unjuk kerja model kincir air breastshot dengan …1].pdf · digunakan divariasikan menjadi 2...

UNJUK KERJA MODEL KINCIR AIR BREASTSHOT DENGAN

BENTUK SUDU SETENGAH SILINDER

TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

OKTAVIANUS ARDHIAN NUGROHO

NIM : 075214005

Kepada

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2012

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

http://www.pdffactory.com

THE PERFORMANCE OF BREASTSHOT 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 :

OKTAVIANUS ARDHIAN NUGROHO NIM : 075214005

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

2012




i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR AIR BRASTSHOT DENGA




ii




iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA




iv

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk membuat kincir air Breastshot, mengetahui hubungan torsi yang dihasilkan dengan head yang digunakan, mengetahui pengaruh antara perbandingan jumlah sudu dengan daya kincir yang dihasilkan, dan juga mengetahui pengaruh penambahan beban lampu terhadap torsi rpm kincir yang dihasilkan.

Objek penelitian ini adalah model kincir air Breastshoot 16 sudu dan 8 sudu, memiliki luas sudu frontal 1452 mm2. Pengujian dilakukan dengan sumber air berasal dari bak penampung 1 m3 yang diisi oleh dua pompa pompa besar dengan debit 1699.6 lt/menit dan pompa kecil dengan debit 548.9 lt/menit. Kecepatan air yang digunakan divariasikan menjadi 2 variasi, masing-masing dengan ketinggian permukaan air 3 m dan 4 m. Terdapat 1 model kincir air dalam penelitian ini. Modelnya adalah kincir air breastshoot dengan diameter 1 m, bentuk sudu setengah lingkaran dengan diameter sudu 62 mm.

Hasil penelitian yaitu telah berhasil membuat kincir air Brastshot beserta aplikasi fungsionalnya, torsi terbesar didapat pada jumlah sudu 16 dengan ketinggian 4 m, sedangkan daya kincir yang paling besar didapat pada sudu 16 buah dan ketinggian 4 m, variasi beban lampu juga mempengaruhi torsi dan putaran yang dihasilkan, dan ketinggian yang dipake mempengaruhi besarnya torsi dengan rpm yang terjadi.




v




vi

KATA PENGANTAR

Pujisyukur kepada Tuhan Yang Maha Esa Karena atas berkat dan rahmat-

Nya dalam penyusunan Tugas Akhir ini, sehingg apa 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 model kincir air

Brastshoot dengan luasan sudu frontal 1425 mm2 dan 2 variasi jumlah sudu dan 2

variasi ketinggian. .Dalam Tugas Akhir ini, penulis berencana untuk meneliti unjuk

kerja dari kincir air Breasthoot dengan luas sudu frontal tersebut.

Selama pembuatan tugas akhir ini tentu penulis mengalami berbagai macam

hambatan dan cobaan, namun pada akhirnya dapat diselesaikan dengan bantuan saran,

nasihat, ide-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 rahmat dan berkatnya penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.




vii

3. Bapak Ir PK Purwadi M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

4. RB. Dwiseno Wihadi, S.T.Msi selaku Dosen pembimbing Tugas Akhir.

5. Bapak Ir. Rines,M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.

6. Keluarga penulis, yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan

motivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

7. Rekan sekelompok yaitu Fabianus Pratomo Wadiatmoko, Ricardus Dias Bintang

Jaya Nugraha dan Carolus Boromeus Krisna Sampurna, yang telah membantu

dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data.

8. 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 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, … Januari 2012




viii

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PERSETUJUAN.......................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………………… iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ……………………………………… iv

INTISARI …………………………………………………………………….. vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN................................................. vii

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

DAFTAR ISI ………………………………………………………………….. ix

DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………. xiii

DAFTAR TABEL …………………………………………………………….. xiv

BAB I PENDAHULUAN

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

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

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

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan .......................................... 5

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




ix

2.3 Persamaan Yang Dipergunakan ………............................................... 9

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Alat Penelitian ……….......................................................................... 18

3.2 Prinsip dan Cara kerja alat ..................................................................... 25

3.3 Variabel Yang Divariasikan .................................................................. 26

3.4 Parameter Yang Diukur .......................................................................... 24

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data .............................................. 25

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian ......................................................................................... 28

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ............................................................ 31

4.3 Hasil Perhitungan .................................................................................. 34

4.4 Grafik Hasil Percobaan ……………………………………………..….. 37

4.5 Gravik pengaruh perubahan penambahan beban lampu terhadap RPM dan

Torsi kincir …………………………………………………………….. 39

4.6 Pembahasan …………………………………………………………….. 40

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 42

5.2 Saran ....................................................................................................... 43




x

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 44

LAMPIRAN .................................................................................................. 45




xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Percobaan ‘Test on a Overshot Water Wheel’ ………………….. 5

Gambar 2.2 Chain drive overshot water whell …………………………………. 6 Gambar 2.3 Kincir Air Overshot………………………………………………… 8

Gambar 2.5 Kincir Air Breastshot………………………………………………. 10

Gambar 2.6 Kincir Air Tube ……………………………………………………. 11

Gambar 2.7 Sudu yang terkena air………………………………………………. 14

Gambar 2.8 Posisi sudu kincir ketika air mengalir ……………………………… 14

Gambar 2.9 Penampang sudu breastshot yang terkena air ……………………… 15

Gambar 2.9 Torsi ……………………………………………………………….. 16

Gambar 3.1 Skema Alat………………………………………………………… 18

Gambar 3.2 Kincir Air Brastshot………………………………………………. 20

Gambar 3.3 Skema alat pendukung pengukuran Daya…………………………. 21

Gambar 3.5 Pompa besar………………………………………………………… 22

Gambar 3.6 Generator ………………………………………………………….. 23

Gambar 3.7 Takometer…………………………………………………………. 23

Gambar 3.8 Beban lampu……………………………………………………….. 24

Gambar 3.9 Neraca Beban……………………………………………………….. 24

Gambar 3.10 Multimeter ………………………………………………………… 25

Gambar 3.4 Skema alat pendukung neraca pegas………………………………. 26




xii

Gambar 4.1 Gravik hubungan head dengan torsi yang terjadi………………… 37

Gambar 4.2 Gravik hubungan pengaruh jumlah sudu dengan daya kincir …… 38

Gambar 4.3 Grafik hubungan rpm kincir dengan penambahan beban lampu…. 39

Gambar 4.4 Grafik hubungan Torsi kincir dengan penambahan beban lampu… 40




xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil rata-rata dari percobaan pada tinggi 3 dan jumlah sudu 16 buah…28 Tabel 4.2 Hasil rata-rata dari percobaan pada tinggi 3 dan jumlah sudu 8 buah…. 29 Tabel 4.3 Hasil rata-rata dari percobaan pada tinggi 4 dan jumlah sudu 16 buah... 30 Tabel 4.4 Hasil rata-rata dari percobaan pada tinggi 4 dan jumlah sudu 8 buah.… 30 Table 4.5 Hasil perhitungan percobaan pada tinggi 3 dan sudu 16 buah …….….. 34

Table 4.6 Hasil perhitungan percobaan pada tinggi 3 dan sudu 8 buah …….…… 35

Table 4.6 Hasil perhitungan percobaan pada tinggi 4 dan sudu 16 buah .……..… 35

Table 4.6 Hasil perhitungan percobaan pada tinggi 4 dan sudu 8 buah ……..….. 36




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




2

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.

Hingga saat ini Indonesia masih 97% tergantung pada energi tak

terbarukan dari energi bahan bakar fosil, seperti minyak bumi dan batu

bara, penggunaan sumber energi ini sangat tidak menguntungkan karena

disamping persediaannya yang mulai menipis juga polusi yang

disebabkan oleh bahan bakar ini sangatlah berbahaya. Penggunaan

energi terbaharukan masih sekitar 3% saja, padahal potensi energi

terbaharukan di indonesia sangat besar.

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. Potensi air ini sebenarnya bisa menjadi sumber energi baru,

jika digunakan sebagai penyedia energi listrik melalui pembangkit

listrik tenaga air maupun mikro hidro. Diperkirakan sebesar 75.684 MW

potensi tenaga air di Indonesia.

(http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Energi%20dan%20Listr

ik%20Pertanian/MATERI%20WEB%20ELP/Bab%20V%20ENERGI%2

0AIR/pendahuluan.htm diakses pada oktober 2011)



http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Energi%20dan%20Listr


3

Untuk daerah yang dekat dengan aliran sungai, dapat menggunakan

kincir air sebagai solusi untuk membangkitkan listrik. Pemanfaatan

energi air dalam skala kecil dapat berupa penerapan kincir air. Kincir

Air merupakan alat untuk mengkonversi energi potensial air menjadi

gerak poros. Dari gerak poros yang dihasilkan oleh kincir air, dapat

dikonversi menjadi berbagai macam fungsi misalnya untuk memutar

poros generator dan lain-lain.

1.2 Batasan Masalah

Agar bahasan yang dibicarakan selanjutnya berada pada lingkup

yang jelas, maka penulis ingin memberikan batasan masalah yang akan

dibahas selanjutnya. Penulis akan membahas mengenai unjuk kerja

kincir air overshoot dengan sudu setengah lingkaran.

Supaya penelitian berjalan lancar hal hal yang perlu

diperhatikan sebagai batasan masalah sebagai berikut.

1. Kincir yang dibuat dengan jumlah sudu sebanyak 16 buah, dan

divariasikan 8 buah sudu, dengan bentuk sudu setengah silinder.

2. Variasi ketinggian di 3 m dan 4 m, dengan debit tetap sesuai

ketinggian.

3. Percepatan gravitasi yang dipakai dalam semua perhitungan

adalah 9,81 m/s2




4

1.3 Tujuan penelitian

Tujuan penelitian ini ialah :

a. Membuat model kincir air breastshot, dengan bentuk sudu

setengah lingkaran agar diharapkan dapat seoptimal mungkin

mengkonversi energi air menjadi energi putaran poros sehingga

kincir dapat menghasilkan energi listrik yang optimal.

b. Mengetahui hubungan torsi yang dihasilkan dengan head

ketinggian yang digunakan.

c. Mengetahui pengaruh antara perbandingan jumlah sudu dengan

daya kincir yang dihasilkan.

d. Mengetahui pengaruh penambahan beban lampu terhadap torsi

dan putaran kincir yang dihasilkan.

e. Mengetahui efisiensi tertinggi dari kincir.

1.4 Manfaat

Manfaat yang didapat dari pembuatan adalah :

1. Bagi mahasiswa:

a. Mengetahui sistem kerja kincir air sebagai alat konversi energi.

alternatif.

b. Mahasiswa dapat mengetahui proses konversi energi air

sehingga menjadi listrik.

c. Membantu mahasiswa menerapkan apa yang didapat selama

kuliah dengan




5

logis sehingga dapat menemukan penyelesaian masalah.

2. Bagi masyarakat

a. Untuk memberi informasi pada masyarakat, terutama pada

daerah yang belum teraliri listrik, dalam upaya pemberdayaan

teknologi tepat guna.

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 breastshot.

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 sudah pernah dilakukan

Penelitian mengenai kincir air brastshot ini sejauh sepengetahuan peneliti

telah banyak dilakukan. Namun sebagian besar banyak yang telah dilakukan

di luar negeri, karena dari banyak percobaan yang didapat dari internet

berasal dari luar negeri. Di Indonesia sendiri penelitian maupun

pengaplikasian mengenai kincir air belum banyak dilakukan.

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 350 Watt ketika digunakan untuk pembangkit listrik. (

Ahmad Sahri, 2006 )

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




7

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

(Bambang, 2010 )

Pada penelitian ‘Test on a Overshot Water Wheel’ (http://

www.fitzwaterwheel.com /UWarticle.html diakases pada Oktober 2011)

mengenai kincir air overshot desain modern kincir yang diuji di, Universitas

Wisconsin. Kincir jenis ini telah dipasang di berbagai bagian Amerika Serikat

dan Amerika Selatan.

Gambar 2.1 percobaan ‘Test on a Overshot Water Wheel’

Hasil yang didapat dari percobaan ini adalah:

(1) Efisiensi tinggi sekitar 65%

(2) Kemampuan beradaptasi untuk berbagai debit

(3) Kesederhanaan dalam konstruksi

(4) Keandalan dalam kerjanya

(5) Tidak ada gangguan operasi seperti menyumbat dengan puing-puing atau

es



http://www.fitzwaterwheel.com


8

Gambar 2.2 Overshot water whell

Gambar diatas merupakan proyek listrik dengan menggunakan kincir

overshot berdiameter 9ft (2,7 m), dan dengan lebar kincir 5 ft (1,5 m),

proyek ini menghasilkan daya sekitar 1500 W dengan debit yang

dibutuhkan untuk menggerakkan kincir sekitar 1000 UKgpm (4546 liter).

Sudunya menggunakan wadah dari plastic berjumlah 4 buah dengan

masing-masing wadah berbentuk persegi dan memiliki ukuran sisi-sisinya

4 inch (0,1m). (dibuat oleh Dennis Buller, http:// wildwaterpower.com/

diakses pada Oktober 2011)




9

2.2 Dasar teori

2.2.1. Konsep dasar air

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

sekitar kita, jumlah air mendominasi 70% dari jumlah daratan. Air

mempunyai sifat menempati ruang dan juga mengalir dari tempat yang

tinggi ke tempat yg rendah ( kecuali jika diberi tekanan ) .

Pada umunya 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 bermacam-

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 penenang ) dengan titik

keluarnya air sedangkan debit ( Q ) adalah volume air yang mengalir per-

satuan waktu.

2.2.2. Konsep dasar kincir

Kincir air adalah sebuah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga air

yang bisa dipergunakan untuk berbagai keperluan seperti menumbuk

gandum, memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga digunakan

sebagai pembangkit tenaga listrik.




10

Kincir air merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah

energi air menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Kincir air

mempunyai model atau cara penggunaan masing – masing. Menurut jenis

aliran airnya kincir air dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: kincir air

undershoot, kincir air overshoot dan kincir air breastshoot Berikut ini

beberapa tipe kincir air yaitu :

1. Kincir Air Overshot

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke

dalam bagian sudu – sudu sisi bagian atas dan karena berat air

maka roda kincir dapat berputar. Kincir air overshot merupakan

kincir yang banyak digunakan dibandingkan jenis kincir

lainnya.

Gambar 2.3 Kincir Air Overshot

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air

overshot adalah:

Keuntungan:




11

a. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

b. Tidak membutuhkan aliran yang deras.

c. Konstruksi yang sederhana.

d. Mudah dalam perawatan.

e. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang

terisolir.

Kerugian:

a. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir

air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang

lebih banyak.

b. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

c. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

d. Daya yang dihasilkan relatif kecil.

2. Kincir Air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir,

menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah

dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai

tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocok dipasang pada

perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga

dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah

sudu yang memutar kincir.




12

Gambar 2.4 Kincir Air Undershot


undershot adalah:

Keuntungan:

a. Konstruksi lebih sederhana.

b. Lebih ekonomis.

c. Mudah untuk dipindahkan.

Kerugian:

a. Efisiensi kecil.

b. Daya yang dihasilkan relatif kecil.

3. Kincir Air Breastshot

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 sumbu poros dari

kincir air. Kincir air jenis ini memperbaiki kinerja dari kincir

air tipe undershot.




13

Gambar 2.5 Kincir Air Breastshot


breastshot adalah:

Keuntungan:

a. Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot.

b. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek.

c. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar.

Kerugian:

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

b. Diperlukan dam pada arus aliran datar.

c. Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot.

4. Kincir Air Tube

Kincir air Tube merupakan kincir air yang kincirnya

diletakkan secara horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap

garis vertikal dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe

overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari




14

pancuran air menyamping maka energi yang diterima oleh

kincir yaitu energi potensial dan kinetik.

Gambar 2.6 Kincir Air Tube

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air tube

adalah:

Keuntungan:

a. Memiliki konstruksi yang lebih ringkas.

b. Kecepatan putarnya lebih cepat.

Kerugian:

a. Tidak menghasilkan daya yang besar.

b. Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat

ketelitian yang lebih teliti.

Dalam penelitian pada tugas akhir ini dilakukan dengan

menggunakan kincir air brastshot. Sumber dari kincir air brastshot

menggunakan air yang dipompa ke dalam bak penampung sehingga

terdapat pasokan air yang akan melalui pipa yang kemudian air

tersebut dapat memutar kincir.




15

2.3 Persamaan yang dipergunakan

Berikut ini adalah rumus rumus yang dipergunakan dalam penghitungan.

2.3.1 Debit air

Debit air adalah jumlah volume air yang mengalir per satuan waktu,

dapat diperoleh dengan persamaan :

Q = V . A ………………………..………………………….. (pers 2.1)

Q = debit (m3/s)

2.3.2 Daya air

Daya total yang dimiliki air :

P = ρ. g. Q. h …………………………………………. (pers 2.2)

dengan :

ρ = massa jenis air ( 1000 kg/m3 )

g = percepatan gravitasi (m s )

Q = debit yang tersedia

h = ketinggian permukaan air dengan air yang

menyentuh sudu.

2.3.3 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 berikut:




16

V = Kecepatan air (m/s)

V : 2. g. h ………………..…………………………. (pers 2.3)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

h : beda ketinggian (m).

A : luas penampang pipa untuk menentukan diameter pipa (m2)

2.3.4 Penghitungan Gaya Dorong Kincir

Dalam perhitungan ini ada faktor-faktor yang harus diperhatikan:

1. Besarnya kecepatan putar kincir (rpm).

2. Perhitungan luas dan volume frontal.

3. Gaya fluida yang mengenai sudu.

2.3.4.1 Kecepatan putar

Kecepatan putar adalah jumlah putaran kincir dalam waktu satu

kali rotasi tiap satuan waktu, dapat dicari dengan persamaan

= ( )…….………………………… (pers 2.4)

dengan

V : Kecepatan air yang mengalir ( ⁄ )

d : Diameter kincir air (m)




17

2.3.4.2 Luas frontal

Gambar 2.7 Sudu yang terkena air

Untuk kincir air brastshoot semua sudunya terkena air maka

luas frontal yang dipakai dalam kincir air brastshoot harus sesuai

dengan keluaran aliran air yang akan menubruk sudu kincir.

Gambar 2.8 Posisi sudu kincir ketika air mengalir

Dengan bentuk sudu setengah lingkaran dalam rancangan

kincir air ini maka kecepatan kincir air ketika berputar diharapkan




18

tidak berkurang, yang mungkin terjadi akibat tumbukan dengan

air mengalir ketika sudu mulai berputar.

Gambar 2.9 Penampang sudu brastshoot yang terkena air

Keterangan : p : Panjang sudu l : Lebar sudu

A1 : Luas sudu yang terkena air

2.3.4.3 Gaya fluida yang mengenai sudu :

F = Q (m3/s) x ρ (kg/m3) x v (m/s)

(Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik, 2002,

Yogyakarta, Universitas Sanata Dharma)

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

Didapatkan rumus gabungan adalah :

= (N) ………………………………………

(pers 2.5)

`

`




19

Dengan

: massa jenis air ( )

A : luas permukaan ( )

v : kecepatan aliran air ( ⁄ )

2.3.4 Torsi

Gambar 2.9 Torsi

Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar

dengan gaya yang bekerja pada titik yang mempunyai jarak dari

sumbu pusat, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

T = r. F ………………………………………………….. (pers 2.6)

yang dalam hal ini:

T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Kg m)

F = beban pada poros akibat puntiran (Kg)




20

r = jarak lengan torsi ke poros (m)

Dalam hal ini F yang didapat pada kincir air adalah F sentripetal

2.3.5 Daya Kincir

Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak

melingkar dapat dituliskan sebagai berikut:

P = T.ω…………………………..………………… (pers 2.7)

yang dalam hal ini:

T = torsi dinamis (Nm)

ω = kecepatan sudut (rad/s)

= × × ……………………………………… (pers 2.7)

n = Jumlah rotasi yang dihasilkan kincir (rpm).

2.3.6 Efisiensi

Efisiensi (η) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan

oleh kincir ( Pkincir) dengan daya yang disediakan oleh air ( Pair ),

sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

η = . 100% ……………………………. (pers 2.8)




21

dengan :

η = koefisien daya ( % )

Pkincir = daya yang dihasilkan oleh kincir ( Watt )

Pair = daya yang dihasilkan oleh air ( Watt )




22

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Alat penelitian

Pada kincir air overshoot ini dibedakan menjadi dua sistem, yaitu: sistem

kincir itu sendiri dan sistem aliran airnya. Sistem aliran air menggunakan pipa

dan disusun pada rangka yang terbuat dari plat besi siku dan tower air. kincir

air overshoot dan pipa saluran airnya nantinya akan diletakan seperti pada

gambar dibawah ini.

Gambar 3.1 Skema Alat




23

Keterangan gambar:

1. Tower Air

Bagian ini berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan bak penenang

sesuai ketinggian yang sudah ditetapkan, ketinggian 3 dan 4 meter

2. Bak penenang

Sebagai tempat untuk menyimpan air sementara sebelum air mulai

dialirkan melalui pipa, berfungsi juga sebagai penentu head yang dihitung

dari permukaan air. Ukuran 1x1x1 meter

3. Canal saluran air

Sebagai sarana untuk mengalirkan air lebarnya 5 inch disertai plat penguat

canal

4. Penyangga dan dudukan canal

Penyangga dibuat denga besi provil L digunakan untuk menyangga canal

5. Penyangga dan dudukan kincir air overshoot

Bagian untuk meletakkan poros kincir air.

6. Kolam penampung

Kolam penampung yang terletak di bawah kincir ini digunakan untuk

menampung air buangan yang berasal dari kincir. Kolam penampung ini

terbuat dari semen beton.




24

7. Kincir air overshoot

Gambar 3.2 Kincir Air Overshot

Keterangan gambar :

1. Sudu dan penyangga sudu kincir

Sudunya terbuat dari plat baja setebal 0,5 mm yang dibentuk setengah

lingkaran berfungsi untuk bagian yang terkena air, sedangkan plat

penyangganya dibuat dari plat datar setebal 5 mm berfungsi menahan

sudu ketika terkena air.

1

24

3




25

2. Ruji-ruji kincir dan Plandes

Batang kincir terbuat dari besi pipa diameter 20 mm. 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

3. Penutup samping kincir

Berfungsi menahan air supaya tidak mengalir ke samping kincir.

4. Roda kincir

Pipa besi 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.

5. Poros kincir

Poros kincir dibuat 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.

Selain yang bagian bagian diatas juga terdapat alat alat pendukung dalam

penggambilan data kincir :




26

Gambar 3.3 Skema alat pendukung pengukuran Daya

1. Pompa Air

Untuk memompa air supaya dapat mengisi bak penampung

Spesifikasi pompa yang digunakan sebagai berikut:

1. Pompa kecil

• Model NS-50

• Maks capacity 145 US GPM

• Maks total head 66 ft

• Power 3 Hp

• Rpm 2800 putaran/menit

2. Pompa besar

• Model NS-100

• Maks capacity 449 US GPM

• Maks total head 82 ft




27

• Power 10 Hp

• Rpm 2000 putaran/menit

Gambar 3.5 Pompa besar

2. Generator

Untuk merubah energi putaran poros menjadi energi listrik yang nantinya

akan dihubungkan dengan beban lampu.

Gambar 3.6 Generator




28

3. Takometer

Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan putaran puli pada kincir

sebagai data yang dibutuhkan, cara penggunaannya adalah dengan

menempelkan sensor pada bagian yang akan diukur rpmnya.

Gambar 3.7 Takometer

4. Beban lampu

Rangkaian lampu berfungsi untuk memberikan variasi beban dalam

menguji kincir air, cara pamakaiannya ketika saklar dinyalakan maka

otomatis akan menambah beban generator, dan dapat dilihat putaran kincir

akan semakin pelan dan juga torsi pada beban torsi semakin besar, lampu-

lampu tersebut memiliki hambatan rata-rata 1,6 ohm.




29

Gambar 3.8 Beban lampu

5. Neraca beban

Digunakan untuk mengukur beban pengimbang torsi dinamis, lengan torsi

yang dipakai memiliki panjang lengan 0,25 m.

Gambar 3.9 Neraca Beban

6. Multimeter

Untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator.




30

Gambar 3.10 Multimeter

3.2 Prinsip dan cara kerja alat

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

kincir air undershot dan breastshot. Perbedaannya adalah pada sudu yang

terkena air posisinya ada di atas kincir dan semua bagian sudu kincir terkena

air, berbeda dengan undershoot yang ½ bagian sudu yang terkena. Kincir air

overshoot ini bekerja bila air yang berasal dari bak penampung / penenang

mengalir melewati pipa atau kanal yang dipasang kemudian jatuh dan

menabrak dinding sudu yang terletak di bagian atas dari kincir air. Air yang

menghantam sudu akan memutar kincir. Kemudian putaran ini akan

diteruskan oleh poros dan poros akan memutar generator sehingga akan

menghasilkan daya listrik dan juga torsi.




31

3.3 Variabel yang divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian alat, yaitu :

1. Variasi ukuran head yaitu 3 meter dan 4 meter

2. Jumlah Sudu dari 16 sudu dan 8 sudu

3. Variasi beban lampu dari 2 lampu sampai lampu ke 21

sampai dengan lampu mati.

3.4. Variabel yang diukur

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

1. Tegangan yang dihasilkan (Volt)

2. Putaran generator (rpm)

3. Putaran poros/kincir (rpm)

4. Gaya pengimbang torsi (kg)

5. Arus yang dihasilkan (Ampere)

3.5. Metode dan Langkah Pengambilan Data

1. Menyiapkan pompa air dan tempatkan pada tempat yang telah disediakan.

2. Memasang neraca pegas pada tempat yang sudah disiapkan

Gambar 3.4 Skema alat pendukung neraca pegas




32

3. Memasang dudukan motor listrik ( generator, sesuai dengan gambar skema

3.3 ).

4. Memposisikan alat pengukur kecepatan putaran ( takometer )

5. Merangkaikan beban lampu dengan generator ( motor listrik ) dan

voltmeter

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

dilakukan hingga beberapa fariasi beban lampu.

7. Jika semua sudah siap lalu menyalakan pompa.

8. Kemudian tunggu hingga ketinggian air pada bak penenang sudah sesuai

dengan yang diinginkan

9. Setelah itu pengukuran dapat dilakukan dengan membaca display yang

tertera pada alat pengukur kecepatan air.

10. Mengukur putaran poros atau motor listrik yang telah diberi sensor dengan

tachometer harus tegak lurus.

11. Mengukur daya yang dihasilkan 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.

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

13. Pengambilan data dilakukan sampai dihasilkan data- data yang sesuai.

14. Hasil dari pengujian kemudian dicatat.

15. Ulangilah langkah 6 sampai 12 dengan variasi penelitian yang telah

ditentukan (ketinggian dan jumlah sudu).




33

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

4.1.1 Data penelitian kincir dengan sudu setengah lingkaran

Data hasil penelitian pada kincir air dengan bentuk sudu setengah

lingkaran didapatkan dari pengambilan data torsi pada generator, rpm pada

generator, dan pada rpm kincir air. Dengan jumlah debit sama pengujian

dilakukan dengan melakukan variasi beban lampu tanpa lampu sampai dengan

lampu mati, menyalakannya dimulai dengan dua lampu (1 lampu memiliki

hambatan rata-rata 1,6 Ὼ dan daya 25 watt) sampai dengan lampu mati,

berserta itu dilakukan perubahan jumlah sudu dari 16 sudu dan jumlah 8 sudu,

dan sekalian juga mengubah ketinggian bak penenang 3 meter dan 4 meter.

Perubahan – perubahan variasi beban lampu, ketinggian dan jumlah sudu

menyebabkan timbulnya beban torsi pada generator (dengan panjang lengan

torsi 0,25 m), dan perubahan rpm generator. Dari penelitian itu diperoleh data

yang dapat dilihat pada tabel-tabel berikut ini.




34

Tabel 4.1 Hasil rata-rata dari percobaan pada tinggi 3 dan jumlah sudu 16 buah

Lampu Tegangan

(Volt) Kuat arus (Ampere)

Gaya puntir (kg)

Putaran Generator

(rpm) 0 29.50 0.00 0.60 267.10

2 24.60 2.40 1.17 244.63

4 18.07 4.00 2.25 227.43

6 14.87 5.57 3.00 217.20

8 12.40 6.73 3.75 209.03

10 10.43 7.77 4.00 202.90

12 8.97 8.30 4.50 198.23

14 7.80 8.87 4.75 194.27

16 6.80 9.40 4.92 190.90

18 5.83 9.93 5.17 188.40

20 5.13 10.13 5.25 185.70

21 4.77 10.20 5.25 183.90


Lampu Tegangan


Gaya puntir (kg)

Putaran Generator

(rpm) 0 28.30 0.00 0.50 256.63

2 20.50 2.00 1.00 223.43

4 15.37 3.53 2.08 200.67

6 12.60 4.93 2.75 188.30

8 10.17 5.93 3.25 179.03

10 8.47 6.67 3.50 170.83

12 7.23 7.20 3.75 166.67

14 6.27 7.73 4.00 162.23

16 5.49 7.93 4.17 159.70

18 4.92 8.13 4.25 156.03

20 4.53 8.43 4.25 154.60




35


Beban lampu Tegangan


Gaya puntir (kg)

Putaran Generator

(rpm)

0 33.33 0.00 0.65 297.43

2 26.60 2.07 1.17 275.50

4 21.43 3.73 2.58 256.83

6 17.47 6.20 3.42 243.37

8 14.70 7.50 3.92 233.50

10 12.23 8.50 4.42 226.03

12 10.37 9.33 4.75 219.13

14 8.83 9.93 5.08 213.80

16 7.80 10.30 5.33 210.53

18 6.90 10.77 5.50 207.67

20 6.37 11.00 5.67 205.27

21 5.67 11.23 5.83 203.43


Lampu Tegangan


Gaya puntir (kg)

Putaran Generator

(rpm)

0 31.63 0.00 0.60 288.33

2 24.30 2.00 1.17 260.30

4 19.13 4.10 2.00 241.17

6 15.43 5.67 3.00 224.53

8 12.77 6.87 3.67 214.27

10 10.53 7.87 4.08 206.33

12 9.17 8.40 4.42 201.20

14 7.73 9.10 4.67 197.40

16 6.80 9.53 4.92 193.63

18 6.27 9.93 5.09 191.30

20 5.30 10.13 5.42 190.27




36

Lampu Tegangan


Gaya puntir (kg)

Putaran Generator

(rpm)

21 4.87 10.80 5.50 188.87

4.2 Pengolahan data dan perhitungan.

4.2.1 Contoh perhitungan kincir pada ketinngian 4 m dengan

jumlah sudu 16 tanpa beban.

• Menghitung debit

Debit dianggap sama pada ketinggian 3 dan 4 meter

Debit dicari dengan persamaan 2.1

Q = V . A

Dengan v dicari dari persamaan 2.2

V = 2. g. h

h : head ( ketinggian) dihitung dari ketika air keluar di pipa

sampai dengan permukaan air dari bak penenang (Dengan

panjang 0,5 m).

V = 2 x 9,8 x 0,5 = 3,13 m2

A = ¼ x x d2 ……..…………………… (pers 4.1)

= 0,25 x 3,14 x 0,1272




37

= 0,0126

Q = V . A

= 3,13 x 0,0126

= 0,0396 m3/s = 39,6 liter/s

• Menghitung daya air yang tersedia

Daya air dicari dengan persamaan 2.2

P = ρ. g. Q. h

Daya air di ketinggian 3 m

= 1000 x 9,81 x 0,0396 x 3

= 1165,30

Daya air di ketinggian 4 m

= 1000 x 9,81 x 0,0396 x 4

= 1553,73

• Menghitung rpm kincir yang terjadi = …………………………..…………. (pers 4.2)

n1 = putaran generator

n2 = putaran kincir

p1 = ukuran puli generator (8 inch)

p2 = ukuran puli kincir (22 inch)




38

rpm generator = 279,43 rpm

maka: , =

2 = 108,16 rpm

• Menghitung torsi generator

T generator = r. F ………………..…………. (pers 2.5)

F = beban pada poros akibat puntiran (Kg)

r = jarak lengan torsi ke poros (m)

r = 0.25 m

F pada 16 sudu dan tinggi 4 m = 0.65 kg

T generator = r. F

Maka

T generator = 0,25 x 0,65

= 0,16 kg.m

• Menghitung kecepatan sudut generator (ω) = × × …………………………………… (pers 2.7)

n generator = 297,43




39

= 2 × × 297,4360

= 31,13 rad/sec

• Menghitung kecepatan sudut kincir (ω) = × × ………………………………… (pers 2.7)

n kincir = 108,16

= 2 × × 108,1660

= 11,32 rad/sec

• Menghitung daya mekanik generator

P generator = T generator x ω generator … (pers 2.6)

= 0,16 x 31,13

= 5,06

• Menghitung daya mekanik kincir

P mekanik kincir = P mekanik generator (Watt) …..(pers 4.3)

• Menghitung torsi kincir yang didapat

P kincir = T kincir x ω kincir

T kincir = P mekanik generator / ω kincir .... (pers 4.4)




40

= 5,06 / 11,32

= 0,45 kg.m x 9.81

= 4,38 N.m

• Menghitung Efisiensi

Efisiensi dihitung sesuai persamaan 2.8

Efisiensi pada head 4 m jumlah sudu 16

η = . 100% …………………….. (Pers 2.8)

= (4.38 / 1553,73) 100%

= 0,33 %

4.3 Hasil Perhitungan

Dari data yang didapat dalam pengujian maka dapat diketahui hasil

perhitungan sebagai berikut:

Table 4.5 Hasil perhitungan dari percobaan pada tinggi 3 dan jumlah sudu 16 buah

No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)

Daya mekanik generator = Daya

mekanik kincir (Watt)

Kecepatan Sudut Kincir

(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

1 0.15

27.96 4.22 10.17 4.07 0.36

2 0.29

25.60 7.47 9.31 7.87 0.64

3 0.56

23.80 13.39 8.66 15.17 1.15

4 0.75

22.73 17.05 8.27 20.23 1.46




41

Lanjutan Tabel 4.5

No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)




(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

5 0.94

21.88 20.51 7.96 25.29 1.76

6 1.00

21.24 21.24 7.72 26.98 1.82

7 1.13

20.75 23.34 7.54 30.35 2.00

8 1.19

20.33 24.15 7.39 32.04 2.07

9 1.23

19.98 24.56 7.27 33.16 2.11

10 1.29

19.72 25.47 7.17 34.84 2.19

11 1.31

19.44 25.51 7.07 35.41 2.19

12 1.31

19.25 25.26 7.00 35.41 2.17


No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)




(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

1 0.13

26.86 3.38 9.77 3.39 0.29

2 0.25

23.39 5.85 8.50 6.74 0.50

3 0.52

21.00 10.94 7.64 14.05 0.94

4 0.69

19.71 13.55 7.17 18.55 1.16

5 0.81

18.74 15.23 6.81 21.92 1.31




42

Lanjutan Tabel 4.6

No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)




(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

6 0.88

17.88 15.65 6.50 23.61 1.34

7 0.94

17.44 16.35 6.34 25.29 1.40

8 1.00

16.98 16.98 6.17 26.98 1.46

9 1.04

16.72 17.42 6.08 28.11 1.49

10 1.06

16.33 17.35 5.94 28.66 1.49

11 1.06

16.18 17.19 5.88 28.66 1.48


No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)




(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

1 0.16

31.13 5.06 11.32 4.38 0.33

2 0.29

28.84 8.41 10.49 7.87 0.54

3 0.65

26.88 17.36 9.78 17.42 1.12

4 0.85

25.47 21.76 9.26 23.04 1.40

5 0.98

24.44 23.93 8.89 26.41 1.54

6 1.10

23.66 26.12 8.60 29.79 1.68

7 1.19

22.94 27.23 8.34 32.03 1.75




43

Lanjutan Tabel 4.5

No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)




(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

8 1.27

22.38 28.44 8.14 34.28 1.83

9 1.33

22.04 29.38 8.01 35.97 1.89

10 1.38

21.74 29.88 7.90 37.09 1.92

11 1.42

21.48 30.43 7.81 38.21 1.96

12 1.46

21.29 31.05 7.74 39.34 2.00


No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)




(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

1 0.15

30.18 4.53 10.97 4.05 0.29

2 0.29

27.24 7.95 9.91 7.87 0.51

3 0.50

25.24 12.67 9.18 13.54 0.82

4 0.75

23.50 17.63 8.55 20.23 1.13

5 0.92

22.43 20.56 8.16 24.73 1.32

6 1.02

21.60 22.05 7.85 27.54 1.42

7 1.10

21.06 23.26 7.66 29.79 1.50

8 1.17

20.66 24.11 7.51 31.48 1.55




44

Lanjutan Tabel 4.5

No Torsi Generator

(kg m)

Kecepatan Sudut

Generator (rad/sec)




(rad/sec)

Torsi kincir (N.m)

Efisiensi (%)

9 1.23

20.27 24.91 7.37 33.16 1.60

10 1.27

20.02 25.46 7.28 34.31 1.64

11 1.35

19.91 26.97 7.24 36.53 1.74

12 1.38

19.77 27.18 7.19 37.09 1.75

4.4 Grafik hasil percobaan

Dari hasil perhitungan diatas maka dapat di buat grafik:

1. pengaruh head terhadap torsi kincir maksimal yang terjadi.

Gambar 4.1 Grafik hubungan head dengan torsi yang terjadi




45

2. Pengaruh jumlah sudu terhadap daya kincir yang terjadi

Gambar 4.2 Grafik Hubungan pengaruh jumlah sudu dengan daya kincir

maksimal

Dari data-data hasil pengujian, dapat dilihat bahwa pada gambar 4.1

semakin besar head yang dipakai maka semakin besar juga torsi kincir yang

dihasilkan, sedangkan jumlah sudu pada head yang sama, yaitu jumlah sudu

16 memiliki torsi maksimal yang lebih besar dari pada jumlah sudu 8 buah

dengan besar 4,01 Kg,m. Sedangkan pada grafik 4.2 pengaruhnya terhadap

daya yaitu ketika jumlah sudu 16 daya kincir maksimalnya lebih besar dari

jumlah sudu 8 buah, daya terbesarnya adalah pada waktu ketinggian 4 m

dengan jumlah sudu 16 buah dengan besar 31,05 watt.

Gambar 4.1 semakin besar head dan jumlah sudu yang dipakai maka

semakin besar juga torsi kincir yang dihasilkan, hal tersebut disebabkan oleh




46

perbedaaan kecepatan air yang terjadi, karena semakin besar head, Energi

potensial bertambah besar dan juga kecepatan air sehingga ini sesuai dengan

persamaan 2.2 dan persamaan 2.4. Gambar 4.2 menunjukkkan hunbungan

pengaruh jumlah sudu terhadap daya kincir air yang dihasilkan. Daya kincir

dipengaruhi oleh torsi kincir dan kincir, pada ketinggian yang sama kincir

yang memiliki jumlah sudu 16 terkena tubrukan air secara terus-menerus

sehingga bisa menyebabkan kecepatan putar lebih cepat sehingga torsi dan

kincir juga membesar, sedangkan yang berjumlah 8 sudu air yang menubruk

sudu ada saat dia tidak terkena air sehingga torsi dan nya tidak sebesar 16

sudu.

4.5 Grafik pengaruh perubahan penambahan beban lampu terhadap

RPM dan Torsi kincir.

Grafik lainnya yang di cantumkan adalah gravik yang menerangkan

karakteristik kincir yang terjadi ketika dilakukan penambahan beban

lampu yang berpengaruh pada rpm dan torsi yang dihasilkan kincir.




47

Gambar 4.3 Grafik hubungan RPM kincir dengan penambahan beban lampu

Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi kincir dengan penambahan beban lampu.

Pengaruh variasi penambahan beban lampu yang dicantumkan pada

Gambar 4.3 dan 4.4. Gambar 4.3 tersebut memperlihatkan pengaruh putaran

kincir jika ditambah beban lampu dapat dilihat bahwa putaran kincir akan




48

semakin bertambah pelan jika beban lampu ditambah (2 lampu setiap

variasinya) maka penurunan kecepatan putar kincir yang terjadi sebesar 3%.

Sedangkan pada gambar 4.4 memperlihatkan pengaruh penambahan beban

lampu terhadap torsi kincir yang terjadi. Jika beban lampu bertambah maka

torsi yang dihasilkan akan semakin besar dengan presentasi kenaikan torsi

kincir sebesar 15 %.

gambar 4.3 dan 4.4 juga menunjukkan bahwa dengan beban lampu yang

memiliki daya sekitar 25 Watt dan hambatan 1,6 ohm per lampu mempunyai

fungsi menambah hambatan yang menyebabkan kuat arus semakin besar dan

tegangannya turun. Hal inilah yang dipakai sebagai mekanisme pengereman

kincir, mekanisme ini yang menyebabkan beban torsi generator semakin

bertambah, dan juga secara otomatis menguranggi putaran generator dan juga

putaran kincir, contohnya putaran kincir pada waktu tanpa beban, variasi 4 m

dan jumlah sudu 16 buah sebesar 108,16 rpm dan torsi sebesar 0,45 kg.m.

Sedangkan pada waktu beban lampu maksimal dengan jumlah sudu yang sama

besarnya putaran kincir 73.98 rpm, dengan torsi sebesar 4,01 kg.m.




49

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian model kincir air breastshot yang telah dilakukan, maka

dapat diambil beberapa kesimpulan:

1. Telah berhasil membuat kincir air breastshot beserta aplikasi

fungsional

2. Pada waktu jumlah sudu 16 buah torsi paling tinggi besarnya

4,01 kg.m didapat pada head 4 m, sedangkan ketika jumlah sudu

8 buah dan pada ketinggian yang sama 4 m memiliki torsi

sebesar 3.78 kg.m

3. Pada ketinggian yang sama 4 m jumlah sudu 16 memiliki daya

kincir yang paling besar yaitu sebesar 31,05 watt, dari pada

jumlah sudu 8 yang hanya sebesar 27,18 watt.

4. Semakin banyak beban lampu yang dipakai maka torsi semakin

besar dan rpm semakin turun, misalnya di 16 sudu 4 m pada

waktu tanpa beban lampu putaran kincir besarnnya 108,16 rpm

dan torsinya sebesar 0,45 kg.m. Ketika beban lampu maksimal

(beban lampu sebesar 525 Watt dengan 21 lampu menyala




50

seluruhnnya) besar kecepatan kincirnya adalah 73,98 rpm dan

torsinya sebesar 4,01 kg.m

5. Efisiensi terbesar adalah sebesar 2,19 % yaitu pada head 4 m dah

jumlah sudu 16 buah ( pada Tabel 4.5 kolom ke 11 ).

5.2 Saran

Beberapa hal penting yang dapat digunakan untuk penelitian berikutnya:

1. Menambah jumlah pompa yang terbatas sehingga tidak menyebabkan

sumber air terbatas, sehingga variasi debit bias lebih banyak dilakukan.

2. Bahan kincir yang terbuat dari besi semua kemungkinan

memperlambat putaran kincir, sehingga perlu dicari bahan bahan lain

yang lebih ringan.

3. Memperbaiki fasilitas dan tempat pengambilan data supaya

pengambilan data tidak susah dan lebih memaksimalkan waktu yang

digunakan.




51

DAFTAR PUSTAKA

1. Dietzel, Fritz. 1992. Turbin, Pompa dan Kompresor. Jakarta. Penerbit

Erlangga.

2. Giles, Renald. V & Soemitro, Herman Widodo (penyunting). Mekanika

Fluida dan

Hidraulika. Edisi II. Jakarta: Erlangga.

3. Sularso, Kiyokatsu Suga.1997.DASAR PERENCANAAN DAN PEMILIHAN

ELEMEN

MESIN.Jakarta : Pradnya Paramita.

4. Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin, Mekanika Fluida. Jakarta:

Erlangga, 1996

5. http://en.wikipedia.org/wiki/water wheel.

6. Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik, 2002, Yogyakarta,

Universitas Sanata Dharma

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

8. http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Energi%20dan%20Listrik%20

Pertanian/MATERI%20WEB%20ELP/Bab%20V%20ENERGI%20AIR/penda

huluan.htm

9. http:// www.fitzwaterwheel.com /UWarticle.html

10. http://wildwaterpower.com/



http://en.wikipedia.org/wiki/water

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

http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Energi%20dan%20Listrik%20

http://www.fitzwaterwheel.com

http://wildwaterpower.com


1. Bagian Utama Alat Percobaan

LAMPIRAN

45




46

1.1 Bak Penampung Air




47

1.2 Kanal Saluran Air




48

1.3 Dudukan Kanal




49

1.4 Dudukan Kincir




50

1.5 Kincir Breastshot




2. Bagian Bagian Kincir Overshot

51




52

2.1 Sudu dan Dudukan Sudu Kincir.




53

2.2 Ruji dan roda kincir




54

2.3 Plat Bawah Kincir




55

2.4 Plat Samping Kincir




unjuk kerja model kincir air breastshot dengan …1].pdf · digunakan divariasikan menjadi 2...

Documents