Turbin Gas

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi listrik merupakan sumber tenaga yang paling banyak dimanfaatkan

karena sangat erat hubungannya dengan berbagai aspek kehidupan manusia. Dalam

hal ini, dari sekian banyak mesin pembangkit listrik, salah satunya adalah turbin gas.

Turbin gas merupakan pesawat kalor yang tergolong dalam mesin pembakaran dalam

(Internal Combustion Engine). Turbin gas digunakan untuk menggerakkan generator

untuk menghasilkan tenaga listrik.

Pada saat ini, penggunaan turbin gas sudah berkembang pesat, dimana para

insinyur telah menemukan penggunaan turbin gas dan turbin uap sekaligus dalam satu

siklus, yang disebut dengan siklus gabungan (Combined Cycle). Tujuannya untuk

meningkatkan efisiensi dari siklus tunggal (siklus Brayton sederhana) dengan

memanfaatkan kalor dari sisa gas buang yang masih memiliki temperatur yang cukup

tinggi untuk menguapkan air umpan sebagai penggerak turbin uap. Dengan

pemanfaatan gas buang dari turbin ini akan menigkatkan effisiensi termis sistem

secara keseluruhan hingga 45 %.

Keuntungan penggunaan turbin gas sebagai pembangkit tenaga listrik adalah

karena sifatnya yang mudah dipasang, proses kerjanya sederhana, cocok untuk

menanggulangi beban puncak serta dimensinya yang kecil.

Pada saat ini turbin gas dibuat untuk menghasilkan daya rendah sampai daya

tinggi, sedangkan bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar gas sampai

minyak berat.

Dengan pertimbangan-pertimbangan di atas dan kemudahan untuk

mendapatkan bahan bakar sangat tepat jika instalasi turbin gas dipilih sebagai

penggerak generator.

1

Turbin Gas

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan kami bahas dalam makalah ini antara lain adalah

sebagai berikut.

Rumusan masalah dalam makalah ini adalah:

a) Apa yang dimaksud dengan Turbin Gas?

b) Bagaimana cara kerja dari Turbin Gas?

c) Sebutkan jenis-jenis dari Turbin Gas?

d) Jelaskan Kontruksi dari masing-masing jenis Turbin Gas?

e) Jelaskan siklus yang terdapat pada Turbin Gas?

f) Bagaimana menghitung perubahan energi pada Turbin Gas?

g) Bagaimana efisiensi pada Turbin Gas?

1.3 Tujuan Penulisan Makalah

Tujuan penulisan makalah ini secara umum adalah memberikan pemahaman

kepada kita semua tentang turbin gas. Dimana keberadaan turbin gas sekarang ini

merupakan hal yang tidak asing lagi bagi kita sebagai warga teknik. Hal ini

dibuktikan dengan banyaknya mesin-mesin yang menggunakan turbin gas sebagai

penggeraknya. Misalnya saja pesawat terbang, yang merupakan suatu mesin yang

semua orang kenal.

Selain itu, juga banyak lagi keuntungan yang akan kita peroleh dari

pembahasan mengenai turbin gas ini. Yang pada intinya diharapkan agar pengetahuan

kita nantinya akan berguna kelak bagi semua kalangan.

Secara terperinci, tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

a) Mahasiswa belajar tentang turbin gas

b) Memberikan pemahaman teori turbin gas

c) Memberikan informasi daripada turbin gas itu sendiri

d) Memberikan wawasan dan pengalaman mengenai turbin gas

e) Mahasiswa dituntut aktif mengembangkan materi sendiri, tidak dari dosen

f) Selain itu, mahasiswa dilatih dan dikenalkan pembelajaran berbasis internet

dan tidak tatap muka didalam kelas, sehinga akan memberikan manfaat dan

wawasan baru bagi mahasiswa.

2

Turbin Gas

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Definisi Turbin Gas

Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai

fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik

berupa putaran yang menggerakkan 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 menggerakkan

beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas merupakan

salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling

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

Menurut Dr. J. T. Retaliatta, sistim turbin gas ternyata sudah dikenal pada

jaman “Hero of Alexanderia”. Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber

seorang warga negara 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

450oC dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin.

Selanjutnya, perkembangan sistem turbin gas berjalan lambat hingga pada

tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh

efisiensi sebesar lebih kurang 15 %. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan

oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank

Whittle (tahun 1930).

3

Turbin Gas

Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan

seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan

lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi yang

relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk

pusat tenaga listrik.

Gambar 1. Turbin Gas pada industri

2.2 Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet).

Kompresor ini berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut,

akibatnya temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara yang telah dikompresi

ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar

sehingga bercampur dengan udara tadi dan menyebabkan proses pembakaran. 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).

