Turbin adalah suatu alat atau mesin
penggerak mula, di mana energi fluida kerja yang langsung dipergunakan untuk
memutar roda turbin melalui nosel di teruskan ke sudu-sudunya. Jadi, berbeda dengan
yang terjadi pada mesin torak, pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang
bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar dinamai rotor atau roda
turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau
rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin
memutar poros daya yang menggerakkan atau memutar bebannya (generator
listrik, pompa, kompresor, baling-baling atau mesin lainnya).
Di
dalam turbin fluida kerja mengalami proses ekspansi, yaitu proses penurunan tekanan,
dan mengalir secara kontinu. Fluida kerjanya dapat berupa air, uap air atau
gas.
ada
3 jenis turbin diantaranya :
·
Turbin
Air
·
Turbin
Uap
·
Turbin
Gas
**Turbin Air**
Contoh
sebuah turbin air dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Sebuah turbin air (KAPLAN)
KAPLAN : Sebuah turbin baling-baling umumnya memiliki pelari dengan 3-6 bilah di
mana kontak air semua pisau terus-menerus. Gambar baling-baling kapal berjalan
di pipa. Melalui pipa, tekanan adalah konstan, jika tidak, pelari akan
seimbang. Pitch dari pisau mungkin sudah ditetapkan atau dapat disesuaikan,
yang memungkinkan untuk berbagai operasi yang lebih luas .. Komponen utama
selain runner adalah sebuah gulungan kasus, gerbang gawang, dan tabung draft.
turbin Kaplan dengan kurva efisiensi datar bisa – tanpa kerugian pemanfaatan
dalam kisaran beban sebagian – dirancang untuk arus nominal besar. Desain
terakhir bisa memasukkan:
* Masing-masing rencana instalasi turbin.
* Aliran besar.
* Persyaratan sipil Kecil dalam kasus bangunan baru.
* Optimal dengan masuk frontal dan debit.
* Untuk aliran maksimum pada pembangkit listrik sungai.
* Direct-aliran horisontal dan turbin air pit-vertikal.
* Pisau runner terbuat dari perunggu atau stainless steel.
* Efisiensi Excellent juga dicapai berkat beban parsial dengan penggunaan
kontrol dua-tingkat.
* Kontrol drive melalui tekanan-tinggi unit hidrolik.
* Darurat penutupan aparat panduan oleh gravitasi, dengan menutup beban.
* Mekanisme melintasi menutup turbin untuk penuh, oleh karena itu, tidak perlu
menginstal sebuah pelat penutup.
* Compact struktur dengan persyaratan ruang diminimalkan.
* Berkat instalasi sederhana ke modus modular struktur.
* Desain dengan gearbox depan dan generator terletak di pit atau dengan
penggerak sabuk datar.
* Kemungkinan sambungan ke pipa atau ke inlet beton.
* Poros penyegelan terhadap air adalah berkat pemeliharaan-bebas untuk kemasan
keramik.
* The inlet casing-dan drafttube terbuat dari logam atau beton cor.
Nah kalau tadi agan dah ngenal namanya turbin air KAPLAN, sekarang agan
saya kenalin dengan turbin uap atau bahasa bataknya (Steam Turbin).. 
silahkan di
perhatikan..!!
**TurbinUap**
Contoh sebuah Turbin uap (Steam Turbine) lihat gambar dibawah ini.
Back Pressure Industrial Steam Turbine
Turbin
Uap (steam turbine) adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah
menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung
atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan
digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat
digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk pembangkit
tenaga listrik dan untuk transportasi. Pada proses perubahan energi potensial
menjadi energi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran poros dilakukan dengna
berbagai cara.
Turbin
uap modern pertama kali dikembangkan oleh Sir Charles Parsons pada tahun 1884.
Pada perkembangannya, turbin uap ini mampu menggantikan peranan dari kerja
mesin uap piston torak. Hal ini disebabkan karena turbin uap memiliki kelebihan
berupa efisiensi termal yang besar dan perbandingan berat dengan daya yang
dihasilkan yang cukup tinggi. Pada prosesnya turbin uap menghasilkan gerakan
rotasi, sehingga hal ini sangat cocok digunakan untuk menggerakkan generator
listrik. Pada saat ini, sudah hampir 80% pembangkit listrik diseluruh dunia
telah menggunakan turbin uap.
Secara
umum turbin uap dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu turbin impuls,
reaksi dan gabungan. Penggolongan ini berdasarkan cara mendapatkan perubahan
energi potensial menjadi energi kinetik dari semburan uapnya.
Adapun turbin impuls mengubah energi potensial
uapnya menjadi energi kinetik didalam nosel (yang dibentuk oleh sudu-sudu diam
yang berdekatan). Nosel diarahkan kepada sudu gerak. Didalam sudu-sudu gerak,
energi kinetik diubah menjadi energi mekanis. Energi potensial uap berupa
ekspansi uap, yang diperoleh dari perubahan tekanan awal hingga tekanan
akhirnya di dalam sebuah nosel atau dalam satu grup nosel yang ditempatkan
didepan sudu-sudu cakram yang berputar. Penurunan tekanan uap didalam nosel
diikuti dengan penurunan kandungan kalornya yang terjadi didalam nosel.
Hal ini menyebabkan naiknya kecepatan uap yang keluar dari nosel (energi
kinetik). Kemudian energi kecepatan semburan uap yang keluar dari nosel yang
diarahkan kepada sudu gerak (sudu-sudu cakram yang berputar) memberikan gaya
impuls pada-pada sudu gerak sehingga menyebabkan sudu-sudu gerak berputar (melakukan
kerja mekanis).
Atau
bisa dafahami secara sederhana pronsip kerja dari Turbin impuls yaitu turbin
yang proses ekspansi lengkap uapnya hanya terjadi pada kanal diam (nosel) saja,
dan energi kecepatan diubah menjadi kerja mekanis pada sudu-sudu turbin. Kecepatan
uap yang keluar dari turbin jenis ini bisa mencapai 1200/detik. Turbin jenis
ini pertama kali dibuat oleh de Laval, yang mana turbin ini mampu beroperasi
pada putaran 30.000rpm. Pada aplikasinya turbin impuls ini dilengkapi dengan
roda gigi reduksi untuk memindahkan momen putar ke mekanisme yang akan
digerakkan seperti generator listrik.
Turbin
reaksi yaitu turbin yang ekspansi uapnya tidak hanya terjadi pada laluan-laluan
sudu pengarah (nosel) yang tetap saja tetapi juga terjadi pada laluan sudu gerak
(sudu-sudu cakram yang berputar), sehingga terjadi penurunan keseluruhan
kandungan kalor pada semua tingkat sehingga terdistribusi secara seragam.
Turbin yang jenis ini umumnyan digunakan untuk kepentingan industri. Kecepatan
uap yang mengalir pada turbin (yang biasanyan nekatingkat) lebih rendah
yaitu sekitar 100 – 200 m/detik.
**Turbin Gas**
Contoh
sebuah Turbin Gas, lihat pada gambar di bawah ini.
gambar turbin gas
Turbin gas adalah turbin yang menggunakan gas sebagai fluida
penghasil energi potensial untuk memutar poros turbin tersebut. Mungkin
anda pernah mendengar tentang steam turbine. Hampir
kebanyakan pembangkit atau power plant menggunakan batubara,
gas alam, minyak atau reaktor nuklir untuk memproduksi uap / steam. Uap
tersebut akan dialirkan melalui turbin bertingkat dengan ukuran yang sangat
besar dan dengan desain yang rumit, untuk memutar poros output turbin dimana
poros inilah yang biasa digunakan untuk memutar generator pembangkit.
· Turbin air digunakan
PLTA dengan menggunakan prinsip yang hampir sama dengan turbin uap untuk
membangkitkan listrik. Turbin air secara desain atau bentuk berbeda dengan apa
yang terlihat pada turbin uap, dikarenakan fluida kerja yang berupa air ini
memiliki densitas yang lebih besar ( bergerak lebih lambat ) dibandingkan uap,
namun secara prinsip kerja adalah sama.
· Sedangkan turbin angin menggunakan
angin sebagai tenaga penggeraknya. Nah, kalo turbin yang satu ini sama sekali
berbeda dengan kedua turbin di atas karena angin yang digunakan angin alam yang
bergerak sangat lambat, ringan , namun sekali lagi turbin angin juga
menggunakan prinsip yang sama.
Di dalam turbin gas,
gas bertekanan tinggi memutar turbin. Pada mesin turbin gas modern sekarang ini
, mesin itu bisa memproduksi gas bertekanan sendiri dengan membakar bahan
seperti propana, natural gas, kerosene atau bahan bakar jet. Panas
yang dihasilkan dari pembakaran tersebuat akan mengembangkan udara sehingga
udara panas dengan kecepatan sangata tinggi ini mampu memutarkan turbin.
Pernahkah Anda membayangkan
kenapa kendaraan tank M-1 tidak menggunakan mesin diesel namun malahan memakai
turbin gas bertenaga 1.500 horsepower ? Ada 2 hal utama yang menjadi alasan
sekaligus merupakan keuntungan daripada turbin gas :
· Mesin turbin gas memiliki rasio power-to-weight yang
besar dibandingkan dengan mesin diesel reciprocating. Sudah barang tentu ini
sangat bermanfaat untuk meminimaliskan bobot daripada tank M-1 namun tetap
memiliki tenaga yang besar.
· Mesin turbin gas memiliki ukuran yang relatif lebih kecil dibanding
dengan mesin reciprocating dengan daya yang sama.
Namun bukan berarti turbin gas tidak memiliki kelemahan dibanding mesin
reciprocating , kelemahan tersebut yaitu masih mahalnya biaya rakit
dan material komponennya. Hal ini wajar mengingat bahwa turbin gas beroperasi
pada kecepatan dan pada temperatur yang sangat tinggi sehingga diperlukan
perencanaan yang rumit sekaligus proses produksinya yang tidak
mudah. Selain itu turbin gas juga cenderung lebih banyak menghabiskan
bahan bakar saat mesin idle karena memang lebih banyak
beroperasi pada beban kontan daripada fluktuatif. Hal – hal yang telah saya
kemukakan tadi membuat kenapa turbin gas lebih suka dipakai pada mesin jet
pesawat terbang dan juga pada pembangkit listrik. Sekarang Anda mungkin bisa
membuat jawaban kenapa di bawah kap mesin mobil Anda tidak memakai turbin gas
saja? : )
Proses Singkat Pada Turbin Gas
Turbin gas secara teori tidak begitu rumit untuk menjelaskannya. Terdapat 3
komponen atau bagian utama yaitu :
1. Compressor
menaikkan tekanan udara yang masuk
2. Combustion Area
Membakar bahan bakar
yang masuk dan menghasilkan tekanan yang sangat tinggi begitu pula dengan
kecepatannya.
3. Turbin
Mengkonversi energi
dari gas dengan tekanan dan kecepatan yang tinggi hasil dari combustion area
menjadi energi mekanik berupa rotasi poros turbin.
Pada Mesin Turbin seperti diatas, udara dengan tekanan normal masuk dihisap
olehcompressor yang biasanya berbentuk silinder kerucut
dengan beberapa fan bladeyang terpasang berbaris ( 8 baris atau
lebih ). Udara tersebut kemudian mengalami kompresi bertingkat, di beberapa
mesin turbin kenaikan tekanan bisa mencapai faktor 30. Ada 2 macam
kompressor yang digunakan yaitu axial flow dan radial flow.
RADIAL FLOW COMPRESSOR
AXIAL FLOW COMPRESSOR
|
RADIAL FLOW
|
AXIAL FLOW
|
KEUNTUNGAN
|
· Efisien
· Rasio
kompresi tinggi ( 20:1 )
|
· Simple dan
tidak mahal
· Relatif
ringan bobotnya.
|
KELEMAHAN
|
· Desain
kompleks
· Mahal
|
· Kurang
efisien
· Frontal Area
yang besar
· Rasio Kompresi terbatas ( 4:1 )
|
Udara bertekanan yang
dihasilkan oleh kompressor tadi lalu masuk ke bagianCombustian Area dimanasebuah
ring bahan bakar menginjeksikan bahan bakar dengan aliran konstan. Bahan bakar
yang biasa digunakan disini adalah karosene, jet fuel, propana dan gas
alam. Jika Anda berpikir sangat mudah untuk memadamkan api dari lilin
dengan meniupnya, maka hal itulah yang menjadi masalah dalam desain di area
pembakaran ini. Udara yang memasuki area ini adalah udara bertekanan tinggi dan
mempunyai kecepatan hampir pada 100 mil per jam, sedangkan kita tetap ingin
mempertahankan nyala api secara kontinyu di area tersebut. Komponen yang
menjadi solusi permasalahan tersebut adalah sebuah flame holder atau can. Can
ini berupa komponen pelindung api yang terbuat dari baja berat yang bentuknya
berlubang-lubang. Setengah bagian dari can dapat dilihat pada gambar
pandangan cross section di atas, dimana Injector di sebelah kanan. Udara
bertekanan tinggi masuk melalui lubang-lubang can. Gas keluar di sebelah kiri
dan memasuki turbin. Turbin ini merupakan satu set / satu unit dengan kompresor
dan poros.
Di bagian paling kiri sendiri pada gambar di atas adalah yang disebut final
turbine stage. Turbin ini memutarkan poros keluaran / output. Kedua
bagian terakhir ini tidak terkoneksi dengan apapun, jadi unit bebas, tidak
terkait dengan komponen turbin lainnya. Sedangkan pada kasus penggunaan turbin
pada kendaraan tempur tank atau sebuah pembangkit listrik, gas buang tidak
berguna sehingga akan dibuang melaui sebuah saluran pipa buang. Namun terkadang
energi panas gas buang bisa berguna untuk alat penukar kalor atau untuk
preheating sebelum udara masuk kompresor.
Penjelasan saya mengenai turbin gas di atas sebenarnya hanya merupakan penjelasan
singkat dan simpel. Belum dibahas mengenai bantalannya, sistem pelumasan,
struktur pendukung internal mesin, stator vane dan sebagainya. Semua topik itu
menjadi permasalahan serius bagi perencana turbin mengingat turbin gas
beroperasi pada tekanan, temperatur, dan kecepatan yang sangat tinggi.
