Di beberapa pasar untuk pembangkit listrik, mesin turbin gas bersaing dengan sukses dengan pembangkit uap dan turbin uap. Aplikasi lainnya adalah termasuk mesin untuk penggerak kapal dan yang paling sukses, adalah dalam propulsi (mesin penggerak atau pendorong) pesawat terbang. Komponen utama dari mesin turbin gas adalah ditunjukkan secara skematis pada Gambar 1.

Gambar 1. (a) Skema komponen mesin turbin gas, (b) Operasional Siklus Tertutup Pada Turbin Gas Ideal

Tidak seperti pembangkit uap dan mesin Stirling yang menggunakan sumber panas dari luar yang dipindahkan melintasi batas sistem, mesin turbin gas adalah mesin pembakaran internal yang memanfaatkan panas yang dilepaskan secara internal melalui pembakaran bahan bakar. Dalam mesin turbin gas, kompresor mengalirkan udara tekan ke ruang bakar dimana bahan bakar dibakar untuk menghasilkan produk gas bersuhu tinggi. Gas ini selanjutnya diekspansi melalui turbin menghasilkan keluaran kerja poros.

Kompresor dan turbin didesain dengan aliran aksial dan digabungkan bersama-sama sehingga sebagian pekerjaan poros yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk menggerakkan kompresor; bagian yang tersisa adalah hasil kerja bersih yang dihasilkan oleh mesin. Tidak ada resirkulasi fluida kerja di mesin turbin gas; bagian hilir turbin gas, alirannya diarahkan ke atmosfer. Artinya mesin tidak beroperasi pada siklus tertutup, namun demikian sifat fluida kerja tetap konstan; bagian hulu dari ruang pembakaran fluida kerja adalah udara, adapun bagian hilir menjadi produk yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar dan udara. Kendati demikian, mesin turbin gas ideal yang beroperasi pada siklus tertutup dapat disulap sebagaimana analog dengan performa serupa. Ini diilustrasikan pada Gambar 1 (b). Ruang bakar diganti dengan heat exchanger dimana panas ditransfer ke fluida kerja, dan saat keluar dari turbin fluida kerja didinginkan saat melalui penukar panas kedua sebelum masuk kembali ke kompresor. Jika proses pertukaran panas berlangsung pada tekanan konstan dan proses di turbin dan kompresor adalah
isentropik, inilah yang disebut siklus Brayton. Siklusnya ditampilkan diplot pada diagram T-s dan p-v di Gambar 2.

Ketika fluida kerja adalah gas yang sempurna, efisiensi siklus Brayton hanya bergantung pada rasio tekanan

P2/P1 atau P3/P4

dan rasio kalor tertentu. Ini ditunjukkan pada analisis berikut ini, dimulai dari penerapan SFEE ke penukar panas tempat panas dipindahkan ke dan dari fluida kerja. Istilah energi potensial dan kinetik dalam SFEE lebih kecil dibandingkan dengan entalpi sehingga panas jenis yang disuplai adalah

qs = (h3 - h2) = Cp (T3 - T2)

Panas yang dilepas adalah
qr = (h4 - h1) = Cp (T4 - T1)

Gambar 2. Siklus Brayton

Oleh karena itu, Efisiensinya adalah

Referensi: an Introduction to Mechanical Engineering, Michael Clifford dkk