Perancangan PLTG

i
Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Gas
dengan Kapasitas 20 MW
Oleh:
Nama NRP
Failasuf Zohrarirani 3210121001
Fuad Hanjar Amsyari 3210121022
Kevin Alfansyah 3210121026
I Wayan Dharma W. 3210121027
M. Fakhri Adriawan 3210121028
Adam Noor Ardiansyah 3210121029
Novan Ardhiyangga 3210121030
Pembimbing:
Achmad Bahrul Ulum, S.T.
PROGRAM STUDI SISTEM PEMBANGKITAN ENERGI
DEPARTEMEN TEKNIK MEKANIKA DAN ENERGI
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
2016

ii
ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan pembangkit yang menggunakan fluida
kerja uap (water steam). Dalam proses operasional pembangkit listrik, Boiler berperan
penting bagi kontinuitas pembangkitan. Boiler dibagi mejadi tiga yaitu Boiler Steam (BS),
Boiler Air and Gas (BG) dan Boiler Fuel (BF). Untuk dapat menyalakan boiler, diperlukan
komponen pendukung seperti batu bara, udara dan ignition. Salah satu perangkat
tambahan/auxiliary equipment pada boiler yang sangat penting adalah pulverizer. Pulverizer
adalah alat penggerus batu bara (grinding) hingga mencapai kehalusan (fineness) tertentu
untuk nantinya di alirkan ke ruang bakar/furnace. Batu bara yang telah digerus inilah yang
nanti menjadi bahan bakar, salah satu syarat terjadinya pembakaran di ruang bakar. Dalam
penggerusan terdapat classifier yang menyaring ukuran batu bara yang lolos ke furnace.
Kehalusan/Fineness yang dicapai bisa menjadi tolok ukur performa pulverizer. Pada PLTU
Paiton unit 7&8 terdapat 6 pulverizer di setiap unit, dalam operasionalnya hanya 4-5
pulverizer yang running tergantung beban yang diminta. Sehingga ada pulverizer yang
digunakan sebagai spare/stand by. Setiap satu pulverizer memiliki empat tube yang
terhubung ke windbox, sehingga ruang bakar mampu menerima panas dari empat sudut.
Sistem pembakaran di ruang bakar adalah tangential firing system yang berasal dari coal
nozzles yang berisi batu bara dan oil gun yang berisi pematik. Komponen dalam pulverizer
diantaranya adalah coal silo, coal feeder, belt, raw coal, bowl, journals, grinding ball,
classifier, primary air supply, dan lubrication system. Proses perawatan pada pulverizer
dibagi menjadi beberapa periode yakni harian, satu bulan, dua bulan, 2000 jam, 4000 jam
dan 2 tahun/outage. Beberapa kontrol yang ada di pulverizer untuk dipantau keamanannya
adalah outlet temperature, fineness, flowrate, CO monitoring, air fuel ratio, coal flow dan
permintaan pulverizer.
Kata kunci: Pembangkit Listrik Tenaga Gas

iii
DAFTAR ISI
1 BAB I PENDAHULUAN..............................................................................................1
1.1 LATAR BELAKANG ............................................................................................1
1.2 TUJUAN .................................................................................................................1
1.3 MANFAAT.............................................................................................................1
1.4 BATASAN MASALAH.........................................................................................2
2 BAB II DASAR TEORI ................................................................................................3
2.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS............................................................3
2.2 KLASIFIKASI TURBIN GAS ...............................................................................5
2.2.1 Klasifikasi Turbin Gas Berdasarkan Siklus Kerjanya .....................................5
2.2.2 Klasifikasi Turbin Gas Berdasarkan Konstruksinya........................................8
2.2.3 Klasifikasi Turbin Gas Berdasarkan Aliran Fluidanya....................................9
2.3 KOMPONEN UTAMA ..........................................................................................9
2.3.1 Kompresor .......................................................................................................9
2.3.2 Ruang Bakar ....................................................................................................9
2.3.3 Turbin Gas .....................................................................................................10
2.3.4 Generator .......................................................................................................12
2.4 SISTEM PENDUKUNG ......................................................................................21
2.4.1 Air Intake System ..........................................................................................21
2.4.2 Exhaust system ..............................................................................................25
2.4.3 Starting System..............................................................................................25
2.4.4 Fuel System ...................................................................................................26
2.4.5 Lubrication Oil System..................................................................................28
2.4.6 Coupling and Accessory Gear .......................................................................29
2.5 SIKLUS KERJA PLTG ........................................................................................29
3 BAB III SPESIFIKASI PLTG.....................................................................................30
4 BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA .................................................31
4.1 PERANCANGAN KOMPRESOR.......................................................................31
4.1.1 Analisis Termodinamika................................................................................31
4.1.2 Perancangan Kompresor................................................................................36
4.2 PERANCANGAN RUANG BAKAR ..................................................................40
4.3 PERANCANGAN TURBIN GAS .......................................................................46
4.3.1 Perhitungan Jumlah Tingkat Turbin ..............................................................46
4.3.2 Kondisi Gas dan Dimensi Sudu Tiap Tingkat ...............................................46
4.3.3 Diagram kecepatan dan sudu gas tiap tingkat turbin .....................................55

iv
4.3.4 Jumlah Sudu Tiap Tingkat Turbin .................................................................58
5 BAB V SPESIFIKASI KOMPONEN PENDUKUNG ...............................................61
5.1 GENERATOR ......................................................................................................61
5.2 AIR INTAKE SYSTEM .......................................................................................61
5.3 EXHAUST SYSTEM ...........................................................................................66
5.4 STARTING SYSTEM ..........................................................................................66
5.4.1 Static Start Operation.....................................................................................66
5.4.2 Sistem Proteksi ..............................................................................................67
5.4.3 Komponen Static Start Operation..................................................................68
5.5 FUEL SYSTEM....................................................................................................68
5.6 Coupling and Accessory Gear...............................................................................70
5.7 Lubrication Oil System.........................................................................................70
6 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................................72
6.1 KESIMPULAN.....................................................................................................72
6.2 SARAN .................................................................................................................72
7 DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................73

v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi Umum PLTG...................................................................................3
Gambar 2.2 Profil Longitudinal Gas .....................................................................................4
Gambar 2.3 Skema PLTG Siklus Terbuka ............................................................................5
Gambar 2.4 Siklus StandarBrayton .......................................................................................5
Gambar 2.5 Skema PLTG Siklus Tertutup ............................................................................6
Gambar 2.6 Skema PLTG Siklus Terbuka dengan Regenerator ...........................................6
Gambar 2.7 Siklus Turbin Gas Regeneratif...........................................................................7
Gambar 2.8 Skema PLTG Siklus Terbuka dengan Regenerator dan Intercooler ..................8
Gambar 2.9 Siklus Turbin Gas Regeneratif dengan Intercooler dan Reheater......................8
Gambar 2.10 Tubular combustor.........................................................................................10
Gambar 2.11 Tubo-annular combustor................................................................................10
Gambar 2.12 Skema Aliran Turbin Aksial..........................................................................11
Gambar 2.13 Skema Medan Magnet yang Terbangkitkan di sekitar Kumparan Listrik .....12
Gambar 2.14 Alternator dengan Magnet Permanen ............................................................13
Gambar 2.15 Alternator dengan Magnet Buatan.................................................................13
Gambar 2.16 Alternator dengan Kumparan sebagai Rotor .................................................14
Gambar 2.17 Alternator dengan Medan Magnet sebagai Rotor ..........................................15
Gambar 2.18 Gelombang Listrik AC Fasa Tunggal dan Tiga Fasa ....................................15
Gambar 2.19 Koneksi Antarkumparan pada Alternator AC ...............................................19
Gambar 2.20 Kumparan yang terhubung dengan koneksi Y...............................................20
Gambar 2.21 Generator Sinkron..........................................................................................20
Gambar 2.22 Komponen generator asinkron.......................................................................21
Gambar 2.23 Weather hood pada sistem filtrasi..................................................................22
Gambar 2.24 Vane Axial Separartor ...................................................................................23
Gambar 2.25 Pengoperasian Inertial Separator ...................................................................23
Gambar 2.26 Prefilter/Coalescer .........................................................................................24
Gambar 2.27 Skema Filtrasi pada PLTG.............................................................................25
Gambar 4.1 Ruang bakar tipe tubular..................................................................................41
Gambar 4.2 Penampang annulus turbin aksial ....................................................................47
Gambar 4.3 Diagram kecepatan pada sudu turbin...............................................................55
Gambar 4.4 Grafik (s/c) vs Sudu-Sudu Gas ........................................................................59
Gambar 5.1 Macam-macam filter........................................................................................62
Gambar 5.2 Filter untuk daerah tropis.................................................................................62
Gambar 5.3 Louver..............................................................................................................63
Gambar 5.4 Insect Screen....................................................................................................63
Gambar 5.5 Vane Axial Separator.......................................................................................64
Gambar 5.6 Coalescer..........................................................................................................64
Gambar 5.7 Pre-Filter: Bag Filter........................................................................................65
Gambar 5.8 High Efficiency Filter ......................................................................................66
Gambar 5.9 Diagram Starter Statik .....................................................................................67
Gambar 5.10 Static Frequency Converter ...........................................................................67
Gambar 5.11 Skema Sistem Bahan Bakar...........................................................................69

1
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Energi listrik merupakan salah satu energi yang memiliki peran penting bagi kehidupan
manusia. Energi listrik dapat dihasilkan melalui serangkaian proses konversi energi dalam
sistem unit pembangkit listrik. Pembangkitan listrik dapat dilakukan baik secara konvensional
maupun dengan renewable energy. Pembangkit konvensional ialah pembangkit yang masih
menggunakan bahan bakar fosil untuk menghasilkan listrik, sementara pembangkit listrik
renewable energi memanfaatkan sumber energi alternatif yang terdapat bebas di alam.
Beberapa contoh pembangkit listrik konvensional misalnya PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga
Uap), PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas), dan juga PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga
Diesel).
Saat ini, pembangkit listrik konvensional masih mendominasi pemenuhan energi listrik
dunia. Salah satu pembangkit listrik konvensional yang populer adalah PLTG. Pembangkit
Listrik Tenaga Gas (PLTG) menggunakan bahan bakar gas alam untuk menggerakkan turbin
gas yang dikopel dengan generator untuk membangkitkan listrik. Secara umum, prinsip kerja
PLTG hampir sama dengan PLTU, perbedaannya, turbin pada PLTU digerakkan oleh uap air
yang telah dipanaskan terlebih dahulu dalam unit boiler, sementara PLTG tidak menggunakan
boiler. Dengan alasan peningkatan efisiensi, biasanya PLTG dikombinasikan dengan PLTU
atau biasan kita kenal dengan Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU).
Komponen utama dari PLTG adalah turbin gas, kompresor, dan ruang bakar (combustor),
sedangkan komponen pendukungnya seperti air intake system, exhaust system, starting system,
dan fuel system. Siklus kerja sebuah PLTG dibagi menjadi tiga, yaitu, siklus kerja terbuka (open
cycle), siklus kerja tertutup (closed cycle), dan siklus kerja kombinasi (dengan penambahan
komponen tambahan berupa regenerator, intercooler, dan reheater untuk memaksimalkan
efisiensi). Laporan ini membahas mengenai perancangan sistem PLTG secara sederhana
dengan siklus kerja terbuka. Perancangan sistem PLTG ini meliputi perancangan komponen
utama dengan analisis dan perhitungannya serta spesifikasi singkat dari komponen pendukung
PLTG.
1.2 TUJUAN
Laporan ini bertujuan untuk mendapatkan rancangan PLTG yang baik sesuai dengan
standar PLTG pada umumnya, dan bersifat rasional dimana dapat diaplikasikan langsung
dalam dunia nyata.
1.3 MANFAAT
Adapun manfaat dari kegiatan ini adalah sebagai berikut:
1. Menambah wawasan mahasiswa mengenai prinsip kerja pembangkit listrik
konvensional khususnya pada PLTG.
2. Menambah wawasan dan pengetahuan mahasiswa mengenai komponen-komponen
yang terdapat pada PLTG.

2
3. Memberikan referensi singkat mengenai perancangan komponen-komponen PLTG dan
fungsinya.
1.4 BATASAN MASALAH
Batasan masalah dalam perancangan PLTG ini sebagai berikut:
1. Siklus PLTG adalah siklus terbuka.
2. PLTG berporos tunggal.
3. Aliran udara dalam turbin gas adalah aliran aksial.
4. Bahan bakar yang digunakan adalah gas alam.
5. Pendesainan tidak membahas masalah mekanika teknik, material, dan manufaktur.
6. Tidak membahas analisis biaya

3
2 BAB II DASAR TEORI
2.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) adalah pembangkit listrik konvensional yang
menggunakan komponen turbin gas sebagai penggerak generatornya. Tenaga yang digunakan
untuk memutar generator berasal dari energi panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara
pada ruang bakar (combustor). Energi panas dari pembakaran diubah menjadi energi mekanis
berupa putaran poros yang kemudian dikonversi menjadi energi listrik oleh generator.
Gambar 2.1 Konstruksi Umum PLTG
(Sumber: REP Holding)
No Keterangan
1 Gas Turbine
2 Gearbox
3 Generator
4 Filter House
5 Cycle Air Duct
6 Gas Duct with Silencer
7 Exhaust Pipe
8 Maintenance Platform

4
PLTG memiliki kelebihan yaitu energi mekanik yang dihasilkan dari mesin turbin gas
lebih besar dibandingkan pembangkit listrik lainnya. Selain itu PLTG juga sebagai alternatif
dari pembangkit listrik tenaga air disaat musim kemarau dimana pada musim kemarau debit
air sangat rendah.
Adapun kekurangan dari turbin gas adalah sifat korosif pada material yang digunakan
untuk komponen-komponen turbinnya karena harus bekerja pada temperature tinggi dan
adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif (sulfur, vanadium dll), tetapi dalam
perkembangannya pengetahuan material yang terus berkembang hal tersebut mulai dapat
dikurangi meskipun tidak dapat secara keseluruhan dihilangkan. Dengan tingkat efisiensi yang
rendah hal ini merupakan salah satu dari kekurangan sebuah turbin gas juga dan pada
perkembangannya untuk menaikkan efisiensi dapat diatur/diperbaiki temperature kerja siklus
dengan menggunakan material turbin yang mampu bekerja pada temperature tinggi dan dapat
juga untuk menaikkan efisiensinya dengan menggabungkan antara pembangkit turbin gas
dengan pembangkit turbin uap dan hal ini biasa disebut dengan combined cycle.
Gambar 2.2 Profil Longitudinal Gas
(Sumber: Wartsila Inc.)
Turbin gas pada PLTG berfungsi untuk mengubah energi yang terkandung dalam
bahanbakar (fluida kerja) menjadi energi mekanis. Fluida kerja yang digunakan untuk memutar
turbin gas adalah gas panas yang diperoleh dari proses pembakaran bahan bakar dengan udara.
Proses pembakaran memerlukan tiga unsur utama yaitu: bahan bakar, udara, dan panas. Dalam
proses pembakaran ini, bahan bakar disuplai oleh pompa bahan bakar (fuel oil pump) apabila
bahan bakar berfase liquid, atau kompresor apabila bahan bakar yang digunakan adalah gas.
Sistem PLTG paling sederhana terdiri atas kompresor, ruang bakar, dan generator. Siklus
PLTG dimulai ketika udara dari luar diserap ke sistem oleh kompresor dan dikompresi hingga
menjadi udara bertekanan tinggi. Udara bertekanan tinggi tersebut kemudian diumpan ke
dalam ruang bakar bersama dengan bahan bakar yang diinjeksi. Panas yang digunakan pada
proses awal pembakaran diperoleh dari ignitor. Campuran bahan bakar udara dibakar pada
temperatur lebih dari 2000 derajat Fahrenheit. Proses pembakaran menghasilkan gas

5
bertemperatur dan tekanan tinggi yang akan diekspansikan melalui turbin gas. Proses ekspansi
gas tersebut akan memutar sudu-sudu turbin. Putaran turbin yang terbentuk akan memutar
generator untuk menghasilkan energi listrik. Gas yang telah melewati turbin keluar menuju
saluran buang (exhaust) untuk selanjutnya diteruskan ke bypass stack.
2.2 KLASIFIKASI TURBIN GAS
Turbin gas dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa kriteria, yaitu: klasifikasi
berdasarkan siklus kerja, klasifikasi berdasarkan konstruksinya, dan juga klasifikasi
berdasarkan aliran fluidanya.
2.2.1 Klasifikasi Turbin Gas Berdasarkan Siklus Kerjanya
1. Siklus Terbuka (Open Cycle)
Dalam siklus terbuka, gas hasil pembakaran yang diekspansikan pada turbin gas
langsung dibuang ke atmosfer. Instalasi ini memiliki struktur yang sederhana, yaitu
terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan turbin gas sebagai penggerak kompresor
dan beban. Skema dari siklus terbuka ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 2.3 Skema PLTG Siklus Terbuka
(Sumber: Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 7th
ed., 2011)
Gambar 2.4 Siklus StandarBrayton
ed., 2011)
2. Siklus Tertutup (Closed Cycle)
Pada siklus terbuka, gas panas yang telah diekspansikan melalui turbin gas tidak
langsung dibuang ke atmosfer, akan tetapi dialirkan ke dalam penukar kalor (heat
exchanger) untuk didinginkan dengan media pendingin udara atau air sebelum

6
dialirkan kembali melalui sisi inlet kompresor. Skema dari siklus tertutup
ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 2.5 Skema PLTG Siklus Tertutup
ed., 2011)
3. Turbin Gas Siklus Terbuka Dilengkapi dengan Regenerator
Seperti pada siklus kerja sebelumnya, gas panas yang telah diekspansikan ke
turbin gas tidak langsung dibuang ke atmosfer. Gas bekas (flue gas) tersebut
dialirkan ke sebuah heat exchanger yang dikenal dengan istilah regenerator dimana
di dalamnya gas bekas ini digunakan untuk memanaskan udara outlet kompresor
sebelum masuk ke ruang bakar. Skema ini ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 2.6 Skema PLTG Siklus Terbuka dengan Regenerator
ed., 2011)

7
Gambar 2.7 Siklus Turbin Gas Regeneratif
ed., 2011)
4. Turbin Gas Siklus Terbuka Dilengkapi dengan Regenerator dan Intercooler
Pada siklus ini, baik kompresor maupun turbin gas masing-masing terdiri dari
dua bagian terpisah, yaitu kompresor tekanan rendah dan kompresor tekanan tinggi
serta turbin gas tekanan rendah dan turbin gas tekanan tinggi. Aliran udara dan gas-
gas yang dihasilkan melalui serangkaian proses sebagai berikut, mula-mula udara
atmosfer masuk ke dalam kompresor tekanan rendah untuk dikompresi, setelah itu,
udara bertekanan tersebut dialirkan ke dalam intercooler untuk didinginkan hingga
temperatur dan kelembapan tertentu dengan media pendingin air atau media
pendingin lain. Dari intercooler, udara bertekanan yang telah didinginkan dialirkan
ke dalam kompresor tekanan tinggi untuk dikompresi lagi hingga menghasilkan
udara bertemperatur dan tekanan tinggi. Udara tersebut kemudian dialirkan ke
dalam regenerator untuk mendapatkan udara dengan temperatur dan tekanan lebih
tinggi lagi yang akan memudahkan terjadinya proses pembakaran. Media pemanas
dalam regenerator berasal dari gas buang yang telah melewati turbin gas.
Udara keluar dari regenerator dialirkan ke dalam ruang bakar utama (primary
combustion chamber) untuk menghasilkan gas panas yang digunakan untuk
memutar turbin gas tekanan tinggi. Hasil ekspansi dari turbin gas tekanan tinggi
berupa gas buang yang kemudian dialirkan ke ruang bakar kedua (secondary
combustion chamber) atau biasa disebut juga dengan reheater chamber. Dari
reheater chamber, gas buang mengalami proses pembakaran yang selanjutnya
digunakan untuk memutar turbin gas tekanan rendah. Siklus tersebut ditunjukkan
oleh gambar di bawah ini.

8
Gambar 2.8 Skema PLTG Siklus Terbuka dengan Regenerator dan Intercooler
ed., 2011)
Gambar 2.9 Siklus Turbin Gas Regeneratif dengan Intercooler dan Reheater
ed., 2011)
2.2.2 Klasifikasi Turbin Gas Berdasarkan Konstruksinya
Berdasarkan konstruksinya, turbin gas terdiri dari dua jenis:
1. Turbin gas berporos tunggal
Pada konstruksi ini, antara kompresor, turbin, dan generator terhubung dalam
satu poros. Konstruksi turbin gas berporos tunggal ini biasanya diaplikasikan pada
pembangkit listrik maupun industri berskala besar.
2. Turbin gas berporos ganda
Pada konstruksi poros ganda, kompresor digerakkan oleh turbin tekanan tinggi
yang disebut compressor turbine, dan generator digerakkan secara terpisah oleh
turbin tekanan rendah yang disebut power turbine. Sistem poros ganda umumnya
menggunakan mesin aero-derivative yang akan menghasilkan gas panas dengan
tekanan dan temperatur tinggi yang akan dialirkan langsung ke power turbine.

9
2.2.3 Klasifikasi Turbin Gas Berdasarkan Aliran Fluidanya
Berdasarkan aliran fluidanya, turbin gas dibagi menjadi dua jenis:
1. Turbin radial
Turbin radial merupakan turbin dimana arah aliran kerjanya tegak lurus
terhadap sumbu porosnya.
2. Turbin aksial
Turbin aksial merupakan turbin dimana arah aliran fluida kerjanya sejajar
terhadap sumbu porosnya.
2.3 KOMPONEN UTAMA
2.3.1 Kompresor
Kompresor berfungsi untuk meningkatkan temperatur dan tekanan udara inlet dan
membawanya menuju ruang bakar. Kompresor aksial akan mengkompresi fluida kerja dengan
mengakselerasinya kemudian mendifusikan fluida kerja untuk menaikkan tekanan. Fluida
dinaikkan kecepatannya dengan putaran airfoil (sudu) yang disebut rotor, kemudian
didifusikan pada bagian stator. Proses difusi pada stator akan mengkonversi kenaikan
kecepatan pada rotor menjadi kenaikan tekanan. Pada kompresor, terdiri dari beberapa tingkat.
Sebuah rotor dan stator akan membentuk satu tingkat keadaan. Satu baris sudu tetap (inlet
guide vanes) sering digunakan pada inlet kompresor untuk memastikan udara masuk tingkat
pertama kompresor sesuai dengan sudut yang diinginkan.
2.3.2 Ruang Bakar
Ruang bakar berfungsi sebagai tempat pembakaran campuran bahan bakar dan udara.
Hasil dari pembakaran bahan bakar dan udara adalah panas yang kemudian diinputkan ke
dalam siklus turbin gas. Ruang bakar (combustor) menerima udara bertekanan dari kompresor
dan membakarnya bersama dengan bahan bakar yang diinjeksikan. Produk pembakaran
kemudian bercampur dengan sisa udara agar sesuai dengan temperatur inlet turbin. Ada tiga
macam tipe dari ruang bakar, yaitu, tipe tubular, tubo-annular, dan anular. Meskipun ada
banyak perbedaan desain, akan tetapi semua ruang bakar pada turbin gas mempunyai tiga fitur:
(1) zona resirkulasi, (2) zona pembakaran, (3) zona pencairan. Fungsi dari zona resirkulasi
adalah untuk mengevaporasi, sebagian terbakar, dan menyiapkan bahan bakar untuk proses
pembakaran yang terjadi pada zona pembakaran. Idealnya, pada akhir zona pembakaran, semua
bahan bakar seharusnya terbakar sehingga fungsi zona pengenceran praktis hanya untuk
mencampur gas panas dengan udara tambahan (dilution air). Campuran gas panas dan udara
yang meninggalkan ruang bakar harus mempunyai temperatur dan kecepatan sesuai dengan
guide vane dan turbin. Udara tambahan (dilution air) diinjeksikan untuk mendinginkan produk
pembakarn agar sesuai dengan temperatur inlet turbin.

10
Gambar 2.10 Tubular combustor
(Sumber: Brown Boveri Turbomachinery, Inc.)
Gambar 2.11 Tubo-annular combustor
(Sumber: General Electric Company)
2.3.3 Turbin Gas
Turbin gas berfungsi untuk mengekspansikan gas hasil pembakaran yang dilewatkan
pada sudu-sudu turbin yang menyebabkan sudu turbin gas berputar. Putaran sudu ini akan
menyebabkan kompresor menarik lebih banyak udara bertekanan ke ruang bakar dan juga akan
memutar generator untuk menghasilkan energi listrik. Putaran turbin gas dipengaruhi oleh laju
aliran dari gas hasil pembakaran, semakin besar laju aliran, maka putaran turbin akan semakin
cepat dan apabila laju aliran kecil, maka putaran turbin juga akan melambat.
Turbin gas yang digunakan pada rancangan PLTG ini adalah turbin gas aliran aksial.
Turbin aksial merupakan tipe yang banyak digunakan untuk berbagai aplikasi termasuk pada

11
pembangkit listrik. Fluida kerja yang digunakan adalah fluida kompresibel. Turbin aksial
memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan turbin radial.
Teknologi turbin gas mengadopsi perkembangan dari turbin uap selama beberapa
tahun. Teknologi pada turbin gas mengembangkan skema pendinginan yang lebih rumit
dibandingkan dengan turbin uap karena temperatur fluida pembakaran yang sangat tinggi saat
melewati turbin gas. Perancangan turbin gas harus memperhatikan masalah daya output yang
dihasilkan. Turbin gas yang baik harus memiliki faktor kerja yang tinggi (rasio kerja tiap
tingkat keadaan dibandingkan dengan kuadrat kecepatan sudu) untuk mendapatkan konsumsi
bahan bakar yang minimal dan mengurangi kebisingan yang ditimbulkan oleh putaran turbin.
Aliran gas pembakaran pada turbin aksial sejajar dengan sumbu porosnya. Ada dua
jenis dari turbin aksial: (1) tipe impuls dan (2) tipe reaksi. Karakteristik turbin impuls yaitu
adanya penurunan entalpi setiap saat melewati nosel sehingga aliran yang masuk pada rotor
memiliki kecepatan yang tinggi. Sementara pada turbin reaksi, penurunan tekanan terbagi pada
bagian antara nosel dan rotor.
Gambar 2.12 Skema Aliran Turbin Aksial
(Sumber: Gas Turbine Engineering Handbook, 4th
ed., 2012)
Kebanyakan turbin aksial memiliki lebih dari satu tingkat yang mana pada tingkat
pertama biasanya turbin impuls digunakan sedangkan pada tingkat selanjutnya digunakan 50%
tubin reaksi. Pada fase turbin impuls, output yang dihasilkan kira-kira dua kali lebih besar
dibandingkan saat fase turbin reaksi. Efisiensi pada fase turbin impuls lebih kecil dibandingkan
dengan fase turbin reaksi.
Sekarang, kemampuan turbin menahan panas sudah berkembang seiring dengan
perkembangan pada industri metalurgi sudu turbin. Dengan pengembangan teknologi
solidifikasi (pemadatan) dan juga teknologi kristal tunggal pada sudu turbin, didukung dengan
skema pendinginan dan pelapisan yang terbaru, maka ketahanan turbin terhadap temperatur
tinggi meningkat. Temperatur gas buang turbin bisa mencapai 1200 F. Lintasan pendingin pada

12
skema pendinginan turbin memerlukan proses coating (pelapisan) untuk menghindari pengaruh
korosi dari fluida pendingin. Jumlah udara pendingin juga harus dibatasi agar tidak
menimbulkan dampak negatif pada total efisiensi termal karena bertambahnya penggunaan
udara untuk proses pendinginan. Secara sederhana, jika kita membutuhkan tambahan 8% udara
sebagai pendingin, kita akan kehilangan faktor bertambahnya temperatur gas masuk turbin.
2.3.4 Generator
Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanis yang dihasilkan turbin gas
menjadi energi listrik. Generator yang digunakan dalam rancangan sistem PLTG adalah
generator AC atau alternator. Alternator sendiri dapat diklasifikasikan menjadi beberapan
macam, berikut adalah klasifikasi tersebut:
2.3.4.1 Macam Alternator Berdasarkan Berdasarkan Sumber Eksitasi
Salah satu komponen utama dari generator adalah magnet yang berfungsi untuk
membangkitkan medan magnet pada proses elektromagnetik, magnet yang digunakan tersebut
dapat berupa magnet permanen ataupun medan kumparan. Proses pembangkitan medan
magnet dikenal dengan proses eksitasi. Eksitasi dapat dilakukan dengan mengalirkan arus
listrik searah ke dalam kumparan kawat.
Gambar 2.13 Skema Medan Magnet yang Terbangkitkan di sekitar Kumparan Listrik
(Sumber: http://thefutureofthings.com/3815-los-alamos-magnet-lab-explores-superconductivity/)
Berdasarkan sumber eksitasi, generator AC dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu
generator dengan magnet permanen dan generator dengan magnet sementara.
2.3.4.1.1 Generator dengan Magnet Permanen
Kelebihan :
 Desain yang sederhana
 Umur generator lebih awet (reliable)
 Tidak membutuhkan sumber arus listrik DC dari luar untuk membangkitkan
medan magnet

13
Gambar 2.14 Alternator dengan Magnet Permanen
(Sumber: Comsol Blog)
Kekurangan:
 Tidak efisien, karena produksi fluks magnet yang rendah
 Pembangkitan daya listrik terbatas sejauh kemampuan magnet dalam
membentuk medan magnet, sehingga tidak cocok digunakan skala besar
2.3.4.1.2 Generator dengan Magnet Buatan
Kelebihan:
 Dapat membangkitkan medan magnet dengan fluks besar sehingga efisien jika
digunakan untuk menghasilkan power yang besar
 Besaran fluks medan magnet dapat diatur sesuai kebutuhan.
Gambar 2.15 Alternator dengan Magnet Buatan
(Sumber: http://www.daviddarling.info/encyclopedia/G/generator.html)
Kekurangan:
 Desain lebih rumit dibandingkan dengan alternator yang menggunakan magnet
permanen

14
 Sangat bergantung dengan supply arus DC dari luar untuk membangkitkan
medan magnet, jika sumber arus gagal memasok arus DC, maka alternator tidak
berfungsi sama sekali.
2.3.4.2 Macam Alternator Berdasarkan Posisi Kawat Kumparan (Armature)
Pembangkitan gaya gerak listrik (GGL) oleh generator terjadi karena adanya medan
magnet yang di tengah-tengahnya melintas kawat kumparan, atau sebaliknya adanya sebuah
kawat kumparan yang sedang dilintasi oleh medan magnet. Atas dasar hal tersebut maka
generator AC dapat diklasifikasikan menjadi dua, yakni alternator dengan kumparan sebagai
rotor dan alternator dengan medan magnet sebagai rotor.
2.3.4.2.1 Alternator Dengan Kumparan Sebagai Rotor.
Generator AC dengan kumparan sebagai rotor diilustrasikan pada gambar di bawah ini.
Stator generator ini bekerja sebagai sumber medan magnet, sedangkan sisi rotor bekerja
sebagai kumparan kawat. Kumparan kawat berputar dan memotong garis gaya magnet
sehinngga terbangkitkan arus listrik pada kumparan tersebut. Arus listri dikeluarkan dari rotor
melalui slip ring dan sikat karbon (brush). Masing-masing slip ring terkoneksi dengan tiap-
tiap ujung kawat kumparan. Sikat karbon berfungsi sebagai bidang gesek yang berkontak
langsung dengan slip ring. Voltase listrik yang dihasilkan generator ditransfer dari slip ring
melewati sikat karbon untuk menuju ke luar sistem.
Gambar 2.16 Alternator dengan Kumparan sebagai Rotor
(Sumber: Wikipedia.com)
Generator AC tipe ini lebih banyak diaplikasikan untuk kebutuhan daya listrik rendah.
Jika digunakan untuk daya listrik tinggi, maka arus listrik mengalir melewati slip ring dan sikat
karbon akan semakain besar. Tentu hal ini merupakan losses yang cukup besar dengan
mentransmisikan listrik berdaya besar melewati sebuah bidang gesek. Dibutuhkan biaya yang
tidak sedikit jika alternator tipe ini dipaksakan untuk memproduksi listrik berdaya tinggi
merupakan tipe medan magnet sebagai rotor.
2.3.4.2.2 Alternator Dengan Medan Magnet Sebagai Rotor.
Generator AC dengan medan magnet sebagai rotor menjadi generator AC yang lebih
umum digunakan dibandingkan dengan tipe sebelumnya. Pada tipe ini, arus listrik DC dari
sumber luar dialirkan ke kumparan rotor dengan melewati slip ring dan sikat karbon. Arus

15
listrik DC tersebut digunakan untuk membangkitkan medan magnet di kumparan rotor. Seiring
dengan perputaran rotor, maka medan magnet akan ikut bergerak berputar. Garis gaya medan
magnet yang bergerak berputar, akan terpotong oleh kumparan pada sisi stator yang diam
sehingga tercipta gaya gerak listrik di sisi kumparan stator. Dikarenakan daya keluaran
generator ini melalui sisi stator, maka dimungkinkan untuk menggunakan konektor tetap dan
selalu terisolasi sebagai sistem transmisinya. Hal ini tentu menjadi kelebihan jika digunakan
tunuk mentransmisikan arus AC yang besar. Di sisi lain, sistem slip ring dan sikat karbon yang
digunakan pada sisi rotor tidak menjadi masalah karena arus listrik DC yang ditransmisikan
tidak sebesar arus listrik AC yang dihasilkan pada sisi stator.
Gambar 2.17 Alternator dengan Medan Magnet sebagai Rotor
2.3.4.3 Macam-Macam Alternator Berdasarkan Fase Listrik yang Dihasilkan
Karakter listrik AC adalah besar voltase yang naik turun membentuk gelombang
sinusoidal. Pada suatu sistem listrik AC, gelombang voltase tersebut bisa berjumlah satu atau
tiga. Jumlah satu dan tiga ini lebih familiar digunakan di khalayak umum dibandingkan dengan
angka yang lain, jika sistem listrik AC tersebut hanya terdapat satu gelombang voltase, maka
hal ini disebut listrik AC satu fasa. Sedangkan jika terdapat tiga gelombang voltase maka
disebut dengan listrik AC tiga fasa.
Gambar 2.18 Gelombang Listrik AC Fasa Tunggal dan Tiga Fasa
(Sumber: http://www.tripplite.com/products/single-vs3-phase)

16
Bagaimana bisa ada dua tipe arus listrik AC di atas adalah berasal dari sumber listrik
AC tersebut, dalam hal ini adalah generator. Komponen generator yang menentukan jumlah
fasa yang dihasilkan tersebut adalah kumparan kawat (armature). Jumlah dan susunan
kumparan menjadi penentu jumlah fasa yang dihasilkan oleh sebuah generator AC. Berikut
akan kita bahas lebih lanjut dua tipe generator ini berdasarkan fasa listrik AC yang ia hasilkan.
2.3.4.3.1 Generator AC Fasa Tunggal.
Generator Ac yang menghasilkan listrik fasa tunggal adalah generator yang di
dalamnya hanya memiliki satu kumparan kawat (armature), atau beberapa kumparan kawat
yang tersusun secara seri. Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan beberapa skema generator
berikut.
(a) Alternator dengan satu putaran lilitan kumparan sebagai rotor
(b) Alternator dengan beebrapa putaran lilitan kumparan sebagai rotor

17
(c) Alternator dengan satu pasang kumparan sebagai stator
(d) Alternator dengan dua pasang kumparan sebagai stator
Keempat jenis generator di atas sama-sama menghasilkan arus listrik AC satu fasa.
Gambar (a) adalah sebuah generator AC dengan kumparan kawat sebagai rotor. Nampak pada
grafik dibawahnya bahwa dengan satu putaran lilitan kumparan mampu menghasilkan listrik
AC fasa tunggal. Gambar (b) juga sama seperti gambar (a), yakni sebuah alternator dengan
kumparan sebagai rotor. Hanya saja lililtan kumparan diperbanyak menjadi beberapa kali. Hal
ini akan menghasilkan arus listrik AC fasa tunggal dengan frekuensi yang sama seperti gambar
(a), namun memiliki nilai voltase yang berlipat ganda sesuai dengan jumlah lilitan kumparan.
Gambar (c) dan (d) adalah generator AC tipe medan magnet sebagai rotor, sehingga
kawat kumparan didesain berada di sisi stator. Nampak pada gambar ©, stator tersusun atas
dua sisi kumparan yang saling terhubung secara seri. Selain iitu arah putaran lilitan kumparan
antara yang satun dengan yang lainnya Nampak saling berkebalikan, hal ini dikarenakan tiap-
tiap kumparan akan menghadap ke medan magnet dengan kutub yang berbeda. Dengan desain

18
demikian akan membuat arah arus listrik yang terbangkitkan akan selalu searah antara
kumparan yang satu dengan yang lainnya.
Generator gambar (d) merupakan pengembangan dari desain ©, dimana kumparan
kawat bertambah menjadi empat kumparan dan begitu pula dengan kutub magnet yang juga
menjadi empat kutub. Lilitan kumparan saling terhubung secara seri sesuai dengan gambar di
atas. Dengan desain semacam ini, untuk setiap 90o putaran rotor, kutub voltase listrik akan
berubah arah dari positif ke negative ataupun sebaliknya. Sehingga di setiap satu putaran rotor
akan tercipta dua gelombang penuh listrik AC. Selain itu karena kumparan dihubungkan secara
seri dan output tegangan berupa satu fase, maka besar tengangan listrik total yang dihasilkan
oleh generator ini sebanyak empat kali tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing
kumparan. Dengan kata lain dua kali lebih besar dibandingkan dengan tegangan listrik yang
dihasilkan oleh generator (c).
2.3.4.3.2 Generator AC Fasa Tiga
Generator tiga fasa memiliki prinsip kerja yang sama dengan generator satu fasa.
Pembeda paling utama adalah digunakannya tiga kumparan kawat yang saling terhubung
dengan konfigurasi khusus. Jika pada alternator satu fasa beberapa kumparan dihubungkan
secara seri akan menghasilkan tegangan listrik AC yang lebih bsesar, maka pada alternator tiga
fasa konkesi antar ketiga kumparan kawat akan menghasilkan tiga gelombang voltase listrik
AC yang saling mendahului.

19
Gambar 2.19 Koneksi Antarkumparan pada Alternator AC
(Sumber: Idaho State University’s College of Technology)
Tiga kumparan kawat, baik diposisikan sebagai rotor ataupun start alternator, disusun
sedemikian rupa sehingga diantara ketiganya memiliki jarak sudut 120o. masing-masing
kumparan memiliki dua ujung kawat yang salah satu ujungnya dihubungkan dengan ujung
kawat kumparan lainnya dengan bentuk konfigurasi delta (Δ) atau wye (Y) seperti pada gambar
di atas. Sedangkan ujung-ujung kawat kumparan lainnya berfungsi sebagai output untuk
menyalurkna energi listrik AC yang terbangkitkan keluar generator.

20
Gambar 2.20 Kumparan yang terhubung dengan koneksi Y
(Sumber: http://www.reliantemc.com/OnFILTER-AC-Three-Phase-Filters.html)
Tegangan listrik keluaran alternator AC tiga fasa membentuk tiga buah geombang sinus
jika diproyeksikan ke dalam sebuah grafik. Ketiga gelombang tersebut memiliki frekuensi yang
sama persis, namun saling memiliki jarak sepertiga gelombang antara satu gelombang dengan
gelombang lainnya.
2.3.4.4 Macam Alternator Berdasarkan Kecepatan Putaran Rotor
Generator AC juga dapat dibagi menjadi dua berdasarkan kecepatan putaran rotornya.
Jika sebuah generator AC rotornya berputar dengan kecepatan sesuai dengan sinkronisasi
jaringan, maka generator tersebut dinamakan generator sinkron. Namun jika kecepatan putaran
rotor generator lebih cepat sedikit dibandingkan kecepatan frekuensi jaringan, maka generator
tersebut adalah generator tidak sinkron.
2.3.4.4.1 Generator Sinkron
Generator sinkron adalah generator yang putaran rotornya seirama dengan frekuensi
jaringan. Pada generator ini berlaku rumus menghitung frekuensi jaringan sebagai berikut:
𝑓 = 𝑑𝑓 𝑟𝑎𝑐𝑁𝑡𝑖𝑚𝑒𝑠 𝑃60
Dimana N adalah kecepatan rotor dalam rpm, P adalah jumlah pasang kutub magnet
rotor, sedangkan 60 adalah konversi ke detik.
Gambar 2.21 Generator Sinkron

21
(Sumber: http://www.alternative-energy-tutorials.com/wind-energy/synchronous-generator.html)
Semisal ada sebuah generator yang menggunakan dua kutub magnet (1 utara dan 1
selatan) terpasang ke sebuah jaringan listrik berfrekuensi 50Hz. Jika putaran rotor generator
tersebut adalah 3000 rpm, maka generator tersebut disebut generator sinkron.
2.3.4.4.2 Generator Asinkron
Generator asinkron (tidak sinkron) merupakan generator yang memiliki kecepatan putaran
rotor yang sedikit lebih cepat dibandingkan dengan kecepatan sinkronisasi jaringan. Hal ini
dikarenakan komponen rotor generator ini tidak menggunakan magnet permanen ataupun
sistem eksitasi dari luar. Rotor generator tipe ini menggunakan induksi elektromagnetik yang
tercipta pada stator untuk ditangkap oleh batan-batang konduktor sehingga tercipta medan
magnet di dalam rotor. Disaat yang sama rotor tersebut diputar oleh su,ber putaran dari luar
dengan kecepatan di atas kecepatan sinkronisasi, menghasilkan fluks magnet rotor yang
sekarang memotong kumparan stator. Pada saat inilah kumparan stator akan menghasilkan arus
listrik untuk dikirim ke sistem.
Gambar 2.22 Komponen generator asinkron
(Sumber: http://www.alternative-energy-tutorials.com/wind-energy/synchronous-generator.html)
Generator tipe ini banyak digunakan untuk pembangkit listrik tenaga angin dan tenaga mikro
hidro. Hanya saja ada beberapa kelemahan di dalamnya, yakni:
 Efisiensi sistem eksitasi internal di dalam generator ini kurang baik.
 Tidak dapat digunakan saat kondisi faktor daya sedang lagging.
 Generator ini membutuhkan daya reaktif yang terlalu besar.
Pada proses start-up, generator dioperasikan sebagai motor sinkron dengan megalirkan
arus eksitasi ke dalam generator. Setelah mencapai self-excited speed (kecepatan rating), maka
arus listrik akan diputus. Putaran dari motor sinkron akan menggerakkan kompresor dan turbin
karena berada dalam satu poros.
2.4 SISTEM PENDUKUNG
2.4.1 Air Intake System
Air intakesystem merupakan sistem yang memiliki peran sebagai filter/penyaring untuk
mensuplai udara bersih yang akan masuk ke kompresor. Proses filtrasi udara yang buruk dapat
mengakibatkan penurunan performa dari turbin gas dan bahkan dapat mengakibatkan
kerusakan pada turbin gas. Kondisi turbin gas dipengaruhi oleh beberapa partikel pada sisi inlet

22
berdasarkan komposisi dan ukuran partikel tersebut. Proses filtrasi yang buruk dapat
mengakibatkan beberapa kerugian, antara lain: foreign object damage (FOD), erosi, fouling,
peleburan partikel asing ke komponen, dan juga korosi (karat).
Proses filtrasi udara dapat memiliki efek positif dan negatif. Efek negatif dari proses
filtrasi ini akan menyebabkan penurunan tekanan udara masuk yang dapat mengurangi
performa/efisiensi sistem. Akan tetapi, proses filtrasi udara ini juga berperan dalam menjaga
kualitas udara yang masuk ke kompresor agar turbin gas dapat beroperasi dengan maksimal.
Pemilihan/rancangan filter yang baik yaitu memiliki penurunan tekanan udara yang minimum
di saat ia dapat menghilangkan sejumlah partikel asing dan embun,
Proses filtrasi yang baik terkadang membutuhkan beberapa tahap filtrasi untuk
menghilangkan material/partikel yang berbeda yang terdapat di udara atau menghilangkan
material/partikel dengan ukuran atau fasa yang berbeda. Proses filtrasi yang bertingkat ini
disebut juga dengan multiple stage filtration yang biasanya terdiri dari dua/tiga tahap filtrasi.
Pemilihan sistem filtrasi didasarkan pada kondisi lingkungan sekitar pembangkit
seperti kondisi cuaca, komposisi partikel/debu, serangga, dan material pengotor lain. Kondisi
lingkungan yang juga dapat mempengaruhi desain dan lokasi dari filter misal: arah angin,
polusi lokal, kontur tanah tempat pembangkit beroperasi, dan kemiringan inlet.
Berikut adalah beberapa macam tipe filtrasi yang digunakan pada air intake system.
1. Weather protection dan Trash Screen
Louver atau hood dan trash screen merupakan filter yang paling sederhana tetapi
sangat penting untuk mengurangi partikel dan embun yang masuk ke sistem filtrasi
utama. Weather protection (proteksi cuaca) ini tidak diklasifikasikan sebagai filter,
akan tetapi mempermudah proses penghilangan partikel-partikel asing.
Gambar 2.23 Weather hood pada sistem filtrasi
(Sumber: Camfil Farr)
2. Inertial Separator
Tipe inertial separator yang sering digunakan pada filtrasi inlet turbin gas adalah
tipe separator vane dan cyclone. Vane separator efektif untuk menyaring partikel yang

23
lebih besar dari 10 mikron. Efektivitas dari separator didasarkan pada desain kecepatan
udaranya. Efektivitas terbaik adalah saat kecepatan udara masuk mendekati rating
kecepatan udaranya. Vane separator relatif memiliki drop tekanan yang rendah (0,1-
0,5 bar dalam H2O). Tipe separator ini efektif digunakan untuk menghilangkan air
dengan kecepatan tinggi dimana biasanya diaplikasikan pada kegiatan kelautan dan
off-shore.
Gambar 2.24 Vane Axial Separartor
(Sumber: Guideline for Gas Turbine Inlet Air Filtration System, Gas Machinery Research Council
Southwest Research Institute®, 2010, Texas)
Tipe cyclone separator menggunakan sudu stasioner untuk menggerakkan
aliran secara sentrifugal. Gerak berputar ini menyebabkan partikel padat dan cair
bergerak ke arah luar membentuk aliran vortex atau cyclone. Tipe cyclone separator
ini memiliki drop tekanan yang lebih besar dibandingkan tipe vane separator. Cyclone
separator efektif untuk menyaring partikel padatan dan cair berukuran lebih dari 10
mikron yang dapat mencegah erosi dan karat komponen.
Gambar 2.25 Pengoperasian Inertial Separator
(Sumber: Mueller Environmental Design, Inc.)

24
3. Moisture Coalescers
Pada lingkungan dengan kelembapan yang tinggi, sebuah coalescer diperlukan untuk
menghilangkan cairan lembab. Coalescer bekerja dengan menangkap droplet air di
bagian fiber. Coalescer didesain untuk melewatkan droplet air untuk di-drain atau
dilepas kembali ke aliran.
4. Prefilter
Selama kompresor beroperasi, parrikel-partikel debu dan pengotor akan
mengendap di dalam kompresor yang dapat megurangi efisiensi dan daya output dari
pembangkit. Filter yang terdapat pada sistem intake udara ini berfungsi untuk
mencegah hal tersebut.
Gambar 2.26 Prefilter/Coalescer
5. High Efficiency Filter
Berfungsi untuk menyaring partikel-partikel pengotor yang lebih kecil yang
lolos dari pre-filter.
6. Silencer
Aliran udara yang masuk ke dalam kompresor akan menimbulkan noise
(kebisingan). Oleh karena itu, terdapat sebuah silencer yang berfungsi untuk
mengurangi kebisingan sampai pada batas yang diinginkan dan dipasang pada bagian
saluran masuk udara.

25
Gambar 2.27 Skema Filtrasi pada PLTG
2.4.2 Exhaust system
Exhaust system diperlukan untuk mengarahkan gas buang dari turbin gas menuju ke
atmosfer. Temperatur gas buang bisa mencapai 400-650o C. Kebisingan yang ditimbulkan oleh
gas buang dapat dikurangi dengan silencer yang terletak pada bypass stack. Stack adalah
sebuah laluan gas buang yang menjulang ke atas untuk memastikan temperatur gas buang aman
saat dilepsakan ke atmosfer.
Dalam siklus kombinasi, gas buang akan digunakan kembali sebagai pemanas ulang
dalam sistem HRSG (Heat Recovery Steam Generator) untuk mengoperasikan turbin uap
tambahan untuk meningkatkan efisiensi pembangkit. Pada kebanyakan pembangkit, sebuah
diverter damper dipasang diantara turbin gas dan HRSG. Hal ini memungkinkan pembangkit
beroperasi dengan siklus kombinasi (combined cycle) atau dengan siklus sederhana (simple
cycle), pada kasus dimana boiler perlu di-maintenance.
2.4.3 Starting System
Starting system berfungsi untuk melakukan start-up sebelum turbin gas bekerja.
Starting system akan membentuk momentum awal turbin gas untuk mencapai kecepatan
operasi tertentu. Prinsip kerjanya kurang lebih sama dengan motor starter yang ada pada mobil.
Pada PLTG, turbin gas akan berputar pada kecepatan 3000 RPM pada frekuensi grid 50 Hz
dan 3000 RPM pada frekuensi grid 60 Hz. Saat start-up, kecepatan putar awal setidaknya
adalah 60 % dari kecepatan operasi agar turbin dapat bekerja.
Starter motor yang digunakan sebagai start-up tergantung pada seberapa besar turbin
yang digunakan. Untuk turbin yang besar berarti membutuhkan kapasitas motor yang besar
pula. Sebuah motor dengan converter torsi dapat digunakan untuk memutar turbin yang besar
hingga mencapai kecepatan yang dibutuhkan. Konverter torsi disini digunakan untuk
meningkatkan torsi yang dibangkitkan. Saat ini, trend terbaru adalah menggunakan generator
itu sendiri sebagai starter motor dengan pengaturan elektrik yang sesuai. Pada kondisi dimana

26
tidak ada daya yang tersedia, seperti di atas kapal atau pada off-shore platform, maka dapat
menggunakan mesin diesel atau mesin gas.
2.4.4 Fuel System
Fuel system berfungsi untuk menyediakan bahan bakar bersih untuk proses pembakaran
dalam ruang bakar. Normalnya, turbin gas menggunakan bahan bakar gas alam, disamping itu,
ia juga dapat membakar bahan bakar diesel atau bahan bakar destilasi. Banyak turbin gas yang
memiliki kemampuan ganda.
Sistem pembakaran (burner) dan pengapian (ignition) dengan sistem pengaman adalah
salah satu komponen terpenting pada PLTG. Pada sistem pengapian terdapat sebuah control
valve yang mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksi ke ruang bakar. Sebuah filter juga
dipasang untuk mencegah partikel pengotor yang dapat menyumbat burner. Gas alam dari
sumber diserap dan dibersihkan sebelum masuk ke turbin. Pemanas eksternal memanaskan gas
agar pembakaran berlansung sempurna. Untuk bahan bakar cair, dibutuhkan pompa tekanan
tinggi untuk memompa bahan bakar agar terjadi proses atomisasi yang baik sebelum proses
pembakaran.
Dalam menentukan bahan bakar yang dipakai, ada beberapa hal yang harus
diperhatikan seperti nilai kalor, kebersihan bahan bakar, korosivitas, kecenderungan fouling
dan pengendapan, dan ketersediaan bahan bakar. Pemilihan yang tepat berutujuan untuk
mendapatkan efisiensi yang tinggi, downtime yang minimum, dan ekonomis.
Nilai kalor bahan bakar akan mempengaruhi besar dari sistem bahan bakar. Umumnya,
analisis lebih mendalam mengenai bahan bakar ada pada bahan bakar gas karena pada bahan
bakar cair memiliki variasi nilai kalor yang berdekatan yang memudahkan dalam
pemilihannya.
Kebersihan bahan bakar merupakan faktor penting untuk menghasilkan pembakaran
yang baik. Kebersihan bahan bakar harus dimonitor untuk memastikan bahan bakar tersebut
bebas dari pengotor-pengotor yang terbawa saat proses transpor bahan bakar. Partikel pengotor
dalam bahan bakar dapat menyebabkan kerusakan atau fouling pada sistem bahan bakar yang
berdampak pada pembakaran yang buruk.
Korosi (karat) karena aliran bahan bakar biasanya terjadi pada komponen ruang bakar
dan sudu turbin. Korosi dapat timbul karena pengaruh dari sejumlah material logam berat yang
terkandung dalam bahan bakar.
Fouling dan pengendapan dapat terjadi pada bagian hot section turbin gas. Laju
pengendapan bergantung pada sejumlah senyawa yang terdapat pada bahan bakar. Senyawa-
senyawa yang dapat menyebabkan pengendapan dapat dihilangkan dengan adanya penanganan
khusus.
Selain itu, ketersediaan bahan bakar juga merupakan faktor penting dalam sistem bahan
bakar. Jika cadangan bahan bakar masih belum diketahui/dipastikan ada, maka PLTG harus
memiliki back-up bahan bakar yang memadai.

27
Kebutuhan akan bahan bakar harus memperhatikan variasi dari properties bahan bakar.
Kebersihan bahan bakar diukur dari jumlah air, sedimen, dan partikulat yang terdapat pada
bahan bakar. Sedimen dan air terdapat terutama pada bahan bakar cair, sedangakan partikulat
sering ditemukan pada bahan bakar gas. Partikulat dan sedimen dapat menyebabkan
penyumbatan filter bahan bakar. Selain itu, air juga dapat menyebabkan oksidasi pada sistem
dan menyebabkan pembakaran yang buruk. Penanganan kebersihan bakan bakar ini dapat
dilakukan dengan melakukan proses filtrasi.
Residu karbon, titik tuang (pour point), dan viskositas merupakan properti penting
terkait pengendapan dan fouling yang terjadi. Nilai residu karbon menunjukkan kecenderungan
bahan bakar untuk menghasilkan deposit karbon pada nosel dan bagian ruang bakar.
Sedangakan, titik tuang menunjukkan temperatur terendah dimana bahan bakar dapat
dituangkan yang dipengaruhi oleh gravitasi. Viskositas (kekentalan) erat kaitannya dengan
drop tekanan pada aliran dalam pipa. Variabel titik tuang dan viskositas menunjukkan ukuran
kecenderungan bahan bakar untuk mengotori (menimbulkan fouling) pada sistem.
Partikel abu yang terdapat pada bahan bakar cair merupakan faktor penting yang
menentukan kebersihan, korosivitas, dan pengendapan bahan bakar. Abu merupakan material
sisa pembakaran. Abu terbentuk menjadi dua macam, (1) sebagai partikel padatan yang dikenal
dengan sedimen, (2) sebagai minyak atau air bekas larutan logam. Seperti yang disebutkan di
awal, sedimen akan berdampak pada kebersihan bahan bakar, sementara korosivitas bahan
bakar terkait dengan jumlah berbagai trace element (unsur kimia yang muncul sebentar dalam
sampel tertentu) pada abu bahan bakar. Bahan bakar tertentu dengan jumlah abu tinggi bisa
sangat korosif. Tabel menunjukkan rangkuman dari spesifikasi bahan bakar gas untuk PLTG.
(Sumber: Gas Turbine Engineering Handbook,4th
ed.,2012)
Partikel sulfur (belerang) pada tabel di atas harus dikontrol dengan exhaust recovery
system. Jika sulfur terkondensasi pada exhaust stack, maka korosi dapat terjadi. PLTG tanpa
exhaust recovery system bukanlah menjadi masalah dengan selama temperatur stack lebih
tinggi dari titik embun gas buang. Sulfur juga dapat menyebabkan korosi pada bagian hot
section ruang bakar dengan logam tertentu seperti sodium atau potassium. Korosi yang terjadi
pada ruang bakar tersebut disebut dengan sulfidasi atau korosi karena panas. Sulfidasi dapat
dicegah dengan penyaringan (filter) pada sistem intake udara.
Tabel 12-4 menunjukkan rangkuman dari spesifikasi bahan bakar cair berasal dari uji
pabrikan agar pengoperasiannya efektif. Kontaminan air dan sedimen maksimal 1% dari
volume untuk mencegah fouling bahan bakar dan penyumbatan filter. Nilai viskositas
maksimal 20 censistoke pada nosel bahan bakar untuk mencegah penyumbatan saluran bahan
bakar. Sedangkan nilai titik tuang minimal 20o F (11o C) dibawah temperatur lingkungan. Emisi
karbon harus kurang dari 1% dari 100% berat sampel. Sementara untuk emisi hidrogen terkait

28
dengan asap dari bahan bakar. Bahan bakar dengan kandungan hidrogen rendah akan
menghasilkan lebih banyak asap dibandingkan dengan bahan bakar dengan kandungan
hidrogen tinggi. Standar nilai belerang bertujuan untuk melindungi sistem dari korosi.
ed.,2012)
Analisis abu (ash) mendapatkan perhatian khusus karena beberapa logam trace pada
abu yang dapat menyebabkan korosi. Unsur yang menjadi perhatian utama seperti vanadium,
sodium, potasium, timah, dan kalsium. Keempat unsur yang pertama tidak boleh ada karena
pengaruh korosi yang besar pada temperatur tinggi. Selain korosi, semua unsur tersebut juga
akan menimbulkan deposit (endapan).
Sodium dan potasium sangat dihindari karena dapat bereaksi dengan belerang pada
temperatur tinggi yang dapat menimbulkan korosi pada logam. Proses korosi pada temperatur
tinggi ini dinamakan sulfurisasi. Selain itu, endapan sodium sulfat (Na2SO4) pada sudu turbin
diperkirakan akan mereduksi lapisan oksida pelindung sudu. Korosi akan semakin parah
seiring dengan bertambahnya endapan yang mereduksi lapisan pelindung. Lebih lanjut,
oksidasi juga dapat terjadi ketika cairan vanadium mengendap pada sudu. Sementara pada
kontaminan unsur timah jarang ditemui. Kontaminan unsur timah ini dapat muncul terutama
dari partikel pengotor bahan bakar sendiri atau dari kilang produksi minyak. Hingga saat ini,
belum ada penanganan bahan bakar untuk menetralkan timah.
2.4.5 Lubrication Oil System
Berikut ini beberapa fungsi lubrikasi mesin :
1. Mengurangi keausan mesin
2. Mengurangi panas akibat pembakaran dan gesekan mesin
3. Mengendapkan kotoran-kotoran ke dalam karter
4. Mengurangi suara berisik pada mesin
5. Mengoptimalkan kerja mesin

29
2.4.6 Coupling and Accessory Gear
Kopling adalah alat yang digunakan untuk menghubungkan dua poros pada kedua
ujungnya dengan tujuan untuk mentransmisikan daya mekanis. Kopling biasanya tidak
mengizinkan pemisahan antara dua poros ketika beroperasi, namun saat ini ada kopling yang
memiliki torsi yang dibatasi sehingga dapat slip atau terputus ketika batas torsi dilewati.
Tujuan utama dari kopling adalah menyatukan dua bagian yang dapat berputar (poros).
Dengan pemilihan, pemasangan, dan perawatan yang teliti, performa kopling bisa maksimal,
kehilangan daya bisa minimum, dan biaya perawatan bisa diperkecil.
Kopling digunkan pada bidang permesinan dengan tujuan:
 Mengurangi dampak misalignment yang terjadi antara dua poros.
 Untuk mendapatkan fleksibilitas mekanis, terutama pada dua poros yang tidak berada
pada satu aksis.
 Untuk mengurangi beban kejut ( shock load ) dari satu poros ke poros yang lain.
 Untuk mengurangi karakteristik getaran dari dua poros yang berputar.
Dalam turbin gas 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.
Coupling dibagi menjadi dua jenis, (1) kopling kaku, (2) kopling fleksibel. Kopling
kaku biasa digunakan untuk menghubungkan poros dengan kondisi misalignment
(ketidaksejajaran) yang kecil. Kopling fleksibel dibagi menjadi banyak jenis, seperti jenis
beam, kopling kecepatan konstan, diafragma, membran logam, elastomeric, gear,
miscellaneous, dll. Kopling jenis gear dan membrane logam banyak diaplikasikan pada industri
termasuk aplikasi pada pembangkit.
2.5 SIKLUS KERJA PLTG
Turbin gas secara termodinamika bekerja dengan siklus Brayton. Siklus ini untuk sistem turbin
gas sederhana dengan siklus terbuka.

30
3 BAB III SPESIFIKASI PLTG
Langkah awal melakukan proses perancangan PLTG adalah menentukan konfigurasi
awal/spesifikasi teknis pembangkit. Spesifikasi teknis ini diambil berdasarkan aspek-aspek
termodinamika, prestasi, dan biaya.
Spesifikasi Pembangkit:
1. PLTG dengan siklus kerja open cycle
2. PLTG dengan konstruksi turbin gas berporos tunggal
3. Aliran Fluida: Axial
Spesifikasi Teknis:
Spesifikasi Nilai
Daya yang dibangkitkan : 20 MW
Bahan Bakar : Gas alam (LNG)
Fluida kerja : Udara
Putaran turbin : 3000 RPM
Perbandingan kompresi : 8
Temperatur inlet kompresor : 28o C
Temperatur inlet turbin : 1227o C
Tekanan inlet : 1,013 bar
Efisiensi kompresor : 0,85
Efisiensi turbin : 0,95
Efisiensi ruang bakar : 0,98
Efisiensi generator : 0,95
Data-data yang digunakan dalam menentukan spesifikasi awal mengacu pada berbagai
penelitian dan literatur yang relevan.

31
4 BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA
4.1 PERANCANGAN KOMPRESOR
4.1.1 Analisis Termodinamika
Proses 1-2’ (Kerja kompresor aktual)
𝑊𝐾𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 =
𝑐 𝑝𝑎 − 𝑇02 − 𝑇𝑎
Ƞ 𝑚
Pada kondisi stagnasi
𝑃01 = 𝑝 𝑎 − 𝑝𝑓
𝑃01 = 1,013− 0,02
𝑃01 = 0,933 𝑏𝑎𝑟
𝑇01 =
𝑇𝑎
𝑃𝑎
𝑝01
𝑘 𝑎−1) Ƞ 𝑝𝑘
𝑘 𝑎
𝑇01 =
301
1,013
0,993
(1,4−1) 0,95
1,4
𝑇01 = 299,12 𝑘
ℎ01 = 299,12 𝑘𝑗/𝑘𝑔
Pada keadaan statis:
𝑇1 = 𝑇01 −
𝐶 𝑎
2
2 𝑐 𝑝𝑎
𝑇1 = 299,12 −
1502
2 1,005𝑥103
𝑇1 = 287,92 𝑘 ℎ1 = 287,02 𝑘𝑗/𝑘𝑔
𝑝1 = 𝑝01 𝑥
𝑇1
𝑇01
𝐾 𝑎
(𝑘 𝑎−1)
𝑝1 = 0,933𝑥
287,92
299,12
1,4
(1,4−1)
𝑃1 = 0,86 𝑏𝑎𝑟
Kondisi outlet kompresor

32
Stagnasi
𝑝02 = 𝑟𝑝 𝑥 𝑝01
𝑝02 = 8 𝑥 0,993
𝑝02 = 7,994 𝑏𝑎𝑟
𝑇02 = 𝑇01 𝑥 𝑟𝑝
𝐾 𝑎−1
𝑘 𝑎 Ƞ 𝑝𝑘
𝑇02 = 299,12 𝑥 8
1,4−1
1,4 0,9
𝑇02 = 576,81 𝑘 ℎ02 = 584,45 𝑘𝑗/𝑘𝑔
Statis
𝑇2 = 𝑇02 𝑥
𝑐 𝑎
2
2𝑐 𝑝
𝑇2 = 576,81 −
1502
2𝑥1,005𝑥103
𝑇2 = 565,61 𝑘 ℎ2 = 570,35 𝑘𝑗/𝑘𝑔
𝑃2 = 𝑝02 (
𝑇2
𝑇02
)
𝐾 𝑎−1
𝑘 𝑎
𝑃2 = 7,994 (
565,61
576,81
)
1,4−1
1,4
𝑃2 = 7,94 𝑏𝑎𝑟
Kerja kompresor
𝑊𝑘 =
𝐶 𝑝(𝑇02 − 𝑇𝑎)
Ƞ 𝑚
𝑇02 − 𝑇𝑎 =
𝑇𝑎
Ƞ 𝑘
([
𝑃02
𝑃𝑎
]
𝑘 𝑎−1
𝑘 𝑎 − 1)
𝑇02 − 𝑇𝑎 = 275,81 𝑘
𝑊𝑘 =
1,005(275,81)
0,99
= 279,98 𝑘𝑗/𝑘𝑔
Kondisi actual
ℎ02
′
= ℎ01 + 𝑤 𝑘
ℎ02
′
= 299,12 + 279,98 = 579,1 𝑘𝑗/𝑘𝑔

33
Temperatur aktual = 573,98 kj/kg
Perbandingan massa bahan bakar dengan udara
1:57,2
Kondisi 3 inlet turbin:
𝑝03 = 𝑝02 − (1 − 𝑝 𝑡𝑏)
𝑝03 = 7,994 − (1 − 0,02) = 6,996 𝑏𝑎𝑟
𝑇3 = 𝑇03 −
𝐶 𝑎
2
2. 𝐶 𝑝𝑔
𝑇3 = 1500 −
1502
2.1,148𝑥103
= 1490 ,2 𝑘
𝑃3 = 𝑃03 𝑋
𝑇3
𝑇03
𝑘𝑔−1
𝑘𝑔
𝑃3 = 6,98 𝑏𝑎𝑟
Kondisi 4 (keluar turbin):
𝑃04 = 𝑃𝑎. 1,1
𝑃04 = 1,1143 𝑏𝑎𝑟
Ratio tekanan turbin
𝑟𝑡 =
𝑃03
𝑃04
𝑟𝑡 = 6,27 𝑏𝑎𝑟
Temperatur outlet turbin
𝑇04 =
𝑇03
𝑟𝑡
(
( 𝑘𝑔−1).Ƞ𝑝𝑡
𝑘𝑔
𝑇04 =
𝑇03
𝑟𝑡
(
( 𝑘𝑔−1).Ƞ𝑝𝑡
𝑘𝑔
𝑇04 = 995,53 𝐾 ℎ04 = 1035,4 𝑘𝑗/𝑘𝑔
Kondisi statis
𝑇4 = 𝑇04 −
𝐶 𝑎
2
2. 𝐶 𝑝𝑔
𝑇4 = 985,73 𝑘

34
𝑃4 = 𝑃04 𝑋
𝑇4
𝑇04
𝑘𝑔−1
𝑘𝑔
𝑃4 = 0,11 𝑏𝑎𝑟
Temperatur ekivalen dari total kerja turbin:
𝛥𝑇034 = Ƞ 𝑇. 𝑇03 . (1 −
1
𝑃03
𝑃04
⁄
𝐾𝑔−1
𝐾𝑔
)
𝛥𝑇034 = 530,80 𝑘
Kerja total turbin per mass flow:
𝑊𝑇
̇ = 𝐶 𝑝𝑔. 𝑇034
𝑊𝑇
̇ = 609,35 𝑘𝑗/𝑘𝑔
Kerja system:
𝑊𝑛𝑒𝑡 = 𝑊𝑇 − 𝑊𝐾
𝑊𝑛𝑒𝑡 = 609,35 − 279,98
𝑊𝑛𝑒𝑡 = 329,37 𝐾𝑗/𝑘𝑔
Konsumsi bahan bakar:
𝑠𝑓𝑐 =
𝑓
𝑊𝑇 − 𝑊𝐾
𝑠𝑓𝑐 =
3600𝑥0,017
329,37
= 0,185
𝑘𝑔
𝑘𝑊
. ℎ
Efisiensi termal:
Ƞ 𝑡ℎ =
3600
𝑠𝑓𝑐 𝑥𝐿𝐻𝑉
Ƞ 𝑡ℎ =
3600
0,185𝑥47320
= 0,41
Daya putaran poros:
𝑁 𝑝𝑝 =
𝑁𝑔
Ƞ 𝑔
𝑁 𝑝𝑝 =
20000
0,95
= 21052 𝑘𝑊
𝑁 𝑝𝑝 = 𝑁 𝑇 − 𝑁 𝐾

35
𝑁 𝑇 = 𝑚 𝑔 . 𝑊𝑡
𝑁 𝑇 = 𝑚 𝑎(1 + 𝑓). 𝑊𝑡
𝑁 𝑇 = 619,7 𝑚 𝑎
𝑁 𝑘 = 𝑚 𝑎. 𝑊𝑘
𝑁 𝑘 = 279,98 𝑚 𝑎
21052 = 619,7 𝑚 𝑎 − 279,98 𝑚 𝑎
𝑚 𝑎 = 61,96 𝑘𝑔/𝑠
Laju aliran untuk bahan bakar:
𝑚 𝑓 = 𝑚 𝑎. 𝑓
𝑚 𝑓 = 1,056 𝑘𝑔/𝑠
Laju aliran massa udara pendingin
Annulus wall 0,016
Nozzle blade 0,025
Rotor blade 0,019
Rotor disc 0,005
Total 0,065
𝑚 𝑓 = 0,065. 𝑚 𝑎
𝑚 𝑓 = 4,027 𝑘𝑔/𝑠
Total massa udara yang disuplai kompresor
𝑚 𝑡 = 𝑚 𝑎 + 𝑚 𝑝
𝑚 𝑡 = 65,987 𝑘𝑔/𝑠
Daya yang digunakan untuk menggerakkan kompresor:
𝑁 𝐾 = 𝑚 𝑡.( 𝑇02 − 𝑇01)
𝑁 𝐾 = 65,987.(576,81 − 299,12)
𝑁 𝐾 = 65,987.(576,81 − 299,12)
𝑁 𝐾 = 65,987.(576,81 − 299,12)
𝑁 𝐾 = 18323.93 𝑘𝑊 = 18,323 𝑀𝑊
Daya yang harus dibangkitkan turbin:
𝑁 𝐾 = (1 + 𝑓). 𝑚 𝑡.(𝑇03 − 𝑇04)

36
𝑁 𝐾 = (1 + 0,017).65,987(1500− 995,53)
𝑁 𝐾 = 33854,36 𝐾𝑊 = 33,854 𝑀𝑊
4.1.2 Perancangan Kompresor
Kompresor dirancang untuk mensupalai udara ke ruang bakar dan menaikkan tekanan
udara dari kondisi atmosfer sampai dengan tekanan dengan nominal yang telah ditentukan.
i. Pemilihan Jenis Kompresor
Perancangan kompresor dibutuhkan untuk menaikan tekanan yang dibutuhkan
relatif tinggi. Jenis kompresor yang sesuai untuk menaikkan tekanan tinggi adalah
kompresor aksial. Kompresor jenis tersebut dapat menaikkan tekanan yang signifikan
di tiap tingkatnya.
ii. Penentuan Jumlah Tingkat Kompresor
Banyaknya tingkat kompresor dapat ditentukan dari perbandingan kenaikan
temperatur pada tiap tingkat. Kenaikkan temperatur diseluruh tingkat adalah selisih
temperatur udara keluar dan masuk kompresor. Untuk mengetahui keanaikkan
temepratur, harus dikeathui massa jenis udara pada sisi masuk dan jari-jari kompresor.
Langkah perhitungannya adalah sebagai berikut:
Massa jenis udara pada tingkat keadaan 1
ƥ1 =
𝑝01
𝑅 𝑎. 𝑇01
ƥ1 =
0,993𝑥102
0,287.299,12
= 1,15 𝑘𝑔/𝑚3
Jari-jari puncak kompresor adalah
𝑟𝑡
2
=
𝑚 𝑎𝑡
𝜋. ƥ1. 𝐶 𝑎[1 − (
𝑟𝑟
𝑟𝑡
)
2
]
𝑟𝑡
2
=
65,987
𝜋. 1,15.150[1 − (
𝑟𝑟
𝑟𝑡
)
2
]
𝑟𝑡
2
=
0,121
[1 − (
𝑟𝑟
𝑟𝑡
)
2
]
Besarnya kecepatan poros adalah:
𝑁 =
𝑈𝑡
2𝜋. 𝑟𝑡
𝑁 =
350
2𝜋. 𝑟𝑡

37
Hasil perhitungan rt dan N dari variasi
𝑟𝑟
𝑟𝑡
Rr/rt Rt N
0,4 0.379536 146.8437
0,45 0.389518 143.0807
0,5 0.401663 138.7543
0,55 0.416505 133.8098
0,6 0.434813 128.1757
Yang mendekati 3000 rpm pada rr/rt 0,6. Maka,
𝑟 𝑚 =
𝑟𝑟 + 𝑟𝑡
2
𝑟 𝑚 =
0,258 + 0,6
2
= 0,429 𝑚
Kecepatan keliling sudu rata-rata
𝑢 𝑡 = 2𝜋. 𝑟 𝑚. 𝑁
𝑢 𝑡 = 2𝜋. 0,429.128
𝑢 𝑡 = 345 𝑚/𝑠
Sudut masuk udara kecepatan aksial tingkat 1:
𝑡𝑎𝑛𝛽1 =
𝑢 𝑡
𝑐 𝑎
𝑡𝑎𝑛𝛽1 =
345
150
= 2,3
𝛽1 = 66.550
Kecepatan relatif udara masuk
𝛽1 =
𝑐 𝑎
𝑐𝑜𝑠𝛽1
𝑣1 =
150
cos66,55
𝑣1 = 376,93 𝑚/𝑠
Kecepatan keluar uadara ralatif pada tingkat 1
𝑣2 = 0,72𝑥𝑣1
𝑣2 = 0,72𝑥 376,93 = 271,38 𝑚/𝑠

38
Sudut keluar udara tingkat 1
𝑐𝑜𝑠𝛽2 =
𝑐 𝑎
𝑣2
𝑐𝑜𝑠𝛽2 =
150
271,38
𝛽2 = 560
Kenaikan temperature tiap tingkat adalah:
𝛥𝑇𝑜𝑠 =
𝛾
𝑐𝑝
. 𝑢. 𝑐 𝑎. (𝑡𝑎𝑛𝛽1 − 𝑡𝑎𝑛𝛽2)
𝛥𝑇𝑜𝑠 =
0,9
1,005𝑥103
. 345.150.(tan66,55 − tan 56)
𝛥𝑇𝑜𝑠 = 38,13 𝑘
Jumlah tingkat kompresor yangdibutuhkan adalah:
𝑍 𝑘 =
𝑇02 − 𝑇1
𝛥𝑇𝑜𝑠
𝑍 𝑘 =
576,81 − 287,92
38,13
𝑍 𝑘 = 8 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡
Perbedaan tekanan tiap tingkat adalah:
∆ 𝑝= 𝑐 𝑟
1
𝑛
∆ 𝑝= 8
1
8
∆ 𝑝= 1,29 𝑏𝑎𝑟
Volume spesifik tiap tingkat adalah:
𝑣 = 1
ƥ1
⁄
𝑣 = 1
1,15⁄
𝑣 = 0,86 𝑚3
/𝑘𝑔
iii. Pendesainan Blade

39
Blade kompresor di desain untuk putaran 3000 rpm dan menghasilkan daya
mekanik sebesar 18 MW.
1. Pendesainan annlus kompresor
Luas annulus pada sisi masuk kompresor adalah:
𝐴1 =
𝑚
ƥ1. 𝑐 𝑎
𝐴1 =
65,987
1,15.150
𝐴1 = 0,38 𝑚2
Diambil dari puncak dasar sudu (rt/rr)=0,43 dan rt=0.0.4296, maka:
𝑟𝑟 = 𝑟𝑡 . 0,43
𝑟𝑟 = 0.258 𝑚
Jari-jari rata-rata annulus
𝑟 𝑚 =
𝑟𝑡 + 𝑟𝑟
2
𝑟 𝑚 = 0.429 𝑚
Tinggi sudu gerak kompresor tingkat 1
ℎ1 =
𝐴1
2. 𝜋𝑟 𝑚
ℎ1 = 0,14 𝑚
Telah didapat sebelumnya
𝛽1 = 66.550
= ɑ2
𝛽2 = 560
= ɑ1
𝛽1 − 𝛽2 = 66,55 − 56
𝛽1 − 𝛽2 = 10,55
Dari literatur (2), terdapat grafik hubungan antara 𝛽2 dan € dan didapatkan:
𝑠
𝑐⁄ = 1,10
ℎ
𝑐⁄ = 0,3
Panjang chord adalah:

40
𝑐1 =
ℎ1
3
Panjang pitch
𝑠1 = 1,2. 𝑐1
Tebal sudu
𝑡1 = 10% . 𝑐1
Berat sudu
𝑊1 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚 𝑠𝑢𝑑𝑢 𝑥 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑠𝑢𝑑𝑢 (𝛾)
Volume sudu
𝑉𝑠 = ℎ. 𝑐. 𝑡
Tingkat
Jumlah Annulus Tinggi Chord Pitch s Tebal Volume Berat
Z A (m) h (m) c (m) (m) t (m) V (m2) W (N)
1 62.74 0.38 0.141 0.047 0.056 0.0047 3.12E-05 2.370
2 59.93 0.26 0.096 0.032 0.039 0.0032 9.94E-06 0.756
3 59.09 0.22 0.083 0.028 0.033 0.0028 6.34E-06 0.482
4 58.32 0.19 0.071 0.024 0.028 0.0024 3.92E-06 0.298
5 57.63 0.16 0.060 0.020 0.024 0.0020 2.37E-06 0.180
6 57.03 0.14 0.050 0.017 0.020 0.0017 1.4E-06 0.107
7 56.51 0.11 0.042 0.014 0.017 0.0014 8.15E-07 0.062
8 56.07 0.09 0.035 0.012 0.014 0.0012 4.67E-07 0.036
4.2 PERANCANGAN RUANG BAKAR
Analisis Ruang Bakar
Ruang bakar merupakan komponen setelah kompresor, dimana didalam ruang bakar
fluida kerja dari kompresor akan dicampur dengan aerosol bahan bakar, untuk kemudian
dibakar sehingga diperoleh gas pembakaran bertemperatur tinggi. Ruang bakar yang digunakan
adalah tipe tubular, karena distribusi udara-bahan bakar yang merata. Selain itu, tipe ini biasa
digunakan di industri pembangkitan listrik sementara tipe annular dan tubo-annular biasa
digunakan untuk mesin pesawat udara. Ruang bakar tipe tubular terdiri dari suatu silinder linier
yang terpasang didalam casing. Ruang bakar ini dilengkapi 8 buah burner (pembakar) yang
memiliki lubang injeksi bahan bakar dan diagonal swirler untuk menghasilkan campuran udara
dan bahan bakar yang optimal.

41
Gambar 4.1 Ruang bakar tipe tubular
Bahan bakar yang digunakan adalah natural gas atau gas alam (LNG), karena
pembakaran menggunakan gas alam tidak menghasilkan abu dan jelaga, sehingga akan
memperkecil kerusakan yang dialami sudu-sudu turbin gas. Selain itu, pembakaran dengan gas
alam relatif lebih sempurna, sehingga bahan bakar gas alam cenderung mengurangi polusi yang
dihasilkan dari gas buang turbin. Berikut merupakan komposisi gas alam :
Komposisi gas alam % Volume
Metana (CH4)
Etana (C2H6)
Propana (C3H8)
Butana (C4H10)
Pentana (C5H12)
Hexana (C6H14)
CO2
(N2 + H2S)
74.44
5.66
2.42
1.22
0.47
0.52
14.90
0.39
Total 100.00
Sumber : Operation Manual, Volume 12. Fuel Gas System JCC. Corporation. Pertamina Arun LNG
Low Heating Value (LHV) bahan bakar untuk tiap kg bahan bakar adalah : 47320 kJ/kg
Proses pembakaran gas-gas dengan 100% udara teoritis adalah sebagai berikut :
 Metana (CH4)
CH4 + 2 (3.76N2 + O2) CO2 + 2H2O + 7.52N2
AFR =
𝑁𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝑁 𝑔𝑎𝑠 𝑎𝑙𝑎𝑚
=
2 (3.76+1)
1
= 9.52
𝑚𝑜𝑙 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝑚𝑜𝑙 𝑔𝑎𝑠 𝑎𝑙𝑎𝑚

42
=
𝑀 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝑀 𝑔𝑎𝑠 𝑎𝑙𝑎𝑚
= 9.52 𝑥
28.97
(1𝑥12)+(4𝑥1)
= 17.23
𝑘𝑔 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝑘𝑔 𝑔𝑎𝑠 𝑎𝑙𝑎𝑚
Jadi :
1 kg CH4 membutuhkan 17.39 kg udara
 Etana (C2H6)
C2H6 + 3.5 (3.76N2 + O2) 2CO2 + 3H2O + 13.16N2
AFR =
=
3.5 (3.76+1)
1
= 16.66
=
= 16.66 𝑥
28.97
(2𝑥12)+(6𝑥1)
= 16.08
Jadi :
1 kg C2H6 membutuhkan 16.08 kg udara
 Propana (C3H8)
C3H8 + 5 (3.76N2 + O2) 3CO2 + 4H2O + 18.8N2
AFR =
=
5 (3.76+1)
1
= 23.8
=
= 23.8 𝑥
28.97
(3𝑥12)+(8𝑥1)
= 15.67
Jadi :
 Butana (C4H10)
C4H10 + 6.5 (3.76N2 + O2) 4CO2 + 5H2O + 24.44N2
AFR =
=
6.5 (3.76+1)
1
= 30.94
=
= 30.94 𝑥
28.97
(4𝑥12)+(10𝑥1)
= 15.454
Jadi :
 Pentana (C5H12)
C5H12 + 8 (3.76N2 + O2) 5CO2 + 6H2O + 30.08N2
AFR =
=
8 (3.76+1)
1
= 38.08
=
= 38.08 𝑥
28.97
(5𝑥12)+(12𝑥1)
= 15.32
Jadi :
 Hexana (C6H14)
C6H14 + 9.5 (3.76N2 + O2) 6CO2 + 7H2O + 35.72N2
AFR =
=
9.5 (3.76+1)
1
= 45.22
=
= 45.22 𝑥
28.97
(6𝑥12)+(14𝑥1)
= 15.21
Jadi :
Sehingga :

43
Komposisi gas alam % Volume Kandungan udara Jumlah
Metana (CH4)
Etana (C2H6)
Propana (C3H8)
Butana (C4H10)
Pentana (C5H12)
Hexana (C6H14)
CO2
(N2 + H2S)
74.44
5.66
2.42
1.22
0.47
0.52
14.90
0.39
x 17.23
x 16.08
x 15.67
x 15.454
x 15.32
x 15.21
-
-
= 12.83
= 0.91
= 0.38
= 0.18
= 0.07
= 0.08
-
-
1 kg (100%) gas alam membutuhkan 14.45 kg udara
Dengan demikian perbandingan massa bahan bakar dan udara dengan 100% udara teoritis
adalah :
𝑚𝑓
𝑚𝑎
=
1
14.45
= 0.0692
Untuk pembakaran dengan menggunakan 400% udara teoritis :
𝑚𝑓
𝑚𝑎
=
1
4 𝑥 14.45
= 0.0173 = 𝑓𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠
Sehingga :
Faktual =
𝑓 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠
ῃ 𝑟𝑏
Dimana :
ῃ 𝑟𝑏 = efisiensi ruang bakar = 0.98
maka :
Faktual =
𝑓 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠
ῃ 𝑟𝑏
= 0.0173
0.98
= 0.01765
Perbandingan massa bahan bakar dan udara yang baik adalah dalam range 0.005 sampai dengan
0.02, sehingga Faktual yang dihasilkan cukup baik untuk proses pembakaran.
a. Luas dan diameter casing
Luas penampang casing ruang bakar dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
𝐴𝑐 = [
𝑅
2
(
𝑚𝑎𝑡 √ 𝑇02
𝑃02
)
2
𝑃𝑓𝐿
∆𝑃𝑜
𝑃02
]
1
2⁄
Dimana :
R = Konstanta gas = 0.287 kJ/kg.K

44
mat = Massa udara keluar kompresor = 500.6 kg/s
Plf = Pressure loss factor = 37
∆𝑃𝑜
𝑃02
= 0.02
Maka :
𝐴𝑐 = [
287
2
(
65,987 √576,81
7,994𝑥105
)
2
37
∆𝑃𝑜
𝑃𝑜2
]
1
2⁄
= 0,2 𝑚2
Besarnya diameter setiap casing ruang bakar adalah :
𝐷𝑐 = √
4𝐴𝑐
𝜋
= √
4𝑥0,2
𝜋
= 0,5 𝑚
b. Tabung api (Linier) ruang bakar
Luas tiap linier dapat ditentukan dengan persamaan :
ALin = Ac . K
Dimana :
Ac = Luas penampang casing ruang bakar
K = Perbandingan diameter linier dengan diameter casing
Maka nilai K dapat dihitung dengan persamaan :
𝐾 = 1 − [
(1 − 𝑚𝑠𝑛)2
− 𝜆
𝑃𝑓𝐿 − 𝜆𝑟2
]
1
3⁄
Dimana :
Msn = Perbandingan saluran udara masuk dengan udara total, nilai optimalnya =
0.12
λ = Koefisien penurunan tekanan udara masuk nilai optimal = 0.5
r = Perbandingan luas casing dengan luas penampang masuk ruang bakar, nilai
optimal = 0.6
maka :
𝑘 = 1 − [
(1 − 0,12)2
− 0,5
37 − 0,5(6)2
]
1
3⁄
= 1 − 0,24
= 0,76

45
Sehingga luas penampang setiap linier adalah :
𝐴𝐿𝑖𝑛 = 𝐴𝑐 . 𝐾
= 0,2 . 0,76
= 0,152 𝑚2
Besarnya diameter linier adalah :
𝐷𝐿𝑖𝑛 = √
4𝑥𝐴𝑖𝑛
𝜋
= √
4𝑥0,152
𝜋
= 0,44𝑚
Luas annulus ruang bakar (ruang diantara casing dan linier) adalah :
𝐴𝑎𝑛 =
𝜋
4
( 𝐷𝑐2
− 𝐷𝐿𝑖𝑛2)
=
𝜋
4
(0,52
− 0,442)
= 0,0443 𝑚2
Panjang linier dapat ditentukan dengan persamaan :
𝑃𝑖𝑛 = 𝐷𝐿𝑖𝑛 [𝐴
∆𝑃𝐿
𝑞𝑟𝑒𝑓
𝑙𝑛(
1
1 − 𝑃𝑓
)]
−1
Dimana :
A = Konstanta = 0.07 untuk ruang bakar tubular
∆𝑃𝐿
𝑞𝑟𝑒𝑓
= Plf = 37rn faktor, dapat dihitung dengan
Pf = pattern faktor, dapat dihitung dengan :
𝑃𝑓 =
𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑜3
𝑇𝑜3 − 𝑇𝑜2
=
[(1,07𝑥1500)− 1500]
1500 − 576,81
= 0,1137
Maka :
𝑃𝑖𝑛 = 𝐷𝐿𝑖𝑛 [𝐴
∆𝑃𝐿
𝑞𝑟𝑒𝑓
𝑙𝑛(
1
1 − 𝑃𝑓
)]
−1
= 0,44 [0,07 37 𝑙𝑛(
1
1 − 0,1137
)]
−1

46
= 1,4𝑚
4.3 PERANCANGAN TURBIN GAS
Untuk perancangan turbin jenis aksial reaksi, ada beberapa hal yang harus ditentukan dan
ditetapkan. Diantaranya adalah sebagai berikut :
 Koefisen aliran sudu (  ) = 3
 Kecepatan tangensial rata-rata (Um) = 350 m/s
 Kecepatan aliran gas (Ca) = 150 m/s
 Derajar reaksi (Rr) = 0,5
4.3.1 Perhitungan Jumlah Tingkat Turbin
Penurunan temperatur tiap tingkat turbin
 
 2
.2
m
sTopg
U
C 

 
 2
.
3
350
10148,12
3 sToxx 

sTo. = 160,06 K
Total penurunan temperatur gas ( To )
Total penurunan temperatur gas disini merupakan selisih antara temperature masuk
dan keluar turbin.
43 TTTo 
= 1500 – 995
= 550 K
Jumlah tingkat turbin yang dibutuhkan (n)
sTo
n To


𝑛 =
550
160
𝑛 = 3,43 ≈ 4 tingkat
4.3.2 Kondisi Gas dan Dimensi Sudu Tiap Tingkat
Untuk merancang sudu turbin dibutuhkan data kondisi gas baik dalam keadaan statis
maupun stagnasi pada setiap tingkat. Keadaan stagnasi maksudnya adalah kondisi gas yang
dianalisa dalam keadaan diam tanpa memperhitungkan kecepatannya. Sedangkan kondisi
statis adalah kondisi gas yang dianalisa dalam keadaan diam dengan memperhitungkan
kecepatannya. Baik pada setiap gas masuk sudu diam, keluar sudu diam, masuk sudu gerak
dan keluar sudu gerak dan masuk sudu diam lagi.

47
Gambar 4.2 Penampang annulus turbin aksial
ed., 2012)
Dalam rancangan ini akan dibahas analisis data kondisi gas meliputi perhitungan
temperatur dan tekanan juga massa jenis aliran untuk setiap tingkat turbin.
TINGKAT 1
1. Gas masuk sudu diam
Dari gambar 1 diatas yaitu pada titik 1.
 Kondisi pada keadaan stagnasi
T01= 1500 𝐾
P01=6,99 bar
 Kondisi pada keadaan statik
T1= 𝑇01 −
𝐶2
2𝐶𝑝 𝑔
= 1500 −
1502
2𝑥1,148𝑥103
= 1490 ,2 K
P1 = 𝑃01(
𝑇1
𝑇01
)
r
r−1
= 6,99(
1490
1500
)
1,33
1,33−1
= 6,978 bar
ρ1 =
100.𝑃1
𝑅𝑔 𝑇1

48
=
100𝑥6,978
0,278𝑥1490,2
= 1,63
𝐾𝑔
𝑚3
2. Gas keluar sudu diam dan masuk sudu gerak
Pada gambar 1 yaitu pada titik 2.
𝑃𝑜2
𝑃𝑜1
= [1 − (
∆Tos 𝑥 R𝑅
ɳ𝑛 𝑥 𝑇𝑜1
)]
γ−1
γ
𝑃𝑜2
6,99
= [1 − (
160 𝑥 0,5
0,95 𝑥 1500
)]
1,3−1
1,3
𝑃𝑜2 = 6,89 𝑏𝑎𝑟
Dimana:
ɳn = efisiensi statik (asumsi 0,95)
RR = derajat reaksi (0,5)
TO2 = TO1- (∆Tos. 𝑅 𝑅)
= 1500 – (160x0,5)
= 1420 K
 Kondisi keadaan statik
T2= 𝑇02 −
𝐶2
2𝐶𝑝 𝑔
= 1420 −
1502
2𝑥1,148𝑥103
= 1410,2 K
P2= 𝑃02(
𝑇2
𝑇02
)
r
r−1
= 6,89(
1410 ,2
1420
)
1,33
1,33−1
= 6,878 bar
ρ2=
100.𝑃2
𝑅𝑔𝑇2
=
100𝑥6,878
0,278𝑥1410 ,2

49
= 1,699
𝐾𝑔
𝑚3
3. Gas keluar sudu gerak dan masuk sudu diam
Pada gambar 1 yaitu pada titik 3.
𝑃𝑜3
𝑃𝑜2
= [1 − (
∆Tos. 𝑅 𝑅
ɳst. 𝑇𝑜2
)]
γ−1
γ
𝑃𝑜3
6,89
= [1 − (
160 𝑥 0,5
0,95 𝑥 11420,2
)]
1,3−1
1,3
𝑃𝑜3 = 6,786 𝑏𝑎𝑟
TO3 = TO2- ∆Tos. 𝑅 𝑅
= 1420 – (160x0,5)
= 1340 K
 Kondisi pada keadaan statik
T3= 𝑇03 −
𝐶2
2𝐶𝑝 𝑔
= 1340 −
1502
2𝑥1,148𝑥103
= 1330,2 K
P3= 𝑃03(
𝑇3
𝑇03
)
r
r−1
= 6,78(
1330 ,2
1340
)
1,33
1,33−1
= 6,77 bar
ρ3 =
100.𝑃3
𝑅𝑔 𝑇3
=
100𝑥6,77
0,278𝑥1330 ,2
= 1,77
𝐾𝑔
𝑚3
Untuk perhitungan di tingkat selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama seperti
perhitungan diatas. Penentuan T01 ditentukan dari penurunan temperatur ditiap tingkat turbin
dari temperatur masuk dan keluar turbin dengan menggunakan tabel ideal gas. Hasil
perhitungan ditampilkan dalam table berikut.

50
Tabel 1 kondisi gas pada tiap tingkat turbin
tingkat 1 2 3 4
T01 1500 1373.8 1247.5 1121.3
P01 6.99 4.7406 3.2354 2.0892
T1 1490.2 1364 1237.7 1111.5
P1 6.978641 4.732187 3.229075 2.084655
p1 1.631715 1.208831 0.909035 0.653496
T02 1420 1293.8 1167.5 1041.3
P02 6.890507 4.666776 3.179778 2.04912
T2 1410.2 1284 1157.7 1031.5
P2 6.878678 4.65798 3.173135 2.044318
P2 1.699583 1.26401 0.955016 0.690553
T03 1340 1213.8 1087.5 961.3
P03 6.786776 4.589492 3.121259 2.00669
T3 1330.2 1204 1077.7 951.5003
P3 6.774427 4.58027 3.114257 2.001595
P3 1.77449 1.325509 1.006873 0.732969
Ukuran jari-jari sudu dapat dihitung untuk setiap jumlah massa gas masing-masing
baris. Pendinginan sudu menggunakan 1,5% - 2% udara kompresi pada tiap tingkat sudu,
sehingga 4 tingkat turbin didinginkan dengan (4,5-6)% udara kompresi. Maka laju aliran massa
pendingin(mρ) adalah
mp = (4.5-6)% x Ma
= 5% x 61,96
= 3,098 𝑘𝑔/𝑠 ≈ 4 𝑘𝑔/𝑠
Untuk setiap baris sudu didinginkan oleh:
mn=
4
8
= 0,5 kg/s udara
Dimana udara pendingin ini ikut berekspansi pada tingkat berikutnya.
Keliling rata rata sudu (Um) adalah:
Um = 2 rm π n
Dimana: Um = Kecepatan keliling rata-rata sudu (m/s)
rm = Jari-jari rata-rata sudu (m)
n = Putaran poros turbin (rpm)

51
maka :
rm=
60𝑈 𝑚
2𝜋.𝑛
=
60𝑥350
2𝜋𝑥3000
= 1,11465 m
Kondisi masuk pada sudu diam (kondisi-1)
Kondisi masuk pada sudu diam adalah laju aliran massa gas masuk sudu diam tingkat
1 serta perhitungan dimensi sudu pada tingkat tersebut.
A1=
𝑚 𝑔1
𝜌1 𝐶 𝑎
dimana 𝑚𝑔1 =laju aliran massa gas masukk sudu diam
𝑚 𝑔1 = (𝑚 𝑎 + 𝑚 𝑓)
= (61,96 +1,056)
= 63 kg/s
Maka luas annulus (A1) adalah
A1=
𝑚 𝑔1
𝜌1 𝐶 𝑎
=
63
1,632𝑥150
= 0,257 m2
Sehingga tinggi blade (h1) adalah
h1=
𝐴1.𝑛
𝑈 𝑚60
=
0,257𝑥.3000
150𝑥60
= 0,086 𝑚
rr1= 𝑟 𝑚 −
ℎ1
2
= 1,11465−
0,086
2
= 1,072 m
rt1= 𝑟 𝑚 +
ℎ1
2
= 1,11465+
0,086
2

52
= 1,157 m
Kondisi keluar sudu diam, masuk sudu gerak (kondisi-2)
A2=
𝑚 𝑔2
𝜌1 𝐶 𝑎
𝑚 𝑔2 = laju aliran massa gas masukk sudu gerak
= 𝑚 𝑔1 + 𝑚 𝑛2
= 63 + 0,5
= 63,5 kg/s
Maka:
A2=
𝑚 𝑔2
𝜌2 𝐶 𝑎
=
64
1,632𝑥150
= 0,257 m2
h2=
𝐴2.𝑛
𝑈 𝑚60
=
0,249𝑥.3000
150𝑥60
= 0,083 𝑚
rr2= 𝑟 𝑚 −
ℎ2
2
= 1,11465−
0,083
2
= 1,073 m
rt2= 𝑟 𝑚 +
ℎ2
2
=1,11465+
0,083
2
= 1,156 m
Kondisi keluar sudu gerak, masuk sudu dim (kondisi-3)

53
A3=
𝑚 𝑔3
𝜌3 𝐶 𝑎
𝑚 𝑔3 = 𝑚 𝑔2 + 𝑚 𝑛3
= 64 + 0,5
= 64,5 kg/s
Maka:
A3=
𝑚 𝑔3
𝜌3 𝐶 𝑎
=
64,5
1,774𝑥150
= 0,242 m2
h3=
𝐴3.𝑛
𝑈 𝑚60
=
0,242𝑥.3000
150𝑥60
= 0,0807 𝑚
rr3= 𝑟 𝑚 −
ℎ3
2
= 1,11465−
0,0807
2
= 1,074 m
rt3 = 𝑟 𝑚 +
ℎ3
2
= 1,11465+
0,087
2
= 1,155 m
Tinggi rata-rata sudu diam (𝒉 𝑵)
Tinggi rata-rata sudu diam adalah nilai rata-rata dari tinggi sudu pada kondisi 1 dan 2
ℎ 𝑁 = 1/2 (ℎ1 + ℎ2)
= 1/2 (0,0858+ 0,083)

54
= 0,0844 m
Tinggi rata-rata sudu gerak (𝒉 𝑹)
Tinggi rata-rata sudu gerak adalah nilai rata-rata dari tinggi sudu pada kondisi 2 dan 3
ℎ 𝑅 = 1/2 (ℎ3 + ℎ2)
= 1/2 (0,0807+ 0,083)
= 0,0819 m
Tebal (lebar) sudu gerak (w)
Tebal sudu gerak pada tingkat 1 adalah
Wr =
ℎ 𝑅
3
=
0,0819
3
= 0,0273 m
Lebar celah aksial (c)
Lebar celah aksial merupakan celah yang dirancang antara sudu gerak dengan penutup
agar sudu dapat berputar bebas.
C = 0,25 . WR
= 0,25 . 0,0273
= 0,0068 m
Untuk perhitungan ditingkat selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama seperti perhitungan
diatas. Hasil perhitungan ditampilkan dalam bentuk tabel dibawah ini.
Tabel 2 dimensi sudu turbin
tingkat 1 2 3 4
m.g1 63 59.8652 56.87194 54.02834
r.m 1.11465 1.11465 1.11465 1.11465
A1 0.257463 0.330155 0.417086 0.551173
h1 0.085821 0.110052 0.139029 0.183724
r.r1 1.071739 1.059624 1.045135 1.022788
r.t1 1.15756 1.169675 1.184164 1.206512
m.g2 64 60.3402 57.32319 54.45703
A2 0.249144 0.318247 0.400155 0.525733
h2 0.083048 0.106082 0.133385 0.175244
r.r2 1.073126 1.061608 1.047957 1.027027
r.t2 1.156174 1.167691 1.181342 1.202272

55
m.g3 64.5 61.275 58.21125 55.30069
A3 0.242323 0.308184 0.385426 0.502984
h3 0.080774 0.102728 0.128475 0.167661
r.r3 1.074262 1.063286 1.050412 1.030819
r.t3 1.155037 1.166014 1.178887 1.19848
hN 0.084434 0.108067 0.136207 0.179484
hR 0.081911 0.104405 0.13093 0.171453
Wr 0.027304 0.034802 0.043643 0.057151
C 0.006826 0.0087 0.010911 0.014288
4.3.3 Diagram kecepatan dan sudu gas tiap tingkat turbin
Gambar diagram segitiga kecepatan gas didapatkan dari perhitungan sudut-sudut saat
gas melalui sudu-sudu turbin.
Gambar 4.3 Diagram kecepatan pada sudu turbin
ed., 2012)
TINGKAT SATU
1. Sudut gas pada tengah sudu
Sudut-sudut gas yang terjadi pada tengah sudu diantaranya :
 Sudut masuk relatif gas (β2m)
Ψ = 4. Φtg . β2m + 2
dimana:
φ =
𝐶 𝑎
𝑈 𝑚
=
150
350

56
= 0,428
Maka:
Ψ = 4. Φtg . β2m + 2
3 = 4. 0,428 tg . β2m + 2
tg β2m = 0,584
β2m = 30,11o
 Sudut keluar relatif gas (β3m)
Ψ = 4. Φtg . β3m – 2
3 = 4. 0,428 tg . β3m - 2
tg β3m = 2,920561
β3m = 56,96o
Sudut masuk absolut gas pada sudu diam dan sudut keluar gas pada sudu gerak adalah
sama dengan sudut relative gas.
𝛼1𝑚 = β2𝑚 = 𝛼3𝑚 = 30,11o
Sudut keluar relative gas pada sudu diam sama dengan sudut keluar relative gas pada
sudu gerak.
𝛼2𝑚 = β3𝑚 = 56,96o
 Kecepatan absolut gas masuk sudu gerak
C2m = 𝐶 𝑎
𝑐𝑜𝑠 𝛼2𝑚
=
150
𝑐𝑜𝑠 56,96o
= 163,92 m/s
 Kecepatan absolut gas masuk sudu diam
C1m=
𝐶 𝑎
𝑐𝑜𝑠ɑ3𝑚
=
150
𝑐𝑜𝑠 30,11o
= 557,802 m/s
 Kecepatan relatif masuk gas sudu gerak (V2m)
V2m=
𝐶 𝑎
𝑐𝑜𝑠β2𝑚
=
150
𝑐𝑜𝑠 30,11o

57
= 557,802 m/s
Kecepatan absolut gas keluar sudu gerak (C3m ) sama dengan kecepatan relatif gas
masuk sudu gerak maka C3m = C1m = 557,802 m/s
 Kecepatan absolut gas masuk sudu diam
V3m=
𝐶 𝑎
𝑐𝑜𝑠β3𝑚
=
150
𝑐𝑜𝑠 56,96o
= 163,92 m/s
2. Sudut gas pada dasar sudu
Sudut-sudut gas yang terjadi pada tengah sudu diantaranya :
 Sudut keluar absolut gas dari sudu diam (ɑ2r)
Tgɑ2r = (
𝑟 𝑚
𝑟 𝑟
)2 𝑇𝑔ɑ2𝑚
= (
1,11465
1,073
)tan56,96 𝑜
= 0,457
ɑ2r = 24,5386 o
 Sudut keluar absolut gas dari sudu gerak
Tgɑ3r = (
𝑟 𝑚
𝑟 𝑟
)3 𝑇𝑔ɑ3𝑚
=(
1,11465
1,0743
)tan30,11 𝑜
ɑ3r = 28,48 o
 Kecepatan rotasi sudu
Ur= U 𝑚(
𝑟 𝑚
𝑟 𝑟
)2
= 350(
1,11465
1,0731
)
= 363,54 m/s
 Sudut keluar relatif gas pada sudu diam
β2r = ɑ2r = 24,5386 o
 Sudut keluar relatif gas pada sudu gerak
β3r = ɑ3r = 28,48 o
 Kecepatan absolut gas masuk sudu gerak (C2r)
C2 =
𝐶 𝑎
𝑐𝑜𝑠ɑ2𝑟
r
=
150
cos 24,539

58
= 181,02 m/s
 Kecepatan absolut gas keluar sudu gerak
C3r =
𝐶 𝑎
𝑐𝑜𝑠ɑ3𝑟
=
150
cos 28,48
= 170,65 m/s
 Kecepatan whirl gas masuk sudu gerak
Cw2r = Ca . tg . ɑ2r
= 150 . 0,4578
= 68,668 m/s
 Kecepatan relatif gas masuk sudu gerak
V2r =
𝐶 𝑎
𝑐𝑜𝑠β2𝑟
=
150
cos 28,48
= 170,65 m/s
 Kecepatan whirl gas keluar sudu gerak
Cw3r = Ca . tg . ɑ3r
= 150 . 0,5454
= 81,81 m/s
4.3.4 Jumlah Sudu Tiap Tingkat Turbin
Untuk menentukan jumlah sudu gerak dan jumlah sudu diam tiap tingkat turbin,
maka dilakukan perhitungan pada tengah-tengah sudu dengan menggunkan tinggi rata-rata
sudu. Perbandingan tinggi sudu dengan chord sudu (aspek ratio h/c) dapat diasumsikan
antara 3 dan 4 (lit.2 hal 271). Harga perbandingan pitch dengan chord sudu (s/c) dapat
diperoleh dari gambar berikut dengan bantuan sudu-sudu gas.

59
Gambar 4.4 Grafik (s/c) vs Sudu-Sudu Gas
(Sumber: Turbine theory, Cohen. H)
Pada sudu gerak dapat ditentukan sebagi berikut :
 Panjang chord sudu (c)
C=
ℎ 𝑟
3
=
0.0137
3
= 0,0273 m
 Panjang pitch sudu
S = C(
𝑠
𝑐
)
= 0,0273 x (3)
= 0.0819 m
 Jumlah sudu
Z = 2 𝜋
𝑟 𝑚
𝑠
= 2𝑥3,14
1,1146
0,0819
= 85,458 ≈ 86 sudu
Untuk tingkat selanjutnya sudu gerak dapat dihitung dengan cara yang sama dan
hasilnya dapat dilihat pada berikut.
Tabel 3 spesifikasi sudu gerak ditiap tingkat turbin
tingkat 1 2 3 4
C 0.027304 0.034802 0.043643 0.057151
S 0.081911 0.104405 0.13093 0.171453
Z 85.4585 67.04649 53.46358 40.82755
Z' 86 68 54 41

60
hR 0.013652 0.017401 0.021822 0.028575
h/c 3 3 3 3
Pada sudu diam dapat ditentukan sebagi berikut :
 Panjang chord sudu (c)
C=
ℎ 𝑛
3
=
0.5068
3
= 0,0281 m
 Panjang pitch sudu
S = C(
𝑠
𝑐
)
= 0,0281 x (3)
= 0.0844 m
 Jumlah sudu
Z = 2 𝜋
𝑟 𝑚
𝑠
= 2𝑥3,14
1,1146
0,0844
= 79,816 ≈ 80 sudu
Untuk tingkat selanjutnya pada sudu diam dapat dihitung dengan cara yang sama
dan hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4 spesifikasi sudu diam ditiap tingkat turbin
Tingkat 1 2 3 4
C 0.028145 0.036022 0.045402 0.059828
S 0.084434 0.108067 0.136207 0.179484
Z 79.8161 61.69227 48.31744 35.93479
Z' 80 62 49 36
hN 0.506826 1.0087 1.510911 2.014288
h/c 3 3 3 3

61
5 BAB V SPESIFIKASI KOMPONEN PENDUKUNG
5.1 GENERATOR
Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik hasil pembakaran bahan bakar dan
udara menjadi energi listrik. Generator dalam rancangan PLTG ini berfungsi ganda, saat proses
start-up, generator dioperasikan sebagai motor sinkron yang digerakkan oleh starter statik
hingga mencapai self-excited speed (kecepatan eksitasi).
Sistem eksitasi generator yang digunakan yaitu sistem eksitasi statik dimana eksitasi
disuplai dari sistem penyearah yang sumbernya disuplai oleh transformator. Eksitasi
(penguatan medan) bertujuan untuk membuat kutub magnet pada generator dengan jalan
memberi arus listrik.
Berikut adalah spesifikasi generator yang digunakan dalam sistem PLTG ini:
Tipe Siemens
Daya Output 20 MW
Tegangan Output 10,5 kV
Cos ɸ 0,8
Frekuensi 50 Hz
Sambungan Y
Jumlah Fasa 3
RPM 3000
5.2 AIR INTAKE SYSTEM
Air intake system ini berfungsi untuk menyediakan udara bersih yang akan masuk ke
kompresor sebelum masuk ruang bakar. Seperti yang telah disebutkan oleh penjelasan
sebelumnya, ada beberapa macam pertimbangan dalam menentukan filter udara sebelum
masuk kompresor. Pemilihan filter terutama dipengaruhi oleh partikel kontaminan yang ada di
lingkungan sekitar pembangkit. Ada beberapa macam kondisi lingkungan yang harus
diperhatikan agar pemilihan filter efektif dan sesuai porsi. Contoh lingkungan tersebut
misalnya, pada off-shore, gurun, kutub, tropis, laut, perkotaan, daerah padat penduduk, dan
daerah industri yang kesemuanya memiliki spesifikasi filter yang berbeda.

62
Gambar 5.1 Macam-macam filter
(Sumber: Guideline for Gas Turbine Inlet Air Filtration System, Gas Machinery Research Council Southwest
Research Institute®, 2010, Texas)
Karena instalasi PLTG ini ada di lingkungan tropis, dan dekat daerah laut, maka
kontaminan yang ada di lingkungan tersebut seperti: air hujan, serangga, partikel-partikel kecil
(pollen), dan partikel garam.
Gambar 5.2 Filter untuk daerah tropis
Filter pada daerah tropis antara lain (dari kiri ke kanan): weather hood, insect screen,
vane axial separator, coalescer, rectangular pre-filter, dan vane axial separator. Sedangkan
kombinasi kedua (gambar sebelah kanan) tanpa menggunakan coalescer, dan filter akhir
menggunakan rectangular high efficiency filter. Berikut adalah spesifikasi dari setiap filter:

63
1. Weather Hood
Spesifikasi weather hood:
Spesifikasi Keterangan
Material Sheet metal (stainless-steel)
Kecepatan maksimal inlet 650 ft/s
Gambar 5.3 Louver
https://www.munters.com/globalassets/inriver/resources/inriverassociations/me_cs_gas -turbine_2.jpg
2. Insect Sreen
Insect screen berfungsi untuk menyaring serangga-serangga atau hewan kecil
yang dapat masuk ke dalam sistem intake udara dan mempengaruhi kualitas udara
pembakaran. Insect screen berbentuk jaring-jaring kecil dengan material aluminium.
Insect screen yang digunakan dilapisi dengan lapisan anti-karat agar tahan lama dan
menghindari dampak korosi dari masuknya air ke dalam sistem intake udara.
Gambar 5.4 Insect Screen
Sumber: BUNNINGS warehouse
3. Vane Axial Separator
Separator ini berfungsi untuk memisahkan partikel-partikel air dari udara intake.

64
Gambar 5.5 Vane Axial Separator
Tipe Double-pocket vane
Material Stainless steel
Lebar x tinggi x kedalaman 59,2 x 59,2 x 14,1 (cm)
Koneksi drain Ø 30 mm
4. Coalescer
Coalescer digunakan untuk menghilangkan bintik-bintik air yang dapat masuk
ke dalam sistem intake udara.
Gambar 5.6 Coalescer
Sumber: CLARCOR
5. Rectangular Pre-Filter
Pre-filter yang digunakan berguna untuk melindungi high efficiency filter yaitu
dengan menyaring partikel-partikel yang lebih besar sehingga high efficiency filter
hanya bekerja dengan menyaring partikel-partikel yang lebih kecil. Pre-filter yang
digunakan pada air intake system ini menggunakan bag filter dengan spesifikasi
sebagai berikut:
Material frame Galvanized Steel (HC-66)
Media Sintesis
Gasket Neoprene

65
EN779:2012 efficiency G4
ASHRAE 52.2.2007 filter class MERV 7
Temperatur operasi maksimal 70o C
Lebar x tinggi x kedalaman 59,2 x 59,2 x 36 (cm)
Laju alir udara maksimal 3400 m3/h (0,94 m3/s)
Jumlah kantung filter 6
Berat 1,7 kg
Kemampuan filter Partikel diatas 10 mikron
Gambar 5.7 Pre-Filter: Bag Filter
6. Rectangular High Efficiency Filter
High efficiency filter berfungsi untuk menyaring partikel-partikel yang lebih
kecil yang dapat menyebabkan korosi, fouling, dan plugging. Spesifikasi dari high
efficiency filter yang digunakan sebagai berikut:
Tipe Compact pleated filter (filter berlapis)
Material frame Galvanized steel
Media Water repellent glass fiber
EN779:2012 efficiency M6
ASHRAE 52.2.2007 filter class MERV 12
Temperatur operasi maksimal 70o C
Lebar x tinggi x kedalaman 59,2 x 59,2 x 29,2 (cm)
Filter class M6
Media area 10,5 m2
Volume 0,1 m3
Berat 8,2 kg

66
Gambar 5.8 High Efficiency Filter
Sumber: Camfil Farr
5.3 EXHAUST SYSTEM
Temperatur outlet dari turbin gas mencapai 900 C, maka untuk untuk meningkatkan
efisiensi pembangkit seharusnya gas buang tersebut dimanfaatkan lagi pada sistem PLTGU.
Akan tetapi, pembahasan perancangan ini hanya sebatas pada sistem PLTG. Filter yang
digunakan pada PLTG ini memiliki material yang cukup kuat untuk menahan gas
bertemperatur tinggi.
1. Diffuser dan Ducting
2. Silencer
3. Stack
5.4 STARTING SYSTEM
Proses start-up pada rancangan PLTG ini menggunakan ac drive yang disebut load-
commutated inverter (LCI) atau static-frequency converter. Starter statik ini lebih ekonomis
dibandingkan dengan penggunaan motor, mesin diesel, atau konverter torsi (torque converter)
sebagai starter. Prinsip kerjanya yaitu dengan mengontrol generator sebagai motor sinkron
sebagai penggerak awal tanpa adanya komponen tambahan. Penggunaan sistem start-up ini
dapat menghemat ruang sekitar turbine base.
5.4.1 Static Start Operation
Static start menggunakan Load Commutated Inverter (LCI). LCI menggerakkan
generator, kemudian generator dioperasikan sebagai motor sinkron untuk start up turbin.
Generator berputar sekitar 6 rpm dengan penggerak low speed turning gear. Dengan sinyal dari
sistem control turbin, LCI akan meng-akselerasi atau mereduksi kecepatan putar generator
hingga mencapai kecepatan ratingnya. Setelah generator (yang beroperasi sebagai motor)
mencapai self-excited speed, yaitu sekitar 67% rated speed atau 2010 rpm, maka static starter
akan ter-disconnect dari generator.

67
Gambar 5.9 Diagram Starter Statik
(Sumber: General Electric)
Sistem ini dapat mengakselerasi generator tanpa adanya arus listrik tambahan.
12-pulse bridge circuit digunakan sebagai rectifier dan inverter yang dikoneksikan ke
dc link inductor. Transformer digunakan sebagai pembangkit daya tiga fasa, impedansi untuk
proteksi, dan isolasi elektrik terhadap disturbansi ke ground.
Eksitasi awal dijalankan oleh sistem eksitasi generator.
Gambar 5.10 Static Frequency Converter
5.4.2 Sistem Proteksi
Sistem proteksi berfungsi untuk melindungi komponen utama dari kerusakan yang
disebabkan karena kesalahan pengoperasian. Komponen pada sistem proteksi ini adalah relay
protektif, seperti phase overcurrent ground fault, dan proteksi motor. Pada rectifier dan
inverter terdapat proteksi dari lonjakan tegangan dan tegangan transien yang dapat timbul

68
karena kesalahan internal atau kerusakan komponen. Sistem penggerak motor dan indikator
kesalahan secara terus-menerus memonitor kondisi pengoperasian dari LCI.
5.4.3 Komponen Static Start Operation
a. Low Speed Turning Gear
Sebuah turning gear dipasang pada kolektor di bagian akhir generator dan digunakan
pada kecepatan operasi rendah (kira-kira 6 rpm), pendinginan dan standby turning, dan
pemisahan rotor saat proses start up.
b. LCI Power Conversion Equipment
 12-pulse converter dengan redundant thyristor untuk merektifikasi tegangan AC
 Sistem pendingin menggunakan liquid coolant untuk mentransfer panas dari
komponen seperti SCR dan resistor. Sistem pendingin berupa sistem yang
tertutup dilengkapi dengan reservoir sebagai tempat cadangan coolant. Coolant
akan mengalir dari pompa menuju heat exchanger kemudian ke power
conversion bridge dan kembali lagi ke pompa.
 Control panel dilengkapi dengan sistem mikroprosesor.
c. DC Link Reactor
DC link reactor akan menghaluskan arus dc. Tipe dc link reactor adalah dry-type air,
dengan pendinginan secara konveksi.
d. Fused Contactor
Fused contactor berfungsi sebagai pengaman terhadap terhadap rangkaian utama.
e. Isolation Transformer
Isolation transformer akan menyediakan proteksi elektrik dan sistem proteksi
impedansi terhadap notching dan distorsi harmonic. Transformer dirancang untuk
tegangan tiga fasa, 6-pulse power converter yang terhubung pada lilitan sekunder.
f. Motorized Disconnect Switch
Berfungsi untuk memutus sistem static starter saat generator beroperasi secara normal.
Switch pemutus terkoneksi antara LCI dan stator generator.
5.5 FUEL SYSTEM
Bahan bakar yang digunakan pada PLTG ini adalah liquid natural gas (LNG) dengan fasa
cair.
Spesifikasi Bahan Bakar yang Digunakan:
Bahan Bakar: Gas Alam (LNG)
Spesifikasi Nilai
Heating value 1000 Btu/ft3
Solid Contaminants 25ppm
Flammability limits 2,2:1
Composition
(Sulfur+sodium+potassium+lithium )
3ppm
% Berat H2O 20%

69
Skema Aliran Bahan Bakar:
ed.,2012)
Gambar 5.11 Skema Sistem Bahan Bakar
(Sumber: Brenan, J. R., Imo Industries Inc., USA)
Awalnya bahan bakar tersimpan pada sebuah tanki penyimpanan (fuel storage) dengan
kondisi masih memiliki kandungan kontaminan/partikel-partikel pengotor. Kemudian bahan
bakar tersebut akan melalui treatment system untuk memastikan bahan bakar bebas dari

Perancangan PLTG

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Perancangan PLTG

Similar to Perancangan PLTG (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Perancangan PLTG