapi harganya cukup mahal.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 17

5.2.2. Bahan bakar yang berbentuk gas

Yang biasanya digunakan untuk turbin gas adalah gas dapur tinggi, gas bumi dan

gas yang diperoleh dari instalasi penguapan gas arang untuk industri. Gas dapur tinggi

adalah barang sisa-sisa dan harganya murah, tetapi nilai kalornya rendah. Gas bumi

adalah bahan bakar yang ideal untuk turbin gas yang mengandung Methan (CH4)

dengan kadar 65% sampai 92%.

5.3. Konstruksi ruang bakar

Udara yang telah dimampatkan, dimasukkan ke dalam ruang bakar. Luas penampang

yang dibutuhkan di dapat dari satu persamaan kontinuitas, yaitu A = V/c. Yang paling penting

adalah memilih dan menentukan kecepatan udara di beberapa sektor yang berlainan, dapat di

lihat pada gambar di bawah ini:

Kecepatan udara di daerah pembakaran harus mulai dari c = 25 m/detik sampai

dengan 30 m/detik. Bila c terlalu kecil, nyala api akan menyebar ke arah kompresor, dan

sebaliknya bila kecepatan udara c terlalu besar, nyala api akan membesar ke arah saluran

keluar ruang bakar. Hal ini akan mengakibatkan temperatur di bagian masuk turbin semakin

tinggi, dan juga akan memadamkan api di ruang bakar yang menyebabkan timbulnya

tegangan akibat adanya panas (thermal stress). Dimana tegangan tersebut disebabkan karena

adanya pembagian temperatur sebelum turbin yang tidak merata.

Gambar di atas, memperlihatkan kejadian di dalam ruang bakar, yang terdiri dari

selubung luar dan suatu tabung silindris yang di bagian dalamnya dilengkapi dengan

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 18

pembakar dan pengabut bahan bakar yang sebagian dari udara dialirkan di luar pembakar

agar berfungsi sebagai udara pendingin ruang bakar. Udara ini kemudian mengalir masuk ke

dalam, melalui tempat-tempat yang terbuka.

Ruang bakar yang besar dan terpisah untuk turbin gas yang dipakai oleh industri.

Turbin gas untuk industri mempunyai satu atau dua buah ruang bakar yang besar sesuai

dengan daya yang dihasilkan turbin tersebut. Untuk itu, dibuat suatu ruang bakar yang besar

dan terpisah/tersendiri dengan maksud untuk menghemat material ongkos pembuatan yang

murah dan gambar di bawah ini memperlihatkan salah satu dari dua buah ruang bakar

tersebut.

Ruang bakar ini dipasang tegak, dan dibagian atasnya terdapat salah satu

pembakar, dari tiga pembakar yang ada. Sedangkan tabung api/pipa api dari ruang bakar

tersebut dilapisi oleh tembok dari ke ramik, seperti pada gambar di bawah ini.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 19

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 20

BAB VI

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).

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.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 21

Berikut ini adalah perbandingan antara turbin gas dengan turbin uap:

No. Turbin Gas Turbin Uap

1.Komponen pentingnya adalah

kompresor ruang bakar.

Komponen pentingnya adalah ketel uap dan

asesoris.

2.Berat turbin per daya kuda yang

dihasilkan lebih kecil.

Berat turbin per daya kuda yang dihasilkan

lebih besar.

3.Memerlukan ruang yang sedikit

untuk instalasi.

Memerlukan ruang yang lebih besar untuk

instalasi.

4.Biaya instalasi dan operasi lebih

sedikit.Biaya instalasi dan operasi lebih besar.

5.Menghidupkan turbin lebih mudah

dan cepat.

Menghidupkan turbin (start) lebih susah dan

memerlukan waktu yang cukup lama.

6.Pengontrolan, dengan kondisi beban

yang berubah, lebih mudah.

Pengontrolan, dengan beban yang berubah,

susah.

7.Turbin gas tidak bergantung pada

suplai air.Turbin uap bergantung pada suplai air.

8. Efisiensinya rendah. Efisiensinya tinggi.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 22

BAB VII

DAYA YANG DIHASILKAN TURBIN GAS

Pada instalasi tenaga uap turbin menggerakkan generator, dimana daya yang

dihasilkan turbin dengan daya generator sama besarnya. Untuk turbin gas keadaannya

berbeda, karena daya yang dihasilkan turbin harus dibagi menjadi sebagian untuk

menggerakkan kompresor udara dan sebagian lagi untuk menggerakkan generator listrik.

Perbandingan dayanya kurang lebih 3:2:1, misalnya agar dapat memutar generator listrik yang

mempunyai daya 1000 kW, turbin gas harus mempunyai daya dara membutuhkan daya 3000

kW, karena kompresor udara membutuhkan daya 2000 kW.

