Modifikasi Turbin Gas 1. Turbin gas dengan regenerator

365 Gambar 17.11 Diagram t-s turbin gas dengan regenerator Dari diagram di atas terlihat dengan penambahan Q gen dapat menaikkan suhu udara mampat, dari titik 2 T 2 menjadi titik 3 T 3 . Dengan kenaikan tersebut, energi yang dibutuhkan untuk proses pembakaran menjadi berkurang atau lebih sedikit. Dengan kata lain, dengan energi yang lebih sedikit, bahan -bakar yang dibutuhkan pun menjadi sedikit atau lebih irit. Gambar 17.12 Diagram t-s turbin gas sistem tertutup dengan regenerator kompresor turbin udara segar masuk udara panas tekanan rendah kerja 2 4 5 1 udara panas tekanan tinggi udara mampat pemanas awal REGENERATOR T 2 T 3 T 4 T 5 T 1 3 syarat T 5 T 2 ruang bakar SUMBER ENERGI penukar kalor bahan bakar masuk gas buang air pendingin 6 T 6 4 1 2 3 [A] [B] [C ] [D] diagram t-s s T K 5 3 Q reg Q reg Q masuk Q buang Q generator T 4 T 2 gas buang udara mampat REGENERATOR 100 = η 366 B.2. Turbin gas dengan pendingin sela intercooler Gambar 17.13 Diagram t-s turbin gas sistem terbuka dengan regenerator dan intercooler kompresor turbin udara segar masuk gas pembakaran tekanan rendah ke luar kerja 4 6 7 1 gas pembakarani udara mampat pemanas awal REGENERATOR T 4 T 5 T 6 T 7 T 1 5 ruang bakar SUMBER ENERGI INTERCOOLER 2 T 2 T 3 3 diagram t-s air pendingin 7 3 4 6 s T K 8 5 Q reg Q masuk Q buang 1 2 INTERCOOLER REGENERATOR p1 = konstan p4= konstan x p2 = konstan 367 Pada akhir proses kompresi pada kompresor, terjadi kenaikan temperatur dari fluida gas. Dari perumusan termodinamika didapat bahwa kenaikan temperatur sebanding dengan rasio tekanannya. Adapaun persamaannya adalah sebagai berikut ; n n i d i b p p T T 1 −     = n n i d i b p p T T 1 −     = dimana T b = temperatur akhir kompresi T i = temperatur awal kompresi p d = tekanan akhir kompresi pi = tekanan hisap kompresi n = faktor politropie n=1 ~n = 1,4 dan persamaan kerja dari kompresor adalah       − − = 1 1 i b s i kompresor T T n n T R W dan untuk kerja pada kondisi isotermal, persamaannya adalah i b s i kompresor p p T R W ln = Dari perumusan temperatur dan kerja menunjukkan bahwa dengan kenaikan rasio tekanan akan menaikkan temperatur akhir dari kompresi, hal ini juga berarti kerja yang dibutuhkan kompresor naik. Kenaikan kerja kerja kompresor sangat tidak menguntungkan, karena kerja kompresor adalah negatif. Apabila kondisi ini diaplikasikan pada kompresor turbin gas pada rasio tekanan tinggi, maka akan banyak mengurangi daya dari turbin gas, hal ini akan menurunkan efisiensi secara keseluruhan. Untuk mengatasi hal tersebut di atas, proses kompresi dibuat bertingkat dan dengan pendinginan sela intercooler pada setiap tingkat kompresi. Dengan metode ini akan menggunakan kompresor yang jumlahnya sama dengan jumlah tingkat kompresi, dan jumlah intercooler yang dipasang adalah jumlah kompresor dikurangi satu. Pada gambar 17.13 menunjukkan proses kerja dari turbin gas dengan penambahan regenerator dan pendingin sela intercooler. 368 Dengan pemasangan intercooler suhu dari proses kompresi tingkat sebelumnya didinginkan kembali ke temperatur awal. Dengan keadaan tersebut kerja kompresor yang kedua adalah sama dengan kerja kompreso sebelumnya, dengan rasio tekanan yang sama. Pada gambar 17.14 terlihat dengan membuat dua tingkat kompresi, dua kompresor, dan satu intercooler, ada penghematan kerja kompresor dibandingkan dengan kerja kompresor tunggal. Gambar 17.14 Diagram p-v kompresor bertingkat dengan intercooler

B. 3. Intercooler, reheater, dan regenerator

Kerja berguna dari turbin gas adalah selisih kerja positif turbin dan kerja negatif kompresor sehingga untuk menaikkan kerja berguna yaitu dengan mengurangi kerja kompresor atau memperbesar kerja turbin. atau juga kedua duanya. Dari sistem turbin gas terbuka seperti yang telah diuaraikan di atas untuk mengurangi kerja kompresor dengan cara memperendah suhu T 1 dan untuk mempertinggi kerja turbin dengan mempertinggi T 3 . Dengan prinsip yang sama seperti kompresor, proses ekspansi pada turbin juga dapat bertingkat untuk menaikkan kerja turbin dengan memasang reheater pada setiap tingkat. Reheater berfungsi memanaskan kembali gas pembakaran dari proses ekpansi sebelumnya. Dari bagan dan diagram p-v terlihat modifikasi turbin gas dengan pemasangan intercooler, heater dan regenarator [gambar 17.15]. Dengan modifikasi ini efisiensi turbin gas menjadi lebih baik. proses 1-2 kompresi tingkat pertama proses 2-3 pendinginan INTERCOOLER proses 3-4 kompresi tingkat dua proses 1-x kompresi pada kompresor tunggal diagram p-v 3 1 2 4 v m 3 p atm p4 = konstan p1 = konstan kompresor 1 p3 = konstan kompresor 2 kompresor tunggal x penghematan kerja 369 Gambar 17.15 Bagan dan diagram p-v turbin gas dengan intercooler, regenerator dan reheater regenerator ruang bakar reheater turbin I intercooler turbin II Kompresor II kompresor I 1 2 3 4 6 5 7 10 8 9 q regen = q simpan intercooler regenerator reheater