Rancang Bangun Alat Pembangkit Listrik Tenaga Air Irigasi
TINJAUAN PUSTAKA
Lisrik
Tenaga listrik merupakan landasan bagi kehidupan modern, dan
tersedianya dalam jumlah dan mutu yang cukup menjadi syarat bagi masyarakat
yang memiliki taraf kehidupan yang baik dan perkembangan industri yang maju.
Pembangkitan, yaitu produksi tenaga listrik , dilakukan dalam pusat tenaga listrik
atau sentral dengan mempergunakan penggerak mula dan generator. Transmisi
atau penyaluran, adalah pemindahan tenaga listrik dari pusat tenaga listrik secara
besar-besaran ke gardu induk, yang terletak berdekatan dengan suatu pusat
pemakaian berupa kota atau industri besar. Dari gardu induk tenaga listrik
didistribusikan ke gardu distribusi dan ke para pemakai atau konsumen(Kadir.
1996).
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari
pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap
satuan waktu. Arus listrik (I) yang mengalir melalui penghantar didefinisikan
sebagai banyaknya muatan listrik (Q) yang mengalir setiap satu satuan waktu (t)
Secara matematis dapat dituliskan:
I = Q/T………………………………………………………………………… (1)
Dimana :
I = arus listrik (A)
Q = muatan listrik (C)
t
= selang waktu (s)
Arus listrik dapat diukur dalam satuan coulomb/detik atau ampere.Contoh
arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam
5
Universitas Sumatera Utara
6
satuan mikroAmpere (μA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat
kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan
sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah
konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung
pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm (Indah P. 2011).
Pembangkit Listrik
Pembangkitan tenga listrik sebagian besar dilakukan dengan cara memutar
generator sinkron sehingga didapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik tiga
fase. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron didapat
dari mesin penggerak generator atau biasa disebut penggerak mula (prime mover).
Mesin pengerak generator yang banyak digunakan dalam praktik, yaitu :mesin
diesel, turbin uap, turbin air, dan turbin gas (Marsudi, 2005).
Pembangkit listrik tenaga air diperagakan secara besar-besaran dalam
berbagai jenis. Hampir setiap proyek tenaga air mempunyai sesuatu yang sangat
menarik perhatian, yang tidak sebagaimana biasanyadidapati diproyek-proyek lain
yang sama tipenya. Pembangkit tenaga air dapat diklasifikasikan atas dasar lokasi,
keadaan topografi, ketersediaan kolam penampungan, tingkatan pengoperasian
tinggi jatuh air, keadaan hidrolis pembangkitnya sendiri, dan sebagainya
(Dandekar dan Sharma, 1991).
Sebuah Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) mengubah energi dari air yang
bergerak menjadi energi listrik dangan mempergunakan sebuah kincir air yang
terpasang pada generator listrik. Sebagaimana diketahui dalam ilmu fisika, setiap
benda dan juga air, yang berada dipermukaan bumi, memiliki energi
potensialdengan rumus sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
7
E = m.g.H ……………………………………………………………………… (2)
Dimana :
E = energi potensial (joule)
m = masaa (kg)
g = percepatan grafitasi (m/s2)
H = tinggi relativ pada permukaan bumi (m)
Dari rumus diatas dapat dijabarkan :
dE = dm.g.H
Bilamana dE merupakan elemen energi yang dibangkitkan oleh elemen massa dan
melalui jarak tinggi H.
Maka dapat dirumuskan:
P = ρ. g. Q. H …………………………………………………………………..(3)
Dengan:
P = daya (kwh)
ρ = efisiensi sistem (0,6-0.9)
g = gravitasi (m/det2)
H = tinggi terjun (m)
Q = debit air (m3/det)
(Kadir. 1996).
Daya Listrik
Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalamrangkaian
listrik.Satuan SI daya listrik adalah watt.Arus listrik yang mengalirdalam rangkaian
dengan hambatan listrik menimbulkan kerja. Perantimengkonversi kerja ini ke dalam
berbagai bentuk yang berguna, seperti panas(seperti pada pemanas listrik), cahaya
Universitas Sumatera Utara
8
(seperti pada bola lampu), energi kinetik(motor listrik), dan suara (loudspeaker).
Listrik dapat diperoleh dari pembangkitlistrik atau penyimpan energi seperti
baterai (Harnovi, 2003).
Menurut hukum Joule, kawat yang memiliki hambatan besar akan
menghasilkan energi panas dalam jumlah yang besar pula. Jenis logam-logam
tertentu jika dialiri listrik dapat menghasilkan energi kalor yang besar, misalnya
nikel, krom, dan nikrom serta campuran antara nikel dan krom. Logam-logam ini
apabila dialiri arus listrik suhunya cepat meningkat hingga tampak membara, oleh
karena itu jenis logamlogam ini banyak dipakai sebagai elemen pemanas pada
setrika listrik, kompor listrik, dan solder (Adiwarsito, 2009).
