Operasional Turbin Gas Pada Kapal [PDF]

Citation preview

3.11 Operasional Turbin Gas pada Kapal Fauzani Nurul Ilmi, NRP 4212100073 Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111 1. Pendahuluan ¶(6pt)



Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi berdampak pada semakin majunya segala aspek dalam kehidupan. Manusia sebagai makhluk yang dinamis menuntut adanya fasilitas yang dinamis pula dalam kehidupannya. Salah satunya di bidang transportasi, khususnya transportasi melalui laut. Transportasi melalui laut yang merupakan transportasi antar negara dimana pusat perdagangan ekspor dan impor terus berkembang. Kapal sebagai alat transportasi melalui laut terus berkembang. Mulai dari konvensional hingga modern. Sistem dan peralatan yang ada di kapal juga berkembang pesat. Salah satunya adalah sistem propulsi. Berbagai sistem propulsi terus dikembangkan dan diteliti manakah yang paling efisien serta sesuai dengan kebutuhan penggunaannya. Kapal-kapal cepat untuk patroli dan perang juga dituntut untuk lebih baik performanya. Maka dari itu dikembangkan turbin gas. Turbin gas adalah 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 digunakan untuk penggerak propulsi kapal-kapal cepat dan patroli. Karena ringan dan tenaga yang dihasilkan setara dengan mesin diesel reciprocating. Mesin penggerak kapal ini dikembangkan dalam dunia ship propulsion yang mana bahan bakar (fuel) dibakar melalui proses udara yang dikompresikan, dan gas panas hasil pembakaran tersebut digunakan untuk memutar turbin. Perkembangan turbin gas sangat tergantung pada teknologi metal yang mampu menahan terhadap tekanan dan temperatur yang tinggi. Keunggulan dari turbin gas ini terletak pada ukuran dan kapasitas power yang dihasilkan dibandingkan dengan tenaga penggerak lainnya. Selain itu, kesiapannya untuk beroperasi pada kondisi full load sangat cepat, yaitu berkisar 15 menit untuk warming-up period. Marine Gas Turbine sangat jarang dijumpai pada kapal-kapal niaga, hal ini disebabkan karena operasi dan investasinya yang relatif mahal. Sehingga paling banyak dijumpai pada kapal-



kapal perang jenis, frigates; destroyers; patrol crafts; dsb. Instalasinya pun kadang merupakan kombinasi dengan tipe permesinan yang lainnya, salah satunya Combine Diesel and Gas (CODAG)



¶(14pt)



2. Operasional Turbin Gas pada Kapal ¶(6pt)



2.1 Teori Operasional Turbin Gas Turbin gas dijelaskan secara termodinamika oleh Siklus Brayton, di mana udara dikompresi secara isentropik,pembakaran terjadi pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi di turbin dan proses isentropik untuk kembali ke tekanan awal. Dalam prakteknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan: 1. Isentropik non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan rasio, suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal. 2. Non-isentropik-ekspansi: walaupun penurunan suhu turbin yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat. 3. Tekanan kerugian dalam asupan udara, combustor dan knalpot: mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat. Seperti semua siklus mesin panas, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti efisiensinya lebih besar. Faktor pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Teknisi cukup masuk ke bagian turbin menjaga temperatur. turbin juga menyalurkan panas ke gas buang, yang sebaliknya adalah energi terbuang. Recuperator adalah heat exchanger yang lulus knalpot panas ke udara terkompresi, sebelum pembakaran. Gabungan siklus desain lulus limbah panas ke uap turbin sistem dan limbah panas digunakan untuk produksi air panas. Mekanis, turbin gas lebih kompleks daripada pembakaran piston mesin. Sederhananya, turbin mungkin memiliki satu bergerak bagian: poros / kompresor / turbin / alternatif rotor perakitan belum termasuk sistem bahan bakar. Namun, manufaktur presisi yang diperlukan untuk komponen dan paduan tahan temperatur yang diperlukan untuk efisiensi yang tinggi sering membuat pembangunan turbin sederhana lebih rumit daripada mesin piston. Yang lebih menarik, turbin (seperti yang ditemukan di zaman modern mesin jet) dapat memiliki beberapa shaft (kelos), ratusan turbin baling, bergerak stator blades, dan sistem yang luas kompleks pipa, pemantik api dan penukar panas. Sebagai aturan umum, semakin kecil mesin semakin tinggi tingkat perputaran poros yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan tertinggi. Kecepatan sudu turbin menentukan tekanan maksimum yang dapat diperoleh, hal ini menghasilkan daya maksimum yang mungkin tergantung pada ukuran mesin. Mesin jet beroperasi sekitar 10.000 rpm dan mikro turbin sekitar 100.000 rpm. Thrust bantalan dan jurnal bantalan adalah bagian penting dari desain. Secara umum, mereka telah dilumasi minyak bantalan, atau minyak-cooled bola bantalan. Secara umum, udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan



tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:  Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan  Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.  Ekspansi gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel.  Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:  Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.  Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.  Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.  Adanya mechanical loss, dsb. 2.2 Operasional Turbin Gas Untuk Memutar Shaft Propeller Untuk membangkitkan energi yang nantinya akan disalurkan ke shaft untuk memutar propeller dan pembangkitan listrik pada kapal, turbin gas perlu dioperasikan sesuai dengan prosedur kerjanya yakni udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak betahap, semua proses yaitu hisap kompresi, pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan. Pada motor bakar yang prosesnya bertahap yaitu yang dinamakan langkah, langkah hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan langkah buang, antara langkah satu dan



