GAS GA S PO POW WER CYCLE BAHAN KULIAH BAGIAN I ANALI AN ALIS SISTE TER RMAL - TF TF 320 3205 3205 5 Dr. Ir Ir. I. B. Ardh dhana ana Put Putrra 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
1
INTRODUCTION (1) SIKLUS TERMODINAMIK : Serangkaian proses termodinamik untuk memindahkan kalor dan kerja melalui perubahan tekanan, tekanan, suhu, suhu, dan variabel keadaan lain yang pada akhirnya mengembalikan suat suatu u sist sistem em ke kondisi semula-nya. SIKLUS DAYA GAS : (Terbuka (Terbuka dan Tertutup) Konversi kalor input berfase gas dirubah menjadi kerja output. Fase gas terbentuk sepanjang siklus
SIKLUS DAYA UAP : SIKLUS TERMODINAMIK
Konversi kalor input berfase uap dirubah menjadi kerja output. Uap mengalami proses kondensasi sebelum proses penguapan dilakukan kembali
SIKLUS REFRIGERASI : Perubahan fase refrigeran (uap cair) digunakan untuk memindahkan kalor atau meghasilkan meghasilk an pendinginan 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
2
INTRODUCTION (2) SIKLUS TERMODINAMIK : umumnya terdiri dari 4 proses termodinamik , 1. Kompresi 2. Pena Penamb mbah ahan an kalo kalorr 3. Ekspansi
Untuk kondisi ideal salah satu variabel dipegang konstan selama terjadi proses termodinamik sehingga dikenal :
4. Pele Pelepa pasa san n kalo kalorr 1. Pros Proses es ISOT ISOTER ERMA MAL L 2. Pros Proses es ISOB ISOBAR ARIK IK 3. Pros Proses es ISOK ISOKOR ORIK IK 4. Pros Proses es ISE ISENT NTRO ROPI PIK K 5. Prose Proses s ISEN ISENT TALPI ALPIK K 6. Pros Proses es ADIA ADIABA BATI TIK K
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
3
INTRODUCTION (3) Semua proses termodinamik yang terjadi di-analisa dengan : •
HUKU HU KUM M TERM TERMOD ODIN INAM AMIK IKA A – 1 (Kon (Konse serv rvas asii Ener Energi gi))
•
HUKUM TER TERMODINAMIKA – 2
•
PERS PERSAM AMAA AAN N KEAD KEADAA AAN N (Huk (Hukum um Gas Gas Ide Ideal al))
•
KONSERVASI MASSA
•
KONS ONSERVASI MOM MOME ENTUM TUM
Pemahan kembali terhadap hukum-hukum dan proses termodinamika harus dilakukan untuk dapat mengikuti kuliah ini dengan lebih mudah. 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
4
Brief R Review eview : Thermodynamics Thermodynamics
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
5
REVIE VIEW THER HERM ODIN ODINAM IKA HUKUM TERMODINAMIK : Suatu bentuk aksiomatik dasar dari proses termodinamika yang menentukan besaran-besaran fisis (suhu, energi, entropi) suatu sistem termodinamik dan menjelaskan menjelask an perpindahan atau konversi kalor dan kerja dalam setiap proses termodinamik Hukum Termodi Termodinamika namika – 0 : generalisasi dari prinsip prinsi p keseimbangan energi Hukum Termodi Termodinamika namika – 1 : menjelaskan bahwa energi dapat dirubah atau di-transformasikan berdasarkan kaidah konservasi energi, yang berarti pula energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan Hukum Termodi Termodinamika namika – 2 : entropi suatu sistem makroskopik yang terisolasi tidak akan berkurang di alam entropi selalu bertambah Hukum Termodi Termodinamika namika – 3 : tidak mungkin mendinginkan suatu sistem sampai ke kondisi absolute zero 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
6
REVIE VIEW THER HERM ODIN ODINAM IKA Hukum Ther Thermodi modinami namika ka •
• •
Prinsip kons konser ervas vasii energi energi.. Energi bisa mengalami peribahan selama suat uatu u pros pr oses es t ermodin ermodinamika amika berlang berlangs sung akan akan tet tetapi api jumla jumlah h ene nerg rgii total tetap konstan konstan.. Energi disebut memiliki kuantitas da dan n kualitas Hukum thermodinamika II Hukum thermodin t hermodinam amika ika 0, I, II
Syst yst em Thermod hermodiinamika namika • • •
2/ 9/ 2011
System : kuantitas suatu matter atau region didalam sua suatt u rruang uang yang yang ditentukan. dit entukan. Sys ystt em tert t ertut utup up (closed system) : tidak terjadi perpindahan masa melalui selubung ruang yang ditentukan. System terbuka (open system) : volume kontrol sua uatt u region region tert t erten entt u dimana terjadi aliran masa pada batas region tersebut. I. B. Ardhana Put ra
7
REVIE VIEW THER HERM ODIN ODINAM IKA Sifat -si -sifat sua uatt u sist em thermodi t hermodina nami mik k •
Sifat dasar : P , T , V , m
•
Sifat turunan : misalnya : keraptan masa (density) adalah
m
V
Sifat-sifat Intensif dan Ekstensif •
Sifat-sifat Intensif : adalah sifat-sifat termodinamis suatu sistem yang t idak tergant tergantung ung dari dari ukuran sis sistt em ters t ersebut ebut : P , T ,
•
Sifat-sifat Ekstensif : adalah sifat termodinamis suatu sistem yang diengaruhi diengaruhi oleh ukuran sis sistt em ters t ersebut ebut : m , V
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
8
Enthalpy •
atau enthalpy adalah kuantitas perubahan energi dalam suatu proses pada tekanan konstan
∆H
H = E + PV atau ∆H = ∆E + P ∆V Perubahan energi Untuk volume konstan maka komponen ini = 0 Dalam suatu sistem dengan tekanan konstan :
dh du VdP PdV du PdV • Hanya ditentukan oleh kondisi awal dan akhir perubahan energi tersebut kondisi intermediate tidak relevan
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
9
SIKLUS THER THERM ODIN ODINAMI AMIKA • Dit inja inj au da darri jenis j enis f luida lui da kerja erj anya nya : – Siklus gas : fa f ase gas gas t et eta ap terb t erbent entuk uk sepa sepanj njang ang siklus klus – Siklus dalam seba sebag gian si siklus klus f luida uida kerj kerja a be berrupa klus uap : dala uap dan sebagian dalam fase cair • Dit inja inj au da darri jenis si siklusny klusnya a: – Siklus f luida da kerja erj a diperbaha diperbaharrui set setiap iap sa sat u iklus terbuka erbuka : flui siklus – Siklus Tertutup : fluida kerja kembali ke-kondisi awal set etiiap s sa at u s siiklus klus
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
10
Jenis Siklus • • • • • •
2/ 9/ 2011
Siklus Carnot Siklus Otto Siklus Diesel Siklus Stirling dan Ericsson Siklus Brayton Siklus klus Ranki Rankine ne
I. B. Ardhana Put ra
11
Siklus Carnot • T Q in 1
1 2 3 4
isotermal
2
T H k i p o r t
k i p o r t n e s I
T L
3 isotermal
•
n e s I
4 Q out
• S
2/ 9/ 2011
Terdiri erdir i da dari ri 4 proses proses yang yang sepe epenuhny nuhnya a revers reversibe ibell : 2 3 4 1
proses proses pengambilan kalor – isothermal proses proses kompresi – isentropik proses proses pelepasan kalor – isotermal proses proses ekspansi - isentropik
Merupa Mer upaka kan n siklus ikl us da daya ya yang yang pa paliling ng efisien diguna digunaka kan n seb eba agai acuan cuan ba bag gi siklus aktual at au ideal ideal la l ainnya karena karena proses prosesiso isott ermal ermal yang yang revers reversible ible ha hampir t idak mungkin mungkin dibuat dibuat dalam da lam kondisi ondisi nya nyat a. Carnot cycle cycle dapa dapatt be beke kerj rja a da dalam lam sist ist em tertutup atau terbuk terbuka de deng nga an aliran liran yang yang ajeg (st (st ea eady dy flow f low)) dengan dengan mengg mengguna unaka kan n fluida k kerja erja gas atau uap.
I. B. Ardhana Put ra
12
CARNO RNOT CYCLE Hot region T Q H T H
3
4
3
Q H
4
Condenser
Kompresor
Turbine T L
1
2 Q L
1
Evaporator
Q L
2
S
th , Carnot
2/ 9/ 2011
1
T L T H I. B. Ardhana Put ra
Cold region
13
EFISIEN SIKLUS CARNOT ARNOT qin T H s2 s1 qout T L s3 s4 T L s2 s1
T q in
TH
TL
1
2
4
3
efisiensi termal th didefinisikan sebagai : perbandingan antara kerja total (W net ) yang dihasilkan sistem dengan kalor yang diperlukan ( q in ) untuk menghasilkan kerja tersebut
th
q out s 1 = s 4
s 2 = s 3
S
W net qin
1
qin qout qin
T L s2 s1 T H s2 s1
1
1
qout qin
T L T H
Rumus diatas menunjukkan bahwa efisiensi termal mesin Carnot tidak tergantung dari jenis fluida kerja maupun jenis siklus tertutup/terbuka 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
14
CARNOT ENGINE Cold region T Q in 1
Q in 1
TH
2
isothermal turbine
2 isentropic compressor
TL
isentropic turbine
3
4
isothermal compressor
Q out 4
th , Carnot
1
T L
3
Q out
S Hot region
T H
adalah efisiensi mesin Carnot yang bekerja pada suhu TL dan TH 09/ 02/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
15
Mesin Carnot 3
Kompresor isotermal
Kompresor isentropik
1
Turbin isotermal
Turbin isentropik
W net
4
Q in
2
Q out • Terdi erdiri ri da dari ri 4 jeni jenis s komp kompon onen en : - komp kompre reso sorr isot isoter erma mall da dan n isen isentr trop opik ik - turb turbin in isot isoter ermal mal da dan n isent isentro ropi pik k • Pele Pelepa pasa san n da dan n pe peng ngam ambi bila lan n kalo kalorr (Q out ,Q in ) terj terjad adii pa pada da pros proses es isote isoterma rmall sedan sedangk gkan an kerja kerja (W net ) dihasi dihasilkan lkan pad pada a proses proses isentr isentropi opik k 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
16
SiklusOtto Siklus Otto
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
17
The History of Engines • • •
1769 – James Watt patents his first improved steam engine. 1806 – François Isaac de Rivaz invented t he first fi rst succes success sful Internal Inter nal Combut Combution ion Engine (ICE (ICE). 1816 – Robert Stirling invented his hot air Stirling Engine, and what we now call a “regenerator”.
•
1824 – Nicolas Léonard Sadi Carnot first publishes that the efficiency of a heat engine depends on the temperature difference between an engine and its environment.
• • •
1877 – Nikolaus Otto patents a four-stroke four-st roke internal int ernal combust combust ion eng engine ine (US Patent 194,047). 194,047). 1882 – James Atkinson invents the t he Atkinson Cycle Cycle engine, engine, now common in some hybrid vehicles. vehicles. 1892 – Rudolf Diesel patents the Diesel engine (US Patent 608,845).
• • • •
1899– Ferdinand Porsche creates the first hybrid vehicle. 1905 – Alfred Büchi patents the turbocharge. 1929 – Felix elix Wankel patents the Wankel rotary engine (US Patent 2,988,008). Late 1930s – Hans von Ohain and Frank Whittle Whitt le separately build pioneering gas turbine engines intended for aircraft propulsion, leading to the pioneering turbojet powered flights in 1939 Germany and 1941 England. 1980s 198 0s – Electroni lect ronic c Fuel Fuel Injecti Inj ection on (E ( EFI) appears on gasoline gasoline automobil auto mobile e engines.
• •
1990s –Hybrid 1990s – Hybrid Vehicles Vehicles that run on an internal int ernal combust combust ion eng engine ine (ICE (ICE) and an an electric electr ic motor mot or charged by regenerative braking
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
18
Bagian-ba n-bag gian Mesi esin Ot t o Injektor Bahan Bakar
Katup Hisap
Spark-plug (Busi)
Saluran Buang
Saluran Hisap
Gas Buang
Udara Masuk
Ruang Bakar
Kepala Piston
Gerak Pis Gerak Piston ton Fly-wheel (Roda Gila)
Crank-shaft Tangkai Piston
Ruang Pelumas
2/ 9/ 2011
Katup Buang
Gerak FlyFly-wheel -wheel
I. B. Ardhana Putra
19
Prinsip Kerja Siklus Otto www.eng.warwick.ac.uk/.../engine/ic018.htm
1
2
• Setiap siklus terdiri terdiri dari dari 4 langkah langkah dengan 2 putaran penuh crank shaft setiap siklus disebut ‘mesin 4 langkah’ • Per Peruba bah han termodinamis campuran bahan bakar dan udara pada setiap siklus terjadi dalam fasa gas 2/ 9/ 2011
4
3
I. B. Ardhana Put ra
1. 2. 3. 4.
Langka Lang kah h Hisa Hisap p (Intake ) Lang La ngka kah h Tek Tekan an (Compression ) Lang La ngka kah h Baka Bakarr (Ignition ) Lang La ngka kah h Buan Buang g (Exhaust )
20
1 Induction Stroke (Langkah Hisap/Induksi) : katup hisap terbuka dan katup pembuangan tertutup saat kepala piston bergerak kebawah campuran udara dan bahan bakar memasuki ruang bakar melalui saluran hisap. Langkah piston berhenti ketika mencapai BDC (Bottom Dead center).
2 Compression Stroke (Langkah Tekan) : Terjadi saat kepala k epala piston bergerak keatas k eatas katup hisap dan katup buang tertutup. Tekanan Tekanan campuran udara dan bahan bakar meningkat meningk at . Langkah ini berakhir saat kepala piston mencapai TDC (Top (Top Dead center). Gerak piston keatas diakibatkan oleh momentum yang dihasilkan oleh fly-wheel 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
21
3 Spark Ignition (Proses Pembakaran) Spark ignition titik saat busi menghasilkan percikan api dan mebakar campuran udara dan bahan bakar bertekanan tinggi yang terdapat dalam ruang piston dianggap sebagai saat mulai ditimbulkannya daya mekanik oleh udara dan bahan bakar yang dipindahkan ke piston.
4 Power Stroke Pembakaran udara-bahan bakar menimbulkan tekanan gas yang sangat tinggi yang mendorong piston bergerak kebawah. Gerak linier piston di konversikan menjadi gerak putar crank-shaft dirubah menjadi momentum oleh fly-wheel. Energi yang dihasilkan digunakan sebagai kerja dan sebagian untuk mengkompensasi kehilangan kerja (work losses) akibat langkah kompresi dan gerak buka-tutup katup, kerja injektor dll. 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
22
5 Exhaust Stroke (Langkah Buang) Langkah ini mirip dengan langkah hisap (induction) dimana gas hasil pembakaran dibuang melalui saluran buang. Langkah ini harus terjadi secara sempurna agar tidak ada sisa hasil pembakaran tertinggal didalam ruang piston.
6 Exhaust and Inlet Valve Valve Overlap Merupakan kondisi overlap antara mulai terbukanya katup hisap dan tertutupnya katup buang. Katup hisap mulai terbuka sesaat sebelum piston mencapai TDC.
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
23
Complete Otto Cycle
Copyright 2003 Kruse Technology Partnership
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
24
Campuran Udara-Bahan Bakar Katup Hisap
Katup Buang
Katup Hisap
Campuran udara-bahan bakar
V min
TDC
V max
Langkah Piston BDC
Katup Buang
Compression Ratio :
r
V max V min
V BDC V TDC
BDC TDC
Engine Displacement Numberof cylinders strokelength bore area [cm 3 ]
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
25
MEP MEP MEP : Mean Effective Pressure
P
Adalah tekanan fiktif yang bila diberikan kepada piston selama siklus akan menghasilkan kerja total (W net ) yang sama dengan kondisi aktualnya
W net net
MEP
MEP
W net net V max
W net V max V min
kPa
V min
KB
W net MEP V max V min
kJ/kg
KI TDC 2/ 9/ 2011
BDC I. B. Ardhana Put ra
26
Siklus Otto – Aktua uall Langkah Hisap
KB
1 ( Intake Stroke) 3
KI
Langkah kompresi 2 ( Compression Stroke)
4
3 Proses Pembakaran
2
( Ignition Process)
5
4 Langkah Ekspansi
( Expansion Stroke)
1 5 Langkah Buang
( Exhaust Stroke)
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
27
Siklus Otto – Ide deal al Keseimbangan energi per satuan massa merupakan total kalor dan kerja yang terjadi setiap satu siklus penuh (complete cycle) :
qin qout win wout u
P
Pada saat perpindahan kalor ( q in dan q out ) tidak terjadi kerja karena perpindahan kalor terjadi pada volume tetap, sehingga :
q in
qin u3 u2
q out
qout TDC
2/ 9/ 2011
BDC
I. B. Ardhana Put ra
V
cv T 3 T 2 u4 u1 cv T 4 T 1 28
th , Otto
wnet qin
1
qin qout
1
qin
T 4 T 1 T 3 T 2
1
qout qin
T 1 T 4 T 1 1 T 2 T 3 T 2 1
Sesuai dengan Hukum Thermodinamika II untuk suatu proses isentropik maka berlaku :
T 1 v2 T 2 v1 T 1 v2 T 2 v1
1
1
T 4 v3 dan T 3 v4 v 3 v4
1
T 4 T 3
Dimana
th , Otto
I. B. Ardhana Put ra
1
r
Efisiensi thermodinamik siklus Otto adalah : 2/ 9/ 2011
1
c p cv
1
r 1 V max V 1 V min
V 2
v1 v2 29
Contoh-contoh Mesin Otto (Scuderi) Split Cycle Engine Saluran udara
Spark-plug Pembakaran fuel+udara
Carmelo Scuderi
Combustion + Power Cylinder
Intake + Compression Cylinder
Cylinder Head (Piston) Crank-shaft
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
30
Scuderi Engine Air Storage Tank
HYBRID SYSTEM
NORMAL SYSTEM
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
31
Siklus klus Ot t o da dallam Me M esin Mobi M obill http://www.carbibles.com/fuel_engine_bible.html Spark Plug lu g Intake Cam
Exhaust Cam Exhaust Valve
Intake Int ake Valve Valve Clutch Piston Gear Box Connect ing Rod Rod
Fly Wheel Crank
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
32
Susunan Piston Dalam Mesin Otto http://www.carbibles.com/fuel_engine_bible.html
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
33
Gerakan Piston Single dan V
http://www.howstuffworks.com/engine.htm/printable
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
34
Wankle ankle En Engine Menggunakan rotary compressor
http://www.absoluteastronomy. com/topics/Wankel_engine 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
35
Carburretor ALIRAN UDARA
ALIRAN BAHAN BAKAR
Otto cycle memerlukan penyampuran udara dan bahan bakar (fuel) pengotrolan fasa dan laju aliran massa fuel serta udara (oxygen) dilakukan secara mekanik dalam carburretor Carburretor digu diguna naka kan n un untu tuk k:: 1. Mengatur laju alira iran udara melalui choke butterfly dan mencampu mencampurr uda udara ra den dengan gan bahan bah an bakar bakar (fuel) (fuel) secara secara merata merata sebelu sebelum m memasuki memasuki ruang ruang bakar bakar
• • • 2/ 9/ 2011
Pipa Pipa uda udara ra mel melal alui ui vent ventur urii untu untuk k meningkatkan kecepatan aliran Pembent Pembentuka ukan n fasa kabut kabut baha bahan n bakar bakar (fuel) (fuel) Terja erjadi di camp campur uran an uda udara ra dan dan fue fuell I. B. Ardhana Put ra
2. Mengatur laju alira iran bahan baka ba karr un untu tuk k menja menjaga ga campu campura ran n ud udar ara a da dan n ba baha han n baka ba karr (throttle butterfly) butterfly) bera be rada da da dala lam m rent rentan ang g yang yang tepat mengat mengatur ur suhu suhu pembakaran 36
Approaching Condition
Cara Kerja Carburettor
• Untu Untuk k me meca capa paii kiner kinerja ja carb carbur urre reto torr yang ideal diperluka diperlukan n kondisi kondisi termo termodin dinami amis s udar udara a dan dan bahan bahan bakar yang yang ideal ideal – viskositas, viskositas, iners inersia ia dan dan geseka gesekan n terha terhada dap p alira aliran n udara/b uda ra/bahan ahan bakar. bakar. • Dala Dalam m kond kondis isii prak prakti tis s devi devias asii dari dari kondisi kondisi ideal ideal sulit dikompensa dikompensasi si terut terutama ama pad pada a kecepa kecepatan tan renda rendah h atau atau sanga sangatt tingg tinggi. i.
air fuel
• Carb Carbur urre reto torr haru harus s dapa dapatt menghasi menghasilkan lkan campuran campuran uda udara/f ra/fuel uel untu untuk k berb berbag agai ai suhu suhu dan dan tekan tekanan an udara uda ra atmosfir atmosfir,, variasi variasi kecepatan kecepatan dan dan beba beban n kendar kendaraa aan n serta serta menga mengatas tasii gaya gaya setrif setrifug ugal al pada pada kendaraan Pada Pada gamba gambarr ditun ditunjuk jukkan kan varias variasii jumlah bahan bakar yang dicampur denga den gan n udara udara untuk untuk berba berbagai gai kecepatan kecepatan kendaraan kendaraan
Idle Condition Accelerator pump bekerja untuk menambah laju aliran massa fuel 2/ 9/ 2011
Accelerating Condition I. B. Ardhana Put ra
37
Elect ect ronic onic Fuel Injec Inj ectt or memilikii keungg keunggula ulan n: EFI memilik 1. Dapat me men ngatur tur emis misi gas buang 2. Lebih ekon konomis mis dalam lam penggunaa penggunaan n fuel 3. Mening ningka katk tka an kine kinerj rja a me mesi sin n
EFI memiliki prinsip kerja mirip dengan carburretor. EFI mengontrol injeksi fuel secara elektronik langsung ke intake manifold yang berada dekat intake valve.
EFI telah digunakan pada mesinmesin mobil saat ini. Diperkenalkan tahun 1991 oleh Toyota. Toyota . 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
38
EFI = Electroni lect ronic c Fuel
Aliran Aliran uda udara ra
Injector
Katup tambahan tambahan untuk kondis kondisii idle
Katup Hisap Hisap & Katup Buang uang Filter ilt er udara udara & Throttle hrott le Butt Butterfly erfly
Sensor suhu yang mengatur mengatur waktu waktu spray spray dari dari injector
Pedal gas Distr Distributor ibutor pengap pengapian ian (ignition) – memb memberi eri sinya inyal kepa kepada da ECU untuk membuk membuka a injector
Throttle Switch Electri lect ric c Fuel Fuel Pump
Full Load Switch Manifold Sensor
ECU = Electronic Fuel tank
Control ontr ol Unit Connection to battery
Fuel Filter
Fuel Pressure Regulator
Contoh ontoh Rang angkaian kaian Sist istem EFI - BOSCH
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
39
Contoh : Sistem Kontrol EFI-BOSCH To ECU
INJECTOR INJECT OR – 1 INJECT INJ ECTOR OR – 2
SENSOR
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
40
TURBO CHARGE CYCLE • Dalam combustion combustion engine engine NA (Normal (Normal Aspirated) Aspirated) udara udara luar dialirkan melalui carburretor tekanan udara adalah tekanan atmosfir normal akibatnya jumlah fuel yang dibakar terbatas sesuai dengan tekanan atmosfir tersebut • Daya mesin dapat dapat ditingkatka ditingkatkan n pa pada da rpm yang sama dengan dengan meningkatkan tekanan gas campuran udara-bahan bakar pada saat langkah daya (power stroke) diperlukan pompa (forced induction pump) untuk menambah tekanan gas campuran udara-bahan bakar kedalam ruang silinder terjadi peningkatan efisiensi voulme metric (v ). • Daya yang dihasilkan dihasilkan dari dari penambahan penambahan forced forced induction induction pump ini dapat mencapai mencapai 35% - 60% dibandingkan dibandingkan NA engines. engines. Salah Salah satu sistem yang digunakan untuk meningkatkan jumlah campuran udarabahan bakar kedalam silinder adalah TURBO CAHRGING SYSTEM • TURBO CAHRGER CAHRGER adalah adalah kompresor kompresor yang yang digunakan digunakan untuk untuk menghisap dan memberikan tekanan udara tambahan yang akan ak an dialirkan kedalam ruang bakar 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
41
Skematik Posisi Turbo Charger http://www.gmhightechperformance.com/features/0 609htp_2007_saturn_sky_red_line/photo_12.html
TURBO CHARGER
Popular Mechanics http://gas2.org/tag/turbochargers/
Udara pendingin
Udara bertekanan tinggi dan bersuhu rendah dari Turbo Charger Charger dialirkan ke intake manifold Udara bertekanan dan bersuhu tinggi dari Turbo Charger
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
42
Skematik Turbo Charger http://carsinthefastlane.com/modifications/the -best-bang-for-the-buck-performancemodification
http://www.enzeecommunity.com/blogs/nzblog/2008/01
Turbo Charger Charger Unit : • Terdi erdiri ri da dari ri 2 bag bagia ian n:k kom ompr pres esor or da dan n turb turbin in • Ud Udar ara a am ambi bien entt dial dialir irka kan n ke komp kompre reso sorr ud udar ara a de deng ngan an teka tekana nan n ting tinggi gi be berc rcamp ampur ur dengan den gan gas buan buang g dari dari exhau exhaust st manifo manifold ld yang yang tela telah h melalui melalui turbin turbin • Ca Camp mpur uran an ud udar ara a am ambi bien ent+ t+ga gas s bu buan ang g be bert rtek ekan anan an ting tinggi gi dial dialir irka kan n kemb kembal alii ke inle inlett manifold manifold pada silinder silinder 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
43
TURBO TURB TU O CH CHARGE ARGE SY YS STEM TEM Pad Pa Pad ada da M esin esin Diesel Diesel iesel
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
44
Mesin Diesel Rudolf Diesel, Diesel , adalah penemu mesin diesel (1892) berdasarkan pada prinsip hot-bulb engine. Memperoleh paten pada tahun 1893 Tujuan utama Diesel adalah membuat mesin yang dapat menggunakan berbagai bahan bakar
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
45
Perbandingan Perban erbanding dingan an D Diesel iesel esel vs vsOtto Otto Diesel
Otto
• Internal combustion • No ignit ignition ion
• Internal combustion • Requires ignition
• reciprocating engines
•
• higher compression ratio • 14 14:1 :1 - 24:1 24:1
• lower compres compression ratio rati o • limited by the air-fuel mixture entering the cylinders • 10:1 most cars = 7:1
Power is a direct direct function functi on of t he amount mount of fue f uell burned in the t he cylinders. Power is i s limit limi t ed solely solely by the t he amount amount of fue f uell injec i njectt ed into the t he e eng ngine ine cylinders
Power is indirectly controlled by t he butt butterfl erfly y valve valve in the t he ca carburetor and the amount amount of fue f uell en entt ering the engine.
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
reciprocating engines
46
Pembakaran (ledakan) terjadi saat langkah kompresi
http://auto.howstuffworks.com/diesel-two-stroke1.htm
2/ 9/ 2011
Prinsip Prins rinsip ip Dasar Dasar Diesel Diesel Engine Eng ngine ine • Camp Campur uran an ud udar araa-ba baha han n ba baka karr berben berbentuk tuk gas diberika diberikan n tekana tekanan n sehingg sehingga a suhunya suhunya meningka meningkatt mencapa mencapaii 7000 – 9000 C ata atau u 13 1300 000 – 16500 C. • Pada tekan kanan dan suh suhu ting inggi campura campuran n uda udara-b ra-baha ahan n bakar bakar terb terbak akar ar da dan n mengh menghasi asilka lkan n da daya ya yang yang mendoro mendorong ng piston piston kembali kembali kebawa kebawah h direct power transfer • Jenis me mesi sin n dise isel: • 2 - lan langkah • 4 - lang langka kah. h. • Kece Kecepa pata tan n me mesi sin n dies diesel el : • High-speed : ≥ 1200 rpm • Medium-speed : approximately 300 to 1200 rpm • Low-speed about 60 to 100 rpm,
I. B. Ardhana Put ra
47
Diesel Cycle http://auto.howstuffworks.com/diesel-two-stroke1.htm
Process a – b Adiabatic Compression Win Process b – c Fuel injection and combustion at constant pressure Qin
Wout
Process c – d Adiabatic Power Expansion Wout Win
2/ 9/ 2011
Process d – a Exhaust at constant volume Qout
I. B. Ardhana Put ra
48
Skematik Langkah-langkah dalam Mesin Diesel http://www.kruse-ltc.com/Diesel_LTC/diesel_ltc_cycle.php#
Induction Stroke (Langkah (Langkah Hisap/Induksi) : Ud Udar ara a luar luar dihi dihisa sap p melalui melalui katup katup hisap. hisap. Jumlah Jumlah uda udara ra yang yang dihisap dihisap kedala kedalam m ruang ruang silin silinde derr menen menentu tuka kan n da daya ya yang yang akan akan diha dihasil silka kan n saat saat pros proses es pembak pembakara aran. n. Secara Secara teo teorit ritis is langka langkah h induksi induksi akan akan dimulai dimulai pad pada a TDC dan berhen berhenti ti saat saat piston piston menc mencapa apaii BDC BDC.. Secara Secara praktis praktis,, untuk untuk menga mengata tasi si de dela lay y katup katup mekan mekanika ikall da dan n iner inersia sia ud udar ara a masuk masuk sert serta a mengamb mengambilil keuntu keuntunga ngan n momentu momentum m gas exhaust, exhaust, maka langka langkah h ini dimu dimula laii da dan n be bera rakh khir ir seca secara ra be berv rvar aria iasi si pa pada da po posis sisii ba bata tang ng pisto piston n 0 0, 1800, 3600, 5400, dan dan 72 720 00.
1 Compression Stroke (Langkah Tekan) : Dimulai saat kepala piston bergerak keatas katup hisap dan katup buang tertutup. Tekanan Tekanan dan suhu udara meningkat sampai pada titik bakar dari bahan bakar yang diinjeksikan diinjeksik an kedalam ruang ruang silinder. silinder. Pada langkah ini pemisahan pem isahan antara udara dan bahan bakar dapat menghindarkan terjadinya ‘auto ignition’, sehingga mesin Diesel dapat beroperasi pada tekanan yang lebih tinggi.
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
2 49
3
Compression Ignition (Langkah Kompresi Bakar) Bakar) Langkah kompresi bakar terjadi saat bahan bakar yang diinjeksikan langsung kedalam silinder oleh fuel injector bertekanan tinggi, secara spontan s pontan terbakar. Pada mesin diesel konvensional semua bahan bakar di-injeksikan kedalam silinder, silinder, akan tetapi untuk mengurangi terbentuknya NOx maka pada mesin diesel baru (LTC = Limited Temperature Temperature Cycle) hanya sebagian bahan bakar yang di-injeksikan secara langsung kedalam silinder sehingga membatasi suhu pembakaran. Full power dicapai dengan meng-injeksikan sisa bahan bakar tersebut pada saat langkah daya (power stroke).
Power Stroke (Langkah Daya) Daya) Langkah Daya dimulai saat bahan bakar yang di-injeksikan kedalam silinder dan udara secara spontan terbakar t erbakar dan menimbulkan tekanan yang kemudian mendorong piston kebawah. Pada saat ini, sisa bahan bakar yang sengaja dilakukan pada langkah kompresi di-injeksikan kedalam silinder
4 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
50
Exhaust Exhaust Stroke (Langkah (Langkah Buang) Langkah Buang merupakan langkah yang kritis seperti pada langkah hisap. Proses yang terjadi harus halus dan efisien. Gas yang dihasilkan pada langkah bakar dibuang dari silinder melalui katup buang. Diharapkan semua gas yang terbentuk dapat dibuang karena sisa gas akan menempati ruang silinder dan mengurangi volume udara yang akan dihisap pada saat langkah hisap. Berkurangnya volume udara yang dihisap akan mengurangi m engurangi terbentuknya daya maksimum.
5 Exhaust and Inlet Valve Overlap Katup buang dan hisap bekerja secara overlap pada saat transisi antara langkah buang dan hisap. Hal ini merupakan kebutuhan praktis setiap mesin bakar agar katup mekanikal (buang dan hisap) beroperasi secara efisien. Katup hisap perlu terbuka sebelum piston mencapai TDC saat langkah buang. Demikian juga halnya untuk membuang semua gas hasil pembakaran maka katup buang harus tetap terbuka setelah piston mencapai TDC ada saat dimana kedua katup terbuka.
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
6 51
Efisiensi termal maksimum siklus diesel : tergantung pada rasio kompresi dan rasio cut-off
1 1 1 r 1 1
th , Diesel
r
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
V 3 V 2 V 1 V 2
rasio cut off rasio kompresi
c p cv
rasio kalor spesifik
52
V 1 T 1 V 2 T 2 T 1 r 1 T 2
1
r
V 2
T 3 suhu nyala nyala bahan bahan bakar bakar – suhu nyala adiabatik T 2 suhu bahan bakar inlet
V 3
1
T 3 T 2
T 3 1 T r 1 2
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
53
The 2- 2 -stroke stroke diesel cycle.
The The 4 4- -stroke stroke diesel cycle.
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
54
Isu IIs su Ek kol ko ologi olog log ogii – – Gas Gas B Buang uang uan g M esin esin Diesel Diesel iesel •
•
Rasio tekanan dan suhu pembakaran yang tinggi dalam mesin diesel mesin mesin dies di esel el melepaska melepaskan n ext ext ra pollut poll utant ant ke udara sepert sepertii gas gas NOx yang berbahay berbahaya a Pengembang mesin diesel menciptakan mesin yang menghindarkan pelepasan gas Nox ke udara BlueT lueTec – Mercedez menggunakan menggunakan 2 komponen kat kat alik alik untuk unt uk merubah gas gas No Nox
NH 3 + NO x N 2 + H 2 O
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
55
BlueTec eTec System ystem
http://www.greencarcongress.com/2006/01/daimlerchrysler.html
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
56
Contoh Con onttoh mesin mesin diesel diesel
Subaru Boxer Turbodiesel
The 6.0-liter V-12 of the Enzo Ferrari
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
2008 - Mercedes-Benz Mercedes-Benz C63 AMG
57
SiklusStirling Siklus Stirling
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
58
Stirling Cycle Stirlin Stirling g engine engine Menghasilkan Menghasilkan konversi konversi energi energi kal kalor or menjadi energi mekanik den dengan gan merubah merubah-ruba rubah h kompr kompres esii da dan n ekspa ekspansi nsi udar ud ara a da dala lam m juml jumlah ah yang yang kons konsta tan n pa pada da suhu suhu yang yang berbeda-beda
• Ditemukan Ditemukan p pada ada 1816 1816 oleh Robert Stirling menjadi kompetitor Mesin Uap • Menjadi Menjadi populer saat ini karena menggunaka menggunakan n udara udara (environmental (environmental friendly) friendly) disebut juga hot air engine • Me Merup rupakan akan siklu siklus s tertut tertutup up disebut juga closed-cycle regenerative heat engine 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
59
Stirling Engine Types 1. Alpha Type
2/ 9/ 2011
2. Beta Type
I. B. Ardhana Put ra
3. GammaT G ammaType ype
60
Konf onfiigura urasi St irling Eng Engiine Alpha Type
Gamma Type
Beta Type
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
61
The herrma mall Dist ribut butiion Alpha Type
Cold
q out
Hot
T H
T 3 1
4
2 T L
q in
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
62
Alpha Type
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
63
Beta Type Silinde Silinderr pan panas as Pemisah piston Insulator kalor – memisahkan silinder panas dan dingin Silinde Silinderr Dingin Dingin Inlet/Outlet cairan pendingin Piston daya Fly-wheel
http://gardeningisfun.files.wordpress.com/2008/02/stirling-engine.jpg
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
64
Stirling Type Lemman Engine Betha Stirling Engine
Air engine
http://www.ent.ohiou.edu/~urieli/stirling/engines/beta.html
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
65
Perbandingan Perbanding erbandingan an SiklusStirling Siklus Stirling dan
Compression Space
Expansion Space
Compression Space
Expansion Space
1 Compression
n o i t a r u g i f n o C a h p l A
Regenerator
Regenerator
2 Displacement
Displacer
3 Expansion
Displacer
3 Displacement
2/ 9/ 2011
Displacer
I. B. Ardhana Put ra
n o i t a r u g i f n o C a t e B
Displacer
66
Stirling Type
http://www.odts.de/esg/ST5engl.html
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
67
Penambahan kalor terjadi pada volume konstan. Gas dialirkan kembali melalui regenerator dengan membawa kalor yang masih tersisa pada proses 2.
Kalor input memanaskan silinder kiri terjadi ekspansi udara sehingga menggerakan piston kiri kebawah dan piston kanan bergerak keatas
Kalor dilepaskan pada volume konstan. Gas panas dilewatkan ke regenerator terjadi pendinginan
Gas mengalami kompresi pada suhu rendah gas melepaskan kalor ke tandon dingin 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
68
Termod ermodiinamika namika Siklus klus Stirling type
q out
Gamma Type Diagaram P-V q in
q out T H
Siklus Stirling adalah siklus reversibel penuh sehingga sama dengan termodinamis siklus Carnot
th , Stirling 2/ 9/ 2011
1
Diagaram T-S
T L
T L
q in
T H I. B. Ardhana Put ra
69
Karakt rakt eris erist ik M Mes esiin St St irling •
Gas yang digunakan harus mempunyai kapasitas kalor yang rendah kalor yang diterima menghasilkan peningkatan tekanan yang tinggi, misalnya HIDROG HIDR OGE EN, HE HELIUM LIUM,, METANA, AMONIA AMONIA
•
Mesin Stirling merupakan mesin external combustion perlu pemanasan ‘warming up time’ sebelum mulai bekerja hanya baik untuk mesin berkecepatan konstan
•
M eng enghas hasililkan kan daya daya output out put yang konst konst an unt untuk uk mengubah-ubah mengubah-ubah daya output out put diperluka diperl ukan n mekanisme mekanisme tambaha tambahan n
•
Selain regenerator, mesin Stirling memerlukan heat exchanger pada kedua silinder penerima penerima kalor (bagian (bagian panas) panas) dan pelepa pel epas s kalo kalorr (bagian (bagian dingin) di ngin)
•
Mesin Stirling bekerja pada beda suhu yang tinggi pada bagian panas dan dingin ma matt erial hea heatt excha exchang nger er harus dipili dipi lih h yang memiliki memili ki konduktivit kondukti vitas as kalor tinggi sedangkan material silinder harus tahan panas
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
70
Peng engg gunaan unaan Mesi esin St irling • • • • •
Power St ation ati on Solar Power generator Cryogenic Cooling Heat Pump Aircraft, Ship and Automotive Engines
Keunggulan • • • •
Dapa patt meng mengguna unaka kan n sumber umber kalor kalor secara ecara langs langsung M empunya empunyaii komponen-k komponen-komponen omponen mesin mesin yang yang sede ederhana rhana Cukup ukup ama man n karena karena t idak me meng ngg guna unaka kan n ba baha han n ba baka karr yang yang fla fl ama mable ble Wast e heat heat yang yang dihas dihasilka il kan n da dapa patt diguna digunaka kan n kemba kembalili da dalam lam proses proses at au langka langkah h siklus selanjut elanjutny nya a
Kelemahan • • 2/ 9/ 2011
M emerl emerluka ukan n hea heatt excha exchang nger er sehing sehingg ga pemiliha pemili han n ma matt erial menjadi menjadi faktor yang yang sa sang nga at krusial krusial Meka Mekanisme nisme disipa disipas si kalor kalor cukup ukup rumit I. B. Ardhana Put ra
71
Power Generator Generator Dengan Deng engan an Renewable Renewable enewable Energy Sour Source
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
72
Wave Energy http://www.engineering.lancs.ac.uk/lureg/group_research/wa http://www.engineering.lancs.ac.uk/lureg/group_re search/wa ve_energy_research/wraspa.php
http://www.renewableenergyworld.com/rea/new s/article/2007/06/
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
73
Wind Wind Energ nergy
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
74
Solar Energy
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
75
SIKLUS BRA BRAYTON YTON
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
76
Brayto yt on’s Cycl ycle Ditemukan oleh George Baily Brayton, walaupun tidak mencapai sukses komersial karena kurang kompak dan efisien dibandingkan spark-ignition engines (Otto engine) Frank Whittle menemukan keterbatasan piston driven engine untuk mesin pesawat berkecepatan tinggi dibutuhkan mesin yang berbasis continuous flow turbine diperlukan pembakaran terjadi pada tekanan konstan siklus Brayton digunakan pada mesin propulsion untuk pesawat
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
77
Jenis Siklus Brayton 1, Jenis Siklus Terbuka Terbuka
Mesin Pesawat jenis propulsion
2, Jenis Siklus Tertutup Tertutup
Turbine Gas untuk pembangkit tenaga listrik 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
78
Siklus Brayton Terbuka Salah Salah satu satu cont contoh oh Siklu Siklus s Bray Brayto ton n Terbuka adalah turbojet continuous flow 1) Uda darra Inta Intake ke dal dalam am sebu sebuah ah compressor assembly proses yang yang terjad terjadii dalam dalam kondisi kondisi adiabatik 2)
Bah Bahan bakar kar kemu mud dian dicamp campu ur deng de ngan an ud udar ara a be bert rtek ekan anan an da dan n dibaka dibakarr dalam dalam combusti combustion on chamber pros proses es terj terjad adii pa pada da tekanan tekanan konstan konstan
3) Gas Gas pan panas hasil asil pe pemb mbak akar aran an dalam combustion combustion chamber chamber dialir dialirkan kan kearah kearah belaka belakang ng unt untuk uk memperoleh memperoleh daya dorong. dorong. Aliran gas ga s pa pana nas s juga juga me memut mutar ar turb turbin in da dan n kompresor. 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
79
Contoh ontoh Mes M esin in TurboJet Pesawat
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
80
Secondary Air Stream
Duct Fan
Outer Nozzle Fuel Injection
JENIS MESIN PESAWAT
Turbine Hot Gases
Air Inlet
Compressor Primary Air Stream
Combustion Chamber
Inner Nozzle
Air Inlet
TURBOFAN
Fuel Injection
Turbine
Hot Gases
Diffuser Nozzle
Compressor
Burner
Hot Gases
Combustion Chamber
Nozzle
TURBOJET
RAMJET 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
81
Siklus klus Brayton yt on Tert ert ut utup up Siklus Siklus Brayto Brayton n Tertutu ertutup p umumny umumnya a digunakan digunakan dalam Power Plant Untuk Pembang Untuk Pembangkit kit Listri Listrik k Tena enaga ga Uap (PLTU) (PLTU) : • Uap Uap pan ana as dihas ihasil ilka kan n me mela lalu luii pembak pembakara aran n fluida fluida kerja kerja uap pana pa nas s dial dialir irka kan n ke turb turbin in kerja W dihasilkan • Uap Uap pan ana as dari ari tur turbin bin didin idingi gink nkan an dan da n dial dialir irka kan n kemba kembalili ke kompresor dipanaskan dipanaskan untuk dialir dialirkan kan kembali kembali turbin turbin • Kemu Kemung ngki kina nan n digu diguna naka kan n secondary heat exchanger memanfa memanfaatk atkan an kalor kalor exhau exhaust st untu un tuk k pe peman manas asan an aw awal al flui fluida da kerja efisiensi efisiensi energi energi
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
82
Termodinamika Siklus Terbuka
1
2
3
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
83
Jet-Propulsion Cycle Perubahan Tekanan, Tekanan, Suhu dan kecepatan aliran fluida dalam siklus Brayton terbuka Tekanan exhaust diharapkan sebesar mungkin karena digunakan sebagai thrust atau daya dorong pesawat
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
84
Mesin Pesawat Turbofan
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
85
Proses oses Aft er Burner ur ner dalam dalam Mes Mesiin Tur Turbo bo Jet
Proses afterburner adalah penambahan kalor pada fluida kerja pada tekanan konstan bahan bakar ditambahkan pada gas exhaust dan membakarnya kembali
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
86
Termodinamika Siklus Tertutup
2
1
2/ 9/ 2011
3
4
I. B. Ardhana Put ra
87
Kinerja Termodinamis Siklus Tertutup q 2 c
b
a
Dalam satu siklus lengkap maka energi dalam = 0
Kerja total yang dihasilkan adalah total kalor yang terjadi dalam sistem :
d
q 1
dimana
adalah kalor yang ditambahkan melalui combustor dan
adalah kalor yang dilepaskan 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
88
Kerja total per satuan massa
Sehingga efisiensi termodinamik sebagai fungsi suhu menjadi :
Pada Pada prose proses s a – d dan b – c d diper iperoleh oleh :
Sehingga diperoleh juga Maka efisiensi termodinamik siklus Brayton Dalam fungsi suhu menjadi : 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
89
Jika rasio suhu dinyatakan sebagai : maka efisiensi termodinamika termodinamik a dapat dituliskan sebagai :
dimana TR dan PR adalah rasio suhu dan rasio tekanan tek anan yang terjadi pada kompresor
Untuk memperoleh efisiensi termodinamik yang tinggi maka mak a TR >> tetapi rasio suhu yang besar menyebabkan suhu fluida kerja yang meninggalkan kompresor mendekati suhu fluida kerja yang masuk kedalam turbin akibatnya : T b T c Hal ini berarti kerja
0 atau
menjadi kecil
Rancangan berbasis efisiensi termal maksimum tidak efektif
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
90
Kriteria yang lebih bermakna adalah menggunakan kriteria daya per unit massa, sehingga : Kerja per unit massa dimana T a = suhu udara luar
T b = suhu keluar kompresor
mak simum meninggalkan turbin T c = suhu maksimum masuk turbin T d = suhu maksimum
Oleh karena suhu udara luar dianggap tetap maka dT c dan dT a menjadi =0 sehingga Kerja Maksimum terjadi jika : sedang
sehingga rasio suhu Kompresor untuk memperoleh mem peroleh kerja maksimum :adalah : 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
91
Kerja per unit massa
Sehingga Daya yang dihasilkan dapat dinyatakan :
Dengan merubah-rubah rasio suhu
maka untuk rasio kompresi yang sama diperoleh kerja yang lebih besar 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
92
REGENERATOR • Dalam gas-turbine gas-turbine engines engines suhu gas (udara) (udara) yang meninggalkan meninggalkan turbin t d sangat tinggi t d ta, maka udara udara bertekanan tinggi yang meninggalkan kompresor dapat dipanaskan dengan kalor dari udara yang yang meninggalkan turbin . • Pemanasa Pemanasan n udara udara yang meninggal meninggalkan kan kompre kompresor sor dilakuka dilakukan n melalui melalui counter-flow heat exchanger REGENERATOR atau RECUPERATOR
Vertical Regenerator 2/ 9/ 2011
Horizontal Regenerator I. B. Ardhana Put ra
93
COUNTERF RFL LOW REGEN GENERATOR TOR 6 REGENERATOR
1
RUANG BAKAR
2
KOMPRESOR
Kalor regenerasi dihasilkan pada pros proses es:: 2 – 5 kalor dapat dihitung melalui keseimbangan masa dan energi 4
5 3 TURBIN
adalah energi yang ditambahkan kedalam sistem dengan adanya regenerator 2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
94
PEN PENINGKA GKATAN KINERJA AKIB AKIBAT REGEN GENERATOR • menunjukkan menunjukkan bahw bahwa a generator generator tidak tidak mempengaruhi mempengaruhi kinerja turbin • regenera regenerator tor dapat memindahka memindahkan n energi energi dari bagian bagian luaran turbin ke bagian luaran kompresor sehingga kalor yang diperlukan untuk mencapai titik kerja asupan turbin berkurang q in berkurang
Efisiensi thermal siklus Brayton tanpa regenerator adalah :
Efisiensi thermal siklus Brayton dengan regenerator adalah :
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
95
SIKLUS BRAYTON AKTUAL AKTUAL Pada kenyataannya (kondisi aktual) kompresor atau turbine tidak bekerja pada kondisi isothermal irreversibility yang atau isentropik terjadi irreversibility yang mempengaruhi efisiensi termal th
q in
Siklu Siklus s aktu aktual al diga digamba mbark rkan an oleh oleh ga gari ris s sedang sedangkan kan siklus siklus ideal ideal oleh oleh garis garis
q out
Akib Akibat at frik friksi si an anta tara ra flui fluida da da dan n pipa pipa ma maka ka • terjadi pressure drop pad pada a proses proses q in dan q out • ter terjadi jadi kena kenaik ikan an en entr trop opii sela selama ma prose oses dila dilaku kuka kan n oleh oleh kompr kompres esor or da dan n turb turbin in perg pe rgese esera ran n titik titik 2s ke 2a dan 4s ke 4a
Kerja turbin menurun dan kerja input kompresor meningkat
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
96
SIKLUS BRAYTO YTON M ULTI TIS STAGE
Efisiensi total = Efisiensi E fisiensi masing-masing bagian
q in,total = q in,A + q in,B Work net = Work out,A + Work out,B Keuntungan utama : efisiensi tinggi dan rasio tekanan rendah pada siklus regenerator sehingga ukuran regenerator cukup kecil
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
97
Convent onventiional Aircraft Eng ngiines
2/ 9/ 2011
I. B. Ardhana Put ra
98