ISSN: 2721-6225 (print) https://ppjp.ulm.ac.id/journals/index.php/rot
ISSN: 2745-6331 (online) page 161-170

## ANALISA PERFORMA TURBIN GAS TIPE CW251 B11 PADA SYSTEM PEMBANGKITAN LISTRIK TENAGA GAS SEKTOR PEMBANGKITAN BALI
Haleonar Mycson Karusitio Silaban 1) , Abdul Ghofur 2)
1,2 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat Jl. Akhmad Yani Km. 35,5 Banjarbaru, Kalimantan Selatan, 70714 Email:  haleonarmycson@gmail.com

## Abstract
In  Bali,  electricity  demand  is  based  on  PLN  data  of  446,172  MW.  To  meet  this load requirement PLN Bali relies on  four different  power plants in  Pesanggaran, Gilimanuk, Pemaron, and Pontianak. Most electricity generation in Bali uses Gas Power Plants. In the gas generation of the Bali generation there is damage in the turbine  section.  To  find  out  the  effect  of  this  damage,  a  study  was  conducted. From  this  study  it  is  known  that  the  relationship  between  efficiency  and  the performance  of  a  gas  turbine  is  that  if  the  performance  rises,  efficiency  will increase.  The  turbine  intake  temperature  and  turbine  exit  temperature  will  affect turbine performance.
Keywords: Gas Power Plants, Turbine, Performance

## Abstrak
Di Bali, kebutuhan listrik berdasarkan data PLN 446.172 MW. Untuk memenuhi kebutuhan  beban  ini,  PLN  Bali  mengandalkan  empat  pembangkit  listrik  berbeda di Pesanggaran, Gilimanuk, Pemaron, dan Pontianak. Sebagian besar pembangkit listrik  di  Bali  menggunakan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Gas.  Pada  pembangkit gas  generasi  Bali  terjadi  kerusakan  pada  bagian  turbin.  Untuk  mengetahui pengaruh  kerusakan  tersebut,  dilakukan  penelitian.  Dari  penelitian  ini  diketahui bahwa  hubungan  antara  efisiensi  dan  kinerja  suatu  turbin  gas  adalah  jika performansi  naik  maka  efisiensi  akan  meningkat.  Temperatur  masuk  turbin  dan temperatur keluar turbin akan mempengaruhi kinerja turbin.
Kata kunci: Pembangkit Listrik Gas, Turbin, Kinerja

## PENDAHULUAN
Di  wilayah  bali,  kebutuhan  listrik  sesuai  dengan  data  PLN  distribusi  bali yang tertinggi adalah 446.172 MW untuk memenuhi kebutuhan beban sebesar itu PLN  Bali  mengandalkan  empat  pembangkit  listriknya  yang  berbeda  di Pesanggaran,  Gilimanuk,  Pemaron,  dan  Pontianak.  Umumnya  pembangkitan  di Bali  menggunakan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Gas  (PLTG)  dan  Pembangkit Listrik  Tenaga  Diesel  (PLTD).  Untuk  memenuhi  kebutuhan  energi  listrik  yang besar  dalam  cakupan  Jawa  Bali  dengan  waktu  yang  relative  singkat,  sehingga kehandalan  kinerja  sangatlah  dibutuhkan  dalam  memenuhi  permintaan  yang semakin meningkat.
Diperlukan field performance test untuk menentukan daya yang dihasilkan. Dalam  kasus  tertentu,  effisiensi  dan  komponen  individu  seperti  kompresor  dan turbin ditunjukkan secara khusus ketika diperkirakan terjadi penurunan performa. Secara umum, performa pembangkit akan dibandingkan dengan nilai – nilai base line, pada saat  tiba untuk kondisi  operasi  pembangkit dibandingkan dengan nilai disain.

## Sistem Turbin Gas
Turbin  gas  adalah  suatu  sistem  penggerak  mula  yang  menggunakan  gas sebagai  penggeraknya.  Pada  turbin  gas,  energi  kinetik  dirubah  menjadi  energi mekanik  dalam  bentuk  putaran  yang  menggerakkan  sudu-sudu  turbin  sehingga menghasilkan listrik. Bagian turbin yang berputar disebut rotor dan bagian turbin yang  diam  disebut  stator.  Rotor  memutar  poros  daya  yang  menggerakkan  beban (generator  listrik,  pompa,  kompresor  atau  yang  lainnya).  Bagian-bagian  dari turbin gas ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Turbin Gas
Keterangan :
1. Air intake filter : Terjadi proses penyaringan udara masuk ke dalam
kompresor.
2. Kompresor :  Terjadi proses kompresi, tekanan udara naik.
3. Combustor       :  Terjadi proses pencampuran udara kompresi dengan
bahan bakar 4. Turbin :  Terjadi proses ekspansi.
5. Exhaust :  Terjadi proses pembuangan gas hasil pembakaran.
6. Generator :  Terjadi proses pembangkitan daya akibat putaran poros.
Turbin  Gas  yang  digunakan  pada  PT.  Indonesia  Power  UBP  Bali  terutama unit PLTG 3 dan PLTG 4 menggunakan turbin gas buatan Westing House dengan tipe 251 B11. Turbin gas ini terdiri dari 19 tingkat kompresor aliran aksial. Bagian pembakaran terdiri dari 8 buah ruang bakar dan tiga turbin reaksi. Mesin berporos tunggal  dipasang  pada  sebuah  flat  pondasi  dengan  sebuah  gigi  reduksi,  tangki minyak pelumas, pompa dan saringan. Putaran nominal mesin adalah 5.427 rpm, sementara  generator  digerakkan  dari  belakang  komponen  melalui  gigi  reduksi kerucut  ganda.  Selubung  penutup  mesin  dipisahkan  secara  horizontal  untuk memudahkan  masuk  ke  bagian  dalam  mesin  untuk  tujuan  pemeliharaan  atau perbaikan. Sudut komponen dan sudut turbin dikeluarkan sendiri-sendiri.

## Konfigurasi Turbin Gas
Hubungan  antara  tekanan  dan  volume  dan  hubungan  antara  suhu  dengan entropi pada Siklus Brayton ditunjukkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Siklus Brayton: (a) Diagram P-V. (b) Diagram T-S
Proses yang terjadi dalam Siklus Brayton adalah sebagai berikut:
1. Proses Kompresi
Proses  1  –  2,  merupakan  proses  kompresi  secara  isentropik.  Udara  luar (atmosfer) dimampatkan secara adiabatik dimana sistem diisolasi secara sempurna terhadap  panas,  maka  kompresi  akan  berlangsung  tanpa  ada  panas  yang  masuk atau  keluar  gas.  Secara  ideal,  proses  ini  menimbulkan  perubahan  parameter tekanan  P  dan  temperatur  T  dengan  asumsi  volume  kontrol  pada  kondisi  tunak. Tekanan  udara  keluar  kompresor  (P2)  lebih  besar  dari  tekanan  udara  masuk kompresor  (P1)  dan  temperatur  udara  keluar  kompresor  (T2)  lebih  besar  dari temperatur  udara  masuk  komporesor  (T1).  Namun  secara  aktual  perubahan parameter  tersebut  diikuti  dengan  perubahan  volume  spesifik  dimana  volume udara  keluar  kompresor  (V2)  lebih  kecil  dari  volume  udara  keluar  kompresor (V1). Fluida yang melewati kompresor mengalami kenaikan entropi spesifik yang menyebabkan  terjadinya  kenaikan  tekanan  yang  kurang  optimal.  Meskipun  tidak terlalu  signifikan,  hal  ini  dapat  disebabkan  oleh  beberapa  faktor  seperti  rugi gesekan dan perpindahan panas ke lingkungan.
2. Proses Pembakaran
Proses 2 – 3, merupakan proses pembakaran pada ruang bakar pada tekanan P  konstan.  Secara  ideal,  pada  proses  pembakaran  hanya  terjadi  perubahan temperatur gas. Temperatur gas hasil pembakaran (T3) lebih besar dari temperatur udara  hasil  kompresi  (T2).  Penambahan  volume  spesifik  mengakibatkan  volume gas  hasil  pembakaran  (V3)  lebih  besar  dari  volume  udara  hasil  kompresi  (V2). Namun  secara  aktual,  pada  ruang  bakar  terjadi  penurunan  tekanan  gas  hasil pembakaran (P3) akibat gesekan.
3. Proses Ekspansi
Proses 3 – 4, merupakan proses ekspansi yang terjadi secara isentropik pada turbin.  Pada  kondisi  ideal,  ekspansi  turbin  menyebabkan  penurunan  tekanan  gas yang telah digunakan untuk  memutar turbin (P4)  yang diikuti dengan penurunan temperatur  gas  (T4).  Namun  secara  aktual,  terdapat  efek  ireversibilitas  yang menyebabkan penurunan temperatur pada turbin lebih kecil dibandingkan dengan kenaikan  temperatur  udara  pada  kompresor  yang  disebabkan  rugi-rugi.  Hal  ini
mengakibatkan  penurunan  kerja  turbin.  Dan  akibat  ekspansi  turbin,  terjadi perubahan  nilai  volumetrik  gas  yang  menyebabkan  bertambahnya  volume  gas (V4).  Bagian  turbin  merupakan  bagian  yang  mengkonversi  energi  kinetik  gas panas  hasil  pembakaran  dari  ruang  bakar  menjadi  tenaga  putar  mekanis.  Gas panas  hasil  pembakaran  yang  memiliki  temperatur  tinggi  dan  tekanan  harus diubah menjadi fluida  yang memiliki kecepatan tinggi untuk memutar sudu-sudu turbin.  Untuk  mengubah  temperatur  dan  tekanan  gas  hasil  pembakaran,  gas tersebut  dialirkan  melalui  sudu  tetap  turbin  yang  dirancang  sedemikian  rupa sehingga menyerupai prinsip kerja nozel. Pada sudu tetap tersebut kecepatan gas bertambah  dan  tekanan  berkurang,  karena  sudut  sudu  tetap  diarahkan  agar  tepat mengenai sudu gerak turbin.
4. Proses Pembuangan
Proses 4 – 1, merupakan proses pembuangan gas pada tekanan konstan (P4 =  P1).  Terjadi  pelepasan  kalor  dari  gas  ke  lingkungan  yang  menghasilkan temperatur  gas  buang  menjadi  sama  dengan  temperatur  udara  lingkungan.Secara proses,  gas  hasil  pembakaran  yang  telah  melalui  serangkaian  proses  pada  turbin kemudian dialirkan menuju saluran pembuangan (exhaust duct) untuk dialirkan ke udara.  Pada  kondisi  ini,  tekanan  gas  buang  (P4)  sama  dengan  tekanan  atmosfer (P1).

## Komponen Turbin Gas
Komponen turbin gas terdiri dari:
1. Air Inlet Section
Berfungsi  untuk  menyaring  kotoran  dan  debu  yang  terbawa  dalam  udara sebelum masuk ke kompresor. Air inlet section PLTG Unit 4 dapat di lihat dalam Gambar 3.
Gambar 3. Air Inlet Section PLTG Unit 4
2. Compressor Section Compressor  section berfungsi  untuk  mengkompresikan  udara  yang  berasal dari inlet  air  section agar  udara  tersebut  bertekanan  tinggi  sehingga  pada  saat terjadi  pembakaran  dapat  menghasilkan  gas  panas  dengan  kecepatan  tinggi.
Compressor Section di PLTG Unit 4 dapat di lihat dalam Gambar 4.
Gambar 4. Compressor Section PLTG Unit 4

## 3. Combustion Section
Tepat    terjadinya  proses  pembakaran  bahan  bakar  dengan  udara.  Hasil pembakaran  ini  berbentuk  energi  panas  yang  kemudian  diubah  menjadi  energi kinetik  dengan mengarahkan udara panas tersebut  ke transition  pieces yang juga berfungsi  sebagai nozzle. Contoh  c ombustion  section dapat  di  lihat  dalam Gambar 5.
Gambar 5. Combustion Section
4. Turbine Section
Di  Turbine  Section terjadi  konversi  energi  kinetik  menjadi  energi  mekanik yang digunakan untuk menggerakkan kompresor aksial dan perlengkapan lainnya.
Turbin section PLTG Unit 4 dapat di lihat dalam Gambar 6.
Gambar 6. Turbin Section PLTG Unit 4

## 5.
Exhaust Section
Exhaust  section merupakan  bagian  pembuangan  dari  turbin  gas  yang berfungsi sebagai saluran pengeluaran gas dari turbin gas. Contoh exhaust section dapat di lihat dalam Gambar 7.
Gambar 7. Exhaust Section

## METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  dalam  penelitian  ini  berupa  observasi  di  PT  Indonesia Power UBP Bali Unit Pesanggaran PLTG. Metode penelitian ini terdiri dari:
1. Metode Lapangan
Yaitu  dengan  mengamati  secara  langsung  sistem  turbin  gas  yang  ada  di PLTG  Bali  dan  juga  melihat  secara  langsung  bagian-bagian  turbin  gas  ketika terjadi  overhaul  pada  PLTG  UBP  Bali  Unit  4  yang  didampingi  oleh  mentor  dan tenaga teknis.
2. Metode Observasi
Yaitu  untuk  mencari  data  –  data  yang  diperlukan  dalam  penelitian  tugas akhir  yang  kemudian  digunakan  untuk  melakukan  perhitungan  dan  menganalisa hasil perhitungan.

## 3. Metode Wawancara
Yaitu  pengajuan  pertanyaan  kepada  pihak  yang  lebih  ahli  dalam  bidang turbin  gas  untuk  memperkuat  data-data  yang  sudah  didapatkan  pada  proses observasi.  Pengajuan  pertanyaan  secara  langsung  kepada  teknisi  dan  operator setempat.

## Diagram Alir Penelitian
Diagram alir pada penelitian ini dapat di lihat dalam Gambar 8.
Gambar 8. Diagram Alir Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Kinerja Turbin
Analisa kinerja turbin  sebelum dan sesudah perbaikan dapat  di  lihat  dalam Gambar 9.
Dari  Gambar  9  diketahui  bahwa  kinerja  turbin  pada  tanggal  1  s/d  3 November  2010  yaitu  sekitar  612,9057  kJ/kg  sampai  633,2260  kJ/kg.  Untuk kinerja turbin  pada tanggal  17 s/d  19 Desember  2010 memiliki nilai  yang cukup baik  yaitu  dari  708,9780  kJ/kg  sampai  716,7845  kJ/kg,  sehingga  daya  yang dihasilkan  mengalami  perubahan  cukup  baik  dari  daya  yang  dihasilkan  pada tanggal 1 s/d 3 November 2010. Adanya kenaikan kinerja turbin pada tanggal 17 s/d  19  Desember  2010  karena  adanya  perbaikan  pada  tanggal  4  November  2010 s/d 16 Desember 2010.

## Analisa Efisiensi Turbin
Analisa efisiensi turbin sebelum dan sesudah perbaikan dapat di lihat dalam Gambar 10.
Gambar 10. Efisiensi Turbin
Dari  Gambar  10  diketahui  bahwa  efisiensi  turbin  pada  tanggal  1  s/d  3 November 2010  yaitu sekitar 81,2% sampai dengan 82,5%. Untuk kinerja turbin pada tanggal 17 s/d 19 Desember 2010 memiliki nilai yang cukup baik yaitu dari 86,5%  sampai  dengan  87,4%.  Temperatur  masuk  turbin  mempengaruhi  baiknya dari  effisiensi  turbin.  Adanya  kenaikan  effisiensi  turbin  pada  tanggal  17  s/d  19 Desember  2010  karena  adanya  perbaikan  pada  tanggal  4  November  2010  s/d  16 Desember 2010.

## Analisa  Kinerja  vs  Efisiensi  Sebelum  Perbaikan  Tanggal  1  November  s/d 3 November 2010
Analisa  hubungan  efisiensi  turbin  dan  kinerja  sebelum  perbaikan  pada tanggal 1 November s/d 3 November 2010 dapat di lihat dalam Gambar 11.
Gambar 11.   Grafik Kinerja vs Efisiensi Sebelum Perbaikan Tanggal 1 November s/d 3 November 2010
Dari  Gambar  11  diketahui  bahwa  pada  hari  pertama  dan  kedua,  kinerja turbin tidak jauh berbeda nilainya sekitar 612,9057 kJ/kg sampai dengan 612,3577 kJ/kg  begitu  juga  dengan  efisiensi  masih  dalam  nilai  yang  sama  yaitu  sekitar 81,2%  sampai  dengan  81,3%.  Di  hari  ketiga  kinerja  naik  dari  612,3577  kJ/kg sampai dengan 633,2260 kJ/kg dan efisiensi naik sekitar 1 % dari 81.3% sampai dengan  82,5%.  Adanya  kenaikan  temperatur  masuk  turbin  dan  tekanan mempengaruhi naiknya dari kinerja dan effisiensi turbin.

## Analisa Kinerja vs Efisiensi Sesudah Perbaikan Tanggal 17 Desember s/d 19 Desember 2010
Analisa  hubungan  efisiensi  turbin  dan  kinerja  sesudah  perbaikan  pada tanggal tanggal 17 Desember s/d 19 Desember 2010 dapat di lihat dalam Gambar 12.
Gambar 12.   Grafik Kinerja vs Efisiensi sesudah perbaikan tanggal 17 Desember s/d 19 Desember 2010
Dari  Gambar  12  diketahui  bahwa  pada  hari  pertama  dan  kedua,  terlihat kinerja  turbin  naik  sekitar  708,9780  kJ/kg  sampai  dengan  716,7845  kJ/kg  begitu juga  dengan  efisiensi  terjadi  kenaikan  yang  cukup  signifikan  sekitar  86,5% sampai  dengan  87,4%.  Adanya  kenaikan  temperatur  masuk  turbin  dan  tekanan mempengaruhi naiknya dari kinerja dan effisiensi turbin.

## KESIMPULAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat  diambil  beberapa  kesimpulan, antara lain:
1. Data  pada  tanggal  1  November  s/d  3  November  2010  dengan 17  Desember  s/d  19  Desember  2010  menunjukan  adanya  perbedaan    hasil kinerja  dan  efisiensi  yang  signifikan.  Hal  ini  dibuktikan  pada  data  tanggal 1 November s/d 3 November 2010 yang memiliki persentase efisiensi yang berkisar  antara  81,2%  sampai  82,5%  dengan  data  17  Desember  s/d  19 Desember  2010  yang  memiliki  persentase  dari  86,5%  sampai  dengan 87,4%. Hubungan antara efisiensi dengan kinerja adalah apabila kinerja naik maka  efisiensinya  pun  akan  naik.  Hal  ini  dibuktikan  oleh  grafik  efisiensi terhadap kinerja.
2. Terlihat dari data analisa bahwa adanya hubungan antara temperatur masuk turbin  dan  temperatur  keluar  turbin  yang  mempengaruhi  performa  turbin. Hal  ini  dibuktikan  dari  beberapa  data  pada  tanggal  1  November,  17 Desember dan 18 Desember.

## REFERENSI
Arismunandar, Wiranto, 2004 ; Penggerak Mula Turbin, Penerbit ITB, Bandung, Arismunandar,  Wiranto,  2002  ;  Pengantar  Turbin  Gas  dan  Motor  Propulsi,
Penerbit ITB, Bandung.
Belyamin, 2008 ; Mesin Thermal, Politeknik Negeri Jakarta, Jakarta.
Horlock,  J.  H.,  2003,  Advanced  Gas  Turbine  Cycles.  Oxford:  ELSEVIER SCIENCE, Ltd.
Jusafwar, 2010 ; Teori Dasar Turbin Gas, Politeknik Negeri Jakarta, Jakarta. Mark,Melvin, 1979 ; Thermodynamic Principlesand Application, Amerika. Moran,  J.  Michael  and  Howard  N.  Saphiro,  1988.  Fundamentals  of  Engineering Thermodynamics. New York: John Wiley & Sons. Inc.