Turbin Gas Dan Instalasi Turbin Gas

Turbin Gas Dan Instalasi Turbin Gas Kata Mulia Sembiring Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara BAB. I PENDAHULUAN Pengembangan turbin gas hingga bisa dibuat seperti sekarang ini, yaitu sampai bisa ekonomis untuk dipakai sebagai mesin penggerak pesawat terbang dan untuk instalasi darat yang dapat dipakai untuk membangkitkan tenaga listrik, sudah menghabiskan waktu yang cukup lama. Sejak abad yang lalu sudah dimulai usaha untuk mengembangkan turbin gas, tetapi kurang berhasil dan perkembangan selanjutnyapun dapat dikatakan agak lambat bila dibandingkan dengan tenaga uap yang mencapai kemajuan pesat dengan makin tingginya tekanan dan temperatur uap, dan harganya randemen turbin gas sudah jauh ketinggalan. Konstruksi dan cara kerjanya turbin gas adalah, sangat mudah bila hanya didalam kertas (gambar desain), tetapi kenyataannya bila diwujudkan sangat sukar karena ada hubungannya dengan pemakaian bahan bakar turbin harus hemat. Akhir-akhir ini randemen dan daya yang dihasilkan turbin gas naik, karena gas yang bertemperatur tinggi, telah bisa digunakan dan bekerjanya turbin langsung tergantung pada keadaan gasnya. Sekarang randemen turbin, sudah bisa mencapai sekitar 33 % dengan temperatur diruang bakar dan sebelum rangkaian sudut jalan pertama untuk turbin penggerak pesawat terbang adalah 12000 c. Sementara itu temperatur untuk turbin yang dipakai diindustri adalah 950oC. Disamping itu turbin gas sudah mempunyai arti yang sangat besar, karena untuk penggerak pesawat terbang dengan daya yang besar harus memakai turbin gas dan sudah tidak bisa diganti lagi, sebab ukuran luar dan berat turbin gas tidak bisa disaingi oleh motor bakartorak. Keuntungan penggunaan turbin gas sebagai pembangkit tenaga listrik dan sebagai penyedia panas di industri adalah mudah diinstal, proses kerjanya tidak ruwet terutama cocok untuk menanggulangi beban puncak dan dimensinya kecil. Untuk suatu hubungan antara turbin gas dengan proses peredaran turbin uap randemennya bisa mencapai lebih dari 42 %, dilihat dari segi ekonominya keadaan ini sudah cukup baik. Akhirnya perlu diketahui bahwa kenyataannya proses turbin gas dengan daya yang sangat besar terdapat pada teknik tenaga nuklir dengan Helium sebagai fluids kerjanya.

e-USU Repository ©2004 Universitas Sumatera Utara

1

BAB. II TEORI DASAR TEKNOLOGI PANAS II-1 Cara kerja: Proses sederhana sistem terbuka Pembahasan yang pertama sekali adalah mengenai masalah cara kerja dan kostruksi turbin gas yang digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang, yang sama juga bila kita membahas secara singkat turbin gas yang dipakai, di industri. Cara kerja turbin gas penggerak terbang pada Gambar 1. sebagai berikut:

Kompresor tekanan rendah menghisap udara luar yang ada disekelilingnya, kemudian udara tersebut ditekan dan dimasukkan kedalam kompresor tekanan tinggi untuk ditentukan (dimampatkan) lagi. Selanjutnya udara tekan ini di alirkan kedalam ruang bakar. Didalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar kedalam arus udara tersebut sehingga terjadi proses pembakaran. Gas hasil pembakaran yang terbentuk itu kemudian dimasukkan kedalam turbin tekanan tinggi selanjutnya terus ke turbin tekanan rendah, dan sesudah memberikan sisa gaya dorongnya gas hasil pembakaran ini keluar menuju udara luar. Dari gambar tersebut bisa dilihat bahwa ada buah paras penggerak yaitu : 1. Turbin tekanan rendah menggerakkan kompresor tekanan rendah dan melalui roda gigi transmisi menggerakan propeller (baling-baling) sebagai daya untuk digunakan selanjutnya. 2. Turbin tekanan tinggi menggerakkan kompresor tekanan tinggi. Kecepatan putar kedua turbin adalah, berbeda dimana ukuran turbin dan kompresor kadang-kadang dibuat menurut teknik aliran fluids yang terbaik. Mekanisme kedua turbin tersebut tidak saling mempengaruhi satu sama lainnya, karena sebagian dari paras turbin tekanan rendah berada didalam paras turbin tekanan tinggi. Pada Gambar 2. dapat dilihat bahwa untuk turbin yang dipakai di industri bisa dilihat dimana, turbin, kompresor, Generator listrik, moto untuk mulai start semuanya berada dalam satu paras, dan pada umumnya ruang bakar diletakkan disamping.


