PRINSIP ENERGI ANGIN

Penyerapan energi panas matahari dimanfaatkan oleh atmosfer bumi sebagai suatu penyimpanan energi thermal. Energi angin timbul sebagai gerak konveksi dari atmosfer yang timbul ke energi kinetik meskipun jumlahnya tidak terlalu besar.
Kemudian, Hubbert melakukan perkiraan bahwa konveksi arus yang ditimbulkan oleh lautan dan atmosfer bergabung membentuk suatu energi, yang bila dimanfaatkan dapat memenuhi 3% kebutuhan energi dunia pada tahun 1972.

Tenaga Total
Tenaga total aliran angin adalah sama dengan laju energi kinetik aliran yang datang, K Ei
P_(tot )=m KE_i=m (V_i^2)/(2g_c )
Dimana, Ptot = Tenaga total (watt atau ft-lbf)
m = Laju aliran massa (Kg/s atau lbm/jam)
Vi = Kecepatan aliran (m/det atau ft/jam)
gc = faktor konversi = 1,9 Kg/N.s2
atau 4,17 x 108 lbm- ft/lbf-jam
laju aliran massa diberikan oleh persamaan kontinuitas
m= ρ A V_i
Dimana, ρ = massa jenis angin (Kg/m3 atau lbm/ft3 )
A =Luas penampang melintang aliran (m2 atau ft2)
Sehingga,
P_(tot )= 1/(2g_c ) ρ A〖 V〗_i^2


Tenaga maksimum
Dari persamaan tenaga total, asumsikan massa jenis udara konstan, tidak ada perubahan energi potensial, dan tidak ada kerja dan panas yang ditambahkan atau dibuang. Maka akan diperoleh tenaga maksimum,
P_maks= 8⁄27 g_c ρ A V_i^3
Efisiensi teoritis ideal, atau maksimum (juga disebut power coefficient) dari turbin angin adalah perbandingan tenaga maksimum yang diperoleh dari angin terhadap tenaga total angin:
η_maks= P_maks⁄(P_tot= 16⁄27=0.5926)
Tenaga Aktual
Karena roda turbin angin tidak dapat tertutup sempurna, dan karena sebab lain, dalam praktiknya turbin hanya dapat mencapai 50 – 70% dari effisiensi idealnya.
Efisiensi aktual (η) adalah perkaliannya dengan ηmaks dan adalah perbandingan tenaga aktual terhadap tenaga total;
P= η P_tot= η 1/(2g_c ) ρ A〖 V〗_i^3
Gaya pada Sudu
Gaya pada sudu jenis propeler ada dua macam, yaitu gaya keliling (circumferencial force) arahnya adalah rotasi roda yang mengakibatkan torsi, dan gaya aksial ke arah angin yang menyebabkan gaya aksial (axial thrust).
Gaya, keliling, atau torsi T, diperoleh dari:
T= P/ω=P/πDN
Dimana: T = Torsi (N atau lbf)
 = kecepatan anguler roda turbin (rpm)
D = diameter roda turbin = (4A/π)0.5 (m atau ft)
N = putaran roda tiap satuan waktu (S-1)

Untuk turbin yang beroperasi pada P, torsi diberikan oleh:
T= η 1/(8g_c ) (ρDV_i^3)/N
Untuk turbin yang beroperasi pada ηmaks = 16/27,torsi diberikan oleh:
T_maks= 2/(27g_c ) (PDV_i^2)/N
Gaya aksial diberikan oleh:
F_x=2/(2g_c ) ρA(V_i^2-V_e^2 )=π/(8g_c ) ρD^2 (V_i^2-V_e^2 )
Gaya aksial pada roda turbin yang beroperasi pada efisiensi maksimum dimana Ve=1/3 Vi diberikan oleh:
F_(x,maks)=4/(9g_c ) ρAV_i^2=π/(9g_c ) ρD^2 V_i^2