Analisa Kekuatan dan Respos Vibrasi pada Bilah Turbin Angin Tipe NREL 5MW

Pradana, Ardhinofa Ghaniy (2026) Analisa Kekuatan dan Respos Vibrasi pada Bilah Turbin Angin Tipe NREL 5MW. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201180_Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Penggunaan tenaga angin pada skala kecil semakin bertambah populer seiring dengan bertambahnya perhatian yang tertuju pada pemanfaatan energi terbarukan dan kepada produksi energi terdistribusi untuk konsumsi perorangan. Instalasi perangkat energi terbarukan sangat menarik perhatian, baik dalam aplikasi mandiri maupun terintegrasi dengan sumber daya terbarukan lainnya seperti tenaga surya photovoltaic atau energi panas bumi, dalam konteks jaringan pintar dan kota pintar. Turbin angin merupakan salah satu metode yang paling efisien dalam mengkonversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Salah satu contoh adalah PLTB (Pembangkit Tenaga Listrik Bayu) di daerah Nusa Penida, Bali yang menghasilkan daya listrik rata-rata sebesar 135.000 kWh per tahun menggunakan turbin angin horizontal tipe NREL 5MW. Walaupun menjadi pionir energi terbarukan, bilah turbin angin cenderung mengalami kerusakan akibat gaya eksitasi dari angin, maupun dari gaya sentrifugal dan gravitasi dari massa bilah turbin angin itu sendiri. Metode optimasi turbin angin telah dikembangkan oleh insinyur untuk mengantisipasi kerusakan yang terjadi pada turbin angin. Optimasi turbin angin didasari oleh factor dimensi, arah angin, dan frekuensi natural dari bilah. Penelitian ini menggunakan bilah turbin angin tipe NREL 5MW. Untuk uji eksperimen, simulasi menggunakan software ANSYS 2024 R2. Langkah pertama yang dilakukan adalah desain geometri menggunakan ANSYS Workbench 2024 R2. Setelah desain selesai, lakukan element mesh pada desain bilah turbin angin. Material yang digunakan pada bilah turbin, yaitu Epoxy E-Glass UD dan Epoxy S-Glass UD. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui output dari bilah turbin pada saat dilakukan uji eksperimen. Output tersebut terdiri dari analisis struktur statis, analisis modal dan respons dinamis. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode elemen hingga dengan menggunakan software ANSYS. Simulasi ini akan diimplementasikan pada turbin angin tipe NREL 5MW. Hasil penelitian ini diharapkan menentukan desain bilah turbin angin sumbu horizontal yang optimal dengan menyesuaikan kondisi wilayah tertentu. Implementasi desain ini mendukung pengembangan bilah turbin angin yang mampu beroperasi pada berbagai kebutuhan lapangan seperti area pembangkit energi terbarukan skala besar maupun skala rumah tangga. Hasil simulasi menunjukkan bahwa desain bilah Hollow dengan penguat Spar berbahan Epoxy S-Glass merupakan variasi paling optimal. Desain ini menghasilkan frekuensi natural fundamental sebesar 0.563 Hz, meningkat 19.8% dibandingkan desain Rigid (0.470 Hz), yang secara efektif menjauhkan struktur dari risiko resonansi putaran rendah. Dari segi kekuatan statis, meskipun terjadi peningkatan deformasi maksimum menjadi 1.87 m dan tegangan Von-Mises menjadi 69.93 MPa, struktur dinyatakan aman karena masih berada dalam batas toleransi material. Penelitian ini menyimpulkan bahwa penggunaan struktur berongga dengan material S-Glass memberikan keseimbangan terbaik antara efisiensi bobot, kekakuan statis, dan stabilitas dinamis.
=======================================================================================================================================
Small-scale wind power is gaining popularity as attention is focused on renewable energy utilization and distributed energy production for personal consumption. Renewable energy device installations are attracting significant attention, both in standalone applications and integrated with other renewable resources such as solar photovoltaic or geothermal energy, within the context of smart grids and smart cities. Wind turbines are one of the most efficient methods for converting kinetic energy into mechanical energy. One example is the Wind Power Plant (PLTB) in Nusa Penida, Bali, which generates an average of 135,000 kWh of electricity per year using a 5MW NREL horizontal wind turbine. Despite being a pioneer in renewable energy, wind turbines are prone to damage due to wind excitation forces and centrifugal forces. Engineers have developed wind turbine optimization methods to anticipate damage to wind turbines. Wind turbine optimization is based on factors such as dimensions, wind direction, and the natural frequency of the blades. This study used 5MW NREL wind turbine blades. For the experimental tests, simulations were conducted using ANSYS 2024 R2 software. The first step was geometric design using ANSYS Workbench 2024 R2. Once the design was complete, mesh elements were generated for the wind turbine blade design. The materials used for the turbine blades were Epoxy E-Glass UD and Epoxy S-Glass UD. The purpose of this study was to determine the output of the turbine blades during the experimental tests. The output consisted of static structural analysis, modal analysis, and dynamic response. The method used in this study was the finite element method using ANSYS software. This simulation will be implemented on a 5MW NREL wind turbine. The results of this study are expected to determine the optimal horizontal-axis wind turbine blade design, adapting to specific regional conditions. Implementation of this design supports the development of wind turbine blades capable of operating in various field settings, such as large-scale renewable energy generation areas and household scale. The simulation results show that the Hollow blade design with Spar reinforcement made of Epoxy S-Glass is the most optimal variation. This design produces a fundamental natural frequency of 0.563 Hz, an increase of 19.8% compared to the Rigid design (0.470 Hz), which effectively keeps the structure away from the risk of low rotation resonance. In terms of static strength, although there is an increase in maximum deformation to 1.87 m and Von-Mises stress to 69.93 MPa, the structure is declared safe because it is still within the material tolerance limit. This study concludes that the use of a hollow structure with SGlass material provides the best balance between weight efficiency, static stiffness, and dynamic stability.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Deformasi, Frekuensi Natural, Turbin Angin, Deformation, Natural Frequency, Wind Turbine
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC151 Fluid dynamics
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Ardhinofa Ghaniy Pradana
Date Deposited:	26 Mar 2026 07:47
Last Modified:	26 Mar 2026 07:47
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/132744

Actions (login required)

View Item