Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-39

KINERJA YANG DIHASILKAN OLEH KINCIR AIR ARUS BAWAHDENGAN SUDU BERBENTUK MANGKOK

*Luther Sule*Kompleks Perumahan Dosen Unhas EB.17 Tamalanrea, Jurusan Mesin Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan KM. 10 Makassar-90245, Indonesia

Luther.sule@yahoo.co.id

ABSTRAKTenaga air adalah tenaga yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki airdapat dimanfaatkan dan digunakan dalam bentuk energi mekanis maupun energi listrik.Pemanfaatan energi air banyak dilakukan menggunakan kincir air (roda air) atau turbin airyang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran sungai. Penelitian ini dilakukandengan menggunakan kincir air dengan sudu berbentuk mangkok dengan bahan besi danacrilik, diameter kincir (Dk) 30 cm, dan diameter sudu (Ds) 9 cm. Dengan variasi jumlahsudu yaitu 4, 6, dan 8 sudu. Memberikan debit dan pembebanan tertentu sehingga diperolehdaya. Dari hasil penelitian diketahui bahwa efisiensi tertinggi (η) dari kincir berbagai suduterdapat pada kincir air dengan jumlah sudu 6, yaitu 57,8491% pada debit 0,01089 m3/s. Jadidapat disimpulkan bahwa kincir air sudu dengan bentuk mangkok layak dijadikan sebagaialternatif bentuk sudu yang digunakan dalam pembuatan pembangkit listrik skala kecil.

Kata kunci : arus bawah , efisiensi, energi, kincir air, sudu.

Latar BelakangDengan perkembangangan zaman

sekarang ini, kebutuhan akan energisemakin meningkat, terutama bagi negaraatau daerah yang sedang berkembang.Oleh karenanya, pemanfaatan energisecara tepat guna dapat menutupikebutuhan energi yang terus meningkat.Di Indonesia, suplai energi masihmengandalkan pembangkit berbahan bakarfosil seperti batu bara, minyak bumi, dangas alam yang tersedia dalam jumlahterbatas dan suatu saat akan habis,sementara permintaan akan energi listrikterus bertambah. Oleh karenanyapemanfaatan energi sekarang ini sudahdiarahkan pada penggunaan energiterbarukan yang ada di alam. Misalnyaenergi air, energi angin, energi mataharidan sebagainya. Hal ini dikarenakan energiterbarukan jenis di atas mudah didapat dandapat didaur ulang bila dibandingkandengan energi fosil seperti minyak bumi

dan batu bara. Untuk mendapatkan sumberenergi fosil harus dilakukan proses yangrumit dan membutuhkan waktu yang lama.Selain itu sumber energi fosil sekarang inijumlahnya sudah berkurang dan tidakdapat diperbaharui.

Sumber-sumber energi terbarukanseperti energi matahari, panas bumi, energiair, energi angin dan sebagainyamemenuhi kriteria sehingga dalampemanfaatannya terbukti dapatmengurangi penggunaan energi fosil yangkian terbatas jumlahnya.Salah satu sumber energi terbarukan yangsangat berpotensi dalam penggunaannyaadalah energi air. Mengingat negara kitamerupakan negara-negara beriklim tropisdan mempunyai curah hujan yang tinggiditambah dengan faktor pendukung sepertikeadaan topografi yang bergunung-gunungdengan aliran sungai yang deras sehinggasangat berpotensi untuk dijadikan sebagaipembangkit tenaga listrik.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-39

Tenaga air adalah tenaga yangdiperoleh dari air yang mengalir. Energiyang dimiliki air dapat dimanfaatkan dandigunakan dalam bentuk energi mekanismaupun energi listrik. Pemanfaatan energiair banyak dilakukan denganmenggunakan kincir air (roda air) atauturbin air yang memanfaatkan adanyasuatu air terjun atau aliran sungai. Bentukprofil mangkok merupakan salah satubentuk profil yang memiliki nilai koefisiendrag yang tinggi setelah plat datar, yaitudengan nilai 1,42. Semakin besar nilaikoefisien drag yang dimiliki oleh sebuahprofil, maka semakin besarkemampuannya untuk memanfaatkantenaga air yang menghantamnya.

METODOLOGI DAN PERALATAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini telah dilakukan padabulan Maret - April 2012,bertempat diaboratorium Mesin-mesin Fluida,Universitas Hasanuddin Makassar.

Instalasi Alat Pengujian

Gambar 1. Tampakan instalasi alat uji.

Gambar 2. Kincir air sudu 4

Gambar 3. Kincir air sudu 8

Gambar 4. Foto Instalasi Pengujian

Hasil dan Pembahasan

Dengan selesainya melakukanpengujian dan pengolahan data pada kincirair dengan model sudu berbentukmangkok, maka diperoleh data-data antaralain,debit air, daya ideal air, torsi, daya kincir,dan efisiensi atau kinerja dari kincir.Daya ideal air yang diperoleh berbeda-beda, hal ini disebabkan berbedabedanyadebit air. Dimulai dari debit air 0,01089m3/s (Q1), 0,01156 m3/s (Q2), hingga0,01228 m3/s (Q3). Semakin besar debitair, maka daya ideal air juga semakinbesar. Hal ini sesuai dengan rumus :Pair = ½ * ρ * Q * V

= ½ * ρ * A * V3………………(1)Dimana :Pair = daya yang dimiliki oleh air (watt)Ρ = massa jenis air (kg/m3)A2 = luas penampang sudu yang dihantamoleh air (m2)Ketika kincir berputar, dan apabiladigantungkan beban, maka akan terjadipengereman berupa gesekan antara rodapembebanan dengan tali pembebanan

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-39

sehingga terjadi momen puntir pada porosyang biasa dikenal dengan Torsi,sehingga torsi dapat disimpulan sebagai :T = F * rk

= m * g * rk ,…………………..(2)Dimana :T = besarnya torsi yang terjadi (N.m)m = massa pembebanan (kg)g = gravitasi = 9,81 m/s2rk = jari-jari roda pembebanan

Efisiensi/Kinerja roda air.• Daya Poros: P = T x ω… (3)• ω = 2πn/60 ……………..(4)• Efisiensi instalasi Roda air• ηins = P / Pair * 100%......(5)

Hubungan antara torsi dan pembebanancenderung berbanding lurus, artinyasemakin besar pembebanan, maka torsiyang terjadi juga semakin besar danbegitu pula sebaliknya. Hal inidiperlihatkan contoh tabel dari hasilperhitungan kinicr air sudu 8 dan padadebit Q3 dibawah ini :

Tabel.1 Putaran dan torsi yang terjadi padakincir air sudu 8 dengan debit Q3

Setiap pembebanan yang diberikankepada kincir air akan mengurangi putaranporos kincir. Hal ini terjadi disebabkanadanya pengereman pada poros yangmengakibatkan putaran poros berkurangsedikit demi sedikit hingga tidak terjadiputaran lagi. Kincir air akan menghasilkandaya karena kincir tersebut dapatmegimbangi torsi yang diberikan. Bila

torsi yang di berikan sama dengan nol,maka kincir air tidak akan menghasilkandaya karena kincir akan berputar sangatcepat sebagai akibat tidak adanyapembebanan yang diberikan (tidak terjadipengeraman). Sebaliknya, jika diberikantorsi maksimal maka kincir akan berhentiberputar sehingga tidak akanmenghasilkan daya. Diantara kedua nilaitersebut terdapat nilai maksimum dimanaterjadi daya maksimum dari sebuah kincirair. Sehingga apabila dibuat dalam bentuksebuah grafik maka akan membentuksebuah garis setengah parabola(kecenderungan). Berikut adalah grafik 1,grafik 2 dan grafik 3 yang memperlihatkanperbandingan antara daya kincir (P kincir)terhadap putaran (n) dari kincir airberbagai jumlah sudu dan berbagai debit.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-39

Tabel.2 Daya maksimum pada berbagaijumlah sudu dan berbagai debit.

Dari tabel 2 di atas dapat diketahui,untuk sudu 4 daya maksimum untuk tiappertambahan debit jika digambarkandalam sebuah grafik maka akanmenunjukkan sebuah garis setengahparabola dimana terdapat titik maksimumdan titik minimum. Untuk sudu 6, dayamaksimum berbanding terbalik terhadappertambahan debit. Dan untuk sudu 8,daya maksimum berbanding terbalikterhadap pertambahan debit. Dari tabel 7di atas juga dapat diketahui, untuk jumlahsudu 4, daya maksimum terjadi pada Q2,untuk jumlah sudu 6, daya maksimumterjadi pada Q1, dan untuk jumlah sudu 8,daya maksimum terjadi pada Q1. Berikutadalah grafik 4 yang memperlihatkanperbandingan antara daya kincir

maksimum (Pkincir) terhadap putaran (n)pada berbagai jumlah sudu kincir air

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-39

Tabel.3 Efisiensi maksimum pada berbagaijumlah sudu.

