Sunday 21 August 2011

BAB 4: Loji Turbin Gas

BAB 4

LOJI TURBIN GAS



4.1 PERALATAN LOJI TURBIN GAS


Jika diambil kira secara terperinci akan peralatan yang digunakan bagi loji turbin gas, maka ianya akan merangkumi terlalu banyak. Oleh yang demikian, kita perhatikan antara alat utama sahaja yang digunakan pada loji ini. Antaranya adalah :

  1. Pemampat (Compressor)
  2. Turbin (Turbine)
  3. Penjana (Regenerator)
  4. Penyejuk Antara (Inter Cooler)
  5. Pemanas Antara
  6. Ruang Pembakaran / Rongga Pembakaran

Bagi turbin gas berperingkat, terdapat dua atau lebih pemampat dan juga turbin. Ini bergantung kepada jenis penggunaan dan juga keberkesanannya.


4.2 PENGGUNAAN UTAMA TURBIN GAS
Turbin gas ini dapat menjalankan banyak tugas, oleh yang demikian ianya digunakan dengan begitu meluas. Antaranya adalah seperti berikut:

  1. Mengeluarkan kuasa putaran (rotation power) kepada:
                                i.      Penjana
                              ii.      Propeller
                            iii.      Transmisi
  1. Enjin kapal terbang

  2. Enjin kapal laut



4.3 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN TURBIN GAS

Kekurangan Turbin Gas

              i.      Kos bahanapi yang tinggi.
            ii.      Suhu komponennya adalah sentiasa tinggi.
          iii.      Hanya boleh gunakan bahanapi dalam bentuk gas dan cecair sahaja.

Kelebihan Turbin Gas


              i.      Rekabentuk dan pemasangannya adalah ‘flexible’.
            ii.      Kos permulaannya adalah agak rendah.
          iii.      Hanya memerlukan ruang pemasangan yang kecil sahaja berbanding dengan loji kuasa stim.
          iv.      Boleh dimulakan dengan cepat.
            v.      Kos penyelenggaraannya adalah lebih murah.





4.4 KITAR LOJI TURBIN GAS

Asasnya turbin gas ini dikelaskan kepada dua jenis iaitu:

  1. Kitaran Terbuka (Open System)

Adalah ditakrifkan sebagai kitaran terbuka kerana gas-gas ekzos yang keluar dari turbin setelah memutarkannya dibebaskan ke udarakasa tanpa digunakan untuk kegunaan lain.

Jenis Kitaran Terbuka ini digunakan pada turbin satu peringkat yang mana hanya mempunyai satu turbin dan satu pemampat sahaja.

  1. Kitaran Tertutup

Jenis ini juga dikenali sedemikian kerana gas-gas yang dikembangkan untuk tujuan menjana/memutarkan turbin itu digunakan semula. Ini dapat dilaksanakan kerana udara yang menghentam bilah-bilah turbin itu tidak terbakar; sebaliknya udara dari pemampat itu dikembangkan dengan menggunakan Heat Exchanger atau pemanas/ heater.

PRINSIP KERJA


Jika diperhatikan dari segi prinsip kerjanya, ianya adalah sangat ringkas. Perlakuan loji turbin gas ini boleh dilihat pada rajah T – S. Kendaliannya adalah seperti berikut:

  1. Kitaran Terbuka

Apabila impeller pada pemampat berputar, ianya akan menghasilkan vacuum dan ini akan menyebabkan udarakasa masuk ke dalam pemampat. Dengan ini, putaran yang tinggi ini akan menyebabkan udara tadi dimampat pada satu tekanan yang sangat tinggi di dalam ruang pembakaran.

Apabila ini berlaku, maka bahanapi akan disemsurkan ke dalam ruang pembakaran yang mempunyai udara yang panas dan bertekanan tinggi. Punca ini boleh jadi bahanapi cecair atau gas. Seperti yang kita sedia maklum, akibat dari pembakaran ini, pengembangan akan berlaku menyebabkan tekanan gas ekzos yang sangat tinggi. Tekanan gas ini kemudiannya akan keluar kepada turbin di mana gas-gas yang bertekanan tinggi ini akan kena pada bilah-bilah turbin dan seterusnya memutarkan turbin ini dengan kelajuan yang sangat tinggi. Gas ini kemudiannya akan keluar ke udarakasa dan bebas begitu sahaja. Oleh kerana aci pemampat dan turbin adalah sama, maka gas yang menyebabkan turbin berputar tadi akan turut menyebabkan pemampat juga berputar dan seterusnya menyebabkan proses ini berulang.

Kuasa putaran yang diperlukan ini akan diambil dari aci keluaran turbin. Disebabkan putaran aci turbin gas ini adalahterlalu tinggi/laju, maka, ianya hanya digunakan pada punca yang memerlukan putaran yang tinggi ataupun gear penurunan (Reduction Gear) atau turbin tekanan rendah digunakan pada sistemnya.

  1. Kitaran Tertutup

Seperti juga pada turbin system terbuka, system turbin tertutup mempunyai komponen-komponen yang sama. Perbezaannya adalah dari segi pengembangan udara bagi tujuan turbin diputarkan/dijanakan.

Apabila turbin hendak dihidupkan, maka pemampat dan turbin akan berpusing pada kelajuan yang sama kerana dipasang pegun pada satu aci yang sama.

Apabila putaran berlaku, uadara akan memasuki pemampat dan seterusnya udara termampat ini akan melalui satu pemanas/heater. Di sini, apabila udara termampat itu memasuki ruang pemanas, udara akan mengembang secara mendadak. Ini akan menghasilkan tekanan yang sangat tinggi.

Yakni, udara yang beruhu dan bertekanan tinggi ini tidak terbakar dan boleh digunakan semula. Tekanan gas/udara yang keluar itu akan menghentam bilah-bilah turbin dan seterusnya menyebabkan turbin itu berputar.

Setelah memutarkan turbin, gas yang terkembang itua akan memasuki intercooler yang mana akan menyejukkan udara itu sebelum dimasukkan kembali ke dalam pemampat untuk proses ulangan. Dengan ini udara tidak akan dibebaskan ke udara kasa dan juga dapat menjimatkan penggunaan bahanapi.

Untuk system ini, terdapat juga bahanapi dan ruang pembakaran yang digunakan sekali bagi membolehkan sistemnya mudah dihidupkan dan kemudiannya bekalan ini diputuskan. Gas yang terbakar pada peringkat awalitu akan dibebaskan ke udarakasa.

Inilah yang dikatakan sistem tertutup, yang mana SISTEM TERBUKA membebaskan gas ekzos ke udara kasa manakala, SISTEM TERTUTUP pula tidak membebaskan udara yang telah dikembangkan ke udara kasa.


4.5 FUNGSI KELENGKAPAN LOJI TURBIN GAS

  1. Pemampat

Adalah bertujuan bagi menempatkan udara sebelum ianya memasuki ruang pembakaran dengan satu nilai tekanan yang tetap bagi memudahkan pembakaran berlaku.

  1. Turbin

Berfungsi sebagai penerima hentaman gas-gas pembakaran yang keluar dari ruang pembakaran dan seterusnya halaju hentaman ini akan menyebabkan acinya berputar. Kemudiannya putaran ini digunakan sebagai punca bekalan bagi menjalankan sesuatu tugas. Seterusnya, gas ini akan dihantarkan kepada komponen sepatutnya mengikut sistem pembuatannya.

  1. Penjana Semula

Ialah dimana gas panas dari ekzos turbin digunakan untuk memanaskan udara termampat sebelum masuk ke dalam kebuk pembakaran yang pertama ataupun kedua supaya udara yang telah dipra-panaskan itu akan lebih mudah terbakar.

  1. Penyejuk Antara (Inter cooler)

Digunakan pada pemampat dua peringkat iaitu sebelum udara memasuki pemampat peringkat kedua. Udara itu disejukkan sebelum masuk ke dalam pemampat supaya jumlah isipadu yang masuk ke dalam pemampat peringkat kedua itu dapat bertambah dan seterusnya menambahkan kuasa keluaran dan sekaligus menyejukkan pemampat peringkat kedua itu.

  1. Pemanas Semula (Reheater)

Alat ini dipasang pada peringkat-peringkat turbin. Gas yang telah dikembangkan pada peringkat pertama dimasukkan ke dalam ruang pembakaran bagi mendapatkan haba yang lebih tinggi dan seterusnya mengeluarkan kerja yang lebih.

PERLAKUAN RAJAH T-S

Perlakuan ini adalah bagi menunjukkan bagaimana sesuatu turbin itu dapat  berfungsi secara praktik dan apakah kesannya terhadap penggunaan yang berbeza.

Garisan putus-putus pada rajah T-S merupakan target kita untuk mencapai kecekapan yang tinggi. Untuk mencapai kecekapan yang optimum ini, maka beberapa peralatan tambahan dibekalkan kepada loji gas turbin. Inilah yang akan kita kaji secara lebih mendekat lagi.

Kita perhatikan bagaimana kecekapan sesuatu sistem ini ditentukan.

Kerja Pemampat : Kerja Masukan = Cp (T2 - T1)

Kerja Ruang Pmbakaran : Haba Yang Dibekalkan  = Cp (T3 - T2)

Kerja Turbin : Kerja Keluaran = Cp (T3 - T4)

Kecekapan Haba =  Jumlah Kerja Bersih ÷ Jumlah Haba Yang Dibekalkan

Kerja Bersih = Kerja Keluaran - Kerja Masukan
                     = Cp (T3 - T4) - Cp (T2 - T1)
                     = Cp [(T3 - T4) - (T2 - T1)]

Haba Yang Dibekalkan = Cp (T3 - T2)

Dengan itu,

Kecekapan Haba / Terma adalah seperti di bawah :

K.H. = Cp [(T3 - T4) - (T2 - T1)] ÷ Cp (T3 - T2)

Jadi,
Dengan mengabaikan perubahan Tenaga Kinetik dalam Sistem :

Kecekapan Isentropik Pemampat = Cp (T2 - P1) ÷ Cp (T2 - T1)
                                                      = (T2 - P1) ÷ (T2 - T1)

Kecekapan Isentropik Pemampat = Cp (T3 - T4) ÷ Cp (T2 - T4)
                                                      = (T3-T4) ÷ (T3 - T4)




KADAR ALIRAN (FLOWRATE)

Mengikut teorinya, kadar aliran jisim masukan mestilah sama dengan kadar aliran jisim keluaran sistem. Tetapi ini tidak berlaku pada loji turbin gas kerana min adalah lebih besar daripada mout akibat dari tambahan bahan bakar / bahan api.

Oleh yang demikian, sedikit udara dari pemampat akan disembur keluar untuk digunakan sebagai penghawa dingin kabin kapal terbang. Jumlah udara yang dikeluarkan ini adalah sama nilainya dengan tambahan bahan api ke dalam sistem.

min > mout

min = mAtm + mb

Oleh yang demikian,

mc = mb
min = mout

Di mana :

min       = Kadar aliran Jisim Masukan
mAtm    = Kadar aliran Udara Kasa Termampat
mc        = Kadar aliran Jisim Udara Termampat ke Kabin
mb        = Kadar aliran Jisim Udara Termampat ke Kabin
mout     = Kadar aliran Jisim Gas Ekzos Yang Keluar Dari Sistem

Asasnya, kecekapan sesebuah loji turbin gas boleh ditingkatkan dengan menyertakan 3 alatan tambahan iaitu:

a.        Penjana Semula
b.       Penyejuk Antara
c.        Pemanas Semula

3 comments:

  1. Pada gambar 1 simple cycle gas turbine kedudukan generator adalah tidak betul. Ia tidak bersama kompressor. Generator terletak pada output shaft selepas turbine.

    ReplyDelete
  2. Thank sebab nota ini sangat membantu

    ReplyDelete