lainnya saling bergantung dan bekerja bergantian. Pada proses ekspansi turbin gas, terjadi perubahan energi dari energi panas menjadi energi mekanik putaran poros turbin, sedangkan pada motor bakar pada langkah ekspansi terjadi perubahan dari energi panas menjadi energi mekanik gerak bolak-balik torak. Dengan kondisi tersebut, turbin gas bekerja lebih halus tidak banyak getaran. 2.2.1 Kapasitas Turbin Turbin gas merupakan mesin penggerak kapal yang telah dikembangkan dalam dunia ship propulsion yang mana bahan bakar (fuel) dibakar melalui proses udara yang di kompresikan, dan gas panas hasil pembakaran tersebut digunakan untuk memutar turbine. Gas turbine umumnya di aplikasikan pada dunia kedirgantaraan, dan perkembangannya sangat tergantung pada teknologi metal yang mampu menahan terhadap tekanan dan temperature yang tinggi. Keunggulan dari gas turbine ini terletak pada ukuran dan kapasitas power yang dihasilkan dibandingkan dengan tenaga penggerak lainnya. Beragam macam dari tipe marine engines, tidak semuanya di-rate pada basis yang sama. Sebagai misal, Steam Reciprocating Engines selalu di-rate dalam bentuk Indicated Power (PI); Internal Combustion Engines dalam bentuk Indicated Power, atau juga, Brake Power (PB); dan Turbine dalam bentuk Shaft Power (PS ). Bentuk Horse Power masih tetap digunakan sampai saat ini, dimana untuk 1 HP = 0.7457 kW, sedangkan dalam English units 1 HP = 550 ft-lb per sec. Indicated Power diukur di dalam cylinders. Lebih canggih turbin (seperti yang ditemukan di zaman modern mesin jet) dapat memiliki beberapa shaft (poros), ratusan baling-baling turbin, bergerak stator blades, dan sistem yang luas kompleks pipa, combustors dan penukar panas.Sebagai aturan umum, semakin kecil mesin semakin tinggi tingkat perputaran poros yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan tertinggi. Kecepatan sudu turbin menentukan tekanan maksimum yang dapat diperoleh, hal ini menghasilkan daya maksimum yang mungkin tergantung pada ukuran mesin. Mesin jet beroperasi sekitar 10.000 rpm dan mikro turbin sekitar 100.000 rpm. Selain itu, kesiapannya untuk beroperasi pada kondisi full load sangat cepat, yaitu berkisar 15 menit untuk warming-up period. Marine Gas Turbin sangat jarang dijumpai pada kapal-kapal niaga, hal ini disebabkan karena operasi dan investasinya yang relatif mahal. Sehingga paling banyak dijumpai pada kapalkapal pesiar, fast ferry atau kapal perang jenis; frigates, destroyers, patrol crafts, dsb. Instalasinya pun kadang merupakan kombinasi dengan tipe permesinan yang lainnya, yakni : Diesel engines Prosedur yang harus dilakukan untuk mengoperasikan turbin gas sebagai langkah awal adalah sebagai berikut: 1. Rachet Dilakukan dengan memutar turbin seperempat lingkaran dalam waktu satu menit secara terus menerus selama 10 sampai 12 jam untuk mendistribusikan massa rotor, meratakan pelumasan pada bearing dan jurnal shaft serta mencegah terjadinya pembengkokan. 2. Rubbing Check Pemutaran turbin gas sampai 1350 rpm kemudian dimatikan. 3. Cranking Setelah turbin gas dimatikan saat rubbing check, kemudian turbin gas diputar 1200 rpm yang dilakukan selama 5 sampai 10 menit. Hal ini



dilakukan untuk membersihkan turbin gas dan kompresor dari debu dan kotoran. 4. Fuel Gas Leak Check Putaran turbin dinaikan kembali sampai 1850 rpm. 5. Flame Detector Check Putaran turbin dinaikkan sampai 2000 rpm, kemudian spark plug dinyalakan maka saat itu proses pembakaran mulai terjadi. 6. Over Trip Test Apabila diberikan penambahan fuel gas maka otomatis putaran turbin meningkat hingga mencapai batas yang telah ditentukan 7. Peak Load Setelah turbin gas di-start hingga mencapai putaran 5100 rpm, turbin gas diberi beban secara bertahap hingga mencapai beban maksimum, baru kemudian diturunkan secara bertahap hingga mencapai harga yang diinginkan. 2.2.2 Penggunaan pada Kapal



Gambar 1. Buquebus, kapal cepat menggunakan turbin gas Pengetahuan dan teknologi yang diperoleh dari diterapkan untuk mengembangkan sistem turbin gas, untuk berbagai tujuan penggunaan; misalnya: sebagai mesin penggerak kapal, generator listrik dan mesin industri lainnya, kendaraan darat, kompressor, pesawat terbang, dan sebagainya. Pada waktu ini sistem turbin gas dibuat untuk menghasilkan daya rendah sampai sebesar 100.000 kW. Sedangkan sebagai bahan bakar dapat diunakan bahan bakar gas sampai dengan minyak berat. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasinya relatif rendah, jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor Diesel untuk pusat tenaga listrik. Di samping itu dapat distart dari keadaan dingin sampai



dapat dibebani penuh, dalam waktu yang sangat singkat (dalam dua menit atau lebih sedikit). Hal tersebut terakhir membuat mesin ini begitu ideal untuk mengatasi keadaan darurat dan melayani beban puncak. Ada beberapa kegunaan dari turbin gas penggerak kapal yaitu menggerakan kapal, dapat menghasilkan listrik untuk instalasi listrik di dalam kapal.



¶(14pt)



2.3 Pemeliharaan Turbin Gas pada Kapal Pemeliharaan Turbin Gas adalah suatu kegiatan pekerjaan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan / instalasi Turbin Gas dengan tujuan agar supaya peralatan / instalasi tersebut dapat dioperasikan secara maksimal, andal, efisien, aman dan dapat mencapai umur pakai (life time) sesuai dengan yang direncanakan. Pemeliharaan akan diperlukan karena setiap peralatan yang dioperasikan akan mengalami kerusakan. Pemeliharaan atau maintenance berfungsi untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di kapal, 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 perasional 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 penyebab kerusakan diantaranya adalah : - Design dan material - Pengoperasian - Pemeliharaan - Kondisi lingkungan Program pemeliharan yang berhasil selain akan memperlambat terjadinya kerusakan, juga akan dapat meningkatkan kemampuan dari peralatan / instalasi yang dipelihara. Pengaruh lingkungan terdapat pemeliharaan Turbin gas adalah timbulnya korosi dan atau abrasi / pengikisan. Pengaruh lingkungan yang akan mengakibatkan abrasi dapat dikurangi dengan memasang filter udara yang baik disisi masuk kompresor, sedang bila pengaruhnya korosi dapat dikurangi dengan pelindung / coating cat. Untuk keadaan tertentu mungkin perlu dipasang instalasi “pencuci udara”. Untuk berhasilnya suatu pemeliharaan harus didukung dengan : - Tenaga kerja yang terampil, baik personil operasi, pemeliharaan, perencanaan dan semua personil terkait. - Tersedia spare part / material / dana yang cukup - Tersedia cukup waktu untuk pemeliharaan. - “Case History” (catatan kejadian-kejadian) selama peralatan / instalasi dioperasikan. “Case History” yang lengkap dan rinci dan log sheet harus diarsipkan, baik mengenai operasi maupun pemeliharaannya. Case History harus mencakup uraian dan analisa mengenai gangguan-gangguan atau masalah-masalah yang



tidak biasa yang terjadi selama operasi, termasuk juga kondisi kerusakan yang dijumpai saat inspection serta tindakan penanggulangan yang dilakukan. Data yang ditulis pada log sheet diantaranya data Tekanan, temperatur, RPM, waktu operasi, konsumsi minyak pelumas, konsumsi bahan bakar, dan atau item lainnya yang diperlukan sebelum dilaksanakan shut-down yang dilanjutkan dengan inspection. Data hasil pemeriksaan pada inspection pertama adalah sangat penting, dan pabrik pembuat pada umumnya merekomendasikan agar inspection pertama ini dilaksanakan tidak lebih dari satu tahun kalender sejak Turbin Gas dioperasikan. Sebelum turbin gas distop dalam rangka pelaksanaan inspection, data operasi tersebut dibawah ini harus dicatat dan Case History yang telah lalu juga harus diteliti kembali dan menjadi bahan pertimbangan dalam pelaksanaan inspection. - Catat hasil hasil pengukuran vibrasi disemua bearing, dengan menggunakan vibrasi meter portable diukur sesaat sebelum turbin gas distop. Juga catat hasil pengukuran vibrasi pada alat ukur / meter terpasang di panel. - Apakah ditemukan kebocoran bahan bakar dari pipa dan lain-lainnya? Catat lokasinya. - Apakah ditemukan kebocoran minyak pelumas dari pipa dan lain-lainnya? Catat lokasinya. - Apakah sistem kontrol bekerja dengan stabil dan secara keseluruhan bekerja dengan baik? - Apakah pengaman Overspeed berfungsi dengan baik dan bekerja pada kecepatan putaran yang telah ditetapkan? - Apakah Overspeed Valve dan Shut off Valve bekerja dengan baik saat turbin dapat trip. - Apakah terjadi gesekan pada ujung blades dan atau seal? - Apakah tejadi perubahan tekanan pada sistem minyak pelumas? - Apakah tejadi perubahan temperatur pada sistem minyak pelumas? - Pada saat membersihkan filter minyak pelumas, apakah ditemukan material babbit? Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah: - Preventive Maintenance 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. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.  Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya. Regular preventive maintenance, dapat menurunkan frequency reparasi, sehingga keandalan lebih baik, dibandingkan dengan breakdown maintenance, namun periode operasi diantara pemeliharaan yang direncanakan berdasarkan waktu tersebut sukar ditentukan secara tepat, karena terdapat perbedaan diantara perencanaan tersebut dan variasi kondisi operasi mesin. Ketidak tepatan perencanaan, dapat menimbulkan kerugian antara lain :



-



-



-



-



- Overhaul dapat terjadi dalam waktu yang lama dan dengan pengeluaran biaya yang mahal (perencanaan waktu yang lama) - Interval waktu overhaul ataupun perbaikan / pemeliharaan, bisa saja singkat, dan ini menyebabkan kerugian / penghamburan uang. - Kemungkinan mesin yang beroperasi dengan baik, (masih baik), dimatikan untuk reparasi, hal ini dapat menambah kerusakan / biaya, misalnya, untuk pelepasan paking-paking, seal / perapat, dlsb, yang tentu saja setelah dilepas harus diganti. Hal seperti tersebut diatas terutama terjadi pada saat first year inspection. - Proses produksi bisa saja masih tergantung dari force outage (unplanned outage). - Penyiapan tenaga-tenaga terampil, suku cadang, selalu sudah siap untuk waktu tertentu guna menghadapi “planned repair”, namun mungkin saja tidak jadi / belum tentu diperlukan. Repair Maintenance Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi. Predictive Maintenance Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak. Disini mesin dijalankan sampai dengan mendekati titik kegagalannya (filure). Panjagaan ketat terhadap kegagalan dilakukan terutama pada mesin-mesin kritis atau mesin-mesin yang dapat membahayakan lingkungan. Keuntungan dari cara dengan predictive maintenance ialah: - Shutdown untuk perbaikan dapat direncanakan dengan tepat (kemungkinan diantara dua waktu overhaul), dengan waktu perbaikan yang lebih singkat. - Biaya perbaikan menjadi ekonomis (biaya tools, man power, suku cadang dll). - Mesin dapat beroperasi dengan kondisi yang cukup baik dalam waktu yang relatif lama dari pada sistem maintenance lainnya. Corrective Maintenance Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok. Break Down Maintenance Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya. Kerugian dengan cara pemeliharaan ini ialah, waktu kerusakan tidak dapat diduga, sehingga bagi staff / petugas penanggung jawab pemeliharaan sukar untuk menyiapkan tools, man power, dan suku cadang yang diperlukan didalam pelaksanaan perbaikan. Karena kerusakan dapat terjadi disetiap waktu, sulit untuk merencanakan pekerjaan pemeliharaan, sehingga pekerjaan pemeliharaan menjadi lebih lama, reparasi lebih berat, keandalan operasi menurun, dan biaya timbul lebih besar / mahal. Modification Maintenance



Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan. - Shut Down Maintenance Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya. Pemeliharaan Turbin Gas dibagi menjadi 3 berdasarkan waktunya, yaitu: - Pemeliharaan Selama Unit Beroperasi Merupakan pengamatan yang terus menerus selama Turbin Gas dioperasikan. Pengamatan ini biasanya dilaksanakan setiap hari, setiap minggu atau setiap bulan dan setiap tahun. Bagian-bagian yang diamati diantaranya : - Tekanan bahan bakar pada Fuel Nozzle - Differential Pressure pada filter-filter - Exhaust Gas Temperature - Kebocoran-kebocoran. - Vibrasi - Tingkat kekotoran Kompresor, dll. Kotoran pada kompresor dapat dikurangi dengan Catlyst atau campuran air dengan detergent yang dilakukan pada saat Turbin Gas beroperasi, atau dapat juga dengan Water Wash yang dilakukan ketika Turbin Gas pada posisi spin (600 RPM). Besarnya vibrasi Turbin Gas dan peralatan lainnya perlu diamati. Sedikit perubahan besarnya vibrasi mungkin diakibatkan oleh perubahan beban. Akan tetapi bila vibrasi naik dengan cepat atau secara kontinyu terlihat ada tendensi kenaikan vibrasi, ini merupakan suatu indikator untuk dilaksanakan aksi korektif (perbaikan). Mungkin yang paling perlu untuk diamati adalah exhaust gas temperature (temperatur gas keluar turbin), karena batas operasi Turbin Gas diset terhadap exhaust gas temperature. Pekerjaan pengamatan yang dilanjutkan dengan aksi korektif seprti ini adalah merupakan bagian dari Predictive Maintenance. - Pemeliharaan Selama Unit Stop - Fuel Nozzle Inspection Inspection ini adalah membuka, melepas serta membersihkan Fuel Nozzle dan memeriksa bagian dalam Combustor Basket dan Transition Pice melalui lubang tempat memasang Nozzle. Untuk pemeriksaan pertama (terhitung sejak Turbin Gas dioperasikan sesudah erection atau sesudah Major Inspection), pemeriksaan Fuel Nozzle ini selambat-lambatnya dilaksanakan setelah mencapai 50 jam operasi. Apakah dari pemeriksaan pertama ini tidak terlihat adanya kelain-kelain maka pemeriksaan selanjutnya bersama dengan Combustor Section Inspection. - Combustor Section Inspection Bagian pekerjaan yang termasuk dalam Combustor Section Inspection adalah membongkar, memeriksa dan memperbaiki Fuel Nozzle, Combustor Basket, Transition Pieces dan komponen lain yang berada didalam Combustor Chamber. Bagian-bagian yang dibuka tersebut harus dibersihkan dengan teliti, diperiksa dan diperbaiki. Pada kesempatan ini juga diperiksa sudu-sudu turbin tingkat pertama yang dapat diperiksa dari lubang tempat pemasangan Transition Pieces.



- Turbin Section Inspection Inspection ini biasa disebut juga sebagai Hot Gas Path Inspection, yang meliputi Combustor Section Inspection ditambah dengan memeriksa / memperbaiki bagian dalam Turbin Gas dengan trelebih dahulu membuka Combustor Chamber Cylinder. Sudu-sudu turbin dilepaskan dari rotornya kemudian dibersihkan dan diperbaiki. Diaphragma dan seal labirin juga dilepas, dibersihkan dan diperbaiki. Dianjurkan juga agar bantalan aksial (Thrust Bearing) serta bantalan journal (Journal Bearing) dibuka, diperiksa dan diperbaiki. - Major Inspection Major Inspection adalah pemeriksaan dan perbaikan menyeluruh yang dilakukan terhadap semua komponen. Pekerjaan yang dilaksanakan mencakup pekerjaan Combustor Section Inspection, Turbine Section Inspection, ditambah dengan membuka Compresor Casing, melepas sudusudu kompresor untuk diperiksa / diperbaiki. Diaphragma Kompresor, Seal labirin, bantalan-bantalan juga dilepas, dibersihkan diperiksa dan diperbaiki. Dalam pelaksanaan Major Inspection ini juga dilakukan alignment (penyetelan-penyetelan) secara menyeluruh. 2.4 Efisiensi Turbin Gas Turbin gas yang paling efisien pada output daya maksimum dengan cara yang sama pada mesin reciprocating yang paling efisien pada beban maksimum. Perbedaannya adalah bahwa pada kecepatan rotasi yang lebih rendah tekanan dari tetes udara tekan dan dengan demikian termal dan bahan bakar penurunan efisiensi secara dramatis. Efisiensi terus menurun dengan output daya berkurang dan sangat miskin dalam kisaran daya rendah. Hal yang sama berlaku di mesin reciprocating, kerugian gesekan pada 3000 rpm hampir sama apakah mesin berada di bawah beban 10% atau tidak memiliki apapun output yang berguna pada driveshaft tersebut. Turbin gas yang memiliki keuntungan dalam densitas daya - turbin gas yang digunakan sebagai mesin di kendaraan lapis baja berat dan tank lapis baja dan pembangkit listrik di jet tempur. Salah satu faktor lain yang negatif mempengaruhi efisiensi turbin gas adalah temperatur udara ambien. Dengan meningkatnya suhu, asupan udara menjadi kurang padat dan oleh karena itu turbin gas mengalami kerugian daya sebanding dengan peningkatan suhu udara ambien. Perbaikan kinerja turbin gas sangat diperlukan untuk memperbaiki jumlah output energi. Untuk memenuhi perbaikan kinerja turbin tersebut maka harus diperhatikan beberapa parameter yang harus ditingkatkan antara lain ; output kerja yang bersih, efisiensi thermal, specific fuel consumption (SFC), efisiensi turbin dan kompresor, temperature inlet kompresor dan temperature inlet turbin. 1. Parameter yang pertama adalah temperatur ambient (yang menentukan suhu inlet kompresor ) suhu udara yang masuk ke kompresor tinggi maka akan menyebabkan peningkatan konsumsi spesifik udara yang akan menyebabakan peningkatan jam kerja kompresor. Suhu udara masuk memiliki efek pada efisiensi siklus turbin gas. Kenaikan temperatur inlet kompresor maka pekerjaan kompresor meningkat dan output udara bersih



turbin menurun, yang akan menurunkan efisiensi termal, suhu inlet udara bisa disesuaikan dengan menyediakan sistem pendingin. 2. Efek selanjutnya adalah efek efisiensi termal yang dapat meningkat dan SFC menurun dengan peningkatan efisisensi kompresor dan turbin. Peningkatan efisisensi turbin dan efisiensi kompresor akan mengurangi biaya energi, kerugian termal telah dikurangi di turbin dan kompressor masing-masing. 3. Efek selanjutnya adalah efek rasio tekanan, untuk efisiensi turbin dan kompresor yang tetap, efisiensi siklus dapat diplot terhadap rasio tekanan untuk berbagai beban. Ketika kerugian komponen diperhitungkan, efisiensi siklus turbin gas menjadi tergantung pada suhu turbin maksimum serta rasio tekanan. untuk setiap beban, efisiensi memiliki nilai puncak pada rasio tekanan tertentu (rp). Penurunan efisiensi pada rasio tekanan yang lebih tinggi ini disebabkan oleh penurunan pasokan bahan bakar untuk memberikan masukan suhu turbin tetap yang dihasilkan dari suhu pengiriman kompresor lebih tinggi yang sebanding dengan pekerjaan yang diperlukan untuk mendorong peningkatan kompresor. Dalam prakteknya, biasanya untukmengutip SFC daripada efisiensi, bukan hanya karena definisi nya jelas, tetapi juga karena memberikan indikasi langsng baik konsumsi bahan bakar dan ukuran efisiensi siklus untukyang berbanding terbalik. 4. Selanjutnya adalah efek temperature masuk turbin akibat beban yang berbeda pada effisiensi termal, efisiensi dan output kerja yang ditentukan dengan persamaan termodinamika. Dengan meningkatnya suhu inlet turbin, efisiensi inlet turbin meningkat sementara SFC menurun, suhu siklus maksimum dibatasi oleh pertimbangan metalurgi. Suhu gas masuk turbin dapat ditingkatkan asalkan alat pendingin blade tersedia. 5. Efek efisiensi pembakaran berpangaruh terhadap parameter lain. Efisiensi pembakaran dapat dievaluasi dengan menguji ruangan, laju massa dan bahan bakar juga harus diukur, suhu gas – gas setelah pembakaran harus relatif lebih rendah sesuai dengan bahan baku turbin highlystressed. 6. Kesimpulannya adalah bahwa Peningkatan atau penurunan efisiensi dari kompresor dan turbin akan berdampak besar pada karakteristik turbin gas. Peningkatan efisiensi kompresor akan mengurangi kerja kompresi dan meningkatkan kerja ekspansi: ini akan meningkatkan kinerja turbin gas dengan meningkatkan output kerja bersih dan mengakibatkan biaya energi yang lebih rendah. Pada suhu siklus maksimum, nilai rasio tekananakan memberikan efisiensi siklus maksimum. Output kerja bersih juga tergantung pada rasio tekanan dan pada suhu siklus maksimum. Efisiensi siklus mencapai maksimum pada nilai rasio tekanan tertentu. Suhu inlet turbin yang lebih tinggi akan meningkatkan efisiensi siklus dan output kerja yang lebih bersih. Oleh karena itu, kecenderungan terus terhadap penggunaan nilai yang lebih tinggi dari parameter ini. Performa efisiensi dapat ditingkatkan dengan cara :  Meningkatkan rasio tekanan kompressor.  Meningkatkan suhu udara masuk turbin.  Meningkatkanefisiensi turbin dan kompressor  Mengurangi jumlah tingkatan kompressor dan turbin sampai ke beban lebih tinggi.  Memberi pendinginan pada proses kompresi.



 Memanfaatkan gas buang.  Memanfaatkan combined-cycle waste-heat-recovery.



3. Penggunaan Turbin Gas pada Kapal



Marine Gas turbine utamanya digunakan di kapal cepat (fast ships & high-speed craft) dimana power density (weight/power) merupakan hal penting. GT juga banyak diaplikasikan di militer, dan beberapa kapal penumpang cepat termasuk cruise ships.



Gambar 2. Kapal perang menggunakan turbin gas Banyak kapal perang yang dibangun sejak tahun 1960-an telah menggunakan turbin gas untuk propulsi, seperti beberapa kapal penumpang, seperti jetfoil. Turbin gas biasanya digunakan dalam kombinasi dengan jenis lain dari mesin. Baru-baru ini, Queen Mary 2 memiliki turbin gas dipasang di samping mesin diesel. Karena efisiensi termal mereka lemah pada daya rendah, itu adalah hal umum untuk kapal yang memiliki mesin diesel untuk berlayar, turbin gas disediakan saat kecepatan yang lebih tinggi diperlukan. Beberapa kapal perang dan beberapa kapal pesiar modern juga telah menggunakan turbin uap untuk meningkatkan efisiensi turbin gas dalam siklus gabungan, di mana gas buang panas dari knalpot turbin gas digunakan untuk merebus air dan menciptakan uap untuk menggerakkan turbin uap. Dalam siklus gabungan tersebut, efisiensi termal bisa sama atau sedikit lebih besar dari mesin diesel saja; Namun, kelas bahan bakar yang dibutuhkan untuk turbin gas ini jauh lebih mahal daripada yang dibutuhkan untuk mesin diesel, sehingga biaya operasional masih tinggi.



Gambar 3. Beberapa jenis kapal yang menggunakan turbin gas Efisiensi arrangement GT tergantung dari panas exhaust gas. Instalasi Marine GT umumnya berupa simple cycle dimana exhaust gas tidak diolah sebagai power. Sistem ini memiliki full load efficiency sekitar 32% di lower power range (23000kW), dan sekitar 43% pada on-shore turbines berukuran sangat besar. Kebanyakan GT memiliki part load efficiency yang jelek. Efisiensi tertinggi dicapai oleh combined cycles, meskipun arrangement ini terlalu berat dan tidak praktis untuk kebanyakan marine application. Perkembangan menarik ada apada intercooled & recuperated WR-21, bertenaga 25MW. Dimana efisiensinya 42% saat range operasinya 80 %. Part-load performance yang baik dicapai dengan variable area nozzle dibagian depan power turbine. On-shore CCPP mengklaim mampu memberi efisiensi 60% sedangkan di kapal cruise ships dicapai efisiensi CCPP sekitar 45 ~ 50 % saat optimal load demand condition. Combined cycle dapat dirancang sebagai sistem heating dan power. Tekanan kondenser di steam cycle dinaikkan sehingga power output berkurang, namun condenser heat dissipation dapat digunakan sebagai pemanas ruangan. Utilisasi fuel akan sangat tinggi dengan arrangement CCPP dimana kebutuhan pemanas sangat tinggi, misalnya di cruise ships. Pembakaran dengan HFO umumnya masalah bagi gas turbines. Bahan bakar yang lebih berat memerlukan residence time di combustion chamber yang lebih lama untuk dapat dibakar habis. Ini memerlukan solusi yang lebih besar dan mahal. Turbines dengan kemampuan membakar blended residuals (mixture MDO + HFO) ada dipasaran saat ini.



Temperature gas harus dibatasi untuk mencegah high temperature corrosion jika fuel mengandung corrosive agents (vanadium & sodium), sehingga membatasi efisiensi tur- bines. Teknologi power generation komersial yang paling efisien adalah dicapai oleh gas turbine-steam turbine combined-cycle plant, dengan efisiensi mencapai lebih dari 60% (LHV). Simple-cycle gas turbines untuk aplikasi hanya power-generation tersedia dengan efisiensi mencapai 40% (LHV). Gas turbines selama ini digunakan untuk utility peaking capacity atau stationery power load. Namun seiring perkembangan teknologi saat ini gas turbin penggunaannya meningkat untuk aplikasi base-load power.



