Teori Turbin Angin dan Koefisien Betz
Untuk menentukan daya yang diekstrak dari angin oleh turbin angin kita harus mengasumsikan saluran udara seperti yang ditunjukkan pada gambar. Juga diasumsikan bahwa kecepatan angin di pintu masuk saluran adalah V1 dan kecepatan udara di pintu keluar saluran adalah V2. Katakanlah, massa m udara melewati saluran imajiner ini per detik.
Karena massa ini, energi kinetik angin di pintu masuk saluran adalah,
Demikian pula, karena massa ini, energi kinetik angin di pintu keluar saluran adalah,
Oleh karena itu, energi kinetik angin berubah, selama aliran kuantitas udara ini dari pintu masuk ke pintu keluar saluran imajiner adalah,
Seperti yang sudah kita katakan, massa m udara melewati saluran imajiner ini dalam satu detik. Oleh karena itu, daya yang diekstrak dari angin sama dengan energi kinetik yang berubah selama aliran massa m udara dari pintu masuk ke pintu keluar saluran.
Kita mendefinisikan daya sebagai perubahan energi per detik. Oleh karena itu, daya yang diekstrak ini dapat ditulis sebagai,
Karena massa m udara melewati dalam satu detik, kita merujuk kuantitas m sebagai laju alir massa angin. Jika kita memikirkannya dengan cermat, kita dapat dengan mudah memahami bahwa laju alir massa akan sama di pintu masuk, di pintu keluar, serta di setiap penampang saluran udara. Karena, apa pun kuantitas udara yang masuk ke saluran, jumlah yang sama keluar dari pintu keluar.
Jika Va, A, dan ρ adalah kecepatan udara, luas penampang saluran, dan densitas udara di bilah turbin masing-masing, maka laju alir massa angin dapat dinyatakan sebagai
Sekarang, mengganti m dengan ρVaA dalam persamaan (1), kita mendapatkan,
Sekarang, karena turbin diasumsikan ditempatkan di tengah saluran, kecepatan angin di bilah turbin dapat dianggap sebagai kecepatan rata-rata antara kecepatan pintu masuk dan pintu keluar.
Untuk mendapatkan daya maksimum dari angin, kita harus mendiferensialkan persamaan (3) terhadap V2 dan menyamakannya dengan nol. Yaitu,
Koefisien Betz
Dari persamaan di atas, ditemukan bahwa daya maksimum teoretis yang diekstrak dari angin adalah sebesar fraksi 0,5925 dari total energi kinetiknya. Fraksi ini dikenal sebagai Koefisien Betz. Daya yang dihitung ini sesuai dengan teori turbin angin tetapi daya mekanis aktual yang diterima oleh generator lebih rendah dari itu, dan hal ini disebabkan oleh kerugian gesekan bantalan rotor dan ketidakefisienan desain aerodinamis turbin.
Dari persamaan (4) jelas bahwa daya yang diekstrak adalah
Berbanding lurus dengan densitas udara ρ. Semakin tinggi densitas udara, semakin besar daya turbin.
Berbanding lurus dengan area sapuan bilah turbin. Jika panjang bilah meningkat, radius area sapuan juga meningkat, sehingga daya turbin meningkat.
Daya turbin juga bervariasi dengan kecepatan3 angin. Ini menunjukkan bahwa jika kecepatan angin dua kali lipat, daya turbin akan meningkat delapan kali lipat.
Pernyataan: Hormati yang asli, artikel bagus layak dibagikan, jika ada pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk dihapus.
