Fisika Terapan (Teknologi Tepat Guna : Kincir Air Pembangkit Listrik)

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kebutuhan akan tenaga listrik merupakan suatu hal yang sangat vital dalam menunjang perekonomian suatu masyarakat. Alasannya mudah dipahami. Listrik merupakan energi penggerak motor atau mesin-mesin dalam proses industri. Terlebih peranan listrik di jaman modern ini yang jauh lebih banyak lagi. Listrik merupakan sumber energi untuk penerangan, setrika, mesin cuci, penyejuk ruangan, computer, TV, radio, dan lain-lain. Dengan kata lain, listrik berperan penting tehadap semua pekerjaan atau kepentingan sehari-hari.
Pelayanan listrik untuk masyarakat di Indonesia dilakukan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). Beruntunglah daerah yang sudah mendapatkan pelayanan sehingga dapat menikmati energi listrik dalam kehidupan sehari-hari. Pada kenyataannya di Negara kita ada sebagian desa atau daerah belum terjangkau jaringan listrik PLN. Biasanya daerah tersebut merupakan tempat terpencil yang sulit dijangkau karena jarak yang terlalu jauh dari sumber tenaga listrik.
Bagi daerah terpencil atau belum terjangkau jaringan listrik PLN, perlu usaha untuk mendapatkan energi listrik secara mudah dan murah. Hal ini sebaiknya dapat dilakukan secara swadaya dengan memanfaatkan potensi alam yang ada di sekitar lokasi.
Pembangkit listrik yang murah dapat diperoleh dengan memanfaatkan energi matahari, angin, uap, atau air. Salah satu yang efektif digunakan adalah pemanfaatan air sebagai energi pembangkit listrik dengan menggunakan kincir air.
B. Rumusan Masalah
Bagaimana cara membuat kincir air pembangkit listrik pada arus datar ?

C. Tujuan
Untuk mengetahui cara membuat kincir air pembangkit listrik pada arus datar.

D. Manfaat
Agar kita dapat memanfaatkan potensi yang ada untuk membuat kincir sebagai pembangkit tenaga listrik.





BAB II
KAJIAN TEORI

A. Defenisi
Yang dimaksud kincir arus datar adalah kincir yang dirancang untuk aliran sungai arus datar. Oleh karena perencanaannya dilakukan dengan menggunakan rakit maka kincir ini bisa disebut kincir rakit. Maksud penggunaan rakit adalah untuk mameksimalkan pemakaian kincir sehingga dapat bekerja pada kondisi pada permukaan sungai yang tengah pasang maupun surut.

Syarat sungai untuk kincir pembangkit listrik ialah sebagai berikut:
1. Debit airnya cukup, minimal 10 cm3/detik, atau air sungai mengalir cukup deras, minimal 10 cm3/detik.
2. Airnya tidak pernah kering meskipun musim kemarau atau kedalaman air pada musim kemarau minimal 1 m.
3. Pinggir sungai memungkinkan untuk dipasang patok.
4. Sungai tidak banyak batu atau dilewati sampah yang banyak.
Untuk lokasi pembangunan kincir rakit ini sebaiknya dipilih bagian sungai yang lurus, tidak berkelok-kelok, dan arusnya lancer. Lokasi ini tidak jauh dari pemnukiman agar mudah didistribusikan, diawasi dan dipelihara.
Dalam pembuatan kincir pada arus datar ini urutan pekerjaan yang dilakukan ialah menentukan ukuran generator, membuat rakit, membuat roda kincir, membuat poros, menggabungkan komponen kincir rakit, memasang generator, dan memasang rakit di pinggir sungai.
B. Prinsi Keja Kincir Air
Kincir air merupakan suatu alat yang berputar karena adanya aliran air. Perputaran kinir ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakan generator listrik. Dengan demikian, akan dihasilkan aliran listrik yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan.

Pada proses kerja kincir air pembangki listrik sampai pada pemkaian listrik terjadi beberapa perubahan energi. Pertama, adalah perubahan energi energi potensial yang ada didalam aliran air menjadi energi mekanik (gerak) oleh kincir. Kedua, energi mekanik ini akan memutar generator. Akibat perputaran generator yerjadi lompatan electron. Hal inilah menghasilkan arus listrik. Proses selanjutnya arus listrik didistribusikan ke rumah-rumah, ruang-ruang, pabrik-pabrik, atau apa saja membutuhkan. Disini arus listrik diubah tergantung keperluan. Dapat menjadi energi cahaya untuk lampu atau penerangan; diubah menjadi panas seperti pada strika atau oven, maupun diubah menjadi tenaga penggerak kipas, mesin, atau yang sejenisnya. Perubahan energi tersebut dapat dilihat pada skema berikut ini.










Seperti telah disinggung sekilas, generator adalah sebuah alat yang dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Hal ini terjadi karena adnya kumparan yang digerakkan memotong garis-garis medan magnet ayau sebaliknya. Gerakan inilah yang menimbulkan gaya gerak listrik (GGL). Cara kerja generator ini berdasarkan prinsip kerja induksi yang ditemukan oleh faraday.

Bagian utama sebuah generator adalah rotor dan stator . rotor adalah bagian generator yang berputar, sedangkan stator adalah bagian yang diam atau tetap. Untuk mendapatkan GGL salah satu dari stator atau rotor harus berupa magnet yang menghasilkan medan magnet. Sementara yang satunya lagi harus berupa kumparan sehingga bila berputar akan menghasilkan GGL. GGL ini jika disalurkan melalui suatu penghantar akan menjadi aliran listrik yang dapat dimanfaatkan untuk aneka keperluan.

Magnet yang dipakai dalam sebuah generator bisa berupa magnet permanen (tetap) atau magnet elektro. Generator kecil umunya menggunakan magnet permanen. Adapun magnet elektro yang sering juga disebut elektro magnet umumnya digunakan pada generator besar. Magnet elektro merupakan kumpulan yang dialiri listrik dan menimbulkan medan magnet selama ada arus listrik. j

C. Alat dan Bahan
 Gergaji kayu,
 Gergaji besi,
 Pahat,
 Tang atau gegep,
 Gunting seng,
 Palu,
 Golok,
 Kampak,
 Kunci inggris,
 Sendok semen,
 Cangkul, da
 Linggis,
 Generator,


 Rakit
• Papan 2 x 20 x 300 cm = 10 lembar
• Kaso 10 x 10 x 30 cm = 4 batang
• Kaso 10 x 10 x 370 cm = 2 batang
• Kaso 10 x 10 x 290 cm = 3 batang
• Kaso 10 x 10 x 360 cm = 2 batang
• Kaso 4 x 4 x 6 cm = 2 batang
• Tambang pengikat rakit = 4 meter
 Roda kincir
• Papan tebal ukuran 10 cm x 30 cm x 30 cm = 5 balok
• Papan ukuran 2 cm x 50 cm x 100 cm = 16 lembar
• Kaso untuk ruji ukuran 4 cm x 6 cm x 55 cm = 32 batang
• Kaso ukuran 4 cm x 6 cm x 40 cm = 32 batang
 Poros
• Kaso ukuran 10 x 10 x 270 cm
 Bahan tutup generator
• Tutup generator dapat dibuat dari bahan bekas tangki (drum) minyak
 Pemasangan rakit di permukaan air sungai
• 1 batang kayu atau bambo dengan ukuran panjang 4 m
• 4 batang kayu ukuran garis tengah 5 cm panjang 1 m
• Tambang besar sepanjang 10 m

D. Langkah-langkah Kerja
 Menentukan ukuran generator
Untuk generator yang akan digunakan disesuaikan dengan kemampuan daya dorong air dan bentuk konstruksi kincir. Umumnya untuk memilih ukuran mana yang akan digunakan, harus dilakukan pengukuran kecepatan arus terlebih dahulu. Selanjutnya ukuran generator dapat ditentukan sebagai tabel kecepatan arus.
Kecepatan alliran sungai dapat diukur dengan cara yang sederhana. Bahan yang digunakan pun cukup gampang didapat yakni sepotong gabus, sebatang kayu, dan stop watch atau jam biasa yang bisa dipergunakan untuk mencatat waktu hingga hitungan detik dengan cukup akurat. Langkah-langkah pengukuran tersebut dapat diikuti sebagai berikut.
1. Ambillah gabus ukuran 1 cm x 1 cm x cm dan kayu lurus sepanjang 100 cm atau 1 m.
2. Jatuhkan gabus tersebut di atas permukaan air sungai dari ujung kayu.
3. Catat kecepatan luncur gabus untuk menempuh jarak 1m (dari ujung tongkat yang satu ke ujung berikutnya) tersebut dalam ukuran detik. Hasilnya digunakan untuk menghhitung jarak dibagi waktu tempuh sehingga didapat kecepatan aliran dengan satuan centimeter per detik. Misalnya waktu yang diperlukan 5 detik berarti kecepatan aliran sungai adalah 100 cm : 5 detik atau 20 cm per detik.
4. Data yang didapat dicocokkan denngan table 1. Dengan kecepatan alir 20 cm/detik tersebut ukuran generator yang sesuai adalah 3,73 PK.
Tabel 1. Hubungan Antara Kecepatan Air dan Daya Generator
No. Kecepatan air
(cm/detik) Ukuran generator dalam HP atau PK Ukuran generator dalam watt
1. 05 0,93 667
2. 10 1,86 1.376
3. 20 3,73 2.751
4. 25 4,66 3.439
5. 30 5,60 4.127
6. 40 7,46 5.502
7. 50 9,30 6.878
8. 60 11,20 8.254
9. 70 13,00 9.630
10. 80 14,90 11.006
11. 90 16,80 12.382
12. 100 18,60 13.119
13. 150 28,00 20.636

 Cara membuat rakit
Mula-mula dibuat kontruksi mirip kerangka kotak tanpa dasar seperti pada gambar. Untuk keperluan ini kita siapkan kaso denan ukuran 10 x10 x 140 cm 4 buah, 10 x10 x 290 cm 3 buah, dan 10 x10 x 30 cm 4 buah. Masing- masing kaso dipaku pada bagian sambungan agar konstruksinya kuat. Buatkan cekukan tempat dudukan poros pada bagian tengah kedua sisi kaso. Selanjutnya buatkan penjepit poros dari kayu yang ukurannya sama yaitu 10 x 10 cm. Penjepit ini dipasang terakhir setelah perakitan dilakukan.

Ambillah 2 buah kaso yang berukuran 10 x 10 x 370 cm. kedua kaso ini dipasang di tengah konstruksi yang sudah di buat. Jarak pemasangan kaso ini dari pinggir kotak masing-masing
120 cm, sehingga jarak antara kedua kaso yang di pasang ini 50 cm. kedua ujungnya kemudian dihubungkan lagi dengan menggunakan kaso berukuran 10 x 10 x 50 cm,. selanjutnya ambillah 2 batang kaso yang berukuran 10 x 10 x 300 cm. pasang keduanya dengan posisi menyudut antara ujung kaso melintang dan yang membujur. Dengan demikian bentuk rakit ini menjadi tirus, maksudnya agar muda menghindari kotoran-kotoran yang hanyut dikali.

Langkah selanjutnya adalah pemasangan lantai sekaligus sebagai pengapung agar rakit tetap berada di atas permukaan air dangan sempurna. Jika tidak ada papan, bahan ini dapat diganti dengan menggunakan bambu yang sudah cukup tua sehingga dapat diperkirakan awet. Papan atau bambu ini dipasang diseparuh bagian bawah kaso yang melintang.



Langkah berikutnya adalah pembuatan bangku atau meja tempat dudukan mesin generator. Siapkan kaso yang berukuran 10 x 10 x 40 cm 2 buah, 10 x 10 x 60 cm 2 buah dan 10 x 10 x 100 cm 4 buah. Buatkan konstruksi bangku atau mejanya seperti pada gambar. Lebar dudukan 40 cm ini dimaksudkan agar pada saat pemasangan generator nanti roda pully-nya dapat lurus dengan roda penerus kincir.
Bagian atas bangku atau meja dipasangi papan setebal 2 cm dengan ukuran lebar dan panjang dengan disesuaikan ukuran bangku atau meja. Lubangi papan dengan menggunakan mata bor pada bagian dudukan generator tersebut. Maksud perlubangan adalah untuk tempat baut pengunci generator agar lebih kuat. Bentuk lubang baut sebaiknya dibuat dua lubang atau bentuk lonjong yang kemungkinan dapat digunakan untuk mengatur kekencangan rantai penghubung, denagn cara mengeser-geser dudukan generator. Bentuk konstruksi rakit yang sudah jadi adalah seperti pada gambar.
 Cara membuat roda kincir
1. Buatkan 5 buah lingkaran roda dari bahan papan. Ukurannya tebal 10 cm. Jika tidak ada papan utuh , dapat dilakukan dengan menyambung beberapa potongan papan untuk membentuk lingkaran roda diatas.


2. Lubangi rorda-roda tersebut dengan ukuran 10 x10 cm di bagian tengahnya. Lubang berbentuk kotak ini nantinya berguna untuk memasukkan poros kincir. Selanjutnya 4 dari 5 lingkaran yang sudah dibuat tadi dibentuk segi delapan dengan ukuran sisi sekitar 10 cm.


3. Keempat roda segi delapan tersebut dibuatkan lubang untuk meletakkan poros ruji. Jumlah lubang masing-masing 1 buah untuk setiap sisi. Jadi, untuk setiap roda segi delapan terdapat masing-masing delapan lubang poros ruji


4. Ambillah bahan ruji yang berukuran 4 x 6 x 55 cm kemudian dibuat poros ujungnya agar dapat dipasang dengan kokoh pada dudukannya. Ruji yang terbentuk akan berukuran 50 cm dengan poros sepanjang 5 cm.

5. Ruji harus dilengkapi dengan penyanja karena dalam pemakaiannya akan sering menerima tekanan yang besar. Ambillah kaso ukuran 4 x 6 x 40 cm kemudian dibuat poros atau pahatan sedikit agar dapat dipasang diantara ruji-ruji sehingga berfungsi sebagai penyangga.

6. Setelah ruji dan penyangganya terpasang, lakukan pemotongan papan dengan ukuran 2 x 50 x 100 cm sebanyak 16 lembar. Pasanglah papan tersebut pada setiap ruji dengan memperhatikan arah tekanan air sungai. Karena kincir ini memerlukan 2 roda, maka buatkan 1 unit roda lagi dengan bentuk dan ukuran yang sama.


7. Sisa sebuah lingkaran roda yang berukuran tebal 10 cm dengan garis tengah 30 cm digunakan untuk roda penerus. Roda penerus ini dipasang diantara roda-roda kincir, dimana bagian busurnya akan dipasang karet rantai untuk menggerakkan roda generator. Agar rantai yang terpasang tidak lepas dari busur (dudukannya) maka bagian sepanjang busur lingkaran roda ini dibuatkan cekungan tempat rantai karet. Dalamnya cekungan tempat rantai diperkirakan secukupnya yaitu 2 cm. cara membuat cekungan dapat dilakukan dengan menggunakan gergaji, kemudian dipahat sedikit demi sedikit.




 Cara membuat poros
Pada kaso tandai jarak 10 cm dari kedua ujungnya. Selanjutnya pada ukuram 10 cm tersebut dibuat dengan gergaji dan pahat menjadi bentuk silinder dengan garis tengah 10 cm. Agar poros kelihatan rapi, ketamlah tipis-tipis dan diamplas. Lakukan pengeboran pada poros untuk memasang pasak. Pasak ini nantinya berguna untuk menahan atau menjepit roda kincir dan roda penerus agar tidak bergeser kedudukannya. Sewaktu mengebor tempat pasak ini sebaiknya dilakukan perakitan atau pemasangan percobaan, yaitu pemasangan kedua roda kincir dan roda penerus. Setelah dipasang sesuai dengan kedudukannya baru diberi tand-tanda yang akan dibor untuk lubang pasak (lihat gambar). Buatlah pasak dari bahan-bahan bambu yang besarnya disesuaikan dengan lubang pasak. Pasak ini akan dipasang pada lubang tersebut saat perakitan yang sebenarnya.

 Cara membuat tutup generator
Ambillah drum minyak bekas. Potong atau belahlah drum tersebut. Buang sepertiga bagian yang tak terpakai. Lubangi bagian pinggir drum secukupnya untuk lubang udara. Pasang tutup diatas generator. Agar lebih kokoh ikatkan tutup dengan cara membautkannya dengan bangku generator.



 Menggabungkan komponen kincir
Setelah semua komponen dibuat sesuai dengan ukuran maka kita tinggal melakukan peakitan dengan cara menggabungkan komponen-komponen yang telah dibuat.
1. Ambil kayu poros kincir. Pasanglah roda penerus berikut rantai karetnya pada poros tersebut. Selanjutnya pasanglah kedua roda kincir. Agar pemasangan benar-benar kuat pasanglah pasak pada lubang pasak yang telah dibuat.


2. Tahap selanjutnya adalah memasang rangkai unit kincir ini pada rakit atau tempat dudukannya. Selanjutnya kuncilah pemegang poros kicir dengan pasak kayu atau bambu.

 Cara pemasangan rakit di sungai
Ambillah 4 batang kayu dan tancapkan di pinggir sungai. Kayu ini digunakan untuk menjepit dan menahan tambang rakit. Jika di pinggir kali terdapat pohon hidup maka pohon tersebut dapat dimanfaatkan sebagai penahan karena kekuatannya lebih besar. Ambillah tambang dan ikatkan pada ujung rakit dengan ujung batang kayu dan bamboo. Selanjutnya jepitkan pada kayu yang ditancapkan tadi sehingga posisi kayu pemegang tali melintang diatas permukaan sungai dengan jarak kurang lebih 1 m dari permukaan air.

Aliran listrik yang dihasilkan generator perlu disalurkan kerumah atau tempat yang membutuhkannya. Mekanisme penyaluran aliran listrik tersebut dibantu dengan bahan-bahan tambahan atau alat instalasi Listrik yang dihasilkan generator dapat diambil melalui kedua terminalnya, yakni terminal positif dan negatif. Sebaliknya aliran listrik ini dimasukkan ke dalam kotak pengaman terlebih dahulu, kemudian baru disalurkan kerumah.



















BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Tenaga listrik adalah salah satu kebutuhan bagi semua masyarakat, karena dengan tenaga listrik dapat menunjang perekonomian suatu masyarakat, atau dengan kata lain listrik berperan penting terhadap semua pekerjaan atau kepentingan sehari-hari.

Pelayanan listrik untu masyarakat di Indonesia oleh PLN, namun masih terdapat beberapa desa atau daerah yang belum mendapat pelayanan dari pihak PLN. Hal ini disebabkan karena daerah tesebut merupakan tempat terpencil yang sulit dijangkau karena jarak yang terlalu jauh dari sumber tegangan listrik.

Bagi daerah yang belum terjangkau jaringan PLN, perlu uasaha untuk mendapatkan energi listrik secara mudah dan murah. Hal ini sebaikya dapat dilakukan seccara swadaya dengan memanfaatkan potensi yang ada disekitar lokasi. Misalnya saja memanfaatkan air yang ada dengan membuat kincir. Dengan kincir ini kita dapat menghasilkan perubahan energi potensial ke energi mekanik hingga menjadi energi listrik.

Setelah berubah menjadi energi mekanik, maka energi mekanik inilah yang akan memutar generator. Akibat perputaran generator terjadilah lompatan electron. Hal inilah yang menghasilkan arus listrik.

Dalam membuat kincir yang sempurna,maka kita harus membuat rakit, roda kincir, poros, dan tutp generator kemudian menggabungkannya menjadi satu.


B. Saran
C. Diharapkan kepada pembaca supaya mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari khususnya kepada masyarakat yang tinggal di daerah yang belum menikmati energi listsrik.

D. Diharapkan kepada seluruh teman-teman kelompok untuk lebih menguasai materi makalah yang akan di persentasekan agar dapat dengan mudah menjawab menjawab pertanyaan-pertanyan yang dilemparkan aleh peserta diskusi.








DAFTAR PUSTAKA


Kusnaedi, Suharsono.1999. Kincir Air Pembangkit Listrik.Jakarta: Penebar Swadaya