ANALISA TEMPERATUR UDARA AMBIEN TERHADAP KINERJA TURBIN GAS LM6000 PG DI PLTG SENIPAH KALIMANTAN TIMUR TUGAS AKHIR

(1)

KALIMANTAN TIMUR

TUGAS AKHIR

AHMAD SHALEH

NIM:120309167391

PROGRAM STUDI ALAT BERAT

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN

(2)

ANALISA TEMPERATUR UDARA AMBIEN TERHADAP

KINERJA TURBIN GAS LM6000 PG DI PLTG SENIPAH

KALIMANTAN TIMUR

TUGAS AKHIR

KARYA TULIS INI DIAJUKAN SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA DARI POLITEKNIK

NEGERI BALIKPAPAN

AHMAD SHALEH

NIM:120309167391

PROGRAM STUDI ALAT BERAT

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN

(3)

ii

GAS LM6000 PG DI PLTG SENIPAH POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN

Disusun oleh: Ahmad Shaleh

120309167391

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Ida Bagus Dharmawan, S.T. M. Si. Mohamad Amin, S.Pd.T., M.PFis. NIP. 197412312007011181 NIDK. 8831020016

Penguji I Penguji II

Zulkifli, S.T, M.T. Donny Sayogi Sandhi

NIP. 198508282014041003 NRP. 80110011

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin Program Studi Alat Berat

Zulkifli, S.T, M.T. NIP. 198508282014041003

(4)

iii

SURAT PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Ahmad Shaleh

Tempat / Tgl Lahir : Balikpapan / 24 Februari 1994

NIM : 120309167391

Menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul “ ANALISA TEMPERATUR UDARA AMBIEN TERHADAP KINERJA TURBIN GAS LM 6000PG DI PLTG SENIPAH KALIMANTAN TIMUR” adalah bukan merupakan hasil karya tulis orang klain, baik sebagian maupun keseluruhan, kecuali dalam kutipan yang penulis sebutkan sumbernya.

Demikian pernyataan saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila pernyataan ini tidak benar saya bersedia mendapat sanksi akademis.

Balikpapan, 5 Mei 2017 Mahasiswa,

Materai 600

AHMAD SHALEH NIM : 120309167391

(5)

v

Sebagai civitas akademik Politeknik Negeri Balikpapan, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Ahmad Shaleh

NIM : 120309167391

Program Studi : Teknik Mesin Alat Berat

Judul TA : Analisa Temperatur Udara Ambien Terhadap Kinerja Turbin Gas LM 6000PG Di PLTG Senipah Kalimantan Timur

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui untuk memberikan hak kepada Politeknik Negeri Balikpapan untuk menyimpan, mengalih media atau format-kan mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Dibuat di : Balikpapan Pada Tanggal : 5 Mei 2017 Yang Menyatakan

Materai 6000

(6)

iv

Karya ini kupersembahkan kepada

Ayahanda dan Ibunda tercinta

Hermanto dan Hariani

Saudariku yang kusayangi

Syarifah

Dosen Pembimbing 1 dan 2

Ida Bagus Dharmawan dan Mohamad Amin

Karyawan PLTG Senipah

Teman OJT Saya

Jerly dan Yomi

Dan semua orang – orang yang terlibat

dalam pembuatan Tugas Akhir ini

(7)

vi

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG). Salah satunya yaitu PLTG Site Senipah. PLTG ini menggunakan 2 buah unit pembangkit yaitu LM6000PG GTG#1 dan GTG#2. PLTG menggunakan bahan bakar berupa gas dan udara sehingga hasil pembakaran dari mesin ini sangat ramah lingkungan. Dalam prosesnya, mesin ini membutuhkan udara yang bersih, karena udara yang kotor (terdapat asap, partikel debu, dll) akan menyebabkan kerusakan bahkan dapat mengakibatkan fatal pada mesin. Udara yang masuk ke dalam turbin akan dibagi menjadi 2, 80% sebagai media pendingin dan 20% sebagai bahan bakarnya. Udara yang dihisap ke dalam turbin akan menuju ke bagian sudu kompresi LPC (Low Pressure Compressor) dan dimampatkan kembali pada bagian HPC (High Pressure Compressor) sehingga temperatur udara akan naik, dan diperlukan system pendinginan. Untuk menurunkan temperature pada udara ini, disemprotkan air ke bagian LPC agar temperature udara akan semakin rendah yang membuat kandungan oksigen meningkat, dan hasil pembakaran akan menjadi lebih baik. Temperatur ini harus dijaga agar output atau beban yang dihasilkan akan tercapai dengan maksimal. Terdapat sensor – sensor yang ada di bagian turbin yaitu di LPC (T2 untuk mengukur udara ambient), HPC (T25 untuk mengukur udara setelah di beri pendingin & T3 untuk mengukur udara kompresi akhir) dan bagian exhaust combustion (T48 untuk mengukur temperature setelah pembakaran). Tujuan penulis membuat analisa ini agar penulis dapat membuktikan bahwa temperatur udara yang masuk ke turbin sangat berpengaruh pada output atau beban turbin. Dan hal ini dapat dibuktikan dengan mengamati sensor pada bagian turbin. Dengan menganalisa hasil dari pembacaan sensor tersebut, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa temperatur udara pada udara ambien sangat berpengaruh terhadap hasil output pembakarannya.

(8)

vi ABSTRACT

Power plants in Indonesia have several kinds, including Gas Power Plant (PLTG). One of them is PLTG Site Senipah. The PLTG uses 2 units of LM6000PG GTG # 1 and GTG # 2. PLTG uses gas and air fuel so that the combustion results from this machine is very environmentally friendly. In the process, this machine requires clean air, because dirty air (there are smoke, dust particles, etc.) will cause damage even can lead to fatal on the machine. The air entering the turbine will be divided into 2, 80% as a cooling medium and 20% as fuel. The air sucked into the turbine leads to the compression of the LPC compression valve (Low Pressure Compressor) and is re-compressed in the HPC (High Pressure Compressor) section so that the air temperature will rise, and a cooling system is required. To lower the temperature of this air, sprayed water to the LPC so that the air temperature will be lower which makes the oxygen content increases, and the combustion results will be better. This temperature must be maintained so that the output or the resulting load will be maximized. There are sensors in the turbine section of the LPC (T2 for measuring ambient air), HPC (T25 for measuring air after cooling & T3 for measuring final compression air) and exhaust combustion parts (T48 for measuring temperatures after combustion) . The purpose of the authors to make this analysis so that the authors can prove that the temperature of air into the turbine is very influential on the output or turbine load. And this can be proven by observing the sensors on the turbine. By analyzing the results of the sensor readings, it can be concluded that the air temperature in the ambient air is very influential on the results of the combustion output.

(9)

Vii

memberikan rahmat dan karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Proposal Tugas Akhir ini dengan judul “ANALISA TEMPERATUR UDARA AMBIEN TERHADAP KINERJA TURBIN GAS LM6000 PG DI PLTG SENIPAH KALIMANTAN TIMUR.

Pembuatan proposal tugas akhir merupakan sebuah rencana dari pembuatan Tugas Akhir yang akan menjadi syarat kelulusan pada program D3 atau sebuah pengajuan judul untuk Tugas Akhir yang akan di buat.

Dengan selesainya proposal Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih, kepada:

1. Bapak Ramli S.T., M.M.selaku Direktur Politeknik Negeri Balikpapan. 2. Bapak Zulkkifli, ST, MT.selaku Kaprodi Jurusan Teknik Mesin Alat Berat.

3. Bapak Ida Bagus Dharmawan, S.T. M.Si. selaku Dosen Pembimbing 1 atas bimbingan dan saran-sarannya.

4. Bapak Mohamad Mohamad Amin, S.Pd.T., M.PFis selaku Dosen Pembimbing 2 atas bimbingan dan saran-sarannya.

5. Seluruh Mahasiswa Politeknik Negeri Balikpapan terutama Jurusan Teknik Mesin Alat Berat atas seluruh bantuannya.

6. Kedua Orang Tua dan Saudara-Sudara ku Tercinta atas doa dan motivasi..

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari Proposal ini. Mengingat kurangnya pengetahuan dan pengalaman penulis, oleh karena itu kritik dan saran sangat penulis harapkan demi kesempurnaan tugas akhir ini.

Balikpapan, 5 Mei 2017

(10)

viii

DAFTAR ISI

Halaman

JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

SURAT PERNYATAAN ... iii

LEMBAR PERSEMBAHAN ... iv

SURAT PERNYATAAN ... v

ABSTRAK ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3 1.6 Statistika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2.1 Penjelasan Umum ... 5

2.2 Pengertian Turbin Gas ... 6

2.3 Prinsip Kerja Turbin ... 7

2.4 Klasifikasi Turbin Gas ... 9

2.5 Siklus Turbin Gas ...12

2.6 Komponen Utama Turbin Gas ...14

(11)

ix

2.6.4 Turbine Section ...16

2.6.5 Exhaust Section ...17

2.6.6 Komponen Penunjang ...17

2.7 Bahan Bakar Turbin Gas ...19

2.8 Proses Pembakaran Turbin ...21

2.9 Aplikasi Turbin Gas ...22

2.10 Udara Ambien ...23

2.11 Water Wash ...24

2.12 Komposisi Gas ...25

BAB III METODE PENELITIAN ...26

3.1 Jenis Penelitian ...26

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ...26

3.3 Tehnik Pengumpulan Data ...26

3.4 Diagram Alur Metode Penelitian ...28

3.5 Identifikasi dan Perumusan Masalah ...28

3.6 Tahap Perumusan Masalah ...29

3.7 Tahap Pengumpulan Data...29

3.8 Tahap Pengolahan Data ...29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...33

4.1 Hasil Penelitian ...33

4.2 Pembahasan ...43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...48

5.1 Kesimpulan ...48

5.2 Saran ...48

DAFTAR PUSTAKA ...49

(12)

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Turbin LM6000 PG 1

Gambar 2.1 Mesin Pembakaran Dalam (Turbin dan Motor Bakar) 7

Gambar 2.2 Bagian – Bagian Pada Turbin Gas 8

Gambar 2.3 Turbin Gas Siklus Terbuka 9

Gambar 2.4 Turbin Gas Poros Tunggal 10

Gambar 2.5 Turbin Gas Poros Ganda 11

Gambar 2.6 Industrial Heavy Duty Gas Turbine 11

Gambar 2.7 Aircraft-derivative Gas Turbine 12

Gambar 2.8 Sistem Turbin Gas, Diagram P-v, Diagram T-s 13 Gambar 2.9 Ruang bakar dan Proses Pembakaran Turbin gas 21 Gambar 2.10 Prinsip Kerja Unit Pembangkit Turbin Gas 23 Gambar 2.11 Proses Pengukuran Kejernihan dan Kandungan Dari Air Buangan

Water Wash 27

Gambar 4.1 Filter Housing 30

Gambar 4.2 Pemasangan Canister Pada Filter Housing 30

Gambar 4.3 Canister Tidak Layak Pakai 31

Gambar 4.4 Tampilan Main Screen Pada Panel HMI 32

Gambar 4.5 Tampilan Turbine Overview Pada Panel HMI 32 Gambar 4.6 Grafik Perbedaan Temperatur Pada Sensor T2 34 Gambar 4.7 Grafik Perbedaan Temperatur Pada Sensor T25 35 Gambar 4.8 Grafik Perbedaan Temperatur Pada Sensor T3 35 Gambar 4.9 Grafik Perbedaan Temperatur Pada Sensor T48 36

Gambar 4.10 Grafik Output Turbin 38

(13)

xi

Halaman Tabel 2.1 Unsur Yang Terkandung Dalam Udara Ambien 2 Tabel 2.2 Daftar Kandungan Gas Yang Digunakan Sebagai Bahan Bakar 27

Tabel 3.1 Pengelompokkan Data 27

Tabel 4.1 Temperatur Udara Yang Berada Di Intake, Exhaust Combustion

(14)

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 Juli 2016 Pukul 03.00 50 Lampiran 2 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 Juli 2016 Pukul 08.00 51 Lampiran 3 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 Juli 2016 Pukul 15.00 52 Lampiran 4 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 Agustus 2016

Pukul 03.00 53

Lampiran 5 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 Agustus 2016

Pukul 08.00 54

Lampiran 6 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 Agustus 2016

Pukul 15.0 55

Lampiran 7 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 September 2016

Pukul 03.00 56

Pukul 08.00 57

Pukul 15.00 58

Lampiran 10 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 Oktober 2016

Pukul 03.00 59

Pukul 08.00 60

Pukul 15.00 61

Lampiran 13 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 November 2016

(15)

xiii

Lampiran 15 ScreenShoot Turbine Overview tanggal 16 November 2016

(16)

1 BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini, perusahaan pembangkit listrik sudah menggunakan beberapa metode sebagai pembangkit listrik seperti Diesel dengan bahan bakar solar, turbin air dengan didorong oleh tenaga air, turbin uap yang didorong oleh tenaga panas bumi atau uap air, atau turbin gas yang didorong oleh pembakaran bahan bakar gas. Turbin yang menggunakan gas ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG). PLTG Senipah ini berada di bawah naungan PT. KEP menggunakan mesin yang memanfaatkan gas sebagai bahan bakarnya, sehingga peranan gas dan udara sangat penting dalam proses ini. PLTG Site Senipah adalah salah satu Pembangkit yang menggunakan mesin Jet LM6000 PG buatan Jerman yang baru saja dicoba di Indonesia, khususnya di PLTG Senipah ini.

Gambar 1.1 Turbin LM6000 PG

(Sumber : http://www.pennenergy.com/articles/pennenergy/2013/06/ge-aeroderivative-gas-turbine-marks-major-milestones.html)

(17)

Udara merupakan salah satu peranan penting dalam kehidupan manusia. Udara pada saat pagi hari, siang dan malam mempunyai kerapatan molekul udara yang berbeda, karena adanya temperatur. Inilah yang menyebabkan udara pada saat malam hari terasa lebih dingin dibandingkan siang hari, karena udara tersebut mengandung oksigen lebih banyak ketimbang udara pada siang hari, karena adanya temperatur tadi. Udara yang memiliki temperatur dingin atau rendah, memiliki kerapatan molekul oksigen yang lebih tinggi sehingga menyebabkan pembakaran pada ruang bakar turbin menjadi lebih baik dan maksimal. Pada siang hari kerapatan molekul oksigen lebih sedikit atau renggang dibandingkan dengan malam hari, sehingga diperlukan system pendinginan yang akan membuat temperatur udara yang masuk ke ruang turbin menjadi lebih dingin dan memiliki ikatan oksigen yang lebih baik untuk mencapai hasil pembakaran yang maksimal dan memberikan output yang lebih besar.

Penulis tertarik dengan pembahasan ini karena penulis ingin menganalisa apakah temperatur udara yang masuk ke ruang bakar akan berpengaruh dengan hasil output atau beban pada turbin, dan dampak yang ditimbulkan jika udara yang masuk ke ruang bakar kurang mendukung seperti panas. Penulis juga akan menganalisa apakah temperatur udara ambien dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor dari luar, dan berapa komposisi yang tepat agar menghasilkan output turbin yang baik dan maksimal. Dan apa yang dilakukan ketika temperatur udara ambien tinggi.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian – uraian yang telah dijelaskan di latar belakang, maka disimpulkkan beberapa hal yang akan dijadikan rumusan masalah. Hal tersebut adalah sebagai berikut :

1. Apa pengaruh dari temperatur udara ambien dengan proses pembakaran turbin di dalam ruang bakar turbin?

2. Bagaimana cara menanggulangi jika udara ambien pada turbin kurang mendukung, seperti udara yang memiliki temperatur tinggi?

(18)

3

3. Apa saja penyebab perubahan temperatur pada udara ambien sebelum memasuki turbin gas?

1.3 Batasan Masalah

Dalam penulisan karya ilmiah ini, demi mencegah terjadinya pembahasan yang kompleks dan luas, maka penulis hanya membahas tentang udara ambien dan sistem kerja turbin gas secara singkat dengan temuan data yang diperoleh di lapangan pada unit LM6000 PG.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penulis melakukan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Dapat mengetahui seberapa besar output yang ditimbulkan oleh dari udara yang memiliki temperatur yang berbeda.

2. Menganalisa seberapa jauh perbedaan temperatur udara yang masuk ke turbin pada saat pagi, siang dan malam hari.

3. Mengetahui penyebab kenaikkan temperatur pada udara ambien di sekitar turbin.

1.5 Manfaat Penelitian

Penulis berharap bahwa tugas akhir ini memiliki manfaat diantaranya :

1. Dapat memberikan kontribusi kepada perusahaan yang pernah penulis datangi sebagai tempat On The Job Training (OJT) yaitu PLTG Senipah.

2. Memberikan pengetahuan lebih terhadap komposisi udara ambien dan kandungngannya.

3. Sebagai langkah awal yang dapat dilakukan ketika udara ambien yang berada dalam ruang bakar memberikan dampak berbeda ketika ikatan oksigennya tinggi atau rendah, sehingga dapat membuat output tenaga lebih baik dan maksimal.

(19)

1.6 Statistika Penulisan

Agar mempermudah pembacaan dan lebih terarah dalam membaca laporan tugas akhir ini, maka penulis menyusun tugas akhir ini dalam 5 bab. Sistematika penulis dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Pada bagian ini terdiri dari latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika.

BAB II : LANDAAN TEORI

Merupakan uraian – uraian pendukung yang berhubungan dengan proses pengolahan data dan dalam usaha pemecahan masalah tugas akhir ini.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Di dalam bab ini disajikan secara sederhana menguraikan variabel penelitian dan definisi cara operasional. Penentuan sampel, jenis dan sumber data, metode pengumpulan data, dan metode anilisi yang digunakan dalam penelitian. BAB IV : HASIL PEMBAHASAN

Di dalam bab ini diuraikan deskripsi objek penelitian analisis data dan pembahasan hasil penelitian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Di dalam bab ini disajikan kesimpulan berdasarkan hasil analisa yang merupakan jawaban dari perumusan masalah yang ada dan saran yang dapat digunakan kedepannya.

DAFTAR PUSTAKA

Memuat daftar – daftar referensi yang digunakan penulis dalam menyusun tugas akhir ini.

LAMPIRAN

(20)

5 BAB II

LANDASAN TEORI 2.1 Penjelasan Umum

PLTG Senipah adalah sebuah perusahaan yang beralamat di Jl. Raya Balikpapan – Handil KM 67 Senipah Kutai Kartanegara. PLTG Senipah dibawah naungan dari GE (General Energy) bergerak di bidang listrik. PLTG Senipah menggunakan bahan bakar berupa Gas sebagai bahan baku utama proses pembuatan listrik. Gas ini dipasok dari PT. TOTAL yang setiap hari digunakan sebanyak ± 20.000 mmbtud. PLTG Senipah menggunakan 2 buah unit yaitu GTG #1 dan GTG #2. Setiap hari PLTG Senipah dapat memasok energi listrik sebesar 82 MW setiap hari. PLTG Senipah sudah berdiri sejak 2011 dan memiliki karyawan sejumlah 52 orang. PLTG Senipah ini merupakan Kerja Sama Operasi dari PT. Energi Prima Sejahtera dan PT. WIKA Rekayasa Konstruksi. Turbin Gas yang dipakai oleh PLTG Senipah ini adalah LM6000 PG dimana turbin jenis ini baru yang digunakan kedua di dunia setelah negara Jerman.

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Turbin memiliki kompresor yang dipasangkan dengan turbin serta memiliki bilik pembakaran di bagian tengahnya. Energi ditambahkan di arus gas di pembakaran, dimana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (Nozzle) melalui baling-baling turbin, dan mentenagai kompresor. Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang, kereta, kapal, generator dan bahkan tank.

Di dalam 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

(21)

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, sistem turbin gas ternyata sudah dikenal pada jaman “Hero of Alexandria”. Desain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber, seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Pada 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 instruksinya berdasarkan ruang bakar desain Armen Gaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450º C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, perkembangan sistem turbin gas berjalan lambat hingga tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar ± 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (Tahun 1930). Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industry, 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.

2.2 Pengertian Turbin Gas

Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya seperti motor bakar yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan dikompresi, kemudian udara dimampatkan dan masuk ke ruang bakar dan dipakai untuk proses

(22)

7

pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar. Energi panas tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik pada poros. Sisa gas pembakaran yang keluar turbin menjadi energi dorong (turbin gas pesawat terbang). Jadi jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang dapat mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau dorong. 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 terletak pada konstruksinya. 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 atau terus menerus dan gas buang pada motor bakar tidak pernah dipakai untuk gaya dorong.

Gambar 2.1 Mesin Pembakaran Dalam (Turbin dan Motor Bakar) (Sumber : http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#)

Turbin gas bekerja secara kontinyu, tidak bertahap, semua proses yaitu hisap, kompresi, pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan. Pada motor bakar yang prosesnya bertahap yaitu yang dinamakan langkah, yaitu 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,

(23)

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 dan tidak banyak getaran.

2.3 Prinsip Kerja Turbin Gas

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dan lain-lain. Setelah melewati turbin ini,gas akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Gambar 2.2 Bagian-Bagian pada Turbin Gas

(Sumber : http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#)

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut :

(24)

9

1. Pemampatan (Compression) = Udara dihisap dan dimampatkan

2. Pembakaran (Combustion) = Bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara yang dibakar.

3. Pemuaian (Expansion) = Gas hasil pembakaran memuai dan mengalir keluar melalui nozel.

4. Pembuangan Gas (Exhaust) = Gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan

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 performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas.

Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain :

1. Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (Pressure Losses) di ruang bakar.

2. Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.

3. Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.

4. Adanya Mechanical Loss, dan sebagainya.

2.4 Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari ;

(25)

Gambar 2.3 Turbin Gas Siklus Terbuka

Sebuah turbin gas siklus terbuka sederhana terdiri dari kompresor, ruang bakar dan turbin. Kompresor mengambil udara ambien dan menaikkan tekanannya. Panas ditambahkan pada udara di ruang bakar dengan membakar bahan bakar dan meningkatkan suhunya.

Gas-gas yang dipanaskan keluar dari ruang pembakaran yang kemudian diekspansi ke turbin membuat mekanik kerja. Selanjutnya daya yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk mendorong kompresor dan sisanya digunakan untuk digantikan terus-menerus. Jenis siklus ini dikenal sebagai siklus turbin gas terbuka dan umum digunakan disebagian besar pembangkit listrik turbin gas karena memiliki banyak kelebihan.

Sangat penting mencegah debu memasuki kompresor untuk meminimalkan erosi dan deposisi pada bilah dan bagian-bagian kompresor dan turbin yang dapat merusak profil dan efisiensinya. Pengendapan karbon dan abu pada bilah turbin sama sekali tidak diinginkan karena akan mengurangi efisiensi turbin.

(26)

11

Gambar 2.4 Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

b. 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.

Gambar 2.5 Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Berdasarkan aplikasi dari turbin gas, diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu : a. Industrial Heavy-duty Gas Turbin

1. Daya keluaran yang besar 2. Berumur panjang

3. Memiliki efisiensi paling tinggi dibanding tipe turbin gas lain. 4. Tidak berisik dibandingkan dengan aircraft-derivative gas turbin.

(27)

Gambar 2.6 Industrial heavy duty gas turbine

(Sumber : http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#) b. Aircraft-derivative gas turbine

1. Paling banyak digunakan pada Power Plant. 2. Biaya instalasi yang relatif murah.

3. Peralatan start-up membutuhkan daya yang kecil.

4. Proses start-up dan shut-down dapat dilakukan dengan cepat. 5. Dapat menangani fluktuasi perubahan beban dengan baik.

Gambar 2.7 Aircraft-derivative gas turbine

Berdasarkan kapasitas, turbin gas diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu : a. Medium-range Gas Turbin

1. Kapasitas berkisar antara 5000 – 15.000 HP (3,7 – 11,2 MW) 2. Memiliki efisiensi yang cukup tinggi.

(28)

13

3. Pada kompresor terdapat 10 – 16 tingkat sudu, dengan rasio tekanan sekitar 5 – 11 psi.

4. Biasanya menggunakan generator untuk meningkatkan efisiensi.

b. Small Gas Turbine

1. Kapasitas dibawah 500 HP (3,7 MW)

2. Biasanya menggunakan kompresor sentrifugal. 3. Memiliki efisiensi sekitar 20% karena :

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 balik (reversible isobaric).

Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen internal (regenerator), dimana efisiensi termalnya adalah : hth = 1 – 𝑇1

𝑇ℎ, dimana T1 =

temperatur buang dan Th = temperatur panas.

(Sumber http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#) b. Siklus Stirling

Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isothermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). 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 popular digunakan oleh pembuat mesin turbin atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropic yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Brayton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut :

(29)

Gambar 2.8 Sistem Turbin Gas, Diagram P-v, Diagram T-s (Sumber : http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#)

1. Proses 1 ke 2 (Kompresi isentropic)

Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor : Wc = ma (h2 – h1) 2. Proses 2 ke 3

Pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan : Qa = (ma + mf) (h3 – h2)

3. Proses 3 ke 4

Ekspansi isentropic didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin : WT = (ma + mf) (h3 – h4).

4. Proses 4 ke 1

Pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas : QR = (ma + mf) (h4 – h1)

(Sumber : http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#)

2.6 Komponen Utama Turbin Gas

Turbin gas tersusun atas komponen – komponen utama seperti air inlet section, kompresor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil sistem, cooling sistem, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbin gas :

(30)

15

2.6.1 Air Inlet Section

Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari :

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

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

3. Pre-Filter, merupakan penyaring 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.

2.6.2 Kompresor Section

Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow kompresor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section sehingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output yang besar. Aksial flow kompresor terdiri dari dua bagian yaitu :

1. Kompresor 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.

(31)

a. Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane. b. Forward Kompresor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat

empat stage kompresor blade.

c. After Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5 – 10.

d. Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.

2.6.3 Combustion Section

Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen – komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen – komponen itu adalah :

1. Combustion chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.

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

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

4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api kedalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar. 5. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas

panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.

