Kincir angin Savonius

Kincir angin Savonius

Kincir angin Savonius adalah salah satu jenis kincir angin dengan sumbu vertikal yang mampu mengubah energi angin horizontal menjadi energi kinetik rotasi. Kincir ini dikembangkan oleh insinyur asal Finlandia Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922, tetapi jauh sebelum itu telah ada konsep kincir yang mirip yang dibuat oleh Bishop of Czanad melalui tulisannya pada buku Machinae novae terbitan 1616.^[1]

Sejarah

Kincir angin Savonius dibuat oleh insinyur asal Finlandia, Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922 dan mempatenkannya pada tahun 1926.^[2][3] Sebelum Savonius, terdapat beberapa eksperimen yang memiliki rupa mirip dengan kincir angin ini. Eksperimen paling awal yang dapat ditemukan adalah dari Fausto Veranzio, seorang insinyur dan uskup di County Csanád. Veranzio menulis Machinae novae yang dipublikasikan pada tahun 1616 yang didalamnya dapat ditemukan beberapa desain kincir angin sumbu vertikal melengkung atau berbentuk V.^[1] Namun, tidak ada satu pun contoh yang terdapat pada buku tersebut dikembangkan sejauh tahap pengembangan dari Savonius. Terdapat dua paten kinci angin yang diajukan di yang diajukan oleh Savonius di Amerika Serikat, yaitu pada tahun 1925^[4] dan pada tahun 1928.^[5]

Pengoperasian

Skema sederhana kincir Savonius

Kincir angin atau turbin Savonis adalah salah satu desain turbin paling sederhana. Secara aerodinamis, kincir angin ini adalah tipe hambat, yang memiliki dua atau tiga bilah seperti huruf "S" jika dilihat dari atas.^[6] Oleh karena bentuk lengkungan tersebut, bilah yang melawan arah angin akan merasakan hambatan lebih kecil daripada bilah yang berputar searah dengan arah angin. Perbedaan gaya hambatan tersebut membuat kincir ini berputar.

Karena kincir angin ini menggunakan gaya hambatan untuk memutar bilahnya, kincir angin Savonius dapat menkonversi tenaga angin yang lebih sedikit daripada kincir angin gaya angkat. Hal ini membuat kincir angin Savonius memiliki efisiensi yang lebih buruk dibandingkan dengan kincir angin lainnya. Namun, terdapat beberapa kelebihan dari kincir angin ini, yaitu tingkat kebisingan yang lebih rendah, kemampuan untuk mengoperasikan dengan kecepatan angin yang rendah, dan relatif tidak terikat dengan arah angin.^[7]

Daya dan kecepatan putar

Menurut hukum Betz, energi angin maksimum yang dapat diekstrak dengan rotor ideal adalah ${\displaystyle P_{\mathrm {max} }={\frac {16}{27}}{\frac {1}{2}}\rho \cdot h\cdot d\cdot v^{3}}$, dengan

${\displaystyle \rho }$ adalah massa jenis udara;

${\displaystyle h}$ dan ${\displaystyle d}$ adalah tinggi dan diameter rotor; dan

${\displaystyle v}$ adalah kecepatan angin.

Namun, dalam praktiknya, energi yang dapat diekstrak setengah dari nilai di atas^[8] dan bergantung pada desain rotornya. Maka, daya maksimum yang dapat diekstrak untuk rotor ideal secara teori adalah ${\displaystyle P_{\mathrm {maks} }\approx 0,18\,\mathrm {kg\,m^{-3}} \cdot h\cdot d\cdot v^{3}}$, tapi rerata koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir angin Savonius adalah sekitar 20%,^[8] yang membuat daya rerata yang dapat diekstrak oleh kincir angin Savonius adalah ${\displaystyle P_{\mathrm {maks} }\approx 0,12\,\mathrm {kg\,m^{-3}} \cdot h\cdot d\cdot v^{3}}$.

Kecepatan sudut rotor dapat dicari dengan menggunakan persamaan ${\displaystyle \omega ={\frac {\lambda \cdot v}{r}}}$, dengan

${\displaystyle r}$ adalah radius; dan

${\displaystyle \lambda }$ adalah faktor tak berdimensi yang disebut sebagai rasio kecepatan ujung.

Karakteristik dari rasio kecepatan ujung, ${\displaystyle \lambda }$ berbeda antara satu kincir angin dengan kincir angin lainnya. Untuk rotor Savonius, rasio kecepatan ujung biasanya bernilai satu.

Referensi

1. Felix van König (1978). Windenergie in praktischer Nutzung. Pfriemer. ISBN 3-7906-0077-6. 
2. Solari, Giovanni (2019). Wind Science and Engineering: Origins, Developments, Fundamentals and Advancements. Springer. hlm. 570. ISBN 9783030188153. 
3. Owens, Brandon N. (2019). The Wind Power Story: A Century of Innovation that Reshaped the Global Energy Landscape. John Wiley & Sons. hlm. 102. ISBN 9781118794180. 
4. US US1697574A, Savonius Sigurd Johannes, "Rotor adapted to be driven by wind or flowing water", dikeluarkan tanggal 1 Januari 1929 
5. US US1766765, Savonius Sigurd Johannes, "Wind rotor", dikeluarkan tanggal 24 Juni 1930 
6. Duval, George (24 Juli 2021). "What's the Difference Between Vertical and Horizontal Wind Turbines?". Semprius. Diakses tanggal 11 November 2021. 
7. "Improved Savonius wind turbine captures wind in the cities". ScienceDaily. 20 Mei 2016. Diakses tanggal 11 November 2021. 
8. "Increase in the Savonius rotors efficiency via a parametric investigation". ResearchGate. Diakses tanggal 2 Juni 2017. 

Pranala luar

• Build your own model Savonius wind turbine
• Windside Savonius Type Wind Turbines for use in Extreme Environments
• Forgen low power Savonius Type Wind Turbines for Marine Applications
• HelixWind Savonius Type Wind Turbine
• Savonius turbines for dynamic environments www.spinpower.org
• How to build a Savonius wind generator
• Notions of Wind Energy for the Complete Idiot