Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Turbin angin merupakan salah satu teknologi energi terbarukan yang sangat penting dalam upaya global untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil. Keberhasilan turbin angin dalam mengekstraksi energi dari angin secara efisien sangat bergantung pada desain dan material yang digunakan pada bilah turbin. Bilah turbin harus dirancang dengan integritas struktural yang tinggi dan kemampuan aerodinamis yang optimal, dan untuk mencapai ini, pemilihan material yang tepat sangatlah krusial. Studi ini melakukan analisis menggunakan perangkat lunak SolidWorks untuk merancang bilah turbin dan menguji enam bahan yang berbeda untuk menentukan material terbaik berdasarkan deformasi, tegangan von-Mises, dan energi regangan maksimum.
Bahan bilah turbin memainkan peran yang sangat penting dalam menentukan kinerja dan daya tahan turbin angin. Dalam studi ini, enam bahan diuji, yaitu karbon epoksi, poliester kaca, epoksi E-kaca, epoksi S-kaca, prepreg karbon epoksi UD (230 GPa), dan baja struktural. Bahan-bahan ini dipilih karena karakteristik mereka yang sesuai untuk aplikasi bilah turbin, termasuk ketahanan terhadap kelelahan, kepadatan rendah, dan kekuatan tinggi. Di antara bahan-bahan tersebut, karbon epoksi dan prepreg karbon epoksi UD dikenal memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang sangat baik, sementara baja struktural menawarkan kekuatan tinggi namun dengan kepadatan yang lebih besar.
Penggunaan metode elemen hingga dalam analisis ini memungkinkan peneliti untuk mengeksplorasi deformasi nodal, distribusi tegangan von-Mises, dan energi regangan maksimum yang dialami oleh bilah turbin selama operasi. Hasil analisis ini sangat penting karena memberikan gambaran yang jelas tentang bagaimana bahan-bahan tersebut bereaksi terhadap beban mekanis yang besar dan kondisi lingkungan yang ekstrem. Tegangan von-Mises, yang merupakan ukuran tegangan yang digunakan untuk menentukan apakah material akan gagal di bawah kondisi tertentu, memberikan indikator penting untuk memilih material yang mampu bertahan dalam jangka panjang.
Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa karbon epoksi dan prepreg karbon epoksi UD memiliki performa yang sangat baik dibandingkan dengan bahan lainnya. Kedua material ini menunjukkan tegangan von-Mises yang lebih rendah dan deformasi yang lebih sedikit, menandakan bahwa material ini lebih mampu menangani beban mekanis yang tinggi tanpa mengalami kerusakan signifikan. Selain itu, energi regangan maksimum pada kedua bahan ini juga lebih rendah dibandingkan dengan bahan lainnya, yang berarti bahwa mereka lebih tahan terhadap kelelahan material dalam jangka panjang.
Sementara itu, baja struktural, meskipun kuat, memiliki kelemahan utama berupa kepadatan yang tinggi. Hal ini membuat baja kurang ideal untuk aplikasi bilah turbin angin, karena bobot yang lebih besar dapat mengurangi efisiensi aerodinamis turbin dan meningkatkan beban pada komponen pendukung lainnya. Sebaliknya, poliester kaca dan epoksi kaca, meskipun ringan, memiliki ketahanan terhadap tegangan yang lebih rendah, membuatnya kurang cocok untuk digunakan dalam kondisi beban tinggi yang dihadapi oleh turbin angin.
Dengan demikian, penelitian ini menunjukkan bahwa karbon epoksi dan prepreg karbon epoksi UD merupakan pilihan material yang paling unggul untuk bilah turbin angin. Keduanya menawarkan kombinasi kekuatan tinggi, ketahanan lelah, dan kepadatan rendah, yang merupakan faktor penting dalam desain bilah turbin yang efisien dan tahan lama. Hasil ini dapat menjadi pedoman bagi para insinyur dan perancang turbin angin dalam memilih material yang tepat untuk bilah turbin, guna meningkatkan efisiensi energi dan mengurangi biaya operasional jangka panjang.
Secara keseluruhan, pemilihan material yang tepat untuk bilah turbin angin sangat penting untuk meningkatkan efisiensi dan umur panjang turbin. Melalui analisis mendalam seperti yang dilakukan dalam studi ini, kita dapat lebih memahami bagaimana material tertentu berperilaku di bawah kondisi operasional yang ekstrem, dan dengan demikian, membuat keputusan yang lebih tepat dalam merancang sistem turbin angin masa depan.
