OPERATION SYSTEM

OPERATION SYSTEM

Pengoperasian mesin turbofan, untuk pertama kalinya (starting process) akan digerakkan atau diputar dengan udara bertekanan (air pressurized) yang dihasilkan oleh suatu sistem turbin gas berukuran kecil yang dikenal dengan Air Turbine Starter (ATS) atau Auxillary Power Unit (APU).  ATS atau APU tersebut akan memutarkan beberapa komponen utama mesin, seperti halnya fan, compressor, turbine dan accessories system yang mana komponen-kompenen tersebut berguna untuk mendukung keperluan operasional mesin (engine operation).
Untuk selanjutnya dapat dijelaskan disini bagaimana siklus operasional suatu mesin turbin gas berlangsung, yang akan ditampilkan ilustrasi skema rancangan dari suatu mesin turbin gas.  Dan Gambar 1.1 di bawah ini juga dapat dijadikan sebagai informasi teoritis dari suatu skema rancangan mesin turbin gas dan mesin turbofan, yang digunakan sebagai dasar pengertian siklus operasional mesin turbin gas.

Gambar 1.1 siklus operasional suatu mesin turbin gas berlangsung


Penjelasan secara teoritis proses siklus operasional suatu mesin turbin gas dapat dimulai dari berputarnya komponen fan dan atau compessor. Sesuai dengan fungsinya, kedua komponen tersebut akan menghisap udara yang ada di luar (ambient air) atau di depan mesin untuk masuk ke dalam ruang mesin melalui saluran masuk (air inlet duct). Udara yang terhisap tersebut terbagi menjadi dua aliran, yaitu pertama aliran udara yang terhisap atau melalui fan dan kedua aliran udara yang terhisap oleh compressor. Udara yang terhisap oleh fan, untuk selanjutnya akan dialirkan secara baypass (diluar engine core) ke bagian exhaust fan.  Dalam kondisi ini, aliran udara yang berfungsi sebagai media kerja tersebut akan mengalami perubahan momentum dan percepatan (acceleration), sehingga mengasilkan gaya dorong (thrust force)- sesuai dengan hukum Newton II dan Newton III. Gaya dorong yang dihasilkan oleh putaran fan ini lebih dikenal dengan fan thrust (Ffan), atau dalam istilah lainnya aliran udara langsung (fan air bypass) ini juga dikenal dengan istilah aliran udara dingin (air cold flow/stream). Sedangkan aliran udara yang dihisap oleh komponen compressors akan dialirkan ke dalam engine core, yang mana aliran udara tersebut akan melalui beberapa komponen utama engine seperti combustion chamber, turbine dan exhaust nozzle, hingga akhirnya aliran udara tersebut dapat menghasilkan gaya dorong (thrust force).  Gaya dorong yang dihasilkan oleh engine core ini dikenal dengan istilah core thrust (Fcore) atau juga dikenal dengan istilah aliran udara panas (air hot flow/stream).

Besarnya gaya dorong fan (fan thrust) yang terjadi umumnya berkisar antara 70% - 80% dari total gaya dorong (total thrust) yang dihasilkan oleh suatu mesin turbofan.  Dan untuk core thrust, gaya dorong yang terjadi biasanya berkisar antara 20% - 30% dari total thrust yang dihasilkan. Dengan berputarnya compressors, aliran udara dimampatkan atau dikompresikan untuk dapat ditingkatkan tekanannya sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan dalam proses pembakaran (burning process requiretment). Secara teoritis dapat dikatakan, bahwa proses kompresi ini merubah kondisi energi kecepatan aliran udara masuk (air intake momemtum energy) menjadi udara bertekanan (air pressure energy). Udara yang telah di kompresikan tersebut, kemudian dialirkan ke ruang bakar (combustion chamber) untuk selajutnya dicampur dengan bahan bakar (fuel) yang disemprotkan melalui fuel nozzle dengan nilai perbandingan tertentu (fuel/air-mixture ratio).  Pada saat yang bersamaan, campuran antara udara dengan bahan bakar tersebut akan diberikan pengapian atau dibakar (burning process) dengan perantara pemantik api (igniter plug), sehingga pada saat yang bersamaan terjadi proses pembakaran. Dalam ruang bakar ini energi udara bertekanan (air pressure energy), dirubah menjadi energi udara panas (air thermal energy)

