Unjuk kerja kincir air undershot dengan sudu setengah lingkaran - USD Repository

  

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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 TERPUJI

  

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

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 TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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

  2 frontal 1,038 m .

  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 TERPUJI

  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 TERPUJI

  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

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...............................................................................................i

HALAMAN PERSETUJUAN.............................................................................iii

HALAMAN PENGESAHAN...............................................................................iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..........................................v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI.........................vi

  2.2 Dasar Teori...............................................................................................7

  3.4 Variabel yang Diukur.............................................................................27

  3.3 Variabel yang Divariasikan....................................................................27

  3.2 Prinsip Kerja Alat...................................................................................26

  3.1 Alat Penelitian........................................................................................17

  

BAB III. METODE PENELITIAN....................................................................17

  2.3 Persamaan yang Digunakan....................................................................10

  2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan............................................................6

  

INTISARI.............................................................................................................vii

KATA PENGANTAR.........................................................................................viii

DAFTAR ISI..........................................................................................................xi

DAFTAR TABEL...............................................................................................xiii

DAFTAR GAMBAR...........................................................................................xiv

  

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA...........................................................................6

  1.4 Manfaat Penelitian....................................................................................4

  1.3 Tujuan Penelitian......................................................................................3

  1.2 Batasan Masalah.......................................................................................3

  1.1 Latar Belakang..........................................................................................1

  

BAB I. PENDAHULUAN......................................................................................1

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

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

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8 jumlah sudu.........................................................................................30Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16 jumlah sudu............................................................................................31Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 8 jumlah sudu............................................................................................31Tabel 4.4 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 16 jumlah sudu............................................................................................32Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8 jumlah sudu............................................................................................37Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16 jumlah sudu............................................................................................38Tabel 4.7 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 8 jumlah sudu............................................................................................38Tabel 4.8 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 16 jumlah sudu............................................................................................38

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Salah satu contoh pemanfaatan kincir air undershot........................8Gambar 2.2 Penampang sudu kincir...................................................................12Gambar 3.1 Skema Alat.....................................................................................17Gambar 3.2 Roda Kincir Air Undershot.............................................................19Gambar 3.3 Skema Alat Pendukung Pengukuran Daya.....................................21Gambar 3.4 Skema Alat Pendukung Pengukuran Torsi.....................................22Gambar 3.5 Neraca Pegas...................................................................................22Gambar 3.6 Generator Listrik.............................................................................23Gambar 3.7 Susunan Lampu Sebagai Beban.....................................................24Gambar 3.8 Tachometer.....................................................................................24Gambar 3.9 Pompa Air.......................................................................................25Gambar 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 TERPUJI

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

PLAGIAT 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 di
• – 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 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 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 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 TERPUJI

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 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 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 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 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 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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  12

  dengan :

  3

  ) : masa jenis air (kg/m

  2

  g : percepatan gravitasi (m/s )

3 Q : debit yang digunakan (m )

  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 TERPUJI

  13 θ

  b c

  a A

_{2 A}

_{1 A 3} F F

  

1

  2 F

  3 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 A : Luas sudu yang tercelup air

  1 A 2 : Luas sudu yang tercelup air proyeksi II

  A

  3 : Luas sudu yang tercelup air proyeksi III

  Panjang proyeksi sudu Panjang proyeksi sudu yang tercelup air

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  14

  Panjang bidang vertikal dari proyeksi c A

  1 = tinggi sudu x panjang sudu yang tercelup air

  A = Tinggi sudu x bidang vertikal dari proyeksi c

  2 A 2 = A

  3 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 :

• 3

  Gaya fluida yang berada di depan sudu :

3 F = Q (m ) x v (m/s)

  /s) x ρ (kg/m

2 Q = A (m ) x v (m/s)

  Didapatkan persamaan gabungan adalah : (2.5)

  (Sumber : Wibowo 2002)

PLAGIAT 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 : C d = coeficient of drag

  ⁄ ) = massa jenis air ( = kecepatan putar kincir

2 A = Luas area ( m )

  Sehingga gaya total yang bekerja pada sudu kincir : F = F (N) (2.7)

  kincir dorong – F drag 7.

  Torsi Torsi yang dihasilkan oleh putaran kincir ditentukan dengan persamaan

PLAGIAT 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 TERPUJI

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.

  1

  7

  2

  3

  4

  5

  6

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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 TERPUJI

5. Roda kincir undershot

  7

  6

  9

  10

  8 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.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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 TERPUJI

  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 TERPUJI

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.

  1

  2

  3 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

• 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.

  Generator

Gambar 3.6. Motor Listrik

  Puli

• Digunakan untuk menaikan putaran kincir sehingga dapat dihasilkan putaran yang lebih besar untuk motor generator. Puli yang digu nakan adalah puli 22” dan puli 8”

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

• 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.

  Beban

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.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

• 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

  : NS-100 Model o

  : 10 hp Power o

  : 449 U.S. GPM Maximum Capacity o

  : 82 ft Maximum Total Head o

  : 2000 rpm Putaran

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Spesifikasi pompa 2 o : NS-50

  Model o : 3 hp

  Power o : 145 U.S. GPM

  Maximum Capacity o : 66 ft

  Maximum Total Head o :2800 rpm

  Putaran

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 TERPUJI

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 TERPUJI

  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 TERPUJI

  Jika semua sudah siap nyalakan pompa.

  Bila ketinggian air pada bak penenang sudah mencukupi, lakukan pengukuran.

  Tam

  Ukur jumlah putaran yang terjadi

  b ah kan v ari asi

  Ukur besarnya massa pengimbang torsi

  k e ti n g g ian dan peng

  Ukur kuat arus dan tegangan yang dihasilkan generator dari variasi lampu

  u ran

  off sampai maksimal

  g an jum la h sud u m

  Catat data

• – data yang dihasilkan

  enjad i 8 bu ah

  Hasil dari pengujian kemudian dicatat.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

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) 21,67 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 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) 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) 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