58903_handbook Turbin Gas.pdf

RANGKUMAN TURBIN GAS

Disusun Oleh : Rachmad Hariadi NIM. 4215020015 Walid Maulana H. NIM. 4215020029 Yoga Amin Purnomo NIM. 4215020030 Mario Pandu Taruna S. NIM. 4214020007

PROGRAM STUDI TEKNIK PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI JAKARTA DEPOK 2017

RANGKUMAN TURBIN GAS

Disusun oleh : Rachmad Hariadi

NIM. 4215020015

Walid Maulana H.

NIM. 4215020029

Yoga Amin Purnomo

NIM. 4215020030

Mario Pandu Taruna S.

NIM. 4214020007

Dosen Pengajar : Jusafwar, M.T.

PROGRAM STUDI TEKNIK PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI JAKARTA DEPOK

KATA PENGANTAR Puji sukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas mata kuliah ini. Shalawat serta salam tak lupa kami curahkan kepada junjungan kita Nabi MUHAMMAD SAW. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pengerjaan tugas mata kuliah ini sehingga tugas mata kuliah ini dapat di selesaikan tepat pada waktunya. Tugas mata kuliah ini berisi kajian turbin gas kompressor dan membahas bagian utama, prinsip kerja, peralatan bantu, energi masuk, kerja output, efisiensi dan aplikasi dari turbin gas kompressor. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas matakuliah turbin ini masih banyak kekurangan dan kesalahannya, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak sangan penulis harapkan demi penyempurnaan tugan mata kuliah ini. Semoga tugas mata kuliah ini bias bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya dan bagi para penulis pada khususnya.

Depok, Mei 2017 Penulis

1

DAFTAR ISI Kata Pengantar

………......

1

Daftar Isi

………......

2

Bab I Turbin Gas

………......

3

1.1. Aplikasi Turbin Gas

………......

3

1.2. Konversi energy Turbin Gas

………......

5

1.3. Grafik-grafik pada TG

………......

7

1.4. Gambar Siklus Brayton Turbin Gas ideal

………......

11

1.5. Gambar skema Turbin Gas ( 1 Turbin )

………......

13

1.6. Gambar skema Turbin Gas ( 2 Turbin )

………......

15

1.7. Gambar siklus tidak ideal Turbin Gas

………......

18

1.8. Pembagian energy keluar dari Turbin

………......

20

………......

21

………......

22

………......

24

………......

28

………......

32

………......

32

Bab IV Komponen Turbin Gas

………......

33

4.1. Kompressor

………......

33

4.2. Turbin gas

………......

40

4.3. Ruang Bakar

………......

45

4.4. Sistem Pelumasan Turbin Gas

………......

49

4.5. Sistem Seal Turbin Gas

………......

53

4.6. Komponen Pendukung Turbin Gas.

………......

55

4.7. Alat ukur pada Turbin Gas.

………......

59

4.8. Proteksi pada Turbin Gas

………......

72

4.9. Sistem Kontrol pada Turbin Gas

………......

74

………......

84

1.9. Hubungan antara Temperatur pembakaran, ratio tekanan Kompressor terhadap effisiensi. 1.10. Pengaruh Temperatur yg keluar ke cerobong tidak boleh tinggi dan apa dampaknya ke kerja Turbin Bab II prinsip kerja Turbin Gas 2.1. effisiensi pada Turbin Gas Bab III PLTGU 3.1. Jelaskan apa nilai tambah dari PLTGU dibandingkan PLTG saja

Daftar Pustaka

2

BAB I ( TURBIN GAS )

Gambar 1. Turbin gas Turbin gas adalah suatu mesin berputar dimana tenaga putar tersebut didapat dari ekspansi gas berkecepatan tinggi dari arus gas pembakaran dan kemudian mendorong sudu- sudu yang langsung menghasilkan gerak putar pada rotornya. Putaran rotor tersebut nantinya dapat dimanfaatkan untuk memutar generator listrik maupun untuk industri pesawat terbang.

1.1. Aplikasi Turbin Gas Penggunaan Turbin gas dalam dunia industri terbagi menjadi 2 yakni :  Industri Pembangkit tenaga Listrik  Industri Penerbangan

3

Gambar 1.1.a Ilustrasi Perbedaan Turbin gas untuk pembangkit tenaga listrik dengan TG pada pesawat terbang. Perbedaannya ialah jika pada pembangkit tenaga listrik, sebagian energi mekanis digunakan untuk memutar generator yang juga berada satu poros dengan turbin dan kompresor sehingga turbin di desain supaya memiliki torsi yang besar dengan sudusudu yang lebih panjang supaya mampu mengangkat beban tinggi saat permintaan listrik melonjak. Sedangkan pada pesawat terbang sebagian besar energi panas pada udara hasil pembakaran mesin jet digunakan untuk mendorong pesawat, dimana pada sisi keluaran turbin berbentuk nozzle. Nozzle ini berfungsi untuk meningkatkan kecepatan dorong gas buang, sehingga mendapatkan gaya dorong yang lebih besar bagi pesawat oleh sebab itu sudu-sudu turbin gas untuk pesawat didesain lebih kecil dan pendek supaya mampu menghasilkan putaran yang sangat cepat guna memvakumkan udara di depan pesawat supaya pesawat mampu terdorong ke depan.

4

Gambar 1.1.b Ilustrasi Turbin Gas pada Mesin Pesawat

1.2. Konversi Energy Turbin Gas

Gambar 1.2 Skema Turbin Gas

5

1.

Saat udara atmosfir dihisap oleh kompressor terjadilah proses kompresi dengan menggunakan energi kimia di dalam kompressor.

2.

Ketika udara sudah terkompresi dan tekanannya meningkat udara dialirkan menuju ruang bakar disini terjadi konversi energi dari energi kimia menjadi energi panas

3.

Setelah udara dipanaskan di ruang bakar udara dialirkan menuju turbin dan terjadilah proses ekspansi yang merubah energi panas menjadi energi gerak kinetik angin.

4.

Lalu saat udara yang mengandung energi gerak kinetik menghantam sudu-sudu turbin terjadilah perubahan energi dari energi kinetik angin menjadi energi putar mekanik pada sudu-sudu turbin.

5.

Dan saat turbin terhubung dengan generator maka energi putar mekanik dari turbin akan dikonversi menjadi energi listrik oleh generator.

6

1.3. Grafik-grafik pada TG Grafik 1 Grafik daya Turbin Beban dan Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (Gas Alam)

7

Penjelasan : Dari grafik diatas dapat diketahui 2 indikator yaitu daya dan % turbin beban. 

Misalkan suhu yang diketahui adalah 60o F.



Asumsikan nilai Power Turbine Speed (Npt) 97% sehingga tarik garis lurus pada absis (Npt) sampai bertemu dengan titik di kotak 60 F.



Lalu didapat nilai Daya Turbin (Nt) sebesar 3820 hp



Setelah itu kita lihat antara pertemuan titik 3820 hp dengan 60 F dan 97 % nilai Ntp lalu kita lihat garis melengkung ke kanan yang bertemu antara tiga titik tadi, yaitu didapat nilai Sfc sebesar 9,6 kBTU/hp.

Pemakaian bahan bakar tiap jam dapat dihitung dengan rumus :

fc =

fc = fc = 1833,60 lb/hr Penggunaan grafik diatas digunakan untuk : 

Daya Turbin (hp)



Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kBTU/hp-jam)

8

Grafik 2 Grafik Faktor Koreksi

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa terdapat dua faktor yaitu; 

Faktor koreksi untuk daya turbin



Faktor ketinggian dari titik letak turbin gas Grafik ini digunakan untuk menentukan faktor koreksi turbin dengan

menggunakan tekanan atau ketinggian.Untuk menentukan faktor koreksi dengan nilai tekanan yang ada, maka dapat menggunakan cara sebagai berikut: Faktor koreksi = Jika diketahui nilai ketinggian dari turbin maka kita dapat menarik garis tegak lurus dari titik nilai ketinggian tsb sampai memotong garis perpotongan, lalu tarik garis ke kiri dan baca nilai faktor koreksinya. Pengaruh dari nilai koreksi yang kita cari ini akan berlaku untuk grafik-grafik pada nomor selanjutnya.

9

Grafik 3 grafik rugi-rugi inlet dan rugi-rugi outlet

Penjelasan : Data dari Grafik I dan Grafik II bisa kita gunakn pada grafik III ini, Nt dari Grafik I kita tarik garis tengah urus ke atas sampai memotong garis inlet dan outlet, dan kita sebut sebagai titik A untuk garis inlet dan titik B untuk garis outlet. Dari titik A kita tarik garis ke kiri hingga bertemu diameter inlet yang diketahui lalu tarik tegak lurus menuju absis kebawah untuk mengetahui rugi-rugi inlet. Hal yang sama pun juga berlaku bagi titik B untuk mengetahui rugi-rugi outlet. Sehingga total kerugian daya pada turbin bisa diketahui dengan cara menjumlahkan nilai rugi-rugi inlet dengan nilai rugi-rugi outlet.

10

1.4. Siklus brayton Ideal Turbin Gas

Gambar 1.4 Siklus dan Skema Turbin Gas (1-2) Proses Kompresi Isentropik Udara atmosfer masuk ke dalam sistem turbin gas melalui sisi inlet kompresor. Oleh kompresor, udara dikompresikan sampai tekanan tertentu diikuti dengan volume ruang yang menyempit. Proses ini tidak diikuti dengan perubahan entropi, sehingga disebut proses isentropik. Proses ini ditunjukan dengan angka 12 pada kurva di atas. (2-3) Proses Pembakaran Isobarik Pada tahap 2-3, udara terkompresi masuk ke ruang bakar. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar, dan diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut. Energi panas hasil pembakaran diserap oleh udara (qin), meningkatkan temperatur udara, dan menambah volume udara. Proses ini tidak mengalami kenaikan tekanan udara, karena udara hasil proses pembakaran bebas berekspansi ke sisi turbin. Karena tekanan yang konstan inilah maka proses ini disebut isobarik.

11

(3-4) Proses Ekspansi Isentropik Udara bertekanan yang telah menyerap panas hasil pembakaran, berekspansi melewati turbin. Sudu-sudu turbin yang merupakan nozzle-nozzle kecil berfungsi untuk mengkonversikan energi panas udara menjadi energi kinetik (baca artikel berikut). Sebagian energi tersebut dikonversikan turbin untuk memutar kompresor. Pada sistem pembangkit listrik turbin gas, sebagian energi lagi dikonversikan turbin untuk memutar generator listrik. Sedangkan pada mesin turbojet, sebagian energi panas dikonversikan menjadi daya dorong pesawat oleh sebentuk nozzle besar pada ujung keluaran turbin gas. (4-1) Proses Pembuangan Panas Tahap selanjutnya adalah pembuangan udara kembali ke atmosfer. Pada siklus Brayton ideal, udara yang keluar dari turbin ini masih menyisakan sejumlah energi panas. Panas ini diserap oleh udara bebas, sehingga secara siklus udara tersebut siap untuk kembali masuk ke tahap 1-2 lagi.

12

1.5. Gambarkan skema Turbin Gas ( 1 Turbin ) 1.

Skema Turbin Gas Siklus Terbuka (Open Cycle)

Gambar 1.5 A Skema Turbin Gas Seperti pada proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi (500 oC) dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dibuang atau dialirkan ke udara luar.

13

2.

Skema Turbin gas Siklus tertutup (Closed Cycle)

Gambar 1.5 B Skema Turbin Gas dengan Heat Exchanger Seperti pada proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dialirkan ke kedalam penukar panas (heat rejected) untuk didinginkan dengan menggunakan media pendingin air atau udara hingga temperaturnya turun dan dialirkan lagi kedalam sisi masuk (suction) kompresor untuk dikompresi lagi.

14

3.

Skema Turbin Gas Siklus Terbuka Dilengkapi dengan Regenerator

Gambar 1.5 B Skema Turbin Gas dengan regenerator Seperti pada kedua proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas (flue gas) ini dialirkan kedalam heat exchanger yang dikenal dengan istilah regenerator dimana didalamnya gas bekas ini digunakan untuk memanaskan udara keluar kompresor sebelum digunakan sebagai udara pembakaran didalam ruang bakar (combustion chamber), seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

1.6. Gambarkan skema Turbin Gas ( 2 Turbin ) 1.

Skema dengan reheater dan intercooling

Gambar 1.6 A Skema Turbin Gas dengan Cooler dan Reheater

15

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 kedalam intercooler untuk didinginkan hingga menghasilkan temperatur 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 ruang bakar utama (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 ke dalam 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, siklus tersebut diatas seperti ditunjukkan pada gambar diatas.

16

2.

Skema dengan Intercooling, Reheater dan Regenerator

Gambar 1.6 B Skema Turbin Gas dengan Cooler, Reheater, dan Regenerator 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 kedalam intercooler untuk didinginkan hingga menghasilkan temperatur 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 temperatur 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 (primary combustion chamber) yang menghasilkan proses pembakaran dan

17

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 ke dalam 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, siklus tersebut diatas seperti ditunjukkan pada gambar diatas.

1.7. Gambarkan siklus tidak ideal Turbin Gas

Gambar 1.7 Siklus turbin Gas Tidak Ideal Seperti kita ketahui bahwa siklus dari turbin gas sebenarnya menyimpang dari siklus ideal. Hal ini disebabkan karena adanya kerugian pada komponen kompresor dari turbin sehingga proses kompresi dan ekspansi tidak terjadi secara isentropik 

(1-2) Proses kompresi isentropik ( udara yang di hisap oleh kompresor)



(2-3) Penambahan energi pada, tekanan konstan di mana bahan bakar bertemu sehingga terjadi proses pembakaran

18



(3-4) Pengembangan isentropik udara dari udara gas panas sehingga menimbulkan tenaga putaran mekanis pada turbin.



(4-1) Proses pembangunan gas panas hasil proses pembakaranpada tekanan konstan.

1.7.1. Gambarkan siklus jika terjadi penurunan tekanan dalam ruang bakar

Gambar 1.7.1 Siklus Turbin Gas dengan Diagram P-V Jika terjadi penurunan tekanan dalam ruang bakar maka terjadi : 1.

Qin ruang bakar akan mengalami kenaikan 19

2.

Turunnya kerja turbin. Kedua hal tersebut mengakibatkan turunnya nilai efisiensi dari Turbin Gas yang

beroperasi. Karena, Qin ruang bakar yang mengalami kenaikan mengakibatkan naiknya konsumsi bahan bakar untuk hasil yang sama jika tekanan dalam bahan bakar tidak turun dan kerja turbin yang turun juga mengakibatkan turunnya performa putaran sudusudu turbin sehingga efisiensi menjadi lebih rendah.

1.8. Jelaskan pembagian energy keluar dari Turbin

Gambar 1.8 Energi Balance PLTG Pertama Energi masuk dari Bahan Bakar sebesar 100% lalu saat terjadi pembakaran bahan bakar terjadi losses energi dari pembakaran sebesar 2.65%. Lalu energi yang masuk ke gas turbin sebesar 37% adapun nett energi output dari Gas Turbin sebesar 33.65%. Kemudian energi sebesar 33.65% itu dimanfaatkan oleh generator turbin gas untuk menghasilkan listrik dan terjadi kerugian energi sebesar 0.92% pada generator. Sehingga Energi Output yang dihasilkan oleh Generator hanya sebesar 32.73% dari total energi input bahan bakar yang 100%. Sisa energi sebesar 60.34% terbuang dalam bentuk Exhaust Gas. Oleh sebab itu seringkali instalasi PLTG dikombinasikan dengan PLTU supaya energi exhaust gas yang sebesar 60.34% tidak terbuang sia-sia dan bisa dimanfaatkan untuk penguapan air di HRSG pada PLTGU

20

1.9.

Hubungan antara Temperatur pembakaran, ratio tekanan Kompressor terhadap effisiensi.

Gambar 1.9 Siklus Turbin Gas saat Temperatur Pembakaran dan Ratio Tekanan Kompresi Tidak Ideal Temperatur pembakaran yang besar mengakibatkan semakin tingginya nilai temperatur yang akan disuplai ke turbin gas hal ini tentu menyebabkan kenaikan energi yang akan dihasilkan oleh turbin gas, begitu pula sebaliknya jika nilai temperatur pembakaran rendah maka energi yang dihasilkan oleh turbin gas juga ikut rendah. Adapaun ratio tekanan kompressor yang tinggi juga mengakibatkan perbedaan tekanan antara P2/P1 dan P3/P4 semakin besar hal ini juga menyebabkan ekspansi gas yang disuplai pada turbin pada proses tahap 3-4 menjadi lebih besar nilainya, sehingga energi putar turbin gas meningkat. Peningkatan ini tentu meningkatkan energi output dari turbin gas.

21

Kesimpulannya adalah kenaikan temperatur pembakaran dan kenaikan ratio tekanan kompressor menyebabkan naiknya efisiensi dari turbin gas karena bisa meningkatkan nilai kerja turbin, begitu pula sebaliknya jika terjadi penurunan temperatur pembakaran dan penurunan ratio kompressor maka kerja turbin juga akan menurun sehingga efisiensi dari turbin gas juga ikut turun.

1.10. Alasan Temperatur Exhaust Gas Tidak Boleh Tinggi dan Dampaknya terhadap Kerja Turbin

4’

Gambar 1.10 Siklus Turbin gas saat Temperatur Exhaust Gas meningkat

22

Karena jika temperatur yang keluar cerobong masih tinggi maka berdampak pada penurunan kerja turbin hal ini disebabkan karena perumusan kerja turbin adalah Wt = (h3-h4) dimana semakin besar nilai Temperatur (T) maka semakin besar pula nilai Entalpi (h). Jika kerja turbin menurun maka efisiensi juga ikut turun.

23

BAB II ( PRINSIP KERJA ) Gas turbine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Di dalam gas turbine energi kinetik di konversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbine sehingga menghasilkan daya. Komponen utama turbin gas ada tiga. Kompresor berfungsi untuk menghasilkan udara bertekanan tinggi. Bilik pembakaran berfungsi sebagai area tempat pembakaran bahan bakar dan menghasilkan udara bertekanan dan berkecepatan tinggi. Turbin berfungsi merubah udara yang bertekanan tinggi dari bilik pembakaran menjadi gerakan mekanis. 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).

24

Gambar 2.a Air Flow Ruang Pembakaran. Pembakaran merupakan kombinasi kimia dari tiga elemen yaitu udara bahan bakar dan api. Bahan bakar yang digunakan untuk turbin gas adalah hidrokarbon. Udara yang bertekanan tinggi dari kompresor memasuki ruang pembakaran, saat itu juga bahan bakar di semprotkan oleh fuel injector sehingga terjadi pembakaran yang menghasilkan udara yang bertekanan dan berkecepatan tinggi. Inilah yang dimanfaatkan oleh turbin untuk menghasilkan daya. Modifikasi dari turbin gas ada yang disebut dengan turbofan. Bentuknya hampir sama dengan turbin gas. Turbo fan memiliki kipas (fan) sebelum kompresor. Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut: A.

Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

B.

Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.

C.

Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle). 25

Gambar 2.b Nozzle D.

Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi

kerugiankerugian 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.

26

Pada pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Ketika saluran pmbuangan mengalami masalah, contohnya kotor atau berdebu akan mengakibatkan 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. Untuk melindungi peralatan pada gas turbine dan alat-alat lainnya maka sistem dilindungi dengan beberapa system pengaman yaitu: 

Over speed trip, yaitu suatu system detector terhadap kecepatan turbin yang diijinkan.



System pemadam kebakaran, Yaitu suatu system detector terhadap kebakaran yang akan mengaktifkan pemadaman secara otomatis dan menstop operasi dari turbin, media yang dipakai untuk pemadaman adalah gas CO2.



Pengatur kecepatan : Karena turbin dikontrol oleh generator maka speed dari turbin gas akan mengikuti variabel pada generator, pada prinsipnya pengaturan speed adalah pengaturan jumlah gas yang dibakar di ruang bakar karena speed selalu dipertahankan konstan.



Kontrol temperatur : Temp gas dari ruang bakar harus dijaga tidak melebihi dari yang diijinkan, bila temp naik maka alarm akan menyala dan temp kontroler akan mengatur supply udara ke ruang bakar atau bila udara yang di supply sudah maks, maka kontroler akan memerintahkan untuk pengurangan bahan bakar ke ruang bakar.

27

2.1. Effisiensi pada TG Alat atau mesin pengubah energi tidak mungkin mengubah seluruh energi yang diterimanya menjadi energi yang diharapkan. Sebagian energi akan diubah menjadi energi yang tidak diharapkan. Proses

tersebut

merupakan

sifat

alami

sehingga

dikemukakan

konsep efisiensi (daya guna). Jika energi yang diterima oleh alat pengubah energi disebut masukkan (input) dan energi yang diubah ke bentuk yang diharapkan disebut keluaran(output). Efisiensi didefinisikan sebagai hasil bagi keluaran dan masukan dikali seratus persen dan secara matematis ditulis dengan persamaan sebagai berikut.

Pada pesawat ada beberapa definisi dari efisiensi yang menggambarkan kondisi efektifitas mesin bekerja, yaitu: A.

Efisiensi Thermal Dalam termodinamika, efisiensi termal adalah ukuran tanpa dimensi yang menunjukkan performa peralatan termal seperti mesin pembakar dalam dan sebagainya. Panas yang masuk adalah energi yang didapatkan dari sumber energi. Output yang diinginkan dapat berupa panas atau kerja, atau mungkin keduanya. Jadi, termal efisiensi dapat dirumuskan dengan

Efisiensi termal indikator adalah efisiesi termal dari siklus aktual diagram indikator. Energi berguna dari diagram indikator adalah kerja indikator dan energi

28

masuknya adalah energi dari proses pembakaran perkilogramnya. Perumusannya sebagai berikut:

Efisiensi termal efektif adalah perbandingan daya poros atau daya efektif dengan laju masuknya kalor. Dan perumusannya sebagai berikut:

B.

Efisiensi Volumetris Efisiensi volumetris mengungkapkan seberapa banyak campuran udara-bahan bakar masuk ke dalam silinder/combustion chamber. Efisiensi volumetris ηV mengindikasikan jumlah campuran udara-bahan bakar relatif terhadap atmosfir. Bila tekanan campuran udara-bahan bakar sama dengan tekanan atmosfir, maka dikatakan bahwa mesin memiliki Efisiensi volumetris 100%. Dengan menggunakan super dan turbo charger akan menaikkan tekanan masuk silinder, sehingga efisiensi volumetris mesin lebih besar dari 100%. Namun, bila silinder diisi dengan tekanan kurang dari tekanan atmosfir, maka efisiensi volumetrisnya kurang dari 100%. Efisiensi volumetris mesin biasanya berkisar antara 80% dan 100%. Daya yang dihasilkan mesin berbanding lurus dengan rasio massa bahan bakar/udara yang masuk silinder/combustion chamber. Dan berikut adalah perumusannya:

C.

Efisiensi Mekanik Efisiensi Mekanis mengindikasikan seberapa besar daya yang digunakan untuk menggerakkan mesin itu sendiri. Selisih antara daya output dengan daya

29

yang dihasilkan di dalam silinder merupakan rugi-rugi mekanis. Efisiensi mekanis dipengaruhi oleh komponen-komponen mekanis yang dipasang pada motor tersebut. Selain itu juga tergantung kecepatan mesin. Semakin besar kecepatan, semakin besar pula daya yang digunakan untuk menggerakkan motor. Ini berarti bahwa rugi-rugi mekanis semakin besar bila kecepatan motor semakin timbulnya gesek mesin daya motor efektif yang tersedia dikurangi dengan daya yang diperlukan untuk menggerakkan perlengkapan, seperti misalnya alternator, pompa hidroslis sistem kemudi, pompa air, sistem pengereman dan kompresor.1 Ukur

temperatur

sebelum

masuk

kompresor,

T1,

temperatur

keluar

kompresor(masuk combustion chamber), T2, temperatur keluar ruang bakar(akan masuk turbin), T3, dan temperatur keluaran Turbin (T4). Selanjutnya ukur tekanan terendah, P1 dan tertinggi, P2. Enthalpy setiap titik, diperoleh dari tabel untuk udara. h1

=

h [ T1 ; P1 ]

h2

=

h [ T2 ; P2 ]

h3

=

h [ T3 ; P3 ]

h4

=

h [ T4 ; P4 ]

Diperoleh dari neraca energi untuk volume atur, Daya Turbin [ Wt ]

=

h3 – h4

Daya Kompresor [ Wk ]

=

h2 – h1

Asupan energy [ Qin ]

=

h3 – h2

Maka, efisiensi termal (air standard analysis), η = Wt - Wc / Qin η = (h3-h4) - (h2-h1) / (h3-h2) η = (h3-h2) - (h4-h1) / (h3-h2) η = 1 - [ (h4-h1) / (h3-h2) ]

30

Jika kapasitas panas jenis, Cp, dianggap konstan, maka efisiensi menjadi, η = 1 - [ Cp(T4-T1) / Cp(T3-T2) ] η = 1 - [ (T4-T1) / (T3-T2) ] Perbandingan efisiensi "Air-Standard Analysis" terhadap asumsi panas jenis konstan (Cold Air-Standard Analysis) berkisar ~ 5%.

31

BAB II ( PLTGU ) PLTGU merupakan suatu instalasi peralatan yang berfungsi untuk mengubah energi panas ?hasil pembakaran bahan bakar dan udaraA menjadi energi listrik yang bermanfaat.Pada dasarnya, sistem PLTGU ini merupakan penggabungan antara PLTG dan PLTU. PLTU memanfaatkan energi panas dan uap dari gas buang hasil pembakaran di PLTG untuk memanaskan air di HRSG ( Heat Recovery Steam Generator) , sehingga menjadi uap jenuh kering. Uap jenuh kering inilah yang akan digunakan untuk memutar sudu (baling-baling). Gas yang dihasilkan dalam ruang bakar pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) akan menggerakkan turbin dan kemudian generator, yang akan mengubahnya menjadi energi listrik.

3.1. Nilai tambah PLTGU dibanding PLTG 

Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya



Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) pada PLTGU lebih rendah.



Proses pembangunan PLTGU relatif lebih cepat.



Kapasitas daya PLTGU bervariasi dari kecil hingga besar.



Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan.



Fleksibilitas PLTGU tinggi.



Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih sedikit.



Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan pengoperasian.



Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit.



Prosedur pemeliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistem diagnosa.

32

BAB IV ( KOMPONEN TURBIN GAS ) 4.

Komponen Utama

Gambar 4 Komponen Utama Turbin Gas Sistem turbin gas yang dipergunakan pada sebuah pembangkit listrik tenaga gas (PLTG), sebenarnya memiliki tiga komponen yang paling utama. Komponen tersebut adalah kompresor, ruang bakar atau combustion chamber, dan turbin. Namun tentu saja terdapat berbagai komponen pendukung yang juga cukup penting keberadaannya. Berikut akan kita bahas secara lebih mendalam komponen-komponen sistem turbin gas PLTG tersebut:

4.1. Kompresor Berdasarkan Siklus Brayton, kompresor pada sistem turbin gas berfungsi untuk memampatkan udara sehingga ekspansi udara pada saat keluar dari combustion chamber, terjadi secara maksimal. Udara atmosfer masuk ke sisi inlet kompresor

33

setelah melewati filter udara. Pada sisi outlet kompresor, udara telah berada pada rasio tekanan tertentu dan siap untuk masuk ke ruang bakar. Kompresor sentrifugal dan axial menjadi dua tipe kompresor yang diaplikasikan pada sistem turbin gas. Kompresor sentrifugal lebih banyak digunakan pada sistem turbin gas yang berukuran kecil seperti mesin turbojet, karena kemampuannya yang hanya mampu menghasilkan rasio kompresi hingga 3,5:1. Sedangkan kompresor axial lebih banyak digunakan pada turbin gas berukuran besar. Hal tersebut dikarenakan satu stage sudu kompresor aksial memiliki rasio kompresi 1,1:1 hingga 1,4:1. Dan jika menggunakan sistem multistage sudu, rasio kompresi dapat mencapai hingga 40:1.

Gambar 4.1.a Kompresor Aksial Multistage Pada Turbin Gas Satu stage kompresor aksial tersusun atas dua bagian sudu yakni rotor dan stator. Sudu

rotor

berbentuk

aerofoil

(semacam

sayap

pesawat)

berfungsi

untuk

mengakselerasi udara sehingga kecepatannya meningkat. Sedangkan sudu stator berbentuk difuser, yang berfungsi untuk mengkonversi kecepatan udara tersebut menjadi tekanan. Sehingga prinsip kerja kompresor aksial pada turbin gas ini adalah dengan mengakselerasi kecepatan udara, diikuti dengan pengkonversian kecepatan udara tersebut menjadi tekanan oleh difuser. Pada sisi akhir stator terdapat difuser yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan udara serta mengontrol kecepatannya sebelum masuk ke area combustion chamber.

34

Gambar 4.1.b Perubahan Kecepatan dan Tekanan Udara Kompresor Aksial Fluida kerja turbin gas adalah udara atmosfer. Debit aliran udara yang dibutuhkan oleh mesin ini sangat besar. Sehingga udara yang masuk ke dalam sistem turbin gas harus sangat bersih. Partikel-partikel pengotor seperti debu dan pasir tidak boleh ikut terbawa masuk, karena tentu saja partikel-partikel tersebut dapat mengikis sudu-sudu kompresor dan turbin.

