STUDI PERENCANAAN POMPA AIR TENAGA ANGIN UNTUK SUPLESI IRIGASI DI DESA YOSOMULYO KECAMATAN GAMBIRAN KABUPATEN BANYUWANGI
JURNAL Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.)
Disusun Oleh : BINA PUTRA APRILIA NIM. 0910643019 - 64
KEMENTERIAN RISET TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN PENGAIRAN MALANG 2015
STUDI PERENCANAAN POMPA AIR TENAGA ANGIN UNTUK SUPLESI IRIGASI DI DESA YOSOMULYO KECAMATAN GAMBIRAN KABUPATEN BANYUWANGI Bina Putra Aprilia1, Ir. Rini Wahyu Sayekti, MS2, Sugiarto, ST., MT 3 1 Mahasiswa Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang 2 Dosen Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang 3 Dosen Teknik Mesin Universitas Brawijaya Malang E-mail:
[email protected] ABSTRAK Energi angin memiliki potensi yang baik di Indonesia utamanya di Desa Yosomulyo, Kecamatan Gambiran, Kabupaten Banyuwangi yang memiliki potensi yang cukup tinggi. Energi angin sangat cocok untuk diterapkan pada lokasi yang bebas hambatan seperti di daerah persawahan. Selama ini untuk kebutuhan irigasi petani di Desa Yosomulyo digunakan pompa air bertenaga tenaga diesel atau bensin yang menggunakan bahan bakar fosil yang tidak ramah lingkungan. Tujuan yang dicapai dari hasil studi ini adalah merencanakan pompa air tenaga angin untuk sumur bor di tersier Karang Asem K.8 Kn Desa Yosomulyo. Dari hasil analisa untuk perencanaan teknologi tepat guna berupa pompa air tenaga angin berdasarkan perhitungan kebutuhan air irigasi dengan Metode KP-01 hasilnya rata-rata dalam satu tahun sebesar 0.767 (lt/dt/ha). Dari hasil tersebut direncanakan pompa air tenaga angin sebanyak 13 buah. hasil keseluruhan perhitungan rencana anggaran biaya didapat Rp 56.097.700,00 (Lima Puluh Enam juta Sembilan Puluh Tujuh Ribu Tujuh Ratus Rupiah). Mengacu pada hasil pembahasan, bisa diterapkan teknologi tepat guna berupa pompa air tenaga angin di tersier Karang Asem K.8 Kn Desa Yosomulyo. Kata Kunci: Teknologi Tepat Guna, Pompa Air Tenaga Angin. ABSTRACT Wind energy has good potential in Indonesia espescially in Yosomulyo village, Gambiran, Banyuwangi that has fairly high potential. Wind energy is very suitable to be applied on a freeway location like in the rice fields. During this time for the irrigation needs of farmers in the Yosomulyo Village using water pump diesel power or gasoline the fossil fuels unfriendly for the environment.The purpose of this study is planning the wind-powered water pump for deep well drilling at Tersier Karang Asem K.8 Kn Yosomulyo Village. The analysis results for the planning of appropriate technologies such as wind-powered water pump based onirrigation water requirement calculations with KP-01 method, resulton averagein a year amounted to0.767 (lt/s/ha). The overall results of the calculation of the budget plan obtained Rp 56,097,700.00 (Fifty Six Million Ninety Seven Thousand Seven Hundred Rupiah). Referring to there sults of the discussion, can be applied to appropriate technology such as wind-powered water pump a Tersier Karang Asem K.8 Kn Yosomulyo Village. Keyword: appropriate technology, wind-powered water pump 1. PENDAHULUAN Energi baru terbarukan sebagai alternatif pengganti bahan bakar fosil yang semakin terbatas dan ramah lingkungan adalah energi angin. Energi angin memiliki potensi yang baik di
