Perpustakaan Digital ITB

Dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan energi baru terbarukan terus meningkat. Salah satu jenis energi dengan peningkatan paling tinggi saat ini adalah energi angin. Peningkatan penggunaan energi angin mendorong pengembangan teknologi turbin angin. Turbin angin yang saat ini banyak digunakan adalah horizontal axis wind turbine (HAWT) yang memiliki 3 bilah. Pengembangan teknologi turbin angin mengarah pada meningkatnya diameter turbin angin hingga di atas 100 m. Peningkatan ukuran turbin angin memunculkan banyak tantangan dalam proses desain turbin. Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi performa dan biaya produksi turbin angin adalah membuat bilah turbin dengan berat seringan mungkin. Hasilnya bilah turbin memiliki bentuk pipih dan fleksibel sehingga masalah yang berhubungan dengan aeroelastik tidak dapat dihindari. Aeroelastik berhubungan dengan interaksi antara struktur dengan fluida di sekitarnya, yang disebut FSI. Perhitungan FSI melibatkan perhitungan fluida dan perhitungan struktur, keduanya dihubungkan baik dengan coupling one-way maupun two-way. Dalam tesis ini, perhitungan fluida menggunakan metode Blade Element Momentum (BEM), sementara perhitungan struktur menggunakan metode Finite Element Method (FEM), dengan jenis coupling two-way. BEM menghitung gaya aerodinamika sepanjang span bilah dengan membaginya ke dalam beberapa station sepanjang span. Pada tiap station ditentukan jenis airfoil, panjang chord, dan sudut twist. Koefisien gaya angkat (lift) dan gaya hambat (drag) didapat dari data dua dimensi airfoil, penyelesaian perhitungan dilakukan secara iteratif. Perhitungan dari BEM menghasilkan load yang menjadi input dalam perhitungan struktur. Defleksi struktur akibat load kemudian dihitung, perubahan distribusi twist sepanjang span kemudian ditransfer kembali untuk menjadi input pada perhitungan BEM. Simulasi dilakukan dengan menggunakan turbin NREL 5-MW sebagai studi kasus pada kondisi kecepatan rated speed. Hasil simulasi menunjukkan perhitungan FSI mencapai konvergensi setelah 3 putaran rotor. Pada kondisi konvergen, rata-rata power memiliki nilai yang kebih kecil sebesar 3% dibandingkan perhitungan BEM saja. Defleksi bilah pada tiap posisi azimuth dapat dihitung, defleksi bilah berosilasi dengan pengulangan tiap 360o. Defleksi maksimum terjadi di arah flapwise sebesar 4.3 m, sehingga bilah aman dari resiko tabrakan dengan tower.