2. Turbin gas merupakan mesin pembakaran dalam yang menggunakan udara & bahan bakar sebagai fluida kerjanya.
Mesin ini mengkonversi energi kimia menjadi energi kinetik dan tekanan berupa gas hasil pembakaran kemudian di
ubah menjadi energi mekanik melalui ekspansi sehingga menghasilkan daya.
Mesin Turbin Gas
Pendahuluan
4. Aplikasi Turbin Gas
• Utility Power
• Cogeneration
• Standby Power
• Peaking Power
• Power Generation for
production and
processing Facilities
• Mobile Power
• Chemicals
• Pharmaceuticals
• Foods and ingredients
• Beverages
• Ceramics
• Cement / Gypsum
• Paper / Wood Products
• Plastics
• Tires / Rubber Products
• Refineries
• Manufacturing
• Gas transmission
• Storage and withdrawal
• Water flooding
• Gas gathering
• Gas lift
• Field Pressure Maintenance
• Air, Process and Refrigeration
applications
• Electrical power generation
• Drilling
• Marine
• Airplane
• Train
Utility Power Generation Industrial and Processing Transportation Oil and Gas
5. 5
Heavy-duty gas
turbine
Aeroderivative gas turbine
Industrial-type
gas turbine
Microturbine
Smalls gas turbine
• Efficiencies ranging from 30-46%
• Power ranging from 3 MW to 480 MW
• Efficiencies ranging from 35-45%
• Power ranging from 2.5 MW to 50 MW
• The efficiencies of these units are in
the low 30s.
• These vary in range from about 2.5
MW - 15 MW.
• Efficiencies ranging
from 15 – 25 %
• Power ranging from 0.5
MW to 2.5 MW
• Efficiencies ranging
from 15 – 25 %
• Power ranging from 20
kW – 350 kW
Jenis Turbin Gas
6. 6
Siklus Turbin gas
1
2 3
4
Siklus Terbuka
Siklus Tertutup
3
2
1
Combustion
Chamber
Turbine
Compressor
Heat Exchanger
Heat Exchanger
Compressor Turbine
Brayton Cycle, George B. Brayton (1870)
Siklus Ideal Turbin Gas
The air-standard cycle is based on the following assumptions:
• The working fluid is air.
• Air behaves likes a perfect gas.
• The compression and expansion processes are isentropic and adiabatic.
• The combustion process is replaced with the addition of heat from an external source at constant pressure
equal to the compressor delivery pressure.
• All pressure losses in the combustion chamber, inlet, and exit ducts are ignored.
• No heat is lost or gained in the flow ducts and combustion chamber.
7. 7
Kelebihan
• Tidak perlu waktu pemanasan
• Berat dan ukuran rendah
• Bahan bakar, Bisa menggunakan bahan
bakar yang mengandung hidrokarbon
tinggi
• Perbaikan komponen atau tambahan
biasanya dapat divariasikan untuk
meningkatkan efisiensi termal
Kekurangan
• Efisiensi komponen sangat dipengaruhi
oleh kondisi lingkungan
• Rawan erosi
• Kehilangan panas yang tinggi di exhaust
• Tekanan balik atmosfer di sisi exhaust
Kelebihan
• Tidak ada Tekanan balik
• Terhindar dari Erosi dan Fouling
• Tidak menggunakan penyaringan udara
• Rasio tekanan, suhu dan tekanan hampir konstan
• Kerapatan fluida kerja dapat dipertahankan tetap tinggi
• Rasio γ fluida kerja tinggi (> 1,4 argon, kripton dan xenon)
• Efisiensi termal meningkat seiring dengan penurunan rasio tekanan (Rp).
• Biaya perawatannya rendah dan keandalannya tinggi karena umur manfaatnya
lebih lama.
Kekurangan
• Respon variasi beban sangat buruk
• Sistem ini bergantung pada sarana eksternal
• Tekanan internal yang lebih tinggi
• Membutuhkan penukar panas yang sangat besar karena pemanasan fluida kerja
dilakukan secara tidak langsung
Close cycle
Open cycle
Raja. A.K., Power Plant Engineering, New Age International (P) Limited, Publishers
Lanjutan
8. 8
1
2
3
4
1 - 2 Proses Kompresi
• Adiabatik
• Isentropik
• Revesible
• Steady Flow
• Steady State
2 - 3 Proses Pembakaran
• Isobarik
4-1 Proses Pembuangan
• Isobarik
Siklus Ideal Turbin Gas
3 - 4 Proses Ekspansi
• Adiabatik
• Isentropik
• Revesible
• Steady Flow
• Steady State
T
S
2s
1
3
4s
P
V
2s
1
3
4s
Qin
Qout
9. 9
S
2s
1
4s
P
2s
1
3
4s
3
3
4
1
2
3
4
1 - 2 Proses Kompresi
• Irreversibility
• Variation of specific
heats (cp)
• Effect of humidity
• Variasi laju aliran
massa
2 - 3 Proses Pembakaran
• Pressure losses
• Inefisiensi Pembakaran
3 - 4 Proses
Ekspansi
• Irreversibility
• Variation of
specific heats (cp)
• Variasi laju aliran
massa
4-1 Proses Pembuangan
• Pressure losses
Siklus Aktual Turbin Gas
T
V
Siklus Aktual
10. 10
1-2 Proses Kompresi (Wc)
Analisa Siklus Ideal
2-3 Proses Pembakaran (Qin)
3 – 4 Proses Ekspansi (Wt)
Rumus Perhitungan
4-1 Proses Pembuangan (Qout)
1
2 3
4
Isentropik
Isentropik
Hukum Pertama Termodinamika
P2 = P3
Isobarik
P4 = P1
Isobarik
11. 11
Kerja Poros
Pressure ratio
Analisa Siklus Ideal
Ratio Tempertaure
Efisiensi termal siklus Brayton
Efisiensi termal menyatakan persentase besarnya panas masuk yang dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja berguna
WNett (kerja netto). Atau dinyatakan dengan perbandingan kerja netto dengan panas masuk ke sistem.
Atau dengan manipulasi termodinamika, maka didapatkan:
k
k
p
th
r
/
)
1
(
1
1
Dalam Hal ini : rp dan k masing-masing merupakan perbandingan tekanan dan perbandingan
cp dengan cv. Karena nilai k tergantung pada temperatur gas maka efisiensi termal
tergantung pada rp dan temperatur. Nilai k cenderung naik dengan membesarnya temperatur
gas, misalnya k = 1,4 untuk T < 810 K, dan k = 1,31 untuk T=1365 K. Sehingga efisiensi termal
makin besar dengan naiknya rp dan temperature gas.
k= cp/cv Rasio Panas Spesifik Udara
Rp = P2/ P3 Rasio Tekanan Kompresor
13. 13
Kerja Poros (Ws)/(Wnett) Wnett = Wt – Wc (kW)
Specific Fuel Consumption SFC =
3600 x mf
Wnett
(kg/kwh)
Back work ratio BWR =
Wc
Wt
(kW)
Air-fuel ratio AFR =
ma
mf
Cycle Work ratio =
Shaf work
Turbine work
(kW)
Efisiensi Turbin gas η =
Wnett
mf x LHV atau HHV
(%)
Efisiensi Pembangkit η =
Daya Generator
Qin
(%)
Heat rate =
𝑚𝑓 𝑥 𝐿𝐻𝑉𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐻𝐻𝑉
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟
(Kcal/kwh) atau (kJ/kwh)
Parameter Perfomance Turbin Gas
15. 15
Gas Turbine with Intercooling
η Termal =
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡
𝑄𝑖𝑛
=
𝑚 𝑥 𝐻5−𝐻6 − 𝑚 𝑥 𝐻4−𝐻3 −𝑚 𝑥 (𝐻2−𝐻1)
𝑚 𝑥 (𝐻5 −𝐻4)
Modifikasi Siklus Turbin Gas
Aero-derivative gas turbine by GE, the LMS100
• Intercooling antar tingkat mengurangi konsumsi daya.
• Kerja Poros (Wnett) dapat ditingkatkan dengan mengurangi daya
untuk menggerakkan kompresor dan menambah kerja turbin pada
rasio tekanan yang sama.
1- 4’ = Kompersi udara ideal
1 - 4 = Kompersi udara Aktual
Gas Turbine with Intercooling
16. 16
Gas Turbine with Regenerator
η Termal =
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡
𝑄𝑖𝑛
=
𝑚 𝑥 𝐻3−𝐻4 −𝑚 𝑥 (𝐻2−𝐻1)
𝑚 𝑥 (𝐻3 −𝐻2′)
* Udara di panaskan terlebih dahulu melewati heat exchanger yang di ambil
dari panas gas buang sebelum masuk ke combustion chamber, sehingga akan
mengurangi massa bahan bakar yang meningkatkan Efisiensi termal
2 - 3 = Proses Pembakaran Tanpa Heat Exchanger
2’- 3 = Proses Pembakaran menggunakan Heat Exchanger
Dari Diagram T-S bahwa Panas masuk (Qin) Dapat dikurangi dengan adanya pemanas udara
menggunakan Heat Exchanger.
17. 17
Gas Turbine with Reheating
η Termal =
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒕
𝑸𝒊𝒏
=
𝒎 𝒙 𝑯𝟑−𝑯𝟒 + 𝒎 𝒙 𝑯𝟓−𝑯𝟔 + 𝒎 𝒙 (𝑯𝟐 −𝑯𝟏)
𝒎 𝒙 𝑯𝟑 −𝑯𝟐 + 𝒎 𝒙 (𝑯𝟓−𝑯𝟒)
• Daya turbin (WT) dapat diperbesar dengan 2 kali proses ekspansi/(multi stages
expansion), gas dari proses pembakaran pada Combustion chamber akan di ekspansikan
ke turbin tekanan tinggi, kemudian gas di panaskan kembali di reheating kemudian di
ekspansi kan turbin tekanan rendah. Reheating melaksanakan pembakaran unsur
hidrokarbon yang belum terbakar dan menambahkan sedikit masukan bahan bakar,
sehingga turbin gas jenis ini konsumsi bahan bakar nya cukup boros dibandingkan
dengan Simple cycle.
• Pemanasan Ulang Meningkatkan volume spesifik sehingga meningkatkan hasil kerja
turbin (WT)
19. Compressor
Komponen Utama Mesin Turbin gas
Keuntungan kompresor aksial :
• Area masuk udara lebih kecil untuk massa udara tertentu
• Aliran udara multi stagaes lebih mudah diarahkan
• Efisiensi lebih tinggi pada rasio tekanan yang besar
• Ukuran radial lebih kecil untuk massa udara yang besar
Keuntungan kompresor sentrifugal
• Rasio tekanan per tingkat lebih tinggi
• Konstruksi lebih sederhana dan kuat
• Performans lebih baik pada udara berdebu
• Ukuran lebih pendek
• Batas daerah surging dan choke lebih luas.
untuk menaikan tekanan udara yang dihisap dari luar ketekanan yang diinginkan.
kompresor aksial :
kompresor sentrifugal
20. Combustion Chamber
Type combustion chamber
• Can combustors
• Annular combustors
• Silo combustors
Zone dalam ruang bakar
• Zone diffuser, berfungsi untuk menaikkan tekanan gas
• Zone primer, tempat bercampurnya udara denagn bahan bakar
• Zone sekunder, tempat bercampurnya udara hasil pembakaran
dengan udara dilusi.
Ruang bakar merupakan tempat terjadinya pembakaran antara bahan bakar dengan udara. Pada turbin gas untuk
pesawat maka ruang bakar harus dibuat dengan ukuran sekecil mungkin tetapi dengan daya yang sebesar mungkin.
Sedangkan Pada turbin gas untuk industri ruang bakar dapat dibuat dengan ukuran yang relatif besar untuk
menghindari rugi-rugi tekanan yang terjadi
21. Impluse Turbine Reaction turbine
Turbine
Turbin Impuls
Ekspansi gas hanya terjadi pada sudu tetap/stator sebagai nozzle. Nozzle akan mengubah semua
bentuk tekanan gas menjadi gas kecepatan tinggi, sehingga akan meningkatkan energi kinetik.
Seletah itu terjadi transfer energy dari kinetic ke mekanik dari gas bekekecepatan tersebut
melewati stator/sudu gerak menghasilkan momentum gas sehingga terjadi gaya dorong untuk
memutar turbin.. Umumnya turbin impuls digunakan pada turbin uap dan tidak pada turbin gas
karena penurunan entalpi turbin gas relatif kecil jauh lebih kecil dari turbin uap.
Turbin Reaksi
Ekspansi gas terjdi baik pada sudu tetap maupun sudu gerak. Turbin gas umumnya dibuat dari
jenis reaksi dengan derajat reaksi 50 % artinya penurunan entalpi pada sudu gerak sama dengan
penurunan entalpi pada sudu tetap.
Mengubah energy panas ke energi kinetik menjadi energi mekanik/gerak putar.
22. 22
Komponen Pendukung Turbin gas
Air Inlet Section
• Air Inlet Housing
• Air Filter (Bird Screens, Pre Filter, Final Filter,
Evaporative Cooler / Chiller (Optional), FOD
(Foreign Object Damage)
• Clean Air Plenum
• Transition Ducts
• Inlet Silencer
• Inlet Volute
• Inlet Bellmouth
Starting Equipment
• Diesel Engine /
Induction Motor /
Gas Expansion
Turbine
Coupling dan Accessory Gear
• Jaw Cluth
• Accessory Gear Coupling
• Load Coupling
Cooling System
• Lube oil system
• Cooling water system
• Water injection system
• Generator Lube oil system
Exhaust System
• exhaust diffuser
• Stack
23. 23
“Barang siapa mengajarkan suatu mendapatkan pahala dari orang-orang yang mengamailmu, maka dia
lkannya dengan tidak mengurangi sedikit pun pahala orang yang mengerjakannya itu.” (HR Ibnu Majah)
TERIMA KASIH
Power Plant Tech
