Analisa
perbandingan kekerasan material pada turbin gas dan uap
1 Turbin Uap
Di Indonesia sebagian besar pembangkit tenaga listrik
menggunakan turbin gas atau turbin uap, baik untuk skala pembangkit yang besar
atau yang kecil. Sistem turbin beroperasi pada kondisi tegangan yang besar,
suhu yang tinggi dan lingkungan yang korosif. Oleh karena itu, komponen untuk
sistem turbin harus menggunakan material suhu tinggi yang tahan oksidasi, tahan
korosi, tahan mulur (creep) dan tahan lelah (fatigue) seperti
baja tahan karat, paduan super berbasis nikel atau cobalt. Untuk lebih
meningkatkan ketahanan oksidasi dan korosi, komponen juga dilapis dengan difusi
aluminide (NiAl), overlay (NiCrAlY) atau keramik penghalang panas (thermal
barrier coating) seperti Zirkonia yg distabilkan Yittria.
Meskipun demikian kegagalan komponen seringkali terjadi
pada sistem turbin ini yang disebabkan oleh berbagai hal seperti kesalahan
design (pemilihan material, geometri dll), cacat pembuatan, dan kondisi dan
lingkungan operasi. Kegagalan komponen yang prematur (unpredictable failure)
bisa menyebabkan pemadaman sistem (shutdown), ledakan api, kebocoran
gas dan kerugian produksi. Untuk pemulihan sistem dengan pertimbangan waktu dan
ekonomi, perbaikan komponen (repair) lebih cocok dibanding penggantian komponen
baru.
Pilihan ini tentunya dengan mempertimbangkan pula tingkat
kerusakan komponen sehingga layak dilakukan perbaikan. Selain itu sebelum
melakukan operasi perbaikan ini, perlu dilakukan pula analisa kegagalan
komponen untuk menentukan penyebab utama kegagalan tersebut sehingga operasi
perbaikan dapat dilakukan untuk mencegah terjadinya kembali kegagalan serupa.
Operasi perbaikan
komponen biasanya dilakukan dengan proses pengelasan (welding) dan dan
faktor-faktor yang mempengaruhinya adalah mampu las material, tipe kerusakan
material, ketersediaan metoda dan bahan pengelasan, perlakuakn panas sebelum
atau sesudah pengelasan, inspeksi setelah perbaikan dengan uji tak merusak (Non-destructive
test), proses pelapisan (coating) dan sebagainya.
2 Turbin gas
Seperti
yang telah disebutkan sebelumnya, bahwa pada turbin gas bekerja dengan Turbine Inlet Temperature 800-900oC
dan putaran hingga 500 m/s. Kedua parameter ini akan memerlukan unjuk kerja
material yang memenuhi dalam keadaan operasi ini. Hal ini menyebabkan pemilihan
material yang tepat merupakan syarat yang mutlak, apalagi unjuk kerjanya akan
turun sesuai waktu penggunaannya, yang berbanding lurus dengan tegangan geser
yang terjadi. Tegangan geser ijin dari material merupakan fungsi dari
temperatur material [8]. Jenis material yang biasa digunakan pada turbin antara
lain:
SiC dan Si3N4 [23]. Material jenis ini merupakan
material keramik komposit yang banyak digunakan sebagai material turbin karena
kekuatan yang tinggi, massa jenis yang rendah, stabilitas thermal yang rendah,
dan ketahanan oksidasi yang tinggi. Namun, material ini kurang dapat difabriksi
dengan presisi tinggi dan kehalusan permukaan yang optimal
Si3N4-TiN [23]. Paduan TiN sebanyak 30-40%
ditambahkan pada Si3N4 sehingga properti dari Si3N4
dapat diperbaiki, antara lain: ketahanan terhadap retak, flexural strength, wear
resistance, electrical resistivity yang
lebih rendah, dan lebih mudah dimanufaktur.
Inconel 738 [12,15].
Nimonic 80A, 90, 105, 108, 115 [15].
Inconel 792 [15].
Pentingnya peran
kompresor pada turbin gas serta karakteristik operasinya tidak hanya menuntut
profil dengan rugi aliran yang kecil maupun distribusi temperatur yang baik
namun juga menuntut pemilihan material yang tepat. Operasi kompresor memberikan
tegangan sentrifugal yang tinggi pada sudu (high
centrifugal stress), karena pada kompresor radial satu tingkat yang
digunakan pada MGT kecepatan yang harus dicapai pada bagian tepi dari sudu
hingga 500 m/s. Selain karena tegangan yang tinggi, kecepatan yang tinggi ini
juga akan berpengaruh pada temparatur kompresor. Verstarete et al dalam
jurnalnya menulis bahwa tegangan geser ijjin merupakan fungsi dari temperatur
material. Material kompresor sentrifugal yang digunakan pada turbin gas merupakan
material khusus yang antara lain harus memiliki karakteristik:
Kekuatan pada temperatur tinggi Massa jenis yang rendah Pada kompresor sentrifugal, terdapat
beberapa jenis material yang biasa digunakan, antara lain; High-Strength Titanium Alloy grade 5 (Ti-6Al-4 v) [8,15,23] dengan properti: Modulus elastisitas, 
Rasio Poison = 0.342 Massa jenis, 
Tegangan ijin maksimum, 
Aluminium RR 58 [15]. Stainless Steel: A286, Greek
Ascology, FV 535, FV 520, 17-4 Ph, 403 [15]. Precipitation Hardening Super Alloy:
Inco 718, Nimonic 901 [15].
3. Turbin air
Saat ini semua bilah rotor turbin modern tidak
menggunakan lagi bahan dari kayu. Dari segi karakter, kayu memiliki banyak
kelemahan seperti tidak tahan iklim, mudah lapuk dan mempunyai tingkat
kekerasan yang lebih rendah dibanding material lain seperti baja.
Seolah ingin mementahkan hal tersebut, sebuah
perusahaan Hydra Tidal yang berbasis di Harstad, Norwegia
rencananya akan membuat prototip pembangkit listrik yang memanfaatkan pasang
surut laut skala penuh dengan daya terpasang 1,5 MW. Lokasi pembangkit terapung
berada di selat Gimsøystraumen. Turbin
dengan diameter sepanjang 23 meter akan terbenam di dalam air. Material yang
digunakan untuk bilah sudu tersebut tidak lain adalah kayu yang telah dilapisi
dengan material tertentu untuk mendapatkan karakter terbaiknya.
''Kayu adalah material homogen berpori, sehingga ia
memiliki karakteristik hidrologi dan mekanik yang lebih baik dibanding material
konvensional saat ini, seperti komposit dan baja. Tantangan utamanya adalah
proses perakitannya, tapi kami yakin telah menemukan solusinya,'' jelas Svein
D. Henriksen, direktur litbang Hydra Tidal. Henriksen juga menegaskan bahwa
penggunaan kayu pada bilah rotor turbin juga pilihan yang ramah lingkungan,
terutama dalam perspektif siklusnya.
Perakitan, pemasangan dan perawatan lebih mudah
dilakukan bagi fasilitas terapung daripada fasilitas yang terpancang di dasar
laut. Demikian halnya dengan pembangkit listrik Morild yang dirakit di darat
dan kemudian ditarik ke lokasi dimana pembangkit tersebut akan beroperasi.
Awalnya pembangkit listrik tersebut akan dipasang di
selat Gimsøystraumen dengan kecepatan 1,8 meter per detik, untuk uji coba dan
dievaluasi hasilnya. Kemudian akan dipasang di selat Moskenesstraumen yang mempunyai
kecepatan 3 meter per detik.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar