PENGERTIAN dan JENIS-JENIS TURBIN

 TURBIN

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. 

COMPRESSOR

COMBUSTION AREA

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.

Posted in: