Turbin Aliran Kompresibel
Turbina yang menggunakan gas atau uap sebagai fluida kerja dalam banyak hal mirip dengan turbin hidrolik. Turbin aliran terkompresibel dapat menjadi turbin impuls atau reaksi, dan turbin aliran campuran, radial, atau aksial. Fakta bahwa gas dapat mengembang saat melewati turbin dapat memperkenalkan beberapa fenomena penting yang tidak terjadi pada turbin hidrolik. Perlu diingat bahwa meskipun turbin yang menggunakan gas sebagai fluida kerja sering disebut sebagai turbin gas, istilah "turbin gas" biasanya digunakan untuk menunjukkan mesin turbin gas, seperti yang digunakan misalnya untuk propulsi pesawat atau pembangkit listrik stationary. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 12.36, mesin-mesin ini biasanya terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan turbin.
Meskipun untuk turbin aliran terkompresibel tipe aliran aksial umum, tipe aliran radial juga digunakan untuk berbagai tujuan. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 12.33, turbin yang menggerakkan kompresor turbocharger mobil adalah tipe aliran radial. Keuntungan utama dari turbin aliran radial adalah: 1) tahan lama dan tahan lama, 2) kompak secara aksial, dan 3) dapat relatif murah. Turbin aliran radial biasanya memiliki efisiensi yang lebih rendah dari turbin aliran aksial, tetapi biaya awal yang lebih rendah mungkin menjadi insentif yang kuat dalam memilih turbin aliran radial dibandingkan dengan turbin aliran aksial.
Turbin aliran aksial banyak digunakan dalam turbin terkompresibel. Mesin uap yang digunakan dalam pembangkit listrik dan propulsi kapal, serta turbin yang digunakan dalam mesin turbin gas biasanya merupakan tipe aliran aksial. Mereka seringkali merupakan turbomachinery multistage, meskipun turbin kompresibel single-stage juga diproduksi. Mereka bisa menjadi tipe impuls atau tipe reaksi.
Turbina yang menggunakan gas atau uap sebagai fluida kerja dalam banyak hal mirip dengan turbin hidrolik (lihat Bagian 12.82). Turbin aliran kompresibel dapat menjadi turbin impuls atau reaksi, dan turbin aliran campuran, radial, atau aksial. Fakta bahwa gas dapat mengembang (aliran kompresibel) saat melalui turbin dapat memperkenalkan beberapa fenomena penting yang tidak terjadi dalam turbin hidrolik. (Catatan: Menggolongkan turbin yang menggunakan gas sebagai fluida kerja sebagai turbin gas merupakan kesalahan. Terminologi "turbin gas" umumnya digunakan untuk menunjukkan mesin turbin gas, seperti yang digunakan misalnya untuk propulsi pesawat udara atau pembangkit listrik tenaga gas. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 12.36, mesin ini biasanya berisi kompresor, ruang bakar, dan turbin.)
Meskipun untuk turbin aliran kompresibel, rasio penurunan entalpi statis atau temperatur melintasi rotor terhadap penurunan ini melintasi tahap, daripada rasio perbedaan tekanan statis, digunakan untuk menentukan reaksi. Turbin impuls murni (tanpa penurunan tekanan) memiliki reaksi sedikit negatif; entalpi statis atau temperatur sebenarnya meningkat melintasi rotor. Turbin nol-reaksi melibatkan tidak adanya perubahan entalpi statis atau temperatur melintasi rotor tetapi melibatkan penurunan tekanan sedikit.
Sebuah turbin impuls aliran aksial dua tahap ditunjukkan dalam Gambar 12.38a. Gas mempercepat melalui nozzle pasokan, beberapa energinya dihilangkan oleh bilah rotor tahap pertama, mempercepat lagi melalui barisan nozzle tahap kedua, dan energi tambahan dihilangkan oleh bilah rotor tahap kedua. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 12.38b, tekanan statis tetap konstan melintasi barisan rotor. Melintasi barisan nozzle tahap kedua, tekanan statis menurun, kecepatan absolut meningkat, dan entalpi stagnasi (suhu) konstan. Aliran melintasi rotor kedua mirip dengan aliran melintasi rotor pertama. Karena fluida kerja adalah gas, penurunan tekanan statis yang signifikan melintasi turbin menghasilkan penurunan densitas yang signifikan - aliran kompresibel. Oleh karena itu, analisis yang lebih rinci dari aliran ini harus memasukkan berbagai konsep aliran kompresibel yang dikembangkan dalam Bab 11. Fenomena menarik seperti gelombang kejut dan penyumbatan karena kondisi sonik di "kerongkongan" lintasan aliran antara bilah dapat terjadi karena efek kompresibilitas. Pembaca yang tertarik disarankan untuk berkonsultasi dengan berbagai referensi yang tersedia (misalnya, Ref. 2, 3, 202) untuk aplikasi menarik dari prinsip aliran kompresibel dalam turbin.
Bilah rotor dan nozzle dalam turbin reaksi aliran aksial tiga tahap ditunjukkan dalam Gambar 12.39a. Variasi aksial tekanan dan kecepatan ditunjukkan dalam Gambar 12.39c. Baik bagian tetap maupun bilah rotor (lintasan) bertindak sebagai nozzle percepatan aliran. Artinya, tekanan statis dan entalpi (suhu) menurun dalam arah aliran untuk kedua baris bilah tetap dan berputar. Ini membedakan turbin reaksi dari turbin impuls (lihat Gambar 12.38b). Energi dihilangkan dari fluida oleh rotor saja (entalpi stagnasi atau suhu konstan melintasi statis aliran adiabatik).

