BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pompa - UMM
Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pompa - UMM
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pompa
Pompa adalah peralatan mekanik yang di gunakan untuk memindahkan fluida
incompressible ( tak mampu matnfat ) dengan prinsip membangkitkan beda tekanan
antara sisi masuk ( suction ) dangan sisi keluar discharge ).dalam mentransferkan fluida
tersebut pompa membutuhkan system pemipaan sebgai sarana trasportasi.
2.1.1 Klasifikasi Pompa
Berdasarkan prinsip kerjanya, pompa di bedakan menjadi dua macam yaitu sebagai
berikut :
1. Pompa Perpindahan Positif (Positif Displacement pump)
Pompa perpindahan positif di bedakan menjadi 3 yaitu :
a. Pompa torak ( Reciprocating pump )
Gambar 2.1 pompa torak ( Reciprocating pump )
6
b. Pompa Rotary
Gambar 2.2 pompa rotary
c. Pompa Diafragma
Gambae 2.3 pompa Diafragma
2. Pompa Dinamik ( Non Positif Displacement )
Merupaka pompa dengan ruang kerja yang tidak berubah saat pompa
bekerja. Energy di berikan kepada fluida adalah energy kecepatan, sehingga
fluida yang berpindah karena adanya perubahan kecepatan, kemudian di ubah
lagi menjadi energy dinamis di dalam ruang pompa itu sendiri. Pada sisi keluar
7
pompa terjadi penurunan kecepatan karena kecepatan ini di ubah menjadi
energy tekan.
Yang termasuk jenis pompa perpindahan non positif ini adalah pompa
sentrifugal.
Gambar 2.4 Pompa Sentrifugal
2.1.2 Seleksi Tipe-Tipe Pompa
Pada dasarnya, pemakaian pompa untuk sumur-sumur bor dan sumur dalam
berbeda dengan air permukaan. Pompa untuk sumur bor dan sumur dalam umumnya
menggunakan lipe sentrifugal dengan putaran tinggi 1000 rpm atau Iebih yang dapat
dibenamkan ke dalam air (submersible pump), atau tipe positive displacement pump
untuk putaran-putaran yang lebih rendah, misalnya pompa piston yang bergerak turun
naik atau dengan rotor yang berputar secara spiral scperti sekrup (helical pump).
Untuk sumber- sumber air permukaan, pompa dipasang pada permukaan air atau
permukaan tanah dan dilengkapi dengan pipa isap.
8
Selain tipe sentrifugal, pompa yang paling umum digunakan untuk aplikasi
sumber air permukaan ini, adalah tipe aliran aksial atau campuran. Karakteristik
penting dan berbagai tipe pompa ini adalah sebagai berikut:
a. Pompa Sentrifugal.
Memerlukan putaran tinggi (1000 rpm atau lebih) sehingga hanya
dapat digerakkan dengan listrik sebagai penggerak (pompa listrik).
Pompa jenis ini tidak beroperasi baik dalam julat putaran yang lebar. Pada
putaran kurang dari 1000 rpm tidak mampu menaikkan air sedangkan
pada putaran lebih tinggi, yakni sekitar 3000 rpm, efisiensinya tuain
banyak dan akibatnya tidak menghasil- kan daya angkat yang cukup
untuk menaikkan air. Dengan demikian tipe ini akan memiliki efisiensi
optimal pada suatu tinggi hidraulik (head) dan putaran rancangan tertentu.
Salah satu produk komersial terkenal pompa ini, adalah pompa benam
Grundfos yang memiliki impeller-impeller di dalam tabung silinder
sebagai bagian yang menaikkan air. ( sahak patpaham dan soeripno 2008 )
b. Tipe rotor bergerak ( positive displacement pump )
Memiliki rotor atau penggerak berbentuk piston yang dapat turun naik
(piston pump) atau berbentuk sekrup yang bergerak berputar seperti
spinuThelikal terhadap staler karet dan jenis pompa ini disebut progressive
cavity pump Keluaran pompa hampir tidak bergantung pada head, tetapi
berbanding langsung dengan putaran.
9
Pada pompa piston, ketika piston bergerak ke bawah, katup piston
membuka dan mengalirkan air dari bagian bawah piston ke atasnya; dan
sebaliknya ketika piston naik, katup menutup dan membuka katup kaki.
Selanjutnya air di atas piston diangkat ke atas dan didorong keluar melaiui
saluran buang; dan pada waktu yang bersamaan, pipa isap yang berada di
bagian bawah piston mengalirkan air melalui katup kaki. Siklus ini akan
berulang dan air akan dikeluarkan dari bagian atas pompa.
Pada tipe rotor berputar (rotary positive displacement pump), air di isi
pada dasar silinder pompa dan kemudian dinaikkan ke atas.Pompa-pompa
piston untuk sumur bor atau sumur dalam beroperasi pada langkah torak/
piston yang rendah, yakni 1 - 50 langkah per menit, sehingga penggerak yang
lebih sesuai, adalah kincir mekanik, bukan turbin angin propeller. ( sahak
patpaham dan soeripno 2008 )
Untuk perancangan ini di pilih pompa torak kerja tunggal karena tidak
menentukan berapa banyak putaran yang harus di penuhi pompa, karena
kecepatan angin yang tidak menentu. Pompa torak kerja tunggal sangan efektif
di gunakan pada perancangan turbin angin sumbu vertical untuk penggerak
pompa air ini.
10
2.1.3 Cara Kerja Pompa Torak Kerja Tunggal
Jika pluyer berada di titik mati kanan ruangan di dalam silinder hampa sehingga
katup isap terbuka dan air di dalam saluran naik masuk kedalam silinder, hal ini
berjalan terus sampai pluyer di titik mati kanan. Selanjutnya pluyer di titik mati kanan
bergerak menuju titik mati kiri, ruangan di dalam selinider yang sudah terisi air di
tekan, sehingga katup isap tertutup sedangkan katup tekan terbuka, air yang ada di
dalam silinder akan mengalir melalui katup tekan menuju ke saluran tekan (tendon),
hal ini berjalan selama pluyer bergerak ke kiri sampai ke titik mati kiri, gerakan bolak-
balik pluyer ini di dapat dari putara motor yang di terukan ke pluyer melalui engkol
dan batang pluyer. Pluyer yang di pakai ini bias di ganti dengan torak, perbedaan pluyer
dengan torak adalah diameter torak lebih besar daripada tebalnya sedangkan diameter
pluyer besarnya lebih kecil daripada panjangnya.
Fungsi pratan yang ada pada pompa pluyer, pluyer/torak berguna untuk
mengubah energy mekanik menjadi energy potensial (tekanan ke air ) silinder berguna
sebagai ruang kerja daripada pluyer, saringan yang di pasang di ujung dari saluran isap
berguna untuk menyaring agar air yang masuk ke pompa dalam kedaan bersih, saluran
hisap berguna untuk menjalankan air dari tendon ke pompa dan tempat persiapan air
sebelum masuk ke silinder pompa, katup isap dapat bekerja secara sendiri tanpa ada
pengaturnya, berguna untuk membuka dan menutup ( mengatur perjalanan 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 otomatis berdasarkan perbedaan tekanan yang ada di atas dan di bawah
11
katup. Saluran tekan berguna untuk menjalankan air dari silinder ke reservoir ( tendon).
Katel angina tekan berguna untuk memberikan tekanan air di dalam saluran tekan agar
perjalanan air dapat tenang,sehingga tidak menimbulkan hentakan / pukulan air yang
dapat menimbulkan kerja katup tekan tidak setabil. Pada umumnya katup isap tidak
hanya satu tetapi ada dua yang satu di pasang pada saringan, hal ini bertujuan agar
persediaan air di dalam saluran isap selalu siap.
Gambar 2.5 pompa torak kerja tunggal
2.1.4 Perhitungan Pompa
Berdasarkan perhitungan pompa disini tidak di hitung atau merencanakan
pompa sampai dengan bahannnya tetapi kemampuan dan tenaga yang di perlukan oleh
pompa, perhitungan pompa torak kerja tunggal sekali putaran engkol sama dengan
gerak torak bolak balik.
12
1x putaran engkol menghasilkan
Q = π
4 x D2 x S X 1
2x putaran engkol menghasilkan
Q = π
4 xD2 x S x 2
Bila pompa di gerakkan oleh penggerak mula yang mempunyai putaran βnβ maka
kapasitas teoritis fluida yang di hasilkan sebesar :
Kapasitas teoritis :
Q = π
4 . D2 . S. n ( m3/menit ) atau Q =
π.π·2.π .π
240
Karena adanya kebocoran gesekan, sudut mati,dan kavitasi maka timbul
kerugian volume,jadi kapasitas sesungguhnya di sebut kapasitas efektif.
Kapasitas efektif di rumuskan :
Qe = Ι³v.Q
Dimana :
Q = kapasitas teoritis pompa ( M3/ detik)
Qe = kapasitas efektif pompa (m3/detik)
D = Diameter piston/plunger ( m )
S = langkah gerak piston ( m )
13
N = putaran mesin penggerak ( Rpm)
Ι³v = efisiensi volumetric ( %)
2.1.5 Daya Pompa Torak
Perhitungan tenaga yang di perlukan oleh pompa tergantung dari besarnya debit
pompa, tinggi pompa yang di pindahkan dadn berat jenis cairan. Untuk debit pompa
yelah di perhitungkan pada (2.1.2) di atas.
Perbedaan ketinggian ini tidak hanya antara tendon atas dan tendon bawah,
tetapi juga hambatan-hambatan yang terjadi dari ketinggian hisap adalah antara tendon
bawah dengan pompa tidak boleh lebih besar dari tekanan udara luar karena dapat
menyebabkan pompa tidak mampu untuk menghisap. Misalkan tekanan udara luar 72
cm Hg, ini sama dengan 72 x 13,6 sama dengan 979,2 cm Hg, sehingga pemasangan
pompa harus jauh lebih rendah dari ukuran tersebut. Sehingga ketinggian air yang harus
di atasi oleh pompa ;
H = HZ +HP+Hh
Dengan :
H = ketinggian yang harus di atasi pompa
Hz = ketinggian saluran hisap
Hp = ketinggian saluran tekan
Hh = ketinggian hambatan-hambatan
Sehingga rendaman hidrolik dapat di hitung dengan rumus sebagai berikut :
Ι³x = π»π§+π»π
π»
14
maka usaha yang di lakukan oleh pompa adalah sama dengan rumus energy
potensial :
Ep = mgh ,
Yaitu :
Up = mgh
Dengan :
m = Ο x V
Maka ;
Up = Ο x Vx g x h
Dengan :
Up = usaha pompa ( Nm)
V = volume air yang di pompa (m3)
Ο = masa jenis cairan yang di pompa (kg/m3)
g = kecepatan gravitasi (m/d2)
h = ketinggian yang harus di atasi (m)
apabila engkol pompa di putar pada n putaran per detik, maka tenaga pompa menjadi
P = Upx n
atau
P = Up x π
60
Sehingga tenaga yang tenaga yang harus di berikan oleh poros penggerak adalah ;
15
P = Up x π
60
P = Ο x V gh π
60
Jadi :
P = π
4 x D2 x S x Ο x g x ( Hz +Hp + Hh ) x
π
60
16
2.2 Angin
Angin adalah udara yang bergerak yang di akibatkan oleh rotasi bumidan juga
karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya, angina bergerak dari tempat
udara bertekanan tinggi ke tempat udara bertekanan rendah. Apabila di panaskan udara
memua. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini
terjadi, tekanan udara akan turun karena udaranya berkurang. Udara dingin di
sekitarnya mengalir ke tempat udara yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut
menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Di atas tanah udara menjadi panas lagi dan naik
kembali.aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin dinamakan konveksi (
Rosidin,2007).
Bumi dimana kita tinggal ini di kelilingi oleh suatu lapisan udara yang di sebut
dengan atmosfir. Lapisan ini mempunyai ketinggian sekitas 800 km. pada ketinggian
5500 m atmosfir begitu tipis sehingga apabila seseorang berada di ketinggian tersebut
atau pada puncak gunung maka tidak akan bias bernafas tanpa adanya persediaan
oksigen. Atmosfir selain menyediakan udara untuk bernafas, juga berfungsi sebagai
selimut bagi bumi.
2.2.1 Energi Angin
Energy angina merupakan salah satu potensi energy terbarukan yang dapat
memberikan kontribusi signifikan terhadap kebutuhan energy listrik domestik,
khususnya wilayah terpencil.pembangkit energy angin yang biasa di sebut pembangkit
listrik tenaga banyu (PLTB) ini bebas polusi dan sumber energinya yaitu angin tersedia
17
di manapun di bumi, maka pembangkit inidapat menjawab masalah lingkungan hidup
dan ketersediaan sumber energi. Prospek pengembangan teknologi ini masih sangat
tinggi, beberapa di indonesia disinyalir dapat berkontribusi besar terhadap penggunaan
pembangkit listrik tenaga banyu ( PLTB) ini terutama daerah pantai atau laut, yang
memiliki kecepatan angina yang stabil, energy angina dapat di manfaatkan dengan
menggunakan kincir angin (wind turbine), cara kerjanya adalah ketika angina
berhembus, angina akan membuat rotor berputar karena efek dari bentuk penampang
rotor yang berbentuk foil,kemudian poros rotor tersebut tersambung dengan poros
generator, dengan berkembangnya teknologi, maka bentuk dari wind turbine juga
berkembang, salah satunya adalah vertical axis wind turbine ( VAWT), dimana
keuntungan dari VAWT ini dapat menghasilkan torsi yang lebih besardaripada torsi
yang di hasilkan oleh konvensional wind turbine dan dapat bekerja dengan baik
meskipun aliran udara yang berhembus adalah turbulen, tentunya diperlukan system
transmisi untuk mentranmisikan daya dan putaran poros ke generator. (Saiful huda dan
Irfan syarif Arief 2014 )
2.2.2 kecepatan Angin
Satu-satunya besaran yang berubah-ubah dan mempunyai arti bangin adalah
kecepatan yang di simbulkan dengan simbul V hanya dalam keadaan yang luar biasa,
seperti pada waktu jatuhnya salju atau hujan, berat jenisnya bervariasi juga, yang dalam
keadaan biasa adalah 1,226 Kg/m3 pada 00 dan 760 mm tekanan air raksa. Berat jenis
akan meningkat sampai paling tinggi 1,5 Kg/m3. Kecepatan angina itu selain oleh
18
berbagai sebab meteorology, juga di [pengaruhi oleh beberapa keadaan setempat dan
wilayah.
Usaha yang di hasilkan angin adalah sebanding dengan kecepatan angin
pangkat tiga, sehingga angina dengan kecepatan 5 m/s dapat melakukan usaha hamper
dua kali lipat daripada angin dengan kecepatan 4 m/s. sedangkan angin dengan
kecepatan 15 m/s tidak di perhitunggkan karena angina itu telah merupakan badai dan
secara praktis tidak mempunyai airti sebagai penggerak kincir ( soelaiman,2006).
19
Table 2.1 kecepatan angina dan penomena angin.
No
Kecepatan angin
Macam angin Indikator di daratan
(m/s) (km/jam)
1 0,0 - 0,5 0 β 1 Reda Tiap asap tegak
2 0,6 β 1,7 2 β 6 Sepoi β sepoi Tiap asap miring
3 1,8 β 3,3 7 β 12 Lemah Daun bergerak
4 3,4 β 5,2 13 β 18 Sedang Ranting bergerak
5 5,3 β 7,4 19 β 26 Agak keras Dahan bergerak
6 7,5 β 9,8 27 β 35 Keras Batang pohon bergerak
7 9,9 β 12,4 36 β 44 Sangat keras Batang pohon besar bergerak
8 12,5 β 15,2 45 β 54 Rebut Dahan patah
9 15,3 β 18,2 55 β 65 Rebut hebat Pohon kecil patah
10 18,3 β 21,5 66 β 77 Badai Pohon besar tumbang
11 21,6 β 25,1 78 β 90 Badai hebat Rumah roboh
12 25,2 β 29,0 91 β 104 Taifun Benda berat berterbangan
13 >29,0 > 105 Taifun hebat
Benda beterbangan sejauh
beberapa kilo
( sumber : Daryanto,2007.Potensi angina untuk pembangkit listrik tenaga angina: 16 )
Sekala tersebut digunakan untuk mengetahui ciri-ciri dari kecepatan angin
apabila di lihat dari kasat mata yang tampak pada benda-benda sekitar.
20
Tabel 2.2 syarat β syarat dan kondisi angin
Tabel kondisi angin
Kelas angin
Kecepatan angin
( m/d )
Kecepatan angin
( Km/jam)
Kecepatan angina
(Knot/jam)
1 0,3 ~ 1,5 1 ~ 5,4 0,58 ~ 2,92
2 1,6 ~ 3,3 5,5 ~ 11,9 3,11 ~ 6,42
3 3,4 ~ 5,4 12,0 ~ 19,5 6,61 ~ 10,5
4 5,5 ~ 7,9 19,6 ~ 28,5 10,7 ~ 15,4
5 80 ~ 10,7 28,6 ~ 38,5 15,6 ~ 20,8
6 10,8 ~ 13,8 38,6 ~ 49,7 21,0 ~ 26,8
7 13,9 ~ 17,1 49,8 ~61,5 27,0 ~ 33,3
8 17,2 ~ 20,7 61,6 ~ 74,5 33,5 ~ 40,3
9 20,8 ~ 24,4 74,6 ~ 87,9 40,5 ~ 47,5
10 24,5 ~ 28,4 88,0 ~ 102,3 47,7 ~ 55,3
11 28,5 ~ 32,6 102,4 ~117,0 55,4 ~ 63,4
12 >32,6 >118 63,4
( sumber : Daryanto,2007.Potensi angina untuk pembangkit listrik tenaga angina: 16 )
21
2.3 Turbin Angin
Turbin angina merupakan sebuah alat yang d gunakan dalam system konversi
energy angin ( SKEA). Turbin ini berfungsi untu mengubah energy kinetik angina
menjadi energy mekanik berupa putaran poros. Putaran poros tersebut kemudian di
gunakan untuk beberapa hal sesuai kebutuhan seperti untuk memutar pompa air,
dynamo atau generator untuk menghasilkan listrik. Salah satu komponen utama dari
turbin angin adalah rotor. Rotor ini berfungsi untuk mengkonversikan gerak linier arus
angina menjadi putaran poros. ( Eko suprianto 2017 ).
2.3.1 Macam βmacam Turbin Angin
Turbin angin di bagi dalam jenis turbin angina propeller dan turbin angin
Darrius. Menurut letak sumbu porosnya turbin angin di bagi menjadi 2 jenis, yaitu
turbin angina sumbu horizontal ( TASH ) dan turbin angina sumbu vertikal ( TASV).
2.3.1.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal
Turbin angina jenis ini iyalah jenis turbin angin yang paling banyak di gunakan
sekarang, turbin ini terdiri dari sebuah menara yang di puncaknya terdapat baling-
balingyang berfungsi sebagai rotor dan menghadap atau membelakangi arah angin.
Sebagian turbin angina jenis ini yang di uat sekarang mempunyai dua atau tiga bilah
baling-baling walaupun ada juga turbin bilah dengan baling-baling kurang atau lebih
dari pada yang di sebutykan di atas. Contoh turbin angin sumbu horizontal di tunjukkan
pada gambar (2.6) sebagai berikut :
22
Gambar 2.6 jenis TASH Berdasarkan Blade
Sumber ( Eko suprianto,2017, Design Of Vertical Axis Wind Turbines With
161 Watt Of Oower : 13 )
Biasanya turbin jenis ini memiliki sudu berbentuk Airfoil seperti bentuk sayap
pada pesawat.pada turbin ini ,putaran rotor terjadi karena adanya gaya angkat (lift) pada
susu yang di timbulkan oleh angin. Pada tipe HAWT memanfaatkan efek gaya angkat
sebagai gaya penggerak rotor.oleh karena itu kecepatan linier sudu dapat lebih besar
dari pada kecepatan angin. Turbin angina ini cocok di gunkan pada tipe angina sedang
dan tinggi, dan banyak di gunakan sebagai pembangkit listrik sekala besar.
2.3.1.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal
Ada tiga jenis rotor pada turbin jenis ini, yaitu savonius,Darrius,dan H rotor. Turbin
savonius memanfaatkan gaya hambat (Drag) sedangkan Darrius dan H rotor
mamanfaatkan gaya angkat (Lift). ( Eko suprianto,2017, Design Of Vertical Axis Wind
Turbines With 161 Watt Of Oower : 15)
23
1. Turbin Darrieus
Turbin Darrius pertama di kenalkan di prancis pada sekitar tahun 1920-an.
Turbin angina sumbu vertikal ini mempunyai sudu tegak yang berputar ke dalam
dank e luar arah angin. Contoh turbin angina Darrieus di tunjukkan pada gambar
(2.7).
Gambar 2.6 turbin angin sumbu vertikal tipe darrieus
(Sumber : Eko suprianto,2017, Design Of Vertical Axis Wind Turbines With 161 Watt
Of Oower : 15)
2. Turbin angin savonius
Turbin ini ini di temukan pertama kalinya di Finlandia oleh sarjana Finlandia
bernama Sigurd J. Savonius pada tahun 1922 dan berbentuk S apabila di lihat dari
atas. Turbin jenis ini umumnya bergerak lebih perlahan di bandingkan jenis turbin
angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar.kontruksi turbin
sangat sederhana,tersusun dari dua buah sudu setengah silinder (Lihat gambar
2.7).
24
Gambar 2.7 turbin angin sumbu vertikal savonius
(Sumber : Eko suprianto,2017, Design Of Vertical Axis Wind Turbines With 161
Watt Of Oower :16 )
Pada perancangan trubin angin sumbu vertical untuk pompa air ini
menggunakan turbin angina sumbu vertical tipe savonius.
2.4 Bagian-Bagian Turbin Angina Sumbu Vertikal Untuk Pompa Air
Turbin angina sumbu vertical memiliki bagian-bagian utama untuk berputar
untuk menghasilkan putaran yang akan di sambung ke poros untuk menggerakkan
piston/pluyer sehingga pompa bisa menaikkan/menyedot air ke tempat penyimpanan
tendon. Bagian-bagian tersebut meliputi :
25
2.3.1 Blade
Sudu ( Blade) merupakan penampang dari rotoryang berfungsi sebagai
penghambat aliran angin,serta penerus daya menuju poros berupa putaran. Bentuk
sudu yang akan di gunakan dalam perancangan turbin angina sumbu vertikal ini
mempunyai 3 sudu. Fiberglass. Alasan utama menggunakan fiberglass karena
harganya murah, ringan,lentur,tahan terhadap cuaca dan yang lebih penting banyak di
jual di pasaran.
Gambar 2.