Analisis Pengaruh Arah Orientasi Serat Terhadap Defleksi Dan Tegangan Pada Laminated Composite Box-Beam - Studi Kasus Riset AVATAR

Putra, Angga Fernando (2022) Analisis Pengaruh Arah Orientasi Serat Terhadap Defleksi Dan Tegangan Pada Laminated Composite Box-Beam - Studi Kasus Riset AVATAR. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111640000170-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2024. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Energi angin menjadi salah satu energi yang menjanjikan sebagai energi alternatif yang ramah lingkungan. Guna meningkatkan efisiensi dari turbin angin, berbagai upaya sudah dilakukan, baik dalam riset maupun implementasi. Salah satu upaya peningkatan efisiensi turbin angin adalah dengan meningkatkan ukuran dari turbin angin, terutama pada bagian sudu turbin. Namun permasalahannya adalah turbin angin yang lebih besar cenderung lebih sering mengalami kegagalan dan membutuhkan perawatan yang lebih dibanding turbin angin yang kecil. Hal ini dikarenakan blade yang digunakan lebih berat dan menerima beban yang lebih besar. Berat dari blade menjadi tantangan dari segi struktural turbin angin dan bertambahnya panjang blade membuatnya menjadi lebih fleksibel, yang mana dapat menyebabkan vibrasi. Bila vibrasi ini tidak dikontrol, hal ini dapat mempengaruhi performa turbin angin dan dapat merusak blade dan komponen lainnya seperti gearbox dan generator. Oleh karena itu, diperlukan riset lebih banyak terhadap desain turbin angin yang handal dan efisien untuk memaksimalkan pemanfaatan energi yang dari angin tersebut.
Pada penelitian ini, dilakukan studi terhadap pengaruh tiga material yang berbeda sebagai material pilihan untuk penggunaan struktur spar pada sudu turbin angin, yaitu material S-Glass/Epoksi, TC35/Epoksi, dan M55/Epoksi. Dilakukan juga studi terhadap pengaruh arah orientasi ply terhadap besar defleksi dan tegangan yang bekerja pada struktur. Pada kasus ini, spar turbin angin dimodelkan sebagai laminated composite box-beam yang menerima pembebanan seperti cantilever beam. Permodelan matematika dirancang guna mendapatkan nilai defleksi dan distribusi tegangan pada spar tersebut, yang mana pemberian pembebanan digunakan data yang diperolah dari hasil riset AVATAR. Untuk memastikan model matematika yang dirancang sudah benar, dilakukan proses validasi terlebih dahulu menggunakan penelitian terdahulu sebagai acuan pembanding hasil. Setelah proses validasi selesai, dilanjutkan perhitungan dengan menggunakan properti dari tiga material tersebut. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan metode pendukung dalam melakukan perhitungan awal pada proses desain spar turbin angin yang menggunakan box spar.
Didapatkan hasil validasi dengan perbedaan terbesar sebesar 1.26%, sehingga permodelan matematis yang sudah dirancang layak untuk digunakan pada kasus riset AVATAR. Nilai defleksi terbesar dimiliki oleh material S-Glass/Epoxy sebesar 10.057 m, lalu diikuti oleh TC35/Epoxy sebesar 4.021 m, dan defleksi terkecil pada M55/Epoxy sebesar 1.641 m. Nilai distribusi tegangan maksimum terbesar dimiliki oleh S-Glass/Epoxy dan yang terkecil adalah M55/Epoxy. Walaupun nilai defleksi pada ketiga material tersebut berbeda cukup besar, tegangan maksimum yang bekerja pada ketiga material tersebut tidak berbeda jauh. Ini disebabkan oleh adanya perbedaan sifat mekanik elastisitas E1 diantara ketiga material tersebut. Seperti pada M55/Epoxy, dengan defleksi yang kecil akan menghasilkan regangan yang kecil, namun dengan nilai E1 yang besar, tegangan yang dihasilkan menjadi besar. Adapun pengaruh perubahan arah orientasi ply pada defleksi dan distribusi tegangan maksimum adalah berbanding lurus. Dimana semakin besar arah sudut yang diberikan, maka nilai defleksi semakin besar. Dengan semakin besarnya defleksi yang timbul, regangan pada material pun membesar, sehingga tegangan maksimum yang dihasilkan juga turut membesar. Hal tersebut dapat menurunkan efisiensi dari turbin angin dan meningkatkan resiko kegagalan pada sudu turbin angin.
===================================================================================================
Wind energy is one of the promising source as an environmentally friendly alternative energy. In order to increase the efficiency of wind turbines, various efforts have been made, both in research and implementation. One of the efforts is to increase the size of the wind turbine, especially on the turbine blades. However, the problem is that larger wind turbines tend to fail more often and require more maintenance than smaller wind turbines. This is because the blade used is heavier and receives a greater load. The weight of the blade poses a structural challenge to the wind turbine and increasing blade length makes it more flexible, which can cause vibration. If these vibrations are not controlled, they can affect the performance of the wind turbine and can damage the blades and other components such as the gearbox and generator. Therefore, more research is needed on reliable and efficient wind turbine designs to maximize the utilization of energy from the wind.
In this research, a study was conducted on the effect of three different materials as the material of choice for spar structures on wind turbine blades, namely S-Glass/Epoxy, TC35/Epoxy, and M55/Epoxy. This research also study the effect of ply orientation on deflection and stress acting on the structure. The wind turbine spar is modelled as a laminated composite box-beam that receives a load like a cantilever beam. Mathematical modelling is designed to obtain the value of the deflection and distribution of stress on the spar, in which the load used are obtained from the AVATAR research. To ensure that the mathematical model designed is correct, a validation process is carried out first using previous research as a reference for comparing results. After the validation process is complete, the calculation continues using the properties of the three materials. This research is expected to provide a supporting method in carrying out initial calculations on the wind turbine spar design process modelled after a box spar.
The validation results provide the highest difference value of 1.26% which indicates the results of the mathematical modelling and in the previous calculations are in good agreement. The largest deflection value is S-Glass/Epoxy material of 10,057 m, followed by TC35/Epoxy of 4,021 m, and the smallest deflection on M55/Epoxy of 1,641 m. The largest maximum stress distribution value is S-Glass/Epoxy and the smallest is M55/Epoxy. Although the deflection values for the three materials are quite different, the maximum stress acting on the three materials is not much different. This is due to the difference in the mechanical properties of E1 elasticity between the three materials. As in M55/Epoxy, a small deflection will produce a small strain, but with a large E1 value, the resulting stress will be large. As for the effect of ply orientation on the deflection and the maximum stress is directly proportional. Where the greater the direction of the given angle, the greater the deflection value. As the deflection increases, the strain on the material also increases, so that the maximum stress produced also increases. This can reduce the efficiency of the wind turbine and increase the risk of failure on the blade.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	defleksi, distribusi tegangan, laminated composite box-beam, spar, sudu turbin angin, deflection, stress distribution, laminated composite box-beam, spar, wind turbine blade
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA418.9 Composite materials. Laminated materials. T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ828 Wind turbines
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Angga Fernando Putra
Date Deposited:	25 Feb 2022 02:05
Last Modified:	01 Nov 2022 04:33
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/94760

Actions (login required)

View Item