Eksperimen Turbin Janakuasa Angin

Eksperimen bagi merekabentuk turbin janakuasa angin. Menghasilkan tenaga elektrik daripada angin merupakan proses mengubah tenaga kinetik kepada tenaga elektrik. Untuk menghasilkan rekaan turbin yang melaksanakan perubahan asas ini sebenarnya satu proses yang mudah, yang sukar adalah bagaimana untuk memaksimumkan kecekapan, terutama di kawasan berpotensi kelajuan angin rendah seperti di Malaysia.

Artikel berkaitan:



Tiada sistem turbin yang 100%  efisyen, yakni tenaga 100% tenaga kinetik daripada angin dapat diubah kepada tenaga elektrik. Bahkan sistem yang 50% efisyen juga adalah mustahil berdasarkan teknologi semasa. Namun diharap ianya tidak melunturkan semangat anda untuk bereksperimentasi :)

Perkara penting yang harus dipertimbangkan adalah lokasi pemasangan dan potensi kelajuan angin di kawasan tersebut. Sekiranya anda tinggal di bandar atau sub-bandar, anda juga perlu mengambilkira faktor keluasan halaman rumah, hadangan bangunan dan lain-lain.

P1070493_resize
Rapid Prototype golongan yang kurang mampu :) Rekaan di atas adalah binaan ala kadar untuk bereksperimen.



Generator


Pemilihan dan rekaan generator boleh menentukan sejauh mana keberjayaan atau kegagalan sesuatu rekaan turbin. Semua generator terdiri daripada magnet kekal dengan gegelung wayar kuprum berenamel (enamelized copper wire). Arus yang terhasil akan mengikut Hukum Tangan Kanan Fleming (Fleming Right Hand Rule). Terdapat dua pilihan iaitu menghasilkan generator sendiri, atau mengunakan motor magnet kekal sebagai generator.



Motor magnet kekal sebenarnya adalah penjana yang berfungsi secara terbalik. Gandar atau axle motor tersebut akan berputar apabila tenaga elektrik dibekalkan. Sebaliknya jika axle diputarkan, tenaga elektrik akan dihasilkan.

Secara jujurnya pilihan menghasilkan generator sendiri adalah lebih menarik sebagai projek eksperimentasi terutama jika anda mempunya akses kepada kemudahan fabrikasi atau wang saku yang agak banyak.

Saya sepertimana ramai rakyat Malaysia yang lain tidak mempunyai akses kepada kemudahan bengkel / makmal fabrikasi, maka hanya perlu berpuas hati dengan komponen ready-made yang diubahsuai.

Meskipun generator asas dapat dihasilkan sendiri dengan mudah dengan merujuk kepada Fleming Right Hand Rule, namun jika membandingkan generator pada saiz yang sama, saya dapati prestasi menggunakan motor magnet kekal sebagai generator sebenarnya adalah lebih baik daripada generator hasilan sendiri (yang dibina tanpa kemudahan fabrikasi dan peralatan terhad).



Pemilihan Motor Magnet Kekal Yang Sesuai


Semua jenis DC motor yang mempunyai magnet kekal boleh digunakan untuk tujuan ini. Brushless DC motor seperti yang digunakan sebagai kipas penyejukkan komputer juga boleh digunakan untuk tujuan ini (model terntentu sahaja, dan sila rujuk kekangan yang mungkin timbul di bahagian seterusnya). Motor AC daripada peralatan rumah seperti kipas angin, pengisar (blender) dan sebagainya umumnya adalah dari jenis induksi dan ianya tidak sesuai untuk tujuan penjaan tenaga.

P1070506_resize

Masalah yang timbul adalah dari segi rating RPM (Revolutions Per Minute). Motor DC daripada sumber kereta mainan kawalan jauh, kipas penyejuk (cooling fan) dan sebagainya mempunyai rating RPM yang tinggi, bermakna ianya direka untuk operasi pada kelajuan tinggi. Bagi motor jenis ini, saya dapati untuk menghasilkan cukup tenaga untuk menyalakan sebutir LED 5mm dengan malap memerlukan putaran axle yang amat pantas.

Kelajuan ini adalah jauh lebih tinggi daripada putaran yang dapat dihasilkan oleh tiupan angin yang biasa. Sebagai contoh, DC motor daripada model kereta kawalan jauh mempunyai RPM sekitar 20000 atau lebih.

Saya dapati bahawa motor daripada dek pemain kaset (bagi pembaca daripada generasi iPod, dek pemain kaset digunakan secara meluas pada era 80an - 90an sebelum wujudnya CD, MP3 Player dan iTunes) memberikan prestasi yang lebih baik daripada kebanyakan DC motor yang lain kerana ianya direka untuk beroperasi sekitar 2000 – 3000 RPM . Lebih baik, namun masih tidak memuaskan hati.

Adakalanya jika bernasib baik, rating RPM motor akan dilabel pada motor. Adakalanya hanya model motor sahaja yang tertulis dan anda perlu merujuk kepada datasheet yang dimuat turun secara online (Google adalah rakan anda).

Selalunya, tiada sebarang label terdapat pada motor, maka anda perlu mengagak berdasarkan saiz motor dan kegunaannya. Motor daripada alatan permainan, dan alatan elektrik yang menggunakan bateri umumnya mempunyai rating RPM tinggi.

Berdasarkan pengalaman, motor DC dengan RPM rendah begitu sukar diperolehi dari pembekal Malaysia (online mahupun offline) melainkan dari jenis DC motor bergear (DC geared motor). Malangnya motor dari jenis bergear, meskipun mempunyai RPM rendah (serendah 60rpm) ianya tidak sesuai kerana mekanisma gear di dalam motor menghalang putaran bebas axle.

Jika anda mempunyai akses kepada komponen kereta, motor power window mungkin sesuai sebagai generator. Saya tidak berpeluang mengujinya kerana ianya memerlukan peralatan pemotongan logam untuk mengakses axle secara terus. Selain itu geseran ataupun drag daripada motor jenis ini juga adalah tinggi.



Rating Voltan dan Arus


Selain RPM rendah, voltan dan arus operasi (operating voltage / current) juga memainkan peranan penting, tetapi ianya bukanlah keperluan.

Perkara yang harus diingat adalah, semakin tinggi voltan operasi, semakin tingi arus operasi dan semakin rendah rating RPM, maka semakin baik fungsi motor tersebut sebagai generator.


Stepper Motor Sabagai Generator


P1070670

Stepper motor merupakan pilihan terbaik berdasar eksperimentasi terhad yang dilakukan, ini adalah kerana meskipun model yang saya gunakan adalah mempunyai rating 12V dan 900mA, stepper motor direka untuk operasi pada RPM rendah. Harus diambilkira bahawa meskipun ia dioperasikan oleh arus DC, arus yang dijana pula adalah arus AC. Maka litar rektifikasi adalah diperlukan.

Walaupun terdapat beberapa pilihan stepper motor di dalam simpanan, saya memilih untuk menggunakan stepper motor dari jenis Bipolar. Motor dari jenis ini umumnya mempunya 4 wayar (foto di bawah). Sementara motor dari jenis Unipolar umumnya mempunyai 5 atau 6 wayar. Tujuannya adalah untuk mempermudahkan litar rektifikasi yang perlu dibina.

Sumber stepper motor Bipolar ini adalah daripada sebuah mesin pencetak (printer) HP yang rosak. Sekiraya anda tidak mempunyai akses kepada pencetak yang boleh dileraikan, boleh mencuba mesin faks, tetapi sumber terbaik untuk stepper motor adalah mesin fotokopi (sukar untuk ditemui dalam keadaan terbuang, namun jika nasib anda cukup baik, mesin fotokopi merupakan sumber berharga untuk pelbagai komponen yang sukar diperolehi di pasaran).

P1070669

Sekiranya anda mempunyai pilihan beberapa stepper motor, selain daripada Unipolar dengan 4 wayar, anda juga disaran untuk memilih stepper motor yang mempunya cogging yang kecil.

Cogging terhasil daripada tarikan magnet kekal terhadap amature di dalam motor. Cogging yang kecil membolehkan bilas kipas beputar pada tork pemula yang rendah. Tork (torque) adalah daya memutar yang terhasil daripada putaran bilah turbin. Jika cogging adalah tinggi, maka sukar untuk bilah turbin ini untuk mula berputar.

