Ireversibilitas dan rugi-rugi pada turbin gas Titik-titik kondisi utama dari turbin gas standar-udara dapat ditunjukkan secara lebih realistis pad a gambar dibawah. Dimana efek gesekan di dalam kompresor dan turbin, fluida kerja akan lebih mengalami kenaikan entropi spesifik ketika melewati komponen-komponen tersebut. Karena ges ekan, akan terjadi pula penururnan tekanan ketika fluida kerja melewati alat penukar kalor. Penur unan tekanan karena gesekan merupakan sumber ireversibilitas yang tidak terlalu signifikan, sehi ngga dapat diabaikan dalam diskusi-diskusi selanjutnya dan untuk penyederhanaan akan menunj ukkan bahwa aliran yang melewati alat penukar kalor terjadi pada tekanan konstan. Gambar 1. Efek ireversibilitas pada turbin standar-udara • Pada gambar diatas, perpindahan kalor “liar” dari komponenkomponen di dalam mesin pembangkit tenaga ke lingkungan dianggap sebagai rugi, namun efek tersebut biasanya tidak terlalu penting dan juga akan diabaikan di dalam diskusi-diskusi selanjutnya. • Ketika efek ireversibilitas di dalam terbin dan kompresor menjadi semakin besar, kerja yang dihasilkan menurun dan kerja yang dibutuhkan kompresor menjadi semakin besar, sehingga menyebabkan penurunan daya kerja netto dari mesin pembangkit tenaga tersebut. • Pada gambar 1. diatas efisiensi turbin dan kompresor pada kondisi isentropic adalah sebagai berikut: ℎ3 − ℎ4 𝜂𝑡 = = (𝑊𝑡 𝑚)𝑠 ℎ3 − ℎ4𝑠 (𝑊𝑡 𝑚) ℎ2𝑠 − ℎ1 𝜂𝑐 = = ℎ2 − ℎ1 (𝑊𝑐 𝑚) (𝑊𝑐 𝑚)𝑠 Contoh dibawah akan menunjukkan pengaruh dari ireversibilitas pada turbin dan kompresor terhadap kinerja dari masin pembangkit tenaga. Contoh Siklus brayton dengan ireversibelitas • Sama halnya pada contoh siklus brayton ideal, tapi di dalam analissnya pergunakanlah turbin dan kompresor yang masing-masing memiliki efisiensi isentropic sebesar 80%. Untuk siklus yang sudah dimodifikasi ini hitunglah: a. Efisiensi termal dari siklus b. Back work ratio c. Daya netto yang dihasilkan, dalam satuan W Penyelesaian: • Diketahui : sebuah siklus brayton ideal dioperasikan pada kondisi tertentu pada mulut kompresor, temperature tertentu pada mulut turbin, serta rasio tekanan kompresor tertentu. Kompresor dan turbin masing-masing memiliki efisiensi isnetropik sebesar 80%. Asumsi: 1. Tiap komponen dianalisis sebagai volume atur pada kondisi tunak 2. Proses turbin dan kompresor adalah adiabatik 3. Tidak terdapat perunan tekanan pada aliran yang melewati alat penukar kalor 4. Efek energi kinetic dan potensial dapat diabaikan 5. Fluida kerja adalah udara yang dimodelkan sebagai gas ideal Analisis: a. Efisiensi termal diberikan melalui (𝑊𝑡 𝑚) − (𝑊𝑐 𝑚) η= (𝑄𝑖𝑛 𝑚) Suku-suku untuk kerja yang menjadi pembimbing dari persamaan tersebut di atas dievaluasi dengan menggunakan nilai efisiensi isentropic kompresor dan turbin yang diberikan. Kerja turbin per satuan massa adalah 𝑊𝑐 𝑊𝑡 = 𝜂𝑡 𝑚 𝑚 Dimana 𝜂𝑡 adalah efesiensi turbin. Nilai dari (𝑊𝑡 𝑚)𝑠 di dapatkan dari penyelesaian contoh siklus brayton ideal, yaitu 706,9 kJ/kg. Sehingga 𝑊𝑐 = 0,8 706,9 = 565,5 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑚 Untuk kompresor, kerja per satuan massa adalah Untuk kompresor, kerja per satuan massa adalah 𝑊𝑐 𝑊𝑐 𝑚)𝑠 = 𝑚 𝜂𝑐 Dimana 𝜂𝑐 adalah efisiensi kompresor. Nilai dari (𝑊𝑐 𝑚)𝑠 di dapatkan dari penyelesaian contoh siklus brayton ideal yaitu 279,7 kJ/kg, sehingga 𝑊𝑐 279,7 = = 349,6 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑚 0,8 Entalpi spesifik pada pembuangan kompresor, ℎ2 dibutuhkan untuk mengevaluasi penyebut di dalam persamaan efisiensi termal. Entalpi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 𝑊𝑐 𝑚 = ℎ2 - ℎ2 Untuk mendapatkan ℎ2 = ℎ1 + 𝑊𝑐 𝑚 Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui ℎ2 = 300,19 + 349,6 = 649,8 kJ/kg Perpindahan kalor ke fluida kerja per satuan massa aliran adalah 𝑊𝑐 = ℎ3 − ℎ2 = 1515,4 − 649,8 = 865,6 kJ/kg 𝑚 Di mana nilai ℎ3 didapatkan dari penyelesaian contoh siklus brayton ideal, akhirnya efisiensi termal adalah 565,5 − 349,6 η= = 0,249 (24,9%) 865,6 b. Back work ratio adalah 𝑊𝑐 𝑚 349,6 𝑏𝑤𝑟 = = = 0,618 61,8% 565,5 𝑊𝑡 𝑚 c. Laju alir massa adalah sama dengan yang terdapat di dalam contoh siklus brayton ideal, dengan demikian daya netto yang dihasilkan oleh siklus ini adalah 𝑘𝑔 𝑘𝐽 1𝑘𝑊 𝑊𝑠𝑖𝑘𝑙𝑢𝑠 = 5,807 565,5 − 349,6 = 1254 𝑘𝑊 𝑠 𝑘𝑔 1 𝑘𝐽 𝑠 1. Penyelesaian soal ini melalui basis standar-udara dingin disisikan sebagai bahan latihan 2. Ireversibelitas di dalam turbin dan kompresor memiliki pengaruh yang besar terhadap kinerja turbin gas. Hal ini dapat dilihat dengan membandingkan hasil-hasil yang diperoleh pada contoh ini dengan yang diperoleh pada contoh siklus brayton ideal. Ireversibilitas mengakitbatkan kerja kompresi dan berkurangnya keluaran kerja dari turbin, back work ratio meningkat tajam dan efisiensi termal menurun tajam. TUGAS: Pilih salah satu dari 3 siklus tenaga gas berikut: 1. Siklus Motor Bensin 2. Siklus Motor Diesel 3. Siklus Brayton Silahakan pilih 1 siklus dan buat 1 soal perhitungan dan jawabanya!! Selamat Bekerja…..!!!!!
