Gas Turbine

Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompressor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran (combustor) di-tengahnya. Energi ditambahkan di arus gas di pembakaran, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dibakar. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.Turbin gas banyak digunakan oleh pesawat terbang, helikopter dan pembangkit energi listrik skala kecil. Turbin gas digunakan karena memiliki kelebihan. Daya yang dihasilkan turbin gas lebih banyak dibandingkan dengan mesin siklus 4 atau 2 tak dengan berat mesin yang sama. Artinya dengan berat yang sama daya yang dihasilkan turbin gas lebih banyak, oleh karena itu turbin gas banyak digunakan untuk alat transportasi seperti yang disebutkan diatas.

Prinsip Kerja Sistem 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.

Untuk memperkecil kerugian ini hal yang dapat kita lakukan antara lain dengan perawatan(maintanance) yang teratur atau dengan memodifikasi peralatan yang ada.

Proses Singkat Pada Turbin Gas
Turbin gas secara teori tidak begitu rumit untuk menjelaskannya. Terdapat 3 komponen atau bagian utama yaitu :

1.Compressor
menaikkan tekanan udara yang masuk

2.Combustion Area
Membakar bahan bakar yang masuk dan menghasilkan tekanan yang sangat tinggi begitu pula dengan kecepatannya.

3.Turbin
Mengkonversi energi dari gas dengan tekanan dan kecepatan yang tinggi hasil dari combustion area menjadi energi mekanik berupa rotasi poros turbin.

Pada Mesin Turbin seperti diatas, udara dengan tekanan normal masuk dihisap oleh compressor yang biasanya berbentuk silinder kerucut dengan beberapa fan blade yang terpasang berbaris ( 8 baris atau lebih ). Udara tersebut kemudian mengalami kompresi bertingkat, di beberapa mesin turbin kenaikan tekanan bisa mencapai faktor 30. Ada 2 macam kompressor yang digunakan yaitu axial flow dan radial flow.


RADIAL FLOW COMPRESSOR
AXIAL FLOW COMPRESSOR

KEUNTUNGAN
·Efisien
·Rasio kompresi tinggi ( 20:1 )
·Simple dan tidak mahal
·Relatif ringan bobotnya.
KELEMAHAN
·Desain kompleks
·Mahal
·Kurang efisien
·Frontal Area yang besar
·Rasio Kompresi terbatas ( 4:1 )

Udara bertekanan yang dihasilkan oleh kompressor tadi lalu masuk ke bagian Combustian Area dimanasebuah ring bahan bakar menginjeksikan bahan bakar dengan aliran konstan. Bahan bakar yang biasa digunakan disini adalah karosene, jet fuel, propana dan gas alam. Jika Anda berpikir sangat mudah untuk memadamkan api dari lilin dengan meniupnya, maka hal itulah yang menjadi masalah dalam desain di area pembakaran ini. Udara yang memasuki area ini adalah udara bertekanan tinggi dan mempunyai kecepatan hampir pada 100 mil per jam, sedangkan kita tetap ingin mempertahankan nyala api secara kontinyu di area tersebut. Komponen yang menjadi solusi permasalahan tersebut adalah sebuah flame holder atau can. Can ini berupa komponen pelindung api yang terbuat dari baja berat yang bentuknya berlubang-lubang. Setengah bagian dari can dapat dilihat pada gambar pandangan cross section di atas, dimana Injector di sebelah kanan. Udara bertekanan tinggi masuk melalui lubang-lubang can. Gas keluar di sebelah kiri dan memasuki turbin. Turbin ini merupakan satu set / satu unit dengan kompresor dan poros. Turbin ini memutarkan poros keluaran / output. Kedua bagian terakhir ini tidak terkoneksi dengan apapun, jadi unit bebas, tidak terkait dengan komponen turbin lainnya. Sedangkan pada kasus penggunaan turbin pada kendaraan tempur tank atau sebuah pembangkit listrik, gas buang tidak berguna sehingga akan dibuang melaui sebuah saluran pipa buang. Namun terkadang energi panas gas buang bisa berguna untuk alat penukar kalor atau untuk preheating sebelum udara masuk kompresor.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s