diktat mke-2 turbin gas

8/7/2019 Diktat MKE-2 Turbin Gas

1/21

MKE 2BAB6 I'T'RBIN GA.S6 TURBIN GAS

6.1 PENDAIIULUAIITurbin gasberkembangdi awal tahun 1940-ansebagaiakibat usahaorang untukmemenangkanperangdenganmembuat mesin pesawatyang dapatterbangiebih cepat.

Sesuaidenganperkembanganteknologi, berkembangpula penggun.ulnturbin gasselainuntuk pesawatterbang,yaitu u,rtuk industri (pembangkitenergi) maupunjuga untuktransportasidaratdanlaut.Turbingassesuaidenganfirngsinyadapatdikelompokkandalam:l. Mesinpropulsipesawatterbang,denganjenis-jenisaplikasi:a. turbojetb. turbo fanc. turboprop (propeller)2. Mesinpropulsikapaldankendaraandarat.3. Mesinpembangkittenagadi industriTermasukdalamkelompokini adalah:a. mesin pembangkittenagalistrik -PusatListrik Tenaga(turbin) Gas(PLrc)

b. mesinpenggerakporos kompresor,dan sebagainya.Skema pada Gambar 6.1 menunjukkan bagian-bagian dari turbin gas. Bagianutama turbin gasadalah:l. kompresor2. ruang bakar3. turbin gasNama "turbin gas"-nya sendiri sebenarnyahanyalah bagian mesin yang mengkonversikanenergi fluida ke energi poros. Sering orang menggunakannarna turbin gas untuk diartikansebagaisatu unit mesinyang terdiri dari kompresor, nlang bakar dan turbin gasnyasendiri.Pada mesin furbo jet, ada bagian mesin tambahan yang berfungsi mengekspansikangaskeluar mesin ke kecepatantinggi yang diperlukan untuk menghasilkan momentum gayapendorong.Pada mesin turbo propeller, tenaga yang dibangkitkan turbin gas dipergunakan selainuntuk memutar kompresor juga untuk memutar propeller yang berfungsi untukmeningkatkan momentum aliran udara luar yang dapat dipergunakan sebagaipendorongpesawat.Kemampuanturbin gas industri saat ini adalah sekitar 200 MW dan untuk propulsi

pesawatterbang sekitar 500 000 N. Dibandingkan dengan turbin uap, turbin gas termasukpenghasil daya yang lebih kecil. Hal ini sesuaidengan efisiensinyayang relatif lebihrendah. Putarankerja turbin gas jauh lebih tinggi daripada turbin uap. Turbin uap padaumumnya bekerja pada kisaran 3000 - 6000 rpm, sedangkan turbin gas bekerja padakisaranputaran20000- 100000rpm. Putarantercepatturbin gas (termasuk)adalahturbin"udara" yang dipergunakan oleh dokter gigi sebagai pemutar bor-giginya, yang dapatmencapai 400 000 rpm padasaattanpa beban.Kecepatanyang tinggi padaturhin gas menyebabkanukuran unitnya menjadi lebih kecildibandingkan denganturbin uap untuk dayayang sama.Tabel berikut menunjukkanbeberapaperbandingankarakteristikturbin gasdenganturbinuap.

...':6 - ltrfke2TurbinGas/Hen0808


2/21

MKE2BA8 6 TI'RBIN GA,STabel6.1. Perbandinganarfianturbingasdenganturbin uap.

Ttnbin Gas Turbin UapTekananmediumkeria


3/21

MKE2BA3 6 TT'RBINGASNotasi: T1danp 1 adalah tcmperatur dan tekanan udara luar berturut-turut.T2danp2 adalah temperafiu dan tekarranudara setelah kompresor.Tjdanpj adaiatr temperatur dan tekanan udara gas hasil pembakaran bahan-bakar dan udara.

Tadanpa adalah temperatur dan tekanan gaskeluar dari turbin gas.E fi siensi termal (r76) dideftnisikan sebagai:

ry^:E#mkon=* (6'r)_Q^, - Qa =l _ Q, (6 .2)Q^, Q^,

dimana (lihat gambar Z-s):w : kerja spesifik keluarQms:aflargi(kalor) spesifikmasuk : luasa-2 - 3 -bQu : energi(kalor) spesifik keluar : luas a* I - 4 -b

Untuk proses tekanan konstan (isobar) antara titik 2 ke 3 yang merupakan prosespembakaran di ruang bakar :Q^ ,= ce( \ -T) (6.3)

sedangkanuntuk prosestekanan konstan (isobar) dffi titik 4 ke I yang merupakanprosespembuangankalor:Qr r: cp?o -Tr) to.+l

Dari keduarumus di atas,efisiensi termal turbin gasdapat ditulis sebagai:T _ TU, ,=7-# (6 .5 )r 3 - t )

Bila prosesantara I - 2 dan 3 - 4 diasumsikanisentropik maka:r - l r - lr , _ (p , \ ; . r , _ (n \ ;r , ' [ ; J ' i= [ ;J (66)

Selanjutnyabila p1: p4 danp2 --p3 karenaprosesnyaadalah isobar,maka denganRumus6.6 di atasakan didapat:

T T0, ,= l - ' r - l -+ 6 .7 )T2 T3ataudalam bentuk tekanan:

f , \? 1rt ,n,=I -l Ll = I - -: (6.S)\ P z ) 7 T\dimana r: pzipt adalahrasiokenaikantekanandi kompresor.I{arga-harga efisiensi termal terhadap rasio tekanan akhir dan awal kompresordigambarkanpadadiagramberikut:Mke2 Turbin Gas/Hen 0808 6-3


4/21


5/21

MKE2BAB6 TI'RBIN GA.S(6.r6)

dimanaco adalahkapa-sitaspanaspadatekanankonstan.Rumus6.16 di atas,disebut sebagaikerja spesifik, menunjukkanrasio energi spesifikoutputw terhadapenergispesifikmasukcoTl(energispesifikfluida masukke kompresor).Gambar6.3 menunjukkanhutunganantararasio energi-energispesifikkeluardan masukterhadapbeberapahargarasiotekananyangdipergunakan.Dari gambarnampak,semakintinggi temperaturga-skeluar dari ruang bakar masukketurbin (r:) erkansemakintinggi pula energispesifikoutput-nya.Turbin gasindustripadaumunnyacenderungmenggunakantemperaturT3yangtinggi. Demikianpulapadaturbingaspropulsipesawatterbang.

Kurva KerjaSpesifikvs RasioTekananpZpl Untuk Tl = 15C

Rasio Tekanan p2lp1

Gambar5.3 Kurva kerja spesifrk[(w/(crfi)] vs RasioTekananp2lp1untuk tt:l5oCPada temperatur 13 rend"h, terlihat bahwa untuk rasio tekanan 30 keatas, harga kerjaspesifik menjadi negatif. Apa artinya ini?

Pembahasanyang lalu untuk turbin gas ini diasumsikan dalam kondisi ideal.Dalam kenyataannya, proses kompresi di kompresor dan ekspansi di turbin tidaklahisentropik, melainkan politropik dimana terjadi kenaikan entropy. Juga pada prosespembakarandi ruang bakar, prosesnyatidaklah rnumi isobar,melainkan terjadi penurunantekananakibat gesekan,penyempitandan sebagainya.

,,=?['*,J-["=-')

xE r'*oCLatt!F o,.Y

] * n = t z o o c ]i - - n = t t o o c ll - -* - -B=1000C1l * t =soocIl + B = 8 0 0 C i+ t 3 = 7 0 0 C+ B = 6 0 0 c+t3 = 500 C

Kurva berikut menunjukkan hubungan antara efisiensi dengan dayadirumuskan sebagai:PKriro

= f(7T,tr)dimana:

spesifik yang

(6.17)

5 1 0 1 5 2 0 2 5

Mke2TurbinGas/Hen0808 6-5


6/21

MKE2BAB 6 IT'RBIN GA.S: daya[kW]: laju massaudara: rasiop2/p1: temperaturdi sisi masuksudujalan

m @ fi B0o0 t20 t4ot60Hr 200 ?ro zao rzobtbreospezifischcLeisturq3 -----* kq(nL

Gambar 6.4 Kurva efisiensi terhadapdaya spesifik menurut AEG-KANIS potr; tezz;.6.3. KOMBINASI SIKLUS TURBIN GAS

