UNJUK KERJA KINCIR AIR BREASTSHOT DENGAN SUDU 120 …

UNJUK KERJA KINCIR AIR BREASTSHOT DENGAN

SUDU 120 DERAJAT

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh

BERNADICTUS SIHALOHO

NIM : 125214085

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

i

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PERFORMANCE OF A BREASTSHOT WATERWHEEL

WITH A 120 DEGREE BLADE

FINAL PROJECT

Presented as partical fulfillment of the requirements

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By

BERNADICTUS SIHALOHO

Student Number : 125214085

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA

DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017

ii


INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk membuat Kincir Air Breastshot, mengetahui

hubungan kecepatan putar kincir yang dihasilkan dengan head yang digunakan,

mengetahui pengaruh antara jumlah sudu kincir dengan daya kincir yang

dihasilkan dan juga mengetahui penambahan beban lampu terhadap kecepatan

putar kincir yang dihasilkan.

Objek penelitian ini adalah model Kincir Air Breastshot dengan jumlah

sudu 16 buah dan kemiringan 120 derajat. Pengujian dilakukan dengan sumber air

yang berasal dari bak penampung 1 m³ yang diisi oleh pompa besar. Kecepatan air

yang digunakan divariasikan dengan ketinggian permukaan air dari 0,5 m sampai

1 m. Terdapat 1 model kincir air dalam penelitian ini. Modelnya adalah kincir air

breastshot dengan diameter luar 0,5 m dan dalam 0,35 m, bentuk sudu 120 derajat

dengan panjang dan lebar 0,2 x 0,18 m.

Hasil penelitian yaitu telah berhasil membuat Kincir Air Breastshot beserta

aplikasi fungsionalnya, daya kincir terbesar didapat pada ketinggian 1 m dengan

beban lampu 10 sebesar 359,22 watt, sedangkan effisiensi yang paling besar

didapat pada ketinggian 0,6 m dengan beban lampu 10 sebesar 97,62%, variasi

beban lampu juga mempengaruhi kuat arus dan kecepatan putar kincir yang di

hasilkan dan ketinggian permukaan air yang dipakai mempengaruhi besarnya

kecepatan putar kincir dengan rpm yang terjadi.

Kata kunci : Kincir Air Breastshot, daya kincir, efisiensi

vii


ABSTRACT

The aim of this research is to make Breastshot Water wheel, to know the

correlation of rotary speed of the windmill produced with the head used, to know

the influence between the number of spindle blades with the power of the

resulting mill and also to know the addition of light load to the rotary speed of the

generator.

The object of this research is Breastshot Waterwheel model with 16 pieces

of blade and 120 degree slope. The test is carried out with a water source from a 1

m pen container filled by a large pump. The water velocity used varies with the

water surface height from 0,5 m to 1 m. There is 1 model of waterwheel in this

research. The model is a breastshot water wheel with an outer diameter of 0.5 m

and in 0.35 m, a 120-degree blade with a length and a width of 0.2 x 0.18 m.

Result of research that has succeeded to make Breastshot Waterwheel and

its functional application, the biggest power of the mill is reached at height of 1 m

with lamp load 10 of 359,22 watts, while the greatest efficiency is obtained at

height 0,6 m with lamp load 10 of 97,62%, variation of lamp load also affect the

current and speed Turn the produced windmill and the height of the water surface

used affects the rotational speed of the windmill with the rpm occurring.

Keywords: Breastshot Water wheel, power mill, efficiency

viii


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

rahmat dan karuniaNya yang diberikan, sehingga penyusunan skripsi dapat

berjalan dengan baik dan lancar.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib dipenuhi mahasiswa

untuk mendapatkan gelar S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Atas berkat, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak, akhirnya

skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Dalam kesempatan ini, dengan segala

kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya

kepada :

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

Teknik Mesin.

2. Bapak RB. Dwiseno Wihadi, S.T.,M.Si. selaku Dosen Pembimbing Skripsi

atas arahan, pengertian, dan motivasi yang diberikan.

3. Segenap staf pengajar dan karyawan Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

4. Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah memberi bekal ilmu

pengetahuan sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.

5. Laboran (Martono DS, Intan Widanarko, Ag. Rony Windaryaman) yang

telah membantu memberikan ijin dalam penggunaan fasilitas yang

diperlukan dalam penelitian ini.

6. A. Sihaloho dan B. Manihuruk sebagai orang tua, atas dukungan baik

moril maupun materi yang diberikan kepada penulis selama belajar di

Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

7. Rekan sekelompok yaitu Agus Brolin Nadeak, yang telah membantu

dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data.

8. Teman-teman Teknik mesin lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per

satu, terima kasih atas segala dukungan serta bantuannya.

ix


DAFTAR ISI

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

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

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

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR.................................................v

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI..........................................................vi

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

ABSTRACT ........................................................................................................viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ix

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

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

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xv

DAFTAR SIMBOL.............................................................................................xvii

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

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

1.2 Rumusan Masalah......................................................................................1

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................................2

1.5 Masalah Penelitian .....................................................................................2

xi


BAB II DASAR TEORI .....................................................................................4

2.1 Dasar Teori ................................................................................................4

2.2 Rumus Perhitungan....................................................................................8

2.2.1 Debit Air ...............................................................................................8

2.2.2 Daya Air ................................................................................................8

2.2.3 Kecepatan Air .......................................................................................9

2.2.4 Kecepatan Putar Kincir .........................................................................9

2.2.5 Gaya Fluida Yang Mengenai Sudu .......................................................9

2.2.6 Torsi ......................................................................................................10

2.2.7 Daya Kincir ...........................................................................................10

2.2.8 Efisiensi.................................................................................................10

2.3 Tinjauan Pustaka........................................................................................11

BAB III METODE PENELITIAN......................................................................13

3.1 Komponen Kincir ......................................................................................13

3.2 Alat dan Bahan Penelitian .........................................................................19

3.2.1 Alat........................................................................................................19

3.2.2 Bahan Kincir .........................................................................................20

3.3 Alat Pendukung Pengambilan Data ...........................................................21

3.4 Prinsip Kerja Kincir Air Breastshot...........................................................25

3.5 Variasi Penelitian .......................................................................................26

xii


3.6 Variabel Yang Diukur................................................................................26

3.7 Metode dan Langkah Pengambilan Data ...................................................26

3.7.1 Alur Pelaksanaan Penelitian..................................................................26

3.7.2 Langkah Pengambilan Data ..................................................................27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................28

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

4.2 Pengolahan Data Hasil Penelitian..............................................................30

4.3 Grafik Hasil Penelitian ..............................................................................35

BAB V PENUTUP..............................................................................................38

5.1 Kesimpulan ................................................................................................38

5.2 Saran ..........................................................................................................38

DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................39

xiii


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,5 m .....................28






Tabel 4.7 Hasil Perhitungan pada ketinggian 0,5 dengan beban

10 sampai 20 lampu..........................................................................33


10 sampai 20 lampu..........................................................................33


10 sampai 20 lampu..........................................................................34


10 sampai 20 lampu..........................................................................34


10 sampai 20 lampu..........................................................................34


10 sampai 20 lampu..........................................................................35

xiv


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Air Overshot .....................................................................4

Gambar 2.2 Kincir Air Undershot ...................................................................5

Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot...................................................................6

Gambar 2.4 Kincir Air Tub .............................................................................7

Gambar 3.1 Skema keseluruhan kincir............................................................13

Gambar 3.2 Siklus air pada kincir ...................................................................14

Gambar 3.3 Kincir air breastshot ....................................................................16

Gambar 3.4 Sudu kincir...................................................................................16

Gambar 3.5 Lingkaran bagian samping ..........................................................17

Gambar 3.6 Lingkaran bagian dalam ..............................................................17

Gambar 3.7 Poros kincir..................................................................................18

Gambar 3.8 Jari-jari kincir ..............................................................................18

Gambar 3.9 Skema alat pendukung pengambilan data ...................................21

Gambar 3.10 Pompa NS-100.............................................................................21

Gambar 3.11 Pompa SCR-50HX ......................................................................22

Gambar 3.12 Generator .....................................................................................22

Gambar 3.13 Tachometer ..................................................................................23

Gambar 3.14 Beban lampu ................................................................................23

Gambar 3.15 Multimeter ...................................................................................24

Gambar 3.16 Stopwatch ....................................................................................24

xv


Gambar 3.17 Ampere meter ..............................................................................24

Gambar 3.18 By pass.........................................................................................25

Gambar 3.19 Skematik diagram alur penelitian ................................................26

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan ketinggian

permukaan air ..............................................................................35

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dengan tinggi permukaan air ........36

Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi dengan ketinggian air ........................37

xvi


⁄

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

v Kecepatan aliran air ( )

A Luas penampang ( )

D Diameter (m)

Q Debit air ( /detik)

Pair Daya air (Watt)

ρ Massa jenis air (kg/ )

g Percepatan gravitasi (m/ )

h head (m)

n Kecepatan putar poros (rpm)

T Torsi (N.m)

F Gaya fluida yang mengenai sudu (N)

r

jari-jari (r)

Pkincir

Daya kincir (Watt)

ω

η

Kecepatan putar kincir (

efisiensi (%)

/ )

V

Tegangan (volt)

I

Kuat arus (Ampere)

xvii


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan Negara kepulauan terbesar didunia dengan luas

perairan yang dimiliki sekitar 2/3 dari total keseluruhan luas daerah yang dimilki.

Hal ini sangat memungkinkan Indonesia untuk menghasilkan energi terbarukan

yaitu energi air. Energi kinetik air dapat dikonversikan menjadi energi

mekanik/gerak dengan menggunakan kincir air yang mana energi mekanik ini

diteruskan ke generator untuk menghasilkan listrik..

Selama ini masyarakat banyak menggunakan kincir air tipe breastshot

dalam kehidupannya sehari-hari, namun pengaplikasian yang dilakukan itu tidak

diterapkan secara maksimal. Hal ini disebabkan karena kurangnya penyuluhan

ataupun publikasi mengenai cara penggunaan dan perkembangan prototipe kincir

membuat sulitnya masyarakat mendapatkan referensi. Dengan realita yang ada,

maka yang akan dilakukan ialah membuat prototipe PLTMH (Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro) dengan pengujian variasi ketingaan air dan beban lampu

pada kincir air aliran axial tipe breastshot.

Menurut tipenya, kincir air terbagi menjadi 3 tipe yaitu: kincir air tipe

overshot, kincir air tipe undershot, kincir air breastshot dan kincir air tipe tub.

Pada penelitian ini, penulis akan meneliti kincir air tipe breastshot. Oleh karena

itu, pada penelitian ini penulis ingin mengetahui pengaruh kecepataan aliran air

terhadap kecepatan putar kincir, pengaruh penambahan beban terhadap kecepatan

putar kincir, dan efisiensi tertinggi dari kincir air breastshot.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

1. Pemanfaatan energi terbarukan khususnya energi air untuk pemenuhan

konsumsi listrik di masyarakat saat ini.

1


2

2. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang kincir air breastshot dengan bentuk

sudu 120 derajat.

3. Penggunaan material mika ackrilik sebagai bahan pembuatan kincir air tipe

breastshot.

1.3 Tujuan Penelitian

1. Membuat kincir air tipe breastshot dengan sudu 120 derajat dan jumlah sudu

16 buah.

2. Mengetahui pengaruh kecepataan aliran air terhadap kecepatan putar kincir.

3. Mengetahui pengaruh penambahan beban terhadap kecepatan putar kincir.

4. Mengetahui efisiensi tertinggi dari kincir air breastshot.

1.4 Batasan Masalah

Dalam perancangan ini akan dibuat suatu kincir air breastshot. Kincir air ini

diharapkan dapat menghasilkan daya listrik yang dapat digerakkan oleh air

dengan head tertentu. Adapun batasan masalah pada penelitian ini, sebagai

berikut:

1. Kincir air dibuat dengan jumlah sudu sebanyak 16 buah dengan bentuk sudu

120 derajat.

2. Variasi ketinggian di (0,5 m), (0,6 m), (0,7 m), (0,8 m), (0,9 m) dan (1 m).

3. Percepatan gravitasi adalah 9,81 m/s².

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah :

1. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain yang

berminat pada penelitian kincir air breastshot.

2. Memberi informasi pada masyarakat supaya semakin mengerti tentang

adanya kincir air di kehidupan sehari-hari.

3. Kincir air breastshot yang dihasilkan dapat dipergunakan sebagaimana

mestinya.


3

4. Dapat menambah wawasan ilmu pengetahuaan tentang kincir air breastshot

untuk ditempatkan di perpustakaan.


BAB II

DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

Pada umumnya air merupakan sumber energi yang mudah didapat dan

murah, beberapa energi yang dihasilkan oleh air diantaranya : energi kinetik yang

ada pada saat air mengalir dan energi potensial yang ada pada saat air jatuh.

Pemanfaatan energi air dapat menggunakan berbagai macam alat, salah satunya

adalah kincir air. Besarnya energi air yang dapat dihasilkan tergantung pada head

(h) dan debit (Q). Dalam hal ini head (h) adalah beda ketinggian dari permukaan

air (bak penampung) dengan titik keluarnya air, sedangkan debit (Q) adalah

volume air yang mengalir persatuan waktu.

Kincir air adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga air, yang bisa

dipergunakan untuk berbagai keperluan menumbuk gandum dan memompa air

untuk mengaliri sawah. Tetapi, kincir air ini juga dapat digunakan sebagai

pembangkit tenaga listrik.

Kincir air merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi air

menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Kincir air mempunyai model atau

cara penggunaannya. Menurut jenis aliran air, kincir air dapat dibagi menjadi 4

jenis. Berikut ini beberapa tipe kincir air, antara lain :

1. Kincir Air Overshot

Gambar 2.1 Kincir Air Overshot

(http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga

mikrohidro.html)

4


http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga

5

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam sudu-sudu

sisi bagian atas, karena gaya berat air roda kincir akan berputar. Kincir air

overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan

jenis kincir air yang lain.

Keuntungan

1. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

2. Tidak membutuhkan aliran yang deras.

3. Konstruksi yang sederhana.

4. Mudah dalam perawatan.

5. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.

Kerugian

1. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau

bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.

2. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

3. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

4. Daya yang dihasilkan relatif kecil.

2. Kincir Air Undershot

Gambar 2.2 Kincir Air Undershot

(http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-

mikrohidro.html)


http://www.semayangboy.com/2010/05/pembangkit-listrik-tenaga-

6

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir kemudian menghantam

dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe

undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head. Tipe ini cocok

diletakkan pada perairan dangkal atau daerah yang datar. Tipe ini disebut juga

dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar

kincir.

Keuntungan

1. Konstruksi lebih sederhana

2. Lebih ekonomis

3. Mudah untuk dipindahkan

Kerugian

1. Efisiensi kecil

2. Daya yang dihasilkan relatif kecil

3. Kincir Air Breastshot

Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot


mikrohidro.html)

Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan

undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak

melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar



7

sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air

tipe undershot.

Keuntungan

1. Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot

2. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek

3. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar

Kerugian

1. Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)

2. Diperlukan dam pada arus aliran datar

3. Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot

4. Kincir Air Tub

Gambar 2.4 Kincir Air Tub


mikrohidro.html)

Kincir air Tub merupakan kincir air yang diletakkan secara horisontal dan

sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil

dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari pancuran air

menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan

kinetik.



8

Keuntungan

1. konstruksi yang lebih ringkas

2. Kecepatan putarnya lebih cepat

Kerugian

1. Tidak menghasilkan daya yang besar

2. Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang

lebih teliti

2.2 Rumus Perhitungan

2.2.1 Debit Air

Debit air adalah jumlah volume air yang mengalir persatuan waktu, dapat

diperoleh dengan persamaan (Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik,

2002, Yogyakarta, Universitas Sanata Dharma).

Q = v x A (2.1)

Q = debit

v = kecepatan air

A = luas penampang pipa

A = ¼ x π x D² (2.2)

2.2.2 Daya Air

Daya total yang dimiliki air (Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin,

Mekanika Fluida. Jakarta: Erlangga, 1996.)

P = ρ x g x Q x h (2.3)

ρ = massa jenis air

g = percepatan gravitasi

Q = debit

h = ketinggian air dari pancaran keluar air melalui ujung pipa dan

tinggi air dalam bak penampung


9

2

2.2.3 Kecepatan Air

Apabila terjadi perubahan tinggi jatuhan/head pada suatu aliran, maka

kecepatan air yang dihasilkan akan semakin tinggi juga. Kecepatan air dapat

ditentukan dengan persamaan (Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik,

2002, Yogyakarta, Universitas Sanata Dharma).

V = kecepatan air

V = (2.4)

g = percepatan gravitasi

h = beda ketinggian

2.2.4 Kecepatan Putar Kincir

Kecepatan putar kincir adalah jumlah putaran kincir dalam satu kali rotasi

tiap satuan detik dan dapat dihitung dengan persamaan (Streeter, Victor.L and

Wylie, E. Benjamin, Mekanika Fluida. Jakarta: Erlangga, 1996.)

n = (2.5)

v = kecepatan air

D = diameter kincir air

2.2.5 Gaya Fluida Yang Mengenai Sudu

F = Q x ρ x v

(Wahyono Wibowo, Kincir Air Pembangkit Listrik, 2002, Yogyakarta,

Universitas Sanata Dharma)

Q = A x v

Didapatkan rumus gabungan adalah :

F = ρ x A x v² (2.6)

Dengan :

ρ = massa jenis air

A = luas penampang

v = kecepatan air


10

.

2.2.6 Torsi

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

Erlangga, 1996.)

T = F x r (2.7)

Dengan :

T = torsi kincir

F = gaya fluida yang mengenai sudu

r = jarak gaya fluida ke poros

2.2.7 Daya Kincir

Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak melingkar

dapat dituliskan sebagai berikut :


Erlangga, 1996.)

= T x ω (2.8)

Dengan :

T = torsi kincir

ω = kecepatan sudut kincir

ω = .

(2.9)

Dengan :

n = jumlah rotasi pada kincir

2.2.8 Effisiensi

Effisiensi (η) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh

kincir ( ) dengan daya yang disediakan oleh air ( ), sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut :


Erlangga, 1996.)

η = x100% (2.10)


11

η = koefisien daya

= daya yang dihasilkan kincir air

= daya yang dihasilkan air

2.3. Tinjauan Pustaka

Pengujian kincir air breastshot dilakukan oleh Ainun Nidhar menggunakan

variabel tetap berupa jumlah bilah sebanyak 10 bilah, 8 bilah dan 6 bilah, serta

variabel berubahnya yaitu masing-masing kincir sudut bilahnya dapat diatur yaitu

sebesar 0°, 30°, dan 45°. Hasil pengujian menunjukkan bahwa putaran masing-

masing kincir (dengan jumlah bilah yang berbeda) akan mencapai nilai maksimal

pada sudut bilah yang diatur sebesar 45°, serta nilai putaran paling maksimal yaitu

sebesar 166,147 rpm dengan daya litrik yang dihasilkan sebesar 0,381 watt dan

efisiensi 48,962% berada pada jumlah bilah 8 dengan sudut atur sebesar 45°.

