BAB III

PEMBAHASAN

3.1. Turbin Gas Regeneratif Dengan Reheat Dan pendinginan Antara

Dua modifikasi dari turbin gas dasar untuk meningkatkan kerja bersih

adalah multistage expansion with reheat (ekspansi banyak tingkat dengan reheat)

dan multistage compression with intercooling (kompresi banyak tingkat dengan

pendinginan antara). Jika kedua modifikasi ini dikombinasikan dengan

Regeneratif maka akan menghasilkan peningkatan efisiensi termal yang cukup

banyak.

3.2. Turbin Gas dengan Reheat

Gambar 3.2.1. Turbin gas ideal dengan reheat.

Karena alasan metalurgi, temperatur gas hasil pembakaran yang masuk

turbin harus dibatasi. Temperatur ini bisa dikontrol dengan memberikan jumlah

udara yang berlebih untuk membakar bahan bakar di dalam ruang bakar. Sebagai

hasilnya gas yang keluar dari ruang bakar mengandung cukup air untuk

mendukung pembakaran bahan bakar tambahan. Beberapa pembangkit turbin gas

melakukan ini dengan cara turbin banyak tingkat dengan pembakar reheat

diantara tingkatnya. Pada gambar 1 diperlihatkan turbin gas dua tingkat.

Setelah ekspansi dari kondisi 3 ke a pada turbin pertama, gas dipanaskan

kembali pada tekanan konstan dari kondisi a ke kondisi b. Ekspansi diselesaikan

pada turbin gas kedua yaitu dari kondisi b ke kondisi 4. Dari kurva T-s, siklus

ideal Brayton ditunjukkan oleh siklus 1-2-3-4’-1 sebagai perbandingan. Karena

garis tekanan konstan divergen sedikit dengan kenaikan entropi maka kerja total

dari kedua turbin lebih besar dari ekspansi tunggal pada kondisi 3 ke 4’. Karena

itu kerja bersih siklus reheat lebih besar dari siklus tanpa reheat. lagipula

temperatur gas buang turbin dengan reheat akan lebih besar dari pada yang tanpa

reheat sehingga bisa dikembangkan untuk sistem regeneratif. Jika reheat dan

regeneratif digunakan bersama-sama maka efisiensi termal akan meningkat secara

signifikan.

3.3. Kompresi Dengan Pendinginan Antara

Kerja output juga bisa ditingkatkan dengan mengurangi kerja input

kompresor. Hal ini dilakukan dengan kompresi banyak tingkat dengan

pendinginan antara.

Gambar 3.3.1. Proses kompresi reversibel internal antara dua tekanan tetap.

Pada diagram p-v diatas terlihat dua jalur kompresi yang mungkin dari

kondisi 1 ke kondisi tekanan akhir p2 . Jalur 1-2’ adalah kompresi adiabatik dan

jalur 1-2 adalah kompresi dengan perpindahan kalor fluida kerja ke

lingkungannya. Luas daerah disisi kiri jalur adalah jumlah kerja per unit massa

masing masing proses. Luas daerah yang kecil pada 1-2 menyatakan bahwa kerja

proses ini lebih kecil dari proses kompresi adiabatik 1-2’. Hal ini berarti bahwa

pendinginan gas selama kompresi akan menguntungkan dari sisi kerja input.

Cara praktis untuk melakukan pendinginan gas yang dikompresi adalah

dengan melakukan kompresi dalam beberapa tingkat dengan menggunakan

penukar kalor yang disebut intercooler (pendingin antara). Intercooler akan

mendinginkan gas diantara tingkat kompresor. Gambar 3 memperlihatkan

kompresor dua tingkat dengan intercooler.

Proses 1-c adalah kompresi isentropik dari kondisi 1 ke c dimana

tekanannya adalah pi. Pada proses c-d gas didinginkan pada tekanan konstan dari

suhu Tc ke Td. Proses d-2 adalah kompresi isentropik ke kondisi 2. Kerja input

per satuan massa aliran diperlihatkan pada diagram p-v oleh daerah arsiran 1-c-d-

2-a-b-1. Tanpa pendinginan antara, gas akan dikompresi secara isentropik satu

tingkat dari kondisi 1 ke 2’ dan kerja input adalah daerah tertutup 1-2’-a-b-1.

Daerah c-d-2-2’-c adalah pengurangan kerja input yang didapat pada proses

dengan intercooler.

Gambar 3.2.2. Kompresi dua tingkat dengan intercooler

Kerja yang dihemat tergantung pada temperatur Td (temperatur keluar intercooler

dan tekanan intercooler, pi.

3.4. Reheat dan Intercooling

Gambar 3.4.1. Turbin gas regeneratif dengan intercooler dan reheat.

Reheat diantara tingkatan turbin dan intercooling diantara tingkatan kompresor

memberikan dua keuntungan: kerja bersih output naik dan potensial untuk

regenerasi meningkat. Dan apabila reheat dan intercooling digunakan bersama-

sama dengan regenerasi, peningkatan yang substansial atas unjuk kerja bisa

diperoleh. Gambar 4 memperlihatkan pengaturan secara bersama-sama reheat,

intercooling, regenerasi.

3.5. Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dengan Reheater

Mula-mula udara dimasukkan ke dalam kompresor dengan melalui air

filter atau penyaring udara agar partikel debu tidak ikut masuk ke dalam

kompresor tersebut. Pada kompresor, tekanan dan tempratur udara dinaikkan.

Udara yang dihasilkan dari kompresor yang akan digunakan sebagai udara

pembakaran dan juga untuk mendinginkan bagian-bagian turbin gas.

Setelah melalui proses kompresi udara bertekanan 13 kg/cm2 tersebut lalu

dialirkan ke ruang bakar utama yang disebut denngan (Primary Combstion

Chamber) untuk dibakar bersama bahan bakar. Disini, penggunaan bahan bakar

menentukan apakah bisa langsung dibakar dengan udara atau tidak. Jika

menggunakan bahan bakar gas (BBG), gas bisa langsung dicampur dengan udara

untuk dibakar. Tapi jika menggunakan bahan bakar minyak (BBM) harus

dilakukan proses pengabutan dahulu pada burner baru dicampur udara dan

dibakar. Pembakaran bahan bakar dan udara ini akan menghasilkan gas bersuhu

dan bertekanan tinggi yang berenergi (enthalpy). Gas ini lalu disemprotkan ke

turbin, untuk memutar turbin tekanan tinggi. Hasil dari ekspansi gas panas dari

turbin tekanan tinggi ini berupa gas bekas (flue gas) dialirkan kedalam ruang

bakar kedua (secondary combustion chamber) dan biasa disebut juga dengan

reheater chamber yang selanjutnya gas bekas tersebut digunakan untuk udara

pembakaran didalamnya yang mampu menghasilkan gas panas lagi dan digunakan

untuk memutar turbin tekanan rendah, hingga enthalpy gas dikonversi menjadi

energi mekanik oleh turbin penggerak generator menjadi energi gerak yang

memutar generator untuk menghasilkan listrik.

Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu

tinggi sampai kira-kira 1.300 oC dengan tekanan 13 kg/cm2. Karena gas yang

disemprotkan ke turbin bersuhu tinggi, maka pada saat yang sama dilakukan

pendinginan turbin dengan udara pendingin dari lubang udara pada turbin.Untuk

mencegah korosi akibat gas bersuhu tinggi ini, maka bahan bakar yang digunakan

tidak boleh mengandung logam Potasium, Vanadium, dan Sodium yang

melampaui 1 part per mill (ppm).

Turbin gas suatu PLTG berfungsi untuk mengubah energi yang

terkandung di dalam bahan bakar menjadi mekanis. Fluida kerja untuk memutar

Turbin Gas adalah gas panas yang diperoleh dari proses pembakaran. Adapun

sebagai pendukung pusat listrik tenaga gas ini digunakan untuk beberapa alat

bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan

dengan baik, seperti:

1. Sistem pelumas (lube oil system).

2. Sistem bahan bakar (fuel system).

3. Sistem pendingin (cooler system).

4. Sistem udara kontrol (air control system).

5. Sistem hidrolik (hydraulic system).

6. Sistem udara tekan (air pressure system).

7. Sistem udara pengkabutan (atomizing air system).

3.6. Penggunaan / Aplikasi Sistem Reheater Pada Pltg Di Indonesia

HRSG (Heat Recovery Steam Generator) merupakan heat exchanger dari

gas ke air dengan memanfaatkan energi sisa gas turbin untuk menghasilakan uap

dengan tekanan dan temparatur yang tinggi. Dalam setiap aplikasi combined

cycle, uap dihasilkan dengan beberapa macam tekanan dan temperatur sehingga

tidak tidak banyak gas sisa yang terbuang.. Selain itu ada yang dipanaskan

kembali sehingga nantinya menjadi main steam yang akan dikirim ke STG (Steam

Turbin Generator).

Pada umunnya terdiri dari tiga lapisan yaitu diantaranya superheater,

evaporator dan economizer. Hasi dari pemanasan ini akan menghasilkan uap

bertekanan tinggi yang akan ditampung di drum High Pressure (HP) dan Low

Pressure (LP). Pada siklus ini baik kompresor maupun turbin gas masing-masing

terdiri dari 2 (dua) bagian yang terpisah dan biasa disebut dengan kompresor

tekanan rendah dan kompresor tekanan tinggi serta turbin gas tekanan rendah dan

turbin gas tekanan tinggi. Aliran udara dan gas-gas yang dihasilkan dapat

dijelaskan sebagai berikut, mula-mula udara atmosfir masuk kedalam kompresor

tekanan rendah untuk dikompresi, dari udara tekan yang dihasilkan dialirkan

kedalamintercooler untuk didinginkan hingga menghasilkan temperature dan

kelembaban serta tekanan yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin

air atau media pendingin lainnya, dari sini udara tersebut dialirkan kedalam

kompresor tekanan tinggi untuk dikompresi lagi hingga menghasilkan temperature

yang tinggi dan tekanan dengan kepadatan yang lebih tinggi. Dari keluaran

kompresor tekanan tinggi udara tersebut dialirkan kedalam regenerator untuk

mendapatkan temperature yang lebih tinggi lagi yang bertujuan untuk

memudahkan terjadinya proses pembakaran dengan melalui media pemanas gas

bekas/buang (flue gas) yang memanfaatkan gas bekas hasil dari turbin tekanan

rendah. Selanjutnya udara keluaran dari regenerator dialirkan kedalam ruang

bakar utama atau primary combustion chamber yang menghasilkan proses

pembakaran dan dari proses ini dihasilkan gas panas yang digunakan untuk

memutar turbin tekanan tinggi, hasil ekspansi gas panas dari turbin tekanan tinggi

ini berupa gas bekas (flue gas)dialirkan kedalam ruang bakar kedua (secondary

combustion chamber) dan biasa disebut juga dengan reheater chamberyang

selanjutnya gas bekas tersebut digunakan untuk udara pembakaran didalamnya

yang mampu menghasilkan gas panas lagi dan digunakan untuk memutar turbin

tekanan rendah, siklus tersebut diatas seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

Gambar 1. Sistem Reheater pada turbin gas sistem tertutup

Pada sistem turbin gas jenis ini, sistem menggunakan dua tingkat turbin

gas yaitu :

1. Turbin gas tekanan tinggi (HP Turbine)

2. Turbin tekanan rendah (LP Turbine)

Reheat ditempatkan antara turbin tekanan tinggi (HP Turbine) dan turbin

tekanan rendah (LP Turbine), alat ini berfungsi memanaskan kembali gas bekas

yang keluar dari HP turbine sebelum diekspansikan pada LP Turbine.

3.7. Bahan Bakar pada Turbin Gas

Dalam menentukan suatu bahan bakar yang akan digunakan haruslah

dipertimbangkan beberapa faktor untuk mencapai efisiensi yang tinggi. Faktor-

faktor yang menentukan adalah nilai kalornya, kebersifian, tingkat korosivitas,

kandungan devosit, dan ketersedian akan bahan bakar.

Gas alam adalah bahan bakar fosil gas yang bertekanan resorvor yang

dapat berkisar 350 hingga 700 bar yang terdiri dari N2, CO, H2O. Gas dan minyak

adalah anggota utama dari keluarga hidrokarbon, keduanya diyakini sebagai hasil

dari pembusukan tanaman dan bagian tubuh dari binatang yang tertimbun selama

jutaan tahun di dalam perut bumi, kemudian diikuti oleh peningkatan temperature

dan tekanan sehingga material tersebut berkumpul sebagai lapisan-lapisan

timbunan hasil akumulasi.

Gas alam seperti udara, merupakan campuran dari beragam gas. Umumnya

metana, komponen lainnya termasuk etana, pentane, karbondioksida, dan

nitrogen. Kadangkala campuran tersebut mengandung sejumlah kecil senyawa tak

murni seperti merkuri dan H2S, beberapa dari kandungan tersebut sangat korosif

dan harus dibuang sebelum dicairkan.

Pembakaran gas akan mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan

dengan pembakaran minyak dan batubara karena paling mudah terbakar dan

bercampur dengan udara dengan baik, serta dapat diangkut dengan mudah melalui

saluran pipa dan gas. Maka dari itu kebanyakan bahan bakar pada turbin gas

menggunakan gas alam tetap perlu di pretreatment terlebih dahulu.

3.8. Keunggulan Sistem Reheat pada Turbin Gas

Berdasarkan jurnal, Reheat merupakan modifikasi sistem superheat

dimana uap tidak langsung berekspansi pada turbin ke tekanan kondensor

melainkan uap akan berekspansi pada dua turbin. Uap akan menuju turbin

pertama ke tekanan antara steam generator dan tekanan kondensor untuk

dipanaskan kembali kemudian uap berekspansi pada turbin tingkat kedua sampai

tekanan kondensor. Reheat bertujuan untuk meningkatkan kualitas uap pada sisi

keluar turbin.

Peningkatan efisiensi thermal merupakan penghematan besar dari bahan

bakar, untuk itu sangat perlu dilakukan upaya peningkatan efisiensi siklus pada

pembangkit listrik tenaga uap. Salah satunya adalah dengan menggunakan sistem

reheat dimana pada siklus ini fluida kerja dapat berekspansi melalui sebuah turbin

tekanan tinggi kemudian akan dipanaskan kembali hal tersebut dapat

meningkatkan efisiensi thermal.