Cara mudah untuk mengesan cogging adalah dengan memutar axle dengan jari. Semakin tinggi cogging semakin tersekat-sekat putaran axle. Pilih Unipolar stepper motor yang mempunyai cogging yang rendah. Stepper motor yang mempunyai darjah putaran yang kecil (contohnya 1.8 degree per step) mempunyai cogging yang rendah. Nilai degree per step ini biasanya terdapat pada stepper motor, jika tiada, anda perlu merujuk datasheet online.


Konfigurasi Turbin


Terdapat dua konfigurasi di dalam rekaan turbin sama ada mengunakan paksi mendatar (horizontal axis wind turbine - HAWT) atau paksi menegak (vertical axis wind turbine - VAWT).

Hawt vs Vawt
Diringkaskan, rekaan VAWT tidak perlu mengambilkira arah tiupan angin. Ia mampu berputar dengan angin dari semua arah. Pendekatan HAWT pula adalah sedikit mencabar dari segi rekaan. Ia memerlukan sirip ekor (tail fin) bagi memastikan bilah turbin senantiasa selari dengan arah tiupan angin. Galas (bearing) membolehkan putaran paksi rewang (yaw) dan HAWT juga memerlukan mekanisma sama ada dalam bentuk slip rings atau cummutator bagi mengelakkan wayar daripada berpintal apabila turbin beralih arah berulang kali.

Oleh kerana saya mensasarkan kegunaan pada kelajuan angin rendah, saya memilih konfigurasi HAWT kerana dari segi prestasi, ianya lebih cekap menukar tiupan angin kepada daya putaran.


Jenis Bilah Bagi Konfigurasi HAWT


P1070499_resize

Saya mendapati prestasi rekabentuk bilah tirus yang biasa digunakan sebagai penujah (propeller) memberikan tork yang rendah meskipun menggunakan bilah yang mempunyai sudut lengkungan (pitch) yang tinggi.  Ia direkabentuk untuk memberikan tujahan pada kelajuan angin tinggi. Namun daya putaran yang dihasilkan pada angin rendah tidak memadai untuk melawan cogging motor yang saya gunakan, maka bilah hanya kekal kaku. Secara teori, bilah yang lebih panjang mampu mengatasi masalah ini (dan tiupan angin yang kuat), namun ianya menjadikan saiz keseluruhan turbin menjadi besar.

Bilah axial flow daripada kipas angin elektrik memberikan prestasi terbaik pada angin rendah. Oleh kerana bilah axial flow direkabentuk untuk menggerakkan isipadu udara yang maksimum,  ia mampu menghasilkan tork yang mencukupi pada kelajuan angin rendah.

Namun jika di kawasan yang mempunyai purata kelajuan angin yang tinggi, bilah jenis propeller adalah lebih efisyen. Turbin angin yang sering kita lihat di wind farm komersil menggunakan variasi bilah jenis propeller atas sebab tersebut.




Idea Penambahbaikan




Magnet Berkuasa Tinggi


Magnet yang digunakan di dalam motor elektrik biasanya adalah daripada jenis Ferrite. Bagi meningkat potensi janaan tenaga turbin, rekaan generator sendiri dengan magnet berkuasa tinggi dari jenis Neodymium Iron Boron (NIB) dengan nilai gred antara 30-52 boleh digunakan.


Neodymium gred N52 mempunyai kekuatan tertinggi, tetapi mudah dilemahkan sekiranya terdedah kepada haba kepanasan (demagnetization). Magnet Neodymium di dalam cakera keras (hard drive) bergantung kepada model dan pengeluar adalah dari gred sekitar N30 – N40 dan berupaya menahan kepanasan sehingga 80 darjah Celsius. Tetapi satu cakera keras umumnya hanya mempunyai 2 butir magnet sahaja, anda perlu meleraikan antara 4 hingga 5 cakera keras untuk memperolehi jumlah magnet yang mencukupi untuk projek turbin.

Jalan terakhir adalah pembekal online dari luar negara.

