Pemodelan Kekuatan Bilah Turbin Angin Horisontal Multimaterial

Abstract

Pada penelitian ini, bilah turbin multimaterial yang akan dibuat adalah bilah tipe sumbu horisontal (HAWT). Bilah ini dibuat dengan menggunakan material batang Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP), Expandable Polystyrene (EPS) dan lembaran vinil (vynil sheet). Bagian inti bilah dibuat dari EPS yang disisipi dengan 2 batang CFRP berpenampang lingkaran berdiameter 2 mm. Bagian permukaan bilah dilapisi dengan lembaran vinil. Gaya aerodinamika yang digunakan sebagai data masukan FEA diperoleh dari hasil perhitungan pada kecepatan angin maksimum 7 m/s dengan kecepatan putar rotor 650 rpm. Gaya aerodinamika tersebut merupakan hasil analisa dengan menggunakan Blade Element-Moementum Theory (BEMT) pada penelitian yang terpisah. Hasil simulasi FEA menunjukkan bahwa tegangan Von Mises maksimum sebesar 473,3 MPa terjadi pada bagian CFRP, tepatnya pada batang CFRP yang terletak pada titik pusat penampang airfoil bilah (CFRP-A). Oleh karena itu, dilakukanlah perbaikan desain dengan cara mengubah dimensi penampang CFRP yang menerima tegangan maksimum (CFRP-A) dari diameter 2 mm menjadi 3 mm. Dengan penambahan ukuran diameter batang CFRP, diharapkan tegangan Von Mises maksimum akan mengalami penurunan. Hal tersebut terbukti, hasil simulasi bilah dengan diameter CFRP-A 3 mm menghasilkan tegangan Von Mises maksimum yang lebih kecil dari bilah dengan CFRP-A 2 mm, yakni 60,45 MPa. Faktor keamanan minimum dari bilah pun berubah dari semula 0,63 menjadi 4,96, diikuti dengan pengurangan harga defleksi total dari 6,42 mm menjadi sekitar 1,6 mm.