Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Turbin angin telah menjadi salah satu sumber energi terbarukan yang andal dan banyak digunakan di seluruh dunia. Fungsi utama dari turbin angin adalah untuk memaksimalkan efisiensi aerodinamis dalam menangkap energi angin. Di sini, bilah turbin memegang peranan kunci, karena bilah ini harus mampu menangkap angin secara optimal sekaligus memiliki integritas struktural yang baik. Salah satu faktor penting dalam desain bilah turbin adalah pemilihan material, yang harus memiliki sifat-sifat seperti ketahanan terhadap kelelahan, densitas rendah, dan kekuatan tinggi.
Studi ini berfokus pada desain bilah turbin angin menggunakan perangkat lunak SolidWorks, di mana berbagai bahan dievaluasi melalui analisis elemen hingga (Finite Element Method, FEM). Tujuan dari analisis ini adalah untuk membandingkan kinerja berbagai bahan seperti karbon epoxy, glass polyester, epoxy E-glass, epoxy S-glass, epoxy carbon UD (230 GPa) prepreg, dan baja struktural. Pemilihan bahan yang tepat sangat penting untuk memastikan bilah turbin dapat bertahan dalam kondisi operasional yang menuntut serta memberikan kinerja aerodinamis yang optimal.
Dalam desain turbin angin, bahan yang digunakan untuk bilah harus mampu menahan tekanan aerodinamis yang besar, terutama di daerah-daerah yang rentan terhadap deformasi dan stres. Melalui analisis ini, distribusi nodal deformation, von-Mises stress, serta energi regangan maksimum dianalisis secara detail. Grafis dan tabel hasil analisis ini menyajikan data tentang elemen-elemen target yang paling rentan pada struktur bilah. Ini memberikan wawasan berharga tentang bagaimana berbagai bahan bereaksi terhadap beban operasional dan bagaimana mereka dapat mempengaruhi kinerja jangka panjang dari bilah turbin.
Hasil penelitian menunjukkan perbedaan yang signifikan antara bahan-bahan yang diuji. Misalnya, karbon epoxy dan epoxy carbon UD prepreg menunjukkan kinerja yang superior dalam hal distribusi stres von-Mises dan deformasi maksimum. Kedua bahan ini juga menunjukkan ketahanan yang baik terhadap kelelahan material, sehingga cocok untuk digunakan dalam kondisi operasi jangka panjang. Di sisi lain, bahan seperti glass polyester dan baja struktural menunjukkan stres yang lebih tinggi, yang dapat mempengaruhi integritas struktural bilah dalam jangka panjang.
Selain analisis stres, energi regangan juga menjadi indikator penting dalam pemilihan material. Material yang mampu menyerap lebih banyak energi regangan biasanya lebih tahan terhadap kerusakan akibat beban dinamis. Dalam penelitian ini, epoxy S-glass dan epoxy carbon UD prepreg menunjukkan kemampuan yang baik dalam menyerap energi regangan, menjadikannya pilihan yang layak untuk bilah turbin angin. Di sisi lain, baja struktural, meskipun kuat, menunjukkan kapasitas penyerapan energi yang lebih rendah, yang dapat mengurangi umur pakai bilah dalam aplikasi jangka panjang.
Pemilihan material yang tepat untuk bilah turbin angin tidak hanya penting untuk memastikan kinerja aerodinamis yang baik, tetapi juga untuk mengurangi biaya perawatan dan memperpanjang umur pakai turbin. Bahan seperti epoxy carbon UD prepreg menawarkan keseimbangan yang baik antara kekuatan, fleksibilitas, dan ketahanan terhadap kelelahan, menjadikannya kandidat yang sangat baik untuk digunakan dalam bilah turbin angin modern.
Sebagai kesimpulan, penelitian ini menunjukkan pentingnya analisis komprehensif dalam pemilihan material bilah turbin angin. Dengan menggunakan alat analisis seperti SolidWorks dan metode elemen hingga, para peneliti dapat mengidentifikasi bahan yang paling cocok untuk digunakan dalam turbin angin. Dengan hasil ini, diharapkan industri dapat mengadopsi material yang lebih efisien dan andal untuk meningkatkan kinerja turbin angin secara keseluruhan dan mendukung transisi ke energi terbarukan yang lebih berkelanjutan.
