Langsung ke konten utama

Prinsip Kerja Gas Turbine Engine

Ok, Pada postingan kali ini saya akan membahas mengenai Gas Turbine Engine (GTE), bagi kalian yang belum mengetahui dan bertanya-tanya apa sih turbine Engine itu? dan bagaimana sih prinsip kerjanya?
Apa Itu Turbine Engine
Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi potensial aliran fluida menjadi energi kinetik yang bermanfaat.
Fluida yang digunakan untuk menggerakan turbin antara lain adalah gas, air, uap air dan udara.
Perbedaan jenis fluida inilah yang membedakan tipe-tipe dari turbin, dimana salah satu yang akan saya bahas adalah turbin gas.
Prisip Kerja Gas Turbine Engine
Prinsip kerja dari turbin gas tidak jauh berbeda dengan turbin-turbin yang lain. Putaran dari rotor turbin, diakibatkan oleh adanya gas bertekanan yang melewati sudu-sudu turbin.
Gas bertekanan tinggi hasil dari pembakaran bahan bakar dan udara yang berekspansi inilah yang digunakan untuk menggerakan sudu-sudu turbin.


Turbine gas menggunakan udara atmosfer sebagai media kerjanya. Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk (inlet), udara di hisap oleh kompresor, selain berfungsi untuk menghisap udara, kompresor juga berfungsi untuk menaikan tekanan udara hingga mencapai tekanan tertentu, biasanya tekanan di akhir sudu kompresor mencapai 30 kali tekanan pada inlet kompresor. Karena tekanan udaranya naik maka temperatur udara juga akan ikut naik.

Kemudian udara bertekanan dari kompresor akan masuk ke dalam ruang bakar, di dalam ruang bakar dilakukan injeksi bahan bakar dan dilakukan pembakaran bahan bakar di dalam udara.
Pembakaran ini mengakibatkan tejadinya kenaikan temperatur sehingga volume udara meningkat, ini disebut sebagai ekspansi udara. Walaupun terjadi peningkatan volume udara, tekanan di dalam chamber akan tetap konstan, karena peningkatan volume udara akibat pemanasan akan langsung berekspansi ke sisi turbin. Sedangkan kenaikan suhu udara hasil pembakaran, mengindikasikan kandungan energi di dalam udar (entalpi) ikut naik. Energi inilah yang akan dikonversikan menjadi tenaga putaran poros (shaft) oleh turbin gas.
      
Gas hasil pembakaran selanjutnya masuk ke sisi turbin melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran ke sudu turbin. Turbin gas terdiri atas beberapa stage sudu. Sudu pertama yang dilewati oleh udara pembakaran disebut sisi high pressure stage, sedangkan sudu yang paling akhir disebut sisi low pressure stage (tekanan rendah). Sudu-sudu dari setiap stage turbin berfungsi sebagai nozzle, yang mengubah energi panas yang terkandung di dalam udara hasil pembakaran untuk menjadi energi gerak. Selain sisi rotor, sudu turbin juga terdapat pada sisi stator
Untuk lebih memahami bagaimana proses perubahan energi panas menjadi energi mekanik, baca artikel berikut : "Prinsip Kerja Turbin Uap"

Secara umum proses yang terjadi pada sistem gas turbin adalah sebagai berikut :
1. Pemampatan (compression) : udara yang dihisap di mampatkan,
2. Pembakaran (ignition) : di ruang bakar bahan bakar dicampurkan dengan udara kemudian dibakar,
3. Pemuaian (exspansion) : gas hasil pembakaran memuai dan mengalir keluar melalui nozel.
4. Pembuangan gas (exhaust) : gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Turbin berada pada satu poros (shaft) dengan kompresor, sebagian energi mekanis berupa rotasi poros yang dihasilkan oleh turbin, digunakan untuk memutar rotor kompresor. Pada pembangkit listrik, sebagian energi mekanis digunakan untuk memutar generator yang juga berada satu poros dengan turbin dan kompresor. 

Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, konstruksi poros dan lainya. 

Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari :
1. Turbin gas siklus tertutup (close cycle) 
Berbeda dengan mesin turbojet pesawat terbang, sebagian kecil energi panas udara hasil pembakaran digunakan untuk memutar turbin, yang selanjutnya energi putaran tersebut digunakan untuk memutar kompressor.

2. Turbin gas siklus terbuka (open cycle)
Sebagian besar enegi panas pada udara hasil pembakaran mesin jet digunakan untuk mendorong pesawat, dimana pada sisi keluaran turbin berbentuk nozzle. Nozzle ini berfungsi untuk meningkatkan kecepatan dorong yang lebih besar pada pesawat.  
Menurut konstruksi porosnya di bago dalam tiga jenis yaitu :

1. Turbin Gas Poros Tungal (single spool)
Turbin jenis ini biasanya digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

2. Turbin Gas Poros Ganda (twin spool)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses biasanya digunakan oleh pesawat turbo jet model lama.

