Desain Kincir Air untuk Energi Hidro
ikon energi hidroEnergi hidro adalah teknologi yang mengubah energi kinetik air yang bergerak menjadi energi mekanik atau listrik, dan salah satu perangkat paling awal yang digunakan untuk mengubah energi air yang bergerak menjadi pekerjaan yang dapat digunakan adalah Desain Kincir Air.
Desain kincir air telah berevolusi dari waktu ke waktu, ada yang berorientasi vertikal, ada yang berorientasi horizontal, dan ada yang dilengkapi katrol dan roda gigi rumit, tetapi semuanya dirancang untuk melakukan fungsi yang sama, yaitu, "mengubah gerakan linier air yang bergerak menjadi gerakan putar yang dapat digunakan untuk menggerakkan mesin apa pun yang terhubung dengannya melalui poros yang berputar".
Desain Kincir Air yang Khas
Desain Kincir Air Awal merupakan mesin yang cukup primitif dan sederhana yang terdiri dari roda kayu vertikal dengan bilah atau ember kayu yang dipasang sama di sekelilingnya, semuanya ditopang oleh poros horizontal dengan kekuatan air yang mengalir di bawahnya yang mendorong roda dalam arah tangensial terhadap bilah.
Kincir air vertikal ini jauh lebih unggul dibandingkan dengan desain kincir air horizontal terdahulu yang dibuat oleh orang Yunani dan Mesir kuno, karena kincir air ini dapat beroperasi lebih efisien dengan mengubah momentum air yang bergerak menjadi tenaga. Katrol dan roda gigi kemudian dipasang pada kincir air yang memungkinkan perubahan arah poros yang berputar dari horizontal ke vertikal untuk mengoperasikan batu giling, menggergaji kayu, menghancurkan bijih, mencap dan memotong, dll.
Jenis Desain Kincir Air
Kebanyakan Kincir Air, yang juga dikenal sebagai Kincir Air atau hanya Kincir Air, adalah roda yang dipasang secara vertikal dan berputar pada poros horizontal. Jenis kincir air ini diklasifikasikan berdasarkan cara air dialirkan ke kincir, relatif terhadap poros kincir. Seperti yang Anda duga, kincir air adalah mesin yang relatif besar yang berputar pada kecepatan sudut rendah dan memiliki efisiensi rendah, karena kehilangan daya akibat gesekan dan pengisian ember yang tidak tuntas, dsb.
Aksi air yang mendorong ember atau dayung roda menghasilkan torsi pada poros, tetapi dengan mengarahkan air ke dayung dan ember ini dari posisi yang berbeda pada roda, kecepatan putaran dan efisiensinya dapat ditingkatkan. Dua jenis desain kincir air yang paling umum adalah "undershot waterwheel" dan "overshot waterwheel".
Desain Kincir Air Undershot
Desain Kincir Air Undershot, juga dikenal sebagai “kincir air sungai” adalah jenis kincir air yang paling umum digunakan yang dirancang oleh orang Yunani dan Romawi kuno karena merupakan jenis kincir air yang paling sederhana, termurah, dan termudah untuk dibuat.
Pada desain kincir air jenis ini, kincir cukup diletakkan langsung ke sungai yang mengalir deras dan ditopang dari atas. Pergerakan air di bawah menciptakan gaya dorong terhadap dayung yang terendam di bagian bawah kincir sehingga memungkinkannya berputar hanya dalam satu arah relatif terhadap arah aliran air.
Desain kincir air jenis ini umumnya digunakan di daerah datar tanpa kemiringan alami tanah atau di mana aliran air bergerak cukup cepat. Dibandingkan dengan desain kincir air lainnya, desain jenis ini sangat tidak efisien, dengan hanya 20% energi potensial air yang digunakan untuk benar-benar memutar kincir. Selain itu, energi air hanya digunakan satu kali untuk memutar kincir, setelah itu mengalir bersama air lainnya.
Kerugian lain dari kincir air undershot adalah membutuhkan air dalam jumlah besar yang bergerak dengan cepat. Oleh karena itu, kincir air undershot biasanya terletak di tepi sungai karena aliran air yang lebih kecil tidak memiliki cukup energi potensial dalam air yang bergerak.
Salah satu cara untuk sedikit meningkatkan efisiensi kincir air undershot adalah dengan mengalihkan sebagian air di sungai melalui saluran atau saluran sempit sehingga 100% air yang dialihkan digunakan untuk memutar kincir. Untuk mencapai hal ini, kincir air undershot harus sempit dan pas di dalam saluran untuk mencegah air bocor melalui sisi-sisinya atau dengan menambah jumlah atau ukuran dayung.
Desain Kincir Air Overshot
Desain Kincir Air Overshot merupakan jenis desain kincir air yang paling umum. Kincir air overshot lebih rumit dalam konstruksi dan desainnya dibandingkan kincir air undershot sebelumnya karena menggunakan ember atau kompartemen kecil untuk menangkap dan menampung air.
Ember-ember ini terisi dengan air yang mengalir di bagian atas roda. Berat gravitasi air di ember-ember yang penuh menyebabkan roda berputar di sekitar poros tengahnya sementara ember-ember kosong di sisi lain roda menjadi lebih ringan.
Jenis kincir air ini menggunakan gravitasi untuk meningkatkan output serta air itu sendiri, sehingga kincir air overshot jauh lebih efisien daripada desain undershot karena hampir semua air dan beratnya digunakan untuk menghasilkan daya output. Namun seperti sebelumnya, energi air hanya digunakan satu kali untuk memutar kincir, setelah itu mengalir bersama air lainnya.
Kincir air overshot digantung di atas sungai atau aliran air dan umumnya dibangun di sisi bukit yang menyediakan pasokan air dari atas dengan ketinggian rendah (jarak vertikal antara air di atas dan sungai atau aliran air di bawahnya) antara 5 hingga 20 meter. Bendungan atau bendung kecil dapat dibangun dan digunakan untuk menyalurkan dan meningkatkan kecepatan air ke atas kincir sehingga menghasilkan lebih banyak energi, tetapi volume air, bukan kecepatannya, yang membantu memutar kincir.
Umumnya, kincir air overshot dibuat sebesar mungkin untuk memberikan jarak muka air sebesar mungkin bagi berat gravitasi air untuk memutar kincir. Akan tetapi, kincir air berdiameter besar lebih rumit dan mahal untuk dibuat karena berat kincir dan air.
Ketika ember-ember diisi dengan air, berat gravitasi air menyebabkan roda berputar searah dengan aliran air. Saat sudut putaran mendekati dasar roda, air di dalam ember akan mengalir ke sungai atau aliran air di bawahnya, tetapi berat ember yang berputar di belakangnya menyebabkan roda terus berputar dengan kecepatannya sendiri. Ember yang kosong terus berputar di sekitar roda yang berputar hingga kembali ke atas dan siap diisi dengan lebih banyak air, dan siklus itu berulang. Salah satu kelemahan dari desain kincir air overshot adalah air hanya digunakan satu kali saat mengalir di atas roda.
Desain Kincir Air Pitchback
Desain Kincir Air Pitchback merupakan variasi dari kincir air overshot sebelumnya karena kincir air ini juga menggunakan berat gravitasi air untuk membantu memutar kincir, tetapi juga menggunakan aliran air limbah di bawahnya untuk memberikan dorongan ekstra. Jenis desain kincir air ini menggunakan sistem pemasukan air dengan kepala rendah yang menyediakan air di dekat bagian atas kincir dari palung di atasnya.
Berbeda dengan kincir air overshot yang menyalurkan air langsung ke atas kincir sehingga berputar searah dengan aliran air, kincir air pitchback mengalirkan air vertikal ke bawah melalui corong dan ke dalam ember di bawahnya sehingga berputar ke arah yang berlawanan dengan aliran air di atasnya.
Sama seperti kincir air overshot sebelumnya, berat gravitasi air dalam ember menyebabkan kincir berputar tetapi berlawanan arah jarum jam. Saat sudut putaran mendekati dasar kincir, air yang terperangkap di dalam ember akan keluar di bawahnya. Saat ember kosong dipasang ke kincir, ember akan terus berputar bersama kincir seperti sebelumnya hingga kembali ke atas dan siap diisi dengan lebih banyak air, dan siklus ini berulang.
Perbedaannya kali ini adalah bahwa air limbah yang dikosongkan dari ember yang berputar mengalir ke arah roda yang berputar (karena tidak ada tempat lain untuk mengalir), mirip dengan prinsip kincir air undershot. Jadi keuntungan utama dari kincir air pitchback adalah ia menggunakan energi air dua kali, sekali dari atas dan sekali dari bawah untuk memutar roda di sekitar poros tengahnya.
Hasilnya adalah bahwa efisiensi desain kincir air meningkat pesat hingga lebih dari 80% dari energi air karena digerakkan oleh berat gravitasi air yang masuk dan oleh gaya atau tekanan air yang diarahkan ke ember dari atas, serta aliran air limbah di bawah yang mendorong ember. Namun, kerugian dari kincir air tipe pitchback adalah ia memerlukan pengaturan pasokan air yang sedikit lebih rumit tepat di atas kincir dengan saluran dan palung.
Desain Kincir Air Breastshot
Desain Kincir Air Breastshot adalah desain kincir air yang dipasang secara vertikal lainnya, di mana air masuk ke dalam ember sekitar setengah jalan ke atas pada ketinggian poros, atau tepat di atasnya, lalu mengalir keluar di bagian bawah searah putaran roda. Umumnya, kincir air breastshot digunakan dalam situasi di mana muka air tidak cukup untuk menggerakkan desain kincir air overshot atau pitchback dari atas.
Kerugiannya di sini adalah bahwa berat gravitasi air hanya digunakan untuk sekitar seperempat putaran, tidak seperti sebelumnya yang digunakan untuk setengah putaran. Untuk mengatasi tinggi muka air yang rendah ini, ember kincir air dibuat lebih lebar untuk mengekstraksi jumlah energi potensial yang dibutuhkan dari air.
Kincir air Breastshot menggunakan berat gravitasi air yang hampir sama untuk memutar kincir, tetapi karena tinggi muka air sekitar setengah dari kincir air overshot biasa, embernya jauh lebih lebar daripada desain kincir air sebelumnya untuk meningkatkan volume air yang terperangkap di dalam ember. Kerugian dari jenis desain ini adalah peningkatan lebar dan berat air yang dibawa oleh setiap ember. Seperti halnya desain pitchback, kincir breastshot menggunakan energi air dua kali lipat karena kincir air dirancang untuk berada di dalam air sehingga air limbah dapat membantu perputaran kincir saat mengalir ke hilir.
Hasilkan Listrik Menggunakan Kincir Air
Secara historis, kincir air telah digunakan untuk menggiling tepung, sereal, dan tugas mekanis lainnya. Namun, kincir air juga dapat digunakan untuk menghasilkan listrik, yang disebut sistem Tenaga Air. Dengan menghubungkan generator listrik ke poros putar kincir air, baik secara langsung maupun tidak langsung menggunakan sabuk penggerak dan katrol, kincir air dapat digunakan untuk menghasilkan listrik secara terus-menerus selama 24 jam sehari, tidak seperti energi surya. Jika kincir air dirancang dengan benar, sistem hidroelektrik kecil atau "mikro" dapat menghasilkan listrik yang cukup untuk menyalakan lampu dan/atau peralatan listrik di rumah pada umumnya.
Carilah Generator Kincir Air yang dirancang untuk menghasilkan output optimal pada kecepatan yang relatif rendah. Untuk proyek-proyek kecil, motor DC kecil dapat digunakan sebagai generator kecepatan rendah atau alternator otomotif, tetapi generator ini dirancang untuk bekerja pada kecepatan yang jauh lebih tinggi sehingga diperlukan beberapa bentuk roda gigi. Generator turbin angin merupakan generator kincir air yang ideal karena dirancang untuk operasi kecepatan rendah dan output tinggi.
Jika terdapat sungai atau aliran air yang cukup deras di dekat rumah atau kebun Anda yang dapat Anda gunakan, maka sistem tenaga air skala kecil mungkin merupakan alternatif yang lebih baik daripada bentuk sumber energi terbarukan lainnya seperti "Energi Angin" atau "Energi Matahari" karena dampak visualnya jauh lebih kecil. Sama seperti energi angin dan matahari, dengan sistem pembangkit listrik skala kecil yang terhubung ke jaringan listrik dan terhubung ke jaringan utilitas lokal, listrik yang Anda hasilkan tetapi tidak digunakan dapat dijual kembali ke perusahaan listrik.
Dalam tutorial berikutnya tentang Energi Hidro, kita akan melihat berbagai jenis turbin yang tersedia yang dapat kita pasang pada desain kincir air kita untuk pembangkitan tenaga hidro. Untuk informasi lebih lanjut tentang Desain Kincir Air dan cara menghasilkan listrik sendiri menggunakan tenaga air, atau memperoleh informasi lebih lanjut tentang energi hidro tentang berbagai desain kincir air yang tersedia, atau untuk mengeksplorasi kelebihan dan kekurangan energi hidro, maka Klik Di Sini untuk memesan salinan Anda dari Amazon hari ini tentang prinsip dan konstruksi kincir air yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.
Waktu posting: 25-Jun-2021
