Home / How Work / Bagaimana Cara Kerja Turbin Angin ?

Bagaimana Cara Kerja Turbin Angin ?

kelas-fisika.com – Bagaimana Cara Kerja Turbin Angin ?

Pertanyaan: Apa kincir angin yang berdiri di istana pasir memiliki kesamaan dengan kapal selam besar, bendungan pembangkit listrik tenaga air, atau jet transatlantik?

Jawab: Mereka semua menggunakan mesin turbin yang menangkap energi dari cairan atau gas yang bergerak. Pada kincir angin pasir, curved blade dirancang untuk menangkap energi angin sehingga mereka berkibar dan berputar. Pada kapal laut atau jet, gas panas hasil pembakaran digunakan untuk memutar bilah logam dengan kecepatan tinggi yang digunakan untuk menyalakan baling-baling kapal atau mendorong pesawat melewati langit.

Turbin juga membantu kita membuat sebagian besar listrik saat ini: turbin yang didorong oleh uap digunakan di hampir semua pembangkit listrik utama, sementara turbin angin dan air membantu kita menghasilkan energi terbarukan. Di mana pun energi dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia, turbin biasanya ada ditempat tersebut. Mari kita lihat lebih dekat mesin praktis ini dan cari tahu bagaimana cara kerjanya!

Apa itu turbin?

Sebuah prototipe turbin gas yang diproduksi untuk pembangkit listrik berefisiensi tinggi. Masing-masing roda logam adalah tahap turbin yang terpisah yang dirancang untuk mengekstrak sedikit energi dari gas berkecepatan tinggi. Anda bisa melihat seberapa besar turbin ini dengan melihat pria kecil berpakaian putih duduk di tengah mesin. Foto diambil di Laboratorium Teknologi Energi Nasional, Morgantown milik Departemen Energi AS.

Kincir angin adalah jenis turbin yang paling sederhana: mesin yang dirancang untuk menangkap sebagian energi dari fluida bergerak (cairan atau gas) sehingga bisa dimanfaatkan. Saat angin bertiup melewati layar kincir angin, mereka memutar, mengeluarkan beberapa energi kinetik angin (energi gerakan) dan mengubahnya menjadi energi mekanis yang memutar kumparan di dalam tabung magnet. Semakin cepat angin bertiup, semakin banyak energi yang dihasilkan; Semakin cepat layar berputar, semakin banyak energi yang dipasok ke pembangkit listrik.

dengan menambahkan lebih banyak layar ke kincir angin atau mengubah desainnya sehingga membuat angin lebih baik juga bisa membantu menangkap lebih banyak energi angin.

Bagian-bagian kunci dari turbin adalah sekumpulan baling baling yang menangkap fluida, poros atau poros yang berputar saat baling bergerak, dan beberapa jenis mesin yang digerakkan oleh as roda. Dalam turbin angin modern, biasanya ada tiga baling-baling seperti baling-baling yang terpasang pada poros yang menggerakkan generator listrik. Dalam kincir air kuno, ada bilah kayu yang berputar saat air mengalir di bawah atau di atas mereka, memutar as roda yang dilekatkan pada roda dan biasanya menyalakan semacam mesin penggilingan.

Impuls dan reaksi turbin

Turbin bekerja dengan dua cara yang berbeda yang digambarkan sebagai impuls dan reaksi turbin-istilah yang sering kali sangat membingungkan dijelaskan (dan terkadang benar-benar kacau) saat orang mencoba menjelaskannya. Jadi apa bedanya?

Impuls Turbin

Sebuah roda air Pelton adalah contoh turbin impuls. Ini berputar saat satu atau lebih pancaran air bertekanan tinggi masuk ke ember di sekitar tepi. Yang ini awalnya digunakan di pembangkit listrik.

Dalam turbin impuls, fluida yang bergerak cepat dipecat melalui nosel sempit di bilah turbin agar berputar. Blade Pisau turbin impuls biasanya berbentuk ember sehingga mereka menangkap cairan dan mengarahkannya keluar pada suatu sudut atau kadang-kadang bahkan kembali seperti semula (karena ini memberikan transfer energi yang paling efisien dari fluida ke turbin). Dalam turbin impuls, fluida terpaksa menekan turbin dengan kecepatan tinggi.

Bayangkan anda mengayuh pedal sepeda dengan mendorongnya maka akan berbalik kembali pedalnya. Anda membutuhkan kayuhan yang  keras agar roda gigi berputar – dan dorongan energi konstan itu adalah kunci bagaimana cara kerjanya. Hukum kekekalan energi memberi tahu kita bahwa energi yang digerakkan roda, setiap kali sebuah bola menabraknya, sama dengan energi yang bola hilang – jadi bola akan berjalan lebih lambat saat mereka kembali bangkit. Juga, hukum gerak kedua Newton memberi tahu kita bahwa momentum yang didapat oleh kemudi saat bola menyentuhnya sama dengan momentum yang hilang oleh bola itu sendiri; Semakin lama bola menyentuh roda, dan pukulan yang lebih keras (lebih kuat), semakin banyak momentum yang akan ia transfer.

impuls turbin seperti ini bekerja saat cairan masuk menyentuh ember dan memantul kembali. Bentuk yang tepat dari ember dan bagaimana cairan tersebut menabrak mereka membuat perbedaan besar pada berapa banyak energi turbin yang dapat ditangkap.

Turbin air sering berbasis di sekitar turbin impuls (meskipun beberapa bekerja menggunakan turbin reaksi). Desainnya sederhana, mudah dibangun, dan murah untuk dipelihara, paling tidak karena tidak perlu terkandung di dalam pipa atau tempat tinggal (tidak seperti turbin reaksi).

Reaksi Turbin

Dalam reaksi turbin, bilahnya berada dalam volume fluida yang jauh lebih besar dan berbalik saat cairan mengalir melewatinya. Turbin reaksi tidak mengubah arah aliran fluida secara drastis sebagai  impuls turbin: ia berputar saat cairan menembus dan melewati baling-balingnya. Turbin angin mungkin adalah contoh turbin reaksi yang paling dikenal.

Jika impuls turbin agak mirip dengan menendang bola sepak bola, reaksi turbin lebih mirip berenang-sebaliknya. Mari saya jelaskan! Pikirkan bagaimana Anda melakukan gaya bebas (penjelajahan depan) dengan mengangkut lengan Anda melalui air, dimulai dari masing-masing tangan sejauh di depan seperti yang bisa Anda capai dan diakhiri dengan “tindak lanjut” yang membuat lengan Anda terlewat di belakang Anda.

Sebuah turbin reaksi khas dari pembangkit listrik tenaga panas bumi. Air atau uap mengalir melewati bilah yang miring, mendorongnya ke sekeliling dan memutar poros pusat tempat mereka menempel. Poros memutar generator yang membuat listrik
Sebuah turbin reaksi seperti ini jauh lebih mirip baling-baling. Perbedaan utama adalah bahwa ada lebih banyak baling-baling dalam turbin dan sering beberapa rangkaian baling-baling (beberapa tahap),

Apa yang ingin Anda capai adalah menjaga tangan dan lengan bawah Anda menekan air selama mungkin, jadi Anda mentransfer energi sebanyak yang Anda bisa di setiap pukulan. Sebuah turbin reaksi menggunakan ide yang sama secara terbalik: bayangkan air yang mengalir cepat bergerak melewatimu sehingga membuat lengan dan kaki Anda bergerak dan memasok energi ke tubuh Anda! Dengan turbin reaksi, Anda ingin air menyentuh baling-baling dengan mulus, selama bisa, sehingga menghasilkan energi sebanyak mungkin. Air tidak memukul baling-baling dan memantul, seperti pada turbin impuls: sebaliknya, baling-baling bergerak lebih lancar, “berjalan dengan arus.”

Thinking backwards

Turbin dan baling-baling bekerja dengan cara yang berlawanan. Baling-baling menggunakan energi untuk melakukan gerakan fluida (udara, dalam kasus pesawat terbang, atau air, di kapal atau kapal selam); turbin memanfaatkan energi saat fluida bergerak melewatinya

Anda mungkin menyadari bahwa turbin angin terlihat seperti baling-baling raksasa-dan itu cara lain untuk memikirkan turbin: seperti baling-baling yang bekerja terbalik. Dalam sebuah pesawat terbang, mesin menghidupkan baling-baling dengan kecepatan tinggi, baling-balingnya menciptakan draft udara yang bergerak ke belakang, dan itulah yang mendorong-mendorong-pesawat ke depan. Dengan baling-baling, baling-baling bergerak menggerakkan udara; Dengan turbin, udara menggerakkan baling-baling.

Turbin juga mirip dengan pompa dan kompresor. Di dalam pompa, Anda memiliki roda dayung berputar yang menyedot air melalui satu pipa dan membuangnya keluar dari yang lain sehingga Anda bisa memindahkan air (atau cairan lain) dari satu tempat ke tempat lain. Jika Anda membawa pompa air terpisah, Anda bisa melihat roda dayung internal (yang disebut impeller) sangat mirip dengan yang Anda temukan di dalam turbin air. Bedanya, pompa menggunakan energi untuk membuat gerakan fluida, sementara turbin menangkap energi dari fluida yang bergerak.

Turbin in Action

Secara umum, kita membagi turbin menjadi empat jenis sesuai dengan jenis fluida yang menggerakkannya: air, angin, uap, dan gas. Meskipun keempat jenis ini bekerja pada dasarnya dengan cara yang sama – berputar saat cairan bergerak melawan mereka – keduanya sangat berbeda dan harus direkayasa dengan cara yang sangat berbeda. Turbin uap, misalnya, berubah sangat cepat karena uap diproduksi di bawah tekanan tinggi. Turbin angin yang membuat listrik berubah relatif lambat (terutama untuk alasan keamanan), jadi mereka perlu menjadi besar untuk menangkap energi dalam jumlah yang layak. Turbin gas perlu dibuat dari paduan yang tahan lama karena mereka bekerja pada suhu tinggi seperti itu. Turbin air seringkali sangat besar karena harus mengeluarkan energi dari seluruh sungai, dibendung dan dialihkan untuk mengalir melewatinya. Mereka bisa berubah relatif lambat, karena airnya berat dan membawa banyak energi (karena massanya tinggi) meski saat mengalir dengan kecepatan rendah.

Turbin air

Sebuah turbin reaksi Francis raksasa (roda oranye di bagian atas) diturunkan ke posisi di Grand Coulee Dam di Washington State, AS. Air mengalir melewati bilah siku, mendorongnya ke sekeliling dan memutar poros yang dilekatinya. Poros memutar generator listrik yang membuat tenaga

Roda air, yang berasal dari 2000 tahun sampai zaman Yunani kuno, adalah turbin air asli. Saat ini, prinsip yang sama digunakan untuk membuat listrik di pembangkit listrik tenaga air. Gagasan dasar pembangkit listrik tenaga air adalah Anda membuat sungai untuk memanfaatkan energinya. Alih-alih sungai mengalir dengan bebas menuruni bukit dari sumber bukit atau gunung ke arah laut, Anda membuatnya jatuh melalui ketinggian (disebut kepala) sehingga kecepatannya naik (dengan kata lain, energi potensinya diubah menjadi energi kinetik) kemudian menyalurkannya melalui pipa yang disebut penstock melewati turbin dan generator. Hydroelectricity secara efektif merupakan konversi energi tiga langkah:

  • Energi potensial asli sungai (yang dimilikinya karena berasal dari tanah yang tinggi) berubah menjadi energi kinetik saat air turun dari ketinggian.
  • Energi kinetik dalam air bergerak diubah menjadi energi mekanis dengan turbin air.
  • Turbin air berputar mendorong generator yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Berbagai jenis turbin air digunakan tergantung geografi daerah, berapa banyak air yang tersedia (aliran), dan jarak di mana ia bisa dibuat jatuh (kepala). Beberapa pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin impuls bucket (biasanya pelton wheels); yang lain menggunakan turbin reaksi Francis, Kaplan, atau Deriaz. Jenis turbin dipilih dengan hati-hati untuk mengekstrak jumlah maksimum energi dari air.

Turbin angin

Turbin angin khas, di Staffordshire, Inggris. Menara ini ~ 50m (~ 150ft) di luar tanah karena angin bergerak lebih cepat saat cuaca turun dari penghalang di permukaan tanah. Bilah rotor berdiameter ~ 15m (50ft) dan, dengan sapuan besar, ambil energi 225 kW (kilowatt).

Ini dibahas lebih rinci dalam artikel terpisah kami tentang turbin angin.

Turbin uap

Turbin uap berevolusi dari mesin uap yang mengubah dunia pada abad ke-18 dan ke-19. Mesin uap membakar batu bara dengan api terbuka untuk melepaskan panas yang dikandungnya. Panasnya digunakan untuk merebus air dan membuat uap, yang mendorong piston ke silinder untuk menyalakan mesin seperti lokomotif kereta api. Ini sangat tidak efisien (menghabiskan energi) untuk berbagai alasan. Desain yang jauh lebih baik mengambil uap dan menyalurkannya melewati baling-baling turbin, yang berputar seperti baling-baling dan menggerakkan mesin saat berjalan.

Turbin uap dipelopori oleh insinyur Inggris Charles Parsons (1854-1931), yang menggunakannya untuk menyalakan motorboat terkenal yang disebut Turbinia pada tahun 1889. Sejak saat itu, mereka telah digunakan dengan berbagai cara. Hampir semua pembangkit listrik menghasilkan listrik dengan menggunakan turbin uap. Di pabrik batubara, batubara dibakar di tungku dan digunakan untuk memanaskan air untuk membuat uap yang memutar turbin kecepatan tinggi yang terhubung ke generator listrik. Di pembangkit tenaga nuklir, panas yang membuat uap berasal dari reaksi atom.

Tidak seperti turbin air dan angin, yang menempatkan turbin berputar tunggal dalam aliran cairan atau gas, turbin uap memiliki keseluruhan rangkaian turbin (masing-masing yang dikenal sebagai panggung) disusun secara berurutan di dalam pipa efektif yang tertutup. Saat uap memasuki pipa, disalurkan melewati setiap tahap pada gilirannya sehingga semakin banyak energinya diekstraksi. Jika Anda pernah melihat ketel mendidih, Anda akan tahu bahwa uap mengembang dan bergerak sangat cepat jika diarahkan melalui nosel. Oleh karena itu, turbin uap berputar pada kecepatan yang sangat tinggi-berkali-kali lebih cepat daripada turbin angin atau air.

Turbin gas

Mesin jet pesawat terbang agak mirip turbin uap karena mereka memiliki banyak tahap. Alih-alih uap, mereka didorong oleh campuran udara yang tersedot di bagian depan mesin dan gas yang sangat panas yang dibuat dengan membakar sejumlah besar minyak tanah (bahan bakar berbasis minyak bumi). Mesin turbin gas yang agak kurang kuat juga digunakan di lokomotif kereta api modern dan mesin industri. Lihat artikel kami di mesin jet untuk lebih jelasnya.

Check Also

gaya gaya yang bekerja pada pesawat terbang

Kenapa Pesawat bisa Terbang

Kenapa Pesawat bisa Terbang – Pesawat terbang, merupakan salah satu benda yang banyak diketahui oleh …

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Powered by themekiller.com