Battery And Charging System Condition Interpretation By Voltage

Moment after the battery is fully charged, the battery voltage will drop dramatically from 14 volts to 13.2 volts when charger is disconnected. If using a 12 volt LED indicator as the above photo, then there are two LED lights on: 12 volts LED indicator and 13 volts LEd indicator are on. Four LEDs on that indicator represent voltage of: 12, 13, 14 (orange), and 15 volt (red); as shown in the photo above multitester reading above 15 volts so there four LEDs light up. The LED indicator consume very little current so it can be mounted on the dashboard to monitor the condition of the battery and the charging system continuously. LED indicator is cheap, practical, reliable, and suitable to check battery condition if you are working at field, compared to using multitester which is complicated and expensive.

Read also "Charging Your Vehicle Battery".

That fully charged battery voltage drops to 12.6 volts slowly after 12 hours after removed from the charger. Battery voltage will drop although not connected with loads such as lamp, clock, vehicle alarm, etc., it is called the open circuit voltage. Battery fluid density at this condition is 1265 grams / cc. If using a 12 volt LED indicator, then there are two LED lights on: LED indicator for 12 volts, and LED indicator for 13 volts.

Battery is considered empty when the open circuit voltage is as low as 11.7 volt, battery fluid density 1120 g/cc. If using a 12 volt LED indicators, only one LED lights up but not brightly.

Please see a video below, normal battery voltage which will appear as in that video. If you can't watch video here, you can watch it in Youtube.

When the ignition key in the ON position the battery voltage will drop from 12.6 volts to about 12.4 volts. No electric accesories is turned on (headlamps, A/C, radio / tape, etc). Some vehicle can't start right after ignition key turned to ON position. It needs about 10-20 second until electronic system ready, some vehicle have computer for engine management that needs time to be ready.

When starting motor starts spinning the voltage will drop to as low as 10 volts, all LED indicators are off. Then the voltage back up to 12 volts when the starter is cranking, only one LED indicator turns one for 12 volts indicator. If battery voltage is lower then 12 volts when starting motor is cranking, the battery may need to be replaced especially if it has already one or two year old. Starting motor failure also possible, but it is rarely happened, starting motor failure may caused by: broken solenoid, worn out bearings, internal leakage or short, etc.

When engine is running, voltage will instantly rise to 14 volts, and can reach 14.4 volts, three LEDs will light up: LED for 12, 13 and 14 volts. If voltage wont rise, it means charging system is not working well. For dry cell battery, charging voltage is 13.8 volts maximum, please read "Why Does Battery Explode".

If voltage rises to 15 volts, four LEDs will light up, this means charging system is over voltage, check charging regulator adjustment or replace charging regulator. If this happens while driving, lower the engine speed (RPM) to drop alternator output, turn on accessories such as air conditioning, headlights, radio / tape, etc., in order to absorb excess voltage. If over voltage occurs over a long period, it will evaporate and deplete battery fluid, even the battery may explode.

When the air conditioner is turned on, the voltage will drop below 14 volts then will rise again if the charging system is working well.

When headlamps are switched on, voltage will drop below 14 volts, then quickly climb back if the charging system is working well. If your headlights are modified with greater wattage, the voltage will be difficult to go back to 14 volt although charging system is working well. Same thing will happen if you are using high power sound system, it will be hard for standard charging system to maintain 14 volts charging voltage.

Penafsiran Kondisi Aki Dan Sistem Pengisian Oleh Tegangan

Sesaat aki sudah terisi penuh oleh charger, tegangan aki akan turun drastis dari 14 volt ke 13.2 volt setelah hubungan ke charger diputus. Jika menggunakan 12 volt LED indikator sebagaimana foto paling atas,maka ada dua lampu LED menyala, indikator 12 volt akan menyala terang, dan indikator 13 volt akan menyala terang. Empat LED indikator yang mewakili tegangan: 12, 13, 14 (oranye), dan 15 volt (merah); seperti terlihat pada foto di atas pada multitester terbaca tegangan di atas 15 volt sehingga ada empat LED menyala. Indikator LED tersebut mengkonsumsi arus sangat kecil sehingga dapat dipasang pada dashboard untuk memonitor kondisi aki dan sistem pengisian secara terus menerus. LED indikator murah, praktis, handal, dan cocok untuk memeriksa kondisi baterai jika Anda bekerja di lapangan, dibandingkan dengan menggunakan multitester yang rumit dan mahal.

Baca juga artikel "Cara Mengisi Ulang (Recharge) Aki Kendaraan".

Kemudian tegangan aki yang terisi penuh turun ke 12.6 volt secara perlahan setelah 12 jam sesudah dilepas dari charger. Tegangan aki akan turun walau tidak dihubungkan dengan beban seperti lampu, jam, alarm kendaraan, dan lain-lain; dan disebut juga open circuit voltage. Berat jenis air aki pada saat ini adalah 1265 gram/cc. Jika menggunakan 12 volt LED indikator, maka ada dua lampu LED menyala, indikator 12 volt akan menyala terang, dan indikator 13 volt akan menyala redup.

Batere atau aki dianggap kosong saat open circuit voltage serendah 11.7 volt, berat jenis air aki 1120 gram/cc. Jika menggunakan 12 volt LED indikator, maka hanya satu lampu LED yang menyala redup.

Tegangan aki yang normal akan tampak sebagaimana video diatas. Jika Anda tidak bisa menonton video tersebut disini, Anda bisa menontonnya di Youtube.

Saat kunci kontak pada posisi ON tegangan aki akan turun dari 12.6 volt ke sekitar 12.4 volt. Tidak ada aksesori elektrik yang dinyalakan (lampu besar, AC, radio tape, dll). Beberapa kendaraan tidak bisa distarter tepat setelah kunci kontak diputar ke posisi ON. Dibutuhkan sekitar 10-20 detik sampai sistem elektronik siap, beberapa kendaraan memiliki komputer untuk engine manajemen yang membutuhkan waktu untuk siap.

Saat starter mulai berputar tegangan akan turun sampai disekitar 10 volt, semua LED indikator mati. Lalu tegangan kembali naik ke 12 volt saat starter sudah berputar, lampu LED indikator menyala satu buah. Jika tegangan aki lebih rendah dari 12 volt saat starter sedang berputar, bisa jadi aki harus diganti, apalagi jika umurnya sudah lebih dari satu atau dua tahun. Bisa juga ada kerusakan pada starter tapi hal ini jarang terjadi, misal: solenoid starter rusak, bearing-bearing aus, kebocoran arus (korslet), dll.

Saat engine sudah hidup tegangan akan langsung naik ke 14 volt, dan dapat mencapai 14.4 volt, lampu LED akan menyala tiga buah, yaitu lampu 12, 13 dan 14 volt. Jika tegangan tidak naik berarti sistem pengisian tidak bekerja baik. Untuk aki sel kering tegangan pengisian maximal adalah 13.8 volt, baca juga "Mengapa Aki Dapat Meledak".

Jika tegangan naik sampai 15 volt, empat LED akan menyala, ini berarti sistem pengisian kelebihan tegangan, periksa setelan regulator atau ganti regulator. Jika hal ini terjadi saat berkendara,  turunkan putaran engine (RPM)  agar output alternator turun, nyalakan aksesories seperti AC, lampu besar, radio/tape, dll, agar menyerap tegangan yang berlebih. Jika dibiarkan air aki bisa menguap habis, bahkan aki dapat meledak.

Jika AC dinyalakan maka tegangan akan turun dibawah 14 volt lalu akan naik kembali jika sistem charging bekerja baik.

Saat lampu besar (headlamp) dinyalakan tegangan akan turun di bawah 14 volt, lalu segera naik kembali jika sistem charging bekerja baik. Jika lampu besar anda diganti dengan yang berdaya lebih besar, maka tegangan akan sulit kembali ke 14 volt walau charging system bekerja baik. Hal yang sama akan terjadi jika Anda menggunakan sound system berdaya tinggi, akan sulit untuk sistem pengisian standar untuk mempertahankan tegangan pengisian 14 volt.

Simple Battery Voltage Indicator With LED

This indicator circuit will monitor battery voltage. It's simple circuit will avoid confusing when assembling and not prone to malfunction during operation. The circuit consumes about 0.43 mA current at a voltage of 12 volts, power is about 0.00516 watts. Because that power consumed is very small then this indicator can be used to continuously monitor the voltage, for example as an indicator vehicle dashboard. LED lights as accessories that can adorn the dashboard.

See video when testing with variable voltage power supply here.

Watch test video on vehicle for battery voltage and electric system interpretation, please read "Battery And Charging System Condition Interpretation By Voltage".

The circuit is using zener diode as voltage reference and it is known to have good stability and high accuracy. The circuit is quite reliable yet inexpensive when compared to the expensive digital voltmeter but sometimes error, as well as analog voltmeter which is less accurate when placed in a certain position.

Maximal voltage for charging dry cell battery) is around 13.8 volts. Maximal voltage for charging wet cell battery is around 14.4 volts. More details on "Charging Your Vehicle Battery".

In addition to monitoring the vehicle battery voltage, the circuit can also be used for battery charging indicator with wind turbine (wind charger) as the article "Pico Wind Turbine With Bicycle Wheel".

Resistor 1 (R1) is 10 kiloohms 0.5 watts, it filters high voltage caused by magnetic field induction alternator, dynamo, and transformer that is used to recharge battery.

Diode 1 (D1) is 1N4007 securing the circuit if there is an error connection to the battery. D1 will cause voltage that is fed to the circuit will be dropped 0.6 volts.

R1 and D1 may be omitted if the circuit operation is considered fairly safe. If D1 abolished then all values of zener diode must be added by 0.6 volts.

Zener diode 1 (Dz1) has value 11 volts 0.5 watts, will determine the voltage that makes the transistor (T) turned on and LED light up. Note that zener diode is installed with reverse position of ordinary diode.

Base resistor (Rb) with value 680 kiloohms 0.25 watts determines the current through transistor and the LED to adjust the brightness of the LED when lit.

LED has a 5 mm diameter with transparent casing and yellow light.

Transistor (T) is BD139 serves as a switch and will connect if it's base energized. Base of the transistor will get current if the voltage beyond a certain voltage. That certain voltage is zener diode 1 (Dz1) plus diode 1 (D1) voltage (0.6 volts) plus the base emitter voltage of the transistor (0.6 volts). If Dz1 valued at 11 volts, the voltage that makes the transistor connects and allows the LED to light up is:

11 + 0.6 + 0.6 = 12.2 volts

The schematic may have some circuits to monitor the battery voltage. As the above schematic, there are three circuits as an indicator for three voltage levels. Circuit in the center is using a zener diode (Dz2) with value of 12 volts 0.5 watts. The LED in the center circuit will be lit if the battery voltage is reached:

12 + 0.6 + 0.6 = 13.2 volts

Rightmost circuit is using a zener diode (DZ3) with value of 12 volts and it has diode 1N4007 added to increase zener voltage as high as 0.6 volts. LED will light up if the battery voltage is reached:

12 + 0.6 + 0.6 + 0.6 = 13.8 volts

If using a crystal diode OA90, then the zener voltage can be increased by 0.2 volts.

This circuit can be modified so that the LED is turned on at a certain voltage, by replacing zener diode, or add 1N4007 or OA90 diode on the transistor base as shown by the rightmost circuit.

Number of LED lights also can be added as needed. To monitor battery voltage, circuit should consist of 4 pieces LED lights representing 12, 13, 14, and 15 volts. LED light representing 14 volts should be orange colored, to warn that the battery voltage is maximal for wet cell battery, and too high for dry cell battery. LED light representing 15 volts should be red colored, to warn that the battery voltage exceeds the maximum voltage allowed for wet cell battery.

For voltage indicator circuit of  12, 13, 14 and 15 volts, it is using zener diodes 11, 12, 13, and 14 volts. Zener diodes voltage are a little smaller, because of the loss of voltage on the input diode (D1) and the base emitter transistor respectively of 0.6 volts, so the total loss of voltage is 1.2 volts.

For 24-volt battery, circuit is using zener 22, 24, 26, and 28 volts. If you can not find the appropriate zener voltage, it can use a 1N4007 diode (0.6 volts) or OA90 crystal diode (0.2 volts) to adjust or increase the zener voltage.

Here are the results of my tests done to determine the current consumption at each voltage level with 680 kilohm resistors for all LEDs:

12 volts 0.43 mA

13 volts 0.80 mA

14 volts 1.03 mA

15 volts 1.57 mA

Below photo shows voltage indicators unit  which has different LED lights, which are: white for 12 and 13 volts, orange for 14 volts, and red is indicating 15 volts. Those white LEDs are very bright while red LED is the faintest.

So I modify base resistors, for very bright white LEDs that represent voltage of 12 volts is using 2.2 megohm resistor, while white LED that represent the voltage of 13 volts is using a 1.6 megohm resistor. Orange LED as indicator for 14 volts is using 82 kilohm resistor. Red LED that indicates the voltage of 15 volts is using 33 kiloohm resistor. Total current consumed for each voltage level is:

12 volts 0.3 mA

13 volts 0.6 mA

14 volts 0.8 mA

15 volts 2.2 mA

It won't be a problem for high current consumption at 15 volts, as it means that charging system is over voltage. Therefore it needs load to consume that excess voltage.

As a guidance to set the LED brightness, forward voltage at LED pins (anode and cathode) should be about 2 volts to produce bright LED light, and LED will last longer. If the forward voltage exceeds 3 volts, the LED can be broken.

Read also laptop charger can be used to recharge car battery.

Photo above looks out of focus because the camera lens is dazzled by the light of white LEDs. That's why white LEDs are using very big resistors. If the circuit is using only white LEDs, current consumption will be very very small.

Download datasheet dioda zener,  dioda 1N4007,  transistor BD139

Indikator Tegangan Baterai Sederhana Dengan LED

Indikator ini akan memonitor tegangan baterai atau aki. Rangkaiannya simpel sehingga tidak membingungkan saat merakit dan tidak rentan kegagalan fungsi saat operasional. Rangkaian mengkonsumsi arus sekitar 0.43  mA pada tegangan 12 volt, dengan daya 0.00516 watt. Karena daya yang dikonsumsi amat sangat kecil maka indikator ini dapat digunakan secara terus menerus untuk monitor tegangan, misalnya sebagai indikator pada papan intrumen (dashboard) kendaraan. Lampu-lampu LED yang menyala sebagai asesoris yang dapat memperindah dashboard.

Lihat video test dengan power suplai bersetelan tegangan disini.

Lihat video test di kendaraan untuk penafsiran kondisi aki dan kondisi elektrik kendaraan berdasarkan tegangan, harap baca "Battery And Charging System Condition Interpretation By Voltage", artikel berbahasa Indonesia ada di bawah video di halaman tersebut.

Rangkaian ini menggunakan dioda zener sebagai referensi tegangan dan dikenal memiliki stabilitas yang baik dan akurasi yang tinggi. Rangkaian ini cukup andal namun murah jika dibanding voltmeter digital yang mahal tapi terkadang error, maupun voltmeter analog yang kurang akurat jika diletakkan pada posisi tertentu.

Tegangan maximal untuk pengisian aki sel kering (dry cell battery) sekitar 13.8 volt. Tegangan maximal untuk pengisian aki sel basah (wet cell battery) sekitar 14.4 volt. Lebih detail di "Cara Mengisi Ulang (Recharge) Aki Kendaraan".

Selain untuk memonitor tegangan aki kendaraan, rangkaian juga dapat digunakan untuk indikator pengisian aki dengan turbin angin (wind charger) sebagaimana artikel "Turbin Angin Pico Dengan Roda Sepeda".

Baca juga setrum aki mobil dengan charger laptop.

Resistor 1 (R1) bernilai 10 kiloohm 0.5 watt, berfungsi sebagai filter tegangan tinggi yang terjadi akibat induksi medan magnet di alternator, dinamo, dan trafo yang digunakan untuk mengisi ulang (cas) aki.

Dioda 1 (D1) adalah 1N4007 mengamankan rangkaian jika terjadi kesalahan penyambungan ke baterai. D1 akan menyebabkan tegangan yang diumpan ke rangkaian turun 0.6 volt.

R1 dan D1 boleh ditiadakan jika operasional rangkaian dianggap cukup aman. Jika D1 ditiadakan maka semua nilai dioda zener harus ditambah 0.6 volt.

Dioda zener 1 (Dz1) bernilai 11 volt 0.5 watt, akan menentukan tegangan yang membuat transistor (T) menghubung sehingga LED menyala. Perhatikan bahwa dioda zener dipasang dengan posisi kebalikan dioda biasa.

Resistor basis (Rb) senilai 680 kiloohm 0.25 watt menentukan besar arus yang melewati transistor dan LED sehingga mengatur tingkat kecerahan LED saat menyala.

Lampu LED menggunakan yang berdiameter 5 mm dengan rumah transparan dan sinar berwarna kuning.

Transistor (T) adalah BD139 berfungsi sebagai saklar dan akan menghubung jika basisnya diberi arus. Basis transistor akan mendapat arus jika tegangan melampaui tegangan tertentu. Yaitu tegangan zener ditambah tegangan dioda (D1, 0.6 volt) dan tegangan basis emitor transistor (0.6 volt). Jika Dz1 senilai 11 volt, maka tegangan yang membuat transistor menghubung agar LED menyala adalah:

11 + 0.6 + 0.6 = 12.2 volt

Beberapa rangkaian dapat dipasang untuk memonitor tegangan baterai, pada skema di atas terdapat tiga rangkaian sebagai indikator untuk tiga tingkat tegangan. Rangkaian di tengah menggunakan dioda zener (Dz2) senilai 12 volt 1/2 watt. Maka lampu LED pada rangkaian tengah akan menyala jika tegangan aki mencapai:

12 + 0.6 + 0.6 = 13.2 volt

Rangkaian paling kanan menggunakan dioda zener (Dz3) 12 volt dan ditambahkan dioda 1N4007 untuk menaikkan tegangan zener setinggi 0.6 volt. Lampu LED akan menyala jika tegangan baterai mencapai:

12 + 0.6 + 0.6 + 0.6 = 13.8 volt

Jika menggunakan dioda kristal OA90, maka tegangan zener dapat dinaikkan sebesar 0.2 volt.

Rangkaian ini dapat dimodifikasi agar lampu LED menyala pada tegangan tertentu, dengan cara mengganti dioda zener, atau menambahkan dioda 1N4007 atau OA90 pada basis transistor sebagaimana dicontohkan pada rangkaian paling kanan.

Jumlah lampu LED juga dapat ditambah sesuai kebutuhan. Untuk monitor aki sebaiknya terdiri dari 4 buah lampu LED yang mewakili tegangan 12, 13, 14,  dan 15 volt. Lampu LED yang mewakili tegangan 14 volt sebaiknya berwarna oranye, untuk mengingatkan bahwa tegangan aki sudah maximal, bahkan terlalu tinggi untuk aki sel kering (dry cell battery). Lampu LED yang mewakili tegangan 15 volt sebaiknya berwarna merah, untuk mengingatkan bahwa aki sudah melampaui tegangan maximal aki sel basah (wet cell battery).

Untuk indikator tegangan 12, 13, 14 dan 15 volt, maka digunakan dioda zener 11, 12, 13, dan 14 volt. Ukuran dioda zener sedikit lebih kecil, karena adanya kehilangan tegangan pada dioda input (D1) dan pada basis emitor transistor masing-masing sebesar 0.6 volt, sehingga total kehilangan tegangan adalah 1.2 volt. Untuk aki 24 volt, maka menggunakan zener 22, 24, 26, dan 28 volt. Jika tidak menemukan zener dengan tegangan yang sesuai, maka dapat menggunakan dioda 1N4007 (0.6 volt) atau OA90 (0.2 volt) untuk menyesuaikan atau menaikkan tegangan zener.

Bus Udara Transportasi Masa Depan saran solusi transportasi Jakarta, Bogor, Depok, Bekasi, Tanggerang, yang cepat, bebas macet dan banjir. Helikopter Mil Mi 26 daya angkut 90 penumpang membuat ongkos ticketnya jadi terjangkau. Estimasi Rp 200.000 Bogor-Jakarta, Rp 100.000 Depok-Jakarta.

Berikut hasil test yang saya lakukan untuk mengetahui konsumsi arus pada tiap tingkat tegangan dengan resistor basis 680 kiloohm untuk semua LED:

12 volt 0.43 mA

13 volt 0.80 mA

14 volt 1.03 mA

15 volt 1.57 mA

Pada rangkaian indikator dari unit pada foto dibawah ini, mempunyai lampu LED yang berbeda, yaitu: putih untuk 12 dan 13 volt, oranye untuk 14 volt, dan merah untuk 15 volt. Kuat cahaya yang dihasilkan berbeda-beba, LED putih sangat terang sekali dan LED merah paling redup. 

Maka resistor basisnya saya modifikasi, untuk LED putih yang terang sekali mewakili tegangan 12 volt menggunakan  2.2 megaohm, sedangkan LED putih yang mewakili tegangan 12 volt menggunakan resistor basis 1.5 megaohm. LED oranye sebagai indikator tegangan 14 volt menggunakan resistor 82 kiloohm. LED merah yang menunjukan tegangan 15 volt memakai resistor 33 kiloohm. Arus yang dikonsumsi ditiap tegangan adalah: 

12 volt 0.3 mA

13 volt 0.6 mA

14 volt 0.8 mA

15 volt 2.2 mA

Konsumsi arus yang tinggi pada 15 volt tidak akan menjadi masalah, karena hal ini berarti bahwa sistem pengisian bertegangan terlalu tinggi. Oleh karena itu diperlukan beban untuk mengkonsumsi kelebihan tegangan tersebut.

Sebagai patokan untuk menyetel kecerahan LED, dengan tegangan maju (forward voltage) pada kaki LED (anoda dan katoda) sekitar 2 volt sudah menghasilkan cahaya yang terang, dan LED akan awet. Jika tegangan maju melebihi 3 volt, maka LED dapat putus.

Tampak foto di atas kurang fokus karena lensa kamera silau oleh cahaya dari LED putih. Kerena itulah LED putih menggunakan resistor yang sangat besar. Jika semua LED yang digunakan adalah putih maka konsumsi arus akan amat sangat irit. 

Unduh lembar data dioda zener,  dioda 1N4007,  transistor BD139 .

Angle Steel For Wind Turbine Frame

Frame of this homemade pico class wind turbine is using angle steel because it is cheap, robust, and easily fabricated. Angle steel size is 20x20 mm. Below photo shows wind turbine or windmill is mounted on a steel frame at the top of a steel pipe size 1 1/4 inches. Technically this angle steel frame is not too complicated. Wind turbine design should also consider its beauty or aesthetic. Because it will be placed in an open area and can be seen from a very far distance. A good wind turbine design will add beauty to landscape.

Turbine frame has a large and long tail in order to quickly follow changes in wind direction. If turbine is placed in a low and closed area, the wind tends to change direction as the wind have to dodge many obstacles. If the wind direction does not change very much, such as on a hilltop, the tail could be shorter and smaller. Tail should not always be in triangle form, it can be modified to fit the environment.

The image above shows dimensions of the frame, all sizes in mm units. Note the pole frame makes an angle of 85 degrees with the horizontal frame bar. This will avoid turbine to bow by its own weight as there is a gap between frame pole and pipe. Also frame and turbine would be better if it looks a bit up, in order to prevent turbine blades hit the pipe when strong wind. Make sure to match the angle of frame pole with pipe you use, so the turbine will a bit look up when mounted on the frame and pole.

The distance between dynamo fork with turbine blades is 70 mm. The actual distance can still be reduced to about 50 mm. But if the dynamo too forward, then it has higher risk of turbine blades hit. If the distance of 70 mm proved too much, then the dynamo can still be brought to the front with a wooden prop. Wooden prop at the back of dynamo also prevent dynamo dented by fork pressure, which can damage the components inside the dynamo.

There are 4 pieces of 6 mm diameter hole on frame tail. These holes are matched to tail plate holes.

The following photo shows the frame, pole, reducer fitting, and cables.

Cables from the dynamo (at the right, not visible), go to the top of frame, into fitting, and towards bottom of the frame into an hollow formed by an added piece of angle steel. Cables will continue to go down inside steel pipe, exit at the lower end of the pipe and to be connected to regulator and battery.

Turbine frame can rotate 360 ​​degrees to follow the direction of the wind, but the wires are not affected by rotation. Because the frame can rotate to the left and to the right as it follow wind direction, then cables will not be twisted in one direction. Therefore no expensive swivel joint is needed.

Reducer fitting size 1-1 1/4 inches is used to lock turbine frame on to pipe. It is an easy way to install frame on top of pipe, and the fitting will lock quite strong. In the photo below, note the reducer fitting shape that tapers to the top. Note a 10 mm bolt with 35 mm long locks the fitting, so turbine frame can not be pulled up by the wind, when the frame and fitting are installed on the pipe. Look where cables are protected by the bolt. The reducer fitting has thread that fits to pipe thread. It can be seen also that angle steel side is facing down as foundation or sitting and allow frame to turn easily on fitting, not the edge of the angle steel that sits on the fitting.

Below photo is showing top view of framer. On the right there are 4 bicycle wheel nuts are welded. Note that the front of frame is reinforced so as to form a square shape. On the left end will be installed a vertical wing or triangular tail fin (unseen).

The following photo is a front view of the frame. Note a nut to hold as turbine bolt at the top, there are 4 pieces of nut are welded in line. Before welding , nuts are attached to the axle bolt but not tightened. And the axle bolt is still not mounted on the turbine in order to facilitate welding. As soon as those 4 nuts are  welded to the frame, turn the axle bolt to prevent sticking to nuts until those nuts are cool. Then enclosed those welded nuts with angle steel to form a square hollow steel. At the bottom is a 55 mm width fork, fork width depends to dynamo size. In the center there is frame pole with  reducer fittings held in place by bolt. There are 2 long bolts of 10 mm used to adjust distance between fork legs (spacer).

Before turbine is mounted on the frame, replace axle bolt with a longer one. Bicycle rear axle bolt is longer then the front axle one.

Turbine in the photo above is facing down. A longer axle bolt is protruding upward, thread length from locknut is 50 mm. The bolt will be installed to 4 pieces of bicycle wheel nuts which are welded to the frame. After replacing the axle bolt with a longer one, do not forget to adjust ball bearings clearance. Make sure the axle bolt is not too loose but as still can be turned by fingers.

Tail plate is made of 1 mm thick aluminum . Dimensions can be seen in below drawing. Tail is fastened to the frame with 4 bolts of 10 mm (M6).

Triangle form is chosen as it has big area at the tail, so it produce high torque to rotate frame responsively when wind direction is changing. Also triangle form is simple, good looking, easy to cut and less material waste.

Baja Siku Untuk Rangka Turbin Angin

Rangka turbin angin Pico menggunakan baja siku (angle steel) karena murah, kuat, dan mudah difabrikasi. Baja siku juga populer dengan sebutan besi siku. Ukuran besi sikunya adalah 20x20 mm. Foto di bawah memperlihatkan turbin atau kincir angin terpasang pada rangka baja siku dan di atas tiang pipa besi ukuran 1 1/4 inchi. Secara teknis rangka baja siku ini tidak terlalu rumit. Dalam mendesain rangka untuk turbin angin ini perlu juga diperhatikan segi keindahan atau estetikanya. Karena akan ditempatkan di area terbuka sehingga terlihat dari jauh. Jika desainnya bagus, akan menambah keindahan lansekap.

Rangka turbin diberi ekor yang panjang dan besar agar cepat mengikuti perubahan arah angin. Jika turbin ditempatkan pada area yang tidak terbuka dan tidak tinggi, anginnya cenderung berubah-rubah arah karena harus berkelok melintasi banyak hambatan. Jika arah angin tidak terlalu sering berubah, misalnya di puncak bukit, maka ekor bisa lebih pendek dan lebih kecil. Bentuk ekor juga tidak harus segitiga, dapat dirubah agar    tampak sesuai dengan lingkungan.

Gambar diatas memperlihatkan dimensi dari rangka, semua ukuran dalam satuan mm. Perhatikan tiang rangka yang membentuk sudut 85 derajat dengan batang horisontal rangka. Hal ini bertujuan agar rangka tidak menunduk jika ada kelonggaran antara tiang rangka dengan pipa, karena turbin memberati bagian depan rangka. Juga rangka dan turbin akan lebih baik jika tampak agak mendongak, guna mencegah bilah turbin menghantam pipa saat angin kuat. Pastikan besar sudut ini dengan mencocokkan tiang rangka dengan pipa yang anda gunakan, sehingga turbin agak mendongak saat dipasang pada rangka dan tiang.

Jarak antara garpu dinamo dengan bilah turbin adalah 70 mm. Jarak ini sebenarnya masih bisa dikurangi sampai sekitar 50 mm. Tapi jika dinamo terlalu ke depan, maka beresiko dihantam bilah turbin. Jikapun jarak 70 mm ternyata terlalu jauh, maka dinamo masih bisa dimajukan ke depan dengan mengganjal dengan kayu. Ganjal kayu tersebut juga mencegah bagian belakang dinamo lecet dan  peyot atau cacat tertekan garpu, yang mana bisa merusak komponen di dalam dinamo.

Ada 4 buah lubang diameter 6 mm di bagian ekor rangka. Lubang-lubang ini disesuaikan dengan lubang-lubang pada pelat ekor.


Foto berikut memperlihatkan rangka, tiang, fitting, dan kabel.

Kabel dari dinamo di sebelah kanan (tak terlihat), masuk ke bagian atas rangka, menembus fitting, dan menuju bagian bawah yang membentuk penampang segiempat (square hollow) karena diberi tambahan secuil baja siku. Kabel akan terus turun ke bawah di dalam tiang pipa besi , dan keluar di ujung bawah pipa untuk disambung ke regulator dan aki.

Rangka turbin dapat berputar 360 derajat guna mengikuti arah angin, tapi kabel tidak terpengaruh gerakan rangka turbin yang berputar tersebut. Karena rangka turbin bisa berputar ke kiri dan ke kanan akibat mengikuti arah angin, maka kabel tidak akan terpuntir ke satu arah. Oleh karena itu tidak dibutuhkan swivel joint yang mahal.

Adaptor (reducer fitting), juga disebut sebagai floksok, ukuran 1 - 1 1/4 inchi, berguna untuk mengunci rangka turbin pada pipa. Dengan reducer fitting pemasangan rangka pada pipa jadi sangat mudah namun kuat. Pada foto di bawah, perhatikan bentuk reducer fitting yang mengecil ke atas. Perhatikan adanya baut 10 mm sepanjang 35 mm pengunci adaptor, agar rangka turbin tidak terlepas ke atas karena tertiup angin, jika rangka dipasang pada pipa. Terlihat posisi kabel yang terlindung oleh baut. Fitting ini mempunyai ulir yang sesuai dengan ulir pada pipa yang jadikan tiang. Terlihat juga sisi baja siku menghadap ke bawah sebagai landasan agar dapat duduk dan mudah berputar diatas fitting, bukan tepi besi siku yang duduk diatas fitting.

Foto di bawah adalah tampak atas rangka. Di ujung kanan terdapat 4 buah mur yang dilas. Perhatikan bagian depan rangka yang diperkuat sehingga membentuk persegi panjang. Di ujung kiri akan dipasang sirip tegak atau ekor berbentuk segitiga (tak terlihat).

Foto berikut adalah tampak depan rangka. Di bagian atas terlihat mur untuk memegang as turbin, ada 4 buah mur berjajar. Mur-mur tersebut pasang pada as roda sepeda sebelum dilas dengan tidak dikencangkan, masih bisa diputar. Dan as roda tersebut masih belum dipasang pada turbin agar memudahkan pengelasan. Segera setelah dilas pada rangka, as roda diputar-putar agar tidak lengket dengan mur sampai mur dingin. Mur lalu ditutup dengan baja siku sehingga mur seperti berada di dalam baja persegi (square hollow). Di bagian bawah terlihat ukuran lebar garpu adalah 55 mm, lebar garpu disesuaikan dengan ukuran dinamo. Di tengah tampak tiang rangka dengan reducer fitting yang tertahan oleh baut. Juga tampak ada 2 baut 10 mm panjang yang digunakan untuk menentukan jarak diantara kedua kaki garpu (spacer).

Sebelum turbin dipasang pada rangka, diganti dulu baut as roda sepedanya dengan yang lebih panjang. As roda sepeda bagian belakang dipasang menggantikan baut as roda depan.  

Turbin pada foto diatas menghadap kebawah. Tampak baut as yang lebih panjang menonjol ke atas, tinggi ulir baut dari mur pengunci adalah 50 mm.. Baut ini akan dipasangkan pada 4 buah mur roda sepeda yang dilas pada rangka. Setelah mengganti as roda dengan yang lebih panjang, jangan lupa menyetel kembali kelonggaran bola-bola bearing (ball bearing). Pastikan setelannya tidak longgar (oblak) tapi as masih bisa diputar dengan jari.

Pelat ekor terbuat dari allumunium setebal 1 mm. Dimensinya dapat dilihat pada gambar di bawah. Diikat ke rangka dengan 4 buah baut 10 mm (M6).

Bentuk segitiga dipilih karena memiliki area yang besar di ekor, sehingga menghasilkan torsi tinggi untuk memutar rangka secara responsif ketika arah angin berubah. Juga karena bentuk segitiga sederhana, indah, mudah dipotong dan sedikit material yang terbuang.

Pico Wind Turbine With Bicycle Wheel

This cheap homemade Pico-class wind turbine is made with several components of a bicycle wheel. Such as: bearings and axle along housing (hub), rim. Bicycle wheel hub has proven strong enough to bear the weight up to 100 kg, resistant to: water, dust and mud; can spin at high speed, available in the market at an affordable price. If broken it will be easily repaired. For downhill mountain bike, axles bear much larger than 100 kg load.

Because of that, those bicycle wheel components are decided to use for this turbine. Photo below shows 3 turbine blades made of aluminum, a bicycle wheel rim that serves as pulley and seen as a circle, and in the center is bicycle wheel hub. Turbine blade pitch angle can be adjusted (adjustable pitch) by simply turning the nut. This cheap wind turbine can generate 17 watts of electric power at wind speeds as low as 20 kmh.

For all photos and drawings, please click on photos and drawings for a bigger version.

More detail for the center section can be seen in the photo below.

Turbine blade material is aluminum 1100 with 1 mm thickness and it is widely available in the market. Actually it would be more stronger if using aluminum 5083, but it is not available in small quantity.

The center of the turbine is a triangular-shaped steel plate. The triangular plate serves to hold the turbine blades on a bicycle wheel hub. There are two pieces of triangular plates with 6 of 12 mm bolts (M8 thread) to clamp the bicycle wheel hub. That 12 mm bolts are also holding turbine blades, each blade fastened by three bolts.

The photo above shows a bicycle wheel rim (circular shaped) size 16 inches, which is fastened with 3 screws M4 to the blades of the turbine and rotates with the turbine. Each blade has a 1 piece bolt that ties the rim. The rim serves as a pulley which turns a dynamo via belt transmission. A green transmission belt and dynamo pulley are shown at the bottom center of the photo.

The above drawing is a triangular plate design to tie turbine blades on a bicycle wheel hub. All units are in millimeters. Because the upload, download and print process, the scale will not match the actual parts. For red number (31) please ensure to bicycle wheel hub that you have. This plate is made of 4 mm steel. Do not use an hardened steel as it would not easy to cut and drill. Mild steel that widely available in the market at affordable prices is sufficient. There are 2 pieces of triangular plate are used for this turbine, which is positioned at the front and at the back, to clamp bicycle wheel hub and also to hold blades.

There are 6 holes of 8 mm diameter for M8 bolts. Position of each hole must be precise because it will affect turbine blades installation. As seen in the above photo turbine blades are overlapping. Note on each corner of triangle plate, each bolt in triangle corner is designed to be holding two blades at once, so efficiently. Therefore with 3 bolts to hold each blade, and the total number of turbine blades are 3 blades, it does not use 9 bolts, but only use 6 bolts. If this triangle plate fabrication was not precise then turbine blades would be difficult to install.

Turbine blades are made from 1 mm thick aluminum 1100. Width at the base is 200 mm, width at the tip is 55 mm, and the length of 670 mm. Note the red numbers, there are three holes of 8 mm. To drill hole 1 and hole 2, the blade must be cut from aluminum sheet. By using the above triangular steel plate as a pattern or a die, hole number 1 and 2 can be drilled. Position triangle plate so that the axis of the hole number 1 is 20 mm from the side of the blade length, and 25 mm from the base of the blade, see picture below. After hole number 1 is drilled, put bolt into hole number 1 so the blade and triangle plate are sandwiched. Align the base of the blade to become parallel with the edge of triangle plate, then hole number 2 can be drilled with guidance by triangle plate.

Below drawing describes how to use triangle plate as a pattern to drill hole 1 and 2. Position of hole 1 is used as a reference point. Then align triangle edge (red) with the base of blade (yellow), so that the position of hole 2 is obtained.

Hole number 3 slightly oval shape and somewhat difficult to mark and to drill, because of its position on the curved part of blade to form a wing profile. See the picture below, the blade that has been cut (light blue) already has hole number 1 and 2. Blade mounted on two triangular plates (gray) with two long bolts. Between the two plates there is a bicycle wheel hub pinched, and serves as a spacer between those two triangle plates. Bend the blade at hole number 3 position to about 30 mm  form the wing profile. As seen on the right, hole number 3 is drilled by a drill bit. Vise and drill stand are needed to drill hole number 3, the result hole will be in oval shaped. The wing profile blade can be adjusted by nuts of bolt in hole 3, so this turbine has adjustable pitch angle. Be sure to always use a wide ring and collar nut to press the blade against the triangle plate. If using an ordinary nut, the blade can be damaged as it is pressed.

The photo below is a bicycle wheel hub, and it is for the front wheel.

The following photo shows the 12 mm bolt with M8 thread and thread length of 80 mm. Washers width 28 mm, 12 mm nut with collar / flange, and 12 mm regular nut. In total there are 6 long bolts, 12 washers, 24 flange nuts, and 3 regular nut, in one turbine.

After blade has a finished hole number 3, then that blade can be used as a pattern for other two blades. When three turbine blades are finished cutting and drilling, then they can be curved to form a wing profile. I usually use an electric grid pole as the base to press blade to form wing profile. The figure below shows how to press the flat plate against the electric grid pole to bend it and become a turbine blade with wing profile.

Grid pole has diameter of about 20 cm.  Note that the plate axis is aligned with the electric pole axis. After wing profiles are formed, those three blades are installed as the photo below.

Shown in the photo above are three blades installation, with the turbine facing up. Bicycle wheel hub is pressed or clamped in the middle. One of triangle plate is visible at the top, the other triangle plate is under blade number 3. The far right and the far left bolts are holding two blades at once. Rightmost blade wing profile is adjusted by adjusting two nuts on the right bolt, so that there is a distance of 30 mm (yellow color). The greater the distance the greater pitch angle of wing profile, the easier turbine to start spinning. But too big pitch angle will cause high drag at high speed. Blade number 3 wing profile is adjusted by two nuts on the left bolt. Check alignment and symmetrical position of those three turbine blades, adjust by loosening and tightening nuts.

Wing profile at blade tip will appear as shown below.

With the turbine facing up, blade tip leading and trailing edge will create a distance of 10 mm because of the pitch angle. Suppose there is a wind blowing from the top of drawing, the blade will move to the left. Pitch angle also affects the strength of the blade, in addition to affecting the speed. The greater pitch angle the stronger the blade. Conversely, the smaller pitch angle of blade, will be more easily bent backwards when blown by the wind.

With a distance of 10 mm between the leading and trailing edge, the blade can stand high wind and easily start spinning by low wind with speed of 10 kmh or 2.8 ms.

According to the test I did, the minimum distance between the leading edge to the trailing edge is 3 mm. If set to a minimum distance, turbine blade wing profile (airfoil) will be flattened thereby reducing drag while spinning at high speed. As drag reduced, then the turbine will spin faster and the power will increase. The effect of low profile blade can be seen at wind speeds above 20 kmh or 5.6 ms, the power will be increased by about 30%. But the strength of the blades will be much reduced, you should use aluminum 5083 as material for low profile blades.

In addition to nuts adjusment, blade angle can also be adjusted (pitch adjustment) by curving the blade. Make sure all the blades have the same curve or wing profile. Therefore, this wind turbine has two ways to adjust pitch angle and wing profile. You can play with different pitch adjustment and wing profile to suit your conditions.

Note the use of the ring and flange nut to press and hold blades. Flange nuts are also used for clamping triangle plate to avoid that nuts loose easily. While regular nut is used only for locking flange nuts, look at the bottom of the bolt in the middle.

Prepare a bicycle wheel rim size of 16 inches. Keep in mind that 16 inches is not the diameter of wheel rim, but it is the size of a bicycle tire that can be fitted on that rim. 16 inches rim has inside diameter of about 288 mm, and become a pulley of 905 mm circumference.

Drill 3 holes of 4 mm diameter at bicycle wheel rim size 16 inches. Make sure those 3 holes are equidistant from one another. Put turbine facing down, make sure in level position like the photo below. Put the bicycle wheel rim on the turbine, use 3 paper clips to hold rim to blades. With a vernier caliper make sure rim position is really centric to the axis of turbine hub. Mark position of those 3 rim holes on blades, then drill those 3 holes on turbine blades for bolts to hold the rim. Position of 3 holes on blades must be at flat part of blade, not at curved part (wing profile) of blade.

The second from the top photo shows rim is fastened by M4 screws with a length of about 15 mm. That photo shows also bolts are positioned on the flat area of blades, not on curved area. Bolts have wide washers and also rectangular aluminum patches to reinforce bolt area. Rim also glued to stick to the blades. Glue that I normally use is Aica Aibon as it is waterproof and can stand with vibration. I've tried with epoxy type glue but it just fall out due to vibration.

Turbine needs balancing prior to use. It is balanced by mounted it vertically on the frame and rotated by hand, then allow it to stop by itself. If frame has not fabricated yet, use a vice to hold turbine axle bolt, make sure thread will not damaged by using wooden wedges. Make sure there is no wind in the balancing area, better if it is inside a closed room or garage. The most heavy blade will always stop at the bottom. Balancing is done by cutting the most heavy blade tip a little, about 1-2 mm. Then turn the turbine again by hand, and let it stop by itself. If blades stop positions are always changing or random, that means turbine blades are balanced.

Turbin Angin Pico Dengan Roda Sepeda

Turbin atau kincir angin kelas Pico ini dibuat dengan beberapa komponen roda sepeda. Seperti: as roda beserta bearing dan rumahnnya (hub), rim (velg). Hub roda sepeda terbukti cukup kuat menanggung beban sampai 100 kg, tahan air, debu dan lumpur; dapat berputar dengan kecepatan tinggi, tersedia di pasaran dengan harga terjangkau, jikapun rusak akan mudah diperbaiki. Untuk sepeda yang digunakan pada balap turun gunung (downhill moutain bike), beban yang tanggung oleh as roda jauh lebih besar dari 100 kg.

Karena alasan tersebutlah maka komponen roda sepeda tersebut digunakan pada turbin ini. Pada foto di bawah tampak 3 bilah turbin yang terbuat dari allumunium, rim roda sepeda yang berfungsi sebagai puli dan terlihat sebagai lingkaran, dan pada bagian tengah adalah hub roda sepeda. Sudut pada bilah turbin dapat disetel (adjustable pitch) dengan hanya memutar mur. Turbin angin murah ini dapat menghasilkan daya listrik 17 watt pada kecepatan angin serendah 20 kmh.

Untuk semua foto dan gambar, klik pada foto dan gambar untuk memperbesar.

Bagian tengah tampak lebih detail pada foto di bawah.

Bahan bilah turbin adalah alluminium 1100 dengan tebal 1 mm yang banyak tersedia di pasaran. Sebenarnya akan lebih kuat jika menggunakan allumunium 5083, tapi tidak tersedia dalam jumlah kecil.

Bagian tengah turbin adalah pelat baja yang berbentuk segitiga. Pelat segitiga ini berfungsi untuk memegang bilah turbin pada hub roda sepeda. Ada dua lembar pelat segitiga dan  6 buah baut 12 mm (ulir M8) yang menjepit hub roda sepeda. Baut-baut 12 mm tersebut juga memegang bilah turbin, setiap bilah diikat oleh 3 buah baut.

Pada foto diatas tampak rim roda sepeda (berbentuk melingkar) ukuran 16 inchi, yang diikat dengan 3 buah sekrup M4 ke bilah-bilah turbin dan ikut berputar bersama turbin. Setiap bilah mempunyai 1 buah sekrup yang mengikat rim. Rim ini berfungsi sebagai puli yang akan memutar dinamo via sabuk transmisi. Pada bagian bawah tengah foto tampak sabuk transmisi berwarna hijau dan puli dinamo.

Gambar diatas adalah desain pelat segitiga untuk mengikat bilah turbin pada hub roda sepeda. Semua ukuran dalam milimeter. Karena proses upload, download dan print, skala gambar akan tidak sesuai sebenarnya. Ukuran berwarna merah (31) harap disesuaikan dengan hub roda sepeda yang anda miliki. Pelat ini terbuat dari baja 4 mm. Jangan menggunakan baja yang terlalu keras karena akan menyulitkan pemotongan dan  pemboran. Baja lunak yang banyak tersedia di pasaran dengan harga terjangkau sudah cukup memadai. Pelat baja lunak kadang di pasaran disebut sebagai pelat besi. Ada 2 buah pelat segitiga yang digunakan pada satu turbin, yaitu di bagian depan dan di bagian belakang untuk menjepit hub roda sepeda dan memegang bilah-bilah turbin.

Ada 6 buah lubang berdiameter 8 mm untuk baut-baut M8. Jarak setiap lubang harus presisi karena akan mempengaruhi pemasangan bilah-bilah turbin. Sebagaimana pada foto terlihat bilah-bilah turbin saling tumpang tindih. Perhatikan pada sudut-sudut segitiga, setiap baut pada sudut segitiga didesain agar dapat memegang dua buah bilah sekaligus, agar effisien. Sehingga dengan 3 buah baut yang harus memegang setiap bilah, dan dengan total jumlah bilah turbin adalah 3 bilah, tidak menggunakan 9 baut, tapi cukup 6 baut. Jika fabrikasi pelat segitiga ini tidak presisi maka bilah-bilah turbin akan sulit dipasang.

Bilah turbin dari allumunium 1100 setebal 1 mm. Lebar pada bagian pangkal adalah 200 mm, lebar pada bagian ujung 55 mm, dan panjang 670 mm. Perhatikan nomor berwarna merah, itu adalah tiga buah lubang 8 mm. Untuk membuat lubang 1 dan lubang 2, bilah harus dipotong dahulu dari lembar allumunium. Dengan menggunakan pelat baja segitiga sebagai mal (pola), lubang 1 dan lubang 2 dibor. Posisikan pelat segitiga agar sumbu lubang 1 berada 20 mm dari sisi panjang bilah, dan 25 mm dari sisi pangkal bilah, lihat gambar dibawah. Setelah lubang 1 dibor, pasang baut di lubang 1 agar pelat segitiga menjadi mal (pola). Sejajarkan pangkal bilah dengan tepi segitiga, maka lubang 2 dapat langsung dibor mengikuti pelat segitiga sebagai mal.

Cara menggunakan pelat segitiga sebagai mal untuk membuat lubang 1 dan 2 digambarkan di bawah ini. Posisi lubang 1 digunakan sebagai titik patokan. Lalu sisi segitiga (merah) disejajarkan dengan sisi pangkal bilah (kuning), sehingga posisi lubang 2 didapat.

Lubang 3 bentuknya agak oval dan agak sulit ditandai untuk dibor, karena posisinya pada bagian bilah yang melengkung membentuk profil sayap. Lihat gambar dibawah, bilah yang sudah dipotong (warna biru muda) dan sudah dibor lubang 1 dan 2. Bilah dipasang pada dua pelat segitiga (warna abu-abu) dengan dua baut panjang. Diantara kedua pelat tampak hub roda sepeda terjepit, dan berfungsi sebagai pembuat jarak antara kedua pelat segitiga. Bilah di bagian lubang 3 ditekuk sekitar 30 mm agar membentuk profil sayap. Lubang 3 lalu dibor, terlihat mata bor di sebelah kanan. Perlu ragum dan dudukan bor untuk membuat lubang 3, lubang yang dihasilkan akan langsung oval. Profil sayap pada bilah dapat disetel dengan menyetel mur pada baut di lubang 3, sehingga turbin ini bisa disebut sebagai adjustable pitch angle. Pastikan selalu menggunakan ring lebar dan mur kerah untuk menekan bilah pada segitiga. Jika menggunakan mur biasa bilah bisa rusak tertekan mur.

Foto di bawah adalah hub roda sepeda yang digunakan, hub ini sebenarnya adalah untuk roda depan sepeda.

Foto berikut memperlihatkan baut 12 mm dengan ulir M8 dan panjang ulir 80 mm. Ring selebar 28 mm, mur 12 mm dengan kerah / flens (collar nut, flange nut) dan mur 12 mm biasa. Total ada 6 buah baut panjang, 12 ring, 24 mur flens, dan 3 mur biasa, pada satu turbin.

Setelah selesai melubangi ketiga lubang di satu bilah, maka bilah tersebut dapat dijadikan mal atau pola untuk  dua bilah lainnya. Jika ketiga bilah turbin sudah selesai dipotong dan dilubangi, lalu bilah dilengkungkan pada sehingga membentuk profil sayap. Saya biasanya menggunakan tiang listrik sebagai alas untuk melengkungkan bilah dengan cara menekan bilah pada tiang listrik tersebut. Gambar dibawah menunjukkan cara menekan pelat datar ke tiang listrik agar melengkung menjadi bilah turbin yang berprofil sayap.

Diameter tiang listrik sekitar 20 cm. Perhatikan bahwa garis sumbu bilah segaris dengan garis sumbu tiang listik. Sesudah bilah melengkung membentuk profil sayap, lalu ketiga bilah dipasang sebagaimana foto dibawah.

Tampak pada foto atas ketiga bilah sudah terpasang, dan turbin menghadap ke atas. Hub roda sepeda terjepit di tengah. Pelat segitiga terlihat satu buah diatas, pelat lainnya dibawah dan terhalang oleh bilah nomor 3. Baut paling kanan dan paling kiri memegang dua bilah sekaligus. Bilah paling kanan disetel profil sayapnya dengan mengatur mur-mur pada baut paling kanan, agar ada jarak 30 mm (warna kuning). Semakin besar jarak ini maka semakin besar sudut pitch profil sayap, akan semakin mudah turbin start berputar. Tapi sudut pitch terlalu besar akan menyebabkan hambatan saat kecepatan tinggi. Bilah nomor 3 disetel profil sayapnya oleh mur-mur pada baut paling kiri. Check kelurusan dan simetrisnya posisi bilah-bilah turbin, setel dengan mengendurkan mur lalu kencangkan lagi.

Profil sayap pada ujung bilah (blade tip) akan tampak seperti gambar dibawah.

Dengan turbin menghadap ke atas, pinggir depan dan pinggir belakang bilah (leading edge dan trailing edge) akan membuat jarak 10 mm karena adanya sudut pitch pada profil sayap (wing profile, airfoil). Misalkan ada angin bertiup dari atas gambar, maka bilah akan bergerak ke kiri. Sudut pitch juga mempengaruhi kekuatan bilah, selain mempengaruhi kecepatan. Semakin besar sudut pitch maka semakin kuat bilah. Sebaliknya, semakin kecil sudut pitch maka semakin mudah bilah tertekuk ke belakang saat ditiup angin.

Dengan jarak 10 mm diantara leading dan trailing edge tersebut, maka bilah kuat diterjang angin kencang dan mudah start berputar walau ditiup angin dengan kecepatan serendah 10 kmh atau 2.8 ms.

Menurut test yang saya lakukan, jarak antara leading edge dengan trailing edge minimal adalah 3 mm. Jika disetel minimal maka profil sayap bilah turbin akan lebih pipih sehingga mengurangi hambatan saat berputar pada kecepatan tinggi. Dengan berkurangnya hambatan, maka turbin akan berputar lebih cepat dan daya akan meningkat. Effek profil yang pipih atau rendah akan nyata terbaca di kecepatan angin diatas 20 kmh atau 5.6 ms, daya akan bertambah sekitar 30%. Tetapi kekuatan bilah akan jauh berkurang, sebaiknya menggunakan bilah berbahan allumunium 5083 untuk bilah berprofil rendah.

Selain dengan menyetel mur-mur, sudut bilah juga dapat disetel (pitch adjusment) dengan menekuk bilah hingga melengkung. Pastikan semua bilah mempunyai kelengkungan profil sayap (wing profile) yang seragam. Oleh karena itu, turbin angin ini memiliki dua cara untuk menyesuaikan sudut pitch dan profil sayap. Anda dapat bermain dengan sudut pitch dan profil sayap yang berbeda agar sesuai dengan kondisi Anda.

Perhatikan penggunaan ring dan mur flens untuk menekan bilah. Mur flens juga digunakan untuk menjepit pelat segitiga agar mur-mur tersebut tidak mudah kendur. Sedangkan mur biasa hanya digunakan untuk mengunci mur flens, terlihat pada bagian bawah baut yang di tengah.

Siapkan sebuah rim roda sepeda ukuran 16 inchi. Perlu diketahui bahwa ukuran 16 inchi bukanlah diameter rim tersebut, tapi itu adalah ukuran ban sepeda yang dapat dipasang pada rim tersebut. Rim 16 inchi mempunyai diameter dalam (inside diameter) sekitar 288 mm, dan menjadi sebuah puli dengan lingkaran 905 mm.

Bor tiga buah lubang diameter 4 mm pada rim roda sepeda berukuran 16 inchi. Pastikan ketiga lubang tersebut sama jaraknya satu sama lain. Telungkupkan turbin, pastikan posisinya datar seperti foto di bawah. Letakkan rim roda sepeda diatas turbin, jepit dengan 3 penjepit kertas ke bilah-bilah turbin. Dengan jangka sorong pastikan posisinya benar-benar sentris terhadap sumbu turbin atau sumbu hub. Tandai posisi ketiga lubang rim, lalu bor lubang pada bilah turbin untuk baut pengikat rim. Posisi 3 lubang pada bilah-bilah harus berada di bagian datar dari bilah, tidak pada bagian melengkung (profil sayap) dari bilah.

Pada foto kedua paling atas tampak rim diikat dengan sekrup M4 dengan panjang ulir sekitar 15 mm. Terlihat juga posisi sekrup pada bagian bilah yang datar, bukan yang melengkung. Sekrup diberi ring lebar serta ada tempelan pelat allumunium berbentuk segiempat untuk memperkuat area bilah yang ditekan sekrup. Rim juga diberi lem agar menempel pada bilah. Lem yang biasa saya gunakan adalah Aica Aibon karena tahan air dan getaran. Saya pernah mencoba dengan lem jenis epoxy tapi ternyata rontok hanya karena getaran.

Sebelum digunakan turbin perlu diseimbangkan (balance) dengan cara dipasang vertikal pada rangka lalu diputar dengan tangan dan dibiarkan berhenti sendiri. Jika rangka belum dibuat, maka bisa menjepit as roda pada ragum, gunakan ganjal kayu agar ulir tidak rusak saat dijepit. Pastikan tidak ada angin di area balancing, lebih baik jika dilakukan di dalam ruang tertutup atau garasi. Bilah yang paling berat akan selalu berhenti pada posisi paling bawah. Penyetelan keseimbangan (balancing) dilakukan dengan memotong ujung turbin yang paling berat sedikit demi sedikit, sekitar 1-2 mm. Lalu putar lagi turbin dengan tangan, dan biarkan berhenti sendiri. Jika posisi berhenti bilah-bilah turbin selalu berubah-rubah (acak, random), maka berarti bilah-bilah turbin sudah seimbang.