unjuk kerja kincir air breastshot dengan sudu 120 …unjuk kerja kincir air breastshot dengan sudu...
TRANSCRIPT
UNJUK KERJA KINCIR AIR BREASTSHOT DENGAN
SUDU 120 DERAJAT
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh
BERNADICTUS SIHALOHO
NIM : 125214085
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PERFORMANCE OF A BREASTSHOT WATERWHEEL
WITH A 120 DEGREE BLADE
FINAL PROJECT
Presented as partical fulfillment of the requirements
to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By
BERNADICTUS SIHALOHO
Student Number : 125214085
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA
DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk membuat Kincir Air Breastshot, mengetahui
hubungan kecepatan putar kincir yang dihasilkan dengan head yang digunakan,
mengetahui pengaruh antara jumlah sudu kincir dengan daya kincir yang
dihasilkan dan juga mengetahui penambahan beban lampu terhadap kecepatan
putar kincir yang dihasilkan.
Objek penelitian ini adalah model Kincir Air Breastshot dengan jumlah
sudu 16 buah dan kemiringan 120 derajat. Pengujian dilakukan dengan sumber air
yang berasal dari bak penampung 1 m³ yang diisi oleh pompa besar. Kecepatan air
yang digunakan divariasikan dengan ketinggian permukaan air dari 0,5 m sampai
1 m. Terdapat 1 model kincir air dalam penelitian ini. Modelnya adalah kincir air
breastshot dengan diameter luar 0,5 m dan dalam 0,35 m, bentuk sudu 120 derajat
dengan panjang dan lebar 0,2 x 0,18 m.
Hasil penelitian yaitu telah berhasil membuat Kincir Air Breastshot beserta
aplikasi fungsionalnya, daya kincir terbesar didapat pada ketinggian 1 m dengan
beban lampu 10 sebesar 359,22 watt, sedangkan effisiensi yang paling besar
didapat pada ketinggian 0,6 m dengan beban lampu 10 sebesar 97,62%, variasi
beban lampu juga mempengaruhi kuat arus dan kecepatan putar kincir yang di
hasilkan dan ketinggian permukaan air yang dipakai mempengaruhi besarnya
kecepatan putar kincir dengan rpm yang terjadi.
Kata kunci : Kincir Air Breastshot, daya kincir, efisiensi
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
The aim of this research is to make Breastshot Water wheel, to know the
correlation of rotary speed of the windmill produced with the head used, to know
the influence between the number of spindle blades with the power of the
resulting mill and also to know the addition of light load to the rotary speed of the
generator.
The object of this research is Breastshot Waterwheel model with 16 pieces
of blade and 120 degree slope. The test is carried out with a water source from a 1
m pen container filled by a large pump. The water velocity used varies with the
water surface height from 0,5 m to 1 m. There is 1 model of waterwheel in this
research. The model is a breastshot water wheel with an outer diameter of 0.5 m
and in 0.35 m, a 120-degree blade with a length and a width of 0.2 x 0.18 m.
Result of research that has succeeded to make Breastshot Waterwheel and
its functional application, the biggest power of the mill is reached at height of 1 m
with lamp load 10 of 359,22 watts, while the greatest efficiency is obtained at
height 0,6 m with lamp load 10 of 97,62%, variation of lamp load also affect the
current and speed Turn the produced windmill and the height of the water surface
used affects the rotational speed of the windmill with the rpm occurring.
Keywords: Breastshot Water wheel, power mill, efficiency
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
rahmat dan karuniaNya yang diberikan, sehingga penyusunan skripsi dapat
berjalan dengan baik dan lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib dipenuhi mahasiswa
untuk mendapatkan gelar S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Atas berkat, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak, akhirnya
skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Dalam kesempatan ini, dengan segala
kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi
Teknik Mesin.
2. Bapak RB. Dwiseno Wihadi, S.T.,M.Si. selaku Dosen Pembimbing Skripsi
atas arahan, pengertian, dan motivasi yang diberikan.
3. Segenap staf pengajar dan karyawan Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
4. Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah memberi bekal ilmu
pengetahuan sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
5. Laboran (Martono DS, Intan Widanarko, Ag. Rony Windaryaman) yang
telah membantu memberikan ijin dalam penggunaan fasilitas yang
diperlukan dalam penelitian ini.
6. A. Sihaloho dan B. Manihuruk sebagai orang tua, atas dukungan baik
moril maupun materi yang diberikan kepada penulis selama belajar di
Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
7. Rekan sekelompok yaitu Agus Brolin Nadeak, yang telah membantu
dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data.
8. Teman-teman Teknik mesin lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per
satu, terima kasih atas segala dukungan serta bantuannya.
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...........................................................................................i
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................iii
HALAMAN PENGESAHAN.............................................................................iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR.................................................v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI..........................................................vi
INTISARI............................................................................................................vii
ABSTRACT ........................................................................................................viii
KATA PENGANTAR ........................................................................................ix
DAFTAR ISI .......................................................................................................xi
DAFTAR TABEL ...............................................................................................xiv
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xv
DAFTAR SIMBOL.............................................................................................xvii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................1
1.1 Latar Belakang...........................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah......................................................................................1
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................2
1.4 Batasan Masalah ........................................................................................2
1.5 Masalah Penelitian .....................................................................................2
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II DASAR TEORI .....................................................................................4
2.1 Dasar Teori ................................................................................................4
2.2 Rumus Perhitungan....................................................................................8
2.2.1 Debit Air ...............................................................................................8
2.2.2 Daya Air ................................................................................................8
2.2.3 Kecepatan Air .......................................................................................9
2.2.4 Kecepatan Putar Kincir .........................................................................9
2.2.5 Gaya Fluida Yang Mengenai Sudu .......................................................9
2.2.6 Torsi ......................................................................................................10
2.2.7 Daya Kincir ...........................................................................................10
2.2.8 Efisiensi.................................................................................................10
2.3 Tinjauan Pustaka........................................................................................11
BAB III METODE PENELITIAN......................................................................13
3.1 Komponen Kincir ......................................................................................13
3.2 Alat dan Bahan Penelitian .........................................................................19
3.2.1 Alat........................................................................................................19
3.2.2 Bahan Kincir .........................................................................................20
3.3 Alat Pendukung Pengambilan Data ...........................................................21
3.4 Prinsip Kerja Kincir Air Breastshot...........................................................25
3.5 Variasi Penelitian .......................................................................................26
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.6 Variabel Yang Diukur................................................................................26
3.7 Metode dan Langkah Pengambilan Data ...................................................26
3.7.1 Alur Pelaksanaan Penelitian..................................................................26
3.7.2 Langkah Pengambilan Data ..................................................................27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................28
4.1 Data Penelitian ...........................................................................................28
4.2 Pengolahan Data Hasil Penelitian..............................................................30
4.3 Grafik Hasil Penelitian ..............................................................................35
BAB V PENUTUP..............................................................................................38
5.1 Kesimpulan ................................................................................................38
5.2 Saran ..........................................................................................................38
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................39
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,5 m .....................28
Tabel 4.2 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,6 m .....................29
Tabel 4.3 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,7 m .....................29
Tabel 4.4 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,8 m .....................29
Tabel 4.5 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,9 m .....................30
Tabel 4.6 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 1,0 m .....................30
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan pada ketinggian 0,5 dengan beban
10 sampai 20 lampu..........................................................................33
Tabel 4.8 Hasil Perhitungan pada ketinggian 0,6 dengan beban
10 sampai 20 lampu..........................................................................33
Tabel 4.9 Hasil Perhitungan pada ketinggian 0,7 dengan beban
10 sampai 20 lampu..........................................................................34
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan pada ketinggian 0,8 dengan beban
10 sampai 20 lampu..........................................................................34
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan pada ketinggian 0,9 dengan beban
10 sampai 20 lampu..........................................................................34
Tabel 4.12 Hasil Perhitungan pada ketinggian 1,0 dengan beban
10 sampai 20 lampu..........................................................................35
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir Air Overshot .....................................................................4
Gambar 2.2 Kincir Air Undershot ...................................................................5
Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot...................................................................6
Gambar 2.4 Kincir Air Tub .............................................................................7
Gambar 3.1 Skema keseluruhan kincir............................................................13
Gambar 3.2 Siklus air pada kincir ...................................................................14
Gambar 3.3 Kincir air breastshot ....................................................................16
Gambar 3.4 Sudu kincir...................................................................................16
Gambar 3.5 Lingkaran bagian samping ..........................................................17
Gambar 3.6 Lingkaran bagian dalam ..............................................................17
Gambar 3.7 Poros kincir..................................................................................18
Gambar 3.8 Jari-jari kincir ..............................................................................18
Gambar 3.9 Skema alat pendukung pengambilan data ...................................21
Gambar 3.10 Pompa NS-100.............................................................................21
Gambar 3.11 Pompa SCR-50HX ......................................................................22
Gambar 3.12 Generator .....................................................................................22
Gambar 3.13 Tachometer ..................................................................................23
Gambar 3.14 Beban lampu ................................................................................23
Gambar 3.15 Multimeter ...................................................................................24
Gambar 3.16 Stopwatch ....................................................................................24
xv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.17 Ampere meter ..............................................................................24
Gambar 3.18 By pass.........................................................................................25
Gambar 3.19 Skematik diagram alur penelitian ................................................26
Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan ketinggian
permukaan air ..............................................................................35
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dengan tinggi permukaan air ........36
Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi dengan ketinggian air ........................37
xvi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
⁄
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
v Kecepatan aliran air ( )
A Luas penampang ( )
D Diameter (m)
Q Debit air ( /detik)
Pair Daya air (Watt)
ρ Massa jenis air (kg/ )
g Percepatan gravitasi (m/ )
h head (m)
n Kecepatan putar poros (rpm)
T Torsi (N.m)
F Gaya fluida yang mengenai sudu (N)
r
jari-jari (r)
Pkincir
Daya kincir (Watt)
ω
η
Kecepatan putar kincir (
efisiensi (%)
/ )
V
Tegangan (volt)
I
Kuat arus (Ampere)
xvii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan Negara kepulauan terbesar didunia dengan luas
perairan yang dimiliki sekitar 2/3 dari total keseluruhan luas daerah yang dimilki.
Hal ini sangat memungkinkan Indonesia untuk menghasilkan energi terbarukan
yaitu energi air. Energi kinetik air dapat dikonversikan menjadi energi
mekanik/gerak dengan menggunakan kincir air yang mana energi mekanik ini
diteruskan ke generator untuk menghasilkan listrik..
Selama ini masyarakat banyak menggunakan kincir air tipe breastshot
dalam kehidupannya sehari-hari, namun pengaplikasian yang dilakukan itu tidak
diterapkan secara maksimal. Hal ini disebabkan karena kurangnya penyuluhan
ataupun publikasi mengenai cara penggunaan dan perkembangan prototipe kincir
membuat sulitnya masyarakat mendapatkan referensi. Dengan realita yang ada,
maka yang akan dilakukan ialah membuat prototipe PLTMH (Pembangkit Listrik
Tenaga Mikro Hidro) dengan pengujian variasi ketingaan air dan beban lampu
pada kincir air aliran axial tipe breastshot.
Menurut tipenya, kincir air terbagi menjadi 3 tipe yaitu: kincir air tipe
overshot, kincir air tipe undershot, kincir air breastshot dan kincir air tipe tub.
Pada penelitian ini, penulis akan meneliti kincir air tipe breastshot. Oleh karena
itu, pada penelitian ini penulis ingin mengetahui pengaruh kecepataan aliran air
terhadap kecepatan putar kincir, pengaruh penambahan beban terhadap kecepatan
putar kincir, dan efisiensi tertinggi dari kincir air breastshot.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
1. Pemanfaatan energi terbarukan khususnya energi air untuk pemenuhan
konsumsi listrik di masyarakat saat ini.
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
2. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang kincir air breastshot dengan bentuk
sudu 120 derajat.
3. Penggunaan material mika ackrilik sebagai bahan pembuatan kincir air tipe
breastshot.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Membuat kincir air tipe breastshot dengan sudu 120 derajat dan jumlah sudu
16 buah.
2. Mengetahui pengaruh kecepataan aliran air terhadap kecepatan putar kincir.
3. Mengetahui pengaruh penambahan beban terhadap kecepatan putar kincir.
4. Mengetahui efisiensi tertinggi dari kincir air breastshot.
1.4 Batasan Masalah
Dalam perancangan ini akan dibuat suatu kincir air breastshot. Kincir air ini
diharapkan dapat menghasilkan daya listrik yang dapat digerakkan oleh air
dengan head tertentu. Adapun batasan masalah pada penelitian ini, sebagai
berikut:
1. Kincir air dibuat dengan jumlah sudu sebanyak 16 buah dengan bentuk sudu
120 derajat.
2. Variasi ketinggian di (0,5 m), (0,6 m), (0,7 m), (0,8 m), (0,9 m) dan (1 m).
3. Percepatan gravitasi adalah 9,81 m/s².
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah :
1. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain yang
berminat pada penelitian kincir air breastshot.
2. Memberi informasi pada masyarakat supaya semakin mengerti tentang
adanya kincir air di kehidupan sehari-hari.
3. Kincir air breastshot yang dihasilkan dapat dipergunakan sebagaimana
mestinya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
4. Dapat menambah wawasan ilmu pengetahuaan tentang kincir air breastshot
untuk ditempatkan di perpustakaan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Dasar Teori
Pada umumnya air merupakan sumber energi yang mudah didapat dan
murah, 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 berbagai macam alat, salah satunya
adalah kincir air. Besarnya energi air yang dapat dihasilkan tergantung pada head
(h) dan debit (Q). Dalam hal ini head (h) adalah beda ketinggian dari permukaan
air (bak penampung) dengan titik keluarnya air, sedangkan debit (Q) adalah
volume air yang mengalir persatuan waktu.
Kincir air adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga air, yang bisa
dipergunakan untuk berbagai keperluan menumbuk gandum dan memompa air
untuk mengaliri sawah. Tetapi, kincir air ini juga dapat digunakan sebagai
pembangkit tenaga listrik.
Kincir air merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi air
menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Kincir air mempunyai model atau
cara penggunaannya. Menurut jenis aliran air, kincir air dapat dibagi menjadi 4
jenis. Berikut ini beberapa tipe kincir air, antara lain :
1. Kincir Air Overshot
Gambar 2.1 Kincir Air Overshot
(http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga
mikrohidro.html)
4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam sudu-sudu
sisi bagian atas, karena gaya berat air roda kincir akan berputar. Kincir air
overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan
jenis kincir air yang lain.
Keuntungan
1. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.
2. Tidak membutuhkan aliran yang deras.
3. Konstruksi yang sederhana.
4. Mudah dalam perawatan.
5. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kerugian
1. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau
bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
2. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.
3. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.
4. Daya yang dihasilkan relatif kecil.
2. Kincir Air Undershot
Gambar 2.2 Kincir Air Undershot
(http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-
mikrohidro.html)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir kemudian menghantam
dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe
undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head. Tipe ini cocok
diletakkan pada perairan dangkal atau daerah yang datar. Tipe ini disebut juga
dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar
kincir.
Keuntungan
1. Konstruksi lebih sederhana
2. Lebih ekonomis
3. Mudah untuk dipindahkan
Kerugian
1. Efisiensi kecil
2. Daya yang dihasilkan relatif kecil
3. Kincir Air Breastshot
Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot
(http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-
mikrohidro.html)
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air
tipe undershot.
Keuntungan
1. Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot
2. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek
3. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar
Kerugian
1. Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)
2. Diperlukan dam pada arus aliran datar
3. Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot
4. Kincir Air Tub
Gambar 2.4 Kincir Air Tub
(http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-
mikrohidro.html)
Kincir air Tub merupakan kincir air yang 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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Keuntungan
1. konstruksi yang lebih ringkas
2. Kecepatan putarnya lebih cepat
Kerugian
1. Tidak menghasilkan daya yang besar
2. Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang
lebih teliti
2.2 Rumus Perhitungan
2.2.1 Debit Air
Debit air adalah jumlah volume air yang mengalir persatuan waktu, dapat
diperoleh dengan persamaan (Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik,
2002, Yogyakarta, Universitas Sanata Dharma).
Q = v x A (2.1)
Q = debit
v = kecepatan air
A = luas penampang pipa
A = ¼ x π x D² (2.2)
2.2.2 Daya Air
Daya total yang dimiliki air (Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin,
Mekanika Fluida. Jakarta: Erlangga, 1996.)
P = ρ x g x Q x h (2.3)
ρ = massa jenis air
g = percepatan gravitasi
Q = debit
h = ketinggian air dari pancaran keluar air melalui ujung pipa dan
tinggi air dalam bak penampung
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
2
2.2.3 Kecepatan Air
Apabila terjadi perubahan tinggi jatuhan/head pada suatu aliran, maka
kecepatan air yang dihasilkan akan semakin tinggi juga. Kecepatan air dapat
ditentukan dengan persamaan (Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik,
2002, Yogyakarta, Universitas Sanata Dharma).
V = kecepatan air
V = (2.4)
g = percepatan gravitasi
h = beda ketinggian
2.2.4 Kecepatan Putar Kincir
Kecepatan putar kincir adalah jumlah putaran kincir dalam satu kali rotasi
tiap satuan detik dan dapat dihitung dengan persamaan (Streeter, Victor.L and
Wylie, E. Benjamin, Mekanika Fluida. Jakarta: Erlangga, 1996.)
n = (2.5)
v = kecepatan air
D = diameter kincir air
2.2.5 Gaya Fluida Yang Mengenai Sudu
F = Q x ρ x v
(Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik, 2002, Yogyakarta,
Universitas Sanata Dharma)
Q = A x v
Didapatkan rumus gabungan adalah :
F = ρ x A x v² (2.6)
Dengan :
ρ = massa jenis air
A = luas penampang
v = kecepatan air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
.
2.2.6 Torsi
(Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin, Mekanika Fluida. Jakarta:
Erlangga, 1996.)
T = F x r (2.7)
Dengan :
T = torsi kincir
F = gaya fluida yang mengenai sudu
r = jarak gaya fluida ke poros
2.2.7 Daya Kincir
Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak melingkar
dapat dituliskan sebagai berikut :
(Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin, Mekanika Fluida. Jakarta:
Erlangga, 1996.)
= T x ω (2.8)
Dengan :
T = torsi kincir
ω = kecepatan sudut kincir
ω = .
(2.9)
Dengan :
n = jumlah rotasi pada kincir
2.2.8 Effisiensi
Effisiensi (η) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir ( ) dengan daya yang disediakan oleh air ( ), sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut :
(Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin, Mekanika Fluida. Jakarta:
Erlangga, 1996.)
η = x100% (2.10)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
η = koefisien daya
= daya yang dihasilkan kincir air
= daya yang dihasilkan air
2.3. Tinjauan Pustaka
Pengujian kincir air breastshot dilakukan oleh Ainun Nidhar menggunakan
variabel tetap berupa jumlah bilah sebanyak 10 bilah, 8 bilah dan 6 bilah, serta
variabel berubahnya yaitu masing-masing kincir sudut bilahnya dapat diatur yaitu
sebesar 0°, 30°, dan 45°. Hasil pengujian menunjukkan bahwa putaran masing-
masing kincir (dengan jumlah bilah yang berbeda) akan mencapai nilai maksimal
pada sudut bilah yang diatur sebesar 45°, serta nilai putaran paling maksimal yaitu
sebesar 166,147 rpm dengan daya litrik yang dihasilkan sebesar 0,381 watt dan
efisiensi 48,962% berada pada jumlah bilah 8 dengan sudut atur sebesar 45°.
