GAS TURBINE POWER PLANTS
Dosen : J. Victor Tuapetel, PhD
GAS TURBINE POWER PLANTSKompresor Ruang bakar Turbin Nosel
Compact generating set (courtesy Rolls-Royce)
Comparative size of steam turbine and gas turbin power stations (courtesy Rolls-Royce)
Digunakan untuk :
- Stasiun pembangkit listrik - Transportasi, marine power plants, .dll
Gas turbin pertama yang digunakan sebagai pembangkit listrik di perkenalkan oleh Brown Boveri dari Swiss tahun 1937 dengan efisiensi termal 17 %. Efisiensi thermal Combined cycle power plants 60 %
Tabel 1. Major classes of power generation plantSumber: Gas Turbine Performance, P.P. Walsh, P. Fletcher, 2004
Open & closed gas turbine
(a) Open to the atmosphere
(b) Simple closed cycle
Idealisasi yang digunakan dalam mempelajari open gas turbine power plants adalah air standar analysis, dimana ada 2 asumsi: fluida kerja adalah udara (gas ideal), peningkatan temperatur akibat pembakaran dan perpindahan panas dari external source
Combined steam and gas cycle
AIR STANDARD BRAYTON CYCLE
Asumsi: Turbin bekerja secara adiabatik Pengaruh energi kinetik dan potensial diabaikan.
Kerja turbin yang dihasilkan per satuan massa : m = massa aliran (kg/s) Wt ! h3 h4 h = entalpi spesifik (kJ/kg)
m
Kerja kompresor per satuan massa :
Wc ! h2 h1 Wc ! work input m
Panas yang dilepaskan per satuan massa : Qout ! h4 h1 m
Efisiensi termal siklus : Wt m Wc m h3 h4 h2 h1 L! ! m Qin h3 h2
Back work ratio :
Wc bwr ! Wt
m h2 h1 ! m h3 h4
Ideal air-standard Brayton Cycle
a
b
b
a
Diagram p-v, luas 1-2-a-b-1 = compressor work input per satuan massa. luas 3-4-b-a-3 = turbine work output per satuan massa. Diagram T-s, luas 2-3-a-b-2 = panas yang ditambahkan per satuan massa. luas 1-4-a-b-1 = panas yang dilepaskan per satuan massa. Luas di dalam kurva pada masing-masing siklus adalah net work output yang equivalen dengan panas yang ditambahkan ke sistem.
Untuk proses isentropik 1-2 dan 3-4 :
p2 p4 p1 pr 2 ! pr1 ! pr 3 ; pr 4 ! pr 3 p1 p3 p2k 1/ k
Bila analisa berdasarkan cold air standar :
p2 T2 ! T1 p1
p4 T4 ! T3 p3
p1 ! T3 p2 Cp k ! specific heat ratio, k ! Cv
k 1/ k
k 1/ k
Pengaruh pressure ratio terhadap performance
Efisiensi thermal meningkat bila perbandingan tekanan meningkat. Dari diagram T-s, peningkatan perbandingan tekanan merubah siklus dari 1-2-3-4-1 menjadi 1-2 -3 -4-1.
Efisiensi termal siklus :
q2 Lt ! 1 q1
Bila dianggap bahwa fluida kerja adalah gas ideal :
q1 ! c p T3 T2 q2 ! c p T4 T1
T4 T1 1 T1 Lt ! 1 T3 1 T2 T2 T4 T4 T3 T2 ! T1 T3 T2 T1 T3 T2 ! T4 T1
Tingkat kenaikan tekanan pada kompresor : F = p2 / p1 Hubungan tingkat kenaikan tekanan terhadap tingkat kompresi : I = v2 / v1 adalah : F = Ikk 1 T2 p2 ! !F k T1 p1 1 Lt ! 1 k 1 F k k 1 k
p2 p1
k 1 k
!F
k 1 k
Pengaruh gesekan (friction) dan irreversibilitas pada turbin dan kompresor dihitung dalam bentuk efisiensi isentropik. Efisiensi turbin isentropik:
h3 h4 Lt ! h3 h4 sh2 s h1 Lc ! h2 h1
Efisiensi kompresor isentropik: