POTENSI PETIR SEBAGAI SUMBER ENERGI BARU ? - Pusat Studi

POTENSI PETIR SEBAGAI SUMBER ENERGI BARU ?Dr. Reynaldo ZoroLab. Teknik Tegangan Tinggi dan Arus TinggiKelompok Keilmuan KetenagalistrikanSekolah Teknik Elektro & Informatika (STEI)Institut Teknologi BandungAbstrakPetir merupakan pelepasan muatan listrik dari awan bermuatan ke tanah atau sebaliknya. Kejadiansambaran petir tertinggi terjadi di daerah khatulistiwa. Pada setiap sambarannya, petir melepaskan energidengan mengalirkan arus berbentuk impuls ke tanah. Sambaran langsung ke obyek di atas tanah dapatmerusak strukur di atas tanah dan sambaran tidak langsung berupa induksi dan konduksi dapat merusakperalatan berbasiskan mikroprosessor dan elektronika.Petir pada umumnya, selain terkonotasi dengan kerusakan, juga bermanfaat untuk tanaman karena dapatmenyuburkan tanah akibat kandungan N 2 nya. Sambaran petir dapat memberi pengaruh akustik, termis,elektrodinamis dan elektrokimia. Energi setiap sambaran petir diperoleh dari amplitudo yang tinggi tetapidengan waktu yang sangat pendek. Energi berupa panas yang dihasilkan relatif kecil dan diperlukanstruktur yang tinggi pada daerah dengan kerapatan sambaran petir yang juga tinggi untuk selalu disambarpetir sehingga energinya dapat dikumpulkan untuk dimanfaatkan. Penelitian sambaran petir di StasiunPenelitian Petir (SPP) ITB Gn. Tangkuban Perahu mencatat lebih dari 50 sambaran petir ke menara ukurdalam kurun waktu 3 tahun.PendahuluanKeseringan sambaran petir semakin tinggi dengan semakin dekatnya lokasi sambaran ke daerahkhatulistiwa. Hal ini disebabkan dengan faktor yang beragam diantaranya keadaan daratan, lautan, daerahdatar, pegunungan, waktu (tahunan) dll. Perbedaan ini juga terjadi akibat pengaruh turbulensi mekanis,gerak konveksi, orografis, kondisi klimatologi dan gerakan udara naik di suatu daerah. Di Indonesia hariguntur berkisar antara 100 sampai 200 hari per tahun. Daerah tertinggi yang tercatat adalah 300 hari gunturdi daerah Kalimantan Tengah yang masuk dalam equatorian belt..Pada setiap saat di bumi terjadi sambaran petir antara 2000 sampai 8000 kali dan menghasilkan arus petirtotal sebesar 1800 Ampere. Hampir 40.000 badai petir terjadi setiap hari diseluruh dunia.1

Mekanisme Sambaran PetirKemungkinan terjadinya pembentukan awan tergantung pada kedaan setiap hari dan tahun. Keadaan inidigambarkan pada Gambar 1 dan 2 sebagai pengamatan di Gunung Tangkuban Perahu yangmenunjukkan kemungkinan terjadinya sambaran petir harian / stroke frequency statistics dan variasibulanan / monthly variant.Gambar 1. Statistik Petir HarianTerbentuknya awan guntur terjadi akibat adanya gerakan udara ke atas, adanya kelembapan dantersedianya partikel aerosol dari garam laut dan polutan industri.Data Variasi Bulanan di Daerah TropisTahun 1996 - 19984000359435003325Jumlah Sambaran Petir (n)3000250020001500100025911936270493765410351887500232 273 2820Ja n Feb M a ret Ap ril M ei Juni Juli Agt Sep t O kt Nov DesGambar 2. Statistik Petir Bulanan2

Gerakan udara ke atas dapat terjadi karena pemanasan permukaan tanah oleh matahari dan atau keadaanpermukaan tanah yang bergunung-gunung. Udara naik akan membawa partikel aeorosol dan kelembapan.Pada ketinggian 4 – 6 km dengan temperatur 0 sampai –10 0 C, terbentuk cairan dan batu es. Semakin keatas gerakan udara naik ini, semakin besar butiran es , dan karena gaya beratnya akan jatuh kembali ketanah. Benturan gerakan udara naik dan jatuhnya butiran es menyebabkan terjadinya pemisahan muatan.Muatan positif terkumpul dibagian atas awan dan muatan negatif dibagian bawah. Jika muatan cukup besarmaka akan terjadi loncatan muatan ke tanah yang disebut petir. Suatu badai petir selama pelepasanmuatan akan mengalirkan arus sekitar harga 0.5 A.15,012,510,00C-307,55,002,0028tGambar 3. Pembentukan Awan BermuatanAwan akan tumbuh ke atas mencapai 10 – 14 km untuk daerah tropis dengan ketinggian dasar awan 1.5 –2 km diatas tanah. Setelah satu pelepasan muatan, akan terjadi lagi pengumpulan muatan di awan, dandalam waktu 10 – 20 detik, petir berikutnya akan terjadi.Jika awan guntur terbentuk, terjadi kuat medan listrik di atmosfer, dengan besar 1 V/cm di atas tanah, 0.02V/cm pada ketinggian 9 km, dan 10 V/cm di dalam awan tanpa adanya pelepasan muatan. Pada saat terjadisambaran petir, kuat medan listrik bisa mencapai 4 kV/cm. Petir mempunyai frekuensi antara 10 6 sampai10 7 Hz, sehingga dapat mengganggu radio dan alat komunikasi.Data Statistik dari Sambaran PetirHari guntur ditentukan oleh jumlah hari dimana guntur terdengar, dan jika dalam satu hari terdengar gunturberkali-kali maka disebut satu kilometer guntur. Teknologi pemantauan petir yang lebih maju telah3

mengukur jumlah sambaran petir 1 km 2 per hari, sehingga tingkat kerapatan petir (N T) pada suatu daerahdapat diketahuilashStrokes Flash Density Analysis Density AnalysisLocation : West JavaDate : January 1, 1998 - October 31, 1998Window : (450 x 450) km 2Gambar 4. Kerapatan Sambaran Petir di Jawa BaratGambar 5. Oscillogram dari Petir Negatif (Multiple) dan PositifSebagai perbandingan, jumlah sambaran petir di Eropa (Alpen) + 4 sambaran/km 2 /tahun. Sedangkan untukjumlah sambaran petir di Indonesia (Gn. Tangkuban Perahu) + 10 sambaran/km 2 /tahun. Sambaran petirberupa arus petir dengan bentuk gelombang impuls, dengan waktu muka gelombang 1 – 10 µs dan ekor4

gelombang 50 - 100 µs, dengan arus petir dari 10 sampai lebih 100 kA. Sambaran petir negatif dapat terjadiberkali-kali (multiple stroke) dan sambaran positif biasanya berupa hugh stroke.Statistik arus puncak petir diberikan pada gambar berikut :4Probabilitas5Arus Puncak PetirGambar 6. Statistik Arus Puncak Petir di Mnt. San Salvatore, Switzerland dan Gn. Tangkuban Perahu, IndonesiaMnt.. San SalvatoreGn. Tangkuban Perahu1. Petir Pertama, n = 126 4. Petir Negatif2. Petir Negatif, n = 236 5. Petir Positif3. Petir Positif, n = 28Pengaruh Arus PetirPengaruh akustik dihasilkan dalam bentuk suara sebagai akibat gaya tekan elektrodinamis dari arus petiryang sangat sempit (3 – 4 cm), dengan tekanan sekitar 10 bar, yang segera turun sangat cepat.Inti petir dengan temperatur panas yang naik cepat meledak dan menyebabkan suara keras. Petir masihdapat terdengar sampai jarak 10 km.Pengaruh Temperatur (Thermis)Pengaruh melelehnya logam pada objek yang terkena sambaran petir sangat sulit diketahui, karenakenyataan bahwa titik sambaran petir tidak memberikan pengembangan temperatur tinggi.Besarnya energi yang ditimbulkan adalah :5

W = U ∫ i dt = U . Q [Ws]U = tegangan jatuh anoda, sekitar 20 VQ = jumlah muatan yang dapat melelehkan logamJika muatan petir 25 As, maka energi yang dibangkitkan hanya W = 500 Ws = 500 J, yang dapatmeleburkan baja dengan volume 50 mm 3 atau jika terjadi sambaran pada permukaan sepanjang 2.5 cmpenampang hanya menyebabkan peleburan sedalam 0.1 mm. Pada logam tipis (setipis kertas folio) akanmenimbulkan lobang. Jika digunakan untuk penerangan rumah tangga, maka hanya akan dapatmenyalakan bolham 50 W selama 10 detik.Setiap sambaran petir ke tanah hanya dapat memberikan energi yang sangat kecil. Untuk dapatmemanfaatkan energi tersebut diperlukan antara lain :1. Sambaran petir harus selalu terjadi pada satu titik yang telah ditentukan, misalnya menara tinggi,yang terletak di lokasi dengan kerapatan sambaran petir tinggi, misalnya Gn. Tangkuban Perahu.Pada Gambar 7 berikut ditunjukkan titik sambaran petir pada suatu daerah yang luas dan tersebardi berbagai tempat.Gambar 7. Panorama Sebaran Sambaran Petir pada Suatu Daerah6

2. Diperlukan penelitian lebih lanjut tentang kemampuan kapasitor untuk menyimpan energigelombang impuls yang naik sangat cepat dengan amplitudo yang sangat besar. Arus inikemudian disalurkan ke penyimpan / baterai untuk disimpan dan dimanfaatkanKesimpulanPetir melepaskan energinya di seluruh permukaan bumi dalam jumlah yang sangat besar, pada tempatyang tersebar dengan masing-masing petir menghasilkan energi yang sangat kecil sehingga potensi petirsebagai sumber energi masih belum memadai untuk pemakaian praktis. Indonesia dengan jumlahsambaran petir yang tinggi sekalipun, masih memerlukan penelitian dan pengembangan lebih lanjut untukdapat memanfaatkan petir secara komersial.Penelitian ke arah potensi petir dapat dilakukan pada daerah-daerah dengan kerapatan sambaran petirtinggi, dengan menggunakan banyak menara dan pemantauan petir secara real-time, sehingga potensienergi dari petir dapat direalisasikan dalam waktu panjangDaftar PustakaProf. Dr.-Ing. H. Baatz, Mechanismus des Gewitters und Blitzes Grundlagen des Blitzschutzes von Bauten,VDE-Schriftenreihe, Berlin, 1978Zoro, Reynaldo., Karakteristik Petir dan Kondisi Cuaca di Daerah Tropis – Kasus Gunung TangkubanPerahu, Disertasi Doktor, ITB, Bandung, September 19997