Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 PERANCANGAN KINCIR ANGIN SEBAGAI PENGERAK POMPA AIR
Reinyelda. D. Latuheru, Tagor Simanjuntak
[email protected] Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Musamus
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan spesifikasi dan dimensi suatu kincir angin dan pompa air secara teoritis dan secara eksperimental, dimana selain menghitung secara teoritis juga merancang alat (kincir angin dan pompa air jenis torak). Penelitian dan perancangan tentang data angin dan kincir angin ini dilaksanakan di Kota Merauke, yang dimulai dari bulan Desember 2012 sampai dengan bulan Februari 2013. Energi angin yang melimpah di wilayah Kabupaten Merauke dapat dimanfaatkan sebagai energy alternativ untuk pengairan dan irigasi dilahan persawahan. Pemanfaatan energy angin sebagai penggerak pompa air bisa dilaksanakan di kabupaten Merauke. Kecepatan angin ratarata dari pengambilan data sebesar 3.3 m/s2, dapat menghasilkan daya angin rata β rata sebesar 75 W/ m2, dengan putaran rotor pada baling β baling kincir angin sebesar 223.7 rpm. Data dari hasil perhitungan teoritis diperoleh debit air adalah 1 liter (0.001 m3) untuk satu kali putaran poros engkol. Sedangkan data secara pengujian alat diperoleh debit air 0.64 liter (0.00064 m3). Efisiensi pompa air adalah sebesar 64 %. Kata Kunci : Angin, Kincir Angin, Pompa Air jenis Torak
dengan cara pembuatan pompa air hidran
PENDAHULUAN Kondisi
geografis
kabupaten
Merauke yang mempunyai daerah β daerah
tenaga angin. Kabupaten
Merauke
merupakan
lapang mempunyai potensi energi angin
kabupaten yang mempunyai lahan pertanian
yang sangat besar. Daerah lapang ini
yang sangat luas. Lahan pertanian di
merupakan daerah tanpa hambatan untuk
kabupaten
Merauke
(800
angin. Pemanfaatan energi angin dirasa
merupakan
sawah
tadah
sangat
pengolahannya hanya dapat dilaksanakakan
kurang
penggunaannya.
Potensi
ribu
hektar)
hujan
yang
energi angin yang sangat besar di daerah ini
pada saat musim hujan saja.
dapat dimanfaatkan untuk keperluan sistem
kabupaten
irigasi pertanian. Pemanfaatan energi angin
mengembangkan sektor pertanian ini melalui
cukup membantu sistem pengairan ini
dinas tanaman pangan dan holtikultura yaitu
Merauke
telah
Pemerintah berupaya
dengan menambah waduk β waduk sekunder 156
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 (parit) di setiap areal persawahan. Setiap 5
G = faktor konversi = 1.0 kg/
hektar areal persawahan selalu diberi satu
(N.dtk2)
jalur parit sekunder. Namun demikian sistem
Nilai aliran masa di berikan oleh persamaan
irigasi yang dilakukan para petani masih
kontinuitas
menggunakan pompa
air mesin
πΜ = ο²π΄. π
untuk
mengairi sawah-sawah mereka. Hal ini
Dengan,
dikarenakan waduk (parit) yang dibangun
ο²
berada dibawah permukaan sawah.
β¦..
( 2)
= densitas angin yang masuk
kg/m2 A=luas persilangan dari aliran m2
TINJAUAN PUSTAKA
sehingga,
1. Kincir Angin
ππ‘ππ‘ =
1 2π
π π΄π 2
..β¦ (3)
Setidaknya ada empat syarat yang
Dengan demikian tenaga total dari sebuah
harus dipenuhi untuk kincir angin ini. Yakni,
aliran angin adalah sebanding langsung
kecepatan angin 3 km/jam dan terjadi selama
dengan densitasnya, luas dan pangkat tiga
60 persen dari waktu. Debit air harus cukup,
kecepatannya.
angin harus bisa bebas mengenai baling-
b. Tenaga Maksimum
baling. Karena itu, baling-baling harus bisa
Tenaga total yang didiskusikan di
diletakan di atas menara yang tingginya
atas tidak semuanya di konversikan menjadi
minimal 3 m dan baling- baling diberi
tenaga mekanik. Kita anggap sebuah sumbu
pengarah untuk mendapatkan arah angin
horisonyal. Kincir angin tipe propeller, yang
yang maksimal.
kemudian di namakan turbin angin, yang
2. Prinsip dari Tenaga Angin.
mana sudah banyak di gunakan sekarang ini.
a. Tenaga Total
Asumsikan bahwa roda seperti sebuah turbin
Tenaga total dari aliran angin adalah
yang mempunyai ketebalan a β b. bahwa
sama dengan energy kinetic yang masuk KE,
kecepatan dan tekanan angin yang masuk.
atau
Aliran yang paling ujung dari turbin adalah Μ 3 π ππ‘ππ‘ = πΜπΎπΈ, = πΜ 2π
β¦β¦ (1)
Dengan, Ptot = tenaga total atau watt πΜ = angka aliran masa . kg/dtk V = kecepatan masukan, m/dtk
pi dan vi , dan kecepatan dan tekanan keluar angin . pada ujung bawah aliran adalah Pe dan Ve, berturut-turut Ve lebih kecil dari Vi karena energy kinetic diekstrak oleh turbin. Perhatikan bahwa udara yang masuk antara i dan a sebagai system termodinamik, dan diasumsikan bahwa masa jenis udara 157
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 adalah konstan , ( ini adalah asumsi karena
Kombinasi dari persamaan (4) dan (5)
perubahan tekanan dan temperatur sangat
memberikan
kecil untuk di perbandingkan), bahwa perubahan pada energy potensial adalah nol, dan tidak ada panas
atau kerja yang
ditambahkan atau dipindahkan antara i dan
2
2ππ
2
2
) β (ππ +
πππ βππ 2ππ
). β¦β¦
( 6)
Asumsi tersebut masuk akal, jauh dari turbin pada c, kembalinya tekanan angin adalah ππ = ππ
a, persamaan energy yang umum adalah; π2
2
πππ βππ
ππ β ππ = (ππ +
β¦β¦β¦β¦β¦. (7)
π2
π π ππ π£ + 2π = ππ π£ + 2π β¦β¦β¦β¦ (4a)
Atau π2
π2
π π ππ + π 2π = ππ + π 2π β¦β¦β¦
(4b)
Dimana v dan π adalah volume spesifik dan berbanding terbalik, dan densitas, berturut-
Gambar 1.
turut keduanya konstan. Persamaan (4b)
dari sebuah angin yang bergerak sepanjang
adalah persamaan Bernouilli yang sudah di
sumbu horizontal tipe propeller turbin angin
kenal.
. (LIPI, 2007, Pengembangan Energi Angin)
Tekanan dan profil kecepatan
Dengan cara yang sama untuk daerah keluar bβe
Dan kecepatan dalam turbin V1, tidak ππ2
ππ2
ππ + π 2π = ππ + π 2π
β¦β¦β¦ (5)
berubah karena lebar sudut (blade) a-b
Persilangan kecepatan angin yang
adalah tipis bila di bandingkan dengan jarak
melintasi turbin dari a ke b yang disebabkan energy kinetic, di konversikan menjadi kerja
total,sehingga, π2 β ππ β ππ
β¦β¦β¦..
( 8)
mekanik di wilayah tersebut. Kecepatan
Kombinasikan dengan persamaan (2.6) dan
masuk V ,tidak secara tiba-tiba memotong
(2.8) memberikan,
tetapi
secara
pendekatan
berangsur-angsur
turbin
ke
V,
dan
seraya sambil
meninggalkan ke V.dengan demikian V > V dan V > V dan meskipun demikian dari persamaan (4) dan (5) , pa > pi dan pb < pc.bahwa tekanan angin yang naik sebagai pendekatannya,
sambil
kemudian
ia
ππ2 βππ2
ππ β ππ = π (
2ππ
)
β¦β¦β¦ ( 9)
Gaya aksial Fs , adalah arah aliran angin pada sebuah roda turbin dengan arah proyeksi, garis tegak lurus untuk aliran A, yang di berikan oleh. πΉ = (ππ β ππ)π΄ = ππ΄ (
ππ2 βππ2 2ππ
) β¦. (10)
meningalkan lingkaran roda kincir.