(Ainun Nidhar dkk, 2015)

Penelitian kincir air breastshot oleh Fabianus Pratomo Wadiamoko

menggunakan kemiringan sudu 45 derajat yang dimana variasi yang digunakan

pada kincir air breastshot adalah variasi head dan variasi jumlah sudu. Hasil

penelitian menunjukkan kincir air breastshot dengan jumlah sudu 16 buah lebih

baik dalam memanfaatkan energi air dibandingkan dengan sudu 8 buah. Daya

kincir maksimal yang dihasilkan adalah 23,44 watt, sedangkan nilai torsi yang

dihasilkan adalah 3,61 kg.m. Efisiensi tertinggi dengan memakai jumlah sudu 16

buah pada ketinggian 3 meter yaitu 1,69%. (Fabianus Pratomo Wadiamoko, 2012)

Penelitian selanjutnya dimana kincir air breastshot digunakan secara luas di

Inggris dan Jerman selama abad ke-19 dan awal abad ke-20. Dalam rangka

pengembangan kincir air breastshot untuk pembangkit listrik sebuah studi metode

desain dan serangkaian model pengujian yang dilakukan di Universitas Queen di

Belfast memakai ketinggian air 1,5 sampai 2,5 meter. Contoh perhitungan untuk

kincir berdiameter 4 m dibuat untuk menjelaskan prinsip-prinsip desain.

Pengujian pada skala 1:4 dengan diameter 1 m, memberikan efisiensi 78,5% pada


12

rentang arus yang luas. Berdasarkan pengukuran dan pengamatan yang

dikembangkan untuk arus masuk dan keluar menghasilkan efisiensi maksimal

yaitu 87,3%. Dari penilaian logis menunjukkan bahwa kincir air memiliki dampak

yang juah berkurang dibandingkan dengan turbin. Kincir air breastshot ini

menjadi konverter energi hidrolik yang efisien dan dapat dikembangkan lebih

lanjut. (Muller and C. Wolter, 2004)


BAB III

METODE PENELITIAN

Dalam perancangan kincir air breastshot terdapat berbagai macam

komponen untuk pembuatannya seperti sudu, jari-jari, kerangka kincir, roda

rangka kincir, lingkaran bagian samping, lingkaran bagian dalam kincir dan poros.

Kincir air breastshot ini terbuat dari mika akrilik dengan tebal 3 mm.

3.1 Komponen Kincir

Kincir air breastshot memiliki beberapa komponen. Komponen-komponen

tersebut di desain menggunakan software solidwork. Gambar desain dibuat untuk

menjelaskan kondisi saat kincir bekerja, selain itu dibuat juga gambar siklus air

yang terjadi di kincir. Berikut ini adalah gambar desain kincir dan gambar siklus

air yang terjadi di kincir.

Gambar 3.1 Skema keseluruhan kincir

13


14

Gambar 3.2 Siklus air pada kincir

Siklus air yang terjadi dimulai dari penyedotan air dari kolam penampungan

menuju pompa, dan disalurkan menuju by pass sehingga dapat diatur debit air

yang akan dikirim menuju bak penampungan. Air dari bak penampungan akan

langsung disalurkan oleh pipa yang terhubung antara bak penampung dan juga

akuarium tempat kincir air berada. Kemudian air yang dialirkan menuju akuarium

mendorong kincir, sehingga kincir akan berputar. Kemudian air yang memutar

kincir akan jatuk kebawah dan mengikuti alur yang ada di akuarium sampai

menuju lubang pembuangan dan kembali kekolam. Sehingga siklus ini akan

terjadi sirkulasi terus menerus.

Dari desain diatas yang telah dipaparkan pada gambar 3.2 terdapat beberapa

komponen yang diperlukan. Komponen – komponen tersebut akan dijelaskan

sebagai berikut:


15

1. Bak penampung air

Bak penampung terbuat dari kayu yang dirangkai menyerupai kubus dan

bak ini juga dilapisi dengan resin supaya tidak bocor serta kuat terhadap

tekanan air. Volume bak panampung adalah 1 m³.

2. Tower

Tower ini digunakan untuk menopang bak penampung yang akan dipakai

untuk sumber air melalui pipa. Tower ini juga dapat di setting ketinggiannya,

sehingga debit air dapat di ubah sesuai dengan kebutuhan saat penelitian.

3. Akuarium

Akuarium ini dibuat untuk tempat menampung air sementara serta tempat

pengaliran air, sehingga dapat menjalankan kincir air secara terus-menerus.

Air yang mengalir di akuarium kemudian keluar ke kolam dan akan di

naikkan kembali ke bak penampung dengan menggunakan pompa air.

4. Kolam penampung

Kolam penampung yang terletak di bawah kincir ini digunakan untuk

menampung air buangan yang berasal dari akuarium. Kolam penampung ini

terbuat dari semen beton.

5. Pipa

Pipa dengan ukuran diameter dalam 4,29in = 0,1089660 m ini digunakan

untuk mengaliri air dari bak penampung menuju ke kincir air.

6. Dudukan kincir

Dudukan pada kincir berguna untuk membantu dan menahan kincir air

agar dapat berdiri tegak. Di dalam komponen dudukan terdapat bearing.

Dudukan ini menggunakan besi siku lubang dengan ukuran yang berbeda-

beda.


16

7. Kincir air breastshot

Kincir air breastshot digunakan sebagai alat penelitian, sehingga

penelitian dapat berjalan sesuai dengan yang telah direncanakan.

Gambar 3.3 Kincir air breasthot

Bagian-bagian kincir, antara lain :

a) Sudu kincir

Sudu kincir air breastshot dibuat dengan kemiringan sudu 120 derajat

dan menggunakan mika akrilik dengan tebal 3 mm.

Gambar 3.4 Sudu kincir


17

b) Lingkaran mika bagian samping kincir

Lingkaran mika bagian samping ini digunakan sebagai penutup

samping kincir agar air dapat tertampung. Sehingga saat air

menabrak/mendorong sudu kincir, tenaga dari air tersebut dapat

sepenuhnya digunakan sebagai energi.

Gambar 3.5 Lingkaran bagian samping

c) Lingkaran mika bagian dalam kincir

Lingkaran mika bagian dalam ini berbentuk melingkar datar dan

digunakan sebagai alas kincir air bagian bawah sudu, supaya air yang

menabrak tidak terbuang langsung.

Gambar 3.6 Lingkaran bagian dalam


18

d) Poros kincir

Poros pada kincir air digunakan untuk menopang seluruh komponen

yang ada pada kincir air dan untuk meneruskan tenaga bersama-sama

dengan putaran. Poros ini adalah bagian terpenting, karna selain dapat

menopang beban kincir, poros ini juga digunakan untuk memutar kincir

yang akan di transmisikan menjadi sebuah energi.

Gambar 3.7 Poros kincir

e) Jari-jari kincir

Jari-jari pada kincir berguna untuk menahan beban antara kincir

dengan poros. Jari-jari tersebut terbuat dari plat besi tebal, sehingga kuat

untuk menahan.

Gambar 3.8 Jari-jari kincir


19

f) Puli dan belt

Puli yang digunakan pada kincir air breastshot mempunyai tipe A dan

memiliki = 8 inch, sedangkan untuk puli pada generator menggunakan

= 8 inch. Sehingga rasio yang dihasilkan pada puli adalah 5:5. Energi

yang telah dihasilkan oleh kincir disalurkan ke generetor dengan

menggunakan belt, sehingga menghasilkan energi mekanik.

g) Bearing atau bantalan poros

Bearing digunakan untuk menahan poros agar dapat berputar dengan

lancer. Ukuran diameter bearing yang di pakai adalah 24 mm dan tipe

bearing ASB P205.

3.2. Alat dan Bahan Penelitian

Dalam beberapa proses pembuatan kincir air breastshot diperlukan beberapa

alat dan bahan, antara lain :

3.2.1 Alat

a. Mesin laser cutting

Mesin laser cutting ini berfungsi untuk memotong dan membentuk mika

akrilik sesuai dengan yang diinginkan. Mesin ini dijalankan menggunakan

komputer/program software khusus seperti autocad.

b. Gerinda tangan

Gerinda tangan digunakan untuk memotong serta menghaluskan besi siku

lubang yang akan dibuat menjadi penyangga untuk kincir dan generator.

c. Gergaji besi dan gergaji kayu

Gergaji besi digunakan untuk memotong pipa pvc untuk saluran air.

Sedangkan gergaji kayu digunakan untuk mengergaji papan untuk pembatasan air

di bak penampung.


20

d. Kunci shock dan kunci pas

Kunci shock dan kunci pas digunakan untuk mengencangkan baut pada

rangka penahan kincir serta generator.

e. Las listrik

Las listrik digunakan untuk mengelas jari-jari pada kincir. Dengan memakai

proses pengelasan dapat membuat jari-jari kuat untuk menopang beban kincir.

f. Kompor tembak

Kompor tembak digunakan untuk memanasi serta membentuk mika akrilik

menjadi sudu kincir dengan kemiringan 120 derajat dengan menggunakan cetakan

sudu yang sudah di buat sebelumnya.

3.2.2 Bahan kincir

a. Mika akrilik

Mika akrilik digunakan sebagai bahan utama pembuatan kincir serta

akuarium. Mika akrilik yang digunakan memiliki tebal D 3 mm.

b. Besi siku lubang dan baut

Besi siku lubang digunakan sebagai penahan kincir air dan generator.

Sedangkan baut digunakan untuk menyambung besi siku lubang menjadi rangka

penahan kincir serta generator.

c. Lem silicon dan resin

Lem silicon digunakan untuk merekatkan bagian-bagian yang di buat menjadi

kincir serta akuarium. Sedangkan resin digunakan untuk melapisi bagian bak

penampung, akuarium dan kincir agar semakin kuat.

d. Plat besi

Plat besi digunakan sebagai pembuatan jari-jari lingkaran pada kincir agar

dapat menopang serta memutar kincir dengan kuat.


21

3.3. Alat Pendukung Pengambilan Data

Selain bagian-bagian di atas terdapat juga alat pendukung lainnya dalam

penelitian ini, sebagai berikut :

Gambar 3.9 Skema alat pendukung pengambilan data

1. Pompa

Merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan cairan (fluida) dari

suatu tempat ke tempat yang lain, melalui media pipa (saluran) dengan cara

menambahkan energi pada cairan yang akan dipindahkan serta berlangsung

terus menerus. Gambar dan sepesifikasi pompa yang digunakan, yaitu :

Pompa NS-100

Gambar 3.10 Pompa NS-100


22

Spesifikasi

Pompa Sentrifugal

Max capacity 150 m³/h

Power 20HP/3000RPM

Pompa SCR-50HX

Gambar 3.11 Pompa SCR-50HX

Spesifikasi

Pompa Sentrifugal

CONNECTION DIA 50 mm (2inch)

Max capacity 20 l/min (137 GPM)

Max total head 32 m (105 ft)

Max suction head 8 m (26 ft)

2. Generator

Generator Sun Rice tipe 22A0MA48V350W140944831 berfungsi untuk

mengubah energi putaran poros menjadi energi listrik yang nantinya akan di

hubungkan dengan beban lampu.

Gambar 3.12 Generator


23

3. Tachometer

Alat ini berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran puli kincir,

khususnya jumlah putaran yang dilakukan oleh poros dalam satu satuan

waktu. Cara penggunaanya adalah dengan menempelkan sensor pada bagian

yang akan di ukur rpmnya.

Gambar 3.13 Tachometer

4. Beban lampu

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud

untuk mengetahui performa dari kincir air. Variasi voltase lampu yang diberikan

bertujuan supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan

adalah lampu 5 watt sebanyak 20 buah.

Gambar 3.14 Beban lampu


24

5. Multimeter

Merupakan alat ukur yang dipakai untuk mengukur tegangan listrik, arus

listrik, dan tahanan (resistansi) yang dihasilkan generator.

Gambar 3.15 Multimeter

6. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur selang waktu dan waktu yang

dibutuhkan untuk penelitian,

Gambar 3.16 Stopwatch

7. Ampere Meter

Ampere Meter digunakan untuk mengukur kuat arus yang dihasilkan oleh

nyala beban lampu.

Gambar 3.17 Ampere Meter


25

8. By pass

Berfungsi untuk mengatur, mengontrol dan mengarahkan laju aliran air

dengan cara membuka atau menutup sebagian aliran air supaya mendapatkan

ketinggian air pada bak penampung sesuai dengan variasi ketinggian yang

ditentukan .

Bagian by pass, antara lain :

1. Saluran untuk masuknya air dari pompa.

2. Saluran untuk meneruskan air dari by pass menuju bak penampung.

3. Saluran untuk membuang air.

4. Katub untuk mengatur debit air yang lewat saluran 3.

Gambar 3.18 By pass

3.4. Prinsip Kerja Kincir Air Breastshot

Pada dasarnya, prinsip kerja kincir air breastshot hampir sama dengan kincir

air overshot dan undershot. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir,

arah aliran air yang menggerakan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air.

Kincir air breastshot ini bekerja bila terdapat energi potensial yang berupa ai

mengalir dan mengenai sudu kincir.

Putaran dari kincir akan di transmisikan ke generator melalui transmisi belt dengan

rasio 5:5. Akibat putaran pada generator akan dihasilkan energi listrik, yang dialirkan

pada rangkaian lampu beban. Tegangan dan arus yang dihasilkan generator diukur untuk

memberikan data energi yang dihasilkan putaran kincir.

Uji coba kincir air breastshot dengan kemiringan sudu 120 derajat dan

ketinggian air yang diharapkan dapat seoptimal mungkin mendapat hasil yang

maksimal. Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bertujuan untuk


26

mengetahui performa kincir air. Variasi voltase lampu yang diberikan bertujuan supaya

data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan untuk pembebanan pada

kincir air adalah lampu 5 Watt sebanyak 20 buah.

3.5. Variasi Penelitian

1. Variasi ketinggian air 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, 100 cm.

2. Variasi beban lampu dari 10, 12, 14, 16, 18, 20.

3.6. Variabel Yang Diukur

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

1. Tegangan yang dihasilkan (Volt)

2. Putaran kincir (rpm)

3. Arus yang dihasilkan (Ampere)

3.7. Metode dan Langkah Pengambilan Data

3.7.1 Alur Pelaksanaan Penelitian

Gambar 3.19 Skematik diagram alur penelitian


27

3.7.2.Langkah Pengambilan Data

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

2. Memposisikan alat pengukur kecepatan putaran (tachometer).

3. Merangkai beban lampu dengan generator.

4. Merangkai lampu dalam posisi saklar off terlebih dahulu, pengujian

dilakukan hingga beberapa variasi beban lampu.

5. Jika semua telah siap, kemudian nyalakan pompa.

6. Bila ketinggian air pada bak penampung sudah sesuai dengan yang di

inginkan.

7. Kemudian pengukuran dapat dilakukan dengan membaca display yang

tertera pada alat pengukur ketinggian permukaan air.

8. Mengukur putaran kincir dengan menggunakan tachometer.

9. Mengukur daya yang dihasilkan oleh generator dengan memvariasikan

beban lampu pada kondisi tanpa beban sampai dengan lampu tidak ada

yang menyala bersamaan dengan mengukur tegangan dan kuat arus yang

dihasilkan.

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

11. Hasil dari pengujian kemudian di catat.

12. Ulangi langkah 5 sampai 10 dengan variasi penelitian yang telah ditentukan.


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Penelitian

Setelah melakukan percobaan dan pengambilan data, maka didapatkan data

yang selanjutnya akan diolah. Data hasil penelitian pada kincir air breastshot

didapatkan dari pengukuran arus yang dihasilkan oleh generator, tegangan yang

dihasilkan generator, kecepatan aliran air yang diukur dari perberdaan ketinggian

permukaan air pada bak penampungan, serta rpm kincir dari pengukuran

kecepatan putar kincir.

Pada penelitian ini penetapan ketinggian air pada permukaan bak penampu

yang sama pada saat pengujian serta memberikan variasi beban lampu yang

berbeda-beda merupakan cara menentukan data yang diperlukan. Variasi beban

lampu disini digunakan mulai dari beban 10 lampu sampai dengan beban 20

lampu. Pada saat variasi telah dilakukan maka dicatat juga arus dan tegangan

listrik yang dihasilkan sampai pada beban terakhir.

Setelah melakukan pengambilan data dan menemukan hasil dari variasi

yang telah ditentukan. Maka hasil tersebut dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Tabel 4.1 Data penelitian pada ketinggian permukaan air 0,5 m.

Ketinggian

Permukaan Air

(m)

Kecepatan

Putar Kincir

(rpm)

Tegangan

(V)

Kuat Arus

(A)

Beban

Lampu

0,5 45 3,7 0,5 10

0,5 44 3,4 1 12

0,5 41 3 1,2 14

0,5 39 2,6 1,4 16

0,5 38 2,4 1,6 18

0,5 37 2,2 1,8 20

28


29


Ketinggian

Permukaan Air

(m)

Kecepatan

Putar Kincir

(rpm)

Tegangan

(V)

Kuat Arus

(A)

Beban

Lampu

0,6 64 5,7 1,2 10

0,6 63 5,4 1,4 12

0,6 60 4,8 1,8 14

0,6 58 4,5 2 16

0,6 56 4,2 2,2 18

0,6 55 3,9 2,4 20


Ketinggian

Permukaan Air

(m)

Kecepatan

Putar Kincir

(rpm)

Tegangan

(V)

Kuat Arus

(A)

Beban

Lampu

0,7 69 6,2 1,4 10

0,7 67 5,8 1,6 12

0,7 64 5,2 1,8 14

0,7 62 4,8 2,2 16

0,7 61 4,5 2,4 18

0,7 60 4,2 2,5 20


Ketinggian

Permukaan Air

(m)

Kecepatan

Putar Kincir

(rpm)

Tegangan

(V)

Kuat Arus

(A)

Beban

Lampu

0,8 72 6,4 1,4 10

0,8 70 6,1 1,6 12

0,8 68 5,5 2 14

0,8 66 5 2,2 16

0,8 64 4,8 2,4 18

0,8 62 4,4 2,6 20


30


Ketinggian

Permukaan Air

(m)

Kecepatan

Putar Kincir

(rpm)

Tegangan

(V)

Kuat Arus

(A)

Beban

Lampu

0,9 74 6,8 1,4 10

0,9 72 6,3 1,7 12

0,9 70 5,6 2,1 14

0,9 68 5,5 2,3 16

0,9 67 5,2 2,6 18

0,9 66 4,9 2,7 20


Ketinggian

Permukaan Air

(m)

Kecepatan

Putar Kincir

(rpm)

Tegangan

(V)

Kuat Arus

(A)

Beban

Lampu

1,0 75 6,9 1,5 10

1,0 74 6,6 1,7 12

1,0 71 6 2,1 14

1,0 69 5,6 2,4 16

1,0 68 5,4 2,6 18

1,0 67 5,1 2,8 20

Pada tabel diatas ini diurutkan dengan variasi ketinggian permukaan air

yang telah ditentukan. Pada ketinggian permukaan air 100 cm didapatkan

kecepatan putar kincir, tegangan listrik, dan arus listrik yang tertinggi. Kecepatan

putar kincir tertinggi tedapat pada beban 10 lampu sebesar 75 rpm. Tegangan

listrik tertinggi terdapat pada beban 10 lampu sebesar 6,9 Volt serta arus listrik

tertinggi terdapat pada beban 20 lampu sebesar 2,8 Ampere.

4.2 Pengolahan Data dan Hasil Perhitungan

Berikut ini ditampilkan contoh perhitungan data pada tabel 4.1. Hasil

perhitungan serupa untuk semua data ditampilkan pada tabel 4.7. Perhitungan

dimulai dengan menghitung kecepatan aliran air, kemudian dilanjutkan dengan

menghitung luas penampang pipa, debit, daya air, torsi dan effisiensi. Hasil


31

2

2 9

perhitungan data pada tabel 4.2 hingga tabel 4.6 disajikan pada tabel 4.8 hingga

4.12.

1. Menghitung kecepatan aliran

Kecepatan didapatkan dari persamaan 2.4, dengan h = 0,50 meter

V =

V = ,81 0,50

= 3,13 m/detik

2. Menghitung luas penampang pada pipa

Luas penamang pada pipa dihitung menggunakan persamaan 2.2, dengan

diameter dalam 0,108966 m.

A = ¼ x π x D²

= 0,25 x 3,14 x (0,108966)2

= 0,0093 m2

3. Menghitung debit air

Debit air dihitung menggunakan perhitungan diatas V = 3,13 m/detik dan A =

0,0093 m2

Q = V x A

= 3,13 x 0,0093

= 0,0292 m3/detik

= 29,2 liter/detik

4. Menghitung daya air yang tersedia

Daya air (watt) dihitung menggunakan pers 2.3, dengan ρ = 1000 ³

Pair = ρ x g x Q x h

= 1000 x 9,81 x 0,0292 x 0,50

= 143,32 Watt


32

. .

,

5. Menghitung gaya fluida yang mengenai sudu

Gaya fluida yang mengenai sudu dihitung menggunakan persamaan 2.6

F = ρ x A x v²

= 1000 x 0,0093 x 3,13²

= 91,52 N

6. Menghitung torsi

Torsi dihitung menggunakan persamaan 2.7, dengan r = 0,25 m

T = r x F

= 0,25 x 91,52

= 22,88 N.m

7. Menghitung kecepatan sudu kincir

Kecepatan sudu kincir dihitung menggunakan persamaan 2.9

ω = ( )

=

= 4,71

8. Menghitung daya kincir

Daya kincir dihitung menggunakan persamaan 2.8

= T x ω

= 22,88 x 4,71

= 107,76 Watt

9. Menghitung efisiensi

Efisiensi dihitung menggunakan persamaan 2.10

η = x100%


33

= ,

x100% ,

= 75,19 %

Setelah mendapatkan hasil dari penelitian yang berupa data - data yang

diperlukan. Semua data yang diperoleh akan diolah dengan rumus yang telah

ditentukan sebelumnya. Pengolahan tersebut yang telah diolah akan diterakan

pada tabel berikut ini:

Tabel 4.7 Hasil perhitungan pada ketinggian 0,5 m dengan beban 10 sampai 20

lampu

Kecepatan

Aliran Air

(m/s)

Torsi

(N.m)

Daya Kincir

(Watt)

Daya Air

(Watt)

Efisiensi

(%)

3,13 22,88 107,76 143,32 75,19

3,13 22,88 105,37 143,32 73,52

3,13 22,88 98,19 143,32 68,51

3,13 22,88 93,40 143,32 65,16

3,13 22,88 91,00 143,32 63,49

3,13 22,88 88,61 143,32 61,82


lampu

Kecepatan

Aliran Air

(m/s)

Torsi

(N.m)

Daya Kincir

(Watt)

Daya Air

(Watt)

Efisiensi

(%)

3,43 27,46 183,92 188,40 97,62

3,43 27,46 181,04 188,40 96,09

3,43 27,46 172,42 188,40 91,52

3,43 27,46 166,68 188,40 88,47

3,43 27,46 160,93 188,40 85,42

3,43 27,46 158,05 188,40 83,89


34


lampu

Kecepatan

Aliran Air

(m/s)

Torsi

(N.m)

Daya Kincir

(Watt)

Daya Air

(Watt)

Efisiensi

(%)

3,71 32,03 231,33 237,42 97,44

3,71 32,03 224,63 237,42 94,61

3,71 32,03 214,57 237,42 90,38

3,71 32,03 207,87 237,42 87,55

3,71 32,03 204,51 237,42 86,14

3,71 32,03 201,16 237,42 84,73


lampu

Kecepatan

Aliran Air

(m/s)

Torsi

(N.m)

Daya Kincir

(Watt)

Daya Air

(Watt)

Efisiensi

(%)

3,96 36,61 275,88 290,07 95,11

3,96 36,61 268,21 290,07 92,47

3,96 36,61 260,55 290,07 89,82

3,96 36,61 252,89 290,07 87,18

3,96 36,61 245,22 290,07 84,54

3,96 36,61 237,56 290,07 81,90


lampu

Kecepatan

Aliran Air

(m/s)

Torsi

(N.m)

Daya Kincir

(Watt)

Daya Air

(Watt)

Efisiensi

(%)

4,20 41,18 318,98 346,12 92,16

4,20 41,18 310,36 346,12 89,67

4,20 41,18 301,74 346,12 87,18

4,20 41,18 293,12 346,12 84,69

4,20 41,18 288,81 346,12 83,44

4,20 41,18 284,50 346,12 82,20


35

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir

(rp

m)


lampu

Kecepatan

Aliran Air

(m/s)

Torsi

(N.m)

Daya Kincir

(Watt)

Daya Air

(Watt)

Efisiensi

(%)

4,43 45,76 359,22 405,38 88,61

4,43 45,76 354,43 405,38 87,43

4,43 45,76 340,06 405,38 83,89

4,43 45,76 330,48 405,38 81,52

4,43 45,76 325,69 405,38 80,34

4,43 45,76 320,90 405,38 79,16

4.3 Grafik Hasil Penelitian

Tahap selanjutnya menganalisis data dengan bandingan data hasil olahan

yang telah didapatkan dengan variasi yang ditentukan. Perbandingan ini dibuat

dengan menggunakan media grafik. Berikut ini adalah grafik yang

menggambarkan perbandingan yang telah diperoleh dari data – data yang telah

diolah:

1. Grafik hubungan ketinggian permukaan air terhadap kecepatan putar kincir.

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Ketinggian air (m)

Beban 10

lampu Beban 12 lampu Beban 14

lampu Beban 16

lampu Beban 18

lampu Beban 20 lampu

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan ketinggian

permukaan air


36

Day

a kin

cir

(Wat

t)

Pada gambar 4.1 terlihat semakin besar ketinggian yang diberikan, maka

semakin cepat putaran kincir yang dihasilkan. Ini disebabkan karena tekanan yang

diperoleh air semakin besar bila ketinggian permukaan air semakin tinggi. Pada

gambar diatas mengalami penurunan kecepatan putar kincir jika ditambahkan

beban. Semakin besar beban lampu yang diberikan, maka kecepatan putar kincir

semakin turun. Ini terjadi karena beban lampu yang diberikan sangat berpengaruh

terhadap daya yang dihasilkan oleh generator. Sehingga membuat putaran kincir

menjadi pelan dan terjadi penurunan pada kecepatan putar kincir.

2. Grafik hubungan tinggi permukaan air terhadap daya kincir.

400

350

300

250

200

150

100

50

0

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Ketinggian air (m)

Beban 10 lampu

Beban 12 lampu

Beban 14 lampu

Beban 16 lampu

Beban 18 lampu

Beban 20 lampu

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dengan tinggi permukaan air.

Pada gambar diatas terlihat bahwa terjadi peningkatan daya kincir.

Peningkatan daya kincir dipengaruhi oleh ketinggian air yang diberikan. Setiap

kenaikan ketinggian air, maka daya kincir yang dihasilkan semakin meningkat.

Daya kincir pada gambar 4.2 merupakan hasil perhitungan dari torsi dan

kecepatan sudu kincir. Selain itu, penambahan beban lampu sangat berpengaruh


37

Efi

sien

si (

%)

terhadap daya kincir. Dimana semakin besar beban lampu yang diberikan, maka

daya kincir akan semakin turun.

3. Grafik hubungan ketinggian air terhadap efisiensi.

120

100

80

60

40

20

0

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Ketinggian air (m)

Beban 10 lampu

Beban 12 lampu

Beban 14 lampu

Beban 16 lampu

Beban 18 lampu

Beban 20 lampu

Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi dengan ketinggian air

Pada gambar 4.3 diketahui bahwa pada ketinggian air 0,5 - 0,6m, gradien

grafik efisiensi tampak besar, seiring pertambahan percepatan aliran air.

Sedangkan pada ketinggian 0,6 - 1m, gradien grafik efisiensinya cenderung

mendatar dan turun. Seperti diketahui bahwa efisiensi adalah daya kincir dibagi

dengan daya yang diberikan air. Maka, diduga seiring pertambahan kecepatan air

pada rentang ketinggian air 0,6 – 1m, kincir tidak mampu merubah pertambahan

energi yang diberikan air menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran dan torsi.


BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat model kincir air breastshot dengan bentuk sudu 120

derajat dan jumlah sudu 16 buah.

2. Kecepatan aliran air sangat berpengaruh terhadap kecepatan putar kincir

dengan variasi pada beban lampu. Jika kecepatan aliran yang diberikan besar,

maka kecepatan putar kincir yang dihasilkan akan besar juga.

3. Semakin banyak beban lampu yang di pakai, maka kecepatan putar kincir

akan semakin turun.

4. Dari hasil penelitian didapat nilai efisiensi tertinggi pada ketinggian 0,6 m

dengan beban 10 lampu (50 Watt) yaitu 97,62% dan nilai terendah pada

ketinggian 0,5 m dengan beban 20 lampu (100 Watt) yaitu 61,82%.

5.2 Saran

1. Kincir ini memiliki kekurangan pada segi desain dan juga terbuat dari mika

yang hanya ditempelkan menggunakan lem, sehingga memungkinkan kincir

tidak kuat ketika dialiri dengan air yang kecepatannya besar dan kincir ini

terdapat banyak ruang yang membuat air tidak sepenuhnya tertampung di

kincir. Akan lebih baik jika lebih teliti dalam mendesain kincir serta mencari

bahan-bahan yang lebih mudah di buat.

2. Saat melakukan percobaan, sebaiknya lebih teliti dalam menentukan jumlah

pompa yang diperlukan agar pengaturan ketinggiannya bisa stabil. Sehingga

menentukan variasi ketinggian permukaan air yang ingin di uji akan berjalan

dengan baik dan tanpa ada kendala.

3. Melakukan pengecekan fasilitas dan tempat pengujian untuk mempermudah

pada saat pengambilan data agar dapat memaksimalkan waktu yang

digunakan.

38


DAFTAR PUSTAKA

Ainun Nidhar dkk, 2015, “Pengujian Variasi Jumlah dan Sudut Bilah Kincir Air

Tipe Breastshot”, Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Jakarta.

Fabianus Pratomo Wadiamoko, 2012, “Unjuk Kincir Air Breastshot Dengan

Kemiringan Sudu 45 Derajat”, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Muller and C. Wolter, 2004, “The Breastshot Waterwheel: Design and Model

Tests, Lecturer, Civil Engineering Department, Queen’s University Belfast,, UK.

Streeter, Victor.L and Wylie, E. Benjamin, 1996, “Mekanika Fluida”. Jakarta:

Erlangga,

Wahyono Wibowo, 2002, “Kincir Air Pembangkit Listrik”, Universitas Sanata

Dharma, Yogyakarta.


mikrohidro.html. (24 April 2017)

http://www.british-hydro.org/waterwheels.html. (24 April 2017)

39



http://www.british-hydro.org/waterwheels.html

UNJUK KERJA KINCIR AIR BREASTSHOT DENGAN SUDU 120 …

Documents

Transcript of UNJUK KERJA KINCIR AIR BREASTSHOT DENGAN SUDU 120 …