Unjuk kerja kincir air breastshot dengan kimiringan sudu 45 derajat - USD Repository

(1)

UNJUK KERJA KINCIR AIR BREASTSHOT DENGAN

KEMIRINGAN SUDU 45 DERAJAT

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukanoleh :

FABIANUS PRATOMO WADIATMOKO NIM : 075214008

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

PERFORMANCE BREASTSHOT WATERWHEEL

WITH A SLOPE OF 45 DEGREES BLADE

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program

By :

FABIANUS PRATOMO WADIATMOKO NIM : 075214008

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

INTISARI

Air merupakan sumber energi yang murah dan mudah didapat dan memiliki energy potensial ( ketika air jatuh ) dan energy kinetik ( pada saat air mengalir ). Tetapi dalam penggunaan sumber energi air masih jarang dan belum seluruhnya dimanfaatkan dengan baik. Sumber air banyak tersedia di alam sehingga dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-hari. Dalam penelitian ini peneliti membuat kincir air tipe breastshot dan dapat divariasikan sudunya. Jumlah sudu yang divariasikan berjumlah 8 buah sudu dan 16 buah sudu dengan tipe kincir yang sama.

Peneliti membuat kincir air breastshot karena termasuk dalam pemanfaatan tenaga air teknologi yang sederhana sehingga di kalangan masyarakat kincir ini mudah untuk dibuat serta diciptakan. Adapun tujuan dari pembuatan kincir air breastshot ini adalah mengetahui nilai tegangan, kuat arus, daya dari kincir, beban yang diterima kincir dan putaran dari generator yang selanjutnya diolah sehingga didapat data-data yang mencangkup kincir air breastshot. Selanjutnya data tersebut dibuat grafik yang menunjukkan perlakuan dari kincir breastshot tersebut dengan demikian dapat dilihat kinerja kincir yang dibuat peneliti dan dapat digunakan dalam melakukan praktikum ataupun kegiatan dari kampus.

(8)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat

dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dan dapat

menyelesaikan naskah dengan sebaik - baiknya. Tugas Akhir ini merupakan salah

satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

Di dalam naskah Tugas Akhir ini penulis membahas mengenai perancangan,

perhitungan ketinggian, perhitungan daya dan pembuatan kincir air dengan jenis

breastshot.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan yang

berupa dorongan, motivasi, doa, saran, materi sehingga dapat terselesaikannya

Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada semua

pihak sebagai berikut :

1. Bapak Ir. PK. Purwadi,M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

2. Bapak RB. DwisenoWihadi, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas

Akhir.

3. Segenap staf pengajar dan karyawan Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan

(9)

4. Laboran (Martono DS, Intan Widanarko, Ag. Rony Windaryawan) yang

telah membantu memberikan ijin dalam penggunaan fasilitas yang

diperlukan dalam penelitian ini.

5. Orang tua yang telah membimbing dan mendukung penelitian sehingga

penelitian ini tidak kekurangan suatu apapun dan berkat beliau penelitian

ini dapat berjalan dengan lancar.

6. Teman-teman satu kelompok : Richardus Dias B. J. N, Oktavianus Ardian

N serta C.B. Krisna Sampurna yang telah berusaha hingga akhirnya

penelitian ini dapat selesai dengan baik.

7. Teman – teman yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah

banyak membantu serta Tabita Hermayani yang selalu memberikan

semangat sehingga dapat mencapai akhir yang maksimal dalam Tugas

Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki

dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu kritik dan saran dari berbagai pihak

sangat penulis harapkan sehingga penulis dapat menyempurnakan Tugas Akhir

ini.

Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi

pembaca.

(10)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL . . . i

TITLE PAGE . . . ii

HALAMAN PERSETUJUAN . . . iii

HALAMAN PENGESAHAN . . . iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA . . . v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI . . . vi

INTISARI . . . vii

KATA PENGANTAR . . . viii

DAFTAR ISI . . . x

DAFTAR TABEL . . . xii

DAFTAR GAMBAR . . . xiv

BAB I. PENDAHULUAN . . . 1

1.1 Latar Belakang . . . 1

1.2 Perumusan Masalah . . . 2

1.3 Tujuan Penelitian . . . 3

1.4 Batasan Masalah . . . 3

1.5 Manfaat Penelitian . . . 4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA . . . 5

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan . . . 5

2.2 Dasar Teori . . . 6

(11)

BAB III. METODE PENELITIAN . . . 17

3.1 KomponenKincir Air Breastshot . . . 17

3.2 PrinsipKerjaAlat . . . 26

3.3 VariasiKincir yang akanDiuji . . . 26

3.4 Variabel yang akanDiukur . . . 26

3.5 MetodedanLangkahPengambilan Data . . . 27

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN . . . 29

4.1 DataPenelitian . . . 29

4.2 PerhitunganData HasilPenelitian . . . 35

4.3 DataHasilPerhitungan . . . 42

4.4 Hasil Rata – rata Dan Grafik . . . 48

BAB V. PENUTUP . . . 55

5.1 Kesimpulan . . . 55

5.2 Saran . . . 56

DAFTAR PUSTAKA . . . 57

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1.13 Hasil perhitungan data penelitian 1, ketinggian air 3 meter variasi 8 sudu . . . 42

(13)

Tabel 4.1.21 Hasil perhitungan data penelitian 3, ketinggian air

3 meter variasi 16 sudu . . . 46

Tabel 4.1.25 Hasil rata-rata data ketinggian air 3 meter dengan

jumlah 8 sudu. . . 48

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir air breastshot. . . 5

Gambar 2.2 Kincir Air Overshot . . . 7

Gambar 2.3 Kincir Air Undershot . . . 8

Gambar 2.4 Kincir Air Breastshot. . . 9

Gambar 2.5 Kincir Air Tube . . . 10

Gambar 2.7 Penampang sudu yang terkena air . . . 13

Gambar 2.8 Torsi . . . 15

Gambar 3.1 Skema keseluruhan kincir air breastshot. . . 17

Gambar 3.2 Kincir tampak samping kanan. . . 19

Gambar 3.3 Kincir tampak samping kiri. . . 19

Gambar 3.4 Skema alat pendukung pengukuran daya. . . 22

Gambar 3.5 Skema susunan neraca pegas. . . 22

Gambar 3.6 Pompa. . . 23

Gambar 3.7 Generator . . . 23

Gambar 3.8 Tachometer . . . 24

Gambar 3.9 Susunan Beban Lampu. . . 24

Gambar 3.10 Neraca Beban. . . 25

Gambar 3.11 Multimeter. . . 25

Gambar 4.1 Hubungan pengaruh head terhadap torsi. . . 51

Gambar 4.2 Hubungan pengaruh jumlah sudu terhadap daya kincir. . . 52

Gambar 4.3 Hubungan pengaruh beban terhadap torsi. . . 53

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada masa sekarang ini ilmu pengetahuan dan teknologi semakin

berkembang.Penelitian – penelitian tentang sumber daya energi banyak

dilakukan untuk kebutuhan hidup manusia akan perkembangan zaman.

Sumber daya energi yang diperoleh pada masa sekarang ini banyak terdapat di

alam dan dalam pemanfaatannya belum sepenuhnya digunakan. Sebagian

besar masyarakat masih menggunakan sumber energi berbangkit berbahan

dasar fosil yakni batu bara, minyak bumi dan gas alam yang tersedia terbatas

di alam dan tidak dapat diperbaharui.

Sumber – sumber energi yang dapat digunakan dan tidak menganggu

keseimbangan di alam, misalnya : energi air, energi angin, energi matahari

yang terus dikembangkan sehingga dapat menghemat energi berbahan dasar

fosil. Salah satu energi yang dapat dimanfaatkan secara meluas dan dengan

biaya yang tidak terlalu mahal di negara kita adalah pemanfaatan potensi

energi air.

Potensi energi air banyak terdapat di sungai, selokan dan bahkan

persawahan terutama digunakan sebagai penyedia energi listrik melalui

(16)

air ini dapat berkembang dan disosialisasikan secara benar maka pengetahuan

masyarakatakan terbuka sehingga potensi energi air dapat mengurangi krisis

listrik di negara kita.

Dalam usaha pemanfaatan energi air ini kemudian dibuat suatu alat untuk

mengubah energi potensial dari air menjadi gerak poros. Dari gerak poros

akan menggerakkan dinamo atau generator yang akan menghasilkan energi

listrik.Alat ini adalah kincir air yang termasuk dalam pemanfaatan energi

tanpa menimbulkan kerugian disekitarnya.Karena dalam pengoprasiannya

tanpa menggunakan bahan bakar yang dapat menyebabkan polusi ataupun

merusak lingkungan kincir air juga dapat membantu meringankan pekerjaan,

misalnya untuk penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil.

1.2 Perumusan Masalah

Pada masa sekarang ini kebutuhan suatu energi sangat diperlukan untuk

kehidupan sehari – hari terutama dalam pemanfaatan energi listrik.Oleh

karena itu dalam pembuatan kincir ini diharapkan kinerja kincir bisa

seoptimal mungkin sehingga dapat memanfaatkan energi di alam dengan baik.

Dalam penelitian energi air ini menggunakan kincir air tipe breastshot

dengan kemiringan sudu 45°.Bentuk kemiringan sudu diharapkan dapat

membuat kecepatan kincir air dan dapat memperoleh torsi sesuai yang telah

(17)

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian kincir ini adalah :

1. Membuat kincir air dengan model breastshot dengan kemiringan sudu 45°

dan jumlah sudu 16 buah.

2. Mengetahui pengaruh

head

terhadap torsi untuk dua variasi jumlah sudu.

3. Mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap daya kinetik kincir.

4. Mengetahui pengaruh beban terhadap torsi untuk dua variasi jumlah sudu.

5. Mengetahui pengaruh beban terhadap putaran kincir dua variasi jumlah

sudu.

6. Mengetahui efisiensi kincir air breastshot dengan dua variasi jumlah sudu.

1.4 Batasan Masalah

Dalam perancangan ini akan dibuat suatu kincir air breastshot. Kincir ini

diharapkan dapat menghasilkan daya listrik yang digerakkan oleh air dengan

head

tertentu. Adapun batasan masalah pada penelitian ini, sebagai berikut :

a.

Debit yang tersedia 39,9

L_s

.

b.

Head

yang tersedia 0,5 m.

c.

Dalam perhitungan gravitasi menggunakan 9,81

m

s

.

d.

Jumlah sudu yang digunakan adalah delapan buah sudu dan 16 buah sudu

dengan kemiringan 45°.

(18)

f.

Beban lampu yang digunakan mempunyai tegangan 24 Volt dan memiliki

daya 10 watt.

1.5 Manfaat Penelitian

1. Manfaat bagi peneliti :

Dapat mengetahui dan menambah pengetahuan serta refrensi

mengenai kinerja kincir breastshot dengan memakai

head

tertentu

sehingga didapat hasil yang maksimal dalam penelitian kincir breastshot.

2. Manfaat bagi Universitas Sanata Dharma :

Dapat dijadikan sarana untuk praktikum bagi mahasiswa Teknik

Mesin sehingga dapat menambah pengetahuan tentang proses serta cara

kerja kincir air breastshot.

3. Manfaat bagi masyarakat :

Masyarakat menjadi semakin mengerti tentang adanya kincir air yang

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

Penelitian mengenai kincir air breastshot ini sejauh sepengetahuan peneliti

telah banyak dilakukan. Namun sebagian besar banyak yang telah dilakukan

di luar negeri. Di Indonesia sendiri penelitian maupun pengaplikasian

mengenai kincir air breastshot belum banyak dilakukan.

Gambar 2.1 Kincir air breastshot

(

Sumber: http://www.top-alternative-energy-sources.com/water-wheel-design.html

)

Kincir air breastshot digunakan secara luas di Inggris dan Jerman selama

abad ke dua puluh. Dalam rangka pengembangan kincir air breastshot untuk

pembangkit listrik sebuah studi metode desain dan serangkaian model tes

yang dilakukan di Universitas Queen di Belfast. Contoh perhitungan untuk

(20)

Pengujian pada skala 1:4 dengan diameter 1 m memberikan efisiensi 78,5%

sehingga kincir air breastshot menjadi sebuah konverter energi yang efisien.

2.2 Dasar Teori

Pada umunya air merupakan sumber energi yang mudah didapat dan

murah karena terdapat beberapa energi yang dihasilkan oleh air, diantaranya :

energi kinetik yang ada pada saat air mengalir dan energi potensial yang ada

pada saat air jatuh. Pemanfaatan energi air dapat menggunakan bermacam

alat salah satunya adalah kincir air. Besarnya energi air yang dapat dihasilkan

tergantung pada

head

dan debit. Dalam hal ini

head

adalah beda ketinggian

dari permukaan air ( bak penampung ) dengan titik keluarnya air sedangkan

debit adalah volume yang mengalir persatuan waktu.

Kincir air merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi

air menjadi energi mekanik berupa putaran poros sehingga kincir air

mempunyai model atau cara penggunaan masing – masing. Ada beberapa tipe

kincir air yaitu :

1. Kincir Air Overshot

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam

bagian sudu – sudu sisi bagian atas dan karena berat air maka roda kincir

dapat berputar. Kincir air overshot merupakan kincir yang banyak

(21)

Gambar 2.2Kincir Air Overshot

(

Sumber :

http://www.semayangboy.co.cc/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro.html

)

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air overshot

adalah:

Keuntungan:

a.

Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

b.

Tidak membutuhkan aliran yang deras.

c.

Konstruksi yang sederhana.

d.

Mudah dalam perawatan.

e.

Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.

Kerugian:

a.

Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau

bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.

b.

Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

c.

Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

(22)

2. Kincir Air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam

dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air

tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head. Tipe ini

cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini

disebut juga dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah

sudu yang memutar kincir.

Gambar 2.3 Kincir Air Undershot

(

Sumber :

http://www.semayangboy.co.cc/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro.html

)

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air undershot

adalah:

Keuntungan:

a.

Konstruksi lebih sederhana.

b.

Lebih ekonomis.

c.

Mudah untuk dipindahkan.

(23)

a.

Efisiensi kecil.

b.

Daya yang dihasilkan relatif kecil.

3. Kincir Air Breastshot

Kincir air breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan

undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak

melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air

disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki

kinerja dari kincir air tipe undershot.

Gambar 2.4 Kincir Air Breastshot

(

Sumber :

http://www.semayangboy.co.cc/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro.html

)

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air breastshot

adalah:

Keuntungan:

a.

Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot.

(24)

c.

Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar.

Kerugian:

a.

Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot.

b.

Diperlukan dam pada arus aliran datar.

c.

Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot.

4. Kincir Air Tube

Kincir air Tube merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara

horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal dan tipe ini

dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot.

Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka energi yang

diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.

Gambar 2.5 Kincir Air Tube

(

Sumber :

http://www.semayangboy.co.cc/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro.html

)

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air tube adalah:

(25)

a.

Memiliki konstruksi yang lebih ringkas.

b.

Kecepatan putarnya lebih cepat.

Kerugian:

a.

Tidak menghasilkan daya yang besar.

b.

Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian

yang lebih teliti.

Dalam penelitian pada tugas akhir ini dilakukan dengan menggunakan

kincir air breastshot. Sumber dari kincir air breastshot menggunakan air

yang dipompa ke dalam bak penampung sehingga terdapat pasokan air

yang akan melalui pipa yang kemudian air tersebut dapat memutar kincir.

2.3 Rumus Perhitungan Kincir Air Breastshot

2.3.1 Debit air

Debit air adalah jumlah volume air yang mengalir persatuan waktu, dapat

diperoleh dengan persamaan :

Q = v x A

……… ( 2.1 )

Dengan :

Q = debit (

m³ _s

)

v = kecepatan air (

m

⁄

_s

)

(26)

h

1

= ketinggian air dalam bakpenampung(0,5m)

A = luas penampang pipa

A =

1 ₄

x

π

x D²( m² )

……… ( 2.2 )

2.3.2 Daya air

Daya total yang dimiliki air :

P =

ρ

x g x Q xh

2

……… ( 2.3 )

Dengan :

ρ

= massa jenis air ( 1000

kg

m³

)

g = percepatan gravitasi ( 9,81

m

s

)

Q = debit (

m³ _s

)

h

2

= ketinggian air dari bak penampung sampai air mengenai sudu

kincir( 3 m dan 4 m )

2.3.3 Perhitungan Daya Dorong Kincir

Pada perhitungan daya dorong kincir ada beberapa faktor yang harus

diperhatikan :

a.

Besarnya kecepatan putar kincir (rpm)

b.

Perhitungan luas dan volume frontal

(27)

1. Kecepatan Putar Kincir

Kecepatan putar kincir adalah jumlah putaran kincir dalam satu kali

rotasi tiap satuan detik, dapat dihitung dengan rumus :

n =

(rpm)

……… ( 2.4 )

Dengan :

v = kecepatan linier kincir (

m

⁄

_s

)

D = diameter kincir air ( m )

2. Perhitungan Luas Frontal

Pada kincir air breastshot semua sudu terkena air oleh karena itu luas

frontal yang dipakai dalam kincir air breastshot harus sesuai dengan

keluaran air yang akan menabrak sudu kincir.

(28)

Dengan :

θ

= sudut antar sudu

p = panjang sudu

l

= lebar sudu

A1 = luas penampang sudu yang terkena air

Volume air yang menabrak sudu kincir dapat dicari dengan rumus :

V = p x l x t

……… ( 2.5 )

Dengan :

p = panjang sudu( m )

l = lebar sudu( m )

t = tinggi sudu ( m )

2.3.4 Torsi

Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan

gaya yang bekerja pada titik yang mempunyai jarak dari sumbu pusat,

sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

T = F x r

……… ( 2.6 )

Dengan :

T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros(kg.m)

F = beban pada poros akibat puntiran (kg)

(29)

Gambar 2.7 Torsi

(

Sumber : http://www.yudaesa.com/index.php?mib=news.detail&id=20

)

2.3.5 Daya Kincir

Pada umumnyaperhitungan untuk menghitung daya pada gerak melingkar

dapat dituliskan sebagai berikut:

P( )

= T x

ω

……… ( 2.7 )

Dengan :

T = torsi dinamis (kg.m)

ω

= kecepatan sudut (

rad _s

)

ω

= kecepatan sudut (

rad _s

)

ω

=

. .

(

rad s

) ……… ( 2.8 )

Dengan :

(30)

2.3.6 Koefisien Daya (C

p

)

Koefisien daya (C

p

) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh

kincir ( P

kincir

)dengan daya yang disediakan oleh air ( P

air

), sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut:

C

=

x100%

……… ( 2.9 )

Dengan :

C

p

= koefisien daya (%)

P

kincir

= daya yang dihasilkan oleh kincir (watt)

(31)

BAB III

METODE PENELITIAN

Dalam perancangan kincir air breastshot terdapat berbagai macam

komponen untuk pembuatannya seperti sudu, jari-jari kerangka kincir,

plendes, roda rangka kincir, plat lingkaran samping, plat lingkaran dalam

kincirdan poros. Diameter kincir air breastshot adalah 1 meter.

3.1 Komponen Kincir Air Breastshot

(32)

1. Bak Penampung

Bak penampung terbuat dari kayu yang dirangkai sehingga

membentuk sebuah bak dengan berbagai komponen sehingga bak tersebut

tidak bocor dan kuat terhadap tekanan air. Volume bak penampung adalah

1

m

.

2. Tower

Tower ini digunakan untuk menopang bak air yang akan digunakan

sebagai sumber air ke kanal. Tower juga dapat disetting ketinggian untuk

air sehingga debit air dapat diubah sesuai dengan kebutuhan saat

penelitian.

3. Kolam

Kolam ini dibuat untuk menampung air sehingga didalam proses

menjalankan kincir air dapat berlangsung terus – menerus. Air yang

tertampung dalam kolam akan dinaikkan ke atas dengan menggunakan

pompa air dan akan kembali lagi ke kolam.

4. Kanal Air

Kanal digunakan untuk jalan keluarnya air dari bak penenang sehingga

air tersebut sampai kekincir dan dapat memutar kincir. Kanal ini dapat

diubah sesuai dengan kebutuhan penelitian.

(33)

Dudukan ini digunakan untuk menopang pipa pada kincir air

breastshot dan kanal datar pada kincir air breastshot dengan bahan plat

profil L yang memiliki ukuran 4 x 4 cm. Dudukan ini dapat diset sesuai

dengan kebutuhan yang akan dipakai.

6. Dudukan Kincir

Dudukan pada kincir berguna untuk membantu kincir air agar dapat

berdiri tegak. Didalam komponen dudukan terdapat bearing. Dudukan ini

menggunakan plat dengan profil L dan dengan ukuran yang berbeda –

beda. Tinggi dudukan kincir ini adalah 150 cm.

7. Kincir AirBreastshot

Kincir air breastshot digunakan sebagai alat penelitian sehingga

penelitian dapat berjalan sesuai yang telah direncanakan.

Gambar 3.2 Kincir tampak

Gambar 3.3 Kincir tampak

(34)

8. Sudu Kincir

Sudu kincir air breastshot dibuat dengan kemiringan 45° sehingga

diharapkan sudu tersebut dapat terkena air secara efisien dan dapat

menggerakkan kincir. Sudu ini dibuat dengan menggunakan plat tipis

dengan ketebalan 2 mm.

9. Plat Lingkaran Samping

Plat ini digunakan sebagai penutup samping agar air dapat tertampung

sehingga saat air menabrak / mendorong sudu kincir tenaga dari air

tersebut dapat sepenuhnya digunakan sebagai energi.

10. Roda Kerangka Kincir

Roda kerangka kincir berguna untuk membentuk suatu kincir agar

dapat melingkar sesuai dengan kincir pada umumnya. Dengan roda

tersebut maka kincir dapat berputar secara efisien dan teratur. Pembuatan

roda ini dengan cara di rol sehingga didapat ukuran yang sesuai dengan

diameter pipa besi 20mm.

11. Jari – jari Kincir

Jari – jari pada kincir air breastshot berguna untuk penahan beban

antara kincir dengan poros. Dengan adanya jari – jari ini maka kincir

(35)

12. Plat Lingkaran dalam Kincir

Plat ini berbentuk melingkar datar digunakan untuk menutupi kincir

air bagian bawah sudu supaya air yang menabrak sudu tidak terbuang

langsung.

13. Plendes

Plendes mempunyai fungsi untuk penguat atau penahan agar hubungan

antara poros dengan jari – jari kincir dapat kuat dan juga sebagai sarana

penghubung sehingga jari – jari dapat menopang kincir air.

14. Pulley

Pulley yang digunakan pada kincir air breastshot mempunyai tipe B

dan memiliki D

2

= 22 inch sedangkan untuk pulley pada generator

menggunakan D

1

= 8 inch.

15. Poros Kincir

Poros pada kincir air digunakan untuk menopang seluruh komponen

yang ada pada kincir dan untuk meneruskan tenaga bersama-sama dengan

putaran. Poros ini adalah bagian paling penting selain menopang beban

kincir juga digunakan untuk memutar kincir dan kemudian ditransmisikan

untuk menjadi sebuah energi. Poros menggunakan pipa pejal dengan

panjang 45 cm dan diameter 4,5 cm memiliki 1 tingkat yaitu turun

(36)

16. Bearing atau Bantalan Poros

Bearing digunakan untuk menahan poros berbeban, beban tersebut

dapat berupa beban aksial atau beban radial. Ukuran diameter bearing

yang dipakai dalam poros kincir air ini adalah 4.5 cm.

Gambar 3.4 Skema alat pendukung pengukuran daya

(37)

17. Pompa

Alat atau mesin untuk memindahkan atau menaikkan fluida

dengancara mengisap fluida tersebut. Dalam penelitian ini pompa

digunakan untuk menaikkan air ke bak penenang / bak penampung.

Gambar 3.6 Pompa

18. Generator

Untuk mengubah energi putaran poros menjadi energi listrik yang

nantinya akan dihubungkan dengan beban lampu.

(38)

19. Tachometer

Tachometer adalah suatu piranti yang memberikan output yang

proporsional terhadap kecepatan putar (kecepatan sudut). Pada penelitian

ini tachometer digunakan untuk mengetahui kecepatan putaran kincir air.

Gambar 3.8 Tachometer

20. Susunan beban dengan lampu

Rangkaian lampu ini disusun secara berurutan berfungsi untuk

memberikan variasi beban dalam menguji kincir air.

(39)

21. Neraca Beban

Neraca pegas digunakan untuk mengukur beban pengimbang torsi

dinamis.

Gambar 3.10 Neraca Beban

22. Multimeter

Untuk mengukur tegangan dah kuat arus yang dihasilkan generator.

(40)

3.2 Prinsip Kerja Alat

Pada dasarnya prinsip kerja kincir air breastshot hampir sama dengan

kincir air undershot dan overshot. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi

diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu

poros dari kincir air. Kincir air breastshot ini bekerja bila terdapat energi

potensial yang berupa airyang mengalir dan mengenai sudu kincir. Putaran

dari kincir akan ditransmisikan ke generator sehingga kincir tersebut siap

untuk diambil datanya. Saat kincir mulai berputar maka akan ada nilai putaran

kincir, daya generator dan beban yang dihasilkan oleh putaran kincir tersebut.

Uji coba kincir air breastshot dengan variasi sudu dan ketinggian air

diharapkan dapat seoptimal mungkin didapat hasil yang maksimal.

3.3 Variasi Kincir yang akan Diuji

a.

Variasi head( h

2

) 3 meter dan 4 meter.

b.

Jumlah sudu pada kincir 8 buah dan 16 buah.

3.4 Variabel yang akanDiukur

a.

Tegangan ( V ) yang dihasilkan generator.

b.

Kuat arus ( I ) yang dihasilkan generator.

c.

Putaran generator( n ).

(41)

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data

1. Memasang neraca pegas pada tempat yang sudah disiapkan.

2. Merangkai beban lampu dengan generator dan voltmeter.

3. Merangkaian lampu dan dalam posisi saklar off terlebih dahulu, pengujian

dilakukan hingga beberapa variasi beban lampu.

4. Jika semua telah siap kemudian menyalakan pompa.

5. Bila ketinggian air pada bak penenang sudah sesuai dengan yang

diinginkan kemudianpengukuran dapat dilakukan dengan membaca

display yang tertera pada alat pengukur kecepatan air.

6. Mengukur putaran kincir dengan tachometer .

7. Melihat besarnya massa pengimbang yang terukur pada neraca pegas

kemudian dicatat.

8. Mengukur daya yang dihasilkan generator dengan memvariasikan beban

lampu pada kondisi tanpa beban sampai dengan lampu tidak ada yang

menyala bersamaan dengan mengukur tegangan yang dihasilkan.

9. Pengambilan data dilakukan sampai dihasilkan data yang sesuai.

10. Hasil dari penelitian kemudian dicatat.

11. Kemudian mengulang langkah 6 sampai dengan langkah 10 dengan

(42)

Setelah air dalam bak penenang penuh, buka tutup keluaran

Kemudian ukur putaran generator memakai tachometer

Amati nilai massa yang ada pada neraca pegas

Ukur daya memakai multimeter dan variasikan beban lampu

(43)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

1.1 Data Penelitian

Dalam penelitian kincir air breastshot ini didapat beberapa data dengan

variasi sudu dan head ( h2).

1.1.1 Data penelitian kincir air breastshot dengan jumlah 8 sudu terhadap ketinggian air 3 meter dan 4 meter

Tabel 4.1.1 Data penelitian 1, ketinggian air 3 meter variasi 8 sudu

Lampu Tegangan (V) Kuat arus (I) Beban (kg)

Putaran generator (rpm) 0 28,1 0 0 252,1

2 20,5 2 1 218,4

4 15,7 3,6 2 196

(44)

Tabel 4.1.3 Data penelitian3, ketinggian air 3 meter variasi 8 sudu

(45)

Tabel 4.1.4Data penelitian 1, ketinggian air 4 meter variasi 8 sudu

(46)

1.1.2 Data penelitian kincir air breastshot dengan jumlah 16 sudu terhadap ketinggian air 3 meter dan 4 meter

(47)

(48)

(49)

4.2. Perhitungan Data Hasil Penelitian

Dari data penelitian diatas kemudian mencari nilai torsi, daya generator,

putaran kincir, daya kincir dan efisiensi kincir.

(50)

A = 1 ₄ x π x D²

A = 1 ₄ x 3,14 x (0,127 m)²

A = 0,01256 m²

Q = v x A

Q = 3,13m⁄_s x 0,01256 m²

Q = 0,0393m³ _s 39,3 L_s

4.2.2 Perhitungan Torsi Generator

Berikut adalah contoh cara perhitungan torsi :

Perhitungan torsi kincir air breastshot percobaan 1, jumlah 8 sudu

dengan ketinggian 3 meter.

a. Tanpa beban :

T = F x r

T = 0,6 kg x 0,25 m

T = 0,15 kg.m

b. Beban 2 lampu :

T = F x r

T = 1 kg x 0,25 m

(51)

4.2.3 Perhitungan Daya Generator

Berikut adalah contoh cara perhitungan daya generator :

a. Tanpa beban :

P = V x I

P = 28,1 V x 0 A

P = 0 watt

b. Beban 2 lampu :

P = V x I

P = 20,5 V x 2 A

P = 41 watt

4.2.4 Perhitungan Putaran Kincir

Berikut adalah contoh cara perhitungan putaran kincir :

Perhitungan putaran kincir air breastshot percobaan 1, jumlah 8 sudu

dengan ketinggian 3 meter. Dalam perhitungan putaran kincir

menggunakan perbandingan, dimana pulley 1 = 8 inch dan pulley 2 = 22

inch.

a. Tanpa beban :

n₍₎ = "

" x n( )

n₍₎ = "

(52)

b. Beban 2 lampu :

n( ) =

"

" x n( )

n₍₎ = "

" x 218,4 rpm

n₍₎ = 79,42 rpm

4.2.5 Perhitungan Daya Kinetik Generator

Dalam penelitian kincir air breastshot ini daya kinetik generator sama

dengan daya kinetik kincir karena diasumsikan tidak adanya rugi – rugi.

Berikut adalah contoh cara perhitungan daya kincir :

P₍ )= T( ) x ω( )

a. Tanpa beban :

P = T x ω

Dengan: ω = ( )

ω = ,

= 29.64rad s

Jadi : P = T x ω

= 0,15 (kg.m) x 29,64 rad _s

(53)

b. Beban 2 lampu :

P = T x ω

Dengan ω = ( )

ω = ,

= 26,02rad s

Jadi : P = T x ω

= 0,25 (kg.m) x 26,02 rad _s

= 6,51 watt

4.2.6 Perhitungan Torsi Kincir

Dalam perhitungan torsi kincir daya yang digunakan adalah daya kinetik generator sama seperti asumsi 4.2.4.

Berikut adalah perhitungan torsi kincir pada data penelitian 1 dengan 8 buah sudu :

P₍₎= T₍₎ x ω₍₎

T( ) =

( )

a. Tanpa beban :

T =

Dengan ω = ( )

ω = ,

(54)

Jadi : T =

= , ( )

= 0,41 kg.m

b. Beban 2 lampu :

T =

Dengan ω = ( )

ω = ,

= 9,46rad s

Jadi : T =

= , ( )

,

= 0,69 kg.m

4.2.7 Perhitungan Daya Air

Pada perhitungan daya air, debit yang tersedia tetap ( 39,3L _s = 0,0393

m³

s ) sedangkan head ( h2 )yang digunakan adalah 3 meter dan 4 meter.

a. Daya air pada saat ketinggian 3 meter :

P(air) = ρ x g x Q xh2

= 1000 kg

m³ x 9,81m s x 0,0393 m³ s x 3 m

(55)

b. Daya air pada saat ketinggian 4 meter :

P(air) = ρ x g x Q xh2

= 1000 kg

m³ x 9,81m s x 0,0393 m³ s x 4 m

= 1542,1watt

4.2.8 Perhitungan Efisiensi Kincir Air Breastshot

Pada perhitungan efisiensi kincir air breastshot variasi 8 buah sudu

dengan ketinggian 3 meter dapat dicari dengan :

C =

x100%

a. Tanpa beban :

C =

x100%

= ,

, x100%

= 0,29%

b. Beban 2 lampu :

C =

x100%

= ,

, x100%

(56)

4.3 Data Hasil Perhitungan

4.3.1 Data hasil perhitungan kincir air breastshot dengan jumlah 8 sudu terhadap ketinggian air 3 meter dan 4 meter

(57)

(58)

(59)

4.3.2 Data hasil perhitungan kincir air breastshot dengan jumlah 16 sudu terhadap ketinggian air 3 meter dan 4 meter

(60)

(61)

(62)

4.4 Hasil Rata – rata dan Grafik

Dari hasil perhitungan di atas didapat rata-rata dari masing-masing

penelitian kincir air breastshot 8 sudu dan 16 sudu dengan ketinggian air 3

meter dan 4 meter. Setelah di rata-rata kemudian dibuatlah grafik yang

menjelaskan hubungan antara :

a. Pengaruh head( h2 ) terhadap torsi.

b. Pengaruh jumlah sudu terhadap daya kincir.

c. Pengaruh beban terhadap torsi.

d. Pengaruh beban terhadap daya kincir.

4.4.1 Data hasil rata-rata kincir air breastshot dengan jumlah 8 sudu

Tabel 4.1.25 Hasil rata-rata data ketinggian air 3 meterdengan jumlah 8

(63)

Tabel 4.1.26 Hasil rata-rata data ketinggian air 4 meter dengan jumlah 8

4.4.2 Data hasil rata-rata kincir air breastshot dengan jumlah 16 sudu

(64)

4.4.3 Data perhitungan beban ( watt )

Tabel 4.1.29 Hasil perhitungan beban

(65)

4.4.4 Grafik kincir air breastshot sudu 8 buah dan sudu 16 buah A. Grafik hubungan pengaruh head _{terhadap torsi}

Gambar 4.1 Hubungan pengaruh head terhadap torsi

Dari gambar 4.1 hubungan pengaruh head dengan torsi dapat

dilihat bahwa head 3 meter dengan 8 sudu memiliki nilai torsi lebih

kecil yaitu 3,04 kg.m daripada nilai torsi yang dihasilkan oleh head 3

meter dengan 16 sudu yaitu 3,21 kg.m. Dengan demikian didapat hasil

bahwa jumlah variasi sudu mempengaruhi nilai torsi yang dihasilkan

kincir air breastshot.

Sedangkan untuk head 4 meter terdapat nilai torsi yang bertolak

dengan teori dasar yang seharusnya sama dengan hasil pada head 3

meter yaitu nilai torsi yang dihasilkan lebih besar 16 sudu

dibandingkan 8 sudu. Hal ini dapat disebabkan adanya faktor settingan

(66)

pada kincir yang kurang saat variasi sudu 16 ataupun faktor

pembacaan dari alat pengukur beban karena jarum penunjuk alat

pengukur beban tersebut tidak stabil (tidak tetap) sehingga dapat

dimungkinkan kesalahan saat pembacaan nilai beban tersebut.

B. Grafik hubungan pengaruh jumlah sudu terhadap daya kincir

Gambar 4.2 Hubungan pengaruh jumlah sudu terhadap daya kincir

Gambar 4.2 menunjukkan hubungan pengaruh jumlah sudu

terhadap daya kincir dimana daya kincir diasumsikan sama dengan

daya generator karena tidak adanya rugi-rugi dalam pengambilan data.

Dari hasil gambar 4.2 dapat dilihat pada saat jumlah sudu 8 buah

dengan head 3 meter memiliki nilai daya kincir 16,91 watt sedangkan

untuk jumlah sudu 16 buah dengan head 3 meter memiliki nilai daya

kincir 19,57 watt. Pada saat kincir air breastshot memakai jumlah sudu

(67)

8 buah dengan head 4 meter memiliki nilai daya kincir 23,12 watt

sedangkan jumlah sudu 16 buah dengan head 4 meter memiliki nilai

kincir 23,59 watt. Dapat disimpulkan bahwa jumlah sudu dan head

sangat mempengaruhi nilai daya kincir.

C. Grafik hubungan pengaruh beban terhadap torsi

Gambar 4.3 Hubungan pengaruh beban terhadap torsi

Dari gambar 4.3 diatas dapat disimpulkan jika beban bertambah

16 Sudu; ket inggian 3 m

(68)

D. Grafik hubungan pengaruh beban terhadap putaran kincir

Gambar 4.4 Hubungan pengaruh beban terhadap putaran kincir

Grafik 4.4 menunjukkan hubungan pengaruh beban terhadap

putaran kincir dimana jika beban semakin besar maka putaran kincir

akan semakin turun. Putaran yang dihasilkan akan berpengaruh pada

daya kincir yang mengakibatkan semakin kecil nilai daya yang

16 Sudu; ket inggian 3 m

(69)

BAB V PENUTUP

5.1Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat model kincir air breastshot dengan

kemiringan sudu 45° dan jumlah sudu 16 buah.

2. Head sangat berpengaruh terhadap nilai torsi dengan

masing-masing variasi jumlah sudu. Jika head semakin tinggi maka torsi

yang dihasilkan akan semakin besar hal ini juga dipengaruhi oleh

kecepatan kincir yang berputar dan beban yang digunakan.

3. Daya kincir sangat dipengaruhi oleh jumlah sudu dan head. Jumlah

sudu 16 buah memiliki daya kincir yang besar dibandingkan

jumlah sudu 8 buah. Hal ini disebabkan karena sudu yang lebih

banyak dapat semaksimal mungkin memanfaatkan tenaga air

dengan baik pada saat air menabrak sudu kincir.

4. Beban yang diberikan semakin besar maka torsi juga akan semakin

besar.

5. Beban yang diberikan semakin besar maka putaran kincir akan

semakin turun.

6. Dari hasil penelitian didapat efisiensi tertinggi pada ketinggian 3

(70)

6.2 Saran

1. Kincir ini memiliki kekurangan pada segi berat kincir yang

menggunakan bahan utama besi dan plat besi sehingga

memungkinkan mengurangi gerak putar kincir. Akan lebih baik

jika bahan dasarnya menggunakan bahan yang lebih ringan

daripada besi seperti : kayu.

2. Sumber air dari kincir ini merupakan sumber air buatan yaitu dari

pompa yang kemudian air tersebut dipompa ke bak penampungan

dan cukup sulit untuk mengatur debit airnya. Sebaiknya kincir ini

ditempatkan pada aliran sungai ataupun slokan yang memiliki

(71)

DAFTAR PUSTAKA

1. Dietzel, Fritz, 1992,Turbin, Pompa dan Kompresor, Jakarta: Penerbit

Erlangga.

2. Giles, Ranald V,1986,Mekanika Fluida dan Hidraulika, Jakarta: Penerbit

Erlangga.

3. Sularso, MSME, 1997,Perencanaan dan Pemeliharaan Elemen Mesin,

Cetakan kesembilan, Jakarta: PT. Paramadya Paramita.

4. Wibowo, Wahyono, 2002,Kincir Air Pembangkit Listrik, Yogyakarta:

Universitas Sanata Dharma.

5. http://www.fitzwaterwheel.com/UWarticle.html

6.

http://www.semayangboy.co.cc/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro.html

7. http://www.yudaesa.com/index.php?mib=news.detail&id=20

8. http://www.angelfire.com/journal/millbuilder/efficiency.html

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)