Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
= 0,4857 = 48,57
6. Back work ratio bwr
Bwr =
Tideal kideal
W W
= 11
, 659
46 ,
310
= 0,471 = 47, 1 Ini berarti 47,1 kerja ideal keluaran turbin digunakan hanya
untuk memutar kompresor.
3.2 Siklus Brayton Aktual
Siklus Brayton aktual berbeda dari siklus Brayton ideal pada beberapa hal. Untuk satu hal, hilangnya beberapa tekanan selama penambahan panas dan
pengurangan panas tidak dapat dihindarkan. Yang lebih penting adalah kerja aktual masuk ke dalam kompresor akan lebih dan kerja aktual keluar turbin akan
berkurang. Penyimpangan aktual kerja kompresor dan turbin dari kerja siklus isentropis yang ideal dapat dihitung dengan memanfaatkan efisiensi adiabatik
turbin dan kompresor, seperti tampak pada rumus dibawah ini:
k =
a
W W
≈
a
h h
h h
2 1
2 1
− −
T =
W Wa
≈
4 2
4 2
h h
h h
a
− −
dimana titik 2a dan 4a adalah kerja aktual yang keluar dari kompresor dan turbin sedangkan titik 2 dan 4 adalah keadaan untuk kasus isentropik seperti dijelaskan
pada gambar 3.1.
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
Gambar 3.2. Proses kompresi pada kompresor Maka berdasarkan Gambar 3.1. dan Gambar 3.2. di atas dapat dicari:
Kondisi udara masuk kompresor :
1. Untuk kondisi masuk kompresor keadaan statik diperoleh:
T
1
= 300 K P
1
= 1,01325 bar Untuk kondisi masuk kompresor pada keadaan stagnasi berdasarkan gambar
3.2. : T
01
= T
1
+
p a
C C
. 2
2
……………………………[lit. 7 hal.205]
Dimana: C
a
= Kecepatan aliran aksial fluida ms C
a
= 150 ms untuk industri … … … … … [lit 2 hal 376] C
p
= Panas jenis udara masuk kompresor = 950 + 0,21.T
1
Jkg.K … …… … [lit 7 hal 38]
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
= 950 + 0,21 300 ………………………..[lit. 7 hal. 38] = 1013 Jkg.K
Sehingga: T
01
= 300 + 1013
. 2
150
2
= 311,106 K Dengan mempergunakan tabel pada lampiran 1, diperoleh:
h
01
= 311,35 kJkg
Kondisi udara keluar kompresor
1. Untuk kondisi keluar kompresor keadaan statik diperoleh:
T
2
= 603 K P
2
= r
p optimum
. P
1
= 12.1,01325 bar = 12,159 bar
2. Untuk kondisi keluar kompresor pada keadaan stagnasi berdasarkan pada
gambar 3.2. T
02
= T
2
+
p a
C C
. 2
2
Dimana: C
a
= Kecepatan aliran aksial fluida = 150 ms
C
p
= 950 + 0,21 T
2
C
p
= 950 + 0,21 603 = 1076,63 kJkg
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
Sehingga: T
02
= 603 + 63
, 1076
. 2
150
2
= 613,45 K Dengan mempergunakan tabel pada lampiran 1, diperoleh:
h
02
= 621,166 kJkg Jadi : P
02
= P
1
.
1 02
T T
1 −
k k
P
02
= 1,01325.
300
45 ,
613
1 4
, 1
4 ,
1 −
= 12,388 bar
Kondisi gas melalui turbin
1. Kondisi gas masuk turbin
T
3
= 970 C = 1243 K merujuk pada ketahanan material menahan temperatur,
tegangan dan umur pakai 2. Kondisi gas keluar turbin
T
4
= T
3
.
p
r 1
k k 2
−
= 1243.
12
1
33 ,
1 1
33 ,
1 −
= 670,97 K
Perbandingan tekanan keluar turbin dengan tekanan udara atmosfir pada instalasi turbin gas siklus terbuka adalah 1,1 + 1,2 …[lit 7 hal 37]
P
4
= 1,2 . P
1
= 1,2 . 1,01325 = 1,2159 bar
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
Efisiensi kompresor dan turbin
Berdasarkan grafik seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.4. untuk
perbandingan tekanan kompresi sebesar 12:1 dengan kenaikan temperatur udara
yang melewati kompresor, T
02
– T
01
= 613,45 – 311,106 = 302,34 C = 576,22
F, maka diperoleh efisiensi isentropik kompresor
k
sebesar 92,5 .
Gambar 3.4. Grafik temperatur melewati kompresor vs efisiensi kompresor Sedangkan untuk efisiensi turbin
T
dapat dicari dengan menggunakan rumus:
T
=
−
+
−
−
1 2
2 1
2
ln 1
1
P P
k k
p P
k k
k k
η η
……………………[lit 11 hal 50] ln
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
Maka diperoleh:
T =
−
+
−
−
1 12
ln 4
, 1
1 4
, 1
1 12
925 ,
925 ,
1
4 ,
1 1
4 ,
1
= 71
, 671
,
= 0,945 = 94,5
Kerja aktual kompresor : W
aktual
=
k k
W η
= k
h h
η
01 02
−
= 925
, 35
, 311
166 ,
621 −
= 334,9 kJkg Maka nilai actual pada keluaran kompresor berdasarkan gambar 3.2 adalah :
h
02
=h
01
+W
k aktual
kJkg =311,35+334,9
= 646,28kJkg ln
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
Kerja aktual turbin : W
T aktual
=
T
.W
T ideal
= 0,945.h
3
-h
4
kJkg = 0,945.1328,47-669,36kJkg
= 622,86 kJkg Maka temperatur keluar ruang baker aktual :
T
3a
=
4
T C
W
Pg Ta
+
Dimana : CPg
=950+0,21.T3 = 950+0,21.1243
= 1211,03 Jkg.K = 1,211kJkg.K
T3a =
211 ,
1 86
, 622
+ 670,97 = 1185,3 K
Dengan mempergunakan tabel udara pada lampiran I, maka diperoleh: h
3a
= 1260,56 kJkg Tekanan aktual di ruang bakar:
P
3a
= P
02
1 – P
rb
Dimana: P
rb
= kerugian tekanan pada ruang bakar 0,01 0,02 … [lit 16 hal 55]
P
3a
= P
02
1 – P
rb
= 12,388 . 1 – 0,02 = 12,14 bar
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
Temperatur aktual keluar turbin h
4a
= h
3
– W
Ta
= 1328,47 – 622,86 = 7056,61 kJkg, dengan interpolasi pada lampiran 1, diperoleh temperatur aktual keluar turbin T
4a
= 788,84 K
Gambar 3.5. Proses pembakaran dan rugi tekanan
Panas aktual yang masuk:
Maka berdasarkan gambar 3.5. diperoleh: q
in
= h
3a
– h
02a
kJkg = 1260,56 – 646,28
= 614,28 kJkg
Kerja bersih:
W
net
= W
T aktual
– W
k aktual
kJkg
= 622,86 – 334,9 = 287,96 kJkg
Rasio kerja balik: Bwr
=
Taktual kaktual
W W
=
86 ,
622 9
, 334
= 0,5377 = 53,77
Dolok Martin O.D.S : Rancangan Ruang Bakar Turbin Gas Pada Sebuah Pembangkit Listrik Dengan Daya 21 MW, 2009.
Ini berarti 53,77 kerja aktual keluaran turbin digunakan hanya untuk memutar kompresor.
Efisiensi thermal aktual siklus:
th =
in
q Wnet
=
28 ,
614 96
, 287
= 0,469 = 46,9
3.3. Analisa Pembakaran
