KINCIR AIR PAIJO-1

Setelah sekian lama mempelajari hal-hal yang berhubungan dengan kincir air type roda ( kincir lintasan ), saya menemukan banyak kelemahan-kelemahan yang beberapa diantaranya adalah :
1. Jumlah air yang tumpah sebelum mencapai titik terbawah sewaktu kincir berputar cukup banyak. Akibatnya, ketinggian efektifnya berkurang banyak bahkan sampai 50 %. Hal itu disebabkan karena penempatan sudu yang tetap pada roda sehingga tidak dapat diatur saat penumpahan airnya.
2. Putaran poros kincir sangat lambat ( RPM rendah ), meskipun torsinya besar. Putaran poros juga cenderung menurun dengan bertambahnya diameter roda. Hal tersebut menimbulkan masalah ketika akan digunakan untuk memutar alat yang memerlukan putaran cukup tinggi seperti dinamo listrik. Untuk mengatasinya, biasanya digunakan gearbox ( mahal, kehilangan daya sedikit ) atau multiple puley atau multiple chain-gear ( relatih murah, kehilangan daya agak banyak )
3. Sulit dan mahal jika dibuat dengan diameter besar untuk air terjun yang tinggi. Selain itu juga menyita tempat yang luas baik dalam pemakaian apalagi dalam penyimpanan dan pengangkutan
4. Sulit untuk diproduksi secara masal karena sifatnya yang kurang fleksibel terutama dalam hal ukuran ( diameter ). Kincir dengan diameter tertentu hanya cocok untuk air terjun dengan ketinggian tertentu pula dan tidak cocok untuk ketinggian yang berbeda. Jika dipaksakan justru kurang efektif dan efisien dan bahkan mungkin tidak dapat bekerja sama sekali.

Untuk mengatasi masalah di atas, saya tidak mau terjebak dengan hanya berkutat pada pengembangan kincir air type roda yang menurut saya sudah mentok. Oleh karena itu, saya mencoba untuk mendesain kincir model lain ( type lintasan ) dengan memanfaatkan roda gigi dan rantai sepeda motor ( bekas ) untuk menggantikan fungsi roda.
Adapun langkah-langkah pembuatan kincir rantai adalah sebagai berikut ( lihat GAMBAR ) :

1. Bentuk dasar kincir terdiri atas delapan buah gir besar ( gbr no. 1 ) dan dua buah rantai panjang ( gbr no. 2 ). Setiap rantai melekat pada empat buah gir yang disusun berbentuk persegi panjang, memanjang dari atas ke bawah dengan ketinggian yang disesuaikan dengan tinggi air kerjun. Kemudian dua set gir-rantai yang bentuk dan ukurannya identik tadi dipasang sejajar.
2. Agar kedua set rantai panjang dapat berputar secara bersamaan ( sinkron ), maka perlu dibuat tambahan 2 gir kecil ( gbr no.7 ), 2 gir besar ( gbr no.8 ) dan 2 buah rantai pendek ( gbr no.4 ) sebagai penghubung kedua set gir-rantai terdahulu. Dua buah gir besar tersebut ( gbr no.8 ) masing-masing dipasang secara konsentris ( seporos ) dengan sebuah gir besar ( gbr no.1 kiri atas ) pada tiap-tiap set gir-rantai. Dua gir kecil sisanya ( gbr no.7 ) dipasang konsentris pada satu poros panjang sehingga masing-masing gir kecil tersebut sejajar dengan gir besar pasangannya di bawah ( gbr no.8 ). Pada poros panjang ini juga dapat dipasang gir besar ( gbr no.9 )atau puley yang dihubungkan dengan dinamo listrik atau alat lainnya. Setelah itu barulah dipasang rantai yang sama panjang ( gbr no.4 ) supaya sinkron. Cara sinkronisasi demikian perlu dilakukan untuk menghindari kehilangan tempat/ruang untuk bak air jika digunakan poros penghubung langsung antara dua buah gir besar yang saling berhadapan.
Catatan :
 Sinkronisasi diperlukan jika tidak mungkin menghubungkan pasangan gir-gir besar ( gbr no.1 ) dengan poros panjang. Hal itu disebabkan penggunaan gir yang diameternya lebih kecil dari pada penampang bak air. Situasi seperti ini justru paling sering terjadi karena gir besar sepeda motor yang diameternya paling besar sekalipun masih terlalu keci dibandingkan penampang bak air yang diperlukan untuk kincir yang sebenarnya.
 Jika menggunakan gir besar ( gbr no.1 ) yang diameternya lebih besar dari penampang bak air, maka sinkronisasi tidak diperlukan. Hal itu disebabkan tiap pasangan gir besar ( gbr no.1 ) dapat dihubungkan secara konsentris dengan menggunakan poros panjang tanpa menghalangi gerakan bak air ketika mencapai gir. Dengan cara tersebut, kedua set gir-rantai akan sinkron dengan sendirinya. Selain itu, juga terjadi penghematan jumlah gir, rantai, dan bearing. Penghematan bearing ini juga terjadi pada semua poros karena dengan memasang gir secara konsentris pada poros panjang berarti cukup menggunakan single bearing ( tidak perlu double bearing ) di tiap ujung poros.

3. Langkah selanjutnya adalah membuat sejumlah bak air ( gbr no.3 ). Besar-kecilnya bak air disesuaikan dengan debit air dan desain kecepatan kincir. Bak air ini dapat menggunakan ember besi atau kaleng besar atau dapat dibuat sendiri dari seng tebal, plat besi, maupun papan kayu. Yang penting bentuk, berat, dan daya tampungnya seragam supaya seimbang ketika dipasang. Pada masing-masing bak air ini dibuat cantolan dengan 2 lubang ( atas-bawah ) yang dilekatkan permanen pada satu mata rantai dengan menggunakan keling. Cantolan tersebut dipasang sedikit di atas titik berat ( central mass ) bak air ( diukur ketika bak air dalam keadaan penuh ). Dalam posisi itu, bak air akan stabil namun mudah diputar untuk menumpahkan airnya ketika telah mencapai gir bawah. Penumpahan air akan terjadi secara otomatis ketika bak telah mencapai gir bawah karena posisi bak air yang terus mengikuti arah rantai.
Alternatif lain pemasangan bak air :
Pada masing-masing bak air dipasang mekanisme poros putar sehingga dapat berputar bebas ketika terpasang pada rantai seperti sangkar penumpang pada kincir pasar malam. Poros ini dipasang sedikit di atasnya titik berat ( central mass ) bak air ketika sedang penuh maupun kosong. Posisi itu memungkinkan bak senantiasa selalu menghadap lurus ke atas namun mudah diputar ketika akan menumpahkan isinya. Hal itu bertujuan untuk mengurangi tumpahnya air sebelum waktunya dan memudahkan proses pengisian ketika bak kosong telah berada di bagiaan gir atas. Selain itu juga dipasang tuas penumpah yang berfungsi memutar bak dan menumpahkan air secara otomatis ketika bak telah mencapai gir bawah dan tuas tertahan oleh batang penumpah. Batang penumpah ini dipasang statis untuk menahan tuas dan kemudian memaksa bak air berputar menumpahkan isinya ketika telah mencapai gir bawah.
Kelebihan kincir rantai dibandingkan kincir roda adalah :
1. Jumlah air yang tumpah percuma sedikit sehingga tenaga air dapat dimanfaatkan secara lebih maksimal
2. Putaran poros kincir ( RPM ) puluhan bahkan ratusan kali lebih cepat daripada kincir roda untuk ketinggian air terjun dan kecepatan linier yang sama. Kecepatan putar poros sudah tidak perlu banyak penyesuaian dengan alat/dinamo sehingga tidak diperlukan lagi gearbox yang mahal.
3. Dapat dibuat untuk ketinggian air terjun berapa saja sesuai keadaan dan keperluan dengan hanya menambah atau mengurangi panjang rantai tanpa mengubah bentuk dan ukuran bagian lainnya. Tentu saja jumlah bak air harus disesuaikan juga supaya jarak antara bak air seragam dan relatif rapat. Dalam hal menambah panjang rantai, perlu diperhitungkan kekuatan rantai dalam menahan beban beratnya bak beserta air dan rantainya sendiri untuk mengindari rantai putus atau cepat aus. Selain itu juga harus tersedia ruang yang cukup untuk berputar ketika bak air mencapai gir bawah.
4. Dapat diproduksi secara masal karena kincir rantai yang persis sama dapat digunakan untuk air terjun dengan ketinggian yang sangat bervariasi. Penyesuaian hanya diperlukan pada panjang rantai dan jumlah bak. Lebih praktis lagi jika rantai dan bak dibuat dan dijual dalam hitungan segmen ( misalnya tersedia 1, 2, 4, 8, dan 16 segmen ). Satu satuan segmen terdiri dari satu bak lengkap dengan poros, tuas penumpah, dan 2 rantai dengan jumlah ruas tertentu yang seragam. Panjang rantai tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga ketika dipasang sambung-menyambung menjadi untaian bak-bak yang rapi dan seimbang.
Disamping kelebihan, kincir rantai ini juga mempunyai kekurangan. Adapun kekurangannya antara lain :
1. Rantai dan gir akan terkena air dan terancam perkaratan sehingga cepat rusak. Hal itu dapat dikurangi dengan membuat poros bak yang lebih panjang agar jarak antara bak dan rantai cukup jauh. Rantai juga perlu dicat sebelum dipasang dan diberi pelumas ( grease ) secara rutin dan sering. Lebih baik lagi jika dipasang alat khusus untuk menghambat proses perkaratan yang bekerja secara elekro-kimia. Tentang cara kerja alat ini akan dibahas dalam tulisan tersendiri.
2. Bearing cepat rusak karena kemasukan air. Untuk mengatasi hal itu, dapat dilakukan dengan membuat dudukan bearing dari pipa yang dibuntu sebelah ujungnya dengan plat besi dan dilas. Kemudian dibuatkan seal dari karet tebal ( bisa ban bekas atau konveyor ) yang berbentuk seperti ring. Seal tersebut kemudian dipasang pada dudukan untuk menutupi bearing. Supaya kedap air, dapat diberi lem ( super glue atau epoxy ) antara seal dan dudukan bearing. Selain itu, lubang seal harus span dan agak menggigit poros. Supaya bearing dapat diberi pelumas tanpa membuka seal, maka perlu dibuatkan lubang / saluran pada dudukan bearing yang diberi penutup dari mur-baut yang dilas agar rapat tapi mudah dibuka-tutup.
3. Kurang cocok jika digunakan untuk menggerakkan penumbuk padi karena putaran poros yang cepat dengan torsi yang relatif kecil
4. Sulit dibuat untuk debit air yang cukup besar karena keterbatasan kekuatan rantai motor. Cara mengatasinya, dapat dibuat dengan rantai dan gir rangkap ( mudah ) atau dibuatkan rantai yang lebih besar ( tapi sulit ). Alternatif lain adalah menggunakan rantai talang yang banyak dijual di toko besi. Namun jika menggunakan rantai talang, perlu dibuat ’gir’ tersendiri yang cocok dengan bentuk dan ukuran rantai talang. Bentuk ’gir’ yang dapat digunakan adalah seperti ’gir’ yang digunakan pada kerekan rantai yang digerakkan dengan tangan yang banyak dijual di toko teknik dan toko perlengkapan mobil.
Kincir rantai ini barulah berupa ide dan sketsa dan belum pernah dibuat prototype-nya. Selain kincir rantai, saya juga telah membuat sketsa desain Kncir Roda Rantai yang memadukan konsep kincir rantai dan kincir roda. Salah satu kelebihan dari kincir desain baru tersebut adalah mempunyai dua poros keluaran dengan RPM dan torsi yang berbeda jauh sehingga dapat digunakan untuk keperluan yang lebih bervariasi tanpa perlu tambahan gearbox. Tentang Kincir Paijo-2 ( Kincir Roda Rantai ) tersebut, akan saya bahas dalam tulisan tersendiri. ( Paijo )