View
12
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
TUGAS AKHIR – TM 145502
ANALISA PERBANDINGAN PERFORMA TURBIN GAS
SEBELUM DAN SETELAH COMBUSTION INSPECTION
PADA BEBAN 100 MW DI PLTGU BLOK GT 1.3
PT PJB UP GRESIK
FIYA FITROTUL MUFAIDDAH
NRP 10211500000037
Dosen Pembimbing
Dr. Ir Heru Mirmanto, MT
NIP 19620216 199512 1 001
PROGRAM STUDI DIPLOMA III
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN INDUSTRI
Fakultas Vokasi
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2018
i
TUGAS AKHIR – TM 145502
ANALISA PERBANDINGAN PERFORMA TURBIN GAS
SEBELUM DAN SETELAH COMBUSTION INSPECTION PADA
BEBAN 100 MW DI PLTGU BLOK GT 1.3
PT PJB UP GRESIK
FIYA FITROTUL MUFAIDDAH
NRP 10211500000037
Dosen Pembimbing
Dr. Ir Heru Mirmanto, MT
NIP 19620216 199512 1 001
PROGRAM STUDI DIPLOMA III
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN INDUSTRI
Fakultas Vokasi
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2018
ii
FINAL PROJECT – TM 145502
COMPARATIVE ANALYSIS OF GAS TURBINE
PERFORMANCE BEFORE AND AFTER COMBUSTION
INSPECTION WITH 100 MW LOAD IN PLTGU BLOK
GT 1.3 PT PJB UP GRESIK
FIYA FITROTUL MUFAIDDAH
NRP 10211500000037
COUNSELOR LECTURER Dr. Ir Heru Mirmanto, MT
NIP 19620216 199512 1 001
Diplome III Program
Industrial Mechanical Engineering Departement
Faculty Of Vocation
Sepuluh Nopember Institute Of Technology
Surabaya 2018
iii
(halaman ini sengaja dikosongkan)
iv
ANALISA PERBANDINGAN PERFORMA TURBIN GAS SEBELUM DAN SETELAH COMBUSTION INSPECTION
PADA BEBAN 100 MW DI PLTGU BLOK GT 1.3
PT PJB UP GRESIK
Nama Mahasiswa : Fiya Fitrotul Mufaiddah
NRP : 10211500000037
Jurusan : Departemen Teknik Mesin Industri
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT
Abstrak
Turbin gas yang dioperasikan secara terus-menerus, lambat
laun akan mengalami penurunan performa yang akan berakibat
terjadinya peningkatan biaya untuk mengoperasikan. Oleh karena
itu, diperlukan maintenance untuk meningkatkan atau
menstabilkan performa dari turbin gas agar dapat berkerja secara
optimal.
Maintenance yang dapat dilakukan untuk meningkatkan
performa turbin gas yaitu dengan Overhoul. Terdapat tiga jenis
overhoul pada turbin gas, salah satunya adalah combustion
inspection. Untuk mengetahui pengaruh dari combustion
inspection, perlu dilakukannya analisa perbandingan performa
sebelum dan setelah dilakukannya combustion inspection.
Setelah dilakukannya perhitungan performa sebelum dan
setelah combustion inspection pada PLTGU Blok GT 1.3 PT PJB
UP Gresik dapat disimpulkan bahwa mengalami peningkatan.
Peningkatan tersebut terjadi pada efisiensi siklus sebesar 0,193%,
efisiensi turbin sebesar 0,1% dan efisiensi kompresor sebesar
1,8%. Sedangkan pada konsumsi bahan bakar spesifik lebih hemat
sebesar 0,001%.
Kata kunci : turbin gas, combustion inspection, efisiensi, konsumsi
bahan bakar spesifik.
v
(halaman ini sengaja dikosongkan)
vi
COMPARATIVE ANALYSIS OF GAS TURBINE
PERFORMANCE BEFORE AND AFTER COMBUSTION
INSPECTION WITH 100 MW LOAD IN PLTGU BLOK GT
1.3 PT PJB UP GRESIK
Nama Mahasiswa : Fiya Fitrotul Mufaiddah
NRP : 10211500000037
Jurusan : Departemen Teknik Mesin Industri
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT
Abstract
Gas turbine which is operated continuously will slowly
decrease the performance that will result increasing cost to
operate. Therefore, needed maintenance to increase or stabilize the
performance of gas turbine in order to work optimally.
Maintenance which can be done to increasing the
performance of gas turbine is overhaul. There are three types of
overhaul’s gas turbine, one of them is combustion inspection. To
know the effect of combustion inspection, needed to do
performance comparative analysis between before and after are
done combustion inspection.
After doing performance calculation between before and
after combustion inspection in PLTGU Blok GT 1.3 PT PJB UP
Gresik can be concluded that increasing. This inscreasing occurs
at cycle efficiency of 0,193%, turbine efficiency of 0,1% and
compressor efficiency of 1,8%. While, specific fuel consumption is
more efficient of 0,001%.
Keyword : gas turbine, combustion inspection, efficiency, specific
fuel consumtion.
vii
(halaman ini sengaja dikosongkan)
viii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena atas segala
rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan pengerjaan
tugas akhir yang berjudul “ANALISA PERBANDINGAN
PERFORMA TURBIN GAS SEBELUM DAN SETELAH
COMBUSTION INSPECTION PADA BEBAN 100 MW DI
PLTGU BLOK GT 1.3 PT PJB UP GRESIK ”. Tugas Akhir ini
merupakan salah satu kuliah wajib dan syarat untuk dapat
memperoleh gelar Ahli Madya, Departemen Teknik Mesin Industri
Fakultas Vokasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Dalam pengerjaan tugas akhir ini penulis banyak sekali
mendapatkan bantuan dari pihak. Oleh karena itu secara khusus
penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Allah SWT. Yang telah memberikan seluruh rahmat dan
hidayah dalam pengerjaan tugas akhir ini.
2. Orang tua dan keluarga besar yang telah banyak
memberikan doa, kasih sayang, motivasi, dan
pengorbanan. Semoga selalu mendapat imbalan rahmat
dan perlindungan dari Allah SWT.
3. Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT selaku ketua Departemen
Teknik Mesin Industri FV-ITS.
4. Ir. Suhariyanto, MT selaku Koordinator Tugas Akhir
Departemen Teknik Mesin Industri FV-ITS.
5. Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT selaku dosen pembimbing
Tugas Akhir atas bantuan dalam membimbing penulis
dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
6. Ir. Nur Husodo, MS selaku dosen wali yang telah
memberikan arahan penulis selama menjalani masa
perkuliahan.
7. Bapak Hilman Aziz Tamimi dan Bapak Purwasito
selaku pembimbing lapangan selama proses
pengambilan data di PT PJB UP Gresik.
ix
(halaman ini sengaja dikosongkan)
x
8. Teman-teman angkatan 2015 atas segala motivasi,
masukan dan bantuan selama pengerjaan Tugas Akhir
ini.
9. Saudara Alfi, Mila, Friska, Ambar, Nadia, Nindy dan
Addina atas segala dukungan, motivasi, bantuan selama
pengerjaan Tugas Akhir ini.
10. Semua pihak yang telah membantu baik secara langsung
maupun tidak dalam pengerjaan tugas akhir penulis,
yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
Penulis berharap penelitian ini dapat bermanfaat bagi
pembaca, dan dapat menjadi alah satu acuan dalam proses
pengerjaan penelitian berikutnya.
Surabaya, Juli 2018
Penulis
xi
(halaman ini sengaja dikosongkan)
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................ i
TITLE PAGE ...................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................... iii
ABSTRAK .......................................................................... v
ABSTRACT ........................................................................ vii
KATA PENGANTAR .......................................................... ix
DAFTAR ISI ....................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ........................................................... xvii
DAFTAR TABEL ................................................................ xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................... 1
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................... 2
1.4 Manfaat Penelitian .................................................... 2
1.5 Batasan Masalah....................................................... 2
1.6 Sistematika Penulisan ............................................... 3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Turbin Gas ............................................................... 5
2.1.1 Pengertian Turbin Gas ....................................... 5
2.1.2 Prinsip Kerja Turbin Gas ................................... 6
2.2 Komponen Utama PLTG .......................................... 8
2.2.1 Air Inlet Section ................................................ 8
2.2.2 Kompresor ........................................................ 10
2.2.3 Ruang Bakar .................................................... 13
2.2.4 Turbin .............................................................. 18
2.2.5 Air Filter ........................................................... 20
2.2.6 Exhaust ........................................................... 21
2.2.7 Load Gear ......................................................... 23
2.3 Komponen Penunjang PLTG .................................... 23
2.3.1 Starting Equipment ............................................ 23
2.3.2 Coupling dan Accesory Gear.............................. 23
2.3.3 Fuel System ...................................................... 24
xiii
2.3.4 Lube Oil System................................................ 24
2.3.5 Cooling System ................................................. 25
2.4 Siklus Brayton Turbin Gas ........................................ 25
2.5 Air Fuel Ratio, Specific Fuel Consumption, Back
Work Ratio dan Efisiensi .......................................... 30
2.5.1 Air Fuel Ratio ................................................... 30
2.5.2 Specific Fuel Consumption ................................ 31
2.5.3 Back Work Ratio ............................................... 31
2.5.4 Efisiensi .......................................................... 31
2.6 Maintenance Turbin Gas ........................................... 32
2.6.1 Combustion Inspection....................................... 34
2.6.2 Hot Gas Path Inspection ..................................... 43
2.6.3 Major Inspection................................................ 44
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Spesifikasi Komponen Turbin Gas ............................ 45
3.1.1 Kompresor ........................................................ 45
3.1.2 Ruang Bakar (Combustor).................................. 45
3.1.3 Turbin ............................................................. 45
3.2 Data Bahan Bakar .................................................... 45
3.3 Data Performance Test Sebelum Combustion
Inspection ................................................................ 47
3.4 Data Performance Test Setelah Combustion
Inspection ................................................................ 49
3.5 Penjelasan Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir ....... 50
3.5.1 Observasi Lapangan........................................... 50
3.5.2 Studi Literature.................................................. 50
3.5.3 Perumusan Masalah ........................................... 51
3.5.4 Pengumpulan Data ............................................ 51
3.5.5 Konversi dan Perhitungan Properties .................. 51
3.5.6 Perhitungan Performa Turbin Gas....................... 51
3.5.7 Pengeplotan pada Grafik dan Analisa .................. 52
3.5.8 Penyusunan Buku Laporan ................................. 52
3.6 Metodologi Pengerjaan Tugas Akhir .......................... 52
xiv
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN
4.1 Analisa Performansi Turbin Gas ................................ 55
4.1.1 Perhitungan Performa Turbin Gas GT 1.3 PLTGU
PT PJB UP Gresik Sebelum Combustion
Inspection pada Beban 100 MW ......................... 55
4.1.1.1 Perhitungan Properties pada Setiap Titik ........ 55
4.1.1.2 Perhitungan Performa Turbin Gas .................. 60
4.1.2 Perhitungan Performa Turbin Gas GT 1.3 PLTGU
PT PJB UP Gresik Setelah Combustion
Inspection pada Beban 100 MW ......................... 66
4.1.2.1 Perhitungan Properties pada Setiap Titik ........ 66
4.1.2.2 Perhitungan Performa Turbin Gas .................. 71
4.2 Grafik Perbandingan Performa Turbin Gas................. 77
4.2.1 Grafik Perbandingan Efisiensi Kompresor,
Efisiensi Turbin, dan Efisiensi Siklus .................. 77
4.2.2 Grafik Perbandingan Kerja Kompresor dan
Kerja Turbin ..................................................... 78
4.2.3 Grafik Perbandingan Specific Fuel Consumption
dan Back Work Ratio ......................................... 79
4.3 Dokumentasi Sebelum dan Setelah Combustion
Inspection ................................................................ 80
4.3.1 Fuel Nozzle ....................................................... 80
4.3.2 Combustor Basket ............................................. 81
4.3.3 Transition Piece ................................................ 82
4.3.4 Expansion Joint No.2......................................... 83
4.3.5 Seal Plate Exhaust ............................................. 84
4.3.6 Inlet Guide Vane ............................................... 85
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................. 87
5.2 Saran ....................................................................... 88
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
BIODATA PENULIS
xv
(halaman ini sengaja dikosongkan)
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem Turbin Gas ........................................... 5
Gambar 2.2 Skema dari suatu instalasi turbin gas untuk
Industri .......................................................... 7
Gambar 2.3 Air Inlet Housing.............................................. 9
Gambar 2.4 Inlet Guide Vane .............................................. 10
Gambar 2.5 Kompresor Aksial............................................. 11
Gambar 2.6 Kompresor Stator ............................................. 12
Gambar 2.7 Kompresor Rotor ............................................. 12
Gambar 2.8 Komponen Ruang Bakar .................................. 14
Gambar 2.9 Can-type Combustor with Swirl Flow Flame
Stabilizer ........................................................ 15
Gambar 2.10 Sistem Pembakaran pada Combustion
Chamber ........................................................ 17
Gambar 2.11 Turbine Rotor Case ........................................ 18
Gambar 2.12 Second Stage Nozzle, Second Stage Turbine..... 19
Gambar 2.13 Komponen-komponen turbin........................... 20
Gambar 2.14 Exhaust Frame Assembly ................................ 21
Gambar 2.15 Exhaust Diffuser Assembly ............................. 22
Gambar 2.16 Blok Diagram Siklus Brayton ......................... 26
Gambar 2.17 T-S Diagram Siklus Brayton ........................... 26
Gambar 2.18 Prosedur Washing Online................................ 43
Gambar 2.19 Maintenance Turbin Gas................................. 44
Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Pengerjaan ................ 52
Gambar 4.1 Data Performance Test sebelum CI GT 1.3 ........ 56
Gambar 4.2 Diagram T-S sebelum CI GT 1.3 ...................... 56
Gambar 4.3 Data Performance Test setelah CI GT 1.3 .......... 67
Gambar 4.4 Diagram T-S setelah CI GT 1.3 ........................ 67
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Efisiensi Kompresor ......... 77
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Efisiensi Turbin................ 77
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Efisiensi Siklus ................. 78
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Kerja Kompresor .............. 78
Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Kerja Turbin .................... 79
Gambar 4.10 Grafik Perbandingan SFC ............................... 79
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan BWR ............................. 80
xvii
Gambar 4.12 Fuel Nozzle sebelum Combustion Inspection ... 80
Gambar 4.13 Fuel Nozzle setelah Combustion Inspection ..... 81
Gambar 4.14 Combustor Basket sebelum Combustion
Inspection ................................................... 81
Gambar 4.15 Combustor Basket setelah Combustion
Inspection ................................................... 82
Gambar 4.16 Transition Piece sebelum Combustion
Inspection ................................................... 82
Gambar 4.17 Transition Piece setelah Combustion
Inspection ................................................... 83
Gambar 4.18 Expansion Joint sebelum Combustion
Inspection ................................................... 83
Gambar 4.19 Expansion Joint setelah Combustion
Inspection ................................................... 84
Gambar 4.20 Seal Plate Exhaust sebelum Combustion
Inspection .................................................... 84
Gambar 4.21 Seal Plate Exhaust setelah Combustion
Inspection ................................................... 85
Gambar 4.22 Inlet Guide Vane sebelum Combustion
Inspection ................................................... 85
Gambar 4.23 Inlet Guide Vane setelah Combustion
Inspection .................................................... 86
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Properties Bahan Bakar CNG ................................. 46
Tabel 3.2 Data Performance Test setelah CI GT 1.3 ............... 47
Tabel 3.3 Konversi Data sebelum CI GT 1.3 .......................... 48
Tabel 3.4 Data Performance Test setelah CI GT 1.3 ............... 49
Tabel 3.5 Konversi Data setelah CI GT 1.3 ............................ 49
xix
(halaman ini sengaja dikosongkan)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan sebuah
pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan mesin
turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang
dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi
panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah
menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi
listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhan.
PLTGU dengan bahan bakar natural gas kini sedang
dikembangkan di berbagai wilayah karena dengan menggunakan
bahan bakar gas memiliki banyak keuntungan. Selain lebih ramah
lingkungan, sumber daya akan gas alam di Indonesia sendiri masih
sangat melimpah. Pada suatu sistem pembangkit terdapat berbagai
macam komponen yaitu kompresor, combustor, turbin dan
generator. Jika komponen-komponen tersebut digunakan secara
terus menerus, maka secara tidak langsung akan mempengaruhi
performa dan umur penggunaanya. Hal ini akan berpengaruh
langsung terhadap efisisensi pembangkit. Jika efisiensi pembangkit
rendah maka perbandingan biaya operasional tidak sebanding
dengan jumlah produksinya.
Jika pembangkit dinyalakan secara terus-menerus maka
pada periode tertentu akan mengalami penurunan performa, oleh
karena itu dilakukan overhoul dengan tujuan menghindari Break
Down Maintenance. Dari latar belakang tersebut maka penulis
selanjutnya akan melakukan analisis performa untuk mengetahui
perbandingan performa turbin gas sebelum dan setelah
dilakukannya combustion inspection pada beban 100 MW di
PLTGU Blok GT 1.3 PT PJB UP GRESIK.
1.2 Rumusan Masalah
Permintaan kebutuhan listrik konsumen dapat berubah-ubah
dari waktu ke waktu. Hal tersebut mempengaruhi jumlah produksi
listrik yang dihasilkan oleh pembangkit. Setiap unit pembangkit
2
memiliki kehandalan tersendiri untuk mengatasi perubahan beban
produksi. Untuk merubah jumlah produksi listrik tersebut, beban
produksi harus berubah.
Rumusan masalah yang diangkat pada tugas akhir ini adalah:
perbandingan performa pada turbin gas sebelum dan setelah
dilakukannya Combustion Inspection pada beban 100 MW di
PLTGU Blok GT 1.3 PT PJB UP Gresik.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini yaitu untuk mengetahui
perbandingan performa pada beban kerja 100 MW pada sebelum
dan setelah dilakukannya combustion isnpection. Karena dengan
dilakukannya inspeksi diharapkan terjadi peningkatan pada
efisiensi siklus.
1.4 Manfaat Penelitian
Berdasarkan uraian tentang efisiensi kerja Turbin Gas, maka
penulisan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat bagi :
1. Perusahaan
Dari analisa ini diharapkan adanya suatu hasil yang dapat
menjadi masukan bagi perusahaan, sebagai informasi dalam
operasional, khususnya mengenai unit turbin gas dengan
efisiensi tertinggi.
2. Penulis
Hasil penulisan Tugas Akhir ini diharapkan dapat berguna
dan memberi masukan untuk menambah pengalaman dan
pengetahuan tentang perhitungan kinerja Turbin Gas.
3. Pihak lain
Dapat dijadikan masukan dan informasi bagi pihak lain
mengenai kinerja Turbin Gas.
1.5 Batasan Masalah
Analisis dilakukan berdasarkan data-data yang diambil
di PLTGU Blok GT 1.3 PT PJB UP GRESIK.
Data unjuk kerja beberapa komponen unit didapat dari
data Performance Test.
3
Analisis ini dibatasi hanya untuk membahas
perhitungan dan perbandingan performa turbin gas
sebelum dan setelah dilakukannya Combustion
Inspection pada beban 100 MW di PLTGU Blok GT 1.3
PT PJB UP Gresik.
PLTG bekerja dengan Siklus Brayton sederhana
dengan sudut pandang termodinamika dengan open
cycle turbine.
Pada kondisi steady state dan steady flow. Energi
potensial dan energi kinetik diabaikan.
Excess Air diasumsikan sebesar 7% berdasarkan range
yang terdapat pada Engineering Toolbox sebesar 5-
10%.
1.6 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah
sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini memaparkan tentang latar belakang penulisan,
permasalahan, batasan masalah, tujuan penulisan, dan
sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini memaparkan tentang teori-teori dan persamaan-
persamaan yang mendasari perumusan masalah, siklus
kerja, PLTG, komponen-komponen PLTG, efisiensi
turbin, air fuel ratio, specific fuel consumption.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini menjelaskan data-data yang diperoleh dari
survey dilapangan dan diagram alir proses penulisan
Tugas Akhir secara umum.
BAB IV PEMBAHASAN dan PERHITUNGAN
Bab ini memuat tentang perhitungan-perhitungan
efisiensi kompresor, efisiensi turbin, kerja kompresor,
4
kerja turbin, air fuel ratio, specific fuel consumption,
dan efisiensi siklus turbin gas.
BAB V PENUTUP
Berisikan kesimpulan dan saran.
LAMPIRAN
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Turbin Gas
2.1.1 Pengertian Turbin Gas
Turbin gas merupakan suatu penggerak mula yang
memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Didalam turbin gas,
energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa
putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan
daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin
dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin.
Rotor memutar poros, daya yang menggerakkan beban (generator
listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas
merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas.
Sistem turbin gas yang sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu
kompresor, ruang bakar, dan turbin. Gambar sistem turbin gas
dapat dilihat pada gambar sebagai berikut :
Gambar 2.1 Sistem Turbin Gas [7]
Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin
dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin.
Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban. Turbin
gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas.
Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga
komponen yaitu kompressor, ruang bakar dan turbin gas.
6
Oleh sebab itu didalam sistem turbin gas terjadi tiga
proses pokok untuk memproduksi energi yaitu :
1. Proses kompresi udara
2. Proses pembakaran udara - bahan bakar
3. Proses ekspansi gas hasil pembakaran
Dengan sistem ini udara atmosfir masuk ke dalam
kompresor dengan cara dihisap melalui sebuah instalasi rumah
filter dan dikompresikan melalui rangkaian baris sudu
kompresor, sehingga tekanan dan temperatur udara keluar
kompresor naik. Kemudian udara yang bertekanan dan
bertemperatur tinggi itu masuk ke dalam ruang bakar. Di dalam
ruang bakar disemprotkan bahan bakar ke dalam arus udara
sehingga terjadi proses pembakaran melalui penyalaan awal dari
2 atau 3 igniter. Proses pembakaran berlangsung pada tekanan
konstan, sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanyalah
berfungsi untuk menaikkan temperatur campuran udara dengan
bahan bakar. Gas panas hasil pembakaran kemudian dialirkan ke
sudu turbin dan energi potensial gas panas didalam sudu tetap
turbin diubah menjadi energi kecepatan gas yang digunakan
untuk melakukan kerja memutar poros turbin melalui sudu jalan
turbin. Sebagian daya yang dihasilkan turbin digunakan untuk
memutar kompresornya sendiri dan sisanya digunakan untuk
memutar generator.
2.1.2 Prinsip Kerja Turbin Gas
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem
turbin gas adalah sebagai berikut :
7
Gambar 2.2 Skema suatu instalasi turbin gas untuk
industri
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan
dimampatkan.
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan
ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian
dibakar.
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 performansi turbin gas itu sendiri. Kerugian-
kerugian turbin gas 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.
8
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 (maintenance) yang teratur
atau dengan memodifikasi peralatan yang ada.
2.2 Komponen Utama PLTG
Adapun yang menjadi komponen-komponen utama dalam
PLTG antara lain sebagai berikut :
2.2.1 Air Inlet Section
Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang
terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini
terdiri dari :
2.2.1.1 Air Inlet Housing
Air Inlet Housing merupakan tempat udara masuk
dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.
Gambar Air Inlet Housing dapat dilihat seperti gambar
berikut:
9
Gambar 2.3 Air Inlet Housing [8]
2.2.1.2 Inertia Separator
Inertia Separator berfungsi untuk membersihkan
debu-debu atau partikel yang terbawa udara masuk.
2.2.1.3 Pre-Filter
Pre-Filter merupakan penyaringan udara awal yang
dipasang pada inlet house.
2.2.1.4 Main Filter
Main Filter merupakan penyaring utama yang
terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah
melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
2.2.1.5 Inlet Bellmouth
Inlet Bellmouth berfungsi untuk membagi udara agar
merata pada saat memasuki ruang kompresor.
10
2.2.1.6 Inlet Guide Vane
Inlet Guide Vane merupakan blade yang berfungsi
sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan
yang diperlukan. Gambar Inlet Guide Vane dapat dilihat
seperti gambar berikut:
Gambar 2.4 Inlet Guide Vane [8]
2.2.2 Kompresor
Kompresor adalah suatu alat atau mesin yang berfungsi
untuk menaikkan tekanan dengan proses kompresi kompresi
isentropis. Sebelum memasuki kompresor, udara harus melewati
saringan, agar partikel-partikel kasar tidak masuk sehingga sudu-
sudu kompresor dan turbin tidak cepat aus dan rusak.
Kompresor yang digunakan adalah kompresor rotary
aliran aksial multistage yang terpasang satu poros dengan turbin
dan generator. Daya untuk memutar kompresor diperoleh dari
kerja turbin dengan perbandingan 60-70% kerja turbin digunakan
untuk memutar kompresor. Gambar kompresor aksial dapat
dilihat seperti gambar berikut:
11
Gambar 2.5 Kompresor Aksial [8]
Blade kompresor aksial sekarang dibuat dari campuran
titanium, yang mana memiliki massa jenis rendah, memiliki
kekuatan yang baik pada temperatur yang tinggi (400-500˚C) dan
cenderung anti korosi.
Pada saat start awal daya untuk memutar kompresor
diperoleh dari generator yang dioperasikan sebagai motor dengan
prinsip membalikkan arus penguatnya. Pada saat putaran tertentu
arus penguat akan lepas secara otomatis dan selanjutnya arus
penguatan generator akan masuk sehingga generator mensuplai
energi listrik. Bagian-bagian utama kompresor:
1. Kompresor Stator, berfungsi untuk menjamin ring sudu-
sudu tetap berada kokoh pada posisinya dan memindahkan
gaya reaksi karena aliran dan tekanan ke casing luar.
Gambar stator dan rotor dapat dilihat seperti gambar
berikut:
12
Gambar 2.6 Kompresor Stator [8]
Gambar 2.7 Kompresor Rotor [8]
2. Exhaust Difusor Compresoor, berfungsi mengubah energi
kinetik dari udara kompresor menjadi tekanan dengan
efisiensi sebaik mungkin.
3. Sudu Putar Kompresor, berfungsi untuk mengubah energi
mekanik udara menjadi energi kinetik dan energi potensial
secara bersamaan dengan sudu tetap menaikkan tekanan
udara.
4. Sudu Tetap Kompresor, berfungsi untuk merubah aliran
udara melalui haluan sudu dalam arah yang berlawanan
13
dengan putaran rotor. Akibat dari pembatalan disertai
dengan naiknya tekanan udara.
2.2.3 Ruang Bakar (Combustion Chamber)
Ruang bakar (Combustion Chamber) adalah suatu tempat
dimana bahan bakar baik gas atau minyak atau campuran
keduanya melalui burner dibakar. Bahan bakar ini dibakar dengan
menggunakan udara pembakar disuplai dari kompresor. Gas
panas hasil pembakran kemudian dialirkan ke turbin. Pada turbin
gas ini terdapat dua buah combustion chamber, ruang bakar tipe
silo yang dipasang di kanan dan kiri unit. Udara dari kompresor
memasuki ruang bakar melalui ruang antara pressure jacket dan
inner liner atau mixing chamber mengalir sebagai udara primer
ke burner.
Dibagian bawah flame tube ada beberapa lubang. Udara
tertekanan melalui lubang-lubang ini memasuki mixing chamber
sebagian udara sekunder. Untuk memeriksa ke bagian dalam
combustion chamber dan bagian inlet turbin dipasang di manhole
dibagian bawah. Gambar combustion chamber components dapat
dilihat seperti gambar berikut:
14
Gambar 2.8 Komponen Ruang Bakar [8]
Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen
berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar farme dan
penggunaan turbin gas. Komonen-komponen itu adalah :
1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya
pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan
bahan bakar yang masuk.
2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber
yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya
pembakaran.
3. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan
bakar kedalam combustion liner.
4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan
bunga api ke dalam combustion chamber sehingga
campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
15
5. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan
membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran
nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
6. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api
pada semua combustion chamber.
7. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk
mendeteksi proses pembakaran yang terjadi.
Combustion chamber yang ada disusun kosentris
mengelilingi aksial flow compressor dan disambungkan dengan
keluaran kompresor udara dari aksial flow kompresor yang
dialirkan langsung ke masing-masing chambers. Zona
pembakaran pada combustion chamber ada tiga, dapat dilihat
pada gambar berikut :
Gambar 2.9 Can-type combustor with swirl flow flame
stabilizer
(Dr. P.K. Nag, 2008)
Primary Zone
Merupakan tempat dimana bahan bakar berdifusi dengan
udara kompresor untuk membentuk campuran udara
bahan bakar yang siap dibakar.
Secondary Zone
Merupakan zona penyempurnaan pembakaran sebagai
kelanjutan pembakaran pada primary zone.
Tertiary Zone
16
Merupakan zona untuk mereduksi temperatur gas hasil
pembakaran pada keadaan yang diinginkan pada saat
masuk ke first stage nozzles.
Pada gambar 2.9 menunjukkan bahwa Can-type
combustor dengan swirl flow flame stabilization. Sebesar 20%
total udara dari kompresor yang dihisap secara langsung melalui
sebuah swirler menuju sebuah burner sebagai udara primary,
untuk menyediakan campuran udara dan bahan bakar yang
banyak di zona primary, yang dilanjutkan dengan pembakaran,
menghasilkan gas temperatur yang tinggi. Aliran udara yang
melewati swirler menghasilkan a vortex motion yang membuat
zona bertekanan rendah sepanjang aliran axis dari ruang bakar
yang menyebabkan aliran balik. Sebesar 30% dari total udara
yang disupplai melalui lubang dilusi di zona secondary yang
melewati annulus bersama flame tube untuk menyempurnakan
pembakaran. Udara secondary harus masuk pada sisi kanan di
ruang bakar, dengan cara lain udara yang diinjeksikan
mendinginkan the flame oleh karena itu mengurangi jumlah
aliran dari reaksi. Udara secondary tidak hanya membantu untuk
menyempurnakan proses pembakaran tetapi juga membantu
untuk mendinginkan flame tube. Sedangkan sebesar 50% dari
udara yang dicampur dengan gas yang terbakar di zona tertiary
untuk mendinginkan gas yang bertemperature rendah menjadi
gas yang bertemperature sesuai pada material blade turbin.
Combustion liners didesain dengan satu seri lubang dan
louvers yang ditempatkan didalam chambers. Digunakan untuk
mencampurkan bahan udara dari kompresor dan bahan bakar dari
nozzle yang membakar campuran ini. Fuel nozzle terdapat pada
ujung combustion chamber dan masuk ke combustion liners.
Fungsi dari fuel nozzle ini adalah untuk mnegabutkan bahan
bakar dan mengarahkannya ke reaction zone pada ruang bakar.
Transition piece terdapat antara combustion liners dan
first stage nozzle. Alat ini digunakan untuk mengarahkan udara
panas yang dihasilkan pada combustion section ke first stage
nozzle. Gambar pola aliran udara sistem pembakaran axial flow
dapat dilihat seperti gambar berikut:
17
Gambar 2.9 Sistem Pembakaran pada Combustion Chamber
(Meherwan P. Boyce, 2002)
Spark Plugs terdapat paada bagian samping combustion
chamber dan masuk ke combustion liners. Spark plugs berfungsi
untuk menyulut campuran bahan bakar dan udara pada saat turbin
gas start up. Pembakaran akan terus terjadi selama suplai bahan
bakar dan udara terus berlangsung. Spark plugs terpasang pada
sebuah pegas setelah proses pembakaran terjadi, tekanan yang
dihasilkan meningkat dan akan memaksa plugs naik menuju
casing dan mengeluarkan gas panas.
Cross fire tube berfungsi untuk menghubungkan semua
combustion chamber. Tabung ini digunakan untuk mengirimkan
pengapian dari satu combustion liners ke yang ebrikutnya selama
start up.
18
2.2.4 Turbin
Bagian ini merupakan terjadinya perubahan energi
kinetik menjadi energi mekanik putar yang digunakan untuk
menggerakkan generator dan juga kompresor aksial. Proses
ekspansi gas pembakaran pada turbin gas terjadi pada turbin,
karena proses tersebut terjadi perubahan energi kinetik gas
pembakaran menjadi energi mekanik poros turbin, energi ini akan
menggerakkan kompresor dan peralatan lainnya. Komponen-
komponen pada turbin scetion antara lain sebagai berikut:
1. Turbine rotor case
Gambar 2.10 Turbine Rotor Case [8]
2. First stage nozzle, berfungsi untuk mengarahkan gas panas
ke first stage turbine wheel.
3. First stage turbine wheel, berfungsi untuk
mengkonversikan energi kinetikdari aliran udara yang
berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa
putaran motor.
4. Second stage nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk
mengatur aliran gas panas ke second tage turbine wheel,
sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua
turbin wheel. Gambar second stage nozzle, second stage
turbine dapat dilihat seperti gambar berikut:
19
Gambar 2.11 Second Stage Nozzle, Second Stage
Turbine [8]
5. Second stage turbine, berfungsi untuk memanfaatkan
energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage
turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang
lebih besar. Gambar second stage turbine dapat dilihat
seperti gambar diatas.
Komponen –komponen turbin dapat dilihat seperti gambar
dibawah ini:
20
Gambar 2.12 Komponen-komponen turbin [8]
2.2.5 Air Filter
Air filter berfungsi sebagai penyaring udara yang masuk
ke kompresor (agar debu atau bahan lain tidak ikut karena dapat
mengotori sudu-sudu kompresor).
1. Inlet Screens, untuk mencegah binatang ataupun kotoran
berukuran besar masuk.
2. Guard Filter, merupakan filter sekali pakai yang
menyaring sebagian besar kontaminan yang dibawa udara.
3. Barrier Filter, merupakan filter udara utama yang
menyaring kotoran setelah guard filter, biasanya berupa
bag filter atau canister filter. Udara mengalir dari bagian
dalam keluar, sehingga kotoran terperangkap didalam.
4. FOD (Foreign Object Damage) Screens, merupakan
penyaring terakhir sebelum masuk ke inlet bellmouth,
berukuran sekitar 1200 microns dan didiukung oleh
stainless-steel mesh. Gambar air filter dapat dilihat seperti
gambar berikut
21
2.2.6 Exhaust
Exhaust section merupakan bagian akhir turbin gas yang
berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar
dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian
antara lain sebagai berikut :
1. Exhaust Frame Assembly
2. Exhaust Diffuser Assembly
Gambar 2.13 Exhaust Frame Assembly [8]
22
Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust
diffuser pada exhaust frame assembly lalu mengalir ke exhaust
plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfer
melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfer gas panas
sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil
pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan
temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area
terdapat 18 buah termokopel antara lain, 12 buah untuk
temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip. Gambar
exhaust frame dapat dilihat pada gambar diatas, sedangkan
gambar exhaust diffuser dapat dilihat seperti gambar berikut :
Gambar 2.14 Exhaust Diffuser Assembly [8]
23
2.2.7 Load Gear (Reducction Gear)
Reduction gear adalah alat penghubung turbin dengan
generator yang fungsinya adalah untuk menurunkan kecepatan
putaran poros turbin. Pada pembangkit, penurunan putaran
dilakukan dengan menggunakan roda gigi. Reduction gear
diletakkan antara poros turbin dengan poros generator. Jadi
reduction gear berfungsi untuk memindahkan daya yang
dihasilkan turbin ke generator. Karena pada umumnya putaran
turbin dan generator tidak sama, maka reduction gear selain
memindahkan daya juga berfungsi untuk menyesuaikan putaran
turbin agar sesuai dengan putaran generator.
Poros turbin dan poros reduction gear disambungkan
dengan sebuah kopling. Kopling ini pada umumnya disebut
kopling beban. Sebelum pemasangan, kopling ini diperiksa
terlebih dahulu apakah poros turbin dengan poros load gear
sudah lurus. Karena apabila tidak terjadi kelurusan, maka vibrasi
yang terjadi pada saat pembangkit beroperasi akan sangat besar.
2.3 Komponen Penunjang
Ada beberapa komponen penunjang pada turbin gas, antara
lain sebagai berikut:
2.3.1 Starting Equipment
Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin
bekerja . Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-
unit turbin gas pada umumnya adalah :
1. Diesel Engine (PG-9001A/B).
2. Induction Motor (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan
4X03).
3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine).
2.3.2 Coupling dan Accessory Gear
Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari
poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Terdapat
tiga jenis coupling yang digunakan antara lain sebagai berikut :
1. Jaw Clutch, menghubungkan starting turbine dengan
accessory gear dan High Pressure Turbine rotor.
24
2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear
dengan High Pressure Turbine rotor.
3. Load Coupling, menghubungkan Low Pressure Turbine
dengan kompresor beban.
2.3.3 Fuel System
Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system
dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan
sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan
partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut
diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang
berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat
pada fuel gas.
2.3.4 Lube Oil System
Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan
secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil
disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush
bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil
system terdiri dari :
1. Oil tank (Lube Oil Reservoir)
2. Oil quantity
3. Pompa
4. Filter system
5. Valving system
6. Piping system
7. Instrumen untuk oil
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan
untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi antara lain
sebagai berikut:
1. Main lube oil pump
Merupakan pompa utama yang digerakkan oleh High
Pressure Shaft pada gear box yang mengatur tekanan
discharge lube oil.
2. Auxiliary lube oil pump
25
Merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga
listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump
mengalami penurunan.
3. Emergency lube oil pump
Merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa
diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
2.3.5 Cooling System
Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah
air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai
komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen
utama dari cooling system antara lain sebagai berikut:
1. Off base water cooling unit
2. Lube oil cooler
3. Main cooling watre pump
4. Temperature regulation valve
5. Auxilary water pump
6. Low cooling water pressure switch
2.4 Siklus Brayton Turbin Gas
Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk
turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat
populerdigunakan oleh pembuat mesin turbin atau manufacturer
dalam analisa untuk up-grading performance. Siklus brayton ini
terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses
pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus brayton tiap-
tiap tekanan proses dapat dianalisa secara berikut :
26
Gambar 2.15 Blok Diagram Siklus Brayton
Gambar 2.16 T-S Diagram Siklus Brayton
27
Proses 1→ 2 kompresi isentropik
Udara atmosfer masuk ke dalam sistem turbin gas
melalui sisi inlet kompresor. Oleh kompresor, udara
dikompresikan sampai tekanan tertentu diikuti dengan
volume ruang yang menyempit. Proses ini tidak diikuti
dengan perubahan entropi, sehingga disebut proses
isentropik. Proses ini ditunjukkan dengan angka 1-2 pada
kurva diatas. Karena proses (1-2) merupakan proses
isentropik, maka :
𝑃1𝑘 −1
𝑇1𝑘 =
𝑃2𝑘−1
𝑇2𝑘
(𝑇2
𝑇1
)𝑘
= (𝑃2
𝑃1
)𝑘−1
𝑇2
𝑇1
= (𝑃2
𝑃1
)
𝑘−1
1
(Michael J. Moran and Howard N. Saphiro, 2006)
Kerja yang dibutuhkan kompresor, dalam hal ini
adalah sebagai berikut :
𝑊𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = ��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 (ℎ2 + ℎ1)
(Moran and Saphiro, 2006)
Proses 2→3 pembakaran isobarik
Pada tahap 2-3, udara terkompresi masuk ke ruang
bakar. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar, dan
diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut.
Energi panas hasil pembakaran diserap oleh udara (qin),
meningkatkan temperatur udara dan menambah volume
udara. Proses ini tidak mengalami kenaikan tekanan udara,
karena udara hasil proses pembakaran bebas berekspansi
ke sisi turbin. Karena tekanan yang konstan inilah maka
proes ini disebut isobarik. Suatu bentuk sederhana dari
28
persamaan tingkat keadaan gas ideal diperoleh apabila Cp
kosntan, dalam hal ini juga diketahui bahwa Cv juga
konstan, maka diperoleh persamaan tingkat keadaan
sebagai berikut :
𝑃𝑣 = 𝑅𝑇
𝑢2 = 𝐶𝑣 × 𝑇2
ℎ2 = 𝐶𝑝 × 𝑇2
(V. Ganesan, 1999)
Dengan mengasumsikan tidak ada loss pada
perpindahan kalor dalam artian kalor terserap penuh dan
pada gas turbine tidak ada energi yang dibangkitkan.
Kesetimbangan massa dan energi pada kondisi steady state
tunak volume atur sebagai berikut :
0 = 𝑄𝑐𝑣 + 𝑊 + �� [ℎ𝑖𝑛 − ℎ𝑜𝑢𝑡 +(𝑉𝑖𝑛
2 − 𝑉𝑜𝑢𝑡2)
2] + [𝑔(𝑍𝑖𝑛 − 𝑍𝑜𝑢𝑡 )]
𝑄𝑐𝑣 = ��(ℎ𝑜𝑢𝑡 − ℎ𝑖𝑛)
Dengan 𝑄𝑐𝑣 merupakan masukan Q yang terdapat
pada pembakaran yang dihasilkan oleh bahan bakar Q,
yang dihasilkan bahan bakar didapat dari persamaan :
��𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 =𝑄𝑖𝑛
𝐿𝐻𝑉𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟
Jadi, dari persamaan di atas dapat diperoleh :
𝑄𝑖𝑛 = 𝐿𝐻𝑉𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × ��𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟
Proses 3→4 ekspansi isentropik
Udara bertekanan yang telah menyerap panas hasil
pembakaran, berekspansi melewati turbin. Sudu-sudu
turbin yang merupakan nozzle-nozzle berfungsi untuk
mengkonversikan energi panas udara menjadi energi
29
kinetik. Sebagian energi tersebut dikonversikan turbin
untuk memutar kompresor. Pada sistem pembangkit listrik
turbin gas, sebagian energi lagi dikonversikan turbin untuk
memutar generator listrik. Sedangkan pada mesin turbojet,
sebagian energi panas dikonversikan menjadi daya dorong
pesawat oleh sebentuk nozzle besar pada ujung keluaran
turbin gas.
𝑃3𝑘 −1
𝑇3𝑘 =
𝑃4𝑘−1
𝑇4𝑘
(𝑇3
𝑇4
)𝑘
= (𝑃3
𝑃4
)𝑘−1
𝑇3
𝑇4
= (𝑃3
𝑃4
)
𝑘−1
𝑘
(Michael J. Moran and Howard N. Saphiro, 2006)
Kerja yang dibutuhkan kompresor, dalam hal ini
adalah sebagai berikut :
��𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = (��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 + 𝑚𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 )(ℎ3 − ℎ4)
(Moran and Saphiro, 2006)
Proses 4→1 pembuangan panas
Tahap selanjutnya adalah pembuangan udara
kembali ke atmosfer. Pada siklus Brayton ideal, udara yang
keluar dari turbin ini masih menyisakan sejumlah energi
panas. Panas ini diserap oleh udara bebas, sehingga secara
siklus udara tersebut siap untuk kembali masuk ke tahap 1-
2 lagi.
𝑃𝑣 = 𝑅𝑇
𝑢2 = 𝐶𝑣 × 𝑇4
ℎ2 = 𝐶𝑝 × 𝑇4
(V. Ganesan, 1999)
30
Pembuangan kalor pada tekanan konstan (P = c),
kalor yang dilepas :
𝑄𝑜𝑢𝑡 = (��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 + ��𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 )(ℎ4 − ℎ1)
2.5 Air Fuel Ratio, Specific Fuel Consumption, Heat Rate dan
Efisiensi 2.5.1 Air Fuel Ratio
Bakar bakar (natural gas) yang hendak dimasukkan
kedalam ruang bakar haruslah dalam keadaan yang mudah
terbakar, hal tersebut agar bisa didapatkan efisiensi turbin gas
yang maksimal. Campuran bahan bakar yang belum sempurna
akan sulit dibakar oleh percikan bunga api dari spark plug. Bahan
bakar tidak dapat terbakar tanpa adanya udara, tentunya dalam
keadaan yang homogen. Bahan bakar atau natural gas yang
dipakai dalam pembakaran sesuai dengan ketentuan atau aturan,
sebab bahan bakar yang melimpah pada ruang bakar justru tidak
meningkatkan tenaga yang dihasilkan turbin gas tersebut namun
akan merugikan turbin gas sendiri. Perbandingan campuran udara
dan bahan bakar sangat dipengaruhi oleh pemakaian bahan bakar.
Perbandingan uadar dan bahan bakar dinyatakan dalam bentuk
volume atau berat dari bagian udara dan natural gas. Air Fuel
Ratio adalah faktor yang mempengaruhi kesempurnaan proses
pembakaran didalam ruang bakar. Merupakan komposisi
campuran natural gas dan udara. Misalkan AFR bernilai 14,7
artinya campuran terdiri dari 1 natural gas dan 14,7 udara biasa
disebut Stoichiometry. Air fuel ratio dapat dicari menggunakan
persamaan :
𝐴
𝐹=
��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
��𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟
(Moran and Saphiro, 2006)
31
2.5.2 Specific Fuel Consumption
Jumlah bahan bakar yang dikonsumsi (berat) untuk
menghasilkan satu satuan daya dalam satu satuan waktu. Di
mesin piston, SFC adalah sama dengan rasio massa bahan
bakar/poros tenaga kuda. Dalam mesin turbin gas, SFC adalah
sama dengan rasio massa bahan bakar/dorongan. Kondisi terbaik
adalah ketika nilainya minimum. Nilai SFC menurun dengan
tinggi saat dalam kondisi suhu dingin.
𝑆𝐹𝐶 =��𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡
2.5.3 Back Work Ratio
Merupakan ratio dari kerja kompresor dan kerja turbin,
dan back work ratio juga merupakan bagian dari kerja turbin yang
digunakan untuk menggerakkan kompresor.
𝑏𝑤𝑟 =𝑊𝑐
𝑊𝑡
2.5.4 Effisiensi
1. Effisiensi Kompresor
𝜂𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 =𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑝𝑢𝑡
𝐼𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
=ℎ22𝑠 − ℎ1
ℎ2 − ℎ1
× 100%
(Moran and Saphiro, 2006)
2. Effisiensi Turbin
𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 =𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
𝐼𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
=ℎ3 − ℎ4
ℎ3 − ℎ4𝑠
× 100%
(Moran and Saphiro, 2006)
32
3. Effisiensi Siklus
𝜂𝑠𝑖𝑘𝑙𝑢𝑠 =��𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜
𝑄𝑖𝑛
× 100%
(Moran and Saphiro, 2006)
4. Effisiensi Generator
𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 =𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛
��𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜
× 100%
2.6 Maintenance Turbin Gas
Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang
tidak diinginkan, seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua
peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun yang
berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya
terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang
terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah.
Maintenance pada turbin gas selalu tergantung dari faktor-
faktor operasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah,
karena operasional turbin gas sangat tergantung dari kondisi daerah
operasional. Semua pabrik pembuat turbin gas telah menetapkan
suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga turbin
selalu dalam batas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan
maintenance. Faktor-faktor yang menyebabkan kerusakan
diantaranya adalah :
Design dan material
Pengoperasian
Pemeliharaan
Kondisi lingkungan
Program pemeliharaan yang berhasil selain akan
memperlambat terjadinya kerusakan, juga akan dapat
meningkatkan kemampuan dari peralatan /instalasi yang
dipelihara.
33
Efisiensi turbin gas sangat mempengaruhi daya mampu unit
PLTG. Oleh karenanya stop berkala (periodic shut-down) akan
hilangnya kesempatan produksi yang tidak direncanakan terlebih
dahulu dan mungkin juga akan berarti suatu kondisi yang
berbahaya. Stop berencana (scheduled shut-down) harus
dikoordinasikan dengan unit pembangkit lainnya sehingga tidak
terjadi kekurangan cadangan unit pembangkit. Turbin gas
memerlukan periodic inspection, perbaikan dan penggantian parts-
nya.
Secara umum maintenance dapat dibagi dalam ebberapa bagian,
diantaranya adalah :
1. Preventive maintenance
Preventive maintenance adalah suatu kegiatan
perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin
maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan
tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari
peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi :
Running Maintenance, merupakan suatu
kegiatan perawatan yang dilakukan hanya
bertujuan untuk memperbaiki equipment yang
rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap
melakukan kegiatan.
Turning Around Maintenance, merupakan
perawatan terhadap peralatan yang sengaja
dihentikan pengoperasiannya.
2. Repair maintenance
Repair maintenance merupakan perawatan yang
dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau
disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu
jalannya operasi.
3. Predictive maintenance
Predictive maintenance merupakan kegiatan
monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan
34
yang beroperasi dengan mennetukan perubahan yang
etrjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut
berjalan dengan normal atau tidak.
4. Corrective maintenance
Corrective maintenance adalah perawatan yang
dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang
terjadi dalam desain, serta menambahkan material-
material yang cocok.
5. Break down maintenance
Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi
kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak
dapat berfungsi seperti biasanya.
6. Modification maintenance
Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu
peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan memeriksa
kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi
dan kualitas pekerjaan.
7. Shut Down maintenance
Shut Down adalah kegiatan perawatan yang
dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan
pengoperasiannya. Shutdown maintenance pada turbin
gas terdiri dari Boroscope Inspection, Combustion
Inspection, Hot Gas Path Inspection dan Major
Inspection.
2.6.1 Combustion Inspection (CI)
Combustion Inspection merupakan shut down jangka
pendek yang dibutuhkan untuk memeriksa nozzle tingkat
pertama, combustion liner, transition piece dan cross fire tube.
Pemeliharaan yang dilakukan dengan membuka Nozzle bahan
bakar, Igniter, Combustor dan melihat secara visual kondisi
35
Transition Piece dan First Stage Turbine. Pemeliharaan ini
dilakukan setiap 8.000 jam (BBM) / 9.000 jam (BBG).
Pemeriksaan pada catatan paking menunjukkan adanya
gesekan, bagian atas dan bagian bawah dari diafragma dan bagian
antara diameter horizontal dan vertikal. Pemeriksaan pada
thermocouple yang rusak, pada turbin bucket dan over plan
secara visual. Leading edge baik secara visual atau boroscope
pada nozzle turbin tingkat pertama dan bucket pada tingkat
pertama terhadap degradasi, pendapatan clearance. Pemeriksaan
fuel nozzle terhadap pluging pada bagian tutup dan mencatat hasil
pemeriksaan. Untuk melakukan inspeksi secara visual pada
bagian rotating dan stationary pada kompresor casing dan turbin
casing tanpa mengangkat atau membongkarnya adalah memakai
perangkat kerja dari boroscope. Inspeksi ini bertujuan untuk
mengetahui beberapa hal, antara lain sebagai berikut :
1. Foreign object
2. Abnormal wear
3. Cracking
4. Linear cooling hole pluging
5. TBC coating condition
6. Oxidation / corrosion / erosion
7. Hot spots / burning
8. Missing hardware
9. Clearance limits
10. Boroscope compressor and turbine;
Pekerjaan yang dilakukan saat Combustion Inpection
dapat dilihat sebagai berikut :
2.6.1.1 Turbine
Setelah combuster basket dan transition piece selesai
dilepas :
1. Periksa vane segment row #1 (visual check) ganti jika
ditemukan kerusakan.
2. Periksa vane segment #2, #3, dan #4 (boroscope) record
kerusakan yang terjadi (dilihat dari hasil rekomendasi
overhoul sebelumnya).
36
3. Periksa turbine blade row #1, #2, dan #3 (boroscope)
record kerusakan yang terjadi (dilihat dari hasil
rekomendasi overhoul sebelumnya).
4. Periksa turbine blade row #4 (visual check) record
kerusakan yang terjadi.
5. Periksa expansion join GT indoor (visual check) perbaiki
atau ganti jika ditemukan kerusakan.
6. Periksa exhaust silinder (visual check) perbaiki jika
ditemukan kerusakan.
2.6.1.2 Compressor
Beberapa pekerjaan yang dilakukan pada saat
combustion inspect adalah sebagai berikut :
1. Buka Man Hole Compressor
2. Bersihkan sudu-sudu inlet guide vane secara manual.
3. Tutup kembali Man Hole
4. Lakukan chemical compressor cleaning sesuai prosedur.
Sedangkan untuk beberapa pekerjaan pada inlet guide
vane adalah sebagai berkut :
1. Pembersihan link mechanism (Bushing, Spring, Nepple,
Rod, Roller).
2. Grerase link-link inlet guide vane.
3. Pembersihan manual sudu-sudunya.
2.6.1.3 Intake Air Filter
Beberapa pekerjaan yang dilakukan pada saat
combustion inspect adalah sebagai berikut :
1. Periksa Duck Intake Air Filter, perbaiki jika ada
kerusakan.
2. Periksa silicer dan perbaiki jika rusak.
3. Periksa kawat strainer dan perbaiki jika rusak.
2.6.1.4 Combuster Shell
Pekerjaan yang dilakukan pada Combustor Basket
melainkan sebagai berikut :
1. Lepas baut Marman Coupling dan baut V-Band
Coupling.
37
2. Lepas combustor basket Ass-y dari combustor shell.
3. Letakkan pada tempat pembersihan.
4. Melepas bagian perbagian combustor basket (Marman
Coupling, Transition Silinder, V-Band Coupling).
5. Pembersihan semua combustor basket dan
accessoriesnya.
6. Pemeriksaan keretakan, erosi, terbakar, lepas atau patah
dengan PT Check pada semua bagian luar combustor
(Ring 1 s/d Ring 6, Speing Seal Air Scope & Crossfire
Tube).
7. Record semua cacat yang terjadi dengan gambar sketsa
beserta ukuran cacat (meliputi : crack material loss, burn
out, coating loss).
Catatan : ketentuan combustor basket dapat dipakai lagi
adalah :
Umur operasi kurang dari 30.000 jam.
Lasan (spot weld) yang crack kurang dari 6
buah/ring .
Tiap Air Scope terdapat crack kurang dari 2 buah.
Jarak panjang crack kurang dari 25 mm (crack
searah aliran – udara panas).
Jarak panjang crack kurang dari 38 mm (crack
melintang aliran udara panas).
Panjang crack kurang dari 51 mm.
Material yang lepas pada row #13 kurang dari 315
mm persegi.
8. Pemeriksaan Cross Flame Tube, yang meliputi :
Bersihkan dengan sikat kuningan.
Periksan dengan PT Check, dimana jumlah crack
maksimal 3 buah, panjang crack maksimal 20 mm,
dan jarak antara crack minimal 15 mm.
9. Pemeriksaan terhadap Marman Coupling, V-Band
Coupling, dan Transition Silinder.
10. Assembling kembali Combustor Basket dan
accessoriesnya.
38
Pekerjaan yang dilakukan pada Transition Piece
melainkan sebagai berikut :
1. Lepas transition piece dari dalam ruang bakar.
2. Letakkan pada tempat pembersihan.
3. Bersihkan semua (18 buah) dengan sikat kuningan dan
majun.
4. Lakukan penetrant test pada semua dinding transition dan
terutama pada las-lasannya.
5. Record semua cacat yang terjadi dengan gambar sketsa
beserta ukuran cacat (meliputi : crack, material loss, burn
out, coating loss).
6. Batasan yang diijinkan untuk dipakai lagi :
Batasan crack : lasan panjang maksimal 40 mm,
jumlah maksimal 2 buah, jarak antara crack kurang
dari 50 mm, untuk bagian lain maksimal 40 mm.
Batasan erosi : sisa tebal dinding yang tersisa
minimal 3,2 mm, erosi coating maksimal 30 persen.
Batasan keovalan : keovalan sisi masuk maksimal 1
mm, bila hal ini terjadi maka harus di jack dari sisi
dalam.
Batasan keropos : panjang keropos maksimal 1 mm,
jumlah luasan keropos maksimal 1 cm persegi,
jumlah keropos maksimal 3 tempat 1 cm persegi.
Cylinder transition : batasan keovalan maksimal 1
mm, bila hal ini terjadi maka harus dijack dari sisi
dalam ke arah luar.
7. Pasang kembali.
2.6.1.5 Piping Fuel Gas Supply
Pekerjaan yang dilakukan pada Fuel Gas Nozzle dan
Piping adalah sebagai berikut :
1. Lepas semua baut koneksi pipa fuel gas ke nozzle-nya.
2. Lepas semua piping fuel gas nozzle.
3. Lepas baut pengikat nozzle dari casing.
4. Letakkan nozzle ke tempat pembersihan.
39
5. Melepas perbagian (nozzle gap ring, swirl plate & fuel oil
nozzle).
6. Pembersihan semua part atau bagian-bagian nozzle.
7. Pemeriksaan bagian lasan, keretakan dan erosi.
8. Record cacat atau kerusakan yang ditemukan.
9. Lakukan water spray test untuk mengecek sudut pancar
dan steady flow.
10. Hydrostatic test untuk mengecek ada atau tidaknya
kebocoran bellows (water pressure test : 23 kg/cm2).
11. Assembling kembali fuel gas nozzle (gap ring dan
swirlnya) atur clearancenya sesuai ketentuan HMI,
sebagai berikut :
Clearance : Swirl-Cap Nozzle = 2,92 ± 0,25
Clearance : Swirl-Gap Ring = 1,78 ± 0,55/0,56
12. Assembling Oil Nozzle ke gas nozzle (Clearance Oil Cap
Nozzle-Tip Oil Gas Nozzle = 1,93 ± 0,25).
13. Pemasangan kembali gas nozzle GT.
14. Pemasangan piping dan isolasinya catatan : pemeriksaan
fuel gas nozzle dengan PT Check
Semua lasan, nozzle cap, swirl plate.
Cacat permukaan nozzle yang diijinkan adalah :
jumlah crack maksimal 5 buah, panjang crack
maksimal 6 mm, jarak antara crack minimal 6 mm,
hilangnya material karena oxidasi maksimal 3 mm.
Pekerjaan yang dilakukan pada Fuel Oil Nozzle adalah
sebagai berikut :
1. Lepas semua baut koneksi pipa fuel oil ke nozzle nya.
2. Lepas semua piping fuel oil nozzle.
3. Melepas perbagian (setelah fuel oil dilepas dari gas
nozzle).
4. Pembersihan semua part atau bagian-bagaian dari fuel oil
nozzle.
5. Lakukan pembersihan oil nozzle holder dengan
chemical.
6. Pemeriksaan bagian lasan, keretakan dan erosi.
7. Assembling kembali fuel oil nozzle.
40
8. Lakukan water spray test dengan tekanan 35 kg/cm2
2.6.1.6 Main Lube Oil Tank
Pekerjaan yang dilakukan pada Main Lube Oil Tank
dan Piping adalah sebagai berikut :
1. Ganti lube oil filter (jika perlu)
2. Check semua piping lube oil.
3. Periksa semua flexible hose vapour extrator.
2.6.1.7 Control Main Oil Tank
Pekerjaan yang dilakukan pada tanki dan pipa oil
control adalah sebagai berikut :
1. Kosongkan tanki kontrol oil.
2. Isolasi line atau pipa control oil.
3. Bersihkan tanki control oil.
4. Ganti control oil supply filter (jika perlu).
5. Ganti control oil return filter (jika perlu).
6. Ganti control oil (jika perlu).
7. Flushing control oil dari drum ke drum sebelum masuk
ke tanki.
8. Lakukan flushing control oil dengan melepas flug for
flushing control oil.
9. Bersihkan air brether control oil tank.
10. Periksa N2 akumulator before dan after filter.
Berdasarkan pekerjaan yang dilakukan pada kompresor
mengenai chemical cleaning compressor, berikut merupakan
langkah-langkah pekerjaan yang dilakukan saat Gas Turbine
Offline Cleaning Compressor.
1. Persiapan
a. Pastikan alat komunikasi HT tersedia dalam kondisi baik.
b. Pastikan peralatan yang diperlukan tersedia.
c. Pastikan posisi valve drain gas turbin seperti pada tabel
terlampir.
d. Pastikan GT yang akan offline cleaning kondisi “mode
spin”.
41
2. Pelaksanaan
a. Injeksi cleaning water (air dalam water skid) ke sudu-
sudu
Isikan air 800 liter ke dalam tanki cleaning
compressor dan amati level air di sight glass.
Start gas turbin dengan mode spin.
Setelah kecepatan gas turbin mencapai 600 rpm,
posisikan Inlet Guide Vane secara manual dan
pastikan Inlet Guide Vane di lokal open.
Lakukan injeksi air sebanyak 800 liter.
Setelah air didalam tanki habis, informasikan ke
operator CCR untuk melakukan PB Gtstop.
Posisikan Inlet Guide Vane dari manual ke Auto.
b. Injeksi cleaning water (larutan ZOK27 & air dalam water
skid)
Masukkan 100 liter air cleaning solvent (ZOK27) ke
dalam tanki.
Isikan air 700 liter ke dalam tanki dan amati level air
di sight glass.
Start pompa pada compressor water wash skid
secara sirkulasi untuk memastikan larutan ZOK27
sudah tercampur merata.
Setelah 5 menit dari 3 rpm, lakukan start GT ke 2.
Setelah GT speed mencapai 600 rpm Inlet Guide
Vane posisikan manual dan pastikan Inlet Guide
Vane di lokal open.
Injeksikan ZOK27 sampai habis dengan pressure 7
kg/cm.
Setelah injeksi chemical selama 2 menit,
informasikan ke operator CCR untuk PB GT stop
biarkan larutan ZOK27 masih dalam posisi injeksi
sampai larutan ZOK27 di dalam tanki habis.
42
c. Infiltration (periode persiapan)
Setelah GT PB stop posisikan IGV manual ke auto,
pastikan GT dalam kondisi turning (AC turning on)
selama sekitar 60 menit. Periode ini adalah untuk
memaksimalkan proses peresapan pada sudu-sudu
kompresor.
d. Rinse 1 (pembilasan 1)
Lakukan pengisian air kedalam tanki sebanyak 800
liter.
Informasikan ke operator CCR untuk start GT.
Start GT mencapai kecepatan 600 rpm.
Posisikan IGV dari auto ke manual kemudian
injeksikan air selama 30 menit.
Stop GT dan posisikan IGV ke auto.
Tunggu 10 menit setelah kecepatan GT 3 rpm
kemudian lakukan Rinse 2.
e. Rinse dan Dry Up 2 (pembilasan dan pengeringan)
Lakukan pengisian air ke dalam tanki sebanyak 800
liter.
Informasikan ke operator CCR untuk start GT.
Start GT.
Setelah GT speed mencapai 600 rpm posisikan IGV
dari auto ke manual, injeksikan air bersih/fresh
water secara terus-menerus sampai Conductivity
<100 µm.
Setelah injeksi fresh water selesai, pastikan GT tetap
pada putaran spin selama ± 60 menit untuk
pengeringan, apabila GT diminta start normal
tambahkan waktu ± 45 menit untuk pengeringan.
Stelah itu PB GT stop.
43
f. Tindakan akhir
Lepas selang dari sisi kompresor, kemudian tutup
dengan plug yang telah tersedia.
Posisikan drain valve pada kondisi normal operasi.
Untuk skema proses compressor cleaning dapat dilihat
pada gambar sebagai berikut :
Gambar 2.17 Prosedur Washing Online
2.6.2 Hot Gas Path Inspection (HGPI) / Turbine Inspection
(TI)
Pemeliharaan yang dilakukan dengan memeriksa seluruh
bagian Hot Path Turbine dengan membuka Turbine Casing
termasuk juga sistem pembakaran, Turbine Blade dan
Diaphragm. Pemeliharaan ini dilakukan setiap 16.000 jam
(BBM) / 18.000 jam (BBG).
44
2.6.3 Major Inspection (MI)
Pemeliharaan yang dilakukan dengan membuka seluruh
Turbine Casing, mengangkat rotor untuk melihat Axial Flow
Compressor, Turbine Blade, Bearing dll. Pemeriksaanya
dilakuakan secara keseluruhan Pemeliharaan ini dilakukan setiap
32.000 jam (BBM) / 36.000 jam (BBG).
Gambar dibawah ini merupakan gambar skema dari maintenance
turbin gas :
Gambar 2.18 Maintenance Turbin Gas
(Heavy Duty Gas Turbine Operating Maintenance
Considerations,2002)
45
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Spesifikasi Komponen Turbin Gas
3.1.1 Kompresor
Type : Axial Flow Type
Number Of Stage : 19
3.1.2 Ruang Bakar (Combustor)
Type : Cannular Type
Number Of Basket : 18
3.1.3 Turbin
Manufactured : Mitsubishi Heavy Industry
corp.
Modele MW 701D
Type : Axial Flow Reaction Type
Number Of Stage : 4
Rated Shaft Speed : 3000 rpm
Direction Of Rotation : Clockwise viewed from output
Coupling (viewed from
Generator end) Overspeed Trip Setting : 3300 ± 30 rpm (110% ± 1%)
Heaviest piece during maintenance
Gas turbine rotor : Approx. 55,4 tons
3.2 Data Bahan Bakar
Campuran komposisi bahan bakar akan mempengaruhi
perhitungan performa turbin gas. Dari tabel 3.1 berikut dapat
diketahui nilai dari Cp Combustion Product dan Specific Gravity
dari bahan bakar turbin gas.
46
Tabel 3.1 Properties Bahan Bakar CNG (Komposisi : Data PT
PJB UP Gresik, Specific Gravity dan Cp : Data
Engineering Toolbox)
Nama
Gas
Rumus
Molekul
Kompo
sisi
Specific
Gravity Cp (kJ/kg K)
Methane 𝐶𝐻4 0,9478 0,5537 2,22
Ethane 𝐶2𝐻6 0,0279 1,0378 1,75
Propane 𝐶3𝐻8 0,0111 1,5219 1,67
n-Butane 𝑁 − 𝐶4𝐻10 0,0019 2,0061 1,67
Isobutane 𝐼 − 𝐶4𝐻10 0,0020 2,0068 1,67
n-Pentane 𝑁 − 𝐶5𝐻12 0,0004 2,4911 0,167
Isopentane 𝐼 − 𝐶5𝐻12 0,0007 2,4911 0,228
Hexane
Plus
𝐶6𝐻14 + 0,0006 2,9753 0,165
Nitrogen 𝑁2 0,0062 0,9669 1,04
Carbon
Dioxide
𝐶𝑂2 0,0015 1,5189 0,844
Nilai specific gravity didapat dengan cara mengkalikan
nilai SG tiap komponen dengan nilai komposisi tiap komponen
bahan bakar.
1. Methae = 0,52479
2. Ethane = 0,02895
3. Propane = 0,01689
4. n-Butane = 0,00381
5. Isobutane = 0,00401
6. n-Pentane = 0,00996
7. Hexane Plus = 0,00178
8. Nitrogen = 0,00599
9. Carbon Dioxide = 0,00228
Setelah nilai SG tiap komponen dikalikan dengan nilai
komposisi tiap komponen kemudian dijumlahkan secara
keseluruhan, maka diperoleh SG sebesar = 0,593
47
Nilai Cp combustion product didapat dengan cara
mengalikan nilai Cp tiap komponen dengan nilai komposisi tiap
komponen bahan bakar.
1. Methae = 2,104116𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
2. Ethane = 0,048825𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
3. Propane = 0,018537𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
4. n-Butane = 0,003173𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
5. Isobutane = 0,00334𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
6. n-Pentane = 0,0000668𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
7. Hexane Plus = 0,0001596𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
8. Nitrogen = 0,006448𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
9. Carbon Dioxide = 0,001266𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
Setelah nilai Cp tiap komponen dikalikan dengan nilai
komposisi tiap komponen kemudian dijumlahkan secara
keseluruhan, maka diperoleh Cp sebesar = 2,18396𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
3.3 Data Performance Test Sebelum Combustion Inspection
Untuk properties yang ada pada beban 100 MW sebelum
combustion inspection GT 1.3 bisa dilihat pada tabel 3.2 dibawah
ini. Dalam tabel tersebut data digunakan untuk perhitungan
performa turbin gas dan juga untuk mencari efisiensi dari turbin
gas.
Tabel 3.2 Data Performance Test setelah CI GT 1.3
Input Value
Power Product 99,83 MW
Corrected Power 100,01 MW
Capasity of Natural Gas 30,90 𝑘𝑁𝑚3/ℎ
48
High Heating Value 1061,97
BTU/SCF
Ambient Temperature 30˚C
Ambient Pressure 101325 Pa
Compressor Out. Temperature 410,67˚C
Compresor Out. Pressure 12,4 𝑘𝑔/𝑐𝑚2
Turbine Out. Temperature 512,67˚C
Turbine Out. Pressure 101325 Pa
Low Heating Value 1099,4 BTU/SCF
Generator Efficiency 98,7 %
Specific Heat Combustion
Product 2,18396 kJ/ kg K
Mechanical Losses 1100 kW
Untuk memudahkan dalam perhitungan, data diatas akan
dikonversikan ke dalam Satuan Internasional, sebagai berikut :
Tabel 3.3 Konversi Data sebelum CI GT 1.3
Input Value
Power Product 99,83 MW
Corrected Power 100,01 MW
Capasity of Natural Gas 30,90 𝑘𝑁𝑚3/ℎ
High Heating Value 54728,094 kJ/kg
Ambient Temperature 303 K
Ambient Pressure 101325 Pa
Compressor Out. Temperature 683,67 K
Compresor Out. Pressure 1317349,6 𝑃𝑎
Turbine Out. Temperature 785,67 K
Turbine Out. Pressure 101325 Pa
Low Heating Value 57540,238kJ/kg
Generator Efficiency 98,7 %
Specific Heat Combustion
Product 2,18396 kJ/ kg K
Mechanical Losses 1100 kW
49
3.4 Data Performance Test Setelah Combustion Inspection
Untuk properties yang ada pada beban 100 MW setelah
combustion inspection GT 1.3 bisa dilihat pada tabel 3.4 dibawah
ini. Dalam tabel tersebut data digunakan untuk perhitungan
performa turbin gas dan juga untuk mencari efisiensi dari turbin
gas.
Tabel 3.4 Data Performance Test setelah CI GT 1.3
Input Value
Power Product 99,97 MW
Corrected Power 100,24 MW
Capasity of Natural Gas 30,30 𝑘𝑁𝑚3/ℎ
High Heating Value 1050,89 BTU/SCF
Ambient Temperature 33˚C
Ambient Pressure 101325 Pa
Compressor Out. Temperature 409˚C
Compresor Out. Pressure 12,25 𝑘𝑔/𝑐𝑚2
Turbine Out. Temperature 520˚C
Turbine Out. Pressure 101325 Pa
Low Heating Value 1099,4 BTU/SCF
Generator Efficiency 98,7 %
Specific Heat Combustion
Product 2,18396 kJ/ kg K
Mechanical Losses 1100 kW
Untuk memudahkan dalam perhitungan, data diatas akan
dikonversikan ke dalam Satuan Internasional, sebagai berikut :
Tabel 3.5 Konversi Data setelah CI GT 1.3
Input Value
Power Product 99,83 MW
Corrected Power 100,01 MW
Capasity of Natural Gas 30,30 𝑘𝑁𝑚3/ℎ
High Heating Value 55001,329 kJ/kg
Ambient Temperature 306 K
50
Ambient Pressure 101325 Pa
Compressor Out. Temperature 682 K
Compresor Out. Pressure 1302639,625 𝑃𝑎
Turbine Out. Temperature 793 K
Turbine Out. Pressure 101325 Pa
Low Heating Value 57540,238kJ/kg
Generator Efficiency 98,7 %
Specific Heat Combustion
Product 2,18396 kJ/ kg K
Mechanical Losses 1100 kW
3.5 Penjelasan Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir
Tugas akhir Kaji performa turbin gas sebelum dan setelah
dilakukannya Combustion Inspection , dalam penyelesaiannya
memiliki metode dan tahapan sebagai berikut:
3.5.1 Studi Literature
Studi literature merupakan dengan mempelajari beberapa
referensi yang mampu menunjang untuk melakukan penelitian.
Referensi yang digunakan antara lain bersumber dari buku-buku,
artikel, sumber dari internet, serta sumber-sumber lain yang
berhubungan dengan penelitian yang dilakukan.
Pada pengkajian ini meliputi studi pustaka yang berkaitan
dengan turbin gas yang diperoleh dari berbagai sumber seperti
gas turbine oleh V.Ganesan, fundamental of engineering
thermodynamics oleh Michael J. moran dan Howard N. Shapiro,
Power Plant Engineering oleh P.K NAG dan beberapa sumber
lain. Selain itu juga dikaji berdasarkan penelitian terdahulu.
3.5.2 Observasi Lapangan
Observasi dan identifikasi lapangan dilakukan untuk
mengetahui adanya permasalahan pada keadaan aktual yang
nantinya dipelajari dan dianalisis sebagai topik tugas akhir.
Turbin gas adalah topik yang dianalisa pada tugas akhir ini dan
51
analisa dilakukan pada performa turbin gas sebelum dan setelah
dilakukannya Combustion Inspection pada beban 100 MW.
3.5.3 Perumusan Masalah
Setelah mencari berbagai literature dan observasi pada
Turbin Gas di PT. PJB UP Gresik, langkah selanjutnya adalah
merumuskan masalah secara spesifik dengan bahasan dan objek
penelitian tugas akhir turbin gas. Tugas akhir ini mengangkat
masalah bagaimana performa yang terjadi pada saat sebelum
dilakukannya Combustion Inspection pada beban 100 MW dan
setelah dilakukannya Combustion Inspection pada beban 100
MW di PLTGU Blok GT 1.3 .
3.5.4 Pengumpulan Data
Pada tahap ini, data dikumpulkan dari berbagai sumber
informasi analisis unjuk kerja Turbin Gas yang ada di PT. PJB
UP Gresik Blok GT 1.3 .
3.5.5 Konversi dan Perhitungan Properties
Pada tahap ini dilakukan konversi satuan dari data-data
yang telah dikumpulkan ke dalam satuan yang umum digunakan
untuk mempermudah proses perhitungan. Selanjutnya dilakukan
perhitungan secara termodinamika pada tiap titik (state) untuk
mendapatkan data properties yang selanjutnya akan digunakan
untuk menghitung unjuk kerja turbin gas.
3.5.6 Perhitungan Performa Turbin Gas
Setelah dilakukan konversi dan didapatkan data
properties pada masing-masing titik. Maka selanjutnya adalah
perhitungan performa turbin gas dengan menggunakan data
daripada properties tersebut. Perhitungan performa tersebut
antara lain daya turbin, daya kompresor, daya netto, konsumsi
bahan bakar, efesiensi turbin, efesiensi kompresor, dan efesiensi
siklus.
52
Mulai
3.5.7 Pengeplotan pada Grafik dan Analisa
Setelah didapatkan data performa turbin gas. Selanjutnya
data-data tersebut dianalisa untuk mengetahui presentase
performa turbin gas sebelum dan setelah dilakukannya
Combustion Inspection pada beban 100 MW.
3.5.8 Penyusunan Buku Laporan
Setelah itu dilakukan penyusunan buku laporan tugas
akhir mengenai topik yang telah diangkat.
3.6 Metodologi Pengerjaan Tugas Akhir
Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini dilakukan dengan tahapan
yang diperlihatkan pada diagram alir pada gambar 3.1 dibawah ini:
Perumusan Masalah
Studi Literature Observasi lapangan
A
53
Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Pengerjaan
Konversi satuan data dan
mencari properties dari
masing-masing cek point
Analisa Performa
Pengambilan Data Performance Test
sebelum dan setelah Combustion
Inspection dengan beban 100 MW
pada GT 1.3 PLTGU
Perhitungan performa turbin
gas
A
Selesai
Penyusunan buku laporan
54
(halaman ini sengaja dikosongkan)
55
BAB IV
ANALISA PERHITUNGAN
4.1 Analisa Performansi Turbin Gas
Pada bab ini akan dijelaskan langkah-langkah perhitungan
unjuk kerja turbin gas dan hasil perbandingan performa turbin gas,
dengan menggunakan :
1. Data kerja dari turbin gas 1.3 PT PJB UP Gresik.
2. Perhitungan yang dilakukan menggunakan data dari
turbin gas 1.3 dengan beban 100 MW.
3. Data yang diambil merupakan data beban sebelum dan
sesudah Combustion Inspection.
4.1.1 Perhitungan Performa Turbin Gas GT 1.3 PLTGU
PT PJB UP Gresik Sebelum Combustion Inspection
pada Beban 100 MW
Akan dijabarkan tentang cara perhitungan performa
turbin gas. Data yang digunakan dalam contoh perhitungan
adalah data Performance Test PLTGU blok GT 1.3 sebelum
Overhoul Combustion Inspection pada periode bulan 13
September – 2 Oktober 2016 pada beban 100 MW.
4.1.1.1 Perhitungan Properties pada Setiap Titik
Metode perhitungan didasarkan pada beberapa
asumsi untuk menyederhanakan perhitungan, asumsi
sebagai berikut :
1. Proses yang terjadi pada turbin dan kompresor
merupakan proses isentropik.
2. Proses yang terjadi di dalam turbin gas tidak
dijabarkan secara detail karena mengacu pada data
performance test yang ada.
3. Perhitungan performa turbin gas didasarkan pada
kalor yang masuk dan keluar pada sistem saja, tidak
menghitung perpindahan panas yang terjadi pada
setiap state yang ada di dalam turbin gas.
56
𝑄 = 30,90𝑘𝑁𝑚3
ℎ
𝑇1 = 303 𝐾
𝑃1 = 101325 𝑃𝑎
𝑇2 = 683,67 𝐾
𝑃2 = 12,4 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝑇4 = 785,67 𝐾
𝑃4 = 101325 𝑃𝑎
Gambar 4.1 Data Performance Test sebelum CI GT 1.3
Gambar 4.2 Diagram T-S sebelum CI GT 1.3
57
a. Kondisi 1
Udara atmosfer masuk kedalam sistem turbin gas
melalui sisi inlet kompresor. Sebelum udara masuk ke
sisi inlet kompresor didapatkan data sebagai berikut.
𝑃1 = 101325 𝑃𝑎 𝑑𝑎𝑛 𝑇1 = 303 𝐾
Untuk mendapatkan nilai enthapi pada kondisi 1
(ℎ1 ) dapat dihitung dengan cara interpolasi. Dimana
kita menggunakan Tabel A-22 Ideal Gas Properties Of
Air dari buku “Fundamentals of Engineering
Thermodynamics” 5th Edition Michael J. Moran dan
Howward N. Saphiro untuk menghitung enthalpi
tersebut, perhitungan enthalpi dengan cara sebagai
berikut.
ℎ1 = ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ −(ℎ𝑎𝑡𝑎𝑠−ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)×(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇1)
(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)
ℎ1 = 305,22𝑘𝐽
𝑘𝑔−
(305,22−300,19)𝑘𝐽
𝑘𝑔×(305−303)𝐾
(305−300)𝐾
ℎ1 = 303,208𝑘𝐽
𝑘𝑔
b. Kondisi 2
Pada kondisi ini udara yang masuk ke kompresor
akan dikompresikan keluar menuju ke ruang bakar,
dimana fluida udara yang telah terkompresi tersebut
mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi. Maka
didapatkan data sebagai berikut.
𝑃2(𝑔𝑎𝑢𝑔𝑒 ) = 12,4𝑘𝑔
𝑐𝑚2= 1216024,6𝑃𝑎
𝑃2(𝑎𝑏𝑠) = 101325 𝑃𝑎 + 1216024,6 𝑃𝑎 = 1317349,6 𝑃𝑎
𝑇2 = 683,67 𝐾
𝑘𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 1,4
58
Untuk mendapatkan nilai enthapi pada kondisi 1
(ℎ2 ) dapat dihitung dengan cara interpolasi. Dimana
kita menggunakan Tabel A-22 Ideal Gas Properties Of
Air dari buku “Fundamentals of Engineering
Thermodynamics” 5th Edition Michael J. Moran dan
Howward N. Saphiro untuk menghitung enthalpi
tersebut, perhitungan enthalpi sebagai berikut.
ℎ2 = ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ −(ℎ𝑎𝑡𝑎𝑠−ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)×(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇2)
(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)
ℎ2 = 702,52𝑘𝐽
𝑘𝑔−
(702,52−691,82)𝑘𝐽
𝑘𝑔×(690−683,67)𝐾
(690 −680)𝐾
ℎ2 = 695,747𝑘𝐽
𝑘𝑔
Kondisi 2 merupakan berlangsungnya proses
kompresi isentropis. Untuk mendapatkan nilai dari 𝑇2𝑠 ,
maka dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
𝑇2𝑠
𝑇1= (
𝑃2
𝑃1)
𝑘−1
𝑘
𝑇2𝑠
303𝐾= (
1317349,6 𝑃𝑎
101325 𝑃𝑎)
1,4−1
1,4
𝑇2𝑠 = 630,556 𝐾
c. Kondisi 3
Pada kondisi ini terjadi proses pembakaran di
dalam ruang bakar (combustion chamber), dimana
fluida bahan bakar natural gas diinjeksikan sehingga
bercampur dengan udara berkompresi dan terjadi
proses pembakaran.
Dari data heat balance diketahui tekanan keluar
kompresor sebesar 13,6 ata dan tekanan masuk turbin
59
sebesar 13,1 ata. Didapatkan dari sumber Engineering Toolbox bahwa 𝑘𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑠 = 1,27 .
𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑟𝑜𝑝 =∆𝑃
𝑃𝑖𝑛= (
𝑃2 −𝑃3
𝑃2
)
∆𝑃
𝑃𝑖𝑛= (
13,6 𝑎𝑡𝑎−13,1 𝑎𝑡𝑎
13,6 𝑎𝑡𝑎)
Sehingga dari data pressure drop ini dapat digunakan
untuk menghitung 𝑃3 .
(𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑟𝑜𝑝 )ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 = (𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑟𝑜𝑝)𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
∆𝑃
𝑃𝑖𝑛=
𝑃2 −𝑃3
𝑃2
(13,6 𝑎𝑡𝑎−13,1 𝑎𝑡𝑎
13,6 𝑎𝑡𝑎) =
1317349,6 𝑃𝑎−𝑃3
1317349,6 𝑃𝑎
𝑃3 = 1268917,242 𝑃𝑎
Untuk mendapatkan nilai dari 𝑇3 , maka dapat dihitung
dengan cara sebagai berikut :
𝑇3
𝑇4= (
𝑃3
𝑃4
)
𝑘−1
𝑘
𝑇3
785,67 𝐾= (
1268917,242 𝑃𝑎
101325 𝑃𝑎)
1,27−1
1,27
𝑇3 = 1344,661 𝐾
Untuk mendapatkan ℎ3 , maka menggunakan Cp
Combustion product sebesar 2,18396 𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
ℎ3 = 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑏.𝑝𝑟𝑜𝑑. × 𝑇3
ℎ3 = 2,18396𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾× 1344,661 𝐾
ℎ3 = 2936,685𝑘𝐽
𝑘𝑔
60
d. Kondisi 4
Pada kondisi ini terjadi ekspansi gas buang hasil
pembakaran dari dalam turbin. Pada proses ini terjadi
gesekan antara gas hasil pembakaran dengan sudu-sudu
turbin, sehingga temperatur gas buang yang keluar dari
turbin menjadi lebih tinggi dari gas ideal (isentropis).
Pada kondisi ini didapatkan data sebagai berikut.
𝑇4 = 785,67 𝐾 𝑑𝑎𝑛 𝑃4 = 101325 𝑃𝑎
Untuk mendapatkan ℎ4 , maka menggunakan Cp
Combustion product sebesar 2,18396 𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
ℎ4 = 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑏.𝑝𝑟𝑜𝑑. × 𝑇4
ℎ4 = 2,18396𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾× 785,67𝐾
ℎ4 = 1715,871𝑘𝐽
𝑘𝑔
Kondisi 4 merupakan berlangsungnya proses
kompresi isentropis. Untuk mendapatkan nilai dari 𝑇4𝑠 ,
maka dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
𝑇4𝑠
𝑇3= (
𝑃1
𝑃2
)
𝑘−1
𝑘
𝑇4𝑠
1344,661 𝐾= (
101325 𝑃𝑎
1317349,6 𝑃𝑎)
1,27−1
1,27
𝑇4𝑠 = 779,438 𝐾
4.1.1.2 Perhitungan Performa Turbin Gas
Mass Flow Rate dari Udara
Untuk mencari mass flow rate dari udara
menggunakan persamaan sebagai berikut.
��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =𝐴
𝐹× ��𝑏𝑏
61
Untuk mendapatkan ��𝑏𝑏 dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut .
��𝑏𝑏 = 𝜌𝑏𝑏 × 𝑄
Untuk mendapatkan 𝜌𝑏𝑏 dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut . 𝜌𝑏𝑏 = 𝑆𝐺𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑠 × 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
Dari sumber Engineering Toolbox 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =
1,2𝑘𝑔
𝑚3 pada tekanan 1 atm. Maka massa jenis dari
bahan bakar dapat dihitung dengan cara sebagai
berikut.
𝜌𝑏𝑏 = 𝑆𝐺𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑠 × 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝜌𝑏𝑏 = 0,593 × 1,2𝑘𝑔
𝑚3
𝜌𝑏𝑏 = 0,7116𝑘𝑔
𝑚3
Setelah didapatkan nilai dari massa jenis bahan
bakar, maka dapat dihitung mass flow rate dari
bahan bakar.
��𝑏𝑏 = 𝜌𝑏𝑏 × 𝑄
��𝑏𝑏 = 0,7116𝑘𝑔
𝑚3× 30,90
𝑘𝑁𝑚3
ℎ×
ℎ
3600𝑠×
103
𝑘
��𝑏𝑏 = 6,1079𝑘𝑔
𝑠
Dari nilai mass flow rate bahan bakar yang
telah dihitung, maka Air Fuel Ratio dapat dihitung
dengan cara sebagai berikut.
𝑊𝐺𝑇 𝑛𝑒𝑡𝑡 = (𝑊𝑡 − 𝑊𝑐) − 𝑀𝑒𝑐ℎ𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 𝑊𝑔𝑒𝑛
𝜂𝑔𝑒𝑛= ((��𝑏𝑏 + ��𝑢) × (ℎ3 − ℎ4) − ��𝑢 × (ℎ2 −
ℎ1)) − 𝑀𝑒𝑐ℎ𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠
62
𝑊𝑔𝑒𝑛
𝜂𝑔𝑒𝑛= ((1 +
𝐴
𝐹) × ��𝑏𝑏 × (ℎ3 − ℎ4) −
𝐴
𝐹× 𝑚
𝑏𝑏 ×
(ℎ2 − ℎ1)) − 𝑀𝑒𝑐ℎ𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠
100,01 𝑀𝑊
0,987= ((1 +
𝐴
𝐹) × 6,1079
𝑘𝑔
𝑠×
(2936,685𝑘𝐽
𝑘𝑔− 1715,871
𝑘𝐽
𝑘𝑔) −
𝐴
𝐹×
6,1079𝑘𝑔
𝑠× (695,747
𝑘𝐽
𝑘𝑔−
303,208𝑘𝐽
𝑘𝑔)) − 1100 𝑘𝑊
100,01 𝑀𝑊
0,987= ((1 +
𝐴
𝐹) × 6,1079
𝑘𝑔
𝑠×
(1220,814𝑘𝐽
𝑘𝑔) −
𝐴
𝐹× 6,1079
𝑘𝑔
𝑠×
(392,539𝑘𝐽
𝑘𝑔)) − 1100 𝑘𝑊
100,01 𝑀𝑊
0,987= ((1 +
𝐴
𝐹) × 7456,609
𝑘𝐽
𝑠−
𝐴
𝐹×
2397,588𝑘𝐽
𝑠) − 1100 𝑘𝑊
100,01 𝑀𝑊
0,987= (7456,609
𝑘𝐽
𝑠+
𝐴
𝐹× 7456,609
𝑘𝐽
𝑠−
𝐴
𝐹× 2397,588
𝑘𝐽
𝑠) − 1100 𝑘𝑊
100,01 𝑀𝑊
0,987= (7456,609
𝑘𝐽
𝑠+
𝐴
𝐹× 5059,021
𝑘𝐽
𝑠) −
1100 𝑘𝑊
93870,645𝑘𝐽
𝑠=
𝐴
𝐹× 5059,021
𝑘𝐽
𝑠− 1100 𝑘𝑊
𝐴
𝐹= 18,772
Setelah didapatkan nilai dari Air Fuel Ratio
bahan bakar, maka dapat dilanjutkan dengan
menghitung mass flow rate udara.
63
��𝑢 =𝐴
𝐹× ��𝑏𝑏
��𝑢 = 18,772 × 6,1079𝑘𝑔
𝑠
��𝑢 = 114,657𝑘𝑔
𝑠
Kerja Kompresor
Berdasarkan Engineering Toolbox excess air
pada natural gas sebesar 5-10 %. Diasumsikan
excess air (udara lebih ) sebesar 7% dari udara yang
dihisap kompresor digunakan untuk pendingin pada
turbin gas dan menurunkan suhu gas hasil
pembakaran. Kerja kompresor yang dibutuhkan
dapat dihitung dengan cara sebagai berikut.
𝑊𝑐 = ( 100
93× ��𝑢) × (ℎ2 − ℎ1)
𝑊𝑐 = (100
93× 114,657
𝑘𝑔
𝑠) × (392,539
𝑘𝐽
𝑘𝑔)
𝑊𝑐 = 48394,994𝑘𝐽
𝑠
Kerja Turbin
Kerja turbin yang dihasilkan dapat dihitung
dengan cara sebagai berikut.
𝑊𝑡 = (��𝑢 + ��𝑏𝑏) × (ℎ3 − ℎ4)
𝑊𝑡 = (114,657𝑘𝑔
𝑠+ 6,1079
𝑘𝑔
𝑠) × (1220,814
𝑘𝐽
𝑘𝑔)
𝑊𝑡 = 147431,48𝑘𝐽
𝑠
Kerja Netto
Kerja netto merupakan selisih dari kerja turbin yang
dihasilkan dengan kerja kompresor yang
dibutuhkan. Kerja netto ini akan digunakan untuk
menghitung efisiensi siklus dari turbin gas.
64
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 𝑊𝑡 − 𝑊𝑐
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 147431,48𝑘𝐽
𝑠− 48394,994
𝑘𝐽
𝑠
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 99036,486𝑘𝐽
𝑠
Efisiensi Kompresor
𝜂𝑐 =𝑇2𝑠−𝑇1
𝑇2 −𝑇1× 100%
𝜂𝑐 =630,556 𝐾−303 𝐾
683,67 𝐾−303 𝐾× 100 %
𝜂𝑐 = 86,05 %
Efisiensi Turbin
𝜂𝑡 =𝑇3 −𝑇4
𝑇3 −𝑇4𝑠× 100%
𝜂𝑡 = 1344,661 𝐾−785,67 𝐾
1344,661 𝐾−779,438 𝐾× 100 %
𝜂𝑡 = 98,8974 %
Specific Fuel Consumption
Untuk mengetahui besarnya konsumsi bahan
bakar, maka dapat dihitung dengan cara sebagai
berikut.
𝑆𝐹𝐶 =��𝑏𝑏
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜
𝑆𝐹𝐶 =6,1079
𝑘𝑔
𝑠×
3600𝑠
ℎ
99036,486𝑘𝐽
𝑠
𝑆𝐹𝐶 = 0,222𝑘𝑔
𝑘𝑊ℎ
Back Work Ratio
Back work ratio adalah nilai persentase kerja
spesifik yang digunakan untuk menggerakkan
kompresor. Back work ratio dapat dihitung dengan
cara sebagai berikut.
65
𝑏𝑤𝑟 =𝑊𝑐
𝑊𝑡
𝑏𝑤𝑟 =48394,994
𝑘𝐽
𝑠
147431,48𝑘𝐽
𝑠
𝑏𝑤𝑟 = 0,328
Efisiensi Siklus
𝐿𝐻𝑉 = 1099,4𝐵𝑇𝑈
𝑆𝐶𝐹× 1,05506
𝑘𝐽
𝐵𝑇𝑈× 35,3
𝑆𝐶𝐹
𝑚3
𝐿𝐻𝑉 =40945,634
𝑘𝐽
𝑚3
𝜌𝑏𝑏
𝐿𝐻𝑉 =40945,634
𝑘𝐽
𝑚3
0,7116𝑘𝑔
𝑚3
𝐿𝐻𝑉 = 57540,234𝑘𝐽
𝑘𝑔
𝑄𝑖𝑛 = 𝐿𝐻𝑉 × ��𝑏𝑏
𝑄𝑖𝑛 = 57540,238𝑘𝐽
𝑘𝑔× 6,1079
𝑘𝑔
𝑠
𝑄𝑖𝑛 = 351450,022𝑘𝐽
𝑠
𝜂𝑡ℎ =𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜
𝑄𝑖𝑛× 100 %
𝜂𝑡ℎ =99036,486
𝑘𝐽
𝑠
351450,022𝑘𝐽
𝑠
× 100 %
𝜂𝑡ℎ = 28,179 %
66
4.1.2 Perhitungan Performa Turbin Gas GT 1.3 PLTGU
PT PJB UP Gresik Setelah Combustion Inspection
pada Beban 100 MW
Akan dijabarkan tentang cara perhitungan performa
turbin gas. Data yang digunakan dalam contoh perhitungan
adalah data Performance Test PLTGU blok GT 1.3 setelah
Overhoul Combustion Inspection pada periode bulan 13
September – 2 Oktober 2016 pada beban 100 MW.
4.1.2.1 Perhitungan Properties pada Setiap Titik
Metode perhitungan didasarkan pada beberapa
asumsi untuk menyederhanakan perhitungan, asumsi
sebagai berikut :
1. Proses yang terjadi pada turbin dan kompresor
merupakan proses isentropik.
2. Proses yang terjadi di dalam turbin gas tidak
dijabarkan secara detail karena mengacu pada data
performance test yang ada.
3. Perhitungan performa turbin gas didasarkan pada
kalor yang masuk dan keluar pada sistem saja, tidak
menghitung perpindahan panas yang terjadi pada
setiap state yang ada di dalam turbin gas.
Untuk properties yang ada pada beban 100 MW
setelah combustion inspection GT 1.3 bisa dilihat pada tabel
dibawah ini. Dalam tabel tersebut data digunakan untuk
perhitungan performa turbin gas dan juga untuk mencari
efisiensi dari turbin gas.
67
𝑄 = 30,30𝑘𝑁𝑚3
ℎ
𝑇1 = 306 𝐾
𝑃1 = 101325 𝑃𝑎
𝑇2 = 682 𝐾
𝑃2 = 12,4 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝑇4 = 793 𝐾
𝑃4 = 101325 𝑃𝑎
Gambar 4.3 Data Performance Test setelah CI GT 1.3
Gambar 4.4 Diagram T-S setelah CI GT 1.3
68
a. Kondisi 1
Udara atmosfer masuk kedalam sistem turbin gas
melalui sisi inlet kompresor. Sebelum udara masuk ke
sisi inlet kompresor didapatkan data sebagai berikut.
𝑃1 = 101325 𝑃𝑎 𝑑𝑎𝑛 𝑇1 = 306 𝐾
Untuk mendapatkan nilai enthapi pada kondisi 1
(ℎ1 ) dapat dihitung dengan cara interpolasi. Dimana
kita menggunakan Tabel A-22 Ideal Gas Properties Of
Air dari buku “Fundamentals of Engineering
Thermodynamics” 5th Edition Michael J. Moran dan
Howward N. Saphiro untuk menghitung enthalpi
tersebut, perhitungan enthalpi dengan cara sebagai
berikut.
ℎ1 = ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ −(ℎ𝑎𝑡𝑎𝑠−ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)×(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇1)
(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)
ℎ1 = 310,24𝑘𝐽
𝑘𝑔−
(310,24−305,22)𝑘𝐽
𝑘𝑔×(310−306)𝐾
(310−305)𝐾
ℎ1 = 306,224𝑘𝐽
𝑘𝑔
b. Kondisi 2
Pada kondisi ini udara yang masuk ke kompresor
akan dikompresikan keluar menuju ke ruang bakar,
dimana fluida udara yang telah terkompresi tersebut
mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi. Maka
didapatkan data sebagai berikut.
𝑃2(𝑔𝑎𝑢𝑔𝑒 ) = 12,25𝑘𝑔
𝑐𝑚2= 1201314,625 𝑃𝑎
𝑃2(𝑎𝑏𝑠) = 101325 𝑃𝑎 + 1201314 ,625 𝑃𝑎 = 1302639 ,625 𝑃𝑎
𝑇2 = 682 𝐾
𝑘𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 1,4
69
Untuk mendapatkan nilai enthapi pada kondisi 1
(ℎ2 ) dapat dihitung dengan cara interpolasi. Dimana
kita menggunakan Tabel A-22 Ideal Gas Properties Of
Air dari buku “Fundamentals of Engineering
Thermodynamics” 5th Edition Michael J. Moran dan
Howward N. Saphiro untuk menghitung enthalpi
tersebut, perhitungan enthalpi sebagai berikut.
ℎ2 = ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ −(ℎ𝑎𝑡𝑎𝑠−ℎ𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)×(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇2)
(𝑇𝑎𝑡𝑎𝑠−𝑇𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ)
ℎ2 = 702,52𝑘𝐽
𝑘𝑔−
(702,52−691,82)𝑘𝐽
𝑘𝑔×(690−682)𝐾
(690 −680)𝐾
ℎ2 = 693,96𝑘𝐽
𝑘𝑔
Kondisi 2 merupakan berlangsungnya proses
kompresi isentropis. Untuk mendapatkan nilai dari 𝑇2𝑠 ,
maka dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
𝑇2𝑠
𝑇1= (
𝑃2
𝑃1)
𝑘−1
𝑘
𝑇2𝑠
306𝐾= (
1302639,625 𝑃𝑎
101325 𝑃𝑎)
1,4−1
1,4
𝑇2𝑠 = 634,759 𝐾
c. Kondisi 3
Pada kondisi ini terjadi proses pembakaran di
dalam ruang bakar (combustion chamber), dimana
fluida bahan bakar natural gas diinjeksikan sehingga
bercampur dengan udara berkompresi dan terjadi
proses pembakaran.
Dari data heat balance diketahui tekanan keluar
kompresor sebesar 13,6 ata dan tekanan masuk turbin
70
sebesar 13,1 ata. Didapatkan dari sumber Engineering Toolbox bahwa 𝑘𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑠 = 1,27 .
𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑟𝑜𝑝 =∆𝑃
𝑃𝑖𝑛= (
𝑃2 −𝑃3
𝑃2
)
∆𝑃
𝑃𝑖𝑛= (
13,6 𝑎𝑡𝑎−13,1 𝑎𝑡𝑎
13,6 𝑎𝑡𝑎)
Sehingga dari data pressure drop ini dapat digunakan
untuk menghitung 𝑃3 .
(𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑟𝑜𝑝 )ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 = (𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑟𝑜𝑝)𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
∆𝑃
𝑃𝑖𝑛=
𝑃2 −𝑃3
𝑃2
(13,6 𝑎𝑡𝑎−13,1 𝑎𝑡𝑎
13,6 𝑎𝑡𝑎) =
1302639,625 𝑃𝑎−𝑃3
1302639,625 𝑃𝑎
𝑃3 = 1254748,079 𝑃𝑎
Untuk mendapatkan nilai dari 𝑇3 , maka dapat dihitung
dengan cara sebagai berikut :
𝑇3
𝑇4= (
𝑃3
𝑃4
)
𝑘−1
𝑘
𝑇3
793 𝐾= (
1254748,079 𝑃𝑎
101325 𝑃𝑎)
1,27−1
1,27
𝑇3 = 1353,97 𝐾
Untuk mendapatkan ℎ3 , maka menggunakan Cp
Combustion product sebesar 2,18396 𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
ℎ3 = 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑏.𝑝𝑟𝑜𝑑. × 𝑇3
ℎ3 = 2,18396𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾× 1353,97 𝐾
ℎ3 = 2957,016𝑘𝐽
𝑘𝑔
71
d. Kondisi 4
Pada kondisi ini terjadi ekspansi gas buang hasil
pembakaran dari dalam turbin. Pada proses ini terjadi
gesekan antara gas hasil pembakaran dengan sudu-sudu
turbin, sehingga temperatur gas buang yang keluar dari
turbin menjadi lebih tinggi dari gas ideal (isentropis).
Pada kondisi ini didapatkan data sebagai berikut.
𝑇4 = 793 𝐾 𝑑𝑎𝑛 𝑃4 = 101325 𝑃𝑎
Untuk mendapatkan ℎ4 , maka menggunakan Cp
Combustion product sebesar 2,18396 𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾
ℎ4 = 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑏.𝑝𝑟𝑜𝑑. × 𝑇4
ℎ4 = 2,18396𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝐾× 793 𝐾
ℎ4 = 1731,88𝑘𝐽
𝑘𝑔
Kondisi 4 merupakan berlangsungnya proses
kompresi isentropis. Untuk mendapatkan nilai dari 𝑇4𝑠 ,
maka dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
𝑇4𝑠
𝑇3= (
𝑃1
𝑃2
)
𝑘−1
𝑘
𝑇4𝑠
1353,97 𝐾= (
101325 𝑃𝑎
1302639,625 𝑃𝑎)
1,27−1
1,27
𝑇4𝑠 = 786,709 𝐾
4.1.2.2 Perhitungan Performa Turbin Gas
Mass Flow Rate dari Udara
Untuk mencari mass flow rate dari udara
menggunakan persamaan sebagai berikut.
��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =𝐴
𝐹× ��𝑏𝑏
72
Untuk mendapatkan ��𝑏𝑏 dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut .
��𝑏𝑏 = 𝜌𝑏𝑏 × 𝑄
Untuk mendapatkan 𝜌𝑏𝑏 dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut . 𝜌𝑏𝑏 = 𝑆𝐺𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑠 × 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
Dari sumber Engineering Toolbox 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =
1,2𝑘𝑔
𝑚3 pada tekanan 1 atm. Maka massa jenis dari
bahan bakar dapat dihitung dengan cara sebagai
berikut.
𝜌𝑏𝑏 = 𝑆𝐺𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑠 × 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝜌𝑏𝑏 = 0,593 × 1,2𝑘𝑔
𝑚3
𝜌𝑏𝑏 = 0,7116𝑘𝑔
𝑚3
Setelah didapatkan nilai dari massa jenis bahan
bakar, maka dapat dihitung mass flow rate dari
bahan bakar.
��𝑏𝑏 = 𝜌𝑏𝑏 × 𝑄
��𝑏𝑏 = 0,7116𝑘𝑔
𝑚3× 30,30
𝑘𝑁𝑚3
ℎ×
ℎ
3600𝑠×
103
𝑘
��𝑏𝑏 = 5,989𝑘𝑔
𝑠
Dari nilai mass flow rate bahan bakar yang
telah dihitung, maka Air Fuel Ratio dapat dihitung
dengan cara sebagai berikut.
𝑊𝐺𝑇 𝑛𝑒𝑡𝑡 = (𝑊𝑡 − 𝑊𝑐) − 𝑀𝑒𝑐ℎ𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 𝑊𝑔𝑒𝑛
𝜂𝑔𝑒𝑛= ((��𝑏𝑏 + ��𝑢) × (ℎ3 − ℎ4) − ��𝑢 × (ℎ2 −
ℎ1)) − 𝑀𝑒𝑐ℎ𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠
73
𝑊𝑔𝑒𝑛
𝜂𝑔𝑒𝑛= ((1 +
𝐴
𝐹) × ��𝑏𝑏 × (ℎ3 − ℎ4) −
𝐴
𝐹× 𝑚
𝑏𝑏 ×
(ℎ2 − ℎ1)) − 𝑀𝑒𝑐ℎ𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠
100,24 𝑀𝑊
0,987= ((1 +
𝐴
𝐹) × 5,989
𝑘𝑔
𝑠×
(2957,016𝑘𝐽
𝑘𝑔− 1731,88
𝑘𝐽
𝑘𝑔) −
𝐴
𝐹×
5,989𝑘𝑔
𝑠× (693,96
𝑘𝐽
𝑘𝑔−
306,224𝑘𝐽
𝑘𝑔)) − 1100 𝑘𝑊
100,24 𝑀𝑊
0,987= ((1 +
𝐴
𝐹) × 5,989
𝑘𝑔
𝑠×
(1225,136𝑘𝐽
𝑘𝑔) −
𝐴
𝐹× 5,989
𝑘𝑔
𝑠×
(387,716𝑘𝐽
𝑘𝑔)) − 1100 𝑘𝑊
100,24 𝑀𝑊
0,987= ((1 +
𝐴
𝐹) × 7454,952
𝑘𝐽
𝑠−
𝐴
𝐹×
2359,252𝑘𝐽
𝑠) − 1100 𝑘𝑊
100,24 𝑀𝑊
0,987= (7454,952
𝑘𝐽
𝑠+
𝐴
𝐹× 7454,952
𝑘𝐽
𝑠−
𝐴
𝐹× 2359,252
𝑘𝐽
𝑠) − 1100 𝑘𝑊
100,24 𝑀𝑊
0,987= (7454,952
𝑘𝐽
𝑠+
𝐴
𝐹× 5095,7
𝑘𝐽
𝑠) −
1100 𝑘𝑊
94105,331𝑘𝐽
𝑠=
𝐴
𝐹× 5095,7
𝑘𝐽
𝑠− 1100 𝑘𝑊
𝐴
𝐹= 18,683
Setelah didapatkan nilai dari Air Fuel Ratio
bahan bakar, maka dapat dilanjutkan dengan
menghitung mass flow rate udara.
74
��𝑢 =𝐴
𝐹× ��𝑏𝑏
��𝑢 = 18,683 × 5,989𝑘𝑔
𝑠
��𝑢 = 111,892𝑘𝑔
𝑠
Kerja Kompresor
Berdasarkan Engineering Toolbox excess air
pada natural gas sebesar 5-10 %. Diasumsikan
excess air (udara lebih ) dari natural gas sebesar 7%
dari udara yang dihisap kompresor digunakan untuk
pendingin pada turbin gas dan menurunkan suhu gas
hasil pembakaran. Kerja kompresor yang
dibutuhkan dapat dihitung dengan cara sebagai
berikut.
𝑊𝑐 = ( 100
93× ��𝑢) × (ℎ2 − ℎ1)
𝑊𝑐 = (100
93× 111,892
𝑘𝑔
𝑠) × (387,716
𝑘𝐽
𝑘𝑔)
𝑊𝑐 = 46647,654𝑘𝐽
𝑠
Kerja Turbin
Kerja turbin yang dihasilkan dapat dihitung
dengan cara sebagai berikut.
𝑊𝑡 = (��𝑢 + ��𝑏𝑏) × (ℎ3 − ℎ4)
𝑊𝑡 = (111,892𝑘𝑔
𝑠+ 5,989
𝑘𝑔
𝑠) × (1225,136
𝑘𝐽
𝑘𝑔)
𝑊𝑡 = 144420,257𝑘𝐽
𝑠
Kerja Netto
Kerja netto merupakan selisih dari kerja turbin yang
dihasilkan dengan kerja kompresor yang
dibutuhkan. Kerja netto ini akan digunakan untuk
menghitung efisiensi siklus dari turbin gas.
75
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 𝑊𝑡 − 𝑊𝑐
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 144420,257𝑘𝐽
𝑠− 46647,654
𝑘𝐽
𝑠
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 97772,603𝑘𝐽
𝑠
Efisiensi Kompresor
𝜂𝑐 =𝑇2𝑠−𝑇1
𝑇2 −𝑇1× 100%
𝜂𝑐 =634,759 𝐾−306 𝐾
682 𝐾−306 𝐾× 100 %
𝜂𝑐 = 87,43 %
Efisiensi Turbin
𝜂𝑡 =𝑇3 −𝑇4
𝑇3 −𝑇4𝑠× 100%
𝜂𝑡 = 1627,47 𝐾−793 𝐾
1627,47 𝐾−784,558 𝐾× 100 %
𝜂𝑡 = 98,998 %
Specific Fuel Consumption
Untuk mengetahui besarnya konsumsi bahan
bakar, maka dapat dihitung dengan cara sebagai
berikut.
𝑆𝐹𝐶 =��𝑏𝑏
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜
𝑆𝐹𝐶 =5,989
𝑘𝑔
𝑠×
3600𝑠
ℎ
97772,603𝑘𝐽
𝑠
𝑆𝐹𝐶 = 0,221𝑘𝑔
𝑘𝑊ℎ
Back Work Ratio
Back work ratio adalah nilai persentase kerja
spesifik yang digunakan untuk menggerakkan
kompresor. Back work ratio dapat dihitung dengan
cara sebagai berikut.
76
𝑏𝑤𝑟 =𝑊𝑐
𝑊𝑡
𝑏𝑤𝑟 =46647,654
𝑘𝐽
𝑠
144420,257𝑘𝐽
𝑠
𝑏𝑤𝑟 = 0,323
Efisiensi Siklus
𝐿𝐻𝑉 = 1099,4𝐵𝑇𝑈
𝑆𝐶𝐹× 1,05506
𝑘𝐽
𝐵𝑇𝑈× 35,3
𝑆𝐶𝐹
𝑚3
𝐿𝐻𝑉 =40945,634
𝑘𝐽
𝑚3
𝜌𝑏𝑏
𝐿𝐻𝑉 =40945,634
𝑘𝐽
𝑚3
0,7116𝑘𝑔
𝑚3
𝐿𝐻𝑉 = 57540,234𝑘𝐽
𝑘𝑔
𝑄𝑖𝑛 = 𝐿𝐻𝑉 × ��𝑏𝑏
𝑄𝑖𝑛 = 57540,238𝑘𝐽
𝑘𝑔× 5,989
𝑘𝑔
𝑠
𝑄𝑖𝑛 = 344608,485𝑘𝐽
𝑠
𝜂𝑡ℎ =𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜
𝑄𝑖𝑛× 100 %
𝜂𝑡ℎ =97772,603
𝑘𝐽
𝑠
344608,485𝑘𝐽
𝑠
× 100 %
𝜂𝑡ℎ = 28,372 %
77
4.2 Grafik Perbandingan Performa Turbin Gas
4.2.1 Grafik Perbandingan Efisiensi Kompresor, Turbin,
dan Siklus
Untuk mempermudah pembacaan hasil perhitungan, maka
dapat dilihat pada grafik sebagai berikut :
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Efisiensi Kompresor
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Efisiensi Turbin
86,05
87,43
85
85,5
86
86,5
87
87,5
88
Efisiensi Kompresor
Sebelum
Setelah
98,89
98,998
98,82
98,84
98,86
98,88
98,9
98,92
98,94
98,96
98,98
99
99,02
Efisiensi Turbin
Sebelum
Setelah
78
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Efisiensi Siklus
4.2.2 Grafik Perbandingan Kerja Kompresor dan Kerja
Turbin
Untuk mempermudah pembacaan hasil perhitungan, maka
dapat dilihat pada grafik sebagai berikut :
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Kerja Kompresor
98,89
98,998
98,82
98,84
98,86
98,88
98,9
98,92
98,94
98,96
98,98
99
99,02
Efisiensi Turbin
Sebelum
Setelah
48,395
46,648
45,5
46
46,5
47
47,5
48
48,5
49
Kerja Kompresor
Sebelum
Setelah
79
Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Kerja Turbin
4.2.3 Grafik Perbandingan Specific Fuel Consumption dan
Back Work Ratio
Untuk mempermudah pembacaan hasil perhitungan, maka
dapat dilihat pada grafik sebagai berikut :
Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Specific Fuel Consumption
147,43
144,42
142,5
143
143,5
144
144,5
145
145,5
146
146,5
147
147,5
148
Kerja Turbin
Sebelum
Setelah
0,222
0,221
0,2204
0,2206
0,2208
0,221
0,2212
0,2214
0,2216
0,2218
0,222
0,2222
SFC
Sebelum
Setelah
80
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Back Work Ratio
4.3 Dokumentasi Sebelum dan Setelah Combustion
Inspection
4.3.1 Fuel Nozzle
Gambar 4.11 Fuel Nozzle sebelum Combustion
Inspection
0,328
0,323
0,32
0,321
0,322
0,323
0,324
0,325
0,326
0,327
0,328
0,329
BWR
Sebelum
Setelah
81
Gambar 4.12 Fuel Nozzle setelah Combustion
Inspection
4.3.2 Combustor Basket
Gambar 4.13 combustor basket sebelum Combustion
Inspection
82
Gambar 4.14 combustor basket setelah Combustion
Inspection
4.3.3 Transition Piece
Gambar 4.15 transition piece sebelum Combustion
Inspection
83
Gambar 4.16 transition piece setelah Combustion
Inspection
4.3.4 Expansion Joint No. 2
Gambar 4.17 expansion joint sebelum Combustion
Inspection
84
Gambar 4.18 expansion joint setelah Combustion
Inspection
4.3.5 Seal Plate Exhaust
Gambar 4.19 seal plate exhaust sebelum Combustion
Inspection
85
Gambar 4.20 seal plate exhaust setelah Combustion
Inspection
4.3.6 Inlet Guide Vane
Gambar 4.21 inlet guide vane sebelum Combustion
Inspection
86
Gambar 4.22 inlet guide vane setelah Combustion
Inspection
87
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perhitungan dan analisa performa turbin gas blok
GT 1.3 sebelum dan setelah combustion inspection pada bab IV
dapat diambil kesimpulan yang berkaitan dengan perbandingan
performa sebelum dan setelah combustion inspection dari turbin
gas blok GT 1.3 pada PT PJB Unit Pembangkitan Gresik.
Kesimpulan yang dapat diambil dari perhitungan dan analisa pada
BAB IV adalah sebagai berikut :
1. Efisiensi siklus pada beban 100 MW sebelum combustion
inspection sebesar 28,179% dan efisiensi siklus pada beban
100 MW setelah combustion inspection sebesar 28,372%.
Jika efisiensi siklus pada beban 100 MW sebelum
combustion inspection berdasarkan data performance test
27,99% sedangkan efisiensi siklus pada beban 100 MW
setelah combustion inspection berdasarkan data
performance test sebesar 28,88%. Jadi setelah
dilakukannya overhoul combustion inspection efisiensi
siklus mengalami peningkatan sebesar 0,193.
2. Efisiensi kompresor sebelum combustion inspection
sebesar 86,05% dan efisiensi kompresor setelah
combustion inspection sebesar 87,43%. Jika efisiensi
kompresor sebelum combustion inspection berdasarkan
data performance test sebesar 86,46% sedangkan efisiensi
kompresor setelah combustion inspection berdasarkan data
performance test sebesar 86,93%. Jadi efisiensi kompresor
setelah dilakukannya combustion inspection mengalami
peningkatan sebesar 1,8%.
3. Efisiensi turbin sebelum combustion inspection sebesar
98,99% dan efisiensi turbin setelah combustion inspection
sebesar 98,99%. Jadi efisiensi turbin setelah dilakukannya
combustion inspection mengalami peningkatan sebesar
0,1%.
88
4. Specific Fuel Consumption sebelum combustion
inspection sebesar 0,222𝑘𝑔
𝑘𝑊ℎ dan Specific Fuel
Consumption setelah combustion inspection sebesar
0,221𝑘𝑔
𝑘𝑊ℎ . Jadi specific fuel consumption setelah
dilakukannya combustion inspection mengalami
penurunan sebesar 0,1%. Dari penurunan specific fuel
consumption dan peningkatan efisiensi siklus tersebut
maka dapat disimpulkan bahwa performa terbaik turbin
gas dapat dilakukan dengan combustion inspection.
5.2 Saran
Berdasarkan data perhitungan, analisis dan kesimpulan
terdapat beberapa saran yang ditujukan kepada PT PJB UP Gresik
dan untuk penelitian selanjutnya.
1. PT PJB UP Gresik
Perlu ditambahkan beberapa alat-alat pengukur
seperti alat pengukur untuk nilai excess air yang
sehingga dapat secara langsung diakses oleh Central
Control Room (CCR), agar data yang didapatkan
bisa lebih kompleks lagi.
2. Untuk Penelitian Selanjutnya Perlu dihitung kembali performa turbin gas akan
tetapi dengan mempertimbangkan atau menganalisa dari
perpindahan panas yang terdapat di dalam pada sistem .
Dan tentunya dengan didukung oleh data performance test
yang cukup lengkap. Selain itu perlu dianalisa lebih dalam
mengenai pengaruh combustion inspection terhadap
efisiensi turbin gas.
89
DAFTAR PUSTAKA
1. Moran, Michael J dan Howard N Saphiro. 2006.
“Fundamental of Engineering Thermodynamics”. Fifth
Edition. United Kingdom. John Wiley & Sons Inc.
2. Suparman, A. Yoseph. 2014. “Overhaul Berbasis 5s”.
Gresik. PT PJB Unit Pelayanan Pemeliharaan Wilayah
Timur.
3. Ganesan,V. 2001. “Gas Turbine”. New Delhi. Tata
McGraw Hill Publishing.
4. Boyce, Meherwan P. 2002. “Gas Turbine Engineering
Handbook”. Second Edition. Texas. Butterworth-
Heinemann Publishing.
5. Eggart, Justin , Christopher E. Thompson, Jerry Sasser,
Mardy Merine. “Heavy Duty Gas Turbine Operating
Maintenance Considerations”. Atlanta.
6. Nag, P.K. 2008. “Power Plant Engineering”. Third
Edition. New Delhi. Tata McGraw Hill Publishing.
7. www.puballattack.blogspot.com/turbin-gas.html
8. www.academia.edu/6779375/turbine_gas.html
90
(halaman ini sengaja dikosongkan)
91
Lampiran 1 : Tabel Properties pada udara (ideal)
92
(halaman ini sengaja dikosongkan)
93
Lampiran 1 : (lanjutan)
94
(halaman ini sengaja dikosongkan)
95
Lampiran 2 : Nilai Cp (Kalor Spesifik pada Tekanan
Konstan) Gas
96
(halaman ini sengaja dikosongkan)
97
Lampiran 3 : Data Performance Test CI GT 1.3
98
(halaman ini sengaja dikosongkan)
99
Lampiran 4 : Hasil Uji Laboratorium Bahan Bakar Gas Alam
100
(halaman ini sengaja dikosongkan)
101
Lampiran 5 : Diagram Heat Balance
102
(halaman ini sengaja dikosongkan)
103
BIODATA PENULIS
Penulis lahir di Kota Lamongan pada tanggal
04 April 1998, dari pasangan Bapak Hamim
Tohari dan Ibu Sriatun. Penulis merupakan
anak pertama dari tiga bersaudara. Jenjang
pendidikan formal yang pernah ditempuh
adalah TK Kartini Lamongan, SDN
Wangunrejo Lamongan, SD AL-Manar
Surabaya, SMP Negeri 14 Surabaya, dan
lanjut ke jenjang pendidikan tingkat SMA
Negeri 12 Surabaya.
Pada tahun 2015 penulis mengikuti ujian masuk Program
Diploma III ITS dan diterima sebagai mahasiswa di Program Studi
D III Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut
Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya yang mana sekarang telah
berganti nama menjadi Program Studi Diploma III Departemen
Teknik Mesin Industri, Fakultas Vokasi, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya dengan NRP 10211500000037.
Penulis mengambil bidang keahlian Konversi Energi sesuai dengan
kelas yang diikuti dan mengambil Tugas Akhir dibidang yang
sama.
Selama duduk di bangku kuliah penulis aktif mengikuti
kegiatan perkuliahan. Penulis juga pernah mengikuti berbagai
kegiatan dan bergabung dalam Organisasi Mahasiswa. Kegiatan
yang pernah diikuti penulis diantaranya GERIGI (Generasi
Integralistik) ITS (2015), PKTI (Pelatihan Karya Tulis Ilmiah).
PMB (Pelatihan Motor Bakar), PJTD (Pelatihan Jurnalistik Tingkat
Dasar) dan Nogogeni ITS Team. PT. Barata Indonesia merupakan
tempat kerja praktek penulis selama 1 bulan pada tahun 2017.
Alamat email : fiyafitrotul@gmail.com
Recommended