PENGARUH MODIFIKASI AERATOR KINCIR TIPE PEDAL LENGKUNG PADA PENINGKATAN KADAR OKSIGEN AIR
Oleh: SARI ROSMAWATI F14102049
2009 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENGARUH MODIFIKASI AERATOR KINCIR TIPE PEDAL LENGKUNG PADA PENINGKATAN KADAR OKSIGEN AIR
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : SARI ROSMAWATI F14102049
2009 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENGARUH MODIFIKASI AERATOR KINCIR TIPE PEDAL LENGKUNG PADA PENINGKATAN KADAR OKSIGEN AIR
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : SARI ROSMAWATI F14102049 Dilahirkan pada tanggal 9 April 1984 Di Bandung
Disetujui, Bogor, Februari 2009
Dr.Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr Dosen Pembimbing Akademik Mengetahui,
Dr.Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen Teknik Pertanian
RINGKASAN
SARI ROSMAWATI. F14102049. Pengaruh Penggunaan Aerator Kincir Tipe Pedal Lengkung pada Peningkatan Kadar Oksigen Air. Di bawah bimbingan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Oksigen yang terkandung dalam air disebut oksigen terlarut (Dissolved oxygen atau DO) jumlahnya dapat berkurang disebabkan oleh beberapa hal antara lain: respirasi hewan dan tumbuhan (seperti tanaman air dan alga), dekomposisi bahan organik yang membutuhkan oksigen, reduksi yang disebabkan oleh gas-gas lainnya di dalam air. Untuk itu perlu digunakan alat-alat aerasi untuk menghindari kekurangan oksigen dalam air. Tujuan dari aerator kincir adalah untuk memperluas kontak antara udara dan air yaitu saat air disemburkan ke udara dan untuk mempermudah udara masuk ke dalam air yaitu saat pedal bergerak masuk ke dalam air. Aerator kincir merupakan alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan nilai oksigen air sehingga lebih banyak oksigen yang terlarut dalam air. Kincir air bekerja mengangkat air ke udara untuk disemburkan sehingga akan memperbesar luas permukaan kontak udara dan air (Prasetia, 2005). Kincir dengan bentuk yang tidak hidrodinamis dan tidak aerodinamis akan mempunyai tahanan yang besar. Dengan adanya tahanan yang bekerja pada kincir yang berputar akan menyebabkan turunnya kecepatan putar. Dengan demikian akan mengakibatkan beberapa kerugian, diantaranya turunnya efektifitas penggunaan daya, dengan daya listrik yang sama menghasilkan kecepatan yang lebih kecil. Hal ini akan memperpanjang waktu operasi sehingga pemakaian listrik menjadi lebih besar dan penggunaan jam kerja lebih panjang. Pengembangan prototipe kincir pedal lengkung telah dilakukan uji fungsional terhadap kinerjanya menunjukkan bahwa konsumsi energi dapat diturunkan namun tetap menghasilkan aerasi yang efektif (Prasetia, 2005). Aerator tersebut terbukti mampu bekerja dengan baik, namun pada penelitian tersebut belum dilakukan pengujian mengenai pengaruh aerasi terhadap peningkatan oksigen terlarut dalam air yaitu uji lapang di kolam dengan beban ikan. Selain itu, sistem transmisi hasil penelitian tersebut dinilai masih belum memadai sehingga masih perlu dimodifikasi lagi sehingga kecepatan kincir dapat ditingkatkan. Dalam penelitian ini akan diuji kincir pedal lengkung (Radite 2006)yang telah dimodifikasi berdasarkan penelitian sebelumnya (Radite 2003) yang telah ada sebagai satu pilihan alat aerasi sehingga diharapkan dapat memenuhi kebutuhan masyarakat akan alat aerasi yang murah dan berkualitas. Penelitian ini bertujuan untuk memodifikasi dan mengukur kinerja aerator kincir tipe pedal lengkung yang dikembangkan sebelumnya yaitu dengan cara mengukur peningkatan kadar oksigen terlarut (DO) dalam air kolam, distribusi nilai oksigen terlarut di dalam kolam dan mengukur konsumsi daya listrik yang terpakai. Modifikasi dilakukan untuk meningkatkan kecepatan putar agar menghasilkan diameter semburan air ke udara lebih jauh sehingga persentase sebaran air yang dihasilkan dari diameter semburan tersebut menjadi tinggi.
Modifikasi sistem transmisi dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Pertanian IPB, Darmaga, Bogor, Jawa Barat. Pengujian lapang kincir aerator pedal lengkung dan pengujian diameter semburan dilakukan di Balai Budidaya Air Tawar (BBAT), Sukabumi, Jawa Barat. Hasil dari modifikasi transmisi diperoleh tiga kali reduksi kecepatan putar dengan menggunakan sistem transmisi rantai dan roda gigi yaitu 117 rpm, 138 rpm dan 157 rpm dari sebelumnya 83 rpm, 96 rpm dan 124 rpm. Pada penelitian pendahuluan dilakukan pengukuran oksigen terlarut untuk menentukan waktu yang tepat untuk pengoperasian kincir secara optimal, didapatkan kadar oksigen kolam tertinggi sebesar 4.87 mg/L pada titik satu, 4.57 mg/L pada titik dua, 3.63 mg/L pada titik tiga dan 5.38 mg/L pada titik empat, pada waktu pengamatan berkisar antara pukul 14.00- 16.00. Untuk kadar oksigen terendah pada titik satu sebesar 0.63 mg/L, 0.84 mg/L pada titik dua, 0.89 mg/L pada titik tiga dan 0.95 mg/L pada titik empat, pada waktu pengamatan antara 04.00-06.00. Dari hasil tersebut maka ditentukan waktu pengoperasian kincir yaitu pada pukul 20.0008.00. Pada penelitian utama dengan menggunakan aerator tipe pedal lengkung 450, jumlah lubang pada pedal adalah 20, kemiringan pedal 00 dan kecepatan putar 117 rpm, 138 rpm dan 157 rpm, dapat dihasilkan pengukuran maksimum oksigen terlarut yaitu dengan kecepatan putar 157 rpm dengan nilai 4.88 mg/L di permukaan kolam. Pengukuran minimum oksigen terlarut dengan kecepatan putar 117 rpm diperoleh nilai 2.84 mg/L di dasar kolam. Diameter semburan yang terbesar didapat pada perlakuan pedal lengkung 450, jumlah lubang pada pedal adalah 20, posisi pedal datar dan kecepatan putar 157 rpm. Diameter semburan terkecil yaitu pada perlakuan pedal lengkung 450, jumlah lubang pada pedal adalah 20, posisi pedal datar dan kecepatan putar 117 rpm. Coverage area terbesar didapat pada perlakuan dengan kecepatan putar 157 rpm yaitu seluas 410801 cm2, sedangkan coverage area terkecil dihasilkan pada kecepatan putar 117 rpm yaitu seluas 30485 cm2. Konsumsi daya listrik terkecil yang dihasilkan adalah 560 watt dengan kecepatan putar 117 rpm, sedangkan konsumsi daya listrik terbesar dihasilkan dari kecepatan putar 157 rpm yaitu 622 watt. Dari semua pengukuran yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa perlakuan pedal lengkung 450, jumlah lubang pada pedal adalah 20, posisi pedal datar dan kecepatan putar 157 rpm merupakan perlakuan yang terbaik untuk meningkatkan nilai kadar oksigen dalam kolam dibandingkan dengan dua perlakuan lainnya.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis mampu untuk menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul Pengaruh Penggunaan Aerator Kincir Tipe Pedal Lengkung pada Peningkatan Kadar Oksigen Air. Dalam skripsi ini dijelaskan mengenai pengujian aerator dengan pengaruhnya terhadap kolam dengan beban ikan yang terdapat didalamnya. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian selama kurang lebih lima bulan, terhitung mulai bulan Agustus 2006 hingga Desember 2006. Penulisan skripsi ini tidak lepas dari pihak-pihak yang senantiasa membantu penulis selama penelitian. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr., selaku dosen pembimbing akademik atas segala perhatian, arahan dan nasehatnya selama penulis melakukan penelitian dan dalam menyelesaikan penulisan skripsi. 2. Dr. Ir. I Nengah Suastawa, M.Sc., selaku dosen penguji atas segala kritik dan sarannya dalam penyempurnaan penulisan skripsi. 3. Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DEA., selaku dosen penguji atas segala kritik dan sarannya dalam penyempurnaan penulisan skripsi. 4. Balai Budidaya Air Tawar (BBAT) Sukabumi, atas segala bantuannya selama penelitian. 5. Bapak Abbas Mustofa atas segala bantuannya selama penulis melakukan penelitian. 6. Ayah, ibu dan adik penulis atas do’a restu dan dukungan moral maupun materi selama penulis melakukan studi di IPB. 7. Yossi, Sanz, Karim dan Reza yang telah membantu penulis melakukan pengujian lapang di Sukabumi.
Bogor, Januari 2009
Penulis
iv
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR .................................................................................... iv DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR TABEL . ......................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... x I. PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 A. Latar Belakang ...................................................................................... 1 B. Tujuan Penelitian...................................................................................... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 3 A. Air ........................................................................................................... 3 B. Suhu Air ................................................................................................... 3 C. Oksigen Terlarut (Dissolved Oxygen) ...................................................... 5 D. Sistem Aerasi ........................................................................................... 7 E. Transfer Oksigen ...................................................................................... 12 F. Efisiensi .................................................................................................... 13 III. METODE PENELITIAN ...................................................................... 14 A. Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................. 14 B. Alat dan Bahan ........................................................................................ 14 C. Metode Penelitian..................................................................................... 15 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 21 A. Memodifikasi sistem transmisi ................................................................ 21 B. Pengukuran oksigen terlarut ..................................................................... 23 C. Pengukuran daya listrik ............................................................................ 41 V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 43 A. Kesimpulan ............................................................................................... 43 B. Saran .......................................................................................................... 44 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 45 LAMPIRAN .................................................................................................. 47
v
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Pengaruh kadar oksigen terlarut terhadap organisme air yang ada di kolam (Boyd,1990) ……………………………………… 6
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Konsep latar belakang penelitian ...................................................... 2 Gambar 2. Desain kincir dengan efisiensi tertinggi (Boyd 1991) ...................... 11 Gambar 3. Kincir dengan bentuk pedal menyilang (Boyd 1991) ........................ 11 Gambar 4. Lokasi Peletakan Aerator (Boyd 1991).............................................. 12 Gambar 5. Lokasi Peletakan Aerator yang tepat (Boyd 1991) ........................... 12 Gambar 6. Posisi penempatan kincir................................................................... 13 Gambar 7. Model kincir ...................................................................................... 14 Gambar 8. Model pedal lengkung....................................................................... 14 Gambar 9. Model velg......................................................................................... 14 Gambar 10. Aerator (Prasetia, 2005) ................................................................... 17 Gambar 11. Modifikasi sistem transmisi ............................................................ 20 Gambar 12. Pengukuran kadar oksigen dengan tiga titik kedalaman ................. 21 Gambar 13. Pembagian kolam menjadi empat bagian........................................ 22 Gambar 14. Titik-titik pengukuran kadar oksigen pada kolam........................... 23 Gambar 15. Metode pengukuran lebar semburan ................................................ 25 Gambar 16. Metode pengukuran coverage area dan persentase sebaran ............ 26 Gambar 17. Hasil pre-test penelitian pendahuluan nilai kadar oksigen kolam ... 27 Gambar 18. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada permukaan kolam dengan kecepatan putar 117 rpm ..................... 29 Gambar 19. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada permukaan kolam dengan kecepatan putar 138 rpm ............. 30
Gambar 20. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada permukaan kolam dengan kecepatan putar 157 rpm .............. 31
Gambar 21. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada kedalaman 40 cm dari permukaan kolam dengan kecepatan putar 117 rpm ................................................................. 31 vii
Gambar 22. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada kedalaman 40 cm dari permukaan kolam dengan kecepatan putar 138 rpm ................................................................. 32
Gambar 23. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada kedalaman 40 cm dari permukaan kolam dengan kecepatan putar 157 rpm ................................................................. 32
Gambar 24. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada kedalaman 80 cm dari permukaan kolam dengan kecepatan putar 117 rpm .................................................................................. 33
Gambar 25. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada kedalaman 80 cm dari permukaan kolam dengan kecepatan putar 138 rpm .................................................................................. 34
Gambar 26. Grafik kadar oksigen terlarut pada kolam dengan kincir air pada kedalaman 80 cm dari permukaan kolam dengan kecepatan putar 157 rpm ................................................................. 34
Gambar 27. Distribusi oksigen di permukaan pada 117 rpm .............................. 36 Gambar 28. Distribusi oksigen di permukaan pada 138 rpm .............................. 37 Gambar 29. Distribusi oksigen di permukaan pada 157 rpm .............................. 38 Gambar 30. Distribusi oksigen pada kedalaman 40 cm di bawah permukaan air pada 117 rpm.............................................................................. 39 Gambar 31. Distribusi oksigen pada kedalaman 40 cm di bawah permukaan air pada 138 rpm.............................................................................. 40 Gambar 32. Distribusi oksigen pada kedalaman 40 cm di bawah permukaan air pada 157 rpm.............................................................................. 41 Gambar 33. Distribusi oksigen pada kedalaman 80 cm di bawah permukaan air pada 117 rpm ................. ......................................................... 42
viii
