TURBIN GAS (Turboshaft)

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran.

Dia memiliki kompresornaik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah

bilik pembakaran di-tengahnya.

Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan

bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran

gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin,

memutar turbin dan mentenagai kompresor.

Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala

kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan

bahkan tank.

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Gambar 1 Turbin Gas

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi

untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga

meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang

bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan

bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga

dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur.

Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi

untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas

tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti

generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui

saluran buang (exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara

kemudian di bakar.

3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel

(nozzle).

4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian

yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat

pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat

terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas.

Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses)

di ruang bakar.

Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya

gesekan antara bantalan turbin dengan angin.

Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan

perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.

Adanya mechanical loss, dsb.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut

siklusnya turbin gas terdiri dari:

Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)

Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus

terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk

siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses

awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan

energi listrik untuk keperluan proses di industri.

2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin

bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang

berubah seperti kompresor pada unit proses.

Teori operasi

Turbin gas dijelaskan secara termodinamika oleh Siklus Brayton, di mana udara

dikompresi isentropic sekutu, pembakaran terjadi pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi

di turbin isentropically kembali untuk tekanan awal.

Dalam prakteknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan:

1. Isentropic non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan rasio, suhu

pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal.

2. Non-isentropic ekspansi: walaupun penurunan suhu turbin yang diperlukan untuk

menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang

mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.

3. Tekanan kerugian dalam asupan udara, combustor dan knalpot: mengurangi ekspansi

yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.

Gambar 2 Brayton siklus

Seperti semua siklus mesin panas s, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebih

besar efisiensi. Faktor pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain

yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Teknik cukup masuk ke bagian

turbin menjaga dingin. Kebanyakan turbin juga mencoba untuk memulihkan knalpot panas,

yang sebaliknya adalah energi terbuang. Recuperator s adalah heat exchanger s yang lulus

knalpot panas ke udara terkompresi, sebelum pembakaran. Gabungan siklus desain lulus

limbah panas ke uap turbin sistem. Dan gabungan panas dan kekuasaan (co-generation)

menggunakan limbah panas untuk produksi air panas.

Mekanis, turbin gas dapat kurang kompleks daripada pembakaran piston mesin. Sederhana

turbin mungkin memiliki satu bergerak bagian: poros / kompresor / turbin / alternatif rotor

perakitan (lihat gambar di atas), belum termasuk sistem bahan bakar. Namun, manufaktur

presisi yang diperlukan untuk komponen dan paduan tahan temperatur yang diperlukan untuk

efisiensi yang tinggi sering membuat pembangunan turbin sederhana lebih rumit daripada

mesin piston.

Lebih canggih turbin (seperti yang ditemukan di zaman modern mesin jet) dapat memiliki

beberapa shaft (kelos), ratusan turbin baling, bergerak stator blades, dan sistem yang luas

kompleks pipa, combustors dan penukar panas.

Sebagai aturan umum, semakin kecil mesin semakin tinggi tingkat perputaran poros (s) yang

diperlukan untuk mempertahankan kecepatan tertinggi. Kecepatan sudu turbin menentukan

tekanan maksimum yang dapat diperoleh, hal ini menghasilkan daya maksimum yang

mungkin tergantung pada ukuran mesin. Mesin jet s beroperasi sekitar 10.000 rpm dan mikro

turbin s sekitar 100.000 rpm.

Thrust bantalan s dan jurnal bantalan adalah bagian penting dari desain. Secara tradisional,

mereka telah hidrodinamik minyak bantalan, atau minyak-cooled bola bantalan s. Bantalan

ini sedang dikalahkan oleh foil bantalan s, yang telah berhasil digunakan dalam turbin mikro

dan unit daya tambahan s.

Turboshafts

Ini adalah bentuk lain dari mesin turbin gas yang beroperasi seperti sistem turboprop. Ini

tidak berkendara sebuah propellor. Sebaliknya, memberikan kekuatan untuk rotor helikopter.

Mesin turboshaft dirancang sedemikian rupa sehingga kecepatan rotor helikopter tidak

tergantung pada kecepatan putar generator gas. Hal ini memungkinkan kecepatan rotor harus

dijaga konstan bahkan ketika kecepatan generator yang bervariasi untuk memodulasi jumlah

listrikmyangadihasilkan.

Gambar 3 Turboshaft

Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya

dihubungkan langsung dengan Reduction gearbox atau ke sebuah shaft (sumbu) sehingga

tenaganya diukur dalam shaft horse power (shp) atau Kilowatt (KW)

Jenis mesin ini umumnya digunakan untuk menggerakkan helikopter, yakni menggerakkan

rotor utama maupun rotor ekor (tail rotor) selain itu juga digunakan dalam sektor industri dan

maritim termasuk untuk pembangkit listrik, stasiun pompa gas dan minyak, hovercraft, dan

kapal.

Contoh mesin ini adalah Pratt & Whitney Canada PT6C-67C turboshaft engine bertenaga

1,142 kW (1,531 shp) yang diterapkan pada helikopter Agusta Westland AW139.

Model Pratt & Whitney PT6C-67C

Power 1100 SHP

Diameter 22.50 ''

Length 59.30 ''

RPM 21000

Certification 2003-06-03

Mesin diatas terdiri dari dua bagian yang dapat dengan mudah dipisahkan dalam

pemeliharaannya. Dibagian gas-generator udara masuk melalui grill ke 4-stage axial

compressor bertekanan rendah, kemudian masuk ke single-stage centrifugal compressor

melalui annulus ruang pembakaran, dan akhirnya melalui single-stage turbin yang memiliki

power compressor sekitar 45000 rpm.

Gambar 4 Pratt & Whitney Canada Turboshaft

Gambar 5 Pratt & Whitney Canada Cutaway Engine

Salah satu helikopter yang menggunakan Pratt & Whitney Canada  turboshaft engine adalah

Agusta Westland AW139 buatan Italia.

General characteristics

Crew: 1 to 2

Capacity: 15 passengers

Length: 13.77 m (45 ft 2 in)

Main rotor diameter: × 13.80 m (45 ft 3 in)

Width: 2.26 m (10 ft 0 in)

Height: 3.72 m (12 ft 2 in)

Main rotor area: 149.57 m2 (1609.97 ft2)

Empty weight: 3,622 kg (7,985 lb)

Gross weight: 6,400 kg (14,110 lb)

Powerplant: 2 × Pratt & Whitney Canada PT6C-67C turboshaft engine, 1,142 kW (1,531

hp) each

Performance

Maximum speed: 310 km/h (193 mph)

Range: 1,061 km (573 miles)

Service ceiling: 6,098 m (20,000 ft)

Rate of climb: 10.9 m/s (2,140 ft/min)

APLIKASI PRINSIP KERJA TURBIN GAS PADA MESIN TURBOSHAFT

Diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan mata kuliah penggerak mula pada Semester IV Tahun Akademik 2011-2012

oleh

Rizky Dermawan Haq124.10.018

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKANFAKULTAS TEKNIK DAN DESAIN

INSTITUT TEKNOLOGI DAN SAINS BANDUNG BEKASI

2012