PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Angin) dari Botol Air Mineral

PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Angin) dari Botol Air Mineral

Perancangan Turbin Angin bersumbu vertikal, di awali oleh
insinyur Finlandia, S.J. Savonius pada tahun 1922. Idenya
adalah dengan membelah silinder menjadi 2 dan
memasangnya pada sebuah poros tegak (vertikal).
Pada simulasi nanti, kita
membuat turbin angin dari botol air mineral 1,5 liter
yang dibelah dua. Pembuatannya sangat sederhana
dan bisa menerima angin dari arah manapun.

Turbin angin akan memutar magnet di atas gulungan
kawat halus dan akan membangkitkan arus listrik AC.
Setiap kali magnet berputar melewati kumparan,
kumparan akan  menghasilkan energi listrik.
Dengan 4 kumparan terhubung bersama-sama
secara seri, menghasillan 4x lipat tegangan. Ini adalah
cara paling sederhana, efisien untuk menghasilkan listrik
dan sebagai prinsip dasar di hampir semua turbin angin,
bahkan pada turbin besar skala komersial.

Pada kondisi nyata, turbin angin yang menghasilkan listrik
harus disimpan ke dalam baterai agar bisa digunakan pada saat
tidak ada angin. Pada kondisi tertentu seperti tiupan angin
kencang sehingga menghasilkan tegangan yang tinggi, diperlukan baterai control unit yang berfungsi
memutus arus jika tegangan melebihi batas dan menjaga kestabilan tegangan dan arus yang masuk
ke baterai.Biasanya, listrik dari turbin angin dikonversi dari AC ke DC agar bisa mengisi
baterai. Cara mengkonversinya bisa anda dapatkan di internet dengan membuat jembatan rectifier
terdiri dari 4 dioda seperti rangkaian adaptor dari listrik PLN untuk mencharger Laptop atau HP anda. 

Kali ini penulis menyajikan artikel cara membuat PLTA dengan cara sederhana untuk menghasilkan
arus AC kecil tanpa rectifer, juga tanpa baterai control unit dan terhubung ke sebuah lampu LED. Ikuti
langkah-langkahnya !

Peralatan

Peralatan terdiri dari:

1. Penggaris
2. Gunting
3. Obeng Plus (Positif)
4. Jangka.
5. Cutter.
6. Pensil.
7. Paku.
8. Isolasi (Electrical Tape), Merk 3M yang bagus.
9. Amplas,
10. Rautan Pensil.
11. AVO meter.
12. Glue Gun (Penembak Lem) kalo ada (ini tidak wajib).

Bahan

• 1 botol mineral bekas berukuran 1,5 liter, contoh merk AQUA.
• 1 papan berbahan baku plywood, particle board berukuran 25 cm x 14 cm dengan ketebalan 2 cm.
• 120 meter (kira-kira) kabel magnet. Beli di toko elektronik atau gulung dinamo pompa air/jet pump. 
• 1 Lampu LED.
• 4 buah magnet berbentuk pipih kecil, kalo bisa berbentuk bundar.
• 4 buah cincin yang biasanya berpasangan dengan mur dan baut. Beli di toko sepeda/motor.
• 1 kayu berbentuk stick kotak (bahasa inggris = dowel) berukuran 2 x 30cm untuk tepi kanan 
• dan kiri dan pengait tepi kanan dan kiri untuk penyangga poros turbin angin bagian atas.
• 1 kayu berbentuk stick bundar mirip pensil tetapi panjang berukuran 30 cm (round wooden dowel)
• sebagai poros putar dari turbin angin.
• Screw Eye, kalo di Indonesia-kan adalah pengait untuk gantungan baju yang mirip kail ikan,
• sesuaikan dengan stick bundar mirip pensil, diameternya harus lebih lebar agar stick bundar yang berfungsi sebagai poros turbin bisa berputar di dalam Screw eye. Screw eye adalah penyangga
• poros turbin bagian atas.
• Mur runcing untuk di pasang ke papan kayu. Cari mur plus (+) agak besar, nanti dipasang
• pakai obeng plus (+). Mur ini sebagai penyangga poros turbin bagian bawah.
• Kardus apa saja, sedikit kok, misal kardus indomie, dipakai sebagai penutup turbin bagian atas
• dan bawah serta untuk membuat gulungan kabel.
• Lem plastik/kayu.

Hati-hati ! (Peringatan) 

1. Cutter dan gunting bisa menyebabkan tangan anda berdarah !
2. Lem plastik/pipa/kayu bisa menyebabkan luka bakar serius pada kulit !
3. Magnet bisa merusak perangkat elektronik dan media penyimpanan magnetik.
4. Jauhkan magnet dari kartu kredit, CD/DVD komputer, kaset, flashdisk.

Bagian ke-1, Desain Kerangka Poros Turbin Angin.

1) Gambar pada kertas, ini adalah rancangan papan tempat turbin di pasang di tengah,
dengan poros
tegak/vertikal dari stick bulat (mirip pensil) dipasang di tengah-tengah lingkaran.
2 Kotak bujur sangkar di tepi
kanan-kiri adalah tempat stick kotak di pasang untuk menyanggah poros pada bagian atas.

2) Pasang mur pada titik tengah lingkaran. Mur sebagai landasan dari poros bawah saat berputar.
Mur menjaga
agar poros berputar pada tempatnya, tidak sampai bergerak ke kanan ke kiri, apalagi sampai
selip keluar dari
mur.

3) Stick kotak 30 cm, di pasang vertikal di sebelah kiri dan kanan papan sebagai
penyanggah poros tengah.

4) Stick kotak 30 cm harus vertikal terhadap papan dan di bantu 3 siku kayu
penyanggah agar kuat menahan
saat turbin berputar.

5) Hasil konstruksi stick kotak 30 cm vertikal dengan 3 siku kayu penguat,
di pasang di sisi kanan dan kiri
papan.

6) Setelah 2 stick 30 cm terpasang vertikal, lalu siapkan stick 20 cm dan tandai
tengah-nya sebagai tempat
poros turbin pada bagian atas.

7) Lalu ambil poros dengan bentuk bulat. Coba masukan screw eye (kait gantungan baju)
ke dalam poros.
Ketika
di masukkan, ukuran diameter screw eye harus lebih besar tapi jangan terlalu longgar
juga agar poros turbin
bisa berputar dengan baik.

8) Pasang screw eye pada stick kayu sudah ditandai titik tengahnya.
Stick kayu ini nantinya akan diletakan
di atas untuk menyanggah poros turbin bagian atas.

9) Raut salah satu ujung poros dengan rautan pensil. Ujung poros yang lancip di pasang di
bagian bawah,
persis di atas mur plus (+).

10) Ukur posisi tinggi stick kotak kayu penghubung antara penyanggah kanan dan kiri,
kira-kira tingginya 28 cm.

11) Rekatkan stick kayu pada titik yang telah ditandai pada ujung penyanggah kanan dan kiri.

12) Kerangka Turbin angin telah selesai dibuat. Pastikan poros berbentuk spt pensil dengan
ujung bawah lancip
bisa berputar dengan lancar. Selanjutnya adalah bagian instalasi Coil dan Stator.

PLTA dari Botol Air Mineral #2 (Coil dan Stator)

Bagian B: Stator

Gambar: Persiapan membuat coil/gulungan kabel

1) Lipat sebuah kardus bekas indomie sehingga berbentuk silinder dengan diameter 3 cm dan isolasi

dengan

tape agar kuat dan tidak lepas.

Gambar: Membuat coil/gulungan kabel

2) Buat 4 buah gulungan, masing-masing digulung 200 putaran. Pastikan ada gap antar gulungan
kira-kira 4 cm.
Pada awal sebelum gulungan pertama dan setelah gulungan terakhir, sisakan kabel sepanjang 40 cm
untuk pemasangan lampu LED.

Gambar: Isolasi pengikat gulungan.

3) Buat isolasi dengan panjang 4 cm sebanyak 8 buah.

Gambar: Mengikat tiap gulungan

4) Untuk tiap coil/gulungan, ikat sisi kiri dan kanan tiap coil dengan 2 dari 8 isolasi yang sudah disiapkan.

Gambar: Hasil akhir coil/gulungan kabel

5) Inilah hasil akhir gulungan kabel. Ada 4 gulungan yang diikat dengan 2 isolasi. Antar gulungan ada gap
sepanjang 4 cm. Pada bagian awal dan akhir (ujung) disisakan kabel sepanjang 40 cm untuk dipasang
lampu LED.

Gambar: Amplas ujung kabel

 6) Enamel/kawat tembaga pada dinamo biasanya licin, sehingga perlu diamplas sebelum diikat/dipasang di
lampu LED.

Gambar: Pasang kawat tembaga pada lampu LED.

7) Setelah diamplas, ikat/pasang kedua ujung kawat pada pada lampu LED.

Gambar: Menguji hambatan (R) kabel.

8) Gunakan AVO meter dengan setting menuju hambatan dengan range 200 ohm (tergantung AVO meter
anda,
kalau tidak ada pilih 100 ohm). Uji hambatan (R) pada contoh menghasilkan 10.3 x 200 = 2003 ohm
dibulatkan
2 kilo ohm.

Gambar: desain rotor yang diletakkan di dasar papan PLTA

9) Pasang 4 coils/gulungan pada papan PLTA sesuai diagram di atas. Pastikan electron bergerak
sesuai arah
jarum jam (clockwise). Posisi start dipasang Anoda (+) dari lampu LED dan posisi finish dipasang
Katoda (-) dari lampu LED.

Gambar: Rekatkan tiap 4 gulungan pada papan dasar PLTA

10) Rekatkan tiap 4 gulungan pada bagian dasar papan PLTA secara simetris. Yang direkatkan adalah
2 tape
isolasi hitam pada tiap gulungan dengan lem/glue pada dasar papan.  

Gambar: Hasil akhir dari stator

 11) Inilah hasil akhir dari stator.

Gambar: Memasang LED pada dasar papan.

 12) Rekatkan lampu LED pada dasar papan dengan posisi berdiri. Selanjutkan ke bagian instalasi
turbin dan
bagian rotor.

PLTA dari Botol Air Mineral #3 (Turbin dan Rotor)

Bagian C: Turbin dan Rotor (yang berputar)

Gambar: Baling-baling

1) Buatlah baling-baling/turbin dari botol air mineral bekas seperti Aqua. Potong botol secara
horisontal bagian
atas dan bawah sehingga membentuk silinder. Dari silinder yang berlubang di bagian atas dan bawah,
belah silinder menjadi 2 bagian secara simetris.

Gambar: Desain penutup turbin

2) Desainlah penutup turbin untuk bagian atas dan bawah (sebanyak 2 buah) berukuran sama.
Ukuran tergantung
dari merk botol air mineral anda. Ukuran diameter silinder dari merk botol air mineral berbeda-beda,
ada yang
sempit ada yang lebar.

3) Siapkan gabus putih (cardboard) yang agak liat. Bisa juga bahan gypsum ringan yang bisa di potong
dengan cutter. Letakan template yang sudah jadi dan potong gabus putih sesuai template. 

4) Dari 2 penutup turbin yang telah jadi, buatlah lubang persis di tengah-tengah dengan paku.
Dua (2) lubang
yang dibuat untuk penutup atas dan bawah akan direkatkan pada poros turbin yang berputar.

Gambar: Berikan glue/lem pada tepi luar Penutup Turbin

5) Berikan glue/lem pada tepi luar (bagian setengah lingkaran).

Gambar: Berikan glue/lem pada tepi dalam Botol Air Mineral.

5) Berikan glue/lem pada tepi dalam potongan silinder botol air mineral.

Gambar: Rekatkan penutup turbin pada turbin.

6) Rekatkan penutup turbin berbentuk setengah lingkaran pada potongan turbin ke-1, lalu rekatkan
sisanya ke potongan turbin ke-2. Jika penutup atas telah direkatkan pada turbin, maka rekatkan
juga penutup bagian bawah.

Gambar: Hasil akhir dari turbin

7) Inilah hasil akhir turbin dan siap dipasang pada poros turbin.

Gambar: Lubang pada bagian tengah turbin

8) Pastikan bahwa telah ada lubang tengah pada penutup atas dan bawah turbin sebelum
dipasang pada poros.

Gambar: Turbin PLTA yang terpasang pada Kerangka PLTA

9) Rekatkan antara lubang tengah penutup atas dan bawah pada poros tengah yang berputar dengan
menggunakan glue/Lem. Inilah turbin/baling-baling PLTA yang telah terpasang pada kerangka PLTA.

10) Buatlah rotor dari sebuah kardus yang lapisannya agak tebal. Bila menggunakan lapisan yang
tipis seperti
kardus Indomie, buatlah 2 buah potongan kardus berbentuk lingkaran sesuai ukuran saat anda
meletakkan stator pada dasar papan.

11) Berilah lem pada tiap sisi dari potongan kardus berbentuk lingkaran, lalu rekatkan.

12) Buatlah garis diagonal simetris lalu buatlah lubang agar nantinya bagian stator bisa direkatkan
pada poros
tengah turbin. 

13) Rekatkan 4 buah cincin logam pada bagian rotor. Pastikan lokasi cincin sama dengan lokasi
enamel coil/kulungan gawat pada bagian stator. 

14) Rekatkan 4 buah magnet pada cincin logam. Sebaiknya menggunakan magnet yang berbentuk bulat.

15) Kutub lempengan magnet yang menghadap ke bawah (ke arah stator/enamel coil) harus
sama semua. Anda
bisa memilih sisi kutub utara/north atau sisi kutub selatan/south untuk ke-4 (empat lempengan)
magnet.
Sisi lempengan kutub utara biasanya ada tanda khusus seperti tulisan North atau tanda titik merah.
Untuk memastikan kutub, gunakan kompas!

Gambar: Pasang rotor pada poros

16) Pasang rotor pada poros dengan posisi magnet menghadap ke bawah
(ke arah stator/coil ename di dasar papan).

16) Atur posisi rotor magnet (bagian berputar) sedekat mungkin dengan bagian
stator /coil enamel namun tidak sampai bersinggungan.

17) Jika posisi sudah pas, maka beri lem pada lubang tengah stator dan bagian poros turbin.

18) Setelah dilem dan bersifat permanen, anda masih bisa mengatur jarak rotor dan stator
dengan
mengendurkan atau mengencangkan baut yang terpasang pada dasar papan.
Lihat lingkaran merah pada obeng
yang mengatur jarak rotor dan stator. Pada tahap ini, instalasi telah selesai  dan akan dilanjutkan ke
bagian pengujian.

PLTA dari Botol Air Mineral #4 (Pengujian)

Bagian D: Pengujian PLTA

 1) Pada bagian akhir ini, pengujian dilakukan dengan memutar turbin PLTA. Anda bisa meletakkan
di luar
ruangan saat angin bertiup kencang atau anda tiup sendiri. Kalau kecapekan, anda pasang
kipas angin dan
arahkan ke turbin.

 2) Pada saat turbin berputar maka rotor yang berisi magnet di bawah turbin akan ikut berputar
sehingga menimbulkan arus pada bagian stator (coil/gulungan kabel) yang ditempelkan di dasar papan.
Jika
kabel dihubungkan ke lampu LED, maka lampu akan menyala kedap-kedip secara cepat. Hal ini wajar
sebagai konsekuensi arus bolak-balik (AC).

3) Untuk mengukur tegangan AC output, arahkan AVO meter pada Volt AC.
Anda bisa memilih range 1 atau 10.
Pada contoh gambar, 200.

4) Tegangan AC yang dihasilkan pada contoh pengukuran berkisar antara 1-4 Volt.
Pada gambar tertulis
0,31 x 200 = 6,1 V. Perhatikan output tegangan, lampu LED umumnya
hanya menerima tegangan dari 1-4,5 V,
jika terlalu berlebihan pelankan putaran kipas angin anda.
Selamat mencoba dan semoga sukses :)

Berikut ini adalah symptom atau gejala-gejala gangguan saat pengujian PLTA:

1) Turbin bergerak lambat atau tidak bisa sama sekali

• Screw eye (mirip gantungan baju) yang dipasang pada poros bagian atas terlalu
• sempit/kecil sehingga poros tidak berputar, ganti dengan screw eye yang lebih besar.
• Poros round wooden dowel (mirip pensil) bagian ujung bawah kurang lancip sehingga
• tidak bisa berputar, gunakan rautan atau amplas untuk meruncingkan.

2) Lampu LED tidak menyala atau redup ATAU tegangan pada output rendah

• Daya Magnet lemah, ganti dengan yang baru.
• Cek AVO meter, pastikan anda mengukur dengan pilihan Volt AC, bukan Volt DC
• karena arus yang dihasilkan bolak-balik.
• Orientasi pemasangan Magnet salah, Cek bagian rotor dan pastikan bahwa 4 (empat)
• lempengan magnet di arahkan North/Utara semua atau South/Selatan semua.
• Pilih salah satu saja.
• Orientasi Coils/Gulungan kawat salah, Cek bagian stator di dasar papan dan
• pastikan bahwa arah gulungan searah jaruh jam (clock wise) atau berlawanan
• (anti clock wise) pada tiap-tiap coil/gulungan. Jangan ada salah satu clock wise
• dan yang lain anti clock wise.
• Koneksi pada kawat dan LED, Saat memasang LED pada kawat tembaga yang licin,
• pastikan anda sudah meng-amplas ujung kawat sebelum dipasang pada LED.
• Jika hasil masih jelek, gunakan penjepit.
• Gap antara bagian rotor (magnet) dan stator (coils/gulungan) terlalu jauh.
• Dekatkan dengan mengatur scrup di dasar papan.

3) Output tegangan sudah di atas 1 Volt namun LED tidak menyala.

• Coba cek spesifikasi LED anda, pilih LED yang mampu aktif dengan
• range tegangan 0,9V sampai 4,5V.
• Mungkin koneksi kabel dan lampu LED kurang baik,
• Jika masih dijepit hasilnya tidak bagus, coba disolder saja.

4) Magnet atau Cincin pada rotor jatuh saat berputar.

• Daya rekat antara cincin logam dengan lempengan rotor (kardus)
• ATAU cincin logam dengan magnet lemah,  Bersihkan cincin logam
• dengan alkohol bila agak berminyak atau diamplas sehingga lempengan
• cincin tidak terlalu licin dan rekatkan kembali dengan glue/lem yang super kuat,
• baik antara cincin logam dengan lempengan rotor (kardus) maupun cincin logam
• terhadap magnet.

 Prosedur lengkap pembuatan PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Angin) dari Botol air mineral
sumber: http://www.re-energy.ca