MAKALAH SISTEM TURBIN GAS PADA SISTEM PL

MAKALAH
SISTEM TURBIN GAS PADA SISTEM PLTGU

Disusun untuk memenuhi nilai mata kuliah Sistem PLTG
pada Program DIII Kerjasama FT. Undip – PT. PLN (Persero)
bidang Teknik Mesin Universitas Diponegoro

Disusun Oleh :

DIMAS YUDHA SATRIA UTAMA
21050111083008

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
2013
i

KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT,
atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan

makalah yang berjudul “SISTEM TURBIN GAS PADA SISTEM PLTGU ”.
Makalah ini disusun sebagai salah satu syarat bagi penulis untuk
memenuhi nilai pada mata kuliah Sistem PLTG pada kurikulum Semester V
Program Studi Diploma III Teknik Mesin Program Kelas Kerjasama PT. PLN
(Persero).
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Allah SWT., atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya.
2. Ibu dan Ayah penulis yang selalu mendukung baik secara moral
maupun material, yang selalu mengingatkan untuk menyelesaikan
makalah ini.
3. Bapak Bambang Setyoko, ST. M.Eng selaku ketua jurusan Program
Studi Diploma III Teknik Mesin Universitas Diponegoro dan dosen
pengampu mata kuliah system PLTG.
4. Teman – teman seperjuangan di Program Studi Diploma III Teknik
Mesin Program Kelas Kerjasama PLN angkatan 2011.
5. Semua pihak yang telah membantu penulisan laporan ini yang tidak
dapat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini tak luput dari
kesalahan dan kekurangan. Karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran
yang membangun dari semua pihak.

Akhir kata penulis berharap semoga makalah ini dapat berguna bagi kita
semua, Aamiin.

Semarang, 5 Oktober 2013

Penulis

ii

DAFTAR ISI
COVER .................................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. v
DAFTAR TABEL .................................................................................................. vi
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ i
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 1
BAB II TURBIN GAS ............................................................................................ 3
2.1 Sejarah Turbin Gas ........................................................................................ 3

2.2 Pengertian Turbin Gas................................................................................... 5
2.3 Prinsip Kerja Turbin Gas .............................................................................. 7
2.4 Klasifikasi Turbin Gas .................................................................................. 9
2.5 Siklus-siklus Turbin Gas ............................................................................. 11
2.6 Modifikasi Turbin Gas ................................................................................ 13
2.7 Siklus Brayton dengan Intercooler, Reheater, dan Regenerator ................. 13
2.8 Komponen Turbin Gas ................................................................................ 14
2.9 Komponen Penunjang Sistem Turbin Gas .................................................. 19
2.10 Aplikasi Turbin Gas .................................................................................. 21
BAB III BAHAN BAKAR TURBIN GAS ......................................................... 23
3.1 Bahan Bakar Turbin Gas ............................................................................. 23
3.2 Proses Pembakaran Turbin Gas .................................................................. 24
BAB IV INTERCOOLER .................................................................................... 27
4.1 Intercooler ................................................................................................... 27
BAB V PERSAMAAN ENERGI YANG UMUM UNTUK PROSES ALIRAN
TUNAK DAN PENERAPANNYA PADA SISTEM TURBIN GAS .................. 31
5.1 Persamaan Energi yang Umum Untuk Proses Aliran Tunak ...................... 31
5.2 Penerapan Persamaan Energi Yang Umum Untuk Proses Aliran Tunak ... 33
5.3 Turbin .......................................................................................................... 34
BAB VI PROSEDUR PENGOPERASIAN TURBIN GAS PLTGU CILEGON 36

6.1 Persiapan dan Pelaksanaan, Sebelum Operasi Turbin Gas ......................... 36
6.2 Persiapan Start ............................................................................................. 36
6.3 Batasan Operasi ........................................................................................... 37

iii

BAB VII MIANTENANCE & TROBLESHOOTING......................................... 40
7.1 Maintenance Turbin Gas ............................................................................. 40
7.2 Trobleshooting ............................................................................................ 41
BAB VIII PENUTUP ............................................................................................ 42
8.1 Kesimpulan ................................................................................................. 42
8.2 Saran ............................................................................................................ 42
DAFTAR PUSTAKA

iv

DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Hero engine ......................................................................................... 3
Gambar 2.2 Turbin gas ............................................................................................ 6
Gambar 2.3 Turbin gas sederhana dengan poros tunggal ....................................... 6

