Diterima: 30 Oktober 2019; Direvisi: 23 November 2019; Disetujui: 4 Desember 2019 JTERA, Vol. 4, No. 2, Desember 2019

## Studi Turbin Gas Mikro Berbahan Bakar Briket Limbah Bambu dan LPG

## Fatkur Rachmanu, Janizal
Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Enjinering Indorama Kembangkuning, Jatiluhur Purwakarta, Indonesia fatkur.rachman@gmail.com

## Abstrak
Energi  listrik  berdaya  kecil  dapat  dihasilkan  salah  satunya  menggunakan  turbin  gas  mikro  (MGT).  MGT  dapat dibuat dengan menggunakan turbocharger yang dihubungkan dengan ruang bakar pada sisi dingin (kompresor) dan sisi panas (turbin). Tujuan penelitian  ini  adalah  melakukan  studi terkait MGT dengan bahan bakar  yang digunakan adalah briket  arang  dari  limbah  bambu  dan  gas  LPG  sebagai  bahan  bakar  pencampur  agar  api  tidak  padam.  Pada  pengujian pertama dengan menggunakan LPG dilakukan putaran sebesar 3328 rpm. Pengujian ini menghasilkan temperatur masuk kompresor  28 o C,  temperatur  masuk  ruang  bakar  30 o C,  temperatur  keluar  ruang  bakar  40 o C,  temperatur  keluar  turbin 73 o C,  dan  temperatur nozzle 480 o C.    Untuk  pengujian  kedua  dilakukan  putaran  6445  rpm  dan  pengujian  ketiga  7473 rpm.  Secara  umum  diperoleh  hasil  dengan  peningkatan  jumlah  briket  arang  dari  limbah  bambu,  maka  akan meningkatkan  temperatur  kerja.  Untuk  variasi  kecepatan  putar,  dengan  meningkatnya  kecepatan  maka  akan menurunkan temperatur pada nozzle keluar turbin.
Kata kunci: turbocharger , kompresor, variasi, putaran, temperatur

## Abstract
Small electric power can be produced using micro gas turbine (MGT). MGT can be made using turbocharger that connected to  the combustion chamber on the cold side (compressor) and the hot side (turbine).  This research aims to study about MGT with the fuel used is charcoal briquettes from bamboo waste and LPG as a mixing fuel so that the fire does not go out. In the first test using LPG, the first rotation was carried out at 3328 rpm. It resulted in the compressor entering  temperature of 28 o C, combustion chamber temperature of 30 o C, combustion chamber exit temperature 40 o C, turbine exhaust temperature 73 o C, and nozzle temperature 480 o C. The second test is 6445 rpm and the third test is 7473 rpm.  The  results  are  generally  obtained  by  increasing  the  amount  of  charcoal  briquettes  from  bamboo  waste  it  will increase the working temperature. For variations in rotational speed, the increased speed will reduce the temperature at the turbine exit nozzle.
Keywords: turbocharger, compressor, variation, rotation, temperature

## I. P ENDAHULUAN
Penggunaan  energi  baru  terbarukan  (EBT) berupa  pemanfaatan  limbah  bambu  dapat  dilakukan untuk  pembangkit  energi  skala  mikro.  Energi  ini cocok digunakan di pedesaan, kantor  usaha kecil, maupun  perumahan.  Pembuatan  dan  proses perakitan sebuah turbin gas mikro (MGT) berbahan bakar  briket  bambu  merupakan  salah  satu  cara untuk  menjadikan  suatu  mesin  turbin  gas  mikro sebagai penghasil listrik.
MGT dapat dirancang menggunakan turbocharger ,  sedangkan  ruang  bakar  dibuat  dalam bentuk  tabung  berbahan  logam  yang  disambung dengan  sisi  kompresor  dan  sisi  turbin  serta instrumen  pengukuran.  Adapun  siklus  turbin  gas sederhana  dapat  dilihat  pada  Gambar  1.  Turbin  gas merupakan  pembangkit  tenaga  dengan  sistem pembakaran  luar.  Turbin  ini  menggunakan  udara yang dihisap oleh kompresor dan dimampatkan agar udara masuk ke dalam ruang bakar.
Di  dalam  ruang  bakar,  bahan  bakar  bersama udara  di  bakar  dengan  menggunakan  busi.  Hasil pembakaran berupa tenaga panas mengalir masuk di dalam  turbin  sehingga  memutar  poros  turbin  yang akan  secara  langsung  terhubung  dengan  kompresor sehingga kompresor tersebut ikut berputar.
Beberapa  studi  terkait  MGT  telah  dilakukan dalam penelitian-penelitian sebelumnya. TET ( turbine  exhaust  temperature )  lebih  tinggi  dari  TIT ( turbine inlet temperature ) dan TIT lebih tinggi dari temperatur  masuk  ruang  bakar  T2,  juga  temperatur masuk  kompresor  T1  [1].  Studi  penggunaan  turbin gas  kecil  yaitu  GTM-120  dilakukan  dengan menggunakan  turbin  gas  jenis  aksial  [2].  Studi menunjukkan kinerja pada penelitian  untuk 1,5 kW turbin  gas  mikro  yang  menggunakan  penurunan temperatur  pada  udara  masuk  sistem  (kompresor) menghasilkan  daya  luaran  menurun  secara  linier dengan terdapat peningkatan pada temperatur udara masuk  [3].  Penelitian  selanjutnya  memperbaharui pengujian MGT dengan menggunakan data akuisisi NI  SCB-68  dengan  NI  USB-6251  terminal menggunakan  LabVIEW  pada  mini  jet  turbin  dan penggunaan  Engineering  Equatio  Solver  (EES)  [4]. Pembangkit  jenis  mikro  gas  turbin  ini  memiliki keunggulan  yaitu  bersifat mobile serta  mempunyai biaya  pemeliharaan  dan  operasional  yang  murah [5].
Ada  pula  jenis  MGT  dengan  ruang  bakar  yang digunakan  dalam  tipe  turbular  [6].  Kerugian  terjadi pada  sambungan  pipa,  belokan,  ruang  bakar,  dan terjadi  non  adiabatis  berupa  pelepasan  panas  [7]. Pemilihan  bahan  bakar  briket  arang  bambu  juga telah  diteliti  sebelumnya  dengan  oleh  beberapa peneliti.  Di  dalam  penggunaan  bahan  bakar  briket bambu  dengan  nilai  kalor  sebesar  7098  kkal/gr  dan lama waktu nyala sebesar 63,27 menit menghasilkan  nilai desirability mendekati  angka  1 (= 0,905) ukuran partikel dan kuat tekan mesin pres briket  tidak berpengaruh terhadap nilai kalor, tetapi berpengaruh  terhadap  lama  waktu  nyala  [8].  Pada briket arang bambu temperatur tinggi 500 o C terjadi kenaikan persentase nilai kalor partikel 25 mesh dan
Gambar 1. Diagram T-S siklus Brayton ideal dan aktual [5]
35  mesh  pada  temperatur  tersebut.  Kondisi  ini dipengaruhi  oleh  regim  reaksi  kimia,  dimana semakin  tinggi  temperatur  maka  reaksi  akan  naik. Selain  itu,  adanya  sensitifitas  terhadap  temperatur dapat  mengakibatkan  reaksi  naik  [9].  Kemudian limbah  bambu  telah  berhasil  dimanfaatkan  sebagai bahan baku pembuatan briket dengan bantuan bahan perekat  berupa  plastik  bekas  PET  dan  tepung  kanji pada kondisi karbonisasi dengan suhu 450 o C [10]. Tujuan  penelitian  ini  adalah  melakukan  studi terhadap  sebuah  MGT  dengan  bahan  bakar  limbah bamboo  dan  LPG.  Dalam  penelitian  ini  diamati kinerja mesin turbin gas mikro menggunakan bahan bakar briket dari limbah bambu dan LPG.

## II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Tahapan Penelitian
Diagram  alir  penelitian  dapat  dilihat  pada Gambar  2.  Metode  yang  digunakan  adalah pengujian  eksperimen  yang  didasari  oleh  studi literatur.  Bahan bakar yang digunakan adalah briket dari  limbah  bambu  dan  gas  LPG  sebagai  unsur penambah.

## B. Alat dan Bahan
Adapun  alat  dan  bahan  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah:
1. Turbocharger set 2. Ruang bakar
3. Limbah bambu
4. Mesin pres briket manual
5. Hasil pembuatan briket arang dari limbah bambu ukuran panjang 10 cm x diameter 2,5 cm
6. LPG
7. Thermometer infrared
8. Tachometer infrared

## C. Aplikasi dan Analisis
Di  dalam  MGT  berlaku  T1  <  T2  dan    T2  <  T3 serta  T3  <  T4    [11]  serta  sesuai  dengan  Gambar  1. Tahap  pengujian  dilakukan  dengan  skema  seperti pada Gambar 3.
Udara  masuk  pada  sisi  kiri/kompresor  atau nomor  1  kemudian  masuk  melalui  pipa  2  ke  dalam ruang  bakar.  Di  dalam  ruang  bakar  dimasukkan LPG  dan  briket  limbah.  Setelah  dipicu  bunga  api listrik/busi  maka  terjadi  pembakaran  dan  hasil pembakaran  ini  (No.  3)  akan  menekan  sudu  turbin yang  berada  di  dalam  rumah  turbin  (No.  4)  yang menghasilkan putaran turbin juga dihubungkan oleh poros kompresor sehingga memutar kompresor juga. Sisa pembakaran keluar melalui nosel luaran ( nozzle exhaust ).
Gambar 3. Skema pengujian

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Tahap  pembuatan  briket  dilakukan  dengan membuat  pembakaran  limbah  bambu  berupa potongan bambu yang kecil dan dibakar di perapian sehingga  menjadi  arang.  Arang  dihaluskan  dan dicampurkan  dengan  tepung  tapioka  yang  telah dicampurkan  air  hangat  sebagai  bahan  pengikat. Kemudian  arang  dipres    menggunakan  mesin  pres manual  yang  dikempa  dengan  ukuran  hasil  briket arang  panjang  10  cm  dan  diameter  2  cm.  Setelah terbentuk  silinder  kemudian  dijemur  selama  2  hari di bawah sinar matahari langsung.
Untuk  mengetahui  pengaruh  briket  limbah bambu  pada  MGT,  maka  peneliti  melakukan beberapa  variasi  jumlah  briket  yaitu  percobaan pertama  2  buah  briket  dimasukkan  melalui flens ruang  bakar  seperti  Gambar  4.  Kemudian  ditutup dan  dilakukan  satu  siklus  percobaan  dimana  data yang  diambil  untuk  temperatur  T1,  T2,  T3,  T4  dan Tn terpenuhi sekitar 10 menit. Setelah selesai briket yang telah terpakai dikeluarkan dan dibersihkan.
Kemudian  percobaan  kedua  yaitu  4  buah  briket yang  dimasukkan  melalui  penutup flens yang dibuka  seperti  pada  Gambar  5  hingga  satu  siklus percobaan selesai. Seperti percobaan dua, percobaan  ketiga  dilakukan  dengan  jumlah  6  buah briket  seperti  Gambar  6  hingga  percobaan  selesai untuk pengambilan data temperatur.
Gambar 4. Briket 2 buah pada ruang bakar
Gambar 5. Briket 4 buah pada ruang bakar
Gambar 6. Briket 6 buah pada ruang bakar
Gambar 7.  Putaran MGT 3228 rpm
Gambar 8.  Putaran MGT 6445 rpm

## Gambar 9. Putaran MGT 7473 rpm
Di  samping  variasi  jumlah  briket  bambu  juga dibuat  variasi  kecepatan  putar  turbin  gas  mikro, sehingga  dapat  dibuat  grafik  hubungan  jumlah
briket dan kecepatan putar turbin gas mikro. Setelah itu  dibuat  grafik  gabungan  antara  variasi  jumlah briket  terhadap  kecepatan  putar  turbin  Seperti  pada Gambar 7, Gambar 8, dan Gambar 9.
Pada Gambar 7, terlihat pengujian menggunakan 6  buah  briket  akan  menghasilkan  temperatur  yang lebih  tinggi  dibanding  dengan  2  dan  4  buah  briket, kecuali  diakhir nozzle keluar  turbin  akan  menurun karena  pengaruh  kecepatan  angin  yang  lebih  tinggi dibanding putaran 3228 rpm.
Pada  Gambar  8,  terlihat  pengujian  2,  4,  dan  6 briket  menghasilkan  temperatur  yang  sama  akan tetapi  terjadi  perbedaan  pada  T4  dimana  6  briket lebih  panas  dibandingkan  dengan  4  briket  dan  2 briket.  Pada  suhu  nosel  luaran  tampak  suhu  yang dihasilkan  4  briket  lebih  tinggi  dari  2  briket  dan  6 briket.
Pada Gambar 9, terlihat pengujian menggunakan 6  buah  briket  lebih  tinggi  temperatur  dibanding  2 dan  4  buah  briket.  Tetapi  lebih  rendah  dari  pada putaran  6445  rpm.  Karena  angin  yang  dihasilkan pada MGT lebih tinggi dibanding putaran 3228 rpm dan 6445 rpm .

## IV. K ESIMPULAN
Dari  penelitian  ini  dapat  ditarik  kesimpulan bahwa  semakin  banyak  jumlah  briket  maka  panas yang  ditimbulkan  pada  ruang  bakar  MGT  semakin meningkat. Hal ini terjadi karena briket mempunyai Low  Heat  Value (LHV ) .  Selain  itu,  kondisi  ini dipengaruhi  juga  dengan  penambahan  kecepatan putar.  Semakin  cepat  putaran  maka  semakin  tinggi temperatur  yang  dihasilkan.  Kondisi  ini  terlihat pada  meningkatnya  temperatur  masuk  MGT.  Pada penelitian  selanjutnya  sistem  dilengkapi  alat  ukur yang  lebih  sensitif  untuk  mengetahui  tekanan  pada tiap titik pengamatan yaitu P1, P2, P3, P4, Pn.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Terimakasih  disampaikan  kepada  Kementerian Ristekdikti  yang  telah  memberikan  anggaran penelitian  dalam  skema  Penelitian  Dosen  Pemula dengan nomor kontrak No. 025/LPPM- PEI/VII/2019.

## R EFERENSI
[1] G.  Ragnolo  and  L.  Aichmayer,  “Technoeconomic design  of  a  micro  gas-turbine  for  a  solar  dish system,” International Conference
on Concentrating  Solar  Power  and  Chemical  Energy Systems, Solar PACES , 2014.
[2] M.  Chmielewski  and  M.  Gieras, “ Small  Gas Turbine  GTM-120  Bench  Testing  With  Emission
Measurements,” Journal of KONES Powertrain and Transport , vol. 22, no. 1, 2015.
[3] A.  M.  Said  and  H.  Suhaimi,  “Experimental Investigation of Micro-Gas Turbine Performance at Reduced  Air  Inlet  Temperature,” MATEC  Web  of Conferences 131 , Universiti Teknologi
PETRONAS, 2017.
[4] E.  Sadi,  D.  Haifa,  and  Anthony,  “Application  of Computational Tools to Analyze and Test Mini Gas Turbine,” International  Journal  of  Advanced Network  Monitoring  and  Controls ,  vol.  02,  no.  01, pp. 90-99, 2017.
[5] K.  Kusnadi  and  M.  Arifin,  “Rancangan  Mikro  Gas Turbin Berbahan Biogas Untuk Pembangkit Tenaga Listrik  Biomass  Berkapasitas  2,5  kw,  studi  kasus ciparay  bandung,” Prosiding  Seminar  Nasional Fisika (E-Journal) SNF , vol. 2 , 2016.
[6] H.  Rudi,  P.  Eko,  R  Damora,  and  P.  Artanto, “Analisa Perancangan Ruang Bakar Pada
Pembangkit Listrik Mikro Turbin Gas Bahan Bakar LPG,” Seminar  Nasional  Sains  dan  Teknologi ,
Universitas Muhammadiyah Jakarta, 2017.
[7] R.  Fatkur,  “Studi  Kinerja  Termodinamika  Turbin Gas  Model  Saturn-20  Menggunakan  Excel”, Elektra , vol. 3, no. 2, pp. 35-42, Juli 2018.
[8] I. Taufik and P. Hesti, “Identifikasi Nilai Kalor Dan Waktu Nyala Hasil Kombinasi Ukuran Partikel Dan Kuat  Tekan  Pada  Bio-Briket  Dari  Bambu”, Jurnal Teknik  Kimia  Program  Studi  Teknik  Kimia ,  vol.  9, no. 2, April 2015.
[9] I.  Eugenia,    “Pengaruh  Ukuran  Partikel  Dan  Kuat Tekan  Terhadap  Kualitas  Briket  Arang  Dari Bambu,” Jurnal eUREKA , vol. 1, no. 1, 2017.
[10] H.  Iwan and H. Haryono,  “Pembuatan Briket Dari Limbah  Bambu  Dengan  Memakai  Adhesive  Pet Plastik  Di  Desa  Cilayung,” Jurnal  Aplikasi  Ipteks untuk  Masyarakat ,  vol.  7,  no.  3,  pp.  154-156,  Sept 2018.
[11] F.  Oppong  and  S.  J  Spuy,  “An  overview  on  the performance  investigation  and  improvement  of micro  gas  turbine  engine,” R  &  D  Journal  of  the South African Institution of Mechanical Engineering , vol. 31, pp. 35-41, 2015.