PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA

TUGAS AKHIR

PERHITUNGAN KELUARAN DAN KETERSEDIAAN AIR PADA KINCIR ANGIN MB 12 – 7

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Strata Satu (S-1) Teknik Mesin

Disusun Oleh :

NURRUL 41305110061

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

Tugas Akhir

Universitas Mercu Buana

LEMBAR PERSETUJUAN NIM

: 41305110061

NAMA

: NURRUL

JUDUL SKRIPSI

: PERHITUNGAN KELUARAN DAN KETERSEDIAAN AIR PADA KINCIR ANGIN MB 12 -7

Skripsi Ini Telah Diperiksa Dan Disetujui Jakarta, Agustus 2009

Mengetahui Dosen Pembimbing

NANANG RUHYAT ST. MT

Mengetahui KaProdi Teknik Mesin

DR. ABDUL HAMID M. Eng

FTI Teknik Mesin Ang -7

Mengetahui Koord.Tugas Akhir Teknik Mesin


Tugas Akhir


PROGRAM SARJANA TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA

LEMBAR PENGESAHAN

LAPORAN TUGAS AKHIR TEKNIK MESIN

DISUSUN OLEH : NAMA : N U R R U L NIM : 41305110061

Tugas Akhir Ini Telah Diperiksa Dan Disetujui Oleh : Jakarta, Agustus 2009

Mengetahui Dosen Pembimbing


Mengetahui KaProdi.Teknik Mesin

DR. ABDUL HAMID M. Eng


Mengetahui Koord.Tugas Akhir Teknik Mesin


Tugas Akhir


KATA PENGANTAR

Assalamuallaikum Wr, Wb. Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat – Nya yang telah penulis terima selama melaksanakan penyusunan tugas akhir ini, sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Sesuai dengan kurikulum mata kuliah laporan tugas akhir yang terdapat di jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana ( FTI – UMB ) dimana penyusunan laporan ini dimaksudkan untuk melengkapi mata kuliah tugas akhir sebagaimana halnya tugas ini merupakan aplikasi dari teori yang telah diberikan diperkuliahan dengan keadaan yang sesungguhnya di lapangan. Selain itu tugas akhir ini merupakan mata kuliah wajib yang harus dipenuhi oleh mahasiswa jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana dalam rangka memenuhi sebagian persyaratan menempuh kesarjanaan strata 1 teknik mesin FTI – UNIVERSITAS MERCU BUANA. Pada Laporan tugas akhir ini penulis mengambil judul ” PERHITUNGAN KELUARAN DAN KETERSEDIAAN AIR PADA KINCIR ANGIN MB 12-7 ”. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar besarnya kepada orang-orang yang telah banyak berperan sehingga dapat terselesaikannya tugas akhir ini, antara lain : 1. DR.H.Abdul Hamid,M.Eng. selaku kaprodi teknik mesin Fakultas Teknologi Industri - Universitas Mercu Buana.


Tugas Akhir


2. Nanang Ruhyat ST.MT selaku koordinator tugas akhir teknik mesin telah meluangkan banyak waktu, tenaga, dan pikiran di dalam memberikan pengarahan dalam penulisan tugas akhir ini. 3. Ir.Yuriadi Kusuma M.Sc selaku dosen pembimbing telah membimbing, meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran didalam memberikan pengarahan dalam penulisan tugas akhir ini. 4. Ir.Rully Nutranta M,Eng selaku dosen pembimbing telah membimbing, meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran didalam memberikan pengarahan dalam penulisan tugas akhir ini. 5. Segenap Dosen dan Staff pengajar di Jurusan Teknik Mesin FTI Universitas Mercu Buana untuk semua bantuan yang telah diberikan. 6. Keluarga tercinta, istri ( Yenny Istria ), anak ( Keysha Bunga N ) serta keluarga besar penulis sebagai insfirasi dan motifasi bagi penulis. 7. Bapak Bachtiar Kosasih, Bambang Prasojo, selaku pimpinan kerja saya yang selalu memberikan semangat dan dukungan dalam melaksanakan tugas akhir ini. 8. Rekan – rekan teknik mesin angkatan VII tahun 2005 yang telah mendukung dan memberikan masukan kepada penulis sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. 9. Suradi, Andre, Wiyono semua rekan kerja di PT. Union Food Tangerang, yang selalu membantu baik moril maupun spiritnya untuk penulis. 10. Pihak-pihak lain yang telah memberikan bantuan secara langsung maupun tidak langsung dalam pembuatan tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu.


Tugas Akhir


Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan segala petunjuk, kritik, dan saran yang membangun dari pembaca agar dapat menunjang pengembangan dan perbaikan penulisan selanjutnya kearah yang lebih baik lagi. Akhir kata dari penulis mohon maaf atas segala kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini dan penulis dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun dari pembaca. Semoga tugas akhir ini dapat berguna untuk menambah wawasan dan wacana bagi pembaca dan rekan-rekan mahasiswa khususnya. Akhir kata dari penulis Wassalamu’allaikum Wr, Wb.

Jakarta, Agustus 2009

Nurrul


Tugas Akhir


ABSTRAKSI Perancangan dan pembuatan kincir angin MB 12 – 7 ini merupakan suatu penerapan ilmu pengetahuan dan teknologi yang diaplikasikan dengan sebuah pompa air yang diharapkan nantinya dapat digunakan sebagai irigasi ataupun kebutuhan yang lainnya. Dalam pembahasan penulisan ini penulis akan membahas tentang perhitungan ketersediaan dan keluaran air yang ada pada kincir angin MB 12 - 7. Dalam perhitungan ini penulis dapat menentukan daya pompa (P) = 142 Watt, dan dari perancangan ini didapat parameter dari hasil perhitungan pompa dengan hasil antara lain : Head pompa (H) = 5 m, Debit air (Q) = 0,0029 m3/s , Kedalaman sumur = 5 meter, Kecepatan angin rata – rata = 2 m/s, Daya yang dibangkitkan oleh kincir angin = 255,19 watt, Daya yang dibangkitkan oleh pompa = 157,77 watt. Dari hasil parameter diatas diapat keluaran air = 4,48 liter / angkatan. Diharapkan dengan pembahasan ini pembaca akan mengetahui sedikit banyak ketersediaan dan keluaran air yang dihasilkan dari rancangan kincir angin MB 12 – 7. Mudah – mudahan apa yang telah dibahas oleh penulis diatas akan menjadi pertimbangan para pembaca untuk dapat mengembangkan rancangan ini menjadi lebih sempurna lagi.

Kata kunci : Perancangan kincir angin dan pompa sangat mempengaruhi pada hasil keluaran air yang dihasilkan.


Tugas Akhir


KONVENSI SATUAN / ISTILAH

Besaran Head Total Pompa

Lambang

Satuan

H

m

Head Statis

Hstatis

m

Kecepatan

V

m/s

Percepatan Gravitasi

G

m/s2

Debit Air

Q

m3/s

Beda Tekanan

Δρ

m

2

V /2g

m

Berat Jenis Fluida

γ

N/m3

Kecepatan Aliran Cairan

υ

m/s

Rapat Massa Cairan

ρ

kg/m3

Head Kecepatan

Head Kerugian Gesekan

Hf

m

Koefisien Gesek

f

bil.Reynold

Diameter

D

m

Jari – jari

r

m

Luas Bidang

A

m2

Massa

m

kg /kilogram)

Berat

W

N ( Newton)

Gaya

F

N

Daya / Tenaga

P

Watt (Joule/det)

Tekanan

p

Pa (Pascal) (N/m2)

Effisiensi




%

Tugas Akhir


DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN……………………………………….

i

LEMBAR PENGESAHAN……………………………………….

ii

KATA PENGANTAR…………………………………………….

iii

ABSTRAKSI………………………………………………………

vi

DAFTAR NOTASI ( SIMBOL ) …………………………………

vii

DAFTAR ISI………………………………………………………

viii

BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang …………………………………………………

1

1.2. Tujuan Penulisan ………………………………………………

2

1.3. Pembatasan Masalah ………………………………………….

3

1.4. Metode Penulisan …………………………………………….

3

1.5. Sistematika Penulisan Laporan……………………………….

4

BAB II. LANDASAN TEORI 2.1. kegunaan kincir angin MB 12 – 7.…………………………….

6

2.1.1. kincir untuk irigasi………………………………………

6

2.2. Teori Dasar Tentang Angin ……………………………………

7

2.3. Energi Angin. ………………………………………………….

8

2.4. Turbin Angin .………………………………………………….

9

2.4.1. Turbin Angin Vertikal ………………………………….

10

2.4.2. Turbin Angin Horizontal……………………..………….

11

2.5. Sifat Angin Dan Dilihat Geografisnya……………………. ….

13

2.5.1. Karakteristik Dari Angin …………………………………

13

2.5.2. Distribusu Kecepatan Dan Arah Angin……………………

14

2.5.3. Distribusi Peluang Arah Kecepatan Angin………………..

15

2.5.4. Distribusi Komulatif Kecepatan Angin……………………

16

2.5.6. Nilai Rancangan Kecepatan Awal, Kecepatan Rated dan Kecepatan Furling…………………………………………


18

Tugas Akhir


2.5.7. Data dan Analisa Kecepatan Angin………………………

18

BAB III. POMPA PADA KINCIR ANGIN MB 12 - 7 3.1. Pengertian Pompa………………………………………………

20

3.2. Teori Tentang Pompa…………………………………………

21

3.2.1. Tekanan Pada Pompa………………………………… .

23

3.2.2. Kapasitas Pompa……………………………………….

23

3.2.3. Head Pompa…………………………………………….

24

3.2.4. Kerugian…………………………………………………

29

3.2.5. Net Positif Suction Head ( NPSH )………………………

30

3.2.6. Daya Poros ( Psh )……………………………………….

31

3.2.7. Efisiensi………………………………………………….

32

3.2.8. Kesulitan Dalam Pengkajian Efisiensi Pompa………….

33

3.3. Klasifikasi Pompa…………………………………………….

35

3.4. Pompa Air Tenaga Angin…………………………………….

36

3.4.1. Pompa Air Tenaga Angin Mekanik…………………….

36

3.4.2. Pompa Air Tenaga Angin Elektrik…………………….

37

BAB IV. PERHITUNGAN KETERSEDIAAN DAN KELUARAN AIR PADA KINCIR ANGIN MB 12 – 7 4.1. Proses Perhitungan Ketersediaan dan Keluaran………………

40

4.1.1. Metode Garis Besar…………………………………….

40

4.2. Perancangan dan Perhitungan Pompa……………………….

45

4.2.1. Rumah Pompa………………………………………….

45

4.2.2. Pipa Bagian Penyalur Tekan dan Bagian Penyalur Hisap

46

4.2.3. Plat Penyambung Liner Pompa pipa Penyalur…………

46

4.2.4. Piston dan Batang Pompa………………………………

47

4.3. Perhitungan Pada Head Pompa………………………………

48

4.3.1. Head Statis ( ha ) = 5 meter……………………………

49

4.3.2. Head Tekanan ( Δ hp )…………………………………

49

4.3.3. Head Energi Kinetik…………………………………...

49

4.3.4. Head Rugi – rugi Pada Sisi Hisap……………………..

51

4.3.5. Head Rugi – rugi Pada Sisi Tekan…………………….

52


Tugas Akhir


4.3.6. Head Kerugian Pada Sisi Tekan Akibat Gesekan……..

53

4.3.7. Head Kerugian Pada Sisi Tekan Akibat Belokan Pipa….

54

4.3.8. Head Kerugian Total Pada Sisi Tekan…………………..

54

4.3.9. Head Rugi – rugi Total………………………………….

54

4.3.10. Head Total Pompa……………………………………..

54

4.4. Perhitungan Daya Pompa……………………………………..

55

4.4.1. Daya Pompa…………………………………………….

55

4.4.2. Daya yang Dibutuhkan Pompa…………………………

56

BAB V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan ……………………………………………………

58

5.2. Saran ………………………………………………………….

59

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………..

60

LAMPIRAN


Tugas Akhir


LAMPIRAN

1. Gambar 1. Laju pertumbuhan energi angin tahunan di dunia

2. Gambar 2. Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin (Tong, 1997). 3.Gambar 3. Diagram skematik pompa air tenaga angin mekanik. 4..Gambar 4. Diagram skematik pompa air tenaga angin elektrikal. 5. Gambar

5. metode grafik keluaran energi dari kincir angin.

6.Gambar 6.grafik perhitungan keluaran energi dari suatu kincir angin dengan penggunaan distribusi frekuensi percepatan dari rejim angin. 7.Tabel 1 Data yang Diperlukan untuk Pemilihan Pompa Gambar 3.2. Kurva head-kapasitas dari pompa. 8.Tabel 2.Tabel perhitungan dari keluaran energi dari suatu kincir angin dengan penggunaan distribusi frekuensi percepatan dari rejim angin 9. Tabel 3. Daftar Exivalen Dimensional


Tugas Akhir


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Dalam kehidupan sekarang dimana kita semua tahu, bahwa kebanyakan bermacam alat-alat yang menunjang kegiatan manusia digerakan oleh tenaga listrik, baik itu yang digunakan pada industri maupun yang digunakan pada rumah tangga, pada industri secara keseluruhan semua alat yang menunjang lajunya kegiatan produksi rata-rata digerakkan oleh tenaga listrik, seperti kompresor, lampu, dan mesin perkakas lainnya. Begitu halnya

yang terjadi dalam kehidupan rumah tangga sekarang ini

semua orang telah disibukkan oleh berbagai pekerjaan yang menuntut semua pekerjaan harus dilakukan dengan cepat dan tanpa mengeluarkan banyak tenaga, tapi dalam hal ini tanpa kita sadari semua kegiatan yang kita lakukan itu baik itu setiap jam sampai setiap hari telah menggunakan energi yang sangat besar sekali, yang mana sekarang pun pemerintah telah menggalakan untuk berhemat energi mulai dari sekarang, karena kita tahu bahwa persediaan energi yang ada dalam negeri kita sudah tidak banyak lagi boleh dikatakan mulai menipis, tapi hal ini juga tidak bisa kita hindari karena semua ini menuntut kemajuan zaman yang tidak bisa kita hindarkan, yang mana kita tahu disini produsen yang bergerak didalam bidang elektrik berlomba-lomba menciptakan berbagai alat-alat yang serba praktis dan boleh dikatakan ekonomis menggunakan kesempatan ini sebagai peluang yang sangat menjanjikan baik dimasa sekarang maupun dimasa yang akan datang.


Tugas Akhir


Seperti kita semua tahu rata-rata setiap rumah boleh dikatakan di Indonesia hampir 75 % mempunyai pesawat televisi baik itu yang berukuran kecil maupun besar, bagian ini kita ambil dari hal yang terkecil, belum lagi kita melihat kehidupan orang kaya, kita kasih contoh kehidupan orang Jakarta yang hidup penuh dengan gemerlap yang hampir 80% - 90% peralatan rumah tangga kebanyakan menggunakan tenaga listrik, seperti AC, Home Teather, dan peralatan rumah tangga lainnya yang tidak sedikit menyerap energi listrik. Dari semua realitas yang tidak bisa dihindari diatas itulah disini penulis mencoba membuat / merancang satu alat tanpa menggunakan energi listrik yang nantinya alat ini diharapkan dapat membantu pemerintah ataupun kita semua dalam program penghematan energi di negeri kita ini, Indonesia. Pada kesempatan ini penulis mencoba merancang pompa air yang digerakkan oleh kincir angin. Tapi dalam hal ini penulis hanya membahas bagian tentang perhitungan ketersediaan dan keluaran air pada kincir angin MB 12-7 tersebut. Yang mudah – mudahan dari hasil penulisan dari tugas akhir ini nantinya diharapkan dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya bagi daerah yang belum terjangkau oleh listrik ” pedesaan ” yang nantinya dapat diaplikasikan baik itu untuk irigasi maupun untuk kegunaan lainnya. 1.2.

Tujuan Penulisan. Penulis ingin mengetahui tentang perhitungan ketersediaan serta keluaran air yang dihasilkan pada kincir angin MB 12-7 tersebut sehingga hasilnya nanti dapat diaplikasikan dalam berbagai kebutuhan didalam kehidupan nantinya.


Tugas Akhir

1.3.


Pembatasan Masalah. Agar penelitian atau penulisan tugas akhir ini dapat terarah dan memiliki batasan – batasan yang jelas, maka penulisan tugas akhir membatasi pembahasan yaitu, penulis hanya akan membahas mengenai perhitungan keluaran dan ketersediaan air pada kincir angin MB 12 – 7 sehingga nantinya dapat diperhitungkan kegunaan dari kincir angin MB 12 - 7 tersebut.

1.4. Metode Penulisan. Dalam Metode penulisa tugas akhir ini penulis mendapatkan data dan informasi melalui beberapa metodologi sebagai berikut : 1. Metode observasi. Metode ini didapatkan secara langsung dari data objek, dalam hal ini penulis melakukan perancangan secara langsung dan mengikuti praktek dilapangan mengenai cara kerja kincir angin MB 12-7 tersebut. 2. Metode interview. Metode ini untuk mendapatkan data dan informasi tentang cara kerja dan kegunaan dari kincir angin MB 12-7 dengan cara merancang secara langsung objek yang dibuat sehingga mempermudah penulis nantinya dalam memahami tentang perhitungan ketersediaan dan keluaran air pada kincir angin MB 12-7 tersebut. 3. Metode pustaka. Metode ini untuk mendapatkan data dalam hal ini tentang perhitungan ketersediaan dan keluaran air pada kincir angin MB 12-7, dengan cara


Tugas Akhir


membaca buku - buku petunjuk, juga didapat dari beberapa sumber seperti dari : data –data yang ada, artikel, studi pustaka atau pun dari website. 4. Bimbingan pada dosen pembimbing. Metode ini untuk mendapatkan saran serta masukan yang nantinya bertujuan kearah perbaikan yang lebih baik dari penulisan tugas akhir ini sendiri. 1.5.

Sistematika Penulisan Laporan. Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I

PENDAHULUAN Bab ini merupakan pembukaan isi keseluruhan tugas akhir ini yang menguraikan tentang : latar belakang, tujuan masalah, pembatasan masalah, metode penulisan, dan sistematik penulisan.

BAB II

LANDASAN TEORI Pada bab ini penulis mencoba menerangkan sedikit kegunaan dari pada kincir angin MB 12-7 serta teori dasar energi angin, mudah mudahan nantinya dapat diaplikasikan secara baik dan tentunya dapat berguna bagi kita semua.

BAB III

POMPA PADA KINCIR ANGIN MB 12-7 Pada bab ini penulis mencoba menerangkan spesifikasi dan cara kerja pompa yang ada pada kincir angin MB 12-7.


Tugas Akhir

BAB IV


PERHITUNGAN KETERSEDIAAN DAN KELUARAN AIR PADA KINCIR ANGIN MB 12-7 Pada bab ini penulis mencoba menjelaskan tentang perhitungan keluaran dan ketersediaan air pada kincir angin MB 12-7.

BAB V

PENUTUP. Bab ini berisikan tentang kesimpulan dan saran tentang hasil tugas akhir.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


Tugas Akhir


BAB II LANDASAN TEORI

2.1. KEGUNAAN KINCIR ANGIN MB 12-7. Pada pembahasan ini akan dijelaskan kegunaan secara umum dari pada kincir angin MB 12-7. apabila dilihat dari rancanganya, sebenarnya banyak sekali yang bisa diaplikasikan dari kincir angin tersebut. Karena pada pembahasan ini kincir dihubungkan dengan sebuah pompa, maka yang pasti kincir hanya digunakan untuk sesuatu hal yang hanya berhubungan dengan air saja, seperti untuk : pengairan sawah (irigasi), kebutuhan air minum, cuci, dan mandi, serta masih banyak sekali kegunaan dari pada kincir angin tersebut. 2.1.1. Kincir Untuk Irigasi. Kita tahu Indonesia merupakan negara agraris, tapi kalau ditinjau dari segi pertanian masih banyak sekali didaerah pedesaan yang masih kurang dalam hal pengairan sawah itu sendiri, baik itu dikarenakan kurangnya sumber air pada daerah tersebut ataupun tidak adanya suatu irigasi yang dapat mengalirkan air ke sawah – sawah para petani tersebut. Oleh karena itu mudah –mudahan dengan adanya suatu perancangan kincir angin untuk irigasi nantinya dapat membantu para petani kita di daerah – daerah yang boleh dikatakan kekurangan air untuk mengairi sawah mereka.


Tugas Akhir


2.2. TEORI DASAR TENTANG ANGIN Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu – perahu layar menggunakan energi angin untuk melewati perairan sudah lama sekali. Pada saat itu pasukan Viking yang dikenal atau ditakuti sekian ratus tahun yang lalu mempergunakan kapal – kapal layar kecil untuk menelusuri pantai – pantai Eropa dari Skandinavia. Cristoher Colombus masih memakai kapal layar besar diabad ke – 15 untuk menemukan benua Amerika. Ditemukan kincir angin telah digunakan untuk menggiling tepung yaitu didaerah Persia pada abad ke – 7. sungguh pun bentuk kincir – kincir angin ini berlainan dengan kincir – kincir angin Eropa, kincir – kincir angin Persia ini merupakan asal – muasal kipas angin Eropa. Kincir angin dinegara Belanda yang dipakai untuk menggerakan pompa irigrasi dan untuk menggiling tepung hingga sampai saat ini masih tetap tersohor, walau pun pada saat ini hanya bisa berfungsi sebagai objek wisata. Akan tetapi, dalam rangka mencari bentuk – bentuk sumber energi yang bersih dan terbaru oleh zaman, dan kembali energi angin mendapat perhatian yang besar. Sebagaimana telah diketahui, pada asasnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Didaerah khatulistiwa yang panas, udaranya menjadi panas, mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin misalnya daerah kutub. Sebaliknya di daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun menjadi ke bawah. Dengan demikian terjadinya suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara kegaris khatulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya suatu perpindahan udara garis khatulistiwa kembali kekutub utara, melalui lapisan


Tugas Akhir


udara yang lebih tinggi. Perpindahan udara ini sering dikenal dengan nama angin pasat. Pada dasarnya mempunyai prinsip yang sama yaitu bahwa angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara dibeberapa tempat dipermukaan bumi.

2.3. ENERGI ANGIN Energi angin merupakan salah satu energi alternative yang sangat fleksibel. Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan air untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil panen, aerasi tambak ikan/udang, pendingin ikan pada perahu-perahu nelayan dan lain-lain. Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut. Selain dapat mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil, penggunaan energi angin diharapkan dapat meningkatkan efektifitas dan efisiensi sistem pertanian, yaitu akan meningkatkan produktifitas masyarakat pertanian. Di dalam pemanfaatan energi angin ini diperlukan identifikasi pada daerah daerah berpotensi tinggi agar pemanfaatan energi angin ini lebih kompetitif dibandingkan dengan energi alternatif lainnya. Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat.Secara umum, pemanfaatan tenaga angin di Indonesia memang kurang mendapat perhatian. Sampai tahun 2004, kapasitas terpasang dari pemanfaatan tenaga angin hanya mencapai 0.5 MW dari 9.29 GW potensi yang ada ( DESDM, 2005 ).


Tugas Akhir


Gambar 2.1 Laju pertumbuhan energi angin tahunan di dunia

Untuk mendukung program diversifikasi energi dan Kebijakan Energi Hijau Nasional ( Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi ), sudah semestinya kajian – kajian pengembangan sumber-sumber energi alternativekhususnya energi terbarukan - lebih ditingkatkan untuk berbagai kepentingan. Studi potensi pemanfaatan tenaga angin ini merupakan satu tahapan penting dalam pengembangan dan pemasyarakatan penggunaan energi terbarukan untuk berbagai kegiatan produktif masyarakat di daerah – daerah di wilayah Indonesia.

2.4. TURBIN ANGIN Setiap jenis turbin angin memiliki ukuran dan efisiensi yang berbeda. Pada umumnya turbin angin yang mempunyai jumlah sudu banyak ( soliditas tinggi ) akan mempunyai torsi yang besar. Turbin angin jenis ini banyak digunakan untuk


Tugas Akhir


keperluan mekanikal seperti pemompaan air, pengolahan hasil pertanian dan aerasi tambak. Sedangkan turbin angin dengan jumlah sudu sedikit, misalnya dua atau tiga, digunakan untuk keperluan pembangkitan listrik. Turbin angin jenis ini mempunyai torsi rendah tetapi putaran rotor yang tinggi. Gambar 2.4 memperlihatkan korelasi antara efisiensi ( , TSR = Tip Speed Ratio ) dengan torsi (CQ). Gambar ini menjelaskan bahwa rotor dengan jumlah sudu banyak akan mempunyai torsi yang besar tetapi efisiensi tidak terlalu tinggi atau sebaliknya.

Gambar 2.2 Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin (Tong, 1997). Berdasarkan arah sumbu, turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama yaitu : Turbin angin vertikal dan Turbin angin Horizontal. 2.4.1 Turbin Angin Vertikal. Turbin angin dengan sumbu vertikal bekerja dengan prinsip yang sama seperti halnya kelompok horizontal. Namun, sudunya berputar dalam bidang yang paralel dengan tanah, seperti pada mixer kocokan telur.


Tugas Akhir


2.4.2. Turbin Angin Horizontal Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang berputar dalam bidang vertikal seperti halnya propeler pesawat terbang. Gambar 2.4.2. memperlihatkan berbagai jenis turbin angin horizontal. Turbin angin biasanya mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus di mana aliran udara pada salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari aliran udara di sisi yang lain ketika angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu. Perbedaan tekanan ini membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar.

Gambar 2.3. Posisi arah angin efektif untuk kincir angin. Sumber. Ads by goggle ( silicon chip online dec,2004 )


Tugas Akhir


Gambar 2.4. Berbagai jenis turbin angin. ( www.energy.iastate.edu )


Tugas Akhir


2.5. SIFAT ANGIN DAN DILIHAT GEOGRAFISNYA. Pada dasarnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin dan mempunyai perbedaan tekanan udaranya, dimana angin pada siang hari berhembus dari laut kedarat ( angin darat ), sedangkan dimalam hari berhembus dari darat ke laut ( angin laut ).

(a) Angin laut

(b) Angin darat

Gambar 2.5. Menunjukan perbedaan angin laut dengan angin darat.

Kecepatan angin juga tergantung pada ketinggian dan kekerasan daerah. Semakin tinggi ke arah langit, maka kecepatan angin semakin besar dan semakin banyak hambatan kecepatan angin semakin rendah.

2.5.1. Karateristik Dari Angin Pemanafaatan energi angin sebagai sumber energi selain memerlukan pengembangan dan pengawasan teknologinya, juga memerlukan informasi


Tugas Akhir


tentang potensi dan karakteristik energi angin yang dapat dimanfaatkan. Data yang dipergunakan bersumber dari badan meteorologi dan geofisika. Untuk pemanfaatan energi angin sebagai energi pengganti, dilakukan beberapa analisa terhadap data angin, analisa yang dilakukan dalam bentuk : 1. Distribusi kecepatan dan arah mata angin rata – rata, serta kecepatan angin maksimal perbulan. 2. Distribusi peluang arah dan kecepatan angin. 3. Distribusi komulatif kecepatan angin. 4. Besar energi angin yang dapat dimanfaatkan. 5. Nilai rancangan kecepatan awal, kecepatan rated dan kecepatan furling. Untuk hasil yang akurat, analisa dilakukan berdasarkan data angin dalam kurun waktu 5 tahun.

2.5.2. Distribusi Kecepatan Dan Arah Angin Untuk memperoleh gambaran fluktuasi kecepatan dan arah angin yang langsung selama satu tahun, disusun diagram distribusi kecepatan angin rata – rata perbulan, kecepatan angin maksimal dan minimal perbulan, dan distribusi arah angin rata – rata perbulan. Dalam menyusun diagram – diagram tersebut digunakan rumus – rumus sebagai berikut :

Kecepatan angin rata – rata. V

vi N

Dimana : V : Kecepatan rata – rata ( m / s ) FTI Teknik Mesin Ang -7

(2–1)

Tugas Akhir


Vi : Kecepatan per pengamatan ( m / s ) N : Jumlah pengamatan perbulan

Arah angin rata – rata : A

Ai N

(2 – 2 )

Dimana : A : arah angin rata – rata Ai : arah angin per pengamatan N : jumlah pengamatan perbulan

Apabila semakin banyak pengamatan yang dilakukan, semakin baik ramalan pendekatan dengan rumus tersebut.

2.5.3. Distribusi Peluang Arah Kecepatan Angin Dalam hal ini arah mata angin dan arah kecepatan angin dinyatakkan sebagai distribusi kemungkinan kecepatan angin lebih besar dari sesuatu kecepatan tertentu, berikut arahnya. Distribusi yang diperoleh merupakan distribusi komulatif. Dalam hal ini harga frekuensi komulatif kecepatan angin ( dalam presentasi ) didefinisikan dengan rumus :

P (≥ Vi ) Aj = { T ( ≥ Vi ) : ∑T (≥ Vi ) Aj } x 100 %


(2–3)

Tugas Akhir


Dimana : T (≥ Vi ) Aj = jumlah jam komulatif angin yang besar dari Vi denagan arah Aj per tahun.

Data ini berguna untuk menentukan arah dan kecepatan angin utama untuk mempertimbangkan orientasi suatu kincir angin yang mempunyai kedudukan yang tetap.

2.5.4. Distribusi komulatif kecepatan angin. Yang dimaksud dengan distribusi kecepatan angin adalah frekuensi berlangsungnya kecepatan diatas suatu kecepatan angin tertentu. Rumusnya adalah sebagai berikut :

P (≥ Vi ) = { T ( ≥ Vi ) : ∑T (≥ Vi ) } x 100 %

(2–4)

Dimana : P (≥ Vi )

: frekuensi komulatif

T ( ≥ Vi ) : jumlah jam komulatif bertiupnya angin diatas suatu kecepatan tertentu ∑T (≥ Vi ) : jumlah jam total pengamatan

2.5.5. Besar Energi Yang Bisa Dimanfaatkan Sebagaimana telah diketahui menurut fisika klasik energi kinetik dari sebuah benda dengan massa m dan kecepatan V adalah E = ½ m.V2 dengan ketentuan,


Tugas Akhir


kecepatan v tidak mendekati kecepatan cahaya. Rumus ini berlaku juga untuk angin yang merupakan udara yang bergerak.

1 E  .m.V 2 2

(2–5)

Dimana : E : energi ( joule ) M : massa udara ( kg / m2 ) V : kecepatan angin ( m / s ) Bilamana suatu blok udara yang mempunyai penampang A ( m2 ), dan bergerak dengan kecepatan V ( m / s ), maka jumlah massa, yang melewati suatu tempat adalah : m = A . V .q ( kg / s )

(2–6)

Dimana : A = luas penampang ( m2 ) V = kecepatan ( m / s ) P = kepadatan udara ( kg / m3 ) Dengan demikian maka energi yang dapat dihasilkan per satuan waktu adalah : P= ½ p A.V Dimana : P = daya ( w ) p = kepadatan udara ( 1,225 kg/m3 ) pada suhu 200 V = kecepatan angin rata – rata per bulan ( m/s ) A = luas penampang (m2 )


(2–7)

Tugas Akhir


2.5.6. Nilai Rancangan Kecepatan Awal, Kecepatan Rated Dan Kecepatan Furling. Definisi dari ketiga kecepatan tersebut diatas adalah : 1. Kecepatan awal ( cut - in ) : yaitu kecepatan angin dimana kincir angin itu mulai menghasilkan daya listrik atau pemompaan. 2. Kecepatan rencana ( rated ) : yaitu kecepatan angin dimana kincir penggerak generator / pompa mencapai keluaran dengan efiensi tertinggi. 3. Kecepatan furling : yaitu kecepatan angin

dimana kincir angin tidak

beroprasi guna menghindari kerusakan/ kecepatan angin batas operasi. 4. Untuk kondisi temperatur dan cuaca rata-rata disuatu tempat, kecepatan awal diinginkan lebih besar dari V= 0,7 V rata-rata.pemilihan kecepatan rated, kecepatan furling V = 3 V rata-rata atau lebih. Berdasarkan literature 12, ditentukan bahwa ketiga disain kecepatan angin tersebut.

Dimana : 

V cut - in = 0,7 V



V rated = 1,5 – 2,0 V



V furling = 3 V

2.5.7. Data Dan Analisa Kecepatan Angin Data kecepatan angin yang diperoleh penulis berdasarkan data yang valid yang berasal dari stasiun pemantau cuaca BMG yang berada didaerah jakarta dimana data tersebut adalah kecepatan angin dalam kurun waktu 5 tahun.


Tugas Akhir


Sebagai bahan studi awal dari perancangan kincir angin yang akan dibuat maka penulis mengambil nilai rata-rata dari kecepatan angin yang berada di wilayah Cengkareng perbulan. Tabel 2.1. kecepatan angin tiap bulan di BMG cileduk tahun 2008 Bulan

V rata - rata ( Knot )

Januari

2,58

Februari

2,03

Maret

1,77

April

1,91

May

2,0

Juni

1,58

Juli

1,79

Agustus

2,03

September

2,14

Oktober

2,2

November

2.21

Desember

1,78

Dari data angin diatas dapat diperoleh hasil analisa sebagai berikut : Kecepatan angin rata – rata

= 2,0 m/s

Kecepatan terendah (Juni)

= 1,58 m/s


Tugas Akhir


BAB III POMPA PADA KINCIR ANGIN MB 12-7

3.1. PENGERTIAN POMPA Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan zat cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang dapat mengalirkan material fluida dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan fluida sehingga dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dipindahkan adalah fluida incompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan. Dalam kondisi tertentu pompa dapat digunakan untuk memindahkan zat padat yang berbentuk bubukan atau tepung. Prinsip kerja pompa adalah menghisap dan melakukan penekanan terhadap fluida. Pada sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa dengan permukaan fluida yang dihisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa, fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang tekan. Proses

kerja

ini

akan

berlangsung

terus

selama

pompa

beroperasi.

Untuk melakukan kerja hisap dan menekan pompa membutuhkan energi yang berasal dari pengerak pompa. Energi mekanis dari pengerak pompa oleh elemen pompa akan diubah menjadi energi tekan pada fluida sehingga fluida akan memiliki daya alir. Energi dari penggerak pompa selain untuk memberi daya alir pada fluida juga digunakan untuk melawan perbedaan energi potensial, mengatasi


Tugas Akhir


hambatan dalam saluran yang diubah menjadi panas. Energi yang digunakan untuk mengatasi hambatan dan yang diubah menjadi panas merupakan kerugian energi bagi pompa. Dari keterangan diatas maka dapat disimpulkan fungsi pompa adalah untuk mengubah energi mekanis dari pengerak pompa menjadi energi tekan dalam fluida sehingga akan menjadi aliran fluida atau perpindahan fluida melalui saluran tertutup.

3.2. TEORI TENTANG POMPA. Dalam memilih suatu pompa untuk tujuan tertentu, terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair yang akan dipompa. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yang terpasang pada instalasinya. Atas dasar tekanan isap ini maka putaran pompa dapat ditentukan. Berikut adalah beberapa aspek yang harus diperhatikan dalam pemilihan pompa. Tabel 3 -1. Data yang Diperlukan untuk Pemilihan Pompa

No

Data

yang Keterangan

diperlukan

1

Kapasitas

Diperlukan kapasitas minimum dan maximum

2

Kondisi isap

Tinggi isap dari permukaan isap fluida ke level pompa

Tinggi fluktuasi permukaan fluida isap


Tugas Akhir


Tekanan yang bekerja pada permukaan fluida isap

Kondisi pipa isap

3

Kondisi keluar

Tinggi permukaan fluida keluar ke level pompa

Tinggi fluktuasi permukaan fluida keluar

Besarnya tekanan pada permukaan fluida keluar

Kondisi pipa keluar

4

Head total pompa

Ditentukan berdasarkan kondisi item 1 s/d 3

5

Jenis zat cair

Air tawar, air laut, minyak, Zat cair khusus (zat kimia), temperature, berat jenis, viskositas, kandungan zat padat, dll.

6

Jumlah pompa

Jumlah pompa yang terpasang dalam suatu proses

7

Kondisi kerja

Kerja terus menerus, terputus-putus, jumlah jam kerja dalam setahun

8

Penggerak

Motor listrik, motor bakar torak, turbin uap, dan kincir angin (baling-baling)

9

Poros tegak atau Biasanya mendatar


ditentukan

oleh

pabrik

bersangkutan berdasarkan instalasinya

pompa yang

Tugas Akhir

10


Tempat Instalasi

Pembatasan-pembatasan pada ruang instalasi

Ketinggian dari permukaan laut

Di luar atau di dalam gedung

Fluktuasi temperature

11

Lain-lain

Hal-hal khusus pada kondisi khusus

3.2.1 Tekanan pada pompa Dalam pengukuran tekanan dibedakan menjadi dua yaitu : a. Tekanan absolute (Pa) b. Tekanan relative / gauge (Pg)

Hubungan antara tekanan absolute dan tekanan relatif / gauge dapat dilihat dari persamaan berikut :

Pa = pg + atm

( 3-1 )

Alat ukur tekanan yang terpasang pada saluran hisap biasanya menunjukkkan tekanan di bawah atmosfir atau vacuum. Selain kedua istilah tersebut terdapat pula istilah tekanan statis, tekanan dinamik, dan tekanan total.

3.2.2 Kapasitas Pompa Kapasitas Pompa adalah jumlah aliran tiap satuan waktu. Dalam teori pompa, kapasitas ini dibedakan dalam :


Tugas Akhir

a. Kapasitas teoritis


(Qth) adalah kapasitas ideal dari suatu pompa. Kapasitas

jenis ini tidak memperhitungkan adanya kerugian-kerugian dalam pompa. b. Kapasitas actual (Qa / Qr) adalah jumlah cairan yang mengalir keluar pompa tiap satuan waktu. Kapasitas aktual merupakan kapasitas teoritis dikurangi kerugian-kerugian. c. Kapasitas optimim adalah kapasitas yang didapat pada saat pompa bekerja pada efisiensi total yang maksimum. Kapasitas pompa jenis displacement sebanding dengan perubahan volume ruang pompa. Sehingga kapasitas pompa displacement sangat ditentukan oleh ukuran ruang pompa dan jumlah langkah atau putaran per satuan waktu. Untuk pompa reciprocating kapasitas yang dapat dicapai bergantung pada kecepatan aliran fluida, yang mana ini dipengaruhi oleh bentuk impeler, putaran, bentuk rumah pompa dan bentuk saluaran yang digunakan.

3.2.3. Head pompa Head di dalam perpompaan dapat didefinisikan secara sederhana sebagai energi per satuan berat fluida. Head pompa biasanya dinyatakan dalam satuan meter. Sedangkan untuk volume satuan yang sering digunakan adalah liter per menit, meter kubik per jam atau dalam berat fluida yang dapat dipindahkan per satuan

waktu

seperti

kg/menit.

Head yang dapat dibangkitkan oleh suatu pompa dipengaruhi oleh jenis pompa, bentuk impeler, putaran,dan berat jenis fluida yang dipompa, semakin besar berat jenisnya maka head yang dapat dibangkitkan akan semakin kecil. Disamping itu head pompa juga dipengaruhi oleh tekanan atmosfer dimana pompa dioperasikan. Semakin dekat dengan permukaan laut maka tekanan atmosfer semakin tinggi


Tugas Akhir


sehingga tekanan antara permukaan fluida yang dipompa dan ruang pompa akan semakin besar yang berarti head pompa akan semakin besar. Head pompa selain digunakan untuk memindahkan fluida ke arah vertikal juga digunakan untuk melawan hambatan yang terjadi, maka kemampuan pompa untuk mengangkat fluida akan semakin rendah.Head dari sistem instalasi pompa dapat dibedakan menjadi Heat Statis (tidak dipengaruhi debit, hanya beda tekanan dan ketinggian) dan Head Dinamis (dipengaruhi oleh debit, terdiri dari losses karena gesekan, fitting dan juga pada saat masuk serta keluar saluran) Terdapat tiga bagian dari Head, yaitu : a. Head total pada pompa Head yang harus disediakan oleh pompa untuk memindahkan fluida dari suatu titik ke titik yang lain tergantung pada perbedaan tekanan fluida pada masingmasing titik, perbedaan ketinggian, kecepatan aliran dan instalasi perpipaan. Head total dapat dinyatakan dengan persamaan :

2

htot  hstat  h p  hl 

Vd  V s 2g

2

htot

: head total yang harus disediakan pompa (m)

hstat

: head statis total (m)

h p

: perbedaan tekanan pada kedua permukaan cairan (m)

hl

: rugi-rugi pada instalasi (m)

V2

2g

: head kecepatan (m)


( 3- 2 )

Tugas Akhir


( Ref. Ir. Sularso 1991, Pompa dan Kompresor )

Head statis terdiri dari: Head hisapan statis (hs): dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat pompa. hs nilainya positif jika ketinggian cairan diatas garis pusat pompa, dan negative jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa Head statis pada sisi keluar (hd): jarak vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.

Head statis total dihitung berdasarkan perbedaan tinggi permukaan cairan pada reservoir keluar dan reservoir masuk. Head statis total dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

hstat  hs  hd

(3–3)

h p : head beda tekanan (m) Pd , Ps : tekanan pada permukaan cairan ( N



: berat jenis fluida ( N

m3

m2

)

)

Untuk menghitung head beda tekanan antara permukaan cairan pada reservoir keluar dan reservoir masuk, tekanan harus diubah terlebih dahulu ke dalam head tekanan dengan menggunakan persamaan :


Tugas Akhir

h


P 

h : head tekanan (m) P : Tekanan ( N



m2

)

: berat jenis fluida ( N

m3

)

Dengan demikian head beda tekanan dapat dihitung sebagai berikut : Gambar 3.1. Head static versus aliran Sumber : pompa dan kompresor, Ir. Sularso2004. h p 

Pd  Ps 

( 3.4 )

b. Kerugian pada head Head rugi yang terjadi pada instalasi disebabkan oleh gesekan di dalam pipa , kerugian pada belokan, kerugian pada katup maupun kerugian karena pembesaran atau penyempitan pipa secara tiba-tiba. Besarnya kerugian instalasi tergantung pada kecepatan aliran, geometri saluran dan kondisi permukaan saluran yang digunakan. Pengaruh kecepatan terhadap rugi-rugi pada instalasi dinyatakan dalam bilangan Reynold yang didefinisikan sebagai berikut :

Re 

vD vD   

(3–5)

Re : bilangan Reynold (tak berdimensi)



: kecepatan aliran cairan (m ) s



: rapat massa cairan (


kg ) m3

Tugas Akhir




: kekentalan mutlak cairan (absolute viscosity, kg.s / m2 )



: kekentalan kinematis cairan (kinematic viscosity, m2 / s)

c. Head yang Tersedia pada pompa Untuk mencegah terjadinya kavitasi maka diusahakan agar tidak satu bagianpun aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan di bawah tekanan uap jenuhnya. Sehubungan dengan hal tersebut maka didefinisikan suatu besaran yang berguna untuk memperkirakan keamanan pompa terhadap terjadinya kavitasi, yaitu tekanan hisap positif netto ( Net Positif Suction Head – NPSH ). Ada dua NPSH yang harus dipertimbangkan, yaitu NPSH yang dibutuhkan dan NPSH yang tersedia. NSPH yang tersedia adalah head yang dimiliki fluida pada sisi masuk dikurangi dengan head tekanan uap jenuh dan rugi-rugi. NPSH yang tersedia dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

hsv 

P Pa  hs   hls  

hsv

: NPSH yang tersedia (m)

Pa

: tekanan atmosfir (kgf / m2)

Pv

: tekanan uap jenuh cairan (kgf / m2)



: berat jenis cairan (kgf / m3)

hs

: head hisap statis (m), positif jika di atas pompa


(3–6)

Tugas Akhir


Data NPSH yang dibutuhkan ini biasanya dapat diperoleh dari pabrik yang memproduksi pompa tersebut, tetapi dalam perancangan, NPSH yang diperlukan biasanya diperkirakan dengan menggunakan persamaan berikut :

hsvN  h N

hsvN

: NPSH yang dibutuhkan (m)



: koefisien kavitasi Thoma (bilangan Thoma)

hN

: head total pompa pada efisiensi maksimum (m)

(3–7)

3.2.4. Kerugian Dalam aliran kerugian dibedakan menjadi dua : a. Kerugian major (major losses) b. Kerugian minor (minor losses) Kerugian major adalah kerugian karena gesekan aliran dengan pipa, besarnya kerugian ini dapat diprediksi dengan menggunakan persamaan :

Hf 

LV 2 f 2 gD

Hf

: Head karena kerugian gesekan / friction (m)

f

: koefisien gesekan (bilangan Reynold, Re)

L

: panjang saluran (m)

D

: diameter dalam saluran (m)

V

: kecepatan rata-rata aliran (m / s)


(3–8)

Tugas Akhir


: percepatan grafitasi (m / s2)

G

Sedangkan kerugian minor adalah kerugian aliran pada saat melewati fitting dan hambatan aliran. Kerugian ini besarnya :

H

K

KV 2 2g

(3–9)

: Koefisien kerugian yang besarnya tergantung dari jenis fitting atau jenis

hambatannya.

3.2.5 Net Positif Suction Head (NPSH) Net Positive Suction Head (NPSH) adalah tinggi hisap positif (m) yang diperoleh pada saat pompa bekerja. Besarnya NPSH pada instalasi pompa dapat dicari dengan menggunakan persamaan :

NPSH  ( pa /  )  ( pv /  )   hls  z

( 3 – 10 )

pa

: tekanan di atas permukaan cairan, N / m2 (Pa)

pv

: tekanan uap jenuh suhu cairan pada saat dipompa, N / m2 (Pa)



: berat jenis fluida yang dipompa

h

ls

: jumlah kerugian yang terjadi pada pipa isap.


Tugas Akhir


Tinggi isap statis (head statis isap), berharga negative bila permukaan fluida yang dihisap di bawah pompa dan berharga positif bila permukaan fluida yang dihisap di atas pompa. Kavitasi atau penguapan adalah pembentukan gelembung dibagian dalam pompa. Hal ini dapat terjadi manakala tekanan statik fluida setempat menjadi lebih rendah dari tekanan uap cairan (pada suhu sebenarnya). Kemungkinan penyebabnya adalah jika fluida semakin cepat dalam kran pengendali atau disekitar impeler pompa. Penguapan itu sendiri tidak menyebabkan kerusakan. Walau demikian, bila kecepatan berkurang dan tekanan bertambah, uap akan menguap dan jatuh. Hal ini memiliki tiga pengaruh yang tidak dikehendaki: Erosi permukaan baling-baling, terutama jika memompa cairan berbasis air. Meningkatnya kebisingan dan getaran, mengurangi umur seal dan bearing Menyumbat sebagian lintasan impeler, yang menurunkan kinerja pompa dan dalam kasus yang ekstrim dapat menyebabkan kehilangan head total. Net Positive Suction Head Available (NPSHA) menandakan jumlah hisapan pompa yang melebihi tekanan uap cairan, dan merupakan karakteristik rancangan sistim. NPSH yang diperlukan (NPSHR) adalah hisapan pompa yang diperlukan untuk menghindari kavitasi, dan merupakan karakteristik rancangan pompa.

3.2.6 Daya Poros (Psh) Bila pompa dihubungkan langsung dengan mesin penggerak, misalnya motor listrik maka daya poros ini kira-kira sama dengan daya motor listriknya (P ML)

Psh  PML


( 3 – 11)

Tugas Akhir


Tetapi bila di antara pompa dan motor penggeraknya masih system transmisi maka :

Psh   t PML

t

( 3 - 12 )

: efisiensi transmisi

3.2.7. Efisiensi Pada pompa kita mengenal beberapa macam efisiensi : a. Efisiensi Volumetris ( v ) Efisiensi ini disebabkan karena adanya kebocoran di dalam pompa, artinya fluida yang sudah mengalami pemompaan, kembali lagi ke sisi hisap dengan melewati sela antara bagian yang bergerak dengan bagian yang diam, yang mana fluida ini

kemudian mengalami pemompaan lagi. Efisiensi volumetris

didefinisikan sebagai :

v 

Qa Qa  Qth Qa  Ql

Qa

: kapasitas aktual dalam pompa

Ql

: jumlah kebocoran dalam pompa

b. Efisiensi Hidrolis ( H )


( 3 - 13 )

Tugas Akhir


Efisiensi ini disebabkan karena adanya kerugian-kerugian aliran dalam pompa, misalnya karena adanya turbolensi atau gesekan. Efisiensi hidrolis didefinisikan sebagai :

H 

Ha H th

Ha

: head aktual / efektif

H th

: head teoritis

( 3 - 14 )

c. Efisiensi Mekanis ( m ) Efisiensi ini timbul karena adanya kerugian gesekan mekanis pompa (gesekan pada bantalan, kotak paking, dan lain-lain)

d. Efisiensi Total (overall efficiency,m )

m   v . H . m

( 3 - 15 )

3.2.8 Kesulitan-Kesulitan dalam Pengkajian Efisiensi Pompa Dalam praktek, mengkaji kinerja pompa mengalami kesulitan hal ini terjadi karena beberapa alasan berikut : a. Tidak adanya data pompa yang spesifik: Data spesifikasi pompa diperlukan untuk mengkaji kinerja pompa. Hampir kebanyakan perusahaan tidak memegang dokumen asli peralatan

yang

memberikan data-data tersebut. Dalam kasus seperti ini, persentase beban


Tugas Akhir


pompa untuk aliran pompa atau head tidak dapat diperkirakan secara memuaskan. b. Kesulitan dalam pengukuran aliran Sulit untuk mengukur aliran yang sebenarnya. Bebarapa metoda digunakan untuk mengukur aliran. Pada hampir kebanyakan kasus, debit aliran dihitung berdasarkan pada jenis fluida, head dan ukuran pipa, dll., namun gambaran yang dihitung mungkin tidak akan tepat. Metoda lainnya, membagi volume tangki dengan waktu yang digunakan oleh pompa untuk mengisi tangki. Tetapi, metoda ini hanya dapat diterapkan jika satu pompa berada dalam operasi dan jika kran pembuangan tangki tertutup. Cara yang paling canggih, tepat dan memakan waktu sangat sedikit untuk mengukur aliran pompa adalah dengan pengukuran yang menggunakan pengukur aliran ultrasonik. c. Kalibrasi yang tidak benar terhadap pengukur tekanan dan instrumen pengukuran Kalibrasi yang benar pada seluruh pengukur tekanan pada jalur penghisapan dan pembuangan dan instrumen pengukur daya lainnya adalah penting untuk mendapatkan pengukuran yang tepat. Namun, kalibrasi tidak harus selalu dilakukan. Kadangkala digunakan faktor koreksi jika alat pengukur dan instrumen tidak dikalibrasi dengan benar. Keduanya akan mengakibatkan tidak benarnya pengkajian kinerja pompa


Tugas Akhir


Gambar 3.2. Kurva head-kapasitas dari pompa ( Ref.Sularso, Pompa dan Kompresor, 2004 )

3.3.Klasifikasipompa. Pompa diklasifikasi menjadi dua jenis menurut prinsip kerjanya, yaitu pompa dinamik dan pompa displacement. Masing-masing jenis diatas masih dibagi lagi menjadi beberapa jenis menurut jumlah tingkat, bentuk element pompa, jumlah kerja dan arah aliran fluida.Bagian ini menjelaskan berbagai jenis pompa. Pompa hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun, pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan.


Tugas Akhir


3.4. POMPA AIR TENAGA ANGIN Sumber energi terbarukan yang paling umum digunakan untuk pemompaan adalah angin. Energi angin dapat dimanfaatkan secara mekanik atau elektrik untuk sistem pemompaan. 3.4.1 Pompa Air Tenaga Angin Mekanik ( Mechanical Wind Pumps ) Pompa angin mekanik biasanya menggunakan kincir angin tradisional yang dapat berputar pada kecepatan angin yang relatif rendah. Kincir angin seperti ini sering disebut old american windmill atau american type windmill.

Gambar 3.3. Diagram skematik pompa air tenaga angin mekanik. ( Ref. N.Argaw. Pumping aplikasi,2001 )

Pompa air tenaga angin jenis ini mulai digunakan di Amerika pada akhir abad ke 19 untuk kebutuhan air rumah tangga dan pembuatan rel kereta api.


Tugas Akhir


Selama kurang lebih 100 tahun terakhir ini, sudah lebih dari 8 juta kincir angin seperti ini dibuat di Amerika. Desainnya sudah terbukti berhasil sehingga banyak ditiru di seluruh dunia. Kincir angin jenis ini menggerakkan pompa piston yang dihubungkan dengan gear. Kincir angin tradisional biasanya mempunyai sudu sederhana yang terbuat dari plat melengkung berjumlah banyak, sekitar 15-18. Yang lebih modern sekarang menggunakan sudu berbentuk airfoil dan jumlahnya tidak begitu banyak, sekitar 6-8. Salah satu masalah pada penerapan pompa angin mekanik ini adalah lokasi instalasi. Kincir angin harus dipasang langsung di atas borehole atau sumber air. Sedangkan lokasi sumber air yang baik belum tentu merupakan lokasi sumber daya angin yang baik pula. Secara umum, pompa angin mekanik baik untuk kecepatan angin rendah karena soliditas rotor yang tinggi, yang membatasi kecepatan pompa piston sampai 40-50 stroke per menit. Effisiensi konversi pompa air tenaga angin mekanik biasanya berkisar antara 727% (Argaw, 2003).

3.4.2. Pompa Air Tenaga Angin Elektrik ( Electrical Wind Pumps ) Pemompaan air dengan turbin angin secara elektrikal menawarkan teknologi yang lebih menjanjikan. Turbin angin dapat mengahasilkan listrik baik AC maupun DC, dan pompa dapat langsung dihubungkan dengan langsung dengan motor AC atau DC. Pompa sentrifugal dapat digunakan karena turbin angin listrik dirancang untuk rotor dengan soliditas rendah. Dengan cara ini beberapa keuntungan yang dapat diambil adalah sebagai berikut: a. Tidak memerlukan batere atau inverter, karena pompa dapat langsung dihubungkan dengan motor.


Tugas Akhir


b. Lebih mudah untuk menyelaraskan turbin angin dengan pompa air dengan mengatur beban secara elektrikal bukan mekanikal. c. Memberikan kemudahan dalam penentuan tempat instalasi, karena turbin angin dapat dipasang di mana saja yang anginnya kuat, sementara pompa sendiri dapat dipasang di mana sumber air berada. Kemudahan ini tidak akan didapatkan apabila kita menggunakan pompa angin mekanik, karena terkadang sumber daya air dan angin tidak berada ditempat yang sama. Berbeda dengan kincir angin tradisional, turbin angin elektrikal menuntut kecepatan angin yang lebih tinggi. Misalnya, untuk mulai memompa, turbin angin kecil skala 1.5 kW akan memerlukan kecepatan angin rata-rata 4-5 m/s sedangkan pompa angin mekanik hanya memerlukan 2.5-3.5 m/s. Turbin angin seperti ini mempunyai kinerja yang lebih effisien pada kecepatan tinggi daripada kecepatan rendah. Turbin angin seperti ini dua kali lebih effisien daripada kincir angin tradisional, lebih kompetitif dari diesel, system photovoltaic, dan kincir angin tradisional itu sendiri. Karena bagian yang bergerak/berputar lebih sedikit dibandingkan dengan kincir angin tradisional, turbin angina seperti ini juga menjanjikan biaya pemeliharaan yang lebih murah.


Tugas Akhir


Gambar 3.4. Diagram skematik pompa air tenaga angin elektrikal. ( Ref. N.Argaw. Pumping aplikasi,2001 )


Tugas Akhir


BAB IV PERHITUNGAN KETERSEDIAAN DAN KELUARAN AIR PADA KINCIR ANGIN MB 12-7

4.1. PROSES PERHITUNGAN KETERSEDIAAN DAN KELUARAN. Sejak diproses dari penjabaran diatas tentang distribusi angin serta dari data – data diatas dapat dikombinasikan untuk kita mengkalkulasi suatu kincir angin didalam ketersediaan serta keluaran air yang didapat. Dengan gambaran suatu keluaran yang tinggi harus mencakup suatu ketersediaan, dengan alasan yang rendah bahwa keluaran yang tinggi harus dicapai dengan perancangan sebuah kincir angin terutama untuk kecepatan. Karena apabila suatu rancangan tidak maksimal maka apabila terjadi kecepatan angin yang rendah kemungkinan kincir tidak dapat berputar secara maksimal juga, oleh karena itu disini kita harus bisa mempertemukan antara angin dengan ketersediaan dan keluaran air yang ada pada sumur pompa yang ada pada kincir angin. Pada bab ini penulis juga akan mengulas kembali teori – teori dasar pompa untuk mempertemukan kembali antara ketersediaan dngan keluaran air yang nantinya akan dihasilkan dari kincir angin diatas. 4.1.1. Metoda Garis Besar Dilihat dari beberapa aturan serta pengalaman diatas yang sederhana disini akan dibahas beberapa metode : a. Metode grafis b. Metode perhitungan menggunakan distribusi frekuensi percepatan c. Estimation atau penilaian metoda


Tugas Akhir


a. Metode Grafis Pada dasarnya metode ini terdiri dari penjelmaan terhadap kurva jangka waktu percepatan dari rejim angin kedalam suatu kurva jangka waktu. Pada gambar 4.1 dilakukan dengan menandakan Vin,

Vr,

dan Vout pada

derajat didalam r ( jari – jari ) kurva jangka waktu percepatan. Pertemuan yang bersesuaian dengan pecahan waktu dan memindahkan kurva jangka waktu atau kecepatan yang diterobos dari kincir angin. Ketersediaan yang ditunjukan secara langsung keluaran energi diberi oleh daerah jangka waktu. Metode ini memberikan suatu pengertian yang mendalam karena mempunyai kelebihan dalam mengubah kecepatan yang dinilai dengan suatu poros horisontal. Dalam hal ini yang utama adalah bahwa keluaran energi itu sendiri harus bisa ditemukan oleh suatu pengintegrasian dari kekuatan kurva jangka waktu.

Gambar 4.1. metode grafik keluaran energi dari kincir angin Sumber : wind energy with emphasis on water pumping windmills by.E.H. Lysen


Tugas Akhir


b. Metode Perhitungan Menggunakan Distribusi Frekuensi Percepatan. metode ini terdiri dari pengalihan banyaknya jam pada setiap angin mempercepat interval dengan bersesuaian dengan keluaran penjumlahan, dari semua ini akan memberikan suatu keluaran energi.

Gambar 4.2. grafik perhitungan dari keluaran energi dari suatu kincir angin dengan penggunaan distribusi frekuensi percepatan dari rejim angin Sumber : wind energy with emphasis on water pumping windmills by.E.H. Lysen, may 1983

Pada metode perhitungan dari keluaran energi dari suatu kincir angin dengan penggunaan distribusi frekuensi percepatan dari rejim angin kita akan menggmbarkan metode ini dengan contoh yang berikut, kita berasumsi bahwa dalam suatu 3 meter air yang memompa kincir angin dengan suatu karakteristik keluaran yang linear diinstal dengan suatu rata – rata kecepatan angin dari 5 – 6 m/s. Kita memilih suatu kecepatan angin sepadan dengan rata – rata kecepatan angin : Vd = 2-5 m/s dan ( Cpn )max = 0.2, kecepatan karakteristik yang lain adalah Vin = 3.7 m/s ( Vd/1.5 ) Vr = 8m/s dan Vout = 12 m/s, keluaran air dikalkulasikan untuk total kepala dari 10 m. Ditunjukkan dari grafik dibawah.


Tugas Akhir


Tabel 4.1. Tabel perhitungan dari keluaran energi dari suatu kincir angin dengan penggunaan distribusi frekuensi percepatan dari rejim angin

windspeed

frequency

interval (m/s) 0-1 1–2 2–3 3–4 4–5 5–6 6–7 7–8 8–9 9 – 10 10 - 11 11– 12 12– 13 13– 14 14– 15 15– 16

distribution 285 733 945 1088 1193 1127 891 722 556 377 297 205 113 106 43

nett power of the windmill(W) 0 0 0 7 63 141 219 298 337 337 337 337 0 0 0 TOTAL

nett energy of the windmill (kWh) 0 0 0 7.6 74.8 159.0 195.5 215.0 187.4 127.0 100.0 69.1 0 0 0 1135.4 kWh

water output at H =10 m (m3) 0 0 0 279 2745 5835 7175 7890 6878 4661 3670 2536 0 0 0 41.66 9 m3

Sumber : wind energy with emphasis on water pumping windmills by.E.H. Lysen may 1983

Banyaknya jam bahwa kincir angin beroperasi ditemukan oleh penambahan dari jam yang bersesuaian dengan interval, oleh karena itu diusahan rancangan kincir angin dapat beroperasi dengan kecepatan yang rendah.

c. Estimation Atau Penilaian Metoda Metoda

penilaian

pada

dasarnya

serupa

denganmetode

perhitungan

penggunaan frekuensi, tetapi menggunakan mathematical perkiraan untuk kurva frekuensi percepatan dan untuk kurva keluaran dari kincir angin itu. dan di sini


Tugas Akhir


kita akan hanya menggunakan hasil dari metoda itu. Dalam rangka tiba di nilainilai yang yang bersifat universal yang bisa diterapkan, adalah semua kecepatan angin dibuat tanpa dimensi dengan pembagian rata-rata kecepatan angin. X 

V V

(4–1)

Juga keluaran energi diberi brown format tanpa dimensi dengan memperkenalkan: e

System 

E c p n max 12 A V 3 T

(4–2)

Sumber : wind energy with emphasis on water pumping windmills by.E.H. Lysen, may 1983

Sebab kecepatan disain dari kincir angin adalah suatu parameter kunci mempertemukan proses, keluaran energi yang tanpa dimensi direncanakan berlawanan Xd = (Vd / V )pada gambar 4.2, untuk nilai-nilai yang berbeda dari Xr diumpamakan Xout =

∞. Didalam gambar 4.2 ini adalah dilaksanakan untuk

percepatan yang ditentukan daerah pantai distribusi frekuensi yang dapat digunakan untuk seperti daerah pesisir. Sekarang kita dapat bandingkan penilaian ini dengan metoda yang kedua. Dengan karakteristik kincir angin yang diberi yang kita lihat bahwa Xd=1 dan Xr=1,43.

Menerapkan nilai-nilai ini ke gambar 4.2 hasil didalam esystem= 0.99.

sehingga sistem Keluaran yang tahunan sekarang ditemukan dengan gambar 4.2. E = 0,99* 0,2* 0,6* π1,52* 5,63* 8760 E = 1292 kwh / year


Tugas Akhir


4.2 PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN POMPA 4.2.1 Rumah Pompa Dari data-data empiris lapangan banyak sekali material bahan yang dapat menjadi pilihan sebagai rumah pompa (liner). Dalam hal ini perancang harus mempertimbangkan beberapa hal yang bersangkutan dengan pemilihan bahan pompa dan ketersediaan bahan dipasaran. Dengan ini dapat dilihat data spesifik pompa yang akan dibuat. Data spesifik rumah pompa yang digunakan adalah : Bahan liner pompa

: pipa besi Ø 6” = 152,4 mm

Tebal

: 3 mm

Tinggi liner

: 460 mm

Besarnya massa liner pompa dapat ditentukan dengan menggunakan harga massa jenis bahan pipa besi yaitu ρ = 7850 kg/m3 dan harga volume liner piston tersebut adalah m1 = ρ . v v dapat dihitung dengan persamaan: v1= panjang penampang rumah pompa x tinggi x tebal = π .152,4 mm x 460 mm x 3 mm = 660.702,6 mm3 = 0 ,660.702,6 . 10-3 m3 Maka harga m1 = 7850 kg/m3 x (0,6502974 x 10 -3 m3) = 5,18 kg


(4–3)

Tugas Akhir


4.2.2 Pipa Bagian Penyalur Tekan Dan Bagian Penghisap Data spesifik pipa tekan dan hisap sama, data yang digunakan adalah sebagai berikut: Bahan

= Pipa Besi

Diameter

= 10 cm = 100 mm

Tebal bahan

= 2 mm

Tinggi

= 500 mm

Besarnya massa pipa penyalur tekan dan pipa penyalur hisap dapat dihitung dengan harga massa jenis bahan pipa besi ρ = 7850 kg/m3. Besarnya massa kedua pipa itu masing-masing. m2 = ρ . v v dapat dihitung dengan persamaan: v1= luas penampang pipa x tinggi x tebal = π .100 mm x 500 mm x 2mm = 314,159,26 mm = 3,1415926 x 10-4 m3 x 7850 kg/m3 = 2,46 kg

Karena panjang kedua pipa sama maka total m2 = 2 x 2,46 = 4,92 kg

4.2.3 Pelat Penghubung Linier Pompa dan Pipa Penyalur Data spesifik pelat penghubung liner pompa dan pipa penyalur data yang digunakan adalah sebagai berikut: Bahan

= Pelat Besi

Tebal bahan

= 3 mm


Tugas Akhir


volume pelat besi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut. m3 = ρ . v v didapat dengan perhitungan sebagai berikut: v = v lingkaran1 – v lingkaran2 = π . 76,2 2 x 3 – π . 50,8 2 x 3 = 54.724,4 mm3 – 24.321,95 mm3 = 30.402,45 mm3 = 3,0402 x 10-5 m3 Nilai harga m3 adalah sebagai berikut m3 = (3,0402 x 10 -5 m3 ) x 7850 kg/m3 = 0,23 kg Karena volume penampang atas dan bawah adalah sama maka massanya menjadi m3= 2 x 0,23 kg = 0,46 kg 4.2.4 Piston dan Batang Pompa Batang pompa dan piston merupakan komponen penggerak utama pompa dalam melakukan kinerja nya didalam liner pompa. Besar kecilnya clearance antara rumah pompa dan piston sangat kinerja dari pompa itu sendiri. Di sini perancang sekaligus penulis membuat clearance antara rumah pompa dan piston sebesar 1 mm. Data lengkap spesifikasi rumah piston dan batang pompa adalah sebagai berikut: Batang pompa : Panjang Diameter Piston kayu

: Panjang diameter


: 1200 mm : 20 mm, maka r = 10 mm : 75 mm : 151,4 mm

Tugas Akhir


dari data diatas dapat kita hitung harga massa keduanya. volume batang pompa yang terbuat dari besi Carbon VCN tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut. M4 = ρ . v v didapat dengan perhitungan sebagai berikut: v = luas alas x panjang. = π . 102 x 1200 mm = 376.991,11 mm3 Maka Nilai harga m4 adalah sebagai berikut m4 = (3,76991 x 10-4 m3 ) x 7850 kg/m3 = 2,95 kg Maka massa total pompa secara keseluruhan, bila piston kayu, baut pengikat dan karet sebagai valve diabaikan maka massa total adalah sebagai berikut : mtotal = m1+ m2 + m3 + m4 = 5,18+ 4,92 + 0,46 + 2,95 = 13,51 kg.

4.3. PERHITUNGAN PADA HEAD POMPA Jumlah head pompa secara keseluruhan adalah jumlah dari head tekanan, head statis, head energi kinetik dan dan head rugi-rugi pada pemasangan pompa tersebut.


Tugas Akhir


4.3.1 Head Statis (ha) = 5 meter

Gambar 4.3. Head Statik

4.3.2 Head tekanan (∆hp)

∆hp =

(4–4)

Dimana : P1 = 10332 kgf/m2 = 1 atm P2 =10332 kgf/m2 γ = 995,7 kgf/m3 (nilai yang didapat pada air 30ºc) dikarenakan tekanan yang bekerja pada sisi permukaan adalah sama, maka nilai yang didapat : ∆hp = 0 meter

4.3.3 Head Energi Kinetik

[

]

pada kincir air menggunakan pompa translasi ini, besarnya debit air yang keluar dapat kita gunakan formula sebagai berikut :


Tugas Akhir


p kincir = ή . ½. ςa. V02. A.V ppump = ς.g.H x Q jika kita sederhanakan rumus diatas menjadi ή . ½. ςa. V02. A.V = ς.g.H x Q

maka

Q=

(4–5)

jika diketahui ή = 30 % (efisiensi terendah kincir angin)

dimana :

ςa = 1,3 kg/m³ ς

= 995,7 kg/m³

g

= 9,81 m/s²

A

= π.r² = π 2,5² = 19,63 m²

V0 = 5 m/s V

= kecepatan angin actual/ rata-rata (2 m/s)

Q= Q = 2. 10-5

V02 . V

Q = 2.10 -5 x

52 x 1,5

Q = 0,0029 m³/s Didapat nilai debit air : Q = 0,0029 m³/s di = 0,10 m ( diameter pipa hisap) dt = 0,10 m (diameter pipa tekan) kecepatan aliran fluida pada pipa isap adalah FTI Teknik Mesin Ang -7

Tugas Akhir


Vh =

( 4- 6 )

Vi = Vi = 0,37 m/s Sedangkan kecepatan fluida pada pipa tekan adalah :

Vt =

(4-5)

Vt = Vt = 0,37 m/s Hasilnya sama, karena diameter pipa isap dan tekannya sama.

Maka:

=

(4–7)

= =0m

4.3.4. Head rugi – rugi pada sisi isap Panjang pipa (L) = 1 m Diameter

= 0,1 m

Head rugi-rugi pada sisi isap akibat gesekan (hfi1) Bilangan Reynold (Re)

Re = FTI Teknik Mesin Ang -7

(4-8)

Tugas Akhir


Dimana : Vi = 0,37 m/s Di = 0,1 m V = 0,801 x 10-6 m2/s (untuk air pada suhu 30ºc) Re =

= 46.192,25 (Re > 4000 : aliran bersifat turbulen) Sehingga dapat kita simpulkan koefisien kerugian gesek (λ) yang didapat adalah :

λ = 0,020 +

= 0,020 + = 0,025 m Head kerugian akibat gesekan pada sisi isap (hfi)

Hfi =

λ

= 0,025

.

= 0,00174 m

4.3.5. Head Rugi-rugi Pada Sisi Tekan Panjang pipa (L) = 4 + 1,5 = 5,5 m Diameter (Dt)

= 0,1 m

Pemasangan dengan satu elbow 90º.


Tugas Akhir


4.3.6. Head Kerugian Pada Sisi Tekan Akibat Gesekan (hft1) Bilangan Reynold (Re)

Re = Dimana : Vt = 0,37 m/s Dt = 0,1 m V = 0,801 x 10-6 m2/s (untuk air pada suhu 30ºc) Re =

= 46.192,25 m/s (Re > 4000 : aliran bersifat turbulen) Sehingga dapat kita simpulkan koefisien kerugian gesek (λ) yang didapat adalah :

λ = 0,020 +

= 0,020 + = 0,025 m Head kerugian akibat gesekan pada sisi tekan (hft1)

Hft1 =

λ

= 0,025

= 0,0095 m


(4-9)

.

Tugas Akhir


4.3.7. Head Kerugian Pada Sisi Tekan Akibat Belokan Pipa (hft2)

hft2 = f2

( 4 – 10 )

dimana : f2

= ((0.131 + 1,847 (

)3,5 ))

(

) 0,5

= ((0,131 + 1,847 (

)3,5 ))

(

)0,5

= 0,294 Vt = 0,37 m/s g = 9,81 m/s2 maka hft2 = 0,294 = 0,0020 m

4.3.8. Head Kerugian Total Pada Sisi Tekan (hft) hft = hft1 + hft2 = 0,0095 m + 0,0020 m = 0,0115 m

4.3.9. Head Rugi-rugi Total (hf) hf = hfi+ hft = 0,00174 m + 0,0115 m = 0,01324 m


Tugas Akhir


4.3.10. Head Total Pompa (H)

H = ha + ∆hp + hf + Dimana : ha = 5 meter ∆hp = 0 meter hf = 0,01324 meter

= 0 meter Maka didapat H = 5 + 0 + 0,01324 + 0 = 5,01324 m

4.4 PERHITUNGAN DAYA POMPA 4.4.1 Daya Pompa Daya pompa adalah daya yang dapat digunakan dan dipindahkan ke fluida dengan formula : Ppump = ς.g.H.Q Dimana : ς = 995,7 kg/m³ g = 9,81 m/s² H pump = 5,01324 m Q = 0,0029 m³/s maka Ppump = 995,7 x 9,81 x 5,01324 x 0,0029 = 142 Watt


(4 -11 )

Tugas Akhir


Dari landasan teori total angkatan pompa, dapat kita asumsikan besaran kapasitas volume silinder dari pompa tersebut dengan menggunakan formula baku luas silinder yaitu : V = π . r2 . t

( 4 -12 )

Dimana : V= volume r = radius liner (mm) t = tinggi ( jarak antara titik mati atas dan titik mati bawah pompa) maka banyaknya air ideal yang dapat diangkat piston ke atas permukaan tanah adalah sebagai berikut : dimana : diameter liner pompa = 152,4 mm stroke piston

= 320 mm

panjang piston

= 75 mm

maka v = volume silinder total – volume piston = (π . r12 . t1 ) – ( π . r22. t2) = (π . 76,22 . 320 ) – (π . 75,7 2 . 75) = 4.487.055,263 mm3 = 4,48 liter / angkatan 4.4.2 Daya yang Dibutuhkan Pompa 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.


Tugas Akhir


P=

Dimana : Ppump = 142 watt

ηo = 0,9

= = 157,77 watt

Daya kincir rata-rata yang dihasilkan untuk menggerakkan pompa adalah p kincir =η. ½. ςa. V02. A.V dimana

η=

( 4 – 13 ) % = 40 %

ςa = 1,3 kg/m³ ς = 995,7 kg/m³ g = 9,81 m/s² A = π.r² = π 2,5² = 19,63 m² V = kecepatan angin aktual / rata-rata maka = 0, 4. ½ . 1,3 . 5² . 19,63. 2 p kincir= 255,19 Watt

p kincir terbesar =100% . 0,5 . 1,3 . 52 . 5 = 1.594,93 Watt.

Daya yang dapat dibangkitkan oleh kincir adalah 255,19 watt dengan kecepatan angin rata-rata 2,0 m/s dan daya kincir tertinggi 1.594,93 Watt dengan angin 5 m/S sedangkan yang dibutuhkan pompa 157,77 watt, sehingga sangat mencukupi untuk operasional pompa.


Tugas Akhir


BAB V PENUTUP

5.1. KESIMPULAN Dari hasil analisa yang telah disajikan atau telah didapat pada bab sebelumnya maka penulis dapat mengambil kesimpulan beberapa hal sebagai berikut : 1. Pengaruh spesifikasi pompa yang ada pada kincir angin akan mempengaruhi besar kecilnya keluaran air yang dihasilkan. 2. Kedalaman sumur yang ada pada kincir angin akan mempengaruhi daya hisap yang bekerja pada kincir sehingga disini kincir mempunyai kedalaman yang maksimal untuk bisa mengeluarkan air. 3. Rancangan pompa harus sesuai dengan data –data yang ada pada kincir angin. 4. Besarnya gaya yang terjadi pada poros penghubung ke pompa mempengeruhi beban kerja pompa. 5. Ketersediaan air yang ada pada sumur harus mencukupi demi kelancaran keluaran yang akan dihasilkan oleh pompa. 6. Penambahan pelumas secara rutin akan mengurangi gesekan – gesekan yang tidak diinginkan yang terjadi pada poros engkol dan sekaligus untuk memperpanjang dari umur pompa itu sendiri.


Tugas Akhir


5.2. SARAN. 1. Ketersediaan air yang cukup akan mempengaruhi umur pompa karena akan mengurangi suatu gesekan yang kosong / kering. 2. Penambahan pelumas harus dijadwalkan demi kelancaran pompa .


Tugas Akhir


DAFTAR PUSTAKA 1. Ads by goggle ( Silicon Chip online ), Desember 2004. 2. BMG Cengkareng, Maret 2009. 3. BTM Consultan Aps – Maret 2005. 4. Pompa dan Kompresor, Ir. Sularso, 1991. 5. Pompa dan Kompresor, Ir. Sularso, 2004. 6. Pumping aplikasi, N. Agraw, 2001. 7. Wind energi with emphasis and water pumping windmill, E. H. Lysen, 1983.


PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA

Recommend Documents