KATA PENGANTAR
Puji syukurkehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat
danrahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah mesin
konversi energi ini. Penulis juga tidaklupa mengucapkan banyak
terima kasih kepada segenap pihak karenatelah banyak membantu
sehingga makalah ini dapat terselesaikan sebagaimana mestinya.
Makalah mesin konversi energi ini disusun berdasarkan apa yang
penulis dapatkan dari pembelajaran mesin konversi energi sertadari
berbagai referensi yang penulis dapatkan. Dengan tersusunnya
makalah ini, penulis berharap agar kiranya ini dapat digunakan
sebagai salah satu sumber penambah ilmu, wawasan, dan pengetahuan.
Disamping itu penulis mengharapkan bahwa makalah ini tidak hanya
sebagai pelengkap tugas saja melainkan dapat disebut sebagai hasil
karya yang setidaknya, dipelihara dan digunakan sebagaimana
mestinya. Akhirnya penulis sadar bahwa makalah ini belumlah
sempurna, oleh karena itu demi kesempurnaan makalah yang akan
dibuat berikutnya, penulis sangat mengharapkan saran serta dukungan
maupun kritik yang sifatnya membangun dari para pembaca sehingga
dengansemua itu kesempurnaan makalah ini dapat tercapai.
DAFTAR ISI
Pengertian dan Prinsip Kerja Turbin Gas
3Komponen-komponen pada Turbin Gas
8Siklus-siklus yang dipakai pada Turbin Gas
18Macam-macam Turbin Gas
19Performansi Turbin Gas
20TURBIN GASA. Pengertian Dan Sejarah Turbin Gas1. Pengertian
Turbin Gas
Turbin adalah salah satu mesin termal, di mana energi panas
(heat energy) yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar (umumnya
cair atau gas) ditransformasikan ke roda turbin (rotor) yang
menghasilkan putaran dan kerja (mekanikal). Terminologi lain bahwa
Turbin Gas adalah peralatan yang mengkonversi termal menjadi energi
mekanis dalam bentuk kerja putaran poros. Sistem turbin gas yang
paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang
bakar dan turbin gas.
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.
Gambar 4. Aplikasi Turbin Gas Pada Pesawat Terbang
2. Pada bidang IndustriTurbin gas digunakan untuk menggerakkan
bermacam-macam peralatan, seperti pompa, generator listrik, dan
kompresor.
Gambar 5. Turbin gas Untuk Industri (Pembangkit Listrik)B.
Prinsip kerja Turbin Gas
Udara 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. Gambar Skema
dari suatu instalasi gas turbin untuk industry dapat dilihat
seperti gambarberikut:
Gambar 2.2 Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk
industryProses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan
tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar han ya 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
sistim turbine 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 pembuanganTetapi 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
(pressurelosses) 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.
Untuk memperkecil kerugian ini hal yang dapat kita lakukan
antara lain dengan
perawatan (maintanance) yang teratur atau dengan memodifikasi
peralatan yang ada.Adapun Adapun keuntungan - keuntungan dari
turbin gas adalah :
Jumlah komponen jauh lebih sedikit dan tidak memerlukan daerah
luas, sehingga. menguntungkan. Getaran halus. Dapat dioperasikan
pada jarak dekat. Mudah dan cepat diopersikan. Biaya investasi
rendah. Fleksibel dalam memenuhi kebutuhan instalasi.
Adapun kelemahan dari tubin gas :
Effisiensi turbin gas sangat rendah ( 20-30 % ). Suaranya sangat
bising, sehinnga menimbulkan lingkungan kerja yang kurang
baik.Proses PembakaranPadagambar20,
dapatdilihatdarikotruksikomponenruangbakar,apabila
digambarkanulangdenganprosespembakaranadalahsebagaiberikut :
Gambar 22. Ruang baka 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 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 22
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.V
2
Dengan penambahan massa dari udara sekunder m2, maka energi
kinetik menjadi
Wkinetik,1= (m1+m2).V
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 terhenti.
