pdt hal 1-16 -konsep ke-2

PROYEK DISAIN TEAM I

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANGFAKULTAS TEKNIK - JURUSAN TEKNIK MESIN

KINCIR AIR

KINCIR AIR UNTUK RUMAH TANGGA

DISCOVERY

4/8/2011

TRI ADHI NUGRAHA /08510049

CATUR ARI WIBOWO /08510113

MOH.NOR /08510085

Disusun untuk memenuhi syarat lulus matakuliah Proyek Disain Team I dan sebagai persyaratan untuk mengikuti matakuiah Proyek Disan Tim II di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Malang

PENGESAHAN

Nama TIM : DISCOVERY

PERANCANGAN : KINCIR AIR

JUDUL DISAIN : KINCIR AIR UNTUK RUMAH TANGGA

No Nama NIM Telp/HP/email

1 Tri Adhi Nugraha 08510049 081520493865

2 Catur Ari Wibowo 08510113 085790305137

3 Moh.Nor 08510085 085736741428

e-mail: [email protected]

RINGKASAN SPESIFIKASI DISAIN

Kincir air didisain sesuai dengan keadaan debit aliran air pada saluran irigasi berlokasi di daerah pujon sebagai pembangkit listrik tenaga air untuk keperluan rumah tangga khususnya daerah yang belum terjangkau aliran listrik dari PLN.

Telah diperiksa dan disyahkan pada tanggal, 10 Juni 2011

Koordinator matakuliah Pembimbing

Sudarman, Ir. MT H. Heri Mujayin Kholik, Ir. MT

NIDN: 07115106001 NIDN: 07130076501

| LAMPIRAN-LAMPIRAN 2

mailto:[email protected]

LEMBAR TUGAS

Ditugaskan kepada:




No Nama NIM Telp/HP1 Tri Adhi Nugraha 08510049 0815204938652 Catur Ari Wibowo 08510113 0857903051373 Moh.Nor 08510089 085736741428

RINGKASAN SPESIFIKASI DISAIN

Kincir air didisain sesuai dengan keadaan debit aliran air pada saluran irigasi berlokasi di daerah pujon sebagai pembangkit listrik tenaga air untuk keperluan rumah tangga khususnya daerah yang belum terjangkau aliran listrik dari PLN.

KETENTUAN UMUM:

1. Tim (semua anggota tim) harus berkonsultasi kepada pembimbing sekurang-kurangnya 1 kali per minggu

2. Isi tulisan sekurang-kurangnya 1) kajian singkat kebutuhan pasar/pengguna, 2) pemilihan disain (konseptual disain), untuk production line, harus ditunjukkan letak posisi mesin yang didisain 3) perencanaan dimensi dan pemilihan bahan, 3) gambar disain dalam proyeksi orthogonal sesuai standar ISO.

3. Naskah disain harus diserahkan paling lambat tanggal 11 Juni 2011 dalam bentuk hard-copy disertai gambar teknik mesin dan telah disetujui oleh pembimbing dan koordinator.

4. Poster harus dibuat dan dipamerkan mulai tanggal 6 s/d 10 Juni 2011.

PEMBIMBING1 H. Heri Mujayin Kholik, Ir. MT NIDN: 07130076501 [email protected] Sudarman, Ir. MT NIDN: 07115106001 [email protected]

Malang, 30 Maret 2011Koordinator

Ir. Sudarman, MTNIDN: 07115106001




LEMBAR ASISTENSI




No Nama NIM Telp/HP/email

1 Tri Adhi Nugraha 08510049 081520493865

2 Catur Ari Wibowo 08510113 085790305137

3 Moh.Nor 08510085 085736741428

e-mail: [email protected]

KEGIATAN ASISTENSI

No Bagian Catatan Paraf & tgl1

2

3

4

5

6

7

Malang, Juni 2011



H. Heri Mujayin Kholik, Ir. MTNIDN: 07130076501


KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahnya sehingga laporan Tugas Proyek Disain Tim 1 dapat kami selesaikan tepat waktu.

Proyek disain ini bertujuan untuk memberikan solusi pemanfaatan aliran air untuk pembangkit listrik dipedesaan khususnya didaerah pujon.

Untuk mengimplementasikan proyek disain ini akan dilakukan melalui pembuatan prototype yang dibuat berdasarkan gambar disain pada buku ini.


DAFTAR ISI

IsiPENGESAHAN.............................................................................................................................................................................. 2

LEMBAR TUGAS.......................................................................................................................................................................... 3

LEMBAR ASISTENSI..................................................................................................................................................................4

KATA PENGANTAR....................................................................................................................................................................5

DAFTAR ISI................................................................................................................................................................................... 6

BAB I PENDAHULUAN............................................................................................................................................................. 7

1.1. Latar Belakang............................................................................................................................................................... 71.2. Tujuan Umum.................................................................................................................................................................81.3. Proses Disain Proyek Disain Tim 1.......................................................................................................................81.4. Penilaian Kebutuhan...................................................................................................................................................8

BAB II KONSEP DISAIN.........................................................................................................................................................10

2.1. Konsep Dasar Rancangan Mesin.........................................................................................................................102.2. Konsep Bagian A.........................................................................................................................................................132.2.4. Pemilihan disain mesin........................................................................................................................................16

BAB III ANALISIS DAN SINTESA REKAYASA...............................................................................................................18

3.1. Disain rencana.............................................................................................................................................................183.1.1. Perhitungan kapasitas mesin.......................................................................................................................183.1.2. Perhitungan Xxxxx............................................................................................................................................18

3.2. Analisis Kekuatan Dan Pemilihan Bahan.........................................................................................................203.2.1. Komponen/elemen A.......................................................................................................................................203.2.2. Komponen/elemen b.......................................................................................................................................213.2.3. Komponen/elemen dst...................................................................................................................................21

3.3. Pemilihan Komponen Mesin.................................................................................................................................213.3.1. Pemilihan penggerak.......................................................................................................................................223.3.2. Pemilihan Bantalan/sprocket/rantai/sabuk/dll................................................................................22

BAB IV REKAYASA PERAKITAN........................................................................................................................................23

4.1. Perubahan Ukuran Komponen............................................................................................................................234.1.1. Validasi komponen A.......................................................................................................................................234.1.2. Validasi komponen n.......................................................................................................................................23

4.2. Gambar Komponen yang dibuat..........................................................................................................................234.3. Gambar Rakitan..........................................................................................................................................................23

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................................................................................24

LAMPIRAN-LAMPIRAN.........................................................................................................................................................25


BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pujon merupakan sebuah wilayah yang memiliki sumber daya alam pertanian

yang subur karena dilalui oleh sungai brantas yang memiliki arus dan debit air yang

besar. Sungai yang terletak di Jawa Timur ini, memiliki mata air yang terletak di Desa

Sumber Brantas ( Kota Batu ) dan mengalir melalui Malang, Blitar, Tulungagung, Kediri,

Jombang, Mojokerto. Daerah aliran sungainya seluas 11.800 kilometer persegi atau

sekitar seperempat luas Provinsi Jawa Timur. Panjang sungai utama 320 km mengalir

melingkari sebuah gunung berapi yang masih aktif yaitu Gunung Kelud. Curah hujan

rata-rata mencapai 2.000 mm per-tahun dan dari jumlah tersebut sekitar 85% jatuh pada

musim hujan. Potensi air permukaan pertahun rata-rata 12 miliar m³. Potensi yang

termanfaatkan sebesar 2,6-3,0 miliar m³ per-tahun. (Wikipedia.org). namun dengan

besarnya potensi alam yang ada, ternyata masih kurang dapat dimanfaatkan oleh warga

pujon, terbukti dengan minimnya upaya penerangan jalan lintas kota-propinsi pada jalur

ini.

Dengan potensi yang sebesar itu, namun masih kurang langkah pemanfaatannya

kami memiliki inisiatif untuk mengeksplorasi sumber daya alam (SDA) ini sebagai

energi pembangkit listrik dalam skala rumah tangga. Penduduk di sepanjang sungai

brantas mayoritas perprofesi sebagai petani, peternak (sapi perah), dan pedagang. Yang

apabila pekerjaan tersebut dikembangkan dengan sentuhan teknologi produksi yang

memadai, maka kualitas produksi akan meningkat, dan kesejahteraan penduduk akan

terdongkrak pula. Namun untuk memenuhi kebutuhan teknologi produksi tersebut,

barang tentu dibutuhkan pasokan liktrik yang memadai. Sehingga Potensi alam yang

besar itu akan dapat ditangkap dengan alat konversi energi berupa turbin air.

Sampai saat ini kebutuhan akan pasokan listrik masyarakat desa pujon masih

dirasa belum cukup. Untuk itu dibutuhkannya suatu alat penagkap potensi alam yang ada

dalam skala kecil (rumah tangga).


1.2. Tujuan Umum

Dari penulisan Project Design Team ini diharapkan bermanfaat sebagai berikut:

1) warga yang telah diajak berpartisipasi dalam kegiatan ini semakin paham akan potensi

alam disekitarnya yang belum diolah secara optimal. 2) dapat memberikan kontribusi

sosial terhadap permasalahan masyarakat pedesaan saat ini. 3) menghasilkan suatu model

sederhana turbin air untuk pedesaan dengan arus dan debit yang besar, dan dijadikan

sebagai alat konversi energi gerak air menjadi listrik. 4) masyarakat yang telah

memahami konsep kerja turbin air yang dibuat dapat memberikan contoh kepada

masyarakat didesa lainnya. 5) kegiatan ini menjadi pilot project pemanfaatan sumber

daya alam indonesia sebelum membuat PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)

1.3. Proses Disain Proyek Disain Tim 1

Kebutuhan masyarakat pujon akan adanya sumber daya listrik masih dinilai

kurang karena keterbatasan itu, perkembangan dan kemajuan di desa pujon terhitung

lamban. Jika kelak didesa pujon menerima gagasan ini, maka pengembangan demi

pengembangan akan senantiasa dilakukan dan penerapan teknologi irigasi akan melaju

pesat. Sebagai gambaran; jika sebuah rumah telah mengaplikasikan teknologi kincir air

ini kemudian dilirik oleh warga disekitar lingkungannya, kelak di suatu desa akan

mengunakan teknologi irigasi yang sama. Kemudian desa disekitar mencontoh dengan

cara serta metode yang sama. Dengan demikian akan terbentuk suatu kemandirian desa

dalam hal pemanfaatan sumber daya alam dan perkembangan teknologi

1.4. Penilaian Kebutuhan

Penilaian kebutuhan dalam disain ini menyangkut:

1. Alternatif pembangkit listrik2. Biaya terjangkau3. Menggunakan debit aliran air4. Ketangguhan yang tinggi5. Mudah dirawat6. Perkembangan teknologi tepat guna bagi masyarakat pedesaan7. Pembangunan infrastruktur pedesaan


Kebutuhan tersebut dinilai berdasarkan kriteria pengguna, produk dan standar yang berlaku di Indonesia sebagaimana tertuang dalam tabel berikut:

No Kebutuhan Sumber Inf Spesifikasi Satuan Keterangan1 Diameter luar 650mm Pipa air

Spindo, 3/8 inch

2 buah

2 Diameter dalam 500mm Pipa air Spindo, 3/8 inch

2 buah

3 Poros Pipa pejal diameter 4 cm

1 buah

4 Bantalan/bearing Diameter dalam 4 cm

2 buah

5 Rusuk Pipa air Spindo, 3/8 inch

8 batang

6 Kisi-kisi/sudu Kayu, aluminium, baut 8mm

8 sudu

7 Generator 1 buah8 Kerangka 1 buah9 V belt/sabuk penghubung 1 buah


BAB II KONSEP DISAIN

2.1. Konsep Dasar Rancangan Mesin

Untuk merancang suatu mesin, komponen pendukung sangat berkaitan sekali agar

alat yang dihasilkan menjadi semakin lebih baik. Berdasarkan tujuan tersebut, disusun

menjadi satu kesatuan yang mampu memenuhi kebutuhan yang diharapkan.Berdasarkan

uraian tujuan diatas, maka pada bagian ini akan dijabarkan berbagai komponen

penunjang hingga suatu Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) sederhana dapat

menghasilkan listrik. Dengan gambar sebagai berikut :

Dalam disain ini, difokuskan pada sudut datang air, sehingga sudut dari kincir air dapat berfungsi

maksimal sebagaimana ditampakkan pada gambar di atas.

Mesin yang dirancang harus memenuhi kriteria permintaan pengguna sebagaimana bab 1 dapat

diringkas antara lain:

1. Mudah dioperasikan

2. Memiliki kekuatan material yang cukup

3. Mudah dirawat (maintenance)

4. Dapat menghasilkan listrik dengan optimal

5. Tepat guna

6. Tepat manfaat di masyarakat

7. Menjadi media pembelajaran bagi masyarakat desa

Alat ini dikonsep untuk memilih kebutuhan yang sesuai dengan persyaratan diatas dengan konsep

sebagai berikut:


a. kincir air overshot

kincir air sudut vertikal adalah kincir air yang memanfaatkan gaya jatuh air dari ketinggian dengan

momen yang dibagi pada setiap sudunya.

Kelebihan:

Kekurangan:

b. kincir air Breastshot

kincir air breastshot adalah jenis kincir air yang memanfaatkan air yang telah dibendung pada

salah satu sisi sudu, dan memanfaatkan energi potensial air yang telah dibendung.

Kelebihan:


Gambar kincir air overshot

Gambar kincir air breastshot

Kekurangan:

c. kincir air undershot

kincir air jenis ini memanfaatkan energi gerak langsung yang dimiliki air sungai. Energi yang dpat

diserap adalah sebanding dengan luasan sudu x banyaknya sudu.

kelebihan:

kekurangan:

1. Roda kincir

2. Poros

3. Bantalan

4. Puli (pulley)

5. Sabuk

6. Mur dan baut

7. Generator

8. rangka

Dari masing masing fungsi bagian tersebut diuraian dalam konsep disain komponen


Gambar kincir air undershot

2.2. Roda kincir

kincir yang digunakan ada satu buah dan terpasang secara horizontal dengan diameter

650mm dan lebar 400mm. Jumlah sudu kincir air ada 8 buah dengan sudut 45° antara sudut satu

dengan sudut yang lain.

Jumlah sudu :

360/8=45°

Proses kerja mesin ini sebagai tempat dipasangnya setiap sudu-sudu kincir air

Kebaikan

Dengan jumlah sudu sebanyak 8 buah, maka torsi yang dihasilkan dapat lebih besar, dengan penampang yang luas.

Keburukan/kekurangan

Minim untuk kecepatan air.

2.2.2. Poros Kincir

Poros adalah suatu komponen yang berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi, roda gila, engkol, atau elemen-elemen pemindah daya yang lain. Reaksi yang terjadi pada komponen ini adalah beban puntir (torque) poros tersebut harus ditentukan ukurannya berdasarkan lendutan sebelum dilakukan rancang bangun.


Kebaikan

Dengan posisi bantalan pada ujung-ujung poros akan memudahkan pengguna ketika hendak mengganti bantalan poros.


Hanya dapat menerima gaya dari arah vertikal, baik mendatar maupun gaya air jatuh.

2.2.4. Puli (Pulley)

Puli yang akan digunakan berupa velg sepeda karena dinilai memiliki angka ekonomis.

Kebaikan

Murah, mudah didapat


Kalau barangnya bagus bisa dicuri,

2.2.5. Sabuk (Belt)

Sebagai penghubung antara puli penggerak dengan puli yang digerakkan. Berikut rencana gambar :


Kebaikan

Jika digunakan sabuk dengan jenis ini, maka tingkat slip pada keadaan basah.


Karena berbahan karet, maka umur penggunaan tergantung dari ketahanan material karet dari reaksi dengan air.

2.2.6. Mur dan Baut

Mur dan baut yang digunakan untuk masing-masing komponen dengan ukuran yang berbeda-beda.mur-baut pada sudu dengan ukuran 10mm, sedangkan pada pencekam kerangka menggunakan mur-baut ukuran 12mm

Kebaikan

Dengan ukuran yang proporsional, maka kekuatan mengikat setiap komponen kuat.


Kekuatan material dalam menahan kerusakan dari pengkaratan, namun hal ini bukan faktor yang terlalu menggangu.

2.2.7. Generator

generator difungsikan untuk membangkitkan listrik dari gerakan memutar energi mekanik pada puli dan mengubah energi mekanik tersebut menjadi energi listrik melalui perantara medan magnet di dalam generator.


Kebaikan

Inilah(generator) alat yang dapat mengubah energi gerak memutar mekani menjadi energi listrik.


Dibutuhkan spesifikasi yang disesuaikan dengan kemampuan putar/torsi dari roda kncir.

2.2.8. Rangka

Rangka difungsikan sebagai tempat semua komponen di posisikan sasuai posisi kerjanya.

Kebaikan

Dengan adanya rangka, maka seluruh komponen menjadi satu kesatuan yang lebih kuat.


Akan mengalami benturan-benturan apabila tidak diperkuat dengan perlindungan.

2.3 Pemilihan disain mesin

Tabel 2.1. Grafik Punch Penilaian Komponen Mesin

No Konsep 1 Konsep 2 Konsep 3 Konsep 41 Biaya2 Hambatan/gesekan3 Konsumsi daya4 Torsi diperlukan5 Pemeliharaan dan perawatan6 Integrasi7 Estetika8 Kebisingan


Total

Sehingga untuk membentuk suatu kincir air seperti yang telah di rencanakan, setiap komponen rangkaian telah memenuhi criteria sebagaimana terjabarkan dalam grafik punch diatas.


BAB III ANALISIS DAN SINTESA REKAYASA

3.1. Disain rencana

<disini ditetapkan berdasarkan bab 2 tabel Pugh, kemudian tambahkan gambar rencana. Kemudian tetapkan komponen mana yang didisain (harus dihitung/analisis) dan komponen yang harus ditetapkan (ada standar, seperti rantai, bantalan gelinding, mur dan baut>

<kemudian tabelkan semua komponen rencana tersebut sebagaimana tabel berikut>

Tabel 3.1. Daftar Komponen

No Nama komponen Jumlah Standar)* Keterangan)**1 Rubber Seal poros input 1 JIS Dipilih2 Poros Input 1 - didisain

Baut bantalan 4 UNF Dipilihdll

n

)* standar dapat ditulis seperti menurut standar ASME, JIS dll; )** diisi dengan didisain, atau dipilih.

3.1.1. Perhitungan kapasitas mesin

<jika mesin dipergunakan untuk mengahsilkan sejumlah tertentu seperti x kg/jam dsb harus diperhitungkan lebih dahulu menggunakan persamaan dasar kesetimbangan massa atau kesetimbangan volumetric. Unuk disain penggerak mula, diperhitungkan kebutuhan energi>

3.1.2. Perhitungan kapasitas air

Untuk mengetahui berapa aliran air yang mengalir dapat diperhitungkan sebagai berikut :

Survei membuktikan dalam 1 menit air mengalir 12000L

60 detik12000

=200 L

Jadi air yang mengalir dalam 1 detik = 200 L

3.1.3. Perhitungan Roda kincir

Diameter roda kincir = 650cm

Luas lingkaran = 14

π d2

¿14

x227

x 6502=510,714 cm

Lebar= Luas lingkaranDiameter

=510,714650

=0,7857 cm

3.1.4. Perhitungan Poros

Diameter Poros 40 mm = 4 cmMomen puntir = 1.920,00kg.mm=1,92kg.m


Gaya tangensial yang terjadi

Ft=2 Tds

(sularso , 1991:25)

Bahan pasak yang digunakan adalah baja karbon S 45C dengan tegangan ijin b = 70 kg/mm2

Pemilihan penampang pasak (untuk diameter poros 22 mm)o Lebar pasak (b) = 10 mm = 0,01 mo Tinggi pasak (h) = 8 mm = 0,008 mo Kedalaman alur pada poros (ti) = 4,5 mm = 0,0045 mo Kedalaman aluir pada naf (t2) = 3,5 mm = 0,0035 m

Tegangan geser yang diijinkan

τ kd=σb

Sf k 1× Sf k2

Dimana :Sfk1 = diambil dari 6 (untuk bahan SC)Sfk2 = diambil dari 3 (factor kekerasan permukaan)

τ ka=70

6 ×3=3,9 kg/ mm2

Tegangan geser yang ditimbulkan

τ k=Ft

b×lt

Dimana :lt = Panjang asak = 1,5 x ds

= 1,5 x 22= 33 mm = 0,033 m

τ k=137,1

10 × 33= 0,42 kg/ mm2

Tegangan permukaan ijin (P)

P=F t

l1× t2

¿ 137,133× 3,5

¿1,19 kg /mm 2

Gambar 3.13 Posisi pasak pada poros


3.2. Analisis Kekuatan Dan Pemilihan Bahan

No Gambar Keterangan1

A. Diameter kincir

A. Diameter KincirDiameter kincir adalah suatu susunan kerangka roda kincir air yang berbentuk lingkaran, yang menopang hampir seluruh berat sudu-sudu kincir air.

2 B. Sudu-Sudu B. Sudu-Sudu adalah suatu komponen dari roda kincir air yang mendapat gaya air secara langsung dan meneruskan gaya itu ke pusat roda kincir

3 C. Baut-baut C. Baut-bautAdalah suatu komponen yang memegang peranan penting untuk menjaga struktur roda kincir air dan sudu-sudu untuk dapat terus berkerja.

3.2.1. Komponen/elemen A

No Gambar Keterangan 1 A. Pulli Pulli adalah suatu komponen yang

berperan dalam menghantarkan gaya dan torsi dari roda kincir air


B. Belt/Sabuk Adalah suatu komponen dalam roda cincir air yaitu yang mendapat tugas sebagai penghantar gaya gerak melingkar roda kincir air dengan pulli ang dimiliki generator.

<setiap perancangan yang menghasilkan dimensi harus digambar menggunakan proyeksi orthogonal sesuai ukuran yang diperoleh, Catatan: sedapat mungkin dihindari gambar yang terskala).

3.2.2. Komponen/elemen b


3.2.3. Komponen/elemen dst


3.3. Pemilihan Komponen Mesin

Dari desain yang ada dari konsep A, B, dan C, kami lebih memilih desain C sebagai konsep dikarenakan memenuhi desain yang kami perlukan untuk menyelesaikan proyek desain team 1 ini.


3.3.1. Pemilihan penggerak

Dari sistem penggerak yang ada dari komponen A, B, dan C, kami lebih memilih Penggerak B karena penggerak B harganya terjakau, daya yang dibutuhkan cukup untuk penerangan lampu disekitar PLTO.

3.3.2. Pemilihan papan

Dari komponen papan yang ada dari komponen A, B dan C, kami lebih memilih A, karena papan yang dipilih tahan lama, kuat benturan, dan anti karatan serta lumutan.


BAB IV REKAYASA PERAKITAN

4.1. Perubahan Ukuran Komponen

<perubahan ukuran komponen akan selalu ada, seperti dimensi dan bentuk poros sehingga perlu dilakukan penyesuaian, serta ada validasi ulang perhitungannya >

4.1.1. Validasi komponen A

4.1.2. Validasi komponen n

4.2. Gambar Komponen yang dibuat

<digambar dengan proyeksi orthogonal lengkap dengan tanda pengerjaan atau persyaratan geometri, serta nomenklatur komponen. Skala gambar harus dihindari >

4.3. Gambar Rakitan

<digambar dengan proyeksi orthogonal lengkap baik komponen yang didisain maupun yang dipilih. Skala gambar harus dihindari>


DAFTAR PUSTAKA

Sularso, Tahara, 1980. Elemen Mesin, Edisi I, Pradnya Paramitha, Jakarta

www.chinaeastwell.com/enchinaeastwell/ecpxl_to.asp?id=54

www.owlnet.rice.edu/~mech401/Shigley8th%20Gears%20Chp13.doc


http://www.owlnet.rice.edu/~mech401/Shigley8th%20Gears%20Chp13.doc

http://www.chinaeastwell.com/enchinaeastwell/ecpxl_to.asp?id=54

LAMPIRAN-LAMPIRAN

Dapat dilampirkan gambar-gambar lainnya seperti daftar spesifikasi motor, bearing dll


pdt hal 1-16 -konsep ke-2

Documents