Gambar 2.4 motor turbojet dan komponen utamanya (Turbomeca: Marbore) ....... 7
Gambar 2.5 Tubin gas ............................................................................................. 8
Gambar 2.6 Turbin gas poros tunggal ................................................................... 10
Gambar 2.7 Turbin gas poros ganda ..................................................................... 11
Gambar 2.8 Siklus Bryton ..................................................................................... 12
Gambar 2.9 Diagram T-S Siklus Brayton dengan reheat regeneration dan
intercooling ........................................................................................................... 14
Gambar 2.10 Modifikasi Siklus Brayton .............................................................. 14
Gambar 2.11 Tipe turbin rotor assembly .............................................................. 16
Gambar 2.12 Casing Kompresor ........................................................................... 17
Gambar 2.13 Komponen turbin section ................................................................ 19
Gambar 2.14 Prinsip kerja unit pembangkit turbin gas......................................... 22
Gambar 3.1 Ruang bakar dan proses pembakaran turbin gas ............................... 25
Gambar 4.1 Skema susunan intercooling pada turbin gas siklus tertutup ............ 27
Gambar 4.2 Diagram T-s untuk intercooling ........................................................ 28
Gambar 4.2 Diagram p-v kompresor bertingkat dengan intercooler .................... 30
Gambar 4.3 Intercooler ......................................................................................... 30
Gambar 5.1 Sistem dan batas sistem ..................................................................... 31
Gambar 5.2 Diagram entropi versus entropi ......................................................... 34
Gambar 5.3 Diagram entalpi versus entropi sebuah turbin ................................... 35

v

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan turbin gas siklus tertutup dengan siklus terbuka .............. 9
Tabel 2.2 Data Manufaktur turbin gas poros tunggal ........................................... 10
Tabel 6.1 Batasan operasi PLTGU Cilegon .......................................................... 37
Tabel 6.2 Vibration limits setting value (peak to peak) ........................................ 37
Tabel 6.3 Lube oil pressure setting ....................................................................... 37
Tabel 6.4 Lube oil temperature setting ................................................................. 38
Tabel 6.5 Cooling temperature setting .................................................................. 38
Tabel 6.6 Exhaust gas pressure setting ................................................................. 38
Tabel 6.7 Blade path and exhaust temperature alarm setting................................ 38
Tabel 6.8 Low frequency interlock summary ....................................................... 39

vi

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang
Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja
dipergunakan langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda
dengan yang terjadi dengan mesin torak, pada turbin tidak terdapat
bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar
dinamai rotor atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak berputar
dinamai stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam
rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan
atau memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, balingbaling atau mesin lainnya). Di dalam turbin, fluida kerja mengalami
proses ekspansi, yaitu proses penurunan tekanan dan mengalir secara
kontinu. Kerja fluida dapat berupa air, uap air, atau gas.
Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen,
antara lain: kompresor, pompa, ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor
dan turbin. Turbin banyak di manfatkan untuk pembangkit listrik,
pesawat terbang, di dalam industry, dan lain-lain. Di dalam makalah
ini, akan di bahas khusus pada turbin gas baik dalam siklus, klasifikasi,
komponen-komponen yang ada, dan prinsip
kerja dari turbin tersebut serta aplikasi turbin yang akan di gunakan.
PLTG difungsikan untuk mengatasi kebutuhan energi listrik saat

beban puncak. Alasan pemilihan jenis pembangkit ini adalah operasi
penyediaan daya dibangkitkan lebih cepat. Kelebihan lain yang dimiliki
yaitu untuk menghasilkan daya yang besar dibutuhkan ruangan yang kecil.
Konsumsi energi pada peralatan PLTG bersumber dari putaran turbin gas.
Daya poros yang dihasilkan turbin gas digunakan untuk memutar
accessory gear. Alat ini digunakan untuk memutar alat-alat pendukung,
yaitu pompa dan kompresor pengabut.

1.2

Rumusan Masalah
1. Bagaimana sejarah turbin gas?

1

2.

Bagaimana prinsip kerja turbin gas?

3.

Bagaimana klasifikasi tubin gas?

4.

Apa saja siklus-siklus turbin gas?

5.

Bagaimana persamaan energy yang umum untuk proses aliran tunak
dan penerapannya pada system turbin gas?

1.3

6.

Bagaimana SOP turbin gas?

7.

Bagaimana troubleshooting turbin gas?

Tujuan Penulisan
1. Mengetahui sejarah turbin gas.
2.

Mengetahui prinsip kerja turbin gas.

3.

Mengetahui klasifikasi turbin gas.

4.

Mengetahui siklus-siklus turbin gas.

5.

Mengetauhi persamaan energy yang umum untuk proses aliran tunak
dan penerapannya pada system turbin gas.

6.

Mengetahui SOP turbin gas.

7.

Mengetahui troubleshooting turbin gas.

2

BAB II
TURBIN GAS

2.1

Sejarah Turbin Gas
Prinsip konversi energy dalam turbin sudah lama diketahui. Kirakira 130 tahun sebelum masehi prinsip turbin reaksi sudah ditemukan oleh
ilmuwan Mesir kuno ( Alexandria ) bernama Hero. alat tersebut
dinamakan Aeolipile. Aeolipile yaitu bejana yang diisi dengan air dan
bejana tersebut dihubungkan dengan bejana sperical yang bebas bergerak
melalui penopang pipa, bila bejana air dipanaskan maka uap akan mengalir
melalui pipa penyangga dan masuk ke bejana sperical dan memancar
melalui dua buah nozzle, pancaran tersebut menghasilkan gaya dorong dan
timbul reaksi gaya gerak sperical berputar dengan arah yang berlawanan.