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

(32)

17

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

2.6.4 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 Dafragma, 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.

2.6.5 Exhaust Section

Exhasut section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu Exhaust Frame Assembly, dan Exhaust Stack. Gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian di difusikan 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 pengotrolan

(33)

temperatur dan proteksi temperature trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah thermokopel, yaitu 12 buah untuk temperature control dan 6 buah untuk temperature trip.

2.6.6 Komponen Penunjang

Komponen yang menunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut : 1. Starting Equipment

Berfungsi untuk melakukan start-up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah :

a. Diesel Engine, (PG – 9001A/B)

b. Inductor Motor, (PG – 9001 C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4x03) c. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine).\

2. Coupling dan Accessory Gear

Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:

a. Jaw Clutch, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbine rotor.

b. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbine rotor.

c. Load Coupling, menghubungkan low pressure turbine dengan kompresor beban.

3. Fuel Sistem

Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas sistem 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.

(34)

19

4. Lube Oil Sistem

Lube Oil Sistem berfungsi untuk melakukan pelumasan secara terus menerus 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 :

a. Oil Tank (Lube Oil Reservoir) b. Oil Quantity

c. Pump d. Filter Sistem e. Valving Sistem f. Piping Sistem

Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu :

a. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gearbox yang mengatur tekanan discharge lube oil.

b. Auxiliary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.

c. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.

5. Cooling Sistem

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 :

a. Offbase Water Cooling Unit b. Lube Oil Cooler

c. Main Cooling Water Pump. d. Temperature Regulation Valve e. Auxiliary Water Pump

(35)

f. Low Cooling Water Pressure Swich

2.7 Bahan Bakar Turbin Gas

Bahan bakar untuk turbin gas harus memenuhi persyaratan tertentu sebelum digunakan pada proses pembakaran. Persyaratan tersebut yaitu bahan bakar mempunyai kadar abu yang tidak tinggi. Dengan alasan, bahan bakar yang mempunyai kadar abu yang tinggi, pada proses pembakaran dihasilkan gas pembakaran yang mengandung banyak partikel abu yang keras dan korosif. Gas pembakaran dengan karakteristik tersebut, akan mengenai dan merusak sudu – sudu turbin pada waktu proses ekspansi pada temperatur tinggi.

Dengan persyaratan tersebut, bahan bakar yang memenuhi persyaratan adalah bahan bakar cair dan gas. Bahan bakar cair dan gas cenderung mempunyai kadar abu yang rendah jika dibandingkan dengan bahan bakar padar, sehingga lebih aman digunakan sebagai bahan bakar turbin gas.

Bahan bakar yang digunakan turbin gas pesawat terbang, persyaratan yang harus dipenuhi lebih ketat, hal ini karena menyangkut faktor keamanan dan keberhasilan selama turbin gas beroperasi. Adapun persyaratannya adalah :

a. Nilai kalor per satuan berat dari bahan bakar harus tinggi. Dengan jumlah bahan bakar yang sedikit dan ringan namun nilai kalornya tinggi sangat menguntungkan karena mengurangi berat pesawat terbang secara keseluruhan.

b. Kemampuan menguap (Volatility) dari bahan bakar tidak terlalu tinggi, oleh karena pada harga volatility yang tinggi bahan bakar akan mudah sekali menguap, terutama pada ketinggian tertentu. Hal ini akan membahayakan karena bahan bakar menjadi mudah terbakar. Disamping itu, saluran bahan bakar mudah tersumbat karena uap bahan bakar.

c. Kemurnian dan kestabilan bahan bakar harus terjamin, yaitu bahan bakar tidak mudah mengendap, tidak banyak mengandung zat-zat seperti air, debu, dan belerang. Kandungan zat-zat tersebut apabila terlalu banyak akan sangat membahayakan pada proses pembakaran. Khusus untuk belerang, zait ini akan korosif sekali pada material sudu turbin.

(36)

21

d. Flash point dan titik nyala tidak terlalu rendah, sehingga penyimpanan lebih lama. e. Grade-nya harus tinggi, bahan bakar harus mempunyai kualitas yang bagus, tidak

banyak mengandung unsur – unsure yang merugikan seperti dyes dan tretaetyl lead.

Dengan karakteristik bahan bakar untuk turbin gas pesawat terbang seperti yang disebutkan di atas, terlihat bahwa bahan bakar tersebut adalah bermutu tinggi, untuk menjamin faktor keamanan yang tinggi pada operasi turbin gas selama penerbangan. Kegagalan operasi berakibat sangat fatal yaitu turbin gas mati, pesawat terbang kehilangan gaya dorong, kondisi ini dapat dipastikan pesawat terbang akan jatuh. Bahan bakar pesawat yang biasa digunakan adalah dari jenis gasoline dan kerosene atau campuran keduanya, tentunya sudah dimurnikan dari unsur – unsur yang merugikan. Sebagai contoh, standar yang dikeluarkan American Society for Tinting Material Spesification (ASTM) seri D-1655, yaitu Jet A, Jet A1, Jet B. Notasi A, A, dan B membedakan titik bekunya.

2.8 Proses Pembakaran Turbin Gas

Pada gambar, dapat dilihat dari konstruksi komponen ruang bakar, apabila digambarkan ulang dengan proses pembakaran adalah sebagai berikut :

Gambar 2.9 Ruang Bakar dan Proses Pembakaran Turbin Gas (Sumber : http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#)

(37)

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 pada satu tempat dengan nozel, 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 nozel 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 diatas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran (dilute zone), adalah zona pencampuran gas pembakaran bertemperatur tinggi dengan sebagian udara sekunder. Fungsi udara 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.

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 dari 30%), udara justru akan mendinginkan proses pembakaran dan mati, karena panas banyak terbuang keluar melalui gas bekas yang bercampur udara

(38)

23

dingin sekunder. Dengan pemikiran yang sama, apabila jumlah udara kurang dari normal, yaitu overheating, material ruang bakar bakar dan sudu-sudu turbin bekerja melampaui kekuatannya dan ruang bakar dapat pecah, hal ini berarti turbin gas berhenti bekerja atau proses pembakaran berhenti.

2.9 Aplikasi Turbin Gas

Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang digunakan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

Gambar 2.10 Prinsip Kerja Unit Pembangkit Turbin Gas (Sumber : http://dokumen.tips/documents/makalah-turbin-gas.html#)

Gambar diatas menunjukkan prinsip kerja PLTG. Udara masuk ke kompresor untuk dinaikkan tekanannya, kemudian udara tersebut dialirkan ke ruang bakar. Dalam ruang bakar, udara bertekanan ini dicampur dengan bahan bakar dan dibakar. Apabila digunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat langsung dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi apabila digunakan bahan bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur bahan bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran. Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi. Gas hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk disemprotkan kepada sudu – sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas ini dikonversikan menjadi energi mekanik dalam

(39)

turbin penggerak generator (dan kompresor udara) dan akhirnya generator menghasilkan tenaga listrik.

