prinsip agregat turbin gas

PRINSIP AGREGAT TURBIN GAS• Suatu turbin gas dalam bentuk yang sangat sederhana terdiri atas

komponen-komponen utama kompresor, ruang pembakaran dan turbin.

SIKLUS TURBIN GAS SEDERHANA

• Bekerja di antara dua batas temperatur; yaitu bagian yang tertinggi dibatasi oleh sifat material bilah turbin dan yang rendah sangat dipengaruhi oleh temperatur ambien.

• Hal ini mengakibatkan efisiensinya tergantung pada hawa sekeliling; oleh karena itu pada hawa yang dingin akan diperoleh keluaran tambahan, sebagai contoh, keadaan penurunan suhu ambien dari 40oC ke 15oC akan menambah keluaran sekitar 20%, ini merupakan sifat yang sangat berguna pada beban puncak generator turbin gas.

Kompresor

• Lebih dari 66% keluaran turbin digunakan untuk memutar kompresor. Dua jenis kompresor pada PLTG ialah : sentrifugal dan aksial.

• Turbin gas yang memakai jenis sentrifugal lebih mudah pencernaannya dan lebih murah pembuatannya, sedang jenis aliran aksial mempunyai luasan kecil dan mempunyai lebih banyak tingkat kebaikan, sehingga jenis aliran aksial banyak dipakai.

• Suatu metode perbaikan efisiensi kompresor yaitu dengan menggunakan beberapa tingkat dengan pendingin antara digunakan bermacam-macam tingkat ganda dari kompresor aliran aksial, masing-masing tingkat terdiri dari suatu deretan rotor diikuti oleh barisan baling-baling penyebar.

• Baling-baling rotor mempercepat udara dan penyebar mengubah tenaga kinetis menjadi tenaga tekanan. Ini dilakukan secara perlahan-lahan dengan suatu tekanan yang selalu cenderung untuk membalik aliran, (akan menggantikan kompresor, yang disebut mengurung).

• Kompresor aksial mempunyai tingkat kebaikan-kebaikan yang banyak oleh karena itu dengan mengalami penyempurnaan-penyempurnaan tipe ini banyak dipakai, terutama untuk pesawat terbang.

• Di dalam praktek perbandingan tekanan maksimum untuk suatu kompresor rotor tunggal kurang lebih 6 : 1 yang mencapai sebanyak 17 tingkat; lingkaran penyalaan dan penghapusan penyaluran sudut-sudut bilah lewat kompresor direncanakan untuk suatu perbandingan tekanan dan putaran tertentu yang disebut titik atau titik perencanaan.

• Suatu rasio tekanan tinggi memerlukan suatu rasio yang luasan secara teoritis yang besar, tetapi secara normal perbandingan luasan ditetapkan secara fisik.

• Jika suatu kompresor yang berputar di bawah kecepatan perencanaannya (misalnya pada waktu jalan mula), rasio tekanan yang lebih rendah menyebabkan kecepatan aksial pada tinfkat pertama menjadi rendah pula, sehingga akan cenderung untuk mengurung.

• Berbagai jalan untuk mengatasi persoalan ini antara lain dilakukan dengan jalan :– Deretan pertama bilah-bilah stator dibuat

berputar sehingga lingkaran luaasan dapat dikurangi.

– Suatu kutub pemeras dipasang sebagian jalan sepanjang kompresor, menghembuskan udara dan menaikkan aliran (menambah alirat), lewat bagian pertama kompresor.

– Kompresor dapat dibelah menjadi dua bagian rotor yang berputas bebas pada kecepatan yang berbeda.

• Kapasitas kompresor udara biasanya ditentukan menurut persyaratan sebagai berikut :– Waktu pengisian udara yang diperlukan ke

dalam seluruh sistem sekitar enam jam.– Waktu untuk pengisian udara kembali setelah

satu urutan kerja tutup-buka dari semua alat adalah sekitar satu jam.

– Waktu untuk pengisian udara kembali mulai dari kompresor jalan pada saat sisi tekanan tinggi turun menjadi 25 – 90%, tekanan nominalnya haruslah sekitar sepuluh menit.

• Dalam persyaratan-persyaratan tersebut dipilih yang memberikan kapasitas yang terbesar.

• Oleh karena itu ada kemungkinan kompresor berhenti, akibat adanya gangguan, untuk pemeriksaannya serta pemeliharaan, maka untuk itu harus ada lebih dari satu unit, dimana kapasitas perunitnya didapatkan dengan jumlah unit. Kapasitas tangki udara harus cukup, sehingga dalam keadaan kompresor tidak dapat bekerja, dapat mengisi semua tangki udara dari semua alat.

Ruang Pembakaran• Ruang pembakaran terdiri dari suatu katub pemasukan

bahan bakar dan penekanan busur udara bersih pada perimbangan yang sesuai dicampur dengan baik, dibakar dan diberikan ke turbin pada pemeriksaan pemasukan temperatur. Tekanan di dalam ruang ditentukan oleh tekanan keluaran kompresor yang dimasukkan ke ruang pembakaran secara langsung, sekitar 20 – 30% aliran utama udara menuju daerah pembakaran sebagai udara primer, sisanya 70 – 80% digunakan untuk mendinginkan gas bakar, dinding-dinding ruangan sbagai udara sekunder.

• Perbandingan udara bahan bakar di daerah ini pada tingkat 15 – 20 dan 1, sedangkan keseluruhan perbandingan udara bahan bakar di antara 60 – 100 dan 1. Pembakar bahan bakar mengandung suatu atom-atom yang memakai tekanan untuk membagi-baginya menjadi penyemprot utama yang baik dan penyemprot mencampur dengan udara primer pada perbandingan kimia yang tepat untuk pembakaran yang sempurna, campuran ini disebut stoikiometri.

• Pembakaran stoikiometri dari minyak gas membutuhkan kurang lebih 15 lb untuk 1 lb bahan bakar. Dalam prakteknya hampir lima kali kualitas udara yang diperlukan pada derajat untuk mengurangi temperatur masuk turbin, jadi penambahan yang besar aliran masa.

• Dinding silinder tabung api biasanya diselubungi dengan banyak sekali lubang-lubang dan celah yang memasukkan udara sekunder, yang banyaknya disesuaikan.

• Dinding-dinding tersebut sering dilapisi dengan genteng

metal, yang melindungi lemari udara sekunder, mengalir di samping genteng-genteng mempersatukan (menyatukan aliran gas).

• Meskipun api sekali dimulai merambat sendiri, yang berarti menjadikan pembekaran gas permulaan sempurna.

• Suatu pengapian tenaga tinggi biasanya digunakan adalah suatu sumbat listrik di mana api berjalan pada permukaan padat, kemudian melintas celah udara.

• Untuk menjaga kemungkinan peristiwa kegagalan api bahan bakar, maka biasanya dilengkapi dengan suatu alat mendeteksi api secara optik, yang memberikan kepada perubahan-perubahan yang dapat diotomatiskan dan menutup dengan segera.

T u r b i n• Turbin mempunyai fungsi ganda dari perlengkapan daya

menjalankan kedua kompresor dan poros keluaran, sebaiknya kedua fungsi turbin tersebut dipisahkan, turbin tekanan tinggi menjalankan kompresor dan turbin tekanan rendah dapat digunakan perlengkapan keluaran.

• Susunan untuk menjalankan alternator dimana kecepatan turbin daya harus konstan memungkinkan kecepatan kompresor dapat berubah pada daya keluaran yang diperlukan.

• Turbin kompresor adalah celah menuju dua bagian, dimana kompresor tekanan tinggi dan tekanan rendah digunakan memutar pada kecepatan yang berbeda ini sangat penting bila turbin dirangkaikan dengan mesin atau generator gas tidak akan mengacaukan daya turbin yang dikopel pada generator listrik.

TURBIN GAS UNTUK GENERATOR

• Pada umumnya turbin mempunyai tingkat yang lebih sedikit daripada kompresor, beda tekanan membantu aliran dan memungkinkan ekspansi menjadikan dalam suatu tingkat yang kecil. Bilah-bilah mempunyai penahan temperatur yang sangat tinggi, seperti halnya tinggi tekanan dan material khusus, umumnya digunakan dampuran dasar nikel.

• Pendinginan udara diberikan untuk mendinginkan rusuk piringan, akar-akar bilah dan lemari. Udara ini berasal dari kompresor dan dilepaskan langsung melalui melalui rotor ke piringan turbin kompresor dan secara luar lewat suatu pendinginan ke piringan turbin daya yang harus dijaga pada temperatur rendah.

• Umumnya turbin daya yang digunakan mempunyai satu atau dua tingkat pada suatu rotor gantungan atas, menutup sambung, tetapi biasanya suatu diameter yang besar dan kecepatan putaran yang lebih rendah, 3000 ppm untuk generator 50 Hz.

Siklus Terbuka

• Turbin gas jenis siklus terbuka terdiri dari satu unit penekanan suatu kompresor aliran aksial, elemen pembakaran yang relatif kecil dan sebuah turbin yang menyerupai suatu turbin reaksi tanpa kondensasi. Hasil pembakaran diekspansikan di dalam turbin dan di buang ke atmosfer, tenaga kimia dari bahan bakar diubah menjadi tenaga panas dengan pembakaran udara letak yang cukup (udara lebih bila temperatur masuk turbin 1200oF adalah sekitar 600%), untuk menentukan temperatur yang diinginkan.

• Dalam siklus terbuka yang sederhana, udara diisap dari atmosfer, dikompresikan ke dalam suatu kompresor aliran aksial dialirkan ke ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar selama udara dikompresi, hasil pembakaran kemudian diekspansikan lewat turbin dan akhirnya dibuang ke atmosfer.

SIKLUS TERBUKA SEDERHANA

• Ciri-ciri khas suatu siklus terbuka adalah :– Suatu kompresor udara mengkompresi udara,

hingga suatu tekanan 3 – 4 atm.– Suatu ruang pembakaran di mana bahan-

bahan dibakar dan udara dinaikkan, hingga suatu temperatur yang tinggi pada tekanan konstan.

– Suatu turbin, dimana gas diekspansikan turun hingga mendekati tekanan atmosfer.

• Jenis-jenis ini mempunyai efisiensi termal yang rendah (16 – 23%), berubah sangat besar terhadap penyesuaian udara, efisiensi turbin dan kompresor.

• Untuk memperbaiki efisiensi terbuka, dapatnya memberikan biaya keseluruhan yang paling ekonomi untuk faktor pusat beban atau syarat kerja lain yang dihadapi, maka komponen atau alat bantu yang halus, dapat secara biasa mudah diubah.

• Untuk lebih menyempurnakan sistem dan meningkatkan efisiensi, gambar menunjukkan pusat siklus terbuka yang dilengkapi dengan pendingin antara pemanas ulang dan regenerasi.

• Ketetapan dan kecepatan awal dan seringnya pengambilan

beban menentukan pemilihan perencanaan siklus terbuka.

EFISIENSI

Besarnya efisiensi dan maksimum keluaran turbin dipengaruhi oleh beberapa faktor dan keadaan, yaitu :

• Pengaruh Temperatur GasApabila temperatur masuk gas mengalami kenaikan, maka efisiensinya akan naik pula. Kenaikan 50oC menjadikan bertambahnya efisiensi 1,5 – 2%.

• Pengaruh Temperatur Udara pada Masukan KompresorHal ini menyebabkan meningkatnya efisiensi, misalnya daya yang tersedia akan bertambah lebih dari 25% bila suhu udara ambien turun dari 50oC dan dari 10% di antara 15oC dan 0oC.

• Pengaruh Perbandingan KompresiMakin besar harga perbandingan kompresi efisiensinya makin tinggi, tetapi nilai ini mempunyai suatu harga optimal.

• Pengaruh Rugi-rugi pada Masukan KompresorOleh karena tidak sempurnanya alat-alat, sistem penyaringan dan sebagainya, hal ini akan menurunkan efisiensi.

Compression and Expansion(No heat Addition or Losses )

Internal Combustion Engine(Ideal Otto Cycle)

PARTS OF ENGINE

Sistem Turbin Gas

Sistem turbin gas terbuka: bahan bakar bercampur dengan udara dan keluar sebagai gas hasil pembakaran. Bahan bakar harus bersih supaya tidak korosi

Sistem turbin gas tertutup: bahan bakar tidak ikut dalam fluida kerja. Fluida kerja adalah udara murni atau gas murni yang sudah bersih. Fluida kerja didinginkan sebelum dipergunakan kembali.

Aplikasi Turbin Gas

• Penggerak sistem Propulsi (pesawat terbang, kapal laut)

• Pembangkit tenaga listrik

• Penyedia panas di industri

Dibandingkan dengan motor bakar, turbin gas:

Penghasil daya yang lebih besar

konsumsi bahan bakar yang lebih boros

berat dan ukuran yang jauh lebih kecil

Gas Turbine Schematic

Siklus Turbin Gas: Ideal Brayton Cycle

(T-s diagram)

Ideal Brayton Cyclep-V diagram

Compressors

Axial Compressor

Centrifugal Compressor

Compressor Thermodynamics

Burner Thermodynamics

Turbine Thermodynamics

Compressor-Turbine Matching

Fuel Mass Flow Rate(Fuel/Air Ratio)

Turbine Nozzle Performance

Pressure Variation -EPR

Temperature Variation - ETR

Propulsi dari bahasa Latin Pro maju

Peller menggerakkan

Sistem Propulsi : sistem yang menggerakkan benda ke depan, mempunyai gaya dorong atau Thrust ( Hukum III Newton: aksi-reaksi)

Saat Menjelajah: Thrust = gaya hambat

Saat Dipercepat:Thrust >Gaya hambat

excess Thrust

Sistem Propulsi (Definisi)

What is Thrust ?

Cruise-Balanced Forces

Excess Thrust (Thrust-Drag)

• Turbin atau Jetturbojet, turboprop, turbofan• Propeler Thrust rendah, subsonic• Ramjet Thrust tinggi hypersonic• Roket solid, cair Thrust sangat tinggi

hypersonic ruang angkasa

Turbo jet+afterburning excess Thrust tinggi

Excess Thrust tinggi untuk mengatasi drag pada kecepatan tinggi

4 Prinsip Sistem Propulsi

Turbojet Thrust

Afterburning Jet Thrust

Turboprop Thrust

Turbofan Thrust

Propeller Analysis

Ramjet

Ramjet Parts

Ramjet/Scramjet Thrust

Rocket

Solid Rocket

Rocket Thrust

TERIMA KASIH

The Basic Concept – ‘simple cycle’

AIRINLET

FUEL

COMBUSTOR

DRIVENEQUIPMENT

COMPRESSOR TURBINE

AIRINLET

FUEL

COMBUSTOR

DRIVENEQUIPMENT

COMPRESSOR TURBINE

EXHAUSTGAS

Typical Cogeneration System

AIRINLET

FUELEXHAUSTGAS

COMBUSTOR

DRIVENEQUIPMENT

HEAT EXCHANGER

COMPRESSOR TURBINE

Typical Industrial Cogeneration System

AIR INLETFILTERAIR INLETFILTER

GASTURBINEGASTURBINE

EXHAUSTBYPASSSILENCER

EXHAUSTBYPASSSILENCER

GENERATORGENERATOR

DIVERTERVALVEDIVERTERVALVE

SUPPLE-MENTARYBURNER

SUPPLE-MENTARYBURNER

HEATRECOVERYSTEAMGENERATOR(HRSG)

HEATRECOVERYSTEAMGENERATOR(HRSG)

EXHAUSTSILENCEREXHAUSTSILENCER

PROCESSSTEAMPROCESSSTEAM

Gas Turbine Cogeneration Plant

Pulp and PaperPulp and PaperPulp and PaperPulp and Paper

Solar Turbines


HospitalsHospitalsHospitalsHospitals

Solar Turbines


PharmaceuticalPharmaceuticalPharmaceuticalPharmaceutical

Solar Turbines

• Food Processing

• Pharmaceutical

• Pulp and Paper

• Manufacturing

• Refinery

• Hospitals

• Universities

Industries using Gas Turbine Cogeneration

prinsip agregat turbin gas

Documents