1

Makalah Fisika Dasar 1

“Penggunaan Kincir Angin sebagai Alat

Pemindah Air dan Barang”

Oleh :

Andhika Rizki Yuandry (Ketua) 1306369402

Andrean Wardani 1306369453

Exa Heydemans 1306402715

Humayri Sidqi (Juru Bicara) 1306369440

Shodikin Martanto 1306369434

UNIVERSITAS INDONESIA

Depok

2013

2

DAFTAR ISI

Daftar isi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Landasan Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Prinsip Kerja dan Aplikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Analisis Kerja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Daftar Pustaka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pada zaman ini, listrik memang sudah ada dan terdistribusi secara baik di kota-kota

besar. Namun, pemakaiannya yang berlebih dan pemborosan listrik berdampak buruk

pada kelangsungan hidup di masa depan. Selain itu, energi listrik umumnya berasal

dari batu bara yang merupakan sumber daya tidak dapat diperbaharui. Melihat lebih

banyaknya penggunaan listrik dibandingkan sumber batu bara yang semakin menipis,

kita sebagai manusia dituntut memberikan sebuah solusi yang dapat menjamin bumi

akan menjadi lebih baik, contohnya pencarian energi altenatif.

Memang telah banyak ilmuwan yang mengadakan penelitian tentang energi alternatif

pembangkit listrik selain batu bara contohnya :

o Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

o Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

o Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

o Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

o Pembangkit Listrik Tenaga Geotermal (PLTG)

o Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Namun pemakaian energi alternatif tersebut belum dapat dikatakan maksimal karena

beberapa kendala misalnya biaya, efisiensi, sulitnya pembuatan, dan lokasi.

Selain itu di beberapa daerah pertanian di pedalaman umumnya belum terjamah

listrik. Selain itu, energi alternatif pembangkit listrik sulit juga dibuat karena mungkin

sulitnya medan ataupun kurang pentingnya daerah tersebut bagi perekonomian.

Padahal daerah tersebut, sangat membutuhkan energi listrik untuk membantu mereka

dalam irigasi pertanian.

Untuk itulah, kami bermaksud menawarkan suatu alat yang sederhana yang dapat

membantu daerah tersebut dalam bidang pertanian, khususnya irigasi sawah yaitu

kincir angin pemindah air. Tidak hanya itu saja, kincir ini juga bisa dikombinasikan

dalam 2 metode kerja yaitu pengangkut air sekaligus pengangkut benda misalnya

pupuk atau alat-alat pertanian.

4

Rumusan Masalah

o Landasan Teori yang mendukung kerja kincir angin pemindah air dan benda

lain.

o Prinsip kerja kincir angin pemindah air dan benda lain

o Analisis kerja kincir angin pemindah air dan benda lain

Tujuan

o Menawarkan alat sederhana yang dapat membantu sistem pertanian

o Memunculkan sebuah alat alternatif tanpa listrik

o Mengefisiensikan kerja manusia dalam bidang pertania

5

LANDASAN TEORI

Kita tahu bahwa energi dapat dihasilkan dalam berbagai cara misalnya dari kecepatan

angin. Teori ini juga telah dimanfaatkan dalam bidang pertanian khususnya dalam

irigasi, pemindah barang maupun pembantu proses penyerbukan seperti di kincir

angin di Negeri Belanda.

Dalam makalah ini kami akan membahas tentang penggunaan energi angin dalam

bidang pertanian. Dengan memakai hukum kekekalan energi yang menyatakkan

bahwa :

Rumus ini menjelaskan bahwa Energi Mekanik bersifat konstan dalam suatu sistem.

Dengan menggunakkan kecepatan angin yang membuat kincir angin pemindah

tersebut memiliki kecepatan angular, sebagai Energi kinetik sistem :

𝐸𝑘 = 1

2 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝜔𝑅)2

Dengan memprediksikan berapa kapasitas air yang dibutuhkan untuk irigasi dan

memprediksikan kehilangan air dalam proses pengangkutan yang memenuhi

persamaan:

𝑄 = ℎ ∙ 𝐴

Keterangan :

Q : Kapasitas air yang dibutuhkan ( 𝑚3

ℎ𝑎𝑟𝑖 )

H : Laju penyusutan air (𝑚 ℎ𝑎𝑟𝑖 )

A : Luas sawah yang diairi (𝑚2)

6

Lalu dengan menggunakkan teori persamaan kecepatan gerak seporos :

𝑉1 = 𝑉2

Kincir yang memiliki kecepatan pada porosnya yang akan dihubungkan dengan poros

lain yang berfungsi sebagai bidang pengangkut benda (treads). Sehingga energi

keseluruhan yang dibutuhkan yaitu :

𝐸𝑘𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 = 𝐸𝑝𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

1

2 𝑚𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 + 𝑚𝑎𝑖𝑟 𝜔𝑅 2 = 𝑚𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 + 𝑚𝑎𝑖𝑟 𝑔 ℎ + 𝑚𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 𝑔 𝑠

Dengan menggunakan teori kekekalan energi dan persamaan kecepatan melingkar,

sebuah alat yang sederhana, kincir angin pemindah air dan barang pun terbentuk.

