Teori Turbin Angin dan Koefisien Betz
Untuk menentukan daya yang dihasilkan dari angin oleh kincir 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. Misalkan, massa m udara melewati saluran imajiner ini per detik.
Karena massa ini, energi kinetis angin di pintu masuk saluran adalah,
Demikian pula, karena massa ini, energi kinetis angin di pintu keluar saluran adalah,
Oleh karena itu, energi kinetis 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 perubahan energi kinetis 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,
Sebagai 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 kincir angin masing-masing, maka laju alir massa angin dapat direpresentasikan sebagai
Sekarang, mengganti m dengan ρVaA dalam persamaan (1), kita mendapatkan,
Sekarang, karena kincir angin diasumsikan ditempatkan di tengah saluran, kecepatan angin di bilah kincir angin dapat dianggap sebagai kecepatan rata-rata antara kecepatan pintu masuk dan kecepatan 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 0,5925 dari total daya kinetisnya. Fraksi ini dikenal sebagai Koefisien Betz. Daya yang dihitung ini sesuai dengan teori kincir angin tetapi daya mekanis aktual yang diterima oleh generator lebih kecil dari itu dan disebabkan oleh kerugian gesekan bantalan rotor dan ketidakefisienan desain aerodinamis kincir angin.
Dari persamaan (4) jelas bahwa daya yang diekstrak adalah
Berbanding lurus dengan densitas udara ρ. Seiring bertambahnya densitas udara, daya kincir angin juga meningkat.
Berbanding lurus dengan area sapuan bilah kincir angin. Jika panjang bilah meningkat, radius area sapuan juga meningkat, sehingga daya kincir angin meningkat.
Daya kincir angin juga bervariasi dengan kecepatan3 angin. Ini menunjukkan bahwa jika kecepatan angin dua kali lipat, daya kincir angin akan meningkat delapan kali lipat.
Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk dihapus.
