TURBIN GAS PENGGERAK KOMPRESSOR

Posted: Januari 4, 2016 in LAPORAN FT UNTIRTA, MAKALAH
Tag:Gas, Kompresor, Turbin

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

FAKULTAS TEKNIK MESIN

TUGAS MATA PELAJARAN TURBIN KODE MES 317

SEMESTER GASAL 2012/ 2013, REGULER

Dosen : SANTOSO BUDI, ST

TURBIN GAS

PENGGERAK KOMPRESSOR

OLEH

AHMADI RAFE’I (3331101530)

2012 – 2013

KATA PENGANTAR

Puji sukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas mata kuliah turbin ini. Sholawat serta salam tak lupa kami curahkan kepada junjungan kita Nabi MUHAMMAD SAW.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pengerjaan tugas mata kuliah turbin ini sehingga tugas mata kuliah turbin ini dapat di selesaikan tepat pada waktunya.

Tugas mata kuliah turbin ini berisi kajian turbin gas penggerak kompressor dan membahas bagian konstruksi, bagian utama, prinsip kerja, peralatan bantu, energi masuk, kerja output, efisiensi dan aplikasi dari turbin gas penggerak kompressor.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas matakuliah turbin ini masih banyak kekurangan dan kesalahannya, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak sangan penulis harapkan demi penyempurnaan tugan mata kuliah turbin ini.

Semoga tugas mata kuliah turbin ini bias bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya dan bagi para penulis pada khususnya.

Cilegon, 30 November 2012

Penulis

DAFTAR ISI

hal

HALAMAN JUDUL

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN

Latar Belakang dan Rumusan Masalah

1.2 Ruang Lingkup Kajian

1.3 Tujuan Penulisan

Cara Memperoleh Data

BAB II DISKRIPSI MASALAH

Konstruksi turbin gas penggerak compressor

2.2 Bagian utama turbin gas penggerak compressor

2.3 Prinsip kerja turbin gas penggerak compressor

Peralatan bantu turbin gas penggerak compressor

BAB III PEMBAHASAN

3.2 Energi masuk

3.3 Kerja output

3.4 Efisiensi turbin gas penggerak compressor

Aplikasi turbin gas penggerak compressor

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

BAB V DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

Latar belakang masalah

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 gas.

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

Ruang lingkup kajian

Pada Ruang lingkup kajian turbin gas penggerak kompressor membahas antara lain bagian konstruksi, bagian utama, prinsip kerja, peralatan bantu, energi masuk, kerja output, efisiensi dan aplikasi dari turbin gas penggerak kompressor.

Tujuan penulisan

Tujuan penulisan makalah ini adalah agar penulis pada khususnya dan bagi para pembaca pada umumnya mengetahui secara jelas dan rinci mengenai tentang turbin gas penggerak kompressor secara teoritis dan dapat di aplikasikan pada dunia kerja industry yang menggunakan sistem turbin.

Cara memperoleh data

Data yang tertulis disini diperoleh berdasarkan dari berbagai sumber yang mendukung. Sumber-sumber tersebut didapat antara lain dari buku referensi, internet, dan data yang di ambil dari perusahaan yang menggunakan jenis turbin ini. Untuk referensi buku dan sumber dari internet data tersebut juga tertulis di daftar pustaka.

BAB II

DESKRIPSI MASALAH

2.1 Konstruksi turbin gas penggerak kompressor

Turbin gas terdiri dari komponen-komponen yang saling berhubungan satu dan lainya. Komponen-kompenen utama turbin gas adalah kompresor, ruang bakar,dan turbin. Kompresor dan turbin mempunyai rotor yang sama, rotor tersebut ditahan dengan dua bantalan radial dan satu bantalan aksial. Rumah mesin bagian luar umumnya terdiri dari bagian tengah, rumah bagian udara masuk dan rumah bagian gas bekas ke luar satu sama lainnya dihubungkan dengan kuat [gambar 2.1, 2.2, dan 2.3]. Untuk turbin gas yang dipakai pada pesawat terbang, konstruksinya lebih simpel, antara komponen yang satu dengan yang lainnya tidak terpisah. Ukuran komponen-komponen turbin gas pesawat lebih kecil apabila dibandingkan dengan turbin gas untuk industri.

Gb 2.1 Turbin gas dan komponen-komponennya

Turbin gas dan komponen-komponennya Rumah mesin tersebut dipisahkan aksial di bagian tengah setinggi tengah tengah poros. Rumah bagian luar terdiri dari selubung luar dan selubung dalam, diantara selubung tersebut terdapat gas bekas yang dialirkan lewat cerobong. Sudu pengarah kompresor dan turbin ditempatkan di dalam beberapa penyangga sudu pengarah, dan ditumpu dengan sistem elastis terhadap panas di dalam rumah mesin bagian luar. Saluran udara, dimana pada bagian ini udara dihisap kompresor, mempunyai pelat pengarah, yang berfungsi juga untuk memperkuat luasan samping yang besar. Udara kompresor dapat dilewatkan samping atau atas . Sebelum masuk kompresor, udara tersebut melalui saringan dan peredam suara .

2.1.1 Konstruksi Ruang Bakar

Udara yang telah dimampatkan dimasukkan kedalam ruang bakar. Luas penampang yang dibutuhkan didapat dari satu persamaan kontinuitas, yaitu A = V/c. Yang paling penting adalah memilih dan menentukan kecepatan udara di beberapa sektor yang berlainan. 2.2

Gb 2.2 Jenis-Jenis Turbin

Kecepatan udara didaerah pembakaran harus mulai dari c = 25 m/detik sampai dengan 30 m/detik. Bila c terlalu kecil, nyala api akan menyebar kearah komprensor, dan sebaliknya bila kecepatan udara c terlalu besar, nyala api akan membesar kearah saluran keluar ruang bakar. Hal ini akan mengakibatkan temperatur di bagian masuk turbin semakin tinggi, dan juga akan memadamkan api diruang bakar yang menyebabkan timbulnya tegangan akibat adanya panas (thermal stress). Dimana tegangan tersebut disebabkan karena adanya pembagian temperature sebelum turbin yang tidak merata. Memperlihatkan kejadian didalam ruang bakar, yang terdiri dari selubung luar dan suatu tabung silindris yang dibagian dalamnya dilengkapi dengan pembakar dan pengabut bahan bakar yang sebagian dari udara dialirkan diluar pembakar agar berfungsi sebagai udara pendingin ruang bakar. Udara ini kemudian mengalir masuk kedalam, 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/tersendir dengan maksud untuk menghemat material ongkos pembuatan yang murah. 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 2.3

Gb 2.3 Ruang bakar turbin

2.1.2 Konstruksi mesin turbin

Kompresor dan turbin mempunyai rotor yang sama, ditahan dua bantalan radial dan satu bantalan aksial (kiri).Rumah mesin bagian luar umumnya terdiri dari rumah bagian tengah, rumah bagian udara masuk dan rumah bagian dari gas bekas ke luar yang satu sama lainnya dihubungkan dengan kuat .

Rotor

Rotor, pada Gambar 2.4., konstruksinya terdiri dari beberapa piringan tersendiri yang dilengkapi sudu, serta kedua ujungnya dan bagian tengahnya dihubungkan satu sama yang lain dengan prinsip jangkar tarik. Bagian-bagian tersebut satu sama lain Baling memegang , dengan sistem Hirth berkerat-kerat seperti gergaji. Rotor menjadi ringan dan mempunyai kecepatan kritis dengan letaknya lebih tinggi daripada kecepatan putar turbin. Bagian-bagian rotor dan sudu-sudu turbin didinginkan dari dalam. Udara dimasukkan kedalam rotor melalui lubang yang terletak dibagian belakang tingkat terakhir dari kompresor. Rotor mengalami gaya gager aksial, yang berlawanan dengan gaya gager kompresor. Untuk kompresor arahnya ke kiri sedangkan untuk turbin arahnya ke kanan.

Gb 2.4 Rotor turbin

Ruang bakar

Kedua ruang bakar terletak dan dihubungkan dengan flens di samping rumah turbin, yang bertujuan sebagai saluran untuk gas dan udara yang pendek sehingga kerugian alirannya juga kecil. Sa1uran gas panas dari ruang bakar ditempatkan di dalamnya saluran udara dari kompresor, dengan demikian tidak membutuhkan isolasi panas yang khusus. Arus gas akan belok 90o sebanyak dua kali, sebelum masuk kedalam turbin, dengan demikian akan diperoleh suatu eampuran yang baik dan bebas dari gumpalan gas panas yang mengalir tetapi tidak mau bercampur dengan udara.

Gb 2.5 Ruang bakar turbin

Fundasi Mesin

Instalasi ini ditumpu oleh 3 bush konstruksi rangka baja. Dibagian depan kompresor dibuat sebagai, tangki minyak, dan diatasnya ditempatkan rumah sebagai bantalan bagian depan. Rumah turbin ditumpu oleh dua buah penumpu tetap dan dua buah penumpu, yang bisa bergerak.

2.2 Bagian utama turbin gas penggerak kompressor

Turbin gas secara teori tidak begitu rumit untuk menjelaskannya. Terdapat 3 komponen atau bagian utama yaitu :

Air Inlet Section

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

Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya 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.

A. Compressor Rotor Assembly

Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.

B. Rotor Asembly

C. 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. Pada bagian ini terdapat compressor blade tingkat 11 sampai 17.
Combustion Area

Membakar bahan bakar yang masuk dan menghasilkan tekanan yang sangat tinggi begitu pula dengan kecepatannya. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :

C. Combustion Chamber

Berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.

Combustion Liners

Terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.

2. Fuel Nozzle

Berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.

3. Ignitors (Spark Plug)

Berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.

4. Transition Fieces

Berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.

5. Cross Fire Tubes

Berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.

6. Flame Detector

merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.

Combustion chamber yang ada disusun kosentris mengelilingi aksial flow compressor dan disambungkan dengan keluaran kompresor udara dari aksial flow compressor yang dialirkan langsung ke masing-masing chambers. Zona pembakaran pada combustion chamber ada tiga yaitu:

Primary Zone, merupakan tempat dimana bahan bakar berdifusi dengan udara kompresor untuk membentuk campuran udara bahan bakar yang siap dibakar.

Secondary Zone, adalah zona penyempurnaan pembakaran sebagai kelanjutan pembakaran pada primary zone.

Dilution Zone, merupakan zona untuk mereduksi temperatur gas hasil pembakaran pada keadaan yang diinginkan pada saat masuk ke first stage nozzles

Combustion liners didesain dengan satu seri lubang dan louvers yang ditempatkan didalam chambers. Digunakan untuk mencampurkan bahan udara dari kompresor dan bahan bakar dari nozel yang membakar campuran ini.

Fuel nozzle terdapat pada ujung combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Fungsi dari fuel nozzle ini adalah untuk mengabutkan bahan bakar dan mengarahkannya ke reaction zone pada ruang bakar.

Transition piece terdapat antara combustion liners dan first stage nozzle. Alat ini digunakan untuk mengarahkan udara panas yang dihasilkan pada combustion section ke first stage nozzle.

Spark plugs terdapat pada bagian samping combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Spark plugs berfungsi untuk menyulut campuran bahan bakar dan udara pada saat turbin gas star up. Pembakaran akan terus terjadi selama suplai bahan bakar dan udara terus berlangsung. Spark plugs terpasang pada sebuah pegas setelah proses pembakaran terjadi, tekanan yang dihasilkan meningkat dan akan memaksa plugs naik menuju casing dan mengeluarkan gas panas.

Cross fire tube berfungsi untuk menghubungkan semua combustion chamber. Tabung ini digunakan untuk mengirimkan pengapian dari satu combustion liners ke yang berikutnya selama start up.

2.7 Cross fire tube

Turbin Section

Mengkonversi energi dari gas dengan tekanan dan kecepatan yang tinggi hasil dari combustion area menjadi energi mekanik berupa rotasi poros turbin. Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak kompresor 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

2.8 Second Stage Turbin

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 :

Exhaust Frame Assembly.
Exhaust Diffuser Assembly.

2.9

2.9 Exhaust Asembly

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.