Persamaan turbin gas dengan motor bakar adalah pada proses pembakarannya

yang terjadi di dalam mesin itu sendiri, disamping itu proses kerjanya adalah sama

yaitu hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan buang. Perbedaannya adalah terlatak

4

Turbin Gas

pada kontruksinya, motor bakar kebanyakan bekerja gerak bolak balik

(reciprocating) sedangkan turbin gas adalah mesin rotasi, proses kerja motor bakar

bertahap (intermiten), untuk turbin gas adalah kontinyu dan gas buang pada motor

bakar tidak pernah dipakai untuk gaya dorong.

Gambar 2. Mesin pembakaran dalam (turbin gas dan motor bakar)

Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak betahap, semua proses yaitu hisap

kompresi, pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan. Pada motor bakar

yang prosesnya bertahap yaitu yang dinamakan langkah, langkah hisap, kompresi,

pembakaran, ekspansi dan langkah buang, antara langkah satu dan lainnya saling

bergantung dan bekerja bergantian. Pada proses ekspansi turbin gas, terjadi

perubahan energi dari energi panas menjadi energi mekanik putaran poros turbin,

sedangkan pada motor bakar pada langkah ekspansi terjadi perubahan dari energi

panas menjadi energi mekanik gerak bolak-balik torak. Dengan kondisi tersebut,

turbin gas bekerja lebih halus tidak banyak getaran.

5

Turbin Gas

Gambar 3. Perbandingan turbin gas dan mesin diesel

Turbin gas banyak digunakan untuk mesin propulsi atau jet, mesin automotiv,

tenaga pembangkit listrik , atau penggerak peralatan-peralatan industri seperti

penggerak kompresor atau pompa. Daya yang dihasil kan turbin gas mulai dari

250000 HP untuk pembangkit listrik sampai 5HP pada turbo charger pada mesin

motor.

Keunggulan dari turbin gas adalah mesinnya yang ringan dan ukuran yang

kecil bisa menghasilkan daya yang besar. Turbin gas yang biasa dipakai untuk

penggerak generator listrik kecil. Generator ini banyak dipakai untuk mengantisipasi

beban puncak jaringan, sehingga fungsinya bisa menggantikan kalau terjadi

pemadaman listrik. Gedung-gedung perkantoran, rumah sakit, universitas, perusahaan

dan lainnya, banyak yang menggunakan generator jenis ini. Dibandingkan dengan

penggunaan generator penggerak diesel, dengan penggerak turbin gas ukurannya

menjadi lebih kecil, sehingga bisa menghemat tempat dan mudah dipindahkan.

6

Turbin Gas

Pesawat terbang memerlukan mesin dengan persyaratan yang spesifik yaitu mesin

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

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

yang tepat, dan tidak bisa digantikan jenis mesin lain. Pada industri dan

pembangkitan listrik turbin gas sangat menguntungkan karena mesin mudah diinstal,

operasinya tidak ruwet, dan tidak memerlukan ruangan yang besar.

2.3 Proses Pembakaran

Pada gambar 2. dapat dilihat dari kotruksi komponen ruang bakar, apabila

digambarkan ulang dengan proses pembakaran adalah sebagai berikut :

Gambar 4. Ruang bakar dan proses pembakaran turbin gas

Proses pembakaran dari turbin gas adalah mirip dengan pembakaran mesin

diesel, yaitu proses pembakarannya pada tekanan konstan. Prosesnya adalah sebagai

berikut, udara mampat dari kompresor masuk ruang bakar, udara terbagi menjadi dua,

yaitu udara primer yang masuk saluran primer, berada satu tempat dengan nosel, dan

udara mampat sekunder yang lewat selubung luar ruang bakar. Udara primer masuk

ruang bakar melewati swirler, sehingga alirannya berputar.

Bahan bakar kemudian disemprotkan dari nosel ke zona primer, setelah

keduanya bertemu, terjadi pencampuran. Aliran udara primer yang berputar akan

membantu proses pencampuran, hal ini menyebabkan campuran lebih homogen,

pembakaran lebih sempurna.

Udara sekunder yang masuk melalui lubang-lubang pada selubung luar ruang

bakar akan membantu proses pembakaran pada zona sekunder. Jadi, zona sekunder

akan menyempurnakan pembakaran dari zona primer. Disamping untuk membantu

7

Turbin Gas

proses pembakaran pada zona sekunder, udara sekunder juga membantu pendinginan

ruang bakar. Ruang bakar harus didinginkan, karena dari proses pembakaran

dihasilkan temperatur yang tinggi yang merusak material ruang bakar. Maka, dengan

cara pendinginan udara sekunder,temperatur ruang bakar menjadi terkontrol dan tidak

melebihi dari yang diijinkan.

Pada gambar 4 diatas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran (dillute

zone), adalah zona pencampuran gas pembakaran bertemperatur tinggi dengan

sebagian udara sekunder. Fungsi udara pada sekunder pada zona itu adalah

mendinginkan gas pembakaran yang bertemperatur tinggi menjadi temperatur yang

aman apabila mengenai sudu-sudu turbin ketika gas pembakaran berekspansi.

