Energi Angin Daya Turbin Angin Dan Torsi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Energi Angin

Energi yang tersedia pada angin pada dasarnya adalah energi kinetik dengan massa yang besar bergerak diseluruh permukaan bumi. Bladesudu pada turbin angin menyerap energi kinetik ini, yang kemudian di transformasikan dalam bentuk mekanikal atau elektrik, tergantung pada akhir penggunaan energi tersebut. Efisiensi mengubah angin ke bentuk energi lain yang berguna sangat bergantung pada efisiensi dimana rotor saling berhubungan dengan aliran angin. Angin merupakan massa udara yang bergerak. Pergerakan massa udara ini diakibatkan oleh perbedaan tekanan udara antara satu tempat dengan tempat yang lain, hal ini dapat diakibatkan karena perbedaan distribusi energi radiasi matahari, tutupan awan serta dinamika disekitarnya. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan turbin atau turbin angin. Oleh karena itu, turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin SKEA. Energi kinetik dari aliran angin dengan massa m dan bergerak dengan kecepatan V dapat diberikan dengan: � = 1 2 � � 2 Lit. 6 hal. 20 … … … … … … … … … 1 Mempertimbangkan rotor angin melewati area A terbuka pada aliran angin ini. Energi kinetic aliran angin yang tersedia untuk turbin dapat dihitung dengan: � = 1 2 � � �� 2 Lit. 6 hal. 20. . … … . … … … … … … 2 Dimana � � adalah massa jenis udara dan v adalah volume udara yang tersedia untuk rotor. Udara saling berinteraksi dengan rotor per satuan waktu di daerah yang sama pada rotor A T dan ketebalan sama dengan kecepatan angin V. Universitas sumatera utara Karena energi per satuan waktu itu adalah daya, dapat ditunjuk dengan: � = 1 2 � � � � � 3 Lit. 6 hal. 23 … … … … … … … … … . 3 Dapatdilihat bahwa faktor yang mempengaruhi kekuatan tersedia pada aliran angin adalah kepadatan udara, daerah rotor angin dan kecepatan angin. Gambar 2.1 Skema udara bergerak ke arah turbin angin Sumber : Mathew, 2006

2.2. Daya Turbin Angin Dan Torsi

Daya teoritis yang tersedia pada angin ditunjukkan pada persamaan 3. Akan tetapi, turbin tidak bisa mengekstrak sepenuhnya daya dari angin. Ketika angin melewati turbin, sebagian energi kinetiknya dialihkan ke rotor dan membawa sisa energi jauh dari turbin.Daya aktual dihasilkan oleh rotor akan di putuskan oleh efisiensi dimana energi yang ditransfer dari angin menuju rotor berada pada posisinya. Efisiensi ini dikenal sebagai koefisien daya C p . Jadi, koefisien daya rotor dapat didefinisikan sebagai rasio daya aktual yang dikembangkan oleh rotor dengan daya teoritis pada angin. Karenanya: � � = 2 � � � � � � � 3 Lit. 6 hal. 23 … … … … … … … … … … . 4 Dimana P T adalah daya turbin. Koefisien daya turbin tergantung pada banyak faktor seperti profil sudu turbin, susunan sudu, dudukan dan lain - lain. Perancang akan berusaha menetapkan parameter – parameter ini pada tingkat Universitas sumatera utara optimum supaya mencapai C p maksimum pada cakupan luas kecepatan angin. Gaya dorong pada rotor F dapat dinyatakan dengan: � = 1 2 � � � � � 2 Lit. 6 hal. 23 … … … … … … … … . 5 Oleh karena itu dapat ditunjukan torsi rotor T dinyatakan dengan: � = 1 2 � � � � � 2 � Lit. 6 hal. 23 … … … … … … … … . 6 Dimana R adalah radius rotor. Rasio torsi aktual yang dikembangkan oleh rotor dan daya torsi teoritis dikenal sebagai koefisien torsi C T . jadi koefisien torsi dinyatakan dengan: � � = 2 � � � � � � � 2 � Lit. 6 hal. 23 … … … … … … … … . 7 Diman T T adalah torsi aktual yang dikembangkan oleh rotor. Daya yang terdapat pada rotor pada kecepatan angin tertentu sangat bergantung pada kecepatan relative diantara ujung rotor dan angin. Sebagai contoh, anggap situasi dimana rotor berputar dengan kecepatan rendah dan angin mendekati rotor dengan kecepatan sangat tinggi. Dengan kondisi ini, sudu bergerak lambat, sebagian aliran udara mengalir mendekati rotor mungkin menerobos tanpa saling berinteraksi dengan sudu dan tanpa pemindahan daya. Dengan cara yang sama, jika rotor berputar cepat dan kecepatan angin rendah, aliran udara mungkin membelok dari turbin dan energi mungkin hilang dalam kaitan dengan tubulensi dan pergantian pusaran vortex shedding. Pada kedua peristiwa diatas, interaksi antara rotor dan aliran udara tidak efisien dan akan menghasilkan koefisien daya yang rendah. Rasio antara kecepatan pada ujung rotor dan kecepatan angin dikenal sebagai Tip Speed Ratio λ. Jadi: � = � Ω � = 2 ��� � Lit. 6 hal. 24 … … … … … … … … . 8 Dimana Ω adalah kecepatan sudut, dan N adalah kecepatan putaran rotor. Koefisien daya dan koefisien torsi berbeda dengan tip speed ratio. Tip speed ratio Universitas sumatera utara optimum ditentukan rotor dimana pindahan energi yang paling efisien dan koefisien daya maksimum C P max . Gambar 2.2 Variasi Tip Speed Ratio Dan Koefisien Daya C P Pada Berbagai Jenis Turbin Angin Sumber : Hau, 2006 Hubungan antara koefisien daya dan tip speed ratio: � � = 2 � � � � � � � 3 = 2 � � Ω � � � � � 2 � Lit. 6 hal. 24 … … … … … … … . 9 Perbangdingan persamaan 2.1 dan 2.2, didapat: � � � � = � Ω � = � Lit. 6 hal. 24 … … … … … … … . 10 Jadi, tip speed ratio adalah perbandingan rasio antara koefisien daya dan koefisien torsi dari rotor. Universitas sumatera utara

2.3. Turbin Angin