Di masa modern perkembangan kincir angin sebagai alat yang menghasilkan energi listrik seperti sudah tak terjamah. Kincir angin atau juga disebut dengan turbin angin lebih sering ditemukan di Eropa dan Amerika Utara. Putaran kincir mengandalkan kekuatan hembusan angin, tenaga hasil perputaran kincir dapat dimanfaatkan memompa air dan akhirnya menjadi alat pengairan.
Jika diterapkan di Indonesia kincir angin ini dimanfaatkan memompa air untuk mengairi sawah dan menggiling biji-bijian. Kincir angin disebut sebagai alat yang mampu menghasilkan kekuatan angin untuk diubah menjadi kekuatan mekanik. Menjadi salah satu produk pemanfaatan energi angin yang sebenarnya sudah dilakukan sejak ribuan tahun lalu.
Di STEAM Project kali ini ada Aurelia Soewadi dari Grade 8 Sampoerna Academy Sentul dalam proyek pembuatan cardboard wind turbine. Keisha ingin membuktikan prinsip cara kerja sederhana turbin angin, di mana energi gerak bisa menghasilkan energi listrik tanpa adanya aliran listrik. Juga dalam pemanfaatan angin sebagai energi tak terbatas yang ada di bumi sebagai sumber energi terbarukan. Yuk disimak sampai habis ya.
Apa Itu Wind Turbine?
Sebelum kita melihat proyek yang dibuat Keisha, kita cari tahu dulu yuk apa itu wind turbin atau turbin angin. Turbin angin adalah kincir angin yang dipakai untuk membangkitkan tenaga listrik, awalnya dibuat untuk akomodasi kebutuhan para petani. Khususnya dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi dan lain sebagainya. Sejak dahulu turbin angin sering kali ditemukan di banyak negara Eropa, termasuk Belanda, Denmark dan yang lainnya.
Sementara itu saat ini turbin angin lebih banyak dipakai untuk mengakomodasi kebutuhan listrik bagi masyarakat. Prinsip yang digunakan turbin artinya konversi energi dan memakai sumber daya alam yang bisa diperbaharui berupa angin. Meskipun hingga saat ini pembangunan turbin angin masih belum bisa menyaingi pembangunan pembangkit listrik konvensional.
Termasuk seperti PLTD, PLTU dan lain sebagainya namun yang perlu diketahui turbin angin masih bisa dikembangkan oleh para ilmuwan. Hal ini dilakukan berdasarkan prediksi jika manusia dalam waktu dekat bakal dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui, seperti batubara dan minyak bumi sebagai bahan dasar membangkirkan listrik.
Bagian-bagian Wind Turbine
Gearbox
Gearbox merupakan alat yang berfungsi sebagai pengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran kencang atau tinggi. Biasanya gearbox yang dipakai dalam turbin angin berada di sekitar 1:60, kecepatan perputaran turbin pada kincir angin dipengaruhi oleh kencang tidaknya angin yang berhembus saat itu.
Brake System
Alat ini dipakai untuk menjaga putaran pada poros gearbox agar aman dalam bekerja ketika muncul angin yang besar. Alat ini harus dipasang agar generator bekerja pada titik aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik yang maksimal, saat bekerja pada titik yang sudah ditentukan.
Generator
Wind turbine generator merupakan bagian penting dalam pembuatan sistem turbin angin, generator bisa mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerja dari generator adalah menggunakan teori medan elektromagnetik. Poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen, kemudian di sekeliling poros ada stator yang dibentuk fisisnya.
Sebagai kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop, saat poros generator mulai berputar muncul perubahan fluks pada stator karena muncul perubahan fluks yang dihasilkan dari tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan kemudian disalurkan lewat kabel jaringan listrik untuk kemudian dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-hari.
Penyimpan Energi
Ketersediaan energi angin yang terbatas membuat ketersediaan energi listrik yang dihasilkan dari turbin angin menjadi tak menentu. Karena itu digunakan juga alat penyimpan energi yang fungsinya sebagai cadangan energi listrik. Cadangan energi ini dipakai saat beban daya listrik masyarakat meningkat dan saat kecepatan angin di suatu daerah sedang menurun.
Rectifier-inverter
Rectifier artinya membuat searah gelombang sinusoidal (AC) yang dihasilkan dari generator menjadi gelombang DC. Sementara inverter merupakan pembalik, ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energi maka catu yang muncul dari aki akan membentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan daya AC, sehingga diperlukan inverter.
Baca juga: Sifat Cahaya: Penjelasan dan Contohnya
Jenis Turbin Angin
Turbin Angin Sumbu Horizontal
Turbin angin sumbu horizontal memiliki poros rotor utama dan generator listrik yang ditempatkan di puncak menara. Turbin ini memiliki ukuran yang kecil, diarahkan baling-baling sederhana, sementara itu turbin yang besar pada umumnya memakai sensor angin untuk dikaitkan dengan sebuah servo motor dan sebagian besar memiliki gearbox yang mengubah perputaran kincir.
Menara biasanya bisa menimbulkan turbulensi dan karena itu diarahkan melawan arah angin menara, kemudian bilah turbin dibuat kaku agar tidak terdorong menuju menara saat muncul angin berkecepatan tinggi. Tambahan pada bilah angin diletakkan di depan menara dalam jarak yang tertentu dengan posisi sedikit dimiringkan.
Turbin Angin Sumbu Vertikal
Poros atau sumbu rotor utama vertical axis wind turbine disusun secara tegak lurus, yang menjadi kelebihan utama dari turbin ini adalah tidak harus diarahkan ke angin agar efektif. Hal ini berguna karena bisa ditempatkan di tempat dengan arah angin yang sangat bervariasi. Angin didayagunakan dari berbagai arah.
Selain itu sumbu vertikal membuat generator dan gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah sehingga menara tak perlu dipakai sebagai penyokong. Turbin angin sumbu vertikal juga lebih mudah diakses ketika proses perawatan, meskipun menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang denyutnya drag.
Atau disebut dengan gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat lewat fluida bisa itu gas atau cair membuat adanya perputaran pada kincir angin. Sementara itu aliran udara di dekat tanah dan objek lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, mampu memunculkan kebisingan dan bearing wear yang berdampak pada peningkatan biaya pemeliharaan.
Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan
Kelebihan turbin adalah akses angin yang lebih kuat dan bertenaga karena dasar menara yang tinggi. Di beberapa lokasi geseran angin, setiap 10 meter ke atas kecepatan angin meningkat sebesar 20 persen.
Kelebihan turbin angin sumbu vertikal tak memerlukan struktur menara yang besar, tidak butuh mekanisme karena bilah-bilah rotornya vertikal. Desain lurus dan potongan melintang memberi aerodinamis yang tinggi sekaligus mengurangi drag tekanan tinggi.
Kekurangan
Kekurangan turbin angin sumbu horizontal adalah biaya peralatan turbin angin yang besar, sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat tinggi dan mahal hingga para operator yang terampil dalam melakukan tugas serta membutuhkan mekanisme kontrol yaw untuk membelokkan kincir.
Kekurangan turbin angin sumbu vertikal, energi yang dihasilkan sedikit dari efisiensi karena drag tambahan ketika kincir berputar. Angin kencang tidak berdampak apapun, torsi di awal yang rendah dan membutuhkan energi untuk mulai berputar. Kemudian memakai kabel sebagai penyangga.
Generasi Wind Turbine dan Kapasitas Listrik yang Dihasilkan
Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (Angin) yang lebih dikenal dengan istilah Wind Turbine merupakan pembangkit listrik yang memutar bilah rotor dalam generator. Putaran itu nantinya akan menghasilkan listrik dan kapasitas turbin angin yang terdapat di dunia mulai dari 100W hingga 250kW. Secara umum wind turbine di Indonesia mampu menampung kapasitas kecil dari 100W hingga 10kW.
Kincir angin menggerakan turbin berkapasitas 2,5 MW pada 30 kincir angin yang ada di Indonesia, tepatnya di Sidenreng Rappang (Sidrap), Sulawesi Selatan. Letaknya di Desa Mattirotasi, Kecamatan Watung Pulu Kabupaten Sidrap. Menghasilkan listrik sebesar 75 Megawatt (MW) dan diperkirakan mampu mengaliri listrik sebanyak 70 ribu orang di wilayah Sulawesi Selatan.
Kapasitas Wind Turbine pada Masa Awal
Karakteristik yang bisa dimanfaatkan turbin angin dengan angin yang mengalir secara laminar atau teratur berkecepatan antara 4 m/x hingga 25 m/s. 4 m/s sebagai kecepatan minimal mampu memutar turbin dengan kapasitas pembangkit listrik kecil. Sementara 25 m/s kecepatan maksimal yang tidak mengganggu kekuatan struktur turbin angin.
Secara umum wind turbine yang diimpor dari luar negeri memiliki rated wind speed yang tinggi, sementara average wind speed di Indonesia jauh dibawah rated win speed wind turbine dari luar negeri. Wind turbine impor mampu menghasilkan watt listrik dengan efisiensi 15 persen sampai 20 persen.
Project STEAM G8 KEISHA AURELIA SOEWADI – CARDBOARD WIND TURBINE
Proyek cardboard wind turbine dipraktekkan oleh Keisha Aurelia Soewadi dari Grade 8 Sampoerna Academy Sentul. Berdasarkan prinsip cara kerja sederhana turbin angin, di mana energi gerak bisa menghasilkan energi listrik tanpa adanya aliran listrik. Memanfaatkan angin sebagai energi tak terbatas yang ada di bumi sebagai sumber energi terbarukan.
Dalam menjalankan proyek ini, beberapa bahan yang diperlukan antara lain seperti papan kayu, lem, penggunting, motor DC, kabel, lampu LED dan besi solder. Dan cara pengerjaanya adalah seperti Potong papan kayu atau dari kardus, lalu tempelkan menjadi satu, kemudian pasang motor DC dengan karton dan tempatkan lampu di sirkuit (terhubung ke motor dc dan saklar).
Setelah itu bawa ke luar dan letakkan di tempat yang berangin dan periksa apakah itu berfungsi dan dayung kertas berputar. Jika lampu ON, maka listrik mengalir di mesin tersebut. Hasilnya energi turbin angin mampu menghasilkan energi listrik menggunakan daya dari gaya aerodinamis baling-baling, muncul saat angin melintas dan menggerakan baling turbin lewat generator.
Proyek cardboard wind turbine yang dikerjakan Keisha Aurelia Soewadi dari Grade 8 Sampoerna Academy Sentul termasuk ke dalam penerapan sistem STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts and Math). Melalui STEAM yang diterapkan Sampoerna Academy dapat membantu dalam persiapan karir para alumni serta keperluan tenaga kerja nasional dan global.
Model pendidikan STEAM di Sampoerna Academy lebih cenderung kepada pembelajaran yang menekankan kolaborasi, di mana kelompok siswa akan terlibat dalam penyelidikan dari minat pribadi masing-masing. Dengan masalah yang berorientasi pada kehidupan nyata, baik berbasis kurikulum dan seringkali interdisipliner.
Segera bergabung dengan Sampoerna Academy melalui tautan yang disertakan di bawah artikel ini. Sampoerna Academy menerapkan sumber daya digital terbaik saat pembelajaran di dalam kelas, perangkat belajar terbaik yang memungkinkan para siswa mengikuti pelajaran tidak hanya belajar melalui materi tetapi juga mengasah kreatifitas para siswa.
Untuk informasi lebih lanjut terkait pendaftaran, kurikulum, kunjungan, dan informasi seputar Sampoerna Academy silakan mengisi data di bawah ini.
[formidable id=7]
Referensi
