MOTOR TURBO JET

 Pada umumnya motor turbin gas mempunyai bagian – bagian utama sebagai berikut :

a.   Bagian pemasukan udara (air intake / air inlet duct)

b.   Kompresor

c.   Ruang bakar

d.   Turbin

e.   Saluran gas buang (exhaust duct)

f.    Alat – alat bantu (accessories)

g.   Sistem – system :

·         Sistem starting

·         Sistem bahan bakar

·         Sistem pelumasan

·         Sistem anti es

·         Sistem pendinginan, dll.

turbo jet single entry stage centrifugal kompresor dan double entry single stage centrifugal kompresor

Keterangan gambar:

1.   Aksosoris

2.   Saluran udara masuk

3.   Kompresor

4.   Pipa bahan bakar

5.   Alat penyala

6.   Ruang bakar

7.   Sudut pengarah

8.   Sudu turbin

9.   Roda turbin

10   Kipas pendingin

 

11. Energi panas

           

Bagian – bagian yang utama ini pada semua motor turbingas pada dasarnya adalah sama, hanya kadang – kadang nama dari bagian atau komponen agak berbeda karena adanya perbedaan terminology dari masing – masing pembuat / pabrik motor tersebut.

 

Factor terbesar yang mempengaruhi bentuk konstruksi dari setiap motor turbin gas adalah tipe dari kompresor yang digunakan, yang ditentukan pada saat perencanaan.

 

Dari segi tipe kompresor yang digunakan tersebut, maka motor turbin jet ini dibagi menjadi dua macam, yaitu :

1.   Motor turbo jet denga kompresor centrifugal

2.   Motor turbo jet dengan kompresor axial

1.   MOTOR TURBO JET DENGAN KOMPRESOR CENTRIFUGAL

Suatu motor turbo jet denga kompresor centrifugal dapat dilihat pada gambar. Sesuai dengan namanya motor ini mempergunakan kompresor centrifugal, yang berarti bahwa udara dimampatkan dengan gaya centrifugal.

 

Pemasukan udara (air intake) adalah merupakan saluran udara menuju ke kompresor. Yang direncanakan sedemikian rupa sehingga udara yang diperlukan untuk motor dapat terpenuhi dalam semua kondisi penerbangan yang diinginkan. Setiap penyumbatan atau kerusakan pada saluran ini akan sangat mempengaruhi preatasi / kemampuan motor tersebut. Udara masuk dekat titik tengah impeller dari kompresor, kemudianudara tadi dilemparkan keluar menuju alat difusi (diffuser) begitu kompresor mulai berputar. Kompresor direncanakan dan dibuat secara tepat dan dengan kesetimbangan yang sangat baik (balanced).

 

Alat difusi (diffuser) merubah energy kinetis udara yang meninggalkan kompresor menjadi energy potensial (tekanan) dengan cara merubah kecepatan menjadi tekanan.udara yang telah mempunyai energy potensial tadi dimasukkan kedalam ruang pembakaran, dimana didalam ruang bakar juga disemprotkan bahan bakar melalui nosel bahan bakar, sehingga terjadilah penyalaan yang terus – menerus. Kecepatan yang tinggi dari gas hasil pembakaran memasuki suatu nosel yang mengarahkan aliran gas itu sedemikian rupa sehingga roda turbin berputar dengan cepat sekali dank arena roda turbin mempunya posos yang sama dengan kompresor maka kompresor juga turut berputar bilamana roda turbin berputar. Secara singkat cara kerjanya adalah, mula – mula motor starter menggerakkan kompresor dengan sendirinya turbin juga ikut berputar.

 

Setelah kompresor mempunyai kecepatan yang cukup untuk memberikan voleme udara yang memadai ke dalam ruang bakar maka bahan bakar disemprotkan melalui nosel bahan bakar dan kemudian dinyalakan oleh alat penyala (igniter plug). Alat penyala ini hanya dipergunakan pada waktu penyalaan mula saja, selanjutnya bahan bakar dan udara didalam ruang bakar akan menyala secara terus – menerus.

 

Motor jet pada kenyataannya hanya membakar sebagian kecil saja dari udara yang diberikan oleh kompresor. Aliran udara dengan volume yang cukup besar mengalir sekitar dan diluar nyala api dan berfungsi untuk menyempurnakan proses pembakaran dalam waktu yang sesingkat – singkatnya, mendinginkan bagian – bagian ruang bakar serta mengusahakan distribusi temperature gas pembakaran keluar ruang bakar yang homogeny, sehingga sudu - sudu turbin tidak dikenai oleh tegangan thermal yang berarti.

 

Motor turbo jet dengan kompresor centrifugal

 

2. MOTOR TURBO JET DENGAN KOMPRESOR AXIAL

Pada motor turbo jet yang mempergunakan kompresor axial, udara mengalir secara aksial yaitu kira – kira lurus atau sejajar dengan sumbu dari motor tersebut. Bentuk dari motor tersebut agak panjang bila dibandingkan dengan motor turbo jet yang memakai kompresor centrifugal. Pada gambar 9 nampak komprespr axial beberapa tingkat. Prinsip kerja dari motor turbo jet dengan kompresor axial ini sama saja dengan motor turbo jet dengan  kompresor centrifugal namun motor turbi jet dengan  aliran azail ini mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan motor turbo jet dengan aliran radial (centrifugal), yang antara lain :

a.   Udara mengalir dengan jalan yang hampir lurus melalui motor, sehingga energy yang hilaang untuk merubah arah aliran akan berkurang

b.   Perbandingan tekanan udara sesudah keluar kompresor dengan sebelum kompresor (perrure ratio) akan lebih besar, karena kompresor dapat dibuat bertingkat banyak sesuai dengan kehendak para perencananya.

c.   Penampang dari motor dapat dibuat lebih kecil, untuk kebutuhan volume udara yang sama. Disini starter dihubungkan dengan kompresor tekanan tinggi, tujuannya adalah untuk memperoleh beban yang ringan pada waktu start.

 

Motor turbo jet dengan kompresor axial ganda

 

 

 

 

 



 

 

MACAM – MACAM MOTOR TURBIN

Semua motor turbin gas pada dasarnya adalah sama. Perbedaan antara satu dengan yang lainnya terletak pada metode dari tiap – tiap motor tersebut dalam cara merubah energy yang ada pada turbin menjadi gaya dorong yang berguna bagi pesawat terbang.

Dalam motor turbin gas ini terdapat 3 macam cara dalam merubah energy pada turbin menjadi gaya dorong, yang masing – masing akan menjadi tipe atau macam dari motor turbin gas tersebut. Macam – macam dari motor turbin gas tersebut adalah :

·         Motor turbo jet

·         Motor turbo propeller

·         Motor turbo fan

·         Motor turbo shaft

Pada umumnya bentuk motor turbo jet yang sering juga disebut dengan motor    pure – jet adalah suatu motor dengan luas penampang pemasukan udara yang kecil sehingga aliran udara yang masuk kedalam motor tersebut adalah relative kecildan agar diperoleh gaya dorong yang besar maka alran gas keluar motor harus berkecepatan yang tinggi.

 

Motor turbo jet tersebut pada umumnya dipakai pada peasawat – pesawat terbang yang terbang tinggi diatas permukaan laut dan mempunyai kecepatan terbang yang tinggi pula.

 

Pada motor turbo prop, daya yang dihasilkan pada poros turbin dipakai untuk memutarkan baling – baling dan agar supaya putaran baling – baling tidak terlalu tinggi, dipergunakan roda – roda gigi reduksi.

 

Baling – baling menggerakkan sejumlah besar massa udara pada kecepatan rendah dimana arahnya berlawanan dengan arah terbang dari pesawat udara. Penggunaan dari motor turbo prop ini adalah pada pesawat yang terbang tidak terlalu tinggi dan dimana diperlukan landasan yang pendek untuk pendaratan.

 

 

 

Motor turbo fan adalah suatu motor yang mempunyai perpaduan antara sifat – sifat yang baik dari motor turbojet dengan motor turbo prop. Dimana pesaawat terbang yang ditenagai oleh motor turbo fan ini akan menghasilkan prestasi yang lebih baik daripadamotor turbo prop pada waktu pesawat sedang terbang tinggi, demikian juga prestasi dari motor turbo fan akan lebih baik dari pada motor turbo jet pada waktu pesawat udara terbang rendah.

 

Motor turbo jet memberikan percepatan udara yang tinggi terhadap berat udara yang kecil. Motor turbo prop memberikan percepatan udara yang rendah terhadap berat udara yang besar.

PRINSIP MOTOR TURBIN GAS

Suatu unit turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : kompresor, ruang bakar dan turbin. Dalam unit ini energy kimia dari bahan bakar dirubah menjadi energy panas dan energy panas ini kemudian dirubah menjadi energy mekanis. Susunan dari unit gas dapat dilihat pada gambar 3.

Udara atmosfer masuk ke dalam kompresor yang berfungsi menghisap dan menaikkan tekanan dan temperature udara tersebut., hingga diperoleh perbandingan tekanan yang berkisar antara 2,5 sampai dengan 15,5 tetapi sangat bergantung kepada perencanaan unit turbin gas tersebut. Yang dimaksud dengan perbandingan tekanan (pressure ratio) adalah perbandingan tekanan absolute dari udara yang masuk kompresor.

 Udara bertekanan dari kompresor ini kemudian masuk ke dalam ruang bakar (combustor).

Dalam ruang bakar, bahan bakar disemprotkan kedalam udara bertekanan dan kemudian dinyalakan dengan suatu alat penyala (igniter) hingga terbakar. Kompresor dan ruang bakar menghasilkan zat kerja dengan energy yang tinggi, kemudian zat tersebut melakukan ekspansi dalam suatu turbin gas dan menghasilkan daya poros.

Yang dimaksudkan dengan zat kerja adalah zat yang digunakan untuk menghasilkan kerja pada turbin yaitu gas hasil pembakaran di dalam ruang bakar.

Jumlah udara yang dialirkan masuk kedalam ruang bakar jauh lebih banyak dari pada yang diperlukan. Jumlah udara yang masuk ini 4 sampai 10 kali lebih banyak dari pada yang diperlukan secara teoritis untuk suatu pembakaran agar supaya temperature dari ruang bakar dan temperature dari zat kerja yang keluar ini tidak terlalu tinggi.

1.   PROSES KELILING (SIKLUS) BRAYTON

Sebuah motor turbin gas yang sederhana bekerjanya berdasrkan proses keliling Brayton (siklus bryton). Proses keliling brayton ini dapt digambarkan pada diagram

Proses keliling brayton ini terdiri dari proses proses :

0 – 1 proses pemasukan udara

1 – 2 proses kompresi udara secara isentropis dalam kompresor

2 – 3 proses pemasukan kalor sebesar Qm secara isobar (tekanan tetap) didalam             .       ruang bakar

3 – 4 proses ekspansi secara isentropis  didalam turbin

4 – 1 proses pembuangan kalor sebesar Qk pada tekanan tetap (isobar)

 

Disamping itu zat dianggap sebagai gas ideal dengan panas jenos Cp yang konstan. Dengan demikian :

Qm = G.Cp(T3 – T2)  dan   Q = G.Cp(T4 – T1)

Dan diagram juga nampak bahwa  :

2.  PERBEDAAN PRINSIP KERJA MOTOR TURBIN DENGAN MOTOR PISTON

 

 

 

 

Proses –proses yang berlangsung pada motor turbin gas sama saja dengan proses yang berlangsung pada motor piston (bensin), hanya tempat dimana terjadinya proses tersebut ada perbedaan. Dari gambar juga dapat dilihat perbedaan yang nyata yaitu bahwa prose – proses kompresi, pembakaran dan ekspansi pada system turbin gas berlangsung didalam komponen yang berlainan, sedangkan pada motor piston, ketiga proses tersebut berlangsung didalam silinder.

Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa terdapat kesamaan fungsi – fungsi yang dilakukan baik pada motor piston maupun motor turbin gas yaitu: pemasukan, kompresi, pembakaran dan usaha yang diperoleh dari energy panas kemudian dirubah kedalam bentuk energy mekanis (poros).

Keuntungan dari system turbin gas ini dibandingkan dengan motor piston adalah bahwa jenis bahan bakar yang dapat dipergunakan lebih luas, getaran – getaran lebih sedikit karena tidak adanya unit yang bergerak bolak – balik dan daya yang besar sampai dengan 200.000 hp pada satu poros dapat diperoleh.

 

3.   PROSES PEMBAKARAN

Proses pembakaran terjadi terus – menerus sehingga temperature gas pembakaran harus dibatasi sesuai dengan kekuatan material sudu – sudunya turbin. Hal tersebut dilaksanakan karena kekuatan material akan turun dengan naiknya temperature. Tekanan didalam ruang bakar berkisar antara 2,5 – 6 atm atau lebih. Sedangkan temperature gas pembakaran keluar dari ruang bakar antara 500 - 1100°C. untuk membatasi temperature keluar dari ruang bakar maka system turbin gas mempergunakan jumlah udara yang berlebihan. Perbandingan berat bahan bakar  - udara untuk proses pembakaran kira – kira antara

, jadi sangat rendah bila dibandingkan dengan motor bakar torak. Pada gambar 6 dapat dilihat proses pembakaran didalamruang bakar. Udara dengan jumlah yang berlebihan berguna untuk :

a.   Menyempurnakan proses pembakaran dalam waktu yang sesingkatnya.

b.   Mendinginkan bagian – bagian dari ruang bakar.

Meratakan suhu gas pembakaran dari ruang dan agar gas pembakaran tadi menjadi homogeny.

 

 

 

 

KONSEP DASAR PRINSIP KERJA GAS TURBINE ENGINE

Turbine gas dipergunakan dalam bidang - bidang yang memerlukan daya poros dan panas, kedua - duanya atau hanya salah satu saja. Turbine gas ini dipergunakan dalam motor - motor pesawat terbang seperti turbo jet dan turbo propeller, kendaraan - kendaran bermotor, kapal - kapal, lokomotif dll. Sebagai penggerak utama, turbine gas juga dipergunakan untuk menggerakkan compressor - compressor, pompa - pompa, fan - fan dan generator - generator listrik.

 

Penemuan gas turbine

 

Tidak seorangpun mengetahuin dengan jelas siapa sebenarnya yang pertama kali menemukan prinsip turbine gas tersebut, tetapi kadang - kadang pnghormatan telah diberikan kepada seorang yang bernama Hero dari mesir, kira - kira 150 tahun SM. Dia menemukan suatu mainan yang berputar akibat prinsip reaksi dari aliran uap yang diperoleh dari pemanasan air di dalam ketel seperti terlihat pada gambar 1.

Gambar 1. Hero Aeolipile

 

 

Pada gambar 2 merupakan suatu penemuan yang disebut dengan kendaraan Newton yang dapat bergerak maju akibat reaksi dari uap yang dilepaskan kebelakang.

 

Pengembangan turbine gas telah dilakukan terus menerus. Desain pertama yang penting dibuat oleh John Barber dari inggris pada tahun 1791. Sistem gas turbin tersebut dilengkapi dengan komponen - komponen system gas turbin yang modern dan system tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran bahan bakar. Kompresornya pun telah digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Stolze mungkin adalah orang yang pertama kali mendesain suatu system turbin gas yang sesungguhnya.

Gambar 2. Kendaraan Newton

 

 

Dalam sistem gas tersebut digunakan compressor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi bertingkat ganda, dimana tubin tersebut digerakkan oleh gas hasil pembakaran dari bahan - bahan dan udara di dalam ruang bakar.

 

Pengujian terhadap system turbin gas tersebut dilaksanakan dalam tahun 1900 dan 1904. Pada tahun 1884 seorang inggris bernama Sir Charles Parson menemukan suatu turbin uap, yang menjelaskan lebih lanjut tentang teori bahwa turbin dapat digunakan untuk menggerakkan compressor dengan mendapatkan tenaga dari luar dan dengan arah yang berlawanan. Parson juga berpendapat bahwa udara yang di kompresikan dapat dimasukkan kedalam suatu ruang bakar, kemudian bahan bakar dimasukkan dan gas hasil pembakaran mengembang melalui turbin. ide dari system turbin kompresor ini pada dasarnya adalah sama seperti apa yang telah dibuat pada saat ini kecuali bentuk dari sudu - sudunya.

Pada tahun 1900 Dr. Sanford A. Moss seorang amerika yang bekerja pada perusahaan General Electric menemukan suatu motor turbin gas tetapi masih kurang sukses karena daya yang dibutuhkan untuk memutarkan kompresor ternyata lebih besar dari daya yang dihasilkan oleh motor turbin tersebut. Akan tetapi data – data penemuannya itu mempunyai nilai yang tinggi sehingga  pada perusahaan tersebut dilaksanakan suatu proyek motor turbin gas pada tahun 1903 dan akhirnya pada waktu perang dunia ke satu dibuatlah suatu motor General Electrik turbo super charger. Seorang inggris bernama Frank Whittle mulai bekerja pada motor turbin gas sejak ia masih belajar sebagai kadet royal air force, dimana pada tahun 1937 dia mengeluarkan suatu konsepsi tentang motor turbin gas yaitu kompresor ditempatkan pada bagian depan dan turbin pada bagian belakang pada poros yang sama, energy panas diberikan melalui ruang bakar pada turbin dan pancaran gas dikeluarkan pada bagian pembuangan. Pada tahun 1937 motor turbin gas hasil rencana dari whittle ini dicoba putar pada bangku uji dengan hasil yang memuaskan, sehingga pada bulan mei 1941 terbang uji pun dimulai dengan pesawat terbang eksperimental Gloster E 28/39 yang ditenagai oleh motor turbin ga WI (whittle 1), hasil dari terbang uji ini sangat memuaskan sehingga pabrik –pabrik maupun pemerintah sangat tertarik untuk lebih mengembangkannya lagi.

Pada tahun – tahun yang hampir bersamaaan pengembangan terhadap motor turbin gas ini dilakukan dibeberapa Negara, seperti italia misalnya Secohdo Campini membuat motor turbin gas yang ditempatkan pada suatu pesawat terbang dan melakukan terbang uji pertama bulan agustus 1940 selama 10 menit dengan hasil sangat memuaskan.

 Tercatat juga bahwa pada bulan November 1941, colonel Mario De Bernardi melakukan penerbangan dari Milan ke roma dengan pesawat yang ditenagai oleh motor turbin gas dengan kecepatan rata – rata 130 mil per jam.

 

 

Gambar 3. Bagian utama motor turbo jet

 

 Sementara itu di jerman Heinkel Aircraft Company sukses juga dengan pengembangan motor turbin gas ini sehingga pada tahun 1939 dibuat pesawat terbang Heinkel He 178 yang ditenagai oleh motor He S3B yang mempunyai gaya dorong sebesar 1100 lbs.

 Demikianlah selanjutnya perusahaan – perusahaan di inggris dan amerika serikat Gloster Aircraft Company dan Bell Aircraft Corporation membuat pesawat – pesawat yang ditenagai oleh motor turbin gas berdasarkan konsepsi Frank – whittle.

Hanya beberapa orang yang penting dari sekian banyak penemu motor turbin gas yang tercatat disini, tetapi yang penting bahwa setiap orang tersebut bekerja berdasarkan pada hukum – hukum gerak Sir Isaac Newton.