ME4132 - Energi Angin & Matahari

Karakteristik & Profil Angin

Pertemuan 3

ME4132 - Energi Angin & Matahari

Review….

Kebanyakan kecepatan angin yang diukur sta pengamatan hanya pada ketinggian standard WMO yaitu 10 meter di atas permukaan tanah.

Sistem konversi energi angin (SKEA) membutuhkan kecepatan angin yang tinggi agar menghasilkan energi yang optimum.

Semakin tinggi suatu ketinggian maka akan semakin tinggi pula kecepatannya, oleh karena itu diperlukan data kecepatan angin yang lebih tinggi dari 10 meter di atas permukaan tanah.

Untuk mengetahui kecepatan angin di beberapa ketinggian tanpa melakukan pengukuran di beberapa ketinggian tersebut secara langsung dapat menggunakan profil angin.

Bagaimana Angin Terbentuk?

3

Apa yang menyebabkan angin?

Angin terjadi karena perbedaan temperatur dari sisi dingin ke sisi panas.

Conversion Energy Presentation, Group 12 2007 4

Angin Darat dan Angin Laut

Angin terjadi karena perbedaan pemanasan permukaan bumi oleh matahari.

Daratan dan lautan mempunyai perbedaan kemampuan menyerap panas.

Secondary Infobook, The Need Project, 2007 5

KINCIR ANGIN Vs. TURBIN ANGIN

6

The world's first megawatt wind turbine on Grandpa's Knob, Castleton, Vermont

7http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Wind_turbine_1941.jpg

Altamount Pass, Ca., USA

Dibangun di tahun 1981.Ada sekitar 4000an turbin angin berbagai

jenis.

8http://xahlee.org/Whirlwheel_dir/livermore.html

9http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/

Komponen Turbin Angin

Rintangan Angin

Rintangan menyebabkan kecepatan angin menurun.

Rintangan juga menyebabkan terbentuknya ulakan angin di belakang rintangan.

Sumber: Eldridge, 1980

Sumber: Hau, 2005

10

Profil Angin

11

Alat Pengukur Kecepatan dan Arah Angin (Anemometer)

12

Wind Rose

13

Jenis Turbin Angin Berdasarkan Posisi Sumbu

Sumbu Vertikal

Darrieus Wind Turbine GiromillSavonius Wind Turbine

Helix Wind Turbine

www.wikipedia.org/helixwww.wikipedia.org/savoniuswww.wikipedia.org/VAWT 14

Turbin Angin Vertikal

Keuntungan Tidak memerlukan yaw

mechanism Pendek. Mudah dirawat karena

generator, transmisi dekat permukaan tanah.

Mudah ditransportasi (untuk ukuran kecil).

Tidak memerlukan menara.

Kerugian Efisiensi rendah. Ketinggian terbatas. Perlu permukaan yang

datar.

www.wikipedia.org/windturbine15

Sumbu Horizontal

1-blade Wind Turbine

2-blade Wind Turbine 3-blade Wind Turbine

www.wikipedia.org/HAWT www.wikipedia.org/HAWT 16

Turbin Angin Horizontal

Keuntungan Pitch sudu turbin dapat diubah-

ubah. Menara yang tinggi dapat

memperileh angin yang lebih kencang.

Penggunaan menara menyebabkan turbin dapat ditempatkan di dataran yang tidak rata, atau bahkan di atas laut.

Dapat ditempatkan di atas garis pepohonan di hutan.

Kerugian

Sulit beroperasi di dekat permukaan tanah.

Sulit mentransportasikan bilah sudu yang panjang.

Pemasangan sulit. Mengganggu sinyal radar. Bila dipasang di laut,

sebaiknya di laut yang dangkal.

www.wikipedia.org/windturbine17

Class Windspeed ( m/s)

Power Density (W/m^2)

Capacity ( kW )

Small Scale 2.5 – 4.0 < 75 Up to 10

MediumScale

4.0 – 5.0 75 – 150 10-100

Large

Scale

> 5.0 > 150 >100

Wind Power Classifications and Wind Power Classifications and

utilizationutilization

18

Profil Angin Logaritmik

Profil angin logaritmik umumnya digunakan pada lapisan batas atmosfer (boundary layer) pada ketinggian hingga puluhan meter.

Dengan asumsi: shear stress/tegangan geser konstan terhadap ketinggian.

ME4132 - Energi Angin & Matahari

Profil Angin Logaritmik / Adiabatik

0*

ln1

z

z

kV

Vz

untuk Z ≥ Zo

Dimana:Vz : Kecepatan angin pada ketinggian Z (m/s)

: Kecepatan gesekan (friction velocity) (m/s)

k : Konstanta Von Karman (k = 0,4)Zo : Parameter kekasaran permukaan (m)o : Tegangan geser pada permukaan : Densitas udara (kg/m3)Z : Tinggi pengukuran kecepatan angin (m)

0

* V

ME4132 - Energi Angin & Matahari

Kelas Kekasaran

Panjang Kekasapan

Zo (m) Jenis Permukaan

3 1 Perkotaan, hutan

3 0.5 suburban

3 0.3 Pembangunan terbuka

2 0.2 Banyak pohon dan / atau semak

2 0.1 Pertanian terbuka dengan permukaan tertutup

2 0.05 Pertanian terbuka dengan permukaan lapang

1 0.03

Lahan pertanian terbuka dengan banyak gedung kecil, pohon, dll. Airports dengan gedung-gedung dan pohon.

1 0.01 Airports, runway, padang rumput

1 0.005 Dataran terbuka

0 0.001 Permukaan salju(halus)

0 0.0003 Permukaan pasir(halus)

0 0.0001 Permukaan air

ME4132 - Energi Angin & Matahari

Asumsi untuk Profil Angin Logaritmik / Adiabatik

Davenport (1965)

Tegangan geser o (shear stress) permukaan dianggap konstan terhadap ketinggian

0

* V

Davenport menemukan bahwa pada daerah dengan parameter Zo rendah, memiliki ketelitian yang tinggi.

ME4132 - Energi Angin & Matahari

ME4132 - Energi Angin & Matahari

Profil Angin melalui Hk. Pangkat

refref

H

H

H

v

v

Dimana:H : Kecepatan angin rata-rata pada suatu ketinggian (m/s)ref : Kecepatan angin rata-rata pada suatu ketinggian referensi (m/s)

: Hellmann’s exponent (konstanta yang bergantung pada parameter Zo dan kestabilan atmosfer)

Href : Tinggi pengukuran suatu referensi (m) H : Ketinggian yang hendak diukur kecepatan anginnya (m)

0

ln

1

ZH

ME4132 - Energi Angin & Matahari

Koefisien Hambatan Permukaan (K)

2

*

V

VK

Dimana:K : Koefisien hambatan permukaan (the surface drag coefficient) : Kecepatan gesekan (friction velocity)

V : Kecepatan angin rata-rata pada ketinggian Z

0

* V