Bumi Selatan daratan Australia dan angin tersebut biasanya berasal dari arah barat menuju timur.
Sedangkan angin timur Monsum Australia yaitu angin yang berasal dari daratan Australia. Ketika matahari berada di Belahan Bumi Selatan, maka Belahan Bumi Selatan
mempunyai suhu yang panas dan tekanan udara yang tinggi maka pergerakan angin dari Belahan Bumi Selatan daratan Australia menuju Belahan Bumi Utara daratan Asia.
Gambar 2.4 Angin Barat dan Timur
[14]
II. 3. Persamaan Konversi Energi Angin
Menurut fisika klasik energi kinetik dari sebuah benda dengan massa m dan kecepatan v adalah :
Ek
kinetik
= ½ mv
2
Dengan ketentuan kecepatan v tidak mendekati kecepatan cahaya. Hal ini juga berlaku untuk angin yang merupakan udara yang bergerak.
2.1
Parameter – parameter dasar dari persamaan konversi angin adalah :
II. 3. 1. Daya Total Energi Angin
Daya total aliran angin yang masuk berbentuk area silinder Gambar 2.5 dengan laju aliran energi kinetik Ek
[11]
kinetik
m = ρ A V kgs
2.1a dimana nilai massa m adalah :
Maka energi kinetik per detik P
kin
P adalah :
total
= ½ ρ A V V
2
= ½ ρ A V
3
Dimana : W
2.1b ρ = kerapatan udara kgm
3
Universitas Sumatera Utara
A = daerah sapuan baling – baling rotor m
2
V = Kecepatan angin tanpa gangguan ms
Gambar 2.5 Daerah Hembusan Angin
II. 3. 2. Daya maksimum energi angin
Diasumsikan pada Gambar 2.6, a – b adalah ketebalan sudu, tekanan dan kecepatan angin masuk sudu masing – masing p
[9]
i
Udara masuk diantara daerah i dan a dianggap sebagai suatu sistem termodinamik dimana massa jenis udara dianggap konstan perubahan tekanan dan temperatur sangat
kecil dibandingkan sekitarnya dan tidak ada energi potensial serta tidak ada penambahan panas dan kerja yang dilakukan sistem.
dan Vi, sedangkan tekanan dan kecepatan angin keluar sudu adalah pe dan Ve, dimana kecepatan keluar sudu lebih kecil dari kecepatan
masuk sudu karena energi kinetik angin telah diserap sudu.
Persamaan energi untuk daerah masuk i dan a adalah :
2 2
2 2
a a
i i
V v
p V
v p
+ =
+ 2.2
Dikalikan dengan densitas ρ=1vmaka :
2 2
2 2
a a
i i
V p
V p
ρ ρ
+ =
+ 2.2a
Dengan cara yang sama daerah keluar b – e : 2
2
2 2
b b
e e
V p
V p
ρ ρ
+ =
+ 2.2b
Universitas Sumatera Utara
Sudu Turbin
Tekanan
Kecepatan
Lebar Sudu
a b
e pe
Vi Vt
i
p
i
pa
pb
Vb Va
Ve Vt
pe
a b
e
i
a b
Gambar 2.6. Diagram tekanan dan kecepatan angin pada sudu rotor turbin
Kemudian dengan menggabungkan persamaan 2.2a dan 2.2b diperoleh : 2
2
2 2
2 2
b e
e a
i i
b a
V V
p V
V p
p p
− +
− −
+ =
− ρ
ρ 2.3
Dengan mengasumsikan : V
a
= V
b
= V karena tebal sudu relatif kecil dibanding jarak total dan p
e =
p
i
maka persamaan 2.3 diatas dapat disederhanakan menjadi : ,
2
2 2
e i
b a
V V
p p
− =
− ρ
2.4 Gaya aksial aliran angin, F
x
A p
p F
b a
x
− =
yang mengenai sudu dengan luas yang tegak lurus arah aliran A, diberikan oleh :
2.5
Universitas Sumatera Utara
− =
2
2 2
e i
x
V V
A F
ρ 2.6
Gaya yang sebanding dengan perubahan momentum angin ΔmV dimana m = ρAV
t
dan F
x
= mV
i
– V
e
− =
− 2
2 2
e i
e i
t
V V
A V
V AV
ρ ρ
, maka : 2.7
2 1
e i
t
V V
V +
= 2.8
Sekarang kita anggap sistem yang berada diantara i dan e sebagai suatu sistem termodinamik total. Tidak ada perubahan energi potensial, energi dalam Ti = T
e
dan energi aliran p
i
V = p
e
V serta tidak ada kalor yang diberikan ataupun yang keluar. Persamaan umum energi dapat direduksi menjadi kerja aliran steady dan energi kinetik
aliran.
− =
− =
2
2 2
e i
e i
V V
m Ek
Ek W
2.9 Daya P adalah jumlah laju keras. Dari persamaan 2.9 diperoleh :
− =
2
2 2
e i
V V
m P
2.10
2 1
2 2
e i
t
V V
AV P
− =
ρ 2.11
Dari persamaan 2.8 dan 2.11 diperoleh : 4
1
2 2
e i
e i
V V
V V
A P
− +
= ρ
2.12 Berdasarkan persamaan 2.8, P
total
jika V
t
= V
i
dan V
e
=0, artinya daya total angin diserap apabila pada saat meninggalkan sudu angin kehilangan seluruh kecepatannya.
Sedangkan daya maksimum P
max
terjadi apabila kecepatan sisi keluar berupa V
e.opt
P yang
besarnya dapat dihitung.
max
dihitung dengan mendiferensialkan P pada persamaan 2.12 terhadap V
e
= ∂
∂
e
V P
dan menjadikan turunannya sama dengan 0, maka :
2.13
2 3
2 2
= −
+
i e
i e
V V
V V
2.14 Persamaan 2.14 menghasilkan V
e.opt
untuk nilai V
e
positif dimana :
Universitas Sumatera Utara
i opt
e
V V
3 1
.
= 2.15
Dengan mensubtitusikan persamaan 2.15 ke persamaan 2.12 diperoleh :
3 max
27 8
i
AV P
ρ =
2.16
II. 3. 3. Efisiensi Teoritis