158
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 Gaya ini juga sama untuk merubah dalam
tersebut dapat dilihat pada persamaan (2-16).
momentum dari angin β(πΜπ)/π dimana πΜ
Di mana Vc adalah positif dalam bentuk
adalah aliran masa yang di berikan olehβ¦
yang satu dan negative pada bentuk yang
πΜ = ππ΄π
β¦ (11)
nilai yang terlalu tinggi untuk hasil V, dalam
dengan demikian; πΉ=
1 π
lain, itu adalah nilai yang terlalu rendah atau
ππ΄π(ππ β ππ )
β¦β¦β¦ (12)
pengurangan tenaga.
Substitusi persamaan (10) dan (12) 1
π2 = 2 (ππ β ππ )
β¦β¦β¦
Kita
(13)
sekarang
akan
mempertimbangkan system termodinamika total yang diperoleh oleh i dan e. Perubahan dalam energy potensial seperti diatas adalah nol, tetapi juga perubahan energy internal (T1 = T2) dan energy aliran ππ π£ = ππ π£ dan
Gambar 2. Konversi total dari energy kinetic yang masuk untuk kerja.
(LIPI, 2007,
Pengembangan Energi Angin)
tidak ada panas yang ditambahkan atau dikeluarkan.
Persamaan
energy
umum
sekarang dikurangi untuk aliran steady kerja
W = KE1 β KE2 =
optimum (Vexcp) itu adalah hasil tenaga maksimum (Pangin) yang mana di peroleh
W dan bentuk energy kinetiknya. ππ2 βππ2
Dengan demikian sebuah kecepatan keluar
dengan mendiferensialkan P pada Persamaan β¦β¦β¦.. (14)
(2-16) dengan hasil untuk Vc untuk yang di
Tenaga P adalah hasil yang diterima dari
berikan Vi dan persamaan diturunkan sampai
kerja menggunakan persamaan (2.11)
nol dP/dVc = 0, yang mana memberikan :
π = πΜ
ππ2 βππ2 2 ππ
=
1 2π
2 ππ
ππ΄ π2 (ππ2 β ππ2 )
β¦.(15)
Ini adalah pemecahan untuk Ve
Kombinasikan dengan persamaan (13) π=
1 4π
ππ΄ π2 (ππ β ππ )(ππ2 β ππ2 )
3ππ2 + 2π2 ππ β ππ2 = π½
β¦β¦ (16)
Persamaan (2.2.15) dikembalikan lagi ke persamaan (2.2.3) Ptot apabila π2 = ππ = ππ = π. Hal tersebut jika angin yang datang
untuk
memberikan Vexcp Vexcp = 1/3 Vi
β¦β¦. (17)
Kombinasikan dengan persamaan (2.2-16) 8
ππππππ = 27π ππ΄ππ2
β¦β¦. (18)
yang disisakan setelah meninggalkan turbin.
Efesiensi teorikal maksimum atau ideal πmax
Hal ini adalah situasi yang tidak mungkin
(koofesien tenaga ) dari turbin angin adalah
karena angin tidak bisa bertumpuk /
rasio dari tenaga maksimum yang diperoleh
berkumpul
dari angin, untuk tenaga total dari angin
Pada
keluaran
turbin.
Hal
persamaan (2.2-3) atau 159
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 π max =
ππππππ
8
πππ’π‘
27π
π₯ 2π, =
16 27
= 0.5926 β¦.
(19)
Dengan kata lain sebuah turbin angin mampu mengkonversi tenaga tidak lebih dari 60 persen dari tenaga total dari angin untuk tenaga yang di gunakan. c.