2

Sistem turbin gas sederhana Turbin gas ini disebut mempunyai proses sederhana, karena fluids kerjanya adalah udara biasa tanpa harus diolah/dipersiapkan lebih dahulu, cukup hanya dimampatkan lebih dahulu kemudian dipakai untuk proses pembakaran bahan bakar. Gas hasil pembakaran dengan entalpi yang tinggi inilah yang jadi fluidanya untuk bekerja. Selain itu pembuangan panasnya juga sederhana tidak terlalu ruwet, karena gas bekasnya, bisa dibuang ke udara luar. Pada prinsipnya dapat dibandingkan dengan proses kerja dari instalasi tenaga uap yang cukup ruwet. Daya yang dihasilkan turbin Pada instalasi tenaga uap turbin menggerakkan generator, dimana daya yang dihasilkan turbin dengan daya generator sama besarnya. Untuk turbin gas keadaannya berbeda, karena daya yang dihasilkan turbin harus dibagi menjadi sebagian untuk menggerakkan, kompresor udara dan sebagian lagi untuk menggerakkan generator listrik. Perbandingan dayanya kurang lebih 3:2:1 , misalnya agar dapat memutar generator listrik yang mempunyai daya 1000 kW, turbin gas harus mempunyai daya dara membutuhkan daya 3000 kW , karena kompresor udara membutuhkan daya 2000 kW. Perlu diketahui bahwa oils dikehendaki instalsi turbin gas harus mempunyai randemen yang tinggi. II.2 Jalannya proses didalam diagram diagram p – v dan diagram T - s Jalannya proses siklus didalam turbin gas adalah sebagai berikut; bila mesin kompresi dan mesin ekspansi sudah di putar, maka diantara kedua mesin tersebut dimasukkan panas. Panas ini harus diubah menjadi daya mekanis semaksimal mungkin. Untuk mendapatkan daya usaha yang sebesar mungkin, terdapat suatu permasalahan antara temperatur, dan tekanan gas yang saling berhubungan satu dan lainnya dan untuk mempermudah pengertian lebih dulu dibahas proses yang terjadi didalam torak, dapat dilihat pada Gambar 3. dibawah ini:


3

Dari a sampai 1 kompresor menghisap udara, dan udara tersebut ditekan (dikompresi) secara adiabatis dari 1 sampai 2, dan akan timbul panas yang mempengaruhi temperatur udara. Jalannya garis kompresi 1 ....2 menurut persamaan p . vx = konstan. Dari peristiwa kompresi tersebut diatas, udara menjadi panas dan temperaturnya pada titik 2 dapat dihitung. Dari 2 sampai e udara yang telah dikompresi didorong keluar dari kompresor. Jumlah kerja yang di perlukan besarnya sama dengan luas a - 1 - 2 - e- a Akibat dari proses pemampatan didalam kompresor udara tersebut seakan mengalami pemanasan pendahuluan , dan setelah masuk ke ruang bakar udara tersebut menerima panas lagi sehingga temperaturnya mencapai t3, sesuai dengan yang dibolehkan untuk mesin. Pemberian panas didalam ruang bakar dilakukan dengan tekanan konstan, jadi tekanannya sama dengan tekanan kompresi dan besarnya panas yang dimasukkan kedalam proses tiap kg uap adalah: q = cp . ( t3 - t2 ). Ekspansi dari mesin torak (Gambar 4.), udara masuk kedalam mesin ini dengan tekanan yang sama dengan tekanan dari kompresor tetapi volume spesifiknya berubah menjadi v3 dan temperaturnya naik menjadi t3 sehingga v3 = v2 . (T3 / T2). Dari proses3 ke 4 terjadi ekspansi adiabatis, dan temperatur gas turun menjadi t4. Kerja yang diperoleh dari ekspansi mesin ini adalah = luasan e -3 - 4 - a - e . Sesudah sampai pada titik 4 udara dengan temperatur t4 didorong keluar menuju udara luar. Besarnya panas yang. keluar dari sistem: q keluar = cp. (t4 - t1). Daya yang berguna (daya effektif), didapat dari selisih luasan ekspansi dan kompresi. Bila jalannya proses dijadikan satu dan digambar dalam satu diagram p - v , maka besarnya daya yang effektif adalah luasan 1-2-3-4 dapat dilihat pada Gambar 5. dibawah ini. Pemindahan harga-harga dari diagram p – v ke diagram T – s dimulai dari titik 1. dimana keadaan udara luar yang dihisap kompresor mempunyai entropi yang telah tartentu dan temperaturnya T1 = 273 + t1. Dengan adanya kompresi isentrop tekanan udara menjadi, naik P2 dan temperaturnya menjadi T2=T1. (P2/P1) (X-1)/X Selama pemberian panas pada kondisi tekanan konstan, entropinya akan naik menjadi: s3 - s2 = cp. 1n ( T3/ T1). Dalam hal ini T3 ditentukan berdasarkan temperatur gas turbin maksimum yang diijinkan, sehingga diperoleh titik 3. , dan luasan dibawah garis lengkung 2-3 (isobar), sesuai dengan besarnya panas yang dimasukkan kedalam ruang bakar sehingga: q masuk = cp . ( T3 - T2 ) . T4 di dapat dari hasil perhitungan ekspansi adiabatis 3 - 4. Untuk menentukan besarnya T4 sama dengan menentukan besarnya T2. diagram T- s memperlihatkan dengan jelas bahwa, daya yang berguna w berasal dari selisih panas yang masuk dengan panas yang keluar. Meskipun pada kenyataannya proses turbin gas dalam diagram p – v informasinya sama dengan diagram T- s. Namun pada diagram T – s lebih mudah dimengerti.


4

II. 3 Rendemen thermis dan daya yang efektif Daya yang berguna adalah w yang berguna = qmasuk - qkeluar. q

masuk – qkeluar yang berguna th = ------------------------------- = -------------------q masuk yang dipakai Dengan dimaksukannya harga qmasuk = cp . (T3 – T2) dan harga qkeluar = cp (T4 – T1) kedalam opersamaan diatas, maka bentuk persamaan menjadi : n

T1 Nth = 1 - ----------T2

(x-1)/x 1 = 1 – (--------) P 2 P

atau nth

Dapat dilihat bahwa untuk kompresor harus dipilih, yang mempunyai perbandingan tekanan setinggi mungkin agar bisa mendapatkan rendemen yang tinggi, sehingga pemakaian bahan bakar untuk proses ini lebih irit. Pada Gambar 6. dapat dilihat bahwa berdasarkan alasan kekuatan kontruksi yang diizinkan, maka dalam hubungannya dengan proses temperatur T3 dibatasi. Dengan makin bertambahnya perbandingan tekanan = P2 / P1 akibat dari proses kompresi T2 akan ikut naik maka harga qmasuk = cp. ( T3 - T2) , dan harga qkeluar = cp . ( T4 - T1 ) ikut turun. Dengan demikian semakin bertambah tinggi, dan daerah daya effektif (w) mulamula selalu bertambah besar, tetapi setelah mencapai harga maksimum harga w menjadi turun kembali. Beberapa harga perkiraan dapat dilihat pada Gambar 6 dibawah ini.


5

Proses dari daya yang effektif didapat dari : Wyang berguna

=

qmasuk- qkeluar

=

c

p. (T3 – T4) – cp ( T2 - T1 ).

Setelah bentuk persamaan ini disesuaikan dengan persamaan proses adiabatis serta harga µ= p2/p1 dimaksukan, maka persamaan menjadi : T3 Wberguna = ------- . (1-1 /µ (x-1)/x) – (µ(x-1)/x –1) T1 adalah temperatur udara luar yang dihisap masuk kedalam kompresor. Besarnya harga T1 untuk instalasi turbin gas yang dipakai oleh industri kebanyakan selalu konstan. Untuk setiap harga temperatur gas baru t3 akan memberikan harga yang optimal untuk mencapai harga w yang berguna yang maksimum. Persamaan untuk mencari w yang berguna dapat di selesaikan dengan memasukkan beberapa harga-harga yang dibutuhkan, sehingga akan diperoleh suatu grafik seperti yang terdapat pada Gambar 7. Dibawah ini, dengan catatan bahwa harga-harga yang terdapat dalam gambar adalah untuk turbin tanpa kerugian dan kompresor tanpa kerugian serta temperatur udara yang dihisap sebesar 15o c. Dalam kenyataannya randemen kompresor yang besar yaitu µ kompresor sampai gas yang besar yaitu µ T sampai 0,85


6

Contoh Soal: Berapakah besarnya daya yang berguna (daya effektif) teoritis tanpa kerugian dari suatu proses siklus turbin gas, bila temperatur sebelum turbin yang diizinkan maksimum t3 = 850oC dan kompresornya mempunyai perbandingan tekanan µ = P2 / P1 = 6 Berapakah daya yang dihasilkan turbin teoritis bila banyaknya udara yang bekerja didalam instalasi turbin ms = 20 kg / detik. Jawab: Perhitungan menurut persamaan w yang berguna,

Wn T3 1 ------ = ------- . (1 - ----------- ) - (µ (x-1)/x –1) c µ(x – 1 )/x p.T1 cp = 1,004 kJ / kg K = Kapasitas panas spesifik T1 = t1 + 273 = 15°C + + 273°C = 288° K T3 = 850oC + 273oC = 1123oK µ=6 x = 1,4 untuk udara dan (x-1)/x = 0,285 WN --------- = 3,9 . 0,4 – 0,66 = 0,90 Cp.T1 Bandingkan dengan harga-harga yang terdapat pada Gambar 7. W

yang berguna = 0,90 . 1,004 .288 = 270 KJ/Kg

Bila kapasitas udara yang bekerja ms = 20 Kg/detik, maka daya yang dihasilkan instalasi turbin gas teoritis adalah : p = 270 kJ/kg . 20 kg/det = 5400 kJ/det = 5400 kW.


7

BAB. III MATERIAL, BAHAN BAKAR, RUANG BAKAR

III. 1 Material (logam) untuk instalasi turbin gas Dengan makin tingginya temperatur operasi turbin gas, maka kekuatan logam bahan instalasi turbinpun akan turun. Sifat material yang menentukan dalam pemilihan logam untuk instalasi turbin gas adalah daya tahan/kekuatan logam untuk menerima beban dalam jangka waktu yang lama (creep strength), atau pada beban berapa sesuatu benda uji/logam dapat patah sesudah mengalami pembebanan dalam jangka waktu yang tertentu, hal ini tergantung dari besarnya temperatur benda uji, lihat 8. , dimana gambar tersebut hanya berlaku untuk Gambar suatu logam yang tertentu.

Titik λB /1000 = 215 N/mm2, artinya adalah benda 2 uji yang menerima beban 215N/mm2 secara terus menerus pada temperatur 700oc, akan patah sesudah 1000 jam. Benda uji yang dibuat dari logam yang sama bila dipanaskan sampai 700oc terus menerus akan tahan minimal sampai 10.000 jam dan akan patah bila dibebani dengan beban secara terus menerus yang tidak lebih besar dari 165N/mm2. Logam tersebut juga akan tahan sampai 100.000 jam, 2 bila beban yang bekerja terus menerus hanya 65N/mm2. Kekuatan material (logam) adalah juga merupakan persoalan waktu, bila pemberian beban pada logam tersebut dilakukan pada temperatur yang tinggi, dapat dilihat pada Gambar 9 yang memperlihatkan karakter suatu material yang dibebani secara terus menerus, 2 sebesar 400 N/mm2, logam tersebut akan bertambah panjang (regangnya bertambah) terus sampai setelah 250 jam baru patah. Bila dibebani sebesar 330N/mm2, kenaikan regangnya lebih lambat, tetapi akan patah sesudah 700 jam. Material yang biasanya dibuat untuk turbin gas dan ruang bakar yaitu baja chrom, paduan nikel dan kobalt.


8

III.2 Bahan bakar untuk turbin gas Untuk turbin gas dengan proses sistem terbuka hanya bisa menggunakan bahan bakar yang berbentuk cair atau gas, karena hasil proses pembakaran harus bebas dari sisasisa bahan bakar (abu) yang teras dan tidak menimbulkan korosi yang diakibatkan peristiwa kimia. Bahan bakar cair Minyak bakar asalnya dari minyak bumi yang mengandung campuran zat hidrokarbon. Minyak bakar berat dan sedang adalah yang mula-mula sekali dipergunakan untuk turbin gas pada industri. Minyak ini mengandung aspal dan bitumen, yang dapat menyebabkan terbentuknya suatu endapan yang sukar terbakar diruang bakar dan disudu -sudu turbin, dan abunya kebanyakan mengandung garam Natrium dan berkombinasi dengan Vanadium. Bahan bakar diesel adalah cocok untuk turbin gas, tetapi harganya cukup mahal. Bahan bakar berbentuk gas Bahan bakar yang berbentuk gas yang biasanya digunakan untuk turbin gas adalah gas dapur tinggi, gas bumi dan gas yang diperoleh dari instalasi penguapan gas arang untuk industri. Gas dapur tinggi adalah barang sisa-sisa dan harganya murah, tetapi nilai kalornya rendah. Gas bumi adalah bahan bakar yang ideal untuk turbin gas yang mengandung Methan (CH4) dengan kadar 65 % sampai 92 %. Contoh Seal: a) Barapakan temperatur akhir t2 suatu proses kompresi presi tanpa kerugian (isentrop)dari 1 bar, 20°C menjadi 8 bar. Jawab: t2 = 240oC. b) Berapakah jumlah kalori yang harus diberikan, bila akan memanaskan udara kompresi dart 8 bar, 240oC menjadi 8 bar, 750°C. Jawab: Dari kondisi awal h2 = 235 KJ/Kg, pada 8 bar, 240°C pergi mengikuti garis p = 8 bar, sampai memotong garis datar t3 = 750°C. Maka dari sini didapat h3 = 835 KJ/Kg. Dengan demikian panas yang harus diberikan adalah h3 - h2 = 835 - 235 = 600 KJ/Kg.


9

c) Berapakah selisih entalpi (panas jatuh) yang bekerja didalam turbin gas,bila keadaan sebelum turbin 8 bar, 750oc dan berekspansi isentrop sampai 1 bar. Jawab: sebelum turbin h3 = 835 KJ/KG sesudah turbin h4 = 362 KJ/Kg a. h3 – h4 = 473 KJ/ Berapakan tingkat dari suatu turbin gas yang be kerja dengan panas jatuh rata-rata hst = 120 KJ / Kg. Jawab: z = (h3 - h4) / hst = 473120 =3,94 jadi dibuat 4 tingkat.

e) Bagaimanakah keadaan gas bekas di sisi sebelah ke luar turbin, bila randemen dalam turbin adalah = 0,87. Jawab: Hi = ht . i = 473.0,87 = 410 KJ/Kg. Hal ini digambarkan pada diagram h - s , dengan 1 bar, 395oC , jadi h gas bekar = 425 KJ/Kg.


10

III.3 Konstruksi ruang bakar Udara yang telah dimampatkan dimasukkan kedalam ruang bakar. Luas penampang yang dibutuhkan didapat dari satu persamaan kontinuitas, yaitu A = V/c. Yang paling penting adalah memilih dan menentukan kecepatan udara di beberapa sektor yang berlainan, dapat dilihat pads Gambar 12. dibawah ini:

Kecepatan udara didaerah pembakaran harus mulai dari c = 25 m/detik sampai dengan 30 m/detik. Bila c terlalu kecil, nyala api akan menyebar kearah komprensor, dan sebaliknya hila kecepatan udara c terlalu besar, nyala api akan membesar kearah saluran keluar ruang bakar. Hal ini akan mengakibatkan temperatur di bagian masuk turbin semakin tinggi, dan juga akan memadamkan api diruang bakar yang menyebabkan timbulnya tegangan akibat adanya panas (thermal stress). Dimana tegangan tersebut disebabkan karena adanya pembagian temperatur sebelum turbin yang tidak merata. Gambar III.12 , memperlihatkan kejadian didalam ruang bakar, yang terdiri dari selubung luar dan suatu tabung silindris yang dibagian dalamnya dilengkapi dengan pembakar dan pengabut bahan bakar yang sebagian dari udara dialirkan diluar pembakar agar berfungsi sebagai udara pendingin ruang bakar. Udara ini kemudian mengalir masuk kedalam, melalui tempat-tempat yang terbuka. Ruang bakar yang besar dan terpisah untuk turbin gas yang dipakai oleh industri. Turbin gas untuk industri mempunyai satu atau dua buah ruang bakar yang besar sesuai dengan daya yang dihasilkan turbin tersebut. Untuk itu dibuat suatu ruang bakar yang besar dan terpisah/tersendiri dengan maksud untuk menghemat material ongkos pembuatan yang murah dan Gambar 13. memperlihatkan salah satu dari dua buah ruang bakar tersebut. Ruang bakar ini dipasang tegak, dan dibagian atasnya terdapat salah satu pembakar, dari tiga pembakar yang ada. Sedangkan tabung api/pipa api dari ruang bakar tersebut dilapisi oleh tembok dari ke ramik, seperti pada Gambar 14.


11


12

BAB. IV KOSTRUKSI DAN CARA KERJA DARI TURBIN DAN KOMPRESOR

IV.1. Konstruksi mesin Kompresor dan turbin mempunyai rotor yang sama, ditahan dua bantalan radial dan satu bantalan aksial (kiri).Rumah mesin bagian luar umumnya terdiri dari rumah bagian tengah, rumah bagian udara masuk dan rumah bagian dari gas bekas ke luar yang satu sama lainnya dihubungkan dengan kuat . Rotor Rotor, pada Gambar 15. , konstruksinya terdiri dari beberapa piringan tersendiri yang dilengkapi sudu, serta kedua ujungnya dan bagian tengahnya dihubungkan satu sama yang lain dengan prinsip jangkar tarik. Bagian-bagian tersebut satu sama lain Baling memegang , dengan sistem Hirth berkerat-kerat seperti gergaji. Rotor menjadi ringan dan mempunyai kecepatan kritis dengan letaknya lebih tinggi daripada kecepatan putar turbin. Bagian-bagian rotor dan sudu-sudu turbin didinginkan dari dalam. Udara dimasukkan kedalam rotor melalui lubang yang terletak dibagian belakang tingkat terakhir dari kompresor. Rotor mengalami gaya gager aksial, yang berlawanan dengan gaya gager kompresor. Untuk kompresor arahnya ke kiri sedangkan untuk turbin arahnya ke kanan.


13

Ruang bakar Kedua ruang bakar terletak dan dihubungkan dengan flens di samping rumah turbin, yang bertujuan sebagai saluran untuk gas dan udara yang pendek sehingga kerugian alirannya juga kecil. Sa1uran gas panas dari ruang bakar ditempatkan di dalamnya saluran udara dari kompresor, dengan demikian tidak membutuhkan isolasi panas yang khusus. Arus gas akan belok 90o sebanyak dua kali, sebelum masuk kedalam turbin, dengan demikian akan diperoleh suatu eampuran yang baik dan bebas dari gumpalan gas panas yang mengalir tetapi tidak mau bercampur dengan udara. Fundasi Mesin Instalasi ini ditumpu oleh 3 bush konstruksi rangka baja. Dibagian depan kompresor dibuat sebagai, tangki minyak, dan diatasnya ditempatkan rumah sebagai bantalan bagian depan. Rumah turbin ditumpu oleh dua buah penumpu tetap dan dua buah penumpu, yang bisa bergerak. IV. 2 Kompresor untuk turbin gas Udara pembakar dari udara luar dihisap dan ditekan oleh kompresor sampai tekanannya menjadi P2 sesuai dengan perbandingan tekanan/kompresi λ = P2/P1. Dari ketentuan-ketentuan dan rumus-rumus yang ada di Termodinamika diperoleh besarnya tinggi kenaikan H adalah sebesar : n (n-1)/n H = P1 . 1 ------ .( – 1) . (1/g) n-1 H dalam m kolom gas. didapat dari kerapatan Q = 1 / Harga eksponen n untuk udara daripada proses pemampatan tanpa pendinginan n = x = 1,4 Harga percepatan gravitasi g mempunyai pengaruh terhadap tinggi kenaikan, karena itu harus diperhatikan I tingginya tempat udara yang dihisap kompresor, dimana masalahnya sama dengan tinggi tempat pada turbin air. Udara mempunyai kerapatan Q = 1,3 Kg/m3 pada 0o/bar sedangkan air kerapatannya Q = 1000 Kg/m3. Kompresor aksial Arus aliran gas ketika melalui kompresor aksial arahnya seperti ketika sedang melalui pips yaitu aksial. Diameter rata-rata sudu antara bagian keluar dan bagian masuk adalah tetap sama, umtuk itu u1 = u2 . Supaya tekanannya gas dapat naik dibutuhkan keoepatan dengan sedikit melengkung sehingga kecepatan ci dnaikkan menjadi c2 dapat dilihat pada Gambar 16.


14

.

Kompresor radial Kompresor radial mempunyai sudu jalan yang melengkung ke belakang. Gas masuk dengan keoepatan kecil c1 dan akibat adanya gaya sentrifugal maka gas tersebut dikeluarkan dengan kecepatan tinggi c2 Perbandingan diameter D2/D1 sangat besar, sementara itu gas pada saat masuk arahnya searah dengan poros aksial dan pada saat keluar arahnya tegak lurus radial, seperti terlihat pada Gambar 17 dibawah ini. IV.3 Turbin gas Dasar-dasar untuk menentukan ukuran-ukuran ukuran utama turbin gas misalnya Diameter tingkat D, dan kecepatan keliling u, panjang sudu pengarah dan panjang sudu jalan, panas jatuh pada tingkat dari turbin dan jumlah tingkat sama dengan proses. turbin uap, hanya perbedaannya adalah untuk turbin gas yang bertingkat banyak, selain bekerja dengan proses tekanan lebih dengan r = 0,5, harga u/c1 = 0,7 sampai 0,8. Sistem sudu-sudu turbin gas terdiri dari sudu pengarah yang ditempatkan didalam rumah turbine Tingkat tekanan lebih r = 0,5 bekerja dengan kecepatan gas yang rendah. Makin besar kecepatan keliling u, akan makin besar pula jumlah panas jatuh yang bekerja didalam tingkat tersebut. Hal ini diperoleh dari hubungan antara u/c1 dimana c1 = 0,7 sampai 0,8 , dan dengan hst = c12 / 1000, dapat dilihat pada Gambar 18. dibawah ini .


15

Besarnya kecepatan keliling yang diizinkan tergantung kepada kemampuan material turbin menerima beban dan temperatur gas yang tinggi, dan biasanya antara u = 250 m/detik sampai 350 m/detik. Persamaan untuk menghitung daya yang dihasilkan turbin yang penting adalah: PT

= PV + PN = ms . hT . T kJ = -------- = kW det

Dimana: PT = Daya yang dihasilkan turbin ke seluruhan (kW) PV = Daya yang diperlukan untuk rnenggerakkan kompresor (kW) PN = Daya yang berguna (effektif) yang diberikan , keluar untuk menggerakkan mesin (misalnya generator listrik, pesawat terbang) dalam (kW) mS = Kapasitas gas panas dalam KJ/detik hT = Panas jatuh isentrop didalam turbin yang didapat dari diagram h - s , dalam KJ/KG T = Randemen turbin, biasanya berkisar Panas jatuh yang bekerja didalam turbin harus bisa, digambarkan didalam diagram h-s (pada, Gambar 19).


16

BAB. V INSTALASI TURBIN GAS YANG TETAP Konstruksi instalasi turbin gas dapat dibedakan antara turbin yang tetap tidak dipindah-pindahkan, dengan turbin yang dipakai untuk menggerakkan pesawat terbang atau auto mobile Instalasi turbin gas yang tetap adalah instalasi yang dipakai untuk memutar generator listrik, untuk menggerakkan kompresor karena turbin ini harus bisa bekerja dalam jangka waktu yang panjang untuk memikul beban yang tinggi, sehingga daya yang berguna (effektif) bisa mencapai 100 MW. Instalasi turbin gas yang digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang harus ringan, memakan tempat yang sedikit serta pemakaian bahan bakar juga sedikit sehingga, jarak tempuh pesawat terbang cukup jauh. Turbin Gas Yang Kecil Yang Digunakan Untuk Pembangkit Tenaga Listrik Darurat Menanggulangi Beban Puncak. Pembangkit tenaga listrik darurat kebanyakan pemakaianya dipasang pada gedung-gedung bertingkat, rumah sakit, hotel dan bandar udara. Turbin gas yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik darurat ini distart dengan memakai udara tekan atau bateray, dan tempat yang dibutuhkan turbin gas hanya sedikit, tidak membutuhkan air pendingin serta tidak membutuhkan ruang yang harus dipanaskan, namun pemakaian bahan bakar lebih banyak. Pada Gambar 20. dapat dilihat turbin gas ukuran kecil, dan Gambar 21. Turbin gas yang menggunakan kompresor radial.


17

Instalasi turbin gas yang kompak dengan daya 17.000 kW n = 5100/1500 1/menit yang dipakai untuk pembangkit tenaga listrik darurat, seperti pada Gambar 22. yang memperlihatkan turbin gas yang kompak dengan daya yang besar yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga listrik, darurat di sebuah instalasi penyulingan minyak bumi. Instalasi ini disebut kompak, karena ketiga bagian yang terdiri atas: Turbin, Generator dan Peralatan Kontrol, secara keseluruhan sudah dipasang lebih dahulu dan di angkut ke lokas,i melalui jalan darat, air atau rel kerja tapi. Turbin gas ini menggunakan bahan bakar minyak bakar atau menggunakan gas dari instalasi penyulingan . Karena fungsinya turbin gas ini adalah sebagai pembangkit tenaga listrik darurat, maka untuk mencegah supaya hasil produksi jangan sampai rusak, maka dalam waktu secepatnya turbin harus bisa menyediakan listrik. Pada Gambar 23. Memperlihatkan jalannya start dan pemberian beban kepada turbin. Untuk menstart turbin ini bisa dilakukan secara otomatis seluruhnya.


18

Turbin gas untuk pembangkit tenaga listrik dengan daya 30 MW sampai 60 MW Konstruksi turbin gas yang digunakan untuk memutar geneator pembangkit listrik dengan jangka waktu operasi 300 jam/tahun, (pada Gambar 24).

Data-data pokok turbin ini secara singkatlah sebagai berikut: Untuk P = 60/80 MW , n = 3000 l/menit, kapasitas udara adalah 350 Kg/detik, Temperatur maksimum 870oC , perbandingan kompresi λ = 9,5 , temperatur gas bekas =415 oC dan randemen keseluruhan adalah 28,9 . Kompresor terdiri dari 15 tingkat dengan kecepatan keliling di ujung sudu tingkat pertama L = 320 mm. Turbin gas ini mempunyai udara pendingin yang masuk dari dua arah. Udara yang telah ditekan oleh kompresor , mengalir masuk kedalam proses bagian tengah melalui (1) dan dari sini melalui lubang dan saluran-saluran udara mengalir ke permukaan rotor dan ke kaki sudu yang di lapisi oleh perisai panas ( dapat dilihat pada Gambar 25.), sedangkan Gambar Kompresor dan Turbin ketika sedang dalam proses pemasangan terdapat pada Gambar 26 .


19

DAFTAR PUSTAKA Dietzel, F., Gasturbinen - kurz und bundig. 1. Auflage. Wurzburg: Vogel - Verlag. 1974. Jorzyk, S/ Meyer, S. W : Mehr Energie sus Kohle. Energie. Grafelfing/ Munchen. 30. Jahrgang (1978). S. 338 - 341. Pflaum, W. : Mollier - Diagramme fur Verbrennungsgase. Dusseldorf: VDI - Verlag. 1974. Gasparovic, N. Und Mitarbeiter: Gasturbinen. 1.Auflage - Studienausgabe in 4 Tcilen. Dusseldorf : VDI - Verlag. 1967. Ons Tenrath . H.: Gasturbinentriebwerke. 1. Auflage.Essen: Girardet - Verlag. 1968. Bohl, W. : Technische Stromungslehre. 3 . Auflage.Wurzburg: Vagal - Verlag. 1978.


20

Turbin Gas Dan Instalasi Turbin Gas

Recommend Documents