BAB III METODE PENELITIAN
3.2. Spesifikasi Alat
Kincir air jenis Savonius ini akan digunakan untuk menangkap energi dari aliran air yang bergerak, kemudian energi air tersebut akan diubah menjadi gerakan berputar pada poros kincir Savonius. Spesifikasi kincir Savonius yang digunakan pada penelitian mengacu pada Gambar 2.3 dan akan ditampilkan pada Tabel 3.1 berikut :
Tabel 3.1 Spesifikasi rotor yang digunakan Diameter Ketinggian Rotor H (m) Jarak Celah Aspect Ratio (α) Overlap Ratio ( Plat (Df) m Rotor (D) m Sudu (d) m (e) m (e’) m 0,11 0,10 0,054 0,10 0,00811 0 1 0,15
Kemudian desain kincir Savonius yang digunakan pada penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut :
Gambar 3.3 Desain kincir Savonius yang digunakan Akrilik
PVC
3.2.2. Saluran Air
Saluran air dirancang sebagai tempat mengalirnya fluida. Saluran ini dibuat tertutup agar dapat mengubah aliran air yang turbulen menjadi laminer. Panjang total saluran air buatan ini adalah 8 meter, tetapi saluran dibagi menjadi 4 bagian per 2 meter untuk memudahkan saat melakukan pemindahan alat. Saluran air tersebut terbuat dari bahan akrilik dengan tebal 5 mm. Bahan akrilik dipilih untuk memudahkan dalam melakukan penelitian karena warnanya yang transparan, sehingga saat melakukan uji coba, kita bisa melihat gerakan fluida secara langsung.
Gambar 3.4 Desain saluran air sepanjang 2 meter.
Dalam penelitain ini kecepatan maksimal aliran fluida yang digunakan adalah 1 m/s dari tangki air dan masuk ke saluran air yang menyebabkan aliran turbulen, sehingga kecepatan aliran tidak stabil, maka dibutuhkan panjang tertentu dari saluran agar aliran menjadi laminer.
Melalui persamaan (7) sampai (11) maka diperoleh angka Reynold sebesar 449438 dengan sebesar 1000 kg/m3, U sebesar 2 m/s, sebesar 0,2 m , sebesar 0,00089 Ns/m2
. Dengan angka Reynold sebesar 449438
maka panjang saluran air yang dibutuhkan agar aliran menjadi laminer ( ) adalah 5,03 meter. Perhitungan saluran air di atas menggunakan kecepatan 2 m/s dikarenakan rencana awal penelitian yang ingin menggunakan variasi kecepatan maksimal sampai dengan 2 m/s. Sehingga panjang total saluran air yang dirancang adalah 8 m, hal ini menyebabkan penempatan jarak kincir Savonius terhadap aliran transisi dari turbulen menuju laminer bisa menjadi lebih jauh. Sedangkan jika hanya menggunakan kecepatan aliran fluida 1 m/s, maka saluran air yang dibutuhkan agar air menjadi laminer adalah 3,91 m.
3.2.3. Tangki Air
Tangki air terbuat dari bahan dasar triplek dengan tebal ±12 mm. Bagian dalam tangki dilapisi dengan resin untuk menampung air. Lapisan resin tersebut berfungsi sebagai pelindung agar air tidak merembes melalui triplek. Desain tangki air akan ditampilkan pada Gambar 3.5 berikut :
Gambar 3.5 Desain tangki air
Jika tangki dan saluran air sudah dirangkai, maka aliran air dari sungai dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan kincir Savonius. Aliran air dari sungai akan digunakan sebagai sumber aliran yang akan masuk ke dalam tangki air, kemudian dari tangki air, aliran air akan menuju ke saluran air dan akan
menabrak dan menggerakan kincir, setelah itu aliran air akan keluar kembali menuju sungai. Skema aliran air akan ditampilkan pada Gambar 3.6 berikut :
Gambar 3.6 Skema proses aliran air Keterangan :
Q = Debit masukan dari aliran air sungai
Qin = Debit masukan pada saluran air
Qout 1 = Debit berlebih yang keluar
Qout 2 = Debit keluaran dari saluran air
a = Aliran air sungai
b = Tangki air pengatur kecepatan aliran
c = sungai
Dari Gambar 3.6, a adalah sumber aliran air yang berasal dari sungai, kemudian b adalah tangki air untuk mengatur kecepatan aliran, dan c adalah sungai, sedangkan Q adalah debit masukan yang berasal dari aliran air sungai,
Qin adalah debit yang masuk menuju saluran air, Qout 1 adalah debit berlebih
yang dibuang untuk menjaga debit yang masuk menuju saluran air agar tetap stabil, dan Qout 2 adalah debit keluaran dari saluran air menuju sungai.
