Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin yang mempunyai roda jalan atau
rotor dimana terdapat sudu-sudu impuls. Sudu-sudu impuls mudah
dikenali bentuknya, yaitu simetris dengan sudut masuk f dan sudut ke luar
g yang sama (20 0), pada turbin biasanya ditempatkan pada bagian
masuk dimana uap bertekanan tinggi dengan volume spesifik rendah.
Bentuk turbin impuls pendek dengan penampang yang konstan. Ciri yang
lain adalah secara termodinamika penurunan energi terbanyak pada nosel,
dimana pada nosel terjadi proses ekspansi atau penuruan tekanan. Sudu-sudu
turbin uap terdiri dari sudu tetap dan sudu gerak. Sudu tetap berfungsi
sebagai nosel dengan energi kinetik yang naik, sedangkan pada sudu begerak
tekanannya konstan atau tetap. Berdasarkan karakteristik tersebut, turbin
impuls sering disebut turbin tekanan sama.
Bentuk dari sudu tetap turbin impuls ada dua macam yaitu
bentuk simetris dan bentuk tidak simetris. Pada bentuk sudu tetap
simetris, profil kecepatan dan tekanan adalah sama, tidak ada perubahan
kecepatan dan tekanan. Sedangkan pada sudu tetap yang berfungsi sebagi
nosel mempunyai bentuk seperti nosel, yaitu antar penampang sudu
membetuk penampang yang menyempit pada ujungnya. Karena bentuknya nosel, kecepatan
akan naik dan tekanan turun. Bentuk pertama simetri dipakai pada turbin
uap Curtis dan bentuk yang kedua dipakai turbin uap Rateau.
D.1 Turbin impuls satu tahap ( Turbin De Laval)
Pada gambar 15.12 di atas adalah skema turbin De laval
atau turbin impuls satu tahap. Turbin terdiri dari satu atau lebih
nosel konvergen divergen dan sudu-sudu impuls terpasang pada roda
jalan (rotor). Tidak semua nosel terkena semburan uap panas dari
nosel, hanya sebagian saja. Pengontrolan putaran dengan jalan menutup satu atau
lebih nosel konvergen divergen. Adapun cara kerjanya adalah sebagai
berikut. Aliran uap panas masuk nosel konvergen divergen, di dalam nosel
uap berekspansi sehingga tekanannya turun. Berbarengan dengan penurunan
tekanan, kecepatan uap panas naik, hal ini berarti terjadi kenaikan energi
kinetik uap panas. Setelah berekspansi, uap panas menyembur ke luar
nosel dan menumbuk sudu-sudu impuls dengan kecepatan abolut Vs1.
Pada sudu-sudu impuls uap panas memberikan sebagian energinya ke
sudusudu, dan mengakibatkan sudu-sudu bergerak dengan kecepatan
Vb. Tekanan pada sudu-sudu turbin adalah konstan atau tetap,
sedangkan kecepatan uap ke luar sudu berkurang menjadi Vs2
D.2. Turbin impuls gabungan
Turbin impuls satu tahap atau turbin De laval mempunyai
kendalakendala teknis yang tidak menguntungkan. Sebagai contoh,
kecepatan uap masuk sudu terlalu tinggi kalau hanya untuk satu baris sudu,
efeknya kecepatan putar sudu menjadi tinggi, dan melampaui batas
keselamatan yang diizinkan, karena tegangan sentrifugal yang harus ditahan
material rotor. Disamping itu dengan kecepatan rotor yang tinggi
diperlukan roda gigi reduksi yang besar dan berat untuk menghubungkan
rotor dengan generator listrik. Dengan alasan-alasan tersebut,
dikembangkan dua pilihan turbin impuls gabungan yaitu turbin gabungan
kecepatan atau turbin Curtiss dan turbin impuls gabungan tekanan atau
turbin Rateau
D.2.1. Turbin impuls Curtiss
Turbin uap Curtiss adalah turbin yang bekerja dengan
prinsip impuls secara bertahap. Berbeda dengan turbin satu tahap, turbin Curtiss mempunyai
beberapa baris sudu bergerak dan baris sudu tetap. Pada gambar 15.13
adalah susunan turbin uap Curtiss, proses ekspansi uap panas pada nosel,
dimana kecepatan uap panas naik ( Vs1) dan tekanan turun.
Uap panas yang mempunyai kecepatan tinggi masuk baris
pertama sudu bergerak, pada tahap ini uap memberikan sebagian
energinya sehingga kecepatannya turun (Vs2). Selanjutnya, sebelum masuk
baris sudu bergerak tahap II, terlebih dahulu melewati sudu tetap. Pada
sudusudu tetap yang berbentuk simetris, uap tidak kehilangan
energinya, kecepatan (Vs3) dan tekanannya konstan. Uap dengan kecepatan
Vs3 setelah melewati sudu tetap masuk baris sudu bergerak tahap II,
uap memberikan energinya yang tersisa ke sudu-sudu bergerak, karena itu kecepatannya
turun kembali menjadi Vs4.
Pada turbin Curtiss penurunan uap terjadi dengan sempurna
pada nosel sehingga tidak ada penurunan tekanan lagi pada sudu-sudu,
dan energi kinetik dari nosel dipakai oleh dua baris sudu bergerak tidak
hanya satu baris saja. Ciri khas dari turbin ini adalah kecepatan akan
turun setelah melewati sudu bergerak, dan kecepatannya konstan pada
sudu tetap. Untuk memahami lebih lanjut tentang perubahan nilai
kecepatan, dapat menggunakan analisis segitiga kecepatan dari turbin Curtiss. Sebagai
contoh dapat dilihat pada gambar 15.14.
D.2.2. Turbin impuls Rateau
Pada turbin Curtiss yaitu turbin gabungan kecepatan yang
sudah dibahas pada sub-bab di atas, masih mempunyai kelemahan
yaitu kecepatan uapnya masih tinggi, sehingga timbul gesekan yang merupakan
kerugian aliran. Kondisi ini sama dengan turbin impuls satu tahap. Untuk
mengatasi hal tersebut, Rateau membuat turbin impuls gabungan tekanan.
Pada turbin ini, turbin dibagi menjadi beberapa bagian dengan susunan
seri, dimana setiap bagian terdiri dari nosel dan sudu bergerak, yaitu
sama dengan susunan turbin satu tahap.
Gambar 15.15 adalah skema sederhana dari turbin Rateau.
Dari gambar tersebut didapat susunan dasar turbin, yaitu terdiri dari
dua bagian kombinasi nosel dan sudu bergerak. Dari diagram tekanan
dan kecepatan absolut dapat dibahas sebagai berikut. Uap panas
pertama masuk pada bagian pertama, kecepatan akan naik pada nosel
dan kemudian turun pada sudu bergerak. Selanjutnya, uap panas masuk
ke nosel bagian dua, kecepatan naik lagi pada nosel dan turun kembali
pada sudu bergerak. Pada setiap bagian, uap akan mengalami
penurunan tekanan setelah dari nosel.
Jadi pada turbin Rateau, uap panas akan berekspansi setiap
masuk nosel, dengan demikian energi uap akan terbagi merata.
Jika dibandingkan dengan turbin satu tahap, pada turbin ini jumlah energi
uap panas yang berekspansi per noselnya jauh lebih kecil, sehingga
kenaikan kecepatan absolutnya tidak terlalu tinggi.
Turbin ini mempunyai keunggulan yaitu kecepatan sudunya
rendah, kecepatan uap rendah (gesekan kecil), dan distribusi kerja per
bagian merata. Kelemahannya adalah penurunan tekanan yang terus
menerus pada setiap bagian, sehingga resiko kebocoran uap lebih besar.
Untuk memperoleh efisiensi tinggi, turbin Rateau juga harus
mempunyai tahapan yang banyak. Dengan alasan-alasan tersebut, turbin
Rateau banyak dipakai untuk unit yang besar, dimana efisiensi lebih
penting daripada biaya investasi.
Pada gambar adalah contoh segitiga kecepatan dari turbin
Rateau.
Berdasarkan segitiga tersebut terlihat bahwa bentuk dari
segitiga adalah sama untuk setiap tahap, dimana bentuknya adalah segitiga
kecepatan turbin satu tahap yang disusun seri. Kecepatan Vs1 dari sudu
tetap yang berfungsi nosel, akan masuk ke sudu bergerak dan nilainya turun
menjadi Vs2, demikian juga untuk kecepatan relatifnya juga turun.
Kemudian,
kecepatan Vs2 naik lagi setelah melewati sudu bergerak
menjadi Vs3, dimana nilai kecepatan ini secara ideal adalah sama dengan
Vs1, dan prosesnya berlanjut sampai tahap terakhir turbin.
E. Turbin Reaksi
Turbin reaksi pertama kali dikenalkan oleh Parson. Gambar
15.17 adalah contoh turbin rekasi tiga tahap, terdiri dari 3 baris sudu
tetap ada 3 baris sudu bergerak. Sudu tetap dibuat sedemikian rupa
sehingga fungsinya sama dengan nosel. Sedangkan sudu bergerak
dapat dibedakan dengan jelas dengan sudu impuls karena tidak simetris.
Sudu bergerak pun difungsikan sebagai nosel, karena fungsinya yang
sama dengan sudu tetap, maka bentuknya sama dengan sudu tetap,
tetapi arah lengkungannya berlawanan.
Penurunan tekanan adalah sinambung dari tahap satu ke
tahap berikutnya, dari sudu tetap dan sudu bergerak. Kecepatan
absolutnya setiap melewati sudu tetap akan naik dan setelah melewati
sudu bergerak akan turun, selanjutnya akan berulang sampai akhir tahap. Pada
gambar 15.18 adalah contoh segitiga kecepatan dari turbin rekasi dua
tahap. Dari gambar segitiga kecepatan tersebut menunjukkan bentuk segitiga
kecepatan untuk sudu tetap akan sama, demikian juga untuk sudu gerak.
Kecepatan Vs1 dari sudu tetap akan turun nilainya
setelah melwati sudu bergerak menjadi Vs2,akan tetapi
kecepatan relatinya menjadi besar yaitu Vr2. Selanjutnya, Vs2 dinaikan
lagi nilainya setelah masuk ke sudu tetap, menjadi Vs3 yang sama dengan
Vs1, dan seterusnya sampai tahap akhir turbin.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar