Pemodelan Galloping Sebagai Media Energy Harvester Dengan Tipbody Berbentuk Triangular Menggunakan Piezoelectric

Abstract

Studi mengenai pemanen energi (energy harvesting) berbasis aeroelastik dari waktu ke waktu menunjukkan peningkatan yang pesat. Aeroelastik adalah fenomena fisik yang melibatkan interaksi aspek-aspek inersia, elastik dan aerodinamika. Salah satu fenomena ketidakstabilan aeroelastik klasik yang sering ditemuai adalah galloping, dimana getaran yang muncul dapat dicirikan sebagai frekuensi osilasi rendah dan amplitudo besar. Oleh karena amplitudo osilasi yang besar maka galloping dapat menjadi skenario yang dapat diterima untuk menggerakkan pemanen energi berbasis piezoelektrik. Pada penerapannya alat pemenanen energi ini dimanifestasikan dalam sebuah batang kantilever yang diberi sebuah pemberat di ujung bebasnya. Adapun osilasi, yang muncul akibat interaksi dengan aliran fluida yang melaluinya, terjadi di bidang normal terhadap arah aliran angin. Pada batang kantilever tersebut ditempelkan piezoelektrik yang akibat adanya regangan dinamis energi listrik dapat diektrasi dari energi mekanik. Dalam penelitian ini, sebuah model teoritis dikembangkan untuk memprediksi karakteristik dinamika sistem pemanen energi dengan bodi aerodinamis berpenampang segitiga. Prosedur FEM digunakan untuk menentukan frekuensi natural dan bentuk modus struktur. Selain itu, gaya galloping yang diinduksi dimodelkan dengan menggunakan aproksimasi kuasi-stedi. Untuk tujuan ini, koefisien-koefisien gaya angkat dan gaya hambat bodi aerodinamis untuk bilangan Reynolds tertentu dan berbagai sudut serang ditentukan menggunakan prosedur dinamika fluida komputasional (CFD). Respon dinamis dari pemanen kemudian dapat diperoleh secara langsung dengan memecahkan persamaan diferensial yang mewakili gerakan transversal pemanen energi. Dari hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa simulasi yang dikembangkan pada penelitian ini memberikan keluaran tegangan listrik maksimum yang mempunyai perbedaan sekitar 1 % dibanding dengan keluaran tegangan listrik yang diperoleh dari pengujian. Pada penelitian ini variasi bilangan Reynold, berat pada tip mass dan besarnya hambatan juga dilakukan.