Simulic
Bahasa Indonesia

Daya turbin angin – batas Betz dan angin sepanjang hari

FisikaFisika dan lingkunganUsia 15–16

Memuat…

Bagikan Laporkan masalah

Turbin angin menangkap P = ½ρAv³·Cp melalui luas sapuan A = πR². Atur panjang bilah, kecepatan angin rata-rata hari itu, koefisien daya Cp (tidak pernah melebihi batas Betz 59,3 %), kecepatan cut-in, kecepatan pengenal dan cut-out, serta massa jenis udara; lalu amati kurva daya, angin selama 24 jam, dan energi sehari dibandingkan dengan pemakaian harian sebuah rumah tangga.

Pelajaran: Energi terbarukan: energi angin, daya turbin, dan batas Betz

Yang ditunjukkan

Angin yang melewati luas sapuan A = πR² sebuah turbin setiap detik membawa energi kinetik dengan daya ½ρAv³: menggandakan panjang bilah membuat daya empat kali, menggandakan kecepatan angin membuatnya delapan kali. Rotor hanya dapat mengambil sebagian Cp; Betz membuktikan bahwa Cp tidak pernah bisa melebihi 16/27 ≈ 59,3 %. Turbin nyata mulai berputar pada kecepatan cut-in, menahan daya pengenal di atas kecepatan pengenal, dan berhenti pada kecepatan cut-out untuk melindungi diri. Model ini menganggap Cp tetap dan memakai data angin simulasi.

Cara menggunakan

Tekan Jalankan agar jam berjalan sepanjang hari dan amati titik merah bergerak pada kurva daya. Ubah Bilah R dan Angin rata-rata untuk melihat seberapa besar daya bergantung pada keduanya, lalu bandingkan energi sehari dengan hasil hitungan memakai kecepatan rata-rata. Setelah itu atur Cp, v pengenal, v cut-in, dan v cut-out, pilih ketinggian lebih tinggi pada Udara, dan tekan Hari baru untuk cuaca lain.

Parameter yang dapat diubah

  • Panjang bilah (jari-jari rotor) 1–80 m
  • Kecepatan angin rata-rata hari itu 2–14 m/s
  • Koefisien daya Cp 0,1–0,59
  • Kecepatan angin pengenal 8–16 m/s
  • Kecepatan angin cut-in 2–5 m/s
  • Kecepatan angin cut-out 18–30 m/s
  • Massa jenis udara Permukaan laut, 15 °C (1,225 kg/m³), Ketinggian 1000 m (1,112 kg/m³), Ketinggian 2000 m (1,007 kg/m³)
  • Pemakaian listrik rumah tangga per hari 2–40 kWh

Pertanyaan untuk dijelajahi

  1. Jika panjang bilah dijadikan dua kali, berapa kali daya bertambah? Bagaimana jika kecepatan angin dua kali?
  2. Mengapa menghitung dengan kecepatan angin rata-rata memberi energi harian yang salah?
  3. Mengapa turbin harus berhenti saat angin sangat kencang, dan mengapa tidak ada turbin yang melebihi 59,3 %?

Simulasi terkait