Jenis-jenis turbin angin berdasarkan porosnya

Turbin angin di laut

Turbin angin pada prinsipnya dapat dibedakan atas dua jenis turbin berdasarkan arah putarannya. Turbin angin yang berputar pada poros horisontal disebut dengan turbin angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT), sementara yang berputar pada poros vertikal disebut dengan turbin angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT).

1. Turbin angin horisontal.

Turbin angin horisontal adalah model umum yang sering kita lihat pada turbin angin. Designnya 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 winde plane yang diletakkan dirotor, sementara untuk turbin yang lebih besar dilengkapi dengan sensor yang terhubung dengan motor servo yang mengarahkan blade sesuai dengan arah angin. Sebagian besar turbin yang besar memiliki gearbox yang merubah kecepatan putar rotor yang ditransfer ke generator menjadi lebih cepat. Karena tower menghasilkan turbulenci di belakangnya maka turbin biasanya mengarah ke arah angin dari depan. Blade turbin dibuat kaku untuk mencegah terdorong ke tower oleh angin yang kencang. Disamping itu, blade di tempatkan pada jarak yang mencukupi didepan tower dan kadang melengkung kedepan.

Downwind turbine atau turbin dengan arah angin dari belakang juga dibuat, meskipun adanya masalah turbunlensi, karena turbin ini tidak membutuhkan mekanisme yang mengharuskan searah dengan dengan angin. Disamping itu dalam keadaan angin kencang blade dibolehkan untuk melengkung yang mnurunkan area sapuan dan resistansi angin. Namun dikarenakan turbulensi dapat menyebabkan fatigue, dan keandalan sangat dibutuhkan maka sebagian besar turbin angin horisonal menggunakan jenis upwinnd.

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 mensupport beban blade, gear box dan generator.

  • Komponen-komponen dari turbin angin horisontal (blade, gear box 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 ya sebagai mekanisme untuk mengarahkan blade ke arah angin.

  • Pada umumnya membutuhkan sistem pengereman atau peralatan yaw pada angin yang kencang untuk mencegah turbin mengalami kerusahakan.

2. Turbin Angin Vertikal.

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 support 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 di install dekat dengan permukaan. Kecepatan angin lebih lambat pada altitude yang rendah, sehingga energi angin yang tersedia lebih rendah.

Kelebihan Turbin Vertikal :

  • Tidak diperlukan mekanisme yaw.

  • 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.

  • 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.

Turbin angin sumbu vertikal

Turbin sumbu vertikal dibagi menjadi dua jenis yaitu: Savonius dan Darrieus.

  • Turbin Darrieus.

Turbin Darrieus mula-mula diperkenalkan di Perancis pada sekitar tahun 1920-an. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilah-bilah tegak yang berputar kedalam dan keluar dari arah angin (Daryanto, 2007). Contoh turbin Darrieus ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Turbine Darrieus
  • Turbin Savonius.

Turbin Savonius diciptakan pertama kali di negara Finlandia dan berbentuk S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis ini secara umumnya bergerak lebih perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar.

Prinsip kerja dari rotor Darrieus dapat disederhanakan. Pertama, asumsikan arah angin datang dari depan rotor baling-baling. Ketika pergerakan rotor lebih cepat menyamai dengan kecepatan angin yang tak terganggu yaitu ratio kecepatan blade dengan kecepatan angin bebas, tsr > 3. Gambar dibawah ini menunjukan garis vektor percepatan dari bentuk airfoil baling-baling pada posisi angular yang berbeda-beda (Arsad et al, 2009).

Turbin Savonius

Prinsip Kerja Sistem Konversi Energi Angin

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Prinsip Kerja Sistem Konversi Energi Angin

Prinsip turbin angin bekerja sangat sederhana yaitu :

  • Angin akan meniup bilah kincir angin sehingga bilah bergerak.

  • Bilah kincir angin akan memutar poros didalam nacelle.

  • Poros dihubungkan ke gearbox, di gearbox kecepatan perputaran poros ditingkatakan dengan cara mengatur perbandingan roda gigi dalam gearbox.

  • Gearbox dihubungkan ke generator. generator merubah energi mekanik menjadi energi listrik.

  • Dari generator energi listrik menuju transformer untuk menaikan tegangannya kemudian baru didistribusikan ke konsumen (rumah warga).

Efisiensi Maksimum (Efisiensi Bets)

Teori momentum adalah metode analisis dengan cara memperhitungkan perubahan momentum udara selama melewati turbin angin. Teori momentum mengasumsikan bahwa aliran adalah tidak viskos dan tunak, juga rotor dianggap sebagai sebuah piringan dengan jumlah sudu tak terbatas. Pertimbangan yang digunakan dalam teori momentum yang juga diaplikasikan pada teori elemen sudu adalah (Liang, 2002) :

  1. Daya merupakan fungsi sederhana dari thrust.
  2. Kecepatan dianggap seragam,

Energi kinetik maksimum :

Ptmaks  = 8 / 27 .ρ. A3 . U3

Efisiensi turbin angin adalah perbandingan antara energi kinetik yang diserap oleh turbin angin terhadap energi kinetik angin yang tersedia. Persamaan untuk mendapatkan efisiensi maksimum turbin angin adalah sebagai berikut (Liang, 2002) :

Cp       = (daya maksimum turbin / 1 / 2 Cp . A3 . U3) x 100%

Daya Turbin Angin

Daya yang dihasilkan dari konversi oleh rotor turbin angin sebanding dengan pangkat tiga kecepatan angin. Daya yang dapat dihasilkan rotor turbine adalah (Hunt, 1981) :

Pt        =   1 / 2 Cp . A3 . U3                              (Hunt, 1981:104)

dengan : Pt : daya keluaran rotor turbin angin (watt).

Cp : koefisien daya turbin angin.

ρ  : massa jenis udara (kg/m3).

A’ : Luas sapuan rotor(m2).

U : kecepatan angin (m/s).

Related articles : Dasar dasar dan komponen turbin angin

Advertisements
Advertisements
About Indonesia Marine Equipment 1349 Articles
INAMEQ is provide all marine product (equipment and sparepart) and news about marine product to help procurement team at shipping industry, ship contractor, port contractor and oil gas company finding competitive price to directly connect with manufacturer and authorized local and international.

Be the first to comment

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.