7

PRINSIP KERJA DAN APLIKASI

Keterangan Gambar Kincir Angin Pemindah :

1. Baling-baling kincir

2. Wadah pengangkut air

3. Wadah penampung air

4. Wadah pengalir air atas

5. Poros utama

6. Poros kerja lanjutan

7. Treads

8. Barang yang diangkut

9. Pedal penggerak

10. Tiang kincir

11. Pondasi Kincir

12. Kecepatan Angin

Prinsip Kerja Pengangkutan Air

Angin yang berhembus dan memiliki kecepatan menggerakkan kincir, namun hanya

dengan kecepatan angin saja, yang kita tahu di Indonesia sebesar 5 m/s itu tidak akan

dapat menggerakkan kincir yang memiliki beban itu sendiri maupun air. Untuk itu

dibutuhkan tenaga bantuan yaitu tenaga manusia. Dengan pedal yang dikayuh oleh

manusia itu membuat kecepatan kincir yang diakibatkan oleh angin bertambah memenuhi

persamaan :

𝑉𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 = 𝑉𝑎𝑛𝑔𝑖𝑛 + 𝑉𝑝𝑒𝑑𝑎𝑙

1

2

3

4

1

5

6 7

8

9

10

11

12

8

Kincir berputar dengan kecepatan yang berubah-ubah sesuai kecepatan angin dan

kecepatan pedal yang dikayuh oleh manusia tersebut.Di setiap ujung baling-baling kincir

dipasangkan sebuah wadah yang akan digunakkan untuk mengangkut air.Wadah yang

telah terisi lalu terangkat bersama baling-baling yang berputar dan air dalam wadah

tersebut akan ditumpahkan ke dalam sebuah wadah pengalir air bagian atas yang berada

tepat di tengah atas tiang kincir tersebut. Kejadian ini akan berlangsung berulang-ulang

sesuai kondisi kecepatan angin dan kecepatan pedal itu sendiri.

Prinsip Kerja Pengangkutan Barang

Dengan menghubungkan poros kincir yang berputar dengan poros lain yang terhubung

juga dengan sebuah treads pemindah barang, gerak putar kincir tersebut dapat digunakan

juga untuk metode kerja lain yaitu pengangkutan barang.

Kincir diatur sedemikian rupa arah perputarannya searah dengan jarum jam sehingga

barang yang akan diangkut dapat terangkut ke tempat yang tepat. Metode ini memang

memakan energi yang lebih namun metode ini sangat mengefisiensikan waktu kerja dan

kinerja manusia itu sendiri

Aplikasi dan Contoh Penggunaan

Aplikasi ini kita khususkan untuk kincir angin yang berada di Indonesia, dengan

kecepatan angin sebesar 5m/s. Kincir yang dipakai seberat 500 kg dengan ukuran jari-jari

baling-baling sebesar 3m. Wadah penampung airnya 0,25 𝑚3. Beban rata-rata yang akan

diangkut 50 kg dengan jarak 20 m. Disini kita akan mencari seberapa besar energi yang

harus dikeluarkan oleh manusia (kecepatan pedal tersebut).

𝐸𝑘𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 = 𝐸𝑝𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

1

2 𝑚𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 + 𝑚𝑎𝑖𝑟 (𝑉𝑎𝑛𝑔𝑖𝑛 + 𝑉𝑝𝑒𝑑𝑎𝑙 )2 = 𝑚𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 + 𝑚𝑎𝑖𝑟 𝑔 ℎ + 𝑚𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 𝑔 𝑠

½ ( 500 + 250 ) kg x ( 5 + Vpedal ) 2

m/s = ( 500 + 250 ) 9,8 x 6 m + 50 kg x 9,8 x 20 m

( 5 + Vpedal ) 2 = 143,733 m/s

5 + Vpedal = 12 m/s

Vpedal = 7m/s

9

ANALISIS KERJA KINCIR

Fungsi bagian-bagian dari kincir angin pemindah :

1. Baling-Baling Kincir

Baling-baling kincir adalah komponen paling utama dari kincir angin. Baling-

baling kincir berfungsi sebagai pengubah kecepatan tangensial dari angin menjadi

kecepatan angular yang akan digunakan untuk memindahkan air dan benda. Selain

itu, baling-baling juga berfungsi untuk tempat menempelkan wadah pengangkut

air. Dapat dibuat dari kayu atau logam ringan untuk menambah efisiensi kerja alat.

2. Wadah Pengangkut Air

Wadah pengangkut air berfungsi untuk memindahkan air dari wadah penampung

air atas ke wadah pengalir air yang terletak lebih tinggi.

3. Wadah Penampung Air

Wadah penampung air berfungsi menampung air dari sungai atau sumber lain

yang akan dipindahkan ke tempat yang lebih tinggi.

4. Wadah Pengalir Air Atas

Wadah pengalir air atas berfungsi untuk menampung air yang telah dipindahkan

ke tempat yang lebih tinggi yang kemudian dipindahkan ke sawah atau tempat lain

5. Poros Utama

Bagian dari kincir angin yang berfungsi sebagai poros yang menggerakkan poros

kerja lanjutan. Terbuat dari besi.

6. Poros Kerja Lanjutan

Merupakan poros yang terletak dibagian bawah untuk memindahkan barang.

Terbuat dari besi.

7. Treads

Merupakan ban yang berputar terus menerus untuk memindahkan barang.

8. Barang Yang Diangkut

Barang-barang yang ingin dipindahkan. Dapat berupa padi, beras ataupun pupuk.

9. Pedal Penggerak

10

Berbentuk seperti pedal sepeda. Berfungsi untuk menambah kecepatan ke poros

utama untuk memungkinkan kincir untuk memindahkan air dan barang.

10. Tiang Kincir

Terbuat dari kayu atau besi ringan Berfungsi sebagai penopang baling-baling

kincir, poros utama, dan poros kerja lanjutan.

11. Pondasi Kincir

Bagian utama dari kincir sebagai penopang semua bagian dari kincir angin.

12. Kecepatan Angin

Kecepatan angin berfungsi untuk sumber energi utama selain energi dari

kecepatan pedal untuk menggerakkan baling-baling yang nanti akan digunakan

untuk memindahkan air dan benda.

Kelebihan dari kincir angin pemindah :

Efisiensi waktu dan energi

Tidak memerlukan energi listrik

Bahan-bahan pembuat kincir mudah didapat

Mudah dalam pembuatannya

Multifungsional

Kekurangan dari kincir angin pemindah :

Tidak dapat berfungsi baik jika tidak dibantu tenaga manusia

Tidak dapat berfungsi jika tidak ada angin

Terbatasnya kapasitas air yang dapat dipindahkan

Tidak dapat berfungsi jika ketinggian air pada penampung sangat rendah

Terbatasnya massa barang yang dipindahkan

Solusi dari kekurangan kincir angin pemindah :

Dibuat di tempat yang sering berhembus angin

Menambah jumlah pedal sehingga jumlah kecepatan kincir menjadi lebih cepat

Memakai bahan-bahan yang lebih ringan

Membuat jari-jari baling-baling mudah diubah panjangnya

11

KESIMPULAN

Dengan menggunakan kecepatan angin kita dapat menghasilkan energi yang dapat dipakai

untuk melakukan sebuah pekerjaan. Dalam kasus ini kita membuat sebuah alat yang

sederhana berupa kincir yang memanfaatkan kecepatan angin sebagai penggerakknya, gerak

putar kincir tersebut digunakan dalam 2 hal yaitu :

Pemindah air dari tempat rendah ke tempat yang lebih tinggi

Pengangkut barang

Namun, dalam proses penggunaannya kita menemui kesulitan karena kecepatan angin

sangatlah rendah khususnya di daerah Indonesia yang hanya sebesar 5 m/s. Untuk itu kami

membuat pedal yang terhubung dengan poros kincir angin yang berfungsi untuk

mempercepat gerak kincir angin tersebut sehingga energinya memenuhi energi yang

dibutuhkan untuk pemindahan air maupun pengangkutan barang.

Kerja kincir tersebut berlangsung berulang ulang dan setiap pemindahan air dalam wadah

kincir maupun pengangkutan barang, energinya memenuhi persamaan :

1

2 𝑚𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 + 𝑚𝑎𝑖𝑟 (𝑉𝑎𝑛𝑔𝑖𝑛 + 𝑉𝑝𝑒𝑑𝑎𝑙 )2 = 𝑚𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 + 𝑚𝑎𝑖𝑟 𝑔 ℎ + 𝑚𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 𝑔 𝑠

Selain lebih efisien dalam waktu dan energi, kincir ini juga multifungsional (dapat berfungsi

ganda). Jika dilihat dalam penggunaannya kincir ini sangat cocok untuk daerah pertanian

yang masih mengalami keterbatasan sumber daya listrik.

12

DAFTAR PUSTAKA

Halliday, Resnick. 1984. Fisika Jilid 1(Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga

http://www. id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

http://www.gurumuda.net/gerak-melingkar-beraturan.html

http://www.fisikasmasmk.blogspot.com/2012/02/hukum-kekekalan-energi-

mekanik.html

http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--wind-mill/892-

-rata-rata-kecepatan-angin-di-indonesia.html

http://www.researchgate.net/publication/50431975_PERANCANGAN_KINCIR_ANG

IN_UNTUK_PENGAIRAN_SAWAH_TADAH_HUJAN_DI_DESA_NGRASEH_KECA

MATAN_DANDER_KABUPATEN_BOJONEGORO