i

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

ii

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

iii

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

iv

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

v

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

vi

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

1

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, baling-

baling 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?

2

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?

6. Bagaimana SOP turbin gas?

7. Bagaimana troubleshooting turbin gas?

1.3 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.

3

BAB II

TURBIN GAS

2.1 Sejarah Turbin Gas

Prinsip konversi energy dalam turbin sudah lama diketahui. Kira-

kira 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 sudu-

sudu 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

4

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

5

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.

6

Gambar 2.2 Turbin gas

Berbeda dengan motor bakar torak, pada turbin 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

7

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

8

dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati

turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang

(exhaust).

Gambar 2.5 Turbin 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

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:

Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian

tekanan (pressure losses) di ruang bakar.

9

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

bakar. Karena gas dipanaskan

oleh sumber eksternal, jumlah gas

tetap sama.

Udara tekan dipanaskan diruang

bakar. Produk pembakaran

bercampur dengan udara panas.

2 Gas dari turbin diteruskan ke

ruang pendinginan.

Gas dari turbin dibuang ke atmosfir

3 Fluida kerja bersirkulasi secara

kontinyu.

Fluida kerja diganti secara kontinyu

4 Fluida jenis apa saja dengan sifat

thermodinamika yang baik bisa

Hanya udara yang bisa digunakan

sebagai fluida kerja.

10

digunakan.

5 Sudu turbin tidak cepat aus,

karena gas tidak terkontaminasi

ketika melewati ruang bakar.

Sudu turbin cepat aus, karena udara

dari atmosfir terkontaminasi ketika

melewati ruang bakar.

6 Karena udara didinginkan dengan

sirkulasi air, cocok digunakan

untuk jenis instalasi stasioner atau

di kapal.

Karena udara dari turbin dibuang ke

atmosfir, cocok digunakan untuk

kendaraan yang bergerak.

7 Biaya perawatan tinggi Biaya perawatan rendah

8 Berat instalasi perdaya (HP) lebih

besar.

Berat instalasi perdaya (HP) lebih

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:

Tabel 2.2 Data Manufaktur turbin gas poros tunggal

Type PG 5341 (N)

Rating (base, Gas/Oil) 20.900/20.450 (KW)

Altitude Seal Level

Compressor Stage 17

11

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

12

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).

13

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 siklus turbin gas pada awalnya masih sederhana,

namun 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.

14

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:

15

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.

16

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.

17

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. Komponen-

komponen itu adalah :

Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya

pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan

bahan bakar yang masuk.

Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber

yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya

pembakaran.

18

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

19

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)

20

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

21

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:

Off base Water Cooling Unit

Lube Oil Cooler

Main Cooling Water Pump

Temperatur Regulation Valve

Auxilary Water Pump

Low Cooling Water Pressure Swich

2.10 Aplikasi Turbin Gas

Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

22

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.

23

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 yang digunakan turbin gas pesawat terbang,

persyaratan 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.

24

3. 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, 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 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.

3.2 Proses Pembakaran Turbin Gas

Pada gambar, dapat dilihat dari konstruksi komponen ruang bakar,

apabila digambarkan ulang dengan proses pembakaran adalah sebagai

berikut:

25

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 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 di atas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran

(dillute zone), adalah zona pencampuran gas pembakaran

bertemperatur tinggi dengan sebagian udara sekunder. Fungsi udara

26

pada 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. 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.

27

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.

28

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

29

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.

30

Gambar 4.2 Diagram p-v kompresor bertingkat dengan intercooler

Gambar 4.3 Intercooler

31

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

32

dalam system sebesar Q dan system menghasilkan kerja mekanik sebesar W.

sebenarnya Q = Qi dan W = Wi 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

33

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.

