2.6 AERODINAMIK PADA ROTOR Teori momentum betz’s menunjukkan nilai yang ideal untuk daya yang di
ekstrak dari aliran udara tanpa mempertimbangkan desain dari rotor turbin itu sendiri. Gaya aerodinamis yang digunakan rotor sangat mempengaruhi daya
mekanik yang dihasilkan. Ada dua macam gaya yang menggerakan rotor pada turbin angin, yaitu gaya lift dan drag. Gaya lift adalah gaya pada arah tegak lurus
arah aliran yang dihasilkan ketika fluida bergerak melalui benda yang berpenampang airfoil. Jika penampang airfoil menyapu udara dengan kecepatan
tertentu maka tekanan udara pada bagian atas sayap akan lebih kecil dari bagian bawah sayap, hal ini menyebabkan adanya gaya angkat pada sayap tersebut yang
disebut gaya lift. Sedangkan gaya drag adalah gaya hambat yang arahnya berlawanan dengan arah gerak benda.
2.4.1 Aerodinamik Hambatan drag
Menurut hau 2006 jenis yang paling sederhana dalam mengkonversi energi angin dapat dicapai dengan cara penerapan hambatan atau drag murni pasa
suatu permukaan seperti pada gambar. Eric hau 2006 udara yang mengenai permukaan A dengan kecepatan v
w
, maka daya yang dapat ditangkap P, dapat dihitung dari areodinamis drag D, luas penampang A dan kecepatan v adalah:
= 1.
2
[3]… … … … … … … …… … . . …… … … . .… . 2.20 Dimana:
D = aerodinamis drag
v
r
= kecepatan relatif
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Kondisi aliran dan gaya aerodinamis drag [3] Kecepatan relatif v
r
= v
w
– v yang secara efektif menentukan hambatan pada
daerah drag. Dengan menambahkan koefisien aerodinamis drag Cd, persamaan aerodinamis drag menjadi:
1 = +
3
2
4 2
… … … … … … … … … … . . …… … … . . … . 2.21 Sehingga daya drag total adalah:
= 2 +
3 4
2 2
[3] … … … … … … … . . …… … … . . … . 2.22 Jika daya dinyatakan lagi dalam daya yang terkandung dalam aliran udara bebas
didapat Cp power coefficient: +, = = 2
+
3 4
2 2
1 2 .
4
[3] … … … . … … … … … …… … … . . … . 2.23
dan +,
567
= 4
27 +8 [3]. . … … … … … … … … … . . … … … … … …… … … . . … . 2.24 Nilai C
d
dari mendekati nol sampai titik maksimum, maksimum kira-kira 1,3 untuk bentuk cekung yang digunakan pada anemometer standard. Dengan
demikian, koefisien daya maksimum untuk drag machine adalah: +
9
:;
= . 4
27 1,3 = 20 [3] … … … … … … …… … . 2.25
Universitas Sumatera Utara
dibandingkan dengan kriteria Betz untuk turbin ‘ideal’ dengan +
9
=
?
= 59 . Ditunjukkan bahwa turbin tipe lift memiliki koefisien daya 30 lebih besar dari
perhitungan yang mungkin dicapai berdasarkan pendekatan kriteria Betz. Daya ekstraksi dari drag machine dapat ditingkatkan dengan penggabungan flap atau
dengan memperbaiki konsentrasi aliran angin. Cara memperbaiki drag machine memiliki hal yang sama dengan rotor turbin Savonius.
Tabel 2.1 Koefisien – koefisien Hambat yang Khas Bagi Berbagai Silinder Dalam Aliran Dua Dimensi [8]
Universitas Sumatera Utara
Menurut Reksoatmodjo 2005, untuk penerapan teori Betz pada turbine angin Savonius perlu memperhatikan penyimpangan-penyimpangan dari asumsi-
asumsi yang digunakan oleh Betz. Pertama, Betz mengansumsikan jumlah sudu-sudu turbin tak terhingga,
sedangkan pada turbin Savonius jumlah sudu-sudu hanya dua. Kedua, Betz mengasumsikan aliran udara laminar, sedangkan dalam
kenyataannya terutama pada kecepatan angin pada bilangan Beaufort
Bn ≥10 atau ≥26 ms aliran udara diperkirakan tidak sepenuhnya laminar sehingga pengaruh bilangan Reynold akan
menentukan besar-kecilnya koefisien hambatan Cd. Jika sudu-sudu berbentuk setengah bola Cd = 1.42 kalau angin berhembus
pada sisi cekung dan Cd = 0.34 jika angin berhembus pada sisi cembung Bilangan Reynold 104 NR 106 Hughes dan Brighton, 1967:85 dalam
Reksoatmodjo, 2005. Untuk sudu – sudu berbentuk setengah silinder harga-harga itu sama dengan 2.3 dan 1.2 Bilangan Reynold 4 x 104 Streeter, 1996.
2.4.2 Aerodinamik Angkat lift
Kategori