Selamat pagi, siang, sore serta malam bagi pemirsa yang sedang membaca artikel ini. Pertama-tama saya izin memperkenalkan diri, nama saya Athiyya Hazza Aorora Sikov dengan NPM 2306265386 dari program studi Teknik Mesin angkatan 2023. Saat ini, saya sedang mempelajari ilmu hidromekanikal, terutama pada turbin Francis.
Berdasarkan kerangka berpikir DAI5 – yakni deep awareness of I, intention, initial thinking, idealization dan instruction set – saya memiliki niat untuk mengetahui lebih banyak tentang turbin Francis. Saya rasa ilmu tersebut akan berguna baik bagi saya maupun orang lain ketika diterapkan di dunia nyata.
Pertama-tama, langkah yang saya lakukan adalah membuat prompt pada fitur AI yang tersedia pada web DAI5, bentuk prompt yang saya berikan adalah sebagai berikut:
Coba jelaskan sejarah penemuan turbin Francis, serta konsep-konsep ilmiah - baik dalam bidang fisika, dinamika fluida, termodinamika, dan lain sebagainya - yang menjadi pedoman dalam pengoperasian jenis turbin tersebut. Selain itu, saya juga ingin mengetahui kondisi apa saja yang memungkinkan pemakaian turbin Francis sebagai konverter energi fluida beserta alasannya, jika dibandingkan dengan jenis turbin yang lainnyaBerdasarkan jawaban yang diberikan oleh AI DAI5, saya mengetahui bahwa konsep dasar dari turbin Francis mulai dikembangkan pada tahun 1820an oleh ilmuwan asal Prancis, Benoit Fourneyron. Benoit mengembangkan turbin dengan aliran tangensial yang mana energi mekanik dari aliran tersebut dikonversi menjadi daya yang dapat dimanfaatkan
Selanjutnya, pengembangan turbin tersebut dilakukan oleh ilmuwan berkebangsaan inggris, James B. Francis. Francis menyempurnakan penemuan oleh Fourneyron sebelumnya sehingga beliau dapat mengembangkan turbin hidro dengan efisiensi mencapai 90%. Oleh karena itu, sebagai penghormatan, model turbin tersebut diberi nama Francis, sesuai dengan nama penggagasnya.
Francis mengembangkan turbin kombinasi rekasi dan impuls yang mana kedua hal tersebut merupakan prinsip kerja dengan perbedaan sebagai berikut:
- Turbin reaksi: merupakan turbin fluida yang memanfaatkan prinsip aksi reaksi pada hukum Newton kedua. Fluida pada turbin reaksi menghasilkan gaya angkat akibat perbedaan kecepatan saat melewati bilah yang akan menggerakannya, contoh aplikasinya pada turbin Kaplan.
- Turbin impuls: berbeda dengan turbin reaksi, turbin impuls mengubah momentum akibat head dari fluida yang melewatinya menjadi energi kinetik rotasi pada bilah turbin. Secara sederhana, fluida menabrak bilah dan menghasilkan gerakan rotasi. Contoh turbin yang mengaplikasikan konsep tersebut adalah turbin Pelton.
Pada turbin Francis, bentuk utamanya ialah spiral menyerupai cangkang siput. Pada bagian tersebut fluida mengalir dan diarahkan menuju propeller yang ada ditengahnya menggunakan bantuan diffuser. Pada propeller tersebut, digunakanlah prinsip reaksi fluida yang menjadi sumber utama pergerakannya.
Sementara itu, desain dari propeller pada turbin Francis memungkinkan terjadinya perubahan momentum fluida. Fluida yang telah berkurang tekanannya setelah melewati bagian atas propeller kembali digunakan momentum sisanya untuk kemudian memberikan energi tambahan pada turbin. Oleh karena itu, dapat dipastikan turbin tersebut menggunakan baik prinsip reaksi maupun impuls sekaligus.
Kombinasi dari prinsip ganda yang ada pada turbin Francis menjadikannya unggul dalam hal efisiensi. Turbin tersebut memiliki keunggulan dibandingkan turbin impuls (contohnya turbin Pelton) dalam hal laju volumetrik, dan dapat memanfaatkan head fluida lebih baik daripada turbin reaksi seperti turbin Kaplan.
