## ANALISIS DAYA OUTPUT DAN EFISIENSI KINCIR AIR SUDU MIRING YANG BEKERJA PADA SALURAN HORIZONTAL
Rahmat Hidayat Boli a , Abdul Makhsud b , Mahmuddin Tahir c a Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Gorontalo
Jl. A. A. Wahab No.247 Limboto, Gorontalo
b Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muslim Indonesia Jl. Inspeksi Kanal No.2, Panakkukang, Kota Makassar, Sulawesi Selatan c Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muslim Indonesia Jl. Inspeksi Kanal No.2, Panakkukang, Kota Makassar, Sulawesi Selatan
E-mail: rahmad.h73@yahoo.com

## Abstract
Water wheels angle blade shape with a diameter of 1,000 m wheels, blade length of 0.25 m, and a blade width of 0.3 m. This study aims to determine the power and efficiency of the waterwheel. To test the water mill, then made a model of open channel with a channel length of 12.25 m, a width of 0.334 m channel, channel height of 6.0 m, and the angle of 450. The waterwheel power and efficiency can be determined by varying the flow rate of 0.050 m3/s to 0,032 m3/s at a load of 2 kg to 8 kg. Measurement of the flow rate by method of filling the bucket with a bucket voleme 50 L. To determine the flow rate through the duct bucket volume divided by the time it takes to fill the bucket.
Keywords: Water Wheels, Blade Angle, Power and Efficiency.

## Abstrak
Kincir  air  bentuk  sudu  miring  dengan  diameter  roda  1,000  m,    panjang  sudu  0,25  m,  dan  lebar  sudu  0,3  m. penelitian ini bertujuan untuk mengetahui daya dan efisiensi kincir air. Untuk menguji kincir air tersebut, maka dibuatkan model saluran terbuka dengan panjang saluran 12,25 m, lebar saluran 0,334 m, tinggi saluran 6,0 m, dan  sudut  kemiringan  450.  Daya  dan  efisiensi  kincir  air  dapat  diketahui  dengan  memvariasikan  debit  aliran 0,050 m3/s sampai 0,032 m3/s pada beban 2 kg sampai 8 kg. Pengukuran debit aliran dengan metode mengisi ember  dengan  voleme  ember  50  L.  Untuk  mengetahui  debit  aliran  yang  melalui  saluran  maka  volume  ember dibagi dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengisi ember tersebut.
Keywords: Kincir Air, Sudu Miring, Daya dan Efisiensi.

## 1. PENDAHULUAN
Kebutuhan energi listrik Indonesia semakin meningkat seiring dengan pertumbuhan jumlah penduduk dari tahun ke tahun.  Pembangkit  Listrik  Negara  (PLN)  berusaha  semaksimal  mungkin  untuk  memenuhi  kebutuhan  energi  listrik. Namun nyatanya saat ini masih banyak warga Indonesia yang belum menikmati energi listrik terutama warga pedesaan yang jauh dari jangkuan listrik Negara.
Pertumbuhan  jumlah  penduduk  yang  berbanding  terbalik  dengan  kebutuhan  energi  listrik.  Dalam  menyikapi pertumbuhan  jumlah  penduduk  yang  semakin  meningkat,  maka  energi  terbarukan  dapat  olah  semaksimal  mungkin untuk memenuhi kebutuhan listrik dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam.
Indonesia saat ini hanya mengandalakan energi listrik berbahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batu bara yang jumlahnya sangat terbatas dan beberapa tahun kemudian akan habis. Energi baru terbarukan seperti tenaga angin, tenaga air, dan tenaga surya yang berpotensi dikembangkan di wilayah Indonesia khususnya daerah pedesaan yang kaya akan sumber daya alam.
Secara nasional, ketersediaan air di Indonesia mencapai 694 milyar meter kubik per tahun yang dapat dimanfaatkan, namun  faktanya  saat  ini  baru  sekitar  23  persen  yang  telah  termanfaatkan.  Dari  23  persen  tersebut  hanya  sekitar  20
persen  yang  dimanfaatkan  untuk  memenuhi  kebutuhan  kota  dan  industri,  selebihnya  80  persen  dimanfaatkan  untuk memenuhi kebutuhan irigasi [1].
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi  air yang memiliki  kapasitas  aliran  yang  cukup.  Umumnya  selama  ini  energi  air  yang  digunakan  sebagai  pembangkit  listrik adalah  air  dengan  tinggi  jatuh  dan  debit  besar  yang  dimanfaatkan  sebagai  pembangkit  listrik  tenaga  air  (PLTA). Sedangkan  energi  air  dengan  tinggi  jatuh  dan  debit  kecil  belum  banyak  dimanfaatkan,  wilayah  Indonesia  memiliki potensi yang cukup besar untuk dikembangkan pembangkit listrik tenaga air dengan tinggi jatuh dan debit relatif kecil.
Penelitian  yang  telah  dilakukan  sebelumnya  bahwa  energi  mekanik  aliran  air  yang  merupakan  transformasi  dari energi  potensial,  yang  dimanfaatkan  untuk  menggerakkan  turbin  atau  roda  air.  Umumnya  turbin  digunakan  untuk membangkitkan  energi  listrik,  sedangkan  kincir  untuk  pemanfaatan  energi  mekanik  secara  langsung,  kemudian dikonversi menjadi energi listrik [2].
Penelitian  dilakukan  yang  akan  mengungkap  seberapa  besar  kemampuan  roda  air  menerima  energi  kinetik  air. Menurut tipenya roda air terbagi atas tiga bagian yaitu roda air overshot , undershot , dan breastshot . Dalam penelitian ini dengan menggunakan roda air tipe undershot untuk mengetahui berapa besar prestasi yang dihasilkan oleh roda air bentuk sudu segitiga terhadap tinggi permukaan pada saluran horizontal.
Tujuan penelitian yang hendak dicapai adalah untuk mengetahui prestasi kincir air dengan variasi debit aliran pada sudu miring terhadap daya output dan efisiensi kincir air serta menggambarkan kurva pencapaian.

## 2. MATERIAL DAN METODE PENELITIAN

## 2.1 MATERIAL
Pengujian kincir air  tipe breastshot yang dilakukan dengan  menggunakan jumlah sudu  yang berbeda yakni  sudu 10,  8,  dan  6.  Dengan  masing-masing  sudut  sudu  sebesar  0 0 ,  30 0 ,  dan  45 0 .  Hasil  pengujiannya  menunjukkan  bahwa jumlah  sudu  8  dengan  sudut  sudu  45 0 ,  dengan  nilai  putaran  maksimal  sebesar  166,147  rpm  dan  daya  listrik  yang dihasilkan sebesar 0,381 watt serta efisiensi maksimal sebesar 48,962% [3].
Penelitian sebelumnya mengemukakan dalam hasil penelitian bahwa variasi tebal sudu dari 3, 6, 9, dan 12 dengan debit air sebesar 10-20  m 3 /jam,  berpengaruh terhadap kinerja yang dihasilkan oleh daya poros dan efisiensi  kincir air tipe sudu datar [4].
1. Kincir air merupakan sarana utama untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa perputaran poros pada kincir air yang akan memutar generator penghasil listrik. Penggunaan kincir air sampai sekarang perkembangannya semakin  meningkat  dikarenakan  model  dan  kontruksinya  sederhana  serta  perawatannya  terhitung  murah  maupun pengoprasiannya. Kincir air dapat diklasifikasikan menjadi 3 macam sesuai dengan gaya gerak yang dimiliki yakni (1) kincir air Overshot , (2) kincir air Undershot , dan (3) kincir air Breastshot [5]
Hasil  penelitian  yang  dilakukan  sebelumnya  menyatakan  bahwa  arus  air  yang  mengalir  mengandung  energi dengan  melalui  sebuah  kincir  air.  Potensi  energi  air  tersebut  dapat  diubah  bentuknya  berupa  energi  kinetik  aliran menjadi energi mekanik [6].
2. Energi  Potensial  air  yaitu  bentuk  energi  yang  dimiliki  air  dengan  massa  m  (kg)  dengan  energi  yang  timbul disebabkan oleh pengaruh dari gravitasi bumi g (m/s 2 ) yang di definisikan seperti pada persamaan  (1) :
(1)
3. Selain  memanfaatkan  air  jatuh,  tenaga  air  ( hydropower )  dapat  diperoleh  dari  aliran  air  horizontal.  Dalam  hal  ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik.
(2)
4. Debit aliran adalah banyaknya air yang mengalir melalui penampang saluran terbuka tiap satuan waktu. Debit aliran dapat dihitung dalam bentuk persamaan 3:
(3)
Sedangkan untuk menghitung kecepatan aliran air dapat digunakan persamaan 4:
v = (4)
(5)
5. Daya air
Besar  daya  air  (N A )  yang  diterimah  oleh  roda  air  adalah  daya  aliran  horizontal  sehingga  roda  air  menghasilkan momen  putar  pada  poros.  Daya  keluaran  yang  dihasilkan  oleh  kincir  air  tergantung  pada  kecepatan  aliran  air  dan debit aliran air. Sehingga daya keluaran tersebut dapat dihitung dengan persamaan 6:
N Air = ρ a v 3
(6)

## 6. Daya roda air dan efisiensi kincir air
Proses perubahan  energi  kinetik  menjadi  energi  mekanik  akan  membuat  kincir  berputar.  Sehingga  kincir  akan bergerak secara berotasi, hal ini dinamakan dengan momen putar yang diterima poros kincir. Maka daya yang dapat dihasilkan kincir dapat dituliskan dengan persamaan 7:
N KA = T  (Watt) (7) T = m x g x r       (N/m) (8)  =
(rad/s)    (9)
Atau dengan memasukkan persamaan kecepatan sudut secara langsung dapat ditulis dengan bentuk persamaan 10:
(10)
Secara  umum,  unjuk  kerja  ( performance )  suatu  peralatan  konversi  energi  termasuk  kincir  air  dapat  dinyatakan dengan efisiensi (ɳ) dan dapat dituliskan dalam persamaan 10:
(11)

## 2.2 METODE PENELITIAN
1. Tempat dan waktu penelitian
Model kincir air yang diteliti dilakukan di  laboratorium Peungujian Mesin-mesin Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia Makassar. Pengujian kincir air dengan metode pengujian sudu miring untuk mengetahui seberapa besar daya output dan efisiensi kincir air yang dihasilkan. Geometri  saluran terbuka yang menyerupai model saluran irigasi seperti Gambar 1, sudu  kincir air yang  dirancang  menggunakan bahan  utama  yaitu Acrylic. Pembuatan instalasi  pengujian  kincir  air  dengan  bentuk  sudu  miring  dimulai  pada  bulan  November  2017  sampai  bulan  Januari tahun 2018.

## 2. Geometri saluran
Saluran  air  menggunakan  multiplek  dengan  model  saluran  terbuka  yang  menyerupai  saluran  irigasi  dengan panjang saluran 12,25 m, lebar 0,334 m, tinggi saluran 4 m, dan sudut kemiringan 45 0 .
Dengan  metode  air  disirkulasikan  dari  reservoir  1  dengan    pompa  isap  merk  Honda  dengan  kapasitas  isap  1000 m 3 /menit ke reservoir 2 untuk meujuh saluran yang akan menerpa sudu kincir air seperti pada Gambar 1
Gambar 1. Skema Saluran Kincir Air
Skema saluran terbuka pada Gambar 1 memiliki komponen sebagai berikut :
(1a) bak penampungan 1 (1b) bak penampungan 2 (2) pompa isap (3) pipa penyuplai air (4) kincir air.
3. Geometri kincir air
Kincir  air  dengan  bahan  utama acrylic, diameter  kincir  air  1  m,  lebar  sudu  0.3  m  dan  tinggi  0.25  m  seperti  yang diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Kincir Air Sudu Miring
Gambar 3. Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 PERHITUNGAN
Pengukuran  debit  aliran  menggunakan  metode  ember (bucket) dengan  volume  ember  sebesar  0,05  m 3 dengan membagi waktu yang dibutuhkan untuk mengisi ember tersebut.
- Data pengukuran Volume ember (V) = 0,05 m 3 Tinggi air dalam saluran(h) = 0.08 m Lebar saluran (B) = 0.334 m Luas penampang (A) = Bxh   = 0.334 x 0.08  = 0.02672 m 2 Debit aliran (m 3 /s) = waktu rata-rata (s)
Persiapa Alat dan bahan Referensi Pembuatan instalasi Pengambilan data Mulai selesai Analisa data serta kesimpulan dan saran
̇
3.2 DAYA DAN EFISIENSI KINCIR AIR
Sebagai contoh perhitungan untuk daya dan efisiensi  kincir air pada beban 2 kg dengan data pengukuran sebagai berikut:
Putaran poros maksimum sebesar 42,23 rpm dengan beban poros sebesar 2 kg. Temperatur air (t a ) = 31 0 c Massa jenis air ( ⍴ ) = 995 kg/m 3 Lebar sudu (I) = 0.3 m Jarak sudu dengan dasar saluran (y)
= 0.005 m
Tinggi air dalam saluran (h) = 0.08 Jari-jari pully (r)
= 0.06 m
Kecepatan aliran (V) = 1.871 m/s Debit aliran (Q) = 0.050 m 3 /s
1. Daya air (N a ) Besar daya air (N a ) yang menumbuk sudu kincir air dengan persamaan (5) dinyatakan sebagai berikut: N a = x ⍴ x a x v 3

## ]
N a = 73,316 watt Daya air yang diterimah oleh sudu kincir air sebesar 73,316 watt dengan beban poros sebesar 2 kg pada debit 0,050 m 3 /s.
2. Daya kincir air (N KA ) Besar daya kincir air (N KA ) yang menumbuk sudu kincir air dengan persamaan (9) dinyatakan sebagai berikut:

## N KA
N KA N KA
Sehingga daya kincir air sebesar 5,204 watt dengan beban poros sebesar 2 kg.
3. Efisiensi roda air (η)
Efisiensi roda dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 10.

## 3.3 PEMBAHASAN
1. Daya kincir air
Pada  Gambar (4) menunjukkan peningkatan daya  kincir air (N KA ) dengan  meningkatkan debit aliran pada beban poros yang  konstan. Karena adanya peningkatan debit aliaran  maka  gaya tumbukan air  yang diterimah semakin besar pula.
Gambar 4. Grafik Hubungan daya kincir air (N KA ) terhadap Putaran (rpm).
Gaya  yang  dihasilkan  oleh  tumbukan  air  pada  sudu  efektif  menyebabkan  kincir  air  dapat  bergerak  secara tangensial. Kecepatan tangensial pada kincir air meningkatkan daya kincir air dengan mengabaikan momen balik karena dianggap  kecil  dan  kerugian  aliran  pada  dinding  saluran  sangat  tipis.  Sehingga  tumbukan  air  pada  sudu  efektif  dapat bekerja dengan maksimal seperti pada Gambar 4.
Debit  aliran  0,050  m 3 /s  sampai  0.032  m 3 /s  pada  beban  2  kg,  4  kg,  6  kgdan  8  kg,  kincir  air  bentuk  sudu  miring menghasilkan daya kincir air sebesar 17,955 Watt sampai 3,273 Watt pada beban 8 kg.
2. Efisiensi kincir air (η)
Debit aliran 0.050 m 3 /s sampai 0,032 m 3 /s pada beban 2 kg sampai dengan 8 kg, bentuk sudu miring menghasilkan efisiensi 33,368 % sampai dengan 7,098  % pada beban 8 kg seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik Hubungan Efisiensi η (%) terhadap Putaran (rpm)
Pada  Gambar 5 diatas dapat dilihat bahwa efisiensi kincir air yang efektif bekerja pada beban 8 kg dengan debit 0.036  m 3 /s,  sehingga  efisiensi  yang  dihasilkan  sebesar  33,368  %  dan  daya  aliran  air  sebesar  40,815  watt  serta  daya kincir air sebesar 13,619 watt.
Semakin besar beban yang diberikan pada poros  kincir air, maka putaran kincir air semakin rendah. Hal tersebut diakibatkan karena adanya gaya friksi yang terjadi pada poros kincir air.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pembahasan  diatas,  maka  dapat  disimpulkan,  Daya  yang  dihasilkan  semakin  besar  dengan meningkatkan  debit  aliran  pada  bentuk  sudu  miring.  Daya  maksimal  sebesar  17,955  watt  pada  debit  0,050  m 3 /s. Efisiensi  maksimal  dihasilkan  sebesar  33,368  %  pada  debit  0,036  m 3 /s.  seiring  dengan  peningkatan  debit  yang  besar, maka efisiensi cenderung menurun.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 20 25 30 35 40 45 D A YA L UA R A N ( WA TT ) PUTARAN POROS (RPM) m = 2kg m = 4kg m = 6kg m = 8kg
0 5 10 15 20 25 30 35 40 20 25 30 35 40 45 EF IS IE N SI (% ) PUTARAN (RPM) m = 8kg m = 6kg m = 4kg m = 2kg
Diharapkan  hasil  penelitian  ini  dapat  dijadikan  acuan  untuk  pengembangan  pembangkit  listrik  skala  rumah  tangga, dapat  dikembangkan  untuk  skala  yang  lebih  besar  dan  dapat  dilakukan  di  sungai  yang  memiliki  debit  dan  kecepatan aliran yang cukup besar.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima  kasih kepada  Ir. Faisal Habib, MT selaku Ketua Jurusan Mesin Fakultas  Teknik UMI  yang  telah memberikan  izin  melakukan  penelitian  dilaboratorium  Pengujian  Mesin-mesin.  Ir.  Muhammad  Syahrir,  MT  selaku kepala labratorium Pengujian Mesin-mesin yang telah memberikan izin menggunakan pasilitas alat-alat yang digunakan dalam  penelitian.  Dr.  Ir.  Mahmuddin.,  MT  selaku  ketua  Program  studi  Magister  Teknik  Mesin  Pps  UMI  Makassar. Terima  kasih  kepada  teman–teman  yang  tidak  dapat  disebut  satu  persatu  namanya  yang  membantu  dalam  proses penelitian ini sehingga penelitian ini terselesaikan.

## Daftar Pustaka
[1] Samekto, C. dan Sofian, E. 2016.,  “Potensi Sumber Daya Air di Indonesia”.
[2] Hangga  Putra  Prabawa,  Mungsidi,  Moh.  Yusuf,  Oktarina  Heriyani  (2016)  “Pengaruh  Variasi  Ukuran  Diameter Nozzle Terhadap daya dan efisiensi kincir Air Sudu datar, p-ISSN : 2407 – 1846.
[3] Fachruddin, Adi Syuriadi , Ainun Nidhar, Febri Ramdhan dan Rian Aji Candra 2015., “Pengujian Variasi Jumlah Dan Sudut Bilah Kincir Air Tipe Breastshot”.
[4] Slamet  Wahyudi,  Dhimas  Nur  Cahyadi,  dan  Purnami  2012,  “Pengaruh  Variasi  Tebal  Sudu  Terhadap  Kinerja Kincir Air Tipe Sudu Datar”.
[5] Khurmi  R.  S.  1985,  “Hidraulics,  Fluid  Mecanics  and  Hidraulic  Machines”  Fourteenth  Edition,  S.  Chand  & Company LTD. New Delhi.
[6] Havendri,  A.  dan  Lius,  H.  2009.,  “Perancangan  Dan  Realisasi  Model  Prototipe  Turbin  Air  Type  Screw (Archimedean Turbine) Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Dengan Head Rendah Di Indonesia”.
[7] Makhsud, A. 2012., Mekanika Fluida Teori dan Aplikasi. Kretakupa print. Makassar.
[8] Frank M. White., 2009., “Fluid Mechanics, seventh Edition”. Americas, New York.
[9] Himran, S. 2006., Dasar – Dasar Merencana Turbin Air”, Bintang Lamumpatue, Makassar.
[10] Munson, Bruce  R., Young, Donald F., Okiishi,  Theodore  H., Huebsch, Wade  W. 1970 “Fundamentals of  Fluid Mechanics, Sixth Edition” Printed in the United States of America.
[11] Viktor L. Streeter dan E. Benjamin Wyle 1996., “ Mekanika Fluida edisi delapan” Penerbit Erlangga.