METODE PENELITIAN
3.3 Tahapan Penelitian
3.4.3 Pemodelan 3D Dan Simulasi Bilah Inverse Taper
Tahap selanjutnya adalah membuat pemodelan 3D dan simulasi bilah inverse taper menggunakan perangkat lunak Qblade dengan tujuan untuk mengetahui performa bilah yang dirancang. Langkah-langkah pemodelan 3D dan simulasi adalah sebagai berikut:
1. Merancang bilah sesuai geometri yang sudah ditentukan. Perancangan diawali dengan memilih tipe ekstrapolasi montgomerie pada modul polar extrapolation to 360 yang akan menampilkan grafik sudut agar dapat dilakukan simulasi.
Kemudian, geometri yang terdiri atas jumlah bilah, innermost station, jari-jari parsial, lebar chord, twist, jenis airfoil, dan polarnya diinput pada HAWT Rotor blade design. Setelah itu, dilakukan simulasi hingga diperoleh hasil desain bilah seperti gambar 3.4.
Gambar 3.4 Input geometri bilah
42
Gambar 3.5 Hasil desain 3D bilah pada Qblade
2. Melakukan simulasi rotor pada modul rotor BEM simulation untuk mengetahui performa dari bilah yang dirancang. Performa yang dihasilkan terdiri atas kurva koefisien power terhadap rpm, kurva power terhadap rpm, kurva torsi terhadap rpm, dan kurva thrust terhadap rpm.
Gambar 3.6 Simulasi performa bilah pada Qblade
43
3. Melakukan simulasi dengan variasi kecepatan untuk mendapatkan data nilai pembebanan maksimal sebagai data input pada simulasi kekuatan struktur.
Nilai pembebanan kemudian dianalisa dari kurva thrust terhadap kecepatan putar seperti gambar 3.7, lalu nilai tersebut dibagi dengan jumlah bilah sebanyak tiga. Karena pemodelan bilah yang dirancang pada SolidWorks untuk simulasi kekuatan struktur hanya satu model bilah. Sehingga diperoleh nilai pembebanan pada tabel 3.6.
Gambar 3.7 Kurva thrust terhadap kecepatan putar untuk nilai pembebanan Tabel 3.5 Variasi pembebanan
Jumlah Beban Beban (N) Beban 1 53,613 Beban 2 271,20 Beban 3 356,936
4. Menentukan koordinat bilah untuk pemodelan 3D terbaik pada perangkat lunak SolidWorks 2018. Data koordinat dapat diperoleh dengan melakukan ekspor
1072,53
0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00 3500,00 4000,00
Thrust(N)
Kecepatan putar (Rpm)
Thrust Terhadap Kecepatan Putar
Beban 3 Beban 1 Beban 2
44
pada tool airfoil design, kemudian data tersebut disimpan dalam format *dat atau *txt. Pada perangkat lunak Microsoft Excel, dibuat 3 kolom yang terdiri atas kolom x, y, dan z untuk setiap elemen bilah mulai dari elemen 0 hingga 10.
Salin data koordinat pada kolom terpisah kemudian lakukan perkalian dengan 100. Hasil perkalian tersebut kemudian diinput pada kolom x dan y untuk semua elemen. Untuk kolom z pada elemen ke-0 diisi dengan angka 0 dan untuk kolom z pada elemen ke-1 hingga elemen ke-10 dapat diperoleh dengan menghitung selisih nilai jari-jari parsial pada setiap elemen dengan nilai jari-jari parsial pada elemen ke-0.
Gambar 3.8 Perancangan koordinat bilah
5. Salin hasil perhitungan koordinat tiap elemen pada perangkat lunak notepad dan simpan dalam format *dat atau txt.
45 3.4.4 Perancangan 3D Bilah Inverse Taper
Perancangan bilah terbaik dalam bentuk 3D dilakukan dengan menggunakan data koordinat yang sudah ditentukan sebelumnya. Perancangan bilah inverse taper dilakukan menggunakan software SolidWorks 2018 dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Membuka perangkat lunak SolidWorks 2018 dan mempersiapkan lembar kerja pemodelan. Lembar kerja yang digunakan adalah template part dan satuan yang digunakan ialah MMGS (millimeter, gram, second).
Gambar 3.9 Lembar kerja pemodelan
2. Melakukan input koordinat bilah. Koordinat setiap elemen diinput pada curve through xyz points yang terletak pada menu insert hingga terbentuk 11 curve.
46
Gambar 3.10 Input koordinat bilah
3. Membuat plane untuk pemodelan bilah 3D. Plane dibuat pada bagian reference geometry yang terletak pada menu features.
Gambar 3.11 Plane bilah
4. Melakukan move, scale, dan rotate pada plane. Proses tersebut dilakukan pada move entities yang terletak pada menu sketch. Move dilakukan untuk
Plane
47
memindahkan objek sejauh 25 mm pada arah –x dari titik originnya. Scale dan rotate dilakukan untuk memperbesar dan merotasi objek. Nilai yang diinput untuk scale dan rotate adalah nilai scale dan twist optimum yang sudah diperoleh pada perhitungan geometri pada tabel 3.5. Kemudian, membuat garis pada ujung trailing edge objek agar pemodelan 3D berjalan baik.
Gambar 3.12 Move, rotate, scale, dan garis trailing edge
5. Membuat persegi untuk bagian pangkal. Persegi dibuat menggunakan corner rectangle pada menu sketch dengan panjang 120 dan lebar 34. Jarak persegi dengan elemen yang pertama adalah 65 mm. Bentuk persegi disesuaikan dengan airfoil pada elemen yang pertama menggunakan tangent , sehingga garis pada persegi dan airfoil yang pertama tepat bersinggungan.
48
Gambar 3.13 Pembuatan persegi pangkal
6. Membuat garis reference untuk menghubungkan elemen bilah dengan pangkal bilah. Garis reference untuk sisi kanan dibuat dengan menarik garis dari ujung trailing edge objek atau elemen yang pertama ke persegi panjang. Sedangkan garis untuk sisi kiri dibuat dengan menarik garis dari ujung leading edge objek.
Gambar 3.14 Pembuatan garis reference
49
7. Menghubungkan kesebelas elemen menjadi bentuk 3D. Proses tersebut dilakukan dengan memilih loafted/boss pada menu features dengan melibatkan sketch ke-1 hingga sketch ke-11.
Gambar 3.15 Pemodelan 3D elemen bilah
8. Menghubungkan bagian pangkal bilah dengan kesebelas elemen dalam bentuk 3D. Pada tahap ini, garis reference yang sudah dibuat akan dipilih pada kotak guide curve agar bilah dengan bagian pangkal terhubung,
50
Gambar 3.16 Pemodelan 3D persegi pada pangkal bilah
9. Menyempurnakan pangkal bilah dengan membuat persegi panjang pada interface bagian pangkal bilah yang sudah berbentuk 3D pada langkah ke-8.
Persegi panjang dibuat seperti langkah kelima. Kemudian, dilakukan extrude boss/base pada menu features dan input angka 75 mm sebagai kedalaman.
Pangkal bilah akan terbentuk sebagai berikut.
Gambar 3.17 Pemodelan 3D pangkal bilah
10. Memotong bagian pangkal bilah. Pada proses ini, segitiga dibuat pada bagian kanan dan kiri atas pangkal. Kemudian, dilakukan extrude cut pada menu features, lalu pilih through all agar bagian pangkal bilah terpotong.
51
11. Membuat lubang pada pangkal bilah. Lubang dibuat sebanyak tiga buah dengan ukuran seperti pada gambar 3.17. Kemudian, dilakukan extrude cut pada menu features, lalu pilih through all agar lubang pada pangkal bilah terbentuk.
Gambar 3.19 Pembuatan lubang pada pangkal bilah
12. Membuat bagian yang menempel dengan hub rotor. Proses tersebut dibuat dengan menggambar persegi panjang pada ujung pangkal bilah. Kemudian, dilakukan extrude cut pada menu features, lalu pilih through all agar hub rotor terbentuk.
Gambar 3.20 Pembuatan hub rotor pada pangkal bilah Gambar 3.18 Cutting pangkal bilah
52
Gambar 3.21 Hasil desain 3D bilah inverse taper pada SolidWorks
