View
9
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
i
UNJUK KERJA KINCIR AIR UNDERSHOT DENGAN
SUDU SETENGAH SILINDER
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
Carolus Borromeus Krishna Sampurno
NIM : 075214004
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2012
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
PERFORMANCE UNDERSHOT WATERWHEEL
WITH A HALF-CYLINDRICAL BLADES
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfillment of the requirement
To obtain the sarjana teknik degree
In mechanical engineering study program
By :
Carolus Borromeus Krishna Sampurno
NIM : 075214004
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2012
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak
terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu
perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara
tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 7 Februari 2012
Carolus Borromeus Krishna Sampurno
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Carolus Borromeus Krishna Sampurno
Nomor Mahasiswa : 07 5214 004
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :
UNJUK KERJA KINCIR AIR UNDERSHOT DENGAN SUDU
SETENGAH SILINDER
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata
Dharma, hak untuk menyinpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,
mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan
mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis
tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya
selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada Tanggal : 7 Februari 2012
Yang menyatakan
Carolus Borromeus Krishna Sampurno
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
INTISARI
Energi listrik sangat penting bagi kehidupan, tetapi sampai saat ini masih
banyak daerah yang belum mendapatkan pasokan listrik. Bagi daerah yang belum
mendapatkan aliran listrik namun berada pada daerah aliran sungai dapat
menggunakan kincir air sebagai solusi untuk membangkitkan listrik sehingga
kebutuhan listrik di masyarakat dapat terpenuhi. Tetapi penelitian dan
pengaplikasian mengenai kincir air undershot di Indonesia masih belum banyak
dilakukan sehingga masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk
memanfaatkannya secara optimal
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model kincir air undershot
dengan bentuk sudu setengah silinder, mengetahui hubungan torsi yang dihasilkan
dengan head yang digunakan, mengetahui pengaruh perubahan jumlah sudu
terhadap daya yang dihasilkan. Model kincir air undershot dapat dibagi menjadi 3
bagian utama yaitu, sudu dan penyangganya, roda kincir dan poros. Dalam proses
pengambilan data digunakan beberapa variasi berbeda yaitu, head yang digunakan
2,5 meter dan 3,5 meter, dan jumlah sudu yang digunakan 16 buah dan 8 buah
sudu.
Telah berhasil dibuat seperangkat kincir air beserta aplikasi
fungsionalnya dengan daya output yang dihasilkan sebesar 54,68 Watt pada
jumlah sudu 16 buah dan head 3,5 meter, torsi maksimal yang dihasilkan sebesar
2,75 kg.m pada saat head 3,5 meter dan jumlah sudu 16 buah. Efisiensi kincir
yang tetinggi didapatkan pada jumlah sudu 16 buah dan head 3,5 meter yaitu
sebesar 1,19%.
Kata – kata kunci : Variasi, kincir, torsi, daya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT karena atas berkat dan rahmat-Nya dalam
penyusunan Tugas Akhir ini, sehingga pada akhirnya Tugas Akhir ini dapat kami
selesaikan dengan baik.
Tugas Akhir merupakan sebagian persyaratan yang wajib ditempuh oleh
setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini juga dapat dikatakan
sebagai wujud pemahaman dari hasil belajar mahasiswa setelah mengikuti
kegiatan perkuliahan selama di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai unjuk kerja kincir air
undershot dengan variasi bentuk sudu setengah silinder. Dalam Tugas Akhir ini,
penulis berencana untuk meneliti unjuk kerja dari kincir air undershot dengan luas
frontal 1,038 m2.
Selama pembuatan tugas akhir ini tentu penulis mengalami berbagai
macam hambatan dan cobaan, namun pada akhirnya dapat diselesaikan dengan
bantuan saran, nasihat, ide, maupun bimbingan dari berbagai pihak. Pada
kesempatan ini, dengan segenap kerendahan hati kami mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
2. Kedua Orang Tua Penulis, karena kebaikan, motivasi, dan segala bentuk
dukungan dari mereka penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
4. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si. selaku Dosen
pembimbing Tugas Akhir.
6. Ir. Rines M.T. selaku Dosen pembimbing akademik.
7. Keluarga penulis, yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah
memberikan motivasi dan dukungan bagi penulis dalam menyelesaikan Tugas
Akhir.
8. Rekan sekelompok yaitu Oktavianus Ardhian Nugroho, Fabianus Pratomo
Wadiatmoko, dan Richardus Dias Bintang Jaya Nugraha, yang telah membantu
dalam perancangan alat, pembuatan alat, perbaikan alat dan pengambilan data.
9. Teman-teman teknik mesin angkatan 2007 Universitas Sanata Dharma dan
teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih
atas segala bantuanya.
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyelesaikan Tugas
Akhir ini, namun sebagai manusia tentunya kami menyadari bahwa yang kami
kerjakan masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mohon maaf atas
segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penyusunan Tugas Akhir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
ini. Saran serta kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan
demi perbaikan dikemudian hari.
Penulis berharap semoga Tugas Akhir yang telah penulis susun ini dapat
memberikan manfaat bagi para pembaca.
Yogyakarta, 7 Februari 2012
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...............................................................................................i
HALAMAN PERSETUJUAN.............................................................................iii
HALAMAN PENGESAHAN...............................................................................iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..........................................v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI.........................vi
INTISARI.............................................................................................................vii
KATA PENGANTAR.........................................................................................viii
DAFTAR ISI..........................................................................................................xi
DAFTAR TABEL...............................................................................................xiii
DAFTAR GAMBAR...........................................................................................xiv
BAB I. PENDAHULUAN......................................................................................1
1.1 Latar Belakang..........................................................................................1
1.2 Batasan Masalah.......................................................................................3
1.3 Tujuan Penelitian......................................................................................3
1.4 Manfaat Penelitian....................................................................................4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA...........................................................................6
2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan............................................................6
2.2 Dasar Teori...............................................................................................7
2.3 Persamaan yang Digunakan....................................................................10
BAB III. METODE PENELITIAN....................................................................17
3.1 Alat Penelitian........................................................................................17
3.2 Prinsip Kerja Alat...................................................................................26
3.3 Variabel yang Divariasikan....................................................................27
3.4 Variabel yang Diukur.............................................................................27
3.5 Metode dan langkah Pengambilan Data.................................................27
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN..............................................................30
4.1 Data Penelitian........................................................................................30
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan..........................................................32
4.3 Hasil Perhitungan....................................................................................37
BAB V. PENUTUP...............................................................................................44
5.1 Kesimpulan.............................................................................................44
5.2 Saran.......................................................................................................45
DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................46
LAMPIRAN
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan
8 jumlah sudu.........................................................................................30
Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16
jumlah sudu............................................................................................31
Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 8
jumlah sudu............................................................................................31
Tabel 4.4 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 16
jumlah sudu............................................................................................32
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8
jumlah sudu............................................................................................37
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16
jumlah sudu............................................................................................38
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 8
jumlah sudu............................................................................................38
Tabel 4.8 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 16
jumlah sudu............................................................................................38
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Salah satu contoh pemanfaatan kincir air undershot........................8
Gambar 2.2 Penampang sudu kincir...................................................................12
Gambar 3.1 Skema Alat.....................................................................................17
Gambar 3.2 Roda Kincir Air Undershot.............................................................19
Gambar 3.3 Skema Alat Pendukung Pengukuran Daya.....................................21
Gambar 3.4 Skema Alat Pendukung Pengukuran Torsi.....................................22
Gambar 3.5 Neraca Pegas...................................................................................22
Gambar 3.6 Generator Listrik.............................................................................23
Gambar 3.7 Susunan Lampu Sebagai Beban.....................................................24
Gambar 3.8 Tachometer.....................................................................................24
Gambar 3.9 Pompa Air.......................................................................................25
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Head yang Digunakan Dengan Torsi
Maksimal Kincir.............................................................................40
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Jumlah Sudu yang Digunakan Dengan
Daya Kincir yang Dihasilkan.........................................................41
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Beban yang
Digunakan.......................................................................................42
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Putaran Dengan Beban yang
Digunakan.......................................................................................42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Krisis energi merupakan masalah yang sedang dihadapi pada masa
sekarang ini. Batu bara, minyak bumi, dan gas alam adalah bahan bakar yang
sering digunakan terutama dalam hal pembangkitan tenaga listrik. Oleh
karena itu, permintaan untuk ketiga macam sumber energi tersebut selalu
datang secara terus menerus untuk memenuhi kebutuhan energi, khususnya
energi listrik. Namun, persediaan untuk ketiga macam sumber energi tersebut
sangat terbatas. Bila digunakan secara terus menerus, lama kelamaan akan
habis, karena untuk membentuk persediaan energi tersebut dibutuhkan waktu
berjuta – juta tahun lamanya. Maka perlu dicari solusi yang tepat untuk
mengganti ketiga energi tersebut.
Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil
menyemangati para peneliti diberbagai negara untuk mencari energi lain yang
kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Energi terbarukan dapat
didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat diproduksi kembali
melalui proses alam. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi,
matahari, angin, biogas, bio masa serta gelombang laut. Beberapa kelebihan
energi terbarukan antara lain: Sumbernya relatif mudah didapat, dapat
diperoleh dengan gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi dan
tidak terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan bakar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
Pada masa sekarang ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi
semakin berkembang. Misalnya dalam kebutuhan sehari – hari yang
menggunakan energi listrik sebagai sumber tenaga, antara lain : televisi,
kulkas, radio, lampu dan masih banyak lagi contoh yang lain. Kebutuhan
listrik juga sangat dibutuhkan, karena hampir setiap kegiatan sehari – hari
menggunakan energi tersebut.
Salah satu energi terbarukan yang terdapat di alam adalah energi yang
berasal dari air. Air merupakan zat cair yang sangat berguna di kehidupan
sehari – hari, baik untuk manusia maupun untuk mahkluk hidup lain. Selain
untuk kehidupan sehari – hari, air juga dapat dikonversi menjadi energi listrik
yang sangat berguna bagi kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir
air atau mikro hydro (PLTMH). Indonesia merupakan negara yang subur
dengan air yang tersedia melimpah dimana – mana. Bahkan di setiap pulau di
Indonesia mengalir sungai yang mengalir dengan lancar. Untuk daerah yang
dekat dengan aliran sungai, dapat menggunakan kincir air sebagai solusi
untuk membangkitkan listrik sehingga kebutuhan listrik di masyarakat dapat
tercukupi. Kincir air merupakan salah satu bentuk pemanfaatan energi
terbarukan yang ramah lingkungan.
Berdasarkan kondisi diatas, maka untuk ikut andil dalam pengembangan
energi terbarukan diadakanlah penelitian ini. Penelitian ini bermaksud untuk
mendapatkan unjuk kerja kincir air undershot dengan bentuk sudu setengah
silinder. Desain kincir air dibuat sederhana dan dapat diaplikasikan dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
menggunakan bahan – bahan yang ada agar nanti setiap orang dapat
mengaplikasikan penelitian ini.
1.2. Batasan Masalah
Pada tugas akhir ini akan di buat kincir air undershot dengan bentuk sudu
setengah silinder. Dengan alasan dipilihnya sudu setengah silinder agar
hambatan yang berupa air yang diam di belakang sudu dapat diminimalkan,
sehingga kecepatan putar kincir menjadi maksimal. Kincir ini diharapkan
dapat menghasilkan daya listrik yang digerakkan tenaga arus datar.
Agar penelitian berjalan dengan lancar, maka diberi beberapa batasan
masalah sebagai berikut :
1. Kincir air undershot ini dibuat dengan sudu 16 buah dan 8 buah
dengan bentuk sudu setengah silinder.
2. Nilai gravitasi yang digunakan untuk perhitungan adalah 9,81 ⁄ .
3. Karena debit yang akan digunakan tetap, maka debit yang digunakan
adalah 39,78 ⁄
1.3. Tujuan yang Hendak Dicapai
Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Membuat model kincir air undershot dengan bentuk sudu setengah
silinder agar diharapkan dapat seoptimal mungkin mengkonversi energi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
air menjadi energi putaran poros sehingga kincir ini dapat menghasilkan
energi listrik yang cukup optimal.
2. Mengetahui hubungan torsi yang dihasilkan dengan head yang
digunakan.
3. Mengetahui pengaruh perubahan jumlah sudu terhadap daya yang
dihasilkan.
4. Mengetahui efisiensi maksimum dari kincir air jenis undershot dengan
bentuk sudu setengah silinder.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat yang akan didapatkan dari pembuatan tugas akhir ini adalah :
1. Manfaat Bagi Peneliti
a. Mampu membuat kincir angin undershot yang digunakan untuk
penelitian.
b. Menerapkan ilmu pengetahuan yang didapat dari perkuliahan
terutama yang berkaitan dengan kincir air.
c. Sebagai pedoman untuk mengembangkan energi listrik tenaga air,
khususnya kincir air.
2. Bagi masyarakat
a. Untuk memberi informasi pada masyarakat, terutama pada daerah
pedesaan yang belum teraliri listrik untuk pemberdayaan teknologi
tepat guna.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
b. Memanfaatkan energi terbarukan agar dapat melakukan
penghematan pada sumber energi lain; seperti minyak bumi, dan
batu bara.
3. Bagi Universitas Sanata Dharma
a. Menambah kepustakaan tentang kincir air undershot.
b. Menambah referensi bagi pihak – pihak yang membutuhkan dalam
rangka pengembangan ilmu pengetahuan khususnya yang
berhubungan dengan kincir air.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan
Penelitian mengenai kincir air undershot ini sejauh sepengetahuan
peneliti telah banyak dilakukan. Namun sebagian besar banyak yang telah
dilakukan di luar negeri. Di Indonesia sendiri penelitian maupun
pengaplikasian mengenai kincir air undershot belum banyak dilakukan hanya
beberapa penelitian saja yang dapat peneliti ketahui dari proses pengumpulan
sumber yang meneliti tentang kincir air tipe undershot.
Pada penelitian mengenai kincir air undershot dengan pengaruh tinggi
sudu kincir air terhadap daya dan efisiensi yang dihasilkan memperlihatkan
bahwa daya maksimum kincir terletak pada harga tinggi sudu tertentu,
sedangkan efisiensi kincir akan semakin tinggi jika tinggi sudu semakin kecil
( Bambang, 2010 ). Penelitian lain yang pernah dilakukan menggunakan
kincir air sebagai pembangkit tenaga listrik dengan tipe undershot mampu
menghasilkan daya kincir maksimum adalah 350 watt yang digunakan untuk
pembangkit listrik ( Ahmad Sahri, 2006 ).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Selanjutnya dalam penelitian mengenai pengaruh jumlah sudu terhadap
efisiensi dan daya kincir air tipe undershot memperlihatkan bahwa jumlah
sudu pada roda kincir hanya mempengaruhi nilai nominal dari daya dan
efisiensi maksimum yang dihasilkan kincir air. Daya yang dihasilkan pada
penelitian ini mencapai 85,07 W dengan berbagai variasi jumlah sudu
(Bambang, 2010 ).
Pada penelitian lain menunjukan bahwa titik optimal pengoperasian
kincir air terletak pada ratio kecepatan keliling sudu dan kecepatan arus
sungai ( M Zahri, 2010 ).
2.2. Dasar Teori
Air merupakan sejenis fluida, di bumi ini air sangat sering dijumpai di
sekitar kita. Jumlah air dibumi lebih banyak dibandingkan dengan daratan
yaitu sekitar 70% dari jumlah daratan. Air mempunyai sifat menempati ruang
dan juga mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Apabila air
tersebut diberi tekanan maka air dapat mengalir dari tempat yang rendah ke
tempat yang tinggi.
Pada umumnya air merupakan sumber energi yang mudah didapat dan
murah karena dapat ditemui dimana – mana. Dalam air terdapat beberapa
energi, diantaranya energi kinetik yang ada pada saat air mengalir dan energi
potensial yang ada pada saat air jatuh. Pemanfaatan energi air dapat
menggunakan berbagai macam alat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Salah satu pemanfaatan energi air adalah dengan menggunakan kincir
air. Kincir air merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang salah satu
fungsinya dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik yang
memanfaatkan energi air. Kapanpun ada air yang mengalir, kincir air dapat
mengubah dan menyimpan energi air menjadi energi listrik.
Sebagai sumber energi terbarukan, kincir air dapat memberikan
beragam pemanfaatan, antara lain digunakan sebagai listrik untuk pedesaan /
daerah tertinggal, mengambil air dari sungai atau sumber air dibawah
kemudian diletakan pada saluran irigasi atau saluran yang lainnya, untuk
penggilingan padi atau sumber daya yang lainnya, dan sebagai pengolahan
pada pabrik.
Gambar 2.1. Salah satu contoh pemanfaatan kincir air undershot
Kincir air adalah peralatan mekanis berbentuk roda dengan sudu
(bucket atau vane) pada sekeliling tepi – tepinya yang diletakan pada poros
horizontal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Kincir air memanfaatkan selisih ketinggian alamiah dari permukaan
sungai kecil. Air yang masuk ke dalam dan keluar kincir tidak mempunyai
tekanan lebih (over pressure), hanya tekanan atmosfer saja. Air itu menerjang
sudu dari sebuah roda, yang kebanyakan langsung dihubungkan dengan
sebuah mesin.
Setiap kincir mempunyai model atau cara penggunaannya masing –
masing. Ada 3 jenis kincir :
1. Kincir air overshot : bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam
bagian sudu – sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda
kincir berputar. Memiliki tingkat efisiensi mencapai 85%.
2. Kincir air undershot : bekerja bila air yang mengalir menghantam
dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Tipe ini
juga disebut dengan “Vitruvian”. Tipe ini cocok dipasang pada
perairan dangkal pada daerah yang rata. Mempunyai efisiensi 15% -
25%, kecepatan poros 2 rpm – 12 rpm, tinggi jatuh air/head < 5m.
3. Kincir air breastshot : merupakan perpaduan antara tipe overshot dan
undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya
tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakan
kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air.
4. Kincir air tub : Merupakan kincir air yang kincirnya diletakan secara
horizontal dan sudu – sudunya miring terhadap garis vertical, dan tipe
ini dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Karena arah gaya dari pancuran air menyamping, maka energi yang
diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.
Untuk penelitian pada tugas akhir ini dilakukan dengan menggunakan
kincir air undershot. Pada umumnya kincir air undershot dibuat dengan sudu
datar agar mudah untuk diaplikasikan, karena kincir undershot ini
memanfaatkan tenaga air arus datar. Namun sudu datar memiliki kelemahan,
yaitu pada air yang diam di belakang sudu. Air yang terdapat di belakang
sudu menghambat kincir untuk berputar, sehingga putarannya kurang
maksimal dan daya yang dihasilkan juga kurang maksimal. Kincir air
undershot yang akan dibuat ini menggunakan sudu setengah silinder agar
diharapkan gaya drag atau gaya hambat kincir yang berada di belakang sudu
dapat dikurangi atau dikecilkan. Air yang mengalir dengan kecepatan tertentu
mengenai sudu yang terdapat pada bagian bawah kincir yang kemudian akan
diteruskan oleh poros ke transmisi atau generator.
2.3. Persamaan yang Digunakan
Untuk kincir air yang hanya memanfaatkan aliran air arus datar atau
kecepatan arus sungai, energi air yang tersedia merupakan energi kinetik.
Dengan demikian terdapat beberapa persamaan yang digunakan.
1. Kecepatan air
Kecepatan air merupakan salah satu pendukung / hal penting yang
menyebabkan kincir air dapat berputar. Semakin tinggi perbedaan head /
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
perubahan tinggi jatuhan suatu aliran air, maka kecepatan air yang ada
akan bertambah juga.
Kecepatan air dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
√ ⁄ (2.1)
(Sumber : Viktor 1993)
Dengan
g : percepatan gravitasi ( ⁄ )
H : head ketinggian air ( )
2. Debit air
Debit air adalah jumlah volume air yang mengalir per satuan waktu
(detik). Dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
⁄ (2.2)
(sumber : Dietzel 1992)
Dengan
V : Kecepatan arus air ( ⁄ )
A : Luas penampang air ( )
3. Daya Air
Daya air adalah energi yang terdapat pada air yang mengalir per satuan
waktu. Daya yang terdapat pada air dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut
(Watt) (2.3)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
dengan :
: masa jenis air (kg/m3)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
Q : debit yang digunakan (m3)
H : ketinggian air yang digunakan (m)
4. Kecepatan putar
Kecepatan putar kincir adalah jumlah putaran kincir dalam waktu satu kali
rotasi tiap satuan waktu (menit). Dapat dicari dengan persamaan
(2.4)
(Sumber : Dietzel 1992)
Dengan
V : Kecepatan air yang mengalir ( ⁄ )
d : Diameter kincir air (m)
5. Perhitungan luas sudu yang tercelup
Untuk kincir air undershot tidak semua sudu yang tercelup dalam air,
sehingga diperlukan perhitungan dalam mencari sudu yang tercelup.
Perhitungan dapat dilakukan dengan persamaan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
b c
a A2 A1 A3
Gambar 2.2. Penampang sudu kincir
Keterangan : θ : Sudut antar sudu
a : Panjang sudu yang tidak tercelup air
b : Panjang proyeksi sudu dari a
c : Panjang proyeksi sudu yang tercelup air
d : Bidang vertical dari proyeksi c
A1 : Luas sudu yang tercelup air
A2 : Luas sudu yang tercelup air proyeksi II
A3 : Luas sudu yang tercelup air proyeksi III
Panjang proyeksi sudu
Panjang proyeksi sudu yang tercelup air
θ
F1 F2 F3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Panjang bidang vertikal dari proyeksi c
A1 = tinggi sudu x panjang sudu yang tercelup air
A2 = Tinggi sudu x bidang vertikal dari proyeksi c
A2 = A3
6. Gaya dorong kincir
Gaya yang di akibatkan oleh aliran arus sungai merupakan gaya yang
paling menentukan agar kincir dapat berputar atau bekerja dengan baik.
Karena kincir air akan berputar dengan maksud menggerakan motor listrik
yang menghasilkan listrik. Besarnya gaya dorong agar kincir berputar di
pengaruhi oleh kecepatan aliran air dan luas sudu yang menerima
kecepatan aliran air. Semakin luas sudu yang tercelup air, maka semakin
besar pula gaya yang membuat kincir berputar.
Gaya dorong kincir dibagi menjadi 2 jenis :
Gaya fluida yang berada di depan sudu :
F = Q (m3/s) x ρ (kg/m
3) x v (m/s)
Q = A (m2) x v (m/s)
Didapatkan persamaan gabungan adalah :
(2.5)
(Sumber : Wibowo 2002)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Dengan
: massa jenis air (
⁄ )
A : luas permukaan ( )
v : kecepatan aliran air ( ⁄ )
Gaya fluida yang berada di belakang sudu :
Putaran kincir air undershot tidak dapat maksimal dikarenakan terdapat
gaya hambat atau gaya drag yang berupa air yang diam di belakang
sudu. Gaya drag tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
(2.6)
Dengan :
Cd = coeficient of drag
= massa jenis air (
⁄ )
= kecepatan putar kincir
A = Luas area ( m2 )
Sehingga gaya total yang bekerja pada sudu kincir :
Fkincir = Fdorong – Fdrag (N) (2.7)
7. Torsi
Torsi yang dihasilkan oleh putaran kincir ditentukan dengan persamaan
berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
T = F x r (N m) (2.8)
Dengan
F : gaya dorong yang bekerja pada kincir air (N)
r : jari – jari kincir air (m)
8. Daya kincir
Daya kincir dapat diperoleh dengan persamaan
(
) (2.9)
Dengan
T : Torsi (N m)
n : putaran poros (rpm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Alat penelitian
Sistem kincir air undershot ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu kincir
air itu sendiri dan sistem saluran air untuk kincir. Sistem saluran air terdiri
dari bak penenang dan kanal yang dibuat dari besi plat datar yang ditekuk
sedemikian rupa sehingga menjadi bentuk profil U dan disusun pada rangka
yang terbuat dari plat besi siku dan tower air. kincir air undershot ini nantinya
akan diletakan di atas kanal saluran.
Gambar 3.1. Skema Alat
1
3
2
4
5
6
7
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Keterangan gambar :
1. Tower Air
Pada penelitian ini tower air berfungsi untuk menopang bak air yang
berisi air. Tower ini dibuat dengan bahan besi profil L.
2. Kanal saluran air
Kanal air ini dibuat dengan besi plat datar yang ditekuk sehingga
menjadi bentuk profil U. Kanal ini dibuat dengan panjang 5 meter,
sehingga proses pembuatannya dibagi menjadi 3 bagian yang
dijadikan satu karena ukuran dari bahan pembuat tidak mencukupi
dengan panjang kanal itu sendiri.
3. Penyangga / dudukan kanal
Penyangga ini dibuat dengan besi profil L. Penyangga ini berfungsi
untuk menyangga kanal yang mengalirkan air ke kincir.
4. Penyangga / dudukan kincir air
Dudukan kincir seperti pada gambar 3.1. berfungsi untuk
menyangga/menopang kincir air undershot agar dapat berputar diatas
air. Dudukan ini terdiri dari dua sisi berbentuk segitiga yang
bersebelahan dan sama tingginya. Dengan bentuk segitiga akan lebih
kuat untuk menopang. Dudukan kincir ini terbuat dari besi plat
dengan bentuk profil L dengan ukuran 5 x 5 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
5. Roda kincir undershot
Gambar 3.2. Roda Kincir air Undershot
6. Sudu
Sudu kincir undershot ini berbentuk setengah silinder dengan jumlah
16 buah sudu. Terbuat dari plat datar yang dibentuk sedemikian rupa
sehingga berbentuk setengah lingkaran dengan diameter 66 cm dan
panjang 22 cm.
6
9
7
8 10
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
7. Penyangga sudu
Seperti pada gambar 3.6. penyangga sudu ini terbuat dari plat datar
dengan ukuran tebal 5 mm. Penyangga ini berfungsi untuk menopang
sudu sekaligus untuk menahan sudu dari benturan dengan air.
8. Roda kincir
Roda kincir yang berbentuk cincin ini terbuat dari pipa besi ukuran
diameter 20 mm. Pipa besi tersebut kemudian di rol sehingga
berbentuk lingkaran dengan diameter 84,6 cm. Apabila disusun
dengan sudu, maka akan memiliki dimensi diameter terluar 115,64
cm.
9. Batang kincir
Batang kincir seperti pada gambar 3.9. terbuat dari bahan yang sama
dengan pembuatan roda kincir. Batang kincir ini berjumlah 16 buah
dan disatukan dengan menggunakan plandes. Batang kincir yang telah
disatukan dengan plandes terdiri dari dua sisi yang masing – masing
berjumlah 8 buah.
10. Poros kincir
Pembuatan poros kincir dilakukan dengan bahan dari pipa besi pejal
dengan ukuran diameter 4,5 cm dan panjang 45 cm. poros ini
berfungsi untuk meneruskan putaran kincir ke transmisi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
11. Kolam penampung
Kolam penampung yang terletak di bawah kincir ini digunakan untuk
menampung air buangan yang berasal dari kincir. Air itu juga yang
nantinya akan dipompa ke atas masuk ke bak penampung dan
memutar kincir kembali. Kolam penampung ini terbuat dari semen
beton.
12. Bak penenang
Bak penenang / bak air ini diletakan pada tower air. Bak ini
digunakan untuk menampung air sementara yang akan digunakan
untuk mengalirkan air. Bak air ini juga diperlukan untuk menentukan
head yang nantinya akan digunakan.
Selain alat – alat utama pada penelitian seperti pada Gambar 3.1.
digunakan alat – alat pendukung lain, seperti berikut :
Gambar 3.3. Skema alat pendukung pengukuran daya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 3.4. Skema alat pendukung pada pengukuran torsi
Keterangan gambar :
1. Lengan torsi
2. Neraca beban
3. Generator
Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengukur beban pengimbang
torsi dinamis.
Gambar 3.5. Neraca Pegas
1
2
3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Generator
Generator digunakan untuk merubah energi putaran poros
menjadi energi listrik yang nantinya akan dihubungkan dengan
beban lampu. Generator ini mampu menghasilkan daya sampai
250 W.
Gambar 3.6. Motor Listrik
Puli
Digunakan untuk menaikan putaran kincir sehingga dapat
dihasilkan putaran yang lebih besar untuk motor generator.
Puli yang digunakan adalah puli 22” dan puli 8”
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Beban
Rangkaian lampu berfungsi untuk memberikan variasi beban
dalam menguji kincir air. Lampu yang digunakan memiliki nilai
hambatan 1,6 Ω dan daya sebesar 10 watt pada setiap lampunya.
Pemakaiannya adalah dengan menyalakan lampu satu persatu
sampai semua lampu nyala / padam.
Gambar 3.7. Susunan lampu sebagai beban
Tachometer
Alat ini berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran kincir air
sebagai data yang dibutuhkan. Sensor pada tachometer ini
diarahkan pada generator yang berputar secara tegak lurus dan
akan keluar hasilnya.
Gambar 3.8. Tachometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Pompa air
Alat ini berfungsi untuk mengisi air di bak penenang. Air yang
berasal dari kolam penampung dipompa ke atas masuk ke dalam
bak penenang.
Gambar 3.9. Pompa Air
Jenis pompa yang digunakan merupakan pompa sentrifugal.
Menggunakan 2 buah pompa yang memiliki spesifikasi sebagai
berikut :
Spesifikasi pompa 1
o Model : NS-100
o Power : 10 hp
o Maximum Capacity : 449 U.S. GPM
o Maximum Total Head : 82 ft
o Putaran : 2000 rpm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Spesifikasi pompa 2
o Model : NS-50
o Power : 3 hp
o Maximum Capacity : 145 U.S. GPM
o Maximum Total Head : 66 ft
o Putaran :2800 rpm
3.2. Prinsip kerja alat
Pada dasarnya, prinsip kerja kincir air undershot ini hampir sama dengan
kincir air overshot dan breastshot. Hanya saja sudu yang terkena air posisinya
ada di bawah kincir. Kincir air undershot ini bekerja bila terdapat energi
potensial yang berupa air diam yang berasal dari bak penampung berubah
menjadi energi kinetik yang berupa aliran air yang melewati kanal dan
menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air.
Air yang menghantam sudu akan memutar kincir. Kemudian putaran ini akan
diteruskan oleh poros ke transmisi sehingga transmisi akan berputar yang
juga akan memutar generator yang berfungsi untuk mengubah energi putar
poros menjadi energi listrik sehingga generator akan menghasilkan daya
listrik. Daya yang dapat dihasilkan generator diukur dengan menggunakan
beban lampu yang dinyalakan satu persatu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
3.3. Variabel yang divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam pengujian alat, yaitu :
1. Variasi ukuran head yaitu 3 meter dan 2 meter.
2. Jumlah sudu pada kincir air yaitu 16 buah sudu dan 8 buah sudu.
3.4. Variabel yang diukur
Sesuai dengan tujuannya, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut :
1. Putaran poros/kincir (n)
2. Gaya pengimbang torsi (F)
3. Tegangan listrik yang dihasilkan generator (v)
4. Arus listrik yang dihasilkan generator (i)
3.5. Metode dan Langkah Pengambilan Data
1. Memasang neraca pegas pada tempat yang sudah disiapkan.
2. Merangkai beban lampu dengan generator dan voltmeter.
3. Rangkaian lampu diposisikan pada saklar off terlebih dahulu, pengujian
dilakukan hingga beberapa variasi beban lampu.
4. Apabila semua sudah siap kemudian menyalakan pompa.
5. Apabila ketinggian air pada bak penenang sudah mencukupi, kemudian
pengukuran dapat dilakukan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
6. Mengukur jumlah putaran dengan tachometer yang diarahkan pada
generator.
7. Melihat besarnya massa pengimbang yang terukur pada neraca pegas.
8. Mengukur kuat arus yang dihasilkan generator dengan memvariasikan
beban lampu pada kondisi tanpa beban sampai dengan lampu tidak ada
yang menyala bersamaan dengan mengukur tegangan yang dihasilkan.
9. Pengambilan data dilakukan sampai dihasilkan data – data yang sesuai.
10. Hasil dari pengujian kemudian dicatat.
11. Ulangi langkah 6 sampai 12 dengan mengurangi jumlah sudu menjadi 8
buah.
Demikian diagram alir dari langkah – langkah penelitian.
Pasang neraca pegas pada tempat yang sudah disiapkan.
Rangkai beban lampu dengan generator dan voltmeter.
Posisikan saklar rangkaian lampu pada posisi off.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Jika semua sudah siap nyalakan pompa.
Bila ketinggian air pada bak penenang sudah mencukupi, lakukan
pengukuran.
Ukur jumlah putaran yang terjadi
Ukur besarnya massa pengimbang torsi
Ukur kuat arus dan tegangan yang dihasilkan generator dari variasi lampu
off sampai maksimal
Catat data – data yang dihasilkan
Hasil dari pengujian kemudian dicatat.
Tamb
ahkan
variasi ketinggian
dan
pen
guran
gan ju
mlah
sud
u m
enjad
i 8 b
uah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
BAB IV
DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Pengambilan data penelitian pada kecepatan putar poros, tegangan yang
dihasilkan, kuat arus yang dihasilkan, dan gaya pengimbang torsi diambil secara
bersamaan. Pengujian dilakukan dengan variasi jumlah sudu yaitu 16 sudu dan 8
sudu juga variasi ketinggian head yang digunakan yaitu 3 meter dan 4 meter.
Pembebanan variatif dengan menggunakan rangkaian lampu, mulai dari 0 (tidak
ada pembebanan) hingga beban maksimal generator (tidak ada lampu yang
menyala). Dari penelitian didapatkan data yang dapat dilihat pada tabel 4.1, Tabel
4.2, Tabel 4.3, Tabel 4.4 untuk masing – masing variasi.
Tabel 4.1. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8 jumlah
sudu
Jumlah
Lampu
Tegangan
(Volt)
Kuat
Arus
(Ampere)
Beban
(Kg)
Putaran Generator
(rpm)
0 21,67 0 0,42 194,80
2 12,67 2 0,75 142,60
4 8,21 2,67 1,33 117,67
6 5,84 3,40 1,83 106,20
8 4,36 4 2,08 99,25
10 3,32 4,60 2,33 95,40
11 2,90 4,93 2,50 94,04
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Tabel 4.2. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16
jumlah sudu
Jumlah
Lampu
Tegangan
(Volt)
Kuat
Arus
(ampere)
Beban
(Kg)
Putaran Generator
(rpm)
0 24,27 0,00 0,53 219,57
2 16,50 2,30 0,75 181,97
4 11,47 3,27 1,50 156,70
6 8,79 4,13 2,17 142,87
8 6,76 4,97 2,58 134,80
10 5,40 5,53 2,92 128,17
12 4,37 5,97 3,00 124,53
14 3,61 6,33 3,25 121,90
16 3,18 6,60 3,42 119,80
Tabel 4.3. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 8 jumlah
sudu
Jumlah
Lampu
Tegangan
(volt)
Kuat
Arus
(ampere)
Beban
(Kg)
Putaran Generator
(rpm)
0 25,80 0,00 0,60 233,27
2 16,03 2,20 0,75 177,13
4 11,60 2,97 1,58 154,80
6 8,50 4,03 2,08 139,63
8 6,37 4,80 2,50 130,50
10 4,93 5,27 2,75 121,87
12 3,90 5,73 3,00 117,90
14 3,19 6,00 3,25 114,53
16 2,91 6,20 3,25 113,13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Tabel 4.4. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 16
jumlah sudu
Jumlah
Lampu
Tegangan
(volt)
Kuat
Arus
(ampere)
Beban
(Kg)
Putaran Generator
(rpm)
0 28,27 0,00 0,65 256,63
2 19,53 3,17 1,00 213,03
4 14,83 3,97 2,00 192,50
6 11,63 4,70 2,58 178,60
8 9,34 5,70 3,00 168,80
10 7,51 6,47 3,33 161,77
12 6,24 7,03 3,67 156,87
14 5,17 7,47 3,92 151,70
16 4,45 7,83 4,00 149,20
18 3,81 8,07 4,17 147,60
20 3,18 8,23 4,17 145,33
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan
4.2.1. Perhitungan Debit Air
Dengan mengacu pada persamaan 2.2 maka perhitungan debit air :
Q = v x A
yang dalam hal ini :
v : kecepatan air ( ⁄ )
A : luas penampang yang digunakan (m2)
Sedangkan dalam hal ini, luas penampang yang digunakan adalah :
A = π x r2
yang dalam hal ini :
r : jari – jari pipa yang digunakan (m)
Dengan mengacu pada persamaan 2.1, maka didapatkan persamaan gabungan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Q = √
Sebagai perhitungan digunakan data dengan head (H) 0,5 meter, dan diameter
pipa 0,127 meter. Maka besarnya debit dapat diketahui dengan :
Q = √
Q = 39,78
⁄
4.2.2. Perhitungan Daya Air
Dengan mengacu pada persamaan 2.3 maka perhitungan daya air :
yang dalam hal ini :
: masa jenis air (kg/m3)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
Q : debit yang digunakan (m3)
H : ketinggian air yang digunakan (m)
Karena variasi ketinggian ada dua macam, maka untuk perhitungan daya yang
pertama digunakan head (H) 3,5 meter. Sehingga untuk perhitungan daya air :
1354,10 Watt
Kemudian untuk penggunaan head (H) yang kedua adalah 2,5 meter. Sehingga
untuk perhitungan daya air :
Watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
4.2.3. Perhitungan Daya Mekanik Di Generator
Daya pada kincir dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8) :
(
)
Yang dalam hal ini :
T : Torsi (kg m)
n : putaran poros (rpm)
sedangkan dalam hal ini, besarnya torsi sendiri adalah ( Pers. 2.7) :
T = F x r
Dengan
F : beban pengimbang torsi di generator (kg)
r : jarak lengan torsi di generator (m)
sehingga persamaan dapat disederhanakan menjadi :
(
)
karena rugi – rugi yang terjadi pada belt dan puly sedikit berpengaruh/kecil,
sehingga dapat diasumsikan tidak ada rugi – rugi/dapat diabaikan. Sehingga daya
pada kincir dapat diketahui.
Sebagai contoh diambil data dari tabel 4.1. no 1.
Dari data, kecepatan putar 194,80 m/s, beban pengimbang torsi 0,42 kg,
sedangkan lengan torsi (r) yang digunakan adalah 0,25 cm. Maka dapat dihitung
besarnya daya kincir air (P) sebesar :
(
)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
(
)
4.2.4. Perhitungan putaran pada kincir air
Perhitungan putaran pada kincir air dapat dihitung dengan persamaan :
Dalam hal ini :
n1 : Putaran pada poros kincir, rpm
n2 ; Putaran pada poros generator, rpm
D1 : Diameter puly 1, m
D2 : Diameter puly 2, m
Dalam hal ini diameter puly 1 dan puly 2 adalah tetap, yaitu D1= 0,588 m
dan D2= 0,203 m. Sedangkan putaran pada generator (N2) diperoleh dari data 4.1.
no 1. sebesar 194,80 rpm. Sehingga putaran pada poros kincir air dapat dihitung
besarnya :
4.2.5. Perhitungan Torsi Pada Kincir
Mengacu pada persamaan (2.8) dan dengan mengabaikan rugi – rugi yang terjadi
maka daya yang dihasilkan kincir sama dengan daya yang diterima generator
sehingga besarnya torsi pada kincir dapat dirumuskan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
( )
Yang dalam hal ini :
T = torsi yang dihasilkan kincir air (kg.m)
P = daya mekanik yang diterima generator (watt)
n = putaran poros kincir (rpm)
Dari data setelah perhitungan, didapat kecepatan putaran kincir (n)
adalah 70,87 rpm, daya mekanik yang diterima generator (P) adalah 2,12 W.
Maka torsi yang dihasilkan kincir air dapat dihitung sebesar :
( )
(
)
4.2.6. Perhitungan Efisiensi Kincir Air
Perhitungan efisiensi pada kincir air dapat dihitung dengan menggunaan
persamaan :
P =
yang dalam hal ini :
Pout : daya mekanik kincir air (watt)
Pin : daya air (watt)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Sebagai contoh perhitungan, dari data perhitungan didapat daya air (Pin) 967,22
watt, dan daya mekanik kincir (Pout) 2,12 watt. Maka efisiensi kincir air dapat
dihitung sebesar :
P =
P =
4.3. Hasil Perhitungan
Dari data yang didapat dalam pengujian maka dapat diketahui hasil
perhitungan dibawah. Tujuan pengolahan data dalam perhitungan adalah untuk
mencari hubungan antara torsi, daya, dan putaran kincir.
Tabel 4.5. Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8
jumlah sudu
No
Daya
Lampu
(Watt)
Daya Kincir
(Watt)
Putaran
Kincir
(rpm)
Torsi Kincir
(Kg.m)
Efisiensi
(%)
1 0 2,12 70,87 0,29 0,22
2 20 2,80 51,88 0,52 0,29
3 40 4,11 42,81 0,92 0,42
4 60 5,09 38,63 1,26 0,53
5 80 5,41 36,11 1,43 0,56
6 100 5,82 34,71 1,60 0,60
7 120 6,15 34,21 1,72 0,64
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Tabel 4.6. Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16
jumlah sudu
No
Daya
Lampu
(Ω)
Daya Kincir
(Watt)
Putaran
Kincir
(rpm)
Torsi Kincir
(Kg.m)
Efisiensi
(%)
1 0 3,06 79,88 0,37 0,32
2 20 3,57 66,20 0,52 0,37
3 40 6,15 57,01 1,03 0,64
4 60 8,10 51,97 1,49 0,85
5 80 9,11 49,04 1,78 0,94
6 100 9,78 46,63 2,00 1,01
7 120 9,78 45,31 2,06 1,01
8 140 10,37 44,35 2,23 1,07
9 160 10,71 43,58 2,35 1,11
Tabel 4.7. Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 8
jumlah sudu
No
Daya
Lampu
(Ω)
Daya Kincir
(Watt)
Putaran
Kincir
(rpm)
Torsi Kincir
(kg.m)
Efisiensi
(%)
1 0 3,66 84,86 0,41 0,27
2 20 3,48 64,44 0,52 0,26
3 40 6,41 56,32 1,09 0,47
4 60 7,61 50,80 1,43 0,56
5 80 8,54 47,48 1,72 0,63
6 100 8,77 44,34 1,89 0,65
7 120 9,26 42,89 2,06 0,68
8 140 9,74 41,67 2,23 0,72
9 160 9,62 41,16 2,23 0,71
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Tabel 4.8. Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 16
jumlah sudu
No
Daya
Lampu
(Ω)
Daya Kincir
(Watt)
Putaran
Kincir
(rpm)
Torsi Kincir
(kg.m)
Efisiensi
(%)
1 0 4,36 93,36 0,45 0,32
2 20 5,57 77,50 0,69 0,41
3 40 10,07 70,03 1,37 0,74
4 60 12,07 64,97 1,78 0,89
5 80 13,25 61,41 2,06 0,98
6 100 14,11 58,85 2,29 1,04
7 120 15,05 57,07 2,52 1,11
8 140 15,55 55,19 2,69 1,15
9 160 15,62 54,28 2,75 1,15
10 180 16,09 53,70 2,86 1,19
11 200 15,85 52,87 2,86 1,17
4.3.1. Grafik Hubungan Antara Torsi, Daya, Putaran, Head yang
Digunakan, Jumlah Sudu yang Digunakan, dan Beban yang Dipakai.
Dari hasil perhitungan pengolahan data maka didapatkan grafik
hubungan antara torsi (T) dan Head ketinggian yang digunakan untuk menjawab
pertanyaan tentang hubungan torsi yang dihasilkan dengan head ketinggian yang
digunakan. Dengan data – data dari tabel 4.5 sampai 4.8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Gambar 4.1. Grafik hubungan antara Head yang digunakan dengan Torsi
maksimal kincir.
Dari grafik terlihat bahwa pada ketinggian 2,5 meter dan 3,5 meter
dengan jumlah sudu 16 buah, torsi yang dihasilkan lebih besar nilainya dari pada
jumlah sudu 8 buah dengan ketinggian head yang sama. Torsi yang terdapat pada
ketinggian 2,5 meter nilainya pun lebih rendah dari pada yang ada pada ketinggian
3,5 meter baik untuk jumlah sudu 16 buah maupun jumlah sudu 8 buah.
Torsi pada kincir akan berhubungan dengan ketinggian dari head. Karena
kecepatan air berbanding lurus dengan head maka semakin tinggi head yang
digunakan semakin cepat pula air yang mengalir, sehingga torsi yang
dihasilkanpun akan semakin besar.
Untuk menjawab pertanyaan tentang pengaruh perubahan jumlah sudu
terhadap daya yang dihasilkan, maka dibuat grafik hubungan antara daya dengan
jumlah sudu yang digunakan. Dengan menggunakan data – data dari tabel 4.5;
4.6; 4.7; 4.8.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
2,5 3,5
Torsi (Kg.m)
Head (m)
8 Sudu
16 Sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Gambar 4.2. Grafik hubungan antara Jumlah Sudu yang digunakan dengan Daya
kincir yang dihasilkan.
Dari grafik terlihat bahwa pada jumlah sudu 8 buah dan 16 buah dengan
head 3,5 meter, daya yang dihasilkan lebih besar nilainya dari pada head 2,5 meter
dengan jumlah sudu yang sama. Daya yang dihasilkan pada jumlah sudu 8 buah
nilainya pun lebih rendah dari pada yang ada pada jumlah sudu 16 buah baik
untuk ketinggian 3,5 meter maupun ketinggian 2,5 meter.
Jumlah sudu pada kincir dapat mempengaruhi daya yang dihasilkan dari
kincir air. Pada saat air mengalir, maka kecepatan dari aliran air akan membentur
sudu sehingga membuat kincir berputar. Pada saat kincir mencapai daya maksimal
dan menggunakan sudu 16 buah, air yang mengalir dapat membentur sudu secara
terus menerus sehingga menyebabkan kincir dapat berputar dengan kecepatan
tetap sehingga torsi yang dihasilkan lebih besar dan daya yang terjadipun lebih
tinggi. Pada saat kincir mencapai daya maksimal dan menggunakan sudu 8 buah,
ada saat dimana air yang mengalir tidak dapat membentur sudu sehingga
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
8 16
Daya (Watt)
Jumlah Sudu
Grafik Jumlah Sudu Vs Daya
Head 3,5 meter
Head 2,5 meter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
menyebabkan kincir tidak dapat berputar dengan kecepatan tetap dikarenakan
terjadi pengereman. Sehingga torsi yang dihasilkan akan lebih kecil dan daya
yang terjadi juga lebih kecil.
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Torsi dengan Beban yang Digunakan.
Dari grafik terlihat bahwa pada waktu kincir diberi beban lampu, torsi
yang dihasilkan akan semakin besar baik untuk masing – masing variasi.
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara Putaran dengan Beban yang digunakan.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0 50 100 150 200 250
Torsi (Kg.m)
Daya Lampu (Watt)
Head 3,5 m; 16 Sudu
Head 3,5 m; 8 Sudu
Head 2,5 m; 8 Sudu
Head 2,5 m; 16 Sudu
Poly. (Head 3,5 m; 16 Sudu)
Poly. (Head 3,5 m; 8 Sudu)
Poly. (Head 2,5 m; 8 Sudu)
Poly. (Head 2,5 m; 16 Sudu)
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0 50 100 150 200 250
Putaran (rpm)
Daya Lampu (Watt)
Head 3,5; 16 Sudu
Head 3,5; 8 Sudu
Head 2,5; 16 Sudu
Head 2,5; 8 Sudu
Poly. (Head 3,5; 16 Sudu)
Poly. (Head 3,5; 8 Sudu)
Poly. (Head 2,5; 16 Sudu)
Poly. (Head 2,5; 8 Sudu)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Dari grafik terlihat bahwa pada waktu kincir diberi beban lampu, putaran
yang dihasilkan akan semakin kecil baik untuk masing – masing variasi.
Dari perhitungan didapatkan bahwa daya kincir yang terbesar yang
didapatkan oleh kincir air undershot ini dicapai pada kecepatan putaran 52,76 m/s
yaitu pada variasi dengan ketinggian head 3,5 meter dan sudu yang digunakan
berjumlah 16 buah sebesar 5,76 Watt. Hal ini membuktikan bahwa semakin
rendah kecepatan putar maka daya yang dihasilkan akan semakin besar karena
kecepatan air yang dipergunakan tetap.
Pada tabel hasil perhitungan 4.5 sampai 4.8 pada efisiensi kincir, untuk
efisiensi tertinggi dari kincir dengan head 3,5 meter didapatkan pada saat jumlah
sudu 16 buah yaitu 1,19 % didapatkan pada saat kincir mencapai torsi 2,86 kg.m,
putaran 53,70 rpm, dan daya mencapai 16,09 watt. Sedangkan untuk efisiensi
tertinggi dari kincir dengan head 2,5 meter didapatkan pada saat jumlah sudu 16
buah yaitu 1,11 % didapatkan pada saat kincir mencapai torsi 2,35 kg.m, putaran
45,38 rpm, dan daya mencapai 10,71 watt.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari pengujian model kincir air yang telah dilakukan, maka dapat
diambil beberapa kesimpulan :
1. Telah berhasil dibuat seperangkat alat kincir air beserta aplikasi
fungsionalnya.
2. Daya output yang tertinggi didapat pada kincir air dengan head 3,5
meter dan jumlah sudu 16 buah. Daya yang dihasilkan sebesar 54,68
Watt didapatkan pada saat putaran generator mencapai 178.60 rpm
dan pada torsi sebesar 1,78 kg.m.
3. Torsi kincir air yang tertinggi didapatkan pada ketinggian head 3,5 m
dan pada jumlah sudu 16 buah. Torsi yang dihasilkan sebesar 2,75
kg.m saat putaran kincir mencapai 54,28 rpm.
4. Efisiensi kincir yang tertinggi didapatkan pada head 3,5 meter dan
pada jumlah sudu 16 buah yaitu 1,19 % didapatkan pada saat torsi
mencapai 2,86 kg.m, putaran kincir mencapai 53,70 rpm, dan pada
saat daya kincir mencapai 16,09 watt.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
5.2. Saran
Beberapa hal penting yang dapat digunakan untuk penelitian berikutnya :
1. Head yang digunakan dapat ditingkatkan lagi agar dapat diperoleh
daya yang maksimal.
2. Variasi dalam pengambilan data dibuat lebih banyak lagi dengan
waktu pengambilan data yang lebih lama lagi, agar bisa mendapatkan
data yang lebih spesifik lagi.
3. Perlu dilakukan penambahan debit pada pompa atau penambahan
jumlah pompa agar ketinggian air pada bak penampung menjadi lebih
tinggi lagi atau dapat stabil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
DAFTAR PUSTAKA
Zahri, M. 2007. Pengaruh Tinggi Sudu Kincir Air Terhadap Daya dan Efisiensi
yang Dihasilkan., Indralaya: Universitas Sriwijaya
Sahri, Ahmad. 2006. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro dengan
Menggunakan Penggerak Kincir Air, Yogyakarta
Bambang, K. 2005. PLTMH Dusun Bendo Kecamatan Wukirsari, Yogyakarta
Viktor, L. Streeter E. dan Benyamin Wylie. 1993. Mekanika Fluida Jilid I, Edisi
delapan. Jakarta : Penerbit Erlangga
Wibowo, W. 2002. Kincir Air Pembangkit Listrik, Yogyakarta : Universitas
Sanata Dharma
Giles, R.V. 1986. Mekanika Fluida dan Hidraulika, Jakarta : Penerbit Erlangga
Dietzel, F. 1992. Turbin Pompa dan Kompresor, Jakarta : Penerbit Erlangga
T. R. Hazen, Efficiency of Water Wheels,
http://www.angelfire.com/journal/millbuilder/efficiency.html, diakses 24
September 2011
Anonim, Drag Coefficient,
http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient#External_links, diakses 20 Oktober
2011
NASA, The Drag Coefficient, http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-
12/airplane/dragco.html, Diakses 20 Oktober 2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LAMPIRAN
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1. Gambar Bak Penampung
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2. Gambar Kanal Saluran Air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3. Gambar Dudukan Kanal
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4. Gambar Dudukan Kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5. Gambar kincir air undershot
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1. Gambar Sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2. Gambar Roda Kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3. Gambar Inner Ring
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Recommended