Disamping itu, udara sekunder juga akan menambah massa dari gas pembakaran

sebelum masuk turbin, dengan massa yang lebih besar energi potensial gas

pembakaran juga bertambah. Apabila Wkinetik adalah energi kinetik gas pembakaran

dengan kecepatan V, massa sebelum ditambah udara sekunder adalah m1 maka energi

kinetiknya adalah sebagai berikut:

Wkinetik,1= m1.V²

2

Dengan penambahan massa dari udara sekunder m2, maka energi kinetik menjadi

Wkinetik,1= (m1+m2).V²

2

Jadi dapat dilihat Wkinetik,2 (dengan udara sekunder) lebih besar dari Wkinetik,1

(tanpa udara sekunder).

Dari uraian diatas, terlihat proses pembakaran pada turbin gas memerlukan

udara yang berlebih, biasanya sampai 30% dari kondisi normal untuk proses

pembakaran dengan jumlah bahan bakar tertentu. Kondisi ini akan berkebalikan,

apabila udara pembakaran terlalu berlimpah (lebih 30%), udara justru akan

mendinginkan proses pembakaran dan mati, karena panas banyak terbuang keluar

melalui gas bekas yang bercampur udara dingin sekunder. Dengan pemikiran yang

sama, apabila udara jumlah udara kurang dari normal, yaitu terjadi over heating,

material ruang bakar dan sudu-sudu turbin bekerja melampaui kekuatannya dan ruang

bakar bisa pecah, hal ini berarti turbin gas berhenti bekerja atau proses pembakaran

8

Turbin Gas

terhenti.

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistim turbine gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar

dengan udara kemudian di bakar.

3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar

melalui nozel (nozzle)

4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran

pembuangan.

Gambar 5. Prinsip Kerja 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. 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 panas spesifik (cp) dari fluida kerja akibat terjadinya

perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.

Adanya mechanical loss, dsb.

9

Turbin Gas

Untuk memperkecil kerugian ini hal yang dapat kita lakukan antara lain dengan

perawatan (maintanance) yang teratur atau dengan memodifikasi peralatan yang ada.

2.3.1 Proses Sederhana Sistem Terbuka

Pembahasan yang pertama sekali adalah mengenai masalah cara kerja dan

kostruksi turbin gas yang digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang, yang

sama juga bila kita membahas secara singkat turbin gas yang dipakai, di industri. Cara

kerja turbin gas penggerak terbang pada Gambar sebagai berikut:

Gambar 6. Turbin Gas pada Pesawat Terbang

Kompresor tekanan rendah menghisap udara luar yang ada disekelilingnya,

kemudian udara tersebut ditekan dan dimasukkan kedalam kompresor tekanan tinggi

untuk ditentukan (dimampatkan) lagi. Selanjutnya udara tekan ini di alirkan kedalam

ruang bakar. Didalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar kedalam arus udara

tersebut sehingga terjadi proses pembakaran. Gas hasil pembakaran yang terbentuk itu

10

Turbin Gas

kemudian dimasukkan kedalam turbin tekanan tinggi selanjutnya terus ke turbin

tekanan rendah, dan sesudah memberikan sisa gaya dorongnya gas hasil pembakaran

ini keluar menuju udara luar.

Dari gambar tersebut bisa dilihat bahwa ada buah paras penggerak yaitu :

1. Turbin tekanan rendah menggerakkan kompresor tekanan rendah dan melalui

roda gigi transmisi menggerakan propeller (baling-baling) sebagai daya untuk

digunakan selanjutnya.

2. Turbin tekanan tinggi menggerakkan kompresor tekanan tinggi. Kecepatan

putar kedua turbin adalah, berbeda dimana ukuran turbin dan kompresor

kadang-kadang dibuat menurut teknik aliran fluids yang terbaik. Mekanisme

kedua turbin tersebut tidak saling mempengaruhi satu sama lainnya, karena

sebagian dari paras turbin tekanan rendah berada didalam paras turbin

tekanan tinggi.

Pada Gambar dapat dilihat bahwa untuk turbin yang dipakai di industri bisa

dilihat dimana, turbin, kompresor, Generator listrik, moto untuk mulai start semuanya

berada dalam satu paras, dan pada umumnya ruang bakar diletakkan disamping.

2.3.2 Sistem turbin gas sederhana

Turbin gas ini disebut mempunyai proses sederhana, karena fluids kerjanya

adalah udara biasa tanpa harus diolah/dipersiapkan lebih dahulu, cukup hanya

dimampatkan lebih dahulu kemudian dipakai untuk proses pembakaran bahan bakar.

Gas hasil pembakaran dengan entalpi yang tinggi inilah yang jadi fluidanya untuk

bekerja. Selain itu pembuangan panasnya juga sederhana tidak terlalu ruwet, karena

gas bekasnya, bisa dibuang ke udara luar. Pada prinsipnya dapat dibandingkan dengan

proses kerja dari instalasi tenaga uap yang cukup ruwet.

2.3.3 Daya yang dihasilkan turbin

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

11

Turbin Gas

dara membutuhkan daya 3000 kW , karena kompresor udara membutuhkan daya 2000

kW. Perlu diketahui bahwa oils dikehendaki instalsi turbin gas harus mempunyai

randemen yang tinggi.

2.4 Jenis-jenis Turbin Gas

Secara umum, turbin gas dibagi menjadi dua macam yaitu turbin gas poros

tunggal (single shaft) dan turbin gas poros ganda (double shaft).

2.4.1 Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang

menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

Gambar 7. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

2.4.2 Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan

tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk

menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.

12

Turbin Gas

Gambar 8.Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

2.4.3 Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, sebagai

berikut:

Berdasarkan siklus kerjanya

1. Siklus terbuka

Gas hasil pembakaran setelah ekspansi 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. Struktur dan susunan

dari instalasi turbin gas dengan siklus terbuka adalah :

13

Turbin Gas

2. Siklus tertutup

Seperti halnya pada turbin uap, turbin gas dapat pula dirancang

dengan siklus tertutup yaitu fluida kerjanya tidak berhubungan dengan

atmosfer sekitarnya. 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 system ini dapat digunakan tekanan tinggi

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

mengalami perubahan fasa. Skema instalasi turbin gas siklus tertutup

dapat dilihat pada gambar.

14

Turbin Gas

Turbin gas dengan system 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

Bisa bekerja dengan tekanan yang tinggi

Berdasarkan konstruksi

1. Single Shaft

Turbin gas ini digunakan untuk pembangkit listrik pada

perusahaan listrik maupun industri yang berskala besar.

2. Double Shaft

Jenis turbin ini digunakan untuk menahan beban dan torsi yang

bervariasi. Poros pertama turbin dikopel langsung dengan poros aksial.

Turbin dengan tekanan tinggi berfungsi menggerakkan kompresor,

15

Turbin Gas

mensuplai gas panas untuk turbin bertekanan rendah. Turbin tekanan

rendah untuk memutar generator listrik. Turbin multi shaft ini juga

digunakan untuk sentral listrik dan industri. Turbin ini direncanakan

beroperasi pada putaran yang berbeda tanpa menggunakan reduction

gear.

3. Turbin Gas dengan Siklus Kombinasi

Karena banyaknya energi yang hilang bersama dengan

terbuangnya gas buang, maka telah dilakukan beberapa upaya untuk

memanfaatkannya dengan cara menambah beberapa macam proses

baru serta peralatan tambahan sehingga energi yang seharusnya

terbuang dapat dimanfaatkan lagi untuk suatu proses tertentu sehingga

dengan demikian dapat meningkatkan efisiensi dari sistem tersebut.

Tetapi seiring dengan hal itu, bertambahh pula biaya investasi

Yang diperlukan karena harus membeli peralatan baru. dilihat

dari segi ekonomisnya, turbin dengan siklus kombinasi memiliki

kebaikan dan keuntungna bila turbin gas ini dijalankan untuk base load

(beban dasar atau utama) dan secara kontinue. Ada beberapa macam

turbin gas siklus kombinasi

16

Turbin Gas

Antara lain :

a.Turbin gas dengan siklus regenerasi

Pada turbin gas dengan siklus ini dilakukan dengan

penambahan peralatan berupa alat penukar kalor ( heat

exchanger) yang diletakkan antar ruang bakar dan saluran gas

buang. Udara bertekanan dari kompresor mengalir dengan suhu

rendah ke heat ezchanger untuk kemudian diteruskan ke ruang

bakar dengan temperatur tinggi.

Panas yang diberikan oleh hear ezchanger diperoleh

dari gas buang yang dilewatkan terlebih dahulu didalaam

pesawat penukar kalor sebelum dibuang ke udara beban. Skema

dari instalasi tersebut dapat dilihat pada gambar 2.4

17

Turbin Gas

b. Siklus gabungan trubin gas dengan turbin uap

Panas dari gas buang dipergunakan kembali untuk keperluan

antara lain :

Produksi uap untuk keperluan industri misalnya proses

pemanasa

Produksi uap untuk pembangkit tenaga listrik dengan

menggunakan turbin uap. Proses ini disebut “Combined

Gas and Steam Cycle”

c.Menurut arah aliran fluida kerjanya

Turbin gas dibagi atas dua bagian, yaitu :

1. Turbin aksial, dimana arah aliran fluida kerjanya sejajar

dengan poros

2. Turbin radial, dimana aliran fluida kerjanya menyilang

poros atau dalam arah tegak lurus dengan poros turbin.

2.5 Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

A. Siklus Ericson

Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari

dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat

balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik

berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi

termalnya adalah :

ηth = 1 – T1/Th

dimana:

ηth= effisiensi termalnya

T1 = temperatur buang dan

Th = temperatur panas.

B. Siklus Stirling

18

Turbin Gas

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.

