Mechanical Engineering Ismanto Alpha's

Energi air adalah energi yang telah dimanfaatkan secara luas di Indonesia yang dalam skala besar telah digunakan sebagai pembangkit listrik. Beberapa perusahaan di bidang pertanian bahkan juga memiliki pembangkit listrik sendiri yang bersumber dari energi air. Di masa mendatang untuk pembangunan pedesaan termasuk industri kecil yang jauh dari jaringan listrik nasional, energi yang dibangkitkan melalui sistem mikrohidro diperkirakan akan tumbuh secara pesat.

Air merupakan unsur penting bagi petani untuk mengairi areal persawahan. Untuk sawah yang letaknya lebih tinggi dari sumber air atau aliran sungai/irigasi maka kebutuhan air akan menjadi persoalan karena air tersebut tidak dapat begitu saja dialirkan, harus ada pemompa air. Sedangkan dari segi pompa air dapat ditinjau dari harga pompa, biaya operasional, biaya perawatan dan suara (kebisingan) yang ditimbulkan oleh pompa tersebut.

Oleh karena itu, diperlukan suatu alat yang ekonomis , mudah dalam penggunaan serta tidak menimbulkan suara kebisingan, yaitu seperti alat pemindah air dengan sistem kincir yang dibantu oleh kecepatan angin.
Energi yang cukup besar ini dapat digunakan untuk menggerakkan baling-baling dan kincir air. Pada setiap baling-baling diberi wadah sebagai tempat air, kemudian berputar maka air akan dipindahkan ke tempat penampungan. Selanjutnya air dialirkan ke sawah melalui pipa saluran.

Cara ini sangat mudah dan murah serta ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan bakar. Dan alat ini juga dapat dipindahtempatkan sesuai dengan kebutuhan, kemudian perawatannya juga tidak sulit. Sangat baik dipasang pada tempat yang tidak ada aliran listrik dan sulit bahan bakar. Apalagi disaat sekarang ini dimana harga bahan bakar dan tarif listrik sudah sangat memberatkan masyarakat.

Dengan menggunakan alat ini maka jumlah masa tanam dapat ditingkatkan dari dua kali setahun bisa menjadi tiga kali setahun. Hal ini dikarenakan penggunaan alat ini tidak bergantung pada jadwal distribusi pemberian air untuk sawah yang telah ditentukan oleh pihak yang berwenang untuk masing-masing daerah. Sehingga pada gilirannya akan dapat meningkatkan hasil produksi padi pertahunnya dan dapat menambah penghasilan bagi masyarakat.

Keuntungan:
a. Tidak menggunakan bahan bakar
b. Dapat memindahkan air yang letaknya lebih rendah dari tempat yang diinginkan.
c. Kontruksi lebih sederhana
d. Biaya pembuatan relative murah
e. Tidak bersuara
f. Kapasitas dapat diatur dengan mudah dengan mengganti ukuran tempat air
g. Tidak menggunakan biaya operasional

kelemahan:
a. Tidak dapat dimatikan atau dihentikan jika tidak dipakai
b. Cukup berat bila mau dipindahkan
c. Putaran kincir dipengaruhi oleh kecepatan angin










LANDASAN TEORI



Hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan jumlah air sawah yaitu kapasitas alat harus ditentukan dengan mempertimbangkan bahwa genangan pada padi sawah dapat diterima sampai batas tertentu. Dalam hal ini variasi kedalaman genangan terhadap waktu harus ditaksir. Kmudian kelamaan genangan yang diperbolehkan harus kurang lebih setengah tinggi tanaman padi sawah (kurang lebih 0,2 m sampai 0,5 m) dan lamanya genangan yang masih dapat diterima adalah tidak lebih dari 1 hari sampai 2 hari yang diperhatikan tidak akan merusak tanaman padi.
Dan untuk jumlah air yang diperlukan mengairi sawah seluruhnya dapat dihitungkan dengan persamaan (Tahr, Haruo, 1991;20) yaitu :
Q = h . A
Ket : Q = kebutuhan air sawah (m/hari)
h = laju penyusutan air (m/hari)
A = luas sawah (m2)

Jadi kemampuan alat yang direncanakan harus ditentukan atas dasar kebutuhan air makimal (kondisi puncak) (Tahara, Haruo,1991;20) yaitu :
Qk = Q . k/T
Ket : Qk = Kapasitas air yang akan ialiri (alt) (m3/jam)
K = koefiien kehilang air (= 1,1)
T = jumlah jam kerja alat (jam)

Kebutuhan air untuk tanaman padi harus digenangi air dengan kedalaman tertentu. Untuk memelihara kedalaman tersebut diperlukan tambahan air terus menerus guna mengganti penyusutan karena transpirasi tanaman, penguapan sawah, dan perkolasi. Jadi penyusutan kedalaman air per hari (h) (Tahr, Haruo, 1991;20) yaitu :
h = Transpirasi | Penguapan | Peresapan
Ket : Transparan (Tr) = penguapan melalui pernafasan tanaman (6-7) mm/hari
Penguapan (Pg) = penguapan langsung dari air ke udara (4- 5) mm/hari
Perkolasi (Pk) = peresapan air kedalam tanah
(10 – 20) mm/hari sawah lama
(30 – 45) mm/hari sawah baru

Alat Pemindahan Air
Alat pemindah air ini dirancang sama seperti kincir air, yaitu sistem kerjanya dengan pemanfaatan kecepatan laju aliran sebagi sumber energinya.
Dalam rangkaian kerjanya, alat ini didukung oleh beberapa komponen elemen yaitu :
a. Baling-baling
b. Tempat air (wadah)
c. Jari-jari kincir
d. Poros
e. Bantalan
f. Penampungan air
g. Saluran air

Adapun prinsip kerja alat ini yaitu baling-baling dan tempat air terletak pada ujung jari-jari kincir yang terendam dalam air. Akibat laju aliran air sungai yang memiliki kecepatan maka akan mendorong jari-jari kincir melalui luas penampang baling-baling sehngga kincir akan bergerak dan berputar. Air yang terdapat dalam tempat air (wadah) akan terbawa ke atas, dan sebelum mencapai titik atas yaitu 50 sebelum mencapai titik atas air sudah jatuh dan keluar semua.

Dari tempat penampungan tersebut air dialirkan ke areal sawah melalui saluran air yang posisinya semakin menurun (lebih rendah) dari penampungan air sehingga air dapat dialirkan ke sawah. Demikian seterusnya untuk hal yang sama dilakukan oleh jari-jari kincir atau tempat air (wadah) yang lainnya. Secara terus menerus dan bergantian air diisi dan kemudian aliran ke sawah.

Poros merupakan tempat melekatnya jari-jari kincir sehingga kincir dapat berputar dan bertahan terhadap dorongan laju kecepatan aliran air. Agar perputaran poros dapat berjalan lebih baik dan lancar maka poros perlu diberi bantalan yang sekaligus sebagai tempat dudukan sehingga kerangka konstruksi dapat lebih kokoh mantap.

Zat Cair
Zat Cair yang bergerak dapat menimbulkan gaya seperti laju aliran air di sungai yang menghantam dinding akan menimbulkan gaya yang bekerja pada dinding tersebut. Gaya aliran tersebut dapat dimanfaatkan untuk memutar kincir pemindahan air.
Aliran Zat cair akan mendorong baling-baling dan laju aliran massa efektif relative terhadap titik tumbuk dan tetap sama (Triatmojo, Bambang, 1993; 59). Baling-baling bergerak dalam arah yang sama dengan laju aliran, untuk deretan baling-baling maka laju aliran massa efektif (Titnerington D, 1984 ; 158)
La = ρ.Qk = ρ.Ao.Va (kg/det)
Keterangan ρ = massa jenis air (kg/m3)
Qk = kapasitas aliran (m3/det)
Ao = luas penampang baling-baling (m2)
Vo = kecepatan aliran air (m/det)

Setelah mendorong kincir, aliran akan bergerak tangensial terhadap kincir dan akan mempunyai kecepatan dalam arah geraknya. Partikel aliran zat cair mempunyai momentum atau karena kecepatan aliran berubah baik dalam besar maupun arahnya. Maka momentum partikel zat cair yang akan berubah. Momentum zat persatuan waktu etelah mendorong kincir.
Ma = (ρ.Ab.Va).Vk
Keterangan Vk = kecepatan keliling kincir (m/det)

Menurut hukum newton II, perubahan momentum dapat menyebabkan terjadinya gaya yang sebanding dengan laju perubahan momentum. Dan besaran ini harus sama dengan gaya yang diberikan zat cair pada baling-baling kincir. Gaya inersia yang diberikan zat cair pada baling-baling adalah sama dan berlawanan.
F1 = ρ.Ab.Va(Va-Vk)

Dalam suatu aliran yang dialiri zat cair, luas penampang aliran (Ab) dan laju aliran volume (Qo). zat cair yang tepat di awal roda kincir ini dapat dianggap sebagai penghisap yang mengadakan gaya (Fi) dalam at dalam satuan waktu, penghisap ini akan mendorong zat cair diakhir sepanjang aliran dengan kecepatan.
V = Qo/Ao

Dan gaya yang dihailkan oleh aliran zat cair karena momen aliran air.
P. Ma.Vo.(w)
Keterangan Ma = momen akibat laju aliran (N/m2)

Massa zat cair (m) dapat memiliki energi kinetik akibat pengaruh kecepatan alirannya, besarnya energi zat kinetic cair tersebut.
Ek = ½ m.Va2
Keterangan m = massa zat cair
Va2 = kecepatan aliran zat cair (m/det)