Turbin Gas & Turbin Uap
Turbin merupakan kelas mesin turbo yang digunakan untuk mengubah energi dalam fluida yang mengalir menjadi energi mekanik dengan menggunakan mekanisme rotor. Turbin, secara umum, mengubah energi termal atau energi kinetik fluida menjadi kerja.
Turbin gas dan turbin uap adalah mesin turbo termal, di mana kerja dihasilkan dari perubahan entalpi fluida kerja; yaitu Energi potensial fluida dalam bentuk tekanan diubah menjadi energi mekanik. Berdasarkan arah aliran fluida turbin dikategorikan menjadi turbin aliran aksial dan turbin aliran radial.
Secara teknis turbin adalah ekspander, yang memberikan hasil kerja mekanis dengan penurunan tekanan, yang merupakan operasi kebalikan dari kompresor. Artikel ini berfokus pada tipe turbin aliran aksial, yang lebih umum di banyak aplikasi teknik.
Struktur dasar turbin aliran aksial dirancang untuk memungkinkan aliran fluida yang terus menerus sambil mengekstraksi energi. Dalam turbin termal, fluida kerja, pada suhu tinggi dan tekanan diarahkan melalui serangkaian rotor yang terdiri dari sudu-sudu miring yang dipasang pada piringan berputar yang terpasang pada poros.
Di antara setiap bilah stasioner cakram rotor dipasang, yang bertindak sebagai nosel dan memandu aliran fluida. Lebih lanjut tentang Turbin Uap
Meskipun konsep menggunakan uap untuk melakukan pekerjaan mekanis sudah lama digunakan, turbin uap modern dirancang oleh insinyur Inggris Sir Charles Parsons pada tahun 1884.
Turbin uap menggunakan uap bertekanan dari boiler sebagai fluida kerjanya. Uap super panas yang memasuki turbin kehilangan tekanannya (entalpi) bergerak melalui bilah rotor, dan rotor menggerakkan poros tempat mereka terhubung.
Turbin uap menghantarkan daya dengan laju yang halus dan konstan, dan efisiensi termal turbin uap lebih tinggi daripada mesin bolak-balik. Pengoperasian turbin uap optimal pada keadaan RPM yang lebih tinggi.
Sebenarnya, turbin hanya satu komponen dari operasi siklik yang digunakan untuk pembangkit listrik, yang idealnya dimodelkan dengan siklus Rankine. Boiler, penukar panas, pompa, dan kondensor juga merupakan komponen operasi tetapi bukan bagian dari turbin.
Di zaman modern, penggunaan utama turbin uap adalah untuk pembangkit tenaga listrik, tetapi pada awal abad ke-20 turbin uap digunakan sebagai pembangkit listrik untuk kapal dan mesin lokomotif. Sebagai pengecualian, pada beberapa sistem propulsi kelautan yang mesin dieselnya tidak praktis, seperti kapal induk dan kapal selam, mesin uap masih digunakan.
Lebih lanjut tentang Turbin Gas
Mesin turbin gas atau sederhananya turbin gas adalah mesin pembakaran dalam, menggunakan gas seperti udara sebagai fluida kerjanya. Aspek termodinamika pengoperasian turbin gas idealnya dimodelkan dengan siklus Brayton.
Mesin turbin gas, tidak seperti turbin uap, terdiri dari beberapa komponen utama; itu adalah kompresor, ruang bakar, dan turbin, yang dipasang di sepanjang poros yang berputar, untuk melakukan berbagai tugas mesin pembakaran dalam. Asupan gas dari saluran masuk pertama-tama dikompresi menggunakan kompresor aksial; yang melakukan kebalikan dari turbin sederhana.
Gas bertekanan kemudian diarahkan melalui tahap diffuser (nosel divergen), di mana gas kehilangan kecepatannya, tetapi meningkatkan suhu dan tekanan lebih lanjut. Pada tahap selanjutnya, gas masuk ke ruang bakar dimana bahan bakar dicampur dengan gas dan dinyalakan.
Akibat pembakaran, suhu dan tekanan gas naik ke tingkat yang sangat tinggi. Gas ini kemudian melewati bagian turbin, dan ketika melewatinya menghasilkan gerak rotasi ke poros.
Turbin gas ukuran rata-rata menghasilkan tingkat putaran poros setinggi 10.000 RPM, sedangkan turbin yang lebih kecil dapat menghasilkan 5 kali lebih banyak. Turbin gas dapat digunakan untuk menghasilkan torsi (dengan poros yang berputar), daya dorong (dengan gas buang kecepatan tinggi), atau kombinasi keduanya.
Dalam kasus pertama, seperti pada turbin uap, kerja mekanis yang diberikan oleh poros hanyalah transformasi entalpi (tekanan) dari gas bertekanan dan bertemperatur tinggi. Bagian dari kerja poros digunakan untuk menggerakkan kompresor melalui mekanisme internal.
Bentuk turbin gas ini digunakan terutama untuk pembangkit tenaga listrik dan sebagai pembangkit listrik untuk kendaraan seperti tank dan bahkan mobil. Tank M1 Abrams AS menggunakan mesin turbin gas sebagai pembangkit listrik.
Dalam kasus kedua, gas bertekanan tinggi diarahkan melalui nosel konvergen untuk meningkatkan kecepatan, dan daya dorong dihasilkan oleh gas buang. Turbin gas jenis ini sering disebut mesin Jet atau mesin turbojet, yang menggerakkan pesawat tempur militer.
Turbofan adalah varian lanjutan di atas, dan kombinasi gaya dorong dan pembangkitan kerja digunakan dalam mesin turboprop, di mana kerja poros digunakan untuk menggerakkan baling-baling. Ada banyak varian turbin gas yang dirancang untuk tugas tertentu.
Mereka lebih disukai daripada mesin lain (terutama mesin bolak-balik) karena rasio daya terhadap berat yang tinggi, getaran yang lebih sedikit, kecepatan operasi yang tinggi, dan keandalan. Limbah panas hilang hampir seluruhnya sebagai knalpot.
Dalam pembangkit listrik, energi panas limbah ini digunakan untuk merebus air untuk menjalankan turbin uap. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik siklus gabungan.
Apa perbedaan antara Turbin Uap dan Turbin Gas ?
- Turbin uap menggunakan uap bertekanan tinggi sebagai fluida kerjanya, sedangkan turbin gas menggunakan udara atau gas lain sebagai fluida kerjanya.
- Turbin uap pada dasarnya adalah ekspander yang menghasilkan torsi sebagai hasil kerja, sedangkan turbin gas adalah perangkat gabungan dari kompresor, ruang bakar, dan turbin yang melakukan operasi siklik untuk menghasilkan kerja baik sebagai torsi atau dorong.
- Turbin uap hanyalah komponen yang menjalankan satu langkah dari siklus Rankine, sedangkan mesin turbin gas menjalankan seluruh siklus Brayton.
- Turbin gas dapat menghasilkan torsi atau daya dorong sebagai keluaran kerja, sedangkan turbin uap hampir selalu menghasilkan torsi sebagai keluaran kerja.
- Efisiensi turbin gas jauh lebih tinggi daripada turbin uap karena temperatur operasi turbin gas yang lebih tinggi. (Turbin gas ~1500 0C dan turbin uap ~550 0C)
- Ruang yang diperlukan untuk turbin gas jauh lebih sedikit daripada pengoperasian turbin uap, karena turbin uap memerlukan boiler dan penukar panas, yang harus dihubungkan secara eksternal untuk penambahan panas.
- Turbin gas lebih serbaguna, karena banyak bahan bakar yang dapat digunakan dan fluida kerja, yang harus diumpankan terus menerus, tersedia di mana-mana (udara).
Turbin uap, di sisi lain, membutuhkan air dalam jumlah besar untuk pengoperasiannya dan cenderung menimbulkan masalah pada suhu yang lebih rendah akibat icing.