34

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

ekspansi yang dianggap berlagsung adiabatic, Q 0. Sedangkan selisih energy

potensial gas keluar dan masuk turbin dianggap kecil dibandingkan dengan suku-

suku lainnya. Sehingga dapat diabaikan, PE 0. Dengan demikian persamaan

5.3, untuk turbin menjadi

( ) ( )

( ) ( ) (5.4)

Dimana,

WTs = kerja yang dihasilkan turbin isentropic

J = factor pengubah satuan

Dari gambar 5.3 terlihat bahwa

Wts > WT

Dengan demikian efisiensi turbin didefinisikan sebagai,

(5.5)

35

Gambar 5.3 Diagram entalpi versus entropi sebuah turbin

36

BAB VI

PROSEDUR PENGOPERASIAN TURBIN GAS PLTGU CILEGON

6.1 Persiapan dan Pelaksanaan, Sebelum Operasi Turbin Gas

Pastikan seluruh peralatan bekerja secara normal sebelum turbin gas

dioperasikan, peralatan-peralatan tersebut adalah:

1. Lube oil system

2. Control oil system

3. CCW system

4. Gen. seal oil/H2-system

5. Turbine cooling air system

6. Inlet & exhaust duct

7. Package ventilation system

8. Circulating demin water system

9. Instrument air system

10. Service air for back up system

11. HP purge air system

12. Water injection system

13. Fuel gas and fuel oil system

14. CO2 fire fighting

6.2 Persiapan Start

Pastikan kondisi unit turbin gas bekerja normal pada bagian:

a. Mechanical

Pastikan semua pompa, fan, motor, control valve pada posisi

remote/auto control mode.

Pastikan H2 gas system dalam kondisi siap dioperasikan dan

tekanan H2 di dalam gas turbine generator normal.

Periksa status operasi CO2 fire fighting system bekerja secara

normal.

Pastikan seluruh instalasi pada masing-masing system sudah

terpasang dengan benar sesuai dengan P&ID.

b. Control & Instrument

37

Pastikan semua signal and communications dari local gas turbine

system beserta peralatan bantunya masuk ke control unit.

Semua alarm dan trip interlock system sudah dinormalkan.

Pastikan air instrument system beroperasi dengan normal.

c. Electrical

Pastikan semua MV/LV Switch gear & MCCC dalam kondisi

bertegangan.

Pastikan generator protection relay and inter-trip test antara

generator dengan turbine system bekerja dengan normal.

6.3 Batasan Operasi

Tabel 6.1 Batasan operasi PLTGU Cilegon

Speed up rate 135 rpm/min

Load change rate 6.7%/min

Purge period 5 min

Speed increase rate 135 rpm/min

Over speed setting Mechanical over speed 1101% of

rated speed (3270 ~ 3330 rpm)

Tabel 6.2 Vibration limits setting value (peak to peak)

Alarm > 125 m

Trip > 200 m

Tabel 6.3 Lube oil pressure setting

Lube oil supply pressure control 1.5 kg/ cm2

Lube oil supply pressure alarm < 1.08 kg / cm2

Lube oil supply pressure trip < 0.88 kg / cm2

Turning interlock < 0.41 kg / cm2

Lube oil filter differential pressure high

alarm

>1.0 kg / cm2

38

Tabel 6.4 Lube oil temperature setting

Lube oil supply temperature control 460

C

Lube oil supply temperature alarm > 600

C

Journal bearing metal temperature

alarm

> 1070

C

Thrust bearing metal temperature alarm > 990 C

Bearing drain oil temperature alarm > 770

C

Tabel 6.5 Cooling temperature setting

Rotor cooling air alarm > 2600

C

No. 2 disc cavity temperature alarm > 4600 C

No. 3 disc cavity temperature alarm > 4600 C

No. 4 disc cavity temperature alarm > 4600 C

Down stream of No. 4 turbine disc

temp. alarm

> 4100

C

Tabel 6.6 Exhaust gas pressure setting

Exhaust gas pressure alarm > 500 mmH2O

Exhaust gas pressure trip > 600 mmH2O

Tabel 6.7 Blade path and exhaust temperature alarm setting

Blade path temp. high trip > 6800 C

Blade path temp. control deviation high

trip

> 450 C

Exhaust gas temp. high trip > 6200 C

Exhaust gas temp. control deviation

high trip

> 450 C

Blade path temp. spread alarm, untuk

gas fuel

-30 / +200 C dan oil fuel 60

0 C

Blade path temp. spread shut down,

untuk gas fuel

-40 / +250 C dan oil fuel 70

0 C

39

Blade path temp. spread trip, untuk gas

fuel-

-60 / +300 C dan oil fuel 80

0 C

Tabel 6.8 Low frequency interlock summary

Alarm 47.5 Hz + 0 sec

Generator breaker off 47.5 Hz + 15 sec

Trip 47.5 Hz + 0.1 sec

40

BAB VII

MAINTENANCE DAN TROUBLESHOOTING TURBIN GAS

7.1 Maintenance Turbin Gas

Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang tidak

diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik,

baik yang sedang beroperasi maupun yang berfungsi sebagai suku cadang.

Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat

pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang

salah.

Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor

operasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional

turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. Semua pabrik

pembuat turbine gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam

pengoperasian sehingga turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat waktu

untuk melakukan maintenance.

Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian,

diantaranya adalah:

1. Preventive Maintenance.

Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun

periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan

mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:

Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya

bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit.

Unit produksi tetap melakukan kegiatan.

Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja

dihentikan pengoperasiannya.

2. Repair Maintenance.

Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau

disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.

3. Predictive Maintenance.

41

Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang

beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama,

apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.

4. Corrective Maintenance.

Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang

terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang

sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.

5. Break Down Maintenance.

Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan

pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.

6. Modification Maintenance.

Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit.

Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah

tingkat produksi dan kualitas pekerjaan.

7. Shut Down Maintenance.

Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja

dihentikan pengoperasiannya.

7.2 Trobleshooting

Secara umum ada beberapa permasalahan yang sering terjadi pada PLTG :

Pengoperasian pembangkit LTG dalam waktu yang lama secara terus menerus,

dengan kondisi lingkungan yang berdebu (lingkungan tropis) semakin

mempercepat penurunan kinerja kompresor ditandai dengan menurunnya tekanan.

Kinerja kompresor dapat menerun dikaranakan adnya kontaminan deposit yang

menempel pada kompresor dan inlet guide vane. Semakin tebal deposit yang

menempel semakin menurun unjuk kerja kompresor.

Penurunan kinerja kompresor mengakibatkan penurunan output turbin gas,

yang mana menjadikan kinerja turbin gas mejadi menurun. Dengan menurunnya

kinerja kompresor dan turbin gas sangat mempegaruhi efisiensi pembangkit.

Permasalahan tersebut diatas dapat ditanggulangi lagi dengan melakukan

pembersihan pada kompresor(Compressor C leaning) atau pasir halus.

42

BAB VIII

PENUTUP

8.1 Kesimpulan

1. Turbin gas adalah motor bakar yang terdiri dari tiga komponen

utama, yaitu : kompresor, ruang bakar, dan turbin

2. 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.

3. Kenaikan 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.

4. Persamaan energy pada turbin

( ) ( )

( ) ( )

5. SOP Operasi sangatlah penting sebagai panduan operator guna

menjalankan turbin gas.

6. Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor

operasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena

operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah

operasional.

8.2 Saran

Dalam penulisan makalah ini terdapat banyak sekali kekurangan terutama

dalam hal pembahasan turbin gas. Karena referensi yang penulis dapatkan

sangat minim sekali. Untuk itu saya harap kritik dan saran yang sifatnya

membangun

43

DAFTAR PUSTAKA

Cengel, Y.A dan Boles, M.A., 1994, Thermodynamic An Engineering Approach,

Mv. Graw Hill, USA.

Inisiator Aceh Power Investment: Turbine Gas

Nugroho, Dwi., 2013, Turbin Gas, Universitas Muhammadiya Pontianak

Lazuardi, Bintang. et all, 201, Termodinamika Intercooler Pada Turbin Gas,

Universitas Indonesia

Nn, 2006, Turbin Gas

Meidriansyah, E., Pengoperasian Turbin Gas PLTGU Cilegon, PT PLN (Persero)

Pembangkitan Cilegon

http://majarimagazine.com/2009/02/gas-turbine-engine-part-1/ diunduh tanggal 04

Oktober 2013

http://majarimagazine.com/2009/02/gas-turbine-engine-part-2/ diunduh tanggal 04

Oktober 2013

http://sulthonyusuf.blogspot.com/2010/01/turbin-gas-1.html diunduh 04 Oktober

2013

http://primapump.wordpress.com/category/gas-turbine/ diunduh 04 Oktober 2013