Siklus Turbin dan Gas Regeneratif

Perpindahankalor dari siklus turbin gas sederhana dalam materi ini ssebelumnya terbuang begitu saja ke lingkungan – apakah secara langsung, bersama-sama dengan produk – produk pembakaran, atau melalui alat penukar kalor. Sebagian dari energi yang keluar ini dapat dimanfaatkan karena temperatur dari aliran yang keluar dari turbin lebih tinggi daripada temperatur dari aliran yang masuk ke kompresor. Sebuah alat penukar kalor kontra-aliran (counterflow), regenerator, digunakan untuk memindahkan sebagian dari energi ini ke udara yang keluar dari kompresor, seperti ditunjukkan dalam Gbr. 8-17. Untuk regenerator ideal temperatur keluar T₃ akan memiliki nilai yang sama dengan temperatur masuk T₅; dan demikian juga, T₂ akan sama dengan T₆. Karena lebih sedikit energi yang dibuang dari siklus, efisiensi termalnya diharapkan akan mengalami peningkatan. Ini diberikan oleh

 

Dengan menggunakan hukum pertama, ekspresi untuk q_in dan w_turb diperoleh sebagai

Q_in = C_P (T₄ – T₃)        w_turb = C_P (T₄ - T₅)

Jadi, untuk regenerator ideal di mana T₃ = T₅, q_in = w_turb dan efisiensi termalnya dapat dituliskan sebagai

 

Gambar

Dengan menggunakan hubungan isentropik yang tepat, ini dapat dituliskan dalam bentuk

 
 

Perhatikan bahwa ekspresi untuk efisiensi termal ini sangat berbeda dengan efisiensi dari siklus Brayton. Untuk suatu tekanan tertentu, efisiensi meningkat dengan berkurangnya rasio temperatur minimum terhadap maksimum. Tapi, yang mungkin lebih mengejutkan, dengan meningkatnya rasio tekanan, efisiensi menjadi berkurang, suatu efek yang bertolak belakang dengan siklus Brayton. Jadi tidaklah mengherankan bahwa untuk suatu rasio temperatur siklus regeneratif tertentu, terdapat suatu rasio tekanan tertentu di mana efisiensi dari siklus Brayton akan sama dengan efisiensi dari siklus regeneratif. Hal ini ditunjukkan untuk rasio temperatur 0,25 dalam Gbr. 8-18.

Dalam prakteknya temperatur udara yang meninggalkan regenerator pada keadaan 3 harus lebih kecil daripada temperatur udara yang memasuki keadaan 5. Selain itu, T₆ > T₂. Efektivitas, atau efisiensi daru suatu regenerator diukur oleh

Gambar

 

Ini ekuivalen dengan          

Jika kita asumsikan gas ideal dengan kalor – kalor spesifik konstan. Jelaslah, untuk regenerator ideal T₃ = T₅ dan η_reg -1. Efisiensi regenerator yang melebihi 80 persen adalah lazim.

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