BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN
1.1
1.1 Latar BelakangLatar Belakang
Energi pada dasarnya bersifat kekal, maksudnya energi tidak dapat Energi pada dasarnya bersifat kekal, maksudnya energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, namun energi dapat diubah dari satu bentuk diciptakan ataupun dimusnahkan, namun energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentik yang lain. Prinsip inilah yang disebut dengan konversi energi.
ke bentik yang lain. Prinsip inilah yang disebut dengan konversi energi.
Sebagai seorang mahasiswa jurusan fisika yang mengambil keminatan Sebagai seorang mahasiswa jurusan fisika yang mengambil keminatan energi, keahlian dalam melakukan konversi merupakan hal harus dimiliki. energi, keahlian dalam melakukan konversi merupakan hal harus dimiliki. Untuk itu demi meningkatkan kemampuan dalam hal konversi energi selain Untuk itu demi meningkatkan kemampuan dalam hal konversi energi selain dilakukan dengan memperdalam teori dari proses belajar mengajar juga perlu dilakukan dengan memperdalam teori dari proses belajar mengajar juga perlu ditopang dengan adanya praktikum.
ditopang dengan adanya praktikum.
Salah satu bentuk energi dengan jumlah banyak adalah energi kinetik, Salah satu bentuk energi dengan jumlah banyak adalah energi kinetik, pemanfaatan
pemanfaatan energi energi kinetik kinetik ini ini tentu tentu merupakan merupakan potensi potensi untuk untuk meningkatkanmeningkatkan kesejahteraan masyarakat. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan kesejahteraan masyarakat. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan mekanisme
mekanisme Pembangkit Hidro Power. Pembangkit Hidro Power.
1.2
1.2 Identifikasi MasalahIdentifikasi Masalah
Pengaruh ketinggian dan debit air yang mengalir dapat menggerakkan turbin Pengaruh ketinggian dan debit air yang mengalir dapat menggerakkan turbin untuk meningkatkan level air tanpa menggunakan listrik.
untuk meningkatkan level air tanpa menggunakan listrik.
1.3
1.3 Tujuan PercobaanTujuan Percobaan 1.
1. Memahami prisip kerja pembangkit hidro power mekanik.Memahami prisip kerja pembangkit hidro power mekanik. 2.
2. Menentukan ketinggian level air maksimum yang dapat dicapai.Menentukan ketinggian level air maksimum yang dapat dicapai. 3.
3. Menentulkan debit air yang keluar pada beberapa ketinggian yangMenentulkan debit air yang keluar pada beberapa ketinggian yang ditentukan.
1.4
1.4 Sistematika PenulisanSistematika Penulisan
Penulisan laporan terdiri dari 6 Bab. Bab I adalah Pendahuluan yang berisi Penulisan laporan terdiri dari 6 Bab. Bab I adalah Pendahuluan yang berisi latar belakang, identifikasi masalah, tujuan percobaan, sistematika penulisan, latar belakang, identifikasi masalah, tujuan percobaan, sistematika penulisan, dan waktu dan tempat percobaan. Bab II adalah tijauan pustaka, Bab I
dan waktu dan tempat percobaan. Bab II adalah tijauan pustaka, Bab I II adalahII adalah metode percobaan. Bab IV adalah data hasil percobaan, Bab V adalah
metode percobaan. Bab IV adalah data hasil percobaan, Bab V adalah pengolahan data dan Bab VI adalah kesimpulan.
pengolahan data dan Bab VI adalah kesimpulan.
1.5
1.5 Waktu dan Tempat PercobaanWaktu dan Tempat Percobaan
Percobaan dilakukan pada tanggal 16 dan 23 Oktober
Percobaan dilakukan pada tanggal 16 dan 23 Oktober 2012 pada pukul 11.00-2012 pada pukul 11.00-13.30 WIB. Percobaan ini dilakukan di
13.30 WIB. Percobaan ini dilakukan di Laboratorium Fisika Energi JurusanLaboratorium Fisika Energi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi
Energi dari suatu benda adalah ukuran dari kesanggupan benda tersebut untuk melakukan suatu usaha. Satuan energi adalah joule. Dalam ilmu fisika energi terbagi dalam berbagai macam/jenis, antara lain :
- energi potensial - energi kinetik/kinetis - energi panas
- energi air
- energi batu bara - energi minyak bumi - energi listrik
- energi matahari - energi angin - energi kimia - energi nuklir - energi gas bumi
- energi ombak dan gelombang - energi minyak bumi
- energi mekanik/mekanis - energi cahaya
- energi listrik
- dan lain sebagainya
2.2 Energi potensial atau Energi Diam
Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau kedudukan dari benda tersebut. Energi potensial disebut juga dengan energi diam karena benda yang dalam keaadaan diam dapat memiliki energi. Jika benda tersebut bergerak, maka benda itu mengalami perubahan energi
potensial menjadi energi gerak. Contoh misalnya seperti buah kelapa yang siap jatuh dari pohonnya, cicak di plafon rumah, dan lain sebagainya.
Rumus atau persamaan energi potential : Ep = m.g.h
keterangan
Ep = energi potensial m = massa dari benda g = percepatan gravitasi h = tinggi benda dari tanah
2.3 Energi Kinetik atau Kinetis
Energi kinetik adalah energi dari suatu benda yang dimiliki karena pengaruh gerakannya. Benda yang bergerak memiliki energi kinetik.
Rumus atau persamaan energi kinetik : Ek = ½.m.v2
keterangan
Ep = energi kinetik m = massa dari benda v = kecepatan dari benda
2.4 Hukum Kekekalan Energi
" Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan " Jadi perubahan bentuk suatu energi dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain tidak merubah jumlah atau besar energi secara keseluruhan.
Rumus atau persamaan mekanik (berhubungan dengan hukum kekekalan energi) : Em = Ep + Ek keterangan Em = energi mekanik Ep = energi kinetik Ek = energi kinetik Catatan :
Satuan enerti adalah joule 2.5 Debit Air
Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam sutau tempat tiap satu satuan waktu. Aliran air dikatakan memiliki sifat ideal apabila air tersebut tidak dapat dimanfaatkan dan berpindah tanpa mengalami gesekan, hal ini berarti pada gerakan air tersebut memiliki kecepatan yang tetap pada masing-masing titik dalam pipa dan gerakannya beraturan akibat pengaruh gravitasi bumi. Debit air dapat di hitung dengan rumus:
Q = A . v Keterangan: V = voleume air (m3) A = luas penampang v = kecepatan fluida ( m/s ) ∆t = waktu (sekon) Q = debit air (m3/s)
Leonard euler (1707-1783) menyatakan bahwa fluida sebagai medan rapat massa dan medan vector kecepatan. Tiap besaran yang dipergunakan untuk menyatakan keadaan fluida akan mempunyai nilai tertentu pada tiap titik dalam ruang dan pada tiap saat.
Pompa Hidropower
Secara sederhana prinsip kerja dari alat percoban konversi energi pada pembangkit hirdo power ini adalah energi potensial air yang berada pada level
tertentu dijatuhkan untuk memutar turbin. Air tersebut disimpan dalam tandon air (reservoir) yang diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga memiliki energi potensial yang cukup untuk memutar turbin ketika air itu dijatuhkan kedalam pipa
air. Ketika katup air dibuka dan air yang ada dalam tandon air tersebut dijatuhkan maka turbin yang ada dalam pipa tersebut akan berputar akibat arus air yang mengalir. Putaran turbin tersebut dikopel melalui poros vertikal dengan
menggunakan karet atau bahan lainnya yang dapat menghubungkan poros vertikal dan pulley. Sehingga ketika sumbo vertical bergerak maka pulley juga akan ikut berputar. Pulley tersebut digunakan untuk mengubah kecepatan sudut rotasi yang
dipersaratkan untuk menggerakkan sudu-sudu pompa. Pompa disini yang kemudian akan menghisap atau menekan air sampai level tertentu.
Manfaat dari alat ini adalah untuk memindahkan air dari tempat yang rendah ketempat yang tinggi tanpa menggunakan energi listrik, namun memanfaatkan energi yang terdapat pada air tersebut. Prinsip kerjanya dengan mengubah energi potensial pada air untuk memutar turbin, pulley dan memompa air sehingga air
dapat naik pada ketinggian tertentu sesuai dengan tekanan dari pompa yang dihasilkan oleh alat.
Contoh pemanfaatan alat ini adalah digunakan untuk mengaliri air sawah tadah hujan yang terdapat di perbukitan atau lereng-lereng bukit dengan adanya sungai yang mengalir di bawah perbukitan tersebut. air sungai yang ada di bawah secara alami tentu tidak bias mengairi sawah yang terdapat diatas sungai tersebut, atau lebih tinggi dari sungai itu, namun dengan bantuan alat ini kita dapat
memanfaatkan energi yang terdapat pada air tersebut untuk menggerakkan turbin dan pulley sehingga bias memberikan kerja pada pompa untuk memompa air ke atas dan dapat mengairi air sawah tersebut.
Turbin
Turbin adalah pesawat yang mengubah energi mekanis yang tersimpan di dalam fluida menjadi energi mekanis rotasional. Beberapa jenis turbin menurut fluida kerjanya:
- Turbin uap - Turbin gas - Turbin air
- Turbin angin / kincir angin
Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan
dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya. Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, dimana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran
meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor. Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.
Sedangakan untuk turbin angina tau kincir angin biasanya digunakan untuk PLTB (Pembangkit Listrik Tenaga Bayu) yangmana kincir-kincir anginnya diputar leh angin yang melewati kincir tersebut.
Namun dalam percobaan ini turbin yang digunakan adalah turbin air, dimana turbin tersebut digerakkan oleh aliran air yang mengalir pada turbin tersebut. kecepatan dari putaran turbin ini dipengaruhi oleh kecepatan air yang mengalir dalam turbin tersebut.
BAB III
METODA PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan Percobaan 1. Tandon Air
2. Pipa Air
3. Katup Pengatur Air 4. Turbin
5. Poros Transmisi Daya 6. Pulley
7. Tandon Air ke 2 8. Pipa Air Keluar 9. Tandon Air Buangan
3.2 Prosedur Percobaan
1. Memeriksa terlebih dahulu semua komponen peralatan seperti terlihat pada gambar.
2. Mengukur diameter pipa 2 dan pipa 8 dengan menggunakan jangka sorong, melakukan 3 kali pengukuran.
3. Memastikan katup penutup air dalam keadaan tertutup, lalu mengisi tandon 1 dan tandon 7 sampai penuh.
4. Menyiapkan stopwatch yang akan digunakan untuk mengukur debit air yang keluar dari pipa 2, menyiapkan pula penampung air buangan yang berskala.
5. Membuka katup3, mencatat waktu yang diperlukan untuk mengosongkan tandon 1 dan mencatat pula volume air yang ada di buangan.
6. Melakukan prosedur 3, 4, dan 5 tiga kali pengulangan. Adakah perbedaan hasil pengukuran laju alir melalui persamaan kontinuitas dan hukum kekekalan energi? Jika ada perbedaan mengapa demikian? Memberikan penjelasan. Selain itu mengukur pula ketinggian air maksimum yang dapat dicapai pada pipa 8, ini adalah head maksimum yang dapat dicapai oleh pompa.
7. Mengulangi percobaan 6 dengan mengukur ketinggian pipa 8, yaitu ¾ x ketinggian maksimum. Menghitung debit yang keluar dari pipa 8.
8. Mengulangi pecobaan 7 dengan mengatur ketinggian pipa 8, ½ x ketinggian maksimum, menghitung debit air yang keluar dari pipa 8.
9. Mengisi tandon dengan air, dengan volume ½ x volume semula, mencatat waktu yang diperlukan untuk mengosongkan air.
3.3 Tugas Pendahuluan
1. Jelaskan fungsi masing-masing komponen peralatan yang ada pada mesin hidro power mekanik ( turbin, poros transmisi, pulley dan pompa air ). Jawab:
Turbin berfungsi untuk merubah arah energi.
Poros transmisi berfungsi untuk mengubah gerak putaran menjadi gerak lurus.
Pulley berfungsi untuk mengubah kecepatan sudut rotasi yang dipersyaratkan untuk menggerakan sudu-sudu pompa.
Pompa air berfungsi untuk menghisap atau menekan air sampai pada level tertentu.
2. Bagaimana Prinsip Kerja Peralatan seperti no 1, Jawab:
Turbin : energi potensial air yang sudah pada level tertentu dijatuhkan untuk memutar turbin sehingga terdapat energi listrik.
Poros transmisi : pada saat turbin berputar maka poros transmisi ini juga akan berputar karena dia berfungsi untuk memindahkan energi mekanik putaran turbin ke mesin yang lain.
Pulley : mengubah kecepatan dari poros transmisi untuk memutarkan atau menggerakan sudu-sudu pompa
Pompa air : setelah pulley menggerakan sudu-sudu pompa,maka alat ini akan menghisap atau menekan air pada level tertentu
3. Jelaskan bahwa mesin ini dapat digunakan untuk mengairi sawah yang terletak jauh di atas permukaan sungai.
Aliran air pada sungai tentu memiliki energi kinetik tertentu, energi kinetik ini dapat dimanfaatkan untuk mengubah ketinggian air, sehingga dari aliran air sungai dapat mengalirkan air dengan ketinggian tertentu. Efisiensi mesin adalah kajian penting dalam setiap produk engineering. Apakah yang dimaksud dengan efisiensi mesin?berilah penjelasan efisiensi mesin dari alat hidro power yang akan anda operasikan.
Jawab:
Efisiensi mesin adalah perbandingan antara banyaknya energi masukan dan energi hasil konversi (usaha) yang dikeluarkan
BAB IV
DATA HASIL PERCOBAAN
diameter pipa diameter pulley
pipa 2 (m) pipa 8 (m) pulley 1 (m) pulley 2 (m)
0.0423 0.0392 0.0551 0.0486 0.0424 0.0393 0.055 0.0485 0.0423 0.0391 0.0552 0.087 V=20 liter h (m) t (sekon) 0.89 20.78 0.91 20.93 0.89 20.43 V=10 liter h (m) t (sekon) 0.87 12 0.88 11.86 0.88 12.4 V=15 liter h (m) t (sekon) 0.88 15.63 0.92 15.03 0.88 15.4
BAB V
PENGOLAHAN DATA 1. Menghitung debit air dan kecepatan laju aliran air
Q = V/t v =
Q = 20/20.78 v =
√
= 0.962464 m3/s v = 4.219005 m/s Dengan perhitungan yang sama diperoleh
Volume 20 liter V (m3) t (sekon) Q1(m 3 /s) v (m/s) 20 20.78 0.962464 4.219005 20 20.93 0.955566 4.266146 20 20.43 0.978953 4.219005 Volume 15 liter V (m3) t (sekon) Q1(m 3 /s) v (m/s) 15 15.63 0.959693 4.195235 15 15.03 0.998004 4.289522 15 15.4 0.974026 4.195235 Volume 10 liter V (m3) t (sekon) Q1(m 3 /s) v (m/s) 10 12 0.833333 4.171331 10 11.86 0.84317 4.195235 10 12.4 0.806452 4.195235
2. Menghitung debit air pada pipa 2 Mencari luas penampang
A = πr 2
A = 3.14 x (0.0392)2 A = 0.004825 m2
Mencari kecepatan laju aliran air v =
v =
√
v = 4.219005 m/sSetelah itu kita dapat mencari debit airnya dengan rumus Q =
Q =
Q = m3/sDengan cara yang sama akan diperoleh
Volume 20 liter A (m2) v (m/s) Q 2(m3/s) 0.004825 4.219005 0.020357 0.00485 4.266146 0.02069 0.0048 4.219005 0.020253 Volume 15 liter A (m2) v (m/s) Q 2(m3/s) 0.004825 4.195235 0.020242 0.00485 4.289522 0.020803
0.0048 4.195235 0.020139 Volume 10 liter A (m2) v (m/s) Q 2(m 3 /s) 0.00482505 4.171331 0.020127 0.004849699 4.195235 0.020346 0.004800463 4.195235 0.020139 3. Mencari Efisiensi η =
(
)
η =(
)
η = 2.115092097 %Dengan cara yang sama diperoleh
Volume 20 liter Q 1(m 3 /s) Q 2(m 3 /s) η(%) 0.962464 0.020357 2.115083 0.955566 0.02069 2.165158 0.978953 0.020253 2.068862 Volume 15 liter Q 1(m 3 /s) Q 2(m 3 /s) η(%) 0.959693 0.020242 2.109239 0.998004 0.020803 2.08445 0.974026 0.020139 2.067612
Volume 10 liter Q 1(m3/s) Q 2(m3/s) η(%) 0.83333333 0.020127 2.415225 0.84317032 0.020346 2.412991 0.80645161 0.020139 2.497245 Analisa :
Pada praktikum hydropower ini terlihat bahwa ketinggian air yang diperoleh hampir sama walaupun isi dari tandon dirubah-rubah, yang membedakannya hanyalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian tersebut. Hal ini terjadi karena isi tandon yang lebih sedikit sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian tertentu menjadi semakin singkat tapi ketinggian yang dihasilkan tetap sama. Dari data yang diperoleh kemudian dicari debit air pada pipa yang besar dan kecil. Dari sini terlihat bahwa ada perbedaan jumlah
debit yang dihasilkan. Hal ini terjadi mungkin karena alat yang kurang benar sehingga ada perbedaan debit air. Seharusnya debit air yang keluar sama sesuai dengan hukum kontinuitas. Kemudian didapat efisiensi dari hydropower ini, ternyata sangat tidak efisien yaitu rata-ratanya sebesar 2.215096%.
BAB VI KESIMPULAN
1. Secara sederhana prinsip kerja dari alat percoban konversi energi pada pembangkit hirdo power ini adalah energi potensial air yang berada pada level tertentu dijatuhkan untuk memutar turbin. Air tersebut disimpan dalam tandon air (reservoir) yang diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga memiliki energi potensial yang cukup untuk memutar turbin ketika air itu dijatuhkan kedalam pipa air. Ketika katup air dibuka dan air yang ada dalam tandon air tersebut dijatuhkan maka turbin yang ada dalam pipa tersebut akan berputar akibat arus air yang mengalir. Putaran turbin tersebut dikopel melalui poros vertikal dengan menggunakan karet atau bahan lainnya yang dapat menghubungkan poros vertikal dan pulley. Sehingga ketika sumbo vertical bergerak maka pulley juga akan ikut berputar. Pulley tersebut digunakan
untuk mengubah kecepatan sudut rotasi yang dipersaratkan untuk menggerakkan sudu-sudu pompa. Pompa disini yang kemudian akan menghisap atau menekan air sampai level tertentu.
2. Dari data diperoleh bahwa ketinggian air maksimum yang dapat dicapai adalah 0.92 m.
3. Debit air yang dihasilkan adalah
Volume 20 liter Volume 10 liter
Q1 Q2 0.962464 0.020357 0.955566 0.02069 0.978953 0.020253 Volume 15 liter Q1 Q2 0.959693 0.020242 0.998004 0.020803 0.974026 0.020139 Q1 Q2 0.83333333 0.020127 0.84317032 0.020346 0.80645161 0.020139
DAFTAR PUSTAKA
http://ksbforblog.blogspot.com/2009/04/pompa-menurut-prinsip-dan-cara-kerjanya.html
LAPORAN AKHIR
PRAKTIKUM ENERGI
MODUL PERCOBAAN KONVERSI ENERGI PADA PEMABNGKIT HIDROPOWER
Nama : Gerry Ananda M.
NPM : 140310100079
Partner : Sugiono N. Simbolon
NPM : 140310100049
Hari/ Tgl Praktikum : Selasa/ 23 Oktober 2012
Asisten : Ibu Sri
Laboratorium Fisika Lanjutan Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran
LEMBAR PENGESAHAN
MODUL PERCOBAAN KONVERSI ENERGI PADA PEMBANGKIT HIDROPOWER
Nama : Gerry Ananda M.
NPM : 140310100079
Partner : Sugiono N. Simbolon
NPM : 140310100049
Hari/ Tgl Praktikum : Selasa/ 23 Oktober 2012 Waktu Praktikum : 11.00 – 13.30 WIB
Asisten : Ibu Sri
Jatinangor, 6 November 2012 Asisten,
(...……….) LAPORAN