C. Siklus Brayton

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas,

sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin

turbine atau manufacturer dalam analisa untuk 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)

19

Turbin Gas

Gambar 9.Siklus Brayton

2.6 Komponen Turbin Gas

Komponen-komponen turbin terdiri dari komponen utama dan komponen

penunjang, yang masing-masing akan dijelaskan sebagai berikut.

2.6.1 Komponen Utama

a.Air Inlet Section

20

Turbin Gas

Gambar 10. 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 didalamnya

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.

b. Compressor Section

21

Turbin Gas

Gambar 11. 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:

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.

Gambar 12. Compressor Rotor Assembly

2. Compressor Stator

22

Turbin Gas

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.

Gambar 13.Compressor Stator

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

23

Turbin Gas

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 didalam 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.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:

A. Primary Zone, merupakan tempat dimana bahan bakar berdifusi dengan udara

kompresor untuk membentuk campuran udara bahan bakar yang siap dibakar.

B. Secondary Zone, adalah zona penyempurnaan pembakaran sebagai kelanjutan

pembakaran pada primary zone.

C. Dilution Zone, merupakan zona untuk mereduksi temperatur gas hasil

pembakaran pada keadaan yang diinginkan pada saat masuk ke first stage

nozzles.

24

Turbin Gas

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.

Gambar 14. Combustion Section

25

Turbin Gas

c. Turbin Section

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 :

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.

Gambar 15. Turbin Section

d. 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 :

26

Turbin Gas

1. Exhaust Frame Assembly.

2. Exhaust Diffuser Assembly.

Gambar 16. Exhaust Section

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.

27

Turbin Gas

28

Turbin Gas

2.5.2 Komponen penunjang

Gambar 17. Alat bantu Turbin Gas

Ada beberapa komponen penunjang yaitu :

Penggerak Mula (Prime Mover), yaitu Diesel, Starting Motor (Cranking

Motor), Generator sebagai Motor, memutar poros turbin gas sampai kekuatan

bahan bakar dapat menggantinya  (turbin gas mampu berdiri sendiri).

Hydraulic Ratchet, berfungsi memutar poros turbin sebelum start, sebanyak

45º setiap 3 menit, untuk memudahkan pemutaran oleh penggerak mula dan

meratakan pendinginan poros saat turbin gas stop.

Turning Gear, fungsinya sama seperti juga Ratchet, hanya poros diputar

kontinyu dengan putaran lambat (± 6 RPM).

Accessories Gear, adalah tempat roda gigi untuk memutar alat-alat bantu

seperti : pompa bahan bakar, pompa pelumas, pompa hidrolik, main atomizing

air compressor, water pump, tempat hubungan Ratchet.

Torque Converter, sebagai kopling hidrolik, saat digunakan kopling diisi

dengan minyak pelumas. Sedangkan saat dilepas, minyak pelumas di drain.

29

Turbin Gas

Load Gear, disebut juga Reduction Gear atau Load Coupling untuk

mengurangi kecepatan turbin menjadi kecepatan yang dibutuhkan oleh

Generator. Load Gear Westinghouse dimanfaatkan untuk penggerak pompa

bahan bakar dan pelumas.

Exciter, yaitu peralatan yang berfungsi memberikan arus searah untuk

penguatan kutub magnet Generator Utama.

Starting Clutch, disebut juga Jaw Clutch, sebagai kopling mekanik yang

berfungsi menghubungkan poros Penggerak Mula dengan poros kompresor

saat proses Start.

Bantalan (Bearing), terdiri dari bantalan aksial dan bantalan luncur. Bantalan

luncur disebut juga disebut juga Journal Bearing, yang berfungsi sebagai

penyangga berat poros turbin, kompresor dan generator. Sedangkan bantalan

aksial disebut juga Thrust Bearing, berfungsi sebagai penahan gaya aksial.

2.7 APLIKASI

Penggunaan Turbin Gas dibagi menjadi dua, yaitu :

1. Pada bidang Aviasi (penerbangan)

Digunakan sebagai mesin yang menghasilkan daya dorong pada pesawat

terbang ( Aeroderivatif). Turbin gas dinilai sangat cocok sebagai motor

propulsi pesawat terbang karena memiliki bobot yang ringan dimensi yang

ringkas,sehingga tidak memerlukan banyak ruangan, serta mampu

menghasilkan daya yang besar. hal ini menjadi penting karena adanya

kecenderungan terbang pada kecepatan tinggi serta jarak jelajah yang panjang

dan muatan yang bertambah berat.

30

Turbin Gas

Gambar 18. Aplikasi Turbin Gas Pada Pesawat Terbang

2. Pada bidang Industri

Turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam-macam

peralatan, seperti pompa, generator listrik, dan kompresor.

