Apa Itu Turbin? Berikut Cara Kerja Turbin Berdasarkan Fungsinya!

Turbin memiliki kemampuan untuk mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Hal ini dimanfaatkan di beberapa sektor seperti pada pembangkit listrik dan juga pada mesin kendaraan terbang yaitu pesawat jet. Tidak heran jika bentuk dan desain turbin ini berbeda beda karena mengikut kepada mekanisme terbaik perubahan energi.

Apa itu Turbin?

Turbin adalah instrumen yang memanfaatkan energi pada fluida seperti air, uap, udara, sampai gas pembakaran, kemudian mengubah nya 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 diambil alih oleh turbin agar bisa berputar.

Cara Kerja Turbin Berdasarkan Fungsinya

fungsi turbin
Fungsi turbin berdasarkan jenisnya

Umumnya, turbin dapat dibagi menjadi 4 berdasarkan jenis fluida; air, angin, uap dan gas. Meskipun mekanisme keempat 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. Pembangkit listrik tenaga air

Konsep dasar pembangkit listrik tenaga air adalah dengan memanfaatkan bendungan (tampungan air besar) pada tempat tinggi, kemudian dialirkan ke tempat yang lebih rendah sehingga kecepatan alirannya bertambah. Dalam ilmu fisika, energi potensial (tinggi) 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 berputar.  Karena itu turbin air dikatakan sebagai tiga langkah proses perubahan energi: potensial > kinetik > mekanik (putaran turbin) > 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. mulai dari kepala hidrolik, debit hidroelektrik, serta biayanya. Dua jenis turbin yang paling lazim ditemukan pada pembangkit listrik tenaga air adalah turbin reaksi (reaction turbines) dan turbin impuls (impulse turbine).

#Turbin impuls

turbin impuls
Gambar turbin impuls

Turbin impuls dapat mengubah semua energi pada air yang terdiri dari energi potensial, kinetik dan tekanan menjadi energi mekanik (putaran) pada roda turbin sehingga bisa menghasilkan listrik bila dihubungkan dengan generator. Penampungan air (bendungan, waduk dsb.) diletakkan di tempat yang tinggi dengan tujuan untuk meningkatkan energi potensial. Dengan mengalirnya ke tempat yang lebih rendah, air kehilangan energi potensialnya, sebagai gantinya menerima energi kinetik. Semakin besar energi kinetik bisa ditandai dengan besarnya kecepatan aliran air.

Air kemudian 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

turbin reaksi
Gambar turbin reaksi

Sama 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 spesial 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. Pembangkit listrik tenaga angin

turbin angin
Gambar turbin angin

Turbin angin beroperasi dengan mengubah energi kinetik (gerak) pada angin menjadi energi putar (mekanik) pada batang poros yang nantinya akan menghasilkan energi listrik. Turbin angin bisa ditemukan baik di darat maupun di laut.

Ada tiga komponen mendasar pada turbin angin yang berperan penting dalam mekanisme kerjanya. Pertama adalah bilah rotor (rotor blades) yang dibentuk seperti sayap pesawat terbang (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. Pembangkit listrik tenaga uap

turbin uap
Gambar turbin uap

Pada mesin uap, batu bara dibakar untuk menghasilkan panas yang dapat membuat air mendidih dan berubah bentuk menjadi uap (proses penguapan). Uap ini kemudian dimanfaatkan untuk memutar turbin yang juga terhubung ke generator.

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.

Pembangkit listrik tenaga uap memiliki 4 komponen wajib dan membentuk suatu siklus tertutup. Artinya, jika satu dari komponen ini saja hilang, maka mustahil turbin uap bisa beroperasi dengan baik. Komponen tersebut adalah boiler, turbin, kondensor (heat exchanger) dan terakhir pompa air (pump).

Fungsi boiler adalah untuk memberi panas pada air sehingga bisa menguap. Agar bisa menguap, suhu yang diberikan harus sesuai dengan tekanan pada air tersebut. Misalnya, pada tekanan atmosfer (tekanan yang kita rasakan sehari -hari), air membutuhkan antara 99 hingga 100 derajat celcius untuk bisa mendidih dan menguap.

Turbin yang menjadi topik utama artikel ini berfungsi untuk mengubah uap tadi menjadi gerakan mekanik yaitu putaran pada turbin. Keluar dari turbin, uap akhirnya didinginkan oleh kondensor dan berubah menjadi air lagi agar bisa dipompa. Kalau tidak berubah menjadi air, tentu tidak bisa dipompa. Nah, air akan dipanaskan kembali di boiler setelah dipompa.

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. 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 (udara dan bensin) ini mendorong dan menggerakkan turbin pada bagian belakang mesin pesawat.

Selain digunakan pada mesin pesawat, gas turbin juga digunakan untuk menghasilkan energi listrik pada pembangkit listrik berbahan bakar gas alam, dimana pembakaran (combustion) dalam hal ini dihasilkan dari proses pembakaran gas alam.

Tinggalkan komentar