KINCIR AIR PENGANGKAT SAMPAH PERMUKAAN DAN …/Kincir...i kincir air pengangkat sampah permukaan dan melayang memanfaatkan tenaga air dengan satu kincir penggerak waterwheel the lifter

i

KINCIR AIR PENGANGKAT SAMPAH PERMUKAAN DAN MELAYANG MEMANFAATKAN 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

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ii


commit to user

iii


commit to user

iv

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

v

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 Universitas 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

vi

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

vii

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. Mediyanto, 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

viii

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

2.1.1 Sampah .............................................................................................. 5

2.1.2 Sungai ................................................................................................ 9

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

2.2 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

ix

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

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

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

3.3.1 Peralatan .......................................................................................... 18

3.3.2 Bahan............................................................................................... 22

3.4 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

x

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

xi

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

xii

Gambar 4-9. Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Beban Yang

Diberikan Pada Kincir Pengangkat ................................................................................52


commit to user

xiii

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL

A = Luas permukaan plat (m2) A = Luas penampang saluran (m2) B = Lebar penampang basah aliran air (m) b = Lebar sudu kincir (m) C = Kecepatan aliran air (m/dt) C1 = Kecepatan aliran air (m/dt) D = Diameter kincir (m) E = Energi kinetik pancaran (kgm2/dt2) F = Gaya pada kincir (N) G = Laju aliran air (kg/dt) H = Kedalaman aliran air (m) h = Panjang sudu kincir (m) K = Kerja yang dilakukan pancaran pada kincir (Nm) M = Massa zat cair (kg) n = Jumlah putaran kincir P = Daya yang dihasilkan kincir (HP) Q = Debit aliran (m3/dt) Qhb = Besarnya debit pada alat Hydraulic Bench (m3/dt) Qpompa = Besarnya debit yang dikeluarkan oleh pompa (m3/dt) R = Gaya pada kincir (N) U = Kecepatan tangensial kincir (m/dt) U1 = Kecepatan tangensial kincir (m/dt) V = Kecepatan aliran air (m/dt) v = Kecepatan plat (m/dt) W = Kecepatan relatif (m/dt) W1 = Kecepatan relatif (m/dt)

= Berat jenis air (1000 kg/m3) = Efisiensi kincir (%)


commit to user

1

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

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

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

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

5

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

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 2-1

(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

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 (ME-

H) 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

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 komponen-

komponen 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

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

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 sudu-

sudu 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

11

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

12

memerlukan head atau beda tinggi. Tipe ini cocok dipasang pada perairan

dangkal. Dis ini 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 (m3/dt).

Debit aliran dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut:

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

Dengan:

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


commit to user

13

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:

W2 = C2 + 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

14

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 = Massa zat cair (m3/dt) A = Luas permukaan plat (m2) V = Kecepatan aliran air (m/dt)

v = Kecepatan plat (m/dt)


commit to user

15

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 = F = Gaya (N) = Massa jenis air (1000 kg/m3)(kg/m3) A = Luas permukaan plat (m2)

V = Kecepatan aliran air (m/dt) v = Kecepatan plat (m/dt)


commit to user

16

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) A = Luas permukaan plat (m2)

V = Kecepatan aliran air (m/dt) v = Kecepatan tangensial kincir (m/dt)

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 = Energi kinetik (kgm2/dt2) = Massa jenis zat cair (1000 kg/m3)g/m3) A = Luas permukaan plat (m2) V = 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: a V v

A

Atau 2 W v ……………………………………………………….(2.9)

dengan:

= Efisiensi kerja kincir (%)


commit to user

17

2.2.3.4 Daya (P)

Bila laju aliran air adalah = volume x masa jenis

G = (b.h. V) . …………………………………………………........(2.10)

dengan: G = Laju aliran aliran air (kg/dt) b = lebar sudu (m) h = tinggi sudu (m) V = 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 = A V v . (b.h.V ).

P = A .V2.v.W……………………..……………………….……(2.11)

dengan:

P = Daya yang dihasilkan kincir (w) = Massa jen is air A = Luas permukaan plat (m2)

V = Kecepatan aliran air (m/dt) v = Kecepatan tangensial kincir (m/dt) W = Kecepatan relatif (m/dt)


commit to user

18

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 cm2 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

19

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

20

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

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:

a b


commit to user

21

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

22

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

23

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 cm2 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

24

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) Debit diperoleh dengan membandingkan antara volume dengan waktu.

4. Pengukuran debit pada aliran yang dialirkan oleh pompa. Langkah-

langkahnya 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

25

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

26

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

27

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 (m3/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

28

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:

W2 = 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

29

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

30

Gambar 3-6 Diagram Alir Kalibrasi Alat Ukur Debit

Mulai

Memberikan aliran pada flume hingga air

melimpas dan mengatur skala bukaan

R2 1

Pengamatan debit melalui

hydraulic bench

Pengamatan debit melalui

pompa

Menghitung debit melalui

hydraulic bench dan pompa

Mencatat hasil pengamatan

(skala bukaan, volume dan waktu)

Membandingkan debit melalui hydraulic bench

dan pompa pada tiap skala bukaan

Setting flume

Ya

Tidak

Selesai


commit to user

31

Gambar 3-7 Diagram Alir Kalibrasi Alat Ukur Putaran

Mulai

Memberikan aliran pada flume hingga air

melimpas dan kincir berputar

R2 1

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)

Setting kincir air

Ya

Tidak

Selesai


commit to user

32

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)

Persiapan

Perencanaan Bentuk dan Dimensi Kincir Air pengangkat sampah

Pembuatan Kincir air pengangkat Sampah

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

Setting alat multi purpose teching flume

A

Pengaliran pada flume dan kincir bisa berputar dengan debit Q1= 2,23 l/dt; Q2= 2,43 l/dt; Q3= 2,69 l/dt

Mencatat hasil pengamatan: jumlah putaran kincir, beban,

dan kedalaman aliran air

Qn+1

Qn Q3 Ya

Tidak

B

Mulai

Q1

B = 25 gr


commit to user

33

Gambar 3-8 Diagram Alir Penelitian

Analisis Data dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

B

B 300 gr

A

Ya

Tidak


commit to user

34

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Kalibrasi Alat Uji Penelitian

Ketelitian dan ketepatan hasil suatu penelitian ilmiah, 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 (Qhb)

Alat hydraulic bench dapat dilihat pada Gambar 4-1:

Gambar 4-1. Alat ukur debit hydraulic bench

34


commit to user

35

Perhitungan debit terukur pada hydraulic bench (Qhb)

Dengan V = volume air = 5000 cm3

dan t1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 31,56 dt

= 158,43 cm3/dt

Jadi, debit terukur (Qhb) pada skala bukaan 7,00 mm adalah 158,43 cm3/dt. Untuk

selanjutnya besaran debit pada hydraulic bench ditunjukkan pada Tabel 4-1.

Tabel 4-1. Data Pengamatan Debit pada Hydraulic Bench

Skala Bukaan

Volume t Q hb

(mm) (cm3) (dt) (cm3/dt)

1 7.00 5000 31.56 158.432 7.20 5000 23.68 211.153 7.40 5000 12.32 405.844 7.60 5000 8.64 578.705 7.80 5000 6.24 801.286 8.00 5000 5.48 912.417 8.20 5000 3.57 1400.358 8.40 5000 2.24 2234.829 8.60 5000 2.06 2430.72

10 8.80 5000 1.86 2693.97

No.

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 t1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 21,29 dt


commit to user

36

= 145,62 cm3/dt

Jadi, debit pada pompa (Qpompa) pada skala bukaan 7,00 mm adalah 145,62 cm3/dt.

Untuk selanjutnya besaran debit pada pompa ditunjukkan pada Tabel 4-2.

Tabel 4-2. Data Pengamatan Debit pada Pompa

Skala bukaan

Volume t Q

pompa

(mm) (cm3) (dt) (cm3/dt)1 7.00 3100 21.29 145.622 7.20 2900 14.27 203.173 7.40 3200 8.42 379.944 7.60 3100 5.51 562.755 7.80 3300 4.06 813.676 8.00 3300 3.79 871.087 8.20 3400 2.46 1382.118 8.40 3200 1.61 1992.049 8.60 2900 1.23 2358.24

10 8.80 2900 1.12 2583.98

No.

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

37

Gambar 4-2. Hubungan Antara Qhb dan Qpompa

Dari Gambar 4-2 diperoleh nilai korelasi sebesar 0,996. Nilai ini mendekati 1,

maka hubungan antara Qhb dengan Qpompa 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

y = 0.9439x + 12.891 R² = 0.9965

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000Q pompa


commit to user

38

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

Debit Waktu rpm rpml/dt detik 1 2 3 4 5 Total Rerata

1 2.23 60 27.5 28 28 28 27.5 139 27.82 2.43 60 29.5 29 29.5 29.5 28.5 146 29.23 2.69 60 33.5 32.5 34 32.5 34 166.5 33.3

NOrotatometer

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

Debit Waktu rpm rpml/dt detik 1 2 3 4 5 Total Rerata

1 2.23 60 28 28 30 30 29 145 292 2.43 60 32 29 29 30 30 150 303 2.69 60 30 29 34 33 34 160 32

NOPerhitungan Manual

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

39

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 =

dengan, Q = Debit open flume = 2,23 l/dt = 2,23 x 10-3 m3/dt

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.

y = 0.5324x + 14.307 R² = 0.9926

27

29

31

33

35

27 28 29 30 31 32 33 34 35

Rot

atom

eter

Perhitungan Manual


commit to user

40

Tabel 4-5. Hasil Analisis Kecepatan Aliran Open Flume

B Hl/dt m3/dt m m m/dt

1 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

DebitLuas Penampang Basah

V AirNO

Debit

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

41

Tabel 4-6. Hasil Percobaan Rpm Kincir

DEBIT H C BEBAN rpm l/dt cm m/dt gr Rerata

0 27.5 28 28 28 27.5 27.825 27.5 28 27.5 28 27.5 27.750 27.5 28 27.5 28 27.5 27.775 27 28 27.5 28 27.5 27.6

100 27 28 27.5 28 27.5 27.6125 27 27.5 27 27.5 27.5 27.3150 27 27.5 27 27.5 27.5 27.3175 27 27.5 27 27 27.5 27.2200 27 27 26.5 27 27 26.9225 26.5 27 26.5 27 27 26.8250 26 26 26.5 26.5 27 26.4275 25.5 25.5 26.5 26 27 26.1300 25 25 26 25.5 26.5 25.60 29.5 29 29.5 29.5 28.5 29.225 29 29 29.5 29.5 28.5 29.150 28.5 28.5 29.5 29.5 28.5 28.975 28.5 28.5 29.5 29 28.5 28.8

100 28.5 28.5 29 29 28.5 28.7125 28.5 28.5 29 29 28.5 28.7150 28.5 28.5 29 28.5 28.5 28.6175 28.5 28.5 28.5 28.5 28 28.4200 28.5 28.5 28.5 28.5 28 28.4225 28 28.5 28.5 28.5 28 28.3250 28 28.5 28.5 28.5 28 28.3275 27.5 28.5 28 28.5 28 28.1300 26.5 27.5 27 28 27.5 27.3

0 33.5 32.5 34 32.5 34 33.325 32 32 32 32 30 31.650 31.5 31 31.5 31 30 3175 31 30.5 31 30.5 30 30.6

100 30.5 30 30.5 30.5 30 30.3125 30 30 30 30.5 30 30.1150 30 30 30 30.5 29.5 30175 30 30 30 30 29.5 29.9200 30 29.5 30 30 29.5 29.8225 30 29.5 30 30 29 29.7250 30 29.5 30 29.5 29 29.6275 29.5 29 29.5 29.5 28.5 29.2300 28.5 28 29 29 28 28.5

2.23

2.43

2.69 4.5 0.27

4.2 0.26

4 0.25

rpm

Keterangan tabel: (Debit) 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

42

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:

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.

1517192123252729313335

0 50 100 150 200 250 300 350

Jum

lah

Put

aran

Kin

cir

(RP

M)

Beban Kincir Pengangkat (gram)

Hubungan Antara Jumlah Putaran Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan

Kecepatan I

Kecepatan II

Kecepatan III


commit to user

43

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 Tangensial

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

44

Tabel 4-7. Hasil Analisis Kecepatan Kincir

DEBIT H C BEBAN Ul/dt cm m/dt gr m/dt

0 0.27 0.28 0.28 0.28 0.27 0.2825 0.27 0.28 0.27 0.28 0.27 0.2850 0.27 0.28 0.27 0.28 0.27 0.2875 0.27 0.28 0.27 0.28 0.27 0.27

100 0.27 0.28 0.27 0.28 0.27 0.27125 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27150 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27175 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27200 0.27 0.27 0.26 0.27 0.27 0.27225 0.26 0.27 0.26 0.27 0.27 0.27250 0.26 0.26 0.26 0.26 0.27 0.26275 0.25 0.25 0.26 0.26 0.27 0.26300 0.25 0.25 0.26 0.25 0.26 0.250 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.2925 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.2950 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.2975 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.29

100 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.29125 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.29150 0.28 0.28 0.29 0.28 0.28 0.28175 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28200 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28225 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28250 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28275 0.27 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28300 0.26 0.27 0.27 0.28 0.27 0.270 0.33 0.32 0.34 0.32 0.34 0.3325 0.32 0.32 0.32 0.32 0.30 0.3150 0.31 0.31 0.31 0.31 0.30 0.3175 0.31 0.30 0.31 0.30 0.30 0.30

100 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30125 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30150 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.30175 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.30200 0.30 0.29 0.30 0.30 0.29 0.30225 0.30 0.29 0.30 0.30 0.29 0.30250 0.30 0.29 0.30 0.29 0.29 0.29275 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.29300 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.28

2.23 4 0.25

Kecepatan Tange nsial Kincirm/dt

2.43 4.2 0.26

2.69 4.5 0.27

Keterangan tabel: (U) kecepatan tangensial kincir.


commit to user

45

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:

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.

0.150.170.190.210.230.250.270.290.310.330.35

0 50 100 150 200 250 300 350Kec

epat

an T

ange

nsi

al K

inci

r (m

/dt)


Hubungan Antara Kecepatan Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan

Kecepatan I

Kecepatan II

Kecepatan III


commit to user

46

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 analis is kecepatan kincir dan kecepatan aliran dapat diperoleh

kecepatan relatif (W) antara keduanya dengan Persamaan (2.3) sebagai berikut:

W2 = C2 + U2 - 2 C

Dengan C = Kecepatan aliran air = 0,25 m/dt

U = Kecepatan tangensial kincir = 0,28 m/dt

= Sudut yang terjadi antara C dan U = 00

maka, W2 = 0,252 + 0,282 - 2 x 0,25 x 0,28 x Cos 00

W2 = 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

47

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

DEBIT H BEBAN U C W

l/dt cm gr m/dt m/dt x10-3 m/dt 2.23 4 0 0.28 0.25 22.72

25 0.28 21.7350 0.28 21.7375 0.27 20.73

100 0.27 20.73125 0.27 17.75150 0.27 17.75175 0.27 16.75200 0.27 13.76225 0.27 12.77250 0.26 8.79275 0.26 5.80300 0.25 0.83

2.43 4.2 0 0.29 0.26 27.5425 0.29 26.5550 0.29 24.5675 0.29 23.56

100 0.29 22.57125 0.29 22.57150 0.28 21.57175 0.28 19.58200 0.28 19.58225 0.28 18.59250 0.28 18.59275 0.28 16.60300 0.27 8.63

2.69 4.5 0 0.33 0.27 59.3025 0.31 42.3850 0.31 36.4175 0.30 32.43

100 0.30 29.44125 0.30 27.45150 0.30 26.45175 0.30 25.46200 0.30 24.46225 0.30 23.47250 0.29 22.47275 0.29 18.49300 0.28 11.53

Keterangan tabel: (Debit) 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

48

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:

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.

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 50 100 150 200 250 300 350

Kec

epat

an R

elat

if (m

/dt)


Hubungan Antara Kecepatan Relatif Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan

Kecepatan I

Kecepatan II

Kecepatan III


commit to user

49

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 x6,4 x 10-3x x F x


commit to user

50

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 x = 22,79 x10-3 watt

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

51

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

DEBIT H BEBAN W F K G P

x10-4 m3/dt cm gr x10-3 m/dt x10-3 N x10-3 Nm kg/dt x10-5 HP

0 22.72 36.93 10.22 3.0625 21.73 35.31 9.73 2.9250 21.73 35.31 9.73 2.9275 20.73 33.69 9.26 2.77

100 20.73 33.69 9.26 2.77125 17.75 28.84 7.84 2.35150 17.75 28.84 7.84 2.35175 16.75 27.22 7.37 2.21200 13.76 22.37 5.99 1.79225 12.77 20.75 5.54 1.66250 8.79 14.28 3.75 1.12275 5.80 9.43 2.45 0.73300 0.83 1.34 0.34 0.100 27.54 46.37 13.48 4.3925 26.55 44.7 12.95 4.2250 24.56 41.35 11.89 3.8875 23.56 39.67 11.37 3.71

100 22.57 38 10.85 3.54125 22.57 38 10.85 3.54150 21.57 36.32 10.34 3.37175 19.58 32.97 9.32 3.04200 19.58 32.97 9.32 3.04225 18.59 31.29 8.81 2.87250 18.59 31.29 8.81 2.87275 16.6 27.94 7.81 2.55300 8.63 14.54 3.95 1.290 59.3 103.27 34.22 12.3625 42.38 73.8 23.21 8.3950 36.41 63.4 19.56 7.0775 32.43 56.47 17.2 6.21

100 29.44 51.27 15.46 5.59125 27.45 47.8 14.32 5.17150 26.45 46.07 13.76 4.97175 25.46 44.34 13.19 4.77200 24.46 42.6 12.64 4.56225 23.47 40.87 12.08 4.36250 22.47 39.14 11.53 4.17275 18.49 32.2 9.36 3.38300 11.53 20.07 5.69 2.06

2.43 4.2 2.43

2.69 4.5 2.69

2.232.23 4

Keterangan tabel: (Debit) 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

52

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:

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.

0.00E+00

2.00E-05

4.00E-05

6.00E-05

8.00E-05

1.00E-04

1.20E-04

1.40E-04

0 50 100 150 200 250 300 350

Day

a K

inci

r (H

P)


Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Kecepatan Aliran Dan Pembebanan

Kecepatan I

Kecepatan II

Kecepatan III


commit to user

53

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.

53


commit to user

54

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

Documents

KINCIR AIR PENGANGKAT SAMPAH PERMUKAAN DAN …/Kincir...i kincir air pengangkat sampah permukaan dan melayang memanfaatkan tenaga air dengan satu kincir penggerak waterwheel the lifter