Thermodinamika - Turbin Gas

Turbin Gas

Pembangkit tenaga turbin gas adalah mesin pembakaran luar yang memanfaatkan fluida kerja berfasa gas untuk menghasilkan kerja / tenaga mekanik. Pengoperasian pembangkit tenaga ini dapat secara terbuka maupun secara tertutup.

Tenaga Gas Sistem Terbuka

Tenaga Gas Sistem Tertutup

Proses yang berlangsung pada siklus Brayton adalah:

Proses 1 – 2

proses kompresi secara isentropic. Udara dari lingkungan masuk ke dalam compressor dan dimampatkan secara isentropic sehingga tekanan dan suhu meningkat.

Proses 2 – 3

proses pemasukan kalor (Qin)pada tekanan konstan isobaric).

Pada proses ini udara keluar dari compressor dan masuk dalam ruang bakar (Rb) sehingga terjadi pembakaran secara isobaric.

Proses 3 – 4

proses ekspansi isentropic. Gas hasil pembakaran berekspansi secara isentropic di dalam turbin gas sehingga sudu-sudu turbin gas berputar. Sebagian putaran poros digunakan untuk memutar compressor.

Proses 4 – 1

proses pembuangan kalor (Qout).

Luasan 1-2-a-b-1 gambaran kerja masukan kompressor per satuan massa.

Luasan 3-4-b-a-3 adalah kerja keluaran turbin per satuan massa.

Luasan 2-3-b-a-2 gambaran kalor yang ditambahkan per satuan massa .

Luasan 1-4-b-a-1 adalah kalor yang dilepaskan per satuan massa

Jika siklus Bryton ideal dianalisis pada basis udara-standar dingin maka panas spesifik diambil konstan, sehingga berlaku hubungan:

Proses 1 – 2 : proses kompresi isentrotpik

Proses 3 – 4 : proses ekspansi isentrotpik

Karena P1 = P4 dan P3 = P2 maka

k adalah kalor spesifik

y = k = Cp

Kerja Kompressor

ma = Aliran massa udara (kg/s)

Cpa = Panas spesifik udara (kj/kg.K)

T2 = Temperatur akhir kompresi

T1 = Temperatur awal kompresi

Kerja Turbin

mt = Aliran massa gas (kg/s)

Cpt = Panas spesifik gas (kj/kg.K)

T2 = Temperatur akhir kompresi

T1 = Temperatur awal kompresi

ma = mt = m dan Cpa = Cpt = Cp
Kerja output turbin gas
Wt out = m.Cp (T3-T4) - m.Cp (T2 - T1)
= m.Cp ((T3 - T4) - (T2 - T1))

Efisiensi termal Turbin Gas
Thermal efficiency = work output
Energy input

Karena udara yang mengalir melalui alat penukar kalor pada siklus ideal tekanannya konstan maka p4 / p3 = p1 / p2

Untuk cp konstan , diperoleh efisiensi termal siklus

Cpudara = 1,006 kJ/kg.K

kudara = 1,4

Persamaan perpindahan energi dalam bentuk kalor dan kerja yang terjadi pada siklus diperoleh dari penyelesaian kesetimbangan laju massa dan energi volume kontrol pada masing-masing komponen siklus, dan terjadi pada keadaan tunak.

Kerja Turbin

Wt = h3 - h4

Kerja Kompresor

Wc = h2 - h1

Kalor masuk

Qin = h3 - h2

Kalor Keluar

Qout = h3 - h4

Efisiensi Termal Siklus dan Rasio Kerja Balik

Materi Thermodinamika