Abstrak—Dalam  pembuatan  sudu  turbin  angin  harus diperhatikan  material  yang  digunakan.  Sudu  turbin  angin harus memiliki kekuatan spesifik yang tinggi (strength to weight ratio)  dengan  berat  yang  ringan.  Oleh  karena  itu,  pada penelitian  ini  akan  dipelajari  kinerja  spar  dari  sudu  turbin angin  yang  terbuat  dari  material  komposit  carbon  reinforced polymer dan glass fiber reinforced polymer. Struktur  spar pada sudu turbin angin memiliki  geometri cantilever I beam. Dimensi spar  disesuaikan  dengan  dimensi  pada  turbin  angin  riset AVATAR (Advanced iv Aerodynamic Tools of large Rotors) dan referensi  INNWIND.EU  dengan  lebar  pada  flange  dan  web dibuat  menjadi  konstan.  Penelitian  dilakukan  dengan pendekatan  numerik  finite  element  analysis  menggunakan aplikasi  ABAQUS  CAE  2017.  Sebelumnya  akan  dilakukan validasi  model  simulasi  dengan  membandingkan  hasil  defleksi studi  terdahulu  dengan  penelitian  ini.  Hasil  dari  validasi menghasilkan  perbedaan  defleksi  sebesar  0.1%.  Hal  ini menandakan  pemodelan  yang  digunakan  sudah  sesuai. Selanjutnya, dipelajari kinerja defleksi dan tegangan pada spar yang  terbuat  dari  3  material  berbeda  yaitu  S-glass  913/epoxy, TC35/epoxy, dan M55/epoxy dengan distribusi serat merata dan unidirectional.  Hasil  penelitian  menunjukkan  nilai  defleksi dipengaruhi  oleh  modulus  elastisitas  E1  yang  dapat  menahan deformasi elastis. Selain itu, didapatkan daerah yang memiliki tegangan  paling  tinggi  pada  spar  caps  terletak  di  bagian  root yang  menjadi  penopang  gaya  pembebanan.  Sedangkan  pada shear web, tegangan maksimum terletak pada bagian atas dan bawah  yang  mengalami  kontak  langsung  dengan  spar  caps. Ketiga daerah ini harus diperhatikan lebih lanjut dikarenakan daerah  dengan  tegangan  maksimum  memiliki  kemungkinan terjadinya failure pada sudu turbin angin.
Kata  Kunci—Turbin  Angin,  Defleksi,  Tegangan,  Sudu, Komposit.

## I. PENDAHULUAN
EBUTUHAN  energi  listrik  semakin  hari  semakin meningkat  dengan  permintaan  listrik  pada  tahun  2050 diperkirakan  akan  naik  9  kali  lipat  dari  tahun  2018  [1]. Namun,  pembangkit  listrik  di  Indonesia  sendiri  masih didominasi  oleh  bahan  bakar  fosil,  terutama  batu  bara. Penggunaan  bahan  bakar  ini  akan  menghasilkan  emisi  CO 2 ke atmosfer dalam jumlah tertentu dan akan berdampak buruk terhadap alam.
Penggantian  bahan  baku  pembangkit  listrik  dari  energi tidak terbarukan menjadi energi terbarukan merupakan salah satu  cara  untuk  mengurangi  pencemaran  lingkungan  akibat gas  emisi  CO 2 .  Salah  satu  energi  terbarukan  yang  dapat digunakan  adalah  energi  angin  untuk  menggerakkan
pembangkit listrik turbin angin.
Turbin angin merupakan mesin yang mengonversi energi kinetik dari angin menjadi energi listrik. angin yang mengalir melalui  turbin  akan  menggerakkan  putaran  sudu  rotor. Putaran  dari  sudu  membuat gearbox bekerja  untuk menaikkan  kecepatan  putaran pada shaft [2].  Sehingga, generator yang terhubung dengan gearbox dapat menghasilkan arus listrik [3].
Bagian luar sudu turbin angin terdiri dari dua permukaan airfoil (sisi suction dan sisi pressure ). Tujuan utama airofoil adalah memberi sudu bentuk aerodinamis, sehingga tercipta gaya aerodinamis yang dapat membuat sudu turbin bergerak rotasi.  Gaya  aerodinamis  ditransmisikan  ke  turbin  angin melalui load-carrying beam yang berada di dalam sudu [4]. Load-carrying  beam yang  bisa  disebut  sebagai main  spar terdiri  dari spar  caps dan shear  web ,  dimana spar  caps berguna  untuk  menahan bending  moment dan shear  web berguna untuk menahan shear force [5] .
Pada tahun 1941, turbin angin dibuat menggunakan sudu berbahan  baja  oleh  perusahaan  Morgan-Smith.  Namun, terjadi failure pada  salah  satu  sudu  setelah  beberapa  ratus jam beroperasi [6]. Secara keseluruhan, sudu turbin memiliki proporsi  terbesar  dalam fatigue  failure ,  yaitu  sebesar  50% dibandingkan  komponen  lainnya  [7].  Hal  ini  menunjukkan pentingnya  dilakukan  studi  lanjut  mengenai  sudu  turbin angin.  Sampai  saat  ini  sudah  banyak  dilakukan  studi mengenai sudu turbin angin, salah satunya adalah studi oleh Prombut dkk, yang meneliti defleksi pada material komposit dengan jenis orientasi serat yang berbeda [8]. Studi lain juga dilakukan Meng Kao yang menganalisis tegangan pada sudu turbin angin menggunakan metode finite element [9].
Pada  penelitian  ini  akan  digunakan  sudu  dari  model AVATAR  dan  referensi  dimensi  INNWIND.EU  untuk mencari  pengaruh  tiga  jenis  material  komposit  terhadap kinerja  sudu  turbin  angin  bagian spar  caps dan shear  web dengan  menganalisa  defleksi  dan  distribusi  tegangannya. Sudu turbin  angin menggunakan jenis material karbon baru yang  memilik  ketebalan  lebih  kecil  dibanding  material karbon lainnya, yaitu S-glass 913/epoxy , TC35/ epoxy , dan M55/ epoxy .    Dari  ketiga  material  ini,  hasil  defleksi  yang dapat  digunakan  sebagai  parameter  kekuatan  pada  sudu turbin angin. Tegangan yang dihasilkan juga dapat digunakan untuk  menganalisis  kemungkinan  terjadinya failure pada sudu.  Dengan  memprediksi failure pada  sudu,  maka  dapat dianalisis lebih lanjut daya tahan dan umur hidup dari sudu.
Bilqis Nabilah Madsurah 1 , Putu Suwarta 1 , dan Galih Bangga 2
1 Departemen Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
2 Institute of Aerodynamics and Gas Dynamics, University of Stuttgart e-mail : putu_suwarta@me.its.ac.id
Studi Numerik Defleksi dan Distribusi Tegangan pada Spar dengan Struktur I-Beam yang Terbuat dari Material Komposit–Aplikasi pada Sudu Turbin Angin Avatar
K

## II. PEMODELAN SUDU TURBIN ANGIN

## A. Pemodelan Cantilever I-beam
Pemodelan  sudu  dibuat  menggunakan  dimensi  dari  data riset  model  AVATAR.  Pada  Gambar  1  ditunjukkan  bentuk dari  sudu  turbin  angin  AVATAR  dengan  lebarnya  yang konstan  disepanjang  sudu  turbin  angin.  Sudu  turbin  angin AVATAR  terdiri  dari airfoil dan spar ,  dimana spar ini memiliki  dua spar  caps pada  bagian  atas  dan  bawah (berwarna merah) dan tiga shear web pada bagian kanan dan kiri (berwarna hijau dan biru muda). Pada bagian spar caps yang mendekati ujung ( root ) terdapat perubahan lebar yang semakin mengecil. Pada penelitian ini akan dibuat beberapa perubahan  dimensi,  yaitu  lebar spar  caps dibuat  konstan sepanjang sudu turbin angin dari root hingga ujung dan shear web dibuat  memiliki  panjang  yang  sama  dengan spar  caps agar dapat dibuat struktur I beam spar dengan panjang 102.88 m.  Selain  itu, shear  web ketiga  dan airfoil tidak  akan digunakan  pada  pemodelan.  Perubahan  ini  dilakukan  untuk mempermudah  proses  simulasi  dan  juga  melihat  dari penelitian Roth-Johnson yang menyatakan kinerja struktural pada spar sudah mewakili kinerja struktural dari seluruh sudu [10].
Pada  laporan  AVATAR  tidak  dicantumkan  tebal  dari unidirectional  laminate pada spar  caps dan shear  webs , sehingga  digunakan  referensi  AVATAR  yaitu  model INNWIND  [11].  Dengan  menggunakan  model  referensi
INNWIND, maka didapatkan lebar dari spar caps dan shear web seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Pada  ABAQUS, cantilever  i  beam dibuat  menggunakan model  3D deformable dengan base  feature solid  extrusion . Bagian cross  section diberi  partisi  pada  bagian  atas  dan bawah  pada shear  web yang  bertujuan  agar spar  caps dan shear  web dapat  diberi  lapisan  dengan  arah  yang  berbeda, lihat Gambar 2. Beban diberikan pada permukaan atas spar caps , dimana beban yang diberi akan dibuat merata sepanjang beam. Pada  pemodelan  awal, I  beam akan  dimodelkan sebagai  solid  namun  akan  diatur  menjadi continuum  shell element pada numerical  setup agar  dapat  menginput composite layup.
B. Material Properties
Pada ABAQUS, digunakan material bersifat elastis dengan jenis engineering constant yang membutuhkan input berupa material properties E1, E2, E3, 𝑣 12, 𝑣 13, 𝑣 23, G12, G13, dan G23. Material  properties pada  penelitian  ini  menggunakan referensi dari penelitian  Suwarta dimana terdapat beberapa konstanta engineering  constant yang  belum  diketahui  [12]. Sehingga,  untuk  mencari  konstanta  tersebut  dapat menggunakan persamaan di bawah ini:
𝐸3  =  𝐸2, 𝐺13  =  𝐺12, 𝑣13  =  𝑣12 (1)
𝐺 23 = 𝐸 2 2(1+𝑣23) (2)
Maka dengan menggunakan persamaan tersebut didapatkan konstanta seperti pada Tabel 2, Tabel 3, dan Tabel 4.
Pada  studi  ini  akan  digunakan  susunan unidirectional laminate yang terdiri dari unidirectional ply dengan jumlah ply tertentu. Jumlah ini dapat dicari dengan menghitung tebal masing-masing spar  cap dan shear  web yang  hasilnya ditunjukkan oleh Tabel 5 dengan hasil yang dibulatkan.
C. Boundary Condition
Pada  pemodelan  I  beam  diberi boundary  condition yang terdiri  dari load,  encastre ,  dan displacement. Agar  bagian ujung cantilever  beam dapat  dibuat  menjadi fixed  support , diperlukan menggunakan encastre pada boundary condition
Gambar 1. Bentuk Sudu Turbin Angin AVATAR PoliMI.
Gambar 2. Pemodelan Dimensi Cantilever I beam .
Tabel 1.
Dimensi Cantilever I beam Parameter Spar Caps Shear Web Panjang (w,L) 0.8 m 102.8 m Tebal (ts,tw) 0.06 m 0.04 m Tinggi (H) 0.696 m 0.696 m Tabel 2. Poisson Ratio untuk Material S-Glass/Epoxy, TC35/Epoxy, M55 Epoxy Material 𝑣 12 𝑣 13 𝑣 23 S-Glass/Epoxy 0.30 0.30 0.32 TC35/Epoxy 0.30 0.30 0.31 M55/Epoxy 0.31 0.31 0.32
Tabel 3. Shear Modulus Elastisitas Constant untuk Material S- Glass/Epoxy,TC35/Epoxy, M55 Epoxy Material 𝐺 12(Gpa) 𝐺 13 (Gpa) 𝐺 23 (Gpa) S- Glass/Epoxy 3.1 3.1 3.90 TC35/Epoxy 4.4 4.4 4.19 M55/Epoxy 3.1 3.1 2.38 Tabel 4. Shear Modulus Constant untuk Material S- Glass/Epoxy,TC35/Epoxy, M55 Epoxy Material E1(Gpa) E2(Gpa) E3(Gpa) S-Glass/Epoxy 45.7 10.3 10.3 TC35/Epoxy 114.3 11 11 M55/Epoxy 280 6.3 6.3 Tabel 5. Jumlah Ply pada Laminate Shear Web dan Spar Caps Material Tebal Ply (m) Ketebalan Jumlah Ply Spar Caps Spar Web Spar Caps Spar Web SGlass/Epoksi 0.000155 0.06 0.04 388 259 TC35/Epoksi 0.000027 2223 1482 M55/Epoksi 0.00003 2000 1334 .
dimana encastre menahan  seluruh  struktural degree  of freedom
pada bagian yang
dipilih (U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0).  Lalu displacement akan membuat  gaya  yang  diberikan  pada  bagian  atas  sudu  akan menyeluruh  ke  setiap  bagian  model  sehingga  respon  akan diberikan sebagai satu kesatuan.

## D. Gaya Pembebanan
Variasi beban yang akan diberikan pada bagian atas sudu akan  menggunakan  gaya  angin  pada  studi  AVATAR  yang disimulasikan  menggunakan  CFD.  Pada  AVATAR,  gaya pembebanan  diaplikasikan  pada  seluruh  permukaan  sudu turbin angin. Sementara pada penelitian yang dilakukan gaya pembebanan diaplikasikan hanya pada spar ( shear web dan spar  caps ).  Sehingga  jika  digunakan  variasi  beban  dari AVATAR,  kekakuan  yang  menahan  gaya  pembebanan hanyalah  kekakuan  dari spar ,  dimana  seharusnya  kekakuan oleh  keseluruhan  struktur  sudu  juga  ikut  menahan  gaya pembebanan.  Hal  ini  akan  menyebabkan  defleksi  pada penelitian memiliki hasil yang tidak akurat. Untuk mengatasi masalah  tersebut,  dapat  dicari  gaya  pembebanan  spesifik yang terjadi pada permukaan spar . Dengan mengasumsikan tekanan  dari  gaya  angin  sama  di  sepanjang chord serta kekakuan  pada spar dan airfoil juga  sama,  dapat  dihitung gaya  pembebanan  spesifik  pada spar menggunakan persamaan 3 berikut:
𝑃 𝑠𝑝𝑎𝑟 =   𝑃 𝑎𝑖𝑟𝑓𝑜𝑖𝑙
𝐹 𝑠𝑝𝑎𝑟 𝑤 𝑠𝑝𝑎𝑟 = 𝐹 𝑏𝑙𝑎𝑑𝑒 𝑤 𝑐ℎ𝑜𝑟𝑑
𝐹 𝑠𝑝𝑎𝑟 = 𝐹 𝑏𝑙𝑎𝑑𝑒 𝑤 𝑐ℎ𝑜𝑟𝑑 × 𝑤 𝑠𝑝𝑎𝑟 (3)
Maka  didapatkan  gaya  pembebanan  spesifik  pada  bagian spar yang ditunjukkan pada Tabel 6.
E. Studi Konvergensi Mesh
Studi  konvergensi mesh bertujuan  dalam  menentukan berapa  banyak  elemen  yang  diperlukan  dalam  model  untuk memastikan  bahwa  hasil  analisis  tidak  terpengaruh  oleh perubahan  ukuran mesh, lihat  Gambar  3.  Hal  ini  dilakukan dengan cara melakukan percobaan variasi ukuran mesh dari ukuran  yang  paling  kasar  hingga  paling  halus  hingga  hasil dari  kurva  terlihat  stabil.  Dari  studi  ini  didapatkan  hasil seperti  Gambar  3,  dimana  diuji  variasi  ukuran mesh dari ukuran 10 hingga 0.8 dan didapatkan hasil defleksi yang sama pada ukuran mesh 0.8 hingga 1 sebesar 10.69 m. Maka dapat diketahui pada ukuran 1 mesh sudah konvergen.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Validasi model
Validasi model dilakukan untuk memastikan apakah model penelitian yang dibuat sudah merepresentasikan  model pada dunia  nyata  dan  memastikan  model  memiliki  kredibilitas yang baik. Proses ini dilakukan dengan membandingkan hasil studi  terdahulu  oleh  Prombut  dengan  model  penelitian. Proses  simulasi  model  dilakukan  menggunakan layup komposit F4W2 pada model oleh Prombut, dimana orientasi serat  bagian flange memiliki  susunan [90/45/−45/0/0] 2𝑠 dan  bagian web memiliki  susunan [0/90] 5𝑠 .Pemodelan dibuat  pada  ABAQUS  sesuai  dengan  variabel  penelitian Prombut dan  menghasilkan tip  deflection sebesar  91.3  mm. Hasil simulasi dibandingkan antara kedua model seperti pada Tabel  7  dimana  hasil tip  deflection prombut  dan  penelitian
Gambar 3. Studi Konvergensi Mesh .
Tabel 6.
Gaya Pembebanan spar sepanjang Radius Sudu Turbin Angin
AVATAR Radius (m) F spar (N/m) 10.29 97.778 15.44 125.534 20.58 132.354 25.73 173.552 30.04 273.045 36.02 485.287 45.36 785.253 50.93 986.436 61.74 1403.225 69.54 1762.941 82.32 2377.229 90.30 2801.068 97.76 3091.579 101.42 3183.660 102.88 2909.641
Gambar  4.  Perbandingan  Simulasi  Defleksi  Material  S-glass/Epoxy,
M55/Epoxy, dan TC35/Epoxy.
Tabel 7. Hasil Simulasi Validasi Model Hasil Simulasi Model Prombut Numerical modelling Tip Deflection 91.4 mm 91.3 mm Perbedaan 0.1%
memiliki  perbedaan    sebesar  0.1%.  Hasil  dari  simulasi menghasilkan perbedaan tip deflection dengan error kurang dari  3%  sehingga  validasi  model  sudah  berhasil  dan pemodelan  penelitian  yang  dilakukan  ABAQUS  sudah sesuai.

## B. Hasil Defleksi
Setelah model melalui proses validasi, dilakukan simulasi cantilever  I  beam menggunakan  material  S-Glass/Epoxy, TC35/Epoxy, dan M55/Epoxy pada software ABAQUS CAE 2017.  Hasil defleksi  yang  didapatkan  dibandingkan  melalui grafik pada Gambar 4, dimana ketiga material memiliki tren kurva yang sama. Ketiga material mengalami kenaikan nilai defleksi  seiring  dengan  bertambahnya  panjang I  beam , dimana nilai defleksi terbesar secara berurut adalah material S-glass/Epoxy, TC35/Epoxy, dan M55/epoxy.
Dapat dilihat pada Tabel 8, terdapat perbedaan nilai pada ketiga  modulus,  dimana  E1  memiliki  perbedaan  nilai  yang paling besar dan jika dibandingkan dengan nilai material S- glass/Epoxy  dan  TC35/Epoxy  terdapat  perbedaan  nilai sebanyak  2-3  kali  lipat.  Hal  ini  yang  mempengaruhi  hasil defleksi  pada  ketiga  material,  dimana  M55/Epoxy  yang memiliki nilai E1 paling besar memiliki defleksi paling kecil. Sedangkan  TC35/Epoxy  dengan  nilai  E1  lebih  kecil  dari M55/Epoxy  memiliki  defleksi  yang  lebih  kecil  dari M55/Epoxy.  Begitu  juga  sama  dengan  S-Glass/Epoxy  yang memiliki  nilai  E1  yang  lebih  kecil  dan  defleksi  yang  lebih
besar dari M55/Epoxy dan TC35/Epoxy. Dari hasil yang ada dapat dilihat nilai young modulus E1 yang memiliki pengaruh besar  pada  defleksi  ketiga  material,  dimana  E1  memiliki peran besar dalam menahan gaya yang diberikan pada I beam sehingga deformasi yang terjadi menjadi lebih kecil.
C. Analisis Distribusi Tegangan
Pemodelan i beam spar terdiri dari dua bagian spar caps pada bagian atas dan bawah dan satu shear webs pada bagian tengah. Spar  caps dan shear  web sendiri  tersusun  oleh  ply atau  lapisan  dengan  arah  penyusunannya  masing-masing seperti yang ditunjukkan Gambar 5. Spar caps disusun dari arah bawah ke atas dan shear web disusun dari arah kiri ke kanan atau bisa disebut dari ply inner (terdalam) ke ply outer (terluar).  Letak  tegangan  maksimum  pada  setiap layer juga akan  dianalisa.  Perubahan  letak  tegangan  maksimum  dari ketiga layer dapat  dianalisa  dengan  melihat  apakah  ada perubahan  posisi node pada layer . Node sendiri  merupakan bagian dari finite element yang berbentuk poin atau titik dan saling terhubung membentuk elemen.
Analisis  tegangan  akan  dilakukan  pada  dua  bagian spar caps dan  satu  bagian shear  web. Namun, dari  simulasi didapatkan nilai tegangan spar caps pada bagian bawah dan atas  memiliki  nilai  dan  posisi  tegangan  maksimum  yang sama, sehingga tegangan pada spar caps dirasa cukup hanya dianalisa pada satu bagian saja.

## D. Kontur Tegangan Von Mises Equivalent pada Shear Caps
Pada  Gambar  6,  Gambar  7,  dan  Gambar  8,  ditunjukkan kontur  distribusi  tegangan  maksimum  pada shear  cap yang diambil dari tampak atas sudu turbin angin. Terdapat tiga ply yang ditunjukkan pada poin a,b,c berupa ply terluar (outer) , tengah (middle) ,  dan  terdalam (inner) berserta  tanda  panah warna  kuning  untuk  menunjukkan  posisi  tegangan maksimum pada ply.
Dari  ketiga ply material  S-glass/epoxy , tegangan maksimum berada pada ply outer dengan nilai sebesar 63.2
Tabel 8. Perbandingan Nilai Modulus Elastisitas material S-glass/Epoxy, M55/Epoxy, dan TC35/Epoxy
Material E1 (Gpa) E2 (Gpa) E3 (Gpa) Defleksi Maksimum (m) S-Glass/Epoxy 45.7 10.3 10.3 10.69 TC35/Epoxy 114.3 11 11 4.28 M55/Epoxy 280 6.3 6.3 1.77
Gambar 5. Arah Penyusunan Ply pada Shear Web dan Spar Caps .
Gambar  6.  Kontur  Tegangan Von  Mises Maksimum  Material  S- glass/Epoxy pada Spar Caps .
Gambar  7.  Kontur  Tegangan Von  Mises Maksimum  Material TC35/Epoxy pada Spar Caps.
Gambar  8.  Kontur  Tegangan Von  Mises Maksimum  Material M55/Epoxy pada Spar Caps.
MPa.  Hal  ini  sudah  sesuai  dengan  teori,  dimana ply terluar mengalami  tegangan  maksimum  karena  mengalami  kontak langsung  dengan  gaya  pembebanan.  Posisi  tegangan maksimum  juga  sudah  sesuai  teori,  dimana  tegangan  di bagian root sudu  memiliki  nilai  yang  paling  besar  karena melihat  strukturnya  sebagai cantilever yang  harus  menahan gaya aerodinamis, gaya berat, dan momen lentur maksimum lebih besar dari bagian lain sudu.
Pada  Material  TC35  kontur  tegangan  ditunjukkan  pada Gambar 7, dimana ply dengan tegangan tertinggi ke terkecil secara berurutan adalah ply outer, middle, dan inner . Posisi tegangan maksimum pada ply outer dan middle terletak pada bagian root dari  sudu  yang  bekerja  sebagai  penopang. Sedangkan pada ply inner tegangan maksimum terletak pada posisi tengah sejauh 1 m dari bagian root , dimana pada posisi ini  terdapat  kontak  langsung  dengan shear  web yang menyebabkan  tegangan  menjadi  tinggi.  Terjadi  sekali perpindahan posisi node tegangan maksimum dari ply middle dengan node 4 menuju ply inner dengan node 57.
Sama  seperti  dengan  material  Sglass/Epoxy  dan TC35/Epoxy, material M55/Epoxy yang ditunjukkan Gambar 8  memiliki  tegangan  maksimum  pada layer  outer dengan nilai  sebesar  70.9  MPa.  Posisi  tegangan  maksimum  juga terletak  pada root sudu  yang  memiliki  struktur cantilever untuk  menahan  gaya  pembebanan.  Sedangkan  pada layer inner ,  tegangan  maksimum  terletak  pada  posisi  tengah dengan jarak sejauh 2 m dari bagian root . Perpindahan posisi node tegangan  maksimum  terjadi  sekali  dari layer  middle dengan node 2  menuju layer  inner dengan node 3764. Berbeda  dengan  material  lainnya,  pada  M55/Epoxy  terjadi perubahan kontur tegangan yang cukup besar.
E. Kontur Tegangan Von Mises Equivalent pada Shear
Web
Sama  seperti  analisis  yang  dilakukan  pada spar  caps , analisis  tegangan  pada shear  web akan  dilakukan  pada ply terluar ( outer ), tengah ( middle ), dan terdalam ( inner ). Letak tegangan  maksimum  pada  setiap layer juga  akan  dianalisa. Pada  Gambar  9,  Gambar  10,  dan  Gambar  11,  ditunjukkan
kontur distribusi tegangan maksimum pada shear web yang diambil dari tampak atas sudu turbin angin
Dari  ketiga ply material  S-glass/epoxy , tegangan maksimum  terletak  pada ply  outer dan inner dengan  nilai sebesar  51.6  MPa.  Pada ply  outer, tegangan  maksimum terletak pada bagian atas dengan jarak sejauh 1 m dari root. Sedangkan  pada ply  middle dan inner memiliki  posisi tegangan  maksimum  yang  sama,  yaitu  pada  bagian  bawah sejauh 1 m dari root dengan node 57. Pada posisi shear web bagian  atas  dan  bawah  ini  terjadi  kontak  langsung  dengan spar caps menyebabkan tingginya nilai tegangan.
Kontur  tegangan  material  TC35/Epoxy  ditunjukkan  pada Gambar  10  dengan  tegangan  maksimum  sebesar  5.1  MPa terletak  pada ply  outer bagian  bawah  sejauh  1  m  dari root . Sedangkan  tegangan  maksimum  pada ply  middle dan inner memiliki posisi dan nilai yang sama, yaitu pada bagian atas sejauh 1 m dari root dengan nilai tegangan sebesar 4.6 MPa. Pada  bagian  atas  dan  bawah  ini  terjadi  kontak  langsung dengan spar  caps yang  menyebabkan  tingginya  nilai tegangan.  Terjadi  sekali  perpindahan  posisi node tegangan maksimum dari ply outer dengan node 57 berpindah ke ply middle dengan node 260. Tren shear  web pada  material  M55/epoxy  memiliki kesamaan  dengan  material  s-glass/epoxy,  dimana  tegangan maksimum  terletak  pada ply  outer dan inner dengan  nilai yang  sama  sebesar  51.9  MPa.  Namun,  pada  kedua ply ini memiliki  posisi  tegangan  maksimum  yang  berbeda. Tegangan maksimum pada p ly outer terletak di bagian atas yang  mengalami  kontak  langsung  dengan top  spar  caps . Sedangkan ply  inner terletak  pada  bagian  bawah  yang mengalami  kontak  langsung  dengan bottom  spar  caps . Ply middle juga memiliki posisi tegangan maksimum yang sama dengan ply  inner .  Terjadi  sekali  perpindahan  posisi node tegangan maksimum dari ply outer menuju ply middle .

## F. Perbandingan Distribusi Tegangan
Secara keseluruhan, tegangan maksimum sudu pada ketiga material  komposit  terletak  pada  bagian spar  caps .  Hal  ini dikarenakan  gaya  pembebanan  yang  diberikan  kepada spar caps , sehingga terdapat kontak langsung. Selain itu, tebal dan lebar spar  caps yang  lebih  besar  dari shear  web juga mempengaruhi  nilai  tegangan.  Tegangan  maksimum spar caps pada  ketiga  material  terletak  pada ply  outer dengan
Gambar  11.  Kontur  Tegangan  Von  Mises  Maksimum  Material M55/Epoxy pada Shear Web.
Tabel 9. Perbandingan Tegangan Maksimum Material S-glass /Epoksi, TC35/Epoksi, dan M55/Epoksi Material Tegangan Maksimum (MPa) E1 (Gpa) S-Glass/Epoksi 63.2 45.7 TC35/Epoksi 65.3 114.3 M55/Epoksi 70.9 280
. Gambar  9.  Kontur  Tegangan Von  Mises Maksimum  Material  S- glass/Epoxy pada Shear Web.
Gambar  10.  Kontur  Tegangan Von  Mises Maksimum  Material TC35/Epoxy pada Shear Web.
posisi di bagian root yang  berperan sebagai  penopang gaya pembebanan.
Pada Tabel 9 ditunjukkan nilai tegangan maksimum pada masing-masing  material.  Secara  berurut  material  dengan tegangan maksimum tertinggi adalah M55/epoxy, TC35/Epoxy, dan S-glass/Epoxy. Hal ini sudah sesuai dengan teori jika melihat dari rumus modulus elastisitas yang berupa E = 𝜎 𝜀 ,  dimana modulus  elastisitas  (E)  berbanding  lurus dengan  tegangan (𝜎) .  Sehingga,  jika  semakin  besar  nilai modulus  elastisitas  maka  semakin  besar  juga  nilai tegangannya.

## IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Dilakukan  simulasi  sudu  turbin  angin  dengan  dimensi AVATAR  yang  dimodelkan  menjadi cantilever  I  beam. Sebelumnya dilakukan validasi terlebih dahulu dengan studi Prombut dengan hasil perbedaan tip deflection sebesar 0.1% mendekati.  Hasil  dari  simulasi  menghasilkan  perbedaan  tip deflection dengan error kurang  dari  3%  sehingga  validasi model  sudah  berhasil  dan  pemodelan  penelitian  yang dilakukan ABAQUS sudah sesuai.
Simulasi  dilakukan  menggunakan  tiga  material  komposit M55/Epoxy,  TC35/Epoxy,  dan  S-glass/Epoxy  yang  secara berurutan memiliki nilai defleksi sebesar 2.73 m, 7.11 m, dan 16.5m.  Nilai  dari  defleksi  ini  dipengaruhi  oleh  modulus elastisitas E1 yang dapat menahan gaya pembebanan pada I beam sehingga deformasi yang terjadi menjadi lebih kecil.
Material dengan nilai tegangan tertinggi secara berurutan yaitu  M55/Epoxy,  TC35/Epoxy,  dan  S-glass/Epoxy.  Pada spar  caps ,  tegangan  maksimum  terletak  pada  bagian root yang menjadi penopang gaya pembebanan. Sedangkan pada shear web , tegangan maksimum terletak pada bagian atas dan bawah yang mengalami kontak langsung dengan spar caps . Secara  keseluruhan  dari  ketiga ply ,  secara  berurutan
tegangan tertinggi ke terendah adalah ply outer, middle, dan inner .  Tegangan  Maksimum  pada  ketiga  material  terletak pada jarak 0 – 2 meter dari root .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Sekretaris  Jenderal  Dewan  Energi  Nasional,  “Indonesia  energy  out look 2019,” J. Chem. Inf. Model , vol. 53, no. 9, pp. 1689–1699, 2019, doi: ISSN: 2527-3000.
[2]  S. Malhotra and P. Brinckerhoff, “Selection , design and construction of offshore wind turbine foundations,” Wind  Turbines ,  pp.  231–264, 2010, doi: 10.5772/15461.
[3]  S. Mathew, Wind Energy . Berlin: Springer, 2006, doi: https://doi.org/10.1007/3-540-30906.
[4]  W. Tong, Wind Power Generation and Wind Turbine Design . Canada: WIT Press, 1979, ISBN: 9781845642051.
[5]  R.  P.  L.  Nijssen  and  D.  R.  V.  Van  Delft,  “Alternative  fatigue formulations  for  variable  amplitude  loading  of  fibre  composites  for wind turbine rotor blades,” Eur. Struct. Integr. Soc. , vol. C, pp. 563– 574, 2003, doi: 10.1016/S1566-1369(03)80125-5.
[6]  L. Mishnaevsky, K. Branner, H. N. Petersen, J. Beauson, M. McGugan, and B. F. Sørensen, “Materials for wind turbine blades: An overview,” Mater. , vol. 10, no. 11, pp. 1–24, 2017, doi: 10.3390/ma10111285.
[7]  B. Eker, A. Akgodan, and A. Vardar, “Using of composite material in wind turbine blades,” J. Appl. Sci. Environ. Manag. , vol. 4, no. 14, pp. 2917–2921, 2006, doi: 10.3923/jas.2006.2917.2921.
[8]  P.  Prombut  and  C.  Anakpotchanakul,  “Deflection  Of  Composite Cantilever  Beams  With  A  Constant  I-Cross  Section,”  in IOP Conference  Series:  Materials  Science  and  Engineering ,  2019,  p. 012025, doi: 10.1088/1757-899X/501/1/012025.
[9]  M.  K.  Yeh  and  C.  H.  Wang,  “Stress  Analysis  Of  Composite  Wind Turbine Blade By Finite Element Method,” in IOP Conference Series: Materials  Science  and  Engineering ,  2017,  p.  012015,  doi: 10.1088/1757-899X/241/1/012015.
[10]  P. Roth-Johnson, R. E. Wirz, and E. Lin, “Structural design of spars for 100-m biplane wind turbine blades,” Renew. Energy , vol. 71, pp. 133– 155, 2014, doi: 10.1016/j.renene.2014.05.030.
[11]  L. Cormier, S. Joncas, and R. P. L. Nijssen, “New lightweight structural blade  designs  and  blade  designs  with  build-in  structural  couplings,” Wind  Energy ,  vol.  19,  no.  6,  pp.  1023–1041,  2016,  doi: http://doi.wiley.com/10.1002/we.1880.
[12]  P. Suwarta and M. Wisnom, “Pseudo-Ductility of Unidirectional Thin- Ply Hybrid Composites,” University of Bristol, 2020.