Dari hasil pengamatan diketahui bahwafisiensi maksimum (η) berbanding lurusterhadap daya kincir air maksimumPkincir). Dari tabel 8 diatas, dapatdisimpulkan bahwa efisiensi tertinggidimiliki oleh kincir air dengan jumlahsudu 6, yaitu 57,8491 %. Berikut adalahgrafik 8 yang memperlihatkan hubunganantara efisiensi maksimum kincir air (η)terhadap putaran (n) pada berbagai jumlahsudu.

Hubungan antara daya maskimum danfisiensi maksimum adalah daya maksimuterjadi dibawah efisiensi maksimum.Berikut adalah grafik hubungan antara

efisiensi maksimum kincir air (η) dan dayamaksimum kincir air (Pkincir) terhadapputaran (n) untuk kincir air dengan jumlahsudu 6 (kincir air yang memiliki efisiensitertinggi dibandingkan kicir air denganjumlah sudu lainnya).

Dari hasil seluruh pengamatan dapatdiketahui bahwa kincir air dengan jumlahsudu lebih bagus dari pada kincir airdengan jumlah sudu 4 ataupun 8. Hal inidisebabkan oleh beberapa alas an, antaralain untuk jumlah sudu 8 tidakmenghasilkan efisiensi yang baikdikarenakan daya potensial air tidak dapatdimanfaatkan sepenuhnya oleh tiap sudu,dimana ketika sudu mulai memasuki airatau mendapat gaya dorong dari air,sebelum sudu dapat memaksimalkan dayapotensial dari air, sudu berikutnya telahmemasuki air yang kemudian menghalagijalannya air menumbuk sudu pertama.Untuk jumlah sudu 4, daya potensial airdapat dimaksimalkan, tetapi sudu jugamendapatkan gaya tekanan balik yangmaksimal sebagai akibat dari bentuk profilmangkok sehingga tidak dapatmenghasilkan efisiensi yang tinggi.Sedangakan untuk jumlah sudu 6 dapatmenghasilkan efisiensi yang lebih baikbaik dari pada jumlah sudu yang lain,karena daya ptensial air yangdimanfaatkan dapat dimaksimalkansehingga tidak menghasilkan tekanan balikyang begitu besar sebagai aikibat darijumlah sudu itu sendiri. Dimana ketikasudu pertama memasuki air, daya potensialair yang diterima belum maksimal karenasudu kedua telah memasuki air, tetapi daya

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-39

potensial air yang tidak dapat imanfaatkandari sudu pertama dapat digantikan olehsudu kedua, dan begitu seterusnya.

KESIMPULAN1. Dari hasil pengamatan diketahui bahwa

efisiensi tertinggi (η) dari kincirberbagai sudu terdapat pada kincir airdengan jumlah sudu 6, yaitu 57,8491%pada debit 0,01089 m3/s.

2. Dari hasil penelitian diketahui bahwaefisiensi maksimum (η) berbandinglurus dengan daya kincir maksimum(Pkincir) atau daya maksimum (Pkincir)terjadi dibawah efisiensi maksimum(η). Dan adapun Penyimpangan nilai-nilai hasil pengujian terhadap garisideal pada grafik adalah dikarenakanadanya tekanan balik dari arus yangmengalir dan menghantam sudumangkok (terjadi aliran turbulensi).

Referensi

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

2. Anonim. http://www.top-alternative-energy-sources.com/water-wheel-design.html. Diakses pada tanggal 15Mei 2012

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

4. Himran, Syukri. 2006. Dasar-dasarmerencana Turbin Air. CV Bintang

Lamumpatue, Makassar5. Patty, O.F. 1995. Tenaga Air. Erlangga,

Jakarta6. Prayatmo, Wibowo. 2007. Turbin Air.

Graha Ilmu, Yogyakarta7. Suharsono. 2004. Kincir Air

Pembangkit Listrik. PT PenebarSwadaya,Jakarta

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

9. Yusri, Aidil Z, Asmed. 2004. AnalisaDaya dan Putaran Kincir AirTradisional Sebagai Alternatif SumberDaya Penggerak. Jurnal Teknik Mesin,

Politeknik Negeri Padang, Vol 1, No 2.Padang