2.10

2.10 Part Exhaust Asembly

Pada Mesin Turbin seperti diatas, udara dengan tekanan normal masuk dihisap oleh compressor yang biasanya berbentuk silinder kerucut dengan beberapa fan blade yang terpasang berbaris ( 8 baris atau lebih ). Udara tersebut kemudian mengalami kompresi bertingkat, di beberapa mesin turbin kenaikan tekanan bisa mencapai faktor 30. Ada 2 macam kompressor yang digunakan yaitu axial flow dan radial flow.

2.11

2.11 Radial flow compressor

2.12

2.12 Axial flow compressor

RADIAL FLOW

AXIAL FLOW

KEUNTUNGAN

· Efisien

· Rasio kompresi tinggi ( 20:1 )

· Simple dan tidak mahal

· Relatif ringan bobotnya.

KELEMAHAN

· Desain kompleks

· Mahal

· Kurang efisien

· Frontal Area yang besar

· Rasio Kompresi terbatas ( 4:1 )

2.13

2.13 Aliran masuk gas pada combustion area

Udara bertekanan yang dihasilkan oleh kompressor tadi lalu masuk ke bagian Combustian Area dimanasebuah ring bahan bakar menginjeksikan bahan bakar dengan aliran konstan. Bahan bakar yang biasa digunakan disini adalah karosene, jet fuel, propana dan gas alam. Jika Anda berpikir sangat mudah untuk memadamkan api dari lilin dengan meniupnya, maka hal itulah yang menjadi masalah dalam desain di area pembakaran ini. Udara yang memasuki area ini adalah udara bertekanan tinggi dan mempunyai kecepatan hampir pada 100 mil per jam, sedangkan kita tetap ingin mempertahankan nyala api secara kontinyu di area tersebut. Komponen yang menjadi solusi permasalahan tersebut adalah sebuah flame holder atau can. Can ini berupa komponen pelindung api yang terbuat dari baja berat yang bentuknya berlubang-lubang. Setengah bagian dari can dapat dilihat pada gambar pandangan cross section di atas, dimana Injector di sebelah kanan. Udara bertekanan tinggi masuk melalui lubang-lubang can. Gas keluar di sebelah kiri dan memasuki turbin. Turbin ini merupakan satu set / satu unit dengan kompresor dan poros.

2.14

2.14 Turbine stage

Di bagian paling kiri sendiri pada gambar di atas adalah yang disebut final turbine stage. Turbin ini memutarkan poros keluaran / output. Kedua bagian terakhir ini tidak terkoneksi dengan apapun, jadi unit bebas, tidak terkait dengan komponen turbin lainnya. Sedangkan pada kasus penggunaan turbin pada kendaraan tempur tank atau sebuah pembangkit listrik, gas buang tidak berguna sehingga akan dibuang melaui sebuah saluran pipa buang. Namun terkadang energi panas gas buang bisa berguna untuk alat penukar kalor atau untuk preheating sebelum udara masuk kompresor.

Penjelasan saya mengenai turbin gas di atas sebenarnya hanya merupakan penjelasan singkat dan simpel. Belum dibahas mengenai bantalannya, sistem pelumasan, struktur pendukung internal mesin, stator vane dan sebagainya. Semua topik itu menjadi permasalahan serius bagi perencana turbin mengingat turbin gas beroperasi pada tekanan, temperatur, dan kecepatan yang sangat tinggi.

2.3 Prinsip kerja turbin gas penggerak kompressor

Gas turbine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Di dalam gas turbine energi kinetik di konversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbine sehingga menghasilkan daya.

Komponen utama turbin gas ada tiga. Kompresor berfungsi untuk menghasilkan udara bertekanan tinggi. Bilik pembakaran berfungsi sebagai area tempat pembakaran bahan bakar dan menghasilkan udara bertekanan dan berkecepatan tinggi. Turbin berfungsi merubah udara yang bertekanan tinggi dari bilik pembakaran menjadi gerakan mekanis.

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).

2.15

Gb 2.15 Air Flow

Ruang Pembakaran. Pembakaran merupakan kombinasi kimia dari tiga elemen yaitu udara bahan bakar dan api. Bahan bakar yang digunakan untuk turbin gas adalah hidrokarbon. Udara yang bertekanan tinggi dari kompresor memasuki ruang pembakaran, saat itu juga bahan bakar di semprotkan oleh fuel injector sehingga terjadi pembakaran yang menghasilkan udara yang bertekanan dan berkecepatan tinggi. Inilah yang dimanfaatkan oleh turbin untuk menghasilkan daya. Modifikasi dari turbin gas ada yang disebut dengan turbofan. Bentuknya hampir sama dengan turbin gas. Turbo fan memiliki kipas (fan) sebelum kompresor.

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).

2.16

Gb 2.16 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:

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.

Pada pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Ketika saluran pmbuangan mengalami masalah, contohnya kotor atau berdebu akan mengakibatkan Pengoperasian pembangkit LTG dalam waktu yang lama secara terus menerus, dengan kondisi lingkungan yang berdebu (lingkungan tropis) semakin mempercepat penurunan kinerja kompresor ditandai dengan menurunnya tekanan.Kinerja kompresor dapat menerun dikaranakan adnya kontaminan deposit yang menempel pada kompresor dan inlet guide vane. Semakin tebal deposit yang menempel semakin menurun unjuk kerja kompresor.Penurunan kinerja kompresor mengakibatkan penurunan output turbin gas, yang mana menjadikan kinerja turbin gas mejadi menurun. Dengan menurunnya kinerja kompresor dan turbin gas sangat mempegaruhi efisiensi pembangkit

Untuk melindungi peralatan pada gas turbine dan alat-alat lainnya maka sistem dilindungi dengan beberapa system pengaman yaitu:

Over speed trip, yaitu suatu system detector terhadap kecepatan turbin yang diijinkan.

System pemadam kebakaran, Yaitu suatu system detector terhadap kebakaran yang akan mengaktifkan pemadaman secara otomatis dan menstop operasi dari turbin, media yang dipakai untuk pemadaman adalah gas CO2.

Pengatur kecepatan : Karena turbin dikontrol oleh generator maka speed dari turbin gas akan mengikuti variabel pada generator, pada prinsipnya pengaturan speed adalah pengaturan jumlah gas yang dibakar di ruang bakar karena speed selalu dipertahankan konstan.

Kontrol temperatur : Temp gas dari ruang bakar harus dijaga tidak melebihi dari yang diijinkan, bila temp naik maka alarm akan menyala dan temp kontroler akan mengatur supply udara ke ruang bakar atau bila udara yang di supply sudah maks, maka kontroler akan memerintahkan untuk pengurangan bahan bakar ke ruang bakar.

2.4 Peralatan bantu turbin gas penggerak compressor

Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

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)

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.

2.17

Gb 2.17Coupling Turbine

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.

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:
1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
2. Oil Quantity
3. Pompa
4. Filter System
5. Valving System
6. Piping System
7. 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.

2.18

2.18 Lube oil system

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

Rheater

Output turbin gas bisa ditingkatkan secara berarti dengan mengekspansikan udara panas dalam dua tingkat dengan reheater diantara dua tingkat. Gambar skematik untuk reheat diperlihatkan pada gambar

2.19

2.19 Reheater turbin Gas

Gambar 5. Skema susunan turbin gas siklus tertutup dengan reheating.

Udara pertama-tama dikompresi dengan kompresor, dan diteruskan ke ruang pemanas, dan kemudian ke turbin pertama. Kemudian udara sekali lagi dilewatkan ke ruang pemanas yang lainnya dan kemudian dialirkan ke turbin kedua. Terakhir turbin didinginkan di ruang pendingin dan setelah itu diteruskan ke kompresor. Proses pemanasan dua turbin diperlihatkan oleh diagram T-s pada gambar

2.20

Gb 2.20 Diagram T-s untuk reheating.

Proses 1-2 : pemanasan udara di ruang pemanas pertama pada tekanan

konstan.

Proses 2-3 : ekspansi isentropik udara pada turbin pertama.

Proses 3-4 : pemanasan udara pada ruang pemanas kedua. Pada tekanan

konstan.

Proses 4-5 : ekspansi isentropik udara pada turbin kedua.

Proses 5-6 : pendinginan udara pada intercooler pada tekanan konstan.

Proses 6-1 : kompresi udara pada kompresor.

Kerja yang dihasilkan turbin per kg udara:

Wt = Cp [(T2 – T3) + (T4 – T5)]

Kerja yang diperlukan kompresor per kg udara:

Wc = Cp (T1 – T6)

Kerja netto yang tersedia:

W = Wt – Wc

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Energi masuk

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 :

dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas

2. Siklus Stirling

Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isovolum). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.

3. 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 up-grading performance. 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:

Proses 1-2 (kompresi isentropik)
Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1)
Proses 2-3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan.
Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2)
Proses 3-4, ekspansi isentropik didalam turbin.
Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4)
Proses 4-1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang
dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1)

3.aa

3.2 Kerja output

Turbin adalah salah satu mesin konversi energi yang cukup penting.Turbin di industri biasanya turbin uap atau gas. Keduanya merupakan alat ekspansi yang menghasilkan kerja mekanik poros. Di bawah ini ditunjukkan perhitungan kerja turbin sederhana.

Pada turbin terjadi proses ekspansi adiabatis sehingga :

3.3 Efesiensi Turbin gas pengggerak kompressor

Gambar menunjukkan siklus turbin gas (sikius Brayton) yang digambarkan pada diagram T-s dan P-v. Kompresor diperlukan untuk memberikan udara bertekanan. Kompresordiputar oleh turbin yang bekerjakarenaadanyaaliran gas bertekananD. Alam kondisi ideal (yang tak pernah dicapai) daya udara bertekanan dari kompresor saran dengand aya gash asil pembakarany ang diperlukant urbin untuk memutark ompresor. Ruang bakar diperlukan untuk menaikkan entalpi udara di ruang bakar. Kenaikan entalpi berarti ada daya lebih yang dapat dipergunakan untuk keperluan lain, misalnya untuk memutar generator atau untuk menghasilkan gaya dorong untuk pesawat. Pada kenyataannya sebagian kenaikan entalpi Diperlukan juga untuk mengganti kerugian energi-energi turbin untuk memutar kompresor

Gb 3.1 Siklus ideal turbin gas terbuka dan diagram T-s dan p-v

3.1a2

3.1a3

3.1a4

3.1a6

3.1a7

3.5 Aplikasi turbin gas penggerak kompressor

Pengetauhan dan teknologi yang diperoleh dari diterapkan untuk mengembankan sistem turbin gas, untuk berbagai tujuan penggunaan misalnya :

Sebagai mesin penggerak kompresor, generator listrik dan mesin industry linnya, kendaraan darat, kapal laut, pesawat terbang dan sebagainya.

Pada waktu ini sistem turbin gas dibuat untuk menghasilkan daya rendah sampai sebesar 100.000 kw. Sedangkan sebagai bahan bakar dapat digunakan bahan bakar gas sampai dengan minyak berat. Serbuk batu bara pun dapat digunakan, tetapi masih dalam taraf percobaan. Efisiensi kompresor dan turbin sudah mencapai bilangan 80 – 95 % dan temperatur kerjanya dapat mencapai 1.100 C efisiensi total dapat mencapai 25- 35 %. Sistem turbin dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasinya relatif rendah, ika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk pusat tenaga listrik. Disamping itu dapat distart dari keadaan dingin sampai dapat dibebeni penuh, dalam waktu yang sangat singkat ( dalam dua menit atau lebih sedikit ). Hal tersebut terakhir membuat mesin ini begitu ideal untuk mengatasi keadaan darurat dan melayani beban puncak

Ada beberapa kegunaan dari turbin gas penggerak kompresor yaitu proses Petrokimia cryogenic refrigeration (LNG), oil and gas production, mengkompresi gas dan proses industry lainnya.

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

4.1

Gb 4.1 siklus bryton pada turbin axial

Dengan kerja turbin dari titik 3-4 bekerja dengan proses isentropis dapat didefinisikansebagai berikut:

untuk kerja kompresor sebagai beban dengan efisiensi gear box tidak 100% yaitu:

4.2 Saran

Di dalam pemeliharaan turbin gas ini di lakukan pemeliharaan yg rutin sebagai suatu usaha untuk mencegah agar suatu peralatan yang di pakai terhindar dari kerusakan yang mengakibatkan mutu, kualitas serta efisiensi sehingga dapat memperpanjang umur atau masa pakai peralatan tersebut.