Gambar 1.1 Hero engine
Sedangkan prinsip turbin impuls oleh Giovanni Branca pada tahun
1962. Pada dasarnya proses konversi energy dalam turbin merupakan
proses ekspans, yaitu proses penurunan tekanan. Pada turbin reaksi proses
ekspansi tersebut terjadi baik dalam sudu-sudu tetap (pengarah) yang
terpasang pada rumah turbin yang tidak berputar, maupun dalam sudusudu gerak yang terpasang pada roda turbin yang berputar. Sedangkan
pada turbin impuls proses ekspansi hanya terjadi pada sudu-sudu tetap
saja. Jadi boleh dikatakan bahwa turbin diketemukan lebih dahulu

3

daripada mesin torak. Perkembangannya memang lamban, karena
pengetahuan tentang material dan aerotermodinamika belum memadai.
Selanjutnya prinsip system turbin gas yang terdiri dari kompresor, ruang
bakar (pembakaran kontinyu pada tekanan konstan) dan turbin (impuls)
yang banyak digunakan sekarang oleh John Barber (Nuneaton, Inggris)
pada tahun 1791. Kemajuan teknologi turbin gas juga dipacu oleh temuan
oleh turbin uap reaksi oleh Sir Charles Parsons (Inggris) pada tahun 1884.
Turbin uap kemudian diterapkan pada system propulsi kapal dan pusat
tenaga listrik.
Usaha pengembangan system turbin gas diteruskan terutama
dengan terlebih dahulu meningkatkan efisiensi kompresor. Penggunaan
turbin impuls pada system turbin gas juga dilakukan oleh Rene
Armengaud dan Charles Lemale (Perancis) yang menghasilkan daya poros
500 Hp pada 5000 rpm, dengan efisiensi termal disekitar 3-5%. Pada
waktu itu sudu-sudu didinginkan dengan air yang disemprotkan.
Sedangkan jenis turbin yang digunakan adalah turbin bertekanan rendah.
Namun F. Stolze (Jerman) kemudian juga mencoba menggunakan turbin
reaksi yang dirancang pada tahun 1872 tetapi baru dapat dibuat dan diuji
sekitar tahun 1904.
Sementara itu Hans H. Holzwarth (Jerman) mencoba merancang
system turbin gas dengan pembakaran volume konstan (pembakaran tidak
kontinyu). Walaupun demikian hasilnya dianggap tidak praktis dan
efisiensinya rendah. Penggunaan turbin gas sebagai turbocarjer pada motor
diesel dirintis oleh Dr. Sefred Buchi (Swiss) pada tahun 1908. Penggunaan
turbocarjer pada motor bensin untuk propulsi pada pesawat terbang untuk
pertama kalinya dirintis oleh A. Rateau (Perancis) pada tahun 1917. Pada
waktu itu teknologi motor bakar torak lebih maju dan berkembang. Dalam
hal tersebut penggunaan turbocarjer diperlukan untuk meningkatkan daya
motor atau mengkompensasi turunnya daya dengan ketinggian terbang.
Penggunaan turbin gas sebagai motor propulsi pesawat terbang dirintis
oleh Frank Whittle (Inggris) yang mengajukan paten untuk system turbin
gas dan saluran pmbangkit jet, pada bulan Januari tahun 1930. Berbagai

4

usaha telah dilakukan untuk mengatasi kesulitan biaya dan mendapatkan
dukungan, tetapi baru 5 tahun kemudian konsep rancangannya mendapat
tanggapan. Pada tahun 1937 motor turbojet berhasil diuji dengan hasil
yang baik. Hal tersebut kemudian memicu pengembangan desain dan
pembuatan motor turbojet. Penelitian dan pengembangan ditekankan pada
peningkatan efisiensi kompresor (sentrifugal). Namun, perlu perlu dicatat
bahwa sebelum Frank Whittle, sebenarnya sudah ada paten motor jet oleh
Lorin (1908) berdasarkan prinsip motor torak sebagai pembangkit gas,
kemudian juga Lorin (1913) tentang prinsip ramjet, dan M. Guillaume
(1921) berdasarkan prinsip turbin gas sebagai pembangkit turbin gas.
Tetapi hal tersebut baru diketahui pada tahun 1939 oleh Gohlke, seorang
pemeriksa paten dari Jerman.
2.2

Pengertian Turbin Gas
Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas
sebagai fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan
menjadi energi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin
sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor
atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah
turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator
listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas adalah motor
bakar yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : kompresor, ruang
bakar, dan turbin seperti terlihat pada gambar 2.2. system ini dapat
berfungsi sebagai pembangkit gas ataupun menghasilkan daya poros. Ciri
utama turbin gas adalah kompak, ringan, dan mampu menghasilkan daya
tinggiserta bebas getaran. Dengan demikian mudah pemasangannya dan
tidak memerlukan pondasi kuat.

5

Gambar 2.2 Turbin gas
Berbeda dengan motor bakar torak, pada terbin gas tidak terdapat
bagian yang bergerak translasi sehingga turbin gas dikatakan bebas
getaran. Disamping itu proses kompresi, pembakaran, dan ekspansi terjadi
secara terpisa, masing-masing didalam kompresor, ruang bakar, dan
turbin. Turbin menghasilkan daya yang sebagian besar diperlukan untuk
menggerakan kompresornya sendiri, sisanya untuk menggerakan beban
disebut daya poros seperti ditunjukan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Turbin gas sederhana dengan poros tunggal

6

Beban dapat berupa roda penggerak, propeller, generator listrik,
pompa, fan, atau kompresor. Apabila semua daya turbin untuk
menggerakan kompresornya sendiri, maka pasangan kompresor, turbin,
dan ruang bakar tersebut hanya berfungsi menghasikan gas panas. Oleh
karena itu pasangan tersebut dinamai pembangkit-gas (gas generator)
seperti pada motor turbo jet tersebut pada gambar 2.4. pada motor turbojet,
turbin gas berfungsi sebagai pembangkit-gas untuk nosel yang berfungsi
menghasilkan pancaran (jet) gas berkecepatan tinggi, untuk menghasilkan
gaya dorong.

Gambar 2.4 motor turbojet dan komponen utamanya
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

7

dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati
turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang
(exhaust).

Gambar 2.5 Tubin gas
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin 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.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi
kerugiankerugian 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:


Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian
tekanan (pressure losses) di ruang bakar.

8



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



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



Adanya mechanical loss, dsb.

Untuk memperkecil kerugian ini hal yang dapat dilakukan antara lain
dengan perawatan (maintenance) yang teratur atau dengan memodifikasi
peralatan yang ada.
2.4

Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros
dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:
1. Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
2. Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)
Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada
turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang
ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida
kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.
Perbandingan antara turbin gas siklus tertutup dengan siklus terbuka
adalah sebagai berikut:

Tabel 2.1 Perbandingan turbin gas siklus tertutup dengan siklus terbuka
NO Turbin Gas Siklus Tertutup
Turbin Gas Siklus Terbuka
1

Udara tekan dipanaskan dirunag Udara tekan dipanaskan diruang
bakar. Karena gas dipanaskan bakar.

Produk

pembakaran

oleh sumber eksternal, jumlah gas bercampur dengan udara panas.
tetap sama.
2

Gas dari turbin diteruskan ke Gas dari turbin dibuang ke atmosfir
ruang pendinginan.

3

Fluida kerja bersirkulasi secara Fluida kerja diganti secara kontinyu
kontinyu.

4

Fluida jenis apa saja dengan sifat Hanya udara yang bisa digunakan
thermodinamika yang baik bisa sebagai fluida kerja.

9

digunakan.
5

Sudu turbin tidak cepat aus, Sudu turbin cepat au, karena udara
karena gas tidak terkontaminasi dari atmosfir terkontaminasi ketika
ketika melewati ruang bakar.

6

melewati ruang bakar.

Karena udara didinginkan dengan Karena udara dari turbin dibuang ke
sirkulasi air, cocok digunakan atmosfir, cocok digunakan untuk
untuk jenis instalasi stasioner atau kendaraan yang bergerak.
di kapal.

7

Biaya perawatan tinggi

Biaya perawatan rendah

8

Berat instalasi perdaya (HP) lebih Berat instalasi perdaya (HP) lebih
besar.

kecil.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis
yaitu:
1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik
yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di
industry.

Gambar 2.6 Turbin gas poros tunggal
Contoh data manufaktur turbin gas poros tunggal adalah:
Type

Tabel 2.2 Data Manufaktur turbin gas poros tunggal
PG 5341 (N)

Rating (base, Gas/Oil)

20.900/20.450 (KW)

Altitude

Seal Level

Compressor Stage

17

10

Turbin Stage

2

Turbin Speed

5100 rpm

Inlet Temperature

32.2oC

Inlet Pressure

1.0333 kg/cm2

Exhaust Temperature

488oc

Exhaust Pressure

1.0333 kg/cm2

Pressure Ratio

9.4

Desired min. Horse Power

33.000 HP

Fuel

Natural Gas

Fuel Systems

Gas/Oil (Unit A dan B)
Gas (Unit C, D, E, F, G, dan H)

Control system

Speedtronic

Accessory Gear

Type A500

Starting System

400 HP Induction Motor (Unit
C/H)
500 HP Motor Diesel (Unit A/B)

2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin
bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas
ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti
kompresor pada unit proses.

