Mengubah energi angin adalah salah satu cara untuk mendapatkan listrik yang murah. Ada banyak desain turbin angin. Beberapa dari mereka dirancang untuk efisiensi maksimum, yang lain bersahaja dalam penggunaan. Kelompok kedua termasuk rotor Savonius, dibuat sekitar 100 tahun yang lalu, masih berhasil digunakan untuk memecahkan berbagai masalah teknis.
Sejarah Penciptaan
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - penemu dari Finlandia, memperoleh ketenaran untuk karyanya dalam fisika yang berkaitan dengan studi energi angin. Selama hidupnya, ia menerima beberapa paten yang digunakan tidak hanya untuk membuat turbin angin, tetapi juga dalam pembuatan kapal, serta dalam sistem ventilasi mobil kereta api dan bus modern.
Penemu lain dari Jerman - Anton Flettner (1888 - 1861) pada awal abad terakhir muncul dengan alternatif layar klasik, menciptakan apa yang disebut rotor Flettner. Inti dari penemuandikurangi menjadi sebagai berikut: silinder yang berputar, ditiup angin, menerima gaya yang diarahkan ke arah horizontal, melebihi 50 kali gaya aliran udara. Berkat penemuan ini, beberapa kapal dibangun yang menggunakan kekuatan angin untuk bergerak. Tidak seperti perahu layar konvensional, kapal ini tidak sepenuhnya mandiri energi. Motor diperlukan untuk memutar rotor.
Merefleksikan layar Flettner, Savonius sampai pada kesimpulan bahwa energi angin juga dapat digunakan untuk memutarnya. Pada tahun 1926, ia mengembangkan dan mematenkan desain silinder terbuka dengan bilah yang berlawanan arah di dalamnya.
Sedikit fisika
Pertama, sedikit teori. Semua orang memperhatikan bahwa saat mengendarai sepeda, udara menciptakan resistensi yang signifikan terhadap gerakan. Dan semakin tinggi kecepatannya, semakin tinggi nilai ini. Faktor kedua yang mempengaruhi resistensi adalah luas penampang tubuh yang dipengaruhi oleh aliran udara. Tetapi ada kuantitas ketiga, yang terkait dengan geometri tubuh. Inilah yang coba dikurangi oleh para perancang bodi mobil dalam hal aerodinamika.
Misalnya, kita dapat mengatakan bahwa tiga pelat dengan luas penampang yang sama, tetapi memiliki bentuk yang berbeda: cekung, lurus dan cembung, akan memiliki koefisien hambatan yang sangat berbeda. Untuk bentuk cembung, itu akan menjadi 0,34, untuk yang lurus - 1,1, untuk yang cekung - 1,33. Itu adalah bentuk cekung yang diambil untuk bilah rotor Savonius. Diakui sebagai tuan rumah yang paling efektifenergi angin.
Prinsip pengoperasian rotor Savonius
Tidak seperti layar Flettner, Savonius mengusulkan untuk membagi silinder menjadi dua bagian dan memindahkannya relatif satu sama lain untuk mendapatkan bilah dan ruang di antara keduanya. Inti dari ide Savonius adalah bahwa aliran udara yang mengenai satu bilah tidak hanya pergi ke samping setelah itu, tetapi, melewati celah aksial, diarahkan ke bilah kedua, yang secara signifikan meningkatkan efek angin.
Prinsip operasi ini memungkinkan rotor Savonius bekerja bahkan dalam angin sepoi-sepoi.
Ada beberapa pilihan profil:
- Pisau dipasang pada sumbu sedemikian rupa sehingga tidak ada celah udara di antara keduanya. Ini adalah versi paling sederhana dari banyak deskripsi rotor Savonius.
- Pangkal satu bilah dimasukkan ke dasar bilah lainnya. Kesenjangan yang signifikan tetap ada di sepanjang garis sumbu. Pilihan ini memungkinkan angin dari satu setengah dari rotor untuk pindah ke yang lain. Profil lebih efisien.
- Sama seperti opsi kedua, hanya luas bilahnya yang bertambah dengan menambahkan plat lurus di bagian dalam.
Cakupan aplikasi
Pada tahun 60-an abad terakhir, rotor Savonius digunakan dalam sistem ventilasi kereta api. Mereka dipasang di atap gerbong. Selama pergerakan, rotor mulai berputar dan memompa udara dari jalan ke dalam ruangan. Sistem serupa juga dipasang di bus.
Hari ini, aplikasi utama dari rotor ada diturbin angin sumbu vertikal. Ada sejumlah desain serupa yang menggabungkan dua faktor:
- sumbu rotasi vertikal;
- bersahaja terhadap arah aliran angin.
Selain turbin angin vertikal, ada perangkat dengan sumbu horizontal. Mereka dibedakan oleh pengembalian besar dengan kekuatan angin yang sama. Secara struktural, mereka menyerupai bilah baling-baling pesawat, terletak pada sumbu horizontal dan memiliki ekor pemandu untuk menyelaraskan dengan angin.
Kelebihan Turbin Angin Savonius
Terlepas dari kenyataan bahwa rotor aksial vertikal dari turbin angin kehilangan efisiensi dibandingkan dengan rotor aksial horizontal, mereka masih memiliki sejumlah keunggulan yang tidak dapat disangkal:
- Bekerja di zona iklim mana pun. Karena daerah melintangnya yang kecil, mereka tidak takut dengan angin topan.
- Tidak memerlukan perangkat tambahan untuk peluncurannya. Karena bentuk bilah yang cekung, peluncuran terjadi pada nilai angin minimum - 0,3 m / s. Generator mencapai nilai optimal pada kecepatan aliran udara 5 m/s.
- Karena tingkat kebisingan yang rendah hingga 20 dB, kincir angin dapat dipasang di dekat perumahan, yang penting untuk pembangkit listrik berdaya rendah dan hilangnya arus di kabel.
- Tidak memerlukan arah angin tertentu. Mereka mulai bekerja dari aliran udara dari sudut mana pun.
- Desain sederhana mengurangi biaya perawatan.
- Tidak berbahaya bagi burung yang melihat struktur secara keseluruhan dan tidak mencoba terbang melewati bilah.
Kelemahan turbin angin vertikal termasuk efisiensi yang relatif rendah, biaya bahan bangunan yang lebih tinggi, ukuran besar yang dibutuhkan untuk mencapai daya yang dibutuhkan.
Cara membuat turbin angin dengan tangan Anda sendiri
Membuat perangkat yang menyediakan listrik sepenuhnya untuk rumah pedesaan tampaknya tidak mungkin. Namun, membuat kincir angin kecil untuk menghasilkan listrik gratis yang memastikan pengoperasian perangkat berdaya rendah (pompa irigasi, penerangan jalan di depan rumah, membuka gerbang otomatis) berada dalam kekuatan setiap pengrajin. Untuk ini, Anda akan membutuhkan:
- 3 lembaran aluminium dengan panjang sisi 33cm, tebal sekitar 1mm;
- pipa pembuangan diameter 15 cm dan panjang 60 cm;
- 4 cm pipa air;
- generator listrik (mobil bisa digunakan);
- fitting (sudut baja, sekrup self-tapping, mur, baut).
Petunjuk memasak
Untuk membuat rotor Savonius sederhana yang Anda butuhkan:
- Potong 3 piringan dengan diameter 33 cm dari lembaran aluminium.
- Potong pipa air dengan diameter 15 cm sepanjang sumbu untuk membuat 2 kosong untuk bilah. Kemudian potong setiap bagian di tengah. Dengan demikian, Anda akan mendapatkan 4 bilah identik, panjangnya 30 cm.
- Buat lubang di tengah piringan untuk memasukkan pipa air 4 cm.
- Hubungkan ketiga disk dengan pipa, dan di antara merekamemasukkan pisau. Dua di antara dua disk. Pisau harus diorientasikan sehingga sudut antara sumbunya adalah 90 derajat. Ini akan memungkinkan bahkan sedikit angin untuk memutar generator.
- Gunakan sudut dan sekrup self-tapping untuk memperbaiki bilah pada pelek aluminium.
- Tekan poros generator ke bagian bawah pipa yang merupakan porosnya.
Generator angin sudah siap. Tetap hanya memilih situs instalasi yang cukup terbuka untuk aliran udara. Jika angin tidak cukup, maka Anda dapat membuat tiang tinggi, di atasnya letakkan generator.
Turbin angin vertikal prefabrikasi
Dengan berkembangnya energi alternatif, permintaan akan produk catu daya otonom semakin meningkat. Saat ini, ada turbin angin buatan Rusia di pasaran, yang harganya mulai dari 60 ribu rubel.
Unit ini dapat digunakan di sektor swasta, memenuhi kebutuhan listrik dari 250 W hingga 250 kW.
