Analisis Pengaruh Arah Orientasi Serat terhadap Defleksi dan Tegangan pada Laminated Composite Box-Beam – Studi Kasus Riset AVATAR - Angga Fernando Putra; Putu Suwarta; Galih Bangga (Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat (DRPM), ITS, 2022)
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. 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. 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. 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 risiko kegagalan pada sudu turbin angin.