unjuk kerja kincir air undershot dengan sudu …1].pdf · pengaplikasian mengenai kincir air...

i

UNJUK KERJA KINCIR AIR UNDERSHOT DENGAN

SUDU SETENGAH SILINDER

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

Carolus Borromeus Krishna Sampurno

NIM : 075214004

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

PERFORMANCE UNDERSHOT WATERWHEEL

WITH A HALF-CYLINDRICAL BLADES

FINAL PROJECT

Presented as partial fulfillment of the requirement

To obtain the sarjana teknik degree

In mechanical engineering study program

By :


NIM : 075214004

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2012


iii


iv

.


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak

terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu

perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara

tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 7 Februari 2012



vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Carolus Borromeus Krishna Sampurno

Nomor Mahasiswa : 07 5214 004

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

UNJUK KERJA KINCIR AIR UNDERSHOT DENGAN SUDU

SETENGAH SILINDER

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata

Dharma, hak untuk menyinpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada Tanggal : 7 Februari 2012

Yang menyatakan



vii

INTISARI

Energi listrik sangat penting bagi kehidupan, tetapi sampai saat ini masih

banyak daerah yang belum mendapatkan pasokan listrik. Bagi daerah yang belum

mendapatkan aliran listrik namun berada pada daerah aliran sungai dapat

menggunakan kincir air sebagai solusi untuk membangkitkan listrik sehingga

kebutuhan listrik di masyarakat dapat terpenuhi. Tetapi penelitian dan

pengaplikasian mengenai kincir air undershot di Indonesia masih belum banyak

dilakukan sehingga masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk

memanfaatkannya secara optimal

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model kincir air undershot

dengan bentuk sudu setengah silinder, mengetahui hubungan torsi yang dihasilkan

dengan head yang digunakan, mengetahui pengaruh perubahan jumlah sudu

terhadap daya yang dihasilkan. Model kincir air undershot dapat dibagi menjadi 3

bagian utama yaitu, sudu dan penyangganya, roda kincir dan poros. Dalam proses

pengambilan data digunakan beberapa variasi berbeda yaitu, head yang digunakan

2,5 meter dan 3,5 meter, dan jumlah sudu yang digunakan 16 buah dan 8 buah

sudu.

Telah berhasil dibuat seperangkat kincir air beserta aplikasi

fungsionalnya dengan daya output yang dihasilkan sebesar 54,68 Watt pada

jumlah sudu 16 buah dan head 3,5 meter, torsi maksimal yang dihasilkan sebesar

2,75 kg.m pada saat head 3,5 meter dan jumlah sudu 16 buah. Efisiensi kincir

yang tetinggi didapatkan pada jumlah sudu 16 buah dan head 3,5 meter yaitu

sebesar 1,19%.

Kata – kata kunci : Variasi, kincir, torsi, daya.


viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT karena atas berkat dan rahmat-Nya dalam

penyusunan Tugas Akhir ini, sehingga pada akhirnya Tugas Akhir ini dapat kami

selesaikan dengan baik.

Tugas Akhir merupakan sebagian persyaratan yang wajib ditempuh oleh

setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini juga dapat dikatakan

sebagai wujud pemahaman dari hasil belajar mahasiswa setelah mengikuti

kegiatan perkuliahan selama di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai unjuk kerja kincir air

undershot dengan variasi bentuk sudu setengah silinder. Dalam Tugas Akhir ini,

penulis berencana untuk meneliti unjuk kerja dari kincir air undershot dengan luas

frontal 1,038 m2.

Selama pembuatan tugas akhir ini tentu penulis mengalami berbagai

macam hambatan dan cobaan, namun pada akhirnya dapat diselesaikan dengan

bantuan saran, nasihat, ide, maupun bimbingan dari berbagai pihak. Pada

kesempatan ini, dengan segenap kerendahan hati kami mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan

tugas akhir ini.


ix

2. Kedua Orang Tua Penulis, karena kebaikan, motivasi, dan segala bentuk

dukungan dari mereka penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

4. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si. selaku Dosen

pembimbing Tugas Akhir.

6. Ir. Rines M.T. selaku Dosen pembimbing akademik.

7. Keluarga penulis, yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah

memberikan motivasi dan dukungan bagi penulis dalam menyelesaikan Tugas

Akhir.

8. Rekan sekelompok yaitu Oktavianus Ardhian Nugroho, Fabianus Pratomo

Wadiatmoko, dan Richardus Dias Bintang Jaya Nugraha, yang telah membantu

dalam perancangan alat, pembuatan alat, perbaikan alat dan pengambilan data.

9. Teman-teman teknik mesin angkatan 2007 Universitas Sanata Dharma dan

teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih

atas segala bantuanya.

Penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyelesaikan Tugas

Akhir ini, namun sebagai manusia tentunya kami menyadari bahwa yang kami

kerjakan masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mohon maaf atas

segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penyusunan Tugas Akhir


x

ini. Saran serta kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan

demi perbaikan dikemudian hari.

Penulis berharap semoga Tugas Akhir yang telah penulis susun ini dapat

memberikan manfaat bagi para pembaca.

Yogyakarta, 7 Februari 2012

Penulis


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...............................................................................................i

HALAMAN PERSETUJUAN.............................................................................iii

HALAMAN PENGESAHAN...............................................................................iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..........................................v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI.........................vi

INTISARI.............................................................................................................vii

KATA PENGANTAR.........................................................................................viii

DAFTAR ISI..........................................................................................................xi

DAFTAR TABEL...............................................................................................xiii

DAFTAR GAMBAR...........................................................................................xiv

BAB I. PENDAHULUAN......................................................................................1

1.1 Latar Belakang..........................................................................................1

1.2 Batasan Masalah.......................................................................................3

1.3 Tujuan Penelitian......................................................................................3

1.4 Manfaat Penelitian....................................................................................4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA...........................................................................6

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan............................................................6

2.2 Dasar Teori...............................................................................................7

2.3 Persamaan yang Digunakan....................................................................10

BAB III. METODE PENELITIAN....................................................................17

3.1 Alat Penelitian........................................................................................17

3.2 Prinsip Kerja Alat...................................................................................26

3.3 Variabel yang Divariasikan....................................................................27

3.4 Variabel yang Diukur.............................................................................27

3.5 Metode dan langkah Pengambilan Data.................................................27


xii

BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN..............................................................30

4.1 Data Penelitian........................................................................................30

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan..........................................................32

4.3 Hasil Perhitungan....................................................................................37

BAB V. PENUTUP...............................................................................................44

5.1 Kesimpulan.............................................................................................44

5.2 Saran.......................................................................................................45

DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................46

LAMPIRAN


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan

8 jumlah sudu.........................................................................................30

Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16

jumlah sudu............................................................................................31


jumlah sudu............................................................................................31


jumlah sudu............................................................................................32

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8

jumlah sudu............................................................................................37


jumlah sudu............................................................................................38


jumlah sudu............................................................................................38


jumlah sudu............................................................................................38


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Salah satu contoh pemanfaatan kincir air undershot........................8

Gambar 2.2 Penampang sudu kincir...................................................................12

Gambar 3.1 Skema Alat.....................................................................................17

Gambar 3.2 Roda Kincir Air Undershot.............................................................19

Gambar 3.3 Skema Alat Pendukung Pengukuran Daya.....................................21

Gambar 3.4 Skema Alat Pendukung Pengukuran Torsi.....................................22

Gambar 3.5 Neraca Pegas...................................................................................22

Gambar 3.6 Generator Listrik.............................................................................23

Gambar 3.7 Susunan Lampu Sebagai Beban.....................................................24

Gambar 3.8 Tachometer.....................................................................................24

Gambar 3.9 Pompa Air.......................................................................................25

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Head yang Digunakan Dengan Torsi

Maksimal Kincir.............................................................................40

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Jumlah Sudu yang Digunakan Dengan

Daya Kincir yang Dihasilkan.........................................................41

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Beban yang

Digunakan.......................................................................................42

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Putaran Dengan Beban yang

Digunakan.......................................................................................42


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Krisis energi merupakan masalah yang sedang dihadapi pada masa

sekarang ini. Batu bara, minyak bumi, dan gas alam adalah bahan bakar yang

sering digunakan terutama dalam hal pembangkitan tenaga listrik. Oleh

karena itu, permintaan untuk ketiga macam sumber energi tersebut selalu

datang secara terus menerus untuk memenuhi kebutuhan energi, khususnya

energi listrik. Namun, persediaan untuk ketiga macam sumber energi tersebut

sangat terbatas. Bila digunakan secara terus menerus, lama kelamaan akan

habis, karena untuk membentuk persediaan energi tersebut dibutuhkan waktu

berjuta – juta tahun lamanya. Maka perlu dicari solusi yang tepat untuk

mengganti ketiga energi tersebut.

Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil

menyemangati para peneliti diberbagai negara untuk mencari energi lain yang

kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Energi terbarukan dapat

didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat diproduksi kembali

melalui proses alam. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi,

matahari, angin, biogas, bio masa serta gelombang laut. Beberapa kelebihan

energi terbarukan antara lain: Sumbernya relatif mudah didapat, dapat

diperoleh dengan gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi dan

tidak terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan bakar.


2

Pada masa sekarang ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi

semakin berkembang. Misalnya dalam kebutuhan sehari – hari yang

menggunakan energi listrik sebagai sumber tenaga, antara lain : televisi,

kulkas, radio, lampu dan masih banyak lagi contoh yang lain. Kebutuhan

listrik juga sangat dibutuhkan, karena hampir setiap kegiatan sehari – hari

menggunakan energi tersebut.

Salah satu energi terbarukan yang terdapat di alam adalah energi yang

berasal dari air. Air merupakan zat cair yang sangat berguna di kehidupan

sehari – hari, baik untuk manusia maupun untuk mahkluk hidup lain. Selain

untuk kehidupan sehari – hari, air juga dapat dikonversi menjadi energi listrik

yang sangat berguna bagi kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir

air atau mikro hydro (PLTMH). Indonesia merupakan negara yang subur

dengan air yang tersedia melimpah dimana – mana. Bahkan di setiap pulau di

Indonesia mengalir sungai yang mengalir dengan lancar. Untuk daerah yang

dekat dengan aliran sungai, dapat menggunakan kincir air sebagai solusi

untuk membangkitkan listrik sehingga kebutuhan listrik di masyarakat dapat

tercukupi. Kincir air merupakan salah satu bentuk pemanfaatan energi

terbarukan yang ramah lingkungan.

Berdasarkan kondisi diatas, maka untuk ikut andil dalam pengembangan

energi terbarukan diadakanlah penelitian ini. Penelitian ini bermaksud untuk

mendapatkan unjuk kerja kincir air undershot dengan bentuk sudu setengah

silinder. Desain kincir air dibuat sederhana dan dapat diaplikasikan dengan


3

menggunakan bahan – bahan yang ada agar nanti setiap orang dapat

mengaplikasikan penelitian ini.

1.2. Batasan Masalah

Pada tugas akhir ini akan di buat kincir air undershot dengan bentuk sudu

setengah silinder. Dengan alasan dipilihnya sudu setengah silinder agar

hambatan yang berupa air yang diam di belakang sudu dapat diminimalkan,

sehingga kecepatan putar kincir menjadi maksimal. Kincir ini diharapkan

dapat menghasilkan daya listrik yang digerakkan tenaga arus datar.

Agar penelitian berjalan dengan lancar, maka diberi beberapa batasan

masalah sebagai berikut :

1. Kincir air undershot ini dibuat dengan sudu 16 buah dan 8 buah

dengan bentuk sudu setengah silinder.

2. Nilai gravitasi yang digunakan untuk perhitungan adalah 9,81 ⁄ .

3. Karena debit yang akan digunakan tetap, maka debit yang digunakan

adalah 39,78 ⁄

1.3. Tujuan yang Hendak Dicapai

Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah :

1. Membuat model kincir air undershot dengan bentuk sudu setengah

silinder agar diharapkan dapat seoptimal mungkin mengkonversi energi


4

air menjadi energi putaran poros sehingga kincir ini dapat menghasilkan

energi listrik yang cukup optimal.

2. Mengetahui hubungan torsi yang dihasilkan dengan head yang

digunakan.

3. Mengetahui pengaruh perubahan jumlah sudu terhadap daya yang

dihasilkan.

4. Mengetahui efisiensi maksimum dari kincir air jenis undershot dengan

bentuk sudu setengah silinder.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan didapatkan dari pembuatan tugas akhir ini adalah :

1. Manfaat Bagi Peneliti

a. Mampu membuat kincir angin undershot yang digunakan untuk

penelitian.

b. Menerapkan ilmu pengetahuan yang didapat dari perkuliahan

terutama yang berkaitan dengan kincir air.

c. Sebagai pedoman untuk mengembangkan energi listrik tenaga air,

khususnya kincir air.

2. Bagi masyarakat

a. Untuk memberi informasi pada masyarakat, terutama pada daerah

pedesaan yang belum teraliri listrik untuk pemberdayaan teknologi

tepat guna.


5

b. Memanfaatkan energi terbarukan agar dapat melakukan

penghematan pada sumber energi lain; seperti minyak bumi, dan

batu bara.

3. Bagi Universitas Sanata Dharma

a. Menambah kepustakaan tentang kincir air undershot.

b. Menambah referensi bagi pihak – pihak yang membutuhkan dalam

rangka pengembangan ilmu pengetahuan khususnya yang

berhubungan dengan kincir air.


6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan

Penelitian mengenai kincir air undershot ini sejauh sepengetahuan

peneliti telah banyak dilakukan. Namun sebagian besar banyak yang telah

dilakukan di luar negeri. Di Indonesia sendiri penelitian maupun

pengaplikasian mengenai kincir air undershot belum banyak dilakukan hanya

beberapa penelitian saja yang dapat peneliti ketahui dari proses pengumpulan

sumber yang meneliti tentang kincir air tipe undershot.

Pada penelitian mengenai kincir air undershot dengan pengaruh tinggi

sudu kincir air terhadap daya dan efisiensi yang dihasilkan memperlihatkan

bahwa daya maksimum kincir terletak pada harga tinggi sudu tertentu,

sedangkan efisiensi kincir akan semakin tinggi jika tinggi sudu semakin kecil

( Bambang, 2010 ). Penelitian lain yang pernah dilakukan menggunakan

kincir air sebagai pembangkit tenaga listrik dengan tipe undershot mampu

menghasilkan daya kincir maksimum adalah 350 watt yang digunakan untuk

pembangkit listrik ( Ahmad Sahri, 2006 ).


7

Selanjutnya dalam penelitian mengenai pengaruh jumlah sudu terhadap

efisiensi dan daya kincir air tipe undershot memperlihatkan bahwa jumlah

sudu pada roda kincir hanya mempengaruhi nilai nominal dari daya dan

efisiensi maksimum yang dihasilkan kincir air. Daya yang dihasilkan pada

penelitian ini mencapai 85,07 W dengan berbagai variasi jumlah sudu

(Bambang, 2010 ).

Pada penelitian lain menunjukan bahwa titik optimal pengoperasian

kincir air terletak pada ratio kecepatan keliling sudu dan kecepatan arus

sungai ( M Zahri, 2010 ).

2.2. Dasar Teori

Air merupakan sejenis fluida, di bumi ini air sangat sering dijumpai di

sekitar kita. Jumlah air dibumi lebih banyak dibandingkan dengan daratan

yaitu sekitar 70% dari jumlah daratan. Air mempunyai sifat menempati ruang

dan juga mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Apabila air

tersebut diberi tekanan maka air dapat mengalir dari tempat yang rendah ke

tempat yang tinggi.

Pada umumnya air merupakan sumber energi yang mudah didapat dan

murah karena dapat ditemui dimana – mana. Dalam air terdapat beberapa

energi, 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.


8

Salah satu pemanfaatan energi air adalah dengan menggunakan kincir

air. Kincir air merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang salah satu

fungsinya dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik yang

memanfaatkan energi air. Kapanpun ada air yang mengalir, kincir air dapat

mengubah dan menyimpan energi air menjadi energi listrik.

Sebagai sumber energi terbarukan, kincir air dapat memberikan

beragam pemanfaatan, antara lain digunakan sebagai listrik untuk pedesaan /

daerah tertinggal, mengambil air dari sungai atau sumber air dibawah

kemudian diletakan pada saluran irigasi atau saluran yang lainnya, untuk

penggilingan padi atau sumber daya yang lainnya, dan sebagai pengolahan

pada pabrik.

Gambar 2.1. Salah satu contoh pemanfaatan kincir air undershot

Kincir air adalah peralatan mekanis berbentuk roda dengan sudu

(bucket atau vane) pada sekeliling tepi – tepinya yang diletakan pada poros

horizontal.


9

Kincir air memanfaatkan selisih ketinggian alamiah dari permukaan

sungai kecil. Air yang masuk ke dalam dan keluar kincir tidak mempunyai

tekanan lebih (over pressure), hanya tekanan atmosfer saja. Air itu menerjang

sudu dari sebuah roda, yang kebanyakan langsung dihubungkan dengan

sebuah mesin.

Setiap kincir mempunyai model atau cara penggunaannya masing –

masing. Ada 3 jenis kincir :

1. Kincir air overshot : bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam

bagian sudu – sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda

kincir berputar. Memiliki tingkat efisiensi mencapai 85%.

2. Kincir air undershot : bekerja bila air yang mengalir menghantam

dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Tipe ini

juga disebut dengan “Vitruvian”. Tipe ini cocok dipasang pada

perairan dangkal pada daerah yang rata. Mempunyai efisiensi 15% -

25%, kecepatan poros 2 rpm – 12 rpm, tinggi jatuh air/head < 5m.

3. 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 menggerakan

kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air.

4. Kincir air tub : Merupakan kincir air yang kincirnya diletakan secara

horizontal dan sudu – sudunya miring terhadap garis vertical, dan tipe

ini dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot.


10

Karena arah gaya dari pancuran air menyamping, maka energi yang

diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.

Untuk penelitian pada tugas akhir ini dilakukan dengan menggunakan

kincir air undershot. Pada umumnya kincir air undershot dibuat dengan sudu

datar agar mudah untuk diaplikasikan, karena kincir undershot ini

memanfaatkan tenaga air arus datar. Namun sudu datar memiliki kelemahan,

yaitu pada air yang diam di belakang sudu. Air yang terdapat di belakang

sudu menghambat kincir untuk berputar, sehingga putarannya kurang

maksimal dan daya yang dihasilkan juga kurang maksimal. Kincir air

undershot yang akan dibuat ini menggunakan sudu setengah silinder agar

diharapkan gaya drag atau gaya hambat kincir yang berada di belakang sudu

dapat dikurangi atau dikecilkan. Air yang mengalir dengan kecepatan tertentu

mengenai sudu yang terdapat pada bagian bawah kincir yang kemudian akan

diteruskan oleh poros ke transmisi atau generator.

2.3. Persamaan yang Digunakan

Untuk kincir air yang hanya memanfaatkan aliran air arus datar atau

kecepatan arus sungai, energi air yang tersedia merupakan energi kinetik.

Dengan demikian terdapat beberapa persamaan yang digunakan.

1. Kecepatan air

Kecepatan air merupakan salah satu pendukung / hal penting yang

menyebabkan kincir air dapat berputar. Semakin tinggi perbedaan head /


11

perubahan tinggi jatuhan suatu aliran air, maka kecepatan air yang ada

akan bertambah juga.

Kecepatan air dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

√ ⁄ (2.1)

(Sumber : Viktor 1993)

Dengan

g : percepatan gravitasi ( ⁄ )

H : head ketinggian air ( )

2. Debit air

Debit air adalah jumlah volume air yang mengalir per satuan waktu

(detik). Dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

⁄ (2.2)

(sumber : Dietzel 1992)

Dengan

V : Kecepatan arus air ( ⁄ )

A : Luas penampang air ( )

3. Daya Air

Daya air adalah energi yang terdapat pada air yang mengalir per satuan

waktu. Daya yang terdapat pada air dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut

(Watt) (2.3)


12

dengan :

: masa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

Q : debit yang digunakan (m3)

H : ketinggian air yang digunakan (m)

4. Kecepatan putar

Kecepatan putar kincir adalah jumlah putaran kincir dalam waktu satu kali

rotasi tiap satuan waktu (menit). Dapat dicari dengan persamaan

(2.4)

(Sumber : Dietzel 1992)

Dengan

V : Kecepatan air yang mengalir ( ⁄ )

d : Diameter kincir air (m)

5. Perhitungan luas sudu yang tercelup

Untuk kincir air undershot tidak semua sudu yang tercelup dalam air,

sehingga diperlukan perhitungan dalam mencari sudu yang tercelup.

Perhitungan dapat dilakukan dengan persamaan.


13

b c

a A2 A1 A3

Gambar 2.2. Penampang sudu kincir

Keterangan : θ : Sudut antar sudu

a : Panjang sudu yang tidak tercelup air

b : Panjang proyeksi sudu dari a

c : Panjang proyeksi sudu yang tercelup air

d : Bidang vertical dari proyeksi c

A1 : Luas sudu yang tercelup air

A2 : Luas sudu yang tercelup air proyeksi II

A3 : Luas sudu yang tercelup air proyeksi III

Panjang proyeksi sudu

Panjang proyeksi sudu yang tercelup air

θ

F1 F2 F3


14

Panjang bidang vertikal dari proyeksi c

A1 = tinggi sudu x panjang sudu yang tercelup air

A2 = Tinggi sudu x bidang vertikal dari proyeksi c

A2 = A3

6. Gaya dorong kincir

Gaya yang di akibatkan oleh aliran arus sungai merupakan gaya yang

paling menentukan agar kincir dapat berputar atau bekerja dengan baik.

Karena kincir air akan berputar dengan maksud menggerakan motor listrik

yang menghasilkan listrik. Besarnya gaya dorong agar kincir berputar di

pengaruhi oleh kecepatan aliran air dan luas sudu yang menerima

kecepatan aliran air. Semakin luas sudu yang tercelup air, maka semakin

besar pula gaya yang membuat kincir berputar.

Gaya dorong kincir dibagi menjadi 2 jenis :

Gaya fluida yang berada di depan sudu :

F = Q (m3/s) x ρ (kg/m

3) x v (m/s)

Q = A (m2) x v (m/s)

Didapatkan persamaan gabungan adalah :

(2.5)

(Sumber : Wibowo 2002)


15

Dengan

: massa jenis air (

⁄ )

A : luas permukaan ( )

v : kecepatan aliran air ( ⁄ )

Gaya fluida yang berada di belakang sudu :

Putaran kincir air undershot tidak dapat maksimal dikarenakan terdapat

gaya hambat atau gaya drag yang berupa air yang diam di belakang

sudu. Gaya drag tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

(2.6)

Dengan :

Cd = coeficient of drag

= massa jenis air (

⁄ )

= kecepatan putar kincir

A = Luas area ( m2 )

Sehingga gaya total yang bekerja pada sudu kincir :

Fkincir = Fdorong – Fdrag (N) (2.7)

7. Torsi

Torsi yang dihasilkan oleh putaran kincir ditentukan dengan persamaan

berikut :


16

T = F x r (N m) (2.8)

Dengan

F : gaya dorong yang bekerja pada kincir air (N)

r : jari – jari kincir air (m)

8. Daya kincir

Daya kincir dapat diperoleh dengan persamaan

(

) (2.9)

Dengan

T : Torsi (N m)

n : putaran poros (rpm)


17

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Alat penelitian

Sistem kincir air undershot ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu kincir

air itu sendiri dan sistem saluran air untuk kincir. Sistem saluran air terdiri

dari bak penenang dan kanal yang dibuat dari besi plat datar yang ditekuk

sedemikian rupa sehingga menjadi bentuk profil U dan disusun pada rangka

yang terbuat dari plat besi siku dan tower air. kincir air undershot ini nantinya

akan diletakan di atas kanal saluran.

Gambar 3.1. Skema Alat

1

3

2

4

5

6

7


18

Keterangan gambar :

1. Tower Air

Pada penelitian ini tower air berfungsi untuk menopang bak air yang

berisi air. Tower ini dibuat dengan bahan besi profil L.

2. Kanal saluran air

Kanal air ini dibuat dengan besi plat datar yang ditekuk sehingga

menjadi bentuk profil U. Kanal ini dibuat dengan panjang 5 meter,

sehingga proses pembuatannya dibagi menjadi 3 bagian yang

dijadikan satu karena ukuran dari bahan pembuat tidak mencukupi

dengan panjang kanal itu sendiri.

3. Penyangga / dudukan kanal

Penyangga ini dibuat dengan besi profil L. Penyangga ini berfungsi

untuk menyangga kanal yang mengalirkan air ke kincir.

4. Penyangga / dudukan kincir air

Dudukan kincir seperti pada gambar 3.1. berfungsi untuk

menyangga/menopang kincir air undershot agar dapat berputar diatas

air. Dudukan ini terdiri dari dua sisi berbentuk segitiga yang

bersebelahan dan sama tingginya. Dengan bentuk segitiga akan lebih

kuat untuk menopang. Dudukan kincir ini terbuat dari besi plat

dengan bentuk profil L dengan ukuran 5 x 5 cm.


19

5. Roda kincir undershot

Gambar 3.2. Roda Kincir air Undershot

6. Sudu

Sudu kincir undershot ini berbentuk setengah silinder dengan jumlah

16 buah sudu. Terbuat dari plat datar yang dibentuk sedemikian rupa

sehingga berbentuk setengah lingkaran dengan diameter 66 cm dan

panjang 22 cm.

6

9

7

8 10


20

7. Penyangga sudu

Seperti pada gambar 3.6. penyangga sudu ini terbuat dari plat datar

dengan ukuran tebal 5 mm. Penyangga ini berfungsi untuk menopang

sudu sekaligus untuk menahan sudu dari benturan dengan air.

8. Roda kincir

Roda kincir yang berbentuk cincin ini terbuat dari pipa besi ukuran

diameter 20 mm. Pipa besi tersebut kemudian di rol sehingga

berbentuk lingkaran dengan diameter 84,6 cm. Apabila disusun

dengan sudu, maka akan memiliki dimensi diameter terluar 115,64

cm.

9. Batang kincir

Batang kincir seperti pada gambar 3.9. terbuat dari bahan yang sama

dengan pembuatan roda kincir. Batang kincir ini berjumlah 16 buah

dan disatukan dengan menggunakan plandes. Batang kincir yang telah

disatukan dengan plandes terdiri dari dua sisi yang masing – masing

berjumlah 8 buah.

10. Poros kincir

Pembuatan poros kincir dilakukan dengan bahan dari pipa besi pejal

dengan ukuran diameter 4,5 cm dan panjang 45 cm. poros ini

berfungsi untuk meneruskan putaran kincir ke transmisi.


21

11. Kolam penampung

Kolam penampung yang terletak di bawah kincir ini digunakan untuk

menampung air buangan yang berasal dari kincir. Air itu juga yang

nantinya akan dipompa ke atas masuk ke bak penampung dan

memutar kincir kembali. Kolam penampung ini terbuat dari semen

beton.

12. Bak penenang

Bak penenang / bak air ini diletakan pada tower air. Bak ini

digunakan untuk menampung air sementara yang akan digunakan

untuk mengalirkan air. Bak air ini juga diperlukan untuk menentukan

head yang nantinya akan digunakan.

Selain alat – alat utama pada penelitian seperti pada Gambar 3.1.

digunakan alat – alat pendukung lain, seperti berikut :

Gambar 3.3. Skema alat pendukung pengukuran daya


22

Gambar 3.4. Skema alat pendukung pada pengukuran torsi

Keterangan gambar :

1. Lengan torsi

2. Neraca beban

3. Generator

Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur beban pengimbang

torsi dinamis.

Gambar 3.5. Neraca Pegas

1

2

3


23

Generator

Generator digunakan untuk merubah energi putaran poros

menjadi energi listrik yang nantinya akan dihubungkan dengan

beban lampu. Generator ini mampu menghasilkan daya sampai

250 W.

Gambar 3.6. Motor Listrik

Puli

Digunakan untuk menaikan putaran kincir sehingga dapat

dihasilkan putaran yang lebih besar untuk motor generator.

Puli yang digunakan adalah puli 22” dan puli 8”


24

Beban

Rangkaian lampu berfungsi untuk memberikan variasi beban

dalam menguji kincir air. Lampu yang digunakan memiliki nilai

hambatan 1,6 Ω dan daya sebesar 10 watt pada setiap lampunya.

Pemakaiannya adalah dengan menyalakan lampu satu persatu

sampai semua lampu nyala / padam.

Gambar 3.7. Susunan lampu sebagai beban

Tachometer

Alat ini berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran kincir air

sebagai data yang dibutuhkan. Sensor pada tachometer ini

diarahkan pada generator yang berputar secara tegak lurus dan

akan keluar hasilnya.

Gambar 3.8. Tachometer


25

Pompa air

Alat ini berfungsi untuk mengisi air di bak penenang. Air yang

berasal dari kolam penampung dipompa ke atas masuk ke dalam

bak penenang.

Gambar 3.9. Pompa Air

Jenis pompa yang digunakan merupakan pompa sentrifugal.

Menggunakan 2 buah pompa yang memiliki spesifikasi sebagai

berikut :

Spesifikasi pompa 1

o Model : NS-100

o Power : 10 hp

o Maximum Capacity : 449 U.S. GPM

o Maximum Total Head : 82 ft

o Putaran : 2000 rpm


26

Spesifikasi pompa 2

o Model : NS-50

o Power : 3 hp

o Maximum Capacity : 145 U.S. GPM

o Maximum Total Head : 66 ft

o Putaran :2800 rpm

3.2. Prinsip kerja alat

Pada dasarnya, prinsip kerja kincir air undershot ini hampir sama dengan

kincir air overshot dan breastshot. Hanya saja sudu yang terkena air posisinya

ada di bawah kincir. Kincir air undershot ini bekerja bila terdapat energi

potensial yang berupa air diam yang berasal dari bak penampung berubah

menjadi energi kinetik yang berupa aliran air yang melewati kanal dan

menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air.

Air yang menghantam sudu akan memutar kincir. Kemudian putaran ini akan

diteruskan oleh poros ke transmisi sehingga transmisi akan berputar yang

juga akan memutar generator yang berfungsi untuk mengubah energi putar

poros menjadi energi listrik sehingga generator akan menghasilkan daya

listrik. Daya yang dapat dihasilkan generator diukur dengan menggunakan

beban lampu yang dinyalakan satu persatu.


27

3.3. Variabel yang divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian alat, yaitu :

1. Variasi ukuran head yaitu 3 meter dan 2 meter.

2. Jumlah sudu pada kincir air yaitu 16 buah sudu dan 8 buah sudu.

3.4. Variabel yang diukur

Sesuai dengan tujuannya, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut :

1. Putaran poros/kincir (n)

2. Gaya pengimbang torsi (F)

3. Tegangan listrik yang dihasilkan generator (v)

4. Arus listrik yang dihasilkan generator (i)

3.5. Metode dan Langkah Pengambilan Data

1. Memasang neraca pegas pada tempat yang sudah disiapkan.

2. Merangkai beban lampu dengan generator dan voltmeter.

3. Rangkaian lampu diposisikan pada saklar off terlebih dahulu, pengujian

dilakukan hingga beberapa variasi beban lampu.

4. Apabila semua sudah siap kemudian menyalakan pompa.

5. Apabila ketinggian air pada bak penenang sudah mencukupi, kemudian

pengukuran dapat dilakukan.


28

6. Mengukur jumlah putaran dengan tachometer yang diarahkan pada

generator.

7. Melihat besarnya massa pengimbang yang terukur pada neraca pegas.

8. Mengukur kuat arus yang dihasilkan generator dengan memvariasikan

beban lampu pada kondisi tanpa beban sampai dengan lampu tidak ada

yang menyala bersamaan dengan mengukur tegangan yang dihasilkan.

9. Pengambilan data dilakukan sampai dihasilkan data – data yang sesuai.

10. Hasil dari pengujian kemudian dicatat.

11. Ulangi langkah 6 sampai 12 dengan mengurangi jumlah sudu menjadi 8

buah.

Demikian diagram alir dari langkah – langkah penelitian.

Pasang neraca pegas pada tempat yang sudah disiapkan.

Rangkai beban lampu dengan generator dan voltmeter.

Posisikan saklar rangkaian lampu pada posisi off.


29

Jika semua sudah siap nyalakan pompa.

Bila ketinggian air pada bak penenang sudah mencukupi, lakukan

pengukuran.

Ukur jumlah putaran yang terjadi

Ukur besarnya massa pengimbang torsi

Ukur kuat arus dan tegangan yang dihasilkan generator dari variasi lampu

off sampai maksimal

Catat data – data yang dihasilkan

Hasil dari pengujian kemudian dicatat.

Tamb

ahkan

variasi ketinggian

dan

pen

guran

gan ju

mlah

sud

u m

enjad

i 8 b

uah


30

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Penelitian

Pengambilan data penelitian pada kecepatan putar poros, tegangan yang

dihasilkan, kuat arus yang dihasilkan, dan gaya pengimbang torsi diambil secara

bersamaan. Pengujian dilakukan dengan variasi jumlah sudu yaitu 16 sudu dan 8

sudu juga variasi ketinggian head yang digunakan yaitu 3 meter dan 4 meter.

Pembebanan variatif dengan menggunakan rangkaian lampu, mulai dari 0 (tidak

ada pembebanan) hingga beban maksimal generator (tidak ada lampu yang

menyala). Dari penelitian didapatkan data yang dapat dilihat pada tabel 4.1, Tabel

4.2, Tabel 4.3, Tabel 4.4 untuk masing – masing variasi.

Tabel 4.1. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8 jumlah

sudu

Jumlah

Lampu

Tegangan

(Volt)

Kuat

Arus

(Ampere)

Beban

(Kg)

Putaran Generator

(rpm)

0 21,67 0 0,42 194,80

2 12,67 2 0,75 142,60

4 8,21 2,67 1,33 117,67

6 5,84 3,40 1,83 106,20

8 4,36 4 2,08 99,25

10 3,32 4,60 2,33 95,40

11 2,90 4,93 2,50 94,04


31

Tabel 4.2. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 16

jumlah sudu

Jumlah

Lampu

Tegangan

(Volt)

Kuat

Arus

(ampere)

Beban

(Kg)

Putaran Generator

(rpm)

0 24,27 0,00 0,53 219,57

2 16,50 2,30 0,75 181,97

4 11,47 3,27 1,50 156,70

6 8,79 4,13 2,17 142,87

8 6,76 4,97 2,58 134,80

10 5,40 5,53 2,92 128,17

12 4,37 5,97 3,00 124,53

14 3,61 6,33 3,25 121,90

16 3,18 6,60 3,42 119,80

Tabel 4.3. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 8 jumlah

sudu

Jumlah

Lampu

Tegangan

(volt)

Kuat

Arus

(ampere)

Beban

(Kg)

Putaran Generator

(rpm)

0 25,80 0,00 0,60 233,27

2 16,03 2,20 0,75 177,13

4 11,60 2,97 1,58 154,80

6 8,50 4,03 2,08 139,63

8 6,37 4,80 2,50 130,50

10 4,93 5,27 2,75 121,87

12 3,90 5,73 3,00 117,90

14 3,19 6,00 3,25 114,53

16 2,91 6,20 3,25 113,13


32

Tabel 4.4. Data hasil pengujian kincir dengan variasi head 3,5 meter dan 16

jumlah sudu

Jumlah

Lampu

Tegangan

(volt)

Kuat

Arus

(ampere)

Beban

(Kg)

Putaran Generator

(rpm)

0 28,27 0,00 0,65 256,63

2 19,53 3,17 1,00 213,03

4 14,83 3,97 2,00 192,50

6 11,63 4,70 2,58 178,60

8 9,34 5,70 3,00 168,80

10 7,51 6,47 3,33 161,77

12 6,24 7,03 3,67 156,87

14 5,17 7,47 3,92 151,70

16 4,45 7,83 4,00 149,20

18 3,81 8,07 4,17 147,60

20 3,18 8,23 4,17 145,33

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan

4.2.1. Perhitungan Debit Air

Dengan mengacu pada persamaan 2.2 maka perhitungan debit air :

Q = v x A

yang dalam hal ini :

v : kecepatan air ( ⁄ )

A : luas penampang yang digunakan (m2)

Sedangkan dalam hal ini, luas penampang yang digunakan adalah :

A = π x r2


r : jari – jari pipa yang digunakan (m)

Dengan mengacu pada persamaan 2.1, maka didapatkan persamaan gabungan :


33

Q = √

Sebagai perhitungan digunakan data dengan head (H) 0,5 meter, dan diameter

pipa 0,127 meter. Maka besarnya debit dapat diketahui dengan :

Q = √

Q = 39,78

⁄

4.2.2. Perhitungan Daya Air

Dengan mengacu pada persamaan 2.3 maka perhitungan daya air :


: masa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

Q : debit yang digunakan (m3)

H : ketinggian air yang digunakan (m)

Karena variasi ketinggian ada dua macam, maka untuk perhitungan daya yang

pertama digunakan head (H) 3,5 meter. Sehingga untuk perhitungan daya air :

1354,10 Watt

Kemudian untuk penggunaan head (H) yang kedua adalah 2,5 meter. Sehingga

untuk perhitungan daya air :

Watt


34

4.2.3. Perhitungan Daya Mekanik Di Generator

Daya pada kincir dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8) :

(

)

Yang dalam hal ini :

T : Torsi (kg m)

n : putaran poros (rpm)

sedangkan dalam hal ini, besarnya torsi sendiri adalah ( Pers. 2.7) :

T = F x r

Dengan

F : beban pengimbang torsi di generator (kg)

r : jarak lengan torsi di generator (m)

sehingga persamaan dapat disederhanakan menjadi :

(

)

karena rugi – rugi yang terjadi pada belt dan puly sedikit berpengaruh/kecil,

sehingga dapat diasumsikan tidak ada rugi – rugi/dapat diabaikan. Sehingga daya

pada kincir dapat diketahui.

Sebagai contoh diambil data dari tabel 4.1. no 1.

Dari data, kecepatan putar 194,80 m/s, beban pengimbang torsi 0,42 kg,

sedangkan lengan torsi (r) yang digunakan adalah 0,25 cm. Maka dapat dihitung

besarnya daya kincir air (P) sebesar :

(

)


35

(

)

4.2.4. Perhitungan putaran pada kincir air

Perhitungan putaran pada kincir air dapat dihitung dengan persamaan :

Dalam hal ini :

n1 : Putaran pada poros kincir, rpm

n2 ; Putaran pada poros generator, rpm

D1 : Diameter puly 1, m

D2 : Diameter puly 2, m

Dalam hal ini diameter puly 1 dan puly 2 adalah tetap, yaitu D1= 0,588 m

dan D2= 0,203 m. Sedangkan putaran pada generator (N2) diperoleh dari data 4.1.

no 1. sebesar 194,80 rpm. Sehingga putaran pada poros kincir air dapat dihitung

besarnya :

4.2.5. Perhitungan Torsi Pada Kincir

Mengacu pada persamaan (2.8) dan dengan mengabaikan rugi – rugi yang terjadi

maka daya yang dihasilkan kincir sama dengan daya yang diterima generator

sehingga besarnya torsi pada kincir dapat dirumuskan :


36

( )

Yang dalam hal ini :

T = torsi yang dihasilkan kincir air (kg.m)

P = daya mekanik yang diterima generator (watt)

n = putaran poros kincir (rpm)

Dari data setelah perhitungan, didapat kecepatan putaran kincir (n)

adalah 70,87 rpm, daya mekanik yang diterima generator (P) adalah 2,12 W.

Maka torsi yang dihasilkan kincir air dapat dihitung sebesar :

( )

(

)

4.2.6. Perhitungan Efisiensi Kincir Air

Perhitungan efisiensi pada kincir air dapat dihitung dengan menggunaan

persamaan :

P =


Pout : daya mekanik kincir air (watt)

Pin : daya air (watt)


37

Sebagai contoh perhitungan, dari data perhitungan didapat daya air (Pin) 967,22

watt, dan daya mekanik kincir (Pout) 2,12 watt. Maka efisiensi kincir air dapat

dihitung sebesar :

P =

P =

4.3. Hasil Perhitungan

Dari data yang didapat dalam pengujian maka dapat diketahui hasil

perhitungan dibawah. Tujuan pengolahan data dalam perhitungan adalah untuk

mencari hubungan antara torsi, daya, dan putaran kincir.

Tabel 4.5. Data hasil perhitungan kincir dengan variasi head 2,5 meter dan 8

jumlah sudu

No

Daya

Lampu

(Watt)

Daya Kincir

(Watt)

Putaran

Kincir

(rpm)

Torsi Kincir

(Kg.m)

Efisiensi

(%)

1 0 2,12 70,87 0,29 0,22

2 20 2,80 51,88 0,52 0,29

3 40 4,11 42,81 0,92 0,42

4 60 5,09 38,63 1,26 0,53

5 80 5,41 36,11 1,43 0,56

6 100 5,82 34,71 1,60 0,60

7 120 6,15 34,21 1,72 0,64


38


jumlah sudu

No

Daya

Lampu

(Ω)

Daya Kincir

(Watt)

Putaran

Kincir

(rpm)

Torsi Kincir

(Kg.m)

Efisiensi

(%)

1 0 3,06 79,88 0,37 0,32

2 20 3,57 66,20 0,52 0,37

3 40 6,15 57,01 1,03 0,64

4 60 8,10 51,97 1,49 0,85

5 80 9,11 49,04 1,78 0,94

6 100 9,78 46,63 2,00 1,01

7 120 9,78 45,31 2,06 1,01

8 140 10,37 44,35 2,23 1,07

9 160 10,71 43,58 2,35 1,11


jumlah sudu

No

Daya

Lampu

(Ω)

Daya Kincir

(Watt)

Putaran

Kincir

(rpm)

Torsi Kincir

(kg.m)

Efisiensi

(%)

1 0 3,66 84,86 0,41 0,27

2 20 3,48 64,44 0,52 0,26

3 40 6,41 56,32 1,09 0,47

4 60 7,61 50,80 1,43 0,56

5 80 8,54 47,48 1,72 0,63

6 100 8,77 44,34 1,89 0,65

7 120 9,26 42,89 2,06 0,68

8 140 9,74 41,67 2,23 0,72

9 160 9,62 41,16 2,23 0,71


39


jumlah sudu

No

Daya

Lampu

(Ω)

Daya Kincir

(Watt)

Putaran

Kincir

(rpm)

Torsi Kincir

(kg.m)

Efisiensi

(%)

1 0 4,36 93,36 0,45 0,32

2 20 5,57 77,50 0,69 0,41

3 40 10,07 70,03 1,37 0,74

4 60 12,07 64,97 1,78 0,89

5 80 13,25 61,41 2,06 0,98

6 100 14,11 58,85 2,29 1,04

7 120 15,05 57,07 2,52 1,11

8 140 15,55 55,19 2,69 1,15

9 160 15,62 54,28 2,75 1,15

10 180 16,09 53,70 2,86 1,19

11 200 15,85 52,87 2,86 1,17

4.3.1. Grafik Hubungan Antara Torsi, Daya, Putaran, Head yang

Digunakan, Jumlah Sudu yang Digunakan, dan Beban yang Dipakai.

Dari hasil perhitungan pengolahan data maka didapatkan grafik

hubungan antara torsi (T) dan Head ketinggian yang digunakan untuk menjawab

pertanyaan tentang hubungan torsi yang dihasilkan dengan head ketinggian yang

digunakan. Dengan data – data dari tabel 4.5 sampai 4.8


40

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara Head yang digunakan dengan Torsi

maksimal kincir.

Dari grafik terlihat bahwa pada ketinggian 2,5 meter dan 3,5 meter

dengan jumlah sudu 16 buah, torsi yang dihasilkan lebih besar nilainya dari pada

jumlah sudu 8 buah dengan ketinggian head yang sama. Torsi yang terdapat pada

ketinggian 2,5 meter nilainya pun lebih rendah dari pada yang ada pada ketinggian

3,5 meter baik untuk jumlah sudu 16 buah maupun jumlah sudu 8 buah.

Torsi pada kincir akan berhubungan dengan ketinggian dari head. Karena

kecepatan air berbanding lurus dengan head maka semakin tinggi head yang

digunakan semakin cepat pula air yang mengalir, sehingga torsi yang

dihasilkanpun akan semakin besar.

Untuk menjawab pertanyaan tentang pengaruh perubahan jumlah sudu

terhadap daya yang dihasilkan, maka dibuat grafik hubungan antara daya dengan

jumlah sudu yang digunakan. Dengan menggunakan data – data dari tabel 4.5;

4.6; 4.7; 4.8.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

2,5 3,5

Torsi (Kg.m)

Head (m)

8 Sudu

16 Sudu


41

Gambar 4.2. Grafik hubungan antara Jumlah Sudu yang digunakan dengan Daya

kincir yang dihasilkan.

Dari grafik terlihat bahwa pada jumlah sudu 8 buah dan 16 buah dengan

head 3,5 meter, daya yang dihasilkan lebih besar nilainya dari pada head 2,5 meter

dengan jumlah sudu yang sama. Daya yang dihasilkan pada jumlah sudu 8 buah

nilainya pun lebih rendah dari pada yang ada pada jumlah sudu 16 buah baik

untuk ketinggian 3,5 meter maupun ketinggian 2,5 meter.

Jumlah sudu pada kincir dapat mempengaruhi daya yang dihasilkan dari

kincir air. Pada saat air mengalir, maka kecepatan dari aliran air akan membentur

sudu sehingga membuat kincir berputar. Pada saat kincir mencapai daya maksimal

dan menggunakan sudu 16 buah, air yang mengalir dapat membentur sudu secara

terus menerus sehingga menyebabkan kincir dapat berputar dengan kecepatan

tetap sehingga torsi yang dihasilkan lebih besar dan daya yang terjadipun lebih

tinggi. Pada saat kincir mencapai daya maksimal dan menggunakan sudu 8 buah,

ada saat dimana air yang mengalir tidak dapat membentur sudu sehingga

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

8 16

Daya (Watt)

Jumlah Sudu

Grafik Jumlah Sudu Vs Daya

Head 3,5 meter

Head 2,5 meter


42

menyebabkan kincir tidak dapat berputar dengan kecepatan tetap dikarenakan

terjadi pengereman. Sehingga torsi yang dihasilkan akan lebih kecil dan daya

yang terjadi juga lebih kecil.

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Torsi dengan Beban yang Digunakan.

Dari grafik terlihat bahwa pada waktu kincir diberi beban lampu, torsi

yang dihasilkan akan semakin besar baik untuk masing – masing variasi.

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara Putaran dengan Beban yang digunakan.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0 50 100 150 200 250

Torsi (Kg.m)

Daya Lampu (Watt)

Head 3,5 m; 16 Sudu

Head 3,5 m; 8 Sudu

Head 2,5 m; 8 Sudu

Head 2,5 m; 16 Sudu

Poly. (Head 3,5 m; 16 Sudu)




0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 50 100 150 200 250

Putaran (rpm)

Daya Lampu (Watt)

Head 3,5; 16 Sudu

Head 3,5; 8 Sudu

Head 2,5; 16 Sudu

Head 2,5; 8 Sudu

Poly. (Head 3,5; 16 Sudu)





43

Dari grafik terlihat bahwa pada waktu kincir diberi beban lampu, putaran

yang dihasilkan akan semakin kecil baik untuk masing – masing variasi.

Dari perhitungan didapatkan bahwa daya kincir yang terbesar yang

didapatkan oleh kincir air undershot ini dicapai pada kecepatan putaran 52,76 m/s

yaitu pada variasi dengan ketinggian head 3,5 meter dan sudu yang digunakan

berjumlah 16 buah sebesar 5,76 Watt. Hal ini membuktikan bahwa semakin

rendah kecepatan putar maka daya yang dihasilkan akan semakin besar karena

kecepatan air yang dipergunakan tetap.

Pada tabel hasil perhitungan 4.5 sampai 4.8 pada efisiensi kincir, untuk

efisiensi tertinggi dari kincir dengan head 3,5 meter didapatkan pada saat jumlah

sudu 16 buah yaitu 1,19 % didapatkan pada saat kincir mencapai torsi 2,86 kg.m,

putaran 53,70 rpm, dan daya mencapai 16,09 watt. Sedangkan untuk efisiensi

tertinggi dari kincir dengan head 2,5 meter didapatkan pada saat jumlah sudu 16

buah yaitu 1,11 % didapatkan pada saat kincir mencapai torsi 2,35 kg.m, putaran

45,38 rpm, dan daya mencapai 10,71 watt.


44

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari pengujian model kincir air yang telah dilakukan, maka dapat

diambil beberapa kesimpulan :

1. Telah berhasil dibuat seperangkat alat kincir air beserta aplikasi

fungsionalnya.

2. Daya output yang tertinggi didapat pada kincir air dengan head 3,5

meter dan jumlah sudu 16 buah. Daya yang dihasilkan sebesar 54,68

Watt didapatkan pada saat putaran generator mencapai 178.60 rpm

dan pada torsi sebesar 1,78 kg.m.

3. Torsi kincir air yang tertinggi didapatkan pada ketinggian head 3,5 m

dan pada jumlah sudu 16 buah. Torsi yang dihasilkan sebesar 2,75

kg.m saat putaran kincir mencapai 54,28 rpm.

4. Efisiensi kincir yang tertinggi didapatkan pada head 3,5 meter dan

pada jumlah sudu 16 buah yaitu 1,19 % didapatkan pada saat torsi

mencapai 2,86 kg.m, putaran kincir mencapai 53,70 rpm, dan pada

saat daya kincir mencapai 16,09 watt.


45

5.2. Saran

Beberapa hal penting yang dapat digunakan untuk penelitian berikutnya :

1. Head yang digunakan dapat ditingkatkan lagi agar dapat diperoleh

daya yang maksimal.

2. Variasi dalam pengambilan data dibuat lebih banyak lagi dengan

waktu pengambilan data yang lebih lama lagi, agar bisa mendapatkan

data yang lebih spesifik lagi.

3. Perlu dilakukan penambahan debit pada pompa atau penambahan

jumlah pompa agar ketinggian air pada bak penampung menjadi lebih

tinggi lagi atau dapat stabil.


46

DAFTAR PUSTAKA

Zahri, M. 2007. Pengaruh Tinggi Sudu Kincir Air Terhadap Daya dan Efisiensi

yang Dihasilkan., Indralaya: Universitas Sriwijaya

Sahri, Ahmad. 2006. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro dengan

Menggunakan Penggerak Kincir Air, Yogyakarta

Bambang, K. 2005. PLTMH Dusun Bendo Kecamatan Wukirsari, Yogyakarta

Viktor, L. Streeter E. dan Benyamin Wylie. 1993. Mekanika Fluida Jilid I, Edisi

delapan. Jakarta : Penerbit Erlangga

Wibowo, W. 2002. Kincir Air Pembangkit Listrik, Yogyakarta : Universitas

Sanata Dharma

Giles, R.V. 1986. Mekanika Fluida dan Hidraulika, Jakarta : Penerbit Erlangga

Dietzel, F. 1992. Turbin Pompa dan Kompresor, Jakarta : Penerbit Erlangga

T. R. Hazen, Efficiency of Water Wheels,

http://www.angelfire.com/journal/millbuilder/efficiency.html, diakses 24

September 2011

Anonim, Drag Coefficient,

http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient#External_links, diakses 20 Oktober

2011

NASA, The Drag Coefficient, http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-

12/airplane/dragco.html, Diakses 20 Oktober 2011


http://www.angelfire.com/journal/millbuilder/efficiency.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient#External_links

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/dragco.html

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/dragco.html

LAMPIRAN


1. Gambar Bak Penampung


2. Gambar Kanal Saluran Air


3. Gambar Dudukan Kanal


4. Gambar Dudukan Kincir


5. Gambar kincir air undershot


1. Gambar Sudu


2. Gambar Roda Kincir


3. Gambar Inner Ring


unjuk kerja kincir air undershot dengan sudu …1].pdf · pengaplikasian mengenai kincir air...

Documents