Analisa Statik Dan Modal Beserta Usulan Improvement Bilah Turbin Angin 100 KW P3TEBTKE Menggunakan Metode Elemen Hingga

Indratmoko, Kelvin Pratama (2022) Analisa Statik Dan Modal Beserta Usulan Improvement Bilah Turbin Angin 100 KW P3TEBTKE Menggunakan Metode Elemen Hingga. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111840000085-Undergraduate Thesis.pdf Download (8MB)

Abstract

Puslitbang Ketenagalistrikan, Energi Baru Terbarukan, dan Konservasi Energi (P3KEBTKE) Kementerian ESDM telah melakukan pengembangan prototipe turbin angin berkapasitas 100 KW sebagai sarana penelitian yang telah selesai diproduksi dan terpasang di Desa Tamanjaya yang instalasinya telah selesai pada tahun 2012 dengan bilah turbin yang panjangnya kurang lebih 12 meter. Namun pada tahun 2016, bilah turbin angin tersebut patah dengan penyebab yang belum diketahui. Pada tahun 2021, sebuah tim dari PT. Lentera Bumi Nusantara telah melakukan kunjungan ke site PLT-Angin Tamanjaya, Sukabumi untuk melakukan inspeksi langsung pada bilah turbin angin 100 KW ini. Kegagalan bilah turbin terjadi pada daerah transisi bilah pertama dan ujung bilah ketiga. Penelitian ini melakukan analisa kegagalan secara mekanik pada bilah turbin angin P3TKEBTKE menggunakan metode simulasi fluid structure interaction dan simulasi modal menggunakan software ANSYS untuk mengetahui potensi kegagalan pada beban operasional maksimum dan resonansi oleh angin akibat fenomena vortex shedding. Spesifikasi bilah turbin angin dimodelkan ulang menggunakan data dari jurnal P3TKEBTKE yang telah dipublikasikan sebelumnya dan dilengkapi dengan hasil inspeksi dari studi lapangan. Setelah penyebab kegagalan ditemukan, dilakukan improvement pada bilah dengan metode Multi-Objective Genetic Algorithm menggunakan variabel orientasi, tipe RVE, dan ketebalan dari komposit beserta distribusinya. Model geometri bilah juga dilakukan linearisasi sebagai pembanding untuk meminimalisir konsentrasi tegangan yang juga merupakan lokasi kegagalan dari bilah. Material yang digunakan sebagai variabel adalah E-Glass/Epoxy dengan konfigurasi Unidirectional (±35◦, ±45◦, dan ±55◦) dan Plain Woven (0◦, 35◦, 45◦, dan 55). Berdasarkan analisa kegagalan yang telah dilakukan, didapat bahwa penyebab kegagalan bilah turbin angin P3TKEBTKE apabila ditinjau secara mekanik disebabkan akibat kegagalan statik yang terjadi pada daerah transisi bilah dengan faktor kegagalan Tsai-Wu sebesar 1.2119 dengan letak yang sesuai dengan letak retakan aktual pada bilah turbin angin. Desain improvement terbaik dicapai pada bilah turbin angin yang terlinearisasi dengan susunan komposit E-Glass/Epoxy pada sisi pressure adalah 35◦(Plain Woven) pada 0-11.4 m dengan jumlah 15 lamina, lalu tumpukan kedua adalah ±55◦(Unidirectional) pada 0-7.6 m dengan jumlah 11 lamina, dan tumpukan terakhir 0◦(Plain Woven) pada 0-3.8 m dengan jumlah 10 lamina dan pada sisi suction adalah ±35◦(Unidirectional) pada 0-11.4 m dengan jumlah 13 lamina, lalu tumpukan kedua adalah 0◦(Plain Woven) pada 0-7.6 m dengan jumlah 4 lamina, dan tumpukan terakhir 0◦(Plain Woven) pada 0-3.8 m dengan jumlah 11 lamina. Hasil simulasi menunjukkan bahwa bilah turbin angin hasil improvement memiliki maximum flapwise deflection sebesar 280.4 mm, frekuensi natural pertama sebesar 2.61 Hz, dan nilai safety factor 3.316 namun dengan peningkatan massa sebesar 4.04% dan pengurangan rated power sebesar 8.82%.
==================================================================================================================================
Research Center for Electricity, Renewable Energy, and Energy Conservation (P3KEBTTKE) of The Ministry of Energy and Mineral Resources has developed a 100 KW wind turbine prototype as a research facility that has been completed and installed in Tamanjaya Village, which has been completed in 2012 with a turbine blade that is have a radius more or less 12 meters. But in 2016, the wind turbine blade was failed with unknown causes. In 2021, a team from PT. Lentera Bumi Nusantara has visited the PLT-Angin Tamanjaya, Sukabumi site to conduct direct inspection on this 100 KW wind turbine blade. Failure of the turbine blades occurs in the first and third blade at transition region. This study analyzed the cause of mechanical failure of P3TKEBTKE wind turbine blade using the Fluid Structure Interaction and Modal simulation with ANSYS software to determine the potential failure from maximum operational load and wind resonance due to vortex shedding phenomena. The specifications of the wind turbine blades are remodeled using data from the P3TKEBTKE journal that have been published previously and inspection results from field studies. After the cause of failure is found, an improvement is carried out on the blade with the Multi-Objective Genetic Algorithm method with variables using the orientation, the RVE type, the thickness of the composite, and its distribution. The geometry model of the blade is also linearized as a comparison to minimize the stress concentration which is also the failure location of the blade. The material used as a variable is E-Glass/Epoxy with Unidirectional (± 35◦, ± 45◦, and ± 55◦) and Plain Woven (0◦, 35◦, 45◦, and 55◦) configuration. Based on the failure analysis that has been done, it is found that the cause of failure of the P3TKEBTKE wind turbine blades when reviewed mechanically is caused by static failures that occur with the Tsai-Wu failure factor of 1,2119 which corresponds the location of the actual cracks in the wind turbine blades. The best improvement design is achieved on the wind turbine blades that are lined with the composite composite arrangement on the pressure side is 35◦ (Plain Woven) at 0-11.4 m with the amount of 15 lamina, then the second pile is ±55◦(Unidirectional) at 0-7.6 m with the number of 11 lamina, and the last pile is 0◦(Plain Woven) at 0-3.8 m with the number of 10 lamina and on the suction side is ±35◦(Unidirectional) at 0-11.4 m with the amount of 13 lamina, then the second pile is 0◦ (Plain Woven) at 0-7.6 m with a total of 4 lamina, and the last pile is 0◦(Plain Woven) at 0-3.8 m with the number of 11 lamina. The simulation results show that the improved wind turbine blades have the first natural frequency of 2.61 Hz, and safety factor of 3.361 but with compromises of mass increase of 4.04% and reduction in rated power of 8.82%.

Item Type:	Thesis (Other)
Additional Information:	RSM 621.406 Ind a-1 2022
Uncontrolled Keywords:	Bilah Turbin Angin, Analisa Kegagalan, Improvement, FSI, Wind Turbine Blade, Failure Analysis, Improvement
Subjects:	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:	Mr. Marsudiyana -
Date Deposited:	21 Feb 2025 00:44
Last Modified:	21 Feb 2025 00:44
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118831

Actions (login required)

View Item