DOWNLOAD | Here

APU (AUXILIRY POWER UNIT)

APU (AUXILIRY POWER UNIT)


4.1. PENJELASAN DAN FUNGSI UMUM

Auxiliary power unit (APU) adalah sistem gas turbin yang berfungsi menyuplai sistem elektrikal dan udara bertekanan (pneumatic) yang disebut bleed air untuk menjalankan Air Conditioning (AC) ke semua sistem pesawat. APU mirip dengan engine namun perbedaannya terletak gaya dorong (thurst), dimana APU tidak menghasilkan thrust. APU dipakai pada saat semua mesin dalam keadaan mati. Pada saat mesin dimatikan, pesawat masih perlu pasokan listrik untuk instrumen dan alat kelistrikan lainnya serta menyediakan bleed air untuk menjalankan air conditioning pack (AC). Tenaga pneumatik yang dihasilkan oleh APU juga digunakan untuk menyalakan mesin pesawat, dengan cara memberikan udara bertekanan ke mesin turbin pesawat sehingga turbinnya berputar dan setelah putarannya cukup, bahan bakar bisa dimasukkan ke ruang pembakaran. Hasil pembakaran akan memutar turbin sampai turbin berputar sendiri.

Gambar 1 Contoh Auxiliary power unit AIRBUS A360



Pada dasarnya APU dipakai saat semua mesin dalam keadaan mati. Normalnya APU dinyalakan saat pesawat disiapkan untuk terbang oleh teknisi atau penerbangnya. APU akan dimatikan pada waktu mesin pesawat sudah menyala. APU dinyalakan kembali saat pesawat mendarat dan sebelum mesin dimatikan agar kelistrikan dan AC pack di pesawat

bisa digunakan. Untuk transit, maintenance atau service cleaning ketika pesawat di ground APU harus digunakan jika bandara tersebut tidak menyediakan Ground Power Unit (GPU). Pada waktu terbang APU bisa dinyalakan untuk menggantikan generator yang rusak. Pesawat komersial bermesin ganda biasanya memiliki satu generator dan satu bleed air/ AC pack di masing-masing mesinnya. Jadi jika salah satu generator tidak berfungsi maka APU generator bisa dipakai untuk penggantinya.

Kemampuan APU tidak sama dengan mesin pesawat. Tidak semua APU bisa di nyalakan di ketinggian maksimum yang bisa dicapai oleh pesawat tersebut. Misalnya ada pesawat yang terbang mencapai 37.000 kaki tetapi APUnya hanya bisa di nyalakan pada ketinggian 25.000 kaki, meskipun ada juga APU yang sanggup di operasikan pada ketinggian maksimum pesawatnya.

4.2. KONSTRUKSI SISTEM APU

Auxiliary power unit (APU) mempunyai tiga bagian utama yaitu:

4.2.1.  Power Section

Merupakan bagian generator gas engine dan menghasilkan semua power shaft APU.


4.2.2.  Load Compressor Section

Load compressor pada umumnya berupa shaft-mounted compressor yang menghasilkan tenaga pneumatic pesawat, sedangkan beberapa extract bleed air APU dihasilkan melalui compressor power section. Ada dua alat penggerak, yaitu Inlet Guide Vanes yang mengatur aliran udara yang mengalir ke load compressor dan surge control valve yang menstabilkan operasi mesin turbo.

4.2.3.  Gearbox Section

Gearbox mentransfer tenaga dari shaft utama engine ke generator oil-cooled untuk tenaga listrik. Melalui Gearbox, power juga ditransfer ke aksesoris engine seperti fuel control unit, modul pelumasan, dan fan pendingin. Selain itu, ada juga starter motor yang terhubung melalui gear train untuk melakukan fungsi awal dari APU.Beberapa desain APU menggunakan kombinasi starter/generator untuk menyalakan APU dan pembangkit tenaga listrik untuk mengurangi kompleksitas.
 Adapun konstruksi engine APU ini untuk type GTCP 85-129 terdiri dari:


Diffuser

Berfungsi sebagai penampung udara yang masuk ke engine, dimana oleh kompressor ditekan untuk melakukan proses pembakaran. Fungsi utama dari diffuser ini ialah agar aliran udara dapat rata dan halus sehingga dapat mencegah terjadinya stall dan mengurangi ram air pressure loss. Oleh karena itu diffuser perlu diperhatikan dan dipelihara dari kerusakan dan perubahan bentuk akibat pembentukan es saat pesawat kondisi cruise.

Compressor

Berfungsi merubah energi kinetik (kecepatan) menjadi energi mekanik (tekanan) udara yang masuk ke ruang bakar. Dengan naiknya tekanan udara maka volume udara akan mengecil sehingga proses pembakaran antara fuel dan udara terjadi pada volume yang kecil. Kompresor diputar oleh turbin melalui poros yang berhubungan. Sistem propulsi kompresor yang digunakan adalah jenis aksial dengan pertimbangan area yang digunakan sehingga tahanannya rendah.

Combustion (Ruang Bakar)

Berfungsi membakar campuran udara dan bahan bakar kemudian mengalirkan gas hasil pembakaran ke turbin dengan suhu yang merata. Temperature gas pembakaran dijaga dan dibatas oleh kekuatan struktur material di turbin dan ruang bakar. Kerugian tekanan harus dijaga seminimal mungkin dan efesiensi pembakaran harus dijaga sebesar mungkin untuk menghindari flame out dan menjaga agar pembakaran tetap berjalan dengan baik. Sekitar 20%- 30% udara digunakan untuk pembakaran dan 70%- 80% untuk pendinginan

Tipe ruang bakar engine APU tipe GTCP 85-129 adalah type annular.


Turbin

Berfungsi menggerakkan kompresor dan alat bantu lainnya. Merubah energi panas yang diberikan ruang bakar menjadi energi gerak berupa putaran. 75% energi yang tersedia adalah untuk memutar kompresor. Turbin juga terdiri dari multistage jenis turbin aksial. Perbedaan dengan kompressor ialah proses pada turbin ialah penurunan tekanan dan ekspansi dimana gas pembakaran dari ruang bakar mempunyai teperature

yang tinggi dan material pada turbin punya titik leleh tertentu maka diperlukan pendinginan untuk menghindari kerusakan. Nozzle berfungsi sebagai keluaran gas ke atmosfer dengan kecepatan tinggi.

Karena APU memproduksi daya yang tergolong tinggi untuk kebutuhan yang ringan, biasanya tipe engine ini menggunakan Free Turbine, Turbo Shaft Engine. Turbo shaft engine berbentuk kecil dan memiliki berat yang ringan namun menghasilkan power sekitar 600 HP. Susunan Free turbine ini membuat mesin sangat fleksibel seperti kompresor tidak dipengaruhi oleh perubahan load di free turbine yang mendorong aksesoris melalui gearbox. Free turbine biasanya dirancang untuk berjalan pada kecepatan konstan, sehingga memastikan bahwa generator yang dijalankan oleh APU dapat mempertahankan kecepatannya dengan frekuensi konstan tanpa perlu constan speed drive tambahan.

4.3.SISTEM KERJA APU

Ketika starter dinyalakan, putaran starter mulai menggerakan roda gigi transmisi kemudian menggerakan kompresor dan turbin. Udara masuk ke kompressor sebelum, sebelum masuk ke kompresor tekanan tinggi udara dibagi menjadi 2 saluran, saluran pertama untuk start engine pesawat terbang dan saluran lainnya masuk ke kompresor tekanan tinggi, kemudian dikompresikan dan masuk ke ruang bakar. Di dalam ruang bakar udara dengan bahan bakar dibakar, sehingga menjadi gas udara bertekanan tinggi yang masuk ke turbin. Energi pembakaran tersebut diserap oleh putaran turbin dan dialirkan ke

turbin exhaust. Sebagian daya yang diterima turbine wheel digunakan untuk memutar compressor, impeller dan komponen lainnya. dan sebagian daya lainnya digunakan untuk output shaft power guna menggerakan perlengkapan pendukung.

DOWNLOAD |Here

Teori Mesin Turbin Gas

2.2. Teori Mesin Turbin Gas ( Gas Turbine Engine ) .

Gas turbine engine merupakan salah satu jenis engine kalor yang dapat
menghasilkan tenaga mekanis sehingga terjadi proses seperti perubahan energi
kalor pada engine tersebut. Proses perubahan energi tersebut menggunakan media fluida kerja yang berupa gas, dimana gas tersebut merupakan hasil pembakaran dari campuran bahan bakar dengan udara.
Proses untuk mengekspansikan fluida kerja tersebut melalui sudut - sudut turbine untuk menghasilkan tenaga mekanis maka fluida kerja tersebut perlu dikompresikan terlebih dahulu di dalam kompresor. Di dalam pengkompresan tersebut, fluida kerja diberikan suatu kerja atau usaha yang mengakibatkan kenaikan
entalpi dari fluida kerja tersebut. Gunanya untuk mendapatkan daya untuk keluaran
turbine yang memadai sehingga dapat memutarkan kompresor dan aksesorisnya.
Maka untuk keperluan tersebut dilakukan dengan menaikkan entalpi dari fluida
kerja tersebut agar lebih tinggi lagi sehingga dilakukan dengan cara menaikkan suhu dari fluida kerja dengan membakar campuran bahan bakar dan udara yang telah dikompresikan di dalam ruang pembakaran.Dengan adanya proses pembakaran tersebut maka fluida kerja akan naik suhunya. Akibat dari kenaikan suhu maka fluida kerja akan mengembang dan terjadilah akselerasi dari fluida kerja tersebut yang menimbulkan energi kinetik,
dimana besar kecilnya energi kinetik yang dihasilkan oleh fluida kerja tersebut
dapat diatur dengan cara mengatur jumlah aliran bahan bakar yang masuk ke dalam
ruang pembakaran.
Proses pembakaran yang terjadi di dalam ruang pembakaran berlangsung
secara terus menerus sehingga proses perubahan tenaga kinetik menjadi tenaga
mekanis berlangsung secara terus menerus pula sehingga dapat menghasilkan
putaran turbin yang relative halus. Keadaan ini sangat menguntungkan jika
dibandingkan dengan engine penggerak lainnya seperti Piston Engine yang
mempunyai tingkat getaran (vibration) cukup tinggi yang disebabkan karena
adanya gerak bolak-balik dari piston. Suatu engine turbin gas pada dasarnya terdiri
dari tiga komponen pokok yaitu: kompresor, ruang pembakaran dan turbin.

Gambar 2.1 komponen utama mesin turbin gas

Selain dari komponen utama tersebut sama seperti engine penggerak 

lainnya, gas turbin masih memerlukan komponen dan peralatan pembantu lainnya 

seperti: sistem starter, sistem listrik, sistem bahan bakar, sistem pelumasan, sistem 

kendali/control dan lain-lainnya. Karena adanya perkembangan yang sangat pesat 

dalam perkembangan engine gas turbine, maka kemungkinan terdapat kelainan 

baik dalam jumlah, jenis ataupun ukuran dari komponen dan peralatan bantu dari 

suatu engine gas turbin yang satu dengan yang lainnya.

2.3 Prinsip Kerja Mesin Turbin Gas Turbofan:

Udara yang dihisap masuk lewat saluran pemasukan ,dan dikompres oleh 

bagian kompressor, sehingga tekanan udaranya menjadi naik, kemudian diarahkan 

masuk kedalam ruang pembakaran . Udara didalam ruang pembakaran ini lalu 

disemprotkan bahan bakar oleh fuel nozle , dan dibakar oleh busi atau ignitor plug

. Kemudian gas pembakaran tadi mengembang dan berekspansi ke bagian turbine, kemudian gas buang ini dipakai untuk memutar turbin . Putaran turbin ini lalu memutar bagian compressor melalui poros (shaft ) . Setelah melewati bagian turbin , Kemudian gas panas ini dilempar keluar oleh bagian turbin melalui saluran 

pembuangan , lalu gas panas ini melanjutkan ekspansinya dan memancar keluar sebagai gas buang dengan kecepatannya yang tinggi melalui saluran pembuangan (exhaust nozzle ). Gas buang yang memancar keluar dengan kecepatan yang tinggi ini melalui saluran pembuangan yang kemudian menghasilkan gaya dorong (thrust power ). Inilah siklus kerja dari mesin turbin gas .

Masing-masing komponen mesin turbin gas ini bekerja bersama-sama untuk 

mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanis pada turbin dan kompressor .

Mesin Turbo fan. ,memiliki Fan dibagian depan kompresor. Semua mesin turbine gas yang 

digunakan untuk pesawat komersial masa kini adalah mesin turbofan. Mesin ini lebih 

banyak digunakan karena sangat effisien , menghasilkan gaya dorong yang besar, dan 

relatif menghasilkan tingkat kebisingan suara yang lebih rendah .

Mesin turbin ga ,banyak digunakan oleh pesawat terbang sebagai tenaga pendorong , dan Pembangkit tenaga listrik . Mesin Turbin gas digunakan karena memiliki banyak kelebihan, 

yaitu Daya yang dihasilkan turbin gas lebih besar dibandingkan dengan mesin siklus 4 atau 2 tak dengan berat mesin yang sama. Artinya dengan berat yang sama daya yang dihasilkan turbin gas lebih besar, oleh karena itu mesin turbin gas banyak digunakan untuk alat 

transportasi udara

DOWNLOAD |here

SYSTEM ENGINE CFM56-3

3.1. Uraian Umum Tentang Engine CFM56-3

   Engine  CFM56-3  merupakan  mesin  jet  turbofan dengan kapasitas bypass yang besar, dual rotor yang digunakan dengan teknologi advance axial flow yang dirancang untuk digunakan pada pesawat terbang jenis BOEING 737 dan variannya. Engine CFM56-3 yang adalah produk dari    CFM    International    dimana    merupakan perusahaan gabungan antara General Electric Aircraft Engine (GE) Amerika dengan perusahaan SNECMA Perancis. Turbin  gas  seperti  tampak  pada “Gambar, merupakan suatu motor bakar yang terdiri dari tiga komponen utama yaitu kompresor, ruang bakar, dan turbin.  Salah  satu  penerapannya  dapat  digunakan untuk sistim propulsi yang berfungsi menghasilkan gaya dorong (thrust). Turbin gas yang digunakan untuk  sistim  propulsi  salah  satunya  adalah  tipe turbofan [3,4,5].


3.2 Komponen Utama Engine CFM56-3 Terdiri Dari :

1.difffuser
Diffuser adalah alat atau saluran-saluran yang berfungsi menaikan tekanan fluida dengan jalan menurunkan kecepatan atau dengan kata lain alat yang mengubah energy kinetic menjadi energy tekanan.

2. Compressor Section ( Kompresor )

Compressor adalah berfungsi untuk menghisap sejumlah udara yang cukup besar sesuai
dengan kebutuhan untuk proses pembakaran didalam ruang baker. Kompresor ini harus menaikkan tekanan dari masa udara dan kemudian diteruskan keruang pembakaran.

3. Combustion Chamber ( Ruang Bakar )

Combustion chamber ini berfungsi sebagai tempat terjadinya proses pembakaran antara udara yang bertekanan dari kompersor dan dicampur dengan bahan bakar , sehingga gas hasil pembakaran tersebut berekspansi untuk memutar turbine yang satu poros dengan kompresor.

4. Turbine Section ( Turbin ) .
Turbin adalah komponen yang mengubah energi kinetk gas buang menjadi energi
mekanik guna memutar kompresor dan perlengkapan lainya .

5.NOZZLE
NOZZLE adalah saluran yang berfungsi menaikan kecepatan fluida dengan jalan menurunkan tekanannya . atau NOZZLE adalah untuk mengekpansi fluida sehingga kecepatannya bertambah besar.

3.3. Prinsip Kerja Mesin Turbin Gas Tipe Turbofan.

Prinsip kerja turbofan adalah airflow(udara) masuk kedalam blade (low pressure compresor) atau kita sebut LPC dan dikompres kembali oleh blade yang lebih kecil ukurannya (high pressure compresor) atau kita sebut HPC,masuk ke ruang pembakaran (combustion chamber) dan diberi ignition sampai suhu atau temperatur tinggi baru lah disemprot oleh fuel. Karena terjadi pembakaran maka berubahlah energi kimia menjadi energi dorong. Energi dorong yang dihasilkan ini mendorong high pressure turbin (HPT) yang terhubung langsung dengan HPC sehingga HPC dapat berputar kembali. Energi dorong tersebut juga mendorong low pressure turbin (LPT) yang terhubung langsung dengan LPC. Dan sisa nya merupakan tenaga dorong pesawat. Jadi prinsip kerja turbofan dapat disederhanakan sebagai berikut :

DOWNLOAD |HERE