kinerja roda air sudu lengkung arus bawah untuk …

PROS ID ING SE M IN AR I LM IAH NAS ION AL S A INS D AN T EKN OL OG I KE - 4 T AHUN 2 018

Volume 4 : November 2018

449

KINERJA RODA AIR SUDU LENGKUNG ARUS BAWAH UNTUK

PEMBANGKIT LISTRIK

Luther Sule*, Effendy Arip, Andi Mangkau, Elieser Timbayo Sule, Feriyanto Uppun

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin

Jl. Poros Malino Km.6, Bontomarannu, Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan 92171

*E-mail: [email protected]/[email protected]

Abstrak

Bertitik tolak dari banyaknya potensi tenaga air di Sulawesi Selatan yang tidak

dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga/listrik, olehnya dari hasil penelitian akan diperoleh

manfaat penggunaan roda air Sudu Lengkung arus bawah dengan dengan variasi jarak

semprot vertical terhadap sudu untuk contoh dan patokan bila akan dibuat roda air pada

saluran irigasi, mengapa memilih plat lengkung? karena lebih mudah dibuat oleh tenaga

yang tidak perlu keahlian khusus dan bahannya bisa dipilih dari bahan-bahan alternative,

jumlah sudu yang akan diuji adalah variasi debit aliran dengan jarak semprot vertical pada

sudu bagian bawah dari roda air. Kegiatan meliputi pembuatan alat untuk eksperimen

(instalasi untuk saluran air secara simulasi/eksperimental) membuat sudu-sudu dan terakhir

menguji serta manganalisis hasil eksperimental/simulasi. Waktu yang diperlukan berkisar 6

bulan.

Kata kunci: roda air

PENDAHULUAN

Keadaan Pengairan di Sulawesi Selatan

Menurut data dari Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air Provinsi Sulawesi Selatan tahun 2018, di Sulawesi

selatan terdapat lebih dari 635.555,0 HA sawah dan 249.232 HA sudah mempunyai irigasi teknis dimana

panjang irigasi Induk/primer = 329.291 km, irigasi skunder = 1.192.074 km sedangkan saluran pembuangan =

945.416,0 km. dimana sangat memungkinkan pemamfaatan irigasi ini sebagai pembangkit listrik terutama pada

saluran primer dan saluran pembuangan untuk menggantikan genset yang dipakai para petani sebagai,

penggilingan beras dan pompanisasi. (Sumber dari data: Kepala Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air Sulawesi

Selatan tahun 2010).

Daerah-daerah Yang Berpotensi Untuk Pemanfaatan roda air arus bawah.

Gambar 1. Peta Sulawesi Selatan yang Berpotensi untuk roda air (scan)

mailto:[email protected]/[email protected]



450

Kebutuhan akan energi semakin meningkat pula, sehingga energi merupakan suatu unsur yang sangat penting

dalam pengembangan suatu negara atau suatu daerah. Oleh karenanya pemamfaatan energi air secara tepat guna

akan menjadi suatu cara yang cocok dalam pengembangan ekonomi rakyat dan kesehjahteraan rakyat,

utamanya di daerah-daerah penghasil beras yang mempunyai irigasi.

Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia, penggunaan energi listrik masih mengandalkan pembangkit

berbahan bakar fosil yakni minyak bumi, gas alam dan batu bara yang kini terbatas jumlahnya di alam dan

suatu saat akan habis, sementara permintaan akan energi listrik meningkat. Oleh karenanya pemampaatan

energi pada masa sekarang sudah diarahkan pada penggunaan energi terbaruhkan yang ada di alam. Misalnya

energi air, energi angin, energi matahari, panas bumi, bahkan nuklir. Perlu dipertimbangkan, untuk negara

Indonesia bahwa resiko penggunaan energi nuklir luar biasa, dapat merusak sistim genetika kehidupan makhluk

hidup, ada beberapa contoh; seperti di kota Sernobil Rusia dan di negara Jepang akibat thsunami pembangkit

tenaga nuklirnya mengalami kerusakan yang mencekam ummat manusia saat ini, olehnya di negara kita

Indonesia yang masih kaya dengan energi air yang tersedia banyak di pedesaan, utamanya pada saluran irigasi

potensi energi airnya cukup dan bisa dipasang lebih dari satu kincir sepanjang salauran irigasi, Cuma

masalahnya perlu dikaji dan diteliti penggunaan kincir yang cocok dan sesuai serta murah menggunakan bahan-

bahan alternatip yang tidak membutuhkan keahlian khusus membuatnya.

Oleh karenanya pemamfaatan energi yang terdapat pada saluran irigasi berupah kecepatan air mengalir

bersamaan debit air yang mengalir merupakan potensi yang cukup untuk memutar kincir air dan menjalankan

generator listrik untuk digunakan baik sebagai penerangan dan utamnya untuk proses penggilingan padi,

sehingga biaya energi listrik baik dari PLN maupun dengan penggunaan mesin Disel atau motor bensin (genset)

dapat dikurangi bahkan digantikan.

Sejak abad ke-3 s.d abad ke-1 SM kincir air telah banyak dimamfaatkan sebagai penggerak penggilingan

gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil.(Sumber:http://en.wikipedia.org/wiki/Waterwheel). Sampai

sekarang penggunaan kincir air masih banyak digunakan khususnya untuk pembangkit arus listrik.

Didaerah pertanian dengan sistim pengairan teknis untuk sawah-sawah utamanya di Sulawesi Selatan belum

terpikirkan untuk memamfaatkan aliran air di sistim saluran irigasi tersebut, baik oleh pemerintah setempat

terlebih lagi para petani bagaimana mendaya gunakan kincir air untuk pemenuhan energi yang dipasang

disaluran-saluran irigasi pertanian, sehingga diperoleh penghematan energi yang akhirnya menurunkan biaya

produksi penggilingan padi bahkan bisa dengan penggunaan kincir air untuk listrik desa yang dipasang di

irigasi pertanian dapat memberikan keuntungan, persoalan biaya pembuatan kincir, itu relatif murah apalagi jika

memamfaatkan barang bekas, misalnya roda tempat gulungan kabel PLN tegangan tinggi yang berdiameter 1

meter lebih, ataukah roda bekas gulungan kabel telpon yang kita jumpai di gudang-gudang PLN dan telpon, ini

juga akan mendorong para petani untuk berkreasi dalam hal pemamfaatan energi yang ada disekitar mereka.

TEORI DASAR

Kincir Air

Kincir air adalah benda berbentuk lingkaran seperti roda sepeda yang berfungsi mengubah aliran air menjadi

tenaga gerak putar. Dimana pada aliran air terdapat dua energi yaitu energi potensial (air dari ketinggian) dan

energi kinetik. Energi dari aliran air ini akan mendorong sudu-sudu kincir sehingga alat ini berputar pada

porosnya. Dimana pada porosnya akan dipasang pulli yang akan mentransmisikan putaran kegenerator

menggunakan sabuk. Selain kincir sebagai pembangkit listrik, alat ini dapat dimodifikasi lagi untuk

mengangkat air ke daerah yang lebih tinggi dan menumpahkan ke talang penampung. Selanjutnya air dari

talang dialirkan ke daerah-daerah yang membutuhkan (Suharsono, 2004).

Kincir air digerakkan oleh tenaga aliran air yang beraliran deras yang menyebabkan terdorongnya sudu-sudu

kincir sehingga kincir berputar pada porosnya, yang kumudian pada poros kincir dipasang pulli. Dimana

putaran dari pulli akan diteruskan ke generator menggunakan sabuk. Putaran tersebut akan memutar kumparan

dari generator yang akan memotong garis-garis medan magnetnya. Gerakan inilah yang menimbulkan gaya

gerak listrik (GGL).

Kincir air juga dapat dibuat dari bahan kayu, plat besi, drum bekas yang dibelah, bekas veleg mobil dan

gardannya atau veleg sepeda. Kincir air yang terbuat dari kayu sangat cocok untuk daerah-daerah yang



451

memiliki persediaan kayu, misalnya daerah disekitar hutan ataupun tempat-tempat yang jauh dari lokasi

pengelasan. Keuntungan dari kincir yang terbuat dari kayu yaitu biaya pembuatan kincir air dari kayu relatif

murah, pembuatannya dapat langsung dilakukan dilokasi pemasangan. Kelemahan kincir ini mudah lapuk,

apalagi kalau dibuat dari kayu muda. Jenis kayu yang cocok dibuat kincir ialah kayu ulin atau kayu besi karna

kayu jenis ini tidak mudah lapuk walaupun terendam di air. Untuk mengatasi kelemahan dari kincir yang

terbuat dari kayu maka dibuat kincir dari bahan drum, dimana lebih sederhana, biaya relatif murah dan mudah

dibuat serta bahannya mudah didapatkan. Tapi sayangnya kincir ini tidak bisa diperbesar diameternya karena

tergantung pada ukuran drum yang ada. Hal ini tidak sama dengan penggunaan kincir air dari bahan roda

sepeda yang diameternya dapat diperbesar dan dimodifikasi untuk mengangkat air. Namun pada skala besar

lebih menguntungkan menggunakan gardan mobil sebagai bahan kincir. Alasannya, daya yang dihasilkan lebih

besar dan kincirnya dapat lebih tahan lama. Kelemahan dari kincir ini membutuhkan biaya yang relatif mahal.

Dalam pembuatan kincir dari bekas gardan mobil ini pun memerlukan pengelasan sehingga proses pembuatan

lebih sulit (Kusnaidi, 1999).

Jenis-Jenis Kincir Air

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir.

Ada beberapa tipe kincir air yaitu :

Kincir air overshot

Kincir air overshot adalah kincir yang akan bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam sudu-sudu bagian

atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar pada porosnya. kincir air overshot merupakan kincir air

yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain karna mudah dalam

penerapannya dan perawatannya lebih mudah.

Gambar 2. Kincir air overshot

Sumber: http://osv.org/education/WaterPower

Keuntungan dari kincir air overshot adalah:

a. Tidak membutuhkan aliran deras karena gaya berat dari air yang jatuh kedalam sudu yang menyebahkan

kincir berputar.

b. Kontruksi yang sederhana.

c. Mudah dalam perawatan.

d. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.

e. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

Kerugian dari kincir air overshot adalah :

a. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya dibuatkan resevoir air atau bendungan air.

b. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

c. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

d. Daya yang dihasilkan relatif kecil.

Kincir air undershot

Kincir air undershot adalah kincir yang bekerja bila aliran air yang mengalir menghantam dinding sudu yang

terletak pada bagian bawah dari kincir, yang akan menyebabkan kincir berputar pada porosnya. Tipe ini cocok

dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata karna aliran yang dibutuhkan adalah aliran datar. Disini

aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir.

http://osv.org/education/WaterPower



452

Gambar 3. Kincir air undershot


Keuntungan dari kincir air undershot adalah:

a. Konstruksi lebih sederhana.

b. Lebih ekonomis

c. Mudah untuk dipindahkan

Kerugian dari kincir air undershot adalah:

a. Efisiensi kecil

b. Daya yang dihasilkan relatif kecil karena kincir ini hanya diputar oleh air yang beraliran datar.

Kincir air breastshot

Kincir air breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot inidi lihat dari segi energi yang

diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya air tidak melebihi diameter kincir. Arah aliran air yang menggerakkan kincir

air searah putaran kincir. Kincir air jenis ini akan memperbaiki kinerja dari kincir air undershot.

Gambar 4. Kincir air breastshot


Keuntungan dari kincir air tipe breastshot adalah :

a. Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot.

b. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya air lebih pendek.

c. Dapat diaplikasikan pada sumber air datar.

Kerugian dari kincir air breastshot adalah :

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

b. Efisiensi lebih besar dari pada tipe overshot .

Kincir air tub

Kincir air tub 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 pancaran air menyimpang maka, energi yang diterima oleh kincir ini yaitu energi

potensial dan energi kinetik.

Keuntungan dari kincir air tub adalah :

a. Memiliki kontruksi yang dapat dibuat lebih kecil.





453

b. Kecepatan putarnya lebih cepat.

c. Dapat menghasilkan daya yang besar karna energi yang diterima adalah energi potensial dan kinetik.

Kerugian dari kincir air tub adalah :

Tidak menghasilkan daya yang besar. Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang

lebih teliti.

Gambar 5. Kincir air tub


Daya Turbin

Daya turbin dipengaruhi paling besar oleh banyak serta tinggi air jatuh, dikarenakan nilai berat jenis air dan

efisiensi turbin adalah konstan, jadi semakin besarnilai Q dan H, maka daya turbin akan semakin besar. Daya

turbin dapat dituliskan sebagai berikut:(Layman’s Guidebook, 1998)

PT TQH (kW) (1)

Dimana :

= Berat jenis air (N/m3)

Q = Kapasitas air (m3/s)

H = Tinggi air jatuh ( hydraulic head,m)

T = Efisiensi turbin

PT = Daya turbin ( kW)

Efisiensi Turbin Efisiensi konversi energi (η) adalah rasio antara output yang berguna dari mesin konversi energi dan input,

dalam hal energi. Masukan, serta keluaran yang bermanfaat dapat berupa bahan kimia, tenaga listrik, kerja

mekanik, cahaya (radiasi), atau panas. Efisiensi turbin dapat diartikan sebagai rasio perbandingan daya yang

dihasilkan oleh turbin dengan daya yang ada pada fluida

(https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_conversion_efficiency)

PTTPA

(2)

Dimana :

T = Efisiensi turbin

PT = Daya turbin (kW) PA = Daya air (kW)

METODOLOGI PENELITIAN

Waktu Dan Tempat Penelitian

Penelitian ini berlokasi di Perumahan Dosen UNHAS Tamalanreablok EB no.17,Makassar mulaidari Oktober

2018 – November 2018

Instalasi Pengujian

Prinsip dari pengujian ini adalah menempatkan roda air diatas sebuah kolam berisi air, dimana kolam berfungsi

sebagai reservoir. Pompa benam akan ditempatkan didalam kolam dimana pipa penyalurnya akan diarahkan ke




454

sudu paling bawah roda air. Jarak antara mulut pipa penyalur dan sudu roda air diatur sedekat mungkin, namun

tidak mengganggu putaran roda air agar sudu dapat menerima dengan maksimal gaya dorong air yang

dihasilkan oleh pompa. Posisi pipa penyalur ditempatkan dalam keadaan horizontal tanpa mengalami perubahan

penempatan posisi jarak semprot. Instalasi alat uji dapat dilihat pada Gambar 6 sebagai berikut:

Gambar 6. Instalasi alat uji

Jumlah jarak semprot yang akan diuji sebanyak lima titik. Variasi jarak semprot dilakukan dengan

memvariasikan jarak rangka roda air dengan permukaan air, namun ketinggian pipa penyalur tidak mengalami

perubahan. Sehingga air yang keluar dari pipa penyalur dapat diarahkan ke tiap jarak semprot yang telah

ditentukan. Gambaran variasi jarak semprot air dapat dilihat pada Gambar 7 sebagai berikut:

Gambar 7. Posisi jarak semprot air

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabel 1. Hasil perhitungan kecepatan dan putaran generator dengan variasi

pembukaan katub dan jarak semprot

Jarak semprot

1

(0,01 m)

2

(0,02 m)

3

(0,03m)

4

(0,04 m)

5

(0,05 m)

Pembukaan

katub

v

(m/s)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)



455

Jarak semprot

1

(0,01 m)

2

(0,02 m)

3

(0,03m)

4

(0,04 m)

5

(0,05 m)

Pembukaan

katub

v

(m/s)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)

ngen

(rpm)

100% 1.69405 75.6 84 92.4 67.2 58.8

85% 1.59949 75.6 84 92.4 58.8 50.4

68% 1.43164 67.2 75.6 84 50.4 42

50% 1.13882 50.4 58.8 67.2 42 33.6

35% 0.79434 33.6 42 50.4 25.2 16.8

18% 0.42503 8.4 8.4 16.8 0 0

Gambar 8. Hubungan putaran generator terhadap kecepatan dengan variasi pembukaan katub dan jarak semprot

Berdasarkan Gambar 8 dan Tabel 1 diperoleh informasi bahwa untuk putaran generator terbesar pada jarak

semprot 1 yaitu sebesar 75.6 rpm dengan kecepatan sebesar 1.69405m/s, dan 1.59949m/s, yang terjadi pada

pembukaan katub 100%, dan 85%, dan untuk putaran generator terkecil yaitu sebesar 8.4 rpm dengan kecepatan

sebesar 0.42503 m/s yang terjadi pada pembukaan katub 18%.

Untuk putaran generator terbesar pada jarak semprot 2 yaitu sebesar 84 rpm dengan kecepatan sebesar

1.69405m/s, dan 1.59949m/s, yang terjadi pada pembukaan katub 100%, dan 85%, dan untuk putaran generator

terkecil yaitu sebesar 8.4 rpm dengan kecepatan sebesar 0.42503 m/s yang terjadi pada pembukaan katub 18%.

Putaran generator terbesar yang dihasilkan pada jarak semprot 3 terjadi pada pembukaan katub 100%, dan 85%,

dengan kecepatan sebesar 1.69405m/s, dan 1.59949m/s, yaitu sebesar 92.4 rpm, dan untuk putaran generator

terkecil terjadi pada pembukaan katub 18% yaitu sebesar 16.8 rpm dengan kecepatan sebesar 0.42503 m/s.

Untuk putaran generator terbesar pada jarak semprot 4 dengan kecepatan sebesar 1.59949m/s yaitu sebesar 67.2

rpm yang terjadi pada pembukaan katub 100%, dan putaran generator terkecil dengan kecepatan sebesar

0.42503 m/s yaitu sebesar 0 rpm yang terjadi pada pembukaan katub 18%.

Putaran generator terbesar yang dihasilkan pada jarak semprot 5 terjadi pada pembukaan katub 100% dengan

kecepatan sebesar 1.59949m/s yaitu sebesar 58.8 rpm, dan untuk putaran generator terkecil terjadi pada

pembukaan katub 18% dengan kecepatan sebesar 0.42503 m/s yaitu sebesar 0 rpm.



456

Hubungan efisiensi total terhadap kecepatan

Hubungan efisiensi total terhadap kecepatan dengan variasi pembukaan katub dan jarak semprot diperlihatkan

pada Tabel 2 dan Gambar 9.

Tabel 2. Hasil perhitungan kecepatan dan efisiensi total dengan variasi pembukaan katub dan jarak semprot

Jarak semprot

1

(0,01 m)

2

(0,02 m)

3

(0,03 m)

4

(0,04 m)

5

(0,05 m)

Pembukaa

n

katub

v

(m/s) ηtot ηtot ηtot ηtot ηtot

100% 1.6940 0.43 0.47 0.5 0.3 0.3

85% 1.5994 0.46 0.5 0.54 0.37 0.29

68% 1.4316 0.41 0.55 0.58 0.32 0.24

50% 1.1388 0.21 0.28 0.34 0.17 0.14

35% 0.7943 0.08 0.1 0.13 0.05 0.03

18% 0.4250 0.01 0.04 0.06 0 0

Gambar 9. Hubungan efisiensi total terhadap kecepatan dengan variasi pembukaan katub dan jarak semprot

Berdasarkan Gambar 9 dan Tabel 2 diperoleh informasi bahwa untuk jarak semprot 1 dengan pembukaan katub

85% menghasilkan efisiensi total terbesar yaitu sebesar 0.43 dengan debit sebesar 0.00048 m3/s dan kecepatan

sebesar 1.59949 m/s, sementara untuk efisiensi total terkecil terjadi pada pembukaan katub 18% yaitu sebesar

0.01 dengan debit sebesar 0.00013 m3/s dan kecepatan sebesar 0.42503 m/s.

Untuk jarak semprot 2 menghasilkan efisiensi total terbesar yaitu sebesar 0.55 dengan debit sebesar 0.00043

m3/s dan kecepatan sebesar 1.43164 m/s dimana terjadi pada pembukaan katub 68%, dan untuk efisiensi total

terkecil yaitu sebesar 0.04 dengan debit sebesar 0.00013 m3/s dan kecepatan sebesar 0.42503 m/s terjadi pada

pembukaan katub 18%.


m3/s dan kecepatan sebesar 1.43164 m/s dimana terjadi pada pembukaan katub 68%, sedangkan untuk efisiensi

terendah yaitu sebesar 0 dengan debit sebesar 0.00013 m3/s dan kecepatan sebesar 0.42503 m/s yang terjadi

pada pembukaan katub 18%.



457

Untuk efisiensi total terbesar yang dihasilkan pada jarak semprot 4 terjadi pada pembukaan katub 100% dengan

debit sebesar 0.00051 m3/s dan kecepatan sebesar 1.69405 m/s yaitu sebesar 0.38, sedangkan untuk efisiensi

total terendah yang dihasilkan terjadi pada pembukaan katub 18% dengan debit sebesar 0.00013 m3/s dan

kecep. sebesar 0.42503 m/s yaitu sebesar 0.

Untuk jarak semprot 5 menghasilkan efisiensi total terbesar yaitu sebesar 0.3 dengan debit sebesar 0.00051 m3/s

dan kecepatan sebesar 1.69405 m/s dimana terjadi pada pembukaan katub 100%, sedangkan untuk efisiensi

terendah yaitu sebesar 0 dengan debit sebesar 0.00013 m3/s dan kecepatan sebesar 0.42503 m/s dimana terjadi

pada pembukaan katub 18%.

Hubungan efisiensi total terhadap jarak semprot

Berdasarkan Gambar 10 dan Tabel 3 diperoleh informasi bahwa untuk jarak semprot 1 yang menghasilkan

efisiensi total terbesar dihasilkan oleh debit sebesar 0.00048 m3/s dengan pembukaan katub 85% dengan

efisiensi total sebesar 0.43, sementara untuk efisiensi total terkecil dihasilkan oleh debit sebesar 0.00013

m3/sdengan pembukaan katub 18% dengan efisiensi total sebesar 0.01.


m3/sdimana terjadi pada pembukaan katub 68%, dan untuk efisiensi total terkecil yaitu sebesar 0.04 dengan

debit sebesar 0.00013 m3/sterjadi pada pembukaan katub 18%.

Pada pembukaan katub 68% dengan debit sebesar 0.00043 m3/s menghasilkan efisiensi total terbesar untuk

jarak semprot 3 yaitu sebesar 0.58 dengan debit sebesar 0.00043 m3/s sedangkan untuk efisiensi terendah yaitu

sebesar 0 dengan debit sebesar 0.00013 m3/s.terjadi pada pembukaan katub 18%.

Untuk efisiensi total terbesar yang dihasilkan pada jarak semprot 4 dihasilkan oleh debit sebesar 0.00051 m3/s

dengan pembukaan katub 100% dimana nilai efisiensinya sebesar 0.38, sedangkan untuk efisiensi total terendah

yang dihasilkan terjadi pada pembukaan katub 18% dengan debit sebesar 0.00013 m3/s yaitu sebesar 0.

Untuk jarak semprot 5 menghasilkan efisiensi total terbesar yaitu sebesar 0.3 dengan debit sebesar 0.00051 m3/s

dimana terjadi pada pembukaan katub 100%, sedangkan untuk efisiensi terendah yaitu sebesar 0 dengan debit

sebesar 0.00013 m3/s, terjadi pada pembukaan katub 18%.

Hubungan efisiensi total terhadap jarak semprot dengan variasi pembukaan katub dan debit dapat dilihat pada

Tabel 3 dan Gambar 10.

Tabel 3. Hasil perhitungan debit dan efisiensi total dengan variasi pembukaan katub dan jarak semprot

Jarak semprot

1

(0,01 m)

2

(0,02 m)

3

(0,03 m)

4

(0,04 m)

5

(0,05 m)

Pembukaa

n

katub

v

(m/s) ηtot ηtot ηtot ηtot ηtot

100% 0.00051 0.43 0.47 0.5 0.38 0.3

85% 0.00048 0.46 0.5 0.54 0.37 0.29

68% 0.00043 0.41 0.55 0.58 0.32 0.24

50% 0.00034 0.21 0.28 0.34 0.17 0.14

35% 0.00024 0.08 0.1 0.13 0.05 0.03

18% 0.00013 0.01 0.04 0.06 0 0



458

Gambar 10. Hubungan efisiensi total terhadap jarak semprot , variasi pembukaan katup dan debit

PEMBAHASAN

Hubungan putaran generator terhadap kecepatan

Dari Tabel 1 dan Gambar 8 dapat dilihat hubungan antara putaran generator (ngen) dan kecepatan (Q) pada sudu

lengkung, dimana parameter untuk melihat hubungan antara putaran generator dan kecepatan adalah dengan

beberapa variasi jarak semprot. Hubungan putaran generator dengan kecepatan yaitu berbanding lurus dimana

semakin besar nilai kecepatan maka putaran generator yang dihasilkan akan semakin besar. Hal ini dipengaruhi

oleh perbesaran kecepatan aliran yang dihasilkan oleh pompa. Jika kecepatan aliran air yang dihasilkan relatif

kecil, maka gaya dorong yang dihasilkan untuk mendorong sudu-sudu roda air tidak akan kuat, sehingga

putaran roda air yang dihasilkan juga akan kecil, dan sebaliknya. Jika dilihat dari persamaan (6), dimana jika

diameter roda air dan diameter generator tidak berubah maka dapat dilihat bahwa besarnya putaran generator

dipengarui oleh putaran roda air. Oleh karena itu dengan besarnya kecepatan aliran air yang mendorong roda air

maka putaran roda air yang ditransmisikan ke generator aka semakin besar.

Namun pada pembukaan katub tertentu di setiap jarak semprot tidak mengalami hal yang serupa, dimana

putaran generator tidak mengalami perubahan pada saat kecepatan mengalami pembesaran. Untuk jarak

semprot 1 sampai 3, hal ini terjadi pada pembukaan katub 85% dengan kecepatan sebesar 1.59949 m/s dan

pembukaan katub 100% dengan kecepatan sebesar 1.69405 m/s dimana nilai putaran generatornya tidak

mengalami perubahan, yaitu sebesar 75.6 rpm untuk jarak semprot 1, 84 rpm untuk jarak semprot 2, dan 92.4

rpm untuk jarak semprot 3. Hal ini terjadi karena akibat dari gaya tekanan balik sebagai akibat dari bentuk

profil lengkung dan daya potensial air tidak dapat dimanfaatkan sepenuhnya oleh tiap sudu, dimana ketika sudu

telah menerima gaya dorong dari air, sebelum sudu dapat memaksimalkan daya potensial dari air, sudu

berikutnya telah menerima gaya dorong dari air yang kemudian menghalangi jalannya air menumbuk sudu

pertama. Hal ini dipengaruhi oleh jarak semprot yang dekat dengan titik pusat roda air, dimana hal ini terjadi

pada jarak semprot 1 sampai 3.

Dari Tabel 1 dan Gambar 8diketahui bahwa putaran generator terbesar terjadi pada jarak semprot 3 dengan

pembukaan katub 100% dengan kecepatan sebesar 1.69405 m/s, dan 85% dengan kecepatan sebesar 1.59949

m/s dimana nilainya sebesar 92.4 rpm, dan putaran generator terkecil terjadi pada jarak semprot 4 dan 5 dengan

pembukaan katub 18% dengan kecepatan sebesar 0.42503 m/s dimana nilainya adalah 0 rpm. Untuk putaran

generator terbesar dipengaruhi oleh jarak semprot yang berada pada titik optimal dimana jaraknya tidak terlalu

jauh dan tidak terlalu dekat dati titik pusat roda air sehingga sudu-sudu dapat memaksimalan daya potensial air

yang ada. Sedangkan untuk putaran generator terkecil dipengaruhi oleh sudu roda air yang tidak dapat

memaksimalkan daya potensial air dimana hal ini terjadi karena banyaknya air yang terbuang dan tidak sempat

memberikan gaya dorong pada sudu. Hal ini dipengaruhi oleh posisi jarak semprot yang agak jauh dari titik

pusat roda air sehingga tidak semua air yang keluar dapat mendorong sudu, namun banyak juga yang terbuang.

Hal tersebut juga sejalan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Oggy Sukasah Henry, dkk (2013) dimana

pada saat terjadi peningkatan kecepatan aliran, maka putaran roda air juga akan mengalami kenaikan. Jika



459

melihat hubungan putaran roda air dengan putaran generator adalah berbanding lurus, maka dapat dikatakan

bahwa kecepatan aliran berbanding lurus dengan putaran generator.

Hal serupa juga dikatakan dalam penelitian yang dilakukan oleh Luther Sule (2015) dimana pada saat kecepatan

aliran dinaikkan, maka putaran roda air juga mengalami kenaikan, dan pengaruh roda air tidak dapat

memaksimalkan daya potensial air ialah karena gaya tekanan balik akibat dari bentuk profil sudu dan jarak sudu

yang berdekatan sehingga sudu tidak dapat memaksimalkan gaya dorong air.

Hubungan efisiensi total terhadap kecepatan

Dari Tabel 2 dan Gambar 9 dapat dilihat hubungan antara efisiensi total (ηtot) dan kecepatan (Q) pada sudu

lengkung, dimana parameter untuk melihat hubungan antara efisiensi total dan kecepatan adalah dengan

beberapa variasi jarak semprot. Hubungan efisiensi total dengan kecepatan yaitu berbanding lurus dimana

semakin besar nilai kecepatan maka efisiensi total yang dihasilkan akan semakin besar. Akan tetapi apabila roda

air telah mencapai titik maksimumnya maka efisiensi akan menurun. Hal ini dipengaruhi oleh sudu tidak dapat

memaksimalkan daya potensial air yang diakibatkan karena sudu mendapatkan gaya tekanan balik yang

dipengaruhi oleh profil sudu berbentuk lengkung sehingga putaran generator yang dihasilkan tidak maksimal

dan mengalami putaran generator yang tidak berubah. Jika putaran generator yang dihasilkan mengalami

keadaan yang tidak berubah, contohnya seperti pada jarak semprot 3 pada pembukaan katub 68%, 85% dan

100%, maka daya output yang dihasilkan oleh generator tidak akan maksimal. Hal ini akan mempengaruhi nilai

efisiensi total yang dihasilkan oleh roda air dimana efisiensi total adalah perbandingan antara daya output dan

daya potensial fluida. Jika dilihat pada lampiran B dengan mengambil contoh pada jarak semprot 3, maka dapat

diketahui bahwa daya fluida terus mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya kecepatan aliran dimana

selisih antara daya fluida yang dihasilkan disetiap pembukaan katub hampir sama pertambahannya. Namun,

untuk nilai daya output dari pembukaan katub 18% sampai dengan 50% mengalami kenaikan yang signifikan,

tapi pada pembukaan katub 68% sampai dengan 100% kenaikannya sangat kecil. Hal ini diakibatkan karena

putaran generator yang tidak mengalami perubahan. Sehingga efisiensi yang dihasilkan dari pembukaan katub

18% sampai dengan 50% terus mengalami kenaikan, tapi dari 68% sampai dengan 100% efisiensi totalnya

mengalami penurunan.

Aspek lain yang mempengaruhi terjadinya penurunan nilai efisiensi total adalah posisi jarak semprot. Jika jarak

semprot dekat dengan titik pusat roda air dan adanya gaya tekanan balik yang diterima oleh roda air akibat dari

bentuk profil sudu lengkung, maka sudu tidak dapat memaksimalkan daya potensial air yang ada.

Namun untuk jarak semprot 4 dan 5 dapat dilihat bahwa gradien hubungan efisiensi total terhadap kecepatan

terus naik, yang artinya hubungannya tetap berbanding lurus dari pembukaan katub 18% sampa dengan 100%.

