Brayton cycle

Aplikasi Siklus BraytonEnergy yang didapat dalam bentuk tenaga putar, dan atau tenaga dorong digunakan untuk menggerakkan pesawat

terbang, kereta api, kapal, generator dan tank

Siklus brayton ideal

4

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

Analisa Siklus Brayton

outinnet qw qin

net

q

w

Seperti siklus yang lain, maka analisa yang dilakukan adalah terhadap efisiensi dan kerja yang dilakukan:

compturbnet www

Efficiency:

Net work:

atau

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

analisa energinya :

qin qout win wout he hi

6

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.

12:21 hhWWqq outinoutin

12:21 hhWW compin

System control volume dengan Asumsi :

1. Proses adiabatik2. Energi kenetik dan

potensial diabaikan 3. steady state 4. Penggunaan

bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi

Sehingga persamaan energinya :

2 ke 3 (pemasukan panas pada tekanan konstan)

23:32 hhWWqq outinoutin 23:32 hhqin

System control volume dengan Asumsi :

1. Proses isokhorik2. Energi kenetik dan

potensial diabaikan 3. steady state 4. Penggunaan

bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi

Sehingga persamaan energinya :

8

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 :

1. Proses adiabatik2. Energi kenetik dan

potensial diabaikan 3. steady state 4. Penggunaan

bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi

Sehingga persamaan energinya :

34:43 hhWWqq outinoutin

43:43 hhWW turbinout

9

4 ke 1 (pengeluaran panas pada

tekanan konstan)

System control volume dengan Asumsi :

1. Proses isokhorik2. Energi kenetik dan

potensial diabaikan 3. steady state 4. Penggunaan

bersama-sama prinsip konservasi massa dan energi

Sehingga persamaan energinya : 41:14 hhWWqq outinoutin

14:14 hhqout

Analisa Siklus Brayton

Substituting:

compturbnet www

Maka kerja bersih :

)h(h)h(hw 1243net

didapatkan efficiency:

Brayton cycle analysis

in

net

q

w

)h(h

)h(h)h(h

23

1243

)h(h

)h(h1

23

14

Brayton cycle analysis

Dengan asumsi cold air conditions maka efficiency :

)T(Tc

)T(Tc1

23p

14p

1TT

1TT

T

T1

23

14

2

1

13

T

T

p

p

k

k2

1

2

1

1

;T

T

p

p

p

p

k

k

k

k4

3

4

3

1

1

2

1

Dengan menggunakan hubungan pd proses isentropic,

Dan dengan mengdifinisikan properti:

4

3

1

2p P

P

P

Pratiopressurer

Brayton cycle analysis

4

3k1kp

1

2

T

Tr

T

T

Brayton cycle analysis

Sehingga kita dapat menggantikan perbandingan temperatur dengan perbandingan tekanan:

Dan jika disubtitusikan ke efficiency maka:

k1kpr

11

15

Brayton cycle analysis

Brayton cycle analysis

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

turb

comp

w

wBWR

Mengapa hal ini menjadi penting ?

Back-Work Ratio adalah besarnya kerja turbin yang digunakan untuk

menggerakkan kompresor

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 27C. jika turbine hanya sanggup bekerja hingga temperatur827C dan laju aliran massa udara 5 kg/s. hitung

a) Efesiensi thermalb) Kerja bersih yang dihasilkanc) BWR

(Asumsi udara dingin standar : k=1,4; Cp= 1,0035 kJ/(kg.K))

Draw diagram

P

v

1

2 3

4

Start analysis

menghitung efficiency:

k1kpr

11

Data dari contoh soal, diketahui rp = 4.5

349.05.4

11

4.114.1

Net power output:

Masukkan kedalam rumus kerja:

compturbnetnet wwmwmW Kerja bersih:

)h(h)h(hmW 1243net

)T(T)T(TcmW 1243pnet Dengan menggunakan panas jenis konstan:

Need to get T2 and T4

Menggunakan hubungan isentropic :

T

T

p

p

k

k2

1

2

1

1

;k

1k

3

4

3

4

p

p

T

T

T1 dan T3 dapat diketahui sepanjang perbandingan tekanan diketahui:

Solving for temperatures:

K4614.5300T 1.40.42 T2:

T4: K7.7150.2221100T 1.40.44

Maka kerja bersih adalah :

netW (5 kg/ s)(1.0035 / ( ))

(1100 715.7) (461 300) K

kJ kg K

kW1120Wnet

Back Work Ratio

43

12

turb

comp

hh

hh

w

wBWR

Applying constant specific heats:

42.07.7151100

300461

TT

TTBWR

43

12