Studi Numerik Defleksi Dan Distribusi Tegangan Pada Spar Dengan Struktur I-Beams Yang Terbuat Dari Material Komposit - Aplikasi Pada Sudu Turbin Angin Avatar

Madsurah, Bilqis Nabilah (2022) Studi Numerik Defleksi Dan Distribusi Tegangan Pada Spar Dengan Struktur I-Beams Yang Terbuat Dari Material Komposit - Aplikasi Pada Sudu Turbin Angin Avatar. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img] Text
02111640000186-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 1 April 2024.

Download (1MB) | Request a copy

Abstract

Energi angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang paling banyak digunakan. Pengaplikasian energi ini dapat digunakan pada turbin angin yang menkonversi energi kinetik dari sudu turbin angin menjadi listrik. Dalam pembuatan sudu turbin angin ini harus diperhatikan pemilihan material yang digunakan. Sudu turbin angin harus memiliki kekuatan spesifik yang tinggi (strength to weight ratio) dengan berat yang ringan. Oleh karena itu, pada penelitian ini spar dalam sudu turbin angin akan dimodelkan menggunakan material komposit carbon reinforced polymer dan glass fiber reinforced polymer. Respon defleksi dan tegangan pada spar sudu turbin angin akan dianalisis lanjut pada material tersebut. Pada penelitian ini akan dianalisa defleksi dan distribusi tegangan pada sudu turbin angin menggunakan tiga material komposit. Untuk memudahkan simulasi, spar pada sudu turbin angin dimodelkan menjadi cantilever I beam. Dimensi sudu akan menyesuaikan dengan turbin angin riset AVATAR (Advanced Aerodynamic Tools of large Rotors) dan refrensi INNWIND.EU dengan lebar pada flange dan web dibuat menjadi konstan. Penelitian dilakukan dengan pendekatan numerik finite element analysis menggunakan aplikasi ABAQUS CAE 2017. Sebelumnya akan dilakukan validasi model simulasi menggunakan penelitian terdahulu. Lalu, akan dilakukan simulasi defleksi dan distribusi tengangan menggunakan 3 material berbeda, yaitu S-glass 913 epoxy, TC35/epoxy, dan M55/epoxy dengan distribusi serat diangap merata dan unidirectional. Dilakukan simulasi sudu turbin angin dengan dimensi AVATAR menggunakan material M55/Epoksi, TC35/Epoksi, dan S-glass/Epoksi yang secara berurutan memiliki nilai defleksi sebesar 1.77 m, 4.28 m, dan 10.69 m. Nilai dari defleksi ini dipengarui oleh modulus elastisitas E1 yang dapat menahan deformasi elastis. Material dengan nilai tegangan tertinggi secara berurutan yaitu M55/Epoksi, TC35/Epoksi, dan S-glass/Epoksi. Daerah yang memiliki tegangan paling tinggi pada spar caps terletak di bagian root yang menjadi penopang gaya pembebanan. Sedangkan pada shear web, tegangan maksimum terletak pada bagian atas dan bawah yang mengalami kontak langsung dengan spar caps. Ketiga daerah ini harus diperhatikan lebih lanjut dikarenakan daerah dengan tegangan maksimum memiliki kemungkinan terjadinya failure pada sudu turbin angin. ================================================================================================== Wind energy is one of the most widely used renewable energy sources. The application of this energy can be used in wind turbines which convert the kinetic energy of the wind turbine blades into electricity. In the manufacture of wind turbine blades, the selection of materials used must be considered. Wind turbine blades must have a high specific strength (strength to weight ratio) with a light weight. Therefore, in this study, the spar in the wind turbine blades will be modeled using composite materials of carbon reinforced polymer and glass fiber reinforced polymer. The deflection and stress response of the wind turbine blade spar will be analyzed further on this material. In this research, the the deflection and stress distribution of wind turbine with three different materials will be analyzed. To simplify the simulation, the spar on the wind turbine blade is modeled into a cantilever I beam. The dimension of the blade will using from AVATAR (Advanced Aerodynamic Tools of large Rotors) research and the INNWIND.EU reference with the width of the flange and web kept constant. The research was performed with numerical approach to finite element analysis using the ABAQUS CAE 2017 application. Before starting the simulation, the model validation was carried out using previous research. Then, a simulation of the deflection and stress distribution can be performed using 3 different materials, namely M55/epoxy, TC35/epoxy, and S-glass/epoxy with fiber distribution considered to be even and unidirectional. Simulation of wind turbine blades with AVATAR dimensions was performed using M55/Epoxy, TC35/Epoxy, and S-glass/Epoxy materials which respectively had deflection values of 1.77 m, 4.28 m, and 10.69 m. The value of this deflection is influenced by the elastic modulus E1 which can withstand elastic deformation. The materials with the highest stress values sequentially are Sglass/Epoxy, TC35/Epoxy, and M55/Epoxy. The part that has the highest stress on the spar caps is located at the root where supports the loading force. While in the shear web, the maximum stress is located at the top and bottom where is in direct contact with the spar caps. This part must be considered further because the area with maximum stress has the possibility of failure

Item Type: Thesis (Undergraduate)
Uncontrolled Keywords: turbin Angin, sudu, komposit, defleksi, tegangan, cantilever I beam, Wind Turbine, Blades, Composite, Deflection, Stress
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: Bilqis Nabilah Madsurah
Date Deposited: 25 Feb 2022 00:43
Last Modified: 25 Feb 2022 00:43
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/94756

Actions (login required)

View Item View Item