Baca Juga
Siklus Brayton
Siklus Brayton menjadi
konsep dasar untuk setiap mesin turbin gas. Siklus termodinamika ini
dikembangkan pertama kali oleh John Barber pada tahun 1791, dan disempurnakan
lebih lanjut oleh George Brayton. Pada awal penerapan siklus ini, Brayton dan
ilmuwan lainnya mengembangkan mesin reciprocating dikombinasikan dengan
kompresor. Mesin tersebut berdampingan dengan mesin Otto diaplikasikan pertama
kali ke otomotif roda empat. Namun mesin Brayton kalah pamor dengan mesin Otto
empat silinder yang dikembangkan oleh Henry Ford. Pada perkembangan
selanjutnya, siklus Brayton lebih diaplikasikan khusus ke mesin-mesin turbojet
dan turbin gas.
Mesin Turbojet Pesawat
Terbang
Untuk memudahkan
memahami siklus Brayton, sangat disarankan bagi Anda untuk mengetahui prinsip
kerja turbin gas (baca artikel berikut). Kita ambil contoh mesin turbojet
pesawat terbang. Mesin ini menggunakan media kerja udara atmosfer. Sisi inlet
kompresor menghisap udara atmosfer, dan udara panas yang telah melewati turbin
keluar ke atmosfer lagi. Sekalipun sistem turbojet ini nampak merupakan siklus
terbuka, untuk kebutuhan analisa termodinamika, mari kita asumsikan udara yang
keluar turbin gas akan menjadi inlet untuk kompresor. Sehingga untuk
menganalisa siklus Brayton pada mesin turbojet menjadi lebih mudah.
(a)
Skema Siklus Brayton
(b)
Diagram P-V Siklus Brayton
(c)
Diagram T-s Siklus Brayton
Siklus Brayton
melibatkan tiga komponen utama yakni kompresor, ruang bakar (combustion
chamber), dan turbin. Media kerja udara atmosfer masuk melalui sisi inlet
kompresor, melewati ruang bakar, dan keluar kembali ke atmosfer setelah
melewati turbin. Fenomena-fenomena termodinamika yang terjadi pada siklus
Brayton ideal adalah sebagai berikut:
(1-2) Proses Kompresi
Isentropik
Udara atmosfer masuk ke
dalam sistem turbin gas melalui sisi inlet kompresor. Oleh kompresor, udara
dikompresikan sampai tekanan tertentu diikuti dengan volume ruang yang
menyempit. Proses ini tidak diikuti dengan perubahan entropi, sehingga disebut
proses isentropik. Proses ini ditunjukan dengan angka 1-2 pada kurva di atas.
(2-3) Proses Pembakaran
Isobarik
Pada tahap 2-3, udara
terkompresi masuk ke ruang bakar. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang
bakar, dan diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut. Energi panas
hasil pembakaran diserap oleh udara (q in), meningkatkan temperatur udara, dan
menambah volume udara. Proses ini tidak mengalami kenaikan tekanan udara,
karena udara hasil proses pembakaran bebas berekspansi ke sisi turbin. Karena
tekanan yang konstan inilah maka proses ini disebut isobarik.
(3-4) Proses Ekspansi
Isentropik
Udara bertekanan yang
telah menyerap panas hasil pembakaran, berekspansi melewati turbin. Sudu-sudu
turbin yang merupakan nozzle-nozzle kecil berfungsi untuk mengkonversikan
energi panas udara menjadi energi kinetik (baca artikel berikut). Sebagian
energi tersebut dikonversikan turbin untuk memutar kompresor. Pada sistem
pembangkit listrik turbin gas, sebagian energi lagi dikonversikan turbin untuk
memutar generator listrik. Sedangkan pada mesin turbojet, sebagian energi panas
dikonversikan menjadi daya dorong pesawat oleh sebentuk nozzle besar pada ujung
keluaran turbin gas.
(4-1) Proses Pembuangan
Panas
Tahap selanjutnya
adalah pembuangan udara kembali ke atmosfer. Pada siklus Brayton ideal, udara
yang keluar dari turbin ini masih menyisakan sejumlah energi panas. Panas ini
diserap oleh udara bebas, sehingga secara siklus udara tersebut siap untuk
kembali masuk ke tahap 1-2 lagi.
0 komentar:
Posting Komentar