Mesin Listrik Anti Garam dan Gelombang Laut

Menempatkan turbin angin di laut bukanlah pekerjaan mudah. Turbin dapat rusak dan  kropos karena pengaruh garam, radiasi UV, dan gelombang laut. Para sarjana teknik harus mampu memasang turbin di laut yang sesewaktu bergejolak saat gelombang seperti air mandidih di dalam kuali. Hasil uji coba berperforma tinggi dengan kendali hidrolik, katup, selang air, dan nosel (pipa semprot). Bagaimana aksi para ilmuwan selanjutnya?

Untuk mensimulasikan tekanan mekanik, sampel bahan dijepit antara dua rahang baja yang menekuknya ke belakang dan ke depan. 

Tim Fraunhofer memiliki kamar uji coba yang memungkinkan mereka untuk pertama kalinya menguji secara simultan bagaimana cuaca dan tekanan mekanik di laut lepas yang bisa  merusak bahan-bahan seperti mesin yang dipasang di lepas pantai.
Ketika angin berkekuatan badai bertiup dari barat laut, Laut Utara  berubah menjadi sebuah kuali yang bergejolak. Gelombang biru-hitam berbusa, dengan pucuk berwarna putih, bergulung-gulung ke arah daratan, sementara angin melecuti sekumpulan kabut. Gelombang besar bisa mencapai ketinggian 10 meter dan menghempas ke bawah menerjang apa pun yang menghalanginya.
Di  laut-laut lainnya—termasuk di lautan yang mengitari Indonesia–anjungan minyak lepas pantai dan mercusuar telah berdiri kokoh menghadapi kekuatan angin dan gelombang selama beberapa dasawarsa. Dan pada  masa yang akan datang, ribuan pembangkit listrik tenaga angin akan berdiri kokoh seperti anjungan minyak dan mercusuar itu.
Kita akui bahwa instalasi-instalasi tenaga angin lepas pantai sudah beroperasi di Eropa, namun tidak ada yang tahu seberapa bagus turbin angin akan bertahan selama proyeksi 20 tahun ke depan. Yang jelas dan penting, belum ada pembangkit listrik tenaga angin di mana pun di dunia yang harus menghadapi kekuatan gelombang laut.
Masalah nomor satu disebabkan garam. Garam menyerang logam dan mampu  menembus bahkan retakan yang paling kecil sekalipun pada lapisan pelindung logam sehingga menyebabkan kerusakan struktur secara pelan-pelan. Masalah kedua ditimbulkan oleh radiasi UV yang menyerang permukaan logam dengan sangat keras. Radiasi UV menyebabkan plastik dan cat menggelupas dan radiasi itu  sangat kuat di laut karena cahaya yang dipantulkan oleh air.

Masalah ketiga adalah gelombang raksasa selama badai berlangsung. Ketika gelombang sedingin es menghantam menara turbin angin yang telah dipanaskan oleh sinar matahari, kejutan akibat perubahan suhu menyebabkan kelelahan material menjadi jauh lebih cepat dibandingkan pada logam di daratan.
Mensimulasikan sesuatu yang dapat menimpa turbin angin di laut
Sampai sekarang, hampir tidak mungkin melakukan asesmen seberapa merusaknya semua kekuatan tersebut secara bersama-sama. Oleh sebab itu,  Institut Fraunhofer untuk Wind Energy and Energy System Technol­ogy IWES di Bremerhaven, Jerman, mengembangkan kamar cuaca sendiri, di mana bagian-bagian dari struktur lepas pantai dapat diuji secara komprehensif.
Manajer proyek itu, Leena Kruse mengatakan, “Kami bisa mengombinasikan kondisi lingkungan di laut dengan tekanan mekanis.” Sampel dibengkokkan dalam pengujian pembengkokan empat titik dalam lingkungan khas lepas pantai-kabut garam, gelombang, radiasi UV, dan kelembaban tinggi. Di dalam kamar  yang telah diisi dengan kabut garam tersebut, komponen dibengkokkan ke belakang dan ke depan dengan cara semacam lenturan mekanik.
“Kombinasi semacam itu belum pernah dilakukan.” Kamar uji coba itu memiliki ketinggian lebih dari dua meter dan menyediakan ruang untuk menjepit 12 sampel komponen ke dalam mesin–berupa lempengan logam atau bahan komposit serat dari bodi turbin angin atau bagian dari baling-baling. Sistem ini mereplikasi segala sesuatu yang dapat menimpa turbin angin di laut.
Sistem ini menyemprot kabut garam, mengekspos sampel tersebut terhadap sinar UV yang agresif dan bahkan melakukan tes menghantam potongan lempengan logam dan plastik dengan semprotan air dingin untuk mensimulasikan dampak gelombang. Dan tentu saja, suhu di dalam kamar dapat diatur dari suhu beku di bawah nol hingga panas mendidih, dari minus 30 sampai 100⁰ Celcius.
Sampel bahan dijepit di antara dua rahang baja di sebelah kiri dan kanan. Ketika mesin dihidupkan, kedua rahang digerakkan untuk menekuk lempengan logam. Bergantung pada jenis dan ketebalan bagian, berbagai kecepatan pembengkokan dapat diaplikasikan, dan tes dapat dilakukan selama berjam-jam atau bahkan berminggu-minggu.
Keuntungan  tes gabungan ini merupakan yang pertama kali dan para ilmuwan bisa menentukan kekuatan atau kondisi lingkungan apa yang menyebabkan jenis kerusakan tertentu. Misalnya, apakah keretakan baru disebabkan oleh deformasi atau terutama karena sinar matahari atau air garam?
“Kami bisa mengkombinasikan berbagai faktor dalam seluruh rangkaian cara untuk mempersempit berbagai penyebab dengan sangat tepat,” kata Kruse.
Butuh waktu dua tahun untuk berangkat dari ide awal hingga sistem pemula. Tugas ini ambisius karena mesin multifungsi tersebut harus dirancang sepenuhnya dari nol
“Itu tantangan nyata, bukan hanya bagi kami sebagai insinyur pengembangan, tetapi juga bagi pembuat mesin,” kenang Kruse.

Bagian-bagian dari struktur lepas pantai bisa diuji secara komprehensif di di ruang cuaca. (Fot0/©: Fraunhofer IWES)

Pemilihan bahan juga penting. Kondisi tidak ramah di dalam kamar uji coba dirancang untuk menyerang potongan sampel lempengan logam, namun peralatan itu sendiri tidak boleh terpengaruh. Oleh karena itu, Kruse dan rekan-rekannya memutuskan untuk menggunakan baja lepas pantai yang sangat tahan korosi dan berbobot berat, meskipun ini sulit untuk mesin. Hasilnya adalah fasilitas uji coba yang sangat tangguh dan berperforma tinggi, dengan kendali hidrolik, katup, selang air dan nosel (pipa semprot).
Para insinyur dapat menyeleksi sebelumnya kondisi uji coba langsung dari kabinet kontrol, dan tes dipantau oleh sensor yang dipasangkan ke bagian-bagian. Pengukur regangan, misalnya, menunjukkan adanya keretakan bahan dan apabila terjadi kehilangan ketegangan. Pengukuran ditransmisikan ke kabinet kontrol melalui kabel dan dianalisis. Ini memungkinkan penentuan secara tepat pada kondisi mana komponen gagal, dan kapan persisnya-tetapi juga ketika sebuah sensor berhenti berfungsi.
Pada masa depan, turbin angin lepas pantai akan semakin dilengkapi dengan berbagai macam sensor yang memungkinkan pemantauan kondisi pembangkit listrik tenaga angin di laut lepas dari daratan. Sensor yang kuat sangat penting untuk keperluan ini. Itulah sebabnya di IWES sedang dilakukan upaya untuk mencari tahu, misalnya, bagaimana sensor dapat terpasang secara kokoh pada struktur dan seberapa rentan sensor-sensor tersebut terhadap korosi.
Hasilnya dilengkapi dengan tes udara terbuka
Pengukuran di dalam kamar cuaca disertai dengan uji coba di udara terbuka. Pada uji coba dengan model di Laut Utara, rekan-rekan Kruse memantau bagaimana pelat baja dan bagian lain dari komponen lepas pantai bertahan dari waktu ke waktu di dalam air.
Pertumbuhan kehidupan laut pada bagian-bagian tersebut sangatlah menarik, termasuk efek dari teritip, yang mana cangkang selubungnya yang mengapur dengan cepat dapat menembus ke dalam ikatan perekat yang mengikat sensor. Tes semacam itu menjadi pelengkap ideal bagi para peneliti.
Di ruang cuaca tidak hanya mengkombinasikan seluruh rangkaian standar DIN dan ISO, tetapi juga melangkah lebih jauh, seperti yang dijelaskan oleh Kruse.
“Belum ada standar atau peraturan untuk sistem yang mensimulasikan tes cuaca dan beban mekanik secara bersamaan.”
Oleh karena itu, sangat mungkin IWES menetapkan standar baru. Manajer proyek berharap agar produsen berbagai komponen lepas pantai akan menggunakan ruang cuaca untuk pengujian.
“Dan tentu saja, kami akan melanjutkan penelitian ini, memperbaiki bahan dan menyempurnakannya untuk digunakan di laut agar mampu menghadapi gelombang yang sangat keras.” Bagaimana di Indonesia ?