Saluran Irigasi
Pengertian irigasi secara umum yaitu pemberian air pada tanah untuk
memenuhi kebutuhan air tanaman. Tujuan umum irigasi kemudian dirinci lebih
lanjut, yaitu:
1. Menjamin keberhasilan produksi tanaman dalam menghadapi kekeringan
jangka pendek
2. Mendinginkan tanah dan atmosfir sehingga cocok untuk pertumbuhan
tanaman
3. Mengurangi bahaya kekeringan
4. Mencuci/ melarutkan garam dalam tanah
5. Mengurangi bahaya pemipaan tanah
6. Melunakkan lapisan olah dan gumpalan-gumpalan tanah
7. Mencegah pertumbuhan gulma dengan cara pendinginan melalui evaporasi
atau evapotranspirasi
Universitas Sumatera Utara
9
(Pusposutardjo, 2001).
Irigasi adalah usaha penyediaan dan pengaturan air untuk menunjang
pertanian.Dalam pengelolaan irigasi diperlukan jaringan irigasi yang terdiri dari
jaringan utama dan jaringan tersier.Jaringan utama merupakan jaringan irigasi
yang berada dalam satu sistem irigasi mulai dari bangunan utama, saluran
induk/primer, saluran sekunder, dan bangunan sadap serta bangunan pelengkap
lainnya.Saluran primer adalah saluran yang membawa air dari bangunan utama ke
saluran sekunder dan ke petak – petak tersier yang diairi.Saluran sekunder adalah
saluran yang membawa air dari saluran primer ke saluran tersier dan petak – petak
tersier yang diairi.Sedangkan jaringan tersier merupakan jaringan irigasi yang
berfungsi sebagai prasarana pelayanan air di dalam petak tersier yang terdiri dari
saluran pembawa disebut saluran tersier, saluran pembagi yang disebut saluran
kuarter dan saluran pembuang (Bunganaen, 2008).
Debit Air
Debit air adalah suatu besaran yang menyatakan banyaknya air yang
mengalir dari suatu sumber persatuan waktu, biasanya diukur dalam satuan liter
per detik. Pengukuran debit dapat dilakukan dengan berbagai cara antara
lain:
1. Pengukuran debit dengan bending (sekat ukur)
2. Pengukuran debit berdasarkan kerapatan larutan obat
3. Pengukuran kecepatan aliran dan luas penampang melintang, dalam hal ini
untuk mengukur kecepatan arus digunakan pelampung atau pengukur arus
4. Pengukuran dengan menggunakan alat-alat tertentu.
(Dumairy, 1992).
Universitas Sumatera Utara
10
Rancang Bangun Alat
Kincir air
Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi
mekanik berupa torsi pada poros kincir.Ada beberapa tipe kincir air yaitu :
1. Kincir Air Overshot
2. Kincir Air Undershot
3. Kincir Air Breastshot
4. Kincir Air Tub
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. Kincir
air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan
jenis kincir air yang lain
Keuntungan
1. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%
2. Tidak membutuhkan aliran yang deras
3. Konstruksi yang sederhana
4. Mudah dalam perawatan
5. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir
Kerugian
1. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau
bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
2. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi
3. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan
4. Daya yang dihasilkan relatif kecil
Universitas Sumatera Utara
11
(Wahyono, 2007).
Kincir atau daya yang dihasilkan kincir air bersumber dari energi kinetik
air (aliran air). Apabila aliran air diarahkan pada suatu bidang atau dinding akan
menerima gayaakibat tumbukan air terhadap bidang/ dinding tersebut. Apabila
dinding-dinding tersebut dipasangkan pada keliling roda maka gaya-gaya
tumbukan pada dinding tersebut akan menimbulkan torsi yang akan menyebabkan
roda berputas pada porosnya. Maka energi kinetik sudah berubah menjadi energi
mekanik dalam bentuk petaran.
Sesuai dengan prinsip tumbukan maka besarnya gaya yang bekerja pada suatu
dinding atau bidang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
F=
� � � � �2
2�
……………………………………………………...…….………..(4)
Dimana :
F = gaya yang diterima dinding (kg/m)
ρ = berat jenis air (1000 kg/m3)
A = luas permukaan dinding (m2)
V = kecepatan aliran air (m/det)
Sementara luas permukaan tumbukan adalah :
A = b .h ………………………………………………………………………..(5)
b = lebar sudu (m)
h = tinggi sudu (m)
Kerja yang dihasilkan untuk 1 kg air/detik adalah gaya yang bekerja dikalikan
dengan efisiensi maxsimum, maka kerja (W) adalah :
W = F .e
(kg/m)……………………………………………….…………..(6)
e = efisiensi maksimum
Universitas Sumatera Utara
12
besarnya laju aliran adalah = volume x massa jenis
G = (b.h.V) ρ
(kg/det)…………………………………………………..(7)
Maka daya yang dihasilkan roda kincir dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut:
(kg2/m det)…………………….…………….…………..(8)
P=W.G
Dengan persamaan diameter (D), dan jumlah putaran yang dihasilkan dari roda
kincir maka efisiensi dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
e=
�.�.�
60
……………………………………………………………………….(9)
(Yusri, dkk. 2004)
Menghitung torsi motor jika diketahui daya motor dan kecepatam motor,
hubngungan antara horse power, torsi dan kecepatan dapatdihitung dengan
menggunakan rumus :
T=
5250 � ��
�
……………………………………………………………………(10)
Dimana :
T
= torsi motor (dalam lb ft)
n
= kecepatan putar motor (rpm)
HP
= Daya kuda motor ( HP=746 watt)
(Anonimous, 2013).
Puli (Pulley)
Pulley sabuk dibuat dari besi-cor atau dari baja.Pulley kayu tidak banyak
lagi
dijumpai.Untuk
konstruksi
ringan
diterapkan
pulley
dari
paduan
aluminium.Pulley sabuk baja terutama cocok untuk kecepatan sabuk yang tinggi
(di atas
35 m/det) (Stolk dan Kros, 1981).
Universitas Sumatera Utara
13
Untuk menghitung kecepatan atau ukuran roda transmisi, putaran transmisi
penggerak dikalikan diameternya adalah sama dengan putaran roda transmisi yang
digerakkan dikalikan dengan diameternya.
SD (penggerak) = SD (yang digerakkan) …………………………………………..(11)
Dimana :
S = Kecepatan putar pulley (rpm)
D= Diameter pulley (mm)
(Smith dan Wilkes, 1990).
Pemasangan puli antara lain dapat dilakukan dengan cara:
- Horizontal, pemasangan puli dapat dilakukan dengan cara mendatar di mana
pasangan puli terletak pada sumbu mendatar.
- Vertikal, pemasangan puli dilakukan secara tegak dimana letak pasangan puli
adalah pada sumbu vertikal. Pada pemasangan ini akan terjadi getaran pada
bagian mekanisme serta penurunan umur sabuk
(Mabie and Ocvirk, 1967).
Dengan mengetahui putaran pada motor, putaran pada poros, dan
perencanaan diameter pulley penggerak maka dapat ditentukan diameter pulley
yang digerakkan dapat diketahui dengan persamaan berikut:
Untuk menurunkan putaran maka dipakai rumus perbandingan reduksi i (i > 1).
�1
�2
��
= i = �� ……………………………………………………………………(12)
Dimana :
i = Perbandingan reduksi
n1 = Putaran pulley penggerak (rpm)
n2 = Putaran pulley yang digerakan (rpm)
Universitas Sumatera Utara
14
dp= Diameter pulley penggerak (mm)
Dp= Diameter pulley yang digerakkan (mm)
(Yusman T , Yudi G. 2010).
Sabuk V
Sabuk V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.
SabukVdibelitkan di sekitar alur pulley yang berbentuk V pula. Transmisi sabuk
yangbekerja atas dasar gesekan belitan mempunyai beberapa keuntungan karena
murahharganya, sederhana konstruksinya dan mudah untuk mendapatkan
perbandinganputaran yang diinginkan. Transmisi tersebut telah digunakan dalam
semua bidangindustri, misalnya mesin-mesin pabrik, otomobil, mesin pertanian,
alatkedokteran, mesin kantor dan alat-alat listrik. Kekurangan yang ada pada
sabukini adalah terjadinya slip antara sabuk dan pulley sehingga tidak dapat
dipakaiuntuk putaran tetap atau perbandingan transmisi yang tetap (Daryanto,
1993).
Susunan khas sabuk V terdiri atas :
1. Bagian elastis yang tahan tegangan dan bagian yang tahan kompresi
2. Bagian yang membawa beban yang dibuat dari bahan tenunan dengan
daya rentangan yang rendah dan tahan minyak sebagai pembalut
(Smith dan Wilkes, 1990).
Menurut Smith dan Wilkes (1990), apabila pemindahan dayamenggunakan
dua roda transisi, maka hubungan antara jarak kedua titik pusatsumbu roda
transisi dengan panjang sabuk dapat ditentukan dengan rumus:
L = 2C + 1,57(D + d) +
(D−d)2
4C
……………………….……………..(13)
dimana:
Universitas Sumatera Utara
15
L = Panjang efektif sabuk (mm)
C = Jarak antara kedua sumbu roda transisi (mm)
D = Diameter luar efektif roda transmisi yang besar (mm)
d = Diameter luar efektif roda transmisi yang kecil (mm)
Generator
Dalam bentuknya yang sederhana sebuah generator listrik terdiri dari atas
magnet dan kumparan. Bilamana terdapat suatu gerakan antara kedua komponen
diatas, garis- garis gaya magnet memotong belitan-belitan kumparan dan suatu
gerak gaya listrik (ggl) akan dibangkitkan. Sebuah generator listrik atau alternator
modern atas suatu sistim elektro magnet dan suatu almatur yang terdiri atas
sejumlah kumparan dari konduktor berisolasi yang diletakkan dalam alur (slot)
inti besi berlaminasi. Berdasarkan hokum induksi Faraday besar gaya gerak
listrik yang diinduksi adalah:
GGL = Dengan:
�
��
∫� �. ��……………………………………………………….…. (14)
GGL = gaya gerak listrik, (V)
-
dt
= elemen waktu t, (S)
B
= induksi magnet, (Wb/m2)
S
= permukaan S, (m2)
= tanda selaku besaran vektor.
(Kadir, 1996)
Berdasarkan arah porosnya, generator turbin air dibagi dalam golongan
poros datar (horizontal) dan golongan poros tegak (vertikal).Golongan poros datar
sesuai untuk mesin-mesin berdaya kecil atau mesin- mesin berputaran tinggi,
Universitas Sumatera Utara
16
sedang golongan poros tegak sesuai mesin- mesin berdaya besar atau mesin
berputaran rendah.Penggunaan golongan poros tegak sangat baik bagi generator
turbin air, antara lain, karena golongan poros tegak memerlukan luas ruangan
yang kecil dibanding dengan golongan poros datar
(Arismunandar, 1991).
Inverter
inverter adalah suatu rangkaian yang berfungsi mengubah tegangan
masukan arus searah (DC) menjadi tegangan keluaran arus bolak-balik (AC) yang
besar tegangan dan frekuensinya dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan.
Prinsip kerja dari inverter dapat secara sederhana dapat dijelaskan dengan
menggunakan saklar mekanik.berdasarkan jumlah phasanya, inverter dapat dapat
dibedakan atas: (1) inverter satu phasa, (2) inverter tiga phasa. Sedangkan
berdasarkan konfigurasinya, rangkaian daya inverter satu phasa dapat dibedakan
atas: (1) inverter satu phasa setengah jembatan, (2) inverter satu phasa dengan
beban tap tengah, dan (3) inverter satu phasa jembatan penuh. Sumber tegangan
dc yang berasal dari sumber energi terbaharukan yang dikoneksikan dengan
sistem jaringan listrik membutuhkan proses sinkronisasi. Sinkronisasi adalah
suatu cara untuk menhubungkandua sumber atau beban arus bolak-balik (ac).
proses tersebut dilakukan dengan mengontrol kerja inverter (pengubah tegangan
dc ke ac) yang karakteristiknya sesuai dan agar bisa digunakan sebagaimana
sumber listrik pada jaringan listrik . sehinggainverter tersebut dapat menghasilkan
amplitude sesaat, fase dan frekuensinya yang sesuai dengan jaringan listrik
(Saragih, 2008).
Universitas Sumatera Utara
17
Bola lampu
Lampu adalah sebuah peranti yang memproduksi cahaya.Kata "lampu"
dapat juga berarti bola lampu.Ada berbagai macam lampu diantaranya lampu
pjiar, lampu neon.lampu busur, lampu mercuri, LED, dan sebagainya. Lampu
pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik
melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya. Kaca yang
menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk berhubungan
dengannya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat teroksidasi. Lampu
pijar dipasarkan dalam berbagai macam bentuk dan tersedia untuk tegangan
(voltase) kerja yang bervariasi dari mulai 1,25 volt hingga 300 volt. Energi listrik
yang diperlukan lampu pijar untuk menghasilkan cahaya yang terang lebih besar
dibandingkan dengan sumber cahaya buatan lainnya seperti lampu pendar dan
diode cahaya, maka secara bertahap pada beberapa negara peredaran lampu pijar
mulai dibatasi (Panjaitan dan S.tevano, 2012).
PembuatandanBiaya
Bahan yang diperlukan untuk membuat kincir adalah plat untuk kipaskipas, besi beton, sumbu kincir, rotor kincir, puli transmisi, belt V, generator, besi
untuk
kerangka,
drum
dll.Untuk
membuat pembangkitlistrikmikrokincir
air diperlukan: mesin bubut, mesin bor, mesin milling, gerinda, las listrik, las
acetelin. Peralatan: gunting plat, bending plat, palu, gergaji, bor tangan dll.
Biaya membuat pembangkit listrik kincir air diantaranya: pembuatan alat,
pembelian bahan, biaya perlengkapan, dan biaya operasional.
Universitas Sumatera Utara
Lisrik
Tenaga listrik merupakan landasan bagi kehidupan modern, dan
tersedianya dalam jumlah dan mutu yang cukup menjadi syarat bagi masyarakat
yang memiliki taraf kehidupan yang baik dan perkembangan industri yang maju.
Pembangkitan, yaitu produksi tenaga listrik , dilakukan dalam pusat tenaga listrik
atau sentral dengan mempergunakan penggerak mula dan generator. Transmisi
atau penyaluran, adalah pemindahan tenaga listrik dari pusat tenaga listrik secara
besar-besaran ke gardu induk, yang terletak berdekatan dengan suatu pusat
pemakaian berupa kota atau industri besar. Dari gardu induk tenaga listrik
didistribusikan ke gardu distribusi dan ke para pemakai atau konsumen(Kadir.
1996).
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari
pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap
satuan waktu. Arus listrik (I) yang mengalir melalui penghantar didefinisikan
sebagai banyaknya muatan listrik (Q) yang mengalir setiap satu satuan waktu (t)
Secara matematis dapat dituliskan:
I = Q/T………………………………………………………………………… (1)
Dimana :
I = arus listrik (A)
Q = muatan listrik (C)
t
= selang waktu (s)
Arus listrik dapat diukur dalam satuan coulomb/detik atau ampere.Contoh
arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam
5
Universitas Sumatera Utara
6
satuan mikroAmpere (μA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat
kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan
sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah
konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung
pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm (Indah P. 2011).
Pembangkit Listrik
Pembangkitan tenga listrik sebagian besar dilakukan dengan cara memutar
generator sinkron sehingga didapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik tiga
fase. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron didapat
dari mesin penggerak generator atau biasa disebut penggerak mula (prime mover).
Mesin pengerak generator yang banyak digunakan dalam praktik, yaitu :mesin
diesel, turbin uap, turbin air, dan turbin gas (Marsudi, 2005).
Pembangkit listrik tenaga air diperagakan secara besar-besaran dalam
berbagai jenis. Hampir setiap proyek tenaga air mempunyai sesuatu yang sangat
menarik perhatian, yang tidak sebagaimana biasanyadidapati diproyek-proyek lain
yang sama tipenya. Pembangkit tenaga air dapat diklasifikasikan atas dasar lokasi,
keadaan topografi, ketersediaan kolam penampungan, tingkatan pengoperasian
tinggi jatuh air, keadaan hidrolis pembangkitnya sendiri, dan sebagainya
(Dandekar dan Sharma, 1991).
Sebuah Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) mengubah energi dari air yang
bergerak menjadi energi listrik dangan mempergunakan sebuah kincir air yang
terpasang pada generator listrik. Sebagaimana diketahui dalam ilmu fisika, setiap
benda dan juga air, yang berada dipermukaan bumi, memiliki energi
potensialdengan rumus sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
7
E = m.g.H ……………………………………………………………………… (2)
Dimana :
E = energi potensial (joule)
m = masaa (kg)
g = percepatan grafitasi (m/s2)
H = tinggi relativ pada permukaan bumi (m)
Dari rumus diatas dapat dijabarkan :
dE = dm.g.H
Bilamana dE merupakan elemen energi yang dibangkitkan oleh elemen massa dan
melalui jarak tinggi H.
Maka dapat dirumuskan:
P = ρ. g. Q. H …………………………………………………………………..(3)
Dengan:
P = daya (kwh)
ρ = efisiensi sistem (0,6-0.9)
g = gravitasi (m/det2)
H = tinggi terjun (m)
Q = debit air (m3/det)
(Kadir. 1996).
Daya Listrik
Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalamrangkaian
listrik.Satuan SI daya listrik adalah watt.Arus listrik yang mengalirdalam rangkaian
dengan hambatan listrik menimbulkan kerja. Perantimengkonversi kerja ini ke dalam
berbagai bentuk yang berguna, seperti panas(seperti pada pemanas listrik), cahaya
Universitas Sumatera Utara
8
(seperti pada bola lampu), energi kinetik(motor listrik), dan suara (loudspeaker).
Listrik dapat diperoleh dari pembangkitlistrik atau penyimpan energi seperti
baterai (Harnovi, 2003).
Menurut hukum Joule, kawat yang memiliki hambatan besar akan
menghasilkan energi panas dalam jumlah yang besar pula. Jenis logam-logam
tertentu jika dialiri listrik dapat menghasilkan energi kalor yang besar, misalnya
nikel, krom, dan nikrom serta campuran antara nikel dan krom. Logam-logam ini
apabila dialiri arus listrik suhunya cepat meningkat hingga tampak membara, oleh
karena itu jenis logamlogam ini banyak dipakai sebagai elemen pemanas pada
setrika listrik, kompor listrik, dan solder (Adiwarsito, 2009).
Saluran Irigasi
Pengertian irigasi secara umum yaitu pemberian air pada tanah untuk
memenuhi kebutuhan air tanaman. Tujuan umum irigasi kemudian dirinci lebih
lanjut, yaitu:
1. Menjamin keberhasilan produksi tanaman dalam menghadapi kekeringan
jangka pendek
2. Mendinginkan tanah dan atmosfir sehingga cocok untuk pertumbuhan
tanaman
3. Mengurangi bahaya kekeringan
4. Mencuci/ melarutkan garam dalam tanah
5. Mengurangi bahaya pemipaan tanah
6. Melunakkan lapisan olah dan gumpalan-gumpalan tanah
7. Mencegah pertumbuhan gulma dengan cara pendinginan melalui evaporasi
atau evapotranspirasi
Universitas Sumatera Utara
9
(Pusposutardjo, 2001).
Irigasi adalah usaha penyediaan dan pengaturan air untuk menunjang
pertanian.Dalam pengelolaan irigasi diperlukan jaringan irigasi yang terdiri dari
jaringan utama dan jaringan tersier.Jaringan utama merupakan jaringan irigasi
yang berada dalam satu sistem irigasi mulai dari bangunan utama, saluran
induk/primer, saluran sekunder, dan bangunan sadap serta bangunan pelengkap
lainnya.Saluran primer adalah saluran yang membawa air dari bangunan utama ke
saluran sekunder dan ke petak – petak tersier yang diairi.Saluran sekunder adalah
saluran yang membawa air dari saluran primer ke saluran tersier dan petak – petak
tersier yang diairi.Sedangkan jaringan tersier merupakan jaringan irigasi yang
berfungsi sebagai prasarana pelayanan air di dalam petak tersier yang terdiri dari
saluran pembawa disebut saluran tersier, saluran pembagi yang disebut saluran
kuarter dan saluran pembuang (Bunganaen, 2008).
Debit Air
Debit air adalah suatu besaran yang menyatakan banyaknya air yang
mengalir dari suatu sumber persatuan waktu, biasanya diukur dalam satuan liter
per detik. Pengukuran debit dapat dilakukan dengan berbagai cara antara
lain:
1. Pengukuran debit dengan bending (sekat ukur)
2. Pengukuran debit berdasarkan kerapatan larutan obat
3. Pengukuran kecepatan aliran dan luas penampang melintang, dalam hal ini
untuk mengukur kecepatan arus digunakan pelampung atau pengukur arus
4. Pengukuran dengan menggunakan alat-alat tertentu.
(Dumairy, 1992).
Universitas Sumatera Utara
10
Rancang Bangun Alat
Kincir air
Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi
mekanik berupa torsi pada poros kincir.Ada beberapa tipe kincir air yaitu :
1. Kincir Air Overshot
2. Kincir Air Undershot
3. Kincir Air Breastshot
4. Kincir Air Tub
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. Kincir
air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan
jenis kincir air yang lain
Keuntungan
1. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%
2. Tidak membutuhkan aliran yang deras
3. Konstruksi yang sederhana
4. Mudah dalam perawatan
5. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir
Kerugian
1. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau
bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
2. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi
3. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan
4. Daya yang dihasilkan relatif kecil
Universitas Sumatera Utara
11
(Wahyono, 2007).
Kincir atau daya yang dihasilkan kincir air bersumber dari energi kinetik
air (aliran air). Apabila aliran air diarahkan pada suatu bidang atau dinding akan
menerima gayaakibat tumbukan air terhadap bidang/ dinding tersebut. Apabila
dinding-dinding tersebut dipasangkan pada keliling roda maka gaya-gaya
tumbukan pada dinding tersebut akan menimbulkan torsi yang akan menyebabkan
roda berputas pada porosnya. Maka energi kinetik sudah berubah menjadi energi
mekanik dalam bentuk petaran.
Sesuai dengan prinsip tumbukan maka besarnya gaya yang bekerja pada suatu
dinding atau bidang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
F=
� � � � �2
2�
……………………………………………………...…….………..(4)
Dimana :
F = gaya yang diterima dinding (kg/m)
ρ = berat jenis air (1000 kg/m3)
A = luas permukaan dinding (m2)
V = kecepatan aliran air (m/det)
Sementara luas permukaan tumbukan adalah :
A = b .h ………………………………………………………………………..(5)
b = lebar sudu (m)
h = tinggi sudu (m)
Kerja yang dihasilkan untuk 1 kg air/detik adalah gaya yang bekerja dikalikan
dengan efisiensi maxsimum, maka kerja (W) adalah :
W = F .e
(kg/m)……………………………………………….…………..(6)
e = efisiensi maksimum
Universitas Sumatera Utara
12
besarnya laju aliran adalah = volume x massa jenis
G = (b.h.V) ρ
(kg/det)…………………………………………………..(7)
Maka daya yang dihasilkan roda kincir dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut:
(kg2/m det)…………………….…………….…………..(8)
P=W.G
Dengan persamaan diameter (D), dan jumlah putaran yang dihasilkan dari roda
kincir maka efisiensi dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
e=
�.�.�
60
……………………………………………………………………….(9)
(Yusri, dkk. 2004)
Menghitung torsi motor jika diketahui daya motor dan kecepatam motor,
hubngungan antara horse power, torsi dan kecepatan dapatdihitung dengan
menggunakan rumus :
T=
5250 � ��
�
……………………………………………………………………(10)
Dimana :
T
= torsi motor (dalam lb ft)
n
= kecepatan putar motor (rpm)
HP
= Daya kuda motor ( HP=746 watt)
(Anonimous, 2013).
Puli (Pulley)
Pulley sabuk dibuat dari besi-cor atau dari baja.Pulley kayu tidak banyak
lagi
dijumpai.Untuk
konstruksi
ringan
diterapkan
pulley
dari
paduan
aluminium.Pulley sabuk baja terutama cocok untuk kecepatan sabuk yang tinggi
(di atas
35 m/det) (Stolk dan Kros, 1981).
Universitas Sumatera Utara
13
Untuk menghitung kecepatan atau ukuran roda transmisi, putaran transmisi
penggerak dikalikan diameternya adalah sama dengan putaran roda transmisi yang
digerakkan dikalikan dengan diameternya.
SD (penggerak) = SD (yang digerakkan) …………………………………………..(11)
Dimana :
S = Kecepatan putar pulley (rpm)
D= Diameter pulley (mm)
(Smith dan Wilkes, 1990).
Pemasangan puli antara lain dapat dilakukan dengan cara:
- Horizontal, pemasangan puli dapat dilakukan dengan cara mendatar di mana
pasangan puli terletak pada sumbu mendatar.
- Vertikal, pemasangan puli dilakukan secara tegak dimana letak pasangan puli
adalah pada sumbu vertikal. Pada pemasangan ini akan terjadi getaran pada
bagian mekanisme serta penurunan umur sabuk
(Mabie and Ocvirk, 1967).
Dengan mengetahui putaran pada motor, putaran pada poros, dan
perencanaan diameter pulley penggerak maka dapat ditentukan diameter pulley
yang digerakkan dapat diketahui dengan persamaan berikut:
Untuk menurunkan putaran maka dipakai rumus perbandingan reduksi i (i > 1).
�1
�2
��
= i = �� ……………………………………………………………………(12)
Dimana :
i = Perbandingan reduksi
n1 = Putaran pulley penggerak (rpm)
n2 = Putaran pulley yang digerakan (rpm)
Universitas Sumatera Utara
14
dp= Diameter pulley penggerak (mm)
Dp= Diameter pulley yang digerakkan (mm)
(Yusman T , Yudi G. 2010).
Sabuk V
Sabuk V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.
SabukVdibelitkan di sekitar alur pulley yang berbentuk V pula. Transmisi sabuk
yangbekerja atas dasar gesekan belitan mempunyai beberapa keuntungan karena
murahharganya, sederhana konstruksinya dan mudah untuk mendapatkan
perbandinganputaran yang diinginkan. Transmisi tersebut telah digunakan dalam
semua bidangindustri, misalnya mesin-mesin pabrik, otomobil, mesin pertanian,
alatkedokteran, mesin kantor dan alat-alat listrik. Kekurangan yang ada pada
sabukini adalah terjadinya slip antara sabuk dan pulley sehingga tidak dapat
dipakaiuntuk putaran tetap atau perbandingan transmisi yang tetap (Daryanto,
1993).
Susunan khas sabuk V terdiri atas :
1. Bagian elastis yang tahan tegangan dan bagian yang tahan kompresi
2. Bagian yang membawa beban yang dibuat dari bahan tenunan dengan
daya rentangan yang rendah dan tahan minyak sebagai pembalut
(Smith dan Wilkes, 1990).
Menurut Smith dan Wilkes (1990), apabila pemindahan dayamenggunakan
dua roda transisi, maka hubungan antara jarak kedua titik pusatsumbu roda
transisi dengan panjang sabuk dapat ditentukan dengan rumus:
L = 2C + 1,57(D + d) +
(D−d)2
4C
……………………….……………..(13)
dimana:
Universitas Sumatera Utara
15
L = Panjang efektif sabuk (mm)
C = Jarak antara kedua sumbu roda transisi (mm)
D = Diameter luar efektif roda transmisi yang besar (mm)
d = Diameter luar efektif roda transmisi yang kecil (mm)
Generator
Dalam bentuknya yang sederhana sebuah generator listrik terdiri dari atas
magnet dan kumparan. Bilamana terdapat suatu gerakan antara kedua komponen
diatas, garis- garis gaya magnet memotong belitan-belitan kumparan dan suatu
gerak gaya listrik (ggl) akan dibangkitkan. Sebuah generator listrik atau alternator
modern atas suatu sistim elektro magnet dan suatu almatur yang terdiri atas
sejumlah kumparan dari konduktor berisolasi yang diletakkan dalam alur (slot)
inti besi berlaminasi. Berdasarkan hokum induksi Faraday besar gaya gerak
listrik yang diinduksi adalah:
GGL = Dengan:
�
��
∫� �. ��……………………………………………………….…. (14)
GGL = gaya gerak listrik, (V)
-
dt
= elemen waktu t, (S)
B
= induksi magnet, (Wb/m2)
S
= permukaan S, (m2)
= tanda selaku besaran vektor.
(Kadir, 1996)
Berdasarkan arah porosnya, generator turbin air dibagi dalam golongan
poros datar (horizontal) dan golongan poros tegak (vertikal).Golongan poros datar
sesuai untuk mesin-mesin berdaya kecil atau mesin- mesin berputaran tinggi,
Universitas Sumatera Utara
16
sedang golongan poros tegak sesuai mesin- mesin berdaya besar atau mesin
berputaran rendah.Penggunaan golongan poros tegak sangat baik bagi generator
turbin air, antara lain, karena golongan poros tegak memerlukan luas ruangan
yang kecil dibanding dengan golongan poros datar
(Arismunandar, 1991).
Inverter
inverter adalah suatu rangkaian yang berfungsi mengubah tegangan
masukan arus searah (DC) menjadi tegangan keluaran arus bolak-balik (AC) yang
besar tegangan dan frekuensinya dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan.
Prinsip kerja dari inverter dapat secara sederhana dapat dijelaskan dengan
menggunakan saklar mekanik.berdasarkan jumlah phasanya, inverter dapat dapat
dibedakan atas: (1) inverter satu phasa, (2) inverter tiga phasa. Sedangkan
berdasarkan konfigurasinya, rangkaian daya inverter satu phasa dapat dibedakan
atas: (1) inverter satu phasa setengah jembatan, (2) inverter satu phasa dengan
beban tap tengah, dan (3) inverter satu phasa jembatan penuh. Sumber tegangan
dc yang berasal dari sumber energi terbaharukan yang dikoneksikan dengan
sistem jaringan listrik membutuhkan proses sinkronisasi. Sinkronisasi adalah
suatu cara untuk menhubungkandua sumber atau beban arus bolak-balik (ac).
proses tersebut dilakukan dengan mengontrol kerja inverter (pengubah tegangan
dc ke ac) yang karakteristiknya sesuai dan agar bisa digunakan sebagaimana
sumber listrik pada jaringan listrik . sehinggainverter tersebut dapat menghasilkan
amplitude sesaat, fase dan frekuensinya yang sesuai dengan jaringan listrik
(Saragih, 2008).
Universitas Sumatera Utara
17
Bola lampu
Lampu adalah sebuah peranti yang memproduksi cahaya.Kata "lampu"
dapat juga berarti bola lampu.Ada berbagai macam lampu diantaranya lampu
pjiar, lampu neon.lampu busur, lampu mercuri, LED, dan sebagainya. Lampu
pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik
melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya. Kaca yang
menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk berhubungan
dengannya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat teroksidasi. Lampu
pijar dipasarkan dalam berbagai macam bentuk dan tersedia untuk tegangan
(voltase) kerja yang bervariasi dari mulai 1,25 volt hingga 300 volt. Energi listrik
yang diperlukan lampu pijar untuk menghasilkan cahaya yang terang lebih besar
dibandingkan dengan sumber cahaya buatan lainnya seperti lampu pendar dan
diode cahaya, maka secara bertahap pada beberapa negara peredaran lampu pijar
mulai dibatasi (Panjaitan dan S.tevano, 2012).
PembuatandanBiaya
Bahan yang diperlukan untuk membuat kincir adalah plat untuk kipaskipas, besi beton, sumbu kincir, rotor kincir, puli transmisi, belt V, generator, besi
untuk
kerangka,
drum
dll.Untuk
membuat pembangkitlistrikmikrokincir
air diperlukan: mesin bubut, mesin bor, mesin milling, gerinda, las listrik, las
acetelin. Peralatan: gunting plat, bending plat, palu, gergaji, bor tangan dll.
Biaya membuat pembangkit listrik kincir air diantaranya: pembuatan alat,
pembelian bahan, biaya perlengkapan, dan biaya operasional.
Universitas Sumatera Utara