1501775140970<br />TEKNIK KONVERSI DAN KONSERVASI ENERGI<br />Turbin Gas<br />(Proses Fisis, Komponen, Kinerja, Efisiensi ...
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 (nozzle).
Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekan...
Gambar1. Turbin Gas
Komponen Turbin Gas</li></ul>Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor sectio...
HUBUNGAN ANTARA BESARAN FISIS</li></ul>Turbin gas secara termodinamika bekerja sesuai siklus brayton, yang merupakan siklu...
Proses 2-3 : pembakaran pada tekanan konstan dalam ruang bakar.
Proses 3-4 : proses ekspansi isentropic pada turbin</li></ul>Dengan demikian pada proses steady state untukmasing masing p...
Wkomp= Cp (T2a – T1)
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Teknik konversi dan konservasi energi turbin

5,815 views

Published on

0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
5,815
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
259
Actions
Shares
0
Downloads
468
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Teknik konversi dan konservasi energi turbin

  1. 1. 1501775140970<br />TEKNIK KONVERSI DAN KONSERVASI ENERGI<br />Turbin Gas<br />(Proses Fisis, Komponen, Kinerja, Efisiensi dan Rekomendasi)<br />Disusun oleh:<br />Ardhila ChadarismanNRP. 2408100015<br />JURUSAN TEKNIK FISIKA<br />FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI<br />INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER<br />SURABAYA<br />2011<br /><ul><li>PROSES FISIS YANG TERJADI PADA TURBIN GAS</li></ul>Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:<br /><ul><li>Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
  2. 2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
  3. 3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
  4. 4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
  5. 5. 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. Pada ruang pembakaran, terjadi proses 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. 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)
  6. 6.
  7. 7. Gambar1. Turbin Gas
  8. 8. Komponen Turbin Gas</li></ul>Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, danexhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbin gas:<br /><ul><li>Air Inlet Section. Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:</li></ul>Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.<br />Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.<br />Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.<br />Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.<br />Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.<br />Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan<br /><ul><li>Compressor Section. Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:</li></ul>Compressor Rotor Assembly. Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.<br />Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:<br />Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.<br />Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade.<br />Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.<br />Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.<br />Gambar2. Radial kompresor<br />Gambar3. Axial kompresor<br /><ul><li>Combustion Section. Pada 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 tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :</li></ul>Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.<br />Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.<br />Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.<br />Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.<br />Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.<br />Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.<br />Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.<br />Gambar 4. Combustion area.<br /><ul><li>Turbin Section. Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :</li></ul>Turbin Rotor Case<br />First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.<br />First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.<br />Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.<br />Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.<br />Gambar 5. Turbin<br /><ul><li>Exhaust Section. Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu :(1) Exhaust Frame Assembly, dan (2)Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.
  9. 9. HUBUNGAN ANTARA BESARAN FISIS</li></ul>Turbin gas secara termodinamika bekerja sesuai siklus brayton, yang merupakan siklus idel unyuk system turbin gas sederhana dengan siklus terbuka. Siklus ini terdiri dari 2 proses isentropic.<br />Gambar. Siklus Brayton, Diagram P-V dan diagram T-S (siklus Ideal)<br />Keterangan:<br /><ul><li>Proses 1-2: kompresi isentropis pada kompresor
  10. 10. Proses 2-3 : pembakaran pada tekanan konstan dalam ruang bakar.
  11. 11. Proses 3-4 : proses ekspansi isentropic pada turbin</li></ul>Dengan demikian pada proses steady state untukmasing masing proses di atas diperoleh:<br /><ul><li>Proses 1-2 : kerja kompresor
  12. 12. Wkomp= Cp (T2a – T1)
  13. 13. = h2a – h1(kJ/Kg)
  14. 14. Proses 2-3: pemasukan panas (combussion)
  15. 15. QRB= Cp (T3 – T2a)
  16. 16. = h3 – h2a(kJ/kg)
  17. 17. Proses 3-4: kerja Turbin
  18. 18. WTa= Cp (T3 – T4)
  19. 19. = h3 – h4 (kJ/kg)
  20. 20. Kerja netto siklus (Wnet)
  21. 21. Wnet= WTa – Wka
  22. 22. = Cp (T3 – T2a) - Cp (T2a – T1)
  23. 23. = [(h3 – h4) – (h2a – h1)]
  24. 24. KINERJA SISTEM TURBIN</li></ul>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:<br /><ul><li>Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
  25. 25. Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
  26. 26. Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
  27. 27. Adanya mechanical loss, dsb.
  28. 28. EFISIENSI TURBIN
  29. 29. Efisiensi Turbin Gas Keseluruhan (%) (Turbin & Kompresor):
  30. 30. Energi keluar kWx 860 bahan bakar masuk kgjamx GCV bahan bakar (kKalkg) x 100%
  31. 31. Efisiensi Tahap 1 h5h8= Ekstraksi panas AktualEkstraksi Panas Teoritis = h1-h2h1-H1
  32. 32. Efisiensi Tahap 2h6h9= Ekstraksi Panas AktualEkstraksi Panas Teoritis = h2-h3H1-H2
  33. 33. Efisiensi Tahap Kondensasi h7h10= Ekstraksi Panas AktualEkstraksi Panas Teoritis = h3-h4H2-H3
  34. 34. REKOMENDASI</li></ul>Untuk penerapan system turbin gas di dunia industri, terdapat beberapa rekomendasi yang dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi energy dalam turbin, yaitu:<br /><ul><li>Mengoptimalkan Suhu dan tekanan gas: Jika kondisi suhu dan tekanan gas pada saluran masuk ke turbingas bervariasi dari kondisi optimum rancangannya, turbin mungkin tidak akan mampu beroperasi pada efisiensi maksimum.
  35. 35. Mengoptimalkan operasi beban sebagian dan nyala & mati: Efisiensi unit pembangkit pada beban sebagian dapat dicapai mendekati nilai rancangan dengan memberikan perhatian terhadap seluruh komponen. Walau demikian, keputusan pasar unuk mengoperasikan unit pembangkit pada beban tertentu akan memiliki pengaruh besar pada efisiensi termis rata-rata. Hal serupa, keputusan pasar pada kapan pabrik akan on atau off-line juga memiliki sik ap pada efisiensi thermis rata-rata sebab kehilangan energi sewaktu sistim menyala atau berhenti.
  36. 36. Mengoptimalkan Suhu gas panas yang meninggalkan pembakar. Meningkatnya suhu biasanya mengakibatkan kenaikan output energi;
  37. 37. Mengoptimalkan suhu gas buang. Penurunan suhu biasanya mengakibatkan kenaikan keluaran energi;
  38. 38. Mengoptimalkan aliran massa melalui turbin gas. Umumnya, aliran massa yang lebih tinggi menghasilkan keluaran energi yang lebih tinggi pula;
  39. 39. Mengoptimalkan penurunan tekanan yang melintas silencer gas buang, saluran dan cerobong. Penurunan kehilangan tekanan meningkatkan keluaran energi;
  40. 40. Meningkatkan tekanan udara yang masuk atau meninggalkan kompresor. Peningkatan tekanan akan meningkatkan keluaran energi.</li></ul>Selain terdapat komponen utama perlu juga ditambahkan komponen pendukung agar turbin ini dapat berfungsi secara maksimal, yaitu:<br />Starting Equipment. Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnyaadalah :<br />Diesel Engine, (PG –9001A/B)<br />Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)<br />Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)<br />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:<br />Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.<br />Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.<br />Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.<br />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.<br />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:<br />Oil Tank (Lube Oil Reservoir)<br />Oil Quantity<br />Pompa<br />Filter System<br />Valving System<br />Piping System<br />Instrumen untuk oil<br />Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:<br />Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.<br />Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.<br />Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.<br />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:<br />Off base Water Cooling Unit<br />Lube Oil Cooler<br />Main Cooling Water Pump<br />Temperatur Regulation Valve<br />Auxilary Water Pump<br />Low Cooling Water Pressure Swich<br />Selain alat alat tersebut,juga dibutuhkan maintenance, Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah.<br />Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor perasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional<br />Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:<br />Preventive Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:<br />Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.<br />Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.<br />Repair Maintenance. Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.<br />Predictive Maintenance. Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.<br />Corrective Maintenance. Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.<br />Break Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.<br />Modification Maintenance. Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan.<br />Shut Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.<br />

×