Perlu diketahui bahwa oli yang dipakai untuk instalasi turbin gas harus mempunyai

randemen yang tinggi. Akhir-akhir ini randemen dan daya yang dihasilkan turbin gas naik,

karena gas yang bertemperatur tinggi, telah bisa digunakan dan bekerjanya turbin langsung

tergantung pada keadaan gasnya. Sekarang randemen turbin, sudah bisa mencapai sekitar 33%

dengan temperatur di ruang bakar dan sebelum rangkaian sudut jalan pertama untuk turbin

penggerak pesawat terbang adalah 12000 c.

Sementara itu, temperatur untuk turbin yang dipakai di industri adalah 9500C. Di samping

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 rumit 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%, di lihat

dari segi ekonominya, keadaan ini sudah cukup baik.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 23

BAB VIII

KEGUNAAN, KELEBIHAN SERTA KEKURANGAN TURBIN GAS

Penggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh

tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu. Turbin kadangkala merupakan

bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin

pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, "kombustor", dan alternator.

Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding

dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat

tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari

sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksigen

cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih

besar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW). Turbin juga merupakan

komponen utama mesin jet.

Turbin gas banyak digunakan untuk mesin propulsi atau jet, mesin otomotif, tenaga

pembangkit listrik, atau penggerak peralatan-peralatan industri seperti penggerak kompresor atau

pompa. Daya yang dihasilkan turbin gas mulai dari 250.000 hp untuk pembangkit listrik sampai

5 hp pada turbocharger pada mesin motor.

Keunggulan dari turbin gas adalah mesinnya yang ringan dan ukurannya yang kecil,

namun dapat menghasilkan daya yang besar. Sebagai contoh, turbin gas yang biasa dipakai untuk

penggerak generator listrik kecil. Generator ini banyak dipakai untuk mengantisipasi beban

puncak jaringan, sehingga fungsinya dapat menggantikan kalau terjadi pemadaman listrik.

Gedung-gedung perkantortan, rumah sakit, universitas, perusahaan dan lainnya banyak

menggunakan generator jenis ini. Dibandingkan dengan penggunaan generator penggerak diesel,

penggerak turbin gas ukurannya menjadi lebih kecil sehingga dapat menghemat tempat dan

mudah dipindahkan. Pesawat terbang memerlukan mesin dengan persyaratan yang spesifik yaitu

mesin dengan daya besar untuk daya dorong, tetapi ringan dan dari segi ukuran harus kecil.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 24

Dengan alasan tersebut, penggunaan turbin gas pada pesawat terbang menjadi pilihan yang tepat,

dan tidak dapat digantikan jenis mesin lain. Pada industri dan pembangkitan listrik, turbin gas

sangat menguntungkan karena mesin mudah diinstal, operasinya tidak rumit dan tidak

memerlukan ruangan yang besar.

Pada kenyataannya tidak ada proses yang selalu ideal, tetapi terjadi kerugian-kerugaian

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 (kompresor, ruang bakar dan turbin). Sebab-sebab terjadinya

kerugian antara lain:

- Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses)

diruang bakar.

- Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya

gesekan antara bantalan turbin dengan angin.

- Adanya mechanical loss.

BAB IX

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 25

MAINTENANCE TURBIN GAS

Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti

kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun

yang berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena kehausan

dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian

yang salah.

Maintenance pada turbin gas selalu tergantung dari faktor-faktor operasional dengan

kondisi yang berbeda di setiap wilayah, karena operasional turbin gas sangat tergantung dari

kondisi daerah operasional. Semua pabrik pembuat turbin gas telah menetapkan suatu ketetapan

yang aman dalam pengoperasian sehingga turbin selalu dalam batas kondisi aman dan tepat

waktu untuk melakukan maintenance.

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

1. Preventive Maintenance

Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun

periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi

down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:

- Running Maintenance

Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki

equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.

- Turning Around Maintenance

Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

2. Repair Maintenance

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 26

Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga

peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.

3. Predictive Maintenance

Kegiatan monitor, menguji dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi

dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut

berjalan dengan normal atau tidak.

4. Corrective Maintenance

Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi

dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga

menambahkan material-material yang cocok.

5. Break Down Maintenance

Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada

peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.

6. Modification Maintenance

Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. Modifikasi

bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas

pekerjaan.

7. Shut Down Maintenance

Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan

pengoperasiannya.

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 27

LAMPIRAN GAMBAR TURBIN GAS

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 28

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 29

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 30

Turbin GasTeknik.Pertambangan‘11 31