UNJUK KERJA KINCIR AIR OVERSHOT 12 SUDU BERDIAMETER 0,7 METER TUGAS AKHIR

(1)

UNJUK KERJA KINCIR AIR OVERSHOT 12 SUDU BERDIAMETER 0,7 METER

TUGAS AKHIR

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata (S1) Pada Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh:

RIANDY MUHAMAD SANTO NIM: 175214003

HALAMA

N JUDUL

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2021

(2)

THE PERFORMANCE OF OVERSHOT WATERWHEEL 12 BLADE 0,7 METER DIAMETER

FINAL PROJECT TITLE PAGE

To Fulfill One of the Requirements to Obtain

Strata (S1) Bachelor Degree in the Departement of Mechanical Engineering Sanata Dharma University

Arranged by:

RIANDY MUHAMAD SANTO Student Number: 175214003

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2021

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

INTISARI

Indonesia merupakan negara berkembang, masih banyak desa-desa yang belum dapat dijangkau oleh pihak penyedia listrik negara, oleh karena itu penelitian ini dilakukan, guna mengedukasi masyarakat bahwa energi air merupakan energi tepat guna dikemudian hari.

Metode penelitian yang dipakai dalam penelitian ini adalah eksperimen, yaitu dengan melakukan uji coba guna mengetahui unjuk kerja kincir air overshot, ada 5 variasi dalam proses pengambilan data penelitian ini, yaitu debit air 0,621 l/s, 1,033 l/s, 1,51 l/s, 2,015 l/s, 2,571 l/s.

Hasil yang didapatkan dari penelitian ini dapat disimpulkan semakin tinggi head yang digunakan di kincir air overshot ini maka semakin besar torsi yang dihasilkan, karena pengaruh aliran air yang semakin deras jika head yang digunakan semakin tinggi. Semakin besar beban yang diberikan maka semakin menurun kecepatan putar kincir yang dihasilkan. Effisiensi tertinggi yang didapatkan dalam penelitian ini adalah 48,298% pada debit 0,621 l/s.

Kata Kunci : kincir air, overshot, v-notch, debit.

(8)

viii

ABSTRACT

Indonesia is a developing country, there are still many villages that have not been reached by the state electricity provider, therefore this research was carried out, in order to educate the public that water energy is an appropriate energy in the future.

The research method used in this study is an experiment, namely by conducting trials to determine the performance of the overshot waterwheel, there are 5 variations in the data collection process in this study, namely water discharge 0.621 l/s, 1.033 l/s, 1.51 l /s, 2,015 l/s, 2,571 l/s.

The results obtained from this study can be concluded that the higher the head used in this overshot waterwheel, the greater the torque produced, because the influence of the water flow is getting heavier if the head used is higher. The greater the load given, the lower the rotational speed of the resulting wheel. The highest efficiency obtained in this study was 48.298% at a discharge of 0.621 l/s.

Keywords: waterwheel, overshot, v-notch, discharge.

(9)

(10)

(11)

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR TABEL... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Batasan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penelitian ... 3

1.4. Manfaat Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1. Dasar Teori ... 5

2.2. Penelitian Terdahulu ... 8

2.3. Rumus Perhitungan ... 9

(12)

xii

BAB III METODE PENELITIAN ... 13

3.1. Komponen Kincir Air ... 13

3.2. Alat Pendukung Pengambilan Data ... 23

3.3. Sistem Kelistrikan Pembebanan Lampu ... 27

3.4. Prinsip Kerja ... 28

3.5. Variasi Penelitian ... 28

3.6. Alur Kerja Penelitian ... 29

3.7. Kalibrasi Bak V-Notch ... 30

3.8. Langkah Pengambilan Data ... 31

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 32

4.1. Data Kalibrasi Bak V-Notch ... 32

4.2. Data Penelitian ... 33

4.3. Hasil Perhitungan ... 36

4.4. Grafik ... 38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 45

5.1. Kesimpulan ... 45

5.2. Saran ... 46

DAFTAR PUSTAKA ... 47

LAMPIRAN ... 48

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data Kalibrasi Debit Bak V-Notch ... 32

Tabel 4.2. Data Konversi Kalibrasi Debit Bak V-Notch ... 32

Tabel 4.3. Data Pengujian Kincir pada Debit 0,62 L/s ... 34

Tabel 4.8. Data Hasil Perhitungan pada Debit 0,62 L/s ... 37

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Kincir Air Overshot. ... 6

Gambar 2.2. Kincir Air Undershot. ... 6

Gambar 2.3. Kincir Air Breastshot ... 7

Gambar 2.4. Kincir Air Tub ... 7

Gambar 2.5. Skema Persamaan ... 9

Gambar 2.6. Skema Head ... 10

Gambar 2.7. Variabel Pengukuran Entry Lenght ... 12

Gambar 3.1. Komponen pengujian kincir air overshot ... 13

Gambar 3.2. Bak penampung air... 14

Gambar 3.3. Dudukan bak v-notch ... 14

Gambar 3.4. Dudukan saluran air ... 15

Gambar 3.5. Pipa dan selang air... 15

Gambar 3.6. Keran air (Valve) ... 16

Gambar 3.7. Bak V-Notch ... 17

Gambar 3.8. Lintasan Air ... 18

Gambar 3.9. Generator ... 18

Gambar 3.10. Wheatstone Bridge ... 19

Gambar 3.11. Aki ... 19

Gambar 3.12. Dioda ... 20

Gambar 3.13. Pembebanan Lampu ... 20

Gambar 3.14. Dudukan kincir air ... 21

Gambar 3.15. Kincir air ... 21

Gambar 3.16. Poros kincir air ... 22

Gambar 3.17. Pompa Sunsun JAP 15000 ... 23

Gambar 3.18. Neraca pegas digital ... 24

Gambar 3.19. Multimeter ... 24

Gambar 3.20. Tachometer ... 25

(15)

xv

Gambar 3.21. Gelas Ukur... 26

Gambar 3.22. Skema Sistem Kelistrikan ... 27

Gambar 3.23. Alur Kerja Penelitian ... 29

Gambar 3.24. Kalibrasi Bak V-Notch ... 30

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Head dengan Debit ... 33

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Torsi Maksimal Terhadap Debit Air ... 39

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Daya Poros Terhadap Debit Air ... 40

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Pembebanan Lampu Terhadap Kecepatan Putar Kincir Air ... 41

Gambar 4.5. Grafik Hubungan Pembebanan Lampu Terhadap Torsi ... 42

Gambar 4.6. Grafik Hubungan Putaran Kincir Air Terhadap Efisiensi ... 43

Gambar 4.7. Grafik Hubungan Torsi Terhadap Efisiensi ... 44

(16)

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Gambar L.1. Desain Rancangan Kincir Air Overshot ... 48

Gambar L.2. Gambar Teknik Kincir Air. ... 49

Gambar L.3. Gambar Teknik Rangka Bak V-Notch ... 50

Gambar L.4. Gambar Teknik Baik Air dan Rangka Kincir Air ... 51

Gambar L.5. Gambar Teknik Generator dan Poros Kincir Air ... 52

Gambar L.6. Foto Kincir Air Overshot ... 53

Gambar L.7. Foto Aliran Air pada saat Penelitian ... 54

(17)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Krisis energi menjadi permasalahan yang sedang dihadapi oleh umat manusia pada saat ini, terlebih energi fosil di Indonesia yang sebentar lagi akan habis dan digantikan oleh energi terbarukan. Dilansir dari Liputan6.com pada 21 Oktober 2020, energi fosil di Indonesia akan habis dalam kurun waktu 9 tahun lagi, berarti kurang lebih 2029 merupakan tahun dimana energi fosil akan mulai menipis dan akan sangat langka keberadaannya. Batu bara, minyak bumi, dan gas alam merupakan energi yang paling banyak digunakan terutama dalam hal pembangkitan energi listrik. Permintaan akan ketiga sumber energi diatas sangatlah banyak, khususnya energi listrik. Persediaan ketiga sumber energi tersebut juga sangatlah terbatas dan dari segi pembuatannya pun membutuhkan waktu berjuta-juta tahun lamanya untuk dapat membentuk sumber daya alam tersebut menjadi sumber energi.

Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil menyemangati para peneliti di berbagai negara untuk mencari energi lain yang dapat dimanfaatkan dan lebih ramah lingkungan daripada energi fosil yang sebelumnya sudah kita gunakan, energi tersebut sekarang kita kenal dengan istilah energi terbarukan. Definisi dari energi terbarukan menurut International Energy Agency (IEA) adalah energi yang berasal dari proses alam yang diisi ulang secara terus menurus dan secara berkelanjutan dapat terus di produksi tanpa harus menunggu waktu jutaan tahun lamanya. Energi terbarukan dapat diartikan sebagai energi alternatif yang dapat dimanfaatkan oleh manusia zaman modern ini sebagai pengganti bahan bakar berbasis fosil yang sifatnya tidak dapat diperbaharui dan tak berkelanjutan. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi, matahari, angin, biogas, bio masa, serta gelombang laut. Beberapa kelebihan energi terbarukan adalah sumbernya yang relatif mudah untuk di dapat,

(18)

2

dapat diperoleh dengan gratis, minim limbah, tidak terpengaruh oleh kenaikan harga bahan bakar, dan tidak mempengaruhi suhu bumi.

Pada masa Pandemi Covid-19 ini banyak sekali kegiatan-kegiatan yang sangat menguras lisrik. Misalnya dalam kebutuhan sehari-hari yang kebanyakan dikerjakan dari dalam rumah (Work From Home) dan menggunakan energi listrik sebagai sumber tenaga, di antara lain seperti : laptop, handphone, Wi-Fi, kipas angin, lampu, dan masih banyak lagi contoh yang lain. Tidak dapat dipungkiri bahwa kebutuhan listrik juga sangat diperlukan, karena hampir setiap kegiatan sehari-hari menggunakan energi tersebut.

Air merupakan salah satu energi terbarukan yang terdapat di alam. Air adalah zat cair yang sangat berguna di dalam kehidupan sehari-hari, baik untuk manusia maupun untuk makhluk hidup lainnya. Jumlah air di Indonesia sangatlah banyak dan hal tersebut merupakan modal awal untuk pengembangan energi air.

Kincir air merupakan salah satu pemanfaatan energi terbarukan yang ramah lingkungan. Dalam penerapannya selain untuk kebutuhan hidup sehari-hari, air juga dapat dikonversi sebagai sumber energi listrik yang sangat berguna bagi kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir air atau mikro hidro (PLMTH).

Dari berbagai permasalahan diatas, maka untuk ikut andil dalam pengembangan energi terbarukan diadakanlah penelitian ini. Penelitian yang bertujuan untuk pengembangan di desa-desa terpencil. Desain kincir air yang sederhana dan dapat dibuat dengan menggunakan bahan-bahan yang ada agar nantinya setiap orang dapat mengaplikasikan atau menjadikan refrensi kincir air dalam penelitian ini.

1.2 Batasan Masalah

Pada penelitian ini akan dibuat kincir air overshot dengan 12 sudu dan diameter 0,7 meter. Dengan alasan keperluan akademis, agar nantinya alat hasil penelitian ini dapat digunakan untuk kebutuhan praktik Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan dapat digunakan di desa-desa

(19)

3

terpencil. Kincir air overshot ini diharapkan dapat dijadikan refrensi atau bayangan mahasiswa tentang kincir air sesungguhnya.

Agar penelitian dapat berjalan dengan lancar, maka diberi beberapa batasan masalah sebagai berikut :

1. Kincir air overshot ini dibuat dengan diameter 0,7 meter dan jumlah sudu 12.

2. Nilai gravitasi yang digunakan dalam perhitungan adalah 9,81 ^m/s². 3. Head yang digunakan dalam bak v-notch tetap yaitu 91,1 cm.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :

1. Membuat model kincir air overshot dengan jumlah sudu 12 dan diameter 0,7 meter.

2. Mengetahui hubungan torsi maksimal yang dihasilkan dengan debit air yang digunakan.

3. Mengetahui pengaruh perubahan debit air terhadap daya poros maksimal yang dihasilkan.

4. Mengetahui efisiensi dari kincir air jenis overshot dengan jumlah sudu 12.

5. Mengetahui hubungan torsi dengan efisiensi kincir air overshot.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan didapatkan dari pembuatan tugas akhir ini adalah : 1. Manfaat Bagi Peneliti

a. Mampu membuat kincir angin overshot 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.

(20)

4 2. Bagi Masyarakat

a. Untuk memberi informasi dan edukasi pada masyarakat, terutama pada daerah pedesaan yang belum teraliri listrik untuk pemberdayaan teknologi tepat guna.

b. Memanfaatkan energi terbarukan guna dapat mewujudkan penghematan pada sumber energi lain; seperti minyak bumi, dan batu bara.

3. Bagi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

a. Menambah kepustakaan tentang kincir air overshot.

b. Menambah referensi bagi pihak–pihak yang membutuhkan pengembangan ilmu pengetahuan khususnya yang berhubungan dengan kincir air.

(21)

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Air adalah zat cair yang mampu menghasilkan energi. Energi yang dimiliki air adalah energi kinetik dan energi potensial. Pada dasarnya air adalah salah satu energi yang disediakan oleh alam, mudah didapat dan murah, pemanfaatan energi air dapat menggunakan beragam alat, salah satunya adalah dengan menggunakan kincir air yang dapat mengkonversi energi air menjadi energi mekanik (Quranta dan Revelli, 2018).

Energi mekanik adalah besar perubahan energi potensial sama dengan besar perubahan energi kinetik. Jika energi potensialnya berkurang maka energi kinetiknya bertambah dengan harga yang sama. Energi mekanik adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensial (Young, 2002).

Kincir dihubungkan ke generator, guna mengubah energi putar menjadi energi listrik dari aliran air yang menggerakkan kincir air, serta memutarkan generator yang berfungsi untuk mengubah energi putar menjadi energi listrik (Krishnastana, Jasa, dan Weking, 2018).

Besarnya energi yang dihasilkan dari air tergantung dari besarnya debit (Q) dan head (H). Debit adalah jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu satuan waktu dan diberi notasi Q (Bambang,1993), sedangkan head adalah beda ketinggian antara air yang jatuh dengan permukaan air di bak penampung.

Kincir air adalah peralatan mekanis yang berbentuk seperti roda dan menggunakan sudu pada sekeliling tepi-tepinya. Kincir air beroperasi karena menerima energi potensial dari air yang mengalir melalui sudu-sudu yang mengakibatkan kincir berputar pada putaran tertentu. Air mengalir dari permukaan atas kepermukaan bawah melalui sudu-sudu tersebut. Berikut adalah tipe-tipe kincir air :

(22)

6 1. Kincir Air Overshot

Bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam sudu-sudu bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar.

Memiliki tingkat efisiensi yang besar, yaitu mencapai 85%.

Gambar 2.1 Kincir Air Overshot 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 di daerah yang rata. Mempunyai efiensi 15% - 25%, kecepatan poros 2 rpm – 12 rpm, dan tinggi jatuh air/head <5m.

Gambar 2.2 Kincir Air Undershot

(23)

7 3. Kincir Air Breastshot

Merupakan perpaduan antara kincir air jenis overshot dan breastshot. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air.

Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot 4. Kincir Air Tub

Merupakan kincir air yang kincirnya diletakan secara horizontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dibuat lebih kecil daripada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari pancuran air menyamping, maka energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.

Gambar 2.4 Kincir Air Tub Sumber : https://cot.unhas.ac.id/

(24)

8 2.2 Penelitian Terdahulu

Penelitian kincir air overshot yang dilakukan oleh Eduardus Mulianto menggunakan 8 sudu berdiameter 120 cm ini menunjukan bahwa daya maksimum yang dihasilkan oleh generator pada debit 1,045 liter/s yaitu sebesar 0,26 watt, pada debit 1,514 liter/s daya maksimum yang dihasilkan yaitu sebesar 0,41 watt dan pada debit 1,710 liter/s daya maksimum yang dihasilkan mencapai 0,50 watt, sedangkan efisiensi maksimum yang dapat dihasilkan dengan debit 1,045 liter/s adalah 1,69 %. Pada debit 1,514 liter/s efisiensi maksimum yang dihasilkan adalah 1,83%, sedangkan pada debit 1,710 liter/s efisiensi maksimum yang dihasilkan adalah 1,97% (Mulianto, 2020).

Penelitian kincir air overshot dengan model sudu segitiga, jumlah sudu 8, diameter kincir 50 cm, ketebalan 10 cm, dan panjang nozzle 13 cm. Dari penelitian tersebut yang membandingkan bentuk sudu yang berbeda pada kincir air tersebut, yaitu dengan bentuk sudu segitiga dan bentuk sirip.

Efisiensi pada bentuk sudu sirip adalah sebesar 14,60% sedangkan pada bentuk sudu segitiga yaitu 20,32%. Kesimpulannya adalah sudu kincir air dengan bentuk segitiga menghasilkan rpm yang lebih tinggi, dikarenakan volume air tertampung lebih lebih lama daripada bentuk sudu sirip. (Jasa, Priyadi, dan Purnomo).

Penelitian prestasi kincir air overshot yang dilakukan oleh T.Harismandri dan Asral dengan variasi penstock berbentuk silinder dan persegi, diameter luar roda kincir 0,6 m, diameter dalam roda kincir 0,5 m, dan jumlah sudu 18 buah. Menghasilkan daya maksimal yang dibangkitkan 21,05 watt dan efisiensi yang dihasilkan yaitu 42,40% dengan bentuk penstock silinder. Sedangkan penstock dengan bentuk persegi menghasilkan daya maksimal yang dibangkitkan adalah 19,8 watt dan efisiensi 42,20%.

Kesimpulan yang didapat dari penelitian tersebut adalah Daya yang dihasilkan kincir air dengan penstock berbentuk silinder lebih tinggi dibandingkan daya dengan penstock persegi. Hal ini dipengaruhi oleh nilai torsi dari masing-

(25)

9

masing penstock. Untuk penstock berbentuk silinder nilai torsi lebih tinggi dibandingkan dengan penstock persegi.

Pada penelitian ini digunakan kincir air tipe overshot dengan jumlah sudu 12 dan variasi 10 debit air serta 10 pembebanan lampu. Pembebanan lampu yang dipancing dengan menggunakan aki agar efisiensi kincir nantinya dapat dimaksimalkan. Variasi debit air yang digunakan adalah debit air 0,621 l/s, 1,033 l/s, 1,51 l/s, 2,015 l/s, 2,571 l/s, Dan variasi 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, dan 20 pembebanan lampu.

2.3 Rumus Perhitungan

Rumus perhitungan pada penelitian ini menggunakan skema dengan persamaan sebagai berikut :

Ẇ_air

Gambar 2.5 Skema Persamaan

Dari skema persamaan diatas dapat dijelaskan bahwa daya yang dihasilkan oleh air akan membuat sudu-sudu kincir air overshot berputar yang menghasilkan putaran pada poros, lalu ditransmisikan ke generator dan menghasilkan listrik AC, yang diubah melalui jembatan wheatstone menjadi listrik DC dan setelah itu disimpan di aki. Dari penjelasan tersebut maka didapat persamaan dibawah ini :

1. Daya Listrik (P)

Daya listrik dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan :

P = V x I (1)

P = Daya listrik (watt) V = Tegangan Listrik (volt) I = Arus Listrik (ampere)

KINCIR AIR

OVERSHOT GENERATOR

Ẇ_shaft Ẇ_elekrik

WHEATSTONE

AC 3 PHASE

Ẇelekrik BEBAN

DC

(26)

10 2. Daya Air (Ẇair)

Daya air dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan :

Ẇair = ρ . g . Q . h (2)

ρ = Massa jenis air (997 kg/m³) Q = Debit air (m³/s)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s²) h = Beda ketinggian permukaan air (m)

Gambar 2.6 Skema Head

H ead

(27)

11 3. Daya Poros (Ẇ_shaft)

Daya Poros dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:

Ẇ𝑠ℎaft = 𝑇 .𝜔 Ẇ𝑠ℎaft = 𝑇. ^2.π.n

60 (3)

T = Torsi (N.m)

ω = Percepatan sudut (rad/s) n = Putaran kincir (rpm) 4. Torsi

Dengan Torsi dapat dicari sebagai berikut :

𝑇 = 𝑚 . 𝑔 . 𝑙 (4)

l = Lengan Torsi (m)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s²) m = Massa (kg)

5. Efisiensi Kincir Air

Efisiensi dapat dihitung menggunakan persamaan : η = ^Ẇshaft

Ẇair 100% (5)

6. Entry Length

Untuk memenuhi Entry length dimana profil kecepatan air tidak mengalami perubahan serta kecepatan yang konstan (fully development flow) , penentuan panjang lintasan dapat dicari dengan (Cengel &

Cimbala, 2004) :

𝐿ℎ≈10𝐷ℎ (6)

Dimana Dh dapat dicari dengan : Dh = ^2ab

a+b (7)

(28)

12

Gambar 2.7 Variabel Pengukuran Entry Length

Lh = Panjang lintasan (m) a = Lebar aliran (m) b = Tinggi aliran (m)

(29)

13

BAB III

METODE PENELITIAN

Dalam perancangan kincir air overshot kali ini terdapat beberapa komponen, seperti sudu, roda kincir, lingkaran luar kincir, lingkaran dalam kincir, dan lain-lain. Kincir air overshot ini terbuat dari material arkrilik dengan jumlah sudu 12, serta ketebalan sudu 3,5 mm dan 1 mm.

3.1 Komponen Kincir Air

Kincir air overshot ini memiliki rancangan yang telah didesain terlebih dahulu dan diperhitungkan segala macam komponennya sesuai dengan kebutuhan akademik, yang nantinya kincir air overshot ini akan digunakan sebagai alat praktik mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Desain dibawah ini dibuat untuk menjelaskan sedikit kondisi kincir air overshot dan juga sedikit menjelaskan bagaimana nantinya kincir air ini bekerja saat dioperasikan. Berikut gambar kincir air overshot serta penjelasannya :

Gambar 3.1 Komponen pengujian kincir air overshot (Detail gambar dapat dilihat di lampiran)

(30)

14 1. Bak Penampung Air

Berfungsi sebagai penampung air yang terjatuh dari kincir air. Air yang terkumpul pada bak penampun ini akan disalurkan kembali oleh pompa ke bak v-notch. Bak penampung air ini memiliki dimensi panjang 160 cm, lebar 66,5 cm, dan tinggi 23 cm. Dibuat dengan menggunakan material triplek kayu serta

Gambar 3.2 Bak penampung air 2. Dudukan Bak V-Notch

Dudukan bak v-notch memiliki fungsi sebagai tempat bak v-notch. Dudukan bak v-notch dibuat dari besi L dengan tebal 0,5 cm dan lebar 4 cm. Penggunaan besi L bertujuan untuk memperkuat pijakan dudukan. Dudukan bak v-notch memiliki dimensi panjang 63 cm , lebar 60 dan tinggi 95 cm.

Gambar 3.3 Dudukan bak v-notch

(31)

15 3. Dudukan Lintasan Air

Dudukan lintasan air memiliki fungsi sebagai tempat saluran air. Dudukan lintasan air dibuat dari besi L dengan tebal 0,5 cm dan lebar 4 cm. Penggunaan besi L bertujuan untuk memperkuat pijakan dudukan. Dudukan lintasan air memiliki dimensi panjang 150 cm , lebar 60 cm, dan tinggi 110 cm.

Gambar 3.4 Dudukan saluran air 4. Pipa dan Selang Air

Pipa dan selang air berfungsi untuk mengalirkan air dari pompa menuju talang air. Pipa yang digunakan memiliki ukuran diameter 3/4 inch.

Gambar 3.5 Pipa dan selang air

(32)

16 5. Keran Air (Valve)

Keran air yang digunakan berdiameter 1,5 inci ini berfungsi sebagai pengatur debit air yang masuk ke dalam bak v-notch.

Dalam penelitian ini digunakan 3 keran air, dimana keran pertama dan kedua digunakan untuk mengatur debit yang menuju bak v- notch dan keran ketiga digunakan untuk mengatur air buangan yang kembali ke bak penampung air. Hal ini dilakukan agar semakin memudahkan dalam mengatur debit yang nantinya akan diuji di penelitian ini.

Gambar 3.6 Keran air (Valve)

6. Bak V-Notch

Selain sebagai tempat untuk menampung air, bak v-notch juga berfungsi sebagai parameter pengukuran debit air untuk memudahkan penguji melakukan penelitian kincir air overshot ini.

Bak v-notch memiliki dimensi panjang dan lebar 0,6 m dengan ketinggian 0,4 m. Bak v-notch pada penelitian kali ini terbuat dari triplek dengan pelapisan pelitur dan dempul dengan tujuan memperkuat daya tampung kayu agar tidak mudah bocor.

(33)

17

Gambar 3.7 Bak V-Notch 7. Lintasan Air

Lintasan air terbuat dari triplek kayu dengan dimensi panjang 171,5 cm, lebar 6,5 cm, dan tinggi 16 cm. Lintasan air ini berfungsi sebagai penyalur antara air dari bak v-notch menuju ke kincir air, selain itu lintasan air ini berfungsi untuk membuat aliran air menjadi konstan, lintasan air harus memenuhi syarat Entry Length dengan menggunakan rumus Dh dan Lh. Ketinggian maksimal aliran air yang di dapat dari perhitungan adalah 0,06 cm.

Berikut adalah perhitungan lintasan air dengan rumus Dh dan Lh :

a) 𝐷ℎ = ^2𝑎𝑏

𝑎+𝑏

𝐷ℎ =2𝑥0,15𝑥0,06 0,15 + 0,06 Dh = 0,0857 m b) Lh ≈ 10Dh

1,55 m ≈ 10 x 0,0875 m 1,55 m ≈ 0,875 m

Karena panjang lintasan sudah melebihi Entry Length, maka aliran air menjadi konstan dan kincir air dapat menerima energi air dengan lebih stabil.

(34)

18

Gambar 3.8 Lintasan Air 8. Generator

Generator berfungsi sebagai pengubah putaran poros menjadi energi listrik. Kincir menerima energi potensial dari air yang menyebabkan poros berputar, oleh karena itu generator ikut berputar dan merubah putaran generator menjadi energi listrik.

Selain itu, poros pada generator diberi lengan yang digunakan sebagai penghubung timbangan/neraca pegas untuk membaca massa yang dihasilkan dari pembebanan pada kincir air.

Gambar 3.9 Generator 9. Jembatan Wheatstone

Berfungsi untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar) dan juga berfungsi untuk mengubah arus AC menjadi DC.

(35)

19

Gambar 3.10 Jembatan wheatstone 10. Aki

Selain untuk menyimpan atau menyuplai daya, aki pada penelitian ini berfungsi sebagai penghantar daya dari jembatan wheatstone ke lampu-lampu yang nantinya dijadikan pembebanan dalam penelitian ini. Aki yang digunakan selama penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Kapasitas : 5 Ah (Ampere Hour) Tegangan : 12 V (Volt)

Kategori : Aki Motor-Tipe VRLA

Gambar 3.11 Aki 11. Dioda

Memiliki fungsi untuk membuat aliran listrik menjadi searah dan membuat tegangan listrik menjadi lebih stabil, dikarenakan tegangan dan daya yang dihasilkan oleh generator itu memiliki arus AC dan daya serta tegangan yang dihasilkan besar maka, dioda diperlukan untuk menjaga agar listrik dari aki lebih stabil.

(36)

20

Gambar 3.12 Dioda 12. Pembebanan Lampu

Pembebanan menggunakan lampu pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui performa dari kincir air overshot.

Lampu yang digunakan adalah lampu 5 watt sebanyak 20 buah.

Gambar 3.13 Pembebanan lampu 13. Dudukan/Rangka Kincir Air

Dudukan/rangka kincir air berguna untuk membantu dan menahan kincir air agar dapat berdiri tegak. Dalam komponen ini akan terpasang poros agar kincir dapat berputar. Rangka kincir terbuat dari plat besi dengan lebar plat 4,5 cm dan memiliki tebal 0,5 cm. Rangka kincir memiliki ukuran panjang dan tinggi 1,5 m serta lebar 0,4 m.

(37)

21

Gambar 3.14 Dudukan kincir air

14. Kincir Air Overshot

Gambar 3.15 Kincir air (Detail gambar di lampiran) a) Sudu Kincir Air

Sudu kincir air overshot dibuat dengan material arkrilik dan memiliki tebal bagian dalam 2 mm dan bagian luar sudu memiliki tebal 1 mm, ukuran sudu yang digunakan adalah sudu bagian atas 7 cm, sudu bagian bawah 10 cm, dan sudu bagian tengah 12,5 cm, seperti pada gambar 3.15.

70 cm 20 cm

(38)

22 b) Lingkaran Arkrilik

Lingkaran utama kincir air overshot dalam penelitian ini menggunakan ukuran diameter 140 cm, lingkaran tersebut dibuat agar bagian sudu-sudu kincir air tertutup dan dapat menampung air yang nantinya tampungan tersebut dimanfaatkan sebagai sumber energi. Ilustrasi dapat dilihat di gambar 3.15.

c) Lingkaran Bagian dalam Kincir Air

Lingkaran bagian dalam kincir air overshot dalam penelitian ini menggunakan ukuran diameter 40 cm, lingkaran tersebut dibuat agar air yang keluar dari sudu-sudu kincir air tidak langsung jatuh ke bawah. Ilustrasi dapat dilihat di gambar 3.15.

d) Poros Kincir Air

Gambar 3.16 Poros kincir air

Fungsi dari poros kincir air adalah untuk menopang seluruh bagian dari kincir air dan untuk meneruskan tenaga bersama dengan putaran. Poros merupakan bagian yang penting dalam rancangan, selain menopang beban dari kincir poros juga sebagai penerus dari energi yang tersalurkan dari kincir yang akan memutar generator secara langsung. Poros kincir memiliki diameter 66 cm, diameter selongsong 7cm, dan panjang 50 cm.

(39)

23 3.2 Alat Pendukung Pengambilan Data

Dalam pengujian diperlukan alat yang berguna dalam menunjang pengujian kincir air ini. Berikut adalah beberapa alat pendukung pengambilan data :

a. Pompa

Pompa digunakan untuk memindahkan cairan (fluida) dari suatu tempat ke tempat lainnya, dengan cara menambahkan energi pada cairan secara terus- menerus.

Gambar 3.17 Pompa Sunsun JAP 15000 Spesifikasi pompa :

Model : JAP-15000 Voltase : 110v/220V/240V Frekuensi : 50Hz/60Hz

Power : 420w / Cable Length : 5m

H-max : 7.0m / Dimensions (LxWxH) = 238 x 175 x 460mm

(40)

24 b. Neraca Pegas

Berfungsi sebagai pengukur besar massa yang dihasilkan oleh kincir akibat pembebanan dari lampu.

Gambar 3.18 Neraca pegas digital Spesifikasi neraca pegas :

Kapasitas : 50 kg

Ketelitian : 10 gr (0,01 kg) Power : 2 baterai (AAA) Ukuran : 16 x 7 x 2 cm

c. Multimeter

Multimeter berfungsi untuk mengukur arus (ampere) serta tegangan (volt) yang dihasilkan generator. Arus dan tegangan yang dapat dibaca multimeter adalah arus listrik DC.

Gambar 3.19 Multimeter DT 830D

(41)

25 Spesifikasi Multimeter DT 830D :

 9V Battery

 1/2 Digits LCD, Max. reading of 1999

 8 Functions,19 Range

 Low Battery Indication

 Overload Protection

 Audible Continuity

 Buzzer & Fuse

 Dimensi Produk (PxLxT) : 12 cm x 7 cm x 2.1 cm

d. Tachometer

Tachometer berfungsi mengukur kecepatan putar kincir melalui sensor yang ada pada tachometer tersebut .

Gambar 3.20 Tachometer DT 2234C Specifications

Display : 5 Digits, 18MM (0.7") Test Range : 2.5 to 99,999RPM

Resolution : 0.1 RPM (2.5 to 999.9 RPM), 1 RPM (over 1,000 RPM) Accuracy : +(0.05% = 1 Digit)

Sampling Time : 0.8 Seconds (over 60 RPM) Test Range Select : Automatic

(42)

26

Memory : Last Value, Max. Value, Min. Value

Detecting Distance : 50 to 200MM = 2-10 Inch (LED), 50 to 500MM = 2-20 Inch (Laser)

Time Base : Quartz Crystal Battery : 6F22 9V (Termasuk)

Power Consumption : Approx. 35mA (LED) or Approx. 30mA (Laser)

Size : 131 x 70 x 38 mm

e. Gelas Ukur

Berfungsi mengukur volume fluida yang dihasilkan oleh bak v- notch selama proses pengkalibrasian.

Gambar 3.21 Gelas ukur

(43)

27 3.3 Sistem Kelistrikan Pembebanan Lampu

Sistem kelistrikan pembebanan lampu di penelitian ini pada dasarnya sama seperti sistem sebuah pengereman dan setiap daya yang dihasilkan dari pembebanan lampu pasti berbeda, tergantung dari skalanya. Jika daya yang dihasilkan oleh generator kecil dan tak dapat menyeimbangi lampu, maka nyala lampu akan redup. Oleh karena itu aki dibutuhkan sebagai pengangkat pembebanan lampu. Jembatan Wheatstone pada penelitian ini digunakan sebagai pengubah arus AC yang dihasilkan oleh generator ke arus DC.

Rangkaian listrik pembebanan dimulai dari generator yang memiliki 3 rangkaian kabel yang dihubungkan ke jembatan wheatstone. Dari jembatan wheatsone tersebut kabel dihubungkan ke aki karena arus AC yang dihasilkan generator sudah berubah menjadi arus DC. Kabel + dihubungkan menuju aki, lalu dari aku dihubungkan ke lampu, lalu kabel – dihubungkan ke lampu.

Dalam rangkaian kabel, pengukuran arus menggunakan multimeter dilakukan secara seri karena listrik diubah menjadi DC. Lalu pengukuran tegangan diukur di kabel + (plus) dan – (minus) pada rangkaian aki dan lampu.

Gambar 3.22 Skema Sistem Kelistrikan

(44)

28 3.4 Prinsip Kerja

Sistem perpipaan yang dirancang pada penelitian ini memiliki 2 keran (valve) menuju bak v-notch dan 1 keran (valve) yang menuju ke bak penampungan air, hal ini dilakukan untuk menghindari tekanan berlebih yang dihasilkan pompa jika keran pada bak v-notch ditutup dan hal tersebut pasti berpengaruh pada kesehatan pompa air.

Prinsip kerja pada penelitian ini dimulai dari penyedotan air dari kolam bak menuju bak v-notch yang nantinya air dari bak v-notch akan menuju ke lintasan air dan mengenai sudu-sudu kincir air sehingga kincir air dapat berputar dan menghasilkan energi.

Kemudian dari air yang mengenai sudu-sudu kincir air membuat kincir air berputar dan air dari kincir air akan jatuh ke bak penampungan air, lalu dihisap kembali oleh pompa yang dialirkan menggunakan selang dan pipa menuju kembali ke bak v-notch, yang membuat siklus ini akan terjadi secara terus menerus.

Putaran poros pada kincir air akan membuat generator berputar, yang menyebabkan berubahnya energi mekanik menjadi energi listrik, lalu dari generator yang sudah menghasilkan listrik dengan arus AC diubah oleh jembatan wheatstone menjadi arus listrik DC, dan setelah itu aki akan menaikan daya listrik dari generator yang membuat lampu menjadi lebih terang. Pembebanan lampu dimaksimalkan oleh aki, yang membuat kinerja kincir air overshot pada penelitian ini menjadi maksimal.

3.5 Variasi Penelitian

1. Variasi debit air yang digunakan dalam penelitian ini, pada bak V-Notch diatur menggunakan keran dengan patokan head V-Notch di ketinggian air 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, dan 9 cm.

2. Variasi beban lampu yang dipakai selama penelitian adalah 2,4,6,8,10,12,14,16,18,20, dengan daya masing-masing lampu 5 watt.

3. Head yang dipakai dalam penelitian 0,911 m.

(45)

29 3.6 Alur Kerja Penelitian

Gambar 3.23 Diagram Alur Penelitian

(46)

30 3.7 Kalibrasi Bak V-Notch

Kalibrasi v-notch pada penelitian ini dilakukan untuk menentukan debit air yang digunakan pada saat penelitian. Debit juga dapat diatur menggunakan keran (valve), debit juga ditentukan melalui ketinggian head air yang ada pada bak v-notch.

Pada penelitian ini v-notch yang digunakan memiliki besar sudut 90⁰ dan tinggi v-notch 20 cm. Hal yang berpengaruh dalam aliran air yang keluar dari bak v-notch adalah kepresisian, oleh karena itu diperlukan kepresisian dan finishing yang baik dalam pembuat bak v-notch.

Kalibrasi bak v-notch dimulai dari ketinggian air pada titik 0 cm pada bak v-notch. Debit pada penelitian ini diukur setiap 10 detik per kenaikan 0,5 cm dari penggaris yang di tempel pada bagian dalam bak v-notch dan debit diukur menggunakan gelas ukur. Pada penelitian ini ketinggian air yang dipakai dalam pengkalibrasian bak v-notch adalah 4,5 cm, 5 cm, 5,5 cm, 6 cm, 6,5 cm, 7 cm, 7,5 cm, 8 cm, 8,5 cm, dan 9 cm. Pengambilan ketinggian yang banyak pada penelitian ini bertujuan untuk memperlihatkan grafik yang bagus, data yang bervariasi, serta dari data yang di dapat selama pengkalibrasian ini nantinya dapat mempermudah penelitian di pengambilan data kincir air overshot. Pengulangan pengambilan data debit air pada penelitian ini berjumlah 5 kali setiap 1 variasi dan kemudian dirata-rata untuk mendapatkan debit air dengan hasil yang maksimal.

Gambar 3.24 Kalibrasi bak v-notch

(47)

31 3.8 Langkah Pengambilan Data

1. Pasang kincir air overshot pada poros kincir yang berada pada rangka.

Karena tipe kincir overshot, maka posisi ketinggian kincir harus kurang dari lintasan kincir air.

2. Menyiapkan pompa air dan tempatkan pada kolam penampung air, kemudian aplikasikan pipa dan keran air agar tepat pada bak v-notch.

3. Pasang generator pada poros luar kincir air overshot.

4. Merangkai aki, jembatan wheatstone, beban lampu terhadap generator yang telah terpasang pada poros kincir.

5. Jika semua sudah siap nyalakan pompa air.

6. Atur debit air pada bak v-notch sesuai dengan yang besar debit yang sudah ditentukan. Perlu ketelitian saat mengatur ketinggian air pada bak v-notch serta usahakan posisi keadaan air pada bak v-notch tenang, agar air yang keluar menuju lintasan stabil dan pengukuran ketinggian lebih akurat.

7. Mengukur massa yang dihasilkan air di kincir menggunakan timbangan (neraca pegas) yang berada pada lengan generator, lalu mengukur kuat arus dan tegangan pada rangkaian lampu menggunakan multitester. Untuk pengukuran kuat arus dilakukan secara seri terhadap rangkaian dan tegangan dapat diukur pada pembebanan lampu.

8. Mengukur putaran generator menggunakan tachometer.

9. Pengambilan data dilakukan sampai dihasilkan data yang sesuai dan tidak rancu atau terjadi kesalahan selama pengambilan data

10. Hasil pengujian kemudian dicatat.

11. Pengulangan pengambilan data penelitian dilakukan sampai pada lampu 20.

(48)

32

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Kalibrasi Bak V-Notch

Berikut merupakan hasil yang didapat pada saat pengambilan data kalibrasi bak v-notch :

Tabel 4.1 Data Kalibrasi Debit Bak V-Notch

Tabel 4.2 Data Konversi Kalibrasi Debit Bak V-Notch Head (cm) Waktu (s) Debit (L/s)

Rata-rata Debit (L/s)

1 2 3 4 5

4,5 1 0,49 0,48 0,45 0,44 0,48 0,47

5,0 1 0,65 0,61 0,62 0,63 0,60 0,62

5,5 1 0,86 0,88 0,85 0,90 0,85 0,87

6,0 1 1,05 1,03 1,04 1,03 1,03 1,03

6,5 1 1,25 1,25 1,25 1,28 1,23 1,25

7,0 1 1,54 1,50 1,49 1,50 1,52 1,51

7,5 1 1,68 1,68 1,70 1,70 1,65 1,68

8,0 1 2,05 2,00 2,02 2,00 2,01 2,02

8,5 1 2,26 2,28 2,35 2,30 2,35 2,31

9,0 1 2,48 2,63 2,57 2,58 2,60 2,57

Head (cm) Waktu (s) Debit (L/10s)

Rata-rata Debit (L/10s)

1 2 3 4 5

4,5 10 4,90 4,75 4,50 4,40 4,80 4,67

5,0 10 6,50 6,05 6,20 6,30 6,00 6,21

5,5 10 8,60 8,75 8,50 8,95 8,50 8,66

6,0 10 10,5 10,3 10,4 10,3 10,3 10,3

6,5 10 12,5 12,5 12,5 12,8 12,3 12,5

7,0 10 15,4 15,0 14,9 15,0 15,2 15,1

7,5 10 16,8 16,8 17,0 17,0 16,5 16,8

8,0 10 20,5 20,0 20,2 20,0 20,1 20,2

8,5 10 22,6 22,8 23,5 23,0 23,5 23,1

9,0 10 24,8 26,3 25,7 25,8 26,0 25,7

(49)

33

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Head dengan Debit

Pada gambar 4.1 terlihat bahwa semakin ditingkatkan ketinggian air pada bak v-notch, maka debit yang dihasilkan juga akn semakin tinggi hasilnya. Hal tersebut disebabkan oleh penambahan debit yang mempengaruhi daya air yang dihasilkan.

4.2 Data Penelitian

Setelah melakukan percobaan serta pengambilan data kincir air, maka di dapat data yang nantinya akan diolah. Data yang didapat dari hasil pengambilan data kincir air overshot adalah tegangan (voltase) yang dihasilkan generator, arus listrik (ampere) yang dihasilkan generator, debit yang di dapat setelah pengukuran v-notch, putaran generator (rpm), dan massa yang didapat dari putaran kincir.

Pada penelitian kincir air ini penetapan variasi 10 debit untuk di kalibrasi pada bak v-notch, lalu setelah bak v-notch di kalibrasi, pada penelitian ini dilanjutkan dengan penetapi variasi 5 debit dan variasi beban lampu yang dayanya dimaksimalkan menggunakan aki. Variasi jumlah lampu yang digunakan pada penelitian ini adalah 2 , 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, dan 20, dengan masing-masing lampu memiliki daya 5 watt. Pada saat pengambilan data dilaksanakan dan variasi pada debit dilakukan yang dicatat pada pengambilan data ini adalah arus,

4 5 6 7 8 9 10

0,47 0,62 0,87 1,03 1,25 1,51 1,68 2,02 2,31 2,57

Head (m)

Debit (L/m)

Head VS Debit

(50)

34

tegangan, rpm, dan massa yang dihasilkan pada setiap variasi pembebanan hingga 20 lampu.

Tabel 4.3 Data Pengujian Kincir pada Debit 0,62 L/s

LAMPU N (RPM) V (VOLT) I (AMP) MASSA (KG)

2 29,6 1,09 0,07 0,13

4 22,0 0,41 0,11 0,24

6 18,0 0,85 0,35 0,34

8 15,1 1,04 0,44 0,47

10 14,2 1,15 0,58 0,58

12 13,4 1,35 0,69 0,65

14 9,78 1,41 0,65 0,78

16 8,84 1,42 0,54 0,79

18 8,44 1,44 0,53 0,85

20 8,15 1,45 0,55 0,88

LAMPU N(RPM) V(VOLT) I (AMP) MASSA (KG)

2 40,9 1,97 0,08 0,13

4 35,2 1,48 0,16 0,25

6 30,5 0,92 0,34 0,34

8 30,4 0,93 0,37 0,36

10 22,2 0,22 0,42 0,46

12 19,1 0,77 0,40 0,69

14 16,2 1,15 0,45 0,79

16 14,4 1,28 0,54 0,91

18 13,3 1,37 0,51 1,02

20 12,8 1,38 0,53 1,08

(51)

35

Tabel 4.5 Data Pengujian Kincir pada Debit 1,51 L/s

2 44,5 2,33 0,10 0,13

4 41,1 1,83 0,18 0,25

6 36,6 1,35 0,29 0,36

8 32,0 0,93 0,36 0,46

10 28,7 0,60 0,39 0,58

12 25,0 0,11 0,42 0,71

14 22,8 0,46 0,46 0,82

16 19,9 0,74 0,45 0,92

18 19,0 0,96 0,41 0,98

20 17,2 1,10 0,44 1,06

Tabel 4.6 Data Pengujian Kincir pada Debit 2,02 L/s

2 53,2 3,12 0,09 0,13

4 46,5 2,39 0,16 0,25

6 43,8 2,06 0,23 0,37

8 40,1 1,53 0,39 0,62

10 37,3 1,22 0,41 0,62

12 33,7 0,90 0,50 0,74

14 31,6 0,71 0,52 0,78

16 31,6 0,59 0,53 0,85

18 30,3 0,56 0,54 0,87

20 30,0 0,48 0,58 0,88

2 59,0 3,62 0,08 0,13

4 55,4 3,19 0,15 0,26

6 51,6 2,71 0,29 0,37

8 46,5 2,28 0,38 0,48

10 45,9 2,11 0,43 0,54

12 45,5 1,95 0,48 0,62

14 43,1 1,69 0,51 0,65

16 40,9 1,63 0,53 0,73

18 37,3 1,40 0,54 0,80

20 30,6 1,28 0,56 0,98

(52)

36 4.3 Hasil Perhitungan Data

Berikut ini adalah cara perhitungan dan pengolahan data dari tabel 4.3 dan seterusnya. Perhitungan diambil dari tabel 4.7 data pertama, dengan mengukur gaya kincir air, lalu dilanjutkan dengan menghitung daya listrik, daya air, torsi, daya poros, dan efisiensi kincir air overshot.

1. Daya Listrik (P) P = V X I

= 1,09 x 0,07

= 0,08 watt 2. Daya Air (Ẇair)

Ẇair = ρ . g . Q . h

= 997 . 0,000621 . 9,81 . 0,911

= 5,53 watt 3. Torsi (𝑇)

𝑇 = 𝑚 . 𝑔 . 𝑙

= 0,13 . 9,81 . 0,3

= 0,37N.m 4. Daya Poros (Ẇshaft)

Ẇ𝑠ℎ𝑎 ft = .𝜔

= 0,37.2x3,14x29,6 60

= 1,14 watt 5. Efisiensi

η = ^Ŵshaft

Ŵair 100%

= ^1,14

5,53100%

= 20,6 %

(53)

37

Tabel 4.8 Data Hasil Perhitungan pada Debit 0,62 L/s

LAMPU DAYA

(WATT)

Wair (WATT)

TORSI (Nm)

Wshaft (WATT)

EFISIENSI (%)

2 0,08 5,53 0,37 1,14 20,6

4 0,05 5,53 0,69 1,59 28,7

6 0,30 5,53 1,00 1,88 34,0

8 0,46 5,53 1,38 2,18 39,5

10 0,67 5,53 1,71 2,53 45,8

12 0,93 5,53 1,91 2,68 48,4

14 0,92 5,53 2,28 2,33 42,2

16 0,77 5,53 2,32 2,15 38,9

18 0,76 5,53 2,49 2,20 39,7

20 0,80 5,53 2,59 2,21 39,9

Tabel 4.9 Data Hasil Perhitungan pada Debit 1,03 L/s

LAMPU DAYA

(WATT)

Wair (WATT)

TORSI (Nm)

2 0,16 9,20 0,37 1,58 17,1

4 0,24 9,20 0,74 2,71 29,5

6 0,31 9,20 0,99 3,15 34,2

8 0,34 9,20 1,04 3,32 36,1

10 0,09 9,20 1,34 3,12 33,9

12 0,31 9,20 2,02 4,02 43,7

14 0,52 9,20 2,31 3,91 42,5

16 0,69 9,20 2,66 4,00 43,5

18 0,70 9,20 2,99 4,17 45,3

20 0,73 9,20 3,18 4,25 46,1

Tabel 4.10 Data Hasil Perhitungan pada Debit 1,51 L/s

LAMPU DAYA

(WATT)

Wair (WATT)

TORSI (Nm)

2 0,23 13,5 0,40 1,80 13,2

4 0,33 13,5 0,70 3,10 23,0

6 0,39 13,5 1,00 4,00 29,7

8 0,33 13,5 1,40 4,50 33,6

10 0,23 13,5 1,70 5,10 37,7

12 0,05 13,5 2,10 5,40 40,3

14 0,21 13,5 2,40 5,80 42,8

16 0,33 13,5 2,70 5,60 41,8

18 0,39 13,5 2,90 5,70 42,4

20 0,48 13,5 3,10 5,60 41,5

(54)

38

Tabel 4.11 Data Hasil Perhitungan pada Debit 2,02 L/s

LAMPU DAYA

(WATT)

Wair (WATT)

TORSI (Nm)

2 0,28 18,0 0,38 2,13 11,9

4 0,38 18,0 0,74 3,58 19,9

6 0,47 18,0 1,07 4,93 27,5

8 0,60 18,0 1,81 7,60 42,3

10 0,50 18,0 1,82 7,11 39,6

12 0,45 18,0 2,18 7,67 42,7

14 0,37 18,0 2,28 7,55 42,1

16 0,31 18,0 2,50 8,26 46,0

18 0,30 18,0 2,56 8,12 45,2

20 0,28 18,0 2,58 8,08 45,0

Tabel 4.12 Data Perhitungan pada Debit 2,57 L/s

LAMPU DAYA

(WATT)

Wair (WATT)

TORSI (Nm)

2 0,29 22,9 0,38 2,36 10,3

4 0,48 22,9 0,77 4,44 19,4

6 0,79 22,9 1,07 5,80 25,3

8 0,87 22,9 1,40 6,81 29,7

10 0,91 22,9 1,59 7,64 33,3

12 0,94 22,9 1,81 8,61 37,6

14 0,86 22,9 1,91 8,62 37,6

16 0,86 22,9 2,15 9,19 40,1

18 0,76 22,9 2,35 9,18 40,1

20 0,72 22,9 2,87 9,18 40,1

4.4 Grafik

Setelah mencatat data hasil pengujian dan menghitung data hasil pengujian, tahap selanjutnya adalah menganalisis data dengan variasi yang sudah ditentukan dalam penelitian ini. Perbandingan ini dibuat dengan menggunakan media grafik. Berikut adalah grafik yang menggambarkan perbandingan antara data-data yang telah diperoleh selama penelitian ini :

(55)

39

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

0,62 1,03 1,51 2,02 2,57

Torsi (Kg.m)

Debit Air

1. Grafik Hubungan Torsi Maksimal Terhadap Debit Air

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Torsi Maksimal Terhadap Debit Air

Pada grafik hubungan torsi maksimal terhadap debit air diatas dapat dilihat debit air yang dapat menghasilkan torsi tertinggi adalah debit air 1,03 l/s atau pada ketinggian 6 cm pada bak v-notch. Torsi yang dihasilkan pada kincir air overshot ini jika dihubungkan dengan debit air cenderung mengalami kenaikan dan penurunan yang tidak signifikan, tetapi hal tersebut sangat berpengaruh pada daya yang dihasilkan generator dan juga efisiensi generator yang digunakan pada penelitian ini. Pada debit air 0,62 l/s torsi maksimal yang dihasilkan adalah 2,59 Nm, pada debit air 1,03 l/s torsi maksimal yang dihasilkan adalah 3,18 Nm, pada debit air 1,51 l/s torsi maksimal yang dihasilkan adalah 3,10 Nm, pada debit air 2,02 l/s torsi maksimal yang dihasilkan adalah 2,58 Nm, dan pada debit air 2,57 l/s torsi maksimal yang dihasilkan adalah 2,87 Nm.

(56)

40

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

0,62 1,03 1,51 2,02 2,57

Daya Poros (WATT)

Debit Air

2. Grafik Hubungan Daya Poros Maksimal Terhadap Debit Air

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Daya Poros Maksimal Terhadap Debit Air

Pada grafik hubungan daya poros maksimal terhadap debit air diatas dapat dilihat debit yang dapat menghasilkan daya poros tertinggi adalah debit air 2,57 l/s. Dari grafik diatas dapat kita lihat, semakin tinggi debit air maka semakin tinggi pula daya poros yang dapat dihasilkan oleh generator. Pada debit air 0,62 l/s daya poros maksimal yang dihasilkan adalah 2,68 watt, pada debit air 1,03 l/s daya poros maksimal yang dihasilkan adalah 4,25 watt, pada debit air 1,51 l/s daya poros maksimal yang dihasilkan adalah 5,76 watt, pada debit air 2,02 l/s daya poros maksimal yang dihasilkan adalah 8,26 watt, dan pada debit air 2,57 l/s daya poros maksimal yang dihasilkan adalah 9,19 watt.

(57)

41

0 10 20 30 40 50 60 70

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Putaran Kincir (Rpm)

Beban (Watt)

Debit 0,62 L/s Debit 1,03 L/s Debit 1,51 L/s Debit 2,02 L/s Debit 2,57 L/s

3. Grafik Hubungan Pembebanan Lampu Terhadap Kecepatan Putar Kincir Air

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Pembebanan Lampu Terhadap Kecepatan Putar Kincir Air

Pada gambar 4.4 diatas, terlihat semakin ditingkatkan pembebanan pada lampu, maka penurunan pada putaran kincir akan terjadi. Pada debit 0,62 L/s, 1,03 L/s, 1,51 L/s, 2,02 L/s, 2,57 L/s grafik kecepatan putar kincir air overshot pada penelitian ini cenderung menurun, hal ini terjadi dikarenakan pembebanan lampu yang diberikan kepada kincir air sangat berpengaruh terhadap daya yang dihasilkan oleh generator, hal tersebut yang membuat putaran kincir air menjadi pelan dan penurunan kecepatan kincir air terjadi. Selain pembebanan lampu, debit juga sangat berpengaruh terhadap kecepatan putar kincir, semakin besar debit air, maka kecepatan putar kincir juga akan semakin besar atau cepat. Putaran kincir air tertinggi pada penelitian ini adalah 59,0 rpm yang terjadi pada debit terbesar yaitu 2,57 L/s dengan pembebanan daya yang diberikan 10 watt, sedangkan untuk putaran kincir air terendah adalah 8,15 rpm dengan pembebanan yang diberikan berjumlah 100 watt.

(58)

42

0 1 1 2 2 3 3 4

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Torsi (Nm)

Beban (Watt)

4. Grafik Hubungan Pembebanan Lampu Terhadap Torsi

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Pembebanan Lampu Terhadap Torsi

Pada gambar 4.5 dapat dilihat terjadi kenaikan torsi kincir air, baik pada debit 0,62 L/s, 1,03 L/s, 1,51 L/s, 2,02 L/s, maupun 2,58 L/s.

Kenaikan torsi kincir pada penelitian ini dipengaruhi oleh pembebanan lampu yang diberikan kepada kincir air. Pada grafik 4.3 didapat torsi maksimum yang dihasilkan oleh kincir air overshot adalah 3,18 Nm pada debit 1,03 L/s dengan daya lampu 100 watt. Putaran kincir air akan turun ketika pembebanan lampu ditingkatkan dan sebaliknya torsi akan semakin bertambah besar jika pembebanan lampu ditingkatkan.

Pada penelitian ini torsi akan sangat berpengaruh terhadap daya poros, dimana jika torsi yang dihasilkan semakin besar maka daya poros juga akan semakin besar dihasilkan, hal ini disebabkan oleh persamaan yang digunakan dalam mencari daya poros yaitu persamaan (4).

(59)

43

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 10 20 30 40 50 60 70

Efisiensi (%)

Putaran Kincir (Rpm)

5. Grafik Hubungan Putaran Kincir Air Terhadap Efisiensi

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Putaran Kincir Air Terhadap Efisiensi

Pada grafik diatas (gambar 4.6) efisiensi cenderung naik lalu turun pada putaran kincir tertentu, hal tersebut disebabkan oleh aki yang tidak stabil dalam pengangkat daya yang dihasilkan generator, putaran kincir yang terlalu tinggi menyebabkan air yang diterima oleh sudu kincir kurang sempurna, dan sudu-sudu pada kincir air overshot ini kurang mampu menahan air yang jatuh dari lintasan, karena material yang digunakan selama penelitian ini adalah arkrilik dan pemasangan sudu-sudu kincir air hanya menggunakan lem alteco. Kincir air overshot dengan jumlah sudu kincir 12 yang dirancang selama penelitian dan pengujian ini dapat bekerja pada rpm yang tinggi.

Efisiensi tertinggi kincir air overshot dengan jumlah sudu 12 yang dirancang dalam penelitian adalah 48,4%, pada kecepatan putar kincir 13,375 rpm dan efisiensi terendahnya adalah 10,3%, pada kecepatan putar kincir 58,95 rpm.

(60)

44

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 1 2 3 4

Efisiensi (%)

Torsi (Nm)

6. Grafik Hubungan Torsi Terhadap Efisiensi

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Torsi Terhadap Efisiensi

Pada grafik diatas hubungan torsi terhadap efisiensi kincir air overshot yang dilakukan selama penelitian cenderung mengalami kenaikan lalu diikuti trend penurunan pada torsi tertentu disetiap debit yang dilakukan pengujian. Di debit 0,62 L/s torsi terbesar yang dihasilkan adalah 2,56 Nm dengan efisiensi kincir 39,9 %. Di debit 1,03 L/s torsi terbesar yang dihasilkan adalah 3,18 Nm dengan efisiensi kincir 46,1 %. Di debit 1,51 L/s torsi terbesar yang dihasilkan adalah 3,1 Nm dengan efisiensi kincir 41,5 %. Di debit 2,02 L/s torsi terbesar yang dihasilkan adalah 2,58 Nm dengan efisiensi kincir 45,0

%. Di debit 2,57 L/s torsi terbesar yang dihasilkan adalah 2,87 Nm dengan efisiensi kincir 40,1 %. Secara keseluruhan torsi terbesar yang dihasilkan generator pada penelitian ini adalah 3,18 Nm dan efisiensi terbesar yang dihasilkan adalah 48,4%.

(61)

45

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian terhadap kincir air overshot yang telah dilakukan selama penelitian ini, dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut :

1. Debit air yang dihasilkan pompa sangat berpengaruh terhadap kecepatan kincir air overshot. Dengan variasi pembebanan lampu yang digunakan selama penelitian ini, jika debit air semakin besar maka kecepatan putar kincir air juga akan semakin tinggi.

2. Pada penelitian ini, hubungan torsi dan debit air maksimal yang didapat adalah pada debit 1,03, jadi dapat disimpulkan performa terbaik kincir air overshot dalam penelitian ini adalah pada debit 1,03 L/s.

3. Semakin tinggi debit air yang dipakai dalam penelitian ini maka semakin tinggi pula daya poros yang dihasilkan.

4. Pada penelitian ini digunakan lampu sebagai pembebanan daya listrik yang dihasilkan dari generator, semakin banyak pembebanan lampu yang digunakan maka semakin menurun kecepatan kincir.

5. Kecepatan putar kincir didapat 29,6 rpm pada debit 0,62 L/s dengan pembebanan lampu 10 watt.

6. Torsi maksimum yang dihasilkan selama penelitian ini berlangsung yaitu 2,59 Nm pada debit 0,62 L/s, sedangkan pada debit 1,03 L/s dihasilkan torsi 3,18 Nm, pada debit 1,51 L/s dihasilkan torsi 3,12 Nm, pada debit 2,02 L/s dihasilkan torsi 2,58 Nm, dan pada debit 2,57 L/s dihasilkan torsi 2,87 Nm.

7. Effisiensi maksimum yang dihasilkan kincir air overshot pada penelitian ini yaitu 48,4%, pada debit 0,62 L/s, sedangkan pada debit 1,033 L/s dihasilkan effisiensi 46,1%, pada debit 1,51 L/s dihasilkan effisiensi 42,8%, pada debit 2,015 L/s dihasilkan effisiensi 46,0%, dan pada debit 2,58 L/s dihasilkan effisiensi 40,1 %.

(62)

46 5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan terhadap kincir air overshot dengan jumlah sudu 12, ada beberapa saran yang perlu diperhatikan, yaitu :

1. Guna memaksimalkan hasil unjuk kerja yang dilakukan untuk penelitian kedepannya, perlu digunakan aki yang memiliki daya tampung listrik yang lebih besar pula, karena pada penelitian ini telah digunakan aki dengan daya tampung arus 5 Ah (Ampere hour) dan aki dengan daya tamping listrik sebesar itu, sering mengalami drop (tekor), karena listrik yang dihasilkan oleh generator juga hampir lebih besar daripada daya tamping listrik pada aki.

2. Pada saat menjalankan pompa, keadaan pompa harus selalu terendam air, hal tersebut berguna untuk menghemat atau memperpanjang umur pompa dan menghindari terbakarnya pompa.

3. Posisi rangkaian bak v-notch dan saluran air harus selalu sama saat melakukan kalibrasi.

4. Saat pengambilan data penelitian, bila dilakukan di ruang terbuka (outdoor), maka sebisa mungkin harus dilakukan ketika kondisi cuaca cerah, hal tersebut dilakukan guna membuat data penelitian menjadi lebih valid.

5. Dalam pembuatan poros kincir air, perlu diperhatikan ulir pada poros yang nantinya tersambung pada generator, jangan sampai ulir tersebut kebalik, karena hal tersebut dapat membuat kendornya generator pada saat kincir air beroperasi.

(63)

47

DAFTAR PUSTAKA

Mulianto, E. (2020). Unjuk Kerja Kincir Air Overshot 8 Sudu Berdiameter 120 cm Terhadap Debit. Jurusan TM (Fakultas Sains & Teknologi), Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Liputan6.com. (2020). Cadangan Energi Fosil Indonesia Tinggal 9 Tahun.

Diakses Pada 10 Januari 2021, dari

https://www.liputan6.com/bisnis/read/4387986/cadangan-energi-fosil- indonesia-tinggal-9-

tahun#:~:text=Liputan6.com%2C%20Jakarta%20%2D%20Menteri,habis

%20dalam%20waktu%209%20tahun.

Huda, Khoirul. M.viko dwi cahyo, M. Fiqqih Khoirullah, dkk. 2015. “Pembangkit Listrik bertenaga Kincir Air”, https://docs.google.com/presentation/d/13n- RN9cANCeAOONLldrb8AINgywXGq7V6cb3jS5Waag/htmlpresent, Diakses pada 22 Januari 2021.

Wibowo, W. 2002. Kincir Air Pembangkit Listrik, Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma.

Sahri, Ahmad. 2006. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro dengan Menggunakan Penggerak Kincir Air, Yogyakarta.

(64)

48