(Ainun Nidhar dkk, 2015)
Penelitian kincir air breastshot oleh Fabianus Pratomo Wadiamoko
menggunakan kemiringan sudu 45 derajat yang dimana variasi yang digunakan
pada kincir air breastshot adalah variasi head dan variasi jumlah sudu. Hasil
penelitian menunjukkan kincir air breastshot dengan jumlah sudu 16 buah lebih
baik dalam memanfaatkan energi air dibandingkan dengan sudu 8 buah. Daya
kincir maksimal yang dihasilkan adalah 23,44 watt, sedangkan nilai torsi yang
dihasilkan adalah 3,61 kg.m. Efisiensi tertinggi dengan memakai jumlah sudu 16
buah pada ketinggian 3 meter yaitu 1,69%. (Fabianus Pratomo Wadiamoko, 2012)
Penelitian selanjutnya dimana kincir air breastshot digunakan secara luas di
Inggris dan Jerman selama abad ke-19 dan awal abad ke-20. Dalam rangka
pengembangan kincir air breastshot untuk pembangkit listrik sebuah studi metode
desain dan serangkaian model pengujian yang dilakukan di Universitas Queen di
Belfast memakai ketinggian air 1,5 sampai 2,5 meter. Contoh perhitungan untuk
kincir berdiameter 4 m dibuat untuk menjelaskan prinsip-prinsip desain.
Pengujian pada skala 1:4 dengan diameter 1 m, memberikan efisiensi 78,5% pada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
rentang arus yang luas. Berdasarkan pengukuran dan pengamatan yang
dikembangkan untuk arus masuk dan keluar menghasilkan efisiensi maksimal
yaitu 87,3%. Dari penilaian logis menunjukkan bahwa kincir air memiliki dampak
yang juah berkurang dibandingkan dengan turbin. Kincir air breastshot ini
menjadi konverter energi hidrolik yang efisien dan dapat dikembangkan lebih
lanjut. (Muller and C. Wolter, 2004)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III
METODE PENELITIAN
Dalam perancangan kincir air breastshot terdapat berbagai macam
komponen untuk pembuatannya seperti sudu, jari-jari, kerangka kincir, roda
rangka kincir, lingkaran bagian samping, lingkaran bagian dalam kincir dan poros.
Kincir air breastshot ini terbuat dari mika akrilik dengan tebal 3 mm.
3.1 Komponen Kincir
Kincir air breastshot memiliki beberapa komponen. Komponen-komponen
tersebut di desain menggunakan software solidwork. Gambar desain dibuat untuk
menjelaskan kondisi saat kincir bekerja, selain itu dibuat juga gambar siklus air
yang terjadi di kincir. Berikut ini adalah gambar desain kincir dan gambar siklus
air yang terjadi di kincir.
Gambar 3.1 Skema keseluruhan kincir
13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Gambar 3.2 Siklus air pada kincir
Siklus air yang terjadi dimulai dari penyedotan air dari kolam penampungan
menuju pompa, dan disalurkan menuju by pass sehingga dapat diatur debit air
yang akan dikirim menuju bak penampungan. Air dari bak penampungan akan
langsung disalurkan oleh pipa yang terhubung antara bak penampung dan juga
akuarium tempat kincir air berada. Kemudian air yang dialirkan menuju akuarium
mendorong kincir, sehingga kincir akan berputar. Kemudian air yang memutar
kincir akan jatuk kebawah dan mengikuti alur yang ada di akuarium sampai
menuju lubang pembuangan dan kembali kekolam. Sehingga siklus ini akan
terjadi sirkulasi terus menerus.
Dari desain diatas yang telah dipaparkan pada gambar 3.2 terdapat beberapa
komponen yang diperlukan. Komponen – komponen tersebut akan dijelaskan
sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
1. Bak penampung air
Bak penampung terbuat dari kayu yang dirangkai menyerupai kubus dan
bak ini juga dilapisi dengan resin supaya tidak bocor serta kuat terhadap
tekanan air. Volume bak panampung adalah 1 m³.
2. Tower
Tower ini digunakan untuk menopang bak penampung yang akan dipakai
untuk sumber air melalui pipa. Tower ini juga dapat di setting ketinggiannya,
sehingga debit air dapat di ubah sesuai dengan kebutuhan saat penelitian.
3. Akuarium
Akuarium ini dibuat untuk tempat menampung air sementara serta tempat
pengaliran air, sehingga dapat menjalankan kincir air secara terus-menerus.
Air yang mengalir di akuarium kemudian keluar ke kolam dan akan di
naikkan kembali ke bak penampung dengan menggunakan pompa air.
4. Kolam penampung
Kolam penampung yang terletak di bawah kincir ini digunakan untuk
menampung air buangan yang berasal dari akuarium. Kolam penampung ini
terbuat dari semen beton.
5. Pipa
Pipa dengan ukuran diameter dalam 4,29in = 0,1089660 m ini digunakan
untuk mengaliri air dari bak penampung menuju ke kincir air.
6. Dudukan kincir
Dudukan pada kincir berguna untuk membantu dan menahan kincir air
agar dapat berdiri tegak. Di dalam komponen dudukan terdapat bearing.
Dudukan ini menggunakan besi siku lubang dengan ukuran yang berbeda-
beda.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
7. Kincir air breastshot
Kincir air breastshot digunakan sebagai alat penelitian, sehingga
penelitian dapat berjalan sesuai dengan yang telah direncanakan.
Gambar 3.3 Kincir air breasthot
Bagian-bagian kincir, antara lain :
a) Sudu kincir
Sudu kincir air breastshot dibuat dengan kemiringan sudu 120 derajat
dan menggunakan mika akrilik dengan tebal 3 mm.
Gambar 3.4 Sudu kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
b) Lingkaran mika bagian samping kincir
Lingkaran mika bagian samping ini digunakan sebagai penutup
samping kincir agar air dapat tertampung. Sehingga saat air
menabrak/mendorong sudu kincir, tenaga dari air tersebut dapat
sepenuhnya digunakan sebagai energi.
Gambar 3.5 Lingkaran bagian samping
c) Lingkaran mika bagian dalam kincir
Lingkaran mika bagian dalam ini berbentuk melingkar datar dan
digunakan sebagai alas kincir air bagian bawah sudu, supaya air yang
menabrak tidak terbuang langsung.
Gambar 3.6 Lingkaran bagian dalam
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
d) Poros kincir
Poros pada kincir air digunakan untuk menopang seluruh komponen
yang ada pada kincir air dan untuk meneruskan tenaga bersama-sama
dengan putaran. Poros ini adalah bagian terpenting, karna selain dapat
menopang beban kincir, poros ini juga digunakan untuk memutar kincir
yang akan di transmisikan menjadi sebuah energi.
Gambar 3.7 Poros kincir
e) Jari-jari kincir
Jari-jari pada kincir berguna untuk menahan beban antara kincir
dengan poros. Jari-jari tersebut terbuat dari plat besi tebal, sehingga kuat
untuk menahan.
Gambar 3.8 Jari-jari kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
f) Puli dan belt
Puli yang digunakan pada kincir air breastshot mempunyai tipe A dan
memiliki = 8 inch, sedangkan untuk puli pada generator menggunakan
= 8 inch. Sehingga rasio yang dihasilkan pada puli adalah 5:5. Energi
yang telah dihasilkan oleh kincir disalurkan ke generetor dengan
menggunakan belt, sehingga menghasilkan energi mekanik.
g) Bearing atau bantalan poros
Bearing digunakan untuk menahan poros agar dapat berputar dengan
lancer. Ukuran diameter bearing yang di pakai adalah 24 mm dan tipe
bearing ASB P205.
3.2. Alat dan Bahan Penelitian
Dalam beberapa proses pembuatan kincir air breastshot diperlukan beberapa
alat dan bahan, antara lain :
3.2.1 Alat
a. Mesin laser cutting
Mesin laser cutting ini berfungsi untuk memotong dan membentuk mika
akrilik sesuai dengan yang diinginkan. Mesin ini dijalankan menggunakan
komputer/program software khusus seperti autocad.
b. Gerinda tangan
Gerinda tangan digunakan untuk memotong serta menghaluskan besi siku
lubang yang akan dibuat menjadi penyangga untuk kincir dan generator.
c. Gergaji besi dan gergaji kayu
Gergaji besi digunakan untuk memotong pipa pvc untuk saluran air.
Sedangkan gergaji kayu digunakan untuk mengergaji papan untuk pembatasan air
di bak penampung.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
d. Kunci shock dan kunci pas
Kunci shock dan kunci pas digunakan untuk mengencangkan baut pada
rangka penahan kincir serta generator.
e. Las listrik
Las listrik digunakan untuk mengelas jari-jari pada kincir. Dengan memakai
proses pengelasan dapat membuat jari-jari kuat untuk menopang beban kincir.
f. Kompor tembak
Kompor tembak digunakan untuk memanasi serta membentuk mika akrilik
menjadi sudu kincir dengan kemiringan 120 derajat dengan menggunakan cetakan
sudu yang sudah di buat sebelumnya.
3.2.2 Bahan kincir
a. Mika akrilik
Mika akrilik digunakan sebagai bahan utama pembuatan kincir serta
akuarium. Mika akrilik yang digunakan memiliki tebal D 3 mm.
b. Besi siku lubang dan baut
Besi siku lubang digunakan sebagai penahan kincir air dan generator.
Sedangkan baut digunakan untuk menyambung besi siku lubang menjadi rangka
penahan kincir serta generator.
c. Lem silicon dan resin
Lem silicon digunakan untuk merekatkan bagian-bagian yang di buat menjadi
kincir serta akuarium. Sedangkan resin digunakan untuk melapisi bagian bak
penampung, akuarium dan kincir agar semakin kuat.
d. Plat besi
Plat besi digunakan sebagai pembuatan jari-jari lingkaran pada kincir agar
dapat menopang serta memutar kincir dengan kuat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
3.3. Alat Pendukung Pengambilan Data
Selain bagian-bagian di atas terdapat juga alat pendukung lainnya dalam
penelitian ini, sebagai berikut :
Gambar 3.9 Skema alat pendukung pengambilan data
1. Pompa
Merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan cairan (fluida) dari
suatu tempat ke tempat yang lain, melalui media pipa (saluran) dengan cara
menambahkan energi pada cairan yang akan dipindahkan serta berlangsung
terus menerus. Gambar dan sepesifikasi pompa yang digunakan, yaitu :
Pompa NS-100
Gambar 3.10 Pompa NS-100
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Spesifikasi
Pompa Sentrifugal
Max capacity 150 m³/h
Power 20HP/3000RPM
Pompa SCR-50HX
Gambar 3.11 Pompa SCR-50HX
Spesifikasi
Pompa Sentrifugal
CONNECTION DIA 50 mm (2inch)
Max capacity 20 l/min (137 GPM)
Max total head 32 m (105 ft)
Max suction head 8 m (26 ft)
2. Generator
Generator Sun Rice tipe 22A0MA48V350W140944831 berfungsi untuk
mengubah energi putaran poros menjadi energi listrik yang nantinya akan di
hubungkan dengan beban lampu.
Gambar 3.12 Generator
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
3. Tachometer
Alat ini berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran puli kincir,
khususnya jumlah putaran yang dilakukan oleh poros dalam satu satuan
waktu. Cara penggunaanya adalah dengan menempelkan sensor pada bagian
yang akan di ukur rpmnya.
Gambar 3.13 Tachometer
4. Beban lampu
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud
untuk mengetahui performa dari kincir air. Variasi voltase lampu yang diberikan
bertujuan supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan
adalah lampu 5 watt sebanyak 20 buah.
Gambar 3.14 Beban lampu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
5. Multimeter
Merupakan alat ukur yang dipakai untuk mengukur tegangan listrik, arus
listrik, dan tahanan (resistansi) yang dihasilkan generator.
Gambar 3.15 Multimeter
6. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur selang waktu dan waktu yang
dibutuhkan untuk penelitian,
Gambar 3.16 Stopwatch
7. Ampere Meter
Ampere Meter digunakan untuk mengukur kuat arus yang dihasilkan oleh
nyala beban lampu.
Gambar 3.17 Ampere Meter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
8. By pass
Berfungsi untuk mengatur, mengontrol dan mengarahkan laju aliran air
dengan cara membuka atau menutup sebagian aliran air supaya mendapatkan
ketinggian air pada bak penampung sesuai dengan variasi ketinggian yang
ditentukan .
Bagian by pass, antara lain :
1. Saluran untuk masuknya air dari pompa.
2. Saluran untuk meneruskan air dari by pass menuju bak penampung.
3. Saluran untuk membuang air.
4. Katub untuk mengatur debit air yang lewat saluran 3.
Gambar 3.18 By pass
3.4. Prinsip Kerja Kincir Air Breastshot
Pada dasarnya, prinsip kerja kincir air breastshot hampir sama dengan kincir
air overshot dan undershot. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir,
arah aliran air yang menggerakan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air.
Kincir air breastshot ini bekerja bila terdapat energi potensial yang berupa ai
mengalir dan mengenai sudu kincir.
Putaran dari kincir akan di transmisikan ke generator melalui transmisi belt dengan
rasio 5:5. Akibat putaran pada generator akan dihasilkan energi listrik, yang dialirkan
pada rangkaian lampu beban. Tegangan dan arus yang dihasilkan generator diukur untuk
memberikan data energi yang dihasilkan putaran kincir.
Uji coba kincir air breastshot dengan kemiringan sudu 120 derajat dan
ketinggian air yang diharapkan dapat seoptimal mungkin mendapat hasil yang
maksimal. Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bertujuan untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
mengetahui performa kincir air. Variasi voltase lampu yang diberikan bertujuan supaya
data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan untuk pembebanan pada
kincir air adalah lampu 5 Watt sebanyak 20 buah.
3.5. Variasi Penelitian
1. Variasi ketinggian air 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, 100 cm.
2. Variasi beban lampu dari 10, 12, 14, 16, 18, 20.
3.6. Variabel Yang Diukur
Sesuai dengan tujuannya, variable yang akan diukur adalah sebagai berikut:
1. Tegangan yang dihasilkan (Volt)
2. Putaran kincir (rpm)
3. Arus yang dihasilkan (Ampere)
3.7. Metode dan Langkah Pengambilan Data
3.7.1 Alur Pelaksanaan Penelitian
Gambar 3.19 Skematik diagram alur penelitian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
3.7.2.Langkah Pengambilan Data
1. Menyiapkan pompa air dan tempatkan pada tempat yang telah disediakan.
2. Memposisikan alat pengukur kecepatan putaran (tachometer).
3. Merangkai beban lampu dengan generator.
4. Merangkai lampu dalam posisi saklar off terlebih dahulu, pengujian
dilakukan hingga beberapa variasi beban lampu.
5. Jika semua telah siap, kemudian nyalakan pompa.
6. Bila ketinggian air pada bak penampung sudah sesuai dengan yang di
inginkan.
7. Kemudian pengukuran dapat dilakukan dengan membaca display yang
tertera pada alat pengukur ketinggian permukaan air.
8. Mengukur putaran kincir dengan menggunakan tachometer.
9. Mengukur daya yang dihasilkan oleh generator dengan memvariasikan
beban lampu pada kondisi tanpa beban sampai dengan lampu tidak ada
yang menyala bersamaan dengan mengukur tegangan dan kuat arus yang
dihasilkan.
10. Pengambilan data dilakukan sampai dihasilkan data-data yang sesuai.
11. Hasil dari pengujian kemudian di catat.
12. Ulangi langkah 5 sampai 10 dengan variasi penelitian yang telah ditentukan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Setelah melakukan percobaan dan pengambilan data, maka didapatkan data
yang selanjutnya akan diolah. Data hasil penelitian pada kincir air breastshot
didapatkan dari pengukuran arus yang dihasilkan oleh generator, tegangan yang
dihasilkan generator, kecepatan aliran air yang diukur dari perberdaan ketinggian
permukaan air pada bak penampungan, serta rpm kincir dari pengukuran
kecepatan putar kincir.
Pada penelitian ini penetapan ketinggian air pada permukaan bak penampu
yang sama pada saat pengujian serta memberikan variasi beban lampu yang
berbeda-beda merupakan cara menentukan data yang diperlukan. Variasi beban
lampu disini digunakan mulai dari beban 10 lampu sampai dengan beban 20
lampu. Pada saat variasi telah dilakukan maka dicatat juga arus dan tegangan
listrik yang dihasilkan sampai pada beban terakhir.
Setelah melakukan pengambilan data dan menemukan hasil dari variasi
yang telah ditentukan. Maka hasil tersebut dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 4.1 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,5 m.
Ketinggian
Permukaan Air
(m)
Kecepatan
Putar Kincir
(rpm)
Tegangan
(V)
Kuat Arus
(A)
Beban
Lampu
0,5 45 3,7 0,5 10
0,5 44 3,4 1 12
0,5 41 3 1,2 14
0,5 39 2,6 1,4 16
0,5 38 2,4 1,6 18
0,5 37 2,2 1,8 20
28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Tabel 4.2 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,6 m.
Ketinggian
Permukaan Air
(m)
Kecepatan
Putar Kincir
(rpm)
Tegangan
(V)
Kuat Arus
(A)
Beban
Lampu
0,6 64 5,7 1,2 10
0,6 63 5,4 1,4 12
0,6 60 4,8 1,8 14
0,6 58 4,5 2 16
0,6 56 4,2 2,2 18
0,6 55 3,9 2,4 20
Tabel 4.3 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,7 m.
Ketinggian
Permukaan Air
(m)
Kecepatan
Putar Kincir
(rpm)
Tegangan
(V)
Kuat Arus
(A)
Beban
Lampu
0,7 69 6,2 1,4 10
0,7 67 5,8 1,6 12
0,7 64 5,2 1,8 14
0,7 62 4,8 2,2 16
0,7 61 4,5 2,4 18
0,7 60 4,2 2,5 20
Tabel 4.4 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,8 m.
Ketinggian
Permukaan Air
(m)
Kecepatan
Putar Kincir
(rpm)
Tegangan
(V)
Kuat Arus
(A)
Beban
Lampu
0,8 72 6,4 1,4 10
0,8 70 6,1 1,6 12
0,8 68 5,5 2 14
0,8 66 5 2,2 16
0,8 64 4,8 2,4 18
0,8 62 4,4 2,6 20
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Tabel 4.5 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,9 m.
Ketinggian
Permukaan Air
(m)
Kecepatan
Putar Kincir
(rpm)
Tegangan
(V)
Kuat Arus
(A)
Beban
Lampu
0,9 74 6,8 1,4 10
0,9 72 6,3 1,7 12
0,9 70 5,6 2,1 14
0,9 68 5,5 2,3 16
0,9 67 5,2 2,6 18
0,9 66 4,9 2,7 20
Tabel 4.6 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 1,0 m.
Ketinggian
Permukaan Air
(m)
Kecepatan
Putar Kincir
(rpm)
Tegangan
(V)
Kuat Arus
(A)
Beban
Lampu
1,0 75 6,9 1,5 10
1,0 74 6,6 1,7 12
1,0 71 6 2,1 14
1,0 69 5,6 2,4 16
1,0 68 5,4 2,6 18
1,0 67 5,1 2,8 20
Pada tabel diatas ini diurutkan dengan variasi ketinggian permukaan air
yang telah ditentukan. Pada ketinggian permukaan air 100 cm didapatkan
kecepatan putar kincir, tegangan listrik, dan arus listrik yang tertinggi. Kecepatan
putar kincir tertinggi tedapat pada beban 10 lampu sebesar 75 rpm. Tegangan
listrik tertinggi terdapat pada beban 10 lampu sebesar 6,9 Volt serta arus listrik
tertinggi terdapat pada beban 20 lampu sebesar 2,8 Ampere.
4.2 Pengolahan Data dan Hasil Perhitungan
Berikut ini ditampilkan contoh perhitungan data pada tabel 4.1. Hasil
perhitungan serupa untuk semua data ditampilkan pada tabel 4.7. Perhitungan
dimulai dengan menghitung kecepatan aliran air, kemudian dilanjutkan dengan
menghitung luas penampang pipa, debit, daya air, torsi dan effisiensi. Hasil
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
2
2 9
perhitungan data pada tabel 4.2 hingga tabel 4.6 disajikan pada tabel 4.8 hingga
4.12.
1. Menghitung kecepatan aliran
Kecepatan didapatkan dari persamaan 2.4, dengan h = 0,50 meter
V =
V = ,81 0,50
= 3,13 m/detik
2. Menghitung luas penampang pada pipa
Luas penamang pada pipa dihitung menggunakan persamaan 2.2, dengan
diameter dalam 0,108966 m.
A = ¼ x π x D²
= 0,25 x 3,14 x (0,108966)2
= 0,0093 m2
3. Menghitung debit air
Debit air dihitung menggunakan perhitungan diatas V = 3,13 m/detik dan A =
0,0093 m2
Q = V x A
= 3,13 x 0,0093
= 0,0292 m3/detik
= 29,2 liter/detik
4. Menghitung daya air yang tersedia
Daya air (watt) dihitung menggunakan pers 2.3, dengan ρ = 1000 ³
Pair = ρ x g x Q x h
= 1000 x 9,81 x 0,0292 x 0,50
= 143,32 Watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
. .
,
5. Menghitung gaya fluida yang mengenai sudu
Gaya fluida yang mengenai sudu dihitung menggunakan persamaan 2.6
F = ρ x A x v²
= 1000 x 0,0093 x 3,13²
= 91,52 N
6. Menghitung torsi
Torsi dihitung menggunakan persamaan 2.7, dengan r = 0,25 m
T = r x F
= 0,25 x 91,52
= 22,88 N.m
7. Menghitung kecepatan sudu kincir
Kecepatan sudu kincir dihitung menggunakan persamaan 2.9
ω = ( )
=
= 4,71
8. Menghitung daya kincir
Daya kincir dihitung menggunakan persamaan 2.8
= T x ω
= 22,88 x 4,71
= 107,76 Watt
9. Menghitung efisiensi
Efisiensi dihitung menggunakan persamaan 2.10
η = x100%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
= ,
x100% ,
= 75,19 %
Setelah mendapatkan hasil dari penelitian yang berupa data - data yang
diperlukan. Semua data yang diperoleh akan diolah dengan rumus yang telah
ditentukan sebelumnya. Pengolahan tersebut yang telah diolah akan diterakan
pada tabel berikut ini:
Tabel 4.7 Hasil perhitungan pada ketinggian 0,5 m dengan beban 10 sampai 20
lampu
Kecepatan
Aliran Air
(m/s)
Torsi
(N.m)
Daya Kincir
(Watt)
Daya Air
(Watt)
Efisiensi
(%)
3,13 22,88 107,76 143,32 75,19
3,13 22,88 105,37 143,32 73,52
3,13 22,88 98,19 143,32 68,51
3,13 22,88 93,40 143,32 65,16
3,13 22,88 91,00 143,32 63,49
3,13 22,88 88,61 143,32 61,82
Tabel 4.8 Hasil perhitungan pada ketinggian 0,6 m dengan beban 10 sampai 20
lampu
Kecepatan
Aliran Air
(m/s)
Torsi
(N.m)
Daya Kincir
(Watt)
Daya Air
(Watt)
Efisiensi
(%)
3,43 27,46 183,92 188,40 97,62
3,43 27,46 181,04 188,40 96,09
3,43 27,46 172,42 188,40 91,52
3,43 27,46 166,68 188,40 88,47
3,43 27,46 160,93 188,40 85,42
3,43 27,46 158,05 188,40 83,89
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Tabel 4.9 Hasil perhitungan pada ketinggian 0,7 m dengan beban 10 sampai 20
lampu
Kecepatan
Aliran Air
(m/s)
Torsi
(N.m)
Daya Kincir
(Watt)
Daya Air
(Watt)
Efisiensi
(%)
3,71 32,03 231,33 237,42 97,44
3,71 32,03 224,63 237,42 94,61
3,71 32,03 214,57 237,42 90,38
3,71 32,03 207,87 237,42 87,55
3,71 32,03 204,51 237,42 86,14
3,71 32,03 201,16 237,42 84,73
Tabel 4.10 Hasil perhitungan pada ketinggian 0,8 m dengan beban 10 sampai 20
lampu
Kecepatan
Aliran Air
(m/s)
Torsi
(N.m)
Daya Kincir
(Watt)
Daya Air
(Watt)
Efisiensi
(%)
3,96 36,61 275,88 290,07 95,11
3,96 36,61 268,21 290,07 92,47
3,96 36,61 260,55 290,07 89,82
3,96 36,61 252,89 290,07 87,18
3,96 36,61 245,22 290,07 84,54
3,96 36,61 237,56 290,07 81,90
Tabel 4.11 Hasil perhitungan pada ketinggian 0,9 m dengan beban 10 sampai 20
lampu
Kecepatan
Aliran Air
(m/s)
Torsi
(N.m)
Daya Kincir
(Watt)
Daya Air
(Watt)
Efisiensi
(%)
4,20 41,18 318,98 346,12 92,16
4,20 41,18 310,36 346,12 89,67
4,20 41,18 301,74 346,12 87,18
4,20 41,18 293,12 346,12 84,69
4,20 41,18 288,81 346,12 83,44
4,20 41,18 284,50 346,12 82,20
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Kec
epat
an p
uta
r kin
cir
(rp
m)
Tabel 4.12 Hasil perhitungan pada ketinggian 1,0 m dengan beban 10 sampai 20
lampu
Kecepatan
Aliran Air
(m/s)
Torsi
(N.m)
Daya Kincir
(Watt)
Daya Air
(Watt)
Efisiensi
(%)
4,43 45,76 359,22 405,38 88,61
4,43 45,76 354,43 405,38 87,43
4,43 45,76 340,06 405,38 83,89
4,43 45,76 330,48 405,38 81,52
4,43 45,76 325,69 405,38 80,34
4,43 45,76 320,90 405,38 79,16
4.3 Grafik Hasil Penelitian
Tahap selanjutnya menganalisis data dengan bandingan data hasil olahan
yang telah didapatkan dengan variasi yang ditentukan. Perbandingan ini dibuat
dengan menggunakan media grafik. Berikut ini adalah grafik yang
menggambarkan perbandingan yang telah diperoleh dari data – data yang telah
diolah:
1. Grafik hubungan ketinggian permukaan air terhadap kecepatan putar kincir.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Ketinggian air (m)
Beban 10
lampu Beban 12 lampu Beban 14
lampu Beban 16
lampu Beban 18
lampu Beban 20 lampu
Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan ketinggian
permukaan air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Day
a kin
cir
(Wat
t)
Pada gambar 4.1 terlihat semakin besar ketinggian yang diberikan, maka
semakin cepat putaran kincir yang dihasilkan. Ini disebabkan karena tekanan yang
diperoleh air semakin besar bila ketinggian permukaan air semakin tinggi. Pada
gambar diatas mengalami penurunan kecepatan putar kincir jika ditambahkan
beban. Semakin besar beban lampu yang diberikan, maka kecepatan putar kincir
semakin turun. Ini terjadi karena beban lampu yang diberikan sangat berpengaruh
terhadap daya yang dihasilkan oleh generator. Sehingga membuat putaran kincir
menjadi pelan dan terjadi penurunan pada kecepatan putar kincir.
2. Grafik hubungan tinggi permukaan air terhadap daya kincir.
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Ketinggian air (m)
Beban 10 lampu
Beban 12 lampu
Beban 14 lampu
Beban 16 lampu
Beban 18 lampu
Beban 20 lampu
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dengan tinggi permukaan air.
Pada gambar diatas terlihat bahwa terjadi peningkatan daya kincir.
Peningkatan daya kincir dipengaruhi oleh ketinggian air yang diberikan. Setiap
kenaikan ketinggian air, maka daya kincir yang dihasilkan semakin meningkat.
Daya kincir pada gambar 4.2 merupakan hasil perhitungan dari torsi dan
kecepatan sudu kincir. Selain itu, penambahan beban lampu sangat berpengaruh
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Efi
sien
si (
%)
terhadap daya kincir. Dimana semakin besar beban lampu yang diberikan, maka
daya kincir akan semakin turun.
3. Grafik hubungan ketinggian air terhadap efisiensi.
120
100
80
60
40
20
0
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Ketinggian air (m)
Beban 10 lampu
Beban 12 lampu
Beban 14 lampu
Beban 16 lampu
Beban 18 lampu
Beban 20 lampu
Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi dengan ketinggian air
Pada gambar 4.3 diketahui bahwa pada ketinggian air 0,5 - 0,6m, gradien
grafik efisiensi tampak besar, seiring pertambahan percepatan aliran air.
Sedangkan pada ketinggian 0,6 - 1m, gradien grafik efisiensinya cenderung
mendatar dan turun. Seperti diketahui bahwa efisiensi adalah daya kincir dibagi
dengan daya yang diberikan air. Maka, diduga seiring pertambahan kecepatan air
pada rentang ketinggian air 0,6 – 1m, kincir tidak mampu merubah pertambahan
energi yang diberikan air menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran dan torsi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Telah berhasil dibuat model kincir air breastshot dengan bentuk sudu 120
derajat dan jumlah sudu 16 buah.
2. Kecepatan aliran air sangat berpengaruh terhadap kecepatan putar kincir
dengan variasi pada beban lampu. Jika kecepatan aliran yang diberikan besar,
maka kecepatan putar kincir yang dihasilkan akan besar juga.
3. Semakin banyak beban lampu yang di pakai, maka kecepatan putar kincir
akan semakin turun.
4. Dari hasil penelitian didapat nilai efisiensi tertinggi pada ketinggian 0,6 m
dengan beban 10 lampu (50 Watt) yaitu 97,62% dan nilai terendah pada
ketinggian 0,5 m dengan beban 20 lampu (100 Watt) yaitu 61,82%.
5.2 Saran
1. Kincir ini memiliki kekurangan pada segi desain dan juga terbuat dari mika
yang hanya ditempelkan menggunakan lem, sehingga memungkinkan kincir
tidak kuat ketika dialiri dengan air yang kecepatannya besar dan kincir ini
terdapat banyak ruang yang membuat air tidak sepenuhnya tertampung di
kincir. Akan lebih baik jika lebih teliti dalam mendesain kincir serta mencari
bahan-bahan yang lebih mudah di buat.
2. Saat melakukan percobaan, sebaiknya lebih teliti dalam menentukan jumlah
pompa yang diperlukan agar pengaturan ketinggiannya bisa stabil. Sehingga
menentukan variasi ketinggian permukaan air yang ingin di uji akan berjalan
dengan baik dan tanpa ada kendala.
3. Melakukan pengecekan fasilitas dan tempat pengujian untuk mempermudah
pada saat pengambilan data agar dapat memaksimalkan waktu yang
digunakan.
38
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
Ainun Nidhar dkk, 2015, “Pengujian Variasi Jumlah dan Sudut Bilah Kincir Air
Tipe Breastshot”, Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Jakarta.
Fabianus Pratomo Wadiamoko, 2012, “Unjuk Kincir Air Breastshot Dengan
Kemiringan Sudu 45 Derajat”, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Muller and C. Wolter, 2004, “The Breastshot Waterwheel: Design and Model
Tests, Lecturer, Civil Engineering Department, Queen’s University Belfast,, UK.
Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin, 1996, “Mekanika Fluida”. Jakarta:
Erlangga,
Wahyono Wibowo, 2002, “Kincir Air Pembangkit Listrik”, Universitas Sanata
Dharma, Yogyakarta.
http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-
mikrohidro.html. (24 April 2017)
http://www.british-hydro.org/waterwheels.html. (24 April 2017)
39
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI