BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Turbin Gas 2.1.1 Umum
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[1].
Menurut Dr. J. T. Retaliatta[2], sistim turbin gas ternyata sudah dikenal pada jaman Hero of Alexanderia. Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber seorang Inggris pada tahun 1791[3]. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak , kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan r antai roda gigi.
volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban.
Tahun 1904,[6] Societe desTurbomoteurs´ di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang instruksinya berdasarkan disain Armen gaud 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, 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)[7]. 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 Pesawat kalori yang tergolong dalam Internal Combusition Engine ( ICE) atau sering disebut dengan mesin pembakar didalam. Sebagai sumber energy dan turbin gas adalah fluida gas yang diperoleh, dan gas hasil pembakaran bahan bakar diruang bakar ( Combustion Chambers). Bahan bakar yang digunakan untuk turbin gas antar lain bahan bakar cair (Distilate) seperti HSD atau IDO juga dapat digunakan gas bumi atau gas alam ( LNG = Lequid Natural Gas).
Gambar 2.1 Turbin Gas
Untuk mendapat proses pembakaran yang baik pada combustion chambers diperlukan 3 ( tiga ) komponen utama, antara lain :
1. Udara pembakaran 2. Bahan bakar 3. Ignition/ busi
Sedangkan untuk mendapatkan temperatur pembakaran yang pertama sekali adalah dari penyala busi yang akan menyala pada saat permulaan pembakaran atau periode firing.
2.1.2 Prinsip Kerja 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. Gambar Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk industry dapat dilihat seperti gambar berikut ; [9]
Gambar 2.2 Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk industry
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:
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
Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Gas(PLTG) yaitu ; JBE, AEG dan Alsthom jumlah busi yang digunakan hanyalah 2 (dua) buah untuk 10 ruang bakar, dan penyalaan ruang bakar (combustion Chamber) yang tidak memiliki busi akan dapat penyebaran api yang menyebarkan melalui cross (X) fire turbin. Untuk turbin, Wescan (Westhing Hause Canada) yang memilki enam buah combustion chamber dimana tiap combustion chamber diperlengkapi dengan satu buah busi.
Sedangkan untuk PLTG yang memiliki cross (X) fire tube hal ini jarang terjadi, karena walaupun salah satu busi ada yang padam tetapi pembakaran masih dapat terjadi pada seluruh ruang bakar. Gambar Skematic Diagram dari Turbin dapat dilihat seperti gambar berikut : [10]
Gambar 2.3. Skematic Diagram dari Turbin
Fluida kerja yang digunakan pada proses ini adalah gas. Udara dimampatkan dengan cara dihisap dan ditekan oleh kompresor kemudian dimasukkan ke ruang bakar untuk bersama - sama dibakar dengan bahan bakar, dari hasil pembakaran diteruskan ke turbin, dimana dalam ruang bakar terjadi proses politropik.
Adapun keuntungan - keuntungan dari turbin gas adalah :
a. Jumlah komponen jauh lebih sedikit dan tidak memerlukan daerah luas, sehingga. menguntungkan.
b. Getaran halus.
c. Dapat dioperasikan pada jarak dekat. d. Mudah dan cepat diopersikan.
e. Biaya investasi rendah.
f. Fleksibel dalam memenuhi kebutuhan instalasi.
Adapun kelemahan dari tubin gas :
a. Effisiensi turbin gas sangat rendah ( 20-30 % ).
b. Suaranya sangat bising, sehinnga menimbulkan lingkungan kerja yang kurang baik. Gambar Diagram alir Turbin gas dapat dilihat seperti gambar berikut :[11]
Dimana : K = Kompresor TG = Turbin Gas
Gambar 2.4. Diagram alir Turbin Gas
2.2 PLTG dengan menggunakan Water Wash
banyak sekali kegiatan yang berkaitan dengan operation dan maintenence pembangkit listrik, mulai dari kegiatan yang sifatnya harian, mingguan dan bulanan.
Salah satu kegiatan bulanan yang rutin dilakukan dalam upaya menjaga performa turbine ialah water wash atau jika kita terjemahkan bebas kedalam bahasa indonesia kurang lebih berarti mencuci turbine, pengertian water wash
sendiri dapat kita sederhanakan yaitu mencuci turbine khususnya blade - blade pada compressor dan turbine. untuk menjaga performance turbin gas, juga untuk mengurangi tingkat pertambahan fouling pada sudu-sudu kompresor turbin gas [12] Kebersihan Compressor dapat dipertahankan dengan menggunakan program rutin mencuci air. Ada dua macam tipe water wash yang dapat dilakukan yaitu online dan offline water wash . Sebuah manuver offline dilakukan dengan turbin gas dalam keadaan didinginkan menggunakan kecepatan cranking kecepatan 2000-3000 rpm, pada pembersihan model ini juga digunakan campuran soap (sabun).
Gambar 2.5 Diagram Pencucian dengan system On-line / Off – line
Gambar 2.6 Grafik Perbandingan Output performance On-line dan Off - Line
Tujuan dasar dari pembersihan secara online adalah untuk menjaga kebersihan kompresor setelah mencuci offline, untuk mempertahankan daya dan efisiensi dengan meminimalkan kerugian yang sedang berlangsung, dan untuk memperpanjang periode beroperasi antara shut downs diperlukan untuk offline (Engkol) mencuci.
Gambar 2.7 Instalasi Pipa Water Wash Pada PLTG
Gambar 2.8 Pipa Water Wash Tampak Depan
Water wash yang dilakukan secara On-line dengan menggunakan air demineralisasi. Prosesnya sebagai berikut :
a. Persiapan Water Wash
Yang perlu diperhatikan sebelum water wash antara lain sebagai berikut : 1. Pengecekan peralatan.
2. Pengurasan tanki water wash.
3. Flushing pipa air dari water washing skid ke turbin gas. 4. Pengisian air demin.
5. Pemanasan air. 1. Pengecekan peralatan
Ada beberapa peralatan yang harus dipastikan bekerja dengan baik sebelum water wash dilakukan antara lain : motor pompa transfer water 88WT , motor pompa dosing 88DM dan tanki heater. Peralatan tersebut berada seluruhnya di dalam water washing skid, suplay daya untuk water washing skid akan otomatis tersalurkan dengan melakukan change over suplay dari 10,5 kV back feeding ke 20 kV. (Gambar motor pompa transfer water 88WT , motor pompa dosing 88DM dapat dilihat pada gambar 3.5)
2. Pembersihan tanki water wash
3. Flushing pipa.
Segmen pipa dari water washing skid telah terendam, sehingga dilakukan flusing dengan menggunakan air dari sumur bor.
4. Pengisian Air Demin.
Pengisian air di tanki water wash dilakukan dengan menggunakan air demin.
5. Pemanasan Air.
Setelah tanki terisi oleh air demin sebanyak 15 kL, kemudian air dipanaskan dengan menggunakan heater yang sudah terpasang di tanki hingga mencapai temperatur diatas 80 ºC. Pemanasan air diperlukan untuk menghindari thermal shock karena perbedaan temperature yang sangat jauh antara material panas dengan air. Dengan menggunakan air yang dipanaskan hingga 80 ºC, maka temperatur wheelspace maksimum untuk water wash ( Water Wash Permitive ) adalah 149 ºC.
b. Pelaksanaan Water Wash.
Pelaksanan water wash dimulai dengan pembukaan beberapa valve dan menutup beberapa valve lainnya. Valve yang dibuka adalah drain valve yang membuang air limbah water wash dari compressor casing, inlet plenum dan combustion chamber. Valve yang ditutup adalah valve udara pendingin dari kompresor (compressor extraction) dan valve udara sealing dari kompresor ke baring. Valve flame detector juga ditutup sedangkan bleed valve akan menutup otomatis dengan pengaturan dari control system.
dilakukan dengan menyalakan motor-pompa 88TW di water washing skid setelah turbin terlebih dahulu di crank. Cranking speed wash adalah 1195 rpm.
Pada awal penyemprotan air yang keluar dari drain combustion chamber sangat kotor. Beberapa saat setelah penyemprotan air dilakukan chemical dicampur ke dalam air menuju kompresor. Injeksi chemical dilakukan dengan menyalakan pompa dosing 88DM. Setelah injeksi air + chemical dihentikan kompresor dibiarkandalam keadaan basah oleh air + chemical .
Proses rising dilakukan dengan menyemprotkan air ke kompresor hingga air drain dari kompresor bersih secara visual. Penyemprotan air terus dilakukan hingga crank di stop dan turbin gas pada kondisi 0 rpm.
c. Proses Pengeringan.
Proses pengeringan kompresor dan ruang bakar dilakukan 2 (dua) tahap. Proses tahap pertama pengeringan dilakukan dengan cara cranking turbin gas setelah proses rising. Proses cranking dilakukan mengeluarkan sisa - sisa yang masih terdapat pada inlet plenum, kompresor dan ruang bakar.
Sebelum tahap kedua pengeringan dilakukan, Seluruh valve yang sebelumnya dikondisikan untuk water wash di kembalikan seperti semula.Proses pengeringan tahap ke dua adalah dengan mengoperasikan turbin hingga mencapai kondisi full speed (5163 rpm). Pada proses ini harus diperhatikan temperature wheel spaceuntuk memastikan seluruh valve telah di kembalikann ke operasi semula dan turbin beroperasi dengan normal.
menjadi 10,48 kg/cm 2 , CTD (compressor temperature discharge) turun menjadi 363 ºC dan turbin gas mampu beroperasi dengan daya keluaran generator lebih dari set point 34,1 MW.
2.2.1. Pr insip Ker ja PLTG sebelum Water Wash
Temperatur udara masuk kompresor 30 ºC dimampatkan oleh kompresor hingga udara tersebut bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi. Setelah itu masuk ke ruang bakar, pada saat beban telah mencapai 38 MW temperatur gas buang turbin 581 ºC dan ini telah menyentuh TLC (temperature Limit Control). Sehingga beban tidak dapat dinaikkan lagi
Penurunan peformansi dari turbin gas disebabkan oleh penurunan peforma pada sudu - sudu kompresornya yang ditandai dengan perubahan pada beberapa parameter seperti CPD (Compresor pressure Discharge) menjadi 9,3 kg / cm 2 dan CTD (Compressor Temperature Discharge) yang naik hingga 380 ºC.
2.2.2. Pr insip Ker ja PLTG setelah Water Wash
kompresor tidak deposit, yang ditandai dengan perubahan pada parameter seperti CPD (Compressor Pressure Discharge) naik menjadi 10 kg / cm 2 dan CTD (Compressor Temperatur Discharge) turun menjadi 363 ºC. menyebabkan beban dapat naik menjadi 42 MW. Gambar proses Penyemprotan air dimineralisasi dari nozel ke Kompresor dapat dilihat seperti gambar berikut : [16]
Gambar.2.9 : Proses Pembersihan Kompresor
2.3 Komponen Utama PLTG
Adapun yang menjadi komponen - komponen utama dalam PLTG antara lain sebagai berikut:
2.3.1. Air Inlet Section
Gambar 2.10. Air Inlet Section
Bagian ini terdiri dari:
2.3.1.1 Air Inlet Housing,
Air Inlet Housing merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara. Gambar Air Inlet Housing dapat dilihat seperti gambar berikut : [18]
Gambar 2.11 Air inlet housing 2.3.1.2. Inertia Separator,
Inertia Separator berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk. Gambar Inertia separator dapat dilihat seperti gambar berikut; [19]
Pre-Filter merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house. Gambar Pre-Filter dapat dilihat seperti gambar berikut ; [20]
Gambar 2.13 Pre-filter 2.3.1.4 Main Filter,
Main Filter merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial. Gambar Main Filter dapat dilihat seperti gambar berikut ; [21]
Gambar 2.14 Main Filter 2.3.1.5Inlet Bellmouth,
Gambar 2.15 Inlet Bellmouth
2.3.1.6 Inlet Guide Vane,
Inlet Guide Vane merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan. Gambar Inlet Guide Vane dapat dilihat seperti gambar berikut : [23]
Gambar.2.16 Inlet Guide Vane
2.3.2. Kompresor
Kompresor adalah suatu alat atau mesin yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dengan proses kompresi isentropis. Sebelum memasuki kompresor, udara harus melewati saringan, agar partikel - partikel kasar tidak masuk sehingga sudu - sudu kompresor dan turbin tidak cepat aus dan rusak.
Gamabar 2.17 Axial compressor
Pada saat start awal daya untuk memutar kompresor diperoleh dari generator yang dioperasikan sebagai motor dengan prinsip membalikkan arus penguatnya. Pada saat putaran tertentu arus penguat akan lepas secara otomatis dan selanjutnya arus penguatan generator akan masuk sehingga generator mensuplai energi listrik.
Bagian - bagian utama kompresor :
2.3.2.1 Kompresor stator berfungsi untuk menjamin ring sudu - sudu tetap berada kokoh pada posisinya dan memindahkan gaya reaksi karena aliran dan tekanan ke casing (pelapis) luar. Gambar Stator dan Rotor dapat dilihat seperti gambar berikut; [25]
Gambar 2.18. Stator dan Rotor
Gambar 2.19 : Exhaust Diffuser
2.3.2.3 Sudu putar kompresor, berfungsi untuk mengubah energi mekanik udara menjadi energi kinetik dan energi potensial secara bersamaan dengan sudu tetap menaikkan tekanan udara. Gambar sudu putar kompresor dapat dilihat seperti gambar berikut; [27]
Gambar 2.20. Sudu Putar Kompresor
Gambar 2.21. Sudu Tetap dan Sudu Gerak pada kompresor
2.3.3. Ruang Bakar (Combustion Chamber)
Ruang bakar (combustion chamber) adalah suatu tempat dimana bahan bakar baik gas atau minyak atau campuran keduanya melalui burner dibakar. Bahan bakar ini dibakar dengan menggunakan udara pembakar disuplai dari kompresor.
Gas panas hasil pembakaran kemudian dialirkan ke turbin. Pada turbin gas ini terdapat dua buah combustion chamber ruang bakar tipe silo yang dipasang di kanan dan di kiri unit. Udara dari kompresor memasuki ruang bakar melalui ruang antara pressure jacket dan inner liner atau mixing chamber mengalir sebagai udara primer ke burner.
Gambar 2.22. Combustion Chamber Components
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
• 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:
1. Primary Zone, merupakan tempat dimana bahan bakar berdifusi dengan udara kompresor untuk membentuk campuran udara bahan bakar yang siap dibakar.
2. Secondary Zone, adalah zona penyempurnaan pembakaran sebagai kelanjutan pembakaran pada primary zone.
3. 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.
Gambar 2.23. Pola aliran udara sistem pembakaran axial-flow
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.
Gambar 2.24. System Pembakaran pada Combution chamber
2.3.4. Turbin
Bagian ini merupakan tempat terjadinya perubahan energi kinetik kecepatan menjadi energi mekanik putar yang digunakan untuk menggerakan kompresor aksial dan juga sebagai penggerak beban.
Proses ekspansi gas pembakaran pada turbin gas terjadi pada turbin, karena proses tersebut, terjadi perubahan energi kinetik gas pembakaran menjadi energi mekanik poros turbin, energi ini akan menggerakan kompresor dan peralatan lainnya. 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.
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. Gambar Second Stage Nozzle, Second Stage Turbine dapat dilihat seperti gambar berikut; [32]
Gambar 2.25 Second Stage Nozzle, Second Stage Turbine
Gambar 2.26 Komponen – komponen Turbin.
2.3.5. Air Filter
Air filter berfungsi sebagai penyaring udara yang masuk ke kompresor (agar debu atau bahan lain tidak ikut karena dapat mengotori sudu - sudu kompresor).
• Inlet Screens, untuk mencegah binatang ataupun kotoran/sampah
berukuran besar masuk
• Guard Filter, merupakan filter sekali pakai,yang menyaring sebagianbesar
kontaminan yang dibawa udara.
• Barrier Filter, adalah filter udara utama yang menyaring kotoransetelah
guard filter, biasanya berupa bag filter atau canister filter. Udaramengalir dari bagian dalam keluar,sehingga kotoran terperangkap didalam.
•
Gambar 2.27. Air Filter
2.3.6. Exhaust
Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas.
Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : 1. Exhaust Frame Assembly.
Gambar 2.28 Exhaust Frame
Gambar 2.28.Exhaust Diffuser
2.3.7 Load Gear (Reduction Gear)
Reduction gear adalah alat penghubung turbin dengan generator yang fungsinya adalah untuk menurunkan kecepatan putaran poros turbin. Pada satsiun pembangkit, penurunan putaran dilakukan dengan menggunakan roda gigi.
Gambar 2.30 Load Gear (Reduction Gear).
Poros turbin dan poros reduction gear disambungkan dengan sebuah kopling. Kopling ini pada umumnya disebut kopling beban. Sebelum pemasangan kopling ini diperiksa terlebih dahulu apakah poros turbin dengan poros load gear sudah lurus. Karena apabila tidak terjadi kelurusan, maka vibrasi yang terjadi pada saat pembangkit beroperasi akan sangat besar.
2.4 Komponen Penunjang
Ada beberapa komponen penunjang pada turbin gas,antara lain sebagai berikut :
2.4.1 Starting Equipment
Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah :
1. Diesel Engine, (PG –9001A/B)
2.4.2 Coupling dan Accessory Gear
Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan.
Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor. Gambar Jaw Cluth dapat dilihat seperti berikut : [38]
Gambar 2.31. Jaw Cluth
2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor. Gambar Gear Coupling dapat dlihat seperti gambar berikut ini: [39]
Gambar 2.32 Gear Coupling
2.4.3 Fuel System.
Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan 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.
2.4.4 Lube Oil System
Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari:
1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir) 2. Oil Quantity
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:
1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
2.4.5 Cooling System
Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen – komponen utama dari cooling system adalah:
1. Off base Water Cooling Unit 2. Lube Oil Cooler
3. Main Cooling Water Pump 4. Temperatur Regulation Valve 5. Auxilary Water Pump
6. Low Cooling Water Pressure Swich
2.5. Siklus Tur bin Gas.
Berdasarkan klasifikaasi turbin gas terbagi menjadi 2 [40] : Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine) dan Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine):
1. Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine) • Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung
• Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung
2.5.1 Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine) 2.5.1.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung
Pada siklus turbin gas terbuka adalah bentuk yang paling sederhana yang komponen - komponen utamanya : kompresor, ruang bakar, sebuah turbin gas yang menggerakan kompresor dan generator.
Pertama udara dihisap dari atmosfir dan kemudian kompresi adiabatik dan udara dibakar di ruang bakar. Udara yang dikompresi bercampur dengan bahan bakar kemudian bertekanan masuk menjadi proses pembakaran dan keluar dalam bentuk gas panas yang digunakan untuk memutar sudu turbin gas.
Di turbin gas panas tersebut diekspansikan dan dibuang ke atmosfer. Fluida kerja yang hanya dapat digunakan adalah hanya udara. Gambar Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut ; [41]
Dimana : K = Kompresor TG = Turbin Gas G = Generator
Gambar 2.33. Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung 2.5.1.2. Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung
Terbuka Tak Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut [42]
Dimana : K = Kompresor TG = Turbin Gas G = Generator Gambar .2.34. Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung 2.5.2 Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine)
2.5.2.1. Siklus Turbin Gas Tertutup Langsung
Siklus tertutup langsung gas pendingin dipanaskan di dalam reaktor, berekspansi melalui turbin, didinginkan dalam pnukar kalor dan dikompresikan kembali ke 24reactor. Siklus ini juga dapat menggunakan gas lain, bukan hanya udara. Tidak ada buangan gas radioaktif yang dibuang ke atmosfir dalam operasi normal. Gambar Siklus Turbin Gas Tertutup Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut ; [43]
Dimana : K = Kompresor TG = Turbin Gas G = Generator
2.5.2.2. Siklus Turbin Gas Tertutup Tak Langsung
Siklus tertutup tak langsung merupakan siklus gabungan siklus terbuka tak langsung dan siklus tertutup langsung karena reaktornya terpisah dari fluida kerja oleh suatu penukar kalor, sedangkan gas kerja membuang kalor ke atmosfir melalui penukar kalor. Gambar Siklus Turbin Gas Tertutup tak Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut ; [44]
Dimana : K = Kompresor TG = Turbin Gas G = Generator
Gambar 2.36. Siklus Turbin Gas Tertutup Tak Langsung.
2.6. Siklus Br ayton Ideal
Gambar 2.37 Siklus Brayton Ideal
Kerja output/keluaran netto siklus Brayton adalah kerja output turbin dikurang
kerja input compressor [46].
Wnet = WT –WC
= 𝑚̇ ( h 3 - h 4 ) – 𝑚̇ (h 2 – h1 )……….…..…...(2.1)
Karena dh = Cpdt, harga Cp konstan Maka :
WT = 𝑚̇. Cp .(T3 – T4)………...(2.2) dimana :
cp = panas spesifik pada tekanan konstan.
Untuk gas ideal, nyata bahwa dalam kompresi adibatis , maka perbandingan temperatur gas terkompresi dengan temperatur awalnya adalah.[47]
𝑻𝒄 𝑻𝒐 = rp
(k-1)/k
……….…………..………...(2.3)
Wc = 𝑚̇.Cp.T3
�
1
−
𝑇4
Wc = 𝑚̇ .Cp. T2
�
1
−
Dengan cara yang sama untuk kerja kompresor adalah WC = 𝑚̇.Cp .[T1 – T 2 ]
Wc = 𝑚̇. Cp , T2
�
1
−
1
𝑟𝑝(𝑘−1)/𝑘
�
………..………...(2.4)Dimana :
Kerja netto siklus Brayton :
k = Cp/Cv (Cv = panas spesfik pada volume konstan.
2.7 Siklus Brayton Non Ideal
Siklus Brayton non ideal ditunjukkan garis putus – putus dan tanda (‘) diatas. Pada masing – masing proses kompresi terjadi gesekan fluida (1-2’) dan proses ekspansi terjadi gesekan fluida (3-4’) menunjukkan kenaikan entropi penurunan – penurunan tekanan selama proses pemasukan panas (2-3) dan proses pembuagan panas (4-1) bisa diabaikan .Keperluan tekanan ini diikuti hanya terhadap kasus –kasus perbandingan tekanan rendah. [48]
Efisiensi masing – masing proses kompresi dan ekspansi dapat dihitung sebagai berikut :
Gambar 2.38 Siklus Brayton Non Ideal Untuk Turbin :
η T =
𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
Dimana temperatur berkaitan denagan panas spesifik konstan. Maka kerja output turbin dan kerja input yang dibutuhkan kompresor sebagai berikut :
W T = 𝑚̇gb . Cp (𝑇3 – T’4) ………..(2.10)
W c = 𝑚̇ . Cp (T2’ – T1 )………...………...(2.11)
Kerja netto keluran siklus adalah perbedaan antara kerja output turbin dan kerja input yang dibutuhkan kompresor.
Jadi kerja netto :
Wnet = WT - Wc
Daya spesifik siklus dapat digunakan sebagai salah satu pengukuran performansi siklus tersebut, yaitu :
Daya spesifik = 𝑊𝑛𝑒𝑡
𝑚̇ ………..………..…..(2.12)
Daya spesifik ini adalah bergantung pada panas spesifik dari fluida kerja yang diguakan pada siklus dan perbedaan tekanan yang terjadi, dimana harga optimum dapat tercapai.
Panas masuk atau energi yang diberikan kedalam siklus QA :
QA = 𝑚̇bb . LHV……….(2.13)
Dimana : 𝑚̇bb = Massa bahan bakar [kg/s]
Effisiensi dapat ditentukan dari penggambaran standart untuk effisiensi thermal total (overall) , berikut :
η ov = 𝑊𝑛𝑒𝑡
𝑄𝐴 ……….(2.14)
Effisiensi termal total gabungan pada effisiensi kompressor dan effisiensi turbin.
2.8. Teor i Kompresi
2.8.1. Hubungan Antara Tekanan dan Volume
Hubungan antara tekanan dan volume gas dalam proses kompresi tersebut dapat diuraikan sebaai berikut. Jika selama kompresi, temperatur gas dijaga tetap (tidak bertambah panas) maka pengecilan volume terjadi setengah kali akan menikkan tekanan menjadi dua kali lipat. Demikian juga volume menjadi sepertiga kali, maka tekanan menjadi tiga kali lipat dan seterusnya.jadi dapat disimpulkan : “Jika gas dikompresikan atau diekspansikan pada temperatur tetap, maka tekanan akan berbanding terbalik dengan volume”.
Pada hukum Boyle :
P1 V1 = P2 V2 = tetap………..(2.15)
2.8.2 Hubungan Antara Temperatur dan Volume .
sebesar 1 / 273 dari volumenya pada 0 oC. Menurut hokum Charles [49] :
“Pada proses tekanan tetap volume gas berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya”.
Hukum Boyle dan Hukum Charles digabung menjadi hokum Boyle - Charles dapat dinyatakan : T = Temperatur mutlak (ºK) R = Konstanta gas (mol / ºK)
Konstanta R berbeda – beda untuk masing – masing gas.
Tabel 2.1 Harga - harga R
Persamaan diatas dapat ditulis :
pυ = RT ………...(2.18)
υ = V/G
υ = Volume Spesifik
𝑝𝜐
𝑇 = 𝑅= Tetap ………...(2.19) Gas yang memenuhi persamaan ini disebut gas ideal.
2.9. Pr oses Kompr esi Gas 2.9.1 Cara Kompresi
Kompresi gas dibagi menurut tiga cara yaitu [50] : proses isothermal, proses adiabatik dan politropik.
a. Kompresi Isothermal
Kompresi isothermal dapat dapat disebut jika gas dikompresi maka gas tersebut mendapat energi mekanik dan diubah menjadi energi panas sehingga temperatur gas naik dan tekanan naik, namun jika proses dibarengi pendingin untuk mengeluarkan panas yang terjadi dan temperatur tetap dijaga.
pV = Tetap
p1V1 = p2.V2 = Tetap……….……….………(2.20)
b. Kompresi Adiabatik
Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke dalam gas. Proses tersebut disebut adiabatik.
c. Kompresi Politropik
Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isothermal, karena kenaikan temperatur. Namun juga bukan proses adiabatic karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi sesungguhnya, ada diantara keduanya disebut proses politropik.
P . V n = Tetap Atau
p1 .V1n = p 2 .V2n = Tetap ………..……..(2.22)
2.9.2. Perubahan Temperatur
Pada proses isothermal temperatur dijaga tetap sehingga tidak berubah pada proses adiabatik tidak ada panas yang dibuang dari kompresor [51] .
……….….(2.23) Dimana :
Td = Temperatur mutlak gas keluar kompresor (ºK) Ts = Tempertur isap gas masuk kompresor (ºK) M = Jumlah tingkat kompresi ; m = 1, 2, 3,….
Pd / Ps = 𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛𝐾𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑀𝑢𝑡𝑙𝑎𝑘
𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛𝐼𝑠𝑎𝑝𝑚𝑢𝑡𝑙𝑎𝑘 = Perbandingan Tekanan
K = Cp / Cv
volumertiknya akan rendah. Namun jika jumlah tingkat terlalu banyak, kerugian gesekan menjadi terlalu banyak dan harganya menjadi terlalu mahal. Gambar Grafik perbandingan Tekanan Kompresi dalam Kompresi Adiabatik (untuk m = 1 dalam Kompresi Satu Tingkat) dapat dilihat sebagai berikut;[52]
Gambar 2.39: Grafik perbandingan Tekanan Kompresi dalam Kompresi Adiabatik (untuk m = 1 dalam Kompresi Satu Tingkat)
2.9.3. Pengaruh Temperatur Udara yang dihisap Kompresor Terhadap Daya yang berguna yang Dihasilkan Turbin Gas.
Temperatur udara yang dihisap kompresor mempunyai pengaruh yang besar terhadap daya yang berguna yang dihasilkan turbin gas. Sebab kapasitas atau massa udara ( 𝑚̇𝑢 ) yang mengalir masuk berubah. Dari persamaan untuk
instalasi menjadi lebih besar, karena perbandingan T3 / T1 lebih besar sedangkan T3 sebelum turbin dijaga tetap dengan demikian terjadi perbaikan efisiensi thermal proses. Gambar Perubahan Daya yang Dihasilkan Instalasi Turbin Gas Pe pada Waktu Terjadi Perubahan Temperatur Udara Luar yang Dihisap Kompressor ,Instalasi sudah Ditentukan untuk Bekerja dengan Temperatur Udara Luar 15 ºC, harga – harga Informatif. [53]
![gambar berikut : [17]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/3879380.1847375/16.595.216.444.226.336/gambar-berikut.webp)
![gambar berikut; [19]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/3879380.1847375/17.595.257.407.601.706/gambar-berikut.webp)
