PENINGKATAN KADAR OKSIGEN DALAM AIR DENGAN PENGGUNAAN AERATOR TAMBAK TENAGA ANGIN POROS VERTIKAL Hadi Wibowo 1, Ahmad Farid, Mustaqim 2, 1,2) Teknik Mesin-Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal Email : mesinftups@gmail.com Telp./fax: 0283342519 ABSTRAK Peningkatan kualitas air tambak dapat dilakukan dengan beberapa hal, salah satunya adalah dengan penggunaan aerator. Aerator dapat digerakkan dengan tenaga listrik, tenaga mesin/ motor atau dengan tenaga lain. Tenaga lain dalam dalam hal ini adalah dengan pemanfaatan potensi angin yang ada di tambak yang biasanya lumayan besar, yaitu dengan turbin angin baik poros horizontal maupun vertical. Hasil desain aerator sebelumnya dengan model poros horizontal dirasa kurang maksimal dalam memperoleh energi angin dari segala arah, oleh karena perlu dilakukan optimalisasi berupa kajian dan pengembangan dengan menggunakan turbin angin tipe poros vertical, yaitu jenis savonius. Turbin ini diharapkan mampu berputar terus dari segala arah sehingga proses airasi dapat berjalan secara maksimal. Intrumen pengujian yaitu dengan menggunakan sebuah turbin angin tipe vertikal jenis savonius dengan diameter rotor 60 cm, disusun 2 tingkat dengan atas tinggi 50 cm sebanyak 2 sudu, dan tingkat bawah tinggi 15 cm sebanyak 18 sudu, dengan sedangkan untuk kincir aerator berdiameter 0,3 m, jumlah 5 sudu, dipasang transmisi/ pemindah daya untuk meningkatkan putaran.dari hasil pengujian yang dilakukan bahwa turbin angin sumbu vertikal jenis savonius dua tingkat ini pada kecepatan angin 3,7-5,53 m/s diperoleh putaran poros 35,4 52,47rpm, dengan jumlah maksimum oksigen terlarut dalam air 6,575 mg/l pada kecepatan angin 5,53 m/s. Kata kunci : Savonius, aerator, daya turbin 1. PENDAHULUAN Menurunnya kualitas air tambak berdampak pada ekosistem didalam air tersebut baik pada tumbuhan misal rumput laut atau hewan misal ikan atau udang. Dari beberapa metode yang ada, system sirkulasi air atau airasi merupakan metode yang efektif dari permasalahan diatas dengan memanfaatkan potensi alam sekitar yang lumayan besar yaitu energy angin. Dimana dari hasil survey yang dilakukan bahwa angin didaerah pesisir Brebes- Tegal dapat mencapai rata-rata 5 m/s, sehingga dapat dimungkinkan untuk memutarkan kincir yaitu dari poros turbin yang kemudian dihubungkan ke poros bawah dibagian aerator atau kincir airnya. Hasil penelitian sebelumnya yaitu dengan desain aerator model poros horizontal dirasa kurang maksimal dalam memperoleh energy angin dari segala arah, oleh karena itu perlu dilakukan optimalisasi berupa kajian dan pengembangan dengan menggunakan turbin angin tipe poros vertical, yaitu jenis savonius. Turbin ini diharapkan mampu berputar terus dari segala arah sehingga proses airasi dapat berjalan secara maksimal. Proses mampu berputarnya poros turbin karena kecepatan angin yang berbeda akan.mempengaruhi juga kecepatan pada poros aerator Proses pemidahan daya dari turbin angin ke kincir aerator diperlukan mekanisasi transmisi agar putaran poros turbin angin dapat diteruskan ke poros kincir secara optimal. Dengan adanya tahanan yang bekerja pada kincir yang berputar akan menyebabkan turunnya kecepatan putar pada poros turbin angin. Dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap jumlah kadar oksigen yang dihasilkan dari aerator tersebut. a. Batasan Masalah Batasan dan ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut: 73