Hal ini dipengaruhi oleh jarak semprot dimana posisinya agak jauh dari titik pusat roda air, sehingga sudu

masih dapat memaksimalkan daya potensial air.

Hal tersebut sejalan dengan hasil penelitian Luther Sule (2015) yang menyatakan bahwa efisiensi maksimum

berbanding lurus dengan daya roda air maksimum. Hal ini dipengaruhi oleh putaran generator yang terus

mengalami kenaikan sehingga daya output yang dihasilkan juga mengalami kenaikan. Begitupun juga yang

diungkapkan dalam hasil penelitian Andi Mangkau (2013) yang menyatakan bahwa semakin besar kecepatan

aliran maka semakin besar pula kinerja dari roda air sehingga menghasilkan efisiensi yang besar pula. Akan

tetapi apabila kinerja roda air telah mencapai titik maksimumnya maka efisiensi akan menurun. Hal ini

dikarenakan tabrakan dari aliran air pada instalasi ke sudu roda air telah mencapai titik dimana sudah tidak kuat

lagi untuk menghasilkan putaran yang diharapkan.

Dalam jurnal yang ditulis oleh Yasuyuki Nishi Dkk dimana membahas tentang turbin air cross-flow sudu datar

dan sudu lengkung dengan arus bawah, menjelaskan bagaimana segitiga kecepatan dan kecepatan relative yang

terjadi pada kedua model sudu yang diteliti.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka penulis membuat kesimpulan yaitu:

1. Pengaruh variasi kecepatan terhadap putaran generator yang dihasilkan dari roda air sudu lengkung untuk

arus horizontal yaitu semakin besar kecepatan yang dihasilkan, maka semakin tinggi rpm yang dihasilkan



460

oleh generator. Namun jika roda air sudah tidak dapat lagi memaksimalkan gaya dorong air yang

dihasilkan, maka putaran generator tidak akan berubah dari sebelumnya.

2. Pengaruh variasi kecepatan terhadap efisiensi dari roda air sudu lengkung untuk arus yang disemprotkan

pada arah horizontal yaitu semakin besar kecepatan yang dihasilkan maka semakin besar efisiensi yang

dihasilkan. Namun jika roda air tidak dapat lagi memaksimalkan gaya dorong air yang dihasilkan, maka

efisiensi akan mengalami penurunan.

3. Posisi jarak semprot terbaik yang menghasilkan putaran generator terbesar dari roda air sudu lengkung

untuk arus horizontal terjadi pada jarak semprot 3 dengan pembukaan katub 100% dan 85% dimana nilai

putaran generatornya yaitu sebesar 92.4 rpm.

4. Posisi jarak semprot terbaik yang menghasilkan efisiensi terbesardari roda air sudu lengkung untuk arus

horizontal terjadi pada jarak semprot 3 dengan kecepatan sebesar 1.43164 m/s dan pembukaan katub

sebesar 68% dimana nilai efisiensinya yaitu sebesar 0.58.

Saran

Saran yang dapat diberikan setelah dilakukannya penelitian ini ialah untuk penelitian selanjutnya sebaiknya

menggunakan pully dengan diameter yang lebih besar agar dapat menghasilkan daya yang lebih besar,

memperkecil mulut pipa keluar agar dapat mempercepat aliran air yang keluar, dan menggunakan spesifikasi

pompa yang lebih besar jika menggunakan pompa.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. http://24volt.eu/poncelet.php. Diakses pada tanggal 15 Mei 2012

Anonim. http://www.top-alternative-energy-sources.com/water-wheel-design.html. Diakses pada tanggal 15

Mei 2012

Anonim. http://wikipedia.com/fisika. Diakses pada tanggal 15 Mei 2012

Himran, Syukri. 2006. Dasar-dasar merencana Turbin Air. CV Bintang Lamumpatue, Makassar

Patty, O.F. 1995. Tenaga Air. Erlangga, Jakarta

Prayatmo, Wibowo.2007. Turbin Air. Graha Ilmu, Yogyakarta

Suharsono. 2004. Kincir Air Pembangkit Listrik. PT Penebar Swadaya, Jakarta

White, Frank M, Hariandja, Manahan. 1986. Mekanika Fluida (Terjemahan). Edisi I, Erlangga, Jakarta

Yusri, Aidil Z, Asmed. 2004. Analisa Daya dan Putaran Kincir Air Tradisional Sebagai Alternatif Sumber

Daya Penggerak. Jurnal Teknik Mesin, Politeknik Negeri Padang, Vol 1, No 2. Padang.

http://24volt.eu/poncelet.php

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

http://wikipedia.com/fisika

kinerja roda air sudu lengkung arus bawah untuk …

Documents