2.10 Udara Ambien

Udara ambien adalah udara yang berada disekitar turbin. Udara ambien ini yang nantinya akan digunakan oleh turbin sebagai bahan bakar. Maka dari itu, udara ambien sangat berperan penting dalam proses pembakaran yang sempurna di dalam turbin. Udara ambien itu sendiri memiliki beberapa kriteria, diantaranya sebagai berikut :

Tabel 2.1 Unsur yang Terkandung dalam Udara Ambien (Keadaan Normal)

(Sumber :

https://belajar.kemdikbud.go.id/SumberBelajar/tampilajar.php?ver=12&idmateri=132 &lvl1=3&lvl2=2&lvl3=0&kl=7)

Ada beberapa faktor yang dapat menyebabkan temperatur udara ambien akan mengalami kenaikkan atau penurunan. Faktor – faktor yang mempengaruhi tersebut diantaranya:

(40)

25

Sinar matahari merupakan salah satu penyebab naiknya temperatur udara ambien yang berada di sekitar turbin. Pada saat siang hari, matahari akan memberikan panas pada udara ambient yang disebabkan oleh radiasi yang terpancar dari matahari. Panas ini diserap oleh bumi dan mengakibatkan temperatur udara akan naik. Matahari juga menyebabkan terjadinya pagi, siang dan malam. Pada saat malam hari, tidak adanya sinar matahari membuat temperatur udara ambien akan menjadi rendah. Pada saat pagi hari, sinar matahari masih belum terlalu lama sehingga temperatur udara ambien masih cenderung normal. Pada siang dan sore hari, posisi matahari berada di titik tinggi, yang menyebabkan temperatur udara ambien akan mengalami kenaikkan suhu sehingga temperatur udara ambient akan panas.

b. Faktor Geografis

Indonesia terletak di sekitar garis khatulistiwa, yang menyebabkan Indonesia hanya memiliki 2 musim saja, musim panas dan musim hujan. Indonesia terletak di bumi bagian tengah, yang membuat Indonesia menjadi beriklim tropis. Indonesia juga termasuk dalam iklim tropis basah karena tingkat kelembaban udaranya diatas 90% disertai curah hujan yang tinggi. Temperatur udara ambien udara tahunan adalah 18º C dan dapat mencapai 38º C saat musim panas. Walaupun memiliki iklim tropis basah, namun udara terkadang lebih hangat karena Indonesia memiliki daerah perairan yang cukup luas yang mengakibatkan temperatur udara ambien akan terasa lebih hangat.

c. Perubahan Cuaca

Perubahan cuaca juga bisa mempengaruhi temperatur udara ambien. Sebagai contoh saat saat pagi hari, cuara cerah. Namun saat siang hari, cuaca menjadi hujan, dengan demikian temperatur udara ambien di sekitar turbin akan menurun karena hujan tersebut. Namun jika hujan terjadi saat pagi hari dan saat siang hari menjadi cerah, maka temperatur udara ambien pada turbin akan lebih panas disebabkan oleh naiknya uap air yang berada di permukaan. Naiknya uap air ini disebabkan oleh sinar matahari yang memanaskan air hujan tadi. Musim panas dan musim hujan juga dapat

(41)

mempengaruhi temperatur udara ambien. Saat musim panas, temperatur udara ambien relatif tinggi karena sinar matahari yang terpapar hampir di sepanjang hari. Namun saat musim hujan, sinar matahari cenderung tertutup hujan, sehingga udara ambien akan menjadi dingin.

Udara ambien juga memiliki zat pengotor turbin yang dapat menyebabkan plak atau bahkan penyumbatan pada saluran masuk turbin. Salah satunya adalah asap. Asap merupakan hasil pembakaran tidak sempurna yang mengandung minyak. Minyak ini akan melekat pada sudu-sudu turbin dan membuat sudu turbin menjadi berat dan sulit untuk memutar, sehingga beban akan lebih tinggi namun output yang dihasilkan justru berkurang. Asap ini diperoleh dari berbagai sumber, salah satu contohnya ialah pembakaran lahan gambut yang berada disekitar area PLTG atau turbin. Ini akan menyebabkan udara akan tercemar dan turbin akan ‘kotor’ sehingga diperlukan proses maintenance turbin yang dinamakan “Water Wash”.

2.11 Water Wash

Water Wash adalah sebuah treatment pada turbin dimana bagian dalam turbin dicuci dengan larutan berupa air dan adrox. Adrox adalah semacam detergent turbin yang tidak memiliki sifat korosif pada sudu-sudu turbin sehingga aman jika diaplikasikan ke bagian dalam turbin. Water wash ini akan mencuci sudu-sudu yang kotor oleh plak-plak minyak. Water wash ini dilakukan beberapa kali, hingga didapatkan air buangan dari proses water wash ini menjadi bersih.

Gambar 2.11 Proses Pengukuran Kejernihan dan Kandungan Dari Air Buangan Water Wash

(42)

27

2.12 Komposisi Gas

Komposisi gas yang digunakan pada turbin gas umumnya terdiri dari gas metan, namun terdapat beberapa unsur yang ikut tercampur dalam bahan gas yang digunakan. Unsur tersebut akan ditampilkan pada tabel berikut :

Tabel 2.2 Daftar Kandungan Gas yang digunakan Sebagai Bahan Bakar

No. Nama Senyawa Lambang Unsur % MOLE

1. Methane C1 85,069 % 2. Carbon Dioxide CO2 5,693 %

3. Ethane C2 4,214 %

4. Propane C3 2,990 % 5. Normal Butane n-C5 0,694 % 6. Iso Butane i-C4 0,567 % 7. Hexane Plus C6+ 0,312 % 8. Iso Pentane i-C5 0,242 % 9. Normal Pentane n-C5 0,160 % 10. Nitrogen N2 0,059%

(43)

28

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Jenis Penelitian

Penelitian yang dilakukan oleh penulis termasuk ke dalam jenis penelitian Analisis karena peneliti memerlukan data dan dokumentasi dari lapangan yang selanjutnya akan diproses dan diolah menjadi sebuah informasi. Pengambilan data yang dilakukan di dalamnya seperti kegiatan observasi, dokumentasi, diskusi dengan Pengawas di lokasi OJT, dan konsultasi dengan beberapa karyawan di sana.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Penulis mengumpulkan data yang diperlukan selama masa OJT (On The Job Training) di PLTG Senipah yang berada di Jl. Raya Balikpapan –Handil Km. 67 Teluk Pemedas Samboja Kutai kartanegara, Kalimantan Timur selama 5 bulan (13 Juli 2016 – 30 November 2016).

3.3 Tehnik Pengumpulan Data

Teknik pengumpulan data yang digunakan penulis dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mencatat informasi output tenaga yang dikeluarkan oleh Turbin Gas saat subuh, pagi dan siang hari.

2. Observasi yaitu tindakan turun ke unit ketika unit sedang down time atau mati, sehingga dapat melihat kondisi turbin dengan sendirinya. Selain melihat kondisi unit turbin, peneliti juga melihat kondisi udara ambien yang ada di sekitar turbin, kemudian mencari dampak yang ditimbulkan oleh udara ambien ke turbin.

3. Dokumentasi yaitu pengambilan foto-foto terkait input udara ke turbin, blade turbin, air filter turbin, canister turbin, udara ambien di sekitar turbin, serta proses pembuangan hasil pembakaran dari turbin ke udara.

(44)

29

4. Wawancara yaitu kegiatan yang dilakukan dengan menanyakan hal-hal yang berhubungan dengan udara ambien dan kerja turbin yang bertujuan untuk mendapatkan data dan informasi dari unit turbin yang berhubungan dengan analisa temperatur udara yang penulis angkat.

Data-data yang telah didapatkan kemudian di kelompokkan sesuai dengan kelompok, jenis dan sumber dari masing-masing data. Berikut ini adalah tabel pengelompokkan data sesuai dengan data-data yang telah didapatkan dengan menggunakan teknik pengumpulan data.

Tabel 3.1 Pengelompokkan Data Kelompok

Data Data Jenis Data Sumber

Kualitatif

a. Foto unit turbin gas unit 1 dan 2

b. Foto HMI Turbin pada saat keadaan subuh, pagi dan siang.

c. Wawancara dengan Karyawan tentang temperatur udara turbin

Primer Observasi Lapangan

Kuantitatif a. Manual Book Turbine LM 6000 PG Sekunder Observasi Lapangan

(45)

3.4 Diagram Alur Metode Penelitian

3.5 Identifikasi dan Perumusan Masalah

Dalam sebuah penelitian, identifikasi sebuah masalah merupakan tahap yang paling awal untuk dilakukan. Dalam hal ini, identifikasi masalah masih pada bentuk konsep yang akan digunakan untuk menjadi dasar sebuah penelitian. Pada tahap ini

(46)

31

penulis tertarik untuk menganalisa temperatur udara yang berbeda setiap subuh, pagi dan siang hari di sekitar turbin.

3.6 Tahap Perumusan Data

Pada dasarnya penelitian itu dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan data yang dapat digunakan untuk memecahkan masalah, pada tahap ini, penulis melakukan proses merumuskan masalah yang telah ditentukan. Untuk lebih memperjelas, maka penulis juga melakukan studi literatur dari berbagai buku maupun internet sebagai acuan dalam merumuskan masalah yang sedang diamati, yaitu perbedaan temperatur udara ambien disekitar turbin yang akan mempengaruhi output turbin.

3.7 Tahap Pengumpulan Data

Dalam tahap ini, penulis mengambil 2 pengumpulan sumber data, yaitu data primer dan data sekunder. Data primer yang dapat dikumpulkan oleh penulis yaitu data foto screen shot HMI (Human Machine Interface) dan data wawancara dari narasumber, salah satunya adalah karyawan di PLTG Senipah tersebut. Penulis juga mengumpulkan data sekunder yang berupa manual book LM 6000 PG yang digunakan sebagai pedoman pada turbin gas di PLTG tersebut. Data tersebut digunakan oleh penulis untuk menunjang data primer untuk memperinci masalah yang akan diangkat oleh penulis.

3.8 Tahap Pengolahan Data

Setelah penulis memperoleh data primer dan sekunder di atas, maka penulis memulai analisa dengan melihat waktu kritikal sebagai acuan perbedaan temperatur. Di sini penulis mengambil 3 waktu, pada pukul 03.00 dimana udara ambien memiliki temperatur rendah, pukul 08.00 dimana udara ambien memiliki temperatur normal, dan pukul 15.00 dimana udara ambien memiliki temperatur tinggi. Dari sini penulis akan melihat data foto screen shot yang menunjukkan temperatur udara yang masuk ke ruang bakar turbin, dan output beban yang dihasilkan oleh turbin tersebut. Dan

(47)

peneliti juga melihat system pendingin yang digunakan ketika udara yang masuk ke ruang bakar memiliki temperatur yang tinggi, sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa apakah temperatur udara ambien dapat mempengaruhi output beban yang dikeluarkan oleh turbin atau tidak.

(48)

33 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian

Turbin LM6000 PG yang berada di Site PLTG Senipah menggunakan sistem inlet udara yang dinamakan filter housing. Di bagian ini udara ambien akan di pisahkan dari partikel seperti hewan – hewan kecil seperti kumbang, dan di dalam filter housing tersebut terdapat lubang – lubang yang dinamakan canister. Canister ini berfungsi sebagai tempat untuk menyaring minyak, debu atau partikel kasat mata yang terbawa ke filter housing.

Gambar 4.1 Filter Housing

(49)

Terdapat 152 Buah lubang canister di Filter House yang mengalirkan udara ke bagian turbin dan ke bagian generator. Lubang udara dibuat lebih banyak ke turbin karena udara yang masuk ke turbin akan dibagi menjadi media pendingin dan sebagai bahan bakar.

Gambar 4.3 Canister Tidak Layak Pakai

Canister pada gambar di atas menunjukkan bagian dalam atau inner filter sangat kotor, sehingga perlu di ganti, namun dalam beberapa kasus canister akan diukur tingkat penyaringannya, dan tidak boleh lebih dari standar. Maka jika canister tidak memenuhi syarat, maka canister harus diganti dengan yang baru karena sudah tidak layak pakai. Namun jika hanya inner filter yang kotor, maka hanya inner filter saja yang diganti dengan yang bersih.

Setelah melalui canister, udara akan menuju ke ruang kompressor dan ruang generator. Udara dialirkan ke generator agar udara sebagai media pendinginan generator, dan udara pada compressor sebagai media pendingin dan sebagai bahan bakar di combustion room. 80% udara digunakan sebagai pendinginan dan 20% nya sebagai bahan bakarnya.

Dalam melakukan observasi penelitian di PLTG site Senipah penulis mengamati panel HMI (Human Machine Inteface) karena setiap 1 jam sekali panel HMI akan di screen shot untuk merekam status engine turbin yang bekerja, seperti temperatur,

(50)

35

pressure, bahan bakar dll. Ini dilakukan oleh petugas, dan penulis mengambil data screen shot sebagai berikut :

1. Pengamatan layar bagian Main Screen dan Turbine Overview untuk melihat system udara yang masuk ke bagian dalam turbin.

