KINCIR AIR PENGANGKAT SAMPAH PERMUKAAN DAN MELAYANG MEMANFAATKAN TENAGA AIR DENGAN SATU KINCIR PENGGERAK

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

KINCIR AIR PENGANGKAT SAMPAH PERMUKAAN DAN MELAYANG MEMANFAATK AN TENAGA AIR DENGAN SATU KINCIR PENGGERAK WATERWHEEL THE LIFTER OF FLOATING AND SURFACED GARBAGE THAT UTILIZING HYDROPOWER WITH ONE WHEEL DRIVING SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

HALAMAN JUDUL

Disusun oleh: ALFIYANSYAH SETIA BUDI NIM. I 0108053

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013 commit to user i


digilib.uns.ac.id

commit to user ii


digilib.uns.ac.id

commit to user iii


digilib.uns.ac.id

MOTO DAN PERSEMBAHAN

“The important thing is not what are you? But who you are?” “Hal yang terpenting bukanlah menjadi apa anda? Tetapi siapakah anda?” (Anonim)

Karya ini saya persembahkan untuk: 1. Allah SWT, atas limpahan rahmat dan karunia-Nya. 2. Rasulullah, Nabi Muhammad SAW. 3. Ibu tercinta, yang tak pernah lelah memberikan cinta dan semangat untukku. 4. Ayah terkasih, semoga selalu diberi limpahan rahmat dan kasih sayang-Nya di alam sana, engkau akan selalu menjadi inspirasiku. 5. Adik-adik dan kakak-kakak tersayang, bersama kita bisa bahagiakan orang tua kita. 6. Sipil angkatan 2008, kita akan selalu menjadi kisah klasik untuk masa depan. 7. Universitas Sebelas Maret, almamater tercinta.

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

ABSTRAK Alfiyansyah Setia Budi, 2013. Kincir Air Pengangkat Sampah Permukaan Dan Melayang Memanfaatkan Tenaga Air Dengan Satu Kincir Penggerak. Skripsi, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Un iversitas Sebelas Maret Surakarta.

Sampah atau limbah rumah tangga yang dibuang di sungai atau saluran buatan dalam volume besar dapat mengakibatkan banjir. Penanganan masalah sampah memerlukan terobosan teknologi. Salah satu solusi yang bisa dilakukan adalah dengan teknologi alat kincir pengangkat sampah memanfaatkan aliran air sebagai tenaga penggerak. Penelitian dilakukan di laboratorium hidrologi Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. Alat yang digunakan adalah multipurpose teching flume sebagai simulasi aliran air dan kincir pengangkat sampah dengan satu kincir penggerak. Prototype kincir air adalah tipe undershoot dengan sudu datar. Pengukuran jumlah putaran kincir menggunakan rotatometer. Dalam percobaan ini, kincir dapat berputar hanya pada tiga ukuran debit, yaitu 2,23 l/dt, 2,43 l/dt, dan 2,69 l/dt, apabila kurang dari debit tersebut aliran air tidak mampu menggerakkan kincir, sehingga pengujian putaran kincir hanya dilakukan pada tiga ukuran debit tersebut. Percobaan kuat angkat kincir pengangkat sampah menggunakan besi pemberat dengan 12 variasi pembebanan untuk menggambarkan berat sampah permukaan dan melayang, yaitu: 25 gr, 50 gr, 75 gr, 100 gr, 125 gr, 150 gr, 175 gr, 200 gr, 225 gr, 250 gr, 275 gr, 300 gr. Hasil penelitian menunjukkan bahwa besarnya debit dan kecepatan aliran air sangat berpengaruh terhadap jumlah putaran kincir (rpm) dan kecepatan tangensial kincir. Jumlah rpm untuk debit 2,23 l/dt, 2,43 l/dt, dan 2,69 l/dt, kecepatan aliran 0,25 m/dt, 0,26 m/dt, dan 0,27 m/dt dengan pembebanan 300 gr berturut-turut adalah 25,6 putaran, 27,3 putaran, dan 28,5 putaran, sedangkan besar kecepatan tangensial kincir berturut-turut adalah 0,25 m/dt, 0,27 m/dt, dan 0,28 m/dt. Besarnya daya yang dihasilkan pada debit 2,23 l/dt, 2,43 l/dt, dan 2,69 l/dt dengan beban 300 gr berturut-turut adalah 0,10 x 10-5 HP, 1,29 x 10-5 HP, dan 2,06 x 10-5 HP.

Kata Kunci: Sampah, Kincir Air, Tenaga Air.

commit to user v


digilib.uns.ac.id

ABSTRACT Alfiyansyah Setia Budi, 2013. Waterwheel The Lifter Of Floating And Surfaced Garbage That Utilizing Hydropower With One Wheel Driving. Thesis, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University.

Garbage or the household waste that being dumped in rivers or channels in large volumes can cause flooding. The handling of garbage problem requires a new technology. One of the possible solutions is by using waste mill lifter technology utilizing water power. The research was conducted in the hydrology laboratory of the Faculty of Engineering, Sebelas Maret University. The instrument used is a multi-purpose teaching flume to simulate the water flow and garbage lifter with one wheel drive. This waterwheel prototype is using an undershoot type with a flat blade. Measurement of the number of wheel rotation is using the rotatometer. In this experiment the wheel rotation can be maximum in only three debit sizes, ie 2.23 lt/s, 2.43 lt/s, and 2.69 lt/s, so the testing is only done in this three debit sizes. The power testing of the wheel lifter using iron ballast with 12 variations of loading to describe the volume of plastic waste, ie: 25 g, 50 g, 75 g, 100 g, 125 g, 150 g,175 g, 200 g, 225 g, 250 g, 275 g, 300 g. The results showed that the amount of debit and the water flow velocity is very influential on the number of wheel rotation (rpm) and the wheel tangential speed. The number of rotation for debit 2.23 lt/s, 2.43 lt/s, and 2.69 lt/s, flow velocity 0.25 m/s, 0.26 m/s, and 0.27 m/s with a load of 300 g consecutively was 25.6 rotation, 27.3 rotation, and 28.5 rotation, while tangential speed of the wheel in a row is 0.25 m/s, 0.27 m/s, and 0.28 m/s. The amount of power generated at debit 2.23 lt/s, 2.43 lt/s, and 2.69 lt/s with a load of 300 g consecutively is 0,10 x 10-5 HP, 1,29 x 10 -5 HP, dan 2,06 x 10-5 HP.

Keywords: Garbage, Waterwheel, Hydropower.

commit to user vi


digilib.uns.ac.id

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini dengan baik. Penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyusun tugas akhir dengan judul “Kincir Air Pengangkat Sampah Permukaan Dan Melayang Memanfaatkan Tenaga Air Dengan Satu Kincir Penggerak”. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh debit dan kecepatan aliran air terhadap daya angkat model kincir air pengangkat sampah. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.

2.

Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.

3.

Dr. Ir. Mamok Soeprapto, MEng selaku dosen pembimbing I.

4.

Ir. Siti Qomariyah, M.Sc selaku dosen pembimbing II.

5.

Ir. A. Med iyanto, MT selaku dosen Pembimbing Akademis.

6.

Segenap dosen penguji Skripsi.

7.

Bapak Sunyoto selaku laboran Laboratorium Hidrolika Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

8.

Segenap rekan mahasiswa S1 Reguler Angkatan 2008 Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan penelitian selanjutnya.

Surakarta, Januari 2013

Penulis

commit to user vii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ........................................................................................................i HALAMAN PERSETUJUAN......................................... Error! Bookmark not defined. HALAMAN PENGESAHAN ......................................... Error! Bookmark not defined. MOTO DAN PERSEMBAHAN.....................................................................................iv ABSTRAK...................................................................................................................... v ABSTRACT ..................................................................................................................vi PRAKATA ...................................................................................................................vii DAFTAR ISI............................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ........................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR .....................................................................................................xi DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL............................................................................. xiii BAB 1 PENDAHULUAN .............................................................................................. 1 1.1

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

1.2

Rumusan Masalah ...........................................................................................3

1.3

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

1.4

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

1.5

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

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ..........................................5 2.1

2.2

Tinjauan Pustaka .............................................................................................5 2.1.1

Sampah .............................................................................................. 5

2.1.2

Sungai................................................................................................9

2.1.3

Kincir Air......................................................................................... 10

Landasan Teori .............................................................................................. 12 2.2.1

Analisis Debit Aliran Air ..................................................................12

2.2.2

Analisis Kecepatan Turbin Air..........................................................13

2.2.3

Analisis Daya Pada Kincir Air........................................................14 2.2.3.1

Gaya (F) .............................................................................. 14

2.2.3.2

Kerja Pancaran ....................................................................16

2.2.3.3

Efisiensi Kincir ( ) .............................................................. 16

2.2.3.4

Daya (P) .............................................................................. 17

BAB 3 METODE PENELITIAN..................................................................................18

commit to user viii


digilib.uns.ac.id

3.1

Jenis Penelitian .............................................................................................. 18

3.2

Lokasi Penelitian ...........................................................................................18

3.3

Peralatan dan Bahan ...................................................................................... 18

3.4

3.3.1

Peralatan ..........................................................................................18

3.3.2

Bahan............................................................................................... 22

Tahap Penelitian ............................................................................................ 23 3.4.1

Tahap Persiapan Alat Multipurpose Teching Flume ..........................23

3.4.2

Kalibrasi Alat Ukur Debit ................................................................23

3.4.3

Pengolahan Data Kalibrasi Alat Ukur Debit...................................... 25

3.4.4

Kalibrasi Alat Ukur Putaran Kincir................................................... 25

3.4.5

Pengolahan Data Kalibrasi Alat Ukur Putaran Kincir........................26

3.4.6

Pengujian Alat dan Benda Uji ..........................................................26 3.4.6.1

Pengujian Putaran Kincir .....................................................27

3.4.6.2

Pengujian Daya Angkat Kincir.............................................28

3.4.7

Pengolahan Data .............................................................................. 28

3.4.8

Langkah Penelitian........................................................................... 29

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................................... 34 4.1

Kalibrasi Alat Uji Penelitian ..........................................................................34 4.1.1

Kalibrasi Alat Ukur Debit ................................................................34

4.1.2

Kalibrasi Alat Ukur Putaran Kincir................................................... 37

4.2

Analisis Kecepatan Aliran Air .......................................................................39

4.3

Analisis Putaran Kincir ..................................................................................40

4.4

Analisis Kecepatan Relatif (W) ...................................................................... 46

4.5

Analisis Daya Kincir .....................................................................................49

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................... 53 5.1

Kesimpulan ................................................................................................... 53

5.2

Saran .............................................................................................................53

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................53 LAMPIRAN ................................................................................................................. 56

commit to user ix


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 4-1. Data Pengamatan Debit pada Hydraulic Bench .............................................35 Tabel 4-2. Data Pengamatan Debit pada Pompa.............................................................36 Tabel 4-3. Data hasil pengamatan putaran (rpm) pada rotatometer.................................38 Tabel 4-4. Data Pengamatan putaran dengan cara manual ..............................................38 Tabel 4-5. Hasil Analisis Kecepatan Aliran Open Flume ...............................................40 Tabel 4-6. Hasil Percobaan Rpm Kincir .........................................................................41 Tabel 4-7. Hasil Analisis Kecepatan Kincir ...................................................................44 Tabel 4-8. Hasil Analisis Kecepatan Relatif (W) ............................................................47 Tabel 4-9. Hasil Analisis Daya Kincir (P) ......................................................................51

commit to user x


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2-1. Baltimore's Waterwheel ..............................................................................6 Gambar 2-2. Sketsa Desain Baltimore's Waterwheel ........................................................7 Gambar 2-3. Desain Mekanikal-Elektrikal Hidrolik (ME-H) ............................................8 Gambar 2-4. Komponen Mekanikal-Elektrikal Hidrolik (ME-H) .....................................8 Gambar 2-5. Kincir Air Overshot ..................................................................................11 Gambar 2-6. Kincir Air Breastshot ................................................................................11 Gambar 2-7. Kincir Air Undershot ................................................................................12 Gambar 2-8. Analisis Kecepatan Relatif Turbin Air .......................................................13 Gambar 2-9. Pancaran pada Plat di Sekeliling Roda.......................................................15 Gambar 3-1 Rangkaian Open Flume..............................................................................19 Gambar 3-2 (a) Kincir Pengangkat Sampah; (b) Kincir Penggerak .................................20 Gambar 3-3 Sketsa Tampak Atas Kincir Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak .....................................................................................................................21 Gambar 3-4 Sketsa Tampak Samping Kincir Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak .....................................................................................................................21 Gambar 3-5 Rangkaian Kincir Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak.......22 Gambar 3-6 Diagram Alir Kalibrasi Alat Ukur Debit .....................................................30 Gambar 3-7 Diagram Alir Kalibrasi Alat Ukur Putaran..................................................31 Gambar 3-8 Diagram Alir Penelitian .............................................................................33 Gambar 4-1. Alat ukur debit hydraulic bench ................................................................34 Gambar 4-2. Hubungan Antara Qhb dan Qpompa ..............................................................37 Gambar 4-3. Prototype Kincir Air Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak 37 Gambar 4-4. Hubungan Antara Jumlah Putaran pada Rotatometer dan Pengamatan Manual ..........................................................................................................................39 Gambar 4-5. Hubungan Antara Jumlah Putaran Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat ............................................................42 Gambar 4-6. Hubungan Antara Kecepatan Tangensial Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat .....................................................45 Gambar 4-7. Kecepatan relatif pada kincir.....................................................................46 Gambar 4-8. Hubungan Antara Kecepatan Relatif Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat .......................................................................48

commit to user xi


digilib.uns.ac.id

Gambar 4-9. Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat ................................................................................52

commit to user xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL A A B b C C1 D E F G H h K M n P Q Qhb Qpompa R U U1 V v W W1

= Luas permukaan plat (m 2 ) = Luas penampang saluran (m 2) = Lebar penampang basah aliran air (m) = Lebar sudu kincir (m) = Kecepatan aliran air (m/dt) = Kecepatan aliran air (m/dt) = Diameter kincir (m) = Energi kinetik pancaran (kgm 2 /dt2) = Gaya pada kincir (N) = Laju aliran air (kg/dt) = Kedalaman aliran air (m) = Panjang sudu kincir (m) = Kerja yang dilakukan pancaran pada kincir (Nm) = Massa zat cair (kg) = Jumlah putaran kincir = Daya yang dihasilkan kincir (HP) = Debit aliran (m3/dt) = Besarnya debit pada alat Hydraulic Bench (m3 /dt) = Besarnya debit yang dikeluarkan oleh pompa (m 3/dt) = Gaya pada kincir (N) = Kecepatan tangensial kincir (m/dt) = Kecepatan tangensial kincir (m/dt) = Kecepatan aliran air (m/dt) = Kecepatan plat (m/dt) = Kecepatan relatif (m/dt) = Kecepatan relatif (m/dt) = Berat jenis air (1000 kg/m3 ) = Efisiensi kincir (%)

commit to user xiii


digilib.uns.ac.id

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang

Sungai sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, antara lain sebagai sumber air minum dan sebagai sarana pembuangan air. Dewasa in i banyak sungai yang mulai rusak karena ulah manusia. Kesadaran masyarakat dalam membuang sampah yang tidak pada tempatnya menimbulkan berbagai macam masalah, salah satu masalah yang sering terjadi terdapat di sungai atau saluran buatan. Sampah yang terdapat di sungai atau saluran buatan dalam jumlah besar tentu mengurangi fungsi atau bahkan bisa merusak infrastruktur yang ada. Hal ini dapat mengakibatkan aliran air terhambat, sehingga aliran air dapat meluap dan menggenangi daerah di sekitarnya. Hampir semua sungai di kota besar di Indonesia mengalami permasalahan sampah yang parah dan bisa menyebabkan aliran sungai tersumbat dan pada akhirnya mengakibatkan banjir. Salah satu contoh penumpukan sampah terjadi di Sungai Bengawan Solo. Di sepanjang Sungai Bengawan Solo banyak ditemukan tebing sungai yang dijadikan tempat pembuangan sampah, terutama di dekat permukiman penduduk. Kesadaran warga yang rendah dengan membuang sampah dan limbah ke sungai, mempercepat kerusakan lingkungan sekitar daerah aliran sungai Bengawan Solo (kompas.com, 16 Maret 2012). Keadaan yang sama juga terjadi di kota Semarang, yaitu di daerah aliran sungai Perbalan. Kesadaran warga untuk membuang sampah pada tempat sampah kurang, sehingga sampah menumpuk di sungai Perbalan Semarang. Selain mengganggu pemandangan dan terlihat kumuh, sampah juga menimbulkan bau tidak sedap (tvku.tv, 26 Maret 2012). Selain itu, salah satu penyebab utama banjir besar yang terjadi di Jakarta adalah sungai yang tidak berfungsi secara maksimal sebagai kanal pengendali banjir, karena sampah yang menumpuk. Sebagian besar sampah yang tidak terangkut mengalir, terkumpul, dan menutup badan sungai hingga Teluk Jakarta. Kini

commit to user 1


digilib.uns.ac.id 2

sampah-sampah itu semakin banyak dan menyebar, bermil-mil sampai ke daratan di Kepulauan Seribu. Selain kerugian ekonomi, kerugian ekosistem laut mengancam kelangsungan hidup semua makhluk hidup di pesisir Jakarta (majalah.tempointeraktif.com, 22 Februari 2010). Pada umumnya penanganan sampah sungai dilakukan dengan menggunakan tenaga manusia sebagai pembersih utama dan ada juga yang menggunakan bantuan alat seperti back hoe sebagai alat bantu. Dalam mengatasi permasalahan sampah di sungai diperlukan metode baru untuk membersihkan sampah sehingga hasilnya bisa

lebih

baik.

Pemerintah

Kota Bandung telah

memasang

sistem peralatan penyaring sampah otomatis Mekanikal-Elektrikal Hydraulic (ME-H) Trash Rake, di Sungai Cibeunying-Kordon. Trash Rake ME-H sangat efektif untuk menyaring sekaligus mengangkat sampah-sampah yang mengalir di sungai pengendalian banjir, saluran drainase perkotaan, pengolahan air minum, irigasi dan power plant. Metode kerja dari ME-H adalah dengan mengubah tenaga air menjadi tenaga listrik yang akan digunakan untuk menggerakkan Trash Rake (www.bandung.go.id, 15 Desember 2008). Kota Marlyland memiliki permasalahan sampah sungai yaitu di Baltimore’s Inner Harbor. Warga yang bernama John Kellett menemukan sebuah alat untuk mengangkat sampah dan dinamakan Baltimore's Waterwheel. Kincir ini digerakkan oleh air sebagai penggerak utama.

Metode kerja alat ini adalah

menggerakkan konveyor pengangkat sampah dengan tenaga air. Sampah yang terangkat dikumpulkan pada suatu tempat khusus. Setelah sampah penuh, tempat sampah akan ditarik oleh sebuah kapal untuk dibawa ke tepi sungai, kemudian diangkut

menggunakan

truk

menuju

tempat

pembuangan

akhir

(www.waterwheelfactory.com/Baltimore.htm, 2008). Diperlukan terobosan teknologi dalam mengatasi masalah sampah di sungai. Salah satu solusi yang bisa dilakukan adalah dengan bantuan teknologi alat pembersih sampah. Berdasarkan uraian di atas maka alat pembersih sampah di sungai atau di saluran drainase dengan penggerak utamanya adalah tenaga air dan sistem kerja yang sederhana, menarik untuk diteliti.

commit to user


digilib.uns.ac.id 3

1.2

Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang, maka dapat dirumuskan suatu masalah yaitu: 1. Bagaimana kemampuan dari rancangan alat kincir pengangkat sampah dalam mengangkat sampah yang berada di saluran dengan penggerak utamanya adalah tenaga air? 2. Bagaimana pengaruh debit dan kecepatan aliran terhadap daya angkat rancangan alat pengangkat sampah dengan satu kincir penggerak? 1.3

Batasan Masalah

Untuk membatasi permasalahan agar penelitian in i lebih terarah dan tidak meluas maka perlu adanya pembatasan sebagai berikut: 1. Alat yang dirancang sesuai dengan kapasitas peralatan yang ada di laboratorium hidro UNS. 2. Alat berupa prototype. 3. Alat tidak skalatis. 4. Alat yang dirancang menggunakan bahan dasar kayu, besi, dan stainless steel dengan tebal 1,2 mm. Untuk lebih detail dapat dilihat pada BAB 3 peralatan dan bahan. 5. Kehilangan energi pada sistem gear dan puli diabaikan. 6. Sampah yang diangkat merupakan sampah padat yang berada di permukaan dan melayang di air. 7. Pembebanan menggunakan besi pemberat untuk menggambarkan berat sampah dengan variasi pembebanan sebagai berikut: 25 gr, 50 gr, 75 gr, 100 gr, 125 gr, 150 gr, 175 gr, 200 gr, 225 gr, 250 gr, 275 gr, 300 gr. 1.4

Tujuan Penelitian

Tujuan yang diharapkan dari penelitian in i adalah: 1. Mengetahui kemampuan rancangan alat kincir pengangkat sampah dalam mengangkat sampah yang berada di saluran dengan penggerak utamanya adalah tenaga air. 2. Mengetahui pengaruh debit dan kecepatan aliran terhadap daya angkat rancangan alat pengangkat sampah dengan satu kincir penggerak.

commit to user


digilib.uns.ac.id 4

1.5

Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: 1. Manfaat teoritis: dapat menambah pengetahuan mengenai penanganan masalah sampah permukaan berupa sampah plastik dan sampah kertas dalam bidang ilmu rekayasa lingkungan. 2. Manfaat praktis: dapat menambah ragam alat yang fungsi utamanya adalah untuk mengangkat sampah permukaan berupa sampah plastik dan sampah kertas.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1

Tinjauan Pustaka

2.1.1 Sampah Sampah merupakan suatu bahan sisa dari kegiatan sehari-hari manusia maupun proses-proses alam yang berbentuk padat (Undang-Undang No. 18 Tahun 2008 Tentang Pengelolaan Sampah). Sampah adalah bahan sisa aktifitas manusia, baik bahan-bahan yang sudah tidak digunakan lagi (barang bekas) maupun barang yang sudah tidak bisa dimanfaatkan. Dari segi lingkungan, sampah adalah bahan buangan yang tidak berguna dan banyak menimbulkan masalah pencemaran dan gangguan pada kelestarian lingkungan. Pertambahan jumlah penduduk dan perubahan gaya hidup masyarakat telah meningkatkan jumlah sumber sampah, jenis, dan keberagaman karakteristik sampah. Jika dalam penanganan sampah tidak dilakukan secara serius dapat menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan juga akan sangat mengganggu kelestarian fungsi lingkungan. Menurut Enri Damanhuri dan Tri Padmi (2010), secara praktis sumber sampah dibagi menjadi 2 kelompok besar, yaitu sampah dari permukiman, atau sampah rumah tangga dan sampah dari non-permukiman yang sejenis sampah rumah tangga, seperti dari pasar, daerah komersial, dsb. Sampah dari kedua jenis sumber ini dikenal sebagai sampah domestik. Sedang sampah non-domestik adalah sampah atau limbah yang bukan sejenis sampah rumah tangga, misal limbah dari proses industri. Selain sumber tersebut terdapat pula sampah pada sungai atau saluran buatan yang cukup banyak dijumpai. Sampah dari masing-masing sumber tersebut dapat dikatakan mempunyai karakteristik yang khas sesuai dengan besaran dan variasi aktivitasnya. Menurut Arianto Wibowo & Darwin T Djajawinata (2002), berdasarkan data Badan Pusat Statistik (BPS) tahun 2000, dari 80.235,87 ton

commit to user 5


digilib.uns.ac.id 6

sampah yang ditimbulkan oleh 384 kota setiap hari, 4,9% diantaranya dibuang ke sungai. Berarti sekitar 3.931,56 ton sampah dibuang di sungai setiap hari. Sebagian besar sampah yang terdapat di sungai merupakan sampah-sampah ringan seperti plastik. Sampah plastik dapat dijumpai disekitar wilayah hulu (daerah pegunungan), tengah (pemukiman penduduk, industri, perdagangan), dan sampai ke daerah hilir (sungai, danau, laut). Dampak yang paling buruk terasa apabila musim penghujan tiba, daerah hilir akan terkena dampak yaitu kiriman sampah dan daerah tersebut akan menjadi tempat penampungan sampah sehingga sangat berefek negatif bagi lingkungan. Beberapa pendekatan dan teknologi penanganan sampah sungai yang telah ada antara lain adalah Baltimore's Waterwheel di Marlyland dan Sistem Peralatan Penyaring Sampah Otomatis Mekanikal Elektrikal Hidrolik (ME-H). Seorang warga Marlyland yang bernama John Kellett menemukan sebuah alat untuk mengangkat sampah sungai yaitu di Baltimore’s Inner Harbor dan dinamakan Baltimore's Waterwheel. Kincir ini digerakkan oleh air sebagai penggerak utama. Baltimore's

Waterwheel

ditampilkan

seperti

Gambar

(www.waterwheelfactory.com/Baltimore.htm, 2008).

Sumber : Baltimore's Waterwheel, 2008. Dipublikasikan melalui http://baltimorewaterwheel.blogspot.com/

Gambar 2-1. Baltimore's Waterwheel

commit to user

2-1


digilib.uns.ac.id 7

Pengangkat sampah ini menggunakan teknologi yang telah berabad-abad untuk terus membuang sampah dari perairan pelabuhan Kota Baltimore. Sebuah desain kincir sungai yang unik menggerakkan konveyor bertipe ladder yang terendam pada bagian ujung hulunya. Pengarah sampah mengarahkan sampah menuju hulu konveyor di mana akan diangkat dari air oleh konveyor tersebut, sehingga sampah akan naik dan disimpan di tempat sampah. Kincir air dan konveyor dipasang pada sebuah platform mengambang yang ditahan oleh tiang. Tempat sampah ditempatkan pada platform mengambang terpisah dan bisa bergerak, yang dirancang untuk didorong oleh perahu kru operasi laut. Perahu ini memindahkan sampah yang penuh ke tepi, sehingga bisa diangkut oleh truk pengangkut sampah. Desain Baltimore's Waterwheel ditampilkan seperti Gambar 2-2.

Sumber : www.waterwheelfactory.com/Baltimore.htm, 2008

Gambar 2-2. Sketsa Desain Baltimore's Waterwheel Sistem peralatan penyaring sampah otomatis Mekanikal-Elektrikal Hidrolik (MEH) dapat digunakan di berbagai saluran air untuk memperlancar aliran air dari sampah yang terbawa oleh arus air. Desain ME-H ditampilkan seperti Gambar 2-3.

commit to user


digilib.uns.ac.id 8

Sumber : http://opcyber.blogspot.com , 2008

Gambar 2-3. Desain Mekanikal-Elektrikal Hidrolik (ME-H) Metode kerja sistem peralatan penyaring sampah otomatis ini adalah memadukan tenaga manusia dengan sistem kerja forklift yang biasa digunakan untuk menyatukan teknologi Mekan ikal, Elektrikal dengan sistem Hidrolik. Perpaduan teknologi inilah yang berhasil dikembangkan oleh anak Bangsa dalam menciptakan penyaring sampah yang sangat handal dan berfungsi sempurna. Sistem ini terdiri dari beberapa komponen utama yang dipadukan agar fungsi dan hasil yang didapatkan menjadi maksimum. Pada Gambar 2-4 adalah komponenkomponen utama yang digunakan agar sistem penyaring sampah ini dapat berfungsi secara sempurna.

Sumber : http://opcyber.blogspot.com , 2008

Gambar 2-4. Komponen Mekanikal-Elektrikal Hidrolik (ME-H)

commit to user


digilib.uns.ac.id 9

Dengan sistem peralatan penyaring sampah otomatis Mekanikal-Elektrikal Hidrolik, seluruh sampah yang terbawa dan tercampur dengan air akan tersaring oleh Bar Screen yang memiliki jarak antara 5 mm hingga 500 mm sesuai dengan jenis sampah yang akan disaring. Bar Screen ini akan terpasang hingga ke dasar sungai. Hal ini bertujuan untuk menyaring sampah-sampah yang tidak muncul ke permukaan,

namun

mengalir

di

dasar

saluran.

Seluruh sampah yang tersaring pada Bar Screen tersebut, akan diangkat oleh Rake dan Arm yang dimiliki oleh sistem peralatan penyaring sampah otomatis ini untuk selanjutnya diangkat ke permukaan saluran dan dimasukkan ke dalam konveyor horisontal untuk kemudian meneruskannya ke bak penampungan sampah atau bak truk yang telah disediakan. Sistem penyaring sampah ini akan secara otomatis bergerak ke kiri dan ke kanan saluran untuk mengangkut sampah-sampah yang tersaring pada Bar Screen. Rake dan Arm juga akan secara otomatis turun untuk mengambil sampah hingga ke dasar saluran dan kemudian naik membuang sampah ke konveyor. Namun demikian operasi secara manual juga dapat dilakukan. Dalam kondisi terburuk sekalipun, bila listrik padam dan generator pembantu juga tidak berfungsi, maka sistem ini masih bisa difungsikan dengan menggunakan tenaga manusia untuk mengangkat

sampah-sampah

yang

tersaring

pada

Bar

Screen

(http://opcyber.blogspot.com, 2008). 2.1.2 Sungai Sungai adalah torehan di permukaan bumi yang merupakan wadah dan penyalur aliran air dari hulu yang leb ih tinggi ke bagian hilir yang lebih rendah dan dapat bermuara ke sungai lain, ke danau atau ke laut (SNI Metode Pemilihan Lokasi Pos Duga Air Di Sungai, 1991). Aliran air sungai merupakan suatu proses yang cukup komplek. Air bergerak turun melalui kanal sungai karena pengaruh gaya gravitasi. Kecepatan aliran meningkat sesuai dengan kemiringan sungai. Energi aliran air sungai meningkat sejalan dengan peningkatan kemiringan dan volume air, sehingga mampu membawa muatan (www.chan22.wordpress.com, 2012).

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

Aliran sungai sangat fluktuatif tergantung dari waktu dan tempatnya. Beberapa variabel yang mempengaruhi dinamika sungai antara lain adalah debit dan kecepatan aliran air. Debit adalah volume air yang mengalir melalui suatu penampang melintang sungai persatuan waktu. Debit aliran sangat bermanfaat untuk mengetahui perubahan pasokan air ke sungai utama. Kecepatan aliran tidak sama sepanjang tubuh kanal sungai, hal ini tergantung dari bentuk, kekasaran kanal sungai dan pola sungai. Kecepatan maksimum pada kanal yang lurus berada pada bagian atas dan bagian tengah dari kanal sungai. Kecepatan air mengalir secara proporsional terhadap kemiringan kanal sungai. Tingkat kelerengan yang besar menghasilkan aliran yang leb ih cepat. Pada kelerengan landai, menghasilkan kecepatan lambat bahkan mendekati nol. Aliran juga tergantung dari volume air. Volume

semakin

besar,

maka

aliran

menjadi

lebih

cepat

(www.dawudprionggodo.blogspot.com, 2012). 2.1.3 Kincir Air Kincir air merupakan salah satu teknologi yang telah lama ada dan digunakan dalam pemanfaatan sumberdaya air. Kincir air merupakan sarana untuk mengubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Menurut Wikipedia (2012), kincir memiliki dua desain dasar yaitu kincir dengan sumbu horisontal (horizontal wheel) dan kincir dengan sumbu vertikal (vertical wheel). Tipe terakhir dapat dibagi lagi, tergantung di mana posisi air menggerakkan kincir. Ada kincir air jenis overshot, breastshot, dan undershot. Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudusudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air overshot memerlukan beda tinggi dengan pancaran air. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain. Kincir air overshot dapat dilihat seperti pada Gambar 2-5.

commit to user



Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Waterwheel (2012)

Gambar 2-5. Kincir Air Overshot Kincir air breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Kincir air breastshot juga memerlukan beda tinggi dengan pancaran air. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe undershot. Kincir air Breastshot dapat dilihat seperti pada Gambar 2-6.


Gambar 2-6. Kincir Air Breastshot Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak

commit to user



memerlukan head atau beda tinggi. Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir. Kincir air undershot dapat dilihat seperti pada Gambar 2-7.


Gambar 2-7. Kincir Air Undershot 2.2

Landasan Teori

2.2.1 Analisis Debit Aliran Air Menurut Bambang Triatmojo (1993), jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satuan waktu disebut debit aliran dan diberi notasi Q. Debit aliran biasanya diukur dalam volume zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik per detik (m 3 /dt). Debit aliran dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut: Q = A . V…......................................…….……………………………(2.1) Dengan: Q A V

= Debit aliran (m3/dt) = Luas penampang saluran (m2 ) = Kecepatan aliran air (m/dt)

commit to user



2.2.2 Analisis Kecepatan Turbin Air Kecepatan aliran air yang masuk maupun keluar pada sudu turbin dapat diuraikan menjadi kecepatan absolut C, kecepatan relatif W dan kecepatan tangensial U (Jhon Aryanto Glad Saragih, 2009). Gambaran kecepatan relatif yang terjadi pada turbin dapat dilihat pada Gambar 2-8.

Sumber: http://library.usu.ac.id (2009) Keterangan Gambar 2-8: C1 : Kecepatan Aliran Air, U1 : Kecepatan Tangensial / Kecepatan Keliling Sudu Turbin yang arahnya searah dengan arah putaran turbin,W1: Kecepatan Relatif Aliran Air terhadap Sudu Turbin.

Gambar 2-8. Analisis Kecepatan Relatif Turbin Air Adapun nilai C1 dapat diperoleh dengan menggunakan current meter dan nilai U1 diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

U

………………………………………………………… (2.2)

dengan:

D = diameter turbin air yang direncanakan (m) n = putaran turbin air yang dihasilkan (rpm) Maka harga W1 dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan: W 2 = C 2 + U2 – 2. C. U

……….……………………………......(2.3)

dengan: W = Kecepatan Relatif Aliran Air terhadap Sudu Turbin (m/dt), C = Kecepatan Aliran Air (m/dt), U = Kecepatan Tangensial / Kecepatan Keliling Sudu Turbin yang arahnya searah dengan arah putaran turbin (m/dt).

commit to user



2.2.3 Analisis Daya Pada Kincir Air Kondisi aliran air dan dimensi dari kincir air sangat erat kaitannya dalam menentukan besar daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah kincir air. Kerja atau daya yang dihasilkan kincir air bersumber dari energi kinetik air (aliran air). Suatu bidang atau dinding akan menerima gaya akibat tumbukan air yang diarahkan terhadap bidang atau dinding tersebut. Apabila dinding-dinding tersebut dipasangkan pada keliling roda maka gaya-gaya tumbukan pada dinding tersebut akan menimbulkan torsi yang menyebabkan roda berputar pada porosnya. Maka energi kinetik akan berubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran (Yusril, dkk.2004). Besarnya torsi yang ditimbulkan oleh tumbukan air berhubungan

langsung

dengan beberapa hal antara lain: 1. Kecepata aliran air 2. Ukuran dinding atau bidang tumbukan 3. Diameter roda kincir 4. Debit air 2.2.3.1

Gaya (F)

Menurut Bambang Triatmodjo (1993) apabila plat datar yang dihantam oleh pancaran zat cair yang bergerak dengan kecepatan v dalam arah pancaran, maka pancaran tersebut akan menghantam plat dengan kecepatan relatif (V-v). Setelah menghantam plat tersebut, pancaran zat cair akan mempunyai kecepatan v. Dengan demikian massa zat cair yang menghantam plat tiap detik diberikan oleh persamaan berikut: M

A . (V-v) ………………………………………………………(2.4)

dengan:

M A V v

= Massa zat cair (m 3/dt) = Luas permukaan plat (m 2) = Kecepatan aliran air (m/dt) = Kecepatan plat (m/dt)

commit to user



Kecepatan awal relatif terhadap plat dalam arah pancaran adalah (V-v), sedang kecepatan akhir relatif terhadap plat adalah nol (kecepatan plat sama dengan kecepatan pancaran). Gaya yang ditimbulkan oleh pancaran pada plat adalah: V-v

A V-v

V-v

A(V-v) …………………………………………………..…..(2.5) Jumlah plat dapat ditambah menjadi beberapa plat datar yang dipasang disekeliling roda dan kemungkinan pancaran air menghantam plat-plat tersebut secara tangensial dengan kecepatan aliran V, sehingga roda dapat bergerak dengan kecepatan tangensial v, seperti terlihat pada Gambar 2-9.

Sumber: Hidraulika I, Bambang Triatmodjo, 1993.

Gambar 2-9. Pancaran pada Plat di Sekeliling Roda Apabila dianggap bahwa jumlah plat adalah sedemikian sehingga tidak ada pancaran air yang terbuang (tidak mengenai plat), maka gaya yang ditimbukan oleh zat cair pada plat diberikan oleh persamaan sebagai berikut: AV(V-v) atau AV(V-v) ………………………………………………………(2.6) dengan: R A V v

=F = Gaya (N) = Massa jenis air (1000 kg/m 3 )(kg/m3 ) = Luas permukaan plat (m 2) = Kecepatan aliran air (m/dt) = Kecepatan plat (m/dt)

commit to user



2.2.3.2

Kerja Pancaran

Oleh karena titik yang terkena gaya bergerak dengan kecepatan v dalam arah gaya, maka kerja yang dilakukan oleh pancaran air diberikan oleh persamaan berikut: A V (V-v) v …………………………………………..(2.7) dengan: K

= Kerja yang dilakukan pancaran tiap detik (Nm) = Massa jenis air (1000 kg/m3)(kg/m3) = Luas permukaan plat (m2) = Kecepatan aliran air (m/dt) = Kecepatan tangensial kincir (m/dt)

A V v

2.2.3.3 Efisiensi Kincir ( ) Energi kinetik pancaran, yang dalam hal ini merupakan sumber energi, diberikan oleh bentuk persamaan berikut: A A

………………………………………………………..(2.8)

dengan: Ek A V

= Energi kinetik (kgm2 /dt2 ) = Massa jenis zat cair (1000 kg/m3 )g/m 3) = Luas permukaan plat (m 2) = Kecepatan aliran cair (m/dt) (

Efisiensi kerja yang dilakukan oleh kincir sangat erat hubungannya dengan kecepatan keliling ( u ) dan kecepatan aliran air ( V ). Persamaan (2.6) dan (2.7) akan memberikan efisiensi kerja yang dilakukan kincir, dan diberikan dalam bentuk persamaan berikut: aV

v

A Atau 2Wv

……………………………………………………….(2.9)

dengan:

= Efisiensi kerja kincir (%)

commit to user



2.2.3.4 Daya (P) Bila laju aliran air adalah = volume x masa jenis G = (b.h.V ) . dengan: G b h V

…………………………………………………........(2.10)

= Laju aliran aliran air (kg/dt) = lebar sudu (m) = tinggi sudu (m) = kecepatan aliran air (m/dt) = massa jenis air

Maka daya yang dihasilkan kincir dapat dihitung dengan persamaan (2.7) dan (2.10) sebagai berikut: P = K .G P = P = dengan:

A V

v . (b.h.V ).

A .V2.v.W……………………..……………………….……(2.11)

P = Daya yang dihasilkan kincir (w) = Massa jen is air A = Luas permukaan plat (m 2) V = Kecepatan aliran air (m/dt) v = Kecepatan tangensial kincir (m/dt) W = Kecepatan relatif (m/dt)

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1

Jenis Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen di laboratorium. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian kecepatan sudu kincir dan pengujian kuat angkat kincir terhadap sampah. 3.2

Lokasi Penelitian

Penelitian untuk menguji kemampuan kincir pengangkat sampah permukaan memanfaatkan tenaga air dengan satu kincir penggerak dilakukan di Laboratorium Mekanika Flu ida dan Hidrolika Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3.3

Peralatan dan Bahan

3.3.1 Peralatan Peralatan yang dipakai di Laboratorium Hidrolika Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret antara lain: 1. Neraca/timbangan, digunakan untuk menimbang alat dan bahan. 2. Multi Purpose Teching Flume Flume yang digunakan terbuat dari besi sebagai penyangga dan akrilik sebagai dinding penampang saluran. Flume ini memiliki beberapa bagian-bagian penting, yaitu: a)

Saluran air untuk meletakkan model pelimpah yang akan dialiri air. Saluran berupa talang dengan penampang 30 x 30 cm 2 dan panjang 180 cm. Saluran memilki dinding transparan yang terbuat dari akrilik untuk mempermudah pengamatan.

b) Hyrdraulic Bench

merupakan tempat penampung air yang dilengkapi

dengan skala pembacaan volome. Hyrdraulic Bench memiliki tampungan air maksimum sebesar 100 liter. Hydraulic Bench diletakkan pada bawah open flume (bagian hilir).

commit to user 18



c)

Pompa air berfungsi untuk memompa air agar air yang masuk ke hyrdraulic bench

dapat dialirkan kembali kebagian hulu open flume.

Dalam penelitian ini diguanakan tiga pompa yaitu dua pompa celup dengan supply listrik 220/240 V, 50 Hz dan satu pompa DAB dengan supply listrik 220/400 V, 50 Hz.

Pompa-pompa tersebut dilengkapi

dengan tombol on/off otomatis. d) Kran debit berfungsi sebagai pengatur besar-kecilnya debit yang keluar dari pompa. Memiliki skala bukaan debit 6-9 range. e)

Reservoir digunakan untuk menampung air yang keluar dari open flume (bagian h ilir)

Open Flume yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3-1 Rangkaian Open Flume 3. Kincir Dalam prototype ini kincir air yang direncanakan adalah tipe undershoot sudu datar untuk satu kincir penggerak pengangkat sampah, dan untuk kincir pengangkat sampah sendiri akan direncanakan mengunakan sudu cekung dengan menggunakan kawat kasa yang berfungsi untuk mengangkat sampah itu sendiri. Desain kincir pengangkat dan kincir penggerak bisa dilihat pada Gambar 3-2. Detail desain kincir yang digunakan pada penelitian ini adalah:

commit to user



a) Kincir penggerak dengan detail sebagai berikut: Diameter kincir penggerak

: 19 cm

Lebar Kincir penggerak

: 8 cm

Bahan Kincir

: stainless steel dengan tebal 1,5 mm

Model Sudu

: Datar

Jumlah Sudu

: 8 buah

Panjang sudu

: 8 cm

Lebar

: 8 cm

b) Kincir pengangkat dengan detail sebagai berikut: Diameter kincir pengangkat

: 16 cm

Lebar Kincir pengangkat

: 10 cm

Bahan Kincir

: kawat kasa dengan ukuran 0,5 mm

Model Sudu

: Cekung Terbuka

Jumlah Sudu

: 6 buah

Panjang sudu

: 10 cm

Lebar

: 7 cm

a

b

Gambar 3-2 (a) Kincir Pengangkat Sampah; (b) Kincir Penggerak Desain kincir pengangkat sampah didasarkan pada ukuran flume di laboratorium hidrolika UNS. Sistem kincir pengangkat sampah dengan satu penggerak ini dirancang sehingga mampu bekerja memanfaatka aliran air. Sedangkan kincir pengangkatnya dirancang untuk mengangkat sampah yang melayang di permukaan air. Sketsa untuk rancangan prototype kincir pengangkat sampah dengan satu kincir penggerak dapat dilihat pada Gambar 3-3 dan Gambar 3-4:

commit to user



Gambar 3-3 Sketsa Tampak Atas Kincir Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak

Gambar 3-4 Sketsa Tampak Samping Kincir Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak Metode kerja kincir pengangkat sampah ini adalah dengan memanfaatkan kecepatan aliran air. Aliran air yang menghantam sudu kincir akan menggerakkan kincir penggerak. Kincir bergerak searah aliran air, kemudian dengan tali puli gerakan kincir akan dibalik menggunakan dua gear yang dipasang sejajar. Gear pertama yang bergerak searah kincir penggerak akan menggerakkan gear kedua yang putarannya kebalikan gear pertama. Gear kedua inilah yang kemudian menggerakkan kincir pengangkat sampah. Sampah yang terbawa oleh aliran air dan melayang di permukaan akan diarahkan oleh pengarah menuju kincir pengangkat, selanjutnya kincir

commit to user



pengangkat akan mengangkat sampah tersebut. Gambar 3-5 adalah rangkaian kincir pengangkat sampah dengan satu penggerak.

Gambar 3-5 Rangkaian Kincir Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak 4. Rotatometer untuk menghitung jumlah putaran kincir. Pada penelitian ini rotatometer yang digunakan ber-merk Topeak. 5. Stopwatch Stopwatch dipakai untuk mengukur waktu sesuai volume yang ditentukan untuk perhitungan debit aliran. 6. Pompa Air Pompa air berfungsi untuk memompa air agar air yang masuk ke hyrdraulic bench dapat dialirkan kembali ke bagian hulu open flume. 7. Kamera Kamera digunakan untuk mendokumentasikan gambar maupun video saat penelitian dilakukan. 8. Alat bantu lain: penggaris, balok kayu, selang, obeng, ember, dll. Gambar peralatan yang digunakan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran Gambar Peralatan Dan Bahan. 3.3.2 Bahan Pada penelitian ini bahan dan benda uji yang digunakan antara lain:

commit to user



1. Air 2. Sampah, berupa plastik, kertas, dan sterofoam 3. Plastisin Gambar bahan yang digunakan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran Gambar Peralatan Dan Bahan. 3.4

Tahap Penelitian

3.4.1 Tahap Persiapan Alat Multipurpose Teching Flume Alat yang pertama disiapkan adalah flume. Langkah-langkah untuk menyiapkan flume adalah sebagai berikut: 1. Mempersiapkan flume berupa talang dengan penampang 30 x 30 cm 2 dan panjang 180 cm. 2. Mempersiapkan model kincir pengangkat sampah dengan satu kincir penggerak. 3. Mengisi hydraulich bench dengan air. 4. Memasang bantalan balok kayu pada open flume. 5. Menutup celah antara bantalan balok kayu dengan dinding dan dasar saluran menggunakan malam, agar tidak terjadi kebocoran. 6. Persiapan alat tidak hanya diawal, tetapi juga pada setiap pergantian setting

percobaan. 3.4.2 Kalibrasi Alat Ukur Debit Pengecekan alat dilakukan setelah alat benar-benar siap dipakai. Pengecekan dilakukan untuk mengetahui nilai pembacaan alat lebih akurat, sesuai dengan apa yang sebenarnya terjadi. Dalam penelitian ini dilakukan pengecekan kalibrasi alat pengukur debit pada hydraulic bench. Kalibrasi alat ukur debit dilakukan untuk mengetahui apakah debit yang terbaca pada hydraulic bench sama dengan yang dialirkan oleh pompa. Sehingga diketahui bahwa alat ukur debit pada hydraulic bench berfungsi baik. Kalibrasi debit dilakukan sebagai berikut:

commit to user



1.

Menghidupkan pompa setelah hydraulic bench terisi cukup oleh air untuk membuat sirkulasi aliran.

2.

Membuka kran pengatur debit aliran pada skala yang diinginkan.

3.

Pengukuran debit dengan menggunakan alat ukur debit yang terdapat pada hydraulic bench, pengukuran dilakukan setelah aliran pada saluran stabil. Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut: a)

Menutup katup dimana air dari saluran akan masuk kembali ke hydraulic bench.

b) Pada saat yang bersamaan permukaan air pada pipa pengukur yang sudah ada skala volumenya akan naik, menghitung dengan stopwatch waktu yang diperlukan untuk mencapai volume yang diinginkan. c) 4.

Debit diperoleh dengan membandingkan antara volume dengan waktu.

Pengukuran debit pada aliran yang dialirkan oleh pompa. Langkahlangkahnya adalah sebagai berikut: a)

Menyiapkan ember kecil untuk menampung air.

b) Menampung air yang keluar dari saluran tetapi sebelum air masuk ke hydraulic bench. c)

Saat air mulai masuk ke ember, menghidupkan stopwatch dan mematikan stopwatch saat ember berisi air tersebut diangkat.

d) Menghitung volume air yang tertampung dalam ember dengan menggunakan gelas ukur. e)

Volume yang diperoleh dibagi waktu yang terjadi / waktu yang terbaca pada stopwatch tadi sehingga diperoleh debit aliran yang terjad i.

5.

Mengulangi kegiatan ke-2 dan kegiatan ke-3 pada beberapa variasi skala kran pengatur debit yang diinginkan.

Data diperoleh dalam bentuk tabel dan dibuat grafik dengan bantuan MS Excel sehingga didapat suatu persamaan. Data hasil kalibrasi debit dapat dilihat pada halaman Lampiran Form Kalibrasi Alat.

commit to user



3.4.3 Pengolahan Data Kalibrasi Alat Ukur Debit Inti dari kalibrasi alat ukur debit adalah mencari perbandingan debit dari alat ukur debit di hydraulic bench dengan debit yang keluar dari saluran langsung atau debit yang tertampung di ember. Perhitungan debit dari alat ukur debit di hydraulic bench membutuhkan data volume yang dicapai oleh air di dalam pipa ukur dan waktu yang ditempuhnya. Sedangkan untuk debit yang keluar dari saluran atau tertampung di ember, dibutuhkan data volume air yang tertampung di ember dan waktu yang dibutuhkan. Hasilnya kita akan mendapatkan data debit hydraulic bench (Qhb) dengan debit pompa (Qpompa) dalam beberapa variasi skala bukaan debit 7,0; 7,2; 7,4; 7,6; 7,8; 8,0; 8,2; 8,4; 8,6 dan 8,8. Data-data itu diplot dalam grafik dengan program Ms Excel, dan dicari regresinya, nilai R dan y nya. Jika R mendekati 1, maka hubungan antara Qhb dengan Qpompa adalah linear atau sama, artinya alat ukur debit di hydraulic bench bisa digunakan. Begitu juga sebaliknya, jika nilai R jauh dari 1, maka hubungan keduanya tidak linear, sehingga alat ukur debit di hydraulic bench tidak bisa digunakan. 3.4.4 Kalibrasi Alat Ukur Putaran Kincir Pengecekan dilakukan untuk mengetahui nilai pembacaan alat lebih akurat, sesuai dengan apa yang sebenarnya terjadi. Dalam penelitian ini dilakukan pengecekan kalibrasi alat pengukur jumlah putaran (rotatometer). Kalibrasi alat ukur jumlah putaran dilakukan untuk mengetahui apakah jumlah putaran yang terbaca pada rotatometer sama dengan yang jumlah putaran hasil penghitungan manual dalam 1 menit. Sehingga diketahui bahwa alat ukur jumlah putaran (rotatometer) berfungsi baik. Kalibrasi jumlah putaran dilakukan sebagai berikut: 1.

Memasang sensor pada kincir yang dihubungkan dengan rotatometer.

2.

Menghidupkan pompa setelah hydraulic bench terisi cukup oleh air untuk membuat sirkulasi aliran dan kincir dapat berputar.

commit to user



3.

Pengukuran jumlah putaran dengan menggunakan alat ukur rotatometer yaitu dengan mengamati hasil jumlah putaran kincir yang terdapat pada rotatometer.

4.

Pengukuran jumlah putaran secara langsung yaitu dengan menghitung jumlah putaran kincir yang terjadi dalam waktu 1 menit.

5.

Mengulangi kegiatan ke-3 dan kegiatan ke-4 pada beberapa variasi skala kran pengatur debit yang diinginkan.

Data diperoleh dalam bentuk tabel dan dibuat grafik dengan bantuan MS Excel sehingga didapat suatu persamaan. Data hasil kalibrasi jumlah putaran dapat dilihat pada halaman Lampiran Form Kalibrasi Alat. 3.4.5 Pengolahan Data Kalibrasi Alat Ukur Putaran Kincir Inti dari kalibrasi alat ukur putaran kincir adalah mencari perbandingan jumlah putaran dari alat ukur rotatometer dengan jumlah putaran hasil penghitungan manual. Hasilnya kita akan mendapatkan data jumlah putaran dari alat rotatometer dengan dengan jumlah putaran hasil penghitungan manual dalam beberapa variasi skala bukaan debit 7,0; 7,2; 7,4; 7,6; 7,8; 8,0; 8,2; 8,4; 8,6 dan 8,8. Data-data itu diplot dalam grafik dengan program Ms Excel, dan dicari regresinya, nilai R dan y nya. Jika R mendekati 1, maka hubungan antara jumlah putaran pada rotatometer dengan jumlah putaran hasil penghitungan manual adalah linear atau sama, artinya alat ukur rotatometer bisa digunakan. Begitu juga sebaliknya, jika nilai R jauh dari 1, maka hubungan keduanya tidak linear, sehingga alat ukur rotatometer tidak bisa digunakan. 3.4.6 Pengujian Alat dan Benda Uji Dalam pengujian benda uji, dilakukan pengujian kuat angkat kincir dalam mengangkat variasi berat sampah permukaan dalam hal ini adalah sterofoam dan plastik, karena berat sterofoam dan plastik sangat ringan maka sebagai penggantinya digunakan pemberat berupa lempengan besi, yang gunanya untuk mengetahui kuat angkat maksimum. Penelitian ini menggunakan 5 variabel penelitian yaitu variabel debit, variabel kecepatan aliran air, variabel berat,

commit to user



variabel rpm dan variabel waktu. Variabel-variabel yang digunakan dalam penelitian ini dapat di klasifikasikan sebagai berikut: 1. Variabel terikat (Dependent variable) meliputi berat, rpm dan waktu. 2. Variabel bebas (Independent variable), dalam hal ini adalah debit dan kecepatan aliran air. Terdapat 5 variabel yang digunakan dalam analisis penelitian ini. Secara operasional variabel ini dapat didefinisikan sebagai berikut: 1. Debit: Jumlah debit yang dibutuhkan untuk menaikkan kedalaman aliran sehingga kincir dapat tercelup oleh air dan bisa berputar (m 3/dt). 2. Kecepatan aliran air: Kecepatan aliran air akan dihitung dengan cara analisis karena kedalaman yang tidak memungkinkan untuk menggunakan alat current meter (m/dt). 3. Berat: Pemberat berupa kepingan logam yang diletakkan pada kincir pengangkat guna memperoleh kuat angkat maksimum (gram). 4. Rpm: Adalah putaran yang dihasilkan o leh kincir per satuan waktu, dalam hal ini per menit. Rpm dihitung untuk menganalisis jumlah putaran kincir (rpm). 5. Waktu: Waktu d iukur dengan menggunakan stopwatch, yang gunanya untuk menghitung dan mengetahui berapa debit yang d ibutuhkan sehingga mampu memutar kincir air (detik). 3.4.6.1

Pengujian Putaran Kincir

Pengujian putaran kincir dilakukan pada saat kincir bekerja. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui jumlah putaran yang dihasilkan kincir pada saat mengangkat beban dengan menggunakan alat uji rotatometer. 1. Menyiapkan kincir yang akan diuji. 2. Meletakkan/mengatur kincir di alat Multi Purpose Teching Flume. 3. Memasang sensor magnetic ke kincir dan dihubungkan dengan rotatometer. 4. Menyalakan pompa sehingga air mengalir pada open flume dan kincir bisa berputar. 5. Menyalakan rotatometer kemudian membaca angka yang muncul pada layar dan mencatat jumlah putaran yang dihasilkan selama 1 menit.

commit to user



6. Mengulangi langkah 4 dan 5 sebanyak lima kali untuk memperoleh hasil yang lebih akurat. 3.4.6.2 Pengujian Daya Angkat Kincir 1. Pada percobaan ini variasi berat beban yang digunakan adalah 25 gr, 50 gr, 75 gr, 100 gr, 125 gr, 150 gr, 175 gr, 200 gr, 225 gr, 250 gr, 275 gr, 300 gr. 2. Pemberat dipasang pada salah satu permukaan plat atau sudu kincir pengangkat sampah. 3. Saat kincir mulai berputar, maka diperhatikan apakah mampu mengangkat beban yang terpasang. 4. Mencatat beban apabila kincir mampu mengangkat beban tersebut. 5. Mengulangi langkah 2, 3, dan 4. 3.4.7 Pengolahan Data Pengolahan data merupakan proses analisis dari data hasil penelitian yang didapat melalui percobaan. Data yang didapat melalui percobaan dianalisis mengacu pada rumus-rumus yang telah dicantumkan pada Bab 2 yang terdapat pada landasan teori. 1. Kecepatan Tangensial Kincir (U) Kecepatan tangensial kincir air dapat diperoleh dengan persamaan berikut: U= 2. Kecepatan Relatif Kincir (W) Kecepatan relatif kincir air dihitung dengan persamaan berikut: W 2 = C2 +U2 – 2.C.U 3. Gaya (F) Pada Kincir Perhitungan gaya yang diakibatkan oleh aliran air pada kincir dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut: F = xAxVx V

v

Dengan substitusi kecepatan relatif turbin air (W) pada (V-v), persamaan menjadi sebagai berikut: F

xAxVxW

commit to user



4. Kerja yang dilakukan oleh aliran air pada kincir (K) Untuk menghitung kerja yang dilakukan oleh aliran air pada kincir digunakan persamaan sebagai berikut: K

A . V . (V-v) . v

Substitusi kecepatan relatif W untuk mengganti (V-v), sehingga persamaannya menjadi: K

A.V.W.v

5. Laju aliran air (G) Untuk menghitung laju aliran air digunakan persamaan sebagai berikut: G = (b.h.V). 6. Daya (P) Pada Kincir Besarnya daya yang dihasilkan kincir dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut: P = K .G 3.4.8

Langkah Penelitian

Langkah penelitian bisa dilihat dalam Gambar 3-6, 3-7, dan 3-8:

commit to user



Mulai Setting flume

Memberikan aliran pada flume hingga air melimpas dan mengatur skala bukaan

Pengamatan debit melalui hydraulic bench Pengamatan debit melalui pompa Mencatat hasil pengamatan (skala bukaan, volume dan waktu)

Menghitung debit melalui hydraulic bench dan pompa Membandingkan debit melalui hydraulic bench dan pompa pada tiap skala bukaan

R2

Tidak

1

Ya Selesai

Gambar 3-6 Diagram Alir Kalibrasi Alat Ukur Debit

commit to user



Mulai Setting kincir air

Memberikan aliran pada flume hingga air melimpas dan kincir berputar

Pengamatan jumlah putaran melalui rotatometer Pengamatan jumlah putaran dengan cara langsung (manual) Mencatat hasil pengamatan: Jumlah putaran per menit Membandingkan jumlah putaran dari rotatometer dengan hasil pengamatan langsung (manual)

Tidak

R2 1

Ya Selesai

Gambar 3-7 Diagram Alir Kalibrasi Alat Ukur Putaran

commit to user



Mulai

Persiapan

Perencanaan Bentuk dan Dimensi Kincir Air pengangkat sampah

Pembuatan Kincir air pengangkat Sampah

Setting alat multi purpose teching flume

Penyetelan kincir air pengangkat sampah pada flume dan pemasangan alat untuk pengujian putaran

Pengaliran pada flume dan kincir bisa berputar dengan debit Q1= 2,23 l/dt; Q2 = 2,43 l/dt; Q3 = 2,69 l/dt Q1 Pengujian kuat angkat kincir pengangkat sampah menggunakan 12 variasi pembebanan (B = 25 gr, 50 gr, 75 gr, 100 gr, 125 gr, 150 gr, 175 gr, 200 gr, 225 gr, 250 gr, 275 gr, 300 gr) Qn+1

B = 25 gr

Mencatat hasil pengamatan: jumlah putaran kincir, beban, dan kedalaman aliran air

Ya

Qn

Q3

Tidak A

commit to user

B



A

B

Ya B

300 gr

Tidak

Analisis Data dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Gambar 3-8 Diagram Alir Penelitian

commit to user



BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1

Kalibrasi Alat Uji Penelitian

Ketelitian dan ketepatan hasil suatu penelitian ilm iah, terutama penelitian yang menggunakan model laboratorium, dipengaruhi oleh baik tidaknya kondisi alat pengujian atau model, untuk itu perlu dilakukan kalibrasi alat. 4.1.1 Kalibrasi Alat Ukur Debit Ketebalan aliran di flume yang relatif kecil menyebabkan baling-baling current meter tidak dapat tenggelam dalam air secara keseluruhan, maka pengukuran kecepatan menggunakan current meter tidak dapat digunakan. Kalibrasi alat ukur debit dilakukan untuk mengetahui apakah debit yang terbaca pada hydraulic bench sama dengan yang dialirkan oleh pompa. Dengan demikian, alat ukur debit pada hydraulic bench diketahui berfungsi baik. Besaran debit dapat dihitung sebagai berikut: 1. Pengukuran debit dengan menggunakan hydraulic bench (Q hb) Alat hydraulic bench dapat dilihat pada Gambar 4-1:

Gambar 4-1. Alat ukur debit hydraulic bench

commit to user 34



Perhitungan debit terukur pada hydraulic bench (Qhb) =

5000 cm3

dan t 1 = lama waktu pengamatan alat ukur =

31,56 dt

Dengan V = volume air

= 158,43 cm 3/dt Jadi, debit terukur (Qhb ) pada skala bukaan 7,00 mm adalah 158,43 cm 3 /dt. Untuk selanjutnya besaran debit pada hydraulic bench ditunjukkan pada Tabel 4-1. Tabel 4-1. Data Pengamatan Debit pada Hydraulic Bench Skala No. Bukaan (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7.00 7.20 7.40 7.60 7.80 8.00 8.20 8.40 8.60 8.80

Volume

t

(cm3) 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000

(dt) 31.56 23.68 12.32 8.64 6.24 5.48 3.57 2.24 2.06 1.86

Q hb (cm3/dt) 158.43 211.15 405.84 578.70 801.28 912.41 1400.35 2234.82 2430.72 2693.97

2. Pengukuran debit pada aliran yang dialirkan oleh pompa (Qpompa) Pengambilan data disesuaikan dengan skala bukaan debit. Pengukuran ini mengganti tampungan air yang telah digunakan pada pengukuran sebelumnya (hydraulic bench) dengan penampung air (ember). Perhitungan debit terukur pada pompa (Qpompa) Dengan V = volume air

=

3100 cm3

dan t 1 = lama waktu pengamatan alat ukur

=

21,29 dt

commit to user



= 145,62 cm 3/dt Jadi, debit pada pompa (Qpompa) pada skala bukaan 7,00 mm adalah 145,62 cm 3 /dt. Untuk selanjutnya besaran debit pada pompa ditunjukkan pada Tabel 4-2. Tabel 4-2. Data Pengamatan Debit pada Pompa

No.

Skala bukaan (mm)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7.00 7.20 7.40 7.60 7.80 8.00 8.20 8.40 8.60 8.80

Volume

t

Q pompa

(cm3) 3100 2900 3200 3100 3300 3300 3400 3200 2900 2900

(dt) 21.29 14.27 8.42 5.51 4.06 3.79 2.46 1.61 1.23 1.12

(cm3/dt) 145.62 203.17 379.94 562.75 813.67 871.08 1382.11 1992.04 2358.24 2583.98

Berdasarkan data pengamatan di atas didapat lengkung hubungan antara Qhb dan Qpompa yang ditampilkan pada Gambar 4-2. Sesuai dengan grafik yang diperoleh dengan bantuan Ms. Excel diperoleh persamaan y = 0,943x + 12,89, dengan nilai R² = 0,996.

commit to user



3000 y = 0.9439x + 12.891 R² = 0.9965

2500 2000 1500 1000 500 0 0

500

1000

1500 2000 Q pompa

2500

3000

Gambar 4-2. Hubungan Antara Q hb dan Qpompa Dari Gambar 4-2 diperoleh nilai korelasi sebesar 0,996. Nilai ini mendekati 1, maka hubungan antara Qhb dengan Q pompa adalah linear atau sama, artinya alat ukur debit di hydraulic bench dapat digunakan. 4.1.2 Kalibrasi Alat Ukur Putaran Kincir Rancangan prototype kincir air pengangkat sampah dengan satu kincir penggerak dapat dilihat pada Gambar 4-3:

Gambar 4-3. Prototype Kincir Air Pengangkat Sampah Dengan Satu Kincir Penggerak

commit to user



Kalibrasi rotatometer dilakukan untuk mengetahui apakah jumlah putaran (rpm) yang terbaca pada rotatometer sama dengan putaran sesungguhnya dalam jangka waktu 1 menit, sehingga d iketahui bahwa rotatometer berfungsi baik. Jumlah putaran kincir dapat dihitung sebagai berikut: 1. Pengukuran rpm dengan menggunakan rotatometer Pengambilan data dilakukan dengan cara mencatat jumlah putaran kincir yang dihasilkan oleh rotatometer. Jumlah putaran pada rotatometer ditunjukkan pada Tabel 4-3. Tabel 4-3. Data hasil pengamatan putaran (rpm) pada rotatometer NO 1 2 3

Debit l/dt 2.23 2.43 2.69

Waktu detik 60 60 60

rotatometer 1 2 3 4 27.5 28 28 28 29.5 29 29.5 29.5 33.5 32.5 34 32.5

5 27.5 28.5 34

rpm Total 139 146 166.5

rpm Rerata 27.8 29.2 33.3

2. Pengukuran rpm dengan cara perhitungan manual Pengambilan data dilakukan dengan cara menghitung jumlah putaran kincir dalam jangka waktu 60 detik. Jumlah putaran dengan perhitungan manual ditunjukkan pada Tabel 4-4. Tabel 4-4. Data Pengamatan putaran dengan cara manual NO 1 2 3

Debit l/dt 2.23 2.43 2.69

Waktu detik 60 60 60

1 28 32 30

Perhitungan Manual 2 3 4 28 30 30 29 29 30 29 34 33

5 29 30 34

rpm Total 145 150 160

rpm Rerata 29 30 32

Berdasarkan data pengamatan di atas didapat lengkung hubungan antara jumlah putaran pada rotatometer dan jumlah putaran dengan perhitungan manual yang ditampilkan pada Gambar 4-4. Sesuai dengan grafik yang d iperoleh dengan bantuan Ms. Excel diperoleh persamaan y = 0,532x + 14,30, dengan nilai R² = 0,992.

commit to user



35

Rotatometer

33 y = 0.5324x + 14.307 R² = 0.9926 31

29

27 27

28

29

30 31 32 Perhitungan Manual

33

34

35

Gambar 4-4. Hubungan Antara Jumlah Putaran pada Rotatometer dan Pengamatan Manual Dari Gambar 4-4 diperoleh nilai korelasi sebesar 0,992. Nilai ini mendekati 1, maka hubungan antara hubungan antara jumlah putaran pada rotatometer dan pengamatan manual adalah linear atau sama, artinya rotatometer dapat digunakan. 4.2

Analisis Kecepatan Aliran Air

Perhitungan kecepatan aliran air diperoleh dengan persamaan sebagai berikut: V= = 2,23 l/dt = 2,23 x 10-3 m3 /dt

dengan, Q = Debit open flume A = Luas penampang basah

= 0,22 m x 0,04 m = 0,0088 m2 = 0,01 m2

maka,

V=

= 0,25 m/dt

Jadi, aliran air dengan debit 2,23 l/dt memiliki kecepatan 0,25 m/dt. Hasil perhitungan kecepatan aliran selengkapnya ditampilkan pada Tabel 4-7.

commit to user



Tabel 4-5. Hasil Analisis Kecepatan Aliran Open Flume Debit

Debit

l/dt 1

NO

Luas Penampang Basah

V Air

m3/dt

B m

H m

2.23

0.0022

0.22

0.04

0.25

2

2.43

0.0024

0.22

0.042

0.26

3

2.69

0.0027

0.22

0.045

0.27

m/dt

Keterangan tabel: (Debit) debit hydraulic bench; (H) kedalaman aliran air; (B) lebar aliran air; (V air) kecepatan aliran air

4.3

Analisis Putaran Kincir

Penelitian ini menggunakan kincir air tipe undershot dengan sudu datar yang berdiameter 19 cm dengan panjang sudu 8 cm dan lebar sudu 8 cm. Kincir diletakkan pada open flume yang diberi aliran air, sehingga dapat berputar pada debit dan kecepatan aliran tertentu. Pada percobaan ini kincir dapat berputar dengan lancar dan tidak tersendat hanya pada tiga ukuran debit, yaitu 2,23 l/dt, 2,43 l/dt, dan 2,69 l/dt. Masing-masing debit menghasilkan kecepatan aliran 0,25 m/dt, 0,26 m/dt, dan 0,27 m/dt. Sehingga perhitungan putaran kincir hanya dilakukan pada tiga ukuran debit tersebut. 4.3.1 Rotation Per Minute (RPM) Kincir Pembacaan jumlah putaran (rpm) dilakukan untuk mengetahui banyaknya putaran kincir pada debit dan kecepatan aliran tertentu. Banyaknya putaran kincir juga dipengaruhi oleh beban yang diberikan pada kincir pangangkat sampah. Data hasil percobaan rpm kincir ditampilkan pada Tabel 4-5.

commit to user



Tabel 4-6. Hasil Percobaan Rpm Kincir DEBIT l/dt 2.23

H cm 4

C m/dt 0.25

2.43

4.2

0.26

2.69

4.5

0.27

BEBAN gr 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

rpm 27.5 27.5 27.5 27 27 27 27 27 27 26.5 26 25.5 25 29.5 29 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28 28 27.5 26.5 33.5 32 31.5 31 30.5 30 30 30 30 30 30 29.5 28.5

28 28 28 28 28 27.5 27.5 27.5 27 27 26 25.5 25 29 29 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 27.5 32.5 32 31 30.5 30 30 30 30 29.5 29.5 29.5 29 28

28 27.5 27.5 27.5 27.5 27 27 27 26.5 26.5 26.5 26.5 26 29.5 29.5 29.5 29.5 29 29 29 28.5 28.5 28.5 28.5 28 27 34 32 31.5 31 30.5 30 30 30 30 30 30 29.5 29

28 28 28 28 28 27.5 27.5 27 27 27 26.5 26 25.5 29.5 29.5 29.5 29 29 29 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28 32.5 32 31 30.5 30.5 30.5 30.5 30 30 30 29.5 29.5 29

27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27 27 27 27 26.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28 28 28 28 28 27.5 34 30 30 30 30 30 29.5 29.5 29.5 29 29 28.5 28

rpm Rerata 27.8 27.7 27.7 27.6 27.6 27.3 27.3 27.2 26.9 26.8 26.4 26.1 25.6 29.2 29.1 28.9 28.8 28.7 28.7 28.6 28.4 28.4 28.3 28.3 28.1 27.3 33.3 31.6 31 30.6 30.3 30.1 30 29.9 29.8 29.7 29.6 29.2 28.5

Keterangan tabel: (Deb it) debit hydraulic bench; (H) kedalaman aliran air; (C) kecepatan aliran; (Beban) pembebanan yang diberikan pada kinc ir pengangkat; (rpm) jumlah putaran kinc ir hasil pengamatan pada rotatometer.

commit to user



Dari Tabel 4-5 diperoleh hubungan antara jumlah putaran kincir dengan kecepatan aliran dan juga beban yang diberikan pada kincir pengangkat seperti yang ditampilkan pada Gambar 4-5:

Jumlah Putaran Kincir (RPM)

Hubungan Antara Jumlah Putaran Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15

Kecepatan I Kecepatan II Kecepatan III

0

50 100 150 200 250 300 Beban Kincir Pengangkat (gram)

350

Gambar 4-5. Hubungan Antara Jumlah Putaran Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat Dari Gambar 4-5 diketahui bahwa jumlah putaran kincir (rpm) berbanding terbalik dengan berat pembebanan. Semakin berat beban yang diberikan, maka jumlah putaran semakin berkurang. Selain itu jumlah putaran kincir (rpm) berbanding lurus dengan kecepatan aliran. Semakin besar kecepatan aliran, maka jumlah putaran kincir yang terjadi semakin banyak.

commit to user



4.3.2 Analisis Kecepatan Tangensial Kincir (U) Hasil perhitungan rpm diatas kemudian digunakan untuk analisis kecepatan kincir dengan menggunakan Persamaan (2.2) sebagai berikut. U= dengan, U

= Kecepatan Tan gensial

D

= Diameter kincir

= 19 cm = 0,19 m

n

= jumlah rpm

= 27,5

U=

= 0,27 m/dt

Jadi, kecepatan kincir pada debit 2,23 l/dt dan kecepatan aliran 0,25 m/dt dengan pembebanan 0 gr adalah 0,27 m/dt. Hasil analisis kecepatan kincir selengkapnya disajikan dalam Tabel 4-6.

commit to user



Tabel 4-7. Hasil Analisis Kecepatan Kincir DEBIT l/dt 2.23

H cm 4

C m/dt 0.25

2.43

4.2

0.26

2.69

4.5

0.27

BEBAN gr 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.26 0.26 0.25 0.25 0.29 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.26 0.33 0.32 0.31 0.31 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.28

Kecepatan Tange nsial Kincir m/dt 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.28 0.28 0.27 0.28 0.28 0.27 0.28 0.28 0.27 0.28 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.26 0.27 0.27 0.26 0.27 0.26 0.26 0.26 0.25 0.26 0.26 0.25 0.26 0.25 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.28 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.27 0.28 0.32 0.34 0.32 0.32 0.32 0.32 0.31 0.31 0.31 0.30 0.31 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.30 0.30 0.29 0.30 0.30 0.29 0.30 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29

Keterangan tabel: (U) kecepatan tangensial kincir.

commit to user

0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.26 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.34 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.28

U m/dt 0.28 0.28 0.28 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.26 0.26 0.25 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.33 0.31 0.31 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.29 0.28



Dari Tabel 4-6 diperoleh hubungan antara kecepatan tangensial kincir dengan kecepatan aliran dan juga beban yang diberikan pada kincir pengangkat seperti yang ditampilkan pada Gambar 4-6:

Kecepatan Tangensial Kincir (m/dt)

Hubungan Antara Kecepatan Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan 0.35 0.33 0.31 0.29 0.27 0.25 0.23 0.21 0.19 0.17 0.15

Kecepatan I Kecepatan II Kecepatan III

0


350

Gambar 4-6. Hubungan Antara Kecepatan Tangensial Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat Dari Gambar 4-6 diketahui bahwa kecepatan tangensial kincir berbanding terbalik dengan pembebanan, semakin berat pembebanan yang diberikan maka kecepata tangensial kincir semakin berkurang. Selain itu kecepatan tangensial kincir berbanding lurus dengan kecepatan aliran. Semakin besar kecepatan aliran, maka kecepatan tangensial kincir yang terjadi semakin tinggi.

commit to user



4.4

Analisis Kecepatan Relatif (W)

Kecepatan relatif yang terjadi pada kincir air dapat dilihat pada Gambar 4-7:

Gambar 4-7. Kecepatan relatif pada kincir Dari hasil analisis kecepatan kincir dan kecepatan aliran dapat diperoleh kecepatan relatif (W) antara keduanya dengan Persamaan (2.3) sebagai berikut: W 2 = C 2 + U2 - 2 C Dengan C U

= Kecepatan aliran air

= 0,25 m/dt

= Kecepatan tangensial kincir

= 0,28 m/dt

= Sudut yang terjadi antara C dan U = 00

maka, W 2 = 0,252 + 0,282 - 2 x 0,25 x 0,28 x Cos 0 0 W 2 = 0,0005 m/dt W = 22,72 x 10 -3 m/dt Jadi, kecepatan relatif antara kecepatan kincir dan kecepatan aliran pada debit 2,23 l/dt dan kecepatan aliran 0,25 m/dt dengan pembebanan 0 gr adalah 22,72 x 10-3 m/dt. Hasil analisis kecepatan relatif selengkapnya disajikan pada Tabel 4-8:

commit to user



Tabel 4-8. Hasil Analisis Kecepatan Relatif (W) DEBIT

H

BEBAN

U

C

l/dt

cm

gr

m/dt

m/dt

2.23

4

4.2

2.69

4.5

0.28 0.28 0.28 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.26 0.26 0.25 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.33 0.31 0.31 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.29 0.28

0.25

2.43

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

0.26

0.27

W -3

x10 m/dt 22.72 21.73 21.73 20.73 20.73 17.75 17.75 16.75 13.76 12.77 8.79 5.80 0.83 27.54 26.55 24.56 23.56 22.57 22.57 21.57 19.58 19.58 18.59 18.59 16.60 8.63 59.30 42.38 36.41 32.43 29.44 27.45 26.45 25.46 24.46 23.47 22.47 18.49 11.53

Keterangan tabel: (Deb it) debit hydraulic bench; (H) kedalaman aliran air; (Beban) pembebanan yang diberikan pada kincir pengangkat; (U) kecepatan tangensial kincir; (C) kecepatan aliran air; (W) kecepatan relatif kincir.

commit to user



Dari Tabel 4-8 diperoleh hubungan antara kecepatan relatif dari kecepatan aliran air dan kecepatan tangensial kincir, dengan kecepatan aliran dan juga beban yang diberikan pada kincir pengangkat seperti yang ditampilkan pada Gambar 4-8:

Kecepatan Relatif (m/dt)

Hubungan Antara Kecepatan Relatif Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan 0.07 0.06 0.05 0.04

Kecepatan I

0.03

Kecepatan II

0.02

Kecepatan III

0.01 0.00 0


350

Gambar 4-8. Hubungan Antara Kecepatan Relatif Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat Dari Gambar 4-8 diketahui bahwa kecepatan relatif berbanding terbalik dengan pembebanan, semakin berat pembebanan yang diberikan maka kecepata relatif semakin berkurang. Selain itu kecepatan relatif berbanding lurus dengan kecepatan aliran. Semakin besar kecepatan aliran, maka kecepatan relatif yang terjadi semakin tinggi.

commit to user



4.5

Analisis Daya Kincir

Sampel analisa daya yang dihasilkan oleh kincir dapat diperoleh dengan perhitungan sebagai berikut: Dengan kecepatan aliran

: C = 0,25 m/dt

dan putaran kincir

: n = 27,8 rpm

1. Kecepatan Linier /Tangensial (U) U

x x

U

2. Gaya (F) Pada Kincir Perhitungan gaya yang diakibatkan oleh aliran air pada kincir dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.6) berikut: F = xAxVx V

v

Dengan substitusi kecepatan relatif turbin air (W) pada (V-v), persamaan menjadi sebagai berikut: F

xAxVxW

dengan:

= 1000 gr/m3 A = Luas penampang plat/sudu

= 0,08 m x 0,08 m = 6,4 x 10-3 m2

V = Kecepatan aliran air

= 0,25 m/dt

W = Kecepatan relatif

= 0,02 m/dt

Maka, F

F

x6,4 x 10 -3 x x

x

commit to user



3. Kerja yang dilakukan oleh aliran air pada kincir (K) Untuk menghitung kerja yang dilakukan oleh aliran air pada kincir digunakan Persamaan (2.7) sebagai berikut: K

a V (V-v) v

Substitusi kecepatan relatif W untuk mengganti (V-v), sehingga persamaannya menjadi: K

a V

v

K=F.v K=

x

x

= 10,22 x10-3 Nm

4. Laju aliran air (G) Untuk menghitung laju aliran air digunakan Persamaan (2.10) sebagai berikut: G = (b.h.V ). G = 2,23 x10-3 m3 /dt x 1000 kg/m3 = 2,23 kg/dt 5. Daya (P) Pada Kincir Besarnya daya yang dihasilkan kincir dapat dicari dengan Persamaan (2.11) sebagai berikut: P = K .G P

x

P

x

x

= 22,79 x10-3 watt

Bila dikonversikan kedalam besaran tenaga kuda (Horse Power) akan menjadi: P

HP

Maka daya kincir yang dihasilkan untuk debit 2,23 l/dt dan kecepatan aliran 0,25 m/dt dengan pembebanan 0 gr adalah

. Hasil analisis daya

yang dihasilkan oleh kincir selengkapnya ditampilkan pada Tabel 4-9:

commit to user



Tabel 4-9. Hasil Analisis Daya Kincir (P) DEBIT -4

3

H

x10 m /dt 2.23

cm 4

2.43

4.2

2.69

4.5

BEBAN gr 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

W -3

F -3

x10 m/dt x10 N 22.72 36.93 21.73 35.31 21.73 35.31 20.73 33.69 20.73 33.69 17.75 28.84 17.75 28.84 16.75 27.22 13.76 22.37 12.77 20.75 8.79 14.28 5.80 9.43 0.83 1.34 27.54 46.37 26.55 44.7 24.56 41.35 23.56 39.67 22.57 38 22.57 38 21.57 36.32 19.58 32.97 19.58 32.97 18.59 31.29 18.59 31.29 16.6 27.94 8.63 14.54 59.3 103.27 42.38 73.8 36.41 63.4 32.43 56.47 29.44 51.27 27.45 47.8 26.45 46.07 25.46 44.34 24.46 42.6 23.47 40.87 22.47 39.14 18.49 32.2 11.53 20.07

K -3

x10 Nm 10.22 9.73 9.73 9.26 9.26 7.84 7.84 7.37 5.99 5.54 3.75 2.45 0.34 13.48 12.95 11.89 11.37 10.85 10.85 10.34 9.32 9.32 8.81 8.81 7.81 3.95 34.22 23.21 19.56 17.2 15.46 14.32 13.76 13.19 12.64 12.08 11.53 9.36 5.69

G kg/dt 2.23

2.43

2.69

P -5

x10 HP 3.06 2.92 2.92 2.77 2.77 2.35 2.35 2.21 1.79 1.66 1.12 0.73 0.10 4.39 4.22 3.88 3.71 3.54 3.54 3.37 3.04 3.04 2.87 2.87 2.55 1.29 12.36 8.39 7.07 6.21 5.59 5.17 4.97 4.77 4.56 4.36 4.17 3.38 2.06

Keterangan tabel: (Deb it) debit hydraulic bench; (H) kedalaman aliran air; (Beban) pembebanan yang diberikan pada kincir pengangkat; (F) gaya pada kincir; (K) kerja yang dilakukan pancaran pada kincir; (G) laju aliran air; (P) daya pada kincir.

commit to user



Dari Tabel 4-9 diperoleh hubungan antara daya yang dihasilkan oleh kincir dengan kecepatan aliran dan juga beban yang diberikan pada kincir pengangkat seperti yang ditampilkan pada Gambar 4-9:

Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan 1.40E-04 Daya Kincir (HP)

1.20E-04 1.00E-04 8.00E-05 Kecepatan I 6.00E-05

Kecepatan II

4.00E-05

Kecepatan III

2.00E-05 0.00E+00 0

50 100 150 200 250 300 350 Beban Kincir Pengangkat (gram)

Gambar 4-9. Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang Diberikan Pada Kincir Pengangkat Dari Gambar 4-9 diketahui bahwa daya yang dihasilkan kincir berbanding terbalik dengan beban yang diberikan. Semakin ringan beban yang diberikan berarti putaran kincir semakin banyak, maka semakin besar daya yang dihasilkan oleh kincir tersebut. Selain itu daya berbanding lurus dengan kecepatan aliran air, semakin besar kecepatan aliran air, maka daya yang dihasilkan semakin besar.

commit to user



BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Alat kincir pengangkat sampah permukaan memanfaatkan tenaga air mampu mengangkat sampah berupa plastik, potongan triplek, dan sterofoam. Kemampuan alat ini sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran. Apabila kecepatan aliran terlalu rendah maka kincir tidak dapat berputar. 2. Besarnya debit dan kecepatan aliran air sangat berpengaruh terhadap jumlah putaran kincir (rpm) dan kecepatan tangensial kincir. Jumlah rpm untuk debit 2,23 l/dt, 2,43 l/dt, dan 2,69 l/dt, kecepatan aliran 0,25 m/dt, 0,26 m/dt, dan 0,27 m/dt dengan pembebanan 300 gr berturut-turut adalah 25,6 putaran, 27,3 putaran, dan 28,5 putaran, sedangkan besar kecepatan tangensial kincir berturut-turut adalah 0,25 m/dt, 0,27 m/dt, dan 0,28 m/dt. Besarnya daya yang dihasilkan pada debit 2,23 l/dt, 2,43 l/dt, dan 2,69 l/dt dengan beban 300 gr berturut-turut adalah 0,10 x 10-5 HP, 1,29 x 10-5 HP, dan 2,06 x 10-5 HP. 3. Alat kincir pengangkat sampah memanfaatkan tenaga air dengan satu kincir penggerak lebih efektif dan efisien dibandingkan dengan Sistem ME-H dan Baltimore’s Waterwheel, karena tenaga penggeraknya murni menggunakan tenaga air dan sistem kerjanya lebih sederhana. 5.2

Saran

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan saran yang dapat disampaikan: 1. Pemilihan laker dan as untuk rangkaian kincir sebaiknya diperhatikan, karena ringan atau beratnya putaran laker sangat berpengaruh pada kemampuan berputar kincir. 2. Prototype kincir pengangkat sampah tidak skalatis karena keterbatasan alat di laboratorium, dana, dan waktu penelitian, sehingga sebaiknya kincir dicoba untuk dibuat secara full scale dengan aliran air yang lebih besar atau pada saluran yang sesungguhnya agar hasil yang didapat lebih maksimal.

commit to user 53



3. Kincir penggerak bisa terganggu oleh sampah yang terdapat pada aliran air, oleh karena itu sebaiknya melakukan pemodelan kincir penggerak dengan variasi yang lain sehingga kincir penggerak tidak terganggu oleh sampah dan bisa diperoleh model kincir pengangkat sampah yang lebih baik lagi. 4. Alat kincir pengangkat sampah masih sebatas mengangkat sampah. Sehingga proses selanjutnya untuk sampah yang telah diangkat bisa dikaji lebih lanjut dan bisa disinkronisasikan dengan sistem pembuangan sampah yang telah ada.

commit to user

KINCIR AIR PENGANGKAT SAMPAH PERMUKAAN DAN MELAYANG MEMANFAATKAN TENAGA AIR DENGAN SATU KINCIR PENGGERAK

Recommend Documents