Gambar 2.13 Gaya aerodinamis rotor turbin angin ketika dilalui aliran udara[3] Semua jenis turbin angin modern rotor dirancang untuk memanfaatkan
efek ini dan jenis paling cocok untuk tujuan ini adalah jenis baling-baling dengan sumbu rotasi horisontal. Ada juga beberapa jenis rotor vertikal, turbin angin
darlius.
2.7. TIP SPEED RATIO
Tip speed ratio merupakan rasio kecepatan ujung rotor turbin terhadap
kecepatan angin yang melalui rotor. Rasio kecepatan ujung rotor memiliki nilai nominal yang berubah-ubah terhadap perubahan kecepatan angin. Turbin angin
tipe lift memiliki tip speed ratio yang lebih besar dibanding dengan turbin angin tipe drag
Tip speed ratio λ dihitung dengan persamaan:
A = =
B ∙ D =
2EFD ∙ 60 [1] … … … … … … … … … . . 2.26
dimana: λ = tip speed ratio
= kecepatan linear rotor turbin ms
Universitas Sumatera Utara
w = kecepatan sudut rotor turbin rads
n = putaran rotor rpm
r = jari-jari rotor m
v
o
= Kecepatan angin ms Efisiensi dimana sebuah rotor dapat mengekstrak daya dari angin
bergantung pada kesamaan dinamik antara rotor dan aliran angin. Karenanya, penampilan dari suatu rotor angin adalah biasanya dikarakterisasi oleh variasi-
variasi dalam koefisien dayanya dengan tip speed ratio. Hubungan antara C
P
- λ bisa disimpulkan untuk suatu desain rotor yang khas, itu dapat lebih lanjut
diterjemahkan pada kurva daya kecepatan dari rotor untuk penerapan praktis. Kurva C
P
– λ tertentu untuk rotor yang berbeda ditunjukakn pada grafik 2.2. Secara umum, awalnya koefisien daya turbin bertambah dengan tip speed
ratio yang mencapai puncak pada λ tertentu dan selanjutnya berkurang dengan
peningkatan dalam rasio kecepatan puncak. Variasi dalam C
p
dengan λ tergantung pada beberapa ciri disain rotor. Rotor dengan multibilah Amerika menunjukkan
koefisien daya yang paling rendah dan bekerja pada rasio kecepatan rendah dengan angin. Nilai tertentu untuk koefisien daya puncaknya adalah 14 pada
rasio kecepatan puncak 0.8. Namun, hal tersebut memiliki soliditas yang tinggi sehingga getaran awal yang tinggi membuatnya menjadi menarik untuk memompa
air. Turbin dengan baling-baling dua dan tiga bilah serta desain Darrieus bekerja pada tip speed ratio yang lebih tinggi dan menunjukkan efisiensi yang lebih baik.
Dengan demikian, hal tersebut sesuai untuk generator elektrik tenaga angin.
Universitas Sumatera Utara
Gambar.2.14 Grafik Tip speed ratio dan C
p
pada berbagai jenis turbin angin [3] Rotor Savonius dengan soliditas yang tinggi bekerja pada rasio kecepatan
puncak yang lebih rendah. Walaupun secara teoritis diperlihatkan bahwa efisiensi puncak rotor tersebut tidak dapat melewati batas 20, namun Savonius
dilaporkan memiliki efisiensi puncak 31 dalam test wind tunnel dan 37 di udara bebas. Efisiensi mulai dari 25-35 dilaporkan dalam beberapa penelitian
tentang rotor. Nilai ini cukup impresif karena rotor lebih mudah dibuat dan biaya yang lebih murah.
Albert Betz, ahli Fisika Jerman pada tahun 1962 sudah menentukan batasan untuk koefisien daya maksimum untuk gulungan rotor yang ideal. Dia
menggunakan teori aksial momentum dalam bentuknya yang paling sederhana untuk analisanya dan menyatakan bahwa koefisien daya teoritis maksimum dari
turbin angin, terutama di operasikan oleh gaya angkat yakni 1627 59.3 . Pada sisi lain, koefisien daya yang diharapkan dari hambatan mesin tersebut adalah
827. Oleh karena itu, turbin angkat life lebih dipilih dari pada turbin hambat
Universitas Sumatera Utara
darg untuk konversi energi angin. Perlu dicatat bahwa hal ini merupakan nilai
teoritis dan beberapa turbin hambat seperti rotor Savonius yang menunjukkan
efisiensi yang tinggi dalam evaluasi lapangan.
2.8. PROFIL GESERAN ANGIN Wind Shear Profile
