Turbin adalah salah satu mesin yang paling umum digunakan dalam berbagai industri, seperti pembangkit listrik, pengolahan minyak dan gas, serta industri kimia. Dalam pengoperasiannya, turbin membutuhkan aliran fluida yang menggerakkan rotor dan menghasilkan energi mekanik. Namun, agar dapat beroperasi dengan efisien, perlu dilakukan analisis dan perhitungan terhadap aliran fluida yang melalui turbin.
Salah satu alat analisis yang digunakan dalam pengembangan turbin adalah segitiga kecepatan turbin. Artikel ini akan membahas tentang segitiga kecepatan turbin, fungsi dan manfaatnya dalam analisis turbin, serta bagaimana segitiga kecepatan turbin dapat membantu meningkatkan efisiensi dan kinerja turbin.
Segitiga kecepatan turbin adalah gambaran diagram yang digunakan untuk menganalisis kecepatan aliran fluida melalui sebuah turbin. Diagram ini terdiri dari tiga garis lurus yang membentuk sebuah segitiga.
Ketiga garis lurus tersebut adalah:
- Garis masukan (inlet line), yang merupakan garis lurus yang menghubungkan titik masuk aliran fluida ke dalam turbin dengan pusat turbin.
- Garis keluaran (outlet line), yang merupakan garis lurus yang menghubungkan titik keluar aliran fluida dari turbin dengan pusat turbin.
- Garis putar (tangential line), yang merupakan garis lurus yang sejajar dengan arah putaran turbin pada titik keluaran aliran fluida.
Segitiga kecepatan turbin ini digunakan untuk menghitung kecepatan sudut dan kecepatan relatif aliran fluida pada titik masukan dan titik keluaran turbin, serta kecepatan sudut rotor dan kecepatan blade pada turbin. Hal ini penting dalam menentukan efisiensi dan kinerja turbin.
SEGITIGA KECEPATAN
Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas yang menumbuk sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat membantu dalam pemahaman proses konversi pada sudu-sudu turbin uap atau jenis turbin yang lain. Adapun notasi dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut:
- Vs1 = kecepatan absolut fluida meninggakan nosel
- VB = kecepatan sudu
- Vr1 = kecepatan relative fluida
- Vr2 = kecepatan relative fluida meninggalkan sudu
- Vs2 = kecepatan absolut fluida meninggalkan sudu
- β = sudut nosel
- ϕ = sudut masuk sudu
- φ = sudut keluar sudu
- λ = sudut keluar fluida
Dari segitiga kecepatan diatas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besar kecepatan masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan Vs1 kemudian keluar dari nosel sudah berkurang menjadi Vs2 dengan garis yang lebih pendek, artinya sebagian energy kinetik fluida masuk sudu diubah menjadi energy kinetik sudu dengan kecepatan VB, kemudian fluida yang sudah memberikan energinya meninggalkan sudu dengan kecepatan Vs2.
Segitiga kecepatan turbin francis
1. Kecepatan masuk (V1)
Merupakan kecepatan air saat memasuki sudu turbin. Kecepatan ini biasanya diukur pada bagian atas sudu turbin dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Bernoulli.
2. Kecepatan radial (Vr)
Merupakan kecepatan air yang bergerak secara radial keluar dari pusat turbin. Kecepatan ini biasanya diukur pada bagian tengah sudu turbin dan dapat dihitung dengan menggunakan prinsip kontinuitas.
3. Kecepatan keluar (V2)
Merupakan kecepatan air saat keluar dari sudu turbin. Kecepatan ini biasanya diukur pada bagian bawah sudu turbin dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Bernoulli.
Perancangan sudu turbin yang baik akan menghasilkan segitiga kecepatan yang optimal, di mana kecepatan air yang masuk ke dalam turbin dapat dimaksimalkan untuk menghasilkan energi listrik yang lebih besar.
Rumus Segitiga Kecepatan
V1 * cos(a1) = Vr * cos(a2) = V2 * cos(a3)
- V1 = kecepatan masuk air ke dalam sudu turbin (m/s)
- Vr = kecepatan radial air yang bergerak keluar dari pusat sudu turbin (m/s)
- V2 = kecepatan keluar air dari sudu turbin (m/s)
- a1 = sudut antara arah aliran air masuk dan garis pusat sudu turbin (rad)
- a2 = sudut antara arah aliran air radial dan garis pusat sudu turbin (rad)
- a3 = sudut antara arah aliran air keluar dan garis pusat sudu turbin (rad)
Dalam perancangan turbin Francis, segitiga kecepatan ini harus diatur sedemikian rupa agar efisiensi turbin dapat ditingkatkan. Pada umumnya, kecepatan masuk air (V1) dipilih sekitar 0,15 - 0,3 kali kecepatan aliran bebas, sedangkan sudut-sudut (a1, a2, dan a3) disesuaikan dengan karakteristik aliran air yang masuk dan output daya yang diinginkan.
Segitiga kecepatan turbin air
Segitiga kecepatan turbin air adalah gambaran diagram yang digunakan untuk menganalisis aliran fluida pada turbin air. Dalam pembangkit listrik tenaga air, turbin air merupakan salah satu komponen utama yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik dari air menjadi energi mekanik yang dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Untuk dapat beroperasi dengan efisien, perlu dilakukan analisis dan perhitungan terhadap aliran fluida yang mengalir melalui turbin air.
Segitiga kecepatan turbin air terdiri dari tiga garis lurus yang membentuk sebuah segitiga, yaitu garis masukan (inlet line), garis keluaran (outlet line), dan garis putar (tangential line). Garis masukan menghubungkan titik masuk aliran fluida ke dalam turbin dengan pusat turbin, garis keluaran menghubungkan titik keluar aliran fluida dari turbin dengan pusat turbin, sedangkan garis putar sejajar dengan arah putaran turbin pada titik keluaran aliran fluida.
Dengan menggunakan segitiga kecepatan turbin air, dapat dihitung kecepatan sudut dan kecepatan relatif aliran fluida pada titik masukan dan titik keluaran turbin, serta kecepatan sudut rotor dan kecepatan blade pada turbin. Selain itu, segitiga kecepatan turbin air juga dapat membantu untuk menentukan ukuran dan desain turbin yang optimal, sehingga dapat meningkatkan efisiensi dan kinerja turbin.
Dalam pembangkit listrik tenaga air, efisiensi turbin air merupakan faktor penting dalam menentukan kinerja dan produktivitas pembangkit listrik. Dengan menggunakan segitiga kecepatan turbin air, dapat dilakukan analisis dan perhitungan yang lebih akurat terhadap aliran fluida pada turbin air, sehingga dapat mengoptimalkan desain turbin dan meningkatkan efisiensi dan kinerjanya.
Rumus Segitiga Kecepatan Turbin Air
Berikut adalah rumus-rumus yang digunakan dalam segitiga kecepatan turbin air:
1. Kecepatan sudut aliran fluida pada titik masukan turbin air (ω1) :
ω1 = V1 / r1
dimana
- V1 adalah kecepatan aliran fluida pada titik masukan dan
- r1 adalah jari-jari dari turbin pada titik masukan.
2. Kecepatan relatif aliran fluida pada titik masukan turbin air (Vr1) :
Vr1 = V1 - U1
dimana
- U1 adalah kecepatan sudut pada turbin air pada titik masukan.
3. Kecepatan sudut rotor pada turbin air (ωr) :
ωr = Vr2 / r2
dimana
- Vr2 adalah kecepatan relatif aliran fluida pada titik keluaran turbin air
- r2 adalah jari-jari dari turbin pada titik keluaran.
4. Kecepatan blade pada turbin air (Vb2) :
Vb2 = ωr x r2
5. Kecepatan sudut aliran fluida pada titik keluaran turbin air (ω2) :
ω2 = V2 / r2
dimana
- V2 adalah kecepatan aliran fluida pada titik keluaran turbin air.
Dalam segitiga kecepatan turbin air, kecepatan aliran fluida pada titik masukan turbin air (V1) dan kecepatan aliran fluida pada titik keluaran turbin air (V2) dapat diukur menggunakan pitot tube atau perangkat pengukur kecepatan aliran fluida lainnya. Sedangkan untuk mengukur kecepatan sudut rotor pada turbin air (U1), dapat menggunakan tachometer atau perangkat pengukur kecepatan sudut lainnya.
Dengan menggunakan rumus-rumus tersebut, segitiga kecepatan turbin air dapat dihitung dan digunakan dalam menganalisis dan mengoptimalkan kinerja turbin air. Analisis segitiga kecepatan turbin air dapat membantu meningkatkan efisiensi dan kinerja turbin air dalam pembangkit listrik tenaga air.
Mau donasi lewat mana?
Donate with PaypalGopay-