19
ANALISIS UNJUK KERJA KINCIR AIR SUDU SEGITIGA YANG
DIUJI PADA SALURAN HORISONTAL
Mahmuddin1 dan Syahrir Habiba1
1) Staf Pengajar Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia
ABSTRAK
Riset kali ini adalah mempelajari unjuk kerja kincir air sudu segitiga (KASSt) yang diuji pada saluran horisontal yang menyerupai saluran irigasi. Bentuk sudu segitiga doharapkan dapat menerima aliran dengan efektif yang menghasilkan torsi yang besar. Unjuk kerja kinerja kincir KASSt akan diketahui dengan mengukur putaranporos pada perubahan debit aliran air dan variasi beban poros.
Hasil pengukuran menunjukkan bahwa daya kincir KASSt yang dihasilkan semakin besar sebanding peningkatan putaran poros. Sedangkan efisiensinya meningkat pula hingga mencapai maksimum, kemudian tutun. Daya minimum yang dihasilkan kincir KASSt sebesar 6,0 Watt pada putaran 10, 6 rpm dan efisiensi maksimum sebesar 30,7 % pada putaran 4,8 rpm.
Kata Kunci : Daya, efisiensi dan kincir KASSt
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Potensi tenaga air cukup besar di Indonesia, tetapi belum dimanfaatkan secara optimal terutama dalam hal Pembangkit Listrik Tenaga Mikro (PLTM). Oleh karena itu, diperlukan upaya bagaimana potensi air irigasi atau aliran air sungai yang mengalir dengan debit tinggi. Berdasarkan hal tersebut, maka potensi aliran air tersebut cukup memungkinkan dapat dikembangkan atau dimanfaatkan sebagai penggerak kincir. Penelitian kali ini, mempelajari unjuk kerja Kincir Air Sudu Segitiga (KASSt) diuji pada saluran yang menyerupai seperti saluran irigasi.
1.2. Tujuan Penelitian
Untuk mengetahui daya dan efisiensi maksimum yang dapat dihasilkan kincir KASSt.
1.3. Manfaat penelitian.
Diharapkan menjadi acuan kepada masyarakat untuk mendesain kincir untuk skala lebih besar untuk daerah persawahan beririgasi.
2. KAJIAN LITERATUR DAN
LANDASAN TEORI 2.1. Kajian Literatur
Murtadi H dkk (2019) telah meneliti karakteristik roda air dengan variasi luas
pancaran 0,006 m2, 0,005 m2,
0,003 m2 dengan variasi debit aliran 0,016
m3/s, 0,014 m3/s, dan 0,012 m3/s. Hasil
perhitungan daya roda air dengan luas
pancaran 0,005 m2, diperoleh daya roda air
maksimum 35 Watt pada beban poros 26 kg pada putaran poros 33 rpm. Sedangkan efisiensi maksimum sebesar 59,40% pada pembebanan poros 27 kg pada debit aliran
sebesar 0,014 m3/s yang diperlihatkan pada
Gambar 2.1 dam 2.2. Selain itu, bahwa daya dan efisiensi meningkat dengan peningkatan putaran poros hingga maksimum pada putaran 33 rpm dan selanjutnya turun hingga mencapai putaran minimum pada beban maksimum. Penurunan daya dan efisiensi tersebut karena torsi yang dihasilkan rendah walaupun putaran poros juga meningkat.
20
Gambar 2.1. Kurva daya roda air terhadap putaran poros.
Gambar 2.2. Kurva efisiensi roda air terhadap putaran poros.
Penelitian selanjutnya, Mahmuddin dkk (2019), mempelajari kincir sudu bergerak. Peningkatan torsi dapat menyebabkan daya kincir meningkat. Kurva daya tersebut menggambarkan pula bahwa daya yang minumum dihasilkan adalah sebesar 1,917
Watt bekerja pada debit 0,0236 m3/s pada
putaran poros sebesar 46,7 rpm. Sedangkan daya maksimum yang dihasilkan sebesar
20,125 pada debit aliran 0,0652 m3/s dengan
putaran poros 81,7 rpm, seperti pada Gambar 2.3. Kurva efisiensi kincir terhadap putaran poros diperlihatkan pada Gambar 2.4
Gambar 2.3. Kurva efisiensi kincir terhadap putaran poros.
Gambar 2.4. Kurva efisiensi kincir terhadap putaran poros.
Sedangkan pada debit aliran 0,0236
m3/s dengan beban poros yang diberikan
dapat menghasilkan efisiensi sebesar 4,279 % sampai 15,99 % dan bekerja pada putaran poros 46,7 sampai 28.7 rpm,
LawaniGA dkk (2020) meneliti tentang
kincir tipe undershot, pada debit 0,0437 m3/s
menghasilkan daya paling baik sebesar 19,462 watt pada beban 18 kg pada putaran 30 rpm. Sedangkan efisiensi maksimum dapat mencapai 51,8% pada putaran poros sebesar 24,067 rpm dengan debit aliran
0,0333 m3/s, yang diperlihatkan pada
Gambar 2.4 dan 2.5. 0 10 20 30 40 0 20 40 60 80 Da y a K incir (Wa tt ) Putaran (rpm) Q1=0.0112 m3/s Q2=0.0141 m3/s Q3=0.0159 m3/s 0 10 20 30 40 50 60 70 0 20 40 60 80 E fis iens i ro da a ir ( %) Putaran (rpm) Q1=0.0112 m3/s Q2=0.0141 m3/s 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 0 20 40 60 80 100 120 Da y a k Incir (Wa tt ) Putaran poros (rpm) F1=10 N F2= 20 N F3= 30 N F4= 40 N F5= 50 N F6= 60 N 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 0 20 40 60 80 100 120 E fis iens i k incir (%) Puataran poros (rpm) F1= 10 N F2= 20 N F3= 30 N F4= 40 N F5= 50 N F6= 60 N
21
Gambar 2.4. Kurva daya kincir terhadap putaran poros.
Gambar 2.6. Kurva efisiensi kincir terhadap putaran poros.
2.2. Landasanr Teori
Energi potensial aliran yang dapat diubah menjadi energi kinetis, seperti aliran air dilewatkan kincir, maka energi air akan diubah menjadi energi mekanik. Maka, energi input dapat dimanfaatkan adalah energi yang diperoleh dari kecepatan air menumbuk sudu kincir. Dengan demikian
energi kinetik pancaran air tiap detik adalah sumber energi yang mengenai sudu kincir secara matematik dapat dituliskan seperti Persamaan (2.1). 2
2
1
v
m
E
k
…..(2.1) m = ρxQ = ρxVx ADengan Ek = energi kinetik tiap satuan
waktu (J/s)
m = laju aliran massa air yang mengalir tiap detik (kg/s)
V = kecepatan aliran air pada saluran (m/s)
ρ = massa jenis air (kg/m3
)
A = Luas penampang saluran (m2)
Persamaan (2.2) menunjukkan besar
daya air (NA) yang dapat ditimbulkkan oleh
aliran akan sebanding daya yang diterima sudu-sudu kincir sebesar:
3 2
2
1
2
1
v
a
v
v
a
N
A
………. (2.2)Dengan NA = Daya air yang diterima
sudu kincir (J/s)
a = Luas sudu efektif (m2)
2.3. Momen putar dan daya kincir Perubahan energi kinetik aliran menjadi energi gerak yang digambarkan sebuah roda putar seperti pada Gambar 2.8. Bila besar gaya yang mengenai kincir sebesar F, maka besar momen putar (T) yang diterima poros kincir adalah:
T = r x F ...(2.3) Jarak titip pusat poros terhadap gaya (F) yang bekerja padanya sebesar r. Maka besar daya kincir dihitung dengan Persamaan (2.4)
NK = Tx ...(2.4) 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 Da y a K incir (Wa tt ) Putaran Poros (rpm) Debit Q1 = 0,0437 Debit Q2 = 0,0388 Debit Q3 = 0,0363 Debit Q4 = 0,0333 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 E fis iens i (%) Putaran Poros (rpm) Debit Q1 = 0,0437 Debit Q2 = 0,0388 Debit Q3 = 0,0363 Debit Q4 = 0,0333
22
Dengan, = kecepatan sudut roda
kincir = 2πxn/60
NK=2πxTxn/60 ...(2.5)
Dengan n adalah putaran poros kincir dalam rpm.
2.4. Efisiensi kincir.
Kerugian energi yang terjadi pada proses perubahan energi sulit diketahui secara analitik.Oleh karena itu kerugian
energi dapat diketahui melalui data
pengukuran, kemudian dibuat kurva
efisiensi secara teoritis. Pada penelitian ini besar efisiensi akan dihitung berdasarkan daya aktual kincir berdasarkan besar torsi dibandingkan dengan daya teoritis dari potensi tenaga air tersedia mengenai luasan sudu kincir.
Besar efisiensi kincir KASSt dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).
η = x 100 % ………..(2.6)
Dengan
ηK = efisiensi kincir (%)
NK= daya kincir (Watt)
NA= daya air (Watt)
III. METODE PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian.
Lokasi pengujian kincir KASSt
dilakukan di Pusat Laboratorium dan Riset Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia Makassar. 3.3. Dimensi Saluran Air dan Kincir.
Model saluran air akan dibangun dengan ukuran panjang 1000 cm, lebar 16 cm dan tinggi 30 cm. Sedangkan dimensi kincir yang akan diuji adalah diameter roda 75 cm, lebar sudu 15 cm dan panjang 20 cm. Instalasi Penelitian
Instalasi penelitian seperti pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Foto Instalasi pengujian kincir KASSt.
3.4. Kecepatan aliran.
Pengukuran kecepatan aliran dengan metode pelampung yaitu bola pingpong yang terapung di permukaan air. Bergerak searah dengan arah aliran air. Jarak tempuh pelampung (x) dalam waktu t detik yang
dinyatakan pada Persamaan (3.1).
Selanjutnya dikalikan dengan faktor koreksi (c) sebesar 0,70.
t
x
v
... (3.1 3.5. Langkah-langkah penelitian.Langkah-langkah penelitian yang akan dilakukan adalah:
1. Roda air dipasang di atas saluran dan alat ukur yang dipasang dengan baik. 2. Pompa dijalankan dan alat ukur
diperiksa dan dipastikan dapat
berfungsi baik.
3. Debit aliran (Q1) disesuaikan dengan
bukaan katup pompa dan beban poros sebesar 4 kg digantungkan pada poros roda.
4. Bila aliran dianggap stabil, maka melakukan pengukuran: (a) putaran poros kincir (b) kecepatan aliran air (c) Selanjutnya mengulangi point a dan b dengan beban poros 5 kg sampai 9 kg.
23
5. Menaikkan debit aliran pompa (Q2) dan
(Q3) dengan beban poros 4 kg hingga
beban 9 kg dan mengulangi pengukuran sesuai point 3a sampai 3c.
6. Evaluasi hasil pengukuran.
Bila data pengukuran dianggap cukup dan baik, pengukuran selesai.
IV. PEMBAHASAN 4.1. Daya Kincir.
Kurva daya kincir terhadap putaran poros diperlihatkan pada Gambar 4.1. Kurva tersebut menggambarkan peningkatan daya dengan penambahan debit air untuk beban konstan. Besar gaya tumbukan air terhadap sudu kincir dapt menambah torsi. Besarnya torsi yang dihasilkan sebanding dengan daya output kincir. Daya maksimum yang dapat dihasilkan adalah sebesar 6,0 Watt pada putaran 10,7 rpm.
Gambar 4.1.Kurva daya kincir KASSt terhadap putaran poros
4.2. Efisieni Kincir.
Kurva efisiensi kincir diperlihatkan pada Gambar 4.2, menggambarkan bahwa efisiensi maksimum yang diperoleh adalah sebesar 30,7 % pada putaran 8,4 rpm.
Gambar 4.2. Kurva efisiensi kincir KASSt terhadap putaran poros
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan
Daya maksimum yang dihasilkan oleh kincir KASSt yang dihasilkan sebesar 6,0 Watt pada putaran 10,7 rpm dan efisiensi maksimum dapat mencapai 30,7 % pada putaran 8,4 rpm.
5.2. Saran
Diharapkan hasil penelitian ini dapat menjadi acuan pengembangan kincir dengan ukuran besar.
DAFTAR PUSTAKA
ESDM, 2007. Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 Tentang Kebijakan Energi Nasional. Dirjen Listrik dan Pemanfaatan Energi. Jakarta
Kamal, S., 2004., Pengembangan Potensi Energi Alternatif, Pusat Studi Energi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Muhtadi H, Makhsud dan Mahmuddin
(2019) Studi Pengaruh Luas Pancaran Nosel Terhadap Daya dan Efisiensi Roda Air Tipe Overshot, J. Move. Teknik Mesin UMI.
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 0.0 5.0 10.0 15.0 Da y a k elua ra n (Wa tt ) Putaran poros (rpm) m=4kg m=5kg m=6kg m=7kg m=8kg m=9kg 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 0.0 5.0 10.0 15.0 Day a k elu ar an ( W att) Putaran poros (rpm) m=4kg m=5kg m=6kg m=7kg m=8kg m=9kg
24
Mahmuddin dan Habiba Sy (2019) Unjuk Kerja Kincir Air Sudu Plat Datar Dinamis (KASpD2) yang Bekerja Pada Head Rendah.
Lawani GA, Makhsud, dan Mahmuddin (2020) Unjuk Kerja Kincir Air Tipe
Undershot Dengan Perubahan
Kemiringan Sudu, Jurnal J.Move. Teknik Mesin UMI
