RANCANG BANGUN SISTEM AERATOR DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA
MUHAMMAD FACHRUDIN
SKRIPSI
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
iii
RINGKASAN MUHAMMAD FACHRUDIN. Rancang Bangun Sistem Aerator dengan Menggunakan Energi Surya. Dibimbing oleh INDRAJAYA DAN TOTOK HESTRIANTO. Tingkat kelarutan oksigen dalam kolam budidaya sangat berpengaruh dengan keberhasilan budidaya ikan, sehingga pembudidaya memerlukan aerasi untuk meningkatkan kandungan oksigenterlarut dalam kolam. Aerator yang umum digunakan oleh pembudidaya adalah aerator tipe kincir. Aerator tipe kincir dapat meningkatkan kontak arir dengan udara dan menggerakan permukaan air. Untuk menggunakan aerator tipe kincir dibutuhkan energi listrik yang cukup besar anatar 750 watt samapai denga 1000 watt, sehingga tidak dapat dimanfaatkan oleh pembudidaya kecil. Adanya daerah yang berpontensi budidaya namun terbatas oleh sarana dan prasarana listrik, oleh karena itu diadakan studi tentang suatu aerator yang memiliki daya rendah dan dapat digunakan dimana saja tanpa terbatas oleh saran dan prasaran listrik. Ketika solar panel terkena cahaya matahari, solar panel akan mengeluarkan energi listrik yang akan dikontrol oleh controller agar tegangan keluaran solar panel stabil. Controller akan memasukan energi solar panel ke aki ketika mesin tidak bekerja, yang sering disebut dengan charging atau pengisian aki. Ketika mesin bekerja, energi motor listrik akan mengambil energi melalui aki melewati controller. Hal ini menyebakkan daya yang disalurkan motor akan stabil karena disalurkan oleh controller. Pada controller keluaran tegangan listrik masih berupa tegangan DC, sedangkan motor membutuhkan tegangan AC untuk menggerakkannya. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan inverter AC to DC untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Setelah motor berputar, putaran motor akan direduksi oleh gear box yang berfungsi mengurangi kecepatan putar motor dan mengubahnya ke torsi atau kekuatan putaran. Setelah itu dimanfaatkan oleh pedal untuk mengangkat dan mengaduk air pada kolam sehingga meningkatkan kandungan oksigen terlarut pada kolam. Proses pengambilan data pada pembuatan alat aerator ini dibagi menjadi dua bagian yaitu pengambilan data konsumsi daya yang digunakan oleh aerator untuk mengaduk air pada kolam dengan menggunakan dua perlakuan dan pengambilan putaran permenit terhadap kedua perlakuan. Sistem aerator yang menggunakan energi surya dengan motor 250 watt dapat bekerja selama kurang lebih 5 jam dan daya yang dihasilkan pada aerator ini adalah sekitar 191,7 watt. Terjadi penurunan daya yang stabil pada penggunaan aki, baik pada perlakuan empat lubang tercelup maupun delapan lubang tercelup. Pada perlakuan pertama yaitu perlakuan empat lubang tercelup waktu jenuh aki terjadi pada menit ke-230 setelah itu terjadi penurunan daya yang sangat drastis dari 615,4 watt sampai menjadi 573,1 watt. Pada perlakuan kedua yaitu delapan lubang tercelup waktu jenuh aki terjadi pada menit ke-270 dengan daya yang dihasilkan sebesar 601,7 watt, kemudian turun menjadi 544,5 watt pada menit ke280. Hal ini disebabkan karena pada delapan lubang tercelup bouyansi pada mesin aerator stabil dibandingkan pada perlakuan pertama sehingga yang dikonsumsi oleh mesin lebih stabil dibandingkan pada perlakuan pertama. Putaran pada kincir masih kurang efektif, karena dipengaruhi oleh luasan permukaan pedal yang besar dan perbandingan sistem transmisi yang kurang sesuai.
viii
RANCANG BANGUN SISTEM AERATOR DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA
Oleh : MUHAMMAD FACHRUDIN C54051215
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan
SKRIPSI
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
iv
SKRIPSI
Judul Penelitian
Nama Mahasiswa Nomor Pokok Departemen
: RANCANG BANGUN SISTEM AERATOR DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA : Muhammad Fachrudin : C54051215 : Ilmu dan Teknologi Kelautan
Menyetujui, Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc. NIP. 19620324 198603 1 001
Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc. NIP. 19610410 198601 1 002
Mengetahui,
Prof. Dr. Ir. H. Setyo Budi Susilo, M. Sc. NIP. 19580909 198303 1003
v
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa Skripsi yang berjudul: RANCANG BANGUN SISTEM AERATOR DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA adalah benar merupakan hasil karya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Semua sumber data dan informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir Skripsi ini. Bogor, Juli 2011
Muhammad Fachrudin C54050428
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan berkah, rahmat dan karunia Allah SWT sehingga hanya atas ridho-Nya skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi dengan judul RANCANG BANGU SISTEM AERATOR DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc. dan Prof. Dr. Totok Hestrianto, M.Sc. sebagai dosen pembimbing, yang dengan sabar membimbing dan mengarahkan selama penelitian hingga penulisan skripsi ini dapat diselesaikan. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ir. Irzal Effendi, M.Sc selaku dosen penguji. Ucapan terima kasih sedalam-dalamnya penulis sampaikan kepada Ibunda Marsilah dan Ayahanda Sutarli serta keluarga atas dukugan dan do’a yang diberikan kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh teman dan sahabat di IPB terutama teman-teman ITK angkatan 42 atas persaudaraan dan kebersamaan selama ini.
Bogor, September 2011
Muhammad Fachrudin
vii
© Hak cipta milik Muhammad Fachrudin, tahun 2011 Hak cipta dilindungi undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya tanpa mencantumkan atau menyebut sumber. a. Pengutipan hanya kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ........................................................................................................
iii
DAFTAR TABEL ................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR.............................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN..........................................................................................
vii
PENDAHULUAN.............................…........................................................ 1.1 Latar Belakang ............................…........................................................ 1.2 Tujuan .......................................…..........................................................
1 2
II. TINJAUANPUSTAKA........…....................................................................... 2.1 Akuakultur……....................................................................................... 2.2 Oksigen Terlarut ................................................................................…. 2.3 Transfer Oksigen…................................................................................. 2.4 Sistem Aerasi........................................................................................... 2.5 Komponen-komponen pada Aerator Tipe Kincir ............................…... 2.5.1 Motor Listrik ...........….......................................................….... 2.5.2 Solar Panel… .....................................................................….... 2.5.3 Kincir…...........................................................................…....... 2.5.4 Kopling.......................…….................................................…....
3 3 4 4 6 10 10 13 15 17
III. BAHAN DAN METODE ............................................................................. 3.1 Tempat dan Waktu ..................…………............................................... 3.2 Bahan dan Alat .......................…....….................................................... 3.2.1 Bahan ...............................................…...................................... 3.2.2 Alat…......................................................................................... 3.2.3 Alat Ukur yang Digunakan........................................................ 3.3 Pelaksanaan Penelitian ........................................................................... 3.3.1 Perancangan Alat….………………………………………….. 3.3.2 Pembuatan Desain Aerator….................................................... 3.3.3 Pengumpulan Komponen.......................................................... 3.3.4 .Perakitan Komponen……..….................................................. 3.4 Cara Kerja…….….................................................................................. 3.5 Proses Pengambilan Data........................................................................ 3.5.1 Data yang Dikonsumsi oleh Mesin terhadap Aki..................... 3.5.2 Pengambilan Data Putaran Pedal (rpm)....................................
18 18 18 19 18 19 21 23 24 25 25 25 27 28 30
I.
iii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN...................................................................... 4.1 Sistem Aerator dengan Menggunakan Energy surya.............................. 4.2 Komponen Mesin Aerator Tipe Kincir................................................... 4.2.1 Kerangka Aerator...................................................................... 4.2.2 Kincir Pedal............................................................................... 4.2.3 Motor AC dan Sistem Reduksi................................................. 4.2.4 Kopling...................................................................................... 4.2.5 Bearing (Bantalan Poros)........................................................... 4.3 Sistem Solar Panel................................................................................. 4.3.1 Solar Panel................................................................................. 4.3.2 Batre (accumulator)................................................................... 4.3.3 Controler Solar Panel................................................................. 4.3.4 Inverer AC to DC...................................................................... 4.4 Pengaruh Luasan Pedal yang Tercelup Terhadap Daya Accumulator...
31 31 32 32 34 36 39 39 40 40 40 41 42 43
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan........................................................................................... 5.2 Saran.....................................................................................................
47 47 48
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................
49
DAFTAR RIWAYAT HIDUP...............................................................................
50
iv
DAFTAR TABEL
Nomor
Halaman
1. Perbandingan Daya Uji Sistem Transmisi.......…………………………......
v
38
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Halaman
1. Pompa Bawah Permukaan...............................…………………………......
8
2. Aerator Tipe Kincir.................................……………………………..........
10
3. Sumber Daya AC 1 Fase …….…………………………………………….
11
4. Sumber Daya AC 3 Fase …...……………………………….................…..
12
5. Komponen Motor …………………………………………………….……
12
6. Stator dan Motor…………………………. ….…………………………….
13
7. Pedal wheel pelton turbin …..…………………………………...…………
15
8. Digital Multy Meter ..…………………………..……………….….……..
20
……...…………………….………………..………
20
10. Amper Meter DC dan Tahanan …….………….…………………………
21
11. Diagram Pelaksanaan Penelitian …….………….…………………………
22
12. Rancangan Mesin Aerator …...……………………………………………
23
13. Desain Konstruksi Mesin Aerator ..................…………………………......
24
14. Diagram Alir Kerja Alat .........................……………………………..........
26
15. Pedal dan Jumlah Lubang yang Dicelupkan ……………………………….
28
16. Kerangka Aerator Tipe 1 …...……………………………….................…..
32
17. Kerangka Aerator Tipe 2 .…………………………………………….……
33
18. Pedal Aerator ….………………………….….…………………………….
34
19. Kelengkungan Pedal ………..…………………………………...…………
35
20. Motor AC Dilengkapi Gear box ...……………………………….….……..
37
21. Kopling pada Mesin Aerator …………………..………….………………
39
22. Inverter DC to AC 600 watt ……..……..…….…………………………
43
9. Digital Clampmeter
23. Grafik Penurunan Gaya pada Aki dengan Luasan Celupan Empat dan Delapan Lubang ………........................................................………………
vi
44
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Halaman
1. Data Konsumsi Aerator Terhadap Aki pada Perlakuan Empat Lubang Tercelup ..........................................................…………………………......
51
2. Data Konsumsi Aerator Terhadap Aki pada Perlakuan Delapan Lubang Tercelup .............………………….............................................………......
52
3. Gambar Alat Aerator ..................................................………………..........
53
4. Lokasi Uji Coba Alat ……….……………………………….…………….
53
5. Konstruksi Alat ………..…...……………………………….................…..
vii
54
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air merupakan tempat hidup dan berkembangbiak bagi ikan. Kualitas air yang baik dalam kolam dapat meningkatkan produksi ikan dalam proses budidaya. Air murni mengandung gas nintrogen, oksigen dan lain-lain. Kelarutan oksigen merupakan faktor kritis dalam budidaya ikan, sehingga akan menentukan tingkat keberhasilan dan kegagalan dalam proses tersebut. Beberapa faktor yang mempengaruhi oksigen terlarut adalah pergerakan permukaan air, suhu, tekanan udara, salinitas, dan tanaman air (Lesmana et al. 2001). Tingkat kelarutan oksigen dalam kolam sangat berpengaruh dengan keberhasilan budidaya ikan, oleh karena itu pembudidaya ikan memerlukan aerasi untuk meningkatkan kadar oksigen terlarut dalam kolam. Alat aerasi yang umum digunakan oleh pembudidaya adalah aerator. Aerator dapat meningkatkan kontak air dengan udara. Untuk menjalankan aerator dibutuhkan energi listrik sehingga dapat meningkatkan beban biaya produksi yang ditanggung oleh pembudidaya, dan juga tidak dapat digunakan pada daerah yang terbatas oleh prasarana listrik yang memiliki potensi budidaya misalnya marine culture yang berada ditengah laut dan tambak udang karena daerah terpencil. Aerator yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu aerator yang berbasis solar panel, yaitu menggunakan energi mata hari sebagai masukan energi yang akan dirubah menjadi energi listrik. Ketika solar panel terkena sinar matahari maka akan terjadi efek foto listrik sehingga panel akan menghasilkan energi listrik. Energi yang berasal dari panel tidak stabil karena bergantung pada kedudukan sinar matahari terhadap panel, oleh kerena itu dibutuhkan penstabil 1
tegangan yang akan mengatur keluar masuknya energi listrik yang disebut controler. Alat ini yang akan mengatur keluar masuknya energi listrik sehingga dapat disimpan kedalam penyimpanan energi aki (Accumulator). Controler juga berfungsi sebagai pengatur keluar masuknya daya yang akan digunakan oleh motor sehingga dapat memutar kincir.
1.2. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat sistem aerator tipe kincir yang memiliki daya yang rendah, memeiliki harga ekonomis dan dapat memanfaatkan energi yang berasal dari sinar matahari sehingga dapat meminimalkan biaya penggunaan listrik dan dapat digunakan oleh pembudidaya kecil.
2
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Akuakutur Akuakultur yaitu kegiatan budidaya membudidayakan organisme akuatik, seperti ikan, moluska dan tanaman air. Dalam proses budidaya tersebut sangat dipengaruhi oleh manusia yang mengatur proses budidaya (FAO, 2001 diacu dari Lucas dan Paul, 2005). Faktor yang paling penting bagi kehidupan akuatik yaitu kandungan oksigen dalam air yang digunakan untuk pembudidayaan organisme tersebut. Air merupakaan komposisi kimia yang dilambangkan dengan H2O, yang menandakan gabungan dua molekul hidrogen dan satu molekul oksigen. Secara kimia, air yang benar-benar murni jarang sekali ditemukan karena komposisi air yang universal memungkinkan adanya kontaminasi terhadap air tersebut. Kualitas air ditentukan oleh banyak faktor, antara lain faktor biologi, fisika dan kimia (Boyd, 1982). Dalam budidaya ikan, kualitas air didefinisikan sebagai kesesuaian air sebagai tempat hidup dan berkem biak ikan dan hanya sedikit faktor yang sangat mempengaruhinya. Kualitas air yang baik dalam suatu kolam akan meningkatkan produksi dan perkembangbiakan bagi ikan. Air murni mengandung gas, ion-ion inorganik dan bahan-bahan organik di dalam larutan dan bahan partikular di dalam substansi. Gas-gas seperti nitrogen oksigen dan kabrbondioksida mempunyai jumlah yang melimpah didalam air murni, tetapi bahan-bahan seperti amonia yang tidak diionisasikan, hydrogen sulfide dan metana dapat mencapai jumlah yang cukup tinggi dalam kondisi tertentu (Boyd, 1982).
3
2.2 Oksigen Terlarut Kelarutan oksigen merupakan faktor kritis budidaya ikan secara intensif. Tingkat keberhasilan atau kegagalan usaha budidaya sering dipengaruhi oleh kemampuan pembudidaya untuk mengatasi masalah kelarutan oksigen yang rendah (Boyd, 1982). Lesmana et al. (2001) menyatakan bahwa oksigen dapat larut dalam air melalui proses difusi atau persinggungan dengan udara. Beberapa faktor yang memepengaruhi banyaknya oksigen terlarut adalah pergerakan permukaan air, suhu, tekanan udara, salinitas, dan tanaman air. Wheaton (1970) diacu dalam Adnan (2003) menyatakan bahwa larutnya oksigen dari udara kedalam air dipengaruhi oleh suhu air, derajat kejenuhan air, dan turbulensi dari kontak udara dengan air. Turbulensi dari kontak air dan udara akan efektif meningkatkan luas area kontak udara dengan air. Pelarutan oksigen ke dalam air hampir seluruhnya berkaitan dengan sirkulasi, pola arus, dan turbulensi. Hepher et al. (1981) menyatakan bahwa jika konsentrasi oksigen terlarut di bawah tingkat jenuh maka oksigen akan terlepas ke udara. Makin besar selisih konsentrasi oksigen di udara dan di air akan mempercepat proses kelarutan atau pelepasan oksigen. Transfer dari atau ke dalam air terjadi antara lapisan permukaan atmsofir dan air.
2.3. Transfer Oksigen Wheaton (1977) diacu dalam Adnan (2003) Menyatakan bahwa laju perubahan konsentrasi oksigen dipengaruhi oleh luas permukaan kontak air dengan udara, perbedaan konsentrasi oksigen, koefesien pelarut dan turbulensi. Secara matimatis adalah sebagai berikut :
4
……………………………………………………(1) Keterangan : = Laju perubahan konsentrasi oksigen (mg/jam) A = Koefisien pelarutan oksigen (cm/jam) = Konsentrasi oksigen jenuh (mg/L) = Konsentrasi okseigen ada satu waktu (mg/L)
Nialai KL yaitu koefesien pelarutan oksigen, sangat suluit ditentukan. Boyd (1982) mengemukakan persaman berikut unutk nilai KL :
……………………………………………(2)
Keterangan : KL(A)T = Kosefisien pelarut Oksigen (L/jam) Cs = Konsentrasi oksigen jenuh (mg/L) C1 = Konsentrasi oksigen pada 20% jenuh (mg/L) C2 = Konsentrasi oksigen pada 80% jenuh (mg/L) t1 = Waktu saat konsentrasi oksigen 20% (menit) t2 = Waktu saat konsentrasi oksigen 80% (menit) T = Suhu air (20°C)
5
Wheaton (1977) diacu dalam Adnan (2003) menyatakan bahawa pelarutan oksigen dalam air melalui tiga fase perubahan yaitu gas oksigen dari udara menuju permukaan air, kemudian berdifusi melalui perumkaan air dan terakih bergerak dalam massa air.
