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 atau 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 atau 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. 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.

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. 

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.