Gambar 2.7 Turbin gas poros ganda
2.5

Siklus-siklus Turbin Gas
Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:
1. Siklus Ericson

11

Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang
terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic)
dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses
perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam
komponen

siklus

internal

(regenerator),

dimana

effisiensi

termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang
dan Th = temperatur panas.
2. Siklus Stirling
Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua
proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume
tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal
pada siklus Ericson.
3. Siklus Brayton
Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin
gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan
oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk
performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses
kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas
pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses
dapat dianalisa secara berikut:

Gambar 2.8 Siklus Bryton


Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik).
Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1).

12



Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan
konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3
– h2).



Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik didalam turbin. Daya
yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4).



Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke
udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 –
h1).

2.6

Modifikasi Turbin Gas
Dalam upaya untuk meningkatkan efisiensi dari turbin gas, modifikasi
terkonsentrasi di tiga bidang:
1. Meningkatkan temperatur inlet turbin (pembakaran).
2. Meningkatkan efisiensi komponen-mesin turbo.
3. Menambahkan modifikasi pada siklus dasar (brayton).
Efisiensi
namun

siklus

turbin

gas

pada

awalnya

masih

sederhana,

pada perkembangannya, kini dapat hampir dua kali lipat efisiensi

semula dengan memasang/ melakukan

intercooling,

regenerasi,

dan

pemanasan (reheating). Back work ratio siklus turbin gas meningkat
sebagai

hasil

dari

intercooling

dan

reheating.

Tetapi

efisiensi

termalnya akan menurun. Intercooling dan reheating selalu akan
menurunkan efisiensi termal kecuali mereka disertai oleh regenerasi. Hal
ini karena intercooling menurunkan suhu rata-rata di mana panas yang
ditambahkan, dan meningkatkan pemanasan suhu rata- rata di mana
panas ditolak. Oleh karena itu, dalam pembangkit listrik gas turbin,
intercooling dan pemanasan selalu digunakan bersama dengan regenerasi.

2.7

Siklus Brayton dengan Intercooler, Reheater, dan Regenerator
 Kombinasi dari reheat, dan intercooling dengan regenerasi
menghasilkan peningkatan efisiensi thermal yang besar.


Dengan jumlah reheater dan intercooler yang tak hingga,
siklus ini akan memiliki efisiensi seperti Carnot karena proses
perpindahan panasnya menjadi isothermal.

13

Gambar 2.9 Diagram T-S Siklus Brayton dengan reheat regeneration dan
intercooling

Gambar 2.10 Modifikasi Siklus Brayton
2.8

Komponen Turbin Gas
Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet
section, compressor section, combustion section, turbine section, dan
exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah
starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa
komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen
utama turbin gas:
1. Air Inlet Section.
Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara
sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:

14



Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana
didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.



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



Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada
inlet house.



Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada
bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini
masuk ke dalam kompresor aksial.



Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada
saat memasuki ruang kompresor.



Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai
pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang
diperlukan.

2. Compressor Section.
Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor,
berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air
section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi
pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang
dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow
compressor terdiri dari dua bagian yaitu:
A. Compressor Rotor Assembly.
Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya.
Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara
secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara
yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie
bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.

15

Gambar 2.11 Tipe turbin rotor assembly
B. Compressor Stator.
Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:


Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan
udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet
guide vane.



Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya
terdapat empat stage kompresor blade.



Aft

Casing,

bagian

casing

yang

didalamnya

terdapat

compressor blade tingkat 5-10.


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

16

Gambar 2.12 Casing Kompresor
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. Komponenkomponen 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.

17



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



Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga
api ke dalam combustion chamber sehingga campuran
bahan bakar dan udara dapat terbakar.



Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan
membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran
nozzle dan sudu-sudu turbin gas.



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



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

4. Turbin Section
Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi
kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak
compresor 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 :


Turbin Rotor Case



First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas
panas ke first stage turbine wheel.



First

Stage

Turbine

Wheel,

berfungsi

untuk

mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang
berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran
rotor.


Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk
mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel,
sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua
turbin wheel.



Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan
energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage

18

turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang
lebih besar.

Gambar 2.13 Komponen turbin section
5. Exhaust Section
Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi
sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin
gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu :


Exhaust Frame Assembly



Exhaust Diffuser assembly

Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada
exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan
kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust
stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur
dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini
digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi
temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel
yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk
temperatur trip.
2.9

Komponen Penunjang Sistem Turbin Gas
A. 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. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02
dan 4X03)

19

3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
B. 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.
2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory
gear dengan HP turbin rotor.
3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan
kompressor beban.
C. 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.
D. 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:


Oil Tank (Lube Oil Reservoir)



Oil Quantity



Pompa



Filter System



Valving System



Piping System



Instrumen untuk oil

20

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.
2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa
lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik,
beroperasi apabila tekanan dari main pump
turun.
3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa
yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak
mampu menyediakan lube oil.
E. 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:

2.10



Off base Water Cooling Unit



Lube Oil Cooler



Main Cooling Water Pump



Temperatur Regulation Valve



Auxilary Water Pump



Low Cooling Water Pressure Swich

Aplikasi Turbin Gas
Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

21

Gambar 2.14 Prinsip kerja unit pembangkit turbin gas
Gambar 2.14 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 turbin penggerak generator (dan kompresor udara) dan
akhirnya generator menghasilkan tenaga listrik.

