Siklus Brayton

Brayton cycle

Aplikasi Siklus Brayton Energy yang didapat dalam bentuk tenaga putar, dan atau tenaga dorong digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang, kereta api, kapal, generator dan tank

Siklus brayton ideal

Brayton Cycle

• 1 ke 2—kompresi isentropik di kompresor • 2 ke 3—pemasukan panas pada tekanan konstan (pengganti proses pembakaran) • 3 ke 4—ekspansi isentropik di turbin • 4 ke 1– pengeluaran panas pada tekanan konstan

4

Analisa Siklus Brayton Seperti siklus yang lain, maka analisa yang dilakukan adalah terhadap efisiensi dan kerja yang dilakukan: net Efficiency: Net work: atau

w η= q in w net = qin − q out

w net = w turb − w comp

Analisa Energy : setiap alat bekerja pada aliran massa yang tetap,sehingga  analisa energinya :

(qin − qout )+ (win − wout ) = he − hi

1 ke 2 (kompresi isentropik di kompressor) : Karena siklus brayton bekerja antara dua tekanan tetap maka perbandingan tekanan (pressure ratio) menjadi penting, pressure ratio tidak sama dengan compression ratio.

System control volume dengan Asumsi : 2. Proses adiabatik 3. Energi kenetik dan potensial diabaikan 4. steady state 5. Penggunaan bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi Sehingga persamaan energinya :

1 → 2 : ( qin − q out ) + (Win − Wout ) = h2 − h1

1 → 2 : Win = Wcomp = h2 − h1

6

2 ke 3 (pemasukan panas pada tekanan konstan) System control volume dengan Asumsi : 2. Proses isokhorik 3. Energi kenetik dan potensial diabaikan 4. steady state 5. Penggunaan bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi Sehingga persamaan energinya :

2 → 3 : ( qin − q out ) + (Win − Wout ) = h3 − h2 2 → 3 : qin = h3 − h2

3 ke 4 (ekspansi isentropik di turbin) : cara kerja turbin adalah kebalikan dari kompresor yakni mengubah tekanan menjadi kecepatan maka kerja turbin dirumuskan sebagai :

System control volume dengan Asumsi : 2. Proses adiabatik 3. Energi kenetik dan potensial diabaikan 4. steady state 5. Penggunaan bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi Sehingga persamaan energinya :

3 → 4 : ( qin − q out ) + (Win − Wout ) = h4 − h3 3 → 4 : Wout = Wturbin = h3 − h4

8

4 ke 1 (pengeluaran panas pada tekanan konstan) System control volume dengan Asumsi : 2. Proses isokhorik 3. Energi kenetik dan potensial diabaikan 4. steady state 5. Penggunaan bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi Sehingga persamaan energinya :

4 → 1 : ( qin − q out ) + (Win − Wout ) = h1 − h4

4 → 1 : q out = h4 − h1

9

Analisa Siklus Brayton

Maka kerja bersih :

w net = w turb − w comp Substituting:

w net = (h 3 − h 4 ) − (h 2 − h1 )

Brayton cycle analysis didapatkan efficiency:

w net (h 3 − h 4 ) − (h 2 − h1 ) η= = q in (h 3 − h 2 ) (h 4 − h1 ) η =1 − (h 3 − h 2 )

Brayton cycle analysis Dengan asumsi cold air conditions maka efficiency :

η =1 −

c p (T4 − T1 ) c p (T3 − T2 )

T1 ( T4 T1 − 1) η = 1− T2 ( T3 T2 − 1)

Brayton cycle analysis Dengan menggunakan hubungan pd proses isentropic,

T2  p 2  =  T1  p1 

k −1 k

;

T4  p 4  =  T3  p3 

k −1 k

 p1  =   p2 

k −1 k

Dan dengan mengdifinisikan properti:

P2 P3 rp = pressure ratio = = P1 P4

13

Brayton cycle analysis Sehingga kita dapat menggantikan perbandingan temperatur dengan perbandingan tekanan:

T3 T2 ( k −1) k = rp = T1 T4 Dan jika disubtitusikan ke efficiency maka:

η = 1−

1

( k −1)

rp

k

Brayton cycle analysis

15

Brayton cycle analysis Sebuah nilai yang penting dalam siklus brayton adalah Back Work Ratio (BWR).

BWR =

w comp w turb

Mengapa hal ini menjadi penting ?

Back-Work Ratio adalah besarnya kerja turbin yang digunakan untuk menggerakkan kompresor

Jet cycle

EXAMPLE PROBLEM Perbandingan tekanan pada suatu mesin brayton adalah 4,5 dengan kondisi udara masuk kompresor pada 100 kPa dan 27°C. jika turbine hanya sanggup bekerja hingga temperatur827°C dan laju aliran massa udara 5 kg/s. hitung a) Efesiensi thermal b) Kerja bersih yang dihasilkan c) BWR (Asumsi udara dingin standar : k=1,4; Cp= 1,0035 kJ/(kg.K))

Draw diagram P

2

3

1

4

v

Start analysis menghitung efficiency:

η = 1−

1

( k −1)

rp

k

Data dari contoh soal, diketahui rp = 4.5

η = 1−

1

4.5

( 1.4 −1)

1.4

= 0.349

Net power output: Kerja bersih:

(

 =m   W w = m w turb − w comp net net

)

Masukkan kedalam rumus kerja:

 =m  ( (h 3 − h 4 ) − (h 2 − h1 ) ) W net

Dengan menggunakan panas jenis konstan:

 =m  c p ( (T3 − T4 ) − (T2 − T1 ) ) W net

Need to get T2 and T4 Menggunakan hubungan isentropic :

T2  p 2  =  T1  p1 

k −1 k

T4  p 4  ; =   T3  p 3 

k −1 k

T1 dan T3 dapat diketahui sepanjang perbandingan tekanan diketahui:

Solving for temperatures: T 2:

T2 = 300( 4.5)

T 4:

T4 = 1100( 0.222 )

0.4 1.4

= 461 K 0.4 1.4

= 715.7 K

Maka kerja bersih adalah :  W net  (5 kg/ s)(1.0035 kJ / (kg K )) 

 (1100

 715.7) 

(461 300)

 = 1120 kW W net



K

Back Work Ratio BWR =

w comp w turb

=

h 2 − h1 h3 − h4

Applying constant specific heats:

T2 − T1

461 − 300 BWR = = = 0.42 T3 − T4 1100 − 715.7