PEMODELAN DAN ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN ISOLATOR GETARAN TERHADAP RESPON DINAMIS SISTEM TURBIN ANGIN TIPE WES 80

(1)

TUGAS AKHIR – TM 141585

PEMODELAN

DAN

ANALISIS

PENGARUH

PENAMBAHAN ISOLATOR GETARAN TERHADAP

RESPON DINAMIS SISTEM TURBIN ANGIN TIPE

WES 80

DWI ELIANI

NRP 2113 100 037 Dosen Pembimbing

Dr. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng. DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

(2)

TUGAS AKHIR – TM141585

PEMODELAN DAN ANALISIS PENGARUH

PENAMBAHAN ISOLATOR GETARAN TERHADAP RESPON DINAMIS SISTEM TURBIN ANGIN TIPE WES 80

DWI ELIANI NRP. 2113100037 Dosen Pembimbing:

Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, S.T., M.Eng.

PROGRAM SARJANA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

(3)

FINAL PROJECT – TM141585

MODELLING AND ANALYSIS OF VIBRATION

ISOLATOR

ADDITION

EFFECTS

TOWARDS

DYNAMIC RESPONSE OF WES 80 WIND TURBINE

SYSTEM

DWI ELIANI NRP. 2113100037 Advisory Lecturer:

Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, S.T., M.Eng.

BACHELOR PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

(4)

(5)

i

PEMODELAN DAN ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN ISOLATOR GETARAN TERHADAP RESPON DINAMIS SISTEM TURBIN ANGIN TIPE WES80 Nama Mahasiswa : Dwi Eliani

NRP : 2113100037

Jurusan : Teknik Mesin

Dosen Pembimbing : Dr. Harus Laksana Guntur, ST., M. Eng.

Abstrak

Pembangkit listrik tenaga angin/turbin angin adalah suatu pembangkit yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Dalam mendesain turbin angin perlu memperhatikan banyak aspek, diantaranya vibrasi. Vibrasi merupakan getaran yang tidak diinginkan karena dapat menyebabkan kegagalan dalam hal mekanik. Tidak sedikit kerusakan yang terjadi pada turbin angin terletak pada menaranya. Sehingga efek jangka panjang yang terjadi adalah kerusakan pada menara turbin angin yang dapat menyebabkan turbin angin tidak dapat berfungsi dengan baik. Salah satu cara untuk mereduksi getaran berlebihan adalah dengan menggunakan sistem isolasi getaran. Dasarnya, sistem tersebut melibatkan penggunaan komponen elastis (atau isolator) diantara massa yang bergetar dan sumber getaran. Isolator getaran tersebut diletakkan pada pondasi turbin angin. Sistem isolasi getaran yang digunakan pada tugas akhir ini menggunakan jenis isolator pasif yang terdiri dari komponen elastis (pegas) yang terbuat dari lapisan karet dan baju dan terdapat peredam di tengahnya.

Dalam penelitian tugas akhir ini dilakukan simulasi dengan penambahan sebuah isolastor getaran untuk melihat respon dinamis dari sistem utama yaitu turbin angin tipe WES 80 dengan ketinggian 30 meter. Blade dan nacelle turbin angin menerima gaya eksitasi berupa kecepatan angin arah horizontal yang divariasikan. Eksitasi dari kedua massa tersebut diteruskan

(6)

menuju massa tower yang akan menghasilkan gerak rotasi. Penelitian ini menitikberatkan desain isolator getaran pada pondasi turbin angin dengan dua variasi yaitu variasi konstanta kekakuan dan redaman isolator getaran.

Dari simulasi yang dilakukan, didapatkan karakteristik dinamis sistem turbin angin akibat variasi kecepatan angin, variasi konstanta pegas dan redaman isolator getaran. Hasil simulasi menunjukkan bahwa isolator getaran mampu meredam getaran pada turbin angin saat kecepatan angin 5 m/s dan 18 m/s. Pada kecepatan 12 m/s, isolator tidak bekerja efektif karena tidak bekerja saat mendekati atau tepat pada frekuensi naturalnya. Respon reduksi isolator getaran 1, 2, dan 3 rata-rata memiliki nilai yang tidak jauh berbeda apabila di variasikan dengan kecepatan angin. Isolator 1 paling optimum digunakan saat kecepatan angin 5 m/s karena memiliki nilai reduksi sebesar 24.18 %. Sedangkan isolator 2 dan 3 paling optimum digunakan saat kecepatan 18 m/s karena memiliki nilai reduksi sebesar 83.56 % dan 83.85 %.

Kata kunci : Isolator getaran, respon dinamis, turbin angin, komponen elastis, kecepatan angin.

(7)

iii

MODELLING AND ANALYSIS OF VIBRATION

ISOLATOR ADDITION EFFECTS TOWARDS

DYNAMIC RESPONSE OF WIND TURBINE TYPE

WES 80 SYSTEM

Student’s Name : Dwi Eliani

NRP : 2113100037

Department : Mechanical Engineering

Advisory Lecturer : Dr. Harus Laksana Guntur, ST., M. Eng.

Abstract

Wind power plants or wind turbines are a plant that uses the wind as a source of energy to generate electricity. In designing wind turbines need to pay attention to many aspects, including vibration. Vibration is an undesirable effect that causes mechanical failure. Mostly, failure of the wind turbine occurs at its tower. So long-term effects that occur is the damage to wind turbine towers that can cause wind turbines can not work properly. One way to reduce vibration is to use a vibration isolation system. Basically, the system involves the use of elastic components (or isolator) between the vibrating mass and the vibration source. The vibration isolator is placed on the foundation of the wind turbine. The vibration isolation system that used in this final project uses a passive isolator type, consisting of elastic (spring) components made of rubber and clothing layers and there is a silencer in the middle.

In this final project, simulation was done with the addition of a vibration isolator to see the dynamic response from the main system that is wind turbine type WES 80 with height 30 meter. Blade and nacelle wind turbines receive an excitation force in the form of wind speed variation in a horizontal. The excitation of the two masses is transmitted to the tower mass which will produce rotational motion. This study focuses on the design of vibration

(8)

isolators on wind turbine foundations with two variations, stiffness and damping constant.

From the simulation, the dynamic characteristics of wind turbine system due to variations of wind speed, variation of stiffness and damping constant. The simulation results show that the vibration isolator is able to reduce the vibrations in the wind turbine when the wind speed is 5 m / s and 18 m / s. At a speed of 12 m / s, the isolator does not work effectively because it does not work when approaching or precisely at its natural frequency. The average 1, 2, and 3 vibration isolator reduction response has a value that is not much different when varied with wind speed. Isolator 1 is the most optimum used when the wind speed is 5 m / s because it has a reduction value of 24.18%. While isolator 2 and 3 work effectively used at speed 18 m / s because have value of reduction equal to 83.56% and 83.85%.

Keywords: Vibration isolator, dynamic response, wind turbine, elastic component, wind speed.

(9)

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur dihaturkan kehadirat Allah Subhanallahu WaTa’ala, hanya karena tuntunan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan pendidikan Sarjana S-1 di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Penyusunan Tugas Akhir ini dapat terlaksana dengan baik atas bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Orangtua penulis, Ibu Yana Husni dan (alm) Bapak FX Himawantoro yang senantiasa mendoakan, membimbing dan memberikan semua hal terbaik untuk penulis. Terimakasih karena telah menjadi seorang ibu dan bapak terbaik bagi penulis.

2. Dr. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng yang selalu memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

3. Dr. Wiwiek Hendrowati, S.T., M.T., Aida Annisa A.D., S.T., M.T., Moch. Solichin, S.T., M.T., dan Achmad Syaifudin, S.T., M.Eng., Ph.D selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan kritik kepada penulis untuk Tugas Akhir ini.

4. Alief Wikarta, ST., M.Sc.Eng. Ph.D. selaku dosen wali yang telah memberikan bimbingan dan semangat selama penulis di bangku perkuliahan.

5. Segenap dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin FTI ITS, terima kasih atas ilmu yang disampaikan, semoga bermanfaat kedepannya bagi diri penulis dan bagi bangsa dan negara.

6. Teman-teman Lab Vibrasi, yang telah menemani mengerjakan tugas akhir dalam 1 semester terakhir.

(10)

7. Keluarga LBMM ITS khususnya LBMM 2013 ‘Begals’ yang selalu memberikan canda dan tawa dikala sulitnya kehidupan tugas akhir.

8. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Dengan segala keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis, tidak menutup kemungkinan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis bersedia menerima kritik dan saran dari berbagai pihak untuk penyempurnaan lebih lanjut.Semoga hasil penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Surabaya, Juli 2017 Penulis

(11)

vii DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK ... i ABSTRACT ... iii KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL ... xv BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Tujuan ... 3 1.5 Manfaat... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Penelitian Terdahulu ... 5

2.2 Turbin Angin ... 10

2.2.1 Jenis Turbin Angin ... 12

2.2.2 Tipe Tower Turbin Angin ... 13

2.3 Potensi Tenaga Angin ... 15

2.4 Sistem Multi Degree of Freedom ... 17

2.4.1 Forced Multi DoF Vibration ... 17

2.5 Isolasi Getaran ... 19

2.5.1 Sistem Isolasi Getaran pada Pondasi yang Rigid ... 20

2.6 DVA (Dynamic Vibration Absorber) ... 23

2.7 Gaya Aerodinamik ... 24

BAB III METODOLOGI ... 27

3.1 Metode Penelitian ... 27

3.2 Pemodelan dan Simulasi Sistem Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran ... 30

3.2.1 Pemodelan Dinamis dan Pembuatan Persamaan Gerak dari Sistem Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran ... 30

(12)

3.2.2 Pembuatan Blok Simulasi Matlab Simulink dari Sistem

Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran ... 34

3.2.3 Analisa Grafik Karakteristik Dinamis dari Sistem Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran ... 36

3.3 Pemodelan dan Simulasi Sistem Turbin Dengan Isolator Getaran ... 36

3.3.1 Pemodelan Dinamis dan Pembuatan Persamaan Gerak dari Sistem Turbin Angin Dengan Isolator Getaran ... 36

3.3.2 Pembuatan Blok Simulasi Matlab Simulink dari Sistem Turbin Angin Dengan Isolator Getaran ... 41

3.3.3 Analisa Grafik Karakteristik Dinamis dari Sistem Turbin Angin Dengan Isolator Getaran... 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 47

4.1 Perancangan Sistem Utama dan Isolator Getaran ... 47

4.2 Pemodelan Sistem Utama dan Isolator Getaran ... 48

4.2.1 Sistem Utama tanpa Isolator Getaran ... 48

4.2.2 Sistem Utama dengan Isolator Getaran ... 51

4.3 Diagram Blok ... 56

4.3.1 Input Yang digunakan ... 56

4.3.2 Blok Diagram Sistem tanpa dan dengan isolator ... 58

4.4 Analisa Pemodelan ... 60

4.4.1 Respon Input Sinusoidal ... 61

4.4.1.1 Kecepatan angin 5 m/s dengan variasi k dan c isolator gataran ... 61

4.3.2 Respon Input Bump ... 65

4.3.2.1 Low impact (severity 1) ... 66

4.3.2.2 Medium impact (severity 5) ... 68

4.3.2.3 High impact (severity 20) ... 70

4.3.3 Bode Diagram ... 72

4.4 Pembahasan ... 73

(13)

4.4.2 Sistem turbin angin dengan isolator getaran ... 75

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 79

5.1 Kesimpulan ... 79

5.2 Saran ... 79

DAFTAR PUSTAKA ... 81 BIODATA PENULIS

(14)

(15)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 (a) Desain pondasi (b) Skema ilustrasi dari

pondasi[2]_{. ... 5}

Gambar 2.2 (a) Pemasangan isolator getaran pada pondasi bangunan (b) Isolator getaran[2]_{. ... 6}

Gambar 2.3 Perbandingan pengukuran sebelum dan setelah pemasangan sistem isolasi getaran dan estimasi desain[2]_{. ... 6}

Gambar 2.4 Susunan perangkat pengujian[3]_{. ... 7}

Gambar 2.5 Grafik hubungan antara respon amplitudo dengan frekuensi dan rpm[3]_{. ... 8}

Gambar 2.6 Ide dasar dari kontrol semi aktif pada turbin angin dengan peredam magnetorheological[4]_{. ... 8}

Gambar 2.7 Percobaan turbin angin dengan isolator semi aktif[4]_{. ... 9}

Gambar 2.8 Detail dari sistem pegas dan peredam magnetorheological[4]_{... 9}

Gambar 2.9 (a) Grafik base stress terhadap waktu; (b) Grafik top displacement terhadap waktu dengan dan tanpa isolator getaran[4]_{. ... 10}

Gambar 2.10 Bagian-bagian turbin angin[5]_{. ... 11}

Gambar 2.11 Turbin angin sumbu horizontal[7]_{. ... 12}

Gambar 2.12 Turbin angin sumbu vertikal[7]_{. ... 13}

Gambar 2.13 Turbin angin dengan tipe tubular steel tower[8]_{. ... 13}

Gambar 2.14 Turbin angin dengan tipe lattice tower[8]_{. ... 14}

Gambar 2.15 Turbin angin dengan tipe concrete tower[8]_{. ... 15}

Gambar 2.16 Turbin angin dengan tipe guyed pole tower[8]_{. ... 15}

Gambar 2.17 Skema forced multi dof vibration[11]_{. ... 18}

Gambar 2.18 (a) Pegas tanpa redaman; (b) Pegas dengan redaman; (c) Karet pneumatic[11]_{. ... 20}

Gambar 2.19 Mesin dan komponen elastis pada pondasi rigid (a) sistem single dof ; (b) sistem massa-pegas-peredam[11]_{. ... 21}

(16)

Gambar 2.21 Variasi transmisibilitas perpindahan (Td) dengan

r[11]_{. ... 23}

Gambar 2.22 Efek penggunaan DVA dan tanpa DVA terhadap respon[11]_{. ... 24}

Gambar 2.23 Gaya drag dan gaya lift pada sudu turbin angin horizontal[12]_{. ... 25}

Gambar 3.1 Diagram alir penulisan tugas akhir. ... 28 Gambar 3.2 (a) Model fisik sistem turbin angin tanpa isolator getaran; (b) Model dinamis sistem turbin angin tanpa isolator getaran. ... 31 Gambar 3.3 Diagram alir pembuatan persamaan gerak dan state

variable dari sistem turbin angin tanpa isolator getaran. ... 32 Gambar 3.4 Free body diagram sistem utama tanpa isolator

getaran. ... 32 Gambar 3.5 Diagram alir pembuatan blok diagram Simulink

sistem turbin angin tanpa isolator getaran, variasi kecepatan angin pada konstanta pegas dan redaman kosntan. ... 35 Gambar 3.6 (a) Model fisik sistem turbin angin dengan

isolator getaran; (b) Model dinamis sistem turbin angin dengan isolator getaran. ... 37 Gambar 3.7 Diagram alir pembuatan persamaan gerak dan

state variable dari sistem turbin angin menggunakan isolator getaran. ... 38 Gambar 3.8 Free body diagram sistem turbin angin

menggunakan isolator getaran. ... 39 Gambar 3.9 Diagram alir pembuatan blok diagram Simulink

sistem turbin angin menggunakan isolator getaran dengan variasi kecepatan angin... 43 Gambar 3.10 Diagram alir pembuatan blok diagram Simulink

sistem turbin angin menggunakan isolator getaran dengan variasi konstanta pegas isolator. ... 44

(17)

Gambar 3.11 Diagram alir pembuatan blok diagram Simulink sistem turbin angin menggunakan isolator getaran dengan variasi konstanta redaman isolator. ... 45 Gambar 3.12 Kecepatan angin dengan input sinusoidal ... 58 Gambar 4.1 (a) Rancangan isolator getaran pada pondasi turbin angin (b) Rancangan isolator getaran. .... 47 Gambar 4.2 Pemodelan dinamis sistem turbin angin tanpa isolator getaran. ... 48 Gambar 4.3 Free body diagram sistem utama tanpa isolator getaran. ... 49 Gambar 4.4 Pemodelan dinamis sistem turbin angin dengan

isolator getaran. ... 52 Gambar 4.5 Free body diagram sistem utama dengan isolator

getaran ... 52 Gambar 4.6 Kecepatan angin dengan input bump yang dimodifikasi (a) γ = 1 (b) γ = 5 (c) γ = 20 ... 57 Gambar 4.7 Diagram blok untuk sistem turbin angin tanpa

isolator getaran. ... 59 Gambar 4.8 Diagram blok input bump modiefied. ... 59 Gambar 4.9 Diagram blok untuksistem turbin angin dengan isolator getaran. ... 60 Gambar 4.10 Grafik respon (a) perpindahan (b) kecepatan (c) percepatan terhadap waktu pada sistem utama tanpa dan dengan isolator getaran variasi nilai k dan c isolator saat kecepatan angin 5 m/s. ... 62 Gambar 4.11 Grafik respon (a) perpindahan (b) kecepatan (c) percepatan terhadap waktu pada sistem utama tanpa dan dengan isolator getaran variasi nilai k dan c isolator saat kecepatan 12 m/s. ... 63 Gambar 4.12 Grafik respon (a) perpindahan (b) kecepatan (c) percepatan terhadap waktu pada sistem utama tanpa dan dengan isolator getaran variasi nilai k dan c isolator saat kecepatan 18 m/s. ... 65 Gambar 4.13 Grafik respon (a) perpindahan (b) kecepatan (c) percepatan terhadap waktu pada sistem utama

(18)

tanpa dan dengan isolator getaran variasi nilai k dan c isolator dengan input bump severity 1. ... 67 Gambar 4.14 Grafik respon (a) perpindahan (b) kecepatan (c) percepata n terhadap waktu pada sistem utama tanpa dan dengan isolator getaran variasi nilai k dan c isolator dengan input bump severity 5. ... 68 Gambar 4.15 Grafik respon (a) perpindahan (b) kecepatan (c) percepatan terhadap waktu pada sistem utama tanpa dan dengan isolator getaran variasi nilai k dan c isolator dengan input bump severity 20. .... 70 Gambar 4.16 Bode diagram frekuensi terhadap Smplitudo saat kecepatan angin (a) 5 m/s (b) 12 m/s (c) 18 m/s sistem turbin angin tanpa dan dengan isolator getaran dengan variasi nilai k dan c isolator pada kecepatan angin 5 m/s. ... 72 Gambar 4.17 Grafik respon RMS perpindahan dari massa utama

(x2) tanpa isolator getaran dengan variasi

kecepatan angin. ... 74 Gambar 4.18 Grafik respon RMS perpindahan dari massa utama

(x2) dengan isolator getaran dengan variasi isolator

dan kecepatan angin. ... 76 Gambar 4.19 Grafik reduks i respon perpindahan sistem turbin angin dengan isolator getaran dengan variasi isolator dan kecepatan angin. ... 77

(19)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi angin berdasarkan kecepatan dalam berbagai satuan[10]_{. ... 17}

Tabel 3.1 Parameter sistem turbin angin ... 34 Tabel 3.2 Parameter sistem turbin angin. ... 41 Tabel 4.1 Nilai respon dinamis hasil simulasi sistem turbin angin tanpa dan dengan isolator getaran dengan input bump severity 1. ... 67 Tabel 4.2 Nilai respon dinamis hasil simulasi sistem turbin angin tanpa dan dengan isolator getaran dengan input bump severity 5. ... 69 Tabel 4.3 Nilai respon dinamis hasil simulasi sistem turbin angin tanpa dan dengan isolator getaran dengan input bump severity 20. ... 71 Tabel 4.4 Data frekuensi natural sistem turbin angin tanpa dan dengan isolator getaran ... 73 Tabel 4.5 Data RMS sistem turbin angin tanpa isolator

getaran ... 74 Tabel 4.6 Data RMS dan reduksi perpindahan sistem turbin

(20)

(21)

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Krisis energi yang melanda dunia saat ini juga mempengaruhi Indonesia dan diperkirakan dunia akan beralih ke sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif yang bisa dimanfaatkan ialah angin. Berdasarkan Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2010-2030, potensi angin di Indonesia adalah 4,3 GW, sementara plant yang sudah ada saat ini hanya berkapasitas 1,8 MW [1]. _{Pembangkit listrik tenaga angin/turbin angin adalah}

suatu pembangkit yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini dapat mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan generator. Turbin angin sendiri memiliki komponen utama yaitu sudu, rotor, generator, dan menara.

Dalam mendesain turbin angin perlu memperhatikan banyak aspek, diantaranya vibrasi. Vibrasi merupakan getaran yang tidak diinginkan karena dapat menyebabkan kegagalan dalam hal mekanik. Tidak sedikit kerusakan yang terjadi pada turbin angin terletak pada menaranya. Menara turbin angin seringkali mengalami getaran yang berlebih yang diakibatkan oleh angin yang mengenainya. Pemilihan material dan dimensi juga mempengaruhi getaran yang di timbulkan. Sehingga efek jangka panjang yang terjadi adalah kerusakan pada menara turbin angin yang dapat menyebabkan turbin angin tidak dapat berfungsi dengan baik.

Sistem isolasi getaran merupakan salah satu sistem yang dapat digunakan untuk mengurangi efek akibat getaran yang terjadi. Dasarnya, sistem tersebut melibatkan penggunaan komponen elastis (atau isolator) diantara massa yang bergetar dan sumber getaran. Pada penelitian tugas akhir ini menggunakan sistem isolasi getaran jenis isolator pasif yang terdiri dari komponen elastis (pegas) yang terbuat dari lapisan karet dan baja dan terdapat peredam di tengahnya. Isolator getaran tersebut

(22)

diletakkan pada pondasi turbin angin. Parameter-parameter yang ada pada sistem isolasi ini seperti konstanta pegas dan redaman akan mempengaruhi karakteristik redaman dari sistem tersebut, serta dapat mempengaruhi respon dinamis dari turbin angin saat sistem isolasi getaran tersebut dipasangkan pada pondasi turbin angin. Oleh karena itu, penelitian tugas akhir ini akan dilakukan pemodelan dan analisa untuk mengetahui respon dinamis dan karakteristik dari turbin angin sebelum dan setelah ditambahkan isolator getaran.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut.

1. Bagaimana pengaruh penambahan isolator getaran terhadap respon dinamis sistem turbin angin?

2. Bagaimana pengaruh perubahan fluktuasi beban angin terhadap respon dinamis sistem turbin angin?

3. Bagaimana pengaruh perubahan parameter konstanta pegas dan redaman isolator terhadap respon dinamis sistem turbin angin?

1.3 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut,

1. Angin dimodelkan sebagai input bump dan sinusoidal. 2. Parameter yang digunakan dalam simulasi didapat

berdasarkan literatur.

3. Tipe turbin angin yang digunakan adalah WES 80 dengan sumbu mendatar.

4. Tipe tower turbin angin yang digunakan adalah jenis tubular steel tower dengan diameter seragam dan dimodelkan sebagai batang silinder pejal dengan sumbu putar di pusat massanya.

(23)

5. Pondasi turbin angin dimodelkan sebagai persegi. 6. Sistem hanya bergerak secara translasi arah horizontal

dan rotasi.

7. Sistem dimodelkan sebagai sistem massa mengumpul. 8. Material struktur pendukung turbin angin homogen.

1.4 Tujuan

Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut, 1. Mengetahui pengaruh penambahan isolator getaran

terhadap respon dinamis sistem turbin angin.

2. Mengetahui perbedaan respon dinamis akibat perubahan fluktuasi beban angin.

3. Mengetahui perbedaan respon dinamis akibat perubahan parameter konstanta pegas dan redaman isolator.

1.5 Manfaat

Adapun manfaat dari tugas akhir ini adalah dapat dijadikan dasar dalam merancang sistem isolasi getaran untuk mereduksi getaran pada turbin angin WES 80.

(24)

(25)

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu

Tahun 2016, D. Ulgen et al[2] _{melakukan penelitian}

mengenai sistem isolasi getaran pada desain pondasi suatu bangunan. Sistem isolasi getaran terdiri dari massa inersia beton, isolator/peredam, dan pondasi pada tumpuan kaku. Dalam studi ini, penggunaan elemen isolasi yang sangat fleksibel dimaksudkan untuk mengurangi beban dinamis yang terjadi pada frekuensi yang tinggi. Skema dari penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.1 dan 2.2 di bawah ini.

Gambar 2.1 (a) Desain pondasi (b) Skema ilustrasi dari pondasi[2]_.

(a)

(b)

(26)

Gambar 2.2 (a) Pemasangan isolator getaran pada pondasi bangunan (b) Isolator getaran[2]_.

Setelah konstruksi dari sistem isolasi getaran pada pondasi terpasang, dilakukan pengukuran getaran untuk penilaian performa dari desain sistem isolasi getaran tersebut. Gambar 2.3 menunjukkan grafik hasil pengukuran awal getaran sebelum dan setelah pemasangan sistem isolasi getaran. Sebelum terpasang sistem isolasi, grafik RMS percepatan cenderung naik seiring dengan kenaikan frekuensi. Sedangkan setelah terpasang, terdapat kenaikan puncak RMS percepatan pada frekuensi dibawah 10 Hz, setelah itu turun kembali dan cenderung konstan seiring dengan kenaikan frekuensi. Ini menunjukan, pemasangan sistem isolasi getaran sebagai solusi untuk meminimalisir getaran yang terjadi pada konstruksi sebuah pondasi.

Gambar 2.3 Perbandingan pengukuran sebelum dan setelah pemasangan sistem isolasi getaran dan estimasi desain[2]_.

Penelitian tentang isolasi getaran juga pernah dilakukan oleh Jalu Adyaksa pada tahun 2006 dengan judul Studi Eksperimen Isolasi Getaran Pondasi Dasar terhadap Lingkungan Sekitarnya[3]_.

Salah satu sumber getaran paksa adalah massa unbalance. Massa unbalance disebabkan oleh adanya putaran massa yang memiliki eksentrisitas terhadap titik pusat putarannya. Putaran massa akan memberikan gaya eksitasi kepada sistem getaran secara periodi yang menyebabkan sistem getaran bergetar secara terus-menerus.

(27)

7

Teknologi isolasi getaran memungkinkan untuk mengatahui karakteristik getaran akibat pondasi mesin yang berputar. Susunan perangkat pengujian dapat dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini.

Gambar 2.4 Susunan perangkat pengujian[3]_.

Susunan perangkat pengujian terdiri dari : - Massa berputar : Alluminium (∅150 x 5) - Massa unbalance : Baut (M5)

Massa 2.5 gram

- Motor : YKK, 120 W, 220/250 V, 0.6 A

- Peredam : Spons, Karet, Pegas ( k1 = 6142.1 N/m, k2 = 9177.5 N/m, k3 =

14294 N/m, k4 = 16711 N/m) - Plat atas : St 60 (300 x 200x 8 mm) - Plat bawah : St 60 (300 x 200x 8 mm)

Dari hasil pengujian tersebut didapatkan grafik hubungan antara respon amplitude dengan frekuensi dan rpm seperti pada gambar 2.5. Dapat dilihat pada plat A mengalami kenaikan amplitude seiring dengan bertambahnya putaran, pda rpm tertentu amplitude mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya putaran. Pada plat B amplitude mengalami keaikan seiring dengan bertambahnya putaran. Besarnya amplitudo pada plat A lebih kecil dari plat B, hal ini disebabkan respon getaran yang diterima plat B terisolasi.

(28)

Gambar 2.5 Grafik hubungan antara respon amplitudo dengan frekuensi dan rpm[3]_.

Pada tahun 2014, N. Caterino et al.[4]_{melakukan studi}

eksperimen mengenai isolator getaran pada turbin angin. Isolator yang digunakan adalah jenis isolator semi-aktif, dimana isolator tersebut dapat dikontrol dengan peralatan elektronik yang terpasang bersamaan dengan isolator. Turbin angin dimodelkan sebagai sistem dinamis dengan satu derajat kebebasan dengan massa di atas tower (m), konstanta pegas dan peredam tower (kT) dan (cT), konstanta pegas isolator dan peredam magnetorheological (ks) dan (cd(t)) yang terkendali di dasar, terlihat seperti pada gambar

2.6 berikut.

Gambar 2.6 Ide dasar dari kontrol semi aktif pada turbin angin dengan peredam magnetorheological[4]_.

(29)

Eksperimen dilakukan dengan spesifikasi turbin angin dengan tinggi dari tower adalah 5,12 meter, terbuat dari baja Q345 (modulus elastisitas 206.000 Mpa, Poisson ratio 0.3, Tegangan yield 345 Mpa), dengan diameter 133 mm dan tebal 4 mm. Sebuah massa 280 kg diletakan di atas tower yang berada di meja yang bergetar seperti terlihat pada gambar 2.7 dan gambar 2.8 menunjukkan gambar detail dari sistem pegas dan peredam magnetorheological.

Gambar 2.7 Percobaan turbin angin dengan isolator semi aktif[4]_.

Gambar 2.8 Detail dari sistem pegas dan peredam magnetorheological[4]_.

(30)

Penelitian ini menghasilkan grafik perbandingan respon getaran dari sistem terlihat pada gambar 2.9. Grafik tersebut adalah grafik base stress terhadap waktu dan Grafik top displacement terhadap waktu dengan dan tanpa isolator getaran, menunjukkan bahwa turbin angin yang terpasang sistem isolasi getaran memiliki base stress dan top displacement yang lebih kecil dan lebih baik dari pada turbin angin dengan pondasi yang tetap atau tanpa sistem isolasi getaran.

Gambar 2.9 (a) Grafik base stress terhadap waktu; (b) Grafik top displacement terhadap waktu dengan dan tanpa isolator getaran[4]_.

2.2 Turbin Angin

Turbin angin merupakan sebuah alat yang digunakan dalam Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Turbin angin berfungsi merubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Putaran poros tersebut kemudian digunakan untuk beberapa hal sesuai dengan kebutuhan seperti memutar dinamo atau generator untuk menghasilkan listrik._{Secara umum,}

konfigurasi utama turbin angin poros datar terdiri dari; rotor (blade dan hub), nasel/nacelle, generator, transmisi gearbox, kopling dan

Tanpa Isolator Getaran Dengan Isolator Getaran

(31)

rem, system orientasi (yaw system), tower , sistem control dan pondasi, seperti diperlihatkan pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Bagian-bagian turbin angin[5]_.

Secara garis besar, terdapat beberapa bagian – bagian turbin angin[6]_{yaitu :}

1. Sudu (Blade /Baling-baling)

Rotor trubin angin yang terdiri dari baling-baling/ sudu dan hub merupakan bagian dari turbin angin yang berfungsi menerima energi kinetik dari angin dan merubahnya menjadi energi gerak (mekanik) putar pada poros penggerak. Pada sebuah turbin angin, baling-baling rotor dapat berjumlah 1, 2, 3 atau lebih.

2. Generator

Generator merupakan komponen terpenting dalam sistem turbin angin, dimana fungsinya adalah merubah energi gerak (mekanik) putar pada poros penggerak menjadi energi listrik. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator dapat berupa alternating current (AC) maupun direct current (DC) dan tegangan out putnya dapat dari tegangan rendah ( 12 volt) atau sampai tegangan 680 volt atau lebih.

(32)

Fungsi nasel adalah untuk menempatkan dan melindungi komponen-komponen turbin angin, yaitu : generator, gearbox, kopling, rem , kontrol , sistem geleng (yawing system).

4. Menara / Tower

Menara merupakan tiang penyangga yang fungsi utamanya adalah untuk menopang rotor, nasel dan semua komponen turbin angin yang berada di atasnya. Menara dapat berupa tipe latis (lattice) atau pipa (tubular), baik yang dibantu dengan penopang tali pancang maupun yang self supporting.

2.2.1 Jenis Turbin Angin

Turbin angin dibedakan menjadi dua jenis, yaitu turbin angin sumbu horizontal dan turbin angin sumbu vertikal:

1. Turbin angin sumbu horizontal (horizontal axis wind turbine atau hawt) merupakan turbin angin dimana sumbu putarnya sejajar dengan tanah seperti gambar 2.11. (Arwoko, 1999)

Gambar 2.11 Turbin angin sumbu horizontal[7]_.

2. Turbin angin sumbu vertikal (vertical axis wind turbine atau vawt) merupakan turbin angin dimana sumbu putarnya tegak lurus/vertikal dengan tanah seperti gambar 2.12. (Arwoko, 1999)

(33)

Gambar 2.12 Turbin angin sumbu vertikal[7]_.

2.2.2 Tipe Tower Turbin Angin

Tower turbin angin berfungsi untuk menopang baling-baling dan nasel. Tower untuk turbin angin yang besar dapat berupa tower tubular steel, lattice tower, atau concrete tower. Tower tubular guyed hanya digunakan untuk turbin angin kecil (pengisi daya baterai dll)[8]_.

1. Tubular Steel Tower

Kebanyakan turbin angin besar menggunakan jenis tubular steel tower. Berbentuk tabung dan terdiri dari beberapa tingkat dengan panjang 20-30 meter dan di baut disekelilingnya. Tower ini berbentuk kerucut untuk meningkatkan kekuatan dan menghemat material di waktu yang bersamaan. Gambar 2.13 menunjukkan gambar turbin angin dengan tipe tubular steel.

(34)

2. Lattice Tower

Lattice tower dibentuk menggunakan baja yang dilas. Keuntungan dari lattice tower adalah biaya, karena lattice tower hanya membutuhkan setengah dari tubular tower. Hanya saja penampilan visual dari turbin angin jenis lattice tower ini jauh dari kriteria turbin angin modern. Turbin angin dengan tipe lattice tower terlihat seperti gambar 2.14.

Gambar 2.14 Turbin angin dengan tipe lattice tower[8]_.

3. Concrete Tower

Beton sebagai bahan konstruksi memainkan peran penting dalam mewujudkan potensi energi angin. Peningkatan kapasitas pembangkit dari energi angin membuat beton menjadi bahan yang kompetitif. Beton merupakan bahan penyusun konstruksi yang tahan lama. Beton memainkan peran penting jika menara angin yang terletak di daerah dengan lingkungan yang agresif seperti di lingkungan laut. Tower beton menjanjikan keandalan dan membutuhkan sedikit dalam pemeliharaan dibandingan jenis tower lainnya. Gambar 2.15 menunjukkan turbin angin dengan tipe concrete tower.

(35)

Gambar 2.15 Turbin angin dengan tipe concrete tower[8]_.

4. Guyed Pole Tower

Kebanyakan turbin angin kecil dibangun dengan menara jenis guyed pole tower seperti terlihat pada gambar 2.16. Keuntungannya adalah mengehemat material dan biaya. Kerugiannya adalah akses yang sulit di sekitar tower yang membuat mereka kurang cocok di daerah pertanian.

Gambar 2.16 Turbin angin dengan tipe guyed pole tower[8]_.

2.3 Potensi Tenaga Angin

Angin adalah udara yang bergerak karena adanya perbedaan tekanan di permukaan bumi ini. Angin akan bergerak dari suatu daerah yang memiliki tekanan tinggi ke daerah yang memiliki

(36)

tekanan yang lebih rendah. Proses pemanfaatan energi angin dilakukan melalui dua tahapan konversi energi, pertama aliran angin akan menggerakkan rotor (baling - baling) yang menyebabkan rotor berputar selaras dengan angin yang bertiup, kemudian putaran dari rotor dihubungkan dengan generator, dari generator inilah dihasilkan arus listrik. Jadi proses tahapan konversi energi bermula dari energi kinetik angin menjadi energi gerak rotor kemudian menjadi energi listrik. Besarnya energy listrik yang dihasilkan dipengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya adalah sebagai berikut [9]_:

1) Rotor (kincir), rotor turbin sangat bervariasi jenisnya, diameter rotor akan berbanding lurus dengan daya listrik. Semakin besar diameter semakin besar pula listrik yang dihasilkan, dilihat dari jumlah sudut rotor (baling-baling), sudut dengan jumlah sedikit berkisar antara 3 – 6 buah lebih banyak digunakan.

2) Kecepatan angin, kecepatan angin akan mempengaruhi kecepatan putaran rotor yang akan menggerakkan generator. 3) Jenis generator, generator terbagi dalam beberapa karakteristik yang berbeda, generator yang cocok untuk Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) adalah generator yang dapat menghasilkan arus listrik pada putaran rendah. Listrik yang dihasilkan dari Sistem Konversi Energi Angin akan bekerja optimal pada siang hari dimana angin berhembus cukup kencang dibandingkan dengan pada malam hari, sedangkan penggunaan listrik biasanya akan meningkat pada malam hari. Untuk mengantisipasinya sistem ini sebaiknya tidak langsung digunakan untuk keperluan produk-produk elektronik, namun terlebih dahulu disimpan dalam satu media seperti baterai atau aki sehingga listrik yang keluar besarnya stabil dan bisa digunakan kapan saja.

Berikut adalah klasifikasi angin berdasarkan kecepatan dalam berbagai satuan ditunjukkan pada tabel 2.1.

(37)

Tabel 2.1 Klasifikasi angin berdasarkan kecepatan dalam berbagai satuan[10]_.

2.4 Sistem Multi Degree of Freedom

Sistem yang bergetar secara kontinu dapat dimodelkan sebagai multi degree of freedom. Persamaan gerak untuk Multi Degree of Fredom (M.D.O.F) secara umum diturunkan dari Hukum Newton kedua. Karena sistem MDOF memiliki penyelesaian aljabar yang kompleks, maka digunakan matriks untuk merepresentasikan sistem MDOF. Sistem MDOF dibagi menjadi dua jenis, yaitu Forced MDOF dan Free MDOF.

2.4.1 Forced Multi DoF Vibration

Getaran mekanik paksa pada sistem derajat kebebasan ganda atau forced multi dof vibration adalah peristiwa getaran yang terjadi pada suatu sistem multi dof karena ada gaya eksternal yang mengenai sistem tersebut. Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar secara alami. Selain getaran alami tersebut, sistem juga dapat menerima getaran paksa yang disebabkan karena adanya gaya eksternal yang mengenai sistem dan dinamakan forced vibration. Sistem derajat kebebasan ganda merupakan sistem yang memiliki beberapa komponen massa yang

(38)

dihubungkan oleh elemen pegas yang masing-masing berjumlah lebih dari dua [11]_{. Analisa getaran multi dof merupakan analisa}

yang sering digunakan karena fenomena di dunia nyata kebanyakan merupakan sistem dengan multi dof. Sistem forced multi dof vibration dapat dimodelkan pada gambar 2.17 berikut.

Gambar 2.17 Skema forced multi dof vibration[11]_.

Dari gambar 2.17 di atas, maka akan didapatkan matriks dari persamaan gerak dengan menggunakan Hukum Newton kedua yang diberikan untuk setiap massa.

𝑚𝑖𝑥̈𝑖+ 𝑘𝑖𝑥𝑖 = ∑ 𝐹𝑖 𝑖 (2.1)

Persamaan 2.1 di atas terdiri dari i=1, i=2 dan i=3 sehingga dapat ditulis dalam bentuk matriks:

[m] =[ 𝑚1 0 0 0 𝑚2 0 0 0 𝑚3 ], [k] = [ 𝑘1+ 𝑘2 −𝑘2 0 −𝑘2 𝑘2+ 𝑘3 −𝑘3 0 −𝑘3 𝑘3 ], [F] ={ 𝐹1(𝑡) 𝐹2(𝑡) 𝐹3(𝑡) } (2.2)

Dengan menyubstitusikan persamaan 2.1 ke persamaan 2.2, maka akan didapatkan:

(39)

[ 𝑚1 0 0 0 𝑚2 0 0 0 𝑚3 ] { 𝑥1̈ 𝑥2̈ 𝑥3̈ } + [ 𝑘1+ 𝑘2 −𝑘2 0 −𝑘2 𝑘2+ 𝑘3 −𝑘3 0 −𝑘3 𝑘3 ] { 𝑥1 𝑥1 𝑥1 } = { 𝐹1(𝑡) 𝐹2(𝑡) 𝐹3(𝑡) } (2.3)

Pada penelitian ini akan dimodelkan sistem massa utama yang bergetar akibat sumber getar berupa tekanan angin yang bergetar secara transalasi dan menyebabkan rotasi. Permodelan kedua adalah sistem isolasi getaran yang terpasang pada pondasi turbin angin yang berguna untuk pereduksi getaran.

2.5 Isolasi Getaran

Sistem isolasi getaran adalah prosedur yang dapat digunakan untuk mengurangi efek akibat getaran[11]_{. Dasarnya, sistem tersebut}

melibatkan penggunaan komponen elastis (atau isolator) diantara massa yang bergetar dan sumber getar. Pada sistem isolasi getaran ini terdapat 2 jenis isolator, yaitu isolator aktif dan pasif tergantung dari kebutuhan. Jenis isolator pasif terdiri dari komponen elastis dan peredam. Contoh dari isolator pasif adalah pegas logam, pegas pneumatic, dan bantalan karet. Gambar 2.18 menunjukan beberapa tipe dari pegas dan pneumatic yang dapat digunakan sebagai isolator pasif. Isolator aktif terdiri dari mekanisme dengan sensor, sinyal, dan aktuator.

(40)

Gambar 2.18 (a) Pegas tanpa redaman; (b) Pegas dengan redaman; (c) Karet pneumatic[11]_.

2.5.1 Sistem Isolasi Getaran pada Pondasi yang Rigid

Ketika sebuah sistem atau mesin terpasang pada pondasi yang rigid, pondasi akan dikenakan beban harmonic akibat ketidaksimbangan dari mesin, disamping beban statis dari berat mesin. Oleh karena itu komponen elastis diletakan diantara diantara mesin dan pondasi yang rigid untuk mengurangi gaya yang di transmisikan ke pondasi. Sistem tersebut dapat diidealkan sebagai sistem single-degree-of-freedom, seperti pada gambar 2.19(a). Komponen elastis dapat dimodelkan sebagai sebuah pegas k dan peredam c, terlihat pada gambar 2.19(b). Hal ini diasumsikan bahwa kerja mesin memberikan kenaikan variasi gaya yang harmonik F(t) = F0 cos 𝜔t. Persamaan gerak dari mesin (bermassa m) dapat dituliskan sebagai berikut.

𝑚𝑥 ̈ + 𝑐𝑥̇ + 𝑘𝑥 = 𝐹0cos 𝜔𝑡 (2.4)

Persamaan steady-state dari persamaan (2.4) adalah sebagai berikut. 𝑥(𝑡) = 𝑋 cos(𝜔𝑡 − ∅) (2.5) dimana 𝑋 = 𝐹0 [(𝑘 − 𝑚𝜔2₎2_{+ 𝜔}2_𝑐2_]1₂ (2.6) dan ∅ = 𝑡𝑎𝑛−1₍ 𝜔𝑐 𝑘 − 𝑚𝜔2) (2.7)

Gaya yang ditransmisikan ke pondasi melewati pegas dan peredam, Ft (t), dituliskan sebagai berikut.

(41)

= 𝑘𝑋 cos(𝜔𝑡 − ∅) − 𝑐𝜔𝑋 sin(𝜔𝑡 − ∅) (2.8)

Gambar 2.19 Mesin dan komponen elastis pada pondasi rigid (a) sistem single dof ; (b) sistem massa-pegas-peredam[11]_.

Besar dari total gaya yang ditransmisikan (FT) adalah sebagai berikut. 𝐹𝑇 = [(𝑘𝑥)2+ (𝑐𝑥̇)2] 1 2_{= 𝑋√𝑘}2_{+ 𝜔}2_𝑐2 = 𝐹0(𝑘 2_{+ 𝜔}2_𝑐2₎1/2 [(𝑘 − 𝑚𝜔2₎2_{+ 𝜔}2_𝑐2_]1/2 (2.9)

Transmisibilitas atau rasio transmisibilitas dari isolator (Tf)

didefinisikan sebagai rasio dari besar dari gaya yang ditransmisikan oleh gaya luar:

𝑇𝑓 = 𝐹𝑇 𝐹0 = { 𝑘 2_{+ 𝜔}2_𝑐2 (𝑘 − 𝑚𝜔2₎2_{+ 𝜔}2_𝑐2} 1 2 = { 1 + (2𝜉𝑟) 2 [1 − 𝑟2_]2_{+ (2𝜉𝑟)}2} 1 2_(2.10) Dimana 𝑟 = 𝜔

𝜔𝑛 adalah rasio frekuensi. Variasi dari 𝑇𝑓 dengan

rasio frekuensi 𝑟 = 𝜔

𝜔𝑛 terlihat pada gambar 2.20. Supaya untuk

mencapai isolasi, gaya yang ditransmisikan ke pondasi harus lebih kecil daripada gaya eksternalnya. Hal tersebut dapat terlihat dari gambar 2.20, bahwa frekuensi harus dipaksakan lebih besar dari √2 kali frekuensi natural sistem supaya mencapai isolasi getaran.

(42)

Gambar 2.20 Variasi dari rasio transmisibilitas 𝑇𝑓 dengan r[11].

Untuk nilai dampring ratio ζ yang kecil dan untuk rasio frekuensi r > 1, transmisibilitas gaya diberikan pada persamaan (2.10), dan dapat didekatkan dengan rumus:

𝑇𝑓 = 𝐹𝑇 𝐹 ≈ 1 𝑟2₋₁ 𝑜𝑟 𝑟2≈ 1+ 𝑇𝑓 𝑇𝑓 (2.11)

Pengurangan gerak getaran dari massa. Dalam berbagai

aplikasi, isolasi dibutuhkan untuk mengurangi gerak dari massa (mesin) terhadap gaya yang bekerja padanya. Amplitudo perpindahan dari massa m terhadap gaya F(t) diberikan pada persamaan (2.6) dan dapat dinyatakan dengan:

𝑇𝑑 = 𝑋 𝛿𝑠𝑡 = 𝑘𝑋 𝐹0 = 1 √(1−𝑟2₎2_+(2𝜁𝑟)2 (2.12) Variasi dari transmisibilitas perpindahan dengan rasio frekuensi r untuk beberapa nilai dari rasio redaman ζ dapat dilihat pada gambar 2.21.

(43)

Gambar 2.21 Variasi transmisibilitas perpindahan (Td) dengan

r[11]_.

2.6 DVA (Dynamic Vibration Absorber)

DVA (Dynamic Vibration Absorber) adalah sebuah kontrol untuk meredam getaran dinamik yang bergerak secara bersama-sama dengan sistem utama guna membantu meredam getaran yang terjadi. DVA dimodelkan dengan adanya penambahan massa, pegas, dan damper pada sistem utama. Untuk sistem pegas dan massa yang dipasang akan membuat sistem memiliki dua frekuensi natural. Pemasangan massa dari DVA di massa utama ini menghasilkan sistem dengan 2 DOF (Degree Of Freedom) sehingga sistem tersebut akan memiliki dua frekuensi natural. Penggunaan DVA pada sistem utama akan membagi dan mereduksi rasio frekuensi natural sistem menjadi dua bagian sehingga menimbulkan rasio frekuensi natural yang berbeda. Hal tersebut yang menjadi peran DVA dalam mereduksi getaran.

(44)

Gambar 2.22 Efek penggunaan DVA dan tanpa DVA terhadap respon[11]_.

2.7 Gaya Aerodinamik

Sudu berfungsi untuk menghasilkan putaran akibat gaya angin dan menggerakkan poros turbin dan poros generator yang kemudian akan menghasilkan energy listrik. Bentuk sudu turbin angin menyerupai airfoil yang memanjang dari permukaan poros rotor sampai unung dari sudu tersebut.

Sudu turbin angin diusahakan memiliki kekasaran yang sama pada setiap permukaannya sehingga gaya lift nya bisa tinggi. Bagian pangkal sudu dicengkram oeh hub dengan menggunakan baut. Pada sudu turbin angin akan terjadi tegangan geser pada permukaannya ketika kontak dengan angin. Distribusi tegangan geser pada permukaan sudu ini dipresentasikan dengan adanya gaya tekan (drag) yang arahnya sejajar arah aliran fluida dan gaya angkat (lift) yang arahnya tegak lurus dari arah aliran fluida. Secara matematis, kedua gaya ini diilustrasikan pada gambar 2.22 dan dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝐹𝐷 = ∫ 𝑑𝐹𝑥= ∫ 𝑝 cos 𝜃 𝑑𝐴 + ∫ 𝜏𝑤sin 𝜃 𝑑𝐴 (2.13)

(45)

Untuk memudahkan perhitungan fenomena gaya drag dan lift, maka dengan metode numeric (gerhart), diperkenalkan drag and lift coefficient (koefisien gaya tekan dan gaya angkat) yang dilambangkan dengan CD dan CL bergantung dari bentuk melintang

sudu yang digunakan dan sudut serang (∝). Secara matematis : 𝐹𝐷 = 1 2𝐶𝐷 𝜌 𝑈 2_{𝐴 (2.15)} 𝐹𝐿= 1 2𝐶𝐿 𝜌 𝑈 2_{𝐴 (2.16)} Dimana : 𝜌 : densitas udara

A : luas penampang sudu U : kecepatan angin

Gambar 2.23 Gaya drag dan gaya lift pada sudu turbin angin horizontal[12]

(46)

(47)

27

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Dalam penulisan tugas akhir ini dilakukan beberapa langkah yang ditunjukkan oleh diagram alir pada gambar 3.1.

Mulai

Pemodelan sistem dinamis, persamaan gerak, dan

state variable

Pembuatan blok simulasi Matlab Simulink Studi Literatur Input sinusoidal Input bump modified Identifikasi masalah Input : Kecepatan Angin

Output : Respon getaran sistem utama dan reduksi getaran sistem utama setelah penambahan isolator

getaran Sistem utama tanpa isolator getaran Sistem utama menggunakan isolator getaran

Memperoleh frekuensi natural sistem ( n)

A B

(48)

Gambar 3.1 Diagram alir penulisan tugas akhir.

3.1.1 Tahap Studi Literatur

Dalam penulisan tugas akhir ini diperlukan referensi-referensi yang dapat menunjang dalam menganalisis sistem isolasi getaran pada pondasi turbin angin. Oleh karena itu, dilakukan studi literatur untuk menambah wawasan, pengetahuan, dan landasan mengenai permasalahan yang akan dibahas. Adapun materi dari studi literatur yang mendukung dalam penulisan tugas akhir ini yaitu mekanika getaran dasar, pemodelan sistem dinamis, sistem mekanis getaran translasi dan rotasi, serta pembuatan blok diagram pada program MATLAB Simulink. Nilai parameter yang digunakan didapatkan berdasarkan referensi. Referensi untuk studi literatur didapat dari buku, jurnal-jurnal ilmiah, maupun penelitian-penelitian terdahulu yang berkaitan.

3.1.2 Identifikasi Masalah

Simulasi

B

Grafik karakteristik dinamis sistem utama tanpa dan

menggunakan isolator getaran

Analisa hasil grafik karakteristik dinamis sistem utama tanpa dan

menggunakan isolator getaran

Selesai A Ya Hasil sesuai kebutuhan Tidak

(49)

Setelah itu mengidentifikasi masalah yang ada. Masalah yang diidentifikasi pada penelitian ini ada dua, yaitu input dan output. Input yang diberikan berupa variasi kecepatan angin, konstanta pegas, konstanta redaman, dan jarak antar isolator getaran. Sedangkan output yang dihasilkan dari penelitian ini adalah respon sistem utama dan reduksi getaran sistem utama.

3.1.3 Perancangan Sistem Utama dan Isolator Getaran

Merancang sistem utama yaitu turbin angin dan isolatornya memerlukan informasi terkait dimensi yang digunakan. Pemilihan dimensi turbin angin berdasarkan turbin angin yang telah di gunakan di Indonesia yaitu tipe WES 80. Sedangkan pemilihan jenis isolator turbin angin berdasarkan letak penggunaan isolator, yaitu pada pondasi turbin angin.

3.1.4 Pemodelan Sistem Dinamis dan Persamaan Gerak

Pemodelan sistem dinamis dari penelitian ini dibagi menjadi dua, yaitu pemodelan sistem utama tanpa isolator getaran dan sistem utama menggunakan isolator getaran. Setelah membuat pemodelan sistem dinamis, selanjutnya adalah pembuatan persamaan gerak untuk masing-masing analisa dengan membangun free body diagram dari model fisik yang sudah disederhanakan. Diketahui dari free body diagram, didapatkan komponen gaya yang sejenis akan dijumlahkan dengan menggunakan hukum newton. Setelah itu, persamaan gerak tersebut diubah dalam bentuk state variable dengan cara merubah bentuk persamaan kedalam persamaan diferensial ordo satu.

3.1.5 Pembuatan Blok Diagarm dan Simulasi Matlab Simulink

Persamaan state variable yang dihasilkan dari pemodelan dinamis kemudian diubah mejadi blok diagram simulasi dengan software Matlab Simulink. Simulasi ini dilakukan untuk

(50)

mendapatkan penyelesaian persamaan matematis dari pemodelan sistem turbin angin dengan isolator getaran dan tanpa isolator getaran.

3.1.6 Simulasi

Setelah pembuatan blok diagram, dilanjutkan dengan simulasi. Simulasi pada pemodelan sistem utama tanpa isolator getaran dimulai dengan input yang digunakan berupa gaya sinusoidal dan bump modified, sehingga menghasilkan output berupa displacement pada massa utama (x2). Sedangkan untuk

sistem utama menggunakan isolator getaran, input yang berikan juga berupa sinusoidal dan bump modified. Outputnya adalah displacement pada massa utama (x2) yang akan menjadi input pada

sistem isolator getaran yang menempel pada massa utama. Output pada sistem isolator getaran yang dihasilkan adalah displacement (θ1). Kedua pemodelan terebut menghasilkan respon dinamis dari

sistem utama.

