BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi pada dasarnya bersifat kekal, maksudnya energi tidak dapat

diciptakan ataupun dimusnahkan, namun energi dapat diubah dari satu bentuk

ke bentik yang lain. Prinsip inilah yang disebut dengan konversi energi.

Sebagai seorang mahasiswa jurusan fisika yang mengambil keminatan

energi, keahlian dalam melakukan konversi merupakan hal harus dimiliki.

Untuk itu demi meningkatkan kemampuan dalam hal konversi energi selain

dilakukan dengan memperdalam teori dari proses belajar mengajar juga perlu

ditopang dengan adanya praktikum.

Salah satu bentuk energi dengan jumlah banyak adalah energi kinetik,

pemanfaatan energi kinetik ini tentu merupakan potensi untuk meningkatkan

kesejahteraan masyarakat. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan

mekanisme Pembangkit Hidro Power.

1.2 Identifikasi Masalah

Pengaruh ketinggian dan debit air yang mengalir dapat menggerakkan turbin untuk meningkatkan level air tanpa menggunakan listrik.

1.3 Tujuan Percobaan

1. Memahami prisip kerja pembangkit hidro power mekanik.

2. Menentukan ketinggian level air maksimum yang dapat dicapai.

3. Menentulkan debit air yang keluar pada beberapa ketinggian yang

ditentukan.

1.4 Sistematika Penulisan

Penulisan laporan terdiri dari 6 Bab. Bab I adalah Pendahuluan yang berisi

latar belakang, identifikasi masalah, tujuan percobaan, sistematika penulisan,

dan waktu dan tempat percobaan. Bab II adalah tijauan pustaka, Bab III adalah

metode percobaan. Bab IV adalah data hasil percobaan, Bab V adalah

pengolahan data dan Bab VI adalah kesimpulan.

1.5 Waktu dan Tempat Percobaan

Percobaan dilakukan pada tanggal 16 dan 23 Oktober 2012 pada pukul 11.00-

13.30 WIB. Percobaan ini dilakukan di Laboratorium Fisika Energi Jurusan

Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Padjadjaran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi

Energi dari suatu benda adalah ukuran dari kesanggupan benda tersebut

untuk melakukan suatu usaha. Satuan energi adalah joule. Dalam ilmu fisika

energi terbagi dalam berbagai macam/jenis, antara lain :

- energi potensial

- energi kinetik/kinetis

- energi panas

- energi air

- energi batu bara

- energi minyak bumi

- energi listrik

- energi matahari

- energi angin

- energi kimia

- energi nuklir

- energi gas bumi

- energi ombak dan gelombang

- energi minyak bumi

- energi mekanik/mekanis

- energi cahaya

- energi listrik

- dan lain sebagainya

2.2 Energi potensial atau Energi Diam

Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat adanya

pengaruh tempat atau kedudukan dari benda tersebut. Energi potensial disebut

juga dengan energi diam karena benda yang dalam keaadaan diam dapat memiliki

energi. Jika benda tersebut bergerak, maka benda itu mengalami perubahan energi

potensial menjadi energi gerak. Contoh misalnya seperti buah kelapa yang siap

jatuh dari pohonnya, cicak di plafon rumah, dan lain sebagainya.

Rumus atau persamaan energi potential :

Ep = m.g.h

keterangan

Ep = energi potensial

m = massa dari benda

g = percepatan gravitasi

h = tinggi benda dari tanah

2.3 Energi Kinetik atau Kinetis

Energi kinetik adalah energi dari suatu benda yang dimiliki karena pengaruh

gerakannya. Benda yang bergerak memiliki energi kinetik.

Rumus atau persamaan energi kinetik :

Ek = ½.m.v2

keterangan

Ep = energi kinetik

m = massa dari benda

v = kecepatan dari benda

2.4 Hukum Kekekalan Energi

" Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan "

Jadi perubahan bentuk suatu energi dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain

tidak merubah jumlah atau besar energi secara keseluruhan.

Rumus atau persamaan mekanik (berhubungan dengan hukum kekekalan energi) :

Em = Ep + Ek

keterangan

Em = energi mekanik

Ep = energi kinetik

Ek = energi kinetik

Catatan :

Satuan enerti adalah joule

2.5 Debit Air

Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat

dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam sutau tempat tiap satu

satuan waktu. Aliran air dikatakan memiliki sifat ideal apabila air tersebut tidak

dapat dimanfaatkan dan berpindah tanpa mengalami gesekan, hal ini berarti pada

gerakan air tersebut memiliki kecepatan yang tetap pada masing-masing titik

dalam pipa dan gerakannya beraturan akibat pengaruh gravitasi bumi. Debit air

dapat di hitung dengan rumus:

Q = A . v

Keterangan:

V = voleume air (m3)

A = luas penampang

v = kecepatan fluida ( m/s )

∆t = waktu (sekon)

Q = debit air (m3/s)

Leonard euler (1707-1783) menyatakan bahwa fluida sebagai medan rapat massa

dan medan vector kecepatan. Tiap besaran yang dipergunakan untuk menyatakan

keadaan fluida akan mempunyai nilai tertentu pada tiap titik dalam ruang dan

pada tiap saat.

Pompa Hidropower

Secara sederhana prinsip kerja dari alat percoban konversi energi pada

pembangkit hirdo power ini adalah energi potensial air yang berada pada level

tertentu dijatuhkan untuk memutar turbin. Air tersebut disimpan dalam tandon air

(reservoir) yang diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga memiliki energi

potensial yang cukup untuk memutar turbin ketika air itu dijatuhkan kedalam pipa

air. Ketika katup air dibuka dan air yang ada dalam tandon air tersebut dijatuhkan

maka turbin yang ada dalam pipa tersebut akan berputar akibat arus air yang

mengalir. Putaran turbin tersebut dikopel melalui poros vertikal dengan

menggunakan karet atau bahan lainnya yang dapat menghubungkan poros vertikal

dan pulley. Sehingga ketika sumbo vertical bergerak maka pulley juga akan ikut

berputar. Pulley tersebut digunakan untuk mengubah kecepatan sudut rotasi yang

dipersaratkan untuk menggerakkan sudu-sudu pompa. Pompa disini yang

kemudian akan menghisap atau menekan air sampai level tertentu.

Manfaat dari alat ini adalah untuk memindahkan air dari tempat yang rendah

ketempat yang tinggi tanpa menggunakan energi listrik, namun memanfaatkan

energi yang terdapat pada air tersebut. Prinsip kerjanya dengan mengubah energi

potensial pada air untuk memutar turbin, pulley dan memompa air sehingga air

dapat naik pada ketinggian tertentu sesuai dengan tekanan dari pompa yang

dihasilkan oleh alat.

Contoh pemanfaatan alat ini adalah digunakan untuk mengaliri air sawah

tadah hujan yang terdapat di perbukitan atau lereng-lereng bukit dengan adanya

sungai yang mengalir di bawah perbukitan tersebut. air sungai yang ada di bawah

secara alami tentu tidak bias mengairi sawah yang terdapat diatas sungai tersebut,

atau lebih tinggi dari sungai itu, namun dengan bantuan alat ini kita dapat

memanfaatkan energi yang terdapat pada air tersebut untuk menggerakkan turbin

dan pulley sehingga bias memberikan kerja pada pompa untuk memompa air ke

atas dan dapat mengairi air sawah tersebut.

Turbin

Turbin adalah pesawat yang mengubah energi mekanis yang tersimpan di

dalam fluida menjadi energi mekanis rotasional. Beberapa jenis turbin menurut

fluida kerjanya:

- Turbin uap

- Turbin gas

- Turbin air

- Turbin angin / kincir angin

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus

gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan

dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya.

Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, dimana udara dicampur

dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran

meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan

melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin

dan mentenagai kompresor. Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara

terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk

mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.

Sedangakan untuk turbin angina tau kincir angin biasanya digunakan untuk

PLTB (Pembangkit Listrik Tenaga Bayu) yangmana kincir-kincir anginnya

diputar leh angin yang melewati kincir tersebut.

Namun dalam percobaan ini turbin yang digunakan adalah turbin air, dimana

turbin tersebut digerakkan oleh aliran air yang mengalir pada turbin tersebut.

kecepatan dari putaran turbin ini dipengaruhi oleh kecepatan air yang mengalir

dalam turbin tersebut.

BAB III

METODA PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan Percobaan

1. Tandon Air

2. Pipa Air

3. Katup Pengatur Air

4. Turbin

5. Poros Transmisi Daya

6. Pulley

7. Tandon Air ke 2

8. Pipa Air Keluar

9. Tandon Air Buangan

3.2 Prosedur Percobaan

1. Memeriksa terlebih dahulu semua komponen peralatan seperti terlihat

pada gambar.

2. Mengukur diameter pipa 2 dan pipa 8 dengan menggunakan jangka

sorong, melakukan 3 kali pengukuran.

3. Memastikan katup penutup air dalam keadaan tertutup, lalu mengisi

tandon 1 dan tandon 7 sampai penuh.

4. Menyiapkan stopwatch yang akan digunakan untuk mengukur debit air

yang keluar dari pipa 2, menyiapkan pula penampung air buangan yang

berskala.

5. Membuka katup3, mencatat waktu yang diperlukan untuk mengosongkan

tandon 1 dan mencatat pula volume air yang ada di buangan.

6. Melakukan prosedur 3, 4, dan 5 tiga kali pengulangan. Adakah perbedaan

hasil pengukuran laju alir melalui persamaan kontinuitas dan hukum

kekekalan energi? Jika ada perbedaan mengapa demikian? Memberikan

penjelasan. Selain itu mengukur pula ketinggian air maksimum yang dapat

dicapai pada pipa 8, ini adalah head maksimum yang dapat dicapai oleh

pompa.

7. Mengulangi percobaan 6 dengan mengukur ketinggian pipa 8, yaitu ¾ x

ketinggian maksimum. Menghitung debit yang keluar dari pipa 8.

8. Mengulangi pecobaan 7 dengan mengatur ketinggian pipa 8, ½ x

ketinggian maksimum, menghitung debit air yang keluar dari pipa 8.

9. Mengisi tandon dengan air, dengan volume ½ x volume semula, mencatat

waktu yang diperlukan untuk mengosongkan air.

3.3 Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan fungsi masing-masing komponen peralatan yang ada pada mesin

hidro power mekanik ( turbin, poros transmisi, pulley dan pompa air ).

Jawab:

Turbin berfungsi untuk merubah arah energi.

Poros transmisi berfungsi untuk mengubah gerak putaran menjadi gerak

lurus.

Pulley berfungsi untuk mengubah kecepatan sudut rotasi yang

dipersyaratkan untuk menggerakan sudu-sudu pompa.

Pompa air berfungsi untuk menghisap atau menekan air sampai pada

level tertentu.

2. Bagaimana Prinsip Kerja Peralatan seperti no 1,

Jawab:

Turbin : energi potensial air yang sudah pada level tertentu dijatuhkan

untuk memutar turbin sehingga terdapat energi listrik.

Poros transmisi : pada saat turbin berputar maka poros transmisi ini juga

akan berputar karena dia berfungsi untuk memindahkan energi mekanik

putaran turbin ke mesin yang lain.

Pulley : mengubah kecepatan dari poros transmisi untuk memutarkan atau

menggerakan sudu-sudu pompa

Pompa air : setelah pulley menggerakan sudu-sudu pompa,maka alat ini

akan menghisap atau menekan air pada level tertentu

3. Jelaskan bahwa mesin ini dapat digunakan untuk mengairi sawah yang

terletak jauh di atas permukaan sungai.

Jawab :

Aliran air pada sungai tentu memiliki energi kinetik tertentu, energi

kinetik ini dapat dimanfaatkan untuk mengubah ketinggian air, sehingga

dari aliran air sungai dapat mengalirkan air dengan ketinggian tertentu.

Efisiensi mesin adalah kajian penting dalam setiap produk engineering.

Apakah yang dimaksud dengan efisiensi mesin?berilah penjelasan efisiensi

mesin dari alat hidro power yang akan anda operasikan.

Jawab:

Efisiensi mesin adalah perbandingan antara banyaknya energi masukan dan

energi hasil konversi (usaha) yang dikeluarkan

BAB IVDATA HASIL PERCOBAAN

diameter pipa diameter pulley

pipa 2 (m) pipa 8 (m) pulley 1 (m) pulley 2 (m)0.0423 0.0392 0.0551 0.04860.0424 0.0393 0.055 0.04850.0423 0.0391 0.0552 0.087

V=20 liter

h (m) t (sekon)0.89 20.780.91 20.930.89 20.43

V=10 liter

h (m) t (sekon)0.87 120.88 11.860.88 12.4

V=15 liter

h (m) t (sekon)0.88 15.630.92 15.030.88 15.4

BAB V

PENGOLAHAN DATA

1. Menghitung debit air dan kecepatan laju aliran air

Q = V/t v = √2gh

Q = 20/20.78 v = √2× 10 ×0.89

= 0.962464 m3/s v = 4.219005 m/s

Dengan perhitungan yang sama diperoleh

Volume 20 liter

V (m3)t

(sekon)

Q1 (m3/s) v (m/s)

20 20.78 0.9624644.21900

5

20 20.93 0.9555664.26614

6

20 20.43 0.9789534.21900

5

Volume 15 liter

V (m3)t

(sekon)Q1 (m3/s) v (m/s)

15 15.63 0.9596934.19523

5

15 15.03 0.9980044.28952

2

15 15.4 0.9740264.19523

5

Volume 10 liter

V (m3) t Q1 (m3/s) v (m/s)

(sekon)

10 12 0.8333334.17133

1

10 11.86 0.843174.19523

5

10 12.4 0.8064524.19523

5

2. Menghitung debit air pada pipa 2

Mencari luas penampang

A = πr2

A = 3.14 x (0.0392)2

A = 0.004825 m2

Mencari kecepatan laju aliran air

v = √2gh

v = √2× 10 ×0.89

v = 4.219005 m/s

Setelah itu kita dapat mencari debit airnya dengan rumus

Q = A × v

Q = 0.004825 × 4.219005

Q = m3/s

Dengan cara yang sama akan diperoleh

Volume 20 liter

A (m2) v (m/s) Q2 (m3/s)0.004825 4.219005 0.0203570.00485 4.266146 0.02069

0.0048 4.219005 0.020253

Volume 15 liter

A (m2) v (m/s) Q2(m3/s)0.004825 4.195235 0.020242

0.00485 4.289522 0.0208030.0048 4.195235 0.020139

Volume 10 liter

A (m2) v (m/s) Q2 (m3/s)0.00482505 4.171331 0.020127

0.004849699 4.195235 0.0203460.004800463 4.195235 0.020139

3. Mencari Efisiensi

η = (Q 2Q 1 )× 100 %

η = ( 0.0203570.962464 )× 100 %

η = 2.115092097 %

Dengan cara yang sama diperoleh

Volume 20 liter

Q1 (m3/s) Q2 (m3/s) η (%)0.962464 0.020357 2.1150830.955566 0.02069 2.1651580.978953 0.020253 2.068862

Volume 15 liter

Q1 (m3/s) Q2 (m3/s) η (%)

0.959693 0.020242 2.1092390.998004 0.020803 2.084450.974026 0.020139 2.067612

Volume 10 liter

Q1 (m3/s) Q2 (m3/s) η (%)0.83333333 0.020127 2.4152250.84317032 0.020346 2.4129910.80645161 0.020139 2.497245

Analisa :

Pada praktikum hydropower ini terlihat bahwa ketinggian air yang diperoleh hampir sama walaupun isi dari tandon dirubah-rubah, yang membedakannya hanyalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian tersebut. Hal ini terjadi karena isi tandon yang lebih sedikit sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian tertentu menjadi semakin singkat tapi ketinggian yang dihasilkan tetap sama. Dari data yang diperoleh kemudian dicari debit air pada pipa yang besar dan kecil. Dari sini terlihat bahwa ada perbedaan jumlah debit yang dihasilkan. Hal ini terjadi mungkin karena alat yang kurang benar sehingga ada perbedaan debit air. Seharusnya debit air yang keluar sama sesuai dengan hukum kontinuitas. Kemudian didapat efisiensi dari hydropower ini, ternyata sangat tidak efisien yaitu rata-ratanya sebesar 2.215096%.

BAB VI

KESIMPULAN

1. Secara sederhana prinsip kerja dari alat percoban konversi energi pada

pembangkit hirdo power ini adalah energi potensial air yang berada pada level

tertentu dijatuhkan untuk memutar turbin. Air tersebut disimpan dalam tandon

air (reservoir) yang diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga memiliki

energi potensial yang cukup untuk memutar turbin ketika air itu dijatuhkan

kedalam pipa air. Ketika katup air dibuka dan air yang ada dalam tandon air

tersebut dijatuhkan maka turbin yang ada dalam pipa tersebut akan berputar

akibat arus air yang mengalir. Putaran turbin tersebut dikopel melalui poros

vertikal dengan menggunakan karet atau bahan lainnya yang dapat

menghubungkan poros vertikal dan pulley. Sehingga ketika sumbo vertical

bergerak maka pulley juga akan ikut berputar. Pulley tersebut digunakan

untuk mengubah kecepatan sudut rotasi yang dipersaratkan untuk

menggerakkan sudu-sudu pompa. Pompa disini yang kemudian akan

menghisap atau menekan air sampai level tertentu.

2. Dari data diperoleh bahwa ketinggian air maksimum yang dapat dicapai adalah 0.92 m.

3. Debit air yang dihasilkan adalah

Volume 20 liter Volume 10 liter

Q1 Q20.962464 0.0203570.955566 0.02069

0.978953 0.020253

Volume 15 liter

Q1 Q2

0.9596930.02024

2

0.9980040.02080

3

0.9740260.02013

9

DAFTAR PUSTAKA

http://ksbforblog.blogspot.com/2009/04/pompa-menurut-prinsip-dan-cara-

kerjanya.html

Soedojo, Peter, 2004, Fisika Dasar, Yogyakarta: Penerbit Andi

Q1 Q20.83333333 0.0201270.84317032 0.0203460.80645161 0.020139

LAPORAN AKHIR

PRAKTIKUM ENERGI

MODUL PERCOBAAN KONVERSI ENERGI PADA PEMABNGKIT

HIDROPOWER

Nama : Gerry Ananda M.

NPM : 140310100079

Partner : Sugiono N. Simbolon

NPM : 140310100049

Hari/ Tgl Praktikum : Selasa/ 23 Oktober 2012

Asisten : Ibu Sri

Laboratorium Fisika Lanjutan

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Padjadjaran

2012

LEMBAR PENGESAHAN

MODUL PERCOBAAN KONVERSI ENERGI PADA PEMBANGKIT

HIDROPOWER

Nama : Gerry Ananda M.

NPM : 140310100079

Partner : Sugiono N. Simbolon

NPM : 140310100049

Hari/ Tgl Praktikum : Selasa/ 23 Oktober 2012

Waktu Praktikum : 11.00 – 13.30 WIB

Asisten : Ibu Sri

Jatinangor, 6 November 2012

Asisten,

LAPORAN

AKHIR

(......……………….)