turbin angin pada bangunan umum

Meningkatnya penggunaan listrik dan kelangkaan bahan bakar fosil membuat masyarakat di perkotaan harus memutar otak untuk mendapatkan sumber energi baru. Sumber energi baru yang sering dibahas oleh para insinyur adalah energi angin (turbin angin) pada daerah umum.

Pemasangan turbin angin di lingkungan bangunan menghadirkan masalah kompleks yang jarang ditemui di lingkungan terbuka. Banyak pertimbangan desain yang harus dipelajari seperti kecepatan angin pemukiman, suara bising yang dihasilkan, dimensi turbin, kekuatan struktur, dll.

Kecepatan angin di pemukiman lebih kecil dari yang bertiup di pedesaan/terbuka, karena adanya hambatan. Penempatan turbin angin di atap bangunan menjadi solusi yang paling jelas. Instalasi semacam itu juga memungkinkan untuk manfaatkan kecepatan angin yang tidak terganggu , yang sering disebut “efek bukit” (hingga 20% dari kecepatan angin tidak terganggu, tergantung pada kedua angin yang masuk arah dan orientasi bangunan). Turbulensi yang dihasilkan dari bangunan menyajikan beberapa tantangan karena arah angin yang berubah-ubah dengan cepat, menghasilkan tekanan ekstra pada bilah turbin dan menurunkan produksi energi dunia.

Contoh Pemasangan Turbin Angin Pemukiman Di Dunia

Tiga jenis desain yang ada di dunia:

  • Pinggiran jalanan umum.
  • Terpasang pada bangunan.
  • Integrasi penuh, Bangunan didesain sedemikian rupa sehingga turbin angin menjadi bagian dari arsitektur bangunan. Biasanya bentuk rotornya memiliki desain unik.
Contoh pemasangan turbin angin di perkotaan. Sumber: https://publications.waset.org/4779/a-retrospective-of-wind-turbine-architectural-integration-in-the-built-environment

Turbin angin untuk perkotaan harus relatif kecil untuk memanen energi angin dari sering berubahnya arah angin dan mendapat keuntungan dari wilayah kecil di puncak bangunan yang ditandai dengan aliran yang dipercepat. HAWT akan dipakai jika bentuk bangunan memiliki arah angin yang hampir konstan pada titik pemasangan turbin. VAWT adalah pilihan yang paling sering digunakan di perkotaan secara umum, karena cocok pada aliran angin miring di atas pada bangunan berujung tajam.

Estimasi Kecepatan Angin Di Perkotaan

Persamaan sederhana untuk profil kecepatan angin rata-rata untuk lapisan batas atmosfer pada kondisi netral-stabil diberikan oleh hukum log yang terkenal sebagai berikut:

U(z) = (u/k) ln [(z-d)/z0]

di mana u adalah kecepatan gesekan di permukaan tanah, k adalah konstanta von Karman (~0,40), z adalah ketinggian di atas tanah, z0 adalah kekasaran ketinggian (roughness height) aerodinamis, yang bergantung pada medan jenis (lihat Tabel), dan d disebut perpindahan bidang nol di mana kecepatan angin 0 m/s. Pada ketinggian perpindahan ini, aliran dipengaruhi oleh hambatan seperti bangunan.

Tabel Roughness length. Sumber: https://www.mdpi.com/1996-1073/11/9/2204
Model profil aliran angin pada perkotaan. Sumber: https://www.mdpi.com/1996-1073/11/9/2204

Eksploitasi sumber daya angin di dalam kawasan perkotaan merupakan ide yang relatif baru. Kekasaran lingkungan perkotaan menyebabkan turbulensi angin, sehingga mengurangi energi produksi banyak turbin angin kecil yang umum digunakan. Namun, menempatkan sistem konversi energi angin di atas atap atau mengintegrasikannya di dalam arsitektur bangunan memungkinkan desainer untuk mengambil keuntungan dari peningkatan lokal dari kecepatan angin yang tidak terganggu. Di sisi lain, motivasi untuk mengintegrasikan sumber energi terbarukan dengan bangunan tidak hanya didorong oleh masalah lingkungan tetapi segi arsitektur selalu mencerminkan tren masyarakat dan salah satu tren tersebut saat ini tentu saja menyangkut kebutuhan untuk menggunakan energi ramah lingkungan.

Desain turbin angin di perkotaan dapat dianalisis menggunakan metode komputasi. Metode komputasi yang sering digunakan adalah simulasi struktur Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD). FEA (Finite Element Analysis) adalah metode yang memanfaatkan komputer untuk menyelesaikan persamaan struktur yang sudah didiskritisasi dari yang tadinya sebuah object kontinyu menjadi object dengan jumlah elemen dengan jumlah terhingga (finite element) sehingga persamaan tersebut dapat diselesaikan secara numerik. Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah seni untuk menggantikan persamaan-persamaan integral dan diferensial parsial menjadi persamaan aljabar diskrit, yang mana untuk kemudian dapat diselesaikan untuk memperoleh solusi berupa angka-angka nilai aliran pada titik-titik diskrit ruang dan waktu.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Jha, A.R. 2011. Wind Turbine Technology. Florida: CRC Press Taylor & Francis Group.

https://www.mdpi.com/1996-1073/11/9/2204 (diakses pada tanggal 8 November 2021)

https://publications.waset.org/4779/a-retrospective-of-wind-turbine-architectural-integration-in-the-built-environment (diakses pada tanggal 8 November 2021)

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments