Memahami Turbin: Fakta Utama, Aplikasi, dan Cara Kerja
Pikirkan bagaimana fluida kerja diubah menjadi energi mekanis yang berguna dan/atau energi listrik, Anda harus memikirkan turbin. Dikenal sebagai turbomesin yang berisi bagian bergerak yang disebut rangkaian rotor. Perangkat memiliki aplikasi yang luas yang mencakup otomotif, penerbangan angkasa, generator listrik, mesin gas turbine, dll.
Hari ini Anda akan mengetahui definisi, aplikasi, fungsi, komponen, klasifikasi, tipe, cara kerja, serta keuntungan dan kekurangan turbin.
Apa itu turbin?
Turbin adalah perangkat mekanis berputar yang mengekstrak energi dari aliran fluida dan mengubahnya menjadi energi mekanis dan listrik yang berguna. Ini berarti pekerjaan yang dihasilkan oleh turbin dapat digunakan untuk menghasilkan daya listrik ketika digabungkan dengan generator.
Dalam sistem, ada serangkaian blade yang dipasang pada rotor yang mengekstrak energi dari fluida yang bergerak. Jadi, turbin dapat lebih efisien dan efektif satu sama lain karena ada banyak tipe di luar sana. Nah, desain blade turbin memiliki banyak yang bisa dikatakan tentang efisiensinya. Itulah sebabnya berbagai aplikasi membutuhkan desain yang berbeda.
Selain itu, turbin juga dapat dilihat sebagai perangkat yang mengeksploitasi energi kinetik fluida seperti udara, air, uap, dan bahkan gas pembakaran. Energi yang diciptakan kemudian diubah menjadi gerakan rotasi dari perangkat itu sendiri, yang lebih lanjut digunakan untuk generasi energi.
Kata turbin diperkenalkan pada tahun 1822 oleh insinyur tambang Prancis Claude Burdin. Dalam bahasa Yunani, berarti “vortex” atau “whirling”. Kredit untuk penemuan turbin uap diberikan kepada insinyur Anglo-Irish Sir Charles Parsons (1854 – 1931) untuk menciptakan turbin reaksi. Dari 1845 – 1913 insinyur Swedia Gustaf de Laval menemukan turbin impuls. Saat ini, turbin uap dirancang untuk menggunakan baik reaksi maupun impuls dalam satu unit, biasanya mengubah tingkat reaksi dan impuls dari akar blade hingga periferinya.
Aplikasi turbin
Aplikasi turbin banyak digunakan dalam pembangkitan daya listrik. Faktanya, proporsi besar daya listrik di dunia dihasilkan oleh turbo generator.
Turbin digunakan dalam mesin gas turbine di darat, laut, dan udara.
Mesin piston pembakaran internal menggunakan turbocharger untuk meningkatkan efisiensi dan kecepatan mesin.
Turboexpander digunakan untuk pendinginan dalam proses industri.
Mesin utama transbordir angkasa menggunakan turbopump (mesin yang terdiri dari pompa yang didorong oleh mesin turbine) untuk memasukkan propelan (oksigen cair dan hidrogen cair) ke dalam ruang pembakaran mesin.
Aplikasi turbin juga umum dalam mesin panas karena efisiensi tinggi pada output tinggi. Gas turbine sering digunakan dalam mesin panas karena fleksibilitasnya.
Salah satu aplikasi spesifik gas turbine adalah dalam mesin jet.
Turbin angin yang bekerja dengan mengubah energi kinetik dalam angin menjadi daya mekanis digunakan untuk menghasilkan listrik dengan memutar generator. Turbin dapat berada di darat atau dapat berupa turbin angin laut.
Turbin air digunakan di pembangkit listrik tenaga air. Mereka menggunakan air sebagai fluida kerjanya. Akhirnya,
Turbin uap digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir dan termal. Air dipanaskan untuk membentuk uap dan kemudian mengalir melalui turbin untuk menghasilkan listrik.
Catatan: fungsi utama turbin adalah untuk pembangkitan daya.
Komponen turbin
Karena ada berbagai jenis turbin di luar sana, komponennya akan bervariasi. Misalnya, turbin Kaplan menggunakan generator yang terdiri dari starter, rotor, poros, wicket gate, dan blade. Turbin cross-flow yang merupakan turbin impuls yang dimodifikasi memiliki komponennya sebagai runner, blade, bagian aliran air, dan distributor. Akhirnya, komponen turbin Pelton mencakup impeller (runner), nozzle, spear, spear rod, inlet, deflector plate, bucket, dan discharge. Semua bagian turbin ini akan dijelaskan di bawah ini beserta diagramnya. Cukup ikuti saya!
Diagram turbin hidroelektrik:
Klasifikasi dan tipe turbin
Berikut yang disebutkan di bawah ini adalah klasifikasi turbin yang digunakan untuk menentukan tipe mereka.
Klasifikasi berdasarkan pertukaran energi antara air dan mesin.
Ini adalah bagaimana aliran fluida bereaksi pada blade turbin yang menyebabkan turbin air. Ini dapat diklasifikasikan menjadi dua; turbin impuls dan turbin reaksi.
Turbin impuls:
Turbin impuls dikenal dengan roda yang didorong oleh energi kinetik dari fluida yang mengenai blade turbin melalui nozzle atau sebaliknya. Dalam tipe turbin ini, serangkaian mesin berputar dioperasikan oleh tekanan atmosfer. Turbin impuls cocok untuk head tinggi dan debit rendah.
Tiga tipe turbin impuls adalah Pelton, Turgo, dan Cross-flow. Meskipun, turbin Pelton dan Turgo serupa dalam konstruksi. Namun, turbin cross-flow adalah tipe modifikasi turbin impuls tetapi hanya diklasifikasikan sebagai impuls. Ini karena rotasi runner pada tekanan atmosfer.
Turbin reaksi:
Tipe turbin reaksi beroperasi karena jumlah energi potensial dan energi kinetik air. Ini karena tekanan dan kecepatan, masing-masing menyebabkan blade turbin berputar. Seluruh turbin tenggelam dalam air dalam tipe turbin ini. Ini mengubah tekanan air bersama dengan energi kinetik air yang menyebabkan pertukaran daya. Aplikasi turbin ini biasanya pada head lebih rendah dan debit lebih tinggi dibandingkan turbin impuls. Tipe umum turbin reaksi adalah Francis, Kaplan, dan Deriaz.
Berdasaran fluida langsung melalui mesin
Klasifikasi tipe turbin berdasarkan fluida langsung melalui mesin adalah saluran air melalui turbin. Ini dibagi menjadi empat kategori:
Turbin aliran radial:
Dalam tipe turbin aliran radial, aliran di runner bergerak secara radial. Turbin ini dibagi menjadi dua tipe: aliran radial masuk dan aliran radial keluar. Turbin Francis adalah contoh yang baik dari turbin aliran radial.
Turbin aliran radial masuk – air masuk ke casing turbin melalui penstock, dan melalui guide vane tetap ke rotor, dan keluar dari sana. Oleh karena it, diameter dalam dan luar masing-masing adalah outlet dan inlet.
Turbin aliran tangensial atau periferal:
Dalam tipe turbin ini, air mengalir dalam arah tangensial ke runner. Turbin Pelton termasuk dalam kategori ini.
Turbin aliran aksial:
Fluida mengalir sejajar dengan poros turbin (sumbu turbin) dalam tipe turbin ini. Kaplan adalah salah satu tipe.
Turbin aliran campuran:
Dalam turbin ini, aliran masuk secara radial dan keluar secara aksial. Turbin Francis modern dikenal untuk fitur ini.
Berbagai tipe turbin berdasarkan rentang operasi hidraulik.
Tipe turbin air ini ada tiga kategori:
Turbin head rendah:
Ketika turbin hidraulik beroperasi pada rentang head kurang dari 45 meter diklasifikasikan sebagai low-head. Turbin Kaplan adalah salah satu tipe ini. Jika head kurang dari 3 meter, dianggap ultra-low head.
Turbin head sedang:
Dalam tipe ini, rentang kerja untuk head 45 hingga 250 meter dianggap sebagai head sedang. Turbin Francis beroperasi dalam kondisi seperti itu.
Turbin head tinggi:
Turbin ini memiliki head di atas 250 meter. Turbin Pelton adalah contoh yang baik.
Klasifikasi dan tipe turbin berdasarkan kecepatan spesifik
Kecepatan spesifik turbin dinyatakan dengan Ns. didefinisikan sebagai kecepatan turbin dengan kesamaan geometris yang menghasilkan satuan daya di bawah satuan head. Berdasarkan parameter ini, turbin air diklasifikasikan menjadi tiga kelas:
Turbin kecepatan spesifik rendah:
Turbin kecepatan spesifik rendah memiliki nilai antara 1 dan 10. Tipe turbin impuls beroperasi dalam rentang ini. Misalnya, turbin Pelton biasanya beroperasi pada kecepatan spesifik 4.
Turbin kecepatan spesifik sedang:
Tipe turbin ini beroperasi dalam rentang kecepatan spesifik 10 hingga 100. Tipe Francis bekerja pada rasio ini.
Turbin kecepatan spesifik tinggi:
Kecepatan spesifik tinggi di atas 100 yang merupakan cara kerja turbin Kaplan.
Cara kerja turbin
Cara kerja turbin cukup sederhana dan mudah dipahami. Meskipun cara kerjanya dapat bervariasi tergantung pada tipe turbin. Dalam artikel ini, saya akan menjelaskan gas turbine.
Dalam gas turbine, udara terkompresi dipanaskan dan dicampur dengan beberapa bahan bakar. Campuran menyala dan mengalami ekspansi cepat. Udara yang melebar ini masuk ke dalam turbin menyebabkannya berputar. Karena udara terkompresi, ketinggian tinggi tidak mempengaruhi efisiensi turbin. Itulah sebabnya mereka sempurna untuk pesawat. Lihat diagram di bawah:
Tonton video di bawah ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja gas turbine:
Kesimpulan
Turbin telah dijelaskan sebagai perangkat mekanis berputar yang mengekstrak energi dari fluida kerja yang diubah menjadi energi yang berguna. Itu saja untuk posting ini di mana kami memberikan definisi, aplikasi, fungsi, komponen, diagram, tipe, dan cara kerja turbin.
Saya harap Anda mendapat banyak dari posting ini, jika ya, silakan bagikan dengan siswa lain. Terima kasih telah membaca. Sampai jumpa lain waktu!
