TINJAUAN LITERATUR Kincir Air Ribuan tahun yang lalu manusia telah memanfaatkan tenaga air untuk beberapa keperluan, misalnya untuk menaikkan air keperluan irigasi, menggiling padi dan sebagainya. Di daerah daerah terpencil, misalnya terbuat dari bambu atau dari kayu dengan diameter yang besar masih dapat dilihat di sungai Hoang Ho (Cina), sungai NiL (Mesir), sungai Eufrat (Irak) (Patty, 1995). Efisiensi roda air yang dijalankan oleh aliran air tanpa menggunakan seluruh potensi air yang terdapat dalam sungai, tentu kecil sekali. Perbaikan cara ini dilakukan pada abad ke -15. untuk menjalankan roda, dibuat saluran tersendiri dengan tiga macam roda air, sehingga menumbuk roda pada bagian atas, pada bagian tengah atau bagian bawahnya (Miller and Richard, 2004). Kalau kita kebetulan sedang pergi ke daerah pedesaan yang letaknya ada di kaki pegunungan atau di daerah dataran tinggi kadang kita akan menemui kincir air. Sebuah alat pendistribusian air yang bekerja dengan system rotasi sederhana. Alat utamanya berbentuk lingkaran bisa terbuat dari kayu atau bambu dengan dua sisi berseberangan bisa berukuran besar bisa juga kecil tergantung kebutuhan dan derasnya air. Pada bagian antara sisi satu dengan sisi lainnya biasanya ada beberapa bak untuk menampung air dari sungai atau mata air. kincir ini akan berputar pada sumbunya karena ada dorongan air, putaran ini akan menyambungkan air yang ditampung ke potongan bambu yang dibelah-belah menyerupai pipa yang berfungsi sebagai penyalur air ke rumah- rumah penduduk yang ada didataran di bawahnya. kincir ini dengan setianya tetap berputar selama ada air yang mendorongnya, kincir inilah yang membantu masyrakat sehingga
tanpa perlu susah payah untuk mengambil air ke sungai ataupun mata air (Ruzaldi, 2009). Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu : 1. Kincir Air Overshot. Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain. Gambar 1.1 Kincir air Overshot Keuntungan Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%. Tidak membutuhkan aliran yang deras. Konstruksi yang sederhana. Mudah dalam perawatan. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir. Kerugian Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.
Daya yang dihasilkan relatif kecil. 2. Kincir Air Undershot. Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head. Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan Vitruvian. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir. Gambar 1.2 Kincir air Undershot Keuntungan Konstruksi lebih sederhana Lebih ekonomis Mudah untuk dipindahkan Kerugian Efisiensi kecil Daya yang dihasilkan relatif kecil 3. Kincir Air Breastshot. Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe undershot.
Gambar 1.3 Kincir air Breastshot Keuntungan Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar Kerugian Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit) Diperlukan dam pada arus aliran datar Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot 4. Kincir Air Tub Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara horizontal dan sudut-sudutnya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik. Gambar 1.4 Kincir air Tub Keuntungan
Memiliki konstruksi yang lebih ringkas Kecepatan putarnya lebih cepat Kerugian Tidak menghasilkan daya yang besar Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti Sungai Pancaran energi (panas) matahari dapat menimbulkan siklus-siklus berikut: a. Air sungai mengalir kelaut. b. Air laut menguap, membetuk awan (kumpulan uap air). c. Awan bergerak ke atas tanah dataran. d. Pada satu ketinggian, temperatur turun sehingga uap air menguap menjadi air dan turunlah hujan. e. Air hujan mengalir ke sungai dan seterusnya. Karena siklus ini tetap berlangsung selama masih ada tenaga matahari, maka sepanjang akan ada tenaga air, lain halnya dengan tenaga uap, tenaga nuklir, yang menggunakan bahan bakar, yang suatu ketika akan habis juga (Paijo, 2007). Debit Air Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik (white, 1997).
Air sungai di daerah pegunungan memiliki energi potensial, apabila air mengalir, maka sebagian energi potensial tersebut akan menghilang. Dibandingkan perbedaan tinggi air di pegunungan, angka ini sangat kecil. Energi yang hilang disebabkan antara lain oleh pergesekan antara air dan dinding sungai (Wikipedia, 2008). Pompa Air Alternatif. Alat ini bisa dimanfaatkan untuk memompa air memindahkannya ke permukaan yang lebih tinggi di tempat-tempat yang memerlukan air yang tidak sedikit seperti di masjid-masjid, kolam taman, dan pertanian sehingga pada akhirnya dapat menghemat pengeluaran, biaya produksi, dan sekaligus dapat memperkecil beban penggunaan listrik dan BBM Bagi mereka yang tinggal atau bekerja jauh di pedalaman, sistem alat ini selain bisa memompa air, juga untuk penggerakkan untuk keperluan mereka seperti untuk generator pembangkit listrik, penggiling padi, dan lain sebagainya. `Dalam upaya memulihkan naiknya berbagai kebutuhan, salah satu langkah yang bisa dilakukan ialah dengan cara menghemat, menekan biaya produksi (Syarifuddin, 2008). Aliran Fluida Mekanika fluida adalah telah tentang fluida yang bergerak atau diam dan akibat yang ditimbulkan oleh fluida tersebut pada batasnya. Batas tersebut dapat berupa permukaan padat ataupun yang lain. Sebuah tegangan (gaya per satuan luas) geser terbentuk apabila ada sebuah gaya tangensial bekerja pada sebuah permukaan. Apabila benda-benda padat biasa seperti baja, atau logam-logam lainnya dikenai oleh suatu tegangan
geser, biasanya benda ini mulai berdeformasi (biasanya sangat kecil), tetapi tidak akan terus berdeformasi (mengalir). Namun cairan yang biasa seperti minyak, air, dan udara memenuhi defenisi dari sebuah fluida, artinya zat-zat akan mengalir apabila padanya bekeja sebuah teganga geser (Gunadarma, 2008). Pada aliran vertikal, ketinggian dan volume pada saluran (misalkan pada saluran pipa), berpengaruh pada besarnya tekanan dan kecepatan yang terjadi pada aliran terebut. Pada suatu batasan pada aliran fluida, bahwa kecepatan dan tekanan sangat berpengaruh pada aliran fluida, kecepatan yang diberikan pada suatu aliran nenyebabkan menurunnya tekanan pada aliran balik, dan sebaliknya. Mari kita tinjau tekanan air pada sebuah wadah sebagaimana tampak pada gambar. Tinggi kolom cairan adalah h dan luas penampangnya A. Bagaimana tekanan air di dasar wadah? Keterangan : w = adalah berat air h A = ketinggian kolom air dalam wadah yang berbentuk silinder = luas permukaan dan P adalah tekanan. Pa = tekanan atmosfir. Pada gambar di atas tidak digambarkan Pa, tapi dalam kenyataannya, bila wadah yang berisi air terbuka maka pada permukaan air bekerja juga tekanan atmosfir yang arahnya ke bawah. Tergantung permukaan wadah terbuka ke mana. Jika
permukaan wadah terbuka ke atas seperti pada gambar di atas, maka arah tekanan atmosfir adalah ke bawah (Riansyah, 2007). Tekanan berbanding lurus dengan massa jenis dan kedalaman zat cair (percepatan gravitasi bernilai tetap). Jika kedalaman zat cair makin bertambah, maka tekanan juga makin besar. Ingat bahwa cairan hampir tidak termampatkan akibat adanya berat cairan di atasnya, sehingga massa jenis cairan bernilai konstan di setiap permukaan. Jika perbedaan ketinggian sangat besar (untuk laut yang sangat dalam), massa jenis sedikit berbeda. Tapi jika perbedaan ketinggian tidak terlalu besar, pada dasarnya massa jenis zat cair sama (atau perbedaannya sangat kecil sehingga diabaikan) (Gurumuda, 2008). Pada perancangan pompa, pada prinsipnya adalah menghisap dan mendorong cairan pada suatu tempat ketempat lain (biasanya untuk memindahkan cairan dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi). Besarnya hisapan dan dorongan harus lebih besar dari tekanan aliran balik, karena cairan memberikan tekanan balik dimana adanya gaya gravitasi serta gaya potensial pada aliran balik (Streeter dan Wyle, 1992). Untuk membangun teori dasar tentang untuk kerja pompa, kita mengandaikan bahwa alirannya satu dimensi, dan kita menggabungkan vektorvektor kecepatan fluida yang diperoleh dengan pengidealan ini dalam bilah-bilah pendesak itu dalam suatu volume kendali. Diandaikan pada fluida yang masuk pada bilah-bilah pendesak, dengan kecepatan tertentu maka akan memberikan tekanan yang menimbulkan kecepatan pada aliran keluar (Munson., dkk, 2002).
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros (Sularso dan Suga, 1997). Poros dapat dibedakan kepada 2 macam, yaitu : 1. Poros dukung; poros yang khusus diperuntukkan mendukung elemen mesin yang berputar. 2. Poros transmisi/poros perpindahan; poros yang terutama dipergunakan untuk memindahkan momen puntir. Poros dukung dapat dibagi menjadi poros tetap atau poros terhenti dan poros berputar. Pada umumnya poros dukung itu pada kedua atau salah satu ujungnya ditimpa atau sering ditahan terhadap putaran. Poros dukung pada umumnya dibuat dari baja bukan paduan (Stolk dan Kros, 1981). Ada beberapa variabel lain yang memungkinkan desain ini untuk memompa secara efektif. Antara lain : 1. laju aliran air sungai (kecepatan). 2. ukuran dayung. 3. jumlah dayung. 4. roda air diameter. 5. diameter gulungan. 6. diameter polypipe. 7. jumlah gulungan. 8. perendaman dari koil set. 9. diameter pipa.
Sebagai pompa spiral ini merupakan pengganti langsung kecil pompa piston standar, ditemukan bahwa volume air yang dipompa per hari adalah sama, sehingga efisiensi operasi ini sangat diterima. Debit minimum pompa tersebut adalah 2 m 3 /hari, tetapi bervariasi sesuai dengan aliran sungai. Secara keseluruhan, sepotong yang indah teknologi alternatif (Hermans, 2004). Tipe Pompa. Berikut ini adalah tipe pompa air dan performancenya: 1. Pompa apung. Pompa apung (floating pump) dapat digunakan jika terdapat sumber air permukaan/sungai/sumur gali. Pompa akan mengapung di permukaan air, sehingga vertical suction head mendekati nol meter. Performance pompa: Head maksimum 25 meter; debit maksimum 67.10 m³/hari 2. Pompa permukaan. Pompa permukaan (surface pump) cocok digunakan jika terdapat sumber air permukaan/sungai/sumur gali, tetapi pompa ingin diletakkan di atas permukaan tanah/pondasi dengan vertical suction head tidak lebih dari 6 meter. Performance Pompa: Head Maksimum 120 meter; debit maksimum 122.5 m³/hari. 3. Pompa celup. Pompa celup (submersible pump) digunakan jika sumber air yang ingin dipompa bersumber dari sumur bor/air bawah tanah, dimana permukaan air tanah lebih dari 6 m. Motor beserta pompa diletakkan di dalam sumber air. Performance Pompa: Head maksimum 50 meter; debit maksimum 18.70 m³/hari. 4. Pompa semi celup
Pompa semi celup (lineshaft pump) digunakan untuk memompa air dari dalam sumur bor/air bawah tanah, tetapi pemakai ingin agar pompanya saja yang masuk ke dalam sumber air, sedangkan drive head dan motor pompa tetap berada di permukaan tanah/tapak sehingga memudahkan pengguna jika ingin mengganti drive head, motor, atau sumber penggeraknya. Performance Pompa: Head maksimum 120 meter; debit maksimum 120 m³/hari (Prihasa, 2009).