22

BAB III
BAHAN BAKAR TURBIN GAS

3.1

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 padat, sehingga lebih aman digunakan sebagai
bahan bakar turbin gas.
Bahan bakar
persyaratan

yang digunakan turbin gas pesawat

terbang,

yang haus dipenui adalah lebih ketat, hal ini karena

menyangkut faktor keamanan dan keberhasilan selama turbin gas
beroperasi. Adapun persyaratannya adalah :
1. Nilai kalor per satuan berat dari bahan bakar harus tinggi.
Dengan jumlah bahan bakar yang sedikit dan ringan dengan tetapi
nilai kalornya tinggi sangat menguntungkan karena mengurangi
berat pesawat terbang secara keseluruhan.
2. 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.

23

3. Kemurnian dan kestabilan bahan bakar harus terjamin, yaitu bahan
bakar tidak mudah mengendap, tidak banyak mengandung zatzat seperti air, debu, dan belerang. Kandungan zat zat tersebut
apabila terlalu banyak akan sangat membahayakan pada proses
pembakaran. Khusus untuk belerang, zat ini akan korosif sekali
pada material sudu turbin.
4. Flash point dan titik nyala tidak terlalu rendah, sehingga
penyimpanan lebih aman.
5. Gradenya harus tinggi, bahan bakar harus mempunyai kualitas
yang bagus,

tidak

banyak

mengandung

unsur-unsur

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

berakibat sangat

fatal

gas selama
yaitu

penerbangan.

turbin

gas mati,

Kegagalan

operasi

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.
3.2

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

24

Gambar 3.1 Ruang bakar dan proses pembakaran turbin gas
Proses pembakaran dari turbin gas adalah mirip dengan
pembakaran mesin diesel, yaitu proses pembakarannya pada tekanan
konstan.

Prosesnya

adalah sebagai berikut, udara mampat dari

kompresor masuk ruang bakar, udara terbagi menjadi dua, yaitu udara
primer yang masuk saluran primer, berada satu tempat dengan nosel, dan
udara mampat sekunder yang lewat selubung luar ruang bakar. Udara
primer

masuk

ruang

bakar

melewati

swirler,

sehingga

alirannya berputar. Bahan bakar kemudian disemprotkan dari nosel ke
zona primer, setelah keduanya bertemu, terjadi pencampuran. Aliran udara
primer yang berputar akan membantu proses pencampuran, hal ini
menyebabkan

campuran lebih homogen, pembakaran lebih sempurna.

Udara sekunder yang masuk melalui lubang-lubang
ruang

bakar

akan

membantu

pada

selubung luar

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

bakar. Maka,

udara sekunder, temperatur

dengan

cara

pendinginan

material

ruang

ruang bakar menjadi terkontrol dan tidak melebihi dari yang diijinkan.
Pada gambar di atas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran
(dillute

zone),

adalah

zona

pencampuran

gas

pembakaran

bertemperatur tinggi dengan sebagian udara sekunder. Fungsi udara

25

pada sekunder pada zona itu adalah mendinginkan gas pembakaran
yang

bertemperatur

mengenai

sudu-sudu

tinggi
turbin

menjadi temperatur yang aman apabila
ketika

gas

pembakaran

berekspansi.

Disamping itu, udara sekunder juga akan menambah massa dari gas
pembakaran sebelum masuk turbin, dengan massa yang lebih besar
energi potensial gas pembakaran juga bertambah. Apabila Wkinetik adalah
energi kinetik gas pembakaran dengan kecepatan V, massa sebelum
ditambah udara

sekunder adalah m1 maka energi kinetiknya adalah

sebagai berikut:

Dengan penambahan massa dari udara sekunder m2, maka energy kinetic
menjadi:

Jadi, dapat dilihat Wkinetik,2 ( dengan udara sekunder) lebih besar dari
Wkinetik,1 (tanpa udara sekunder).
Proses pembakaran pada turbin gas memerlukan udara yang
berlebih, biasanya sampai 30% dari kondisi normal untuk proses
pembakaran dengan jumlah bahan bakar tertentu. Kondisi ini akan
berkebalikan,

apabila

udara pembakaran

terlalu berlimpah

(lebih

30%), udara justru akan mendinginkan proses pembakaran dan mati,
karena

panas

banyak

terbuang

ke

luar

melalui gas bekas yang

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

26

BAB IV
INTERCOOLER

4.1

Intercooler
Daya

yang

dihasilkan

turbin

sebagian

besar

digunakan

oleh

kompresor. Daya ini bisa diturunkan dengan mengkompresi udara secara dua
tingkat dan menggunakan intercooler diantara kedua tingkat tersebut. Pengaturan
secara skematik untuk intercooler diperlihatkan oleh gambar 4.1.

Gambar 4.1 Skema susunan intercooling pada turbin gas siklus tertutup
Pertama-tama udara dikompresi di kompresor pertama, yang disebut
“kompresor tekanan rendah” (LP kompresor-#1). Karena kompresi ini, tekanan
dan temperatur udara meningkat. Sekarang udara diteruskan ke intercooler
(pendingin

antara)

yang

akan menurunkan temperatur udara kompresi ke

temperatur awal, tetapi tekanan tetap konstan. Setelah itu, udara kompresi
sekali lagi dikompresi di kompresor kedua yang disebut sebagai “kompresor
tekanan tinggi” (HP kompresor-#2).
Sekarang

udara

kompresi

diteruskan

ke

ruang

pemanas

dan

kemudian ke turbin. Akhirnya udara didinginkan di ruang pendingin dan kembali
di kompresi ke kompresor tekanan rendah. Proses intercooling udara pada dua
tingkat kompresi diperlihatkan dengan diagram Ts pada gambar 4.2.

27

Gambar 4.2 Diagram T-s untuk intercooling


Proses 1-2 menunjukkan pemanasan udara di ruang pemanas pada
tekanan konstan.



Proses 2-3 memperlihatkan ekspansi isentropik udara pada turbin.



Proses 3-4 adalah pendinginan udara di ruang pendingin pada tekanan
konstan. Proses 4-5 adalah kompresi udara di LP kompresor.



Proses 5-6 adalah pendinginan udara pada intercooler pada tekanan
konstan.



proses 6-1 adalah kompresi udara pada HP kompresor.

Kerja yang dilakukan turbin per kg udara:
Wt = Cp (T2 – T3)

(i)

Dan kerja yang dilakukan kompresor per kg udara:
Wc = Cp [(T1 – T6) + (T5 – T4)]

(ii)

Kerja netto yang tersedia:
W = Wt – Wc
Untuk pendinginan yang sempurna, tekanan antara bisa dicari dengan persamaan:
p6 = p5 = √ (p1 x p4)= √ (p2 x p3)
Pada akhir proses kompresi pada kompresor, terjadi kenaikan temperatur dari
fluida gas. Dari perumusan termodinamika didapat bahwa kenaikan temperatur
sebanding dengan rasio tekanannya. Adapun persamaannya sebagai berikut:
Tb/Ti = (Pd/Pi)(n-1)/n

28

Tb = Ti (Pd/Pi)(n-1)/n
dimana
Tb = temperatur akhir kompresi Ti = temperatur awal kompresi pd = tekanan
akhir kompresi
pi = tekanan hisap kompresi
n = faktor politropie ( n=1 ~n = 1,4)
dan persamaan kerja dari kompresor adalah
Wkompresor = Ri Ts n/(n-1)[(Tb/Ti)-1]
dan untuk kerja pada kondisi isotermal, persamaannya adalah
Wkompresor = Ri Ts ln(Pb/Pi)
Dari

perumusan

temperatur

dan

kerja

menunjukkan

bahwa

dengan kenaikan rasio tekanan akan menaikkan temperatur akhir dari kompresi,
hal ini juga berarti kerja yang dibutuhkan kompresor naik.
Kenaikan kerja kerja kompresor sangat tidak menguntungkan, karena
kerja kompresor adalah negatif. Apabila kondisi ini diaplikasikan pada
kompresor

turbin

gas

pada

rasio tekanan

tinggi,

maka

akan

banyak

mengurangi daya dari turbin gas, hal ini akan menurunkan efisiensi secara
keseluruhan.
Untuk mengatasi hal tersebut di atas, proses kompresi dibuat
bertingkat dan dengan pendinginan sela ( intercooler) pada setiap tingkat
kompresi. Dengan metode ini akan menggunakan kompresor yang jumlahnya
sama dengan jumlah tingkat kompresi, dan jumlah intercooler yang dipasang
adalah jumlah kompresor dikurangi satu.
Dengan

pemasangan

intercooler

suhu

dari

proses

kompresi

tingkat sebelumnya didinginkan kembali ke temperatur awal. Dengan keadaan
tersebut kerja kompresor yang kedua adalah sama dengan kerja kompreso
sebelumnya, dengan rasio tekanan yang sama. Pada gambar 3.3 terlihat dengan
membuat dua tingkat kompresi, dua kompresor, dan satu intercooler, ada
penghematan kerja kompresor dibandingkan dengan kerja kompresor tunggal.

