Turbin adalah sebuah perangkat yang dapat mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Hal ini dimanfaatkan di beberapa sektor seperti pada pembangkit listrik dan mesin kendaraan terbang yaitu pesawat jet. Tidak heran jika bentuk dan desain turbin ini berbeda beda karena mengikut kepada mekanisme perubahan energi itu sendiri.
Namun perlu diketahui, peranan turbin dalam keseharian sebetulnya sangat dekat. Listrik yang kita gunakan setiap hari untuk memenuhi kebutuhan hidup asalnya dari turbin pembangkit listrik. Penasaran, apa itu turbin sebenarnya dan seberapa krusial fungsinya? Simak selengkapnya.
Apa Itu Turbin?
Berikut definisi turbin menurut para ahli:
- Munson, Young, dan Okiishi. Turbin ialah alat yang memanfaatkan energi dari fluida.
- Sommers. Turbin adalah alat yang mengubah energi kinetik dari fluida menjadi energi mekanik berdasarkan prinsip impuls dan reaksi atau perpaduan keduanya.
- Budenholzer. Turbin merupakan beberapa tipe alat yang mengonversikan energi dari aliran fluida menjadi energi mekanis.
- Cleveland dan Morris. Pengertian turbin ialah alat yang bisa mengubah energi fluida yang bergerak (air, udara, uap, dan gas panas) menjadi kekuatan mekanis.
- Jayagopal. Definisi turbin adalah alat yang mengonversikan energi fluida menjadi energi mekanis putaran. Fluida yang dimaksud bisa berupa uap, gas, atau air.
Berdasarkan pengertian-pengertian tersebut, bisa disimpulkan bahwa turbin adalah instrumen yang memanfaatkan energi pada fluida dan mengubahnya menjadi energi mekanik putaran pada poros turbin. Turbin pada umumnya digunakan pada sistem pembangkit listrik, mesin kendaraan, hingga sistem tenaga penggerak seperti pada mesin pesawat jet.
Komponen utama turbin adalah serangkaian bilah/pisau (blades) yang umumnya terbuat dari besi. Susunan pisau turbin ini digerakkan oleh fluida yang masuk ke dalam turbin. Aliran fluida yang telah mendorong pisau turbin tersebut memindahkan energi kinetik dimilikinya ke pisau turbin dan keluar saat sisa energinya tinggal sedikit. Singkatnya, energi pada fluida tersebut diubah oleh turbin menjadi energi putar.
Fungsi Turbin
Adapun fungsi turbin khususnya dalam area energy conversion ialah:
1. Menyediakan Listrik untuk Berbagai Kebutuhan
Banyak pembangkit listrik di dunia, utamanya di negara maju, memanfaatkan turbogenerator. Di Indonesia sendiri, beberapa waktu yang lalu dibangun PLTB Sidrap yang merupakan pembangkit listrik tenaga angin dengan kapasitas 75 MW. PLTB ini menggunakan 30 kincir angin yang kapasitas masing-masingnya adalah 2,5 MW.
2. Alternatif Pembangkit Listrik Ramah Lingkungan dan Murah
Tak sekedar menghasilkan listrik, turbin juga mendukung upaya pemenuhan energi ramah lingkungan. Berbagai pembangkit listrik seperti pembangkit listrik tenaga air dan angin tidak mengandalkan batu bara dan bahan bakar fosil lainnya. Selain itu, dibanding pembangkit listrik bertenaga nuklir, pemakaian turbin pada PLT Air dan Angin juga lebih mudah, tidak membahayakan, dan bisa disesuaikan dengan bentang alam suatu daerah.
Dengan kata lain, fungsi turbin pada pembangkit listrik tenaga air adalah sebagai pengubah energi (energy converter) dari energi gerak air menjadi energi listrik yang dihasilkan dari putaran generator.
