BAB II INJAUAN PUSAKA 2.. Sistem Kerja dan Start urbin Gas Penggerak mula yang digunakan pada system ini adala motor diesel. Motor diesel ini diubungkan dengan accessory gear melalui torque converter dan clute. Mula-mula motor diesel akan memutar kompresor, turbin dan generator sekaligus dalam keadaan idle (tanpa beban) sampai tercapai putaran (6-22)% dari putaran kerja. Pada putaran ini kapasitas kompresor tela cukup untuk proses pembakaran seingga proses pembakaran tela dapat dilakukan didalam ruang bakar. Gas panas asil pembakaran kemudian diekspansikan kedalam turbin secara kontinu. Jumla baan bakar terus bertamba, seingga mengakibatkan entalpi asil pembakaran semakin tinggi, demikian juga tenaga (daya) yang diasilkan turbin semakin besar. Dengan semakin meningkatnya daya yang diasilkan turbin, akan membawa kompresor dan turbin itu sendiri semakin cepat berputar. Pada putaran sekitar (65-75) % dari putaran kerja, maka motor diesel tela tertinggal putarannya, seingga terjadi slip pada kopling. Pada saat inila kopling melepas ubungan antara motor diesel dan kompresor. Kemudian motor diesel barjalan idle dan akirnya berenti, sementara turbin berakselerasi sendiri dengan adanya tambaan baan bakar sampai dengan putaran kerja. Pada saat putaran kerja tela tercapai, governor tela berfungsi untuk mengatur baan bakar dan program start tela selesai, seingga turbin siap menerima beban dari generator dan operasi terus berjalan dengan bervariasi beban dari generator.
Gambar 2.. urbin gas (Sumber : www.manufacturer.com) 2.2. Analisa ermodinamika a. Siklus Ideal urbin gas secara termodinamika bekerja dengan siklus Brayton. Siklus ini merupakan siklus ideal untuk system turbin gas sederana dengan siklus terbuka. Siklus ini terdiri dari dua proses isobar dan dua proses isentropik. Siklus ideal adala siklus yang dibangun berdasarkan asumsi sebagai berikut : Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara reversible dan adiabatic isentropis Perubaan energi kinetic dari fluida kerja diantara sisi masuk dan sisi keluar setiap kompresor diabaikan. idak ada kerugian tekanan pada sisi masuk ruang bakar dan keluar gas.
Fluida kerja dianggap ideal dengan panas jenis konstan. Massa aliran gas dianggap konstan. Dengan digram, S dan P V dapat diliat berikut ini: Gambar 2.2. Diagram -S dan diagram P-V (siklus ideal) Proses-proses yang terjadi dari diagram tersebut diatas adala sebagai berikut : Proses -2 : Proses kompresi isentropis pada kompresor. Proses 2- : Proses pembakaran pada tekanan konstan (isobar) didalam ruang bakar, adanya pemasukan panas. Proses -4 : Proses ekspansi isentropik pada turbin. Proses 4- : Proses pembuangan kalor pada tekanan konstan. Dengan demikian pada proses steady state untuk masing-masing proses diatas, diperole: Proses -2 : Kerja kompresor k 2 - ( KJ / Kg udara ) Proses 2- : Pemasukan panas Qin 2 ( KJ / Kg.gas produk ) Proses-4 : Kerja turbin r 4 ( KJ / Kg.gas produk )
Kerja netto siklus ( net ) net r k ( 4) (2 ) Ole karena proses -2 dan -4 adala proses yang berlangsung secara isentropis, maka ubungan P- diperole : 2 ( ) γ γ r p 4 Dimana r p adala perbandingan tekanan (pressure ratio), yaitu : P P Pr 2 2 r p P P4 Pr Pr Pr 4 b. Siklus Aktual Proses proses yang terjadi diatas berlaku secara teoritis, tetapi kenyataannya (secara aktual) terjadi penyimpangan penyimpangan dari proses yang ideal. Penyimpangan penyimpangan itu adala :. Fluida kerja bukanla gas ideal dengan panas spesifik konstan. 2. Laju aliran massa fluida kerja tidak konstan.. Proses yang berlangsung disetiap komponen tidak adiabatik dan reversibel, karena ada kerugian energi akibat gesekan, perpindaan panas dan lain lain. 4. Proses kompresi didalam kompresor tidak berlangsung secara isentropis. 5. Proses ekspansi didalam turbin tidak berlangsung secara isentropis. 6. erjadi penurunan tekanan pada ruang bakar. Kerugian kerugian diatas akan mempengarui effesiensi dari siklus. Untuk losses tersebut dapat diliat pada gambar diagram siklus actual berikut ini :
Gambar 2.. Diagram vs S (siklus aktual) Dari gambar diatas terliat bawa : Proses kompresi berlangsung secara aktual, yaitu menurut garis 2a, sedangkan pada proses ideal terjadi secara isentropis (-2). Proses ekspansi juga berlangsung secara aktual, yaitu menurut garis -4a, sedangkan pada proses ideal secara isentropis (-4). 2.2.. Analisa ermodinamika Pada Kompresor Kerja spesifik ideal adala kalor spesifik yang dibutukan untuk menggerakkan kompresor ideal (k -2). Sedangkan kerja kompresor aktual adala kalor spesifik yang dibutukan untuk menggerakkan kompresor dengan memperatikan efisiensi kompresor karena pada dasarnya kompresor tidak perna bekerja secara isentropis. Effisiensi kompresor merupakan perbandingan antara kerja kompresor pada siklus ideal dengan kerja kompresor sebenarnya, yaitu : k k i ka k 2 2' Dengan menentukan effiensi kompresor menurut [lit, al 98] untuk kompresor aksial berarga 0,85 0,90 dan untuk kompresor sentrifugal 0,80.
2.2.2. Analisa ermodinamika Pada Ruang Bakar Analisa termodinamika pada ruang bakar ini diperlukan untuk menentukan perbandingan udara dengan baan bakar (AFR)AK yang diperlukan untuk mengitung jumla udara pembakaran dan kelebian udara pada analisa baan bakar serta mengitung effesiensi termal. Reaksi pembakaran teoritis dengan udara idrokarbon dengan rumus CmHn adala menurut persamaan reaksi [Lit, Hal 0] : C H n n n n ( m + ( O + an + bh O ) mco + a m N + b 2 2 2 2 + 2 + m + O 4 m n 2 4 4 4 H Dimana, a perbandingan volume N2 dengan O2 di udara b perbandingan volume H2O dengan O2 di udara Seingga dapat diperole perbandingan udara dan baan bakar yang dibutukan pada kondisi stoikiometri yaitu : mol udara BM udara AFR mol baan bakar BM baan bakar massa udara massa baan bakar Dimana, AFR Air fuel Ratio(Kg udara/kg baan bakar) BMudara berat molekul udara (Kg udara/kmol baan bakar) BMbaan bakar berat molekul baan bakar(kg baan baker/kmol baan bakar) Sedangkan untuk mendapatkan nilai AFR pada kondisi aktual, diperole melalui persamaan berikut : λ AFR AK AFR AFR H H 00% 2.2.. Analisa ermodinamika Pada urbin Pada turbin terjadi pelepasan energi untuk menggerakkan beban (kompresor dan generator). Karena terbatasnya kekuatan material sudu turbin
teradap temperatur dan tegangan termal maka temperatur gas masuk turbin dibatasi menurut [Lit, Hal 84] pada pesawat sampai dengan 280 C. Karena adanya kerugian sebab anya sebagian kalor yang ada diuba menjadi kalor yang berguna seingga turbin memiliki effisiensi sebesar : a a 4' 4 Menurut [Lit, Hal 85] turbin gas memiliki effisiensi sebesar 0,82-0,89. 2.2.4. Effisiensi siklus Merupakan perbandingan antara jumla kalor yang dimasukkan kesistem sebesar : t t q net in ( ) ( ) 4' 2' 2'