Siklus Brayton

Gas turbin adalah salah satusistem mekanik lainnya yang menghasilkan daya. Alat ini dapar beroperasi pada siklus terbuka ketika digunakan sebagai mesin mobil atau truk, atau pada siklus tertutup ketika digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir. Dalam pengoperasian siklus terbuka, udara masuk ke kompresor, melewati ruang pembakaran tekanan konstan, melewati turbin dan kemudian keluar sebagai produk hasil pembakaran ke atmosfer, seperti ditunjukkan dalam Gbr. 8-15a. Dalam pengoperasian siklus tertutup ruang pembakaran digantikan dengan alat penukar kalor tambahan memindahkan kalor dari siklus sehingga udara kembali ke keadaan awalnya, seperti ditunjukkan dalam Gbr. 8-15b.

Siklus ideal yang digunakan untuk memodelkan turbin gas adalah siklus Brayton. Siklus ini memanfaatkan kompresi dan ekspansi isentropik, seperti ditunjukkan dalam Gbr. 8-1. Efisiensi dari siklus demikian diberikan oleh



Dengan menggunakan hubungan - hubungan isentropik



GAMBAR

dan memperhatikan bahwa P₂ = P₃ dan P₁ = P₄, dapat dilihat bahwa



Jadi, efisiensi termalnya dapat dituliskan sebagai



Dalam bentuk rasio tekanan r_P = P₂/P­₁ efisiensi termalnya adalah
  
η = 1 – r_P^(1-k)/k 

efisiensi termal ini diperoleh dengan menggunakan kalor - kalor spesifik konstan. 

Dalam turbin gas aktual kompresor dan turbin tidak isentropik; sejumlah rugi terjadi.Rugi - rugi tersebut, biasanya sebanyak kira-kira 85 persen, sangat mengurangi efisiensi mesin turbin gas.

Satu fitur penting lain dari turbin gas yang sangat membatasi efisiensi termalnya adalah kebutuhan usaha yang tinggi dari kompresor, yang diukur melalui rasio usaha balik (back work ratio)
Ẇ_comp/Ẇ_turb. Kompresor dapat membutuhkan sampai 80 persen dari keluaran turbin (rasio usaha balik sebesar 0,8), menyisakan hanya 20 persen untuk keluaran usaha netto. Batasan yang relatif tinggi ini dialami ketika efisiensi dari kompresor dan turbin sangatb rendah. 




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