3. Optimasi Pemanfaatan Energi
Pada proses ekstraksi gas alam seringkali digunakan turboexpander. Turboexpander bukan sekadar expansion device (alat ekspansi) biasa. Sebab selain bisa menurunkan tekanan gas, turbin yang dipasang juga bisa dimanfaatkan untuk memanfaatkan energi kinetik menjadi listrik.
4. Menjalankan Moda Transportasi
Beberapa moda transportasi memanfaatkan turbin sebagai sumber energi mereka. Misalnya saja pada kapal dan mobil. Meski demikian, harus diakui bahwa fungsi ini tidak selamanya optimal. Pada mobil misalnya, penggunaan turbin tidaklah efektif dibanding sumber energi lain seperti BBM.
Cara Kerja Turbin
Umumnya, turbin dapat dibagi berdasarkan jenis fluidanya. Meskipun mekanisme semua jenis turbin tersebut serupa yakni mengubah energi kinetik fluida menjadi energi listrik, tetapi secara teori ada perbedaan mendasar. Misal, turbin uap yang harus berputar dengan cepat sementara turbin angin berputar dengan kecepatan relatif lambat. Kenapa bisa begitu? Apa bedanya?
1. Turbin Air
Turbin air adalah komponen penting pada sistem PLTA atau pembangkit listrik tenaga air. Fungsi turbin air ialah untuk mengubah aliran air menjadi energi mekanis.
Konsep dasar PLTA adalah dengan memanfaatkan bendungan air pada tempat tinggi. Air kemudian dialirkan ke tempat yang lebih rendah sehingga kecepatan alirannya bertambah. Dalam ilmu fisika, energi potensial (ketinggian) berubah menjadi energi kinetik (kecepatan) adalah teori paling tepat untuk mendeskripsikan fenomena ini.
Aliran inilah kemudian memutar turbin air yang terhubung ke generator pembangkit listrik. Karena itu turbin air dikatakan sebagai tiga langkah proses perubahan energi. Dari energi potensial, kinetik, mekanik atau putaran turbin, hingga energi listrik.
Ada beberapa jenis turbin air yang bisa disesuaikan dengan kondisi perairan. Tipe turbin ini diharapkan bisa memberikan hasil yang terbaik dan maksimal dalam menghasilkan energi listrik. Olehnya itu, banyak faktor yang harus diketahui untuk menentukan jenis turbin apa yang sebaiknya digunakan.
Dua jenis turbin air yang paling lazim ditemukan pada PLTA adalah turbin reaksi (reaction turbines) dan turbin impuls (impulse turbine). Berikut penjelasannya:
Turbin impuls
Prinsip kerja turbin impuls sama dengan turbin air pada umumnya. Pertama, air keluar dari nozzle dan membentur sudu turbin. Hal ini membuat turbin yang tadinya diam mulai berputar setelah terjadi perubahan momentum (impuls). Sederhananya, air kehilangan momentumnya setelah menabrak sudu turbin sementara turbin menerima momentum dari air.
Biar lebih faham, kalian bisa membayangkan tendangan bola yang membentur kepala mu. Kalian bisa rasakan, kepalamu terlempar sementara bola kehilangan kecepatannya dan menjadi lambat atau berhenti. Nah, begitulah konsep turbin impuls, perubahan momentum akibat tabrakan antara air dan sendok turbin.
Berdasarkan teori hukum konservasi energi, energi yang diterima sudu turbin untuk berputar sama besarnya dengan energi yang hilang pada air – karena itulah air menjadi lebih lambat setelah kehilangan energinya.
Turbin reaksi
Sama halnya dengan turbin impuls, turbin reaksi juga mengubah energi pada air menjadi energi mekanik (putaran) dan penampungan air nya juga dari tempat tinggi. Bedanya, pisau dari turbin reaksi tidak berbentuk sudu, melainkan memiliki profil khusus seperti melengkung.
Turbin menangkap energi hanya pada bagian yang bersentuhan langsung dengan air. Jadi, semua rangkaian pisau turbin reaksi yang menyentuh air secara bersamaan memiliki potensi besar untuk mengekstrak lebih banyak energi, ketimbang sudu turbin impuls yang hanya beberapa menyetuh air pada saat yang sama.
2. Turbin Angin
Turbin angin merupakan komponen utama pada kincir angin dan pembangkit listrik tenaga angin. Cara kerja turbin angin adalah dengan mengubah energi kinetik yang terkandung pada angin menjadi energi mekanik pada batang poros yang nantinya akan menghasilkan energi listrik dengan bantuan generator. Turbin angin bisa ditemukan baik di darat maupun di laut.
Kecepatan turbin angin relatif lebih lambat dibandingkan dengan turbin air. Hal ini karena turbin angin memiliki massa dan gaya torsi yang lebih besar. Sehingga meski dengan putaran lambat, turbin angin masih bisa menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang signifikan. Selain itu, turbin angin yang berputar terlalu cepat dapat merusak struktur kincir angin itu sendiri.
Ada tiga komponen mendasar pada turbin angin yang berperan penting dalam mekanisme kerjanya. Pertama adalah bilah rotor yang dibentuk seperti sayap pesawat terbang dengan konsep airfoil untuk menangkap angin sehingga dapat memutar batang poros. Bilah rotor biasa juga disebut pisau rotor atau baling baling.
Kedua adalah nacelle yang berisi sistem roda gigi, berfungsi untuk menghantar atau mentransmisikan tenaga putar pada turbin angin ke generator listrik. Dan terakhir ada menara kincir (tower) yang berdiri tegak. Tinggi tower ini harus disesuaikan dengan kondisi angin sekitar tempat tersebut. Ini karena pada ketinggian tertentu, kondisi angin sangat lah ideal untuk ditangkap oleh baling baling kincir angin.
3. Turbin Uap
Pada mesin uap, batu bara dibakar untuk menghasilkan panas yang dapat membuat air mendidih dan berubah bentuk menjadi uap. Uap ini kemudian dimanfaatkan untuk memutar turbin uap yang juga terhubung ke generator.
Turbin uap adalah bagian penting pad sistem PLTU atau pembangkit listrik tenaga uap. Berbeda dengan turbin air dan angin yang hanya punya 1 set turbin, turbin uap bahkan bisa punya sampai 3 set turbin (high, intermediate dan low). Ketiga set turbin ini disusun berdasarkan besar tekanan yang diterimanya.
Turbin uap pada kasus ini berfungsi untuk mengubah uap yang panas dan bertekanan menjadi gerakan mekanik, yaitu putaran pada turbin. Uap yang masih dalam tekanan paling tinggi akan masuk ke set turbin high terlebih dahulu. Setelah itu, proses diikuti dengan masuknya uap ke set turbin intermediate dan low, namun tentu dengan melewati sistem recovery.
4. Mesin Pesawat Jet
Turbin gas sering digunakan pada heat engines karena termasuk jenis turbin yang paling fleksibel. Salah satu aplikasi turbin gas bisa ditemukan pada mesin jet (mesin pesawat). Pada turbin gas di atas, udara masuk ke dalam kompresor untuk dimampatkan terlebih dahulu. Setelah itu, udara mampatan tersebut dipanaskan dan dicampur dengan bahan bakar.
Ketika dibakar, campuran udara-bensin ini meledak dan partikelnya menjadi tersebar (proses ekspansi) dengan sangat cepat. Ekspansi fluida yang terdiri dari udara dan bensin ini mendorong dan menggerakkan turbin pada bagian belakang mesin pesawat.
Selain digunakan pada mesin pesawat, turbin gas adalah bagian yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik pada pembangkit listrik berbahan bakar gas alam, dimana pembakaran (combustion) dalam hal ini dihasilkan dari proses pembakaran gas alam.
