Siklus Brayton non ideal ditunjukkan garis putus – putus dan tanda (‘) diatas. Pada masing – masing proses kompresi terjadi gesekan fluida (1-2’) dan proses ekspansi terjadi gesekan fluida (3-4’) menunjukkan kenaikan entropi penurunan – penurunan tekanan selama proses pemasukan panas (2-3) dan proses pembuagan panas (4-1) bisa diabaikan .Keperluan tekanan ini diikuti hanya terhadap kasus –kasus perbandingan tekanan rendah. [48]
Efisiensi masing – masing proses kompresi dan ekspansi dapat dihitung sebagai berikut : Untuk kompresor : η cp = 𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎 𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎 𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝐼𝑑𝑒𝑎𝑙 ……….………(2.7) ηcp = 𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎 𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎 𝐼𝑑𝑒𝑎𝑙 𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 ……….(2.8)
Gambar 2.38 Siklus Brayton Non Ideal Untuk Turbin :
η T = 𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
Dimana temperatur berkaitan denagan panas spesifik konstan. Maka kerja output turbin dan kerja input yang dibutuhkan kompresor sebagai berikut :
W T = 𝑚̇gb . Cp (𝑇3 – T’4) ………..(2.10)
W c = 𝑚̇ . Cp (T2’ – T1 )………...………...(2.11)
Kerja netto keluran siklus adalah perbedaan antara kerja output turbin dan kerja input yang dibutuhkan kompresor.
Jadi kerja netto :
Wnet = WT - Wc
Daya spesifik siklus dapat digunakan sebagai salah satu pengukuran performansi siklus tersebut, yaitu :
Daya spesifik = 𝑊𝑛𝑒𝑡
𝑚̇ ………..………..…..(2.12)
Daya spesifik ini adalah bergantung pada panas spesifik dari fluida kerja yang diguakan pada siklus dan perbedaan tekanan yang terjadi, dimana harga optimum dapat tercapai.
Panas masuk atau energi yang diberikan kedalam siklus QA :
QA = 𝑚̇bb . LHV……….(2.13)
Dimana : 𝑚̇bb = Massa bahan bakar [kg/s]
Effisiensi dapat ditentukan dari penggambaran standart untuk effisiensi thermal total (overall) , berikut :
η ov = 𝑊𝑛𝑒𝑡
𝑄𝐴 ……….(2.14)
Effisiensi termal total gabungan pada effisiensi kompressor dan effisiensi turbin.
2.8. Teor i Kompresi
2.8.1. Hubungan Antara Tekanan dan Volume
Hubungan antara tekanan dan volume gas dalam proses kompresi tersebut dapat diuraikan sebaai berikut. Jika selama kompresi, temperatur gas dijaga tetap (tidak bertambah panas) maka pengecilan volume terjadi setengah kali akan menikkan tekanan menjadi dua kali lipat. Demikian juga volume menjadi sepertiga kali, maka tekanan menjadi tiga kali lipat dan seterusnya.jadi dapat disimpulkan : “Jika gas dikompresikan atau diekspansikan pada temperatur tetap, maka tekanan akan berbanding terbalik dengan volume”.
Pada hukum Boyle :
P1 V1 = P2 V2 = tetap………..(2.15)
2.8.2 Hubungan Antara Temperatur dan Volume .
Gas mempunyai koefesien yang lebih besar daripada zat cair dan zat padat. Dari pengukuran koefesien muai berbagai gas diperoleh kesimpulan sebagai berikut : “semua macam gas apabila diturunkan temperaturnya sebesar 1 ºC, akan mengurangi volume dengan proporsi yang sama dan apabila temperaturnya dinaikkan sebesar 1 ºC, pada tekanan tetap akan mengalami pertambahan volume
sebesar 1 / 273 dari volumenya pada 0 oC. Menurut hokum Charles [49] :
“Pada proses tekanan tetap volume gas berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya”. 𝑉1 𝑉2= 𝑇1 𝑇2 ………...………..…...……….(2.16) 2.8.3 Persamaan Keadaan.
Hukum Boyle dan Hukum Charles digabung menjadi hokum Boyle - Charles dapat dinyatakan :
pV = GRT ………..………..……….(2.17) Dimana :
P = Tekanan mutlak (Pa) V = Volume (m3 )
G = Berat gas (Kgf) atau N T = Temperatur mutlak (ºK) R = Konstanta gas (mol / ºK)
Konstanta R berbeda – beda untuk masing – masing gas. Tabel 2.1 Harga - harga R
Persamaan diatas dapat ditulis :
pυ = RT ………...(2.18)
υ = V/G
υ = Volume Spesifik 𝑝𝜐
𝑇 = 𝑅= Tetap ………...(2.19) Gas yang memenuhi persamaan ini disebut gas ideal.
2.9. Pr oses Kompr esi Gas 2.9.1 Cara Kompresi
Kompresi gas dibagi menurut tiga cara yaitu [50] : proses isothermal, proses adiabatik dan politropik.
a. Kompresi Isothermal
Kompresi isothermal dapat dapat disebut jika gas dikompresi maka gas tersebut mendapat energi mekanik dan diubah menjadi energi panas sehingga temperatur gas naik dan tekanan naik, namun jika proses dibarengi pendingin untuk mengeluarkan panas yang terjadi dan temperatur tetap dijaga.
pV = Tetap
p1V1 = p2.V2 = Tetap……….……….………(2.20)
b. Kompresi Adiabatik
Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke dalam gas. Proses tersebut disebut adiabatik.
p .V k = tetap atau p1 . V1k = p 2 . V2 k = tetap ……….…….…(2.21) Dimana k = Cp / Cv
c. Kompresi Politropik
Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isothermal, karena kenaikan temperatur. Namun juga bukan proses adiabatic karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi sesungguhnya, ada diantara keduanya disebut proses politropik.
P . V n = Tetap Atau
p1 .V1n = p 2 .V2n = Tetap ………..……..(2.22)
2.9.2. Perubahan Temperatur
Pada proses isothermal temperatur dijaga tetap sehingga tidak berubah pada proses adiabatik tidak ada panas yang dibuang dari kompresor [51] .
……….….(2.23) Dimana :
Td = Temperatur mutlak gas keluar kompresor (ºK) Ts = Tempertur isap gas masuk kompresor (ºK) M = Jumlah tingkat kompresi ; m = 1, 2, 3,…. Pd / Ps = 𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛𝐾𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑀𝑢𝑡𝑙𝑎𝑘
𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛𝐼𝑠𝑎𝑝𝑚𝑢𝑡𝑙𝑎𝑘 = Perbandingan Tekanan
K = Cp / Cv
Kompresor bertingkat digunakan untuk memperoleh perbandingan tekanan (rc) yang tinggi. Kompresi dengan perbandingan kompresi yang besar, jika dilakukan hanya dengan satu tingkat akan kurang efektif karena efesiensi
volumertiknya akan rendah. Namun jika jumlah tingkat terlalu banyak, kerugian gesekan menjadi terlalu banyak dan harganya menjadi terlalu mahal. Gambar Grafik perbandingan Tekanan Kompresi dalam Kompresi Adiabatik (untuk m = 1 dalam Kompresi Satu Tingkat) dapat dilihat sebagai berikut;[52]
Gambar 2.39: Grafik perbandingan Tekanan Kompresi dalam Kompresi Adiabatik (untuk m = 1 dalam Kompresi Satu Tingkat)
2.9.3. Pengaruh Temperatur Udara yang dihisap Kompresor Terhadap Daya yang berguna yang Dihasilkan Turbin Gas.
Temperatur udara yang dihisap kompresor mempunyai pengaruh yang besar terhadap daya yang berguna yang dihasilkan turbin gas. Sebab kapasitas atau massa udara ( 𝑚̇𝑢 ) yang mengalir masuk berubah. Dari persamaan untuk gas m = pv / RT. Bila temperatur udara kerja, maka ( 𝑚̇𝑢 ) menjadi besar, berarti udara yang masuk kedalam instalasi menjadi lebih banyak. Selain itu daya usaha
instalasi menjadi lebih besar, karena perbandingan T3 / T1 lebih besar sedangkan T3 sebelum turbin dijaga tetap dengan demikian terjadi perbaikan efisiensi thermal proses. Gambar Perubahan Daya yang Dihasilkan Instalasi Turbin Gas Pe pada Waktu Terjadi Perubahan Temperatur Udara Luar yang Dihisap Kompressor ,Instalasi sudah Ditentukan untuk Bekerja dengan Temperatur Udara Luar 15 ºC, harga – harga Informatif. [53]
Gambar 2.40. Perubahan Daya yang Dihasilkan Instalasi Turbin Gas Pe pada Waktu Terjadi Perubahan Temperatur Udara Luar yang Dihisap Kompressor ,Instalasi sudah Ditentukan untuk Bekerja dengan Temperatur Udara Luar 15 ºC, harga – harga Informatif. (sumber : Turbin Pompa dan Kompresor, Fritz Dietzel)