BAB II TINJAUAN PUSTAKA - eprints.umm.ac.ideprints.umm.ac.id/41914/3/BAB II.pdf · Naska terua tentang kincir angin terdapat dalam tulisan arab dari abad ke-9 masehi yang menjelaskan

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sejarah Energi Angin

Energi angin telah lama di kenal dan di manfaatkan manusia. Sejak zaman

dahulu orang telahmemanfaatkan energi angina. Lebih dari dari 5.000 tahun yang

lalu. Orang mesir kuno menggunakan angin untuk berlayar kapal di sungai nil.

Kemudian orang orang membangun kincir angina untuk menggiling gandum dan

biji bijian lainya. Naska terua tentang kincir angin terdapat dalam tulisan arab dari

abad ke-9 masehi yang menjelaskan bahwa kincir angina yang di oprasikan di

perbatasan iran dan afganistan sudah ada sejak beberapa abad sebelumnya,kadang

disebut Persian windmill.kincir angin dikenal paling awal adalah di Persia (iran).

Cara baru untuk menggunakan energi angina akhirnya menyebar di seluruh

dunia pada abad ke-11,orang orang timur tengah yang menggunakan kincir angin

secara luas untuk produksi pangan, pedagang yang pulang membawah ide ini ke

eropa. Belanda menyempurnakan kincir angina,dan diadaptas untuk menguras

danau dan rawa-rawa di Delta 19,mereka mulai menggunakan kincir angina utuk

memompa air di pertania dan pertenakan, dan kemudian untuk menghasilkan

listrik untuk rumah dan industry.

2.2 Pengertian Angin

Angin adalah aliran udara dalam jumlah yang besar di akibatkan oleh rotasi

bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin

bergerak dari dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara

rendah.apabila dipanaskan udara memuai.udara yang memuai menjadi lebih

ringan sehingga naik.apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun karena udaranya

5

berkurang,udara dingin di sekitarnya mengalir ke tempat yangbertekanan rendah

tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah, di atas tanah udara

menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunya

udara dingin ini dinamakan konveksi.

Secara singkat dapat di jelaskan bahwa angin adalah udara yang bergerak

menurut Buys ballot, ahli ilmu cuaca dari perancis, Angina adalah massa udara

yang bergerak dari daerah bertekanan maksimum ke daerah bertekanan minimum.

Gerakan massa udara yang arahnya horizontal di kenal dengan istilah angin.

Sumber: Pengertian dan Macam-macam Angin - Ilmu Pengetahuan.html, abdul hadi 2.3 Jenis-Jenis Angin

2.3.1 Angin laut

Angin laut adalah angin yang bertiup dari arah darat yang umumnya terjadi

pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00. angin ini bisa

dimanfaatkan para nelayan untuk pulang dari mencari ikan di laut.

Gambar 2.1: gambar angin laut

2.3.2 Angin darat

Angin darat adalah angina yang bertiup dari arah darat kearah laut,1yang

pada umumnya terjadi saat malam hari dari jam 20:00 sampai jam 06:00. Angina

6

jenis ini bermanfaat bagi para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan

perahu bertenaga angina sederhana.

Gambar 2.2 : angin darat

2.3.3 Angin Lembah

Angin lembah adalah angin yang bertiup dari arah ke puncak gunung dan

biasa terjadi pada siang hari.

Gambar 2.3: Angin lembah

2.3.4 Angin Gunung

Angin gunung adalah angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah

gunung dan tejadi pada malam hari.

7

Gambar 2.4: angin gunung

2.3.5 Angin Font

Angin Font adalah angin yang terjadi setelah terjadinya hujan orografis atau

hujan pegunungan (yaitu jenis hujan yag trjadi pada daerah lereng pegunungan,

hujan ini berasal dari gerakan udara yang mengandung uap air yang terhalang oleh

pegunungan).Angin yang bertiup pada suatu wilayah dengan temperature dan

kelengasan yang berbeda.

Gambar 2.5 : angin font

2.3.6 Angin Muson

Angin muson adalah angina yang berhembus secara periodic yaitu minimal 3

bulan dengan setiap periode dengan yang lain akan memiliki pola berlawanan

yang bergantian arah secara berlawanan setiap setengah tahunya.

8

Angin muson terdiri dari dua jenis yaitu:

a) Angin Muson Barat

Angin muson barat adalah angina yang mengalir dari benua asia (musim

dingin) ke benua australia (musim panas) dan hal ini di sebabkan karena angina

melewati tempat yang luas seperti perairan dan Samudra.

b) Angin Muson Timur

Angin muson timur adalah sebaliknya dari angin muson barat.Angin yang

mengalir dari benua Australia (musim dingin) ke benua asia (musim panas)

sedikit curah hujan (kemarau) di Indonesia bagian timur karena angina melewati

celah-celah sempit dan berbagai gurun (gibson,australia besar dan victoria)

Gambar 2.6 : angin muson barat dan muson timur

2.4 Sejarah Turbun Angin

Sebetulnya turbin angin yang pertama kali di gunakan adalah di Persia pada

abad ke-5. Kemudian turbin angina tersebut menyebar ke seluruh Eropa. Di

belanda sendiri sendiri turbin angina angina di gunakan pertama kali sekitar abad

ke-13. Dengan adanya perkembangan teknoligi dan arsitektur, pengguna turbin

angina pun juga berkembang. Sekitar abad ke -17, banyak terjadi revolusi di

negara-negara Eropa.karena factor tersebut, masyarakat di belanda menggunakan

turbin angin untuk kepentingan lain. Tidak hanya di gunakan sebagai alat untuk

9

mengalihkan dan bendungan air, turbin angin juga di pergunakan sebagai salah

satu saran pembatu dalam bidang pertanian dan industry. Turbin angina memang

memegang peran penting dalam berbagai bidang di negara ini.

2.5 Turbin Angin

Turbin angin adalah kincir angin yang di gunakan untuk membangkitkan

tenaga listrik. Turbin angina ini pada awalnya di buat untuk mengakomodasi

kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi,keperluan irigasi,dll.

Turbin angina terdahulu banyak di gunakan di Denmark, belanda, dan negara

negara eropa lainya dan lebih dikenal dengan windmill.

Turbin angin pada prinsipnya dapat di bedakan atas dua jenis turbin

berdasarkan arah putarannya. Turbin angin yang berputar pada poros horizontal di

sebut dengan turbin angin poros horizontal atau Horisontal axis wind turbine

(HAWT), sementara yang berputar pada poros vertical di sebut dengan turbin

angin poros vertical atau vertical axis wind turbine (VAWT).

Sumber : Laporan PDT1, Sutiyo guntoro, Freddi andrias

2.6 Jenis -jenis turbin

2.6.5 Turbin angin Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

Turbin angin horisontal adalah model umum yang sering kita lihat pada turbin

angin. Desainnya mirip dengan kincir angin, memiliki blade yang mirip propeller

dan berputar pada sumbu vertikal. Turbin angin horisontal memiliki shaft rotor

dan generator pada puncak tower dan harus diarahkan ke arah angin bertiup.

Turbin-turbin kecil mengarah ke angin dengan menggunakan wind plane yang

diletakkan dirotor, sementara untuk turbin yang lebih besar dilengkapi dengan

sensor yang terhubung dengan motor servo yang mengarahkan blade sesuai

10

dengan arah angin. Sebagian besar turbin yang besar memiliki gearbox yang

merubah kecepatan putar rotor yang ditransfer ke generator menjadi lebih cepat.

Gambar 2.7 : turbin angin horisontal

Kelebihan Turbin Angin Horisontal:

Towernya yang tinggi memunkikan untuk mendapatkan angin dengan

kekuatan yang lebih besar.

Pada beberapa area, setiap 10 meter ada kenaikan tambahan kekuatan

angin 20% dan peningkatan daya 34%. Efisiensi lebih tinggi, karena

blades selalu bergerak tegak lurus terhadap arah angin, menerima daya

sepanjag putaran.

Sebaliknya pada turbin vertikal, melibatkan gaya timbal balik yang

membutuhkan permukaan airfoil untuk mundur melawan angin sebagian

bagian dari siklus. Backtracking melawan angin menyebabkan efisiensi

lebih rendah.

Kekurangan Turbin Angin Horisontal:

Dibutuhkan konstruksi tower yang besar untuk mendukung beban blade,

11

gear box dan generator.

Komponen-komponen dari turbin angin horisontal (blade, gearbox dan

generator) harus diangkat ke posisinya pada saat pemasangan.

Karena tinggi, maka turbin ini bisa terlihat pada jarak yang jauh, banyak

penduduk lokal yang menolak adanya pemandangan ini.

Membutuhkan kontrol sebagai mekanisme untuk mengarahkan blade

kearah angina

Pada umumnya membutuhkan sistem pengereman atau peralatan yang

pada saat angin kencang dapat digunakan untuk mencegah turbin

mengalami kerusahakan.

2.6.6 Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

Turbin angin vertikal memiliki shaft rotor vertikal. Kegunan utama dari

penempatan rotor ini adalah turbin angin tidak perlu diarahkan ke arah angin

bertiup. Hal ini sangat berguna pada daerah dimana arah angin sangat variatif atau

memiliki turbulensi. Dengan sumbu vertikal, generator dan komponen primer

lainnya dapat ditempatkan dekat dengan permukaan tanah, sehingga tower tidak

perlu pendukung dan hal ini menyebabkan maintenance lebih mudah. Kekurangan

utama dari turbin angin vertikal adalah menciptakan dorongan saat berputar.

Sangat sulit untuk memasang turbin angin di tower, sehingga jenis tower ini

biasanya dipasang dekat dengan permukaan. Kecepatan angin lebih lambat pada

altitude yang rendah, sehingga energi angin yang tersedia lebih rendah.

12

gambar 2.8: turbin vertical

Kelebihan Turbin Vertikal:

• Sebuah turbin angin bisa terletak dekat tanah, sehingga lebih mudah untuk

menjaga bagian yang bergerak.

Turbin vertikal memiliki kecepatan startup angin rendah dibandingkan

turbin horizontal.

Turbin vertikal dapat dibangun di lokasi di mana struktur yang tinggi

dilarang.

Kekurangan Turbin Vertikal:

Kebanyakan turbin vertikal memiliki penurunan efisiensi dibanding turbin

horisontal, terutama karena hambatan tambahan yang mereka miliki

sebagai pisau mereka memutar ke angin. Versi yang mengurangi drag

menghasilkan lebih banyak energi, terutama yang menyalurkan angin ke

daerah kolektor.

13

Memiliki rotor terletak dekat dengan tanah di mana kecepatan angin lebih

rendah dan tidak mengambil keuntungan dari kecepatan angin tinggi di

atas.

Karena tidak umum digunakan terutama karena kerugian serius yang

disebutkan di atas, mereka muncul baru untuk mereka yang tidak akrab

dengan industri angin. Hal ini sering membuat mereka subjek klaim liar

dan penipuan investasi selama 50 tahun terakhir.

2.7 Turbin Archimedes windmill

Turbin angin Archimedes windmill,merupakan konsep baru dari model

HAWT (Horizontal Axis Wind Turbin), turbin ini dirancang dengan menggunakan

prinsip-prinsip spiral Archimedes. Tidak dengan HAWT tradisional yang

menggunakan gaya angkat untuk mengambil alih energi angin, Archimedes

windmill menggunakan gaya angkat serta gaya tarik. Archimedes windmill dapat

memanfaatkan energi kinetik dari energi angin. Struktur khusus inilah yang

menentukan karakteristik aerodinamika dari jenis turbin ini. Secara khusus,

kelebihan struktur spiral dari Archimedes windmill mampu diaplikasikan dalam

berbagai keadaan, karena jenis turbin angin ini mampu beroperasi pada kecepatan

angin yang relatif rendah sekalipun. Selain itu, Archimedes windmill dapat

mengikuti arah angin secara otomatis karena terdapat bantalan pada tumpuan

pondasi konstruksi yang dikendalikan secara pasif karena gaya drag.

14

Gambar 2.9: Skema blade Archimedes windmill

(a) Pandang samping sudu Archimedes windmill

(b) Geometri sudu Archimedes windmill 0,5 kW

(Sumber: Experimental and Numerical Study of the Aerodynamic Characteristics of

an Archimedes Spiral Wind Turbine Blade

Gambar 2.1 menunjukkan diagram skematik dari Archimedes windmill denan

kapasitas daya 0.5 kW. Tiga baling-baling dihubungkan satu sama lain dengan

sudut sebesar 120° dan masing-masing sudu memiliki susunan yang simetris di

sekitar poros dan bentuknya mirip dengan piramida segitiga. Diameter luar

Archimedes windmill untuk kapasitas 0,5 kW adalah 1,5 m. Persamaan

aerodinamis untuk memprediksikan torsi yang berhubungan dengan kecepatan

sudut diperkirakan dengan menggunakan empat asumsi berikut:

1. Fluida incompresible dan aliran steady.

2. Fluida yang bergerak menuju volume atur sejajar dengan sumbu yang

berputar.

3. Jumlah aliran massa pada tiga outlet blade sama satu dengan yang lain.

4. Kecepatan outlet relatif konstan dan arah kecepatan sejajar dengan arah

tangensial tepi blade.

15

Menurut Kyung Chun Kim et al (2014) untuk menyediakan torsi dan tenaga

pada Archimedes windmill, persamaan momentum pada volume aturnya dapat

diketahui menggunakan persamaan (2.1).

𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕 ∫ (𝑟𝑟 𝑥𝑥 𝑉𝑉)𝜌𝜌𝜌𝜌 𝑉𝑉� + ∫ (𝑟𝑟 𝑥𝑥 𝑉𝑉)𝜌𝜌𝑉𝑉 . 𝑛𝑛� 𝜌𝜌𝑑𝑑 = ∑(𝑟𝑟 𝑥𝑥 𝐹𝐹)

𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶 (2.1)

(Kyung Chun Kim et al, Experimental and Numerical Study of the Aerodynamic

Characteristics of an Archimedes Spiral Wind Turbine Blade 2014)

Dimana:

CV : Volume atur

V : Kecepatan angin (m/s)

r : Radius blade (m)

F : Gaya turbin (N)

A : Luas permukaan blade (m2)

Persamaan (1) merupakan persamaan momentum sudut berdasarkan volume

atur. Dengan asumsi aliran steady, maka persamaannya dapat disederhanakan

menjadi persamaan (2.2).

∫ (𝑟𝑟 𝑥𝑥 𝑉𝑉)𝜌𝜌𝑉𝑉 .𝑛𝑛� 𝜌𝜌𝑑𝑑 = ∑(𝑟𝑟 𝑥𝑥 𝐹𝐹) 𝐶𝐶𝐶𝐶 (2.2)



Dimana:

CV: Volume atur

V : Kecepatan angin (m/s)


F : Gaya turbin (N)


persamaan kontinuitas pada volume atur tetap ditunjukkan oleh Persamaan (2.3).

16

𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕 ∫ 𝜌𝜌𝜌𝜌 𝑉𝑉� + ∫ 𝜌𝜌𝜌𝜌 .𝑛𝑛� 𝜌𝜌𝑑𝑑 = 0

𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶 ......................................................... (2.3)



Dimana:

𝑉𝑉� : Kecepatan absolut angin pada sisi masuk sudu (m/s)

𝜌𝜌 : Rapat massa (kg/m3)

W : Kecepatan relatif angin pada sisi masuk sudu (m/s)


Dari asumsi aliran steady, maka persamaan (3) menjadi nol karena

kerapatannya konstan. Persamaan (3) dapat disederhanakan lagi menjadi

persamaan (2.4).

-min + mout = 0 ................................................................. (2.4)



Dimana:

�̇�𝑚𝑖𝑖𝑖𝑖 : Tingkat aliran massa yang masuk pada volume atur (kg/s)

�̇�𝑚𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕 : Tingkat aliran massa yang keluar pada volume atur (kg/s)

Parameter bentuk dapat didefinisikan sebagai pengembangan persamaan-

persamaan yang lain. Parameter bentuk meliputi 𝛾𝛾, R1, dan S1, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.2. Pertama, 𝛾𝛾 didefinisikan sebagai sudut antara

sumbu rotasi dengan ujung blade, R1 adalah jarak vertikal ujung blade terluar dari

sumbu rotasi, R2 adalah jarak vertikal ujung blade dalam dari sumbu rotasi dan S1

adalah jarak horisontal antara ujung pisau depan hingga bagian blade terluar.

17

Gambar 2.10 Bentuk parameter dari Archimedes windmill.

(Sumber: Experimental and Numerical Study of the Aerodynamic Characteristics of an

Archimedes Spiral Wind Turbine Blade)

Aliran massa pada arus masuk dan arus keluar didefinisikan oleh Persamaan

(2.5) dan (2.6) dengan menggunakan parameter bentuk yang telah ditentukan

sebelumnya.

�̇�𝑚𝑖𝑖𝑖𝑖 = 𝜌𝜌⋃ sin 𝛾𝛾 𝑥𝑥 𝜋𝜋 � 𝑅𝑅1+𝑅𝑅22

� 𝑆𝑆1∞ .................................................... (2.5)



Dimana:

�̇�𝑚𝑖𝑖𝑖𝑖 : Tingkat aliran massa yang masuk pada volume atur (kg)


⋃ ∞ : kecepatan aliran bebas dari udara (m/s)

𝛾𝛾 : Sudut antara sumbu rotor dengan ujung blade (o)

R : Jari-jari blade (m)

S1 : Jarak horisontal antara ujung blade (m)

�̇�𝑚 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕 = 3𝜌𝜌 𝑑𝑑𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕 𝜌𝜌𝜃𝜃 ............................................................................ (2.6)


Characteristics of an Archimedes Spiral Wind Turbine Blade 2014) Dimana:

18

�̇�𝑚𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕: Tingkat aliran massa yang keluar pada volume atur (kg)


𝜌𝜌𝜃𝜃 : Komponen tangensial untuk kecepatan relatif (m/s)

Aout : Hasil penjumlahan luasan A1 dan A2 (m2)

Parameter bentuk tambahan dapat diturunkan melalui prosedur geometris,

seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3. Gambar 2.3a menyajikan diagram

skematik area outlet dan spesifikasi relatif. L1 merupakan jarak antara pusat sisi

belakang dengan posisi x yang tegak lurus terhadap ujung blade terluar. L2 adalah

jarak antara posisi tengah sisi belakang dengan posisi x yang tegak lurus terhadap

ujung balde terdalam. Dari gambar 2.3a, Aout dapat ditunjukkan oleh daerah A1

dan A2 dengan menggunakan parameter bentuk, seperti yang ditunjukkan

Persamaan (2.7) dan (2.8).

Gambar 2.11: Definisi Aout, U, V and W



𝑑𝑑𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕 = 𝑑𝑑1 + 𝑑𝑑2 ................................................................................. (2.7)

𝑑𝑑𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕 = 12𝑅𝑅1𝐿𝐿1 − 1

2𝑅𝑅2𝐿𝐿1 + 1

2(𝑅𝑅1 − 𝑅𝑅2)(𝐿𝐿2 − 𝐿𝐿1) = 1

2(𝑅𝑅1 − 𝑅𝑅2)𝐿𝐿2 ........ (2.8)

19



Dimana:

A1 : Luas area sisi keluar 1 (m2)

A2 : Luas area sisi keluar 2 (m2)

R : Radius blade (m)

L1 : Jarak antara pusat titik belakang dengan titik x yang tegak lurus (m/s)

L2 : Jarak antara pusat tengah dengan titik x yang tegak lurus (m/s)

Gambar 2.11 b menunjukkan segitiga kecepatan pada batas outlet, yang

merupakan hubungan geometris antara kecepatan relatif (W), kecepatan absolut

(V) dan kecepatan tangensial (U). Dalam kasus ini, β adalah sudut antara antara

W dan U, dan mout dinyatakan sebagai persamaan (2.9).

�̇�𝑚𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕 = 3𝜌𝜌𝑑𝑑𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕𝜌𝜌𝜃𝜃 = 3𝜌𝜌 12

(𝑅𝑅1 − 𝑅𝑅2)𝐿𝐿2 𝑥𝑥 𝜌𝜌 cos𝛽𝛽 ............................. (2.9)



Dimana:

�̇�𝑚𝑜𝑜𝑜𝑜𝜕𝜕 : Tingkat aliran massa yang keluar pada volume atur (kg/s)


𝜌𝜌𝜃𝜃 : Komponen tangensial untuk kecepatan relatif (m/s)

𝜌𝜌 : Kecepatan relatif angin pada sisi masuk sudu (m/s)

𝛽𝛽 : Sudut antara 𝜌𝜌𝜃𝜃 dengan W (o)

Karena min = mou

𝜌𝜌𝑈𝑈∞ sin 𝛾𝛾 𝑥𝑥 𝜋𝜋 �𝑅𝑅1+𝑅𝑅22

� 𝑆𝑆1 = 32𝜌𝜌(𝑅𝑅1 − 𝑅𝑅2)𝐿𝐿2 𝑥𝑥 𝜌𝜌𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝛽𝛽 ...................... (2.10)

20



Dimana:


⋃ ∞ : kecepatan aliran udara bebas (m/s)



Maka didapat:

𝜌𝜌 = 𝜋𝜋𝑈𝑈∞ sin𝛾𝛾(𝑅𝑅1+𝑅𝑅2)𝑆𝑆13(𝑅𝑅1−𝑅𝑅2)𝐿𝐿2𝑥𝑥 cos𝛽𝛽

......................................................................... (2.11)


Characteristics of an Archimedes Spiral Wind Turbine Blade 2014

Dimana:


⋃ ∞ : kecepatan aliran bebas (m/s)



L2 : Jarak antara posisi tengah dengan titik x yang tegak lurus (m)


21

Gambar 2.12 Segitiga kecepatan pada batas outlet blade.



Gambar 2.12 menunjukkan segitiga kecepatan U, V dan W. α adalah sudut

antara V dan Vθ. Vθ berarti komponen tegak lurus dari V pada batas outlet.

Kecepatan absolut (V) dapat dinyatakan pada persamaan (2.12).

𝑉𝑉2 = 𝜌𝜌2 + 𝑈𝑈2 − 2𝜌𝜌𝑈𝑈 cos𝛽𝛽 ,𝑉𝑉𝜃𝜃 = 𝑉𝑉 cos𝛼𝛼 .............................................. (2.12)



Dimana:

V : Kecepatan absolut aliran angin (m/s)


U : Kecepatan tangensial sisi masuk sudu (m/s)


α : Sudut antara 𝑉𝑉𝜃𝜃 dengan V (o)

Dari Persamaan (2.12), α yang didefinisikan oleh sudut antara V dan Vθ,

dapat diwakili oleh Persamaan (2.13).

𝑉𝑉 sin𝛼𝛼 = 𝜌𝜌 sin𝛽𝛽 → sin𝛼𝛼 = 𝑊𝑊𝐶𝐶

sin𝛽𝛽 .......................................................... (2.13)

𝛼𝛼 = sin−1(𝑊𝑊𝐶𝐶

sin𝛽𝛽) ........................................................................................ (2.14)

22



Dimana:

V : Kecepatan absolut angin (m/s)




Momen transfer fluida oleh blade sama besarnya dengan torsi, dan memiliki

arah yang berlawanan.

𝑇𝑇𝑠𝑠ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝜕𝜕 = ∫ (𝑟𝑟𝑥𝑥𝑉𝑉)𝜌𝜌𝑉𝑉.𝑛𝑛�𝜌𝜌𝑑𝑑 = 𝐶𝐶𝐶𝐶 ∫ (𝑟𝑟𝑉𝑉 cos𝛼𝛼)𝜌𝜌(𝑉𝑉 cos𝛼𝛼)𝜌𝜌𝑑𝑑 = 3𝜌𝜌𝑉𝑉2𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊2𝛼𝛼 ∫ 𝑟𝑟𝜌𝜌𝑑𝑑𝐿𝐿

0 𝐶𝐶𝐶𝐶

(2.15)



Dimana:

T : Torsi (Nm)

CV: Volume atur

V : Kecepatan absolut angin (m/s)




Gambar 2.12 menyajikan batas outlet, seperti yang ditunjukkan, maka

persamaan (2.16) dapat diperoleh.

23

Gambar 2.13 Batas outlet



𝑇𝑇𝑠𝑠ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝜕𝜕 = 3𝜌𝜌𝑉𝑉𝜃𝜃2 𝑥𝑥 (𝑅𝑅2− 𝑅𝑅1)6𝐿𝐿1(𝐿𝐿2− 𝐿𝐿1)

𝑥𝑥 [𝑅𝑅2 (2𝐿𝐿23 + 𝐿𝐿13 + 𝐿𝐿1𝐿𝐿23) − 𝐿𝐿1𝑅𝑅1 (𝐿𝐿1 + 𝐿𝐿2) 2] ..... (2.16)



Dimana:

T : Torsi (Nm)

R : Radius blade (m)

𝑉𝑉𝜃𝜃 : Komponen tangensial untuk kecepatan absolut (m/s)

L1 : Jarak antara pusat titik belakang dengan titik x yang tegak lurus (m)

L2 : Jarak antara pusat tengah dengan titik x yang tegak lurus (m)

Sementara itu, kekuatannya adalah hasil perkalian torsi dengan kecepatan

sudut, dan dapat dinyatakan dengan persamaan (2.17).

𝑃𝑃 = 𝑇𝑇𝑠𝑠ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝜕𝜕 𝑥𝑥 𝜔𝜔 .................................................................................... (2.17)



24

Dimana:

P : Daya (Watt)

T : Torsi (Nm)

𝜔𝜔 : Kecepatan sudut (rad/s)

2.8 Komponen – Komponen Utama Turbin

pada pembakit listrik tenaga angin ( PLTA ) ini menpunyai komponen –

komponen pendukung. Komponen – komponen pendungkung turbin pembakit

tenaga angin diantara lain adalah :

2.8.1 Rotor

Rotor ini berfungsi untuk mengubah energi angina menjadi energi gerak atau

menjadi energi mekanik.

2.8.2 Generator

Generator adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan turbin

angin. Generator dapat mengubah energi getar menjadi energi listrik. Prinsip yang

mempengaruhi kerja generator adalah

a) Bila hanya sebuah konduktor saja yang diputar dalam sebuah medan

magnet, maka gaya listrik yang dihasilkan juga sedikit (kecil).

b) Bila konduktor yang digunakan semakin banyak maka akan dihasilkan

gaya listrik semakin besar. Demikian pula bila konduktor diputar semakin

cepat di dalam medan magnet, maka bertambah besar pula gaya listriknya.

c) Konduktor yang berbentuk coil (kumparan), jika jumlahnya semakin

banyak maka gaya listrik yang terjadi akan semakin besar.

25

2.8.3 kerangka

Kerangka merupakan dudukan utama dari turbin angin. Fungsinya tempat

dudukan turbin serta perlengkapannya. Bila gaya dari angin maka gaya tersebut di

serap oleh tower.

2.8.4 Poros ( Shaf )

Poros berfungsi untuk meneruskan tenaga dari rotor untuk menggerakan

generator. Supaya tenaga berpindah dari poros satu ke poros lain, meskipun perlu

bantuan dari komponen lain yang dipasang pada poros .

2.8.5 Transmisi

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada turbin menjadi

putaran tinggi. Transmisi mempunyai beberapa jenis di antaranya:

1. Pully

2. Gear

3. Rantai

2.8.6 Bearing

Bearing adalah suatu komponen yang berfungsi meneruskan gaya gesek yang

kecil antara dua permukaan ke satu arah. Adapulah fungsi utama dari bearing

yaitu:

1. Meredam gaya gesek

2. Mengurangi gesekan

3. Mengarakan bagian benda yang bergerak. Dan memudahkan pergerakan

poros / shaf.

26

Documents

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - eprints.umm.ac.ideprints.umm.ac.id/41914/3/BAB II.pdf · Naska terua tentang kincir angin terdapat dalam tulisan arab dari abad ke-9 masehi yang menjelaskan