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: