Dokumen tersebut membahas tentang turbin gas, mulai dari pengertian, cara kerja, komponen-komponennya, jenis-jenisnya, dan aplikasinya. Turbin gas adalah mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik, bekerja secara kontinu dengan proses hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi, dan buang. Komponen utamanya terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan turbin. Jenis dan aplik

1. TUGAS 3 REKAYASA SISTEM KONVERSI DAN KONSERVASI
ENERGI
TURBIN GAS
Dosen Pengampu :
Ir.Sarwono, M.M
Oleh :
Adhela Afiifah 02311840000052
DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI DAN REKAYASA SISTEM
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2020

2. Turbin Gas
Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya
seperti motor bakar yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan
dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang bakar dan dipakai untuk
proses pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar. Energi
panas tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik
pada poros.Sisa gas pembakaran yang ke luar turbin menjadi energi dorong
(turbin gas pesawat terbang). Jadi jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang
dapat mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau dorong.
Persamaan turbin gas dengan motor bakar adalah pada proses pembakarannya
yang terjadi di dalam mesin itu sendiri.
Disamping itu proses kerjanya adalah sama yaitu: hisap, kompresi,
pembakaran, ekspansi dan buang. Perbedaannya adalah terletak pada
konstruksinya. Motor bakar kebanyakan bekerja gerak bolak-balik
(reciprocating) sedangkan turbin gas adalah mesin rotasi, proses kerja motor
bakar bertahap (intermiten), untuk turbin gas adalah kontinyu dan gas buang
pada motor bakar tidak pernah dipakai untuk gaya dorong.
Gambar 1. Mesin pembakaran dalam (turbin gas dan motor bakar)
Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak bertahap, semua proses yaitu
hisap, kompresi, pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan. Pada
motor bakar yang prosesnya bertahap yaitu yang dinamakan langkah, yaitu

3. langkah hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan langkah buang. Antara
langkah satu dan lainnya saling bergantung dan bekerja bergantian. Pada
proses ekspansi turbin gas, terjadi perubahan energi dari energi panas mejadi
energi mekanik putaran poros turbin, sedangkan pada motor bakar pada
langkah ekspansi terjadi perubahan dari energi panas menjadi energi mekanik
gerak bolak-balik torak. Dengan kondisi tersebut, turbin gas bekerja lebih
halus dan tidak banyak getaran.
Penggunaan Turbin Gas dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Pada bidang Aviasi (penerbangan)
Digunakan sebagai mesin yang menghasilkan daya dorong pada
pesawat terbang (Aeroderivative). Turbin gas dinilai sangat cocok sebagai
motor propulsi pesawat terbang karena memiliki bobot yang ringan
dimensi yang ringkas,sehingga tidak memerlukan banyak ruangan, serta
mampu menghasilkan daya yang besar. hal ini menjadi penting karena
adanya kecenderungan terbang pada kecepatan tinggi serta jarak jelajah
yang panjang dan muatan yang bertambah berat.
Gambar 2. Aplikasi Turbin Gas Pada Pesawat Terbang
2. Pada bidang Industri
Turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam-macam
peralatan, seperti pompa, generator listrik, dan kompresor.

4. Gambar 3. Turbin gas Untuk Industri (Pembangkit Listrik)
Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, konstruksi poros dan
lainnya.
A. Berdasarkan siklusnya
1. Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)
Sebuah turbin gas siklus terbuka sederhana terdiri dari kompresor,
ruang bakar dan turbin. Kompresor mengambil udara ambien dan
menaikkan tekanannya. Panas ditambahkan pada udara di ruang bakar
dengan membakar bahan bakar dan meningkatkan suhunya. Gas-gas
yang dipanaskan keluar dari ruang pembakaran yang kemudian
diekspor ke turbin membuat mekanik bekerja.
Selanjutnya daya yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk
mendorong kompresor dan aksesoris lainnya dan sisanya digunakan
untuk pembangkit listrik. Karena udara ambien masuk ke kompresor
dan gas yang keluar dari turbin dibuang ke atmosfer, media kerja harus
digantikan terus-menerus.
Jenis siklus ini dikenal sebagai siklus turbin gas terbuka dan umum
digunakan di sebagian besar pembangkit listrik turbin gas karena
memiliki banyak kelebihan. Sangat penting mencegah debu masuk ke
kompresor untuk meminimalkan erosi dan deposisi pada bilah dan
bagian-bagian kompresor dan turbin yang dapat merusak profil dan

5. efisiensinya. Pengendapan karbon dan abu pada bilah turbin sama
sekali tidak diinginkan karena akan mengurangi efisiensi turbin.
Gambar 5. Turbin gas siklus terbuka
2. Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
Siklus gas turbin tertutup yang berasal dan dikembangkan di Swiss.
pada tahun 1935, J. Ackeret dan C. Keller pertama kali diusulkan jenis
mesin dan pabrik pertama selesai pada tahun 1944 di Zurich. Dalam
turbin gas siklus tertutup, fluida kerja (udara atau gas) keluar dari
kompresor dipanaskan dalam pemanas dengan sumber eksternal pada
tekanan konstan. Suhu tinggi dan tekanan udara tekanan tinggi keluar
dari pemanas eksternal dilewatkan melalui turbin. Cairan yang keluar
dari turbin didinginkan ke suhu aslinya dalam pendingin menggunakan
sumber pendingin eksternal sebelum diteruskan ke kompresor. Fluida
kerja terus digunakan dalam sistem tanpa fase dan panas yang
dibutuhkan diberikan kepada fluida kerja dalam penukar panas.

6. Gambar 6. Turbin gas siklus tertutup
Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida
kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya
langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup
akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam
proses awal.
B. Berdasarkan konstruksi poros
1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang
menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
Gambar 7. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin
bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini

7. digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti
kompresor pada unit proses.
Gambar 8. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
C. Berdasarkan aplikasi
1. Industrial heavy-duty gas turbine
● Daya keluaran yang besar.
● Berumur panjang.
● Memiliki efisiensi paling tinggi dibanding tipe turbin gas lain.
● Tidak berisik dibandingkan dengan ​Aircraft-derivative​ gas turbine.
Gambar 9. Industrial heavy-duty gas turbine
2. Aircraft-derivative gas turbine
● Paling banyak digunakan pada Power Plant.
● Biaya instalasi yang relatif murah.
● Peralatan startup membutuhkan daya yang kecil.
● Proses startup dan shutdown dapat dilakukan dengan cepat.
● Dapat menghandle fluktuasi perubahan beban.

8. Gambar 10. Aircraft-derivative gas turbine
D. Berdasarkan kapasitas
1. Medium-range gas turbine
● Kapasitas berkisar antara 5000 – 15000 hp (3,7 – 11,2 MW).
● Memiliki efisiensi yang cukup tinggi.
● Pada kompresor terdapat 10 – 16 tingkat sudu, dengan rasio
tekanan sekitar 5 – 11.
● Biasanya menggunakan regenerator untuk meningkatkan efisiensi.
2. Small gas turbine
● Kapasitas dibawah 500 hp (3,7 MW).
● Biasanya menggunakan kompresor sentrifugal.
● Memiliki efisiensi sekitar 20 %, karena :
● Efisiensi kompresor sentrifugal yang digunakan memiliki efisiensi
lebih rendah dibanding kompresor aksial.
● Temperatur masuk pada turbin diusahakan tidak melebihi 1700 ° F
(927° C).
Cara Kerja Turbin Gas
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

9. 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).
Gambar 11. Turbin Gas
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah
sebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan.
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang
bakar dengan udara kemudian dibakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke
luar melalui nozzle.
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat
saluran pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi
kerugian - kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan
oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu
sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen
sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

10. 1. Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan
(pressure losses) di ruang bakar.
2. Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan
terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
3. Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan
temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
4. Adanya mechanical loss, dsb.
Bagian dan Komponen Utama Turbin Gas
Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet
section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust
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:
A. Air Inlet Section
Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara
sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
1. Air inlet housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya
terdapat peralatan pembersih udara.
2. Inertia separator, berfungsi untuk membersihkan debu - debu atau
partikel yang terbawa bersama udara masuk.
3. Pre-filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet
house.
4. Main filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian
dalam inlet hose, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke
dalam kompresor aksial.
5. Inlet bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat
memasuki ruang kompresor.
6. Inlet guide vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur
jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan.

11. B. 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:
1. Compressor Rotor Assembly
Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada
porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengkompresikan
aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga
diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari
wheels, stub shaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun konsentris di
sekeliling sumbu rotor.
2. Compressor Stator
Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
❖ Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara
masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
❖ Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya
terdapat empat stage compressor blade.
❖ Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor
blade tingkat 5-10.
❖ Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai
tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.
C. 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

12. 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 :
1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya
percampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar
yang masuk.
2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang
berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
3. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam
combustion liner.
4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke
dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara
dapat terbakar.
5. Transition Pieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran
gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
6. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua
combustion chamber.
7. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi
proses pembakaran terjadi.
D. Turbin Section
Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energy
kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak
kompresor 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 :

13. 1. Turbin Rotor Case
2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke
first stage turbine wheel.
3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi
kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi
mekanik berupa putaran rotor.
4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran
gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma
berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energy kinetik
yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan
kecepatan putar rotor yang lebih besar.
E. 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
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 atmosfer melalui exhaust stack, sebelum
dibuang ke atmosfer 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.
Komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:
1. Starting Equipment
Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis
starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada
umumnya adalah :

14. ● Diesel Engine, (PG –9001A/B).
● Induction Motor, (PG-9001 C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03).
● Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
2. 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 Clutch, 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 kompresor
beban.
3. 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.
4. 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.

15. ● Filter System.
● Valving System.
● Piping System.
● Instrumen untuk
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.
● Auxiliary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang
digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main
pump turun.
● Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika
kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
5. 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:
● Off base Water Cooling Unit.
● Lube Oil Cooler.
● Main Cooling Water Pump.
● Temperature Regulator Valve.
● Auxiliary Water Pump.
● Low Cooling Water Pressure Switch.
Perhitungan Kerja, Daya, dan Efisiensi
A. Perhitungan Kerja
Besar kerja yang dilakukan oleh kompresor berdasarkan siklus brayton
dan turbin sebagai ekspansi gas hasil pembakaran adalah:
W​kompressor ​= m​udara ​(h​2-​h​1​)

16. W​turbin ​= (m​udara​ + m​bahan bakar​) (h​3​-h​4​) (kJ/s)
Dimana:
W​kompressor ​= Kerja Kompresor (kJ/s)
M​udara​ = Aliran massa udara (kJ/s)
H​1​ = Entalpi pada kondisi tekanan P​1​ dan suhu T​1​ (kJ/kg)
H​2​ = Entalpi pada kondisi tekanan P​2​ dan suhu T​2​ (kJ/kg)
B. Daya (P)
Daya yaitu pengurangan (selisih) dari kerja turbin dan kerja kompresor
adalah:
P = W​c​-W​t
Dimana:
W​c​ = Kerja Kompresor (kJ/s)
W​t​ = Kerja Turbin (kJ/s)
C. Efisiensi Turbin Keseluruhan (Thermal)
Jadi efisiensi termal siklus adalah:
Ƞ = W​turbin​ – W​kompressor​ x 100%
​ Q​masuk

17. REFERENSI
Sunyoto. 2008. Teknik Mesin Industri Jilid 3 ,[online],
Naryono, Lukman Budiono. 2013. Analisis Efisiensi Turbin Gas Terhadap Beban
Operasi PLTGU Muara Tawar Blok 1. Sintek Vol 7 No 2
Maherwan P.Boyce. 2002. Gas Turbine Engineering Handbook (2nd ed). Texas:
Gulf Publishing Company
Kata Mulia Sembiring. 2004. Turbin Gas dan Instalasi Turbin Gas. Fakultas
Teknik. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Sumatera Utara. Hlm:1-20
Asyari D.Yunus. Teknik Mesin. Universitas Darma Persada. Jakarta. Hlm: 80-98
Sunarwo, Teguh Harijono M. 2016. Analisa Efisiensi Turbin Gas Unit 1 Sebelum
Dan Setelah Overhaul Combustor Inspection Di Pt Pln (Persero) Sektor
Pembangkitan PLTGU Cilegon. ​EKSERGI ​Jurnal Teknik Energi Vol 12 No. 2.
Hlm: 50-57