Gambar 4.4 Tampilan Main Screen Pada Panel HMI (Human Machine Interface)

Gambar 4.5 Tampilan Turbine Overview Pada Panel HMI (Human Machine Interface)

(51)

2. Pengamatan temperatur udara yang masuk dari udara ambien menuju turbin. Di sini penulis mengamati perbedaan temperatur pada pukul 03.00 , 08.00 , dan pukul 13.00 untuk melihat perbedaan temperatur udara yang masuk, karena udara memiliki temperatur rendah pada pukul ± 03.00, temperatur sedang pada pukul ± 08.00, dan temperatur tinggi pada pukul ± 15.00. Pada jam – jam tersebut merupakan waktu dimana ketiganya dapat dijadikan sebagai acuan perbedaan temperatur udara ambien yang masuk ke dalam turbin.

Terdapat 4 buah sensor yang mendeteksi temperatur di dalam turbin, yaitu sensor T2 yang mengukur temperatur udara ambien, T25 yang mengukur temperatur udara yang masuk ke bagian LPC, T3 yang mengukur temperatur udara yang masuk ke bagian HPC, dan T48 yang mengukur temperatur udara yang keluar dari combustion chamber.

Oleh karena itu, maka penulis mengambil data pada tanggal 16 Juli 2016, 16 Agustus 2016, 16 September 2016, 16 Oktober 2016 dan 16 November 2016 sebagai acuan penelitian pada kali ini. Berikut data yang penulis buat ke dalam bentuk tabel.

Tabel 4.1 Temperatur Udara yang Berada di Intake, Exhaust Combustion Chamber dan Output / Beban yang Dihasilkan 16 Juli 2016

Waktu No Sensor 03.00 08.00 15.00 1. T2 75,9º F 78,2º F 85,5º F 2. T25 214,1º F 214,9º F 221,7º F 3. T3 968,5º F 978,3º F 977,4º F 4. T48 1662.3º F 1673,6º F 1691,6º F 5. Output / Beban 38,5 MW 34,5 MW 32,7 MW

(52)

37

Tabel 4.2 Temperatur Udara yang Berada di Intake, Exhaust Combustion Chamber dan Output / Beban yang Dihasilkan 16 Agustus 2016

Waktu No Sensor 03.00 08.00 15.00 1. T2 74,5º F 77,4º F 82,8º F 2. T25 226,3º F 231,7º F 227,9º F 3. T3 974,1º F 983,7º F 986,5º F 4. T48 1681,3º F 1687,4º F 1673,8º F 5. Output / Beban 39,2 MW 37,3 MW 33,5 MW

Tabel 4.3 Temperatur Udara yang Berada di Intake, Exhaust Combustion Chamber dan Output / Beban yang Dihasilkan 16 September 2016

Waktu No Sensor 03.00 08.00 15.00 1. T2 75,6º F 78,8F 86,6º F 2. T25 221,4º F 232,9º F 232,4º F 3. T3 971,2º F 981,1º F 988,7º F 4. T48 1663,8º F 1674,9º F 1681,3º F 5. Output / Beban 41,6 MW 38,9 MW 34,3 MW

(53)

Tabel 4.4 Temperatur Udara yang Berada di Intake, Exhaust Combustion Chamber dan Output / Beban yang Dihasilkan 16 Oktober 2016

Tabel 4.5 Temperatur Udara yang Berada di Intake, Exhaust Combustion Chamber dan Output / Beban yang Dihasilkan 16 November 2016

Dari tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.5 di atas, didapatkan grafik status temperatur turbin pada T2, T25, T3 T48 dan output turbin sebagai berikut :

(54)

39 03.00 08.00 15.00 74 76 78 80 82 84 86 88 Juli Agustus September Oktober November

T2 Bulan Juli - November

°F

Gambar 4.6 Grafik Perbedaan Temperatur pada Sensor T2

Dari grafik di atas, terlihat bahwa temperatur udara ambient yang berada di sekitar turbin bervariasi mulai 74˚ F sampai 89˚ F. Udara ambien inilah yang sebagai bahan bakar yang akan di bakar di ruang bakar. Temperatur udara di T2 ini harus rendah, karena akan mempengaruhi output yang akan dihasilkan oleh turbin. Sensor ini Sensor T2 berada tepat di bagian LPC (Low Pressure Compressure). Sensor ini mengukur temperatur udara ambien yang masuk ke dalam turbin gas. Sensor ini hanya berjarak ± 10cm dari sistem pendingin SPRINT (Spray Intercooler).

(55)

03.00 08.00 15.00 205 210 215 220 225 230 235 240 Juli Agustus September Oktober November

T25 Bulan Juli - November

°F

Pada grafik di atas menunjukkan temperatur udara ambien yang masuk ke turbin pada bagian LPC (Low Pressure Compressor). Temperatur pada T25 berada pada range 200˚ F sampai 260˚ F tergantung pada waktu temperaturnya. Temperatur udara ambien ini merupakan hasil dari kompresi dari sudu turbin.

03.00 08.00 15.00 940 950 960 970 980 990 1000 Juli Agustus September Oktober November

T3 Bulan Juli - November

°F

(56)

41

Pada grafik 4.8 menunjukkan temperatur udara ambient yang berada di HPC (High Pressure Compressor). Temperatur ini dapat dilihat dari sensor T3. Temperatur udara ini disebabkan oleh hasil kompresi akhir pada bagian HPC. Temperatur udara pada bagian ini ada pada range 950˚ F sampai 1080˚ F tergantung pada waktu temperatur udara ini diukur.

03.00 08.00 15.00 1655 1660 1665 1670 1675 1680 1685 1690 1695 Juli Agustus September Oktober November

T48 Bulan Juli - November

°F

Sensor T48 terdapat pada bagian Discharge Combustion. Temperatur di turbin bagian ruang bakar ini tidak boleh melebihi dari 1710˚ F. Hal ini disebabkan karena adanya sistem T48 Control, dimana sistem ini akan membuat limit T48 pada 1700º F. Sistem ini sudah di setting batas maksimalnya beban, karena temperatur pada bagian Discharge Combustion ini tidak boleh melebihi dari 1700º, jika dia melebihi dari suhu tersebut, maka turbin akan mengalami ‘Jam’ yang berakibat turbin bisa meledak kapan saja.

Dan mengacu tabel grafik 4.6 sampai 4.9 di atas, dapat dibuat grafik berupa output turbin sebagai berikut :