3.1.7 Analisa Grafik Karakteristik Dinamis

Grafik analisa respon dinamis sistem utama oleh masing-masing variasi didapatkan dari simulasi yang sudah dilakukan. Grafik yang akan didapatkan adalah respon dinamis sistem terhadap variasi kecepatan angin, variasi konstanta pegas, dan jarak antar isolator getaran.

3.2 Pemodelan dan Simulasi Sistem Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran

3.2.1 Pemodelan Dinamis dan Pembuatan Persamaan Gerak dari Sistem Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran

Pemodelan dari sistem turbin angin tanpa isolator getaran merupakan pemodelan dengan dua derajat kebebasan (2 DOF). Pemodelan ini disederhanakan dengan menggunakan sumbu horizontal sebagai arah displacement. Pada gambar 3.2 (a) dan (b) dibawah ini menunjukkan model fisik dan dinamis turbin angin

(51)

tanpa isolator getaran yang meliputi, m1, yaitu massa blade turbin

angin, m2, massa ekivalen tower dan nacelle, k1 mewakili

konstanta kekakuan blade, dan c1 adalah konstanta redaman blade.

Sedangkan k2 mewakili konstanta kekakuan ekivalen tower dan

nacelle, dan c2 adalah konstanta redaman ekivalen dari tower dan

nacelle.

Gambar 3.2 (a) Model fisik sistem turbin angin tanpa isolator getaran; (b) Model dinamis sistem turbin angin tanpa isolator

getaran.

Setelah didapatkan model dinamis, maka selanjutnya membuat persamaan gerak dan state variable dari sistem tersebut. Secara garis besar proses pembuatan persamaan gerak dan state variable dapat ditransformasikan menjadi diagram alir pada gambar 3.3. m1 k1, c1 m2 k2, c2 Angin

(a)

(b)

c1 k1 Fo Sin wt m2 m1 x1 x2 k2 c2 L1

(52)

Gambar 3.3 Diagram alir pembuatan persamaan gerak dan state variable dari sistem turbin angin tanpa isolator getaran.

Pembuatan persamaan gerak dan state variable dari sistem turbin angin tanpa isolator getaran dapat dilihat penjabaran dibawah ini. Gambar 3.4 merupakan Free body diagram sistem turbin angin tanpa isolator getaran.

Fo Sin wt m1 x1 Fk1 Fc1 m2 m1ẍ1 L1 Fk1 Fc1 x2 m2ẍ2 Fk2 Fc2 Fc2 Fk2

Gambar 3.4 Free body diagram sistem utama tanpa isolator getaran.

Mulai

Model dinamis dari sistem turbin angin tanpa isolasi getaran

Pembuatan Free Body Diagram dari sistem turbin angin tanpa isolasi getaran

Pembuatan persamaan gerak dan state variable untuk sistem turbin angin tanpa isolasi getaran

Persamaan gerak dan state variable dari sistem turbin angin tanpa isolasi getaran

(53)

Keterangan :

Fo Sin wt = Gaya eksitasi (gaya lift angin) Fk1 = Gaya reaksi dari pegas 1 (N)

Fc1 = Gaya reaksi dari peredam 1 (N)

Fk2 = Gaya reaksi dari pegas 2 (N)

m1 = Massa blade (kg)

m2 = Massa tower dan nacelle (kg)

x1 = Displacement dari massa 1 (m)

Dari gambar 3.4 dapat dibuat persamaan matematis sistem utama tanpa isolator getaran sebagai berikut :

 Persamaan gerak translasi massa 1 : Σ𝐹 = 𝑚1𝑥̈1 − 𝐹𝑐1− 𝐹𝑘1+ 𝐹0sin 𝜔𝑡 = 𝑚1𝑥̈1 − 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑘1(𝑥1− 𝑥2) + 𝐹0sin 𝜔𝑡 = 𝑚1𝑥̈1 𝑥̈1= 1 𝑚1[− 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑘1(𝑥1− 𝑥2) + 𝐹0sin 𝜔𝑡] (3.1)

 Persamaan gerak translasi massa 2 : Σ𝐹 = 𝑚2𝑥̈2 𝐹𝑐1− 𝐹𝑐2+ 𝐹𝑘1+ 𝐹𝑘2= 𝑚2𝑥̈2 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑐2(𝑥̇2) + 𝑘1 (𝑥1− 𝑥2) − 𝑘2(𝑥2) = 𝑚2𝑥̈2 𝑥̈2= 1 𝑚2 [𝑐₁(𝑥̇₁− 𝑥̇2) − 𝑐2(𝑥̇2) + 𝑘1 (𝑥1− 𝑥2) − 𝑘2(𝑥2)] (3.2)  Persamaan state variable massa 1 :

𝑥1̇ = 𝑣1 𝑣̇1 = 1 𝑚1 [− 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑘1(𝑥1− 𝑥2) + 𝐹0sin 𝜔𝑡] (3.3)  Persamaan state variable massa 2 (rotasi) :

(54)

𝑣̇2=

1 𝑚2

[𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑐2(𝑥̇2) + 𝑘1 (𝑥1− 𝑥2) − 𝑘2(𝑥2)]

(3.4)

3.2.2 Pembuatan Blok Simulasi Matlab Simulink dari Sistem Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran

Setelah mendapatkan persamaan gerak dari sistem, langkah selanjutnya yaitu membuat blok simulasi. Parameter yang digunakan untuk simulasi sistem turbin angin terdapat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Parameter sistem turbin angin.

Parameter Nilai Keterangan

Massa blade(m1) 1100 kg

Massa tower dan nacelle (m2)

10020 kg Konstanta Pegas blade

(k1)

52681 N/m Untuk Fk1

Konstanta Redaman blade (c1)

200 Ns/m Untuk Fc1

Konstanta Pegas tower dan nacelle (k2)

1080000 N/m Untuk Fk2

Konstanta Redaman tower dan nacelle (c2)

1000 Ns/m Untuk Fc2

Tinggi Tower (L1) 30 m

Proses pembuatan blok diagram pada Simulink dijelaskan berupa diagram alir pada gambar 3.5. Input yang digunakan yaitu input sinusoidal dan bump modified. Variasi yang dilakukan adalah variasi kecepatan angin sebesar 5, 12, dan 18 m/s.

(55)

 Variasi kecepatan angin sebesar 5, 12, dan 18 m/s.

Gambar 3.5 Diagram alir pembuatan blok diagram Simulink sistem turbin angin tanpa isolator getaran, variasi kecepatan angin

pada konstanta pegas dan redaman kosntan.

Membuat blok diagram pada Simulink

Membuat M-file untuk sistem tersebut

Menjalankan M-file

Menjalankan Simulink

Voi = 18 m/s

Grafik dari karakteristik redaman untuk sistem isolasi getaran dengan variasi kecepatan angin.

Selesai Voi = Vo + i Ya Tidak A Mulai

Parameter dan persamaan gerak dari sistem Turbin angin tanpa isolasi getaran

Voo = 5 m/s i = 0;7;13

(56)

3.2.3 Analisa Grafik Karakteristik Dinamis dari Sistem Turbin Angin Tanpa Isolator Getaran

Dari simulasi sistem turbin angin tanpa isolator, akan didapatkan respon dinamis berupa perpindahan, kecepatan, maupun percepatan dari input sinusoidal maupun bump modified.

Grafik-grafik tersebut dianalisis untuk mengetahui respon getaran turbin angin akibat beban kejut saat proses berputar dan akibat energi eksitasi oleh angin yang kecepatannya selalu berubah-ubah. Selanjutnya dilakukan evaluasi dan mengambil kesimpulan dari hasil analisis dan evaluasi yang telah dilakukan.

3.3 Pemodelan dan Simulasi Sistem Turbin Dengan Isolator Getaran

3.3.1 Pemodelan Dinamis dan Pembuatan Persamaan Gerak dari Sistem Turbin Angin Dengan Isolator Getaran

Pemodelan yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah pemodelan dengan tiga derajat kebebasan (3 DOF). Saat blade terkena beban berupa kecepatan angin maka akan memberikan efek getaran dan momen pada tower turbin angin. Sistem isolasi getaran pada pondasi turbin angin ini meredam getaran dan momen dari tower turbin angin. Pada gambar 3.6 (a) dan (b) dibawah ini menunjukkan model fisik dan dinamis turbin angin yang meliputi, m1, yaitu massa blade turbin angin, m2, massa tower dan nacelle,

dan m3, massa pondasi. K1 mewakili konstanta kekakuan blade,

dan c1 adalah konstanta redaman blade. Sedangkan k2 mewakili

konstanta kekakuan tower , dan c2 adalah konstanta redaman dari

tower. Sedangkan untuk k3L dan k3R adalah konstanta kekakuan

(57)

(a) (b)

Gambar 3.6 (a) Model fisik sistem turbin angin dengan isolator getaran; (b) Model dinamis sistem turbin angin dengan isolator

getaran.

Setelah didapan model dinamis, maka selanjutnya membuat persamaan gerak dan state variable dari sistem tersebut. Secara garis besar proses pembuatan persamaan gerak dan state variable dapat ditransformasikan menjadi diagram alir pada gambar 3.7.

Mulai

Model dinamis dari sistem turbin angin menggunakan isolasi getaran A c2 k2 c3L k3L θ1 c1 k1 Fo Sin wt m2 m1 x1 x2 k3R c3R m3 m1 k1, c1 m2 k2, c2 Angin m3 k3, c3

(58)

Gambar 3.7 Diagram alir pembuatan persamaan gerak dan state variable dari sistem turbin angin menggunakan isolator getaran. Pembuatan persamaan gerak dan state variable dari sistem turbin angin tanpa isolator getaran dapat dilihat penjabaran dibawah ini. Gambar 3.8 merupakan Free body diagram sistem turbin angin dengan isolator getaran.

Pembuatan Free Body Diagram dari sistem turbin angin menggunakan isolasi getaran

Pembuatan persamaan gerak dan state variable untuk sistem turbin angin menggunakan isolasi

getaran

Persamaan gerak dan state variable dari sistem turbin angin menggunakan isolasi getaran

Selesai A

(59)

Gambar 3.8 Free body diagram sistem turbin angin menggunakan isolator getaran.

Keterangan :

Fo Sin wt = Gaya eksitasi (gaya lift angin) Fk1 = Gaya reaksi dari pegas 1 (N)

Fk2 = Gaya reaksi dari pegas 2 (N)

Fk3R = Gaya reaksi dari pegas 3 kanan (N)

Fc3R = Gaya reaksi dari peredam 3 kanan (N)

Fk3L = Gaya reaksi dari pegas 3 kiri (N)

Fc3L = Gaya reaksi dari peredam 3 kiri (N)

m1 = Massa blade (kg)

m2 = Massa tower dan nacelle (kg)

m3 = Massa pondasi (kg)

θ1 = Displacement dari massa 3 (m)

L1 = Jarak ujung tower ke CG (m)

L2 = Jarak isolator kiri ke CG (m)

L3 = Jarak isolator kanan ke CG (m)

Fk3R Fc3R Fo Sin wt m1 x1 Fk1 Fc1 m2 m1ẍ1 Fk1 Fc1 x2 m2ẍ2 Fk2 Fc2 θ1 L2 L3 L1 θ1 Fk2 Fc2 Fk3L Fc3L θ1 CG J0Ӫ1

(60)

Dari gambar 3.10 dapat dibuat persamaan gerak sistem turbin angin dengan isolator getaran sebagai berikut:

 Persamaan gerak translasi massa 1 : Σ𝐹 = 𝑚1𝑥̈1 − 𝐹𝑐1− 𝐹𝑘1+ 𝐹0sin 𝜔𝑡 = 𝑚1𝑥̈1 − 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑘1(𝑥1− 𝑥2) + 𝐹0sin 𝜔𝑡 = 𝑚1𝑥̈1 𝑥̈1 = 1 𝑚1 [− 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑘1(𝑥1− 𝑥2) + 𝐹0sin 𝜔𝑡] (3.5)  Persamaan gerak translasi massa 2 :

Σ𝐹 = 𝑚2𝑥̈2 𝐹𝑐1− 𝐹𝑐2+ 𝐹𝑘1+ 𝐹𝑘2= 𝑚2𝑥̈2 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑐2(𝑥̇2− 𝑙1𝜃̇1) + 𝑘1 (𝑥1− 𝑥2) − 𝑘2(𝑥2− 𝑙1𝜃̇1) = 𝑚2𝑥̈2 𝑥̈2= 1 𝑚2 [𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑐2(𝑥̇2− 𝑙1𝜃̇1) + 𝑘1 (𝑥1− 𝑥2) − 𝑘2(𝑥2 − 𝑙1𝜃̇1)] (3.6)  Persamaan gerak rotasi :

𝛴𝑀 = 𝐽𝜃̈1 𝐹𝑐2𝑙1− 𝐹𝑐3𝐿𝑙2− 𝐹𝑐3𝑅𝑙3+ 𝐹𝑘2𝑙1− 𝐹𝑘3𝐿𝑙2− 𝐹𝑘3𝑅𝑙3= 𝐽𝜃̈1 𝑐2(𝑥̇2− 𝑙1𝜃̇1)𝑙1− (𝑐3𝐿𝜃̇1𝑙2)𝑙2− (𝑐3𝑅𝜃̇1𝑙3)𝑙3+ 𝑘2(𝑥2− 𝑙1𝜃1)𝑙1 (𝑘3𝐿𝜃1𝑙2)𝑙2− (𝑘3𝑅𝜃1𝑙3)𝑙3= 𝐽𝜃̈1 𝑐2𝑙1𝑥̇2− 𝑐2𝑙12𝜃̇1− 𝑐3𝐿𝜃̇1𝑙22− 𝑐3𝑅𝜃̇1𝑙32+ 𝑘2𝑙1𝑥̇2− 𝑘2𝑙12𝜃1− 𝑘3𝐿𝜃1𝑙22− 𝑘3𝑅𝜃1𝑙32= 𝐽𝜃̈1 𝜃̈1 =1 𝐽[ 𝑐2𝑙1𝑥̇2− 𝑐2𝑙12𝜃̇1− 𝑐3𝐿𝑙22𝜃̇1− 𝑐3𝑅𝑙32𝜃̇1+ 𝑘2𝑙1𝑥̇2− 𝑘2𝑙12𝜃1− 𝑘3𝐿𝑙22𝜃1− 𝑘3𝑅𝑙32𝜃1 ] (3.7)  Persamaan state variable massa 1 :

(61)

𝑣̇1 =

1 𝑚1

[− 𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑘1(𝑥1− 𝑥2) + 𝐹0sin 𝜔𝑡]

(3.8)  Persamaan state variable massa 2 :

𝑥2̇ = 𝑣2 𝑣̇2= 1 𝑚2 [𝑐1(𝑥̇1− 𝑥̇2) − 𝑐2(𝑥̇2− 𝑙1𝜃̇1) + 𝑘1 (𝑥1− 𝑥2) − 𝑘2(𝑥2 − 𝑙1𝜃1)] (3.9)  Persamaan state variable rotasi :

𝜃1̇ = 𝜔̇ 𝜔̇ = 1 𝐽[ 𝑐2𝑙1𝑥̇2− 𝑐2𝑙12𝜃̇1− 𝑐3𝐿𝑙22𝜃̇1− 𝑐3𝑅𝑙32𝜃̇1+ 𝑘2𝑙1𝑥2− 𝑘2𝑙12𝜃1− 𝑘3𝐿𝑙22𝜃1− 𝑘3𝑅𝑙32𝜃1 ] (3.10)

3.3.2 Pembuatan Blok Simulasi Matlab Simulink dari Sistem Turbin Angin Dengan Isolator Getaran

Setelah mendapatkan persamaan gerak dari sistem, langkah selanjutnya yaitu membuat blok simulasi. Parameter yang digunakan untuk simulasi sistem turbin angin terdapat pada tabel 3.2.

Tabel 3.2 Parameter sistem turbin angin.

Parameter Nilai Keterangan

Massa blade (m1) 1100 kg

Massa tower dan nacelle (m2)

10020 kg Massa Pondasi (m3) 125600 kg

Konstanta pegas blade dan nacelle (K1)

52681 N/m Untuk Fk1

Konstanta redaman blade dan nacelle (C1)

(62)

Konstanta pegas tower dan pondasi (K2)

1080000 N/m Untuk Fk2

Konstanta redaman tower dan pondasi

(C2) 1000 Ns/m Untuk Fc2 Konstanta pegas ekivalen kiri (K3L) 17 x 106 _N/m _{Untuk Fk} 3L Konstanta redaman ekivalen kiri (C3L) 300 x 103_Ns/m _{Untuk Fc} 3L Konstanta pegas ekivalen kanan (K3R) 17 x 106 _N/m _{Untuk Fk} 3R Konstanta redaman ekivalen kanan (C3R) 300 x 103_Ns/m _{Untuk Fc} 3R

Jarak ujung tower ke CG (L1)

15.44 m Jarak isolator kiri ke

CG (L2)

2 m Jarak isolator kanan ke

CG (L3)

2 m

Proses pembuatan blok diagram pada Simulink dijelaskan berupa diagram alir pada gambar 3.9, 3.10, dan 3.11. Input yang digunakan yaitu input sinusoidal dan bump modified. Variasi kecepatan angin sebesar 5, 12, dan 18 m/s. Variasi konstanta pegas isolator sebesar 17 x 106 _{, 20 x 10}6 _{, dan}_{23 x 10}6 _{N/m. Serta Variasi}

konstanta redaman isolator sebesar 300 x 103_{, 500 x 10}3_{, dan 800}

x 103_Ns/m.

(63)

Gambar 3.9 Diagram alir pembuatan blok diagram Simulink sistem turbin angin menggunakan isolator getaran dengan variasi

kecepatan angin.

Mulai

Parameter dan persamaan gerak dari sistem Turbin angin tanpa isolasi getaran

Voo = 5 m/s i = 0;7;13

Menjalankan M-file

Menjalankan Simulink

Voi = 18 m/s

Grafik dari karakteristik redaman untuk sistem isolasi getaran dengan variasi kecepatan angin.