29

Gambar 4.2 Diagram p-v kompresor bertingkat dengan intercooler

Gambar 4.3 Intercooler

30

BAB V
PERSAMAAN ENERGI YANG UMUM UNTUK PROSES
ALIRAN TUNAK DAN PENERAPANNYA PADA SISTEM
TURBIN GAS

5.1

Persamaan Energi yang Umum Untuk Proses Aliran Tunak
Aliran tunak adalah aliran fluida yang besaran dan sifatnya tidak berubah

dengan waktu. Sedangkan system yang dibahas dapat mengenai apa saja yang
didefinisikan dengan jelas dan tegas. System yang dimaksud disini adalah serupa
dengan diagram benda bebas dalam analisis mekanika dan dinamika struktur atau
mekanisme mesin-mesin pada umumnya. Pada system energy, semua bentuk
energy yang terlibat hendaknya digambarkan secara lengkap, seperti terlihat pada
gambar 5.1, yaitu antara lain energy-dalam, energy aliran, energy kinetic, energy
potensial, energy panas, dan energy kerja mekanik.

Gambar 5.1 Sistem dan batas system
System tersebut dapat berupa saluran, pipa, diguser, nosel, kompresor,
pompa, turbin, motor torak, pemanas, pendingin, dan ruang bakar.
Pada dasarnya persamaan tersebut merupakan jabaran dari hokum kekekalan
energy. Pada gambar 5.1 dilukiskan massa fluida masuk system melalui
penampang i dan keluar system melalui e yang masing-masing dapat lebih dari
satu. Melalui penampang i dan e tersebut fluida kerja memilikienergi-dalam,
energy aliran, energy kinetic, dan energy potensial. Sedangkan panas masuk ke

31

dalam system sebesar Q dan system menghasilkan kerja mekanik sebesar W.
sebenarnya Q = ΣQi dan W = ΣWi karena Qi dapat masuk ke dalam system
melalui banyak tempa, dan Wi dapat juga dihasilkan di beberapa tempat. Qi dan
Wi masing-masing dapat bernilai positif maupun negative. Qi adalah positif jika
panas masuk ke dalam system dan negative apabila panas keluar dari system,
sedangkan Qi = 0 berlaku untuk proses adiabatic. Demikian pula Wi bernilai
positif jika system menghasilkan kerja, seperti pada mototr torak atau turbin, dan
bernilai negative jika system dikenai atau memerlukan kerja, seperti pada pompa,
blower, dan kompresor.
Dengan demikian persamaan energy yang umum untuk proses aliran tunak dapat
dituliskan sebagai

(5.1)
atau,

(5.2)
Dimana
mi= massa fluida masuk system
me= massa fluida keluar system
h = u + pv/J = entalpi
u = energy dalam persatuan massa
p = tekanan
v = volume spesifik
C = kecepatan
z = jarak dari garis datum
g = percepatan gravitasi

32

J = factor pengubah satuan, misalnya J = 778

atau J = 0.427

Q = perpindahan panas; negative jika panas keluar system, dan positif jika panas
masuk system.
W = kerja mekanik; positif jika system menghasilkan kerja mekanik seperti pada
turbin, dan negative jika system dikenai atau memerlukan kerja mekanik seperti
pada kompresor atau pompa.
Subskripsi i dan e berturut-turut menyatakan pada seksi masuk dan keluar system.
Jika pada system hanya terdapat satu lubang fluida masuk dan satu lubang fluida
keluar, maka mi = me sehingga persamaan 5.2 menjadi:
he +

(5.3)

Dimana,

5.2

Penerapan Persamaan Energi Yang Umum Untuk Proses Aliran Tunak
Jika batas-batas system yang akan dibahas telah ditetapkan dengan jelas

dan tegas, dan semua energy yang terlibat telah diketahui semuannya, maka
persamaan (5.1), (5.2), (5.3) dapat digunakan.
Selanjutnya persamaan tersebut akan digunakan untuk menganalisis prestasi
komponen utama turbin gas, yaitu saluran masuk atau difusser, kompresor, ruang
bakar, turbin, nosel, pemanas, dan pendingin, seperti diuraikan pada beberapa
pasal berikut ini, akan tetapi disini penulis akan menjabarkan mengenai turbin
saja. Penggunaan akan makin jelas jika disertai dengan diagram entalpi versus
entropi atau temperature versus entropi. Melalui setiap titik pada diagram entapli
versus entropi terdapat garis Ykonstan, garis pkonstan dan vkonstan, berturut-turut dengan
sudut kemiringan yang makin besar, seperti ditunjukan pada gambar 5.2. Untuk
gas ideal dengan cp konstan garis T konstan tegak lurus sumbu-h.

33

Gambar 5.2 Diagram entropi versus entropi
5.3

Turbin
Persamaan energy pada turbin sama halnya seperti pada kompresor. Pada

turbin juga digunakan beberapa idealisasi dan asumsi. Namun, prosesnya adalah
ekspan