1. Turbin angin yang digunakan adalah poros vertical tipe savonius dua tingkat dengan diameter rotor 60 cm, disusun 2 tingkat dengan atas tinggi 50 cm sebanyak 2 sudu, dan tingkat bawah tinggi 15 cm sebanyak 18 sudu, dengan sedangkan untuk kincir aerator berdiameter 0,3 m, jumlah 5 sudu, dipasang transmisi/ pemindah daya untuk meningkatkan putaran. 2. Pengambilan data yaitu skala laboratorium dengan variasi kecepatan angin pada 3,6-5,6 m/s. 3. Eksperimen dilakukan untuk mengetahui jumlah oksigen terlarut dalam air dengan menggunakan alat DO-Meter. b. Rumusan Masalah Kecepatan angin dan kedalaman aerator pada air sangat berpengaruh terhadap jumlah oksigen terlarut sehingga hasil dalam penelitian ini dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut. 1. Berapa putaran poros maksimal yang mampu dihasilkan dari variasi kecepatan angin yang ada? 2. Berapa jumlah oksigen terlarut dari hasil pengujian yang dilakukan? 2. KAJIAN LITERATUR DAN PEGEMBANGAN HIPOTESIS Pada penelitian oleh M.Wahyudi dengan menggunakan turbin angin savonius pada aerasi tambak diperoleh hasil penelitian bahawa kecepatan angin yang ada dari 1 sampaidengan 4 m/s, sudut sudu 45 0-90 0 untuk 8 sudu didapat putaran tertinggi 15-16rpm pada sudut 45 0. Penelitian sirkulasi air tambak dengan kincir angin dilakukan juga oleh Afunia B.L Ujicoba dilakukan pada tambak ikan Nila, dimana ternyata nila bisa hidup di air yang tidak mengalir, tetapi kurang sehat, dan tidak dapat hidup bertahan lama. Jadi, ikan nila ini membutuhkan oksigen yang lebih banyak dibanding ikan jenis lele. Untuk mengatasi hal tersebut, upaya yang dilakukan untuk membuat siklus oksigen dalam air dengan cara yang mudah dan sederhana. Penelitian dilakukan oleh Imam Uddin F. dkk memanfaatkan turbin Savonius sebagai penggerak pompa air. Dimana hasil penelitian yang dilakukan kemammpuan kincir angin bentuk 2x2 (1,75 m 2 /daun) mampu mengairi tanaman palawija ± seluas 500 m 2 / hari (5mm/ hari). Hasil analisis finansial menunjukkan bahwa memproduksi kincir angina tipe savonius adalah layak dan menguntungkan. Gambar 2.1 Turbin savonius untuk penggerak pompa (Imam Udin, dkk,) Pada penelitian yang dilakukan Rosmawati, Sari, IPB 2013 yaitu membuat kincir aerator tipe pedal dengan memodifikasi system transmisi, diperoleh tiga kali reduksi kecepatan putar dengan menggunakan sistem transmisi rantai dan roda gigi yaitu 117 rpm, 138 rpm dan 157 rpm dari sebelumnya 83 rpm, 96 rpm dan 124 rpm. Pada penelitian utama dengan menggunakan aerator tipe pedal lengkung 45º, jumlah lubang pada pedal adalah 20, kemiringan pedal 0º dan kecepatan putar 117 rpm, 138 rpm dan 157 rpm, dapat dihasilkan pengukuran maksimum oksigen terlarut yaitu dengan kecepatan putar 157 rpm dengan nilai 4.88 mg/l di permukaan kolam. Pengukuran minimum oksigen terlarut dengan kecepatan putar 117 rpm diperoleh nilai 2.84 mg/l di dasar kolam. Diameter semburan yang terbesar didapat pada perlakuan pedal lengkung 45º, jumlah lubang pada pedal adalah 20, posisi pedal datar dan kecepatan putar 157 rpm. Diameter semburan terkecil yaitu pada perlakuan pedal lengkung 45º, jumlah lubang pada pedal adalah 20, posisi pedal datar dan kecepatan putar 117 rpm 3. METODE PENELITIAN Metode pengujian dalam melaksanakan penelitian ini adalah metode ekperimental yaitu pengamatan langsung terhadap pengujian yang dilakukan secara seksama dengan melakukan pengukuran-pengukuran. Pada penelitian akan digunakan sebuah turbin angin tipe vertikal jenis savonius dengan diameter rotor 60 cm, disusun 2 tingkat dengan atas tinggi 50 cm sebanyak 2 sudu, dan tingkat 74
bawah tinggi 15 cm sebanyak 18 sudu, dengan sedangkan untuk kincir aerator berdiameter 0,3 m, jumlah 5 sudu, dipasang transmisi/ pemindah daya untuk meningkatkan putaran. Variable penelitian adalah kecepatan angin dengan hasil perencanaan transmisi terhadap putaran kincir aerator dan daya turbin yang pengaruhnya terhadap hasil oksigen dalam air. 3.1 Instrumen Penelitian Berikut adalah gambar alat uji turbin angin poros vertikal sebagai aerator. Gambar 3.1. Proses pengujian aeator tenaga angin tipe poros vertical terhadap peningkatan kadar oksigen dalam air 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian a. Putaran Poros Hasil penelitian yang dilakukan adalah dengan mem-variasi kecepatan angin dari 3,7 m/s sampai dengan 5,6 m/s menggunakan kipas angin dan juga dilakukan pembebanan pada poros aerator untuk mengetahui torsi dan dayanya dapat ditunjukkan pada tabel 1 berikut: Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian kadar Oksigen dalam air No Uji Ke- V (m/s) n (rpm) T 1 ( 0 C) T 2( 0 C) O 2 (mg/l) 1 5,6 52,6 38 37 6,5 2 5,5 51,3 37 36 6,6 1 3 5,5 53,4 36 35 7,2 4 5,4 52,6 34,1 32 6 RATA2 5,5 52,475 36,275 35 6,575 1 4,6 45,3 38,5 36 5,4 2 4,7 44,5 36 34 5,6 2 3 4,7 43,6 34 32 5,6 4 4,8 44,2 32 32 5,2 RATA2 4,7 44,4 35,125 33,5 5,45 1 4,2 38,2 37 35 4,6 2 4,3 37,2 35 34 4,4 3 3 4,2 38,1 35 33 4,2 4 4,1 36,7 34,1 34 4,3 RATA2 4,2 37,55 35,275 34 4,375 1 3,7 35,2 38,5 36 3,2 2 3,8 35,8 34 36 3,4 4 3 3,6 36,4 34,8 34 3,2 4 3,7 34,2 34,1 34 3,3 RATA2 3,7 35,4 35,35 35 3,275 75
Dari hasil pengambilan data baik untuk mencari daya turbin, dan putaran poros kemudian dilakukan perhitungan serta analisis dengan grafik sebagai berikut: Putaran Poros (Rpm) 60 50 40 30 20 10 0 Variasi Kecepatan Angin Vs Putaran poros 35.4 37.55 44.4 3.7 4.2 4.7 5.5 Kecepatan Angin (m/s) 52.475 Gambar 4.1. Grafik Daya Turbin pada beberapa kec.angin dan putaran poros yang dihasilkan Oksigen dalam Air (mg/l) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Variasi Kecepatan Angin Vs Oksigen Dalam Air 3.275 4.375 5.45 3.7 4.2 4.7 5.5 Kecepatan Angin (m/s) 6.575 Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Perubahan Sudut Sudu Kincir Aerator Terhadap Jumlah Oksigen (O 2 ) 4.2 Pembahasan Dari hasil pengujian yang dilakukan bahwa turbin angin sumbu vertikal dengan diameter 0,4 m pada kecepatan angin 3,7-5,53 m/s diperoleh daya turbin untuk menganalisis kemampuan turbin dapat memutar aerator yaitu diperoleh putaran poros aerator minimal 35,4 rpm dan maksimal 52,475 rpm, sedangkan dalam aplikasi peningkatan jumlah oksigen diperoleh jumlah oksigen terlarut dalam air 6,575 mg/l. 76
5. KESIMPULAN 5.1 Simpulan a. Turbin angin sumbu horizontal 3 sudu dengan diameter 2 m mampu berputar pada kec.rendah 2 m/s, dan menghasilkan daya poros maksimal 42,14 W pada kecepatan angin 5,5 m/s. b. Turbin angin mampu diaplikasikan sebagai aerator tambak untuk meningkatkan kadar oksigen dalam air dengan jumlah oksigen terbesar 24,425 mg/l pada kecepatan angin 5,47 m/s pada sudut sudu 90 0. Adapun dalam variasi sudut sudu aerator dari 0 0-90 0 diperoleh peningkatan kadar oksigen pada setiap peningkatan sudunya. 5.2 Saran a. Gigi-gigi penghubung putaran atau mekanisme penghubung putaran turbin dengan kincir aerator harus dapat berputar lancar sehingga alat bila diaplikasikan akan dapat bekerja dengan baik. b. Dalam mengaplikasikan/ ujicoba alat ditambak posisi turbin harus dipasang pada ketinggian dan arah angin yang sesuai atau sering berhembus. REFERENSI Anonim 1, 2007. www.mst.gadjahmada.edu/dl/kincir_angin.pdf Anonim2,2010.http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--windmill/447--teknologi-magnetic-levitation-pada-turbin-angin.html Anonim,http://permaculturewest.orgau/ipc6/ch08/shannon/index.html/diakses pada tanggal 21 Maret 2010 Himran, Syukri, 2005. Energi Angin, CV Bintang Lamumpatue, Makassar. Firmansyah I U, Prastowo B, Najamudin A, Angin Tipe savonius sebagai penggerak pompa air, BPTJS,Maros Ikhsan I, Hipi A, 2011, Analisis Pengaruh Pembebanan Terhadap Kinerja Kincir Angin Tipe Propeller pada Wind Tunnel sederhana, TA, Makasar. Lasera AB, Penggerak Air Kolam dengan Penggerak Kincir Sederhana dari Limbah kaleng Cat. Temanggung. 2012 White, Frank M, Harianddja, Manahan. 1986. Mekanika Fluida (terjemahan). Edisi I, Erlangga, Jakarta. 77