Respon Getaran Lateral dan Torsional Pada Poros Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) Savonius Tipe U

Transkripsi

1 Respon Getaran Lateral dan Torsional Pada Poros Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) Savonius Tipe U OLEH: HELMI QOSIM DOSEN PEMBIMBING IR. YERRI SUSATIO, MT DR. RIDHO HANTORO, ST, MT

2 Pendahuluan Krisis energi yang melanda dunia saat ini juga mempengaruhi Indonesia dan diperkirakan dunia akan beralih ke sumber energi alternatif. Penelitian mengenai energi angin melibatkan berbagai jenis model turbin. Jenis yang cocok untuk Indonesia adalah tipe turbin Savonius. Dalam mendesain turbin perlu memperhatikan banyak aspek, diantaranya vibrasi. Maka dari itu, analisa getaran sangat diperlukan dalam pemeliharaan dan performa turbin.

3 Permasalahan Bagaimana mendapatkan pemodelan matematika dari analisa getaran mekanik pada vertical axis wind turbine savonius? Bagaimana menentukan frekuensi natural dan respon getaran pada VAWT Savonius?

4 Tujuan Mendapatkan pemodelan matematika dari analisa getaran mekanik VAWT Savonius. Dapat menentukan frekuensi natural dan respon getaran pada VAWT Savonius.

5 Metodologi Penelitian

6 Hasil Simulasi dan Pembahasan

7 Model Fisis

8 Model Matematika Lateral mm 1 xx 1 + cc 1 + cc 2 xx 1 cc 2 xx 2 + kk 1 + kk 2 xx 1 kk 2 xx 2 = FF mm 2 xx 2 cc 2 xx 1 + cc 2 + cc 3 xx 2 kk 2 xx 1 + kk 2 + kk 3 xx 2 = FF mm 1 yy 1 + cc 1 + cc 2 yy 1 cc 2 yy 2 + kk 1 + kk 2 yy 1 kk 2 yy 2 = FF mm 2 yy 2 cc 2 yy 1 + cc 2 + cc 3 yy 2 kk 2 yy 1 + kk 2 + kk 3 yy 2 = FF Torsional II 1 θθ 1 + cc ttt + cc ttt θθ 1 cc ttt θθ 2 + kk ttt + kk ttt θθ 1 kk ttt θθ 2 = LL tt II 2 θθ 2 cc ttt θθ 1 + cc ttt + cc ttt θθ 2 kk ttt θθ 1 + kk ttt + kk ttt θθ 2 = LL tt

9 Frekuensi Natural Frekuensi Natural Pada Turbin Ujung Terikat ωω 1 = 6811 rrrrrr/ss ωω 2 = rrrrrr/ss ωω 3 = 5363 rrrrrr/ss ωω 4 = 165 rrrrrr/ss Frekuensi Natural Pada Turbin Ujung Bebas ωω 1 = 5309 rrrrrr/ss ωω 2 = rrrrrr/ss ωω 3 = 5364 rrrrrr/ss ωω 4 = 132 rrrrrr/ss

10 Respon Vibrasi (1) Pada Ujung Terikat Berdasarkan lampiran A simpangan tertinggi berada pada kecepatan angin 5 m/s. Untuk simpangan akibat gaya Fx pada massa 1 dan 2 adalah 3.42x10-7 m dan 1.55 x10-7 m. Simpangan akibat gaya Fy pada massa 1 dan 2 adalah x10-7 m dan x10-7 m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 2.49 x10-3 rad dan 1.10 x10-3 rad.

11 Respon Vibrasi (2) Pada Ujung Bebas Berdasarkan lampiran A simpangan tertinggi berada pada kecepatan angin 5 m/s. Untuk simpangan akibat gaya Fx pada massa 1 dan 2 adalah 5.49 x10-7 m dan 2.00 x10-7 m. Simpangan akibat gaya Fy pada massa 1 dan 2 adalah x10-7 m dan x10-7 m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 3.94 x10-3 rad dan 1.57 x10-3 rad.

12 Variasi Pada Kaki Pada Shaft

13 Variasi Pada Bagian Kaki Perubahan Sudut Perubahan Tinggi Perubahan Material Perubahan Bentuk Penampang

14 Pengaruh Terhadap Perubahan Sudut(1) Ujung Terikat Berdasarkan lampiran B untuk variasi sudut kaki simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung terikat dengan sudut kaki Untuk simpangan Perubahan akibat gaya sudut Fx pada 90 0 massa mempengaruhi 1 dan 2 adalah simpangan 2.93 x10ujung -7 m terikat dan 1.65 lateral x10-7 sebesar m. Simpangan -12% dan akibat -15%, gaya torsional Fy pada sebesar massa 1 dan -9% 2 dan adalah -22% untuk x10-7 massa m dan dan 2 x10-8 m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 2.27 x10-3 rad dan 8.60 x10-4 rad.

15 Pengaruh Terhadap Perubahan Sudut(2) Ujung Bebas Berdasarkan lampiran B untuk variasi sudut kaki simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung bebas dengan sudut kaki Untuk simpangan akibat Perubahan gaya Fx pada sudut massa mempengaruhi dan 2 adalah 4.98 simpangan x10-7 m dan ujung bebas 1.70 x10 lateral -7 m. sebesar Simpangan -10% akibat dan -17%, gaya Fy torsional pada massa sebesar 1 - dan 2 adalah 12% dan -30% x10-7 m untuk dan massa x10 1 dan -8 m. 2 Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 3.46 x10-3 rad dan 1.10 x10-3 rad.

16 Pengaruh Terhadap Perubahan Tinggi(1) Ujung Terikat Berdasarkan lampiran B untuk variasi tinggi kaki simpangan tertinggi pada kecepatan angin 5 m/s ujung terikat dengan tinggi 7m. Untuk simpangan Perubahan akibat gaya tinggi Fx pada 7m massa mempengaruhi 1 dan 2 adalah simpangan 8.00 x10ujung -7 m dan terikat 8.20 x10 lateral -7 m. sebesar Simpangan 135% akibat dan gaya 323%, Fy torsional pada massa sebesar 1 dan 2178% adalah dan % x10 untuk -7 m dan massa dan x m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 6.92 x10-3 rad dan 6.80 x10-3 rad.

17 Pengaruh Terhadap Perubahan Tinggi(2) Ujung Bebas Berdasarkan lampiran B untuk variasi tinggi kaki simpangan tertinggi pada kecepatan angin 5 m/s ujung bebas dengan tinggi 7m. Untuk simpangan Perubahan akibat gaya tinggi Fx pada 7m massa mempengaruhi 1 dan 2 adalah simpangan 2.05 x10ujung -6 m bebas dan 1.71 lateral x10-6 sebesar m. Simpangan 275% dan akibat 716%, gaya torsional Fy pada sebesar massa 1432% dan 2 dan adalah 1046% untuk x10-6 m massa dan dan x m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 2.10 x10-2 rad dan 1.80 x10-2 rad.

18 Pengaruh Terhadap Perubahan Material(1) Ujung Terikat Berdasarkan lampiran B untuk variasi jenis material kaki simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung terikat dengan material AISI Untuk simpangan Perubahan akibat material gaya Fx AISI pada 1045 massa mempengaruhi 1 dan 2 adalah simpangan 2.84 x10-7 m ujung dan 8.60 terikat x10lateral -8 m. Simpangan sebesar -16% akibat dan gaya -54%, torsional Fy pada massa sebesar 1 dan -24% 2 adalah dan -59% untuk x10-7 m massa dan dan 2 x10-8 m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 1.89 x10-3 rad dan 4.50 x10-4 rad.

19 Pengaruh Terhadap Perubahan Material(2) Ujung Bebas Berdasarkan lampiran B untuk variasi jenis material kaki simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung bebas dengan material AISI Untuk simpangan Perubahan akibat material gaya Fx AISI pada 1045 massa mempengaruhi 1 dan 2 adalah simpangan 4.35 x10-7 m ujung dan 1.00 bebas x10lateral -7 m. Simpangan sebesar -12% akibat dan gaya -17%, torsional Fy pada massa sebesar 1 dan -28% 2 adalah dan -60% untuk x10-7 m massa dan dan 2 x10-8 m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 2.83 x10-3 rad dan 6.00 x10-4 rad.

20 Pengaruh Terhadap Perubahan Bentuk Penampang(1) Ujung Terikat Berdasarkan lampiran B untuk variasi bentuk penampang kaki simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung terikat dengan bentuk segi enam. Untuk Perubahan simpangan penampang akibat gaya segi Fx enam pada mempengaruhi massa 1 dan 2 simpangan adalah 2.81 ujung x10-7 m terikat dan 8.60 lateral x10sebesar -8 m. Simpangan -17% dan -47%, torsional akibat gaya sebesar Fy pada -40% massa dan 1-100% dan 2 untuk adalah massa x101 dan -7 m 2. dan x10-8 m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 1.50 x10-3 rad dan 0.00 rad.

21 Pengaruh Terhadap Perubahan Bentuk Penampang(2) Ujung Bebas Berdasarkan lampiran B untuk variasi bentuk penampang kaki simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung bebas dengan bentuk segi enam. Untuk Perubahan simpangan penampang akibat gaya segi Fx enam pada mempengaruhi massa 1 dan 2 simpangan adalah 4.60 ujung x10-7 m bebas dan 1.14 lateral x10sebesar -7 m. Simpangan -16% dan akibat -42%, torsional gaya Fy pada sebesar massa -45% 1 dan 2-100% adalah untuk x10 massa -7 m 1 dan dan x10-8 m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 2.15 x10-3 rad dan 0.00 rad.

22 Variasi Pada Bagian Shaft Perubahan Tinggi Perubahan Material

23 Pengaruh Terhadap Perubahan Tinggi(1) Ujung Terikat Berdasarkan lampiran C untuk variasi tinggi shaft, simpangan tertinggi pada kecepatan angin 5 m/s ujung terikat dengan tinggi 2m. Untuk simpangan Perubahan akibat gaya tinggi Fx pada 2m massa mempengaruhi 1 dan 2 adalah simpangan 8.49 x10ujung -7 m terikat dan 1.58 lateral x10-7 sebesar m. Simpangan 152% dan akibat -16%, gaya torsional Fy pada sebesar massa 1 dan 163% 2 adalah dan -23% untuk x10-7 massa m dan dan x m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 6.55 x10-3 rad dan 8.40 x10-4 rad.

24 Pengaruh Terhadap Perubahan Tinggi(2) Ujung Bebas Berdasarkan lampiran C untuk variasi tinggi shaft, simpangan tertinggi pada kecepatan angin 5 m/s ujung bebas dengan tinggi 2m. Untuk simpangan Perubahan akibat gaya tinggi Fx pada 2m massa mempengaruhi 1 dan 2 adalah simpangan 2.52 x10ujung -6 m bebas dan 2.10 lateral x10sebesar -6 m. Simpangan 365% dan akibat 806%, gaya torsional Fy pada sebesar massa 1 dan 331% 2 adalah dan 15% untuk x10-6 massa m dan dan x m. Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 1.70 x10-2 rad dan 1.80 x10-3 rad.

25 Pengaruh Terhadap Perubahan Material(1) Ujung Terikat Berdasarkan lampiran C untuk variasi material dari shaft, simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung terikat dengan AISI Untuk simpangan akibat Perubahan gaya Fx pada material massa AISI 1 dan adalah mempengaruhi 2.34 x10-7 m simpangan dan 1.76 x10ujung -7 m. Simpangan terikat lateral akibat sebesar gaya Fy -31% pada dan -7%, massa torsional 1 dan sebesar 2 adalah -19% dan x10 12% -7 m untuk dan massa x101-7 dan m. 2 Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 2.02 x10-3 rad dan 1.24 x10-3 rad.

26 Pengaruh Terhadap Perubahan Material(2) Ujung Bebas Berdasarkan lampiran C untuk variasi material dari shaft, simpangan terbaik pada kecepatan angin 5 m/s ujung bebas dengan AISI Untuk simpangan akibat Perubahan gaya Fx pada material massa AISI 1 dan adalah mempengaruhi 3.12 x10-7 m simpangan dan 1.91 x10ujung -7 m. Simpangan bebas lateral akibat sebesar gaya -43% Fy pada dan -51%, massa torsional 1 dan sebesar 2 adalah -32% dan x10-3% -7 m untuk dan massa x101-7 dan m. 2 Simpangan tertinggi yaitu akibat dari gaya Lt pada massa 1 dan 2 adalah 2.69 x10-3 rad dan 1.52 x10-3 rad.

27 Kesimpulan Frekuensi yang didapatkan untuk variasi turbin ujung bebas dan terikat sangat jauh dari resonansi dan mampu untuk berputar tanpa mengalami kerusakan pada angin 5 m/s. Respon vibrasi pada ujung bebas lebih besar simpangannya dari ujung terikat. Besarnya simpangan paling besar pada gaya putar atau Lt dengan kecepatan 5 m/s untuk ujung bebas sebesar 3.94E-03 rad dan untuk ujung terikat sebesar 2.49E- 03 rad. Pengaruh variasi pada kaki dan shaft mempengaruhi respon vibrasi pada turbin. Terutama dalam hal variasi tinggi pada kaki dan shaft memiliki simpangan paling tinggi. Untuk kaki simpangan tertinggi berada pada tinggi 7m dengan kecepatan 5 m/s pengaruh gaya putar Lt sebesar 2.10E-02 rad dan pada variasi shaft dengan tinggi 2m ujung bebas dengan kecepatan 5 m/s pengaruh gaya putar Lt sebesar 1.70E-02 rad.

28 TERIMA KASIH

29 Pembahasan