ini direncanakan beroperasi pada putaran yang berbeda tanpa menggunakan reduction gear.
2.2.3 Berdasarkan arah aliran fluida kerjanya
a. Turbin aliran radial : dimana arah aliran fluida kerja dalam arah yang tegak
lurus terhadap sumbu poros. b.
Turbin aliran aksial : dimana arah aliran fluida kerja diperoleh dalam arah sejajar sumbu poros.
2.3 Siklus Kerja Turbin Gas
2.3.1 Siklus Ideal
Turbin gas secara termodinamika bekerja dengan siklus Brayton. Siklus ini merupakan siklus ideal untuk sistem turbin gas sederhana dengan siklus terbuka,
seperti terlihat pada gambar 2.2. Siklus ini terdiri dari dua proses isobar dan isentropis.
Siklus ideal adalah suatu siklus yang dibangun berdasarkan asumsi sebagai berikut :
− Proses kompresi dan ekspansi terjadi secara isentropik
− Perubahan energi kinetik dari fluida kerja antara sisi masuk dan sisi keluar
kompresor diabaikan −
Tidak ada kerugian tekanan pada sisi masuk ruang bakar sisi keluar ruang bakar −
Laju aliran massa gas dianggap konstan
Adapun diagram T-S untuk siklus terbuka dapat dilihat sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Diagram T-S dan P-V turbin gas siklus terbuka Proses-proses yang terjadi dari diagram tersebut diatas adalah sebagai berikut :
• Proses 1-2 : Proses kompresi isentropis pada kompresor.
• Proses 2-3 : Proses pembakaran pada tekanan konstan isobar di dalam
ruang bakar, adanya pemasukan panas. •
Proses 3-4 : Proses ekspansi isentropik pada turbin. •
Proses 4-1 : Proses pembuangan kalor pada tekanan konstan.
Dengan demikian pada proses steady state untuk masing-masing proses diatas diperoleh :
• Proses 1-2 : Kerja Kompresor
Kerja spesifik kompresor ideal, titik 1-2 W
K
yaitu kalor spesifik yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor pada kondisi ideal :
W
K
= Cp T
2
- T
1
= h
2
- h
1
kJkg …lit 3. hal 16
Dimana : Cp = Panas jenis udara pada tekanan konstan kJkg K T
1
= Temperatur udara masuk kompresor K
Universitas Sumatera Utara
T
2
= Temperatur udara keluar kompresor K h
1
= entalpi udara spesifik masuk kompresor kJkg h
2
= entalpi udara spesifik keluar kompresor kJkg
• Proses 2-3 : Pemasukan Panas
Proses pembakaran terjadi pada tekanan konstan isobar, tetapi pada kenyataannya terjadi pengurangan tekanan, faktor pengurangan tekanan sebesar
0,02-0,03 Q
in
= C
p
T
3
-T
2
= h
3
-h
2
.... lit 3. hal 17 Dimana :
h
3
= entalpi gas keluar ruang bakar kJkg T
3
= temperatur gas keluar ruang bakar K Q
in
= kalor spesifik ruang bakar kJkg
• Proses 3-4 : Kerja Turbin
Untuk proses ekspansi ideal pada turbin, kerja yang terjadi adalah : W
t
= C
p
T
3
-T
4
= h
3
-h
4
.... lit 3. hal 17 Dimana :
W
T
= kerja spesifik ideal yang keluar turbin kJkg T
4
= temperatur gas keluar turbin K h
4
= entalpi spesifik gas keluar turbin ideal kJkg
Universitas Sumatera Utara
• Kerja netto siklus W
net
Kerja spesifik siklus adalah selisih kerja yang dihasilkan turbin dengan kerja yang dibutuhkan kompresor tiap kg gas, yang secara matematis dapat dituliskan :
W
net
=
W
T
- W
K
= h
3
-h
4
- h
2
-h
1
= C
p
T
3
-T
4
- C
p
T
2
-T
1
W
net
=
C
p
[T
3
-T
4
-T
2
-T
1
] kJkg
.... lit. 3 hal 20
Maka, effisiensi total instalasi
η
total
adalah perbandingan antara kerja netto siklus dengan pemasukan energi.
η
total
=
in net
Q W
= T
- T
Cp ]
T -
T -
T -
[T Cp
2 3
1 2
4 3
= 1 - T
- T
Cp T
- CpT
2 3
1 4
η
total
= 1 -
−
−
1 2
3 2
1 1
4 1
T T
T T
T T
Oleh karena proses 1-2 dan 2-3 adalah proses yang berlangsung secara isentropis, dan P
2
= P
3
dan P
4
= P
1
1 2
T T
=
γ 1
- γ
1 2
P P
=
γ 1
- γ
4 3
P P
=
4 3
T T
r
p
=
1 2
P P
=
4 3
P P
Universitas Sumatera Utara
dimana, r
p
adalah perbandingan tekanan pressure ratio Maka, effisiensi total siklus menjadi :
η
total
= 1 -
γ 1
- γ
p
r 1
Dengan demikian, jelas dapat dimengerti bahwa harga effisiensi tertinggi tergantung kepada pressure ratio r
p
. Jadi effisiensi akan naik apabila pressure ratio yang digunakan lebih tinggi. Hubungan effisiensi, pressure ratio dan jenis fluida kerja
ditunjukkan oleh gambar berikut :
Gambar 2.7 Grafik hubungan effisiensi dan pressure ratio
2.3.2 Siklus Aktual
Proses kerja diatas terjadi secara isentropis, tetapi kenyataannya secara aktual terjadi penyimpangan dari proses ideal. Penyimpangan-penyimpangan itu adalah :
1. Fluida kerja merupakan gas ideal dengan panas spesifik konstan.
2. Laju aliran massa fluida kerja tidak konstan.
3. Proses yang berlangsung di setiap komponen adiabatik.
Universitas Sumatera Utara
4. Proses kompresi di dalam kompresor tidak berlangsung secara isentropik.
5. Proses ekspansi di dalam turbin tidak berlangsung secara isentropis.
6. Proses pembakaran tidak berlangsung secara adiabatik serta tidak dapat menjamin
terjadinya pembakaran sempurna, sehingga untuk mencapai temperatur gas masuk turbin yang ditetapkan diperlukan jumlah bahan bakar yang lebih banyak.
7. Terjadinya penurunan tekanan pada ruang bakar dan turbin.
Gambar 2.8 Diagram h-s siklus aktual lit. 3 hal 64 Dari gambar diatas terlihat bahwa :
− Kompresi berlangsung secara aktual, yaitu menurut garis 1-2, sedangkan pada
proses ideal terjadi secara non isentropik 1-2’. −
Proses ekspansi juga berlangsung secara aktual, yaitu menurut garis 3-4, sedangkan pada proses ideal terjadi secara non isentropik 3-4’.
Universitas Sumatera Utara
Effisiensi kompresor merupakan perbandingan kerja antara kerja kompresor pada siklus ideal dengan siklus aktual, yaitu :
η
k
=
ka ks
W W
.... lit. 3 hal 64
η
k
= T
- T
Cp T
- CpT
1 2
1 2
′ =
1 2
1 2
h -
h h
- h
′ Effisiensi turbin didefinisikan sebagai berikut :
η
T
=
Ts Ta
W W
.... lit. 3 hal 64
η
T
= T
- T
Cp T
- CpT
1 2
4 3
′ ′
=
4 3
4 3
h -
h h
- h
′
Jadi temperatur keluar kompresor T
2a
adalah :
η
k
= T
- T
T -
T
1 2a
1 2s
T
2a
=
1 k
1 2s
T η
T -
T +
Dan temperatur keluar turbin aktual T
4a
adalah :
η
T
= T
- T
T -
T
4s 3
4a 3
T
4a
= T
3
- T
3
- T
4s
x
η
T
Universitas Sumatera Utara
2.4 Pemilihan Jenis Turbin
