Slide 1

Siklus Brayton: Siklus Ideal Untuk Mesin Turbin-GasEka Yawara, T. Mesin STTNAS1Siklus Brayton: Siklus Ideal Untuk Mesin Turbin-GasPertama kali disampaikan oleh George Brayton pada tahun 1870Saat ini siklus ini hanya digunakan pada turbin gas dimana kompresi dan ekspansi berlangsung di dalam mesin rotodinamik.Turbin biasanya beroperasi pada siklus terbuka

2Siklus terbuka di atas didekati dengan siklus tertutup dengan asumsi udara standarProses pembakaran diganti dengan proses penambahan kalor pada tekanan konstanProses pembuangan diganti dengan proses pelepasan kalor pada tekanan konstanSiklus tertutup ideal di atas adalah siklus Brayton yang terdiri dari 4 proses

33Siklus Brayton1-2 : kompresi isentropis (di dalam kompresor)2-3 : penambahan kalor pada tekanan konstan3-4 : ekspansi isentropis (di dalam turbin)4-1 : pembuangan kalor pada tekanan konstan

4Semua proses dianalisis sebagai aliran stediEnergi kinetik dan energi potensial diasumsikan diabaikan

Siklus Brayton

5Keseimbangan energinya:Siklus Brayton

Perpindahan kalor ke dan dari fluida kerja:

Efisiensi termalnya:

6Siklus BraytonProses 1-2 dan 3-4 isentropis; P2=P3 dan P1=P4

Efisiensi termalnya:

denganadalah rasio tekanan dan k adalah rasio kalor jenis7Untuk k=1,4 plot efisiensi terhadap rasio tekanan dapat dilihat pada gambar di sampingSiklus Brayton

8Temperatur tertinggi terjadi di titik 3Temperatur maksimum dibatasi oleh kemampuan bahan sudu turbin.Hal ini juga akan membatasi rasio tekanan dalam siklusKeterbatasan ini akan menimbulkan kompromi antara rasio tekanan (yang berarti efisiensi) dengan kerja netto.Dalam desain rasio tekanan berkisar 11-16.Siklus Brayton

9Mesin turbin gas paling banyak diterapkan pada propulsi pesawat terbang dan pembangkit daya listrik.Pada propulsi pesawat terbang, turbin gas menghasilkan daya untuk menggerakkan kompresor dan alat bantu yang lain, dan pancaran gasnya menghasilkan gaya dorong (trust) untuk menggerakkan pesawat.Sebagai pembangkit listrik, turbin gas dapat digunakan secara mandiri atau gabungan dengan pembangkit daya uap.Siklus Brayton10Sebuah pembangkit daya turbin-gas beroperasi pada siklus Brayton ideal dengan rasio tekanan 8. Temperatur gas di sisi masuk kompresor adalah 300 K dan di sisi masuk turbin sebesar 1300 K. Dengan asumsi udara-standar tentukan (a) Temperatur gas keluar dari kompresor dan turbin, (b) Rasio kerja balik, (c) Efisiensi termalnya.Contoh Soal: Siklus Brayton Ideal Sederhana11Asumsi:Kondisi operasi stediAsumsi udara-standarPerubahan energi kinetik dan potensial diabaikanVariasi kalor spesifik terhadap temperatur dipertimbangkanSolusi

12Proses 1-2: kompresi isentropis(a) temperatur keluar kompresor dan turbin

Proses 3-4: ekspansi isentropis

13Maka rasionya adalah

(b) Rasio kerja balik, yaitu rasio kerja kompresor terhadap kerja turbin(c) Efisiensi termalnya

14Deviasi siklus turbin gas aktual dari yang idealEfisiensi isentropis turbin dan kompresor

15Contoh soal: Siklus turbin gas aktualSebuah pembangkit daya turbin-gas beroperasi pada siklus Brayton ideal dengan rasio tekanan 8. Temperatur gas di sisi masuk kompresor adalah 300 K dan di sisi masuk turbin sebesar 1300 K. Dengan asumsi udara-standar dan efisiensi kompresor 80% dan efisiensi turbin 85% tentukan (a) Rasio kerja balik, (b) Efisiensi termalnya, (c) Temperatur gas keluar dari turbin.

16Kerja kompresor dan kerja turbin ditentukan dari definisi efisiensi kompresor dan turbin

Kerja kompresor

Kerja turbin

17Sehingga rasio kerja balik

Entalpi aktual keluar dari kompresor

makaSebelumnya 40,3%18

Maka efisiensinyaBandingkan dengan sebelumnya yang 42,6%Temperatur keluar dari turbin dihitung dari

Dari tabel diperoleh

19Siklus Brayton Dengan Regenerasi

20Kalor yang dipindahkan dari gas buang turbin adalah

Efektivitas kalor yang dipindahkan21Dengan asumsi udara-standar dingin

Dengan asumsi udara-standar dingin, efisiensinya:

22Sebuah pembangkit daya turbin-gas beroperasi pada siklus Brayton ideal dengan rasio tekanan 8. Temperatur gas di sisi masuk kompresor adalah 300 K dan di sisi masuk turbin sebesar 1300 K. Dengan asumsi udara-standar dan efisiensi kompresor 80% dan efisiensi turbin 85%, bila menggunakan regenerator dengan efektivitas 80% tentukan efisiensi termalnya.23Contoh soal: Siklus turbin gas aktual dengan regenerasi