Pengaruh Variasi Infill Density Dan Pattern Terhadap Karakteristik Material LDPE-Bioplastik Untuk Aplikasi Blade Turbin Angin Naca 4412

Abstract

Pemilihan turbin angin disini difokuskan karena potensinya sebagai sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan. Blade turbin angin adalah salah satu bagian yang paling penting dalam menentukan efisiensi konversi energi angin menjadi energi mekanik, oleh karena itu lokasi pemanfaatan energi angin biasanya dilakukan di dataran tinggi ataupun dilaut agar pemanfaatan energi angin lebih kompetitif apabila dibandingkan dengan energi alternatif lain. Desain dan analisis blade sangat krusial dalam menentukan kinerja serta efisiensi turbin angin. NACA merupakan airfoil yang dikembangkan oleh National Advisory Committee For Aeronautics. Beberapa bentuk airfoil yang sering digunakan baik untuk sayap terbang maupun sudu turbin angin adalah airfoil tipe. Didalam menentukan sebuah desain blade yang tepat, maka diperlukan bentuk desain yang paling optimal. Dalam teori dasar material LDPE dan bioplastik, termasuk juga keunggulan material bioplastik sebagai material ramah lingkungan yang dapat terurai. Selain itu dibahas mengenai airfoil NACA 4412 yang dipilih karena memiliki koefisien angkat tinggi dan koefisien seret rendah, cocok untuk aplikasi blade turbin angin. Penggunaan 3D printing dijelaskan sebagai metode manufaktur aditif yang memungkinkan pembuatan bentuk kompleks dengan parameter infill dan pattern yang dapat diatur, sehingga mempengaruhi kekuatan dan kekakuan hasil cetakan. Studi literatur dari penelitian terdahulu seperti Porter (2019), Tiantian (2017), dan Glecelyn (2023) juga dibahas sebagai referensi, di mana diketahui bahwa variasi infill density dan pola sangat memilik pengaruh sifat mekanik hasil 3D Printing. Didalam penelitian ini akan menggunakan proses pembuatan blade turbin angin dengan bahan yaitu campuran filament LDPE 75% dan Pati Kedelai 25% yang akan dilakukan proses 3D Printing dan dilakukan proses pengujian bending dengan metode threee point bending. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh variasi infill density (30%, 40%, 50%) dan pattern infill (grid, triangle) pada sifat mekanik spesimen blade turbin angin berbahan LDPE-bioplastik hasil 3D printing melalui uji bending dan simulasi numerik. Berdasarkan hasil uji bending, ditemukan bahwa semakin tinggi nilai infill density yang digunakan, semakin besar nilai stress maksimum yang mampu ditahan spesimen, serta displacement yang terjadi semakin kecil. Semakin tinggi density (30% → 50%), semakin besar nilai stress maksimum dan semakin kecil displacement yang terjadi. Hasil ANOVA menunjukkan kontribusi infill density 37,05% pada stress (F-value 27,86) dan 61,97% pada displacement (F-value 19,22), menegaskan bahwa infill density adalah faktor utama peningkat kekuatan dan kekakuan. Sementara itu, pattern (grid dan triangle) hanya berkontribusi kecil pada stress (0,67%) namun cukup berpengaruh pada displacement (15,70%), dengan pola triangle cenderung menghasilkan displacement lebih merata dan lebih kecil dibanding grid. Ini menunjukkan pattern penting untuk mengontrol deformasi meski pengaruhnya tidak sebesar density. Hasil simulasi menunjukkan nilai stress maksimum 30,72 MPa dan displacement 44,507 mm. Perbedaan ini dapat dijelaskan oleh skala objek simulasi yang lebih besar, oleh karena itu didapatkan distribusi pembebanan yang berbeda, serta bentuk geometri yang lebih kompleks dibandingkan spesimen balok sederhana pada eksperimen