TURBIN GAS

 Dasar Teori

Turbin gas merupakan mesin penggerak yang memanfaatkan energi fluida yang terkandung dalam gas sebagai fluida kerjanya. Energi fluida yang mempunyai energi kinetik tinggi tersebut digunakan untuk mendorong sudu (Bucket Turbine Wheel), sehingga menghasilkan gerak putar pada rotor.

Energi kinetik tersebut didapatkan dari hasil proses ekspansi gas setelah gas mengalami proses pembakaran.

Proses-proses yang terjadi pada suatu sistim turbin gas adalah sebagai berikut :

- Pemampatan ( compression ), udara luar dihisap dan dimampatkan

- Pembakaran ( combustion ), udara dan bahan bakar dicampurkan dan dibakar.

- Pemuaian ( expansion ), gas hasil pembakaran memuai dan mengalir keluar melalui nozzel.

- Pembuangan gas ( exhaust ), gas hasil pembakaran dikeluarkan ke atmosfer.

Dari segi perubahan momentum fluida kerjanya, turbin gas dibedakan menjadi dua golongan utama, yaitu :

a.Turbin Impulse, adalah turbin yang proses ekspansi dari fluida kerja ( proses penurunan tekanan ) hanya terjadi didalam sudu-sudu tetapnya saja (nozzel).

b.Turbin Reaksi, adalah turbin yang proses ekspansi dari fluida kerja terjadi didalam sudu tetap maupun didalam sudu geraknya. 

Gambar 3 Turbin impuls dan reaksi

Klasifikasi Turbin Gas

Beberapa type dan ukuran dari turbin gas, dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Berdasarkan sistim operasinya

- Stand by duty (Siaga)

- Continous duty (beroperasi terus menerus)

2. Berdasarkan jenis bahan bakar yang dipakai

- Bahan bakar cair (Distilate)

- Bahan bakar gas 

- Bahan bakar cair dan gas (Dual Fuel)

3. Berdasarkan arah aliran fluida

- Aliran aksial (Axial Flow)

- Aliran Radial (Radial Flow)

4. Berdasarkan konfigurasi poros (Shaft Configuration)

- Poros tunggal (Single Shaft)

- Poros terpisah (Split Shaft)

5. Berdasarkan siklus fluida kerja

- Siklus terbuka (Opened Cycle)

- Siklus tertutup (Closed Cycle)

6. Berdasarkan sistim belahan rumah turbin dan kompresor

- Belahan horisontal (Horizontal split casing)

- Belahan vertikal (Vertical split casing)

Pada umumnya turbin gas menggunakan poros tunggal (Single Shaft) atau Poros terpisah (Split Shaft). Turbin poros tunggal, dimana poros gas producer dan poros power turbin merupakan satu poros. Dengan demikian, putaran poros gas producer dan poros power turbin selalu sama. Jenis ini sangat cocok untuk beban yang tidak banyak mengalami fluktuasi. Jenis turbin ini umumnya digunakan sebagai penggerak generator listrik (Generator Drive).

Turbin dengan poros terpisah, dimana poros gas producer terpisah dengan power turbin, tetapi masih terletak pada sumbu putar yang sama. Keuntungan memakai turbin jenis poros terpisah, adalah jika terjadi perubahan beban secara tiba-tiba, kerja daripada kompresor tetap, sehingga debit udara yang dihasilkan kompresor juga tetap. Jenis turbin ini umumnya dipakai untuk penggerak mekanis (Mechanical Drive), misalnya kompresor dan pompa

3.3 Prinsip Kerja Turbin Gas

Sistim turbin gas pada dasarnya mempunyai 3 bagian yaitu :

- Kompresor Udara ( Axial Flow Compressor )

- Ruang Pembakaran ( Combustion Chamber )

- Turbin dan Exhaust

Udara dari atmosfir melalui filter udara, mengalir masuk dan dimampatkan oleh kompresor sehingga tekanan dan temperatur udara naik. Kemudian udara mengalir masuk kedalam ruang bakar, didalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar sehingga bahan bakar dan udara bercampur dengan perbandingan tertentu dan dinyalakan oleh busi (ignition plug) dan terjadilah proses pembakaran secara terus-menerus pada tekanan yang relatif konstan (constant pressure cycle).

Proses pembakaran menyebabkan kenaikan temperatur dan pengembangan volume gas hasil pembakaran. Gas hasil pembakaran keluar dari ruang bakar mengalir masuk kedalam nozzel atau stator. Pada stator, energi tekanan / potensial gas mengalami penurunan tekanan tetapi energi kecepatan gas keluar stator makin naik / tinggi. Kemudian sejumlah massa gas dengan energi kecepatan yang tinggi mendorong turbin untuk melakukan kerja memutar sudu jalan (rotor) sehingga timbul energi mekanik pada poros turbin.

Energi kecepatan gas sebagian telah diubah menjadi energi mekanik turbin maupun melawan gesekan, sedangkan sisa energi gas berupa panas dibuang ke atmosfir melalui saluran buang (exhaust stack). Pada turbin gas secara umum lebih kurang 60 % daya yang dihasilkan turbin dipergunakan untuk menggerakkan kompresor udara (axial compressor) itu sendiri dan sisanya dipergunakan untuk mengerakkan beban (generator, pompa, kompresor dan peralatan lainnya).

3.4 Siklus Ideal Turbin Gas (Siklus Brayton)

Siklus terbuka turbin gas merupakan siklus yang paling sederhana dan sering disebut siklus Brayton, yang dapat digambarkan pada diagram P-V dan T-S.

Siklus Brayton terdiri dari proses :

1-2 Proses kompresi secara isentropik di kompresor

2-3 Proses pemasukan panas secara isobar di ruang bakar

3-4 Proses ekspansi secara isentropik didalam turbin

4-1 Proses pembuangan panas secara isobar di exhaust

Gambar 3.3. Siklus Brayton Udara Standard

Komponen Utama dan Fungsinya

Peralatan yang ada pada sebuah turbin gas dapat dibagi atas beberapa bagian yang terdiri dari :

1. Bagian saluran udara masuk (Air inlet equipment)

2. Bagian pemampat udara (Compressor assembly)

3. Bagian pembakaran (combustion assembly)

4. Bagian turbin (Turbin assembly)

5. Bagian pembuangan (Exhaust assembly)