C. Komponen Turbin GasKomponen-komponenUtama padaTurbin gasAda 3
komponen utama yang menunjang kerja Turbin Gas, yaitu:
Kompresoraksial
Yang dimaksud aliran axial adalah bahwa jalan aliran udara
arahnya paralel atau memanjang searah dengan shaft dari rotor
.Kompresor aksial terdiri dari beberapa tingkat
(dapatmencapai30tingkat), masing-masing tingkat terdiri dari satu
baris sudu gerak pada rotor, dan satu baris sudu tetap pada stator
untuk memperoleh efisiensi yang tinggi diperlukan rasio kompresi
yang tinggi. Namun, karena dalam satut ingkathanya dapat memberikan
kenaikan tekanan yang kecil, maka kenaikan tekanan yang diperoleh
dalam satubaris sudu tidak besar. Dengan demikian untuk memperoleh
effisiensi yang tinggi diperlukan beberapa tingkat kompresor aksial
dalam seri. Komponen utama sebuah kompresor aksial adalah rotor
dengan sudu sudu gerak dan stator dengan sudusudu tetap. Penampang
suduber bentuk airfoil. Biasanya sudu dipasangkan longgar pada
rotor untuk memberi ruang pemuaian saat sudah panas ketika
beroperasi [2 &3]. Ruang bakar
Ruang bakar sangat menentukan mutu gas pembakaran,bukan hanya
dari segi energi yang disediakan tetapi juga emisi gas
buangnya.Untuk menjamin hal tersebut maka ruang bakar turbin gas
harus memenuhi syarat-syarat berikut ini:1. Efisiensi pembakaran
yang tinggi, bahan bakar harus terbakar sempurna sehingga semua
energi kimia dapat dikonversi menjadi energi panas.2. Distribusi
temperatur keluar ruang bakar yang sama.3. Emisi polutan (CO, NoX,
SoX) dan asap yang rendah4. Harga yang murah dan mudah
perawatannya. Maka konstruksi harus sederhana serta dibuat dari
material yang tidak mahal.5. Tahan lama. Konstruksi dan material
yang baik serta pendinginan yang baik.Ada beberapa jenis ruang
bakar :
1. TubularKonstruksi yang tegar dan kuat
Aliran bahan bakar dan aliran udara mudah dipadukan.
Berat total material ringan
Mudah pemeriksaan dan penggantian.
Volume dan penampang frontal besar
Gambar 6.melintang titik nyala pada ruang bakar tubular
Gambar 7. Potongan gambar ruang bakar tubular2. AnularPenampang
frontal minimum
Penyalaan lebih mudah
Relatif tidak banyak membentuk asap
Pendinginan dan pembersihannya lebih mudah
Gambar8. Gambar melintang pada ruang bakar anular[3]
Gambar9.Potongan gambar ruang bakar anular[1] 3. Tubo-anular
atau kanularPola aliran bahan bakar dan aliran udara mudah
disesuaikan
Gambar10.Gambar melintang titik nyala pada ruang bakar tubo
anular atau kanular
Gambar11.Potongan gambar ruang bakar tuboanular atau
kanularRuang bakar terdiri dari tabung luar dan tabung dalam,
tabung luar merupakan bungkus dan sekaligus struktur penyangga
ruang bakar. Sedangkan tabung dalam membentuk atau membatasi ruang
dimana proses pembakaran itu berlangsung.
Didalam tabung dalam terdapat penyemprot bahan bakar dan
penyala, dan pemegang nyala (flameholder) yang berfungsi
memperlambat aliran, membentuk vorteks atau turbulensi, sehingga
api pembakaran terbakar sempurna dantetap
ditempat.Hanyasekitar2030%udarayang digunakan untuk pembakaran pada
beban penuh (fullload). Sedangkan sisanya akibat panas dari api
pembakaran akan mengembang atau berekspansi melalui sudu-sudu
turbin. Udara yang digunakan untuk pembakaran itulah yang disebut
PrimaryAir dan jumlahnya diatur oleh banyak dan besarnya
lubang-lubang combustor, tempatur dara tersebut masuk kedaerah
pembakaran.
Sebelum digunakan untuk proses pembakaran, sebagian dari primary
air diarahkan melalui lubang-lubang disekeliling combuster untuk
membentuk selubung (layers) udara yang berfungsi untuk melindungi
dinding kombustor dari sentuhan api.
Disebelah bawah kombustor, dimasukkan aliran udara yang disebut
SecondaryAir. Aliran udara ini bercampur dengan gas panas hasil
pembakaran (primary air), untuk mencegah masuknya aliran yang
sangat panas ke dalam turbin. Udara sekunder (cooling air) tersebut
juga berfungsi mendinginkan ruang bakar, nozzle blade, dan turbine
disc.
Tanpa adanya aliran udara tersebut maka ruang bakar akan menjadi
bola api yang besar yang bertemperatur kira-kira 3500 derajat
Fahrenheit (1927deg.C). Letak penyala pada kombuster ditetapkan
berdasarkan pengalaman dan pengujian, yaitu ditempat dimana
campuran bahan bakarudara paling mudah terbakar tetapi juga
dilindungi dari api yang panas. Hal tersebut disebabkan karena
fungsi penyala adalah menyalakan campuran bahan bakarudara sampai
terjadi pembakaran yang tetap atau stabil, setelah itu tidak
bekerja atau dimatikan [2 &3].3. TurbinAksialBagian turbin
merubah panas dari pembakaran diruang bakar menjadi tenaga putar
mekanis. Sama seperti kompresor, bagian turbin juga terdiri dari
beberapa deret sudu-sudu yang berputar dan tidak berputar.
Sudu-sudu yang berputar tersebut disebut rotorblade dan sudu-sudu
yangtidak berputar pada turbin disebut nozzle. Karena proses aliran
gas didalam turbin adalah ekspansi, sudu turbin dapat dibuat dengan
sudut belok lebih besar dari pada sudu kompresor. Hal tersebut
memungkinkan konversi energi pertingkat yang lebih besar pula. Maka
tidak mengherankan jika satu tingkat turbin dapat menghasilkan daya
untuk menggerakkan 12 atau lebih tingkat kompresor dengan
effisiensi yang cukup tinggi.Perlukiranya disebutkan disini bahwa
pada unit daya tinggi, turbin dibuat dengan beberapa tingkat karena
keterbatasan kemampuan satu tingkat turbin untuk menyerap semua
energi gas yang tersedia itu sekaligus secara efisien [2
&3].
1. KomponenPendukungTurbingasVariable Inlet GuideVane (VIGV)
Terletak pada 1atau 2 tingkat sudu stator pertama kompresor.
Berfungsi mengatur aliran massa udara supaya bisa menyesuaikan
dengan keadaan pada saat start, akselerasi , dan deselerasi
kompresor[4 &5].
Gambar12 Potongan gambar VIGV[4]
Bleed Valve
Terletak dikompresor dan sebelum diatas rumah ruang pembakardan
mempunyai saluran untuk membuang aliran udara kompresor dengan
tidak melewati ruang bakar dan bagian turbin. Berfungsi untuk
mengurangi tekanan balik atau back pressure pada kompresor dan juga
mengurangi beban yang diterima turbin. Sekitar 10-15% dari jumlah
aliran udara pada saat itu dibuang [4 &5].
Gambar13.Potongan gambar Bleed valve
Pada saat pembakaran, temperatur dalam ruang bakar akan
meningkat dengan cepat. Kenaikan temperatur ini menyebabkan volume
dan kecepatan aliran tersebut bertambah besar, tapi tekanannya
tetap. Dari proses pembakaran, gas mengalami proses ekspansi yang
kemudian diarahkan oleh nozzle untuk mendorong sudu-sudu rotor
turbin sehingga turbin akan berputar.
Turbin pada RRAVON adalah kombinasi dari cara impuls dan reaksi.
Pergerakan pertama dari rotor adalah dengan cara impuls, yaitu gas
membentur dan mendorong sudu rotor untuk mulai berputar, tetapi gas
yang berekspansi setelah melewati sudu akan bertambah kecepatannya
sehingga menghasilkan proses reaction yang menyebabkan perputaran
secara terus-menerus. Gas yang berekspansi tersebut kemudian
memutar rotor turbin, sehingga energinya berkurang menyebabkan
turunnya tekanan dan temperatur gas tersebut setelah
berekspansi.
Pada RRAVON, terdapat 3 tingkat (stage) sudu pada turbin, dimana
terpasang dalam 2 bagian shaft yang berbeda pada RRAVON 2 stage GG
dan1 stage power turbin terhubung secara split shaft. Dua tingkat
sudu pertama untuk gas producer generator dan satu tingkat terakhir
untuk power turbin. Sekitar 2/3 dari jumlah tenaga dihasilkan oleh
gas producer rotor. Gas producer generator adalah stage pada turbin
yang tenaganya digunakan untuk memutar engine kompresor dan
perlengkapannya. Misalnya compressor package, generator, pompa dan
lain-lain. Dan 1/3 jumlah tenaga sisanya pada turbin dihasilkan
oleh power turbin rotor yang terletak pada turbin tingkat 3
digunakan untuk menggerakkan peralatan yang diinginkan seperti gas
kompresor, dll. Gas sisa ekspansi tersebut dikeluarkan melalui
exhaust ke atmosfir [4].
Difuser
Difuser adalah alat atau saluran yang berfungsi menaikkan
tekanan fluida dengan jalan menurunkan kecepatannya. Atau, difuser
adalah alat yang mengubah energi kinetik menjadi tekanan. Difuser
tidak menghasilkan atau memerlukan kerja mekanik.
VELOCITY= DEREASING PRESSURE= INCREASING TEMPERATURE=
INCREASINGGambar 14. Skema aliran udara dari kompresor ke ruang
bakar [2]
Fungsi diffuser disini adalah untuk memperlambat kecepatan
(velocity) udara. Sehingga udara bercampur dengan bahan bakar
dengan sempurna.Nozel
Nozel adalah alat atau saluran yang berfungsi menaikkan
kecepatan fluida dengan jalan menurunkan tekanannya. Atau, nozel
adalah alat untuk mengekspansikan fluida sehingga kecepatannya
bertambah besar. Sepertidifuser, nozzel tidak menghasilkan atau
memerlukan kerja mekanik ; maka untuk nozzel W=0[3,
4,&5].Variabel-variabel Kinerja Turbin Gas [6, 7,&8]Po:
Barometric Pressure, yaitu tekanan udara luar atau tekanan atmosfer
diukur sebelum masuk intake.
P1: GG bellmouth pressure,yaitu tekanan udara pada bell mouth
atau tekanan udara yang diukur pada intake kompresor.
Pi: Gas generator intake depression,yaitu besarnya penurunan
tekanan yang masuk gas generator (turbin stage 1 &2) atau
penurunan tekanan setelah keluar ruangbakar.
T1:Intake temperature, yaitu temperature udara masuk
kompresor.
T2: Compressor delivery temperatur, yaitu temprature udara
keluar kompresor, diukur pada kompresor stage ke 17.
T4: Exhaust gas temperature, yaitu temperature gasyang keluar
dari gas generator (turbin stage ke 2) atau temperatur gas sebelum
masuk power turbin.
T5: Exhaust conetemperature, yaitu temperature gas yang keluar
dari power turbin (turbin stage ke 3).
CDP: Compressor discharge pressure (P2), yaitu tekanan udara
yang keluar dari kompresor atau tekanan udara sebelum masuk ruang
bakar (kompresor stage ke 17).
P4: Exhaust gas generator pressure, yaitu tekanan gas yang
keluar dari gas generator (turbin stage ke 2) atau tekanan gas
sebelum masuk power turbin.
P5: Exhaust conepressure, yaitu tekanan gas yang keluar dari
power turbin (turbin stage ke 3).
N1: Compressor speed, yaitu besarnya putaran kompresor.
VIGV : Variable inletguide vane angle,yaitu besarnya sudut
bukaan pada kompresor stageke1,yang berfungsi untuk mengatur
besarnya udara yang masuk ke kompresor.
Effisiensi kompresor, yaitu besar keefektifan energi pada
kompresor.
Effisiensi Thermal, yaitu besarnya keefektifan energi panas pada
suatu ruang bakar turbin gas.
Gambar15. Potongan gambar rotor kompresor [4 &5]
Gambar16. Potongan gambar rotor turbin [4 &5]
Gambar17. Potongan gambar bell mouth kompresor [4 &5]
D. Siklus-siklus Turbin gasAda tiga siklus turbin gas yang
dikenal secara umum yaitu ;
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 panas2) 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
Ss 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:
Dd 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)E. Macam-macam dan
komponen Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi
poros dan lainnya.
Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari: Turbin gas siklus
tertutup (Close cycle)
Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)
Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida
kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida
kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus
tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali
ke dalam proses awal.Sedangkan berdasarkan kontruksinya dibedakan
menjadi 2 yaitu ;
Turbin gas berporos tunggal
Turbin gas ini digunakan sebagai pembangkit listrik pada
perusahaan maupun pada industri yang berskala besar. Turbinn gas
berporos GandaJenis 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, mensuplai gas panas untuk turbin bertekanan rendah.
Turbin multi shaft ini juga digunakan untuk sentral listrik dan
industry ini direncanakan beroperasi pada putaran yang berbeda
tanpa menggunakan reduction gear.Berdasarkan alran fluidanya dibagi
menjadi 2 yaitu :
Turbin aliran radial : dimana arah aliran fluida kerja dalam
arah yang tegak lurus terhadap sumbu poros. Turbin aliran aksial :
dimana arah aliran fluida kerja diperoleh dalam arah sejajar sumbu
poros.A. Efisiensi Turbin Gas
Pemakaian turbin gas banyak menguntungkan sebagai pengganti
sumber penggerak lain, seperti yang sudah diuraikan diatas,yaitu
turbin gas bentuknya lebih simple dan tidak banyak memakan tempat.
Kalau dibandingkan dengan turbin uap, turbin gas lebih mudah
dioperasikan, mudah dikendalikan dan instalasinya lebih sederhana.
Akan tetapi,secara actual efisiensi turbin gas masih rendah. Sudah
banyak metode yang digunakan untuk menaikan efisiensi tersebut.Dari
gambar 6.1diagram p-v dan t-s,dapat dilihat bahwa; Pemasukan panas
berlangsung pada tekanan tetap;qmasuk =mcp(T3T2)Pengeluaran panas
juga pada tekanan konstan;qkeluar =mcp(T4T1)Sehingga,kerja berguna
dapat dirumuskan sebagai
berikut;Wberguna=qmasuk-qkeluar.=mcp(T3-T2)-mcp(T4-T1)Efisiensi
didefinisikan sebagai perbandingan kerja berguna dengan energi
kalor yangmasuk,dirumuskansebagaiberikut;
bisaditulisdalambentuk;
Dimana Cp kapasitasjenispadatekanankonstan
Dapat dilihat dari perumusan diatas, bahwa untuk menaikan
efisiensi turbin gas, kompresor yang di gunakan harus memiliki
perbandingan tekanan yang tinggi,Sehingga pemakaian bahan bakar
lebih sedikit. Kenaikan perbandingan tekan tidak selamanya menaikan
daya turbin, pada perbandingan tekanan tertentu, daya turbin
mencapai maksimum, selanjutnya daya yang berguna akan kembali
turun. Hal ini dikarenakan, pada perbandingan tekanan yang tinggi
diperlukan kerja kompresor yang besar, padahal kerja kompresor
mengambil dari daya turbin. Dengan alasan tersebut, bisa dipahami
kenaikan perbandingan tekanan tidak selalu menguntungan pada nilai
tertentu.Bagian dari kerja turbin yang digunakan untuk menggerakan
kompresor dinamakan back work ratio [gambar29]. Perbandingan daya
pada turbin gas biasanya 3:2:1,3 untuk daya turbin, 2 untuk
kompresor, dan 1 untuk generator listrik. Sebagai contoh untuk
menggerakan generator listrik 100kW, turbin gas harus mempunyai
daya 300kW, karena harus menggerakkan kompresor sebesar 200 kW.
Gambar 29. Backwork turbin gasDengan alasan itu, banyak factor
yang harus diperhatikan terutama untuk mengoptimalkan kerja
kompresor. Sebagai contoh, suhu masuk kompresor T1 tidak terlalu
tinggi, dengan alasan pada suhu yang tinggi kerja kompresor bekerja
lebih berat. Dengan kerja kompresor lebih berat, daya yang diambil
dari daya turbin lebih banyak sehingga mengurangi bagian yang
lainnya.21