Turbin Gas ( bagian I )

Gas Turbine

Dasar

Gas turbine adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam , artinya energy yang dikonversi dari bahan bakar langsung menjadi energy mekanis lewat gas ( udara ) yang dibakar, tidak seperti steam turbine yang merupakan mesin pembakaran luar, yaitu memerlukan air ( water ) sebagai media transfer energy dari bahan bakar menjadi energy mekanis. Dalam perkembangannya banyak diciptakan mesin-mesin pembakaran dalam, diantaranya  adalah mesin jet dan gas turbine. Ide dasar yang mengilhami diciptakan mesin jet dan gas turbine barangkali adalah cara kerja balon udara bertekanan yang dilepas .

 

Gambar balon dilepas

Pada balon jika energi potensial ( tekanan dan volume ) udara dipertahankan konstan, maka energi kinetik ( kecepatan ) akan konstan.

EP = EK

P. Vol  =  ½.M.V²

Selanjutnya untuk mempertahankan ( membuat ) energi potensial yang konstan ( kontinyu ) dibuatlah suatu mesin dengan pembakaran yang kontinyu pula yaitu mesin pembakaran dalam dengan siklus  : hisap, tekan ( kompresi ), ekspansi, buang. Serupa dengan motor bakar dengan piston.

 

Gambar siklus otto ( pembakaran dalam ) gas turbine dan piston

Sedangkan untuk mengetahui effisiensi suatu mesin pembakaran dalam, adalah dengan siklus Brayton.

                                                                                                               

                                                     

Gambar siklus Brayton diagram T -S

                                                  

Seperti disebutkan di atas ada banyak penerapan  dari mesin pembakaran dalam, salah satunya adalah mesin turbine gas. Turbine gas termasuk dalam varian mesin jet, dimana  mesin jet ini sendiri ada beberapa jenis diantaranya : Ram jet, after burner,turbo jet, turbo prop, turbo shaft. Gas turbine untuk power station ( pembangkit ) adalah termasuk mesin turbo shaft  sama halnya dengan mesin helicopter, dimana secara umum transmisi energi adalah lewat shaft ( rotor ).

Bagian-bagian gas turbine

·         Compressor

Ada  dua jenis kompressor ditinjau dari bentuk alirannya, yaitu : Radial flow dan axial flow.

Radial flow

Adalah kompressor dengan impeller untuk mengalirkan udara secara melingkar dan dikeluarkan lewat volute ( housing ) yaitu semacam saluran keluaran pada gerak memutar ( sentrifugal  )  dimana untuk jenis ini mempunyai kapasitas kecil, dimensi kecil, perawatan mudah.

 

Axial flow

 Sedang untuk  mesin yang lebih besar digunakan axial flow ( axial bertingkat ), sesuai dengan namanya kompressor jenis ini  aliran udara kompresinya memanjang  ( lurus ) sepanjang shaft kompresor ke arah ruang bakar ( combuster ). Udara dimampatkan oleh blade ( sudu ) kompresor dengan system bertingkat, dimana untuk sudu tingkat awal sampai akhir ukuranya mengecil. Sedangkan jumlah tingkatan bervariasi, 14 atau 15 tingkat  untuk mesin yang lebih kecil dan 19 tingkat untuk mesin besar. Dari tingkatan sudu kompresor ini di bagi menjadi beberapa bagian ruangan dimana dari ruang ini disalurkan sebagai cooler combuster blade.

 

Gambar axial flow compressor 19 stage

·         Combuster

Combuster atau ruang bakar adalah bagian terpenting dari suatu mesin pembakaran dalam, untuk gas turbine bermesin turbo shaft ada setidaknya 3 jenis combuster, yaitu :

Can

Can adalah jenis combuster generasi awal pada mesin-mesin turbo jet, hal yang paling mendasar dari can combuster ini adalah konstruksi tiap combuster yang supply udara dari compressornya terpisah dengan combuster lainnya. Sedang antar combuster terhubung dengan inter connector ( flame cross ), dengan 2 igniter untuk pemakaian bersama.

 

Gambar can ( multiple can ) combuster

Cannular

Sedangkan pengembangan berikutnya adalah combuster jenis cannular, hampir serupa dengan can combuster, cannular berbeda di supply udara compressornya dimana semua combusternya ( flame tube ) berada dalam satu ruang yaitu combuster chamber, sehingga supply udara flame tube tidak lagi terpisah untuk tiap flame tube seperti pada can namun berupa combuster chamber yang langsung disupply dari outlet compressor tingkat  terakhir. Sedang untuk igniter, supply bahan bakar, interconnector serupa dengan can combuster.

 

Gambar cannular combuster

Annular

Annular combustor merupakan generasi paling akhir, dimana pada annular ini ,distribusi udara sama dengan cannular  sedangkan  flame tubenya berada diantara inner combuster dan outer housing dengan bentuk memipih sehingga ruang yang digunakan lebih kecil namun kapasitas lebih besar dibanding can ataupun cannular.

 

Gambar annular combuster

·         Combustor basket

Adalah keranjang ( wadah ) berbentuk tabung yang berfungsi sebagai tempat terjadinya pembakaran karena di dalam combustor basket terdapat nozzle, sedangkan udara bakar dipasok dari lubang yang terdapat pada combustor basket. Setelah terjadi pembakaran, api dan gas ekspansi melewati combustor basket mengarah ke transition piece.

·         Transition piece

Sesuai namanya transition piece berarti “ bagian perubahan “ ini karena kedua sisi transition piece berbeda bentuk, dimana pada ujung yang terhubung combustor basket berbentuk lingkaran sesuai bentuk combuster basket, sedang ujung yang lain berbentuk segi empat sesuai bentuk vane segment. Baik combustor basket ataupun transition piece keduanya bekerja pada temperature sekitar 1200 °C ( titik lebur ), karenanya pada kedua peralatan ini dilindungi dengan material thermal barring coated serta mendapatkan pendinginan dari udara compressor stage akhir.

·         Nozzle

Nozzle adalah peralatan dari gas turbine yang berfungsi  untuk mensupply bahan bakar, konstruksi nozzle sangat ditentukan oleh jenis bahan bakar, kapasitas, serta akselerasi dari gas turbine. Untuk gas turbine single fuel lebih sederhana dari gas turbine dual fuel, untuk gas turbine dengan kapasitas dan akselerasi besar konstruksi nya lebih kompleks lagi karena harus dilengkapi nozzle NOx water injection.