Optimasi Daya Pemanen Energi Berbasis Galloping Transversal Menggunakan Algoritma Genetika

Abstract

Penelitian mengenai pemanen energi (energy harvesting) berbasis aeroelastik, termasuk pemanen energi berbasis galloping, akhir-akhir ini menunjukkan peningkatan yang pesat. Galloping adalah salah satu fenomena ketidakstabilan aeroelastik klasik yang dapat dicirikan sebagai frekuensi osilasi rendah dan amplitudo besar. Karena amplitudo osilasi yang besar, galloping dapat menjadi skenario yang dapat diterima untuk menggerakkan pemanen energi berbasis piezoelektrik. Untuk kasus pemanenan energi dari getaran galloping, sebuah bodi aerodinamis diletakkan pada ujung bebas batang kantilever dan osilasi terjadi di bidang normal terhadap arah aliran angin. Daya listrik kemudian dapat diekstraksi dari lembaran piezoelektrik yang ditempelkan pada struktur kantilever akibat adanya regangan dinamis. 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 dinamik fluida komputasional (CFD). Respon dinamis dari pemanen kemudian dapat diperoleh secara langsung dengan memecahkan persamaan diferensial yang mewakili gerakan transversal pemanen energi. Prosedur optimasi numerik berdasarkan Algoritma Genetika kemudian dterapkan untuk mendapatkan voltase keluaran dari pemanen energi yang maksimum dimana ukuran piezolektrik dan tahanan beban sebagai variabel optimasi. Hasil menunjukkan bahwa optimasi dengan GA nenberikan hasil yang lebih baik dibanding dengan optimasi menggunakan gradient-based method.