ANALISA APLIKASI ENERGI ANGIN UNTUK POMPA AIR

TUGAS AKHIR

ANALISA APLIKASI ENERGI ANGIN UNTUK POMPA AIR

Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

KHOLIDIN 41305110038

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2009

i

HALAMAN PENGESAHAN

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

TUGAS AKHIR ANALISA APLIKASI ENERGI ANGIN UNTUK POMPA AIR

Jakarta, Agustus 2009 Laporan ini telah diperiksa dan disetuji oleh ;

Mengetahui Dosen Pembimbing

Dr. H. Abdul Hamid M. Eng

KaProdi Teknik Mesin

Koordinator Tugas Akhir

Dr. H. Abdul Hamid M. Eng

Nanang Ruhyat ST.MT

ii

ABSTRAK Dalam penyusunan tugas akhir disini penulis menganalisa daya angin yang dapat menghasilkan daya untuk menggerakkan pompa torak yang berlokasi di halaman Universitas Mercu Buana Jakarta.

Dari hasil pengukuran energi angin di Cileduk Tangerang Banten, pada tahun 2008 yang dilakukan oleh BMG adalah rata-rata kecepatannya 2.0 m/s, kecepatan terendah 1.28 m/s dan tertinggi adalah 3.34 m/s. Sebagai analisa, Universitas Mercu Buana jurusan Teknik Mesin angkatan VII membuat kincir angin untuk irigasi dengan model MB 12-7. kincir tersebut membutuhkan daya 157.77 Watt untuk dapat menggerakkan pompa air dengan debit air 0.0038 m3/s dan total head pompa 5.1432 m. Sesuai perhitungan dengan kecepatan angin 2.0 m/s maka akan menghasilkan daya 255.19 Watt dan kecepatan angin terendah yang dapat memutar kincir MB12-7 adalah 1.58 m/s.

Keyword : kecepatan angin untuk memutar kincir

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN HALAMAN JUDUL……………………………………………………...

i

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………

ii

ABSTRAK ………………………………………………………………..

iii

KATA PENGANTAR…….……………………………………………...

iv

DAFTAR ISI……………………………………………………...………

vi

DAFTAR TABEL…………………………………………………….......

viii

DAFTAR GAMBAR……………………………………………………...

ix

BAB I

PENDAHULUAN

1

1.1

Latar Belakang Penulisan………..…………………..

1

1.2

Perumusan Masalah…………………………………

2

1.3

Tujuan Penulisan……………………………………

2

1.4

Manfaat Analisa……………………………………..

3

1.5

Batasan Masalah...…………………………………...

3

1.6

Sistematika Penulisan………………………………..

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Aplikasi Tenaga Angin yang Telah Diterapkan Diberbagai Negara …………………………………...

BAB III

BAB IV

5 5

2.2

Jenis – Jenis Kincir Angin…………………………….

9

2.3

Konsep dan Teori Energi Angin....…………………...

10

METODOLOGI ANALISA

14

3.1

Tahapan Sistematis Analisa…………………………

14

3.2

Uraian Tahapan Analisa…..……….…………............

15

PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

22

vi

BAB V

4.1

Kecepatan Angin Potensial………….………………... 22

4.2

Karakteristik Kincir Angin……………………………

4.3

Pengukuran Data Angin…………………….………...

4.4

Analisa Aplikasi Energi Angin Untuk Pompa Air…….

ANALISIS HASIL

25 28 29 36

5.1

Kesimpulan Hasil Analisa…….………………………

36

5.2

Saran Untuk Kesempurnaan Analisa………………….

37

DAFTAR PUSTAKA

38

vii

DAFTAR TABEL

HALAMAN TABEL

1

TABEL

2

TABEL

3

TABEL

4

TABEL

5

Kapasitas Tenaga Angin yang Terpasang di Dunia ... Data Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di Atas Permukaan Tanah .......................................................

7 24

Kecepatan Angin Tiap Bulan di BMG Cileduk Tahun 2008 .................................................................

28

Notasi Dari Data-Data Perancangan Kincir Angin untuk Pompa Air …………………………………… Kecepatan Angin vs Daya Kincir …………………..

31 34

viii

DAFTAR GAMBAR

HALAMAN GAMBAR

1

Kincir Angin Horizontal …………………………..

9

GAMBAR

2

Kincir Angin Vertical ……………………………..

10

GAMBAR

3

11

GAMBAR

4

Skema Terjadinya Siklus Udara …………………… Gaya Angin yang Bekerja Pada Sudu-Sudu ………..

GAMBAR

5

Kemiringan Baling-Baling ………………………..

GAMBAR

6

Pengaruh Daya Putar ………………………………..

17 18

GAMBAR

7

Arah angin di Daerah Lebak Banten ………………...

20

GAMBAR

8

Prinsip Kerja Pompa Piston Aksi Tunggal ................. 27

GAMBAR

9

Skema

Gambar

Kerja

Pompa

Piston

12

yang 27

Dihubungkan dengan Kincir Angin ........................... GAMBAR

10

Rancangan Kincir Angin Untuk Pompa Air MB12-7

30

GAMBAR

11

Diagram Daya Kincir Angin (Watt) ...........................

35

ix

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penulisan Indonesia adalah Negara maritim, negara yang banyak memiliki pantai dan lautan. Namun disamping itu juga banyak dataran pulaunya yang tinggi dan gersang. Seperti contoh di kabupaten Wonosari Daerah Istimewa Yogyakarta, Muarabungo Jambi, sebagian wilayah Irian Jaya dan tempat-tempat lainnya. Daerah-daerah yang datarannya tingggi tersebut sering terjadi kekurangan sumber air bersih yang disebabkan pendangkalan mata air karena musim kemarau. Namun ada juga daerah dipesisir pantai yang susah air bersih, seperti daerah Bagan Siapiapi Riau. Masyarakat Bagan Siapi-api selalu mendapatkan air untuk kebutuhan sehari-hari dari dataran yang lebih jauh dari pantai atau menampung air hujan. Hal ini karena air di Bagan Siapiapi semua sumber air mempunyai rasa asin dan payau (setengah asin), sehingga tidak bisa untuk dikonsumsi.

Analisa Aplikasi Energi Angin Untuk Pompa Air

-1-

Dengan kondisi tersebut maka diperlukan pompa air yang menggunakan energi terbarukan, energi yang murah dan ramah lingkungan. Satu nilai lebih dari sebuah negara maritim adalah berlimpahnya sumber energi angin, dan energi angin dapat dimanfaatkan sebagai energi penggerak kincir yang diaplikasikan sebagai pompa air.

1.2 Perumusan Masalah Kincir sudah banyak dibuat diberbagai negara seperti; Jerman, Belanda, Belgia, Australia dan beberapa negara lainnya. Namun kebanyakan mereka menggunakan kincir untuk pembangkit listrik, sangat sedikit yang menggunakan teknologi kincir untuk pompa air irigasi. Sehingga perlu kajian yang mendasar mengenai Analisa Aplikasi Energi Angin untuk Pompa Air.

1.3 Tujuan Penulisan Beberapa penulisan tentang Analisa Aplikasi Energi Angin Untuk Pompa Air adalah sebagai berikut; a) Menganalisa beberapa kemungkinan energi angin digunakan dan apakah memungkinkan energi angin dapat digunakan untuk pompa air. b) Sebagai dasar desain turbin kincir pompa air. c) Mencegah kegagalan aplikasi kincir angin untuk pompa air yang disebabkan analisa yang salah. d) Dapat dijadikan solusi diberbagai daerah yang kekurangan air.


-2-

1.4 Manfaat Analisa Beberapa manfaat dari kegiatan dan laporan analisa aplikasi energi angin untuk pompa air sebagai berikut; a) Dapat digunakan untuk panduan disain kincir angin untuk pompa air dari segi pemanfaatan energi angin. b) Dapat digunakan untuk menentukan daerah yang dapat diterapkan teknologi ini. c) Dapat digunakan untuk panduan alternatif desain kipas (blade) mengingat karakteristik angin yang dianalisa berbeda-beda.

1.5 Batasan Masalah Sesuai dengan kondisi-kondisi yang telah dipaparkan diatas maka batasan masalah yang akan dianalisa meliputi ; a. Analisa ketepatgunaan energi angin untuk pompa air. b. Apakah mampu energi angin di Indonesia untuk memutar kincir angin dengan beban pompa air

1.6 Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan laporan Tugas Akhir ini disusun penulis dengan urutan sebagai berikut :


-3-

BAB I

Pendahuluan Berisi tentang gambaran awal latar belakang penulisan laporan, perumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat analisa, batasan masalah dan sistematika penulisan.

BAB II Tinjauan Pustaka Bab ini berisikan gabaran umum mengenai aplikasi tenaga angin yang telah diterapkan diberbagai negara, jenis jenis kincir, konsep dan teori energi angin.

BAB III Metodologi Analisa Bab ini memuat gambaran terstruktur tahap demi tahap proses pelaksanaan analisa yang digambarkan dalam bentuk flow chart dan penjelasan dari tiap tahap proses analisa.

BAB IV Pengumpulan dan Pengolahan Data Bab ini menjelaskan data-data yang dibutuhkan dalam analisa serta pengolahannya menggunakan metode yang telah ditetapkan dalam metodologi analisa dan berdasarkan pada landasan teori yang ada.

BAB V Analisis Hasil dan Kesimpulan Bab ini menjelaskan dan menganalisis hasil dari pengolahan data, serta kesimpulan dari analisa aplikasi energi angin untuk pompa air.


-4-

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aplikasi Tenaga Angin yang Telah diterapkan diberbagai Negara

Kebutuhan akan sumber daya energi alternatif sudah merupakan isu global sebagai upaya mengantisipasi peningkatan pemakaian energi dan menipisnya sumber energi konvensional di seleuruh dunia. Beberapa sumber energi baru yang sifatnya terbarui banyak dikembangkan orang di berbagai belahan bumi. Salah

satu

sumber

energi

alternatif

yang

dapat

diperbarui

adalah

pemamfaatan energi yang berasal dari angin. Di negara-negara maju teknologi ini sudah banyak dikembangkan, dan umumnya mereka percaya bahwa energi angin merupakan sumber energi masa depan di samping energi matahari.

Pemanfaatan teknologi energi angin sebagai salah satu sumber energi yang dapat

diperbarui

juga

sudah

dilakukan

di

Indonesia.

Tetapi

energi

yang dihasilkan dari angin masih relatif kecil kapasitasnya. Sehingga


-5-

umumnya teknologi ini hanya diterapkan di daerah terpencil atau di pedesaan yang belum terjangkau aliran listrik PLN.

Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN), salah satu lembaga riset dan teknolgi (ristek) di bawah koordinasi Menteri Negara Riset dan Teknologi telah mengembangkan teknologi angin di Desa Bulakbaru dan Kaianyar di Kabupaten Jepara, Jawa Tengah, sebagai upaya pengenalan dan penyebaran teknologi angin serta pengembangannya di masa mendatang.

Energi angin juga telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia. Pasukan Viking dikenal sebagai bangsa penakluk dengan menggunakan perahu kecil. Cristoper Colombus menggunakan kapal layar besar untuk menemukan benua Amerika.

Kincir angin ditemukan pertama kali digunakan untuk menggiling tepung di Persia. Kemudian belanda terkenal sebagai negara kincir angin yang digunakan untuk pompa irigasi.

Berikut berbagai aplikasi kincir angin diberbagai Negara

a. Sebagai pembangkit listrik b. Sebagai pompa irigasi c. Sebagai tenaga penumbuk gandum d. Sebagai penggerak mesin pintal


-6-

Diantara aplikasi kincir angin diatas, yang paling banyak digunakan adalah untuk pembangkit listrik. Berikut data negara yang menggunakan kincir angin sebagai pembangkit listrik ; Tabel 1, Kapasitas tenaga angin yang terpasang di dunia. Data dari Situs web World Wind Energy Association (WWEA). Kapasitas tenaga angin yang terpasang (data Akhir tahun) Kapasitas (MW) Urutan Negara 2007 2008 01 Jerman 18.428 16.629 02 Spanyol 10.027 8.263 03 AS 9.149 6.725 04 India 4.430 3.000 05 Denmark 3.128 3.124 06 Italia 1.717 1.265 07 Britania Raya 1.353 888 08 China 1.260 764 09 Belanda 1.219 1,078 10 Jepang 1.040 896 11 Portugal 1.022 522 12 Austria 819 606 13 Perancis 757 386 14 Kanada 683 444 15 Yunani 573 473 16 Australia 572 379 17 Swedia 510 452 18 Irlandia 496 339 19 Norwegia 270 270 20 Selandia Baru 168 168 21 Belgia 167 95 22 Mesir 145 145 23 Korea Selatan 119 23 24 Taiwan 103 13 25 Finlandia 82 82 26 Polandia 73 63


-7-

27 28 29 30 31 32 33 34 35

Ukraina Kosta Rika Maroko Luxemburg Iran Estonia Filipina Brasil Republik Ceko Total dunia

73 70 64 35 32 30 29 29 28 58.982

69 70 54 35 25 3 29 24 17 47.671

Ada ribuan turbin angin yang beroperasi, dengan kapasitas total 58.982 MW yang 69% berada di Eropa (2005). Dia merupakan cara alternatif penghasilan listrik yang paling tumbuh cepat dan menyediakan tambahan yang berharga bagi stasiun tenaga berskala besar yang berbeban besar. Penghasilan kapasitas listrik diproduksi-angin berlipat empat antara 1999 dan 2005. 90% dari instalasi tenaga angin berada di AS dan Eropa. Pada 2010, Asosiasi Tenaga Angin Dunia mengharapkan 120.000 MW akan terpasang di dunia.

Jerman, Spanyol, Amerika Serikat, India dan Denmark telah membuat invesatasi terbesar dalam penghasilan listrik dari angin. Denmark terkenal dalam pemroduksian dan penggunaan turbin angin, dengan sebuah komitmen yang dibuat pada 1970-an untuk menghasilkan setengah dari tenaga negara tersebut dengan angin. Denmark menghasil lebih dari 20% listriknya dengan turbin angin, persentase terbesar dan ke-lima terbesar dari penghasilan tenaga angin. Denmark dan Jerman merupakan eksportir terbesar dari turbin besar.

Penggunaan tenaga angin hanya 1% dari total produksi listrik dunia (2005). Jerman merupakan produsen terbesar tenaga angin dengan 32% dari total


-8-

kapasitas dunia pada 2005; targetnya pada 2010, energi terbarui akan memenuhi 12,5% kebutuhan listrik Jerman. Jerman memiliki 16.000 turbin angin, kebanyakan terletak di utara negara tersebut - termasuk tiga terbesar dunia, dibuat oleh perusahaan Enercon (4,5 MW), Multibrid (5 MW) dan Repower (5 MW). Provinsi Schleswig-Holstein Jerman menghasilkan 25% listriknya dari turbin angin.

Di Indonesia masih tahap pengembangan dan penggunaannya sudah menyentuh untuk pompa air irigasi. Untuk pengembangan sebagai pembangkit listrik sudah diuji coba di kabupaten Jepara Jawa Tengah, sedangkan untuk aplikasi pompa air irigasi sudah diterapkan di Indramayu Jawa Barat.

2.2 Jenis-jenis Kincir Angin Dari berbagai jenis kincir angin yang banyak digunakan di seluruh belahan dunia pada umumnya terbagi menjadi 2 yaitu ; a. kincir angin horizontal

Gbr. 1 Kincir angin horisontal



3 sudu



5 sudu



6 sudu



8 sudu


-9-

b. kincir angin vertikal

Gbr. 2 Kincir angin vertikal 

4 sudu



6 sudu

2.3 Konsep dan Teori Energi Angin Energi angin merupakan energi alternatif yang mempunyai prospek bagus, karena merupakan sumber energi yang bersih dan terbarukan kembali. Pada dasarnya angin terjadi karena perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Didaerah katulistiwa, udaranya menjadi panas mengembang dan menjadi ringan, naik keatas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin. Sebaliknya daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya suatu perpindahan udara dari katulistiwa kembali ke kutub utara melalui lapisan udara yang lebih tinggi.


- 10 -

Gbr. 3 Skema terjadinya siklus udara Gambar 3 melukiskan terjadinya angin pasat secara skematis. Dimana angin berjalan dari daerah katulistiwa naik ke atas menuju kutub, dari kutub angin turun ke bawah menuju daerah katulistiwa dan seterusnya. Jadi pada prinsipnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara di beberapa tempat dipermukaan bumi.

Gaya-gaya angin yang bekerja pada sudu-sudu kincir pada dasarnya terdiri atas tiga komponen yaitu sebagai berikut ; 

Gaya aksial a, yang mempunyai arah sama dengan arah angin.



Gaya sentrifugal s, yang meninggalkan titik tengah.



Gaya tangensial t, yang menghasilkan momen, bekerja tegak lurus pada radius dan yang merupakan gaya produktif.


- 11 -

Gbr. 4 Gaya angin yang bekerja pada sudu-sudu

Gambar 4 memperlihatkan sebuah kincir dengan gaya-gaya a, t dan s yang bekerja pada daun-daun sudu. Daya kincir rata-rata yang dihasilkan untuk menggerakkan pompa adalah

p kincir =η. ½. ςa. V02. A.V ………( Watt)

(1)

NOTASI ; η

: 2/5 X 100 % = 40%

ςa

: berat

A

: luas lingkar kincir m2

V

: kecepatan angin aktual / rata-rata m/s

V0

: Kecepatan Angin Rancangan m/s

jenis udara = 1.3 kg/m3


- 12 -

Sedangkan daya aktual yang dibutuhkan pompa MB12-7 (kincir angin untuk pompa air yang sedang dirancang) adalah ;

……… (Watt)

(2)

NOTASI ; P pompa

: Daya pompa Watt

ηo

: Rata – rata tingkat efisien 90% (0.9)


- 13 -

BAB III METODOLOGI ANALISA

3.1 Tahapan Sistematis Analisa Tahapan yang sistematis telah disusun dalam analisa ini agar dapat mencapai tujuan yang diharapkan. Secara umum, berikut adalah tahapan-tahapan yang dilalui dalam analisa ini.

START

STUDI PUSTAKA KECEPATAN ANGIN POTENSIAL DATA-DATA YANG DIBUTUHKAN DALAM ANALISA (BAB IV)

KARAKTERISTIK KINCIR ANGIN PENGUKURAN DATA ANGIN

PENGOLAHAN DATA (BAB IV)

ANALISA APLIKASI ENERGI ANGIN UNTUK POMPA AIR KESIMPULAN HASIL ANALISA

ANALISIS HASIL DAN KESIMPULAN (BAB V)

SARAN UNTUK KESEMPURNAAN ANALISA STOP


- 14 -

3.2 Uraian Tahapan Analisa Studi Pustaka Studi pustaka dilakukan untuk memperoleh kerangka berpikir atau landasan dalam melakukan penelitian. Sumber yang dipakai untuk studi pustaka berupa buku-buku referensi tentang aplikasi energi angin, makalah serta laporan-laporan hasil penelitian yang memiliki bidang penelitian yang sama, serta sumber lain dari jaringan internet yang membahas mengenai kincir angin, pompa air, data angin dan aplikasi energi angin.

Kecepatan Angin Potensial Angin yang berhembus di bumi ini mempunyai beragam kecepatan yang dipengaruhi perbedaan suhu di beberapa tempat, angin juga mempunyai waktuwaktu tertentu untuk berhembus kencang atau pelan. Beberapa kecepatan angin muncul berbeda-beda berdasarkan waktu-waktu berikut; 

Waktu pagi



Waktu siang



Waktu malam



Musim kemarau



Musim hujan



Pergantian musim, dll


- 15 -

Namun berapapun kecepatan angin yang muncul, seharusnya dapat memutar kincir angin untuk tenaga pompa air. Sehingga perlu ditentukan dan diteliti berapa kecepatan angin yang potensial untuk dirubah menjadi tenaga.

Karakteristik Kincir Angin Sebuah desain kincir angin sangatlah penting mengingat penggerak utamanya adalah energi kincir angin. Hal ini untuk mencegah kincir angin yang sudah didesain sedemikian bagus namun tidak mampu diputar oleh energi angin yang tersedia. Sehingga sangatlah penting untuk mengetahui seberapa besar daya putar yang dibutuhkan untuk memutar kincir angin. Daya putar tersebut dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya;



Luasan kontak baling-baling



Kemiringan baling-baling



Besarnya beban pompa air



Luas kontak gesekan

Luasan kontak baling-baling dalam artian disain luas sirip baling-baling dan jumlah baling-baling. Semakin luas dan jumlahnya banyak setidaknya akan menambah daya tampung energi angin yang dapat ditangkap.

Kemiringan baling-baling juga tidak kalah penting, justru dari kemiringan tersebut dapat ditangkap gaya tangensial atau gaya yang menghasilkan momen yaitu gaya


- 16 -

yang tegak lurus pada bidang radius dan merupakan gaya produktif (perhatikan gambar 4, gaya yang bekerja pada sudu-sudu)

Besarnya beban pompa air adalah besarnya debit air yang dipompa permenit berapa liter (flow meter). Semakin besar diameter pompa dan panjang langkah pompa (stroke) maka semakin besar beban sebuah pompa air.

Luas kontak gesekan merupakan factor yang sering diabaikan oleh desainer kincir angin, apalagi kincir angin ini untuk pompa air. Area kontak gesekan biasanya terjadi pada bantalan rotor kincir, batang penghubung (connecting rod) dan seal pompa air. Untuk mengurangi area kontak perlu dipikirkan bahan yang digunakan dan teknik mekanikal yang tepat. Semakin besar area kontak, maka semakin besar beban kincir untuk berputar. Juga dapat dilakukan dengan perawatan yang terstruktur, seperti pemberian pelumas (gress).

Gbr.5 Kemiringan baling-baling


- 17 -

Kemiringan baling-baling

Luasan kontak baling-baling

Luas kontak gesekan

Besarnya beban pompa air

Gbr. 6 pengaruh daya putar


- 18 -

Pengukuran Data Angin Adalah merupakan kegiatan mengukur kecepatan angin di area-area yang telah ditentukan dan diwaktu-waktu yang berbeda untuk mengetahui data akurat mengenai kecepatan angin dan arah angin. Data angin jadi syarat utama sebagai salah satu data yang dibutuhkan untuk analisa aplikasi energi angin untuk pompa air, karena data ini merupakan jawaban apakah angin yang berhembus diarea yang akan dipasangkan kincir angin dapat memutar kincir angin sesuai yang diharapkan atau tidak. Sehingga keakuratan kincir angin merupakan kunci dari analisa. Apabila desain kincir angin sudah ditentukan dan membutuhkan tenaga angin yang telah ditentukan juga namun energi angin yang tersedia tidak dapat untuk memutar kincir maka perlu ada kajian yang mendalam dan perlu adanya perubahan desain. Mengingat untuk merubah kekuatan angin sangat tidak mungkin. Kegiatan pengukuran data angin dapat dilakukan sendiri bila ada alat penunjang. Dapat pula dilakukan dengan meminta ke instansi pemerintah yang manangani masalah angin, seperti Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG). Berikut contoh pengukuran potensi energi angin dilakukan menggunakan anemometer dan windvane. Kedua alat tersebut masing – masing berfungsi untuk mengukur kecepatan dan arah angin. Alat ukur yang umum digunakan adalah Anemometer.


- 19 -

Hasil pengukuran dapat langsung dicatat dalam tabel dan kemudian dipetakan dalam grafik angin. Seperti grafik angin berikut ini yang menggambarkan angin bertiup dominan dari arah Selatan dan Tenggara, seperti yang ditunjukan oleh grafik angin (windrose) di bawah ini.

kecepatan angin dalam m/det

Gbr. 7 Arah angin di daerah Lebak banten. Data dari BMG

Analisa Aplikasi Energi Angin untuk Pompa Air Setelah diketahui karakteristik kincir angin dan berapa angin yang dibutuhkan untuk memutar kincir angin, dan diketahui data angin yang ada disekitar pemasangan angin maka dapat disimpulkan bahwa apakah analisa aplikasi energi angin untuk pompa air dapat digunakan atau tidak.


- 20 -

Dalam analisa ini mencocokan data karakteristik kincir angin dengan data angin yang diporelah. Analisa ini dapat direferensikan pada beberapa jenis kincir yang mungkin untuk dibuat dan daerah-daerah mana yang memungkinkan untuk dipasang kincir angin. Dengan analisa ini akan didapat beberapa kesimpulan yang baik dan mendalam, juga didapat beberapa peluang perbaikan untuk perbaikan didesain-desain berikutnya.

Kesimpulan Hasil Analisa Menyimpulkan dari semua analisa dan memberikan pernyataan-pernyataan mengenai analisa aplikasi energi angin untuk pompa air. Analisa juga memberikan gambaran-gambaran penggunaan kincir angin pada bulan-bulan tertentu dan beberapa area tertentu yang memungkinkan kincir angin berfungsi sebagai mana mestinya.

Saran Untuk Kesempurnaan Analisa Dalam bab ini semua saran yang ditujukan untuk kesempurnaan aplikasi energi angin untuk pompa air dikemukaan secara gambling dan memungkinkan untuk diaplikasikan. Saran-saran ini sekaligus dapat dijadikan sebagai dasar redesain untuk aplikasi kincir-kincir angin berbagai tipe.


- 21 -

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

4.1 Kecepatan Angin Potensial Sesuai dengan pembahasan sebelumnya bahwa angin yang berhembus di bumi ini mempunyai beragam kecepatan yang dipengaruhi perbedaan suhu di beberapa tempat, angin juga mempunyai waktu-waktu tertentu untuk berhembus kencang atau pelan. Beberapa kecepatan angin muncul berbeda-beda berdasarkan waktu-waktu berikut; waktu pagi, waktu siang, waktu malam, musim kemarau, musim hujan dah pergantian musim. Kecepatan angin potensial adalah kecepatan angin yang dapat mencapai daya momen yang bisa dimanfaatkan dan diteruskan menjadi energi lanjut. Di beberapa wilayah di Indonesia terdapat daerah yang sangat potensial energi anginnya, namun ada pula yang sangat tidak potensial energi anginnya. Pada umumnya angin akan berhembus kencang pada daerah yang lapang seperti padang rumput, padang pasir dan pantai. Berlaku sebaliknya pada daerah yang


- 22 -

banyak dipenuhi pemukiman penduduk dan banyak ditumbuhi pepohonan besar maka akan kecil kecepatan angin yang berhembus. Ketinggian permukaan tanah juga berpengaruh besar kecilnya hembusan angin, sebagai contoh layang-layang yang masih terbang rendah akan sulit untuk keseimbangan terbangnya karena hembusan anginnya terlalu kecil, namun setelah laying-layang tersebut terbang tinggi maka akan menemukan hembusan angin yang besar. Jadi semakin tinggi kincir angin kita tempatkan maka semakin menemukan energi angin yang potensial.

Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pompa air tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pemerintah. Sungguh ironis, disaat Indonesia menjadi tuan rumah konfrensi dunia mengenai pemanasan global di Nusa Dua, Bali pada akhir tahun 2007, pemerintah justru akan membangun pembangkit listrik berbahan bakar batubara yang merupakan penyebab nomor 1 pemanasan global.

Syarat – syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi potensial dapat dilihat pada tabel berikut.


- 23 -

Tabel 2, Data Tingkat kecepatan angin 10 meter di atas permukaan tanah. Data dari WWEA (World Wind Energy Association)

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi potensial.

Angin kelas 1 dan 2 memungkinkan tidak dapat dimanfaatkan untuk menggerakan pompa air. Dan dikelas ini pada umumnya dapat dijumpai diarea perkotaan dan hutan belantara. Sedangkan untuk angin kelas 9 sampai 13 cenderung merusak dan merugikan perangkat kincir angin untuk pompa air.


- 24 -

4.2 Karakteristik Kincir Angin Bagian pompa, untuk membuat perhitungan perancangan pompa air, diperlukan data awal perancangan. Karena pompa ini dibuat sendiri menggunakan bahan yang banyak terdapat dipasaran. Perancangan dan pembuatan pompa piston ini dilakukan di bengkel sederhana juga. Dengan peralatan sederhana seperti las, bor gunting besi dan peralatan pandai besi lainnya. Pompa piston yang merupakan kesatuan dari kincir angin ini dibuat. Dengan keterbatasan dana, kami berusaha untuk mendapatkan hasil yang yang terbaik dalam pembuatan pompa ini. Bahan yang diperlukan untuk perancangan pompa air sederhana yang digerakkan oleh kincir angin adalah sebagai berikut : 

Bahan liner piston

: pipa besi 152.4 mm



Diameter piston

: toleransi ± 1 mm dari liner piston.



Bahan piston

: pohon kayu asem / alumunium



Tinggi silinder pompa

: Ø total putaran crankshaf max 320 mm



Valves

: karet lembaran (Ø 150 mm x 6 mm)



Foot valve

: karet lembaran (Ø170 mm x 6 mm)



Pipa penghantar air

: pipa besi 101.6 mm x 560 mm



Pipa keluaran air

: pipa besi 101.6 mm x 560 mm



Pump rod

: pipa besi 20 mm x 950 mm



Rangka tanam pompa

: besi siku 40 mm x 40 mm



Kecepatan angin rata-rata

: 2,0 m/s


- 25 -



Penggunaan

: memompa air untuk keperluan irigasi.

Pemilihan bahan diatas mengacu kepada dana yang terbatas dan ketersedian bahan dipasaran, apabila dikemudian hari terjadi sesuatu terhadap pompa, kita dapat mengganti suku cadangnya dengan mudah karena memang bahan bakunya mudah kita dapat dengan harga terjangkau. Prinsip kerja operasional dari pompa piston ini sangatlah sederhana: jika piston bergerak ke arah bawah, upper valve terbuka dan foot valve tertutup sehingga ini mengakibatkan tidak adanya aliran dan piston bergerak bebas melalui water column. Secepat piston bergerak keatas, upper valve akan menutup. Di sisi lain foot valve terbuka dan air terangkat ke atas (diatas piston) dan bagian bawah terhisap ( dibawah piston, jika pompa diatas permukaan air). Sampai piston bergerak ke bawah lagi dan seterusnya sehingga ini membentuk sebuah siklus berkelanjutan. Hasilnya air mengalir ke atas, ke wadah penampungan. Bagian ini disebut pompa aksi tunggal. Ada juga pompa aksi ganda dengan dua piston yang bergerak saling berlawanan arah, akan tetapi karena pertimbangan-pertimbangan pompa aksi tunggal yang dipilih, karena selama memerlukan gaya dorongan ke bawah, stroke menerima tindakan pencegahan melawan tekukan batang pompa. Hal ini merupakan menjadi alasan mengapa perancangannya mengambil system pompa aksi tunggal disamping kendala biaya.


- 26 -

Gbr. 8 Prinsip kerja pompa piston aksi tunggal

Gbr. 8. Skema gambar kerja pompa piston yang dihubungkan dengan kincir angin, sumber : E.H Lysen, introduction to wind energy, 1983


- 27 -

4.3 Pengukuran Data Angin Sebagai bahan studi untuk perancangan kincir angin poros horizontal. Penulis mengambil data kecepatan angin yang diperoleh penulis berdasarkan data yang valid yang berasal dari stasiun pemantau cuaca Badan Meteorologi dan Geofisika yang berada didaerah Jakarta yang berada di wilayah Cileduk, dimana data tersebut adalah data angin yang tercatat lima tahun terakhir dan untuk kepentingan penulisan tugas akhir ini penulis mengambil data angin pada tahun 2008. Dari pengamatan saya potensi keadaan angin wilayah Jakarta tidaklah sebesar didaerah pesisir lainya, tapi kekuatannya setidaknya cukup untuk memutar kincir hasil rancangan team Windmill Project. Keadaan angin dari tahun ke tahun sangatlah fluktuatif tapi dengan melihat data angin yang ada bawah ini sangatlah cukup untuk memutar kincir rancangan ini dan pompa airnya. Adapun data angin yang kita dapatkan di BMG Cileduk adalah sebagai berikut :

Tabel 3. Kecepatan angin tiap bulan di BMG Cileduk tahun 2008 Bulan

V rata –rata (knot)

Januari

3,0

Februari

2,5

Maret

2,6

April

3.5

May

3,0

Juni

3,0

July

3,0

Agustus

5,7


- 28 -

September

4,9

Oktober

5,8

November

4,3

Desember

6,5

Dari data angin diatas dapat diperoleh hasil analisa sebagai berikut :

Kecepatan angin rata-rata

= 3,9 knot = = 2,0 m/s

Kecepatan terendah (februari)

= 2,5 knot = = 1,28 m/s

4.4 Analisa Aplikasi Energi Angin untuk Pompa Air Sebelum melakukan analisa harus diketahui terlebih dahulu hal-hal yang mendasar yang dibutuhkan sebagai analisa aplikasi kincir angin untuk pompa air sebagai tujuan awal penulisan ini. Hal-hal yang mendasar diantaranya ;

Pokok Analisa

:Analisa aplikasi energi angin untuk pompa air

Batasan Analisa

:Dengan kekuatan kecepatan angin ratarata diseruh Indonesia apakah mampu untuk memutar kincir angin untuk


- 29 -

tenaga pompa air. Yang perlu diketahui

:Kecepatan angin rata-rata…m/s :Daya yang dapat dibangkitkan oleh kincir…Watt :Daya yang dibutuhkan oleh pompa untuk memompa air… Watt

Gbr. 10 Rancangan Kincir Angin Untuk Pompa Air MB12-7


- 30 -

Data-data teknis untuk analisa sudah diketahui sebelumnya dari perhitungan perancangan kincir angin.

Tabel 4. Notasi dari data-data perancangan kincir angin untuk pompa air.

NOTASI Symbol

Keterangan

Nilai

Satuan

A

luas lingkar kincir

19,63

m²

g

Gaya grafitasi bumi

9,81

m/s²

H

Total head pompa

5,1432

m

P

Daya

yang

dibutuhkan

?

Watt

Daya kincir rata-rata yang

?

Watt

142

Watt

0.0038

m3/s

2.0

m/s

5

m/s

pompa P kincir

dihasilkan untuk menggerakkan pompa P pump

Daya Pompa

Q

Debit air

V

kecepatan angin aktual / rata-rata

Vo

Kecepatan

angin

rancangan ηo

Rata-rata tingkat efisiensi

90%

-

1,3

kg/m³

pompa piston ςa

berat jenis udara


- 31 -

Daya yang dibutuhkan (P) Daya yang dibutuhkan (P) adalah daya kuda aktual yang diberikan pada pompa oleh motor penggerak, pompa piston memiliki tingkat efisiensi yang tinggi jika dibandingkan dengan pompa sentrifugal. Rata–rata tingkat efisiensinya (ηo) mencapai 90%

(sumber : E.H Lysen, introduction to wind energy, 1983).

Sehingga bisa dihitung berapa daya aktual terendah yang dihasilkan kincir untuk menggerakkan pompa.

Dimana :

Ppump = 142 Watt ηo

= 0,9

Maka :

= 157.77 Watt

Daya kincir (P kincir) Adalah daya kincir rata-rata yang dihasilkan untuk menggerakkan pompa adalah

Dimana :

η = 40 % ςa = 1,3 kg/m³ A = 19,63 m²


- 32 -

V = 2.0 m/s Vo= 5 m/s Maka : P kincir = 0, 4. ½ . 1,3 . 5² . 19,63. 2 P kincir = 255,19 Watt

Dari hasil perhitungan kincir angin MB 12-7 diatas maka didapat ;

 Daya yang dibutuhkan (P) oleh pompa air. 157.77 Watt  daya kincir rata-rata (P

kincir)

yang dihasilkan untuk menggerakkan

pompa dengan kecepatan angin rata-rata 2.0 m/s. 255,19 Watt

Sehingga hasil analisa aplikasi energi angin untuk pompa air didapat bahwa angin yang berhembus di Indonesia yang dengan rata-rata kecepatannya 2.0 m/s mampu menggerakkan kincir angin dengan 12 blade yang hasil putarannya mampu menggerakan pompa air jenis piston dengan debit air 0.0038 m3/s serta dengan total head pompa 5,1432 m. Dengan rumus diatas maka dapat dijabarkan antara kecepatan angin (V m/s) dengan daya kincir (P kincir Watt)


- 33 -

Tabel 5. Kecepatan angin vs daya kincir

1/2 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6 0.62 0.64 0.66 0.68 0.7 0.72 0.74 0.76 0.78 0.8 0.82 0.84

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

(Kg/m3) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

V02 (m2/s2)

A (m3)

V (m/s)

P kincir (Watt)

25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25

19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2

0.00 0.64 2.55 5.74 10.21 15.95 22.97 31.26 40.83 51.68 63.80 77.19 91.87 107.82 125.04 143.54 163.32 184.37 206.70 230.31 255.19 281.35 308.78 337.49 367.47 398.73 431.27 465.08 500.17 536.54 574.18 613.09 653.29 694.75 737.50 781.52 826.82 873.39 921.24 970.36 1020.76 1072.44 1125.39


- 34 -

1/2

3

(Kg/m ) 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 1

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

V02 (m2/s2)

A (m3)

V (m/s)

P kincir (Watt)

25 25 25 25 25 25 25 25

19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63 19.63

4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5

1179.62 1235.12 1291.90 1349.96 1409.29 1469.89 1531.78 1594.94

1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

P kincir (Watt)

P kincir (Watt) 1700.00 1650.00 1600.00 1550.00 1500.00 1450.00 1400.00 1350.00 1300.00 1250.00 1200.00 1150.00 1100.00 1050.00 1000.00 950.00 900.00 850.00 800.00 750.00 700.00 650.00 600.00 550.00 500.00 450.00 400.00 350.00 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

V min. 1.58 m/s

4

4.2

4.4

4.6

4.8

5

V (m/s) Gbr. 11. Diagram daya kincir angin (Watt)

Dari Tabel diatas dapat disimpulkan bahwa kecepatan angin terendah yang dapat memutar kincir angin dengan beban pompa air adalah 1.58 m/s.


- 35 -

BAB V ANALISA HASIL DAN KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan hasil Analisa Pada akhirnya penulis sudah dapat menimpulkan hasil analisa aplikasi energi angin untuk pompa air. Beberapa data teknis yang sudah disajikan adalah data-data yang diperoleh dari rancangan tugas akhir kincir angin MB12-7 yang sudah dilakukan oleh mahasiswa Universitas Mercubuana angkatan ke VII dan dari beberapa sumber lain yang jelas sumbernya. Kesimpulan ini hanya terbatas untuk produk kincir angin untuk pompa air model MB12-7, tidak berlaku untuk jenis kincir lainnya yang ada di seluruh dunia. Hal ini dikarenakan sumber data yang digunakan adalah data pendukung untuk pompa kincir angin model MB12-7. Dalam sebuah perancangan kincir angin untuk tenaga pompa air jelaslah bahwa harus dilakukan analisa yang berhubungan dengan sumber energi angin. Setelah melakukan beberapa analisa data dan survey kecepatan angin maka penulis dapat menyimpulkan sebagai berikut ;

1) Pengukuran kecepatan angin harus dilakukan 1 tahun penuh pada daerah yang akan dibangun kincir, hal ini untuk meminimalisir ketidakakuratan hasil analisa yang dapat menyebabkan gagalnya operasional kincir angin untuk pompa air. 2) Kecepatan angin rata-rata di daerah Cileduk yang dilakukan oleh BMG ditahun 2008 adalah 2.0 m/s, dan kecepatan terendah adalah 1.28 m/s, sedangkan tertinggi adalah 3.34 m/s. 3) Dan dengan rata-rata kecepatannya 2.0 m/s mampu menggerakkan kincir angin dengan 12 blade yang hasil putarannya mampu menggerakan pompa air jenis piston dengan volume cylinder 5 m3 dan dengan debit air 0.0038 m3/s serta dengan total head pompa 5,1432 m. 4) Kecepatan angin terendah yang mampu menggerakkan kincir angin MB12-7 adalah 1.58 m/s.


- 36 -

5) Kecepatan angin yang cenderung merusak kincir adalah kecepatan diatas 17.2 m/s, karena pada tingkatan ini sudah ada potensi tornado.

5.2 Saran Untuk Kesempurnaan Analisa Seperti halnya kesimpulan diatas, saran dari penulis juga membatasi saran ini hanya untuk produk kincir angin untuk pompa air model MB12-7, tidak berlaku untuk jenis kincir angin lainnya yang ada di seluruh dunia. Hal ini dikarenakan analisa ini ditujukan untuk pompa kincir angin model MB12-7. Berikut beberapa saran yang dapat membantu untuk kesempurnaan analisa pembuatan kincir angin untuk pompa air.

1) Perancangan ketinggian poros kincir minimal 5 meter, hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan kincir angin yang pas, mengingat hembusan angin yang potensial berada di 5 meter diatas permukaan tanah. 2) Hindari pemasangan kincir angin di samping gedung tinggi atau rerimbunan pohon yang menjulang tinggi, karena gedung tinggi dan pohon tinggi dapat menghalangi hembusan angin yang akan menerpa kincir angin. 3) Pada saat pergantian musim di Indonesia biasanya angin berhembus sangat kencang, kecepatan bisa mencapai 3.34 m/s, maka dari itu desain kincir perlu dilengkapi dengan alat penyearah angin yang seimbang. Sehingga kemanapun angin berhembus arah kincir akan selalu tepat namun saat angin yang berhembus terlalu besar maka arah kincir akan menghindar arah angin.

Demikian analisa hasil dan saran yang dapat penulis sajikan, semoga dapat memberikan masukkan yang baik untuk kelangsungan perancangan kincir angin untuk tenaga pompa air model MB12-7.


- 37 -

DAFTAR PUSTAKA

1. DESDM (Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral), 2005, Kebijakan Energi Nasional 2003-2020 2. Mulyani, Tugas Akhir, 2003, Kajian Potensi Energi Angin Indonesia Studi Kasus di Nusa Tenggara Tomur, Bandung, Penerbit ITB 3. Prawirowardoyo, Susilo, 1996, Meteorologi, Bandung, Penerbit ITB 4. Tjasyono HK, Bayong, 2004, Klimatologi Edisi kedua, bandung, Penerbit ITB 5. Waruwu, Sadoki, 1994, Studi Angin Sebagai Sumber Energi Alternatif Di Indonesia, Jurusan Geofisika dan Meteorologi, ITB, bandung 6. Yahya, SM, 1994, Turbines Compressors and Fans, Tata Inc Gaw – Hill Publishing Company United


- 38 -

ANALISA APLIKASI ENERGI ANGIN UNTUK POMPA AIR

Recommend Documents