Tenaga Aktual
Seperti sudu turbin gas dan sudu turbin uap, penelitian pada sudu turbin angin, sudut
Gambar 3. Koofesien tenaga dan jenis- jenis
masuk sudu dan kecepatan sudu.karena sudu
kincir angin terhadap rasio kecepatan ujung
β sudu mempunyai ukuran yang panjang.
sudu dan kecepatan angin.
Kecepatan sudu bervariasi terhadap radius
(Adityo Putranto2008, Rancang Bangun
karena sudut sudu adalah semakin ke ujung
Turbin
semakin besar karena bentuk sudu adalah
PeneranganRumah Tangga, Teknik Mesin
melilit. Efisiensi maksimum ( atau efisiensi
Undip, Semarang.)
perubahan
kecepatan
tergantung
tenaga ) di berikan oleh persamaan (19) yang diasumsikan sebagai kondisi ideal sepanjang sudu sepenuhnya. Perlakuan yang lebih teliti dari proses ekstraksi dari angin oleh propeller turbin angin memperlihatkan
Angin
Vertikal
Untuk
Karena sebuah roda turbin angin tidak dapat secara sempurna tertutup, dank arena jatuh atau pengaruh lain, dalam prakteknya turbin mencapai kurang lebih 50 sampai 70 persen dari efisiensi total.
bahwa koofesien tenaga adalah sangat
Efisiensi nyata π yang dihasilkan dari sini
tergantung dari sudu dan rasio kecepatan
dan πmax
angin, yang bereaksi pada nilai maksimum,
dan perbandingan dari tenaga
aktual dan tenaga total.
kecepatan sudu pada puncak, adalah 6 atau 7 kali kecepatan angin, dan hal itu akan
π=
π ππππππ = ο¨
semakin berkurang pada ujung sudu untuk rasio kecepatan angin berkurang kira- kira 2,0.
Gambar
di
bawah
ini
akan
memperlihatkan koofesien tenaga untuk propeller turbin angin ideal dan jenis turbin yang lain memiliki nilai yang bervariasi.
Di mana
1 2ππ
π΄ππ2
....
(20)
π bervariasi antara 30 dan 40
persen untuk turbin nyata. Sedangkan daya kincir yang di rencanakan adalah : Pd = fc x P
(sularso hal 7 )
Dengan : Pd = Daya rencana Fc = 1,2 β 2,0
160
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 P
= Daya total
Dengan demikian sebuah batas tertinggi dari
Untuk menghitung beban maksimal (W) dari
diameter
alat dapat dipergunakan rumus :
pertimbangan desain dan perkembangan
W = Px102x60xrendemen alat / (fc x V)
(21)
Dengan ;
ditentukan
dengan
ekonomi. Untuk menghitung densitas dari udara
fc
= factor koreksi
V
= kecepatan spesifik
adalah : π
π= π
π
d. Gaya pada sudu
propeller turbin angin, yaitu torsi dan gaya aksial torsi T di peroleh dari : π π
=
π ππ·π
β¦β¦β¦β¦. (26)
Dengan :
Ada dua tipe dari operasi pada sudu
π=
harus
P = tekanan (atm) atau Pascal R = 287 J/(kg,K) T = dalam Kelvin
β¦β¦β¦β¦β¦β¦. (22 )
2.2. Angin Angin adalah udara yang bergerak
dimana : D = Diameter dari roda turbin
yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga
N = Putaran roda
karena adanya perbedaan tekanan udara
Untuk sebuah turbin yag beroperasi pada
disekitarnya. Angin bergerak dari tempat
tenaga P, torsi di berikan oleh :
bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara
π= π
1 ππ·ππ2 8π
π
β¦β¦β¦..
(23)
Udara yang telah memuai menjadi lebih
Sebuah turbin yang beroperasi pada efisiensi maksimum π
max
= 16/27, maka torsi adalah
di berikan oleh Tmax ππππ₯ =
2
ππ·ππ2
27π
π
β¦β¦. (24)
1 1 ππ΄(ππ2 β ππ2 ) = ππ· (ππ2 β ππ2 ) 2π 8π
Sedangkan gaya aksial pada operasi efisiensi maksimal turbin dimana Ve = 1/3 Vi , adalah; 4
ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan
udara
berkurang.
Gaya aksial diberikan oleh persamaan (10). πΉπ =
rendah. Apabila dipanaskan, udara memuai.
π
πΉπππ₯ = 9π ππ΄ππ2 = 9π ππ·2 ππ2
β¦ (25)
turun
Udara
karena
dingin
udaranya
disekitarnya
mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dikarenakan konveksi. Untuk menentukan daya atau tenaga
Gaya aksial berbanding lurus pangkat dua
angin
diameter turbin, yang mana hal tersebut akan
menggunakan tabel dibawah ini:
yang
dapat
dihasilkan
dapat
menjadi sulit dalam perhitungan mesin yang menggunakan diameter besar yang ekstrim. 161
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 ini, yang digunakan adalah pompa torak. Dikatakan pompa torak karena tekanan ke fluida dihasilkan dari tekanan torak .
2.
Cara kerja pompa
Tabel 1. Konversi Kecepatan Angin dengan Daya angin yang Dihasilkan
Jika plunyer berada di titik mati kanan, ruangan di dalam silinder hampa sehingga katup isap terbuka dan air di dalam
2.3 Pompa Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida (zat cair) dengan berdasarkan gaya tekan dari suatu tempat ke tempat lain secara kontinue. 1.
Klasifikasi P o m p a
Menurut jenisnya pompa dapat dibagi menjadi : a) Pompa torak (plunyer) b) P o m p a pu t a r c) Pompa torak
saluran
isap naik masuk silinder, hal ini
berjalan terus sampai plunyer di titik mati kanan. Selanjutnya plunyer di titik mati kanan bergerak menuju ketitik mati kiri, ruangan didalam silinder yang telah ada airnya ditekan, sehingga katup isap tertutup sedangkan katup tekan terbuka, air di dalam silinder mengalir melalui katup tekan menuju ke saluran tekan terus ke reservoir (tandon), hal ini berjalan selama plunyer bergerak ke kiri sampai ke titik mati kiri. Gerakan plunyer bolakbalik ini didapat dari putaran motor yang diteruskan ke plunyer melalui engkol dan batang plunyer.
Sedang menurut pemakainnya pompa dapat
Plunyer yang dipakai ini bisa diganti degan torak,
digunakan untuk :
perbedaan plunyer dan torak adalah diameter torak
a) Untuk pengairan
lebih besar daripada tebalnya sedangkan diameter
b) Untuk air minum
plunyer besarnya lebih kecil dari pada panjangnya.
c) Dan lain-lain Menurut penggeraknya : a) Penggerak manual b) Penggerak motor listrik c) Penggerak motor listrik d) Penggerak alam (angin, air, dll)
Fungsi peralatan yang ada pada pompa plunyer. Plunyer/torak berguna untuk merubah energi mekanik menjadienergi potensial (tekanan ke air). Silinder berguna sebagai ruang kerja dari pada plunyer. Saringan yang dipasang diujung dari saluran isap berguna untuk menyaring agar air yang masuk pompa dalam keadaan bersih. Saluran isap
Berdasarkan tugas akhir perancangan
berguna untuk menjalankan air dari tandon ke
kincir angin untuk menggerakan pompa air
pompadan tempat persiapan air sebelum masuk ke 162
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 π
π₯ π·2 π₯πΏπ₯π
silinder pompa. Katup isap dapat bekerja secara
π=
sendiri tanpa ada pengaturnya, berguna untuk
Bila pompa bekerja dengan n rpm, maka
4
membuka dan menutup ( mengatur perjalalanan air dari saluran isap ke silinder tanpa menggunakan mekanisme tetapi berdasarkan gravitasi ). Ketel isap berguna untuk menekan air dari silinder ke saluran tekan, katup ini dapat berjalan secara o tomatis berdasarkan perbedaan tekan yang ada di atas dan dibawah katup. Saluran tekan berguna untuk menjalankan air dari silinder kereservoir (tandon). Ketel angin tekan berguna untuk memberikan tekanan air di dalam saluran tekan
π=
π 4
π₯ π·2 π₯πΏπ₯π
β¦β¦. (27)
Pada prakteknya hasil tersebut lebih kecil karena adanya kekurangan volume yang di sebabkan dari beberapa hal. Sehingga hasil pompa akan berkurang. Hasil bersih dapat dihitung dengan memakai rumus randemen volumetric = π Jadi rumusnya menjadi; π=
π 4
π₯ π·2 π₯πΏπ₯ππ₯π β¦β¦β¦β¦β¦. (28)
agar perjalanan air dapat tenang, sehingga tidak
Sedangkan kecepatan spesifik poros engkol (
timbul hentakan / pukulan air yang dapat
V) dapat dihitung dengan :
menimbulkan kerja katup tekan tidak stabil. Pada
V=πxdxn
umumnya katup isap tidak hanya satu tetapi ada
Perhitungan tenaga yang diperlukan
dua, yang satu dipasang dengan saringan, hal ini
oleh pompa tergantung dari besarnya debit
bertujuan agar persediaan air didalam saluran isap
pompa. Tinggi pompa yang dipindahkan dan
selalu siap.
berat jenis cairan. Untuk debit pompa telah
e.
Perhitungan Pompa Berdasarkan perhitungan pompa disini
β¦β¦β¦β¦β¦. (29)
di perhitungkan di atas. Perbedaan ketinggian ini tidak hanya
merencanakan pompa
antara tendon atas dan tendon bawah, tetapi
sampai bahannya tetapi kemampuan dan
juga hambatan-hambatan yang terjadi dari
tenaga yang diperlukan oleh pompa.
ketinggian isap adalah : antara tendon bawah
Perhitungan pompa torak kerja tunggal
dengan pompa tidak boleh lebih besar dari
sekali putaran engkol sama dengan gerak
tekanan
torak bolak-balik.
menyebabkan pompa tidak mampu untuk
1 x putaran engkol menghasilkan π π = π₯ π·2 π₯πΏπ₯1 4
menghisap. Misalkan tekanan udara luar 72
2 x putaran engkol menghasilkan
pemasangan pompa harus jauh lebih rendah
tidak dihitung atau
π=
π 4
2
π₯ π· π₯πΏπ₯2
N x putaran engkol menghasilkan
udara
luar
karena
dapat
cm Hg, ini sama dengan untuk air 72 x 13,6 sama dengan 979,2 cm Hg, sehingga
dari ukuran tersebut, tetapi harus dilengkapi dengan jet pump yang berfungsi untuk
163
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 menambah tekanan dari bawah air yang
P =Up x n/60
..β¦
(34)
dihisap sehingga ketinggian air yang harus
Sehingga tenaga yang harus diberikan oleh
diatasi oleh pompa ; H = Hz+ Hp +Hh
poros penggerak adalah ;
Dengan;
P =Up x n/60 P = π x V gh x n/60
H = ketinggian yang harus diatasi pompa Hz =Ketinggian saluran hisap
π=
π 4
π₯ π·2 π₯πΏπ₯ππ₯ππ₯(π»π§ + π»π + π»β)π₯π/60) ... (35)
Hp = ketinggian saluran tekan Hh= ketinggian hambatan βhambatan Sehingga randemen hidrolik dapat dihitung
=
1.
PERHITUNGAN DAYA ANGIN
Berdasarkan pengujian dilapangan,
sebagai berikut ; ππ₯
HASIL PENELITIAN
π»π§+π»π π»
β¦β¦β¦ (30)
diperoleh data β data kecepatan angin seperti yang terlihat pada tabel 1.1 yaitu rata β rata
Maka usaha yang dilakukan oleh pompa
sebesar 3.3 m/s2 . Dengan interpolasi data
adalah sama dengan rumus energy potensial
menggunakan tabel 3.2, maka diperoleh
Ep = mgh ,yaitu
daya rata-rata angin adalah 75 W/m2.
Up = mgh
β¦β¦β¦.. (31)
Dengan ;
a. Daya Kincir Angin
m= πxV
Dengan cara interpolasi pada tabel 2.1 dan menggunakan
Maka; Up = πx V gh
β¦β¦β¦β¦.
(32)
sudu
kincir
berdiameter 0.5 meter, maka diperoleh daya kincir angin sebesar
Dengan; Up = Usaha Pompa (Nm)
= 3.14 x 0.252 x 75 W/m2
V = volume air yang dipompa (m3)
= 14.8 W.
π
angin
= massa jenis cairan yang
dipompa (kg/m3) g = Percepatan grafitasi (m/dt2) h
= ketinggian yang harus diatasi
(m) Apabila engkol pompa berputar pada n putaran perdetik, maka tenaga pompa ; P = Up x n
β¦β¦β¦.. (33)
Gambar 4. Sudu Kincir Angin
Atau
164
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697
b. Putaran Poros Engkol Pompa
Kecepatan putaran rotor pada kincir angin (n) pada kecepatan angin 3.3 m/s2 sebesar 223.7 rpm (tabel lampiran 1.1). Untuk roda gigi miring terjadi reduksi putaran sebesar 1:36, sehingga putaran pada poros engkol pompa diperoleh: n = 223.7 rpm x 1/36 = 6.2 rpm Gambar 6. Poros Engkol Pompa Sehingga didapat kecepatan spesifik poros engkol adalah : V=ο°xdxn = 3.14 x 0.20 x 6.2 = 3.9 meter / menit Beban maksimal
(W) dapat ditentukan
dengan rumus : P = (W x fc x V) / (102 x 60 x rendemen alat) Dengan menentukan rendemen alat sebesar 0.65 %, dan faktor koreksi (fc) sebesar 1.0 ( daya
normal),
maka
diperoleh
beban
maksimal = W = ( 0.00148 x102 x 60 x 0.65) / (1.0 x 3.9) = 1.509 = 1.51 kg / m
Gambar 5. Roda Gigi Miring Diameter poros engkol pompa d = 0.20 m 2.
Perhitungan Volume Pompa Torak
Untuk
mendapatkan
volume
air
yang
dipompa digunakan rumus : W = Up = π x V h Dimana π = massa jenis air ( 1000 kg/ m3) 165
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 h = Head / ketinggian yang harus di atasi ( 1.5 meter) V = W/ (π xh) = 1.51 kg/m / (1500)(kg/m3). m) = 0.0010 m3 = 1 liter air. Dari perhitungan volume air yang dapat dipompa, maka dimensi pompa dapat dihitung dengan menggunakan rumus: V = π/4 x D2 x L Dimana D = diameter pompa L = panjang langkah (50 cm) 1000 = (3.14/4) x D2 x 50 D = οβ( 1000 / 39.25) = β 25.65 = 5.08 cm. Dalam prakteknya diameter pompa torak dipilih pipa 1 ΒΎ β dengan diameter luar sebesar 4.9 cm. Sehingga diperoleh volume Gambar 7. Pompa torak
tabung / pompa aktual yaitu : V = (3.14/4) x 4.92 x 50 =
942.3 cm3
=
0.95 liter
3.
Perhitungan Efisiensi Pompa Torak
Dari
data
β
data
lampiran
2,
diperoleh putaran pompa rata β rata tiap menit adalah : = ((77/15) + ( 72/15) / 2 = 5.13 rpm Dan Debit Air rata β rata tiap menit adalah : = ((48.9 / 15) + ( 72 / 15)) / 2 = 3.26 liter per menit Sehingga diperoleh debit air rata β rata untuk satu kali langkah torak : = 3.26 / 5.13 = 0.64 liter 166
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 Dari perbandingan kapasitas pompa dan
c) Putaran Rotor Kincir Angin = 223.7
dengan hasil pengujian secara langsung,
rpm. d) Daya kincir angin rata β rata = 14.8
diperoleh efisiensi pompa sebesar : = 0.64 / 0.95 x 100% = 67 % 4.
Watt
Anggaran Biaya Alat dan Bahan
e) Reduksi Putaran 1 : 36 f) Putaran Poros engkol Pompa Torak =
No
Alat
dan
Kebutuhan
Bahan 1
Harga
1 unit
6 meter Rantai + Gir
1 unit
Rp.
Rp.
300.000
300.000
45.000
45.000
g) Usaha Maksimal pada Poros Engkol = 1.51 kg/meter h) Volume air yang dapat dipompa =
Motor 3
Pompa Torak
1 unit
4
Besi Poros Β½
6 meter
150.000
150.000
20.000
120.000
0.001 m3 atau 1 liter / langkah kerja i) Diameter pompa = 4.9 cm
β 5
6.2 rpm
Satuan
Menara Kayu
2
Harga Total
Sudu Baling-
1 buah
75.000
75.000
j) Efisiensi Pompa Torak = 67 %
baling 6
Pipa PVC 1β
1 buah
16.000
16.000
7
Katup karet
4 buah
7.500
30.000
8
Lem pvc
1 buah
8.000
8.000
9
Pipa Giv 2 Β½
2 meter
60.000
120.000
β
Saran a) Untuk penelitian selanjutnya yang sejenis sangat baik kalau dilakukan
10
Gear box
1 unit
200.000
200.000
11
Biaya
1 kali
500.000
500.000
Total
1.564.000
Perakitan
dengan memilih sudu dari bahan yang lebih kokoh tetapi lebih ringan . b) Pertimbangan pemilihan ketinggian dari kincir angin dapat dilakukan
KESIMPULAN DAN SARAN
untuk
Kesimpulan
angin yang lebih stabil.
mendapatkan
area
sapuan
Berdasarkan hasil penelitian dan pengujian
secara
eksperimen
rancang
bangun kincir angin penggerak pompa torak ini diperoleh beberapa kesimpulan antara lain; a) Diameter
Sudu
/
Balingβbaling
Kincir Angin = 0.5 meter b) Kecepatan Angin rata β rata = 3.3 m/s2.
167
Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha Vol.2 No. 2, Agustus 2013 ISSN 2089-6697 5.
DAFTAR PUSTAKA 1.
Adityo Putranto, at all., 2008, Rancang
Energi Angin di Wilayah Sulawesi dan
Bangun Turbin Angin Vertikal Untuk
Maluku,
Penerangan Rumah Tangga, Skripsi,
Geofisika Vol. 12, No. 2, September
TEKNIK
2011, Jakarta.
MESIN
UNDIP,
SEMARANG. 2.
3.
6.
Jurnal
Meteorologi
dan
Lakes Environmental Software, 2010,
Badan Pusat Statistik, 2010, Merauke
Wind Rose Plots for Meteorogical Data,
Dalam Angka. Merauke.
(http://www.weblakes.com/
Daryanto Y, 2007, Kajian Potensi
2012).
Angin untuk Pembangkit Listrik Tenaga
4.
Habibie N, at all., 2011, Kajian Potensi
7.
20
Mei
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia,
Bayu, Balai PPT-AGG, Yogyakarta.
2007, Pengembangan Energi Angin,
Habibi, 2009,
(http://www.lipi.go.id/ 1 Juni 2012)
Pembuatan
Perancangan Dan
Blade
Kincir
Angin
8.
Rizkyan, 2009, Studi Pembangkit Listrik
Portable Daya 300 Watt , Mechanical
Tenaga Angin Laut untuk Memenuhi
Engineering, Malang
Kebutuhan
Penerangan
Jembatan
Suramadu, Tesis, ITS, Surabaya.
168