Indonesia utamanya didaerah Desa Yosomulyo yang memiliki potensi yang cukup tinggi. Energi angin sangat cocok untuk diterapkan pada lokasi yang bebas hambatan seperti di daerah persawahan. Selama ini untuk kebutuhan irigasi petani
di Desa Yosomulyo menggunakan pompa air bahan bakar bensin atau tenaga diesel yang mengggunakan bahan bakar fosil yang tidak ramah lingkungan saat musim kemarau. Padahal didaerah persawahan potensi angin untuk pembangkit kincir angin sangat besar. Demikian kincir angin dapat dikonstribusikan dengan pompa air (misalnya tipe piston) untuk mencukupi kebutuhan air persawahan. Sayangnya teknologi untuk mengkombinasikan kincir angin dengan pompa air belum banyak dikenal oleh masyarakat utamanya para petani di Desa Yosomulyo. Berdasarkan permasalahan tersebut dicoba untuk membuat rancangan pompa air tenaga angin untuk kebutuhan irigasi persawahan di Desa Yosomulyo, maka diharapkan permasalahan kebututuhan air irigasi dapat diatasi saat musim kemarau. 2. KAJIAN PUSTAKA Kebutuhan air untuk pengolahan tanah menentukan kebutuhan minimum air irigasi. Faktor-faktor yang menentukan besarnya kebutuhan air, yaitu besarnya air untuk penjenuhan, pelumpuran, genangan air, lamanya pengolahan tanah, evaporasi dan perkolasi yang terjadi. Metode yang digunakan dalam perhitungan kebutuhan irigasi selama pengolahan tanah yang diterapkan dalam KP-01 dikembangkan oleh Van de Goor dan Zijlstra (1968). IR = Keterangan: IR : Kebutuhan air irigasi untuk pengolahan tanah, mm/hari M : Mengganti kehilangan air akibat evaporasi dan perkolasi: M = Eo + P, mm/hari Eo : Evaporasi air terbuka Eo = 1,1 . ETo mm/hari (Allen et al., 1998) P : Perkolasi, mm/hari k : (M . T) / S T : Jangka waktu pengolahan tanah, hari S : Kebutuhan air untuk penjenuhan ditambah lapisan air 50 mm
e
: bilangan ekspotensial (2,71828) Analisis data iklim diperlukan untuk menghitung besarnya nilai evapotranspirasi. Faktor-faktor lingkungan yang mengendalikan evapotranspirasi adalah radiasi, pasokan air, karakteristik tanaman, defisit penjenuhan di udara dan gerakan udara horizontal dan vertikal. Evapotranspirasi tanaman acuan (ETo) adalah kebutuhan konsumtif tanaman yang merupakan jumlah air untuk evaporasi dari permukaan areal tanam dengan kondisi air mencukupi. Evapotranspirasi tanaman acuan yang diterapkan dalam KP-01 dapat dihitung menggunakan persamaan Penman Modifikasi FAO: ETo = c { W.Rn + (1 – W). f(u). (ea-ed) Keterangan: c : Faktor pergantian kondisi cuaca akibat siang dan malam W : Faktor berat yang mempengaruhi penyinaran matahari (1-W): Faktor berat sebagai pengaruh angin dan kelembaban ed : Tekanan uap nyata, mbar ed = ea x RH ea : Tekanan uap jenuh, mbar (ea-ed) : Perbedaan tekanan uap jenuh dengan tekanan uap nyata, mbar RH : Kelembaban relatif, % Rn : Radiasi penyinaran matahari, RnsRnl, mm/hari Rns : Radiasi netto gelombang pendek, Rs(1-α), mm/hari Rnl : Radiasi netto gelombang panjang 2.01 109.T4(0.34-0.44ed0.5) (0.1+0.9n/N), mm/hari Rs : Radiasi gelombang pendek, (0.25+0.5(n/N)) Ra, mm/hari Α : Koefisien pemantulan (albedo), 0.25 n/N : Lamanya penyinaran relatif Ra : Radiasi extraterestrial, mm/hari f(u) : Fungsi pengaruh angin, 0.27 (1+U2/100), km/hari U2 : Kecepatan angin di ketinggian 2 meter, km/jam Pompa air tenaga angin Kincir angin adalah sistem konversi energi
angin untuk mengubah energi angin menjadi putaran rotor dengan tujuan akhir sebagai penggerak mekanik melalui unit transmisi mekanik. Karena energi potensial, Ep = m g h, adalah sama pada posisi awal seperti ketika conrod telah diputar satu putaran penuh, massa conrod yang dihilangkan dari perhitungan ini. Berat ekstra dari conrod di jalan sampai dikompensasi oleh bantuan dari gaya gravitasi dalam perjalanan ke bawah. A = 0.25 π d² A : luas pompa dragon (cm²) d : diameter pompa dragon (cm) Q pompa = A x b Q pompa : kapasitas pompa dragon (cm³) : kapasitas pompa dragon (liter) A : luas pompa dragon (cm²) b : langkah tuas pompa dragon (cm) F
: gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat air (N) ρ : densitas air (kg/m3) g : percepatan gravitasi (m/s2) h : kedalam pompa sampai permukaan tanah (m) hL : kerugian head loose (m) A : luas dari pompa di (m2) sin θ : sudut (o) Sin θ dapat dihitung dengan: Dimana : b : panjang tuas gear (m) l : panjang conrod (m)
Gambar 1 Sketsa Hubungan antara Tuas Pompa Piston Terhadap Poros Engkol Sumber : (Anonim 2010) Mpump = F . b Mpump : momen Pompa (Nm)
F
: gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat air (N) b : panjang tuas gear (m) W=F.s W : Pekerjaan yang diperlukan untuk memompa air (J) F : gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat air (N) S : jarak air akan bergerak dalam pompa (m) Agar kincir angin berputar, angin harus cukup kuat untuk menghasilkan momen yang lebih besar dari nilai untuk setiap jangka tertentu tuas. Persamaan berikut menjelaskan berapa banyak energi yang secara teoritis tersedia di kincir angin ketika pompa terputus. Kerugian akibat gesekan atau panas yang built-in dalam perhitungan ini dan karena itu tidak akan muncul dalam perbandingan nanti. Roda dengan blade, layar, kawat dan tali diperlakukan sebagai disc di mana masa yang sama dibagi. Ini berarti bahwa hasilnya adalah perkiraan nilai sebenarnya. ω=
? = Vtip (rad/s) rwheel (rad/s)
r wheel (m)
V angin = (Vtip) (m/s) (data)
r axis 2p (m/s) =t =(2 ?π)/ω
t Gambar 2 Beberapa parameter yang Bekerja Pada Kincir Angin Sumber : (Anonim 2010) Ek = 0.5 . I . ω2 Ek : Energi kinetik (J) I : Momen inersia (kg/m2) ω : Kecepatan putaran (rad/s) I = 0.5 mwheel . rwheel2 + maxis . raxis2 mwheel : masa yang menyapu kincir angin (kg) rwheel : jari-jari kincir angin (m) maxis : massa dari sumbu (kg) raxis : jari-jari dari sumbu (m) ω= ω : Kecepatan putaran (rad/s)
vtip
: kecepatan berputar kincir angin (m/s) rwheel : jari-jari kincir angin (m) t = (2 π)/ω t : waktu selama 1 rotasi (s) ω : Kecepatan putaran (rad/s) λ= λ : rasio kecepatan ujung vtip : kecepatan ujung (m/s) vwind : kecepatan angin (m/s) vtip = vtip : kecepatan berputar kincir angin (m/s) r : jari-jari kincir (m) t : waktu selama 1 rotasi (s) Q out = (Ek / F) x (Q pompa / t) Q out : debit yang dihasilkan pompa air tenaga angin (l/s) Ek : Energi kinetik (J) F : gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat air (N) Q pompa: kapasitas pompa piston (liter) t : waktu selama 1 rotasi (s) 3. METODE
PERENCANAAN
TOWER Perhitungan tower ini menggunakan software STAAD PRO yang berasal dari kata Structural Analysis And Design, atau dalam bahasa Indonesia : Analisis dan Perencanaan Struktur. Program ini dibuat berdasarkan penelitian dari Tim Research Engineers Inc.
Perhitungan pompa air tenaga kincir angin rata – rata dalam 1 tahun sebagai berikut: Q out = (Ek / W) x (Q pompa / t) Q out = (13,83 / 1,60) x (2,36 / 2,09) Q out = (4,37) x (1,13) Q out = 4,918 (l/s) Q PTT = 0.767 (lt/dt/ha) Dari hasil perhitungan pompa air tenaga kincir angin Q out memenuhi kebutuhan air irigasi untuk beberapa hektar sehingga untuk memenuhi kebutuhan air irigasi secara keseluruhan dan jumlah kincir angin sebagai berikut sebagai berikut : Jumlah pompa air tenaga kincir angin = {kebutuhan air irigasi (rata-rata / tahun) x jumlah luas keseluruhan} / {Q out (rata-rata / tahun)} Jumlah pompa air tenaga kincir angin = (0,767 . 92 / 4,918 Jumlah pompa air tenaga kincir angin = (70,548 / 4,918 Jumlah pompa air tenaga kincir angin = 12,03953161 = 13 buah (dibulatkan) Dari hasil perhitungan PTT rata-rata dalam 1 tahun kebutuhan air irigasi sebesar 0.767 lt/dtk/ha dikalikan luas keseluruhan 92 ha, sedangkan debit air rata-rata Q out total pompa air tenaga kincir angin dalam 1 tahun dikalikan jumlah kincir angin sebagai berikut : 4,918 x 15 = 73,77 lt/dtk Perencanaan pompa air tenaga kincir angin memenuhi seluruh kebutuhan air irigasi karena jumlah Q out pompa air tenaga kincir angin lebih besar dari kebutuhan air irigasi yaitu : 73,77 lt/dtk > 70,564 lt/dtk 180,000 160,000 140,000 120,000 100,000
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
80,000
Pompa air tenaga kincir angin pada prinsipnya memanfaatkan kecepatan angin. Kecepatan angin ini akan memutar poros kincir sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan pompa air dan menghasilkan debit. Untuk hasil perhitungan pompa air tenaga angin pada bulan januari debit (Q) sebesar 2,36 (l/rad) yang diperlukan untuk memompa air (W) sebesar 1,60 (J). Sedangkan hasil perhitungan kincir angin ditentukan Energi kinetik (Ek) yang dipakai pada bulan januari 13,83 (J) waktu yang dibutuhkan dalam satu putaran (t) 2,09 (s).
60,000
PTT Pompa
40,000 20,000 0,000
1
2 Oktober
3
1
2
3
November
1
2
3
Desember
1
2 Januari
3
1
2
3
Februari
1
2 Maret
3
1
2 April
3
1
2 Mei
3
1
2 Juni
3
1
2 Juli
3
1
2 Agustus
3
1
2
3
September
Gambar 3. Hasil Perhitungan PTT dan Q out total Pompa Air Tenaga Kincir Angin Dari hasil perhitungan baja Nu = 21289 > 831 normal ultimate (NU) lebih besar dari gaya tekan maksimum dari hasil perhitungan software STAAD PRO , hal itu membuktikan bahwa tower aman.
Tabel 1. Rekapitulasi Rencana Anggaran Biaya
Gambar 4. Rencana Pompa Air Tenaga Angin KESIMPULAN 1. Perencanaan dan pembuatan teknologi tepat guna berupa pompa air tenaga angin. a. Perencanaan teknologi tepat guna berupa pompa air tenaga angin berdasarkan Perhitungan kebutuhan air irigasi dengan Metode KP-01 hasilnya rata-rata dalam satu tahun sebesar 0.767 (lt/dt/ha). Dari hasil tersebut direncanakan pompa air tenaga angin sebanyak 13 buah. b. Spesifikasi pompa psiton yang digunakan adalah : Spesifikasi Pompa piston Diameter pompa piston = 0,1 (m) Panjang pompa piston = 0,3 (m) Kapasitas pompa piston = 2,36 (liter/s) Panjang tuas gear = 0,3 (m) Panjang conrod = 5 (m)
Kedalam pompa sampai permukaan tanah = 5 (m) Spesifikasi Kincir angin Jari-jari kincir angin = 0.5 (m) Jari-jari dari sumbu = 0.025 (m) Tower kincir angin Tinggi tower = 5 (m) Beban yang mampu ditumpang tower = 175 (kg) 2. Kecepatan angin yang mampu menggerakan pompa hasil perencanaan adalah 1.5 m/s. Dari hasil keseluruhan perhitungan rencana anggaran biaya didapat Rp 56.097.700,00 (Lima Puluh Enam juta Sembilan Puluh Tujuh Ribu Tujuh Ratus Rupiah). DAFTAR PUSTAKA Anomim, 2010 windmill driven water pump for small-scale irrigation and domestic use in lake victoria basin. Swedia : University of Skovde. Anonim, BMKG Banyuwangi, 2012. Anonim, 1986. Standar Perencanaan Irigasi-Kriteria Perencanaan 01. Jakarta : Direktorat Jenderal Pengairan Pekerjaan Umum. Anonim,Van de Goor dan Zijlstra 1968. Direktorat Jendral Departemen Pekerjaan Umum, 1986. Standar Perencanaan Irigasi Kriteria Perencanaan 01, Badan Penerbit Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta. Firdaus, Alkaff, M. 2005. STAAD 2004 Untuk Orang Awam. Palembang: Maxikom. Montarcih, Lily. 2008. Hidrologi Dasar. Malang : Tirta Media. Sosrodarsono S. 2006. Hidrologi untuk Pengairan. Jakarta : PT Pradnya Paramita.
