MESIN TURBIN (BRAYTON CYCLE) SEJARAHMesin Turbin (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 tahun 1873. Pada awal penerapan siklus ini, Brayton dan ilmuwan lainnya mengembangkan mesin reciprocatingdikombinasikan dengan kompresor. Mesin ini berdampingan dengan mesin Otto diaplikasikan pertama kali ke otomoti. Namun mesin Brayton kalah pamor dengan mesin Otto empat-tak yang dikembangkan oleh Henry Ford. JENIS MESIN BERDASARKAN SIKLUS1. Siklus Terbuka Pada siklus ini gas hasil pembakaran langsung dibuang ke udara bebas setelah diekspansikan di dalam turbin. Instalasi ini memiliki struktur yang sederhana yaitu terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan turbin yang berfungsi sebagai penggerak kompresor dan beban. Skema instalasi turbin gas siklus ini ditunjukkan pada gambar sebagai berikut :

2. Siklus Tertutup Siklus tertutup dibagi menjadi siklus tertutup langsung dan siklus tertutup tak langsung. Pada siklus tertutup langsung (direct closed cycle), gas pendingin dipanaskan di dalam reaktor dan berekspansi melalui turbin, didinginkan di dalam penukar kalor dan dikompresi kembali ke reaktor. Siklus ini dapat juga menggunakan gas lain yang bukan hanya udara. Tidak ada buangan gas radioaktif yang dibuang ke atmosfer dalam operasi normal. Fluida yang paling cocok untuk ini adalah helium. Sedangkan pada siklus tertutup tak langsung (indirect closed cycle) merupakan gabungan siklus terbuka tak langsung dan siklus tertutup langsung, karena reaktornya terpisah dari fluida kerja oleh suatu penukar kalor. Sedangkan gas kerja itu membuang kalor ke atmosfer melalui penukar kalor. Bahan pendingin primer biasanya air, atau gas helium. Pada siklus tertutup ini fluida kerja tidak berhubungan dengan atmosfir sekitarnya, dengan demikian dapat juga dijaga kemurniannya. Hal ini sangat menguntungkan dari segi pencegahan kerusakan yang disebabkan oleh erosi dan korosi. Pada sistem ini dapat juga digunakan dengan udara bertekanan tinggi sampai 40 atm seperti pada instalasi uap, tetapi kerjanya tidak mengalami perubahan fasa.

Keuntungan pada siklus ini antara lain adalah :

1. Untuk daya yang sama turbin ini mempunyai ukuran yang lebih kecil

2. Dapat digunakan pada sistem bertekanan tinggi

3. Lebih menghemat penggunaan bahan bakar

JENIS MESIN BERDASARKAN KONSTRUKSI1 Turbin Gas Poros Tunggal Turbin satu poros mempunyai kompresor, turbin, dan beban pada satu poros yang berputar pada kecepatan tetap. Konfigurasi ini digunakan untuk menggerakkan generator kecil dan generator besar untuk utilitas.

2 Turbin Gas Poros Ganda Turbin ini digunakan untuk menahan beban dan torsi yang bervariasi dimana poros pertama turbin dikopel langsung dengan poros aksial. Pada jenis ini, turbin terdiri atas dua buah yaitu turbin tekanan tinggi dan turbin tekanan rendah. Turbin dengan tekanan tinggi berfungsi menggerakkan kompresor dan mensuplai gas panas untuk turbin bertekanan rendah. Turbin berporos ganda ini juga digunakan untuk sentral listrik dan industri. Turbin ini direncanakan beroperasi pada putaran yang berbeda tanpa menggunakan reduction gear. TM 2500 PLTG Paya Pasir merupakan contoh dari turbin gas poros ganda.

JENIS MESIN BERDASARKAN ALIRAN FLUIDA1 Turbin Aliran Axial Adalah turbin dengan arah aliran fluida diperoleh pada arah sejajar dengan dengan sumbu poros turbin. Turbin aksial umumnya sering digunakan untuk kapasitas dan daya besar karena mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan turbin jenis radial. Antara lain yaitu:

1. Efisiensinya lebih baik

2. Perbandingan tekanan (rp) dapat dibuat lebih tinggi

3. Konstruksinya lebih ringan serta tidak membutuhkan ruangan yang besar.

Bila ditinjau dari sistem konversi energinya, turbin aksial dibagi menjadi dua bagian yaitu :

1. Turbin aksial reaksi Turbin yang proses ekspansinya terjadi tidak saja pada laluanlaluan sudu gerak, sehingga penurunan seluruh kandungan kalor pada semua tingkat terdistribusi secara merata.

2. Turbin aksial aksi (impuls) Merupakan turbin yang proses ekspansi (penurunan tekanan) fluidanya hanya terjadi pada sudu diam dan energi kecepatan diubah menjadi energi mekanis pada sudusudu turbin (tanpa terjadinya ekspansi pada sudu gerak itu).

2 Turbin Aliran Radial Turbin aliran radial adalah turbin dengan arah aliran fluida diperoleh pada arah tegak lurus dengan sumbu poros turbin.

Karakteristik turbin aliran radial

Pada turbin radial, ekspansi fluida dari tekanan awal ke tekanan akhir terjadi di dalam laluan semua baris sudusudu yang berputar. Turbin radial umumnya digunakan untuk aliran yang kecil, dimana turbin radial lebih murah dan sederhana untuk dibuat bila dibandingkan dengan turbin aksial. Sebagai contoh pada instalasi turbin gas yang kecil dalam bidang automotif dan pompa pemadam yang dapat dipindahpindah.

SIKLUS KERJA MESIN 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 (qin), 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 (bacaartikel 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.

Reference : http://en.m.wikipedia.org/wiki/Brayton_cycle http://artikel-teknologi.com/siklus-brayton/ https://ecourses.ou.edu/cgi-bin/ebook.cgi?doc&topic=th&chap_sec=09.1&page=theory