Industrial Gas Turbine: System Control, Instrumentation, and Electrical
Industrial Gas Turbine: System Control, Instrumentation, and Electrical
Turbin
gas itu adalah sebuah mesin berputar yang
mengambil energi dari arus gas pembakaran.
Dia memiliki kompresor naik 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.
Teori
operasi
Turbin gas dijelaskan secara termodinamika oleh Siklus Brayton, di mana
udara dikompresi secara isentropic, pembakaran terjadi
pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi di turbin secara isentropik kembali
ke tekanan awal.
Dalam praktiknya, gesekan dan turbulensi
menyebabkan:
1.
Isentropik non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan
rasio, suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal.
2.
Ekspansi non-isentropic: 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.
Seperti semua siklus mesin panas,
suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebih besar efisiensinya. Faktor
pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain yang membentuk
mesin untuk menahan panas dan tekanan. Berbagai metode dibutuhkan untuk menjaga
temperatur. Kebanyakan turbin juga mencoba untuk memulihkan knalpot panas (heat
recovery), yang merupakan energi terbuang. Recuperator adalah heat exchanger yang
menangkap panas knalpot dan memindahkan panasnya ke udara terkompresi yang
menuju pembakaran. Gabungan siklus desain
memanfaatkan panas terbuang ke sistem. Dan gabungan panas dan daya
(co-generation) menggunakan panas terbuang untuk produksi panas.
Gambar Skema Proses Pembangkitan Generator Turbin Gas
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. 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 kerugian-kerugian 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:
1) Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
2) Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
3)
Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan
perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
Komentar
Posting Komentar