Untuk menaikkan efisiensi akhir turbin gas,orang melakukan usahamemanfaatkanenergi sisa sebanyak mungkin. Sebagai contoh, gas buang yang masih bertemperatrtrtinggi (diatas500 "C) dapat dipakai untuk menaikkan temperaftr udara tekan sekeluardarikompresor. Dengan demikian entalpi udara sudahnaik, sehinggakebutuhan bahan bakardi ruang bakar dapatdikurangi. Atau, bila bahan bakar tetap,temperat'rrkeluar dari ruangbakar dapat lebih tinggi. Gambar 6.5 berikut menunjukkan skema turbin gas denganpenukar panassebelt-mruang bakar.Blla q-, adalahkalor yang ditambahkan akibat pembakaranbahanbakar, maka (lihatgambar):

Q ^ , = c o . ( 7 4 _ \ )sedangkanbila sebagianpanasgasbuang (sejumlahqpr) dipergunakanuntuk memanaskanudara tekan dari kompresor dapat ditulis sebagai:

Qpr= r, 'Q, -Tr)maka rumus berikut dapat diturunkan.

P*ti, o7TTj

03603a

. $ 2? 0:oII o28' q 2 6FEo,zt7q22glEo'?0; o.rg016

0.16

4 , ,= l - ' - L (e.s)Dengan naiknya tt aklbatpenambahankalor padaudara tekan sebelurn ruang bakar, makaakannaik pula efisiensitermalnya.



7/21

MKE2BAB6 IT'RBINGA.S

Gambar6.5 Turbin gasdenganpenukarpanassebelumruang bakar.

ludara nembakarBanan baktr | l='..# 1----+ I 4II ' i + . - -f ' l:GJ\ras ZLsap

l IIPe-unarg*

lsir r 1 31 . 1 + )Pemanas l- l r1 .f oPendinginl- \ , tj i,,

l

- +.-*Pendinsin 2 ) a- > L ] ] ] ]Il 6L

4 t,-i. +' - L

F l Y | { M l. ] ' . . ' . / . '- . - l

Il 5

I,I '' ' /; . 1l l

Turbin Generator

Gambar6.6 Turbin gassiklusudaratertutup. Gambar6.7 DiagramT-s turbingassiklusudaratertutup.Gambar 6.6 menunjukkan instalasi turbin gas industri dengan siklus udara tertutup.Keuntungan system ini adalah udara kerja siklus turbin bersih dari polusi udara luarmatlpun gas bakarnya sehingga perioda pembersihan dan pencucian kompresor danturbinnya tidak perlu seseringjenis konvensional. Notasi q,u adalah untuk kalor spesifikmasuksedangkanqo6adalahkalor spesifik keluarmelalui pendingin.

Mke2TurbinGas/Hen0808 6.-7


8/21

MKE 2BAB 6 '[T'RBINGA^S

6.3 BAGIAN.BAGIAII TURBIN GAS63.f RuangBakarGambar6.8 menunjukkansalahsatukonfigurasi ruangbakar.Efisiensi nurngbakarberkisarantara0,90sampai0,98.Kerugiantekandi niangbakarsekitar3 - 8%.Temperaturdi dalamruangbakar dapat mencapai2500oK di pusatnyala apinya. Untukkeamanannya,umur ruang bakar haruslahtinggi. 100 000jam kerja adalahumur yangmoderat.Gambar6.8 menunjukkanpulabesarankecepatarrdan temperaturudaradi dalamruangbakar.

Udara dariKompressor

ZonePenvamour ke lurbtne

Gambar 6.8 Gambarankecepatandan temperaturgasdalam ruang bakar.

6.3.2 TurbinTemperatur gas keluar dari ruang bakar dapat mencapai besaran 1000 oC ataulebih. Untuk melindungi sudu-sudu turbin dari bahaya temperatur tinggi diperlukanpendinginan. Satu-satunya cara pendinginan yang memungkinkan adalah denganmengalirkan udara yang relatif dingin, berasal dari by-pass sebagian udara tekan darikompresor, di sekeliling dinding sudu. Ada beberapa teknik pendinginan sudu.Diantaranyaditunjukkan melalui gambar-gambardi bawah ini.

scan0l02

( c ) (d )Gambar6.9 Beberapasistempendinginsuduturbin gas(Bohr.re77).a. pendinginkonveksib. pendingintumbukanc. pendinginlapis filmd. pendingrntranspirasiUdaradingin disalurkanke sudu-suduarah danjalan melalui lubangyang dibuat di dalamrotor.

t200015001000500

Mke2 TurbinGas/Hen0808 6-8


9/21

MKE2BAB 6 TT'RBING}tS

BEBERAPA CONTOH APLIKASI TURBIN GAS

Gambar6.10 Salah satu contoh turbin gasindustri 6wu, Bohr,le77).(Tampak samping)Scan05

Mke2 Turbin Gas/Hen 0808 6-9


10/21

MKEzBA8 6 I'T'RBIN GA.S

t r iL-+-l l i

Scan06Gambar 6.11 Salah satu contoh turbin gas industri 6wu, Bohr,le77)(Tampak depan)Keterangan: I Landasanpengunci2 Saluranhisapudara3 Drumdudukansuduarah4 Landasanke fondasi5 Salurangasbuang6 Penumpuberbandul7 Porosgenerator8 Koplinghidrolik9 Bantalanaksial10 RuangudaramasukI I Karangansuduarah12 Kompresor13 Angkerpenerus

14 Salurangasdari ruang bakar15 Rumahturbin16 Suduarahturbin17 Turbinl8 PengontroludaraI9 Pengonholpengapian20 Ruangudarabertekanan2l Pembakarbahanbirkar22 Kisi-kisiradial23 Ruangbakarberlapisankeramik24 Pipahisap25 Salurangasbakar26 Lapisanisolator

Mke2 TurbinGas/Hen0808 6 - t 0


11/21

MKE 2BAB 6 TT'RBINGA,S

CAD irnageof an SGT5-2(X)0Egas turbine.Turbinesof this series arc usedfor sinple orcombined-cycleprocesseswilh or wilhoutcombhedheat and power,and for all load ranges,particuhrlypeak-lmdoperatbn.Thegastwbinehasa capactyd 168megauatts.Siemens

Gambar6. t2I2J4)

Turbin gas 2 tingkat @ohr,re77).Rotor dengankompresor l0 tingkatTubin 2 tingkat untuk kompresorTurbin denganrotor berkopling gigiRuanggas buang dengandifirsorRuanggas buang dengandifusor

6 a

6 Ruanghisap kompresor7 Saluran udaratekan komprsor8 Salurangasbakarmasukturbin9 Peralatanbantu

Mke2 Turbin Gas/Hen 08(B 6- l I


12/21

(..1

sq)6sI

IsE' s '^aL.i3rNav

rOa

rrJ

c)o0

-ofrFcO\okp..,!

.n4o" q E, . F AF t d> F(otrlEqa


13/21

MKE 2BAB 6 TT'RBINGA.S

(Scan09)Gambar6.14 Turbin gas industri dua komponen (Bohl,1977).I Kompresor2 Ruangbakar3 Turbin penggerakkompresor4 Saluranhubunggas5 Rumahturbin

RodagerakturbinSalurangasbuang

Turbin sentripetalDifusorgasbuangSaluranbahanbakar

689

Gambar6.15 Turbin gassentripetaluntuk industri.I Porosalatbantu2 Porosputar3 Saluranhisapudara4 Kompresor5 Ruangbakar

618

Mke2 TurbinGas/Hen0808 6 -l 3


14/21

MKE2BAB 6 TTIRBINGA^S

Gambar 6.16. Kombinasi turbin gasdenganturbin uap- Pusat Listrik TenagaGas danUap- PLTGUI Kompresor2 Ruangbakar3 Turbin gas4 HeatRecoverySteamGenerator-HRSG5 Turbin uap6 Kondensor

7 Pompakondensat8 Pemanasair9 Tangkiair pengisiHRSGl0 Pompaair pengisiHRSGI I Pemanasair pengisiHRSG

PendinginMula!9,9br300c

Gambar6.17 Turbin gasmcnggunakanpemanasreactornuklir.

C'merator

Mke2 Turbin Gas/Hen 0808

8500c64,1bx

Pompa

6-14


15/21

MKE 2BAB6 II'RBINGAS

Porosputar

Pnrpclcr\

KompresorGambar l8a. Turbin gaspenggerakpropeller.

Inicktorbahanhakarnlfl udara+rttr>

Gambar6.18b. Turbin gaspenggerakpropeller,skematik.

Ruangbakar

Cas buang

l(Scanl2)

Mke2Turbin Gas/Hen08N 6-15


16/21

MKE 28AB6 IIJRBINGAS

(Scanl3 )Gambar6.18c. Turbin gaspenggerakpropeller,bagian rbin.

(Scan14 )Gambar6.19. Turbojet pendorongpesawatbrbang (Rous-Royce,Boht,l r?)

(Scm l5 )Ganbar6.20. Turbo-fanpendorongpesawatbrbang (Mru,Bohll9?7)

Mke2Turbin Gas/Hen 0808 6-16


17/21

MKE2BAB6 TT'RBINGA,SFan adalahbentuk propeller berdiameterkecil dan ditempatkan dalam rumah. Udara yangdidorong ke belakang oleh fan menga-lir dalam ruang yang berfungsi selain sebagaipendorongjuga sebagaipendingin danperedamsuarajet yang keluar dari turbin.

(Scan l6)Gambar6.21. Turbin gaspenggerakbaling-balinghelicopterataupropellerkapal(MAN. Bohl. 1977)l Filter udara2 Peredamsuarasaluranhisap3 Fan pendingin4 Rodagigi5 R.odahubung6 Ruangbakar7 Poros daya output alat bantu

PorosoutputRodapenggerakmesin(generator)PenampungpelumasTurbin dayaRuangudaratekanPendinginpelumas

89l 0l tl 2l 3

;i.r^,' lf,,

. t ri ,L4

r r t 1r . l

. l

-_]

I ltlarasecar+ .1 tKompresor

TurbinIi -+ Gasbuang

Salurangasbuang

Udara segarbertekanan

:

Gambar6.22 'lurbc chargerpadamotor DicscldanOttc(Motor Bakar,WirantoA)Aplikasi turbo chargerpadamesinpembakarandalamtorak. Pengaturanyangtepatsuplaibahanbakardenganudarake dalamruangbakarmesinmenentukanunjuk kerjasystem.

ivlkc'2T'urbin(ius,'Hen(),\0,\ 6-11


18/21

MTE 2BAB6II'RBINGAS

Gambar6.23.Turbocharger.Turbochargerpda gambardi atasdapt kitajumpaiuntukmenaikkanhju massaudarakeruang bakar motor Diesel lokomotif atau motor Otto penggerakmobil, kapal dansebagainya.

Porosputar---->TabungRotor

6ilTabungturbin Rumahturbin

Gamtnl6.24 Turbinudarauntukmesinbordoktergigi.Kecepatanputartanpabebanbisamencapai400 000rpm.

Rotor



19/21

MXE 2BAB6 II'RBINGAS

rl ;

!Iti

h.-$ ;e*il

Gambar6.25 Fasilitaspenp&santurbingaspesawatterbangdi PT.hoPulsiG\nP)GatatogNrP). araTurbindan

Gambar6.26 Ba$anturbingasindustriyangsedangdirawatdi PT.NTP.

Mke2TurbinGas/Hen08B 6-19


20/21

MTE 2BAB6 II'RBINGA.S

Gambar6.27 Potanganlengkapturbingas,memperlihatkanbagiankompresor,ruangbakardantwbingas.

Noselbahanbakar---..----}

Gambar6.28Potonganruangbakardanturbingas(PT.NTP)

Mle2 TurbinGas/Hen08N 6-20


21/21

MTE28A86 TI'REINGAS

BahanAcuan:1. Bohl, Willi " Stromurgsmaschinen",Vogel-Verlag I977.2. Haberman,W.L.,"IntroductiontoFluirlMechanics",Prentice-FlallInc.,l9803. Munandar,W. A o"Motor Baka/', PenerbitITB

Mle2 TurbinGas/Hen08B 6-21

diktat mke-2 turbin gas

Documents