35

Gambar 4.1.c Kerusakan Sudu Turbin Akibat Partikel Pengotor Udara Setiap sistem turbin gas selalu dilengkapi dengan filter inlet udara. Filter ini berfungsi untuk mencegah partikel-partikel pengotor masuk ke dalam sistem turbin gas. Hal tersebut dikarenakan adanya berbagai macam resiko yang mungkin terjadi jika partikel-partikel tersebut masuk ke dalam sistem turbin gas. Berikut adalah resikoresiko tersebut: o

Kerusakan parah akibat masuknya benda-benda asing seperti batu, kerikil, kayu, dan lain sebagainya.

o

Pasir dan debu dapat mengerosi atau mengikis komponen-komponen turbin gas secara perlahan.

o

Partikel-partikel halus juga dapat membentuk kerak di area sudu-sudu jika berkombinasi dengan air, uap minyak, dan garam-garaman.

o

Jika partikel pengotor mencapai temperatur leburnya pada sisi keluaran combustion chamber, sangat mungkin ia akan bereaksi fusi dengan permukaan sudu turbin sehingga dapat mengubah struktur kimia dan sifat-sifat fisiknya.

36

o

Kerusakan terakhir yang mungkin terjadi adalah korosi pada sudu-sudu kompresor dan turbin akibat masuknya zat-zat asing seperti garam-garaman, asam-asaman, uap, atau juga gas-gas aktif seperti klorin, oksida, dan sulfit.

Gambar 4.1.d Filter Udara Pada Sistem Gas Turbin Penentuan jenis filter turbin gas sangat bergantung pada kondisi lingkungan sekitar. Turbin gas yang dibangun di area gurun pasir tentu menggunakan tipe filter yang berbeda dengan jika dibangun di area sekitar hutan. Pemilihan filter yang tepat sangat berpengaruh terhadap performa dan usia kerja turbin gas, dan juga dapat mengurangi kebutuhan perawatan rutin turbin gas tersebut.

37

4.1.1. Unjuk Kerja Kompresor Daya yang diperlukan kompresor tidak hanya untuk proses kompresi gas, tetapi juga untuk mengatasi kendala-kendala mekanis, gesekan-gesekan, kendala tahanan aerodinamik aliran udara pada katup dan saluran saluran pipa, kebocoran-kebocoran gas, proses pendinginan, dan lain-lain. Kendala-kendala tersebut akan mengurangi daya poros kompresor. Namun untuk menentukan seberapa besar pengaruh masing-masing kendala tersebut adalah sangat sulit. Secara teori perhitungan daya yang dibutuhkan untuk proses pemampatan kompresi bertingkat adalah sebagai berikut:

dimana: Pad

=

daya untuk proses kompresi adiabatis (kW)

m

=

jumlah tingkat kompresi

Qs

=

volume gas ke luar dari tingkat terakhir (m3/menit) ( dikondisikan tekanan dan temperatur hisap)

ps

=

tekanan hisap tingkat pertama (N/m2)

pd

=

tekanan ke luar dari tingkat terakhir ( N/m2)

n

=

1,4 (udara) adiabatis

=

1 isotermal

Daya kompresi adiabatis di atasadalah sama dengan daya poros kompresor dikurangi dengan kendala-kendala kompresi atau dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut: P ad

=

P poros

-

P kendala =

P berguna

38

Secara teori, efisiensi sistem adalah perbandingan daya berguna dengan daya masuk sistem, maka efisiensi kompresor dapat dirumuskan dengan persaman berikut:

Berdasarkan rumus tersebut dapat diketahui bahwa semakin tinggi efisiensi, daya poros yang dibutuhkan menjadi berkurang, sehingga secara ekonomis menguntungkan. Sedangkan untuk menghitung tinggi yang dihasilkan kompresor adalah sebagai berikut:

Daya yang dibutuhkan kompresor untuk menghasilkan udara mampat dengan tinggi tekan sebesar H :

Dari rumusan diatas, dapat diketahui bahwa beberapa hal parameter yang harus diukur pada kompresor adalah Laju aliran massa dan tekanan. Sebab, dari parameter itulah kita menentukan baik-buruknya kerja kompresor.

39

Contoh soal : Sebuah kompresor digunakan untuk menghasilkan udara mampat pada sebuah instalasi industri. Pompa meghasilkan tekanan akhir sebesar 3 atm, debit udara masuk kompresor sebesar 7200 m3/menit, hitung berapa daya kompresor? Juga tentukan daya poros apabila efiseisi kompresor 80% ! Diketahui : Qs

=

7200

m3/jam

=

2

m3/detik

Ps

=

1

atm

=

101325

Pa

Pd

=

3

atm

=

303975

Pa

n

=

1,4

Kerja kompresor adiabatik:

4.2. Turbin Gas Ada dua tipe turbin gas yang selama sejarah pengembangannya digunakan untuk kebutuhan pembangkit tenaga listrik. Keduanya adalah turbin gas tipe aksial dan sentrifugal. Namun pada prakteknya, turbin gas tipe aksial lebih lazim digunakan karena lebih efisien ketimbang tipe sentrifugal.

40

Gambar 4.2.a Turbin Gas Aksial vs Sentrifugal Selain ada dua tipe di atas, turbin gas juga dapat berupa turbin impuls maupun turbin reaksi. Turbin impuls adalah turbin yang putaran porosnya diakibatkan oleh tumbukan fluida bertekanan ke sudu-sudu rotor. Sedangkan turbin reaksi adalah turbin yang putaran rotornya diakibatkan oleh dorongan fluida kerja yang menyemprot keluar dari sudu-sudu rotor. Penerapan turbin impuls atau reaksi pada turbin gas, ditunjukan dengan bilangan rasio reaksi (baca artikel Reaction Ratio Pada Turbin Uap berikut).

41

Gambar 4.2.b Skema Turbin Gas Tipe Impuls Ciri-ciri turbin gas tipe impuls adalah posisi nozzle yang terletak pada sisi stator. Sedangkan sudu rotor murni berfungsi menerima tumbukan dari udara panas, dan hanya membelokan arah udara sekitar 90°. Nozzle pada sisi stator berfungsi untuk merubah energi panas pada udara, menjadi kecepatan kinetik. Kecepatan kinetik udara tersebut akan menabrak sudu rotor, dan sudu rotor ini akan merubah kecepatan kinetik udara menjadi kecepatan mekanis. Tampak pada diagram di atas, bahwa peningkatan kecepatan kinetik terjadi pada setiap tingkatan nozzle stator. Dan penurunan tekanan statik udara hanya terjadi pada setiap tingkatan sudu rotor. Turbin impuls jika

42

ditunjukan dengan bilangan rasio reaksi, maka turbin impuls adalah turbin reaksi yang memiliki angka rasio reaksi nol (R = 0) Turbin reaksi murni memiliki angka rasio reaksi satu (R = 1). Nozzle pada turbin reaksi murni terletak hanya pada sisi rotor. Sehingga perubahan energi panas menjadi energi kinetik, hanya terjadi pada setiap sudu rotor. Sudu stator hanya berfungsi untuk membelokan arah aliran udara panas kembali ke rotor stage selanjutnya. Energi kinetik yang dibangkitkan oleh sudu rotor ini, langsung dikonversikan menjadi energi mekanik putaran rotor oleh sudu rotor tersebut. Turbin reaksi murni tipe ini sangat tidak praktis, karena kecepatan putaran rotor harus sangat cepat untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi.

Gambar 4.2.c Skema Turbin Gas Tipe Reaksi Turbin gas dengan rasio kompresi 0,5 memiliki efisiensi yang paling baik. Tidak salah jika turbin jenis ini adalah yang paling banyak diaplikasikan di berbagai kebutuhan termasuk untuk pembangkit tenaga listrik. Pada turbin reaksi ini, sudu rotor dan stator didesain sebagai nozzle. Sehingga perubahan energi panas di dalam udara menjadi energi kinetik, terjadi pada setiap tingkatan sudu. Nampak pada gambar di atas bahwa penurunan tekanan statik juga terjadi pada setiap tingkatan sudu.

43

4.2.1. Unjuk Kerja Turbin gas Daya yang dihasilkan turbin gas tidak hanya digunakan untuk menggerakkan kompresor, tetapi juga untuk menggerakkan baling-baling pesawat (aeroduty) dan generator (heavyduty). Secara teori perhitungan daya yang dihasilkan dari proses ekspansi gas panas adalah sebagai berikut: Wt = (ma + mf) cp [T3 - T4] Dimana : Wt

=

Daya turbin [kW]

ma

=

Laju aliran massa udara [Kg/s]

mf

=

Laju aliran massa bahan bakar [Kg/s]

cp

=

Spefific heat bahan bakar [kJ/Kg K]

T3

=

Temperature masuk turbin [K]

T4

=

Temperature keluar turbin [K]

Dari rumusan diatas, dapat diketahui bahwa beberapa hal parameter yang harus diukur pada turbin gas adalah Laju aliran massa dan temperature. Sebab, dari parameter itulah kita menentukan baik-buruknya kerja turbin gas. Contoh soal : Diketahui sebuah Turbin bekerja dengan menafaatkan aliran bahan bakar 10 Kg/s dan terbaca pada alat ukur aliran udara 5 Kg/s. Pada kontrol monitor terbaca T3 = 1000 K dan T4 = 600 K dan nilai spesifik heat bahan bakar yang digunakan 1,5 kJ/Kg K. tentukan daya tuurbin gas yang dihasilkan : Wt

=

???? [kW]

ma

=

5 [Kg/s]

mf

=

10 [Kg/s]

cp

=

1,5 [kJ/Kg K]

T3

=

1000 [K]

T4

=

600 [K]

44

Wt = ( 10 + 5 ) x 1,5 x [1000 - 600] Wt = ( 15 ) x 1,5 x [400] Wt = 9000 kW Wt = 9 MW

4.3. Ruang Bakar Udara bertekanan dari kompresor akan masuk menuju ruang bakar yang biasa disebut combustion chamber atau combustor. Di dalam combustor, oksigen dalam udara akan bereaksi dengan bahan bakar sehingga menghasilkan panas. Panas tersebut diserap oleh komponen udara sisa seperti nitrogen sehingga udara hasil pembakaran mengalami semacam pemuaian secara cepat.

Gambar 4.3.a Combustor Pada Gas Turbin Combustor turbin gas tersusun atas beberapa komponen yang penting untuk diketahui, berikut adalah komponen-komponen tersebut: o

Casing. Casing ruang bakar pada turbin gas berfungsi utama sebagai dinding yang membatasi proses bertekanan tinggi yang ada di dalam ruang bakar, dengan udara yang bertekanan atmosfer. Casing ini tidak terlalu terekspos dengan

45

temperatur tinggi karena di sisi dalamnya merupakan tempat udara mengalir sebelum masuk ke dalam ruang bakar yang sebenarnya.

Gambar 4.3.b Skema Bagian-bagian Combustor o

Difuser. Difuser ini dilewati oleh udara kompresi sesaat sebelum masuk ke ruang bakar. Tujuan dari adanya difuser ini adalah untuk menurunkan kecepatan aliran udara, dan meningkatkan lagi tekanan kerja. Sehingga nantinya proses pembakaran terjadi dengan kecepatan yang optimal.

o

Dome/Swirler. Swirler menjadi tempat masuknya udara primer ke dalam ruang bakar. Komponen ini didesain khusus sehingga dapat menciptakan aliran turbulen pada saat udara primer masuk ke dalam dome.

o

Injektor Bahan Bakar. Injektor menjadi tempat masuknya bahan bakar ke dalam ruang bakar. Bersama-sama dengan swirler, injektor bertugas menciptakan kondisi sehingga terjadi pencampuran yang tepat antara udara dengan bahan bakar.

46

Gambar 4.3.c Bagian-bagian Combustor o

Ignitor. Komponen ini sama seperti busi pada mesin mobil atau sepeda motor. Ia berfungsi sebagai pemantik api sehingga proses pembakaran dapat terjadi. Ignitor ini menggunakan arus listrik untuk menciptakan percikan api. Dan biasanya hanya digunakan pada proses awal penyalaan turbin gas, jika api di dalam ruang bakar sudah menyala, maka ignitor akan otomatis mati.

o

Liner. Liner inilah yang menjadi dinding sebenarnya dari proses pembakaran. Pada dinding liner ini terdapat lubang-lubang yang berfungsi untuk mengatur masuknya udara sekunder dan tersier ke dalam ruang bakar. Udara terkompresi yang masuk ke combustor terbagi menjadi empat bagian,

udara primer (primary air), udara sekunder (secondary air), udara tersier, dan udara pendingin. Udara primer masuk melalui swirler, menciptakan aliran turbulen sehingga pencampuran udara dengan bahan bakar menjadi optimal. Pada proses ini udara primer juga berfungsi untuk mengevaporasi bahan bakar, karena selain udara primer ini bertekanan, ia juga memiliki temperatur yang tinggi karena proses kompresi sebelumnya.

47

Gambar 4.3.d Skema Proses Pembakaran di Dalam Combustor Campuran udara dan bahan bakar kemudian terbakar dan menuju ke zona pembakaran. Di zona pembakaran ini udara sekunder masuk ke dalam liner dan jumlah oksigen yang masuk menyempurnakan proses pembakaran. Secara ideal, udara sekunder ini bertugas mengirim oksigen ke ruang bakar untuk bereaksi dengan bahan bakar, sehingga tidak ada bahan bakar sedikitpun yang belum terbakar pada saat udara panas keluar dari combustion chamber. Udara tersier, atau juga biasa disebut dengan delution air, masuk ke dalam ruang bakar pada sisi akhir ruang tersebut. Udara ini berfungsi untuk menyerap secara lebih merata keseluruhan energi panas yang telah dibangkitkan oleh proses pembakaran. Penyerapan energi panas yang merata ini akan diikuti dengan ekspansi volume udara (sebut juga pemuaian cepat) yang lebih merata. Sehingga udara panas yang keluar dari combustion chamber memiliki temperatur, atau sebut saja energi panas, yang merata pada semua bagian.

48

Gambar 4.3.e Multiple Combustion Chamber Udara pendingin adalah bagian terakhir udara terkompresi yang masuk ke dalam ruang bakar. Udara ini masuk melalui lubang-lubang kecil liner, dan membentuk lapisan film tipis untuk mendinginkan plat liner. Sehingga panas yang dihasilkan proses pembakaran lebih optimal diserap oleh udara terkompresi, dan tidak terserap justru komponen-komponen combustor.

4.4. Sistem Pelumasan Sama dengan turbin uap, turbin gas menggunakan dua tipe bearing wajib yaitu journal bearing dan thrust bearing. Journal bearing adalah bearing yang berfungsi untuk menahan beban berat dari seluruh komponen turbin gas. Sedangkan thrust bearing bertugas untuk menahan beban aksial yang muncul pada komponen-komponen turbin gas akibat gaya dorong aksial udara panas bertekanan di dalamnya.

49

Gambar 4.4.a Journal Bearing Pada Turbin Gas Pada sebuah hasil percobaan yang dirilis oleh Fakultas Teknik Mesin Universitas Tokyo, menunjukan bahwa beban aksial dan radial pada saat proses penyalaan awal gas turbin, bernilai sangat fluktuatif. Oleh karena itu, penggunaan thrust dan journal bearing harus didesain dengan tepat. Beberapa parameter yang mempengaruhi desain bearing antara lain adalah beban total, kecepatan putaran rotor, sistem lubrikasi yang digunakan, susunan shaft, target keawetan, sistem mounting, dan kondisi lingkungan.

50

Gambar 4.4.b Pemodelan Turbin Gas Mini

Gambar 4.4.c Putaran Rotor Pada Saat Proses Start Up

51

Gambar 4.4.d Rotor Displacement Pada Saat Proses Start Up Sistem bearing pada turbin gas tidak dapat dilepaskan dari sistem lubrikasi oli. Pada saat turbin gas beroperasi, permukaan journal bearing dan thrust bearing terbentuk lapisan film oli sebagai pelapis bertemunya permukaan bearing dengan stator maupun rotor. Oli lubrikasi ini disirkulasikan dengan melewati filter dan heat exchanger untuk menjaga agar oli tetap bersih dan dingin.

52

Gambar 4.4.e Sistem Lubrikasi Oli Turbin Gas

4.5. Sistem Seal Labyrinth seal pada turbin gas berfungsi untuk mencegah udara bertekanan di dalam sistem gas turbin bocor keluar atmosfer melalui sela-sela antara stator dan rotor. Sistem seal ini menggunakan sebuah komponen berbentuk kelak-kelok untuk memecah tekanan udara tinggi sehingga udara bertekanan tidak sampai bocor keluar sistem. Labyrinth seal sangat efektif digunakan pada turbin gas maupun turbin uap, karena

53

ukuran kedua mesin tersebut yang besar menyebabkan tidak mungkin menggunakan sistem seal konvensional seperti gland packing atau mechanical seal.

Gambar 4.5 Macam-macam Desain Labyrinth Seal Pada Turbin Gas

54

4.6. Komponen Pendukung 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 :

B.



Diesel Engine, (PG –9001A/B)



Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)



Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)

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: 

Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.



Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.



Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.

55

Gambar 4.6.B Coupling Turbine

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 Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai

lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu: 

Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.



Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun. 56



Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.

Gambar 4.6.D Lube oil system

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:

F.



Off base Water Cooling Unit



Lube Oil Cooler



Main Cooling Water Pump



Temperatur Regulation Valve



Auxilary Water Pump



Low Cooling Water Pressure Switch. Rheater Output turbin gas bisa ditingkatkan secara berarti dengan mengekspansikan

udara panas dalam dua tingkat dengan reheater diantara dua tingkat. Gambar skematik untuk reheat diperlihatkan pada gambar 57

Gambar 4.6.F.a Skema susunan turbin gas siklus tertutup dengan reheating. Udara pertama-tama dikompresi dengan kompresor, dan diteruskan ke ruang pemanas, dan kemudian ke turbin pertama. Kemudian udara sekali lagi dilewatkan ke ruang pemanas yang lainnya dan kemudian dialirkan ke turbin kedua. Terakhir turbin didinginkan di ruang pendingin dan setelah itu diteruskan ke kompresor. Proses pemanasan dua turbin diperlihatkan oleh diagram T-s pada gambar

Gambar 4.6.F.b Diagram T-s untuk reheating.

58



Proses 1-2 : pemanasan udara di ruang pemanas pertama pada tekanan konstan.



Proses 2-3 : ekspansi isentropik udara pada turbin pertama.



Proses 3-4 : pemanasan udara pada ruang pemanas kedua. Pada tekanan konstan.



Proses 4-5 : ekspansi isentropik udara pada turbin kedua.



Proses 5-6 : pendinginan udara pada intercooler pada tekanan konstan.



Proses 6-1 : kompresi udara pada kompresor. Kerja yang dihasilkan turbin per kg udara: Wt = Cp [(T2 – T3) + (T4 – T5)] Kerja yang diperlukan kompresor per kg udara: Wc = Cp (T1 – T6) Kerja netto yang tersedia: W = Wt – Wc 4

4.7. Komponen Alat Ukur A.

Termokopel Termokopel adalah perangkat listrik yang terdiri dari dua konduktor berbeda yang membentuk sambungan listrik pada suhu yang berbeda. Termokopel menghasilkan voltase tergantung suhu akibat efek termoelektrik, dan voltase ini dapat diartikan untuk mengukur suhu. Termokopel adalah tipe sensor suhu yang banyak digunakan. Termokopel Komersial murah, mudah digantikan, dilengkapi dengan konektor standar, dan dapat mengukur berbagai suhu. Berbeda dengan kebanyakan metode pengukuran suhu lainnya, termokopel bertenaga sendiri dan

59

tidak memerlukan eksitasi eksterior. Keterbatasan utama dengan termokopel adalah akurasi; Kesalahan sistem kurang dari satu derajat Celcius (° C) bisa sulit dicapai. Termokopel banyak digunakan dalam sains dan industri. Aplikasi meliputi pengukuran suhu untuk kiln, knalpot turbin gas, mesin diesel, dan proses industri lainnya. Termokopel juga digunakan di rumah, kantor dan bisnis sebagai sensor suhu di termostat, dan juga sebagai sensor nyala pada perangkat pengaman untuk peralatan utama bertenaga gas. Pada tahun 1821, fisikawan Jerman Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa ketika logam yang berbeda digabungkan di ujungnya dan ada perbedaan suhu antara sendi, medan magnet diamati. Pada saat Seebeck menyebut ini sebagai termo-magnetisme. Medan magnet yang dia amati kemudian ditunjukkan karena arus listrik termo. Dalam penggunaan praktis, tegangan yang dihasilkan pada satu persimpangan dua jenis kawat berbeda adalah apa yang menarik karena hal ini dapat digunakan untuk mengukur suhu pada suhu yang sangat tinggi dan rendah. Besarnya tegangan tergantung pada jenis kawat yang digunakan. Umumnya, tegangan berada pada kisaran mikrovolt dan perawatan harus dilakukan untuk mendapatkan pengukuran yang bisa digunakan. Meskipun arus mengalir sangat sedikit, daya dapat dihasilkan oleh sambungan termokopel tunggal. Pembangkitan listrik menggunakan beberapa termokopel, seperti pada thermopile, biasa terjadi.

K-type termokopel (chromel-alumel) dalam konfigurasi pengukuran termokopel standar. Tegangan yang terukur dapat digunakan untuk menghitung suhu, asalkan suhu itu diketahui.

60

Konfigurasi standar penggunaan termokopel ditunjukkan pada gambar. Secara singkat, suhu yang diinginkan T yang diukur diperoleh dengan menggunakan tiga masukan - fungsi karakteristik E (T) dari termokopel, voltase V yang diukur, dan suhu junction referensi 'T referensi. Solusi untuk persamaan E (T yang diukur) = V + E (T referensi) menghasilkan T yang diukur. Rincian ini sering disembunyikan dari pengguna karena blok persimpangan referensi (dengan termometer T referensi), voltmeter, dan pemecah persamaan digabungkan menjadi satu produk tunggal.

Perbandingan jenis Tabel di bawah ini menjelaskan sifat dari beberapa jenis termokopel yang berbeda. Dalam kolom toleransi, T mewakili suhu sambungan panas, dalam derajat Celsius. Misalnya, termokopel dengan toleransi ± 0,0025 × T akan memiliki toleransi ± 2,5 ° C pada 1000 ° C. Temperature range (°C) Type

Tolerance class (°C)

Color code

Continuous Short-term One

Two

IEC[23]

BS

ANSI

Low High Low High −40 – 333: −40 – 375: ±1.5 ±2.5 K

0

+1100 −180 +1300 375 – 1000: ±0.004×T

333 – 1200: ±0.0075×T

−40 – 375: ±1.5 J

0

+750 −180 +800

375 – 750: ±0.004×T

N

0

−40 – 333: ±2.5 333 – 750: ±0.0075×T

+1100 −270 +1300 −40 – 375: ±1.5 −40 – 333: 375 – 1000: ±2.5

61

±0.004×T

333 – 1200: ±0.0075×T 0 – 600:

0 – 1100: ±1.0 R

0

+1600 −50 +1700 1100 – 1600:

±1.5

Not

600 –

defined

±0.003×(T − 767) 1600: ±0.0025×T 0 – 600: 0 – 1100: ±1.0 S

0

+1600 −50 +1750 1100 – 1600:

±1.5

Not

600 –

defined

±0.003×(T − 767) 1600: ±0.0025×T 600 – B

+200 +1700 0

+1820 Not available

1700: ±0.0025×T

−40 – 125: ±0.5 T

−185 +300 −250 +400

125 – 350: ±0.004×T

−40 – 375: ±1.5 E

0

+800 −40 +900

375 – 800: ±0.004×T

No

No

Not

standard standard defined

−40 – 133: ±1.0 133 – 350: ±0.0075×T −40 – 333: ±2.5 333 – 900: ±0.0075×T

Reproducibility 0.2% of the Chromel/AuFe −272 +300

N/A

N/A

voltage. Each sensor needs individual calibration.

62

B.

Pressure meter

Gambar 4.7.B.a Contoh alat pengukur tekanan Bourdon yang banyak digunakan Banyak teknik yang telah dikembangkan untuk pengukuran tekanan dan vakum. Instrumen yang digunakan untuk mengukur dan menampilkan tekanan dalam unit integral disebut pengukur tekanan atau alat pengukur vakum. Manometer adalah contoh yang baik karena menggunakan kolom cairan untuk mengukur dan menunjukkan tekanan. Demikian juga Bourdon gauge yang banyak digunakan adalah alat mekanis yang mengukur dan menunjukkan, dan mungkin juga tipe pengukur yang paling dikenal. Alat pengukur vakum adalah alat pengukur tekanan absolut yang digunakan untuk mengukur tekanan lebih rendah dari pada tekanan atmosfir di sekitar.

63

Metode pengukuran tekanan lainnya melibatkan sensor yang dapat mentransmisikan pembacaan tekanan ke indikator jarak jauh atau sistem kontrol (telemetri).

Tekanan mutlak, alat ukur dan perbedaan - nol referensi Pengukuran tekanan setiap hari, seperti tekanan ban kendaraan, biasanya dilakukan relatif terhadap tekanan udara ambien. Dalam kasus lain, pengukuran dilakukan relatif terhadap ruang hampa atau beberapa referensi spesifik lainnya. Bila membedakan antara referensi nol ini, istilah berikut digunakan: •

Tekanan absolut nol-direferensikan terhadap kekosongan yang sempurna, menggunakan skala absolut, jadi sama dengan mengukur tekanan ditambah tekanan atmosfir.

•

Tekanan pengukur nol-direferensikan terhadap tekanan udara ambien, jadi sama dengan tekanan absolut dikurangi tekanan atmosfir. Tanda-tanda negatif biasanya dihilangkan. Untuk membedakan tekanan negatif, nilainya dapat ditambahkan dengan kata "vakum" atau alat pengukur tersebut dapat diberi label sebagai "alat pengukur vakum." Ini selanjutnya dibagi menjadi dua subkategori: vakum tinggi dan rendah (dan terkadang vakum sangat tinggi). Kisaran tekanan yang berlaku dari banyak teknik yang digunakan untuk mengukur vacuums memiliki tumpang tindih. Oleh karena itu, dengan menggabungkan beberapa jenis pengukur yang berbeda, adalah mungkin untuk mengukur tekanan sistem secara terus menerus dari 10 mbar sampai 10-11 mbar.

•

C.

Tekanan diferensial adalah perbedaan tekanan antara dua titik.

Flow meter Pengukuran aliran adalah kuantifikasi pergerakan fluida. Arus dapat diukur dengan berbagai cara. Flow meter perpindahan positif mengumpulkan volume cairan yang tetap dan kemudian menghitung berapa kali volume diisi untuk mengukur aliran. Metode pengukuran arus lainnya bergantung pada gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir karena mengatasi penyempitan yang 64

diketahui, untuk secara tidak langsung menghitung arus. Arus dapat diukur dengan mengukur kecepatan fluida di atas area yang diketahui.

Gas Gas merupakan fluida yang dapat terkompresi dan berubah volume bila ditempatkan di bawah tekanan, dipanaskan atau didinginkan. Volume gas di bawah satu set tekanan dan kondisi suhu tidak setara dengan gas yang sama dalam kondisi yang berbeda. Referensi akan dibuat pada laju alir "sebenarnya" melalui laju flow meter dan "standar" atau "dasar" melalui meter dengan unit seperti acm / h (meter kubik per jam), sm3 / detik (meter kubik standar per detik). ), kscm / h (ribu meter kubik standar per jam), LFM (kaki linier per menit), atau MMSCFD (juta kaki kubik standar per hari). Laju aliran massa gas dapat diukur secara langsung, terlepas dari efek tekanan dan suhu, dengan flow meter massa termal, flow meter massa Coriolis, atau pengendali aliran massa

Cair Untuk cairan, berbagai unit digunakan tergantung pada aplikasi dan industri, tapi mungkin termasuk galon per menit, liter per detik, gantang per menit atau, saat menggambarkan arus sungai, cumecs (meter kubik per detik) atau acre- Kaki per hari Dalam oseanografi unit umum untuk mengukur volume transportasi (volume air yang diangkut oleh arus misalnya) adalah sverdrup (Sv) setara dengan 106 m3 / s. Temperatur, Tekanan, dan aliran yang diukur dimaksudkan untuk memastikan bahwa turbin gas beroperasi dalam kondisi alat atau dalam kondisi aman.

i.

Pengukuran aliran dengan mekanis Meteran perpindahan positif bisa dibandingkan dengan ember dan stopwatch. Stopwatch dimulai saat arus mulai, dan berhenti saat ember 65

mencapai batasnya. Volume dibagi dengan waktu memberikan laju alir. Untuk pengukuran terus menerus, kita memerlukan sistem pengisian dan pengosongan ember yang terus menerus untuk membagi aliran tanpa melepaskannya dari pipa. Perpindahan volumetrik yang terus menerus terbentuk dan ambruk ini bisa berbentuk piston yang bergantian dalam silinder, perkawinan gigi gigi melawan dinding internal meter atau melalui rongga progresif yang dibuat dengan memutar roda gigi oval atau sekrup heliks. 

Piston meter/rotary piston



Oval gear meter

Gambar 4.7.C.a A positive displacement flowmeter of the oval gear type. Fluid forces the meshed gears to rotate; each rotation corresponds to a fixed volume of fluid. Counting the revolutions totalizes volume, and the rate is proportional to flow. 

Gear meter

66



Helical gear



Nutating disk meter



Variable area meter



Turbine flow meter



Woltman meter



Single jet meter



Paddle wheel meter



Multiple jet meter



Pelton wheel



Current meter

Gambar 4.7.C.b A propeller-type current meter as used for hydroelectric turbine testing. Pengukuran aliran dengan Tekanan Ada beberapa jenis flow meter yang mengandalkan prinsip Bernoulli, baik dengan mengukur tekanan diferensial dalam penyempitan, atau dengan mengukur tekanan statis dan stagnasi untuk mendapatkan tekanan dinamis. 67



Venturi meter



Orifice plate



Dall tube



Pitot-tube



Multi-hole pressure probe



Cone meters

Gambar 4.7.C.c 8inch (200mm) V-cone flowmeter shown with ANSI 300# raised face weld neck flanges 

Linear resistance meters

68

ii.

Pengukuran aliran dengan optik Meteran aliran optik menggunakan cahaya untuk menentukan laju alir. Partikel kecil yang menyertai gas alam dan industri melewati dua sinar laser yang dipusatkan jarak jauh di jalur aliran dalam pipa dengan menerangi optik. Lampu laser tersebar saat partikel melintasi balok pertama. Optik pendeteksi mengumpulkan cahaya yang tersebar pada photodetektor, yang kemudian menghasilkan sinyal pulsa. Sebagai partikel yang sama melintasi balok kedua, optik pendeteksi mengumpulkan cahaya yang tersebar pada photodetektor kedua, yang mengubah cahaya masuk menjadi pulsa listrik kedua. Dengan mengukur interval waktu antara pulsa ini, kecepatan gas dihitung seperti di mana jarak antara sinar laser dan interval waktu. Meteran aliran optik berbasis laser mengukur kecepatan partikel sebenarnya, properti yang tidak bergantung pada konduktivitas termal gas, variasi aliran gas atau komposisi gas. Prinsip operasi memungkinkan teknologi laser optik untuk menghasilkan data arus yang sangat akurat, bahkan di lingkungan yang menantang yang meliputi suhu tinggi, laju alir rendah, tekanan tinggi, kelembaban tinggi, getaran pipa dan kebisingan akustik. Meteran aliran optik sangat stabil tanpa bagian yang bergerak dan memberikan pengukuran yang sangat berulang selama umur produk. Karena jarak antara dua lembar laser tidak berubah, meter aliran optik tidak memerlukan kalibrasi berkala setelah komisioning awal mereka. Meteran aliran optik hanya membutuhkan satu titik pemasangan, bukan dua titik pemasangan yang biasanya dibutuhkan oleh jenis meter lainnya. Titik pemasangan tunggal lebih sederhana, membutuhkan lebih sedikit perawatan dan kurang rentan terhadap kesalahan. Meteran aliran optik yang tersedia secara komersial mampu mengukur arus dari 0,1 m / s sampai lebih cepat dari 100 m / s (rasio belokan 1000: 1) dan telah terbukti efektif untuk pengukuran gas suar dari sumur minyak dan kilang, sebuah Kontributor polusi atmosfer. 69

iii.

Pengukuran aliran dengan saluran terbuka Aliran saluran terbuka menggambarkan kasus dimana cairan yang mengalir memiliki permukaan atas yang terbuka ke udara; Penampang melintang hanya ditentukan oleh bentuk saluran di sisi bawah, dan bervariasi tergantung pada kedalaman cairan di saluran. Teknik yang sesuai untuk penampang aliran aliran dalam pipa tidak berguna pada saluran terbuka.

iv.



Level to flow



Area/velocity



Dye testing



Acoustic Doppler velocimetry

Pengukuran aliran dengan termal

Gambar 4.7.C.iv Suhu pada sensor bervariasi tergantung aliran massa Meteran aliran massa termal umumnya menggunakan kombinasi elemen pemanas dan sensor suhu untuk mengukur perbedaan antara perpindahan panas statis dan arus ke fluida dan menyimpulkan alirannya dengan pengetahuan tentang panas dan kerapatan cairan. Suhu fluida juga diukur dan dikompensasi. Jika kerapatan dan karakteristik panas spesifik 70

fluida konstan, meteran dapat memberikan pembacaan aliran massa secara langsung, dan tidak memerlukan kompensasi suhu tekanan tambahan selama rentang yang ditentukan. Kemajuan teknologi telah memungkinkan pembuatan flow meter termal termal pada skala mikroskopis sebagai sensor MEMS; Perangkat aliran ini dapat digunakan untuk mengukur laju aliran dalam kisaran nanolitres atau microlitres per menit. Meteran aliran massa termal (juga disebut dispersi termal atau flowmeter perpindahan termal) berteknologi digunakan untuk udara bertekanan, nitrogen, helium, argon, oksigen, dan gas alam. Sebenarnya, kebanyakan gas bisa diukur asalkan cukup bersih dan tidak korosif. Untuk gas yang lebih agresif, meteran dapat dibuat dari paduan khusus (misalnya Pelindung), dan pengeringan gas juga membantu meminimalkan korosi. Saat ini, meter aliran massa termal digunakan untuk mengukur aliran gas dalam rentang aplikasi yang semakin meningkat, seperti reaksi kimia atau aplikasi perpindahan termal yang sulit dilakukan untuk teknologi metering aliran lainnya. Hal ini karena variasi flow flow massa termal pada satu atau lebih karakteristik termal (suhu, konduktivitas termal, dan / atau panas spesifik) media gas untuk menentukan laju alir massa. 

v.

The MAF sensor

Pengukuran aliran dengan vortex Metode pengukuran aliran lainnya melibatkan penempatan tubuh tebing (disebut bar shedder) di jalur cairan. Saat cairan melewati bar ini, gangguan pada aliran yang disebut vortisitas tercipta. Jejak vortis di belakang silinder, atau dari masing-masing sisi tubuh tebing. Jejak vortex ini disebut Von Kármán vortex street setelah deskripsi matematis von Kármán pada 1912 tentang fenomena tersebut. Frekuensi di mana sisi bawah vortisitas ini pada dasarnya proporsional dengan laju alir fluida. Di dalam, di atas, atau di hilir bar gudang adalah sebuah sensor untuk

71

mengukur frekuensi penumpahan vortex. Sensor ini sering berupa kristal piezoelektrik, yang menghasilkan pulsa voltase kecil namun terukur setiap kali terjadi vortex. Karena frekuensi pulsa tegangan semacam itu juga sebanding dengan kecepatan fluida, laju alir volumetrik dihitung dengan menggunakan luas penampang melintang dari flow meter. Frekuensi diukur dan laju alir dihitung oleh elektronik flowmeter dengan menggunakan persamaan dimana frekuensi vortisitas, panjang karakteristik dari bodi tebing, adalah kecepatan aliran di atas bodi tebing, dan merupakan bilangan Strouhal, Yang pada dasarnya adalah konstan untuk bentuk tubuh tertentu dalam batas operasinya.

4.8. Sistem Proteksi Suatu sistem proteksi yang baik diperlukan pembangkit dalam menjalankan fungsinya sebagai penyedia listrik untuk dapat melindungi instrument-instrument atau peralatan dari gangguan yang dapat menyebabkan kerusakan sehingga menyebabkan terganggunya proses dipembangkit ataupun lebih jauh lagi pada proses dilapangan. Maka digunakanlah peralatan untuk melakukan proteksi dari gangguan-gangguan yang muncul pada sistem proteksi. Pada Bab akan dijelaskan tentang penggunaan peralatan proteksi relay, yang membantu sekali keberadaannya dalam sistem proteksi. Relay yang digunakan pada sistem proteksi harus memiliki syarat-syarat sebagai sistem proteksi, diantaranya : a. Sensivitas Mempunyai kepekaan yang tinggi meskipun dengan gangguan atau rangsangan yang minimum. Relay dikatakan peka apabila dapat bekerja dengan masukan besaran yang dideteksi kecil. Jadi jika relay dapat bekerja pada awal kejadian gangguan atau dengan kata lain dapat diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberikan keuntungan dimana kerusakan peralatan yang diproteksi akibat gangguan menjadi kecil. Namun demikian relay harus stabil yang artinya : 

Relay harus dapat membedakan antara gangguan arus atau arus beban maksimum.

72



Relay tidak boleh bekerja karena adanya arus inrush, yang besarnya seperti arus gangguan yaitu tiga (3) atau sampai lima (5) kali arus beban maksimum, yaitu pada saat pemasukan trafo daya.



Relay harus dapat membedakan antara adanya gangguan atau ayunan beban yang terjadi pada saat operasi atau peralatan sedang bekerja pada wilayah proteksinya.

b. Selektif Relay bertugas memproteksi peralatan atau bagian sistem dalam daerah proteksinya. Letak pemutus beban sedemikian rupa sehingga setiap bagian dari sistem dapat dipisahkan. Maka tugas relay adalah mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada daerah proteksinya dan memberi perintah untuk membuka pemutus beban untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu. Dengan demikian bagian sistem lainnya yang tidak terganggu jangan sampai dilepas dan masih beroperasi secara normal, sehingga tidak terjadi pemutus pelayanan atau pemadaman terbatas. c. Kecepatan Sistem proteksi harus cepat dalam mengatasi gangguan sehingga peralatan tidak sampai mengalami kerusakan. Relay harus dapat bekerja dengan cepat karena memperhitungkan factor-faktor sebagai berikut : 

Kerusakan peralatan atau tembusnya isolasi disebabkan oleh terjadinya tegangan lebih dan rusak terbakar karena dialiri arus gangguan terlalu lama. Dengan demikian relay harus bekerja dengan cepat.



Tidak boleh melampaui waktu penyelesaian kritis (critical clearing time) untuk sistem yang telah besar. Kecepatan relay proteksi diperlukan karena untuk menjaga kestabilan sistem agar tidak terganggu.



Gangguan hubung singkat yang tetap akan menyebabkan tegangan jatuh dan menganggu sistem operasi pada pembangkit turbin gas Central Processing Platform (CPP). Namun demikian relay tidak boleh bekerja

73

terlalu cepat (kurang dari 10 ms). Hal ini untuk mencegah relay salah bekerja karena transient oleh sebab petir, dalam hal ini arrester harus diberi kesempatan kerja lebih dulu. 

Disamping itu bila dikehendaki, waktu kerja relay dapat diperlambat sehubungan dengan masalah selektifitas, maka relay tersebut harus dilengkapi alat untuk memperlambat waktu kerja yaitu relay waktu. Dengan demikian relay proteksi ini harus bekerja

d. Keandalan Dalam keadaan normal, jika tidak ada gangguan relay tidak bekerja, mungkin berbulan-bulan atau bertahun-tahun. Tetapi bila suatu saat terjadi gangguan yang mengharuskan relay harus bekerja, maka dalam hal ini relay tidak boleh gagal bekerja dalam mengatasi gangguan tersebut. Kegagalan relay dapat mengakibatkan kerusakan yang berat bagi alat yang diproteksi atau gangguan menjadi meluas sehingga daerah yang mengalami pemadaman menjadi meluas. Keandalan relay proteksi ditentukan mulai dari rancangan, pengerjaan, beban yang digunakan dan perawatannya. Oleh karena itu setelah operasi untuk mendapatkan keandalan yang tinggi diperlukan perawatan, dalam hal ini perlu adanya pengujian secara periodic untuk menentukan apakah karateristik relay masih tetap baik atau memerlukan penyetelan kembali.

4.9. Sistem Kontrol Sistem kontrol merupakan satu kesatuan atau kumpulan dari komponenkomponen yang bekerja secara bersamaan untuk membentuk suatu konfigurasi sistem dan memiliki tujuan tertentu baik itu untuk mengatur, memberikan petunjuk maupun memberikan perintah sesuai dengan objek yang di kontrol. Tanpa adanya suatu sistem kontrol pada sistem operasi akan menyulitkan bagi proses produksi karena akan memakan waktu yang cukup lama serta biaya operasi yang banyak dan juga tidak akan mendapatkan target atau sasaran produksi yang telah ditetapkan. Fungsi dari sistem kontrol adalah untuk mengurutkan sistem operasi turbin gas pada saat starting, running, shutdown, dan untuk mendapatkan kebutuhan keamanan

74

selama semua bagian beroperasi. Sistem kontrol yang baik sangatlah diperlukan untuk meningkatkan efisiensi kerja dari pembangkit dan proses-proses yang ada dilapangan, karena semuanya bergantung dari pembangkit. Dengan sistem kontrol yang baik, disamping meningkatkan kerja mesin juga dapat digunakan sebagai proteksi dari mesin itu sendiri maka performa dari mesin dapat ditingkatkan.

Gambar 4.9 Display Sistem Kontrol Turbin Gas Bagian-bagian utama

yang termasuk dalam sistem kontrol pada pembangkit

tenaga turbin gas Central Processing Platform (CPP) Offshore Processing Facilities dilapangan minyak Ujung Pangkah PT. HESS (Indonesia-Pangkah) Ltd Gresik adalah : a. Plant Merupakan komponen fisik yang dijadikan objek atau sesuatu yang di kontrol. Plant adalah bagian utama dalam proses produksi pada CPP. b. Controller Suatu alat yang berfungsi mengatur, memberi petunjuk, member perintah sesuai dengan objek pengontrolan. Semua sistem operasi dari suatu wlayah kerja dikendalikan sesuai dengan fungsi masing-masing agar dapat berjalan baik. c. Sensor 75

Komponen yang dapat merubah besaran-besaran fisik menjadi besaran listrik. d. Elemen Ukur Merupakan suatu alat ukur yang memberikan sinyal masukan kepada controller. Elemen ukur ini bisa berupa converter maupun transmitter yang masukannya berasal dari sensor. e. Control Valve Merupakan katup proteksi yang ada pada suatu sistem kontrol yang kerjanya membuka dan menutup. Berikut ini beberapa komponen dari sistem kontrol pada pembangkit tenaga gas turbin gas Central Processing Platform (CPP) yaitu : 1. Battery Backup Sumber energy DC berkapasitas 24 Vdc untuk kebutuhan daya start awal Control Consoles jika terjadi keadaan emergency. Battery backup memberikan cadangan daya ke sistem ketika sumber utama listrik tidak tersedia atau mengalami gangguan dan pemutusan secara tidak terduga.Kapasitas dari battery backup ini disesuaikan dengan beban (load) yang ada pada sistem dan mempertahankannya dengan waktu tertentu. Battery ini selalu dalam keadaan siap pakai dan selalu terhubung dengan battery charger 24 Vdc.

76

Gambar 4.9.1.a Battery Backup Sistem Kontrol Jumlah battery yang disediakan untuk memberikan cadangan daya dan tegangan pada sistem kontrol berjumlah 2 bank battery. Dimana dalam 1 bank battery terdiri dari 24 blok battery dengan kapasitas arus 200 Ampere dan tegangan DC 1 Vdc. Jika yang tersedia adalah 2 bank battery maka total keseluruhan battery berjumlah 48 block dengan total arusnya adalah 200 Ampere dan tegangan 24 Vdc.

77

Gambar 4.9.1.b Battery Charger 24 Vdc 2. Control Consoles Control consoles adalah kotak (cabinet) atau panel kontrol yang berisi relay, monitor dan peralatan kontrol untuk turbin dan generator. Berada pada pintu kontrol panel turbin generator, yang ada pada umumnya sudah merupakan package (satu kesatuan dalam unit kotak kontrol) dari produsen turbin generator yang dipakai. Terdapat pula beberapa peralatan kontrol tambahan pada control consoles yang merupakan modifikasi kontrol pada turbin generator di Central Processing Platform (CPP). Control console biasanya berada di control room (ruang kendali) dimana semua sistem dapat dikontrol dan dipantau oleh operator dan engineer yang sedang bertugas secara bergantian (shift time).

78

Gambar 4.9.2 Control Console 3. Start Counter dan Hour Meter Start counter berfungsi untuk mencatat berapa lama dan berapa kali start yang dilakukan. Start counter difungsikan pada 66 % kecepatan, dan pada saat 90 % kecepatan akan berhenti secara sendirinya. Hour meter berfungsi untuk mencatat atau merekam (recorded) berapa lama waktu atau jam operasi dari turbin generator bekerja. 4. Temperature Turbin Berfungsi

untuk

mentransfer

sinyal

temperatur

dari

enam

buah

thermocouple yang terdapat pada turbin sebagai indikator termperatur agar turbin dapat diketahui performance kerjanya apakah bekerja sesuai dengan sistem atau mendapat gangguan yang berasal dari faktor internal dan external. 5. Generator Winding Temperature Detection System 79

Peralatan ini berfungsi sebagai pemberi informasi tentang pembacaan temperatur dari stator generator pada saat beroperasi atau bekerja. 6. Generator Bearing Temperature Monitor Cara kerja dari peralatan ini adalah ketika sebuah sensor pada bearing akan mengirim sebuah sinyal ke monitor dan alarm akan bekerja jika pembacaan temperatur berkisar 82° C (180° F). Jika temperatur terus bergerak naik hingga 93° C (199° F) maka secara otomatis akan menyebabkan shut down pada turbin generator. 7. Engine Vibration Monitor Pada Engine Vibration Monitor ini sensornya ditempatkan pada gear box dan turbin. Pembacaannya juga memiliki

dua buah set point. Pada tingkat

pertama yaitu akan mengaktifkan bahaya akan getaran awal dan selanjutnya akan getaran tinggi, sehingga akan menyebabkan shut down pada turbin generator. 8. Flame Detection Peralatan ini akan bekerja jika terlihat api sehingga sistem akan mengaktifkan fire extinguishing system. Detektor ini sangat sensitive atau peka pada cahaya ultraviolet. Oleh karena itu jika akan memulai atau melakukan suatu pekerjaan baik itu perawatan maupun lainnya yang dapat menyebabkan pintu generator package terbuka, maka sebaiknya flame detection harus di non aktifkan terlebih dahulu untuk mencegah agar sensor dari flame detection tidak dapat bekerja.

80

Gambar 4.9.8 Flame Detection 9. Gas Detection Gas detection ini akan bekerja jika sensor merasakan adanya kebocoran gas pada beberapa tempat tertentu yang dianggap besar kemungkinan timbulnya api dengan mudah. Pada saat gas detection mendapati bahwa dalam suatu wilayah kerja terdapat gas yang berbahaya dan beresiko menimbulkan percikan api, maka akan segera membunyikan alarm bahaya diseluruh anjungan pengeboran minyak lepas pantai dan selanjutnya dapat terlihat pada monitor gas detection dalam keadaan menyala (on position), sehingga dapat diputuskan lebih lanjut perlu tidaknya shut down pada keseluruhan sistem pada seluruh area kerja anjungan.

81

Gambar 4.9.9 Gas Detection

82

DAFTAR PUSTAKA "Technical Notes: Thermocouple Accuracy". IEC 584-2(1982)+A1(1989). Retrieved 2010-04-28. "Thermocouple temperature sensors". Temperatures.com. Retrieved 2007-11-04. 2002.4. Flare Metering with Optics Gas Turbine Engineering Handbook General Electric Company, Schenectady, NY. USA, Gas Turbine MaintenanceSeminar, Jakarta Indonesia, 1997.3. General Electric Company, Schenectady, NY. USA, Gas Turbine Manual Book,1987.2. Guidline for Gas Turbine Inlet Air Filtration Systems http://artikel-teknologi.com/komponen-komponen-turbin-gas/ http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-turbin-gas/ http://artikel-teknologi.com/siklus-brayton/ http://jendeladenngabei.blogspot.co.id/2013/03/pembangkit-listrik-tenaga-gas-pltg.html http://michael-suseno.blogspot.co.id/2011/09/turbin-gas.html http://najamudinmt.blogspot.co.id/2015/05/turbin-gas-digunakan-sebagaipembangkit.html http://repository.uinsuska.ac.id/3551/3/BAB%20II%20%20LANDASAN%20TEORI.pdf http://www.bently.com http://www.gepower.com

83

http://www.ilmuteknikmesin.com/2016/11/komponen-turbin-gas.html http://www.learnengineering.org/2013/02/working-of-gas-turbine-engine.html http://www.pal.co.id http://www.turbomachinerymag.com https://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_Listrik_Tenaga_Gas_dan_Uap https://taufiqurrokhman.wordpress.com/2015/03/05/daya-dan-efisiensi-kompresor/ https://www.academia.edu/31414730/MAKALAH_PLTU_PLTG_PLTGU Maherwan

P.

Boyce,

Gas

Turbine

Engineering

Hand

Book,

Gulf

ProfessionalPublishing, Prototyping of Radial and Thrust Air Bearing for Micro Gas Turbine Ramsden, Ed (September 1, 2000). "Temperature measurement". Sensors. Retrieved 2010-02-19. Robert F. Hoeft, Schenectady, NY. USA, Heavy Duty Gas Turbine Operating and Maintenance Consideration. Robert F. Hoeft, Schenectady, NY. USA, Heavy Duty Gas Turbine Operatingand Maintenance Consideration. Santoso Budi, H. Data Kuliah Turbin. 2011. Untirta-Cilegon Wikipedia: Axial Compressor Wikipedia: Combustor Wikipedia: Gas Turbine

84