TURBIN GAS (Turboshaft)
Turbin gas adalah sebuah mesin berputar mesin berputar yang mengambil energi dari arus ar us gas pembakaran.
Dia memiliki kompresornaik 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 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 t emperatur.
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 list rik 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 listrik myangadihasilkan.
Gambar 3
Turboshaft
Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya dihubungkan langsung dengan Reduction gearbox atau ke sebuah shaft (su mbu) 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 m (1609.97 ft )
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
2
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)
2
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 Haq 124.10.018
PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNIK DAN DESAIN INSTITUT TEKNOLOGI DAN SAINS BANDUNG BEKASI
2012
