TURBIN GAS

Penyusun :

Budiman Yudha S (090401088)

Efrin Simbolon (090401086)

Morry K Lbn Toruan (090401020)

David Harold (090401047)

Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

Definisi Turbin Gas

Sebuah alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal.

Dengan kata lain, turbin gas adalah mesin yang dapat mengubah energi panas menjadi energi mekanik.

Teknik MesinFT-USU

Prinsip kerja

Udara Kompressor TurbinRuang Bakar

Teknik MesinFT-USU

Proses Turbin GasPada dasarnya terdiri dari 3 komponen utama :

1. Kompressor : mengkompresi udara intake agar bertekanan tinggi

2. Ruang pembakaran : membakar bahan bakar sehingga menghasilkan gas yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi

3. Turbin : mengambil energi dari gas yang terbakar dari ruang pembakaran untuk memutarnya

Teknik MesinFT-USU

Kompressor

Kompresor adalah suatu alat yang digunakan untuk menghisap udara dan untuk selanjutnya dikompresi atau dimampatkan untuk menaikan tekanan. Akibatnya temperatur udara juga meningkat. Prosesnya dapat dianggap adiabatik.

Teknik MesinFT-USU

Material Penyusun Kompressor

Karakteristik yang harus dimiliki adalah• Memiliki kekuatan pada temperatur tinggi• Massa jenis yang rendah

Sehingga material yang digunakan antara lain : High-Strength Titanium Alloy grade 5 (Ti-6Al-4 v), Aluminium RR 58, Stainless Steel: A286

Teknik MesinFT-USU

Ruang BakarPada 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 melalui nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin.

Teknik MesinFT-USU

Skema Ruang Bakar & Aliran Pembakaran

Teknik MesinFT-USU

PenjelasanUdara mampat dari kompresor masuk ke 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 diizinkan.

Teknik MesinFT-USU

Material Penyusun Ruang Bakar

Pada ruang bakar diperlukan material yang memiliki karakteristik khusus, yakni:• Tahan terhadap suhu tinggi • Mempertahankan kekuatan struktur (creep,

fatigue) • Kestabilan permukaan (oksidasi, korosi)

pada suhu tinggi.

Teknik MesinFT-USU

Tabel Material Tahan Terhadap Temperatur Tinggi

Teknik MesinFT-USU

Tabel Material Pada Ruang Bakar

Baja Db aC

Baja maraging

Titanium (6% Al, 4

% V)

Komposit Filamen Gelas

Komposit Filamen Organik

Kekuatan Tarik (psi)

230 x 10ᶟ200-300 x

10ᶟ 140 x 10ᶟ 170 x 10ᶟ 250 x 10ᶟMassa Jenis (lb/inᶟ)

0,283 0,289 0,167 0,072 0,050Kekuatan /massa jenis

813 x 10ᶟ 29 x 10ᶟ 875 x 10ᶟ 2360 x 10ᶟ 5000 x 10ᶟModulus elastisitas

(psi)

29 x 10ᶟ 29 x 10ᶟ 16 x 10ᶟ 4,6 x 10ᶟ 11 x 10ᶟ

Teknik MesinFT-USU

TurbinGas panas diekspansikan dari hasil pembakaran di ruang bakar. Akibat adanya panas dalam bentuk partikel – partikel gas, sudu - sudu turbin mulai terdorong oleh tekanan gas fluida. Sudu yang tergabung dengan rotor menggerakan poros turbin dengan arah radial. Apabila tekanan yang dihasilkan dari ruang bakar konstan, perputaran dari turbin akan terjadi secara kontinu dengan tingkat kecepatan yang tinggi. Perlu diketahui bahwa poros turbin dengan kompresor satu sambungan. Seteah melewati sudu-sudu turbin gas keluar melalui saluran buang dengan tekanan tinggi sehingga menimbulakan gaya dorong. Semakin tinggi tekanan gas maka gaya dorong yang dihasilkanpun semakin besar.

Teknik MesinFT-USU

Material Penyusun Turbin Gas

Karakteristik material untuk 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.

Teknik MesinFT-USU

LanjutanBerikut material yang digunakan• SiC dan Si3N4 . Material jenis ini merupakan material keramik

komposit yang banyak digunakan sebagai material turbin karena kekuatan yang tinggi, massa jenis yang rendah, stabilitas thermal yang rendah, dan ketahanan oksidasi yang tinggi. Namun, material ini kurang dapat difabriksi dengan presisi tinggi dan kehalusan permukaan yang optimal

• Si3N4-TiN. Paduan TiN sebanyak 30-40% ditambahkan pada Si3N4 sehingga properti dari Si3N4 dapat diperbaiki, antara lain: ketahanan terhadap retak, flexural strength, wear resistance, electrical resistivity yang lebih rendah, dan lebih mudah dimanufaktur.

• Inconel 738.• Nimonic 80A, 90, 105, 108, 115.• Inconel 792.

Teknik MesinFT-USU

Siklus Pada Turbin Gas• Siklus Ericson

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.

• Siklus Stirling

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.

• Siklus BraytonSiklus 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.

SEKIAN DAN TERIMAKASIH

Teknik MesinFT-USU