Mesin Turbojet

Mesin – mesin turbojet pada pesawat – pesawat terbang komersial modern memanfaatkan siklus turbin gas sebagai basis pengoperasiannnya. Akan tetapi, ketimbang menghasilkan daya, turbin disesuaikan untuk menghasilkan daya secukupnya untuk menggerakkan kompresor. Energi yang tersisa digunakan untuk meningkatkan energi kinetik dari gas-gas buang yang keluar dengan cara menyalurkan gas – gas tersebut melalui sebuah nozel buang sehingga memberikan gaya dorong pada pesawat. Dengan mengasumsikan bahwa seluruh udara yang masuk ke mesin melewati turbin dan keluar melalui nozel buang, seperti yang ditunjukkan dalam Gbr. 8-20, gaya dorong netto pada pesawat yang disebabkan oleh satu mesin adalah

Gaya dorong = ṁ (V₅ – V₁)

Di mana ṁ adalah fluks massa udara yang melewati mesin. Fluks massa bahan bakar diasumsikan sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Dalam mesin ideal kita mengasumsikan bahwa tekanan di penampang 1 dan penapang 5 adalah sama besarnya sengan tekanan atmosfer dan bahwa kecepatan di penampang 1 adalah sama besarnya dengan kecepatan pesawat.

Gambar

Contoh :

Sebuah pesawat turbojet terbang pada kecepatan 300 m/s pada ketinggian 10.000 m. jika rasio kompresinya adalah 10, temperatur masuk turbin adalah 1000^oC dan fluks massa udara adalah 30 kg/s, hitunglah daya dorong maksimum yang dapat dicapai oleh mesin ini. Selain itu hitunglah laju konsumsi bahan bakarnya jika nilai pemanasan dari bahan bakar adalah 8400 kJ/kg.

Penyelesaian:

Temperatur dan tekanan masuknya diperoleh dari tabel B-1 sebesar (lihat Gbr. 8-20)

T₁ = 223,3 K               P₁ = 0,2615                 P_o = 26,15 kPa

Temperatur yang keluar dari kompresor adalah

Karena turbin menggerakkan kompresor, kedua usaha memiliki nilai yang sama sehingga

C_P (T₂ – T₁) = C_P (T₃ – T₄)                  jadi, T₃ – T₄ = T₂ – T₁        

Karena T₃ = 1273, kita dapat memperoleh T₄ sebesar T₄ = T₃ + T₁ – T₂ = 1273 + 223,3 – 431,1 = 1065,2 K. sekarang kita dapat menghitung tekanan di pembuangan turbin sebesar, dengan menggunakan P₃ = P₂ = 261,5 kPa.

                      

Temperatur di pembuangan nozel, dengan mengasumsikan ekspansi isentropik, adalah

Persamaan energi memberikan kita kecepatan keluar V₅ = [2C_P (T₄ – T₅)]^1/2 = [(2)(1000) (1065,2 – 659,4)]^1/2 = 901 m/s, di mana C_P = 1000 J/kg.K harus digunakan dalam ekspresi ini.. sekarang gaya dorong dapat dihitung sebesar

Gaya dorong = ṁ (V₅ – V₁) = (30)(901 – 300) = 18.030 N

Ini merepresentasikan nilai maksimum karena kita menggunakan siklus yang terdiri dari proses – proses ideal.

Laju perpindahan kalor di dalam pembakar adalah . Ini mengharuskan fluks massa bahan bakar ṁ_f sebesar

8400 ṁ_f = 25,260                    jadi, ṁ_f = 3,01 kg/s

Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.