Gambar 2.2 Thatched Dutch Windmill
Sumber: Vaughn Nelson [6], hal 2
Rotor relatif kecil, Diameter berkisar satu hingga beberapa meter, yang digunakan pada aplikasi ini. Tujuan utama yaitu memompa air dari beberapa meter di bawah
permukaan lahan pertanian. Pemompa air ini, dengan sudu yang terbuat dari bahan logam dan desain teknik yang lebih baik sehingga meningkatkan produktifitas pertanian.
Era pembangkit energi listrik diawali pada akhir tahun 1900-an. Turbin angin modern pertama kali, khusus didesain untuk pembangkit energi listrik, yang dibangun di
Denmark tahun 1890. Turbin menyuplai energi listrik ke daerah pedesaan. Selama pada peride yang sama, turbin angin yang besar pembangkit energi listrik memiliki rotor 17 m
yang dibangun di Cleveland, Ohio. Pada pertama kalinya, gearbox menaikkan putaran digunakan pada desain tersebut. Sistem ini beroperasi selama 20 tahun, menghasilkan
energi listrik dengan daya 12 kW.
2.2 Sirkulasi Global
Ada dua faktor utama sirkulasi global yaitu radiasi matahari dan rotasi bumi dengan atmosfir. Variasi musiman adalah disebabkan kemiringan sumbu bumi pada bidang
pergerakan bumi mengelilingi matahari. Radiasi surya lebih besar per satuan luas ketika matahari menyinari langsung tepat di atas, disana terjadi perpindahan panas dari daerah
Universitas Sumatera Utara
dekat khatulistiwa menuju kutub. Karena bumi berotasi pada sumbunya dan disana konservasi momentum sudut, angin akan bergeser sebagaimana pergerakan sepanjang arah
longitudinal.
Gambar 2.3 Sirkulasi atmosfer secara umum, dan pada belahan bumi bagian utara
Sumber: Vaughn Nelson. [6], hal 34
Angin lokal disebabkan perbedaan tekanan lokal dan juga dipengaruhi topograpy, gesekan permukaan disebabkan gunung, lembah dan lain – lain. Variasi harian disebabkan
perbedaan temperatur antara siang dan malam. Perbedaan temperatur daratan dan lautan juga mengakibatkan angin sepoi – sepoi, bagaimanapun angin tidak mengalir sangat jauh
di daratan.
Gambar 2.4 Angin laut siang dan angin darat malam
Sumber: Vaughn Nelson [6], hal 34
2.3 Potensi Angin
Perpindahan molekul udara memiliki energi kinetik, sehingga secara lokal jumlah molekul udara berpindah melalui luasan selama selang waktu tertentu menentukan
besarnya daya. Luasan ini adalah tidak luas permukaan bumi, tetapi luasan yang tegak
Universitas Sumatera Utara
lurus terhadap aliran udara, yang merupakan penentu untuk memperkirakan seberapa besar daya dan energi yang dapat diekstrak. Massa m, dalam volum silinder yang akan melalui
luasan A, dalam waktu t, dapat ditentukan dari kerapatan udara , dan volume silinder V
o
. Daya merupakan energi kinetik
angin dibagi waktu:
= =
2.1 =
. = .
= . .
Substitusi nilai massa m ke persamaan 2.1. Kecepatan angin,
=
⁄ , melalui luasan A selama waktu t, sehingga persamaan daya diperoleh:
= =
. . . =
1 2
. . =
1 2
. . 2.2
Daya per luas, sebagai potensi daya angin atau kerapatan daya angin wind power density, yaitu:
= 1
2 2.3
Gambar 2.5 Aliran angin melalui silinder dengan luas A
Sumber: Vaughn Nelson [6], hal 35
Dari persamaan 2.2, daya angin per satuan luas dapat diperkirakan untuk kecepatan angin yang berbeda, seperti pada tabel 2.1. Bagaimanapun, tidak semua daya angin dapat
diekstrak, efisiensi maksimum secara teoritis untuk turbin angin adalah 59,25.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Perkiraan daya angin persatuan luas
Sumber :Vaughn Nelson [6]. hal. 36
2.4 Wind Shear
