I ndo ne s i a n J o ur na l  o f  E l e c t r i c a l  E ng i ne e r i ng  a nd C o m p u t e r  Sc i e nc e   V o l.   11 ,  N o.   2 A ug us t   201 8 , p p 61 4 ~ 62 1   I SSN :   2502 - 4752 D O I :  10. 11 591/ i j eecs . v 11. i 2 .p p 614 - 6 21          614       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c or e . c om / j our nal s / i nde x . php/ i j e e c s   A M icro - Sca le  Cy clo ne - Wind   T urb ine  f o Ro o f t o p V ent ila t o r       U n ggu l  W i b aw a,  A k h m a d  F r an d i c ah ya P e r m ad i ,  R i n i  N u r  H as an ah   E l ect r i cal  E n g i n eer i n g  D ep ar t m e n t ,  F acu l t y  o f  E n g i n eer i n g ,  B r aw i j a y a U n i v er s i t y   J a l a n M T  H a r y ono 1 67  M a l a ng  6 514 5 I nd one s i a ,  t el p / f ax : + 62 34 1  55 41 66/ 55 14 30       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   M ar   1,  2018   Re v i se d   A pr   20,  201 8   A ccep t ed   M ay   1 ,  2018     T h i s  p ap er  an al y zes  t h m o d el  o f  a c y cl o n e - t ur bi ne  f or  a  m i c r o - s cal e w i n d - pow e r  s y s t e m  be i ng  m ot i v a t e d b y  a n i de a  t ha r v es t  t h e ab an d o n ed  en er g y   f r o m  r oof t op v e nt i l a t o r s .  T he  s y s t e m  unde r  c ons i de r a t i on  ha s  be e n e qu i p pe w ith  a  b a tte r y  to  f o r m  a   w in d - b at t er y  p o w er  s y s t e m .  D at a o b t ai n ed  f r o m  a   w i n d  s i t e o b s er v at i o n   h av e b een  u s ed  t o  cal cu l at e t h e p o t en t i al l y  g en er at ed   pow e r   an d  ef f i ci en c y ,  as   w el l  a s  t h e m ech an i cal  an d  el ect r i cal   d es i g n s  t o   ex t r act  t h e en er g y .   T h e d es i g n  h as  b een  ex p l o r ed  t o  o b t ai n   t h e b es t  ef f i ci en c y   of  t he  c y c l one - t ur bi ne  m ode l .  T he  i m pa c t  of   w i nd - s pe e d v a r i a t i on  on t he   r e s ul t e d s y s t e m  out put  ha s  be e n i nv e s t i g a t e d dur i ng  t he  c ha r g i ng   pr oc e s s  of   ba t t e r y .   T he   c onc l us i o n e m pha s i z e s  t he  r e l a t i ons hi p be t w e e t he  out put   pow e r  a nd t he  r a ng e  v a l ue s  of  t he  r e s ul t e d c ur r e nt  a nd v o l t a g e ,  a s  w e l l  a s  t he   opt i m um   w i nd s pe e d - r a ng e  of  t he  c y c l one - t ur bi ne  o pe r a t i o n.   Ke y wo rd s :   A ba n don e d e n e r gy   C y c l o ne  t ur b i ne   R o o f to p  v e n t ila to r   S m a ll e n e r g y   W i n d po w e r       C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   U ng gu l  W i ba w a   E l ect r i cal  E n g i n eer i n g  D ep ar t m en t ,  F acu l t y  o f   E n gi ne e r i n g,  B r a w i j a y a  U ni ve r s i t y   J a l a n  M T  H a r y on o 167 M a l a n g  65145  I n don e s i a ,  te lp /f a x :  + 62 34 1 5 541 66/ 55 143 0   E m a il:  r i ni . ha s a na h @ ub . a c . i d       1.   I NT RO D UCT I O N   C y c l o n e  t u r bi n e ,  a l s kn o w n a s  r oof t op v e n t i l a t or ,  i s   g e ne r a l l y  pl a c e d on  t h e  r oof  of   i n dus t r i a l   bu i l di ng s ,   w or k s h ops ,  a n d s om e   w a r e h ous e s  t o pr ov i de  a  v e n t i l a t i o n  s y s t e m .  T h e y  do n ot  n e e d a ny  e l e c t r i c a l   e ne r g y t o   w o r k.  T he y a r e  f u nc t i o ni n g b y t a ki ng a d va n t a ge  o f  t he  a i r   f l o w  o n  t he  t o p  o f  t he  r o o f  o r  b y   s uc ki n t he  l i f t i ng  ho t  a i r  c o m i ng  f r o m  t he  i n s i d e  o f  t he  b ui l d i ng  und e r  t he  r o o f  a nd  l e t t i ng p a s s  t hr o ug h t he  a i r   t o w a r d ou t s i de  of  t h e  bu i l di ng t m a i n t a i n t h e  t e m pe r a t u r e  [ 1] .  B e i n g   m a i n t e n a n c e - f r ee,  i t  i s  a n  eco - f r i e nd l gr e e n p r o d uc t ,  he l p i n g i n r e d u c i ng t he  c a r b o n f o o t p r i nt  a nd  c o nt r i b ut i ng t o  e ne r gy   s a v i ng s  [ 2] .   A   w i nd   t ur b i ne  o t he  o t he r   s i d e  i s   w o r ki ng  b y  c a p t ur i n t he   w i nd s   ki ne t i c  e ne r g u s i ng  a  r o t o r   co n s i s t i n g  o f  t w o  o r  m o r e b l ad es   m ech a n i cal l y  co u p l ed  t o  a g en er at o r  [ 3 - 5] .   T w o di s t i nc t  c on f i g u r a t i o n s  of   tu r b in e  d e s i g n  b e in g  a v a ila b le  in  th m ar k e t  ar e t h e h o r i zo n t al - a xi s   w i nd  t ur b i ne  ( H A W T )  c o nf i g ur a t i o n a n d   th e  v e r tic a l - a xi s   w i nd  t ur b i ne   ( V A W T )  c o nf i g ur a t i o n [ 6 ] .   A   m o d i f i ed  c y cl o n e t u r b i n can  b e cat e g o r i zed  i n t o  t h V A W T  t y p e.  I t  s p i n s  v er t i c al l y   w h e n   c a p t ur i n g t he   ki ne t i c  e ne r g o f  t he   w i n d .  I t  o p e r at es  i n  t h e s a m e b as i m a n n er  an d  al s o  h as  t h e s a m e s h af t   pos i t i on  a n d bl a de  f or m  a s  a  V A W T  doe s  [ 7] .  B y  r e - a r r a ng i ng  t h e  pos i t i on s  of  r ot or  a n d s t a t or ,  a  v e r y  l o w   s ta r tin g  to r q u e  to   m in i m iz e  t h e  s e l f - s t ar t i n g  s p eed  o f  a t u r b i n e ca n  b e o b t ai n ed   [ 8 ] .  T o r as a ,  et  al .  d ev el o p ed  a   m ode l   f or  pow e r  g e n e r a t i on  us i ng  r oof t op v e n t i l a t or  b y   m o u n t i ng  a  D C  g e n e r a t or  i n s i de  t h e  v e n t i l a t or  g e a r e to  th e  c e n tr a l s h a f t [ 9 ] .   T h i s  p ap er  d i s cu s s e s  t h m o d e l  o f  a c y cl o n e t u r b i n f o r  a  m i cr o - s cal e w i n d - b at t er y  p o w er   s y s t e m.  I t   h as  b een   m o t i v at ed  b y  t h e i d ea t o  h ar v es t  t h e ab an d o n ed  s m al l  en er g y   f r o m  r o o f t o p  v en t i l at o r s .  T h e cy cl o n e   t u r b i n e co n v er t s  t h w i n d  k i n et i c en er g y  t o  el ect r i ci t y .   A  b at t er y  h a s  b een  t a k en  i n t o  acc o u n t  co n s i d er i n g  t h e   p r act i cal  u s ag e o f  t h e g en e r at ed  el ect r i ci t y .  T h e r es u l t ed  f r ee el ect r i ci t y  n eed s  t o  b e eq u i p p ed  w i t h  a b at t er y   ch ar g er  t o  al l o w  t h e p r o ces s   o f  b at t er y  ch ar g i n g .  I t  i s  al s o   u s e f u l  t o  e n s u r n o  b ack - fl o w  c u r r e n t  i f t h e  r o o ve nt i l a t o r  i s  no t   f u nc t i o ni ng.   A n i nve r t e r   m a y b e  ne e d e d  i f   i t  i s  us e d t o s u ppl y  a n   A C  l oa d.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  M i c ro - S ca l e C ycl o n e - W i nd  T ur bi ne   fo r  R o o fto p  V e n tila to r   ( U nggul  W i b a w a )   615   2.   T H E  P RO P O S E D DE S I G AND T E S T I N G   M ETH O D   T h e  pr opos e c o ns t r uc t i o n o f   t he   cy cl o n e - t u r bi n e  f or   w i n d po w e r  g e n e r a t i on  c ons i s t s  of   t he   m ech a n i cal   s y s t e m  an d  el ect r i cal  s y s t e m  a s  s h o w n  i n  F i g ur e   1           F i gu r e  1.   T h e cy cl o n e t u r b i n co n s t r u ct i o n       2 . 1.   M e c h an i c al  S ys t e m  D e s i gn   T h e  in itia l c y c lo n e - t u r b in e   u s e d   w a s  o f  th e  t y p e   L 4 5  S p lit a v a i la b le  in  th e   m a r k e t.  I t h a s  th e   di m e ns i on   ( L x H x W )   of   75x 68x 68  c m 3 ,   28  w i n d - b l ad es   an d   t h s u ct i o n   cap aci t y   o f   4 2 . 3 m 3 /m i n .   A s   th is   t y pe  of  t u r bi n e  pos s e s s e s  a n   i n h e r e n t  l o w  s t a r t i ng  t or qu e ,  i t   w a s   m odi f i e d b y  a ddi ng  s o m e  f i n s .  E i g ht  e x t r a   f i n s   h av e  b een  ad d ed  t o  i n cr eas e t h s p i n ,  cr o s s - s ect i o n a l  ar ea an d  ef f i ci e n c y .  E ac h  o f  t h e t w e n t y - e ig h o r i gi na l  b l a d e s  ha s  t he   s u r f ace  ar e o f  0 . 0 3   m 2 ,   w h er eas  eac h  o f  t h e ei g h t  ad d i t i o n al  f i n s  h a s  t h e s u r f ace  ar e o f   0. 054  m 2.   T h e  d im e n s io n s  o f  th e  o r ig in a l b la d e  a n d  th e  a d d itio n a l f i n s  a r e  s h o w n  i n  F ig u r e  2   ( le f t) ,   w h e r e a s   t he  r e s u l t e d   m o d i f i c a t i o n i s  gi ve n i n F i g ur e  2  ( r i ght ) .                                         F i g ur e   2 T he  m e c ha ni c a l  s ys t e m  d e s i gn:  a d d i t i o na l  f i ns  d i m e ns i o n ( l e f t )  a nd  t he   r e s u lte d  tu r b i n e  b la d e   m o d if ic a tio n  ( r ig h t)       T h e g en er at ed  p o w er  can  b e o b t ai n ed  b as ed  o n  t h w i n d  p o w er  g e n er at i o n   f o r m u l a as   f o l l o w i n g :       P   ( w a tt)  =   (1 / 2 ) x   A   ρ a   v 3               (1 )     A s  can  b e o b s er v ed   f r o m  E q u a tio n   1 ,  t h e i n cr eas e i n   s p eed  o f  s p i n  ( v )  an d  cr o s s - s ect i o n al  ar ea ( A )  cau s es  t h e   i n cr eas e i n  t h g en er at ed  p o w er  ( P )  [1 0 - 12] .     2 . 2 E l ect ri ca l   S y s t e m  D e si g n   T h d i ag r a m  o f  t h el ec t r i cal  s y s t e m  d e s ig n   is   g iv e n  i n   F ig ur e   3.   T h e   boos t  c onv e r t e r   i s  us e t o   i n cr eas t h e  v o l t a g e o f  t h s o u r ce ( d c g e n er at o r ) ,  s o  t h at  t h e n eces s ar y  v o l t a g e ca n  b e o b t ai n ed  acco r d i n g l y   [1 3 - 14] .   T h e  boos t  c on v e r t e r  be i n g  us e d du r i ng  t h e  t e s t i ng  w a s  t h e  X L 6009 t y pe   w h i c h  ha s   t he  i np ut  vo l t a ge   r a nge  o f  3 - 3 2 V  a nd  t he  o ut p ut  vo l t a ge  r a n ge  o f  5 - 35V .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   6 14     621   616   T h e s p eci f i cat i o n  o f  t h g en e r at o r  u s ed   w as :  D C   g en er at o r ,  5 0 W ,  3 5 0  r p m ,  1 2 - 24 V D C  of  ou t pu t   v ol t a g e ,  70  m m  of  di a m e t e r ,  110 m  of   h e i g h t ,  a n d 8  m m  o f  s h a f t  di a m e t e r .         F i g ur e   3 .   E le c tr ic a l s y s te m  d ia g r a m       2 . 3 .  D e si g n   Te s t i n g  M e t h o d   T h m eas u r e m e n t s  h a v e b ee n   car r i ed  o u t  t o  o b t ai n  t h v al u e s  o f   w i n d   s p eed ,  r o t at i o n al  s p eed  o f  t h e   d c g en er at o r ,  t h e i n p u t   v o l t ag e t o  t h e b o o s t  co n v er t er  an d  t h e cu r r en t  i n t o   th e  b a tte r y  t h r o u g h  s o la r  r e g u la to r   as  t h e b at t er y  c h ar g e co n t r o l l er ,  as  d i s p l ay ed  i n  F i g ur e   4.   T h e b o o s t  co n v er t er  h as  b een   u s ed  t o  i n cr eas e t h e g en er at o r  o u t p u t  v o l t ag e u p  t o  cer t a i n  d es i r ed   va l ue .  T he   m e a s ur e m e nt  ha s   b e e n u nd e r t a ke n o t he  o ut p u t  vo l t a g e o f  t h g e n er at o r ,  t h e  g en er at o r  r o t at i o n   s pe e d,  t h e  ou t pu t   v ol t a g e  of  t he  boos t  c on v e r t e r ,  a s   w e l l  a s  on  t h e  c u r r e n t  of  t h e  boos t  c on ve r t e r .   T h e en er g y  p r o d u ced  can  b e o b t ai n ed  b y  i n t e g r at i n g  t h e g r a p h  o f  p o w er   w i t h  r es p ect  t o  t i m e.  B as ed   o n t he   m e a s ur e m en t  o f  t h g e n er at ed  p o w er   w i t h  cer t ai n  t i m e i n t er v al ,  a n  ap p r o ach  t o  o b t ai n ed  t h g e n er at ed   en er g y  can  b e o b t ai n ed  u s i n g  t h e t r ap ezo i d al  m et h o d  [ 1 5 ] ,  a s  d is p la y e d  in  F i g ur e   5.           F i g u r e 4 .  T es t i n g  an d   m eas u r em en t   c ir c u it   P ( t ) t 1 = a t 2 = b P ( t ) t 2 = b t 1 = a P ( t 2 ) P ( t 1 ) Power Power time time     F i g ur e   5 A n  ap p r o x i m at i o n  t o  cal cu l at e t h e en er g y  p r o d u ced  d u r i n g   cer t ai n  t i m e i n t er v al   u s i n g  t h t r ap ezo i d al  m et h o d       A s  s e e n i n F i g ur e   5,  t h e  pr odu c e d e n e r gy  c a n  be  f oun d u s i ng E q u a tio n   2.     ( ) d t 2 t 1   2 [ ( 1 ) + ( 2 ) ]             (2 )     A s   gi ve n  i n  E q u a tio n   2 t  r e p r es en t s   t h e  t i m e i n t er v al  b et w ee n  t w o  co n s ec u t i v m ea s u r e m en t s  o f   t h g e n er at ed  p o w er   P   a t ti m e   t 1   a nd   t 2 .  U s i n s m a l l   va l ue  o f   m e a s ur e m e nt  t i m e - i n t er v al ,  t h e p r o d u ced  en er g in  w a tt - h o u r s  ca n  b e ap p r o x i m at ed  b as ed  o n  t h m eas u r e m en t  o f  p o w er  at  t w o  co n s ec u t i v e t i m e s .     2 . 4 C a lc u la t io n   o f  S y s t e m  E f f ic ie n c y   T he  e f f i c i e nc y o f  t he  r e s ul t e d   w i nd - po w e r  g e n e r a t i ng  s y s t e m  c a n  be  a ppr oa c h e d by  t h e   f ol l o w i ng  e q ua t i o n.     =                   1 0 0 %             (3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  M i c ro - S ca l e C ycl o n e - W i nd  T ur bi ne   fo r  R o o fto p  V e n tila to r   ( U nggul  W i b a w a )   617   U s i n g   t h m ea s u r e m e n t  d at a,   t h g en er at o r  o u t p u t  p o w er  ca n  b e cal c u l at ed ,   w h er ea s  t h e a m o u n t  o f  t h w i n d   p o w er  i s  o b t ai n ed  f r o m  t h m e as u r e m en t  o f   w i n d  s p eed  at  a t e m p er at u r e o f  3 0 0 C.       3.   R ES U LT S   A ND AN AL Y S I S   3 .1 . S y s te m  I m p l e m e n ta ti o n   T h v ar i at i o n  o f   m eas u r e m e n t  p ar am et er s   as  a f u n c t i o n  o f   t i m i s   g i v e n   i n   T ab l 1 .   I t   s ho w s   t he   r e s u lt s  o f   s y s te m  i m p le m e n ta t io n  te s ti n g  d a ta ,  in c lu d i n g  th e  r e c o r d e d  w i n d  s p e e d ,  r o ta tio n ,  g e n e r a to r  v o lta g e   a nd   c ur r e nt ,   vo l t a ge   a nd   c ur r e nt   o f   b o o s t   c o nve r t e r ,   a nd   t he   b a t t e r y   vo l t a ge   a nd   c ur r e n t   d ur i ng  t he   b a t t e r c ha r gi n g.          T a b le   1 .   T h e  m e a s u r e m e n t d a ta  o f  s y s te m   i m p le m e n ta tio n - t h e b at t er y  c h ar g i n g  as  a f u n ct i o n   o f  t i me   H ou r   W i n d  S p e e d  ( m / s )   G en er a t o r   B oo s t   C o n v er t er   B CR  Ba t t e r y   R PM   V1  ( V)   A1  ( A)   V2  ( V)   A2  ( A)   V3  ( V)   A3  ( A)   9 : 0 0   6 . 3 2   2 0 6   8 . 7 2   1 . 4 1   1 3 . 02   0 . 8 5   1 0 . 50   0 . 8 0   1 0 : 0 0   8 . 0 7   2 6 3   1 1 . 15   2 . 3 1   1 3 . 01   1 . 7 8   1 1 . 31   1 . 6 8   1 1 : 0 0   7 . 9 6   2 5 9   1 0 . 99   2 . 2 5   1 3 . 01   1 . 7 1   1 1 . 49   1 . 6 0   1 2 : 0 0   7 . 5 2   2 4 5   1 0 . 38   2 . 0 0   1 3 . 00   1 . 4 4   1 1 . 6 2   1 . 3 7   1 3 : 0 0   8 . 5 5   2 7 8   1 1 . 80   2 . 5 9   1 3 . 01   2 . 1 1   1 1 . 76   1 . 9 9   1 4 : 0 0   8 . 6 9   2 8 3   1 2 . 00   2 . 6 8   1 3 . 01   2 . 2 2   1 1 . 89   2 . 0 7   1 5 : 0 0   8 . 5 9   2 7 9   1 1 . 85   2 . 6 1   1 3 . 02   2 . 1 4   1 2 . 02   2 . 0 1   1 6 : 0 0   8 . 5 5   2 7 8   1 1 . 80   2 . 5 9   1 3 . 00   2 . 1 1   1 2 . 14   1 . 9 6   1 7 : 0 0   8 . 4 7   2 7 6   1 1 . 69   2 . 5 4   1 3 . 01   2 . 0 6   1 2 . 24   1 . 9 3   1 8 : 0 0   8 . 0 7   2 6 3   1 1 . 15   2 . 3 1   1 3 . 01   1 . 7 8   1 2 . 32   0 . 2 7   1 9 : 0 0   7 . 9 6   2 5 9   1 0 . 99   2 . 2 5   1 3 . 01   1 . 7 1   1 2 . 39   0 . 4 4   2 0 : 0 0   7 . 5 1   2 4 4   1 0 . 37   2 . 0 0   1 3 . 02   1 . 4 3   1 2 . 44   0 . 7 3   2 1 : 0 0   6 . 8 9   2 2 4   9 . 5 1   1 . 6 8   1 3 . 00   1 . 1 1   1 2 . 47   1 . 0 9   2 2 : 0 0   5 . 9 1   1 9 2   8 . 1 7   1 . 2 4   1 3 . 01   0 . 7 0   1 2 . 49   1 . 2 2   2 3 : 0 0   6 . 3 2   2 0 6   8 . 7 2   1 . 4 1   1 3 . 01   0 . 8 5   1 2 . 55   1 . 3 3   0 : 0 0   5 . 2 4   1 7 1   7 . 2 4   0 . 9 7   1 2 . 60   0 . 5 0   1 2 . 58   1 . 7 4   1 : 0 0   1 . 3 1   4 3   1 . 8 1   0 . 0 6   2 . 1 7   0 . 0 5   1 2 . 59   1 . 9 9   2 : 0 0   1 . 6 6   5 4   2 . 2 9   0 . 1 0   1 . 5 6   0 . 1 3   1 2 . 59   1 . 9 8   3 : 0 0   1 . 9 0   6 2   2 . 6 2   0 . 1 3   2 . 1 7   0 . 1 4   1 2 . 59   1 . 9 8   4 : 0 0   1 . 6 6   5 4   2 . 2 9   0 . 1 0   1 . 0 0   0 . 2 0   1 2 . 59   1 . 9 9   5 : 0 0   1 . 3 1   4 3   1 . 8 1   0 . 0 6   1 . 0 0   0 . 1 0   1 2 . 60   2 . 0 0   6 : 0 0   1 . 9 0   6 2   2 . 6 2   0 . 1 3   1 . 8 7   0 . 1 6   1 2 . 60   0 . 0 0   7 : 0 0   1 . 6 6   5 4   2 . 2 9   0 . 1 0   1 . 5 1   0 . 1 3   1 2 . 60   0 . 0 0   8 : 0 0   1 . 3 1   4 3   1 . 8 1   0 . 0 6   1 . 8 7   0 . 0 5   1 2 . 60   0 . 0 0         A s  can  b e o b s er v ed   f r o m  t h e  t ab l e,  t h m ax i m u m   w i n d  s p eed  o ccu r r ed   a t  14: 0 0,  i . e .  of  8. 69 m / s ,   w hi c h   h a be e n   pr odu c e a t   t h e   r ot a t i on  s pe e of   a r ou n 283  r pm ,  t h e   g e n e r a t or   v ol t a g e  of  12V  a n t he   ba t t e r y  c h a r g i ng  c u r r e nt  of  2. 31A .   T h e  i m pl e m e n t a t i o n  of   t h e   w h ol e  s y s t e m  t e s t i ng  h a s  be e n pe r f or m e d t m e a s u r e   t h e   w i n d s pe e d ur i n g 2 4  ho ur s .  T he  t e s t i n g o n t he  b a t t e r y  c ha r g i n g ha s  a l s o  b e e n c a r r i e d   o ut  us i n g t he  l i ght i n g l a m p  l o a d  o f   5W ,  1 0W  a n d 1 5W .   B as ed  o n  t h m eas u r e m e n t  d at a,  t h e o u t p u t  p o w er  o f  t h e g en er at o r  u n d er   l o ad i n g  co n d i t i o n   w i t h   r es p ect  t o  t i m e  can  b e d et er m i n e d ,  as   g i v en  i n  F i g u r e 6 .   A s  i n d i cat ed ,  t h e g e n er at ed  p o w er  as  a  f u n ct i o n  o f   t i m e  i nd i r e c t l y  r e p r e s e nt s  t he  va r i a t i o n o f   w i nd  s p e e d  d ur i ng t he   w ho l e  d a y .  D ur i n g t he  t e s t ,  t he  ge ne r a t o r  ha s   b een  l o ad ed  w i t h  t h r ee v ar i at i o n s  o f  l o ad  p o w er ,  n a m el y  5 W ,  1 0 W  an d   1 5 W .   T h e d ai l y   g en er at ed  en er g y   m a y   b e ap p r o x i m at ed  b y  t h e t r a p ezi o d al  m et h o d  t o  i n t eg r at e  t h e p o w er  cu r v e a s  a f u n c t i o n  o f  t i m e.  T h a ppr ox i m a t e d da i l y  e n e r gy  pr odu c e w a s  314. 66W h .     3 .2 V ol t age  V ar i at i on s   I t is  i n te r e s tin g  to  k n o w   th e  r e la tio n s h ip  b e t w e e n t he   vo l t a ge  o f   ge ne r a t o r ,  b o o s t  c o n ve r t e r  a nd  t he   b a t t e r y  c ha r gi n g.  T he s e  va r i a t i o ns  a r e  gi ve n i n F i g ur e  7 .  I t   i s  c l e a r  f r o m  t he  f i g ur e  t ha t  t he  c ha r gi n g vo l t a ge   v a r ia tio n   s ta r ti n g  a t 1 :0 0  o c l o c k  te n d s   to  b e  lin e a r  d u e   to  th e   w i n d  s p e e d  c o n d itio n ,   w h ic w a s  bl o w i n s l o w l y ,  r e s ul t i n g i s m a l l  vo l t a ge  va l ue s .     3. 3 C u rren t  V a ri a t i o n s   I t  i s  a l s o i m por t a n t  t k n o w  t h e  r e l a t i ons hi p be t w e e n t he  c u r r e n t s  i n g e n e r a t or  a n t h e  boos t   c o nve r t e r ,  a s   s ho w n  i n F i g ur e   8.   I t  i n d i cat es  t h at  t h e p at t er n s  o f  t h e cu r r en t  g e n er at ed  o n  t h e g e n er at o r  an d   b o o s t  co n v er t er  ar e s t r o n g l y   i n f l u en ced  b y  t h w i n d  s p eed  cap t u r ed  b y  t h e d es i g n ed  s y s t e m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   6 14     621   618       F i g ur e   6 T h e g en er at o r  o u t p u t  p o w er  as  a  f u n ct i o n  o f  t i m e           F i g ur e   7 V o l t ag e v ar i at i o n s  i n  g en er at o r ,  b o o s t  co n v er t er  an d  b a tte r y         F i g ur e   8 T h e cu r r en t  v ar i at i o n s  i n  g e n er at o r  an d  b o o s t  co n v er t er       A  s i m i l ar  p at t er n   w as  al s o  o b t ai n ed   w h e n  t h e o b s er v at i o n  a n d   m eas u r e m e n t  o f  t h e b at t er y  c h ar g i n g   cu r r en t   w er e d o n e,  as  s h o w n   i n  F i g u r e 9 .  F i g u r e 8  an d  F i g u r e 9  cl ear l y  s h o w   t h s a m g r ap h  p at t er n s .  T h e   d i f f er e n ce l i es  o n l y   i n  t h e v al u es  o f  t h e co r r es p o n d i n g  p ar am et er s .  T h e h i g h es t   g en er at o r  cu r r en t   w a s  2 . 6 8 A ,   t he  c o n ve r t e r  c ur r e nt   w a s  2 . 1 9A ,   w h e r e a s  t he  hi g he s t  c ha r gi ng c ur r e nt   w a s  2 . 2 8 A .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  M i c ro - S ca l e C ycl o n e - W i nd  T ur bi ne   fo r  R o o fto p  V e n tila to r   ( U nggul  W i b a w a )   619       F i g ur e   9 T h e  v a r ia tio n  o f  b a tte r y  c ha r gi n g - cu r r en t   3. 4 B at t e r y C ap ac i t y     T h e b at t er y  cap aci t y  h a s  b een  t es t ed  b y  l o ad i n g  i t   w i t h  3  d i f f er en t  p o w er  cap aci t i es  o f  L E D  l a m p s ,   i . e .  5W ,  10 W  a n d 15W .   T h e  l oa di n g   h a s  be e n  s t a r t e w i t h   100%  of  ba t t e r y  c a pa c i t y ,  or  e qu i v a l e n t   t o 12. 7V   o f  t h e b at t er y   v o l t a g e.  T h e r e m ai n i n g  b at t er y  cap aci t y   m ea s u r e m en t s  h a v e b een  d o n e e v er y  1  h o u r  an d  t h e   r es u l t s  can  b e s een  i n  T ab l e 2 .       T ab l 2 .   T h e d ecr eas e i n  b at t er y  cap aci t y   b ecau s e o f   l oa di ng   N o.   Ti m e   B at t e r y  C ap a ci t y   5 W   Lo a d   1 0 W   Lo a d   1 5 W   Lo a d   1   9 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   2   1 0 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   3   1 1 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   4   1 2 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   5   1 3 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   6   1 4 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   7   1 5 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   8   1 6 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   9   1 7 : 0 0   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0   1 8 : 0 0   9 9 %   9 7 %   9 6 %   1 1   1 9 : 0 0   9 7 %   9 4 %   9 2 %   1 2   2 0 : 0 0   9 6 %   9 2 %   8 8 %   1 3   2 1 : 0 0   9 4 %   8 9 %   8 3 %   1 4   2 2 : 0 0   9 3 %   8 6 %   7 9 %   1 5   2 3 : 0 0   9 2 %   8 3 %   7 5 %   1 6   0 : 0 0   9 0 %   8 1 %   7 1 %   1 7   1 : 0 0   8 9 %   7 8 %   6 7 %   1 8   2 : 0 0   8 8 %   7 5 %   6 3 %   1 9   3 : 0 0   8 6 %   7 2 %   5 8 %   2 0   4 : 0 0   8 5 %   6 9 %   5 4 %   2 1   5 : 0 0   8 3 %   6 7 %   5 0 %   2 2   6 : 0 0   8 3 %   6 7 %   5 0 %   2 3   7 : 0 0   8 3 %   6 7 %   5 0 %   2 4   8 : 0 0   8 3 %   6 7 %   5 0 %       B as ed  o n  t h e o b s er v a t i o n  o n   T ab l e 2 ,  i t  ap p ear s  t h at   w i t h i n  2 4  h o u r s  t h e b at t er y  cap aci t y  d ecr eas ed   t o 83%  or  12. 45V  f or  5W  l oa d,  67%  f or  10W  a n d 50%  f or  15W  r e s pe c t i v e l y .  G r a ph i c a l l y ,  i t  i s  de s c r i be d i F i g ur e  1 0 .   T he  f i g ur e  p r o ve s  t ha t  gr eat er  t h e l o ad  o n  t h e b at t er y ,   f as t er  t h e b at t er y  cap aci t y  d ecr eas es .     3. 5 . S y s t em  E f f i ci en cy   B ef o r d et er m i n i n g   t h e f f i ci en c y   o f   t h s y s t e m ,   t h e p o t en t i al l y   g en er at ed   w i n d   p o w er   s h o u l d  b cal cu l at ed  b as ed  o n  t h w i n d  s p eed  m ea s u r e m en t  r es u l t s .  T h e r el at i o ns hi p  b e t w e e n t he   w i nd  s p e e d  a nd  t he   p o w er  g en er at ed  can  b e s ee n  i n  F i g ur e   11.   A f t er  d et er m i n i n g  t h g en er at ed   w i n d  p o w er ,  t h o u t p u t   p o w er   o f   t h g e n er at o r   can   b e   o b t ai n ed .   F i na l l y,  t he  e f f i c i e nc y  o f  t he  s ys t e m  c a n b e  f o und .  T he  r e l a t i o ns hi p  b e t w e e n t he   w i n d s pe e d a n d s y s t e m   e f f i c i e nc y i s  s ho w n  i n F i gur e   1 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   6 14     621   620       F i g ur e   10 T h e d ecr eas e o f  b at t er y  cap aci t y  b ecau s e o f  l o ad i n g       Wind speed  ( m / s ) Generated power  ( watts )     F i g ur e   11 W i n d pow e r  a s  a  f un c t i on  o f   w i n d s pe e d       Wind speed  ( m / s ) Efficiency     F i g ur e   12 S ys t e m  e f f i c i e nc y a s  a  f unc t i o n o f   w i nd  s p e e d       F ig u r e  1 2  in d ic a te s   t h a t h e  s y s te m   e f f ic ie n c y   r is e s  d r a s tic a ll y   a w i n d   s p e e d s   o f   2   -   3. 5m / s .   T h e   m ax i m u m  ef f i ci e n c y  o f  4 6 . 6 %  h as  b een  o b t ai n ed  at  a s p eed   o f  4 . 3 m / s .  B ey o n d  t h i s  s p eed  t h e ef f i ci e n c y  t e n d s   t o de c r eas e.   T h i s  f act  s h o w s  t h at  d u r i n g  t h e ex ec u t ed  ex p er i m e n t at i o n  t h e o p t i m u m  t i p  s p eed  r at i o   o r   m a xi m um  po w e r  c oe f f i c i e n t  oc c u r s  du r i ng   w i n d s pe e d of  4. m / s .  T h r ou gh  t h i s ,  t h e  r ot a t i on a l  s pe e d s h ou l d   b e  i d e nt i f i e d  d ur i n g t hi s   w i nd  s p e e d  m e a s ur e m e nt ,  a nd  he n c e ,  t h e  opt i m um  g e n e r a t or  s pe e d c ou l d be   d e t e r m i ne d  f o r  t hi s  c yc l o ne - t ur bi n e .       4.   CO NCL U S I O N   T he  d e s i gne d  c yc l o ne - t u r b i n m o d el  p r es e n t ed  i n  t h i s  p ap er  co u l d  b e u s ed  t o  ex t r act  en er g y   f r o m  t h e   r o o f to p  v e n tila to r .   T h e  a ddi t i o n  of  e xt r a  f i ns  on t h e  t u r bi n e   bl ad es   h as  b een   us e d   w ith  t h e  a i m   t o  i n cr eas e t h e   s p eed  an d  t h e ar ea o f  t h e r o t o r  s w eep  ar ea,  an d  co n s eq u en t l y  t h e cap t u r ed  en er g y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  M i c ro - S ca l e C ycl o n e - W i nd  T ur bi ne   fo r  R o o fto p  V e n tila to r   ( U nggul  W i b a w a )   621   T h e cy cl o n e t u r b i n e s p eci f i c at i o n  u s ed  i n   t h i s  s t u d y   w a s  cap ab l e o f   w o r k i n g   w el l   at  cer t ai n   m a x i m u m   w i nd  s p e e d ,  r e s ul t i ng i t he  b e s t  s ys t e m  e f f i c i e nc y a nd  b e i n g d e t e r m i ne d  b y  t he  d e s i gn.   T he  va r i a t i o n o f  c ur r e nt   va l ue s  a s  a   f u nc t i o n o f  t i m e  o n t he   ge ne r a t o r ,  b o o s t  c o nve r t e r  a nd  d ur i n g t he   b at t er y  c h ar g i n g  i n d i cat ed  t h s a m g r ap h  p at t er n .  T h e d i f f er en ce  w a s  o n l y  i n  t h e v al u es  o f  t h e  c or r e s pon di n p ar am et er s .   T h e r ed u ct i o n  o f  t h e b at t er y  c ap aci t y  i s  d et er m i n ed  b y  t h e l o ad  p o w er  u s ed .  H i g h er  t h e p o w er  o f  t h e   l o ad ,  f as t er   w i l l  b e t h e b at t er y   cap aci t y  r ed u ct i o n .       R EF ER EN C ES   [ 1]     D an g ea m   S A n  E l ect r i c G en er at o r  D r i v en  b y  a R o o f  V en t i l at or E n er g y P r o ced i a .  20 11 ;   9 14 7 - 15 8.   [ 2]     S u r es h   A ,  J a co b   B ,   S h ar af  L F ,  G o m at h y   S D e v e l opm e nt  of   M i c r op ow e r   G e ne r a t i on S y s t e m  U s i ng  R oof t op   V e n ti la to r I O S R  J ou r na l   of  E l e c t r i c al   &  E l e c t r oni c s  E ngi ne e r i ng  ( I O SR - J E E E ) .  20 17;   88 - 91 .   [ 3]     D au d   I ,  S h at r i   C ,  Irw a n t o   M ,  S y a f a w a t i   AN ,  S h e ma   SS.   P ow e r  G e ne r at i on R o of  V e nt i l at or I nt e r na t i ona l   C onf e r e nc e  on E nv i r onm e nt  a nd I ndus t r i a l  I n nov a t i o n,  I P C B E E .  S i ng a por e .   2 01 1;   12 18 3 - 18 7.   [ 4]     B h u tta   MMA ,  H a ya t   N ,  F a r ooq   AU ,  Al i   Z ,  J a mi l   SR ,  Hu ssa i n   Z V e r tic a l A x is   W in d  T u r b in e     R e vi e w  o f   V a r i o us  C o nf i g ur a t i ons  a n d D e s i g n T e c hni que s R e ne w abl e  &  Sus t ai n abl e   E ne r gy  R e v i e w s .   20 12 ;  16 :   19 26 - 19 39 .   [ 5]     E r i k sso n   S ,  Be rn h o f f   H ,  Le ijo n   M E v a l ua t i on  of  D i f f e r e nt  T u r bi ne  C onc e pt s  f or  W i nd   P ow e r R en ew a b l e &   S u s t a i n a b l e E n er g y R evi ew s .  20 08 ;  12 ( 5 ):   14 19 - 14 34 .   [ 6]     W i b a wa   U,   U t o mo   T . I m pac t s   of  e x h aus t   ai r f l ow  v e l oc i t y   t o e l e c t r i c al  pow e r   ge ne r at i on  of  s m al l  w i nd  e ne r g y   co n ver s i o n  s ys t em  ( W E C S ) I E E E  20 14 E l e c t r i c a l   P ow e r ,  E l e c t r oni c s ,  C om m uni c a t ons ,  C ont r ol   a nd I nf or m a t i c s   S e m i n a r (E E CCIS ) .  M al an g .   2 0 14 :   16     22 .   [ 7]     S h un   S A h me d   N A.   U tiliz in g  W in d  a n d  S o la r  E n e r g y  a s  a  P o w e r  S o u r c e s  f o r  H y b r id  B u ild i n g   V e n tila tio n  D e v ic e .   J.   R en ew a b l e E n er g y .  20 08;   3 3:   13 9   1 39 7.   [ 8]     K a e w tip   P H o o n ch ar eo n   N.   A   M a g n e tic   L e v ita tio n  R o o f to p  T u r b in e  V e n tila to r : A  C a s e  S tu d y   fo r W i n d  M i c ro   G en er at i o n I n t e r nat i on al  J o ur na l  of  I nn ov at i v e  R e s e ar c &  Sc i e nc e ,  E ngi ne e r i ng a nd  T e c hn ol o gy .  201 2;   3 11 425  -   11 43 4.   [ 9]     To r a s a   C,   S e rm s ri   N.   T h e   A p p lic a tio n  o f  R o o f  V e n tila to r  f o r  Ele c tr ic ity   G e n e r a tio n P r oc e di a - Soc i al  an d   B e hav i o ur al  Sc i e n ce .  20 15 ;   1 97 169 0 - 16 96.     [ 1 0]     W a g n e r   HJ,   M a t hur   J I nt r odu c t i on t o W i n d E ne r gy  Sy s t e m s :  B as i c ,  T e c hnol ogy ,  a nd O pe r a t i on .  G er m an y :   S pr i ng e r ,  20 09.   [ 1 1]     M as r i   S ,   C h an   P W .   D e s i gn  a nd   D e v e l opm e nt  of  A  D C - D C  B o os t  C onv e r t e r  w i t h C ons t ant  O u put  V ol t age .   I E EE  201 0 I nt e r na t i ona l   C o n f er en ce o n  I n t el l i g en t  an d   A d v an ce S y s t e m .  K ua l a  L u m pur ,  M a l a y s i a .  201 1:   1 - 4 .   [ 1 2]     H u a n g  Y ,  Q i J .  H y d r a u lic  M o to r  D r iv in g  V a r ia b le - P i t c h S y s t e m  f or  W i nd T ur bi ne .   T E L KO M NIKA  In d o n e s i a n   J o u r n a l o f Ele c tr ic a En g in e e r in g .  20 13 ;  1 1( 1 1) :   65 40 - 6 54 6.   [ 1 3]     P ra s ha nt h N A ,  S uj a t ha   P .  C om m onl y  us e d W i nd G e ne r a t or  S y s t e m s :   A  C o m pa r i s on N ot e .   I nd one s i an  J our nal  of   E l ect r i ca l  E n g i n eer i n g  a n d  C o m p u t er  S ci en ce ( I JE E C S ) .   20 17 ;  7 ( 2) :   2 99 - 31 1.   [ 1 4]     P e t i n r i n  J. O. A g b o l ad e J . O . ,  S h aab an   M .  V o lta g e  R e g u la tio n  in  a  M ic r o g r id  w ith   H y br i d P V / W i nd E ne r g y .   T E L K O M N I K A  I nd one s i an J our n al  o f  E l e c t r i c al   E n gi ne e r i n g .   20 1 5;  1 4( 3) :  4 02 - 40 9.   [ 1 5]     E ba  F l or a   E ,  L a k s h mi   P ,  S un i t ha m a n i   S S im u la tio n  o f M EM  En e r g y  H a r v e s te r  w ith  D iffe r e n G e o m e tr ie s  a n d   C r os s  Se c t i ons 2 01 3 I E E E  I nt e r n a t i ona l  C onf e r e nc e  on I C T .  T huc k a l a y ,   T a m i l  N a du,  I ndi a ,  I n di a .  2 013 :   12 0 - 12 3.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.