Mula-mula air dari sungai (a) akan mengisi tangki air (b) hingga penuh, ketinggian air di dalam tangki air akan diatur sehingga didapatkan variasi kecepatan aliran yang diinginkan yaitu 0,8 m/s, 0,9 m/s, dan 1 m/s. Untuk menurunkan kecepatan aliran air, jika volume air didalam tangki sudah berlebih maka air berlebih tersebut akan dibuang melalui pintu air (Qout 1)
a 6 cm Kincir Q 6 cm Qout 1 6 cm Qin 6 cm U 6 cm Qout 2 6 cm b 6 cm c 6 cm
dan kembali ke sungai (c). sedangkan jika ingin menaikkan kecepatan aliran airnya, maka pintu air akan ditutup sebagian sehingga volume pada tangki air akan meningkat, dan kecepatan aliran airpun juga akan meningkat. Untuk mendapatkan kecepatan aliran air yang stabil, maka air yang keluar pada Qout
1 juga harus dijaga agar tetap stabil. Pada akhirnya debit yang masuk ke
dalam saluran air akan menabrak dan menggerakan kincir, setelah itu aliran air akan keluar (Qout 2) menuju ke sungai (c).
3.2.4. Rem Torsi
Rem ini terbuat dari piringan cakram seperti pada kendaraan bermotor. Rem beban ini berfungsi untuk menghitung nilai torsi yang dapat dihasilkan oleh kincir, dengan cara mengukur beban yang dapat diterima oleh kincir melalui timbangan digital. Timbangan yang digunakan mempunyai batas bawah beban, yaitu sebesar 30 gram, artinya jika beban yang diberikan kurang dari 30 gram maka timbangan digital tidak dapat menampilkan angka beban tersebut, sehingga penelitian ini menggunakan beban minimum sebesar 30 gram. Skema rem torsi akan ditampilkan pada Gambar 3.7 berikut :
Keterangan : 1. Poros 2. Piring rem 3. Kampas rem
4. Pegas pengatur rem
5. Tali penghubung dengan timbangan 6. Timbangan
7. Lengan rem
8. Tempat mengukur kecepatan putar
9. Tempat menyambung dengan poros Rotor
Cara kerja alat :
1. Poros rem diletakkan sejajar di atas poros kincir air dan akan dihubungkan menggunakan selang.
2. Ketika kincir air berputar maka poros rem juga berputar sehingga piringan pada rem juga akan berputar. Kemudian kampas rem dikencangkan hingga menjepit piringan rem dan memberikan beban pada kincir.
3. Pengencangan pada kampas rem dapat disesuaikan hingga mendapatkan beban yang diinginkan.
4. Kampas yang menjepit piringan rem akan menyebabkan lengan rem sedikit berputar searah jarum jam, sedangkan piringan rem sendiri berputar berlawanan dengan arah jarum jam seperti putaran kincir. 5. Lengan rem akan menarik tali yang sudah dihubungkan kepada
timbangan sehingga dapat diketahui berapa beban yang diterima oleh kincir. Beban dapat dilihat pada timbangan digital.