Pada kesempatan kali ini penulis akan membuat sebuah artikel yang membahas tentang turbin gas. Seperti yang diketahui banyak orang turbin gas banyak digunakan dalam bidang perindustrian ataupun digunakan dalam pesawat tempur. Secara singkat turbin merupakan alat konversi energi kinetik menjadi energi mekanik. Sementara turbin gas merupakan fluida pembawa energi kinetik berada dalam fase gas.
Pengertian Turbin Gas
Turbin gas itu adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya.
Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.
Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.
Siklus Turbin Gas
Turbin gas dijelaskan secara termodinamika oleh Siklus Brayton, di mana udara dikompresi secara isentropic, pembakaran terjadi pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi di turbin secara isentropik kembali ke tekanan awal.
Dalam praktiknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan:
- Isentropik non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan rasio, suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal.
- Ekspansi non-isentropic: walaupun penurunan suhu turbin yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.
- Tekanan kerugian dalam asupan udara, combustor dan knalpot: mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.
Seperti semua siklus mesin panas, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebih besar efisiensinya. Faktor pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Berbagai metode dibutuhkan untuk menjaga temperatur. Kebanyakan turbin juga mencoba untuk memulihkan knalpot panas (heat recovery), yang merupakan energi terbuang. Recuperator adalah heat exchanger yang menangkap panas knalpot dan memindahkan panasnya ke udara terkompresi yang menuju pembakaran. Gabungan siklus desain memanfaatkan panas terbuang ke sistem. Dan gabungan panas dan daya (co-generation) menggunakan panas terbuang untuk produksi panas.
Source : Industrial Gas Turbin System Control, Instrumentation &
Electrical
By
Bagus Wibowo
Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)
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 dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:
- Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
- Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
- Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel.
- 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.
- 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.
Source : Industrial Gas Turbin System Control, Instrumentation & Electrical By Bagus Wibowo
Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:
- Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
- 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 atmosfer, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu:
Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
Source : Industrial Gas Turbin System Control, Instrumentation & Electrical By Bagus Wibowo
Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, di mana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.
Source : Industrial Gas Turbin System Control, Instrumentation & Electrical By Bagus Wibowo
Keunggulan dan Aplikasi
Keunggulan
- Tidak perlu pendingin
- Dapat beroperasi dengan kontrol otomatis dan atau jarak jauh
- Kemampuan start up singkat
Aplikasi
- Propulsi pesawat
- Pembangkit daya di industri
listrik (combined cycle)
mekanik (pompa)
Kelemahan
• Bahan sensitif terhadap kontaminasi garam, chlor, dan
sulfur yang terkandung dalam udara dan atau bahan
bakar.
• Hal ini menyebabkan korosi sudu, walaupun
konsentrasinya kecil, karena temperatur yang tinggi.
• Kontaminasi partikulat seperti kabut (smog), debu atau
pasir dapat menyumbat filter udara dan dapat
mengerosi atau mengikis permukaan sudu kompresor.
• Turbin untuk kebutuhan daya yang rendah, sulit untuk
dirancang dan dibuat serta mempunyai efisiensi termal
yang sangat rendah dan mempunyai kecepatan putar
yang sangat tinggi.
Beberapa Aplikasi Turbin Gas
• Pembangkit tenaga listrik (beban puncak,
darurat)
• Pembangkit daya di industri
• Pemompaan jaringan gas dan minyak
• Offshore platform
• Propulsi kapal
Oleh : Farhan Hardidarma 1111600042 Prodi Teknik Elektro, Institut Teknologi Indonesia, Tangerang Selatan.
Referensi :
Wibowo, Bagus. 2009. Industrial Gas Turbine : System Control, Instrumentation & Electrical. Power point kuliah kapita selekta Institut Teknologi Indonesia.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar