Thareq Wibisono

Rangkuman Artikel The aerodynamic Method of Archimedes Wind Turbine

Turbin Archimedes adalah turbin yang mempunyai bentuk yang sangat aneh dan tidak seperti turbin kebanyakan. Desain turbin Archimedes , atau lebih spesifik membahas rotor Archimedes, terbentuk dari ruang 2-dimensi, berbentuk lingkaran, menjadi bentuk spatial atau 3-dimensi yang mengikuti pola konikal (Lihat Gambar dibawah).

Sebelum masuk mengenai turbin Archimedes, ada baiknya kita membahas tentang tipe-tipe turbin angina. Turbin angina dibagi menjadi dua tipe yaitu tipe resistance dan tipe lift. Tipe resistance biasanya terbentuk dari profil datar dan memiliki tip speed ratio lebih kecil dari 1. Dimana,

TSR = (Kecepatan di ujung bilah rotor) / (kecepatan angin)

Tipe resistance mendapatkan energi langsung dari angin sehingga kecepatan rotor lebih pelan dibandingkan kecepatan angin. Contoh tipe resistance adalah savonius wind turbine, turby, and American turbine

Dilain sisi, turbin lift adalah turbin angin yang bergerak mengikuti prinsip lift dan memiliki tip speed ratio lebih besar dari 1. Sehingga rotor dapat berputar lebih cepat dibandingkan angin. Akan tetapi, tipe ini memiliki kekurangan yaitu sangat bising pada saat berputar dan sangat berat.

Turbin Archimedes memiliki karakteristik dari kedua tipe turbin angin. Turbin tersebut mempunyai kesalahan margin yang besar, ringan dan memproduksi suara yang kecil (<40db). Selain itu, turbin ini juga mempunyai kapabilitas untuk mendapatkan 52% energi dari angin sehingga effisiensi yang ditawarkan cukup besar.

Dalam praktiknya, bentuk bilah dari rotor Archimedes memastikan bilahnya untuk berputar ke arah angin yang optimum sehingga yawing system yang digunakan sangat simple.

Generator listrik yang digunakan oleh system turbin ini juga harus mempertimbangkan effiesiensi dan copper losses sehingga untuk kasus ini, generator mempunyai kapasistas sebesar 400v.

Untuk memastikan oprasional yang aman, turbin ini dipasangkan dengan safety system dimana pada saat angin berkecepatan melebihi batas prosedur, maka system rem yang terdapat di generator akan berkerja untuk melambatkan kecepatan putar rotor.

---

Parameter yang Bersangkutan dengan Permodelan Design Turbine

Desain turbin memiliki bentuk yang komplek dan sangat rumit jika kita perhatikan dengan seksama. Akan tetapi beberapa parameter bisa menjadi faktor dalam menentukan geometri dan dimensi akan sebuah turbin. Parameter pertama yang paling penting dalam permodelan turbin adalah velocity triangle yang menghubungkan kecepatan absolute sebuah fluid V, kecepatan relative W dan kecepatan putar turbin U. Hubungan antara ketiga parameter tersebut dapat di nyatakan pada rumus dibawah ini

Untuk sebuah turbin, Velocity triangle untuk inlet dan outlet dapat di gambarkan pada gambar dibawah. Jika diperhatikan, kecepatan absolute inlet tangensial (V1) dari fluid memiliki nilai 0 atau kecepatan inlet hanya berfokus pada komponen axial. Akan tetapi, setelah melewati turbine terdapat komponen axial dan tangensial untuk kecepatan absolut fluid yang berlawanan arah dengan gerakan turbin. Berdasarkan hukum newton ke-3, jika ada aksi maka akan ada reaksi yang dihasilkan dengan nilai yang sama. Reaksi inilah yang membuat turbine bergerak.

The aforementioned parameter also applied in the analysis of the Archimedes wind turbine. The detailed view of the Archimedes win turbine's velocity triangle can be seen below

lll

From the velocity triangle above, the tangential absolute velocity have an opposite direction relative to the direction of the turbines. Thus from the previous statement we can conclude that the system is indeed a turbines

Another term that need to be considered is the direction of the torque produced by the wind and the direction of the angular velocity. The formula for calculating the power is

Power = Torque x angular velocity

For turbines, the power have a negative sign indicating that the system extracting the energy from the fluid or in this case the wind. This negative sign comes from the fact that the direction of the torque is opposite from those of the angular velocity. To confirm the theory with the system, a simulation is needed to be conducted. This simulation result will be presented later in this report.

The parameter of the Archimedes wind turbine's design is derived from the aforementioned theory which is a little bit different because the theory of momentum and mass equilibrium play a handy role to calculating the torque and the power. Before proceeding to the derivation of the equation, a few assumption is made in regards to the analysis of the wind turbine. These assumption include:

1. Incompressible and steady flow

2.