PERANCANGAN TURBIN ANGIN UNTUK DAYA 3 00 W

Potensi kecepatan angin dibeberapa wilayah Indonesia :

Tabel 1: Pengelompokkan potensi energi angin, pemanfaatan dan lokasi potensial

Dari tabel 1 di atas akan direncanakan turbin angin untuk skala kecil (2,5-4,0

m/s), sehingga dapat mensuplai kebutuhan listrik penduduk di daerah yang tidak

begitu padat. Kecepatan rata-rata pada skala kecil adalah 3,25 m/s.

1. Potensi angin terhadap ketinggian

Kecepatan angin dipengaruhi oleh ketinggian, dimana semakin tinggi suatu

tempat maka kecepatan angin yang terjadi semakin besar.

.................................................................................................1)

Dimana nilai n adalah koefisien gesekan permukaan. Nilai n memiliki nilai

sebagai berikut:

Tabel 2: Nilai koefisien gesek angin pada permukaan bumi

Wind New Zealand (NZWEA)

Untuk daerah pedesaan tepi pantai dimana terdapat pohon dan perumahan

penduduk , maka diasumsikan nilai n = 0,23.

Nilai h1 adalah ketinggian dari pengukuran kecepatan angin. Jika data

kecepatan angin rata-rata pada suatu tempat adalah 3,25 m/s dan diukur dari

ketinggian 10 m, maka persamaan 1) menjadi :

Potensi angin yang tersedia :

(W)...............................................................................................2)

Dan fluks energi yang tersedia menjadi :

(W/m2)3)

Massa jenis angin dapat ditentukan dengan persamaan gas ideal :

Panjang blade turbin angin (luas laluan angin pada blade) dapat ditentukan dari

potensi daya yang diinginkan.

....................................................................................4)

Dari persamaan 4) dapat ditabelkan hasil perhitungan potensi daya angin terhadap

ketinggian menara turbin angin.

Tabel 4: Potensi angin pada berbagai ketinggian dan panjang blade

h (m) Vi (m/s) W" (W/m2)P (Watt)

R =1 m R = 1,5 m R = 2 m R = 2,5 m10 3,25 19,74 61,98 139,45 247,92 387,3711 3,32 21,08 66,19 148,93 264,77 413,7012 3,39 22,38 70,29 158,15 281,15 439,3013 3,45 23,66 74,28 167,13 297,12 464,2514 3,51 24,90 78,18 175,90 312,71 488,6015 3,57 26,11 81,99 184,47 327,95 512,4320 3,81 31,84 99,99 224,98 399,96 624,9421 3,85 32,93 103,41 232,68 413,66 646,3422 3,90 34,01 106,79 240,27 427,15 667,4223 3,94 35,07 110,11 247,75 440,45 688,2124 3,97 36,11 113,39 255,14 453,58 708,7225 4,01 37,14 116,63 262,43 466,54 728,96

Untuk menghindari terhalangnya arah angin oleh pohon-pohon ditepi pantai yang

mengakibatkan turunnya kecepatan angin, maka tinggi turbin angin harus dibuat

lebih tinggi dari pohon-pohon disekitarnya. Asumsi bahwa pohon-pohon disekitar

tower yang akan dibangun memiliki ketinggian maksimum 20 m, maka tower

turbin angin dibuat lebih tinggi dari 20 m.

2. Efisiensi Blade

0,47

5,4

Untuk mendapatkan efisiensi optimal dari blade dapat menggunakan grafik

berikut :

Gambar 1: Grafik tsr Vs Cp untuk berbagai macam tipe blade

Dari gambar 1, efisiensi optimal blade terjadi pada tsr (tip speed ratio) 5,4 dan

menghasilkan efisiensi blade optimal (Cp) 47%.

3. Panjang Blade

Panjang blade direncanakan berdasarkan daya yang diinginkan. Jika daya yang

diinginkan adalah 300 W, maka potensi daya angin optimum adalah :

= = 638,29 W

Potensi daya ini belum termasuk rugi pada gear box dan generator (10%). Maka

daya potensi angin direncanakan 702,13 W.

Dari tabel 4) maka direncanakan tinggi tower turbin angin 24 m dengan kecepatan

angin 3,97 m/s dan panjang blade 2,5 m.

4. Jumlah Blade

Untuk menentukan jumlah blade yang digunakan, dapat digunakan persamaan :

(www.windmission.dk/workshop/books.html.)

= 3 blade

5. Kecepatan putar poros dan blade

Kecepatan putaran poros sama dengan kecepatan putar blade. Dan dapat dihitung

dari kecepatan putaran blade.

Vtip = tsr x Vi = 5,4 x 3,97 m/s = 21,44 m/s

= 81,93 rpm

Dan kecepatan sudut poros dan blade adalah :

=8,58 rad/s

6. Dimensi Blade

Setelah menentukan diameter dan jumlah blade untuk turbin angin, maka dapat

ditentukan sudut blade (β). Perhatikan gambar berikut ini.

Gambar 2: Radius turbin angin dan sudut pada turbin angin.

Dimana besar sudut serang = . ...........................................5)

Dan persamaan untuk menghitung sudut blade (β ) yaitu,

β = ATAN (2R/(3r.tsr)) - .....................................................6)

Dari persamaan 5) dan 6) dapat dibuat tabel besar sudut dan β yang merupakan

fungsi r.

Tabel 5: Besar sudut dan β terhadap fungsi r

r (cm)

β (o)250225200175150125100755025

Pada sebuah blade ada gaya angkat (Lift) dan gaya dorong (Drag). Untuk tipe

turbin angin yang horizontal harus dibuat agar gaya Lift lebih besar dari gaya

Drag. Gaya Lift inilah yang menyebabkan proses perputaran turbin.

Gambar 3: Arah gaya pada sebuah blade

Setelah menentukan β selanjutnya menentukan lebar blade turbin angin (chord

width). Persamaan untuk mencari chord width (C) pada turbin angin horizontal

yaitu :

................................................................................................7)

Gambar 4: Dimensi blade

Dan lebar blade (width) = C cos .........................................................................8)

Dengan menggunakan rumus phytagoras nilai tebal blade (drop) dapat diketahui.

Hasil perhitungan dimensi blade ditabelkan pada tabel berikut :

Tabel 6: Hasil perhitungan dimensi blader (cm) C (cm) C* (cm) Width (cm) Drop (cm)250225200175150125100755025

Dari tabel 6, terlihat bahwa lebar chord pada pangkal blade terlalu besar, oleh

karena itu lebar chord pada range tertentu dibuat. Hal ini biasa dilakukan pada

perencanaan turbin angin karena tidak diinginkan gaya angkat dan gaya dorong

yang besar pada daerah pangkal blade.