Gambar 19. Turbin gas Untuk Industri (Pembangkit Listrik)

31

Turbin Gas

2.8 Metode Pendinginan Sudu

Metode yang digunakan untuk pendinginan pada turbin gas adalah : 

a. Convection Cooling

Mengalirkan udara dingin ke dalam turbine blade untuk menghilangkan panas

yang melewati dinding

Aliran udara yang digunakan : aliran radial, yang melewati berbagai jalur dari

hub sampai ke tip dari blade

Metode yang paling umum digunakan pada turbin gas.

b. Impingement Cooling

Pengembangan dari convection cooling. Udara disemprotkan di dalam

permukaan blade dengan high-velocity air jets

Hal ini meningkatkan transfer panas dari permukaan metal ke udara pendingin

Kelebihan dari metode ini adalah sistemnya dapat diterapkan hanya di tempat

yang membutuhkan pendinginan lebih banyak

c. Film Cooling

Membuat insulating layer diantara aliran gas panas dan blade

Metode ini juga berguna untuk melindungi combustor liners dari gas panas

d. Transpiration Cooling

Transpiration cooling dapat dicapai dengan mengalirkan udara pendingin

melalui lubang pori pada dinding blade

Aliran udara pendingin akan mendinginkan aliran gas panas secara langsung

Metode ini sangat efektif untuk temperatur yang sangat tinggi, karena seluruh

bagian blade dilewati oleh udara pendingin

32

Turbin Gas

2.9 Prosedur Pengoperasian Turbin Gas

Prosedur yang harus dilakukan untuk mengoperasikan turbin gas sebagai

langkah awal adalah :

1. Rachet, dilakukan dengan memutar turbin seperempat lingkaran dalam

waktu satu menit secara terus menerus selama 10 hingga 12 jam untuk

mendistribusikan massa rotor, meratakan pelumasan pada bearing dan

journal shaft serta mencegah terjadinya pembengkokan.

2. Rubbing Check, pemutaran turbin gas sampai 1350 rpm, kemudian dimatikan.

3. Cranking, setelah turbin gas dimatikan saat rubbing check, kemudian

turbin gas diputar 1200 rpm yang dilakukan selama 5 hingga 10 menit.

Hal ini dilakukan untuk membersihkan turbin gas dan kompresor dari debu

dan kotoran.

4. Fuel Gas Leak Check, putaran turbin dinaikkan kembali sampai 1850 rpm.

5. Flame Detector Check, putaran turbin diputar sampai 2000 rpm,

kemudian spark plug dinyalakan maka saat itu proses pembakaran mulai

terjadi.

6. Over Trip Test, apabila diberikan penambahan fuel gas maka otomatis

putaran turbin gas meningkat hingga mencapai batas yang telah ditentukan.

7. Peak Load untuk, setelah itu turbin gas distart hingga mencapai putaran 5100

rpm. Kemudian turbin gas ini diberi beban secara bertahap hingga

mencapai nilai mendekati maksimum, kemudian beban diturunkan setahap

hingga mencapai batas yang diinginkan.

2.10 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 keausan dan ketuaan akibat

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

salah.

Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor

operasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional

33

Turbin Gas

turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. Semua pabrik

pembuat turbine gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam

pengoperasian sehingga turbine selalu dalam batas kondisi aman dan tepat waktu

untuk melakukan maintenance. Untuk turbine gas produksi General Electric

batas maintenance bisa di dapat dengan memasukkan faktor penentu lain dalam

rumus di bawah ini:

Rumus Maintenance Interval Ditinjau dari Bahan Bakar yang Digunakan

34

Turbin Gas

Rumus Maintenance Interval Terhadap Kondisi Operasiona

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

1. Preventive Maintenance

Preventive maintenance adalah 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:

a) Running Maintenance, adalah suatu kegiatan perawatan yang

dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang

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

b) Turning Around Maintenance, adalah perawatan terhadap peralatan

yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

2. Repair Maintenance

Repair Maintenance merupakan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan

yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu

jalannya operasi.

3. Predictive Maintenance

35

Turbin Gas

Predictive Maintenance merupakan 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

Corrective Maintenance adalah 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

Shut Down adalah kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan

yang sengaja dihentikan pengoperasiannya. Shutdown maintenance pada turbine

gas terdiri dari Boroscope Inspection, Combustion Inspection, Hot Gas Path

Ispection dan Major Inspection.

2.10.1 Shut Down Inspection Pada Turbin Gas

Merupakan pemeriksaan yang dilakukan pada saat unit tersebut tidak

dalam pengoperasian. Shut down inspection terdiri dari:

36

Turbin Gas

A. Combustion Inspection.

Combustion Inspeksi merupakan shut down jangka pendek yang

dibutuhkan untuk memeriksa nozzle tingkat pertama, combustion liner, transition

piece dan cross fire tube. Komponen-komponen ini membutuhkan pemeriksaan

secara berkala, karena kerja yang dilakukan oleh turbin gas bekerja terus

menerus, sehingga sistem pembakaran yang buruk akan menyebabkan pendeknya

umur dari komponen-komponen tersebut terutama bagian hilir seperti nozzle dan

bucket turbin. Perawatan yang dilakukan pada waktu combustion dan inspection

adalah pemeriksaan pada bagian ruang bakar, cross fire tube dan transition piece.

Pemeriksaan pada catatan paking menunjukkan adanya gesekan, bagian atas dan

bagian bawah dari diafragma dan bagian antara diameter horizontal dan vertikal.

Pemeriksaan pada thermocople yang rusak, pada turbin bucket dan over plan

secara visual, leading edge baik secara visual atau boroscape pada nozzle turbin

tingkat pertama dan bucket tingkat pertama terhadap degradasi, pendapatan

37

Turbin Gas

clerence. Pemeriksaan fuel nozzle terhadap pluging pada bagian tutup dan

mencatat hasil pemeriksaan. Untuk melakukan inspeksi secara visual pada bagian

rotating dan stationary pada compressor casing dan turbin casing tanpa mengangkat

atau membongkarnya adalah memakai perangkat kerja dari borescope.

Bagian-bagian yang diinspeksi pada turbin gas adalah:

1. Turbin Section.

2. Axial Flow Compressor.

3. Combustion System.

Turbin section yang diinspeksi adalah :

1. Turbin Nozzle, untuk menginspeksi kerusakan bagian luar, korosi, gangguan

pada lubang pendingin, retak dan sebagainya.

2. Turbin Bucket, untuk menginspeksi kerusakan bagian luar yang melepuh,

retak, kelonggaran tempat buang dan lain-lain. Pada compressor section

dilakukan inspeksi pada blade atau sudu-sudu tetap dan sudu gerak.

B. Hot Gas Path Inspection

Pemeriksaan pada daerah panas termasuk dalam combustion inspection,

hanya saja dalam pemerikasaan ini dilakukan lebih terperinci lagi mulai dari

38

Turbin Gas

nozzle hingga bucket turbin. Adapun komponen-komponen yang dibongkar dan

diinspeksi antara lain :

1. Flame Detector.

2. Spring Position Spark Plug.

3. Combustion Chambers.

4. Cap and Liner Assembly.

5. Combustion Transition Piece Assembly.

6. Compressor Discharge and Frame Casing Assembly.

7. Support ring Assembly.

8. First Stage Nozzle.

9. Turbine Shell and Shoud Assembly.

10. Second Stage Nozzle

Inspeksi dilakukan secara visual dan juga dilakukan secara non visual.

Inspeksi secara visual dengan melihat perubahan yang terjadi pada komponen

tanpa mata bantu, cukup dengan mata telanjang seperti perubahan warna,

perubahan bentuk, keretakan dan lain-lain. Inspeksi non visual dilakukan dengan

menggunakan alat bantu, seperti melihat keretakan bagian dalam suatu logam

dengan mengunakan radiografi, ultrasonografi dan sebagainya. Pemeriksaan

komponen dilakukan dilapangan atau diruang perawatan, bahkan pemeriksaan

39

Turbin Gas

dapat juga dilakukandiluar pabrik, seperti pemeriksaan struktur mikro marrige bold

yang dilakukan di Singapura. Inspeksi lainnya yaitu pemeriksaan clearance pada

daerah sekitar first stage nozzle, second stage nozzle dan bucket turbin.

Clearance yang diperiksa pada saat hot gas path inspection tidak boleh kurang

atau lebih dari ukuran yang telah ditetapkan. Clearance yang terlalu besar akan

mengurangi efisiensi turbin sedangkan clearance yang terlalu kecil akan

berpengaruh pada keselamatan turbin walaupun efisiensi turbin semakin besar.

C. Major Inspection

Adapun pemeriksaan pada seluruh bahagian utama turbin secara garis

besar

pemeriksaan ini dilakukan pada bagian-bagian :

1. Air Inlet Section

2. Combustion Section

3. Compressor Section

4. Turbine Section

5. Exhaust Section

Pemeriksaan ini meliputi unsur dari combustion dan hot path inspection.

Kegiatan yang dilakukan antara lain pemeriksaan keretakan sudu rotor dan

stator. Clearence pada nozzle dan clearence pada compressor. Pengikat dan

40

Turbin Gas

penyekat nozzle serta diafragma diperiksa dari kemungkinan adanya gesekan,

pengerutan atau kerusakan yang disebabkan oleh panas. Kompresor dari guide

inlet fane diperiksa dari kemungkinan adanya kotoran, pengikisan, karat dan

kebocoran. Bantalan dari sheel (sekat) diperiksa clearencenya dan tingkat

kehausan yang terjadi. Semua pemeriksaan ini dilakukan berdasarkan spesifikasi

yang ditetapkan oleh pabrik.

2.11 Konstruksi dan Cara Kerja dari Turbin dan Kompresor

2.11.1 Konstruksi mesin

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 di bawah, 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.

41

Turbin Gas

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.

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.

2.11.2 Kompresor untuk turbin gas

Udara pembakar dari udara luar dihisap dan ditekan oleh kompresor sampai

tekanannya menjadi P2 sesuai dengan perbandingan tekanan/kompresi λ = P2/P1.

Kompresor aksial

42

Turbin Gas

Arus aliran gas ketika melalui kompresor aksial arahnya seperti ketika sedang

melalui pips yaitu aksial. Diameter rata-rata sudu antara bagian keluar dan bagian

masuk adalah tetap sama, umtuk itu u1 = u2 . Supaya tekanannya gas dapat naik

dibutuhkan keoepatan dengan sedikit melengkung sehingga kecepatan ci dnaikkan

menjadi c2 dapat dilihat pada gambar berikut.

Kompresor radial

Kompresor radial mempunyai sudu jalan yang melengkung ke belakang. Gas

masuk dengan keoepatan kecil c1 dan akibat adanya gaya sentrifugal maka gas

tersebut dikeluarkan dengan kecepatan tinggi c2 Perbandingan diameter D2/D1

sangat besar, sementara itu gas pada saat masuk arahnya searah dengan poros aksial

dan pada saat keluar arahnya tegak lurus radial,

.

43

Turbin Gas

2.12. Soal-Soal

A. SOAL PILIHAN

1. Berikut ini yang merupakan urutan dari proses dari sistem turbin gas adalah?

A. Exhaust, compression, expansion, combustion

B. Compression, expansion, combustion, exhaust

C. Expansion, compresi, exhaust, combustion

D. Compression, combustion, expansion, exhaust

E. Compression, expansion, exhaust, combustion

2. Berikut ini yang bukan merupakan bagian-bagian utama dari turbin gas

adalah?

A. Air Inlet Section

B. Compresor Section

C. Combustion Section

D. Turbin Section

E. Guide Vane Section

3. Komponen dari combustion section pada turbin gas yang berfungsi sebagai

tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion adalah

A. Combustion Chamber

B. Combustion Liners

C. Fuel Nozzel

D. Ignitors

E. Transition Fieces

4. Perhatikan gambar dibawah ini!

Berdasarkan Siklus Brayton diatas yang menunjukan proses expansi adalah

nomer?

A. 1-2

B. 2-3

C. 3-4

D. 4-1

44

Turbin Gas

E. 2-4

5. Komponen turbin gas yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang

masuk kedalam turbin adalah?

A. Inlet Guide Vane

B. Inlet Bellmounth

C. Air Inlet Housing

D. Main Filter

E. Inertia Separator

B. SOAL URAIAN

1. Sebutkan dan jelaskan secara urut proses dari sistem kerja turbin gas!

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.

2. Apa sebab kerugian yang dapat menyebabkan turunya daya system turbin gas

tersebut?

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 turbindengan angin.

Adanya mechanical loss.

3. Sebutkan dan jelaskan 4 dari 7 komponen combustion section!

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.

Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam

combustion liner.

45

Turbin Gas

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.

46

Turbin Gas

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai

fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi

mekanik berupa putaran yang menggerakkan 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 menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya).

Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas.

Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu

kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan

seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan

lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi

yang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel

untuk pusat tenaga listrik.

Turbin gas merupakan salah satu mesin yang sangat membantu berbagai hal

pekerjaan manusia. Pengembangan yang telah dilakukan tentang turbin gas inipun

juga dilakukan. Berbagai industri juga banyak yang menggunakan turbin gas sebagai

mesin utamanya. Oleh sebab itu kita sebagai orang teknik juga harus berpartisipasi

dalam hal ini.

47

Turbin Gas

DAFTAR RUJUKAN

1. Wikipedia, Turbin Gas. (Online), (http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_gas,

diakses 7 September 2015).

2. Petekmesum, files. (Online), (https://petekmesum11.files.wordpress.com/,

diakses 8 September 2015).

3. Abang, 2013. Prinsip kerja turbin gas. (Online),

(http://abangirfan62.blogspot.com/2013/06/prinsip-kerja-turbin-gas.html,

diakses 8 September 2015).

4. Rakhman, 2013. Komponen utama turbin gas. (Online),

(http://rakhman.net/2013/06/komponen-utama-turbin-gas.html, diakses 8

September 2015).

5. Rahmanta, 2011. Turbin Gas. (Online),

(http://rahmanta13.wordpress.com/2011/05/10/turbin-gas/ diakses 8 September

2015).

6. Majari, 2009. Gas Turbin Engine Part 1. (Online),

(http://majarimagazine.com/2009/02/gas-turbine-engine-part-1/ diakses 11

September 2015)

7. Crayonpedia, Konstruksi Turbin Gas Sun Yoto. (Online),

(

http://www.crayonpedia.org/mw/BAB_18_KONSTRUKSI_TURBIN_GAS_S

UNYOTO diakses 11 September 2015)

8. Suwasono, Turbin Gas. (Online),

(http://www.agussuwasono.com/artikel/mechanical/412-turbin-gas.html

diakses 11 September 2015)

48