3. Turbin Gas Poros Tiga (three spool)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi, turbin bertekan sedang dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas dengan tiga poros ini digunakan pada mesin turbo fan. Pada turbin bertekanan rendah terhubung satu poros dengan fan untuk menghasilkan efisiensi bahan bakar yang lebih baik
Kerugian Pada Gas Turbin
Pada kenyataanya tidak ada proses yang selalu ideal, tetapi terjadi kerugian yang dapat menyebabkan turunya daya yang dihasilkan dan berakibat menurunya performa engine tersebut, setiap mesin tidak ada yang memiliki efisiensi mencapai 100%.
Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain :
1. Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian gesekan,
2. Berubahnya nilai Cp dari fluida akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi      kimia dari fluida,
3. Adanya mechanical loss, seperti terjadinya gesekan pada bearing, beban material dsb.

Siklus-Siklus Pada Turbin Gas
1. Siklus Ericson  
Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), di mana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, di mana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.

2. Siklus Stirling 
Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.

3. Siklus Brayton 
Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisis untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan.
Pada siklus  Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut :

1. Proses 1 - 2 (kompresi isentropik)
2. Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1) Proses 2   3, pemasukan bahan bakar        pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2)
3. Proses 3 - 4, ekspansi isentropik didalam turbin.
4. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4)
5. Proses 4 - 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR =        (ma + mf) (h4 – h1).
Untuk lebih jelasnya akan dibahas pada artikel berikut ini : "Prinsip Siklus Brayton"
Label:

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Aircraft Hardware - Solid Rivet

Aircraft rivets -  Terdapat ribuan rivet dalam struktur pesawat terbang, ini mengindikasikan betapa pentingnya rivet di struktur pesawat.  Rivet adalah fastener yang tidak menggunakan ulir dan biasanya terbuat dari alumunium paduan, rivet adalah sebuah perangkat untuk mengikat dua lembar atau lebih sheet metal . Aircraft rivet dikelompokan menjadi dua yaitu solid rivet dan blind rivet (spesial rivet). Solid Rivets -  Untuk membentuk sebuah struktur pesawat, lembaran- lembaran skin pesawat harus dikencangkan antara yang satu dengan yang lain, pengencangan tersebut biasanya menggunakan solid rivet yang terbuat dari paduan alumunium Solid rivet diklasifikasikan  - dengan bentuk headnya, material pembuatanya, dan dengan ukuranya. Identifikasi Solid rivet Head - jenis-jenis kepala rivet dibedakan menurut standarisai Airforce-Navy dan Military-Standard, jenis rivet yang paling sering digunakan untuk pesawat terbang ada lima jenis yaitu: 1. AN
Posting Komentar
Baca selengkapnya

Prinsip dan Cara Kerja Venturi Meter

Prinsip Dasar Venturi Meter Venturi meter adalah suatu alat atau instrumen pengukuran kecepatan aliran fluida yang dapat digunakan pada berbagai bidang. Venturi meter di aplikasikan dari gabungan alat ukur tekanan dan memanfaatkan efek dari konstruksi pipa konvergen ( venturi effect ) yang berfungsi untuk memberikan peningkatan kecepatan aliran dan penurunan tekanan yang sesuai, dimana debit dapat disimpulkan. Sebenarnya, alat untuk mengukur kecepatan aliran fluida ada beberapa macam. antara lain adalah  Orifice Flow Meter, Flow Nozzle, Elbow Meter, Pitot Tube & Annubar,   dan lain sebagainya. Meter venturi klasik, yang penggunaanya dijelaskan dalam ISO 5167-1: 1991, memiliki bentuk yang ditunjukan pada gambar dibawah ini. Efek venturi terjadi pada sebuah aliran fluida yang mengalami kenaikan  velocity  seiring dengan penurunan luas penampang aliran. Hal tersebut diiringi juga dengan terjadinya penuruna tekanan statis ( static pressure ) fluida tersebut, hal ini sesuai dengan hukum
Posting Komentar
Baca selengkapnya

Penyebab Terjadinya Erosi Kavitasi Pada Impeler Pompa

Pengertian Kavitasi Istilah kavitasi digunakan untuk menggambarkan fenomena perubahan fase dari zat cair ke zat gas, dengan kata lain kavitasi adalah pembentukan gelembung gas yang terjadi pada area hisap pompa ( suction pump ) karena tekanan sangat rendah sampai dibawah tekanan jenuh cairan tersebut.  Air dapat menguap ketika mencapai titik didihnya, kita semua pasti tahu bahwa air akan mendidih pada temperatur 100⁰ C, tetapi itu hanya berlaku ketika tekanan udaranya 1 atm pada ketinggian sea level , sehingga ketika ketinggian bertambah maka tekanan akan turun dan titik didih air akan menjadi lebih rendah temperaturnya.  Dapat dilihat pada gambar diagram di atas, bahwa air dapat mendidih pada suhu 0.01⁰ C ketika tekanan udaranya 0.006 atm absolut. Dapat disimpulkan dari penjelasan diatas bahwa perubahan fase dari zat cair ke gas di pengaruhi oleh faktor tekanan udara dan faktor   temperaturnya . giuhlaalknvlavnlkvnlz Kavitasi pada pompa dapat terjadi kar
Posting Komentar
Baca selengkapnya

Material Komposit

Apa Itu Komposit? Kata komposit ( composite ) berasal dari kata kerja ( to compose ) yang berarti menyusun atau menggabungkan. Komposit adalah struktur material yang terdiri dari dua kombinasi material atau lebih yang di bentuk pada skala makroskopik dan menyatu secara fisika (Kaw 1997).  Schwartz (1984) mendefinisikan  komposit sebagai sistem material yang terdiri dari gabungan dua atau lebih unsur pokok yang berbeda bentuk atau komposisi yang tidak dapat dipisahkan satu sama lain.   Salah satu contoh material komposit yang sering kita jumpai adalah beton cor yang tersusun dari pasir, semen, besi, batu koral dan air. Pada komposit beton dapat terlihat bahwa material penyusunya memiliki sifat yang berbeda-beda, namun ketika dicampurkan dengan teknik tertentu akan menghasilkan beton yang sangat kuat, keras, dan tahan terhadap berbagai macam cuaca. Material penyusun komposit terdiri dari dua tipe, yaitu matriks dan reinforcement, kedua material penyusun itu memiliki fungsi yang berbeda. 
Posting Komentar
Baca selengkapnya

Prinsip Dasar Hukum Newton

Apa itu hukum Newton ? Hukum Newton (1, 2, dan 3) adalah 3 prinsip dasar mekanika klasik yang memberikan gambaran mengenai gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Disebut juga hukum gerak monumental. Hukum Newton menjadi salah satu besaran turunan dalam ilmu fisika yang menyatakan besarnya gaya dalam satuan Newton (N). Seseorang yang menciptakan hukum Newton adalah Potret Sir Isaac Newton (1643-1722), seorang fisikawan, ahli astronomi, filsuf alam, alkimiawan, matematikawan, dan teolog dari inggris yang berpengaruh besar dalam dunia fisika.  1. Hukum 1 Newton  (inertia/kelembaman) Yang berbunnyi :  "Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam dan benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus  beraturan dengan kecepatan tetap" Dengan kata lain maksud dari hukum Newton 1 dapat dipahami bahwasanya suatu benda akan berusaha mempertahankan keadaannya ataupun posisi awa
Posting Komentar
Baca selengkapnya

Kenapa Pesawat Bisa Terbang

Kenapa pesawat bisa terbang?  Ini adalah pertanyaan yang sangat umum kita dengar di kehidupan sehari-hari, karena hampir setiap hari benda ini terbang melintas di atas kepala kita.  Biasanya yang sering bertanya mengapa pesawat bisa terbang adalah anak-anak kecil. Jika kita ditanyakan pertanyaan tersebut pasti akan terbesit di pikiran kita, oh iya ya..  Bagaimana caranya pesawat yang memiliki berat puluhan bahkan ratusan ton bisa terbang? Dalam kajian ilmu fisika, masalah seperti bagaimana pesawat dapat terbang sebetulnya bukan peristiwa yang mustahil terjadi karena pada dasarnya hanya masalah keseimbangan gaya saja.  Sebagaimana kita ketahui setiap benda yang massanya lebih berat dari udara ( hevier than air ) pasti akan jatuh ke permukaan bumi karena fenomena ini tunduk pada hukum gravitasi.  Tetapi setiap benda juga terdapat gaya ke atas yang secara vektor berlawanan arah dengan gaya gravitasi bumi.  Kedua gaya inilah yang berusaha direkayasa agar pesawat da
5 komentar
Baca selengkapnya

Prinsip Siklus Brayton

Siklus Brayton menjadi konsep dasar untuk setiap mesin turbin gas. Siklus termodinamika ini dikembangkan pertama kali oleh John Barber pada tahun 1791, dan disempurnakan lebih lanjut oleh George Brayton. Pada awal penerapan siklus ini, Brayton dan ilmuwan lainnya mengembangkan mesin reciprocating dikombinasikan dengan kompresor. Mesin tersebut berdampingan dengan mesin Otto diaplikasikan pertama kali ke otomotif roda empat. Namun mesin Brayton kalah pamor dengan mesin Otto empat silinder yang dikembangkan oleh Henry Ford. Pada perkembangan selanjutnya, siklus Brayton lebih diaplikasikan khusus ke mesin-mesin turbojet dan turbin gas. Untuk memudahkan memahami siklus Brayton, sangat disarankan bagi Anda untuk mengetahui prinsip kerja turbin silahkan klik tautan berikut  "Prinsip Kerja Gas Turbine Engine" . Kita ambil contoh mesin turbojet pesawat terbang. Mesin ini menggunakan media kerja udara atmosfer. Sisi inlet kompresor menghisap udara atmosfer, dan udara panas yang telah
Posting Komentar
Baca selengkapnya