2.4. Sistem Aerasi Penambahan udara dalam air diperlukan untuk meningkatkan kadar oksigen dalam air. Penambahan udara ini dapat dilakukan dengan menggunakan aerator. Boyd (1982) menyatakan bahwa salah satu cara meningkatkan kontak dengan air yaitu dengan peralatan mekanis yang berfungsi untuk meningkatkan nilai oksigen yang masuk dalam air. Menurut Boyd (1998) yang diacu dalam Adnan (2003) fungsi aerator antara lain : (1) Menambah oksigen secara langsung kedalam air . (2) Mensirkulasi atau mencampur lapisa atas air atau permukaan air dengan dasar air untuk memastika kandungan oksigen di dalam air benar-benar merata. (3) Memindahkan air yang telah teraerasi dengan cepat kearea sekelilignya sehingga belum teraerasi dapat teraerasi. (4) Dengan lapisan sedimen organik di dalam kolam, akan menciptakan permukaan yang teroksidasi gas-gas dan cairan beracun seperti hidrogen sulfida dan amonia tidak dapat masuk air. (5) Sirkulasi akan mendorong berbagai macam gas berbahaya dan nitrogen berlebihan dan kabrondioksida untuk lepas kedalam atmosfer.
6
Boyd (1991) menyatakan bahwa terdapat dua teknik dasar dalam aerasi air kolam, yang pertama udara masuk kedalam air dengan cara dideburkan (splasher aerators), dan yang kedua gelembung udara dilepaskan kedalam air (bubbel aerator). Splasher aerators meliputi pompa spryer dan kincir aerator, sedangkan blubber aerator meliputi diffuser dan aspirator pompa. Aerator biasanya digerakan menggunakan motor listrik. Ketika tegangan listrik tidak tersedia, aerator dapat digerakan dengan menggunakan tenaga PTO (power take off) atau dengan menggunakan mesin disel. Wheaton (1977) diacu dalam boyd (1982) membagi alat aerasi menjadi empat bagian tipe dasar yaitu gravitasi, permukaan, diffuser, dan turbin. Salain itu terdapat pula beberapa jenis yang merupakan gabungan dari tipe dasar dengan perinsip memecah dan mengaduk permukaan air sehingga interaksi air dengan udra meningkat dan selanjutnya akan memperbesar pelarutan oksigen dalam air. Semakin besar pengadukan atau air yang terpecah maka konsentrasi oksigen akan semakin tinggi. Contoh tipe ini adalah kincir air. Chris Bird dan Cassels (1996) diacu dalam Adenan (2003) mengemukakan bahwa tipe-tipe kerja aerator dapat dibagi menjadi empat bagian yaiut : (1). Diffuser (diffused air) Tipe aerator ini tidak efesien apabila digunakan unuk kolam-kola dengan kedalaman yang dangkal, hal ini dikarenakan aerator ini bekeja dengan cara bergantung pada lama waktu antara air dan gelembung udara yang dihasilkan. Semakin lama waktu kontak dengan air maka oksigen yang masuk kedalam air akan semakin banyak. Evesiensi aerator ini bergantung dengan ukuran gelembugelembung udra yang dihasilkan semakin baik gelembung udara yang dihasilkan
7
maka semakin baik efesiensi yang dihasilkan, dan cara peletakan aerator. Aerator dapat tergantung di udara atau dibiarka bebas di air. (2). Pompa bawah air permukaan (submersible pumps) Penggunaan aerator tipe ini yaitu dengan cara meletakan di dekat dasar kolam dan meletakan saluran pengeluaranya dekat kepermukaan air. Aerator tipe ini sangant bergantung pada ukuran dari pompa tersebut. Pompa ini akan mengalirkan dan mencampur adukan udara dengan air, namun efeknya hanya untuk area tertentu. Aerator ini tidak banyak menmbah jumlah oksigen terlarut secara langsung kedalam air kecuali melalui difusi dengan cara mengeluarkan air yang memepunyai kualitas okesigen rendah kepermukaan.
Gambar 1. Pompa bawah permukaan (www.pianeer-tw.com) (3). Propeller aspirator Aerator jenis ini sangat baik untuk mensirkulasikan udara di dalam kolam, tetapi aerator tipe ini didesain untuk kolam dengan kedalaman yang lebih. Aerator tipe ini lebih baik digunakan di bendungan untuk meningkatkan produksi walaupun terkadang masih terhambat oleh dana yang mahal. (4). Aerator tipe kincir (paddle wheel)
8
Aerator tipe kincir merupakan aerator yang banyak digunakan dan telah terbukti paling efisien. Ada beberapa keuntungan tipe kincir dibandingkan dengan jenis aerator lain, yaitu : a. Mekanisme aerasi sangat efektif, menyemprotkan air ke udara sekaligus memasukkan udara ke dalam air. b. Fungsi sirkulasi baik. c. Menghasilkan aerasi yang merata. d. Konstruksi sederhana namun handal. e. Pemeliharaan mudah f. Biaya operasi rendah Wheaton (1977) diacu dalam Adnan (2003), menyatakan bahwa aerator tipe kincir (paddle wheel) merupakan aerator yang paling banyak digunakan dan telah terbukti paling efisien. Berdasarkan sumber tenaganya, kincir air dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, antara lain : a.
Menggunakan sumber tenaga traktor (PTO).
b.
Menggunakan sumber tenaga diesel.
c.
Menggunakan sumber tenaga listrik. Penempatan aerator di kolam dapat dilakukan dimana saja, tetapi
berddasarkan hasil penelitian tempat terbaik meletakkan aerator yaitu titik tengah sisi terpanjang kolam dan menghadap ke arah sisi terpanjang kolam. Hal ini akan menyebabkan air akan tersirkulasi dengan baik dan merata ke seluruh area sehingga kadar okigen air hanya terkonsentrasi pada suatu area saja. Meskipun penempatan aerator pada titik tengah sisi terpanjang memberikan hasil aerasi yang terbaik, perlu dilakukan percobaan penempatan aerator di sisi yang lain untuk
9
meningkatkan sirkulasi air menjadi lebih baik pada kolam dengan ukuran dan bentuk yang berbeda (Boyd, 1991).
Gambar 2. Aerator tipe kincir (www.pianeer-tw.com)
2.5 Komponen-Komponen pada Aerator Tipe Kincir Komponen aerator pada aerator tipe kincir dibagi menjadi beberapa bagian yaitu motor listrik, poros kincir, kincir, bantalan poros, krangka, dan kopel.
2.5.1 Motor Listrik Mott (2009) mengemukakan bahwa motor listrik dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu arus bolak-balik (Alternating Current (AC)) dan arus searah (Derect Current (DC). Motor AC menurut dayanya dikelompokkan dalam satu fase atau tiga fase. Sebagian besar unit perusahaan kecil biasanya menggunakan motor satu fase, yang disambungkan dua kawat konduktor dan satu
10
kawat ke tanah (ground). Bentuk gelombang motor satu fase yaitu bentuk gelombang sinus tunggal kontinu yang amplitudonya adalah tegangan nominal daya.
Gambar 3. Sumber Daya AC 1 Fasa (http://eprints.ums.ac.id)
Daya tiga fase disalurkan kesistem tiga kawat dan susunan dari tiga gelombang berbeda dengan amplitudo dan frekuensi yang sama dengan beda tiap fase 120o. Setiap daya pada motortiga fase dihubungkan dengan kumparankumparan tembaga, ketika arus masuk ke dalam kumparan-kumparan tersebut maka akan timbul medan eletromagnetik sehingga motor dapat bergerak.
11
Gambar 4. Sumber Daya AC 3 fasa (http://eprints.ums.ac.id)
Gambar 5. Komponen Motor (http://eprints.ums.ac.id)
Dalam motor listrik terdapat dua bagian aktif yaitu stator atau elemen yang tetap dan rotor atau elemen yang berputar. Rotor diletakkan di bagian dalam stator dan terhubung tetap pada poros. Poros ditumpu oleh bantalan pada rumah motor. Stator dibuat dari piringan-piringan plat tipis yang disebut juga
12
laminatons, yang tersusun rapat dan diberi perekat antar satu dengan yang lainnya sehingga membentuk kanal-kanal. Beberapa lapis kawat tembaga dilewakan melalui kanal-kanal tersebut dan dibuat simpul-simpul disekelilingnya untuk membentuk seperangkat lilitan kontinu yang disebut kumparan. Banyaknya lilitan dalam stator akan menunjukkan jumlah kutub motor yang menunjukan bahwa kecepatan putar akan bergantung pada jumlah kutub (Mott, 2004).
Gambar 6. a) Stator
b) Motor
2.5.2 Solar Panel Sinar matahari merupakan sumber energi yang paling utama bagi kehidupan. Namun hanya sebagian kecil saja yang dapat mencapai bumi, yaitu sekitar setengah dari satu permilyar bagian. Pancaran yang kecil ini sudah merupakan energi yang dasyat. Diperkirakan bahwa setiap tahunnya sekitar 745 ribu triliun kWh energi matahari yang mencapai bumi. Oleh karena itu, ilmuan 13
mencari cara untuk memanfaatkan energi tersebut. Di wilayah tropis energi matahari akan lebih tinggi daripada di daerah subtropis atau daerah yang garis lintangnya tinggi. Silikon atau germanium merupakan bahan yang diklasifikasikan karena dapat menjadi konduktor bahan isolator. Silikon di alam biasanya berikatan dengan unsur lainnya. Setelah silikon disuling dan dimurnikan, kemudian dapat dibentuk menjadi bangunan kristal. Setiap atom di bagian lingkaran luar dari atom-atom silikon menduduki tempat tertentu dalam bangunan kristal. Setiap atom dibagian luar menduduki tempat-tempat tertentu di bangunan kristal. Hasilnya adalah silikon merupakan konduktor yang sangat buru dikarenakan memerlukan energi yang sangat tinggi untuk menarik elektron-elektron keluar dari kedudukannya. Untuk membuat elektron bermanfaat dalam alat elektron seperti dioda, transistor atau solar cell bahannya diubah dengan menyuntikkan sejumah kecil unsur lain, proses ini dinamakan doping. Bila fosfor disuntikkan ke dalam bahan ini, maka akan terdapat sejumlah elektron bebas yang tidak mempunyai tempat kedudukan di dalam bangunan kristal. Elektron bebas ini dapat bergerak secara mudah yang sering disebut dengan muatan tipe N atau muatan negatif. Apabila silikon disuntikkan unsur boron, maka akan terdapat tempat-tempat elektron yang kosong atau sering disebut dengan Hole, dimana lubang-lubang memiliki muatan positif yang sama dan berlawanan dengan muatan negatif yang ada pada elektron. Silikon yang disuntikkan dengan boron disebut dengan silikon tipe P atau tipe positif (Phillip, 2006).
14
2.5.3 Kincir Kincir dengan desain yang baik umumnya mempunyai diameter kincir kurang lebih 90 cm dengan susut triangular sebesar 135o. Kedalaman kincir sekitar 10-15 cm dan kecepatannya sekitar 80-90 rpm. Aerator kincir membutuhkan tenaga kira-kira sebesar 1 kW untuk setiap 50 cm panjang kincir dan kedalaman operasi. Untuk tenaga ideal yang dibutuhkan yaitu sebesar 2-10 kW. Variasi kincir yang ada tidak terlalu banyak, sebagian menggunakan kincir dengan bentuk segitiga dan sebagian yang lain menggunakan menyilang (Boyd, 1991). Husain, et al., (2008) mengemukakan bahwa konsep pengadukan pada kolam hampir mirip dengan turbin, pada konsep turbin air dimanfaatkan oleh pedal wheel untuk menggerakkan listrik. Namun pada konsep aerator listrik dirubah menjadi gerak sehingga menghasilkan turbulensi pengadukan dan akhirnya meningkatkan kandungan oksigen. Mesin yang mengubah energi dari perputaran air disebut turbin. Turbin diklasifikasikan menjadi tiga bagian, yaitu Hydrolik turbin (Pelton turbin, Francis dan Kapaln), Stream turbin dan gas turbin. Pedal wheel menggunakan konsep pelton turbin.
Gambar 7. Pedal wheel pelton turbin 15
Kecepatan putar dari pedal akan diperoleh dari perpindahan sudut, perpindahan sudut adalah keliling lingkaran pedal dibagi dengan jari-jari pedal sehingga akan didapatkan persamaan matematis seperti berikut :
………………………………………………………………( 3) Keterangan : θ = Perpindahan sudut pada pedal (rad) r = jari-jari pedal π = sudut pada lingkaran (3.14)
atau dengan kata lain 1 kali putaran adalah 360 atau 2 π rad. Pada gerak melingkar, kelajuan rotasi benda dinyatakan dengan putaran per menit (biasa disingkat rpm – revolution per minute). Kelajuan yang dinyatakan dengan satuan rpm adalah kelajuan sudut. Dalam gerak melingkar, kita juga dapat menyatakan arah putaran. Kelajuan sudut adalah perpindahan sudut dibagi dengan waktu. Dengan persaman matematik sebagai berikut :
…………………………………………………………………………...(4) Keterangan ω = kecepatan sudut pedal (rpm) θ = Perpindahan sudut (rad) t = waktu putar satuan (secon)
16
2.5.4
Kopling Istilah kopling berkaitan dengan alat yang digunakan untuk
menghubungkan dua poros pada kedua ujungnya dengan maksud perpindahan daya. Ada dua jenis kopling secara umum kopling kaku dan kopling fleksibel. Kopling kaku di rancang unutk menghubungkan kedua poros secara kencang sehingga tidak terjadi gerakan relatif diantara kedua poros. Kopling fleksibel dirancang utuk memindahkan torsi secara halus sementara memungkinkan terjadinya sedikit ketidaklurusan aksial, anggular, radial . Fleksibelitas berfungsi ketika terjadi ketidak lurusan bagian-bagian kopling berpindah sedikit atau tanpa hambatan. Sehingga tidak terjadi tegangan lengkung atau aksial yang signifikan pada poros. (Moltt, 2004)
17
3. BAHAN DAN METODE
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Akustik dan instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan dan kolam percobaan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Rancang bangun penelitian ini dimulai pada bulan September 2009 sampai dengan April 2011. Setelah itu dilakukan ujicoba pada bulan April sampai bu;an Juli 2011.
3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan Bahan yang digunakan dalam pembuatan aerator tipe kincir adalah : 1.
Solar panel 50 Wp
2.
Aki 100 Aper
3.
Pembalik tegangan DC menjadi AC
4. Motor listri 3 phasa 24 watt yang digunakan sebagai penggerak motor kincir 5.
Solar panel sebagai pemasok energi
6.
Bearing sebagai bantalan poros
7. Baud dan mur untuk mengunci rangka dengan bagian lainnya 8. Besi poros, dipasang sebagai poros pada pedal 9. Gear box dengan perbandingan 1 : 7,5 10. Pedal kincir, untuk mengaduk air
18
11. Copling, digunakan untuk menyambung antara poros motor dengan poros pedal dan berfungsi agar mengurangi hentakan ketika poros motor berputar 12. Cat besi 3.2.2 Alat Penelitian ini menggunakan alat-alat yang terdapat di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan. Dalam pembuatan desain kincir menggunakan software google skech up, sedangkan dalam pembuatan alat menggunakan : 1. Gerinda, digunakan untuk memotong, meratakan dan menghaluskan permukaan hasil pengeboran dan pemotongan 2. Amplas, digunakan untuk menghaluskan permukaan ketika akan di cat 3. Bor listrik, untuk membuat lubang pada pedal 4. Gergaji, digunakan untuk memotong bahan-bahan sesuai cetakan desain 5. Penggaris dan meteran, mengukur rancangan disain 6. Kunci inggris, kunci pas 3.2.3 Alat Ukur yang Digunakan Alat ukur yang digunakan untuk pengambilan data, baik data instrument maupun data mekanik. Data instrument yang diukur adalah tegangan dan arus yang mengalir. Data ini diambil untuk melihat daya yang digunakan motor untuk memutar pedal. Untuk mengukur diameter lubang pada poros dan mengukur rancangan kerangka pada rancangan mekanik menggunakan jangka sorong dan mistar. Alat ukur yang digunakan :
19
1. Digital Multy Meter (DMM) Digunakan untuk mengukur tegangan pada arus searah atay DC, dan untuk mengambil data tegangan pada aki. Ditunjukan pada gambar 8.
Gambar 8. Digtal Multy Meter 2. Digital Clamp Meter Digital clamp meter digunakan untuk mengukur tegangan dan arus bolak-balik atau AC.
Gambar 9. Digital Clamp Meter
20
3. Amper meter DC dan Tahanan Digunakan untuk mengukur arus searah yang berasal dari aki.
Gambar 10. Amper meter DC dan Tahanan
3.3
Pelaksanaan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan dalam enam tahap yaitu perancangan,
pembuatan disain, pengumpulan bahan, pembuatan dan perakitan alat, uji coba dan pengambilan data. Pada tahap perancangan dilakukan pemilihan bahan yang digunakan, perancangan bentuk aerator dan analisis biaya. Pembuatan disain dikerjakan setelah perancangan selesai dan komponen-komponen direncanakan. Pengumpulan bahan adalah pengumpulan komponen-komponen dan alatalat yang dibutuhkan untuk membuat aerator tipe kincir. Setelah alat dan bahan tersedia, maka dilakukan pemasangan alat serta dilakukan uji coba dilapangan. Uji coba dilakukan dua kali, uji coba pertama dilakukan di Laboratorim Akustik dan Instrumentasi kelautan. Uji coba kedua dilakukan di kolam percobaan, Fakultas
21
Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Gambar 11 menunjukan diagram alir proses pembuatan alat.
Gambar 11. Diagram Pelaksanaan Penelitian
22
3.3.1
Perancangan Alat Proses perancangan dalam penelitian ini adalah perancangan pembuatan
alat, mencakup bentuk alat yang dibuat, bahan yang digunakan dan estimasi biaya yang diperlukan dalam pembuatan alat. Pada tahapan perancangan alat dibutuhkan perencanaan yang matang sehingga hasil yang digunakan sesuai dengan perhitungan. Proses perencanaan meliputi tiga unsure pokok, yang pertama bentuk alat harus kokoh dan ringan agar dapat mengambang dan tidak terjadi getaran pada mesin. Kedua daya yang dihasilkan dari energy matahari harus dapat meningkatkan kandungan oksigen terlarut pada kolam dan yang terakhir adalah memiliki niali ekonomis sehingga peternak ikan dapat membeli alat ini dengan harga yang terjangkau. Gambar 11 menunjukkan gambar rancangan alat yang akan dibuat.
Gambar 12. Rancangan mesin aerator
23
3.3.2
Pembuatan Disain Aerator Disain aerator dikerjakan dengan menggunakan software google sketh up
7, dengan spesifikasi computer laptop axio ram 2 Giga dan prosesor Intel Core to duo. Proses ini dilakukan melalui dua tahap. Tahap pertama yaitu pembuatan sketsa alat sesuai ukuran dan tahap kedua yaitu pembuatan disain pada google sketh up dengan perbandingan 1 : 15, sehingga dihasilkan gambar yang ditampilakan pada gambar 12. Gambar 13 merupakan disain kerangka aerator yang menjadi acuan untuk pembuatan aerator.
Gambar 13. Disain konstruksi mesin aerator. (A) pelampung, (B) dudukan motor, (C) motor DC 250 watt, (D) gearbox 1 : 7,5, (E) kopling, (F) Bearing, (G) pedal whell, (H) poros pedal, (I) dudukan bearing, (J) kerangka mesin.
24
Tujuan utama pembuatan disain adalah agar rancangan dapat dikomunikasikan secara fisual kepada orang lain. Misalnya tukang las atau tukang bubut, sehingga dapat mengurangi kesalahan pada proses perakitan alat.
3.3.3
Pengumpulan Komponen Pengumpulan bahan-bahan adalah salah satu proses yang penting dalam
penelitian ini. Pada tahapan ini harus dicari komponen yang mempunyai kualitas baik dan nilai ekonomi yang tidak terlalu tinggi. Hal ini agar tujuan penelitian ini dapat tercapai, yaitu memiliki nilai ekonomis dan sesuai dengan daya tahan aerator tersebut baik mekanik maupun elektrik. Bahan-bahan sebagian besar dibeli di pusat perbelanjaan alat-alat mekanik di Gelodok, Jakarta Pusat.
3.3.4
Perakitan Komponen Pemasangan atau perakitan komponen dilakukan dilakukan di
Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan (AIK). Perakitan komponen harus sesuai dengan kerangka acuan yang dibuat, sehingga dapat meminimalisir kesalahan dalam pembuatan alat. Perakitan komponen dibagi dalam dua tahap, yaitu perakitan mesin dan perakitan komponen solar panel agar mempermudah pengerjaan.
3.4
Cara Kerja Alat Proses bekerjanya alat sama seperti aerator-aerator lainnya namun
perbedaannya adalah bagaimana cara menggunakan motor listrik yang rendah
25
dengan memodifikasi system reduksi pada gear box, dan cara memanfaatkan energy matahari dengan menggunakan solar panel. Cara kerja alat dapat dilihat pada gambar 14.
Gambar 14. Diagram Alir Cara Kerja Alat
26
Ketika solar panel terkena cahaya matahari, solar panel akan mengeluarkan energi listrik yang akan dikontrol oleh controller agar tegangan keluaran solar panel stabil. Controller akan memasukan energi solar panel ke aki ketika mesin tidak bekerja, yang sering disebut dengan charging atau pengisian aki. Ketika mesin bekerja, energi motor listrik akan mengambil energi melalui aki melewati controller. Hal ini menyebakkan daya yang disalurkan motor akan stabil karena disalurkan oleh controller. Pada controller keluaran tegangan listrik masih berupa tegangan DC, sedangkan motor membutuhkan tegangan AC untuk menggerakkannya. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan inverter AC to DC untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Setelah motor berputar, putaran motor akan direduksi oleh gear box yang berfungsi mengurangi kecepatan putar motor dan mengubahnya ke torsi atau kekuatan putaran. Setelah itu dimanfaatkan oleh pedal untuk mengangkat dan mengaduk air pada kolam sehingga meningkatkan kandungan oksigen terlarut pada kolam.
3.5
Proses Pengambilan Data Proses pengambilan data pada pembuatan alat aerator ini dibagi menjadi
dua bagian yaitu pengambilan data konsumsi daya yang digunakan oleh aerator dengan menggunakan dua perlakuan dan pengambilan putaran permenit terhadap kedua perlakuan.
27
3.5.1
Daya yang Dikonsumsi oleh Mesin terhadap Aki Pengambilan data dilakukan dua kali. Data yang diambil pertama kali
yaitu amper dan tegangan untuk mengetahui daya listrik yang dikonsumsi oleh aerator dengan lebar celupan satu lubang pada pedal dengan menggunakan alat ukur digital clamp meter. Pengambilan data kedua juga mengambil data tegangan dan amper dengan lebar luas celupan dua lubang pada pedal untuk membandingkan konsumsi daya listrik yang dikonsumsi pada pertama. Gambar 15 menunjukkan lubang pada pedal yang dicelupkan.
Gambar 15. Pedal dan Jumlah Lubang yang Dicelupkan
Perbandingan data konsumsi daya listrik pada luas celupan lubang pertama dan luas celupan lubang kedua bertujuan untuk melihat perbedaan daya yang dikonsumsi oleh aerator. Daya yang dikonsumsi oleh aerator dapat diketahui
28
dengan cara mengukur aki. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui tegangan dan arus yang mengalir sebelum akhirnya masuk converter DC to AC. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Digital multymeter untuk mengukur tegangan dan ampermeter DC untuk mengukur arus sehingga kita dapat mengukur daya yang dikeluarkan dengan persamaan berikut :
P = V x I…………………………………………………………………………(4)
Keterangan : P = Daya yang dikeluarkan aki V = Tegangan pada aki I = Arus yang mengalir menuju beban
Daya yang digunakan oleh aerator dapat diketahui dengan cara mengetahui energi yang dihasilkan untuk memutar pedal dalam satuan daya atau watt. Alat yang digunakan untuk mengukur tegangan motor adalah Digital Clampmeter. Arus motor dapat diketahui dengan menjepitkan Digital Clampmeter pada kabel yang berasal dari motor kemudian setelah muncul angka pada layar tekan menu hopld pada alat ukur tersebut maka akan didapat arus yang dihasilkan oleh motor.
29
3.5.2
Pengambilan Data Putaran Pedal (rpm) Pengambilan data kecepatan putar dilakukan secara manual dengan cara
mengikatkan tali pada salah satu ujung pedal kemudian setelah pedal berputar, putarannya dihitung dengan menggunakan stop watch selama satu menit. Hal ini dikarenakan Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Pengambilan data ini dilakukan secara manual dikarenakan tidak tersedianya alat pengukur putaran pedal di Laboratorim tersebut, alat ukur tersebut yaitu tacho meter.
30
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sistem Aerator dengan Menggunakan Energi Surya
Sistem aerator dengan yang memanfaatkan energi surya menggunakan solar panel dalam menghasilkan energinya. Surya yang ditangkap oleh panel akan dirubah menjadi energi listrik yang searah. Pada penelitian ini solar panel yang digunakan memiliki daya keluaran maksimum 50 wattpeak atau dengan kata lain solar panel ini akan menghasilkan maksimum 50 watt perjamnya. Daya yang dihasilkan oleh solar panel akan diproses oleh controller agar tegangan masukan yang berasal dari solar panel stabil. Selain sebagai penstabil tegangan controller juga berfungsi sebagai pengatur pengisian pada aki sehigga daya yang masuk dari solar panel menuju aki akan stabil dan tidak menyebabkan kerusakan pada aki saat pengisian. Keluaran daya pada aki berupa tegangan DC atau tegangan searah sedangkan pada motor yang digunakan menggunakan tegangan AC atau tegangan bolak-balik. Oleh karena itu, pada penelitian digunakan inventer agar dapat merubah tegangan DC menjadi tegangan AC sehingga dapat menggerakkan motor listrik. Untuk menggerakkan pedal yang berada di dalam air maka membutuhkan torsi yang besar pula. Semakin luas luasan pedal yang dicelupkan ke dalam air maka semakin tinggi gaya yang dibutuhkan untuk mengaduk permukaan air pada pedal sehingga dibutuhkan torsi yang besar. Torsi pada motordapat dinaikkan dengan menggunakan gear box, untuk mereduksi kecepatan putar dengan satuan rpm menjadi tenaga atau sering disebut dengan torsi. Gear box yang digunakan
31
menggunakan perbandingan 1 : 7,5 yang berarti setiap motor berputar 7,5 kali makan akan keluaran poros pada gear box akan berputar 1 kali.
4.2 Komponen Mesin Aerator Tipe Kincir 4.2.1 Kerangka Aerator Bagian yang terpenting dalam rancang bangun mesin adalah pembuatan kerangka. Kerangka berfungsi sebagai penopang dan pemersatu antara komponenkomponen mesin yang satu dengan komponen mesin lainnya. Kerangka menjadi bagian yang sangat penting sehingga kerangka menentukan bentuk mesin yang ideal dalam rancang bangun alat.
Gambar 16. Kerangka Aerator Tipe 1.
32
Gambar 16 adalah gambar kerangka aerator, pada kerangka aerator tipe 1 dirancang aerator tipe pedal dengan menggunakan satu kincir. Kerangka ini menggunakan besi siku dengan lebar besi 2 mm, panjang kerangka untuk pedal sebesar 55 cm dan panjang kerangka untuk bantalan motor sebesar 29,9 cm dan tinggi 15 cm seperti terlihat seperti pada gambar 15. Kelebihan pada kerangka model ini mempunyai struktur kuat dan kokoh, namun tidak mempunyai keseimbangan yang baik saat diberikan bantalan pelampung. Model kerangka seperti ini baik ketika diletakkan di pinggir kolam dan bisanya digunakan utuk aerator tipe kincir yang permanen. Sehingga pada penelitian ini tidk menggunakan kerangka tipe 1 tapi menggunakan kerangka tipe 2 yang ditunjukkan pada gambar 17.
Gambar 17. Kerangka Aerator Tipe 2
33
Penelitian ini menggunakan rancangan kerangka tipe 2 dikarenakan kerangka tipe ini memiliki daya apung yang baik ketika diberikan bantalan pelampung atau dengan kata lain stabil. Pelampung akan diikatkan dalam empat sisi kerangka, sehingga mempunyai keseimbangan yang stabil. Pada penelitian ini saya menggunakan dirigen sebagai pelampung. Kerangka ini mempunyai panjang 157 cm, lebar 95 cm. lebar dudukan pada pelampung sebesar 59 cm dan dudukan pada motor sebesar 31 cm panjang bantalan pelampung 32 cm pada masingmasing sisinya.
4.2.2 Kincir Pedal Kincir yang digunakan pada penelitan ini adalah kincir yang mempunyai delapan pedal dengan tinggi antara pedal satu dengan yang lain adalah 81,5 cm. Kincir ini sama seperti kincir aerator tipe pedal lainnya dan dapat dijumpai di pasaran. Pedal mempunyai enam belas lubang setiap lubang mempunyai diameter sebesar 25 mm, tinggi 122,9 mm, lebar 213,2 mm, dan sisi miring 111,5 mm, serta lebar slot pedal 20 mm. pedal ini membutuhkan daya yang tinggi untuk mengaduk air dalam kolam karena mempunyai bentuk datar.
Gambar 18. Pedal Aerator
34
Adnan (2003) membahas pengaruh bentuk kelengkungan, jumlah lubang, kemiringan, dan kecepatan putar pedal pada aerator tipe kincir terhadap konsumsi daya listrik, diameter dan lebar semburan, persentase sebaran air yang dihasilkan pada diameter semburan tersebut, converage area, dan converage volume. Sedangkan tujuan khususnya adalah untuk merancang bentukpedal suatu aerator tipe kincir yang dapat memberikan efek aerasi yang baik namun mmembutuhkan daya yang relatif.
Gambar 19. Kelengkungan Pedal (Adnan, 2003)
Hasil penelitian Adnan (2003) menunjukkan konsumsi daya terkecil adalah 518 watt pada perlakuan lengkung 35o, lubang 30o, kemirgan pedal 30o, dan kecepatan putar 96 rpm. Sedangkan daya terbesar adalah 625 watt pada perlakuan lengkungan 35o, jumlah lubang pada masing-masing pedal 20 lubang, kemiringan pedal 15o, dan kecepatan putar 124 rpm. Dapat disimpulkan bahwa jumlah lubang pedal kelengkungan dan luasan pedal sangat berpengaruh pada konsumsi daya yang digunakan pada motor.
35
4.2.3 Motor AC dan Sistem Reduksi Motor yang digunakan pada penelitian ini adalah motor AC dengan daya 250 watt, dengan kecepatan putaran kurang lebih 1400 rpm. Motor ini menggunakan gear box sebagai reduksi putaran untuk menaikkan torsi atau kekuatan putar motor. Gear box yang digunakan memiliki perbandingan gear 1 : 7,5 atau dengan kata lain ketika motor berputar 7,5 kali gear box akan berputar motor atau torsi meningkat. Hubungan perputaran motor dan torsi digambarkan dalam persamaan berikut :
T = F X r…………………………………………………………… (5) Keterangan : T
: torsi atau gaya putar
F
: gaya yang bekerja pada motor (watt)
r
: hari-jari gear
Dengan kata lain apabila mengacu pada rumus di atas torsi akan meningkat 7,5 kali dari gaya yang dihasilkan motor dengan perbandingan gear box yang ada, namun perputan motor akan menjadi lebih pelan. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan jari-jari gear yang terhubung dengan poros motor lebih kecil dari pada jari-jari gear yang terhubung pada poros pedal degan perbandingan 1 : 7,5.
36
Gambar 20. Motor AC dilengkapi Gear box
Rosmawati (2009) membandingkan sistem transmisi yang bekerja pada aerator. Sistem transmisi yang digunakan adalah rantai dan roda gigi, dimana penelitian
sebelumnya
menggunakan
puli.
Penelitian
Sari
Rosmawati
menggunakan motor dengan spesifikasi motor 1 HP dan kecepatan putar 1440 rpm membandingkan penelitian (Prasetia, 2005), dengan tiga kali reduksi sistem transmisi yaitu 117 rpm, 138 rpm dan 157 rpm maka dihasilkan perbandingan seperti ditunjukkan pada tabel 1. Tabel 1 adalah tabel perbandingan antara penelitian Rosmawati (2009) dengan Prasetia (2003) dengan parameter lebar daya yang dikonsumsi aerator, lebar sembran, coverage area dan coverage volume. Daya yang terbesar didapatkan pada penelitian Sari Rosmawati adalah sebesar 622 dengan sudut kelengkungan 45o, jumlah lubang 20 dan keceparan putar 157 rpm. Sedangkan daya terkecil yaitu 560 watt. Daya terbesar yang dihasilkan oleh penelitian Prasetia (2003) adalah 625 dengan sudut kelengkungan 35o, jumlah lubang 20 dan kecepatan putar sebesar 124 rpm. Sedangkan daya yang terkecil adalah 96 rpm.
37
Tabel 1. Perbandingan Daya Uji Sistem Tranmis Penelitian Rosmawati (2009)
Penelitian Prasetia (2003)
Parameter Uji terbesar
terkecil
terbesar
terkecil
622 (45o-20-
560 (45o-20-
625 (35o-20-
518 (35o-30-
0o-157)*
0o-117)*
15o-124)*
30o-96)*
132 (45o-20-
116 (45o-20-
120 (45o-30-
34 (25o-40-
semburan (cm)
0o-157)*
0o-117)*
0o-124)*
30o-83)*
Coverage area
41080 (45o-
30485 (45o-
38761 (45o-
4360 (35o-
(cm2)
20-0o-157)*
20-0o-117)*
20-0o-124)*
40-30o-83)*
3560228 (45o- 4306771 (45o-
130804 (35o-
Daya (watt)
Lebar
Coverage volume (cm3)
5427652 (45o20-0o-157)*
20-0o-117)*
20-0o-124)*
40-30o-83)*
Tegangan AC motor yang dihasilkan pada penelitian yaitu 213 volt sedangkan amper yang dihasilkan sebesar 0,9 amper, sehingga daya yang dihasilkan motor sebesar 191, 7 watt. dengan kelengkungan 0o dan jumlah lubang 4 yang dicelupkan ke dalam air dan menghasilkan kecepatan putar sebesar 32 rpm. Hanya dihasilkan gelombang dan tidak terdapat semburan. Hal ini disebabkan oleh perbandingan sistem reduksi yang terlalu kecil sehingga torsi yang dihasilkan sistem reduksi kurang untuk mengangkat air yang diaduk. Selain itu, jenis motor yang dipakai hanya hanya menggunakan motor yang kapasitas maksimum 200 watt. sedangkan luasan pedal yang diaduk terlalu besar dan tidak terdapat sistem kelengkungan seperti yang digunakan pada penelitian Adnan (2003).
38
4.2.4 Kopling Kopling berfungsi sebagai penghubung antara poros motor dengan poros pedal. Poros motor dihubungkan dengan menggunakan koplig. Kopling yang digunakan adalah jenis kopling fleksibel sehingga dapat memindahkan torsi secara halus dan merata. Selain itu, kopling fleksibel juga berfungsi meluruskan sambungan antara poros motor dengan poros pedal baik aksial maupun radial. Sehingga tidak terjadi tegangan lengkup akibat ketidaklurusan antara kedua poros tersebut. Kopling diberi lubang antara poros motor dengan poros pedal menggunakan mesin bubut.
Gambar 21. Kopling pada Mesin Aerator
4.2.5 Bearing (Bantalan Poros) Bearing adalah komponen mesin yang berfungsi sebagai tumpuan pada poros pedal agar poros pedal dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Bearing yang digunakan pada komponen mesin. Jenis yang di pakai
39
adalah pillow bolks SL2. Jenis bearing ini adalah bearing yang repersentatif dan umum digunakan pada setiap sistem transmisi dan mudah dijumpai di pasaran.
4.3 Sistem Solar Panel 4.3.1 Solar Panel
Elektron-elektron yang terdapat pada bahan solar sel bergerak akibat terkena sinar matahari sehingga terdapat beda potensial dan menghasilkan tegangan. Keluaran solar panel berupa kutub positif dan kutub negatif. Daya yang masuk melalui solar panel tidak stabil tergantung sinar matahari efektif atau posisi sinar matahari terhadap solar panel. Sinar matahari dapat dikatakan efektif ketika posisi sudut matahari terhadap solar panel 45o hingga 90o yaitu berada pada jam 9 hingga jam 3 siang. Solar panel yang digunakan adalah solar panel yang memiliki daya 50 wattpick dengan kata lain solar panel ini mengeluarkan 50 watt setiap jamnya untuk mengsi aki dan tegangan yang dikeluarkan adalah 12 volt.
4.3.2 Batre (accumulator) Aki merupakan bagian yang sangat penting dalam sistem solar panel. Selain penyimpan energi, aki juga menentukan beban daya yang akan digunakan. Apabila daya yang akan dikonsumsi oleh alat aerator tinggi maka harus memiliki aki yang stabil dan memiliki resistensi yang baik agar aki tidak mudah rusak. Penelitian ini menggunakan aki Panaonic LC-XA12100CH dengan daya 100 ah dan tegangan sebesar 12 volt. Aki ini mempunyai berat 30 kg, lebar 17,3
40
cm, panjang 40,7 cm, dan tinggi 18,4 cm. Aki ini juga memiliki kinerja yang baik, aki tidak mengalami kebocoran elektrolit ketika digunakan pada keadaan normal. Aki ini mampu menahan tegangan dengan amplitudo 4 mm dan frekuensi 16,7 Hz selama satu jam tanpa kebocorn aki. Pada pemakaian normal dengan suhu maksimal 25oC, aki mampu bertahan selama 6 sampai 10 tahun pemakaian. Daya maksimum yang dikeluarkan aki ketika alat menyala sekitar 700 watt dan daya minimum adalah 500 watt. Ketika daya aki berada di bawah daya minimum aki akan drop dengan kata lain aki tidak dapat menahan beban daya yang dikonsumsi oleh alat. Spesifikasi aki ini mampu menggerakkan kincir selama empat hingga lima jam dengan pengisian energi dari solar panel dengan daya 50 watpick. Dikarenakan input daya solar panel lebih kecil dari pada daya yang dikonsumsi oleh alat.
4.3.3 Controler Solar Panel
Controler berfungsi untuk mengatur arus yang berasal daro solar panel ke aki agar stabil. Controler yang dipakai dalam penelitian ini bermerek sinyoku mode S990 yang mempunyai tegangan 12 volt, karena tegangan solar panel yang keluar tidak stabil tergantung posisi sinar matahari. Oleh karena itu, dibutuhkan penstabil tegangn yang berfungsi untuk mengatur keluar masuknya arus yag berasal dari solar panel menuju aki. Controler dapat mentoleransi amper 5 hingga 10 amper. Selain itu, controler juga dapat menahan 25 % dari amper maksimum selama 1 menit. Tegangan rata-rata yang masuk ke aki hingga 14,6 volt. Dengan kata lain
41
controler S990 hanya dapat menahan beban hingga 1 aki dengn tegangan maksimum 12 volt, tidak bisa lebih hingga 24 volt. Controler ini memiliki timer sehingga dapat digunakan untuk mengatur waktu alat ini akan mulai bekerja dan berhenti secara otomatis tergantung pada timer yang telah diatur.
4.2.4 Inverter DC to AC Inverter DC to AC berfungsi sebagai pembalik tegangan atau dengan kata lain alat ini akan merubah tegangan searah yang berasal dari aki menjadi tegangan bolak-balik agar dapat memutar motor AC dengan daya 250 watt. komponen ini dapat merubah tegangan searah 12 volt menjadi tegangan bilak-balik hingga mencapai 230 volt, daya maksimum yang dihasilkanmncapai 600 volt. Inverter menjadi bagian yang sangat penting dalam sistem ini, karena menjadi penghubung antara sistem solar panel dengan mesin aerator sebagai suplai energi. Arus yang dihasilkan dari power inverter setelah diukur dengan clamp meter sebesar 0,9 amper AC dengan tegangan sebesar 213 volt AC. Sedangkan input amper yang diserap sebesar 55 amper DC.
42
Gambar 22. Inverter DC to AC 600 watt
4.4 Pengaruh Luasan Pedal yang Dicelupkan terhadap Daya Accumulator
Uji coba alat aerator menggunakan dua perlakuan untuk melihat daya yang dikonsumsi oleh motor. Perlakuan pertama dengan menggunakan empat lubang yang dicelupkan dan perlakuan kedua menggunakan delapan lubang yang dicelupkan. Uji coba alat bertujuan untuk melihat lama waktu yang dihasilkan motor, kecepatan putar pada pedal dan daya yang dikeluarkan oleh aki. Pengambilan data dilakukan pada jam 11.45 ketika matahari maksimum. Hal ini bertujuan untuk melihat pengaruh solar panel untuk input ke aki pada kekuatan aki. Pada celupan empat lubang tidak terjadi semburan ketika alat bekerja dan hanya menghasilkan gelombang pada permukaan air. Kecepatan putar pedal yang dihasilkan pada perlakuan ini sebesar 32 rpm. Tegangan pada motor sebesar 213 volt dan amper yang dihasilkan sebesar 0,9 amper, sehingga dihasilkan daya pada motor sebesar 191,7 watt. Grafik pada gambar 22
43
menunjukkan model penurunan daya pada aki sebelum masuk ke inverter DC to AC inventer maka dihasilkan grafik seperti pada gambar 22. Grafik yang berwarna merah pada gambar 22 menunjukkan model penurunan daya dengan perlakuan empat lubang yang dicelupkan. Grafik yang berwarna biru menunjukkan perlakuan delapan lubang tercelup. Penurunan daya pada aki setiap 10 menit hingga aki tidak dapat memenuhi memenuhi daya yang dikonsumsi oleh aerator hingga aerator mati.
Gambar 23. Grafik Penurunan Daya pada Aki dengan Luasan Celupan Empat dan Delapan Lubang
Waktu yang dibutuhkan aki pada perlakuan empat lubang yang dicelupkan untuk dapat menyalakan aerator selama 280 menit atau sekitar 4 jam 40 menit. Daya awal yang dihasilkan aki sebesar 664 watt setelah alat aerator menyala
44
selama 10 menitdan daya minimum yang dihasilkan aki untuk menyalakan aerator menyala sebesar 526 watt. Data yang dihasilkan pada menit kesepuluh relatif stabil namun ketika memasuki menit ke 230 dengan daya 615,4 watt terjadi penurunan daya. Daya pada aki tidak stabil hal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu kestabilan daya apung aerator dan daya pengisian dari solar panel ke aki. Pada menit ke 260 daya yang dihasilkan sebesar 573,1 terjadi penurunan yang derastis. Titik tersebut adalah titik jenuh aki dimana daya yang dikonsumsi melebihi ambang yang dihasilkan oleh aki sehingga terjai penurunan yang signifikan hingga menit ke 270 daya 432,4 watt. Pengambilan data kedua yaitu perlakuan delapan lubang tercelup dilakukan pada jam 12.15 ketika cahaya matahi maksimum. Tidak terjadi semburan pada pedal aerator, namun hanya menghasilkan gelombang pada permukaan air. Kecepatan putar pedal sebesar 22 rpm, terjadi penurunan kecepatan namun daya apung pada aerator stabil. Pada perlakuan ini terjadi sedikit goyangan pada aerator ketika alat bekerja. Penurunan daya aki pada luasan tercelup delapan lubang terlihat grafik yang berwarna biru. Daya awal yang dihasilkan sebesar 662,8 watt, terjadi penurunan yang stabil hal ini disebabkan karena ketika aerator dicelupkan delapan lubang terjadi kestabilan pada aerator sehingga daya yang dikonsumsi stabil. Titik jenuh aki terjadi pada menit 270 dengan daya 601,7 watt kemudian terjadi penurunan yang signifikan hingga menit ke 290 daya sebesar 532,4. Tidak terjadi perubahan pada daya motor setelah diukur dengan digital clamp meter tegangan sebesar 213 dan kuat arus sebesar 0,9 amper. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada kedua perlakuan ini motor menggunakan daya maksimal untuk untuk
45
memutar pedal, baik pada perlakuan empat lubang tercelup maupun delapan lubang.
46
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Sistem aerator yang menggunakan energi surya dengan motor 250 watt dapat bekerja selama kurang lebih 5 jam dan daya yang dihasilkan pada aerator ini adalah sekitar 191,7 watt. Terjadi penurunan daya yang stabil pada penggunaan aki, baik pada perlakuan empat lubang tercelup maupun delapan lubang tercelup. Pada perlakuan pertama yaitu perlakuan empat lubang tercelup waktu jenuh aki terjadi pada menit ke-230 setelah itu terjadi penurunan daya yang sangat drastis dari 615,4 watt sampai menjadi 573,1 watt. Pada perlakuan kedua yaitu delapan lubang tercelup waktu jenuh aki terjadi pada menit ke-270 dengan daya yang dihasilkan sebesar 601,7 watt, kemudian turun menjadi 544,5 watt pada menit ke280. Hal ini disebabkan karena pada delapan lubang tercelup bouyansi pada mesin aerator stabil dibandingkan pada perlakuan pertama sehingga yang dikonsumsi oleh mesin lebih stabil dibandingkan pada perlakuan pertama. Putaran pada kincir masih kurang efektif, karena dipengaruhi oleh luasan permukaan pedal yang besar dan perbandingan sistem transmisi yang kurang sesuai.
47
5.2 Saran Perlu diadakan penelitian lebih lanjut yang membahas tentang luasan permukaan pedal dan sistem transmisi. Pedal luas permukaan terlalu luas, sehingga membutuhkan torsi yang besar untuk memutar kincir. Hal ini akan berpengaruh pada kecepatan putar motor. Penggunaan sistem transmisi kurang sesuai, karena sistem trnasmisi akan dapat meningkatkan torsi yang dihasilkan motor namun akan menurunkan kecepatan putar motor.
48
DAFTAR PUSTAKA Adnan, I. F. 2003. Pengaruh Jumlah Lubang, Bentuk Pedal, dan Posisi Pemasangan Pedal pada Aerator Tipe Kncir terhadap Daya, Diameter Semburan, dan Luas Penutupan. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Boyd, C. E. 1982. Water Quality Management and Pond Fish Culture. Elsevier Scientific. Publishing Company. Amsterdam. Boyd, C. E. 1992. Water Quality Management and Aeration in Shrimp Farming. Pedoman Teknis dari Proyek Penelitian dan Pengembangan Perikanan. Pusat Penelitian dan Pengembangan Perikanan. Jakarta. Helpher, B., dan Pruginin, Y. 1981. Commercial Fish Farming. John Wiley & Sons. New York. http://www.pioneer-tw.com/comm/upimage/p_080221_06066.gif. [diakses tanggal 18 Januari 2011] http://epints.ums.ac.id/756/1/Emitor_HSY_PengendalianKecPutarMotorInduksi1 Phs.pdf. [diakses tanggal 18 Januari 2011] Hurley, P. 2006. Build Your Own Solar Panel. Weelock VT. New York. USA. Husain, Z., Mohd., Z. A. 2008. Basic Fluid Mechanics and Hydraulic Machines. www.Bspublications.net. [diakses tanggal 20 Januari 2011] Lesmana, D. S dan Dermawan, I. 2001. Budidaya Ikan Hias Air Tawar Popular. Penebar Swadaya. Jakarta. Lucas, J. S., dan Paul, C. S. 2005. Aquaculture Farming aquatic Animals and Plants. Blackwell Publishing.Brisbane. Australia. Mott, R. L. 2009. Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis. Edisi ke-4. ANDI. Yogyakarta.
Rosmawati, S. 2009. Pengaruh Modifikasi Aerator Tipe Kincir Tipe Pedal Lengung pada Peningkatan Kadar Oksigen Air. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor.
49
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 20 Oktober 1986 dari pasangan Bapak Sutarli dan Ibu Marsilah. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Pada tahun 2004 penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Menengah Atas Negeri 103 (SMAN 103) Jakarta Timur. Pada tahun 2005 penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor, melalui jalur SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru). Penulis memilih Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. Selama mahasiswa penulis aktif dalam berbagai kegiatan organisasi diantaranya, anggota Departemen Hubungan Luar Komunikasi, HIMITEKA periode 2008-2009 dan ketua klub Marine Instrumentation and Telemetry (MIT) periode 2009-2010. Selama mahasiswa penulis juga pernah lolos seleksi Recognition and Prementoring Program (RAMP). Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Perikanan pada Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan. Penulis menyelesaikan skripsi dengan judul “Rancang Bangun Sistem Aerator dengan Menggunakan Energi Surya”.
50
Lampiran 1. Data Konsumsi Daya Aerator terhadap Aki pada Perlakuan Empat Lubang Tercelup Waktu (menit) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
Tegangan (volt) 12.08 12.06 12.03 11.99 11.97 11.94 11.89 11.86 11.83 11.80 11.77 11.74 11.71 11.68 11.65 11.63 11.58 11.47 11.43 11.31 11.31 11.24 11.19 10.90 10.71 10.42 9.68 9.58 10.37
Tegangan (amper) 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 0
Daya (watt) 664.40 663.30 661.65 659.45 658.35 656.70 653.95 652.30 650.65 649.00 647.35 645.70 644.05 642.40 640.75 639.65 636.90 630.85 628.65 622.05 622.05 618.20 615.45 599.50 589.05 573.10 532.40 526.90 0.00
51
Lampiran 2. Data Konsumsi Daya Aerator terhadap Aki pada Perlakuan Delapan Lubang Tercelup
Waktu Tegangan Tegangan (menit) (volt) (amper) 10 12.05 55 20 12.02 55 30 12.00 55 40 11.97 55 50 11.94 55 60 11.92 55 70 11.89 55 80 11.87 55 90 11.84 55 100 11.81 55 110 11.78 55 120 11.75 55 130 11.75 55 140 11.69 55 150 11.60 55 160 11.63 55 170 11.57 55 180 11.55 55 190 11.50 55 200 11.55 55 210 11.41 55 220 11.32 55 230 11.24 55 240 11.20 55 250 11.13 55 260 11.05 55 270 11.94 55 280 10.78 55 290 10.49 55 300 9.90 55 310 9.68 55 320 10.22 0
Daya (watt) 662.75 661.10 660.00 658.35 656.70 655.60 653.95 652.85 651.20 649.55 647.90 646.25 646.25 642.95 638.00 639.65 636.35 635.25 632.50 635.25 627.55 622.60 618.20 616.00 612.15 607.75 656.70 592.90 576.95 544.50 532.40 0.00
52
Lampiran 3. Gambar Alat Aerator
Lampiran 4. Lokasi Uji Coba Alat (Kolam Percobaan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan , IPB)
53
LAMPIRAN 5. KONSTRUKSI ALAT
54
55
56
57
58
59