Gambar 4. Penyusunan poros dengan penggerak kombinasi turbin gas Turbin gas pembangkit listrik adalah pembangkit listrik yang memungkinkan fleksibilitas yang paling bagus dalam tata letak desainnya. Turbin gas memutar poros baling-baling yang berhubungan dengan generator listrik. Pengaturan ini memungkinkan turbin gas generator dapat membangkitkan listrik yang berlokasi jauh dari tank top. Dalam hal ini, pembangkit listrik ditempatkan di bangunan yang terletak di atas mooring winch dek. Ukuran ruang mesin sehingga dapat dikurangi secara substansial, meningkatkan kapasitas kargo sekitar 19.000 meter kubik. Lambung kapal LNG tradisional dapat dipertahankan, untuk meminimalkan biaya desain ulang.



Gambar 5. Kapal LNG menggunakan turbin gas Daya turbin dari gas turbin memutar generator. Generator menyuplai switchboard utama. Switchboard utama menyuplai semua konsumen listrik. Baling-baling didorong oleh motor listrik. Gas buang dari turbin gas menghasilkan uap dan memanaskan boiler gas buang. Uap ini digunakan untuk menghasilkan tenaga dalam 10 MWe generator turbin uap. Generator turbin uap juga menyuplai switchboard utama. Keuntungannya sebagai berikut : - Efisiensi termal tinggi - Dapat meningkatkan kapasitas kargo hingga 13,8% atau lebih - Propulsion dan pembangkit listrik redundansi - Kemampuan Dual-fuel - Tidak ada biaya lambung ulang - FPP dapat digunakan tanpa membalikkan gigi - Biaya pemeliharaan rendah - Sederhana pengaturan ruang mesin, sistem steam yang lebih kecil, sistem air pendingin yang lebih kecil - Mengurangi instalasi dan waktu perawatan di galangan kapal melalui pabrik dirakit dan diuji paket. Kerugiannya sebagai berikut: kerugian konversi energi dalam sistem penggerak listrik kompresor gas yang diperlukan untuk memasok bahan bakar gas pada tekanan bar 30 ke turbin gas. Beban parasit bisa naik menjadi 2,3 MWe Lebih kompleks dan mahal daripada penggerak mekanis Profil operasional pembangkit listrik dapat dibagi menjadi beberapa bagian : 1. Kecepatan jelajah normal : - Berbeban :



Turbin gas adalah penggerak utama, dengan menggunakan BOG sebagai bahan bakar utama. Panas gas buang dari turbin gas dimanfaatkan dalam boiler untuk menghasilkan uap. Generator turbin gas dan turbin uap memasok konsumen listrik dari switchboard utama. Sedangkan motor listrik dipasang pada poros baling-baling untuk menggerakkan balingbaling. 2. In ballast : - Skenario Heel: Generator turbin gas adalah penggerak utama, dengan menggunakan BOG sebagai bahan bakar utama. Untuk membuat keseimbangan kebutuhan bahan bakar, LNG ekstra ditampung dalam tangki untuk digunakan bila diperlukan. Panas gas buang dari turbin gas digunakan dalam boiler untuk menghasilkan uap. Generator turbin gas dan turbin uap memasok konsumen listrik dari switchboard utama. Sedangkan Motor listrik dipasang pada poros baling-baling untuk menggerakkan baling-baling. - Skenario cair bahan bakar Heel +: Generator turbin gas adalah penggerak utama, dengan menggunakan BOG sebagai bahan bakar utama. Untuk membuat keseimbangan kebutuhan bahan bakar, bahan bakar cair (MDO) akan diberikan. Panas gas buang dari turbin gas digunakan dalam boiler untuk menghasilkan uap. Generator turbin gas dan turbin uap memasok konsumen listrik dari switchboard utama. Sedangkan Motor listrik dipasang pada poros baling-baling untuk menggerakkan baling-baling. - Skenario bahan bakar cair : Generator turbin gas adalah penggerak utama, dengan menggunakan bahan bakar cair sebagai bahan bakar utama. Panas gas buang dari turbin gas digunakan dalam boiler untuk menghasilkan uap. Generator turbin gas dan turbin uap memasok konsumen listrik dari switchboard utama. Sedangkan Motor listrik dipasang pada poros baling-baling untuk menggerakkan baling-baling. 3. Manuver: Generator turbin gas adalah penggerak utama, dengan menggunakan BOG sebagai bahan bakar utama. Generator turbin gas dan turbin uap menyuplai switchboard utama. Switchboard utama memasok semua konsumen listrik, termasuk 4 MWe propulsi listrik ke baling-baling dan 2 MWe beban bowthruster Jika generator turbin gas gagal selama manuver, generator turbin uap mengambil beban propulsi. Uap untuk generator turbin uap akan dibangkitkan dengan menembakkan boiler dengan BOG atau bahan bakar cair atau campuran keduanya Jika generator turbin uap gagal selama manuver, dapat generator turbin gas memasok konsumen listrik melalui switchboard utama. 4. Beban di pelabuhan : Generator turbin uap memasok konsumen listrik melalui switchboard utama. Uap dibesarkan oleh menembakkan boiler bahan bakar cair. 5. Kargo debit: Generator turbin uap menyuplai energi ke pompa kargo dan konsumen listrik melalui switchboard utama. Uap yang dibesarkan oleh menembakkan boiler bahan bakar cair. 6. Situasi darurat: Jika generator turbin gas gagal selama perjalanan, generator turbin uap menyediakan sekitar 8 MWe pada poros baling-baling melalui



motor listrik di poros baling-baling. Uap yang dibesarkan oleh menembakkan boiler dengan BOG, BOG dan bahan bakar cair atau bahan bakar cair saja, tergantung pada ketersediaan. 8 MW propulsi harus menjaga kapal bermanuver dan dia bisa melanjutkan ke pelabuhan terdekat untuk perbaikan, hal itu harus dilakukan karena mustahil untuk memperbaiki masalah permesinan di laut.



Gambar 6. Sistem propulsi combined diesel and gas



Gambar 7. Sistem propulsi combined gas turbine and electric



Gambar 8. Stal GT35 Marine Gas Turbine buatan ABB Sampai April 1995 saja telah terpasang 128 unit GT35 di Land-based dan Offshore Platform Power Generation. GT35 dirancang menghasilkan power output 17,3 MW pada 3450 rpm Effisiensi tercatat 33% KEUNGGULAN GT35 : Robustness (continous high power output, minimum degradation, etc) Low installed weight (meningkatkan payload kapal) Large Combustors (efisien untuk membakar HFO) Low Turbine Inlet Temp. (low grade fuel, simple turbine cooling) Modularised engine Design (komplet paket) Modularised off-engine installation 4. Aplikasi Turbin Gas pada Kapal dan Offshore 4.1 Turbin Gas pada Offshore Dapat memanfaatkan LPG yg merupakan waste gas dari produksi minyak Dapat menggunakan LNG pada Rigs produksi gas alam Spesific weight dan spesifik volume yang relatif kecil Power availability



Gambar 9. Pemanfaatan turbin gas pada offshore 4.2 Turbin Gas pada Kapal High Speed Ferry HSS900 Catamaran HSS900 membawa 900 PAX + 210 cars Cruising speed 40 knots GT waterjet propulsion system dengan Power total 2x17MW dengan tipe Stal GT35 ABB membuat kontrak US$ 28 M untuk 2 unit kapal ini pada tahun 1995 Large Fast Ferries Ideal untuk Designer : - 80% weight + 60% volume saving (dibanding MSDE) -Memungkinkan optimalisasi Hull-form -Kebutuhan power kapal lebih rendah Ideal untuk Shipbuilder - Single Module sehingga mudah diinstalasi - Sistem bantu (ancillary) sudah fitted - Komplet dengan sistem control Ideal untuk Operator - Long life dan low maintenance modular engine - Biaya BBM rendah ( dibanding MSDE) - Dapat beroperasi dengan Marine Gas Oil - Bebas getaran - Fully enclosed engine sehingga safety dan kebisingan bagus - Torque tidak terbatas - Kemampuan Full black-out running - Start-up cepat dan tidak perlu pre-heating dan mampu cross starting - Tidak nampak asap pada semua power level



Gambar 10. Turbin gas pada Large Fast Ferries 4.3 Turbin Gas pada Hovercraft 4 unit Landing hovercraft ini dibangun Jan 2000 di Greece. Total cost US$ 200 million ZUBR ini merupakan landing hovercraft terbesar didunia Total berat 555 Tons Payload cargo 50 Tons ZUBR membawa 2 unit M35-1 module untuk Lifting engine dan 3 module M35-2 untuk Thrusting engine dengan Gas Turbine tipe DP71 dengan power 7500 KW. DP71 memiliki three-shaft turbine dengan efficiency 31.5% dan pressure ratio 16,6:1 ZUBR mampu lari 60 knots dengan endurance 800 km



Gambar 11. ZUBR, Hovercraft terbesar di dunia yang menggunakan gas turbin



¶(14pt) 5. Kesimpulan ¶(6pt)



Turbin gas merupakan mesin penggerak kapal yang telah dikembangkan dalam dunia ship propulsion yang mana bahan bakar (fuel) dibakar melalui proses udara yang di kompresikan, dan gas panas hasil pembakaran tersebut digunakan untuk memutar turbine. Pemeliharaan atau maintenance berfungsi untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di kapal, 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. Marine Gas turbine utamanya digunakan di kapal cepat (fast ships & high-speed craft) dimana power density (weight/power) merupakan hal penting. GT juga banyak diaplikasikan di militer, dan beberapa kapal penumpang cepat termasuk cruise ships.



5. Daftar Pustaka ¶(6pt)



Sawyer, John W. 1976. Gas Turbine Engineering Handbook, Second Edition Volume I of three volumes. Gas Turbine Publications, INC, USA. John B. Woodward III. 1973. Marine Engine and Propeller, Department of Naval Architecture and Marine Engineering, Michigan. Hoers W, Koehler. 2000. Diesel and Gas Turbine Engineers, MAN &BW, London. Gasparovic, N. Und Mitarbeiter. 1967. Gasturbinen. 1.Auflage - Studienausgabe in 4 Tcilen. Dusseldorf : VDI - Verlag. Ons Tenrath . H. 1968. Gasturbinentriebwerke. 1. Auflage.Essen: Girardet Verlag. Santoso, Agoes. 2014. Diktat Mata Kuliah Boiler, Turbin Uap dan Turbin Gas, JTSP, ITS, Surabaya.