Artikel berkaitan: Panduan Magnet Ferrite, Alnico dan Neodymium Untuk Projek Rekacipta




Gear


gear
Menggunakan gear untuk menaikkan RPM. Kombinasi gear dari jenis spur mahupun pinion dengan nisbah 1:10 contohnya mampu meningkatkan RPM sehingga 10 kali ganda. Tetapi harus diingat bahawa tork yang diperlukan untuk memutar bilah turbin akan turut meningkat.

Saya ada berkunjung ke beberapa kedai yang menjual komponen permainan kawalan jauh  bagi mencari kombinasi gear yang bersesuaian (dan tepat) bagi stepper motor yang saya gunakan tetapi gagal. Jika tiada sumber gear ready-made yang tepat, sebaiknya anda mengelak daripada mengunakan gear sama sekali kerana ia akan mengakibatkan loss yang agak tinggi.

Jika anda mempunyai akses kepada mesin pemotong laser (Laser Cutter) resolusi tinggi, masalah dapat diselesaikan dengan mudah dengan merekabentuk sendiri kombinasi gear yang anda perlukan.

Sekiranya anda ada menemui sumber tempatan untuk membeli / membuat tempahan pelbagai jenis gear (pada harga berpatutan), sila berkongsi di ruangan komen.




Motor


amatek motor

Motor yang cukup terkenal di kalangan mereka yang bereksperimen dengan turbin angin adalah motor pemacu pita maknetik (magnetic tape drive) komputer kerangka utama (mainframe) dari era 70an-80an daripada pengeluar Ametek. Ianya beroperasi pada arus dan voltan tinggi (sehingga 50V) pada RPM rendah.

Secara kebetulan saya ada menemui penjual yang menawarkan motor tersebut di laman mudah.my beberapa bulan yang lalu (pada harga RM 30), ketika dihubungi beliau hanya mempunya 1 unit  sahaja dan ianya telah pun terjual. Motor jenis ini tidak lagi dihasilkan dan hanya boleh diperolehi dalam bentuk terpakai (surplus).

Selain motor di atas, motor DC daripada mesin Treadmill juga adalah alternatif yang sesuai.


Selamat bereksperimen. Sebarang komen dan soalan adalah dialu-alukan.


Creative Commons Licence
Rekaan/karya ini dilesenkan di bawah Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5 Malaysia License. Anda bebas mereplikasi, meniru, mengubahsiah atau menghasilkan rekaan/karya terbitan dengan syarat rekaan/karya tersebut haruslah turut dikongsi secara terbuka (Share Alike). Rekaan/karya ini bebas digunakan untuk apa sahaja tujuan selain untuk tujuan komersil (Non Commercial), dan memberi pengiktirafan kepada laman rekacipta.net sebagai sumber rekaan/karya asal (Attribution).

25 comments:

m_izuddin said... Reply To This Comment

kreatif :)

chein said... Reply To This Comment

Terima kasih! Perlu lebih banyak percubaan lagi sebelum dapat menghasilkan turbin yang benar-benar efisyen :)

Anonymous said... Reply To This Comment

saya nak cuba buat :) ad instruction tak nak smbungkan alat2 smua itu?

Anonymous said... Reply To This Comment

st trtarik dgn rekaan anda. blh hbngi sy krn sy sdg merekacipta janakuasa elektrik dgn konsep mechanical to mechanical. sy bkn pereka atau pencipta profesional. pngtahuan juga kurang. boleh bntu sy. tjuan sy adlh utk merekacipta sebuah generator yg dpt mnggntikn generator yg biasa d gnakn oleh pniaga psr mlm. tnpa petrol, tnpa asap n krang bnyi bising.email sy d aedieyzack@yahoo.com ....tq

Anonymous said... Reply To This Comment

bro,mne nk dapat magnet 2?ada jual x?

nuraz mohaz said... Reply To This Comment

saya berminat untuk buat lampu solar dan turbin janakuasa angin mikro untuk projek sem akhir...
tapi kurang berkeyakinan.boleh tolong saya..
email saya rienn.princessxera@gmail.com

Anonymous said... Reply To This Comment

saya student poly..saya perlukan idea untuk projek sem akhir...yg bertemakan inovasi...diharap dpt sumbangkan sedikit idea...yg turbin janakuasa angin dan lampu solar ini amat menarik tp saya x berkeyakinan untuk melakukan kerana kurang memahami...kalau boley bg penerangan lebih...nie email saya rienn.princessxera@gmail.com

Anonymous said... Reply To This Comment

sy nk buat motor pengisar cili kering untuk industri..boleh suggestkan nk wat cmne...

Chein said... Reply To This Comment

sama mcm alat pengisar di rumah, beza cuma guna motor dan bilah yang lebih besar

Anonymous said... Reply To This Comment

sme ke bahan die ni ngan bahan jana kuasa angin mikro ?????

admin said... Reply To This Comment

berapa kos keseluruhan bagi seunit turbin angin vawt 300w dan dimana boleh diperolehi?

Mohd Suhaimi said... Reply To This Comment

Anda memang kreatif,dan saya amat berminat dengan TURBIN JANAKUASA ANGIN.Boleh tak hantarkan saya litar skemetiknya ke email saya:male8357@gmail.com

Muhamad Zafri Saiful Islam said... Reply To This Comment

Abg saya pernah beli motor window power tuh untuk kereta dia,kat kedai potong body kereta, price pun reasonable, still can b use, might u can find it there, sya pun pernah buat guna motor dual fujitsu window, test dekat depan kipas angin kilang tu, sya boleh hidupkan lampu 20 watt, nak djadikan cerita, motor ppon rosak n terbakar, tp skg xbuat lg da...

Anonymous said... Reply To This Comment

Boleh tak hantarkan saya litar skemetiknya ke email saya:pisces_kim92@yahoo.com
trima kasih..

dagang tebrau ent. said... Reply To This Comment

simple generator schematic.. senang jer... Pakai 2 wayar pada hujung setiap winding coil. bila rotor dipusingkan.. dah dpt elektrik...

so simple.

Chein said... Reply To This Comment

@dagang tebrau ent. :)

betul tu!

SIM said... Reply To This Comment

chein,jika wind turbine ini combine ngan rakacipta lampu solar blh x?? maksud i led lampu tu yg mempunyai 2 source iaitu solar dan wind. ia dicontrol dengan satu circuit switch yg blh pilih salah satu source ini mengikut keadaan.

Anonymous said... Reply To This Comment

Attic fan yg byk dipasang di bumbung rumah kediaman bole digunakan jugak ke? Bilah tu jenis VAWT kalau tak salah berdasarkan penerangan tuan di atas.

Daus Villa said... Reply To This Comment

Saya nak buat projek tahun akhir Hybrid Wind&Solar Small Scale.
Secara ringkas, Tanaga yg dihasilkan boleh disimpan pada acid lead battery untuk menghidupkan 20LED.Sesiapa boleh bantu saya, emel saya pada firdaus_n9@yahoo.com

Ct Norma said... Reply To This Comment

kalau wind turbine ini combine ngan lampu solar blh x?? maksud sy output lampu tu yg mempunyai 2 source iaitu solar dan wind. ia dicontrol dengan satu circuit switch yg blh pilih salah satu source ini mengikut keadaan.@Chein

Ct Norma said... Reply To This Comment

@Chein
kalau wind turbine combine ngan solar blh x?? maksud saya output lampu tu mempunyai 2 source iaitu solar dan wind. ia dicontrol dengan satu circuit switch yg blh pilih salah satu source ini mengikut keadaan.

Ct Norma said... Reply To This Comment

@Chein mntak tolong encik emelkan pd sy ye litar :)
norumachan@gmail.com

Erna Noor Syafiqah said... Reply To This Comment

akak ade litar turbin janakuasa angin mikro v1.0@Ct Norma

Azman said... Reply To This Comment

Zero point energy- ada tak sesiapa disini yg merekacipta self motorning menggunakan sepenuhnya magnet?

norhadzirah fauzi said... Reply To This Comment

saya nak minta pendapatan jenis bilah yang manakah yang lebih efektif dan lebih efisyen untuk digunakan untuk melakukan aktiviti outdoor dan wind turbine itu adalah projek portable..harap sangat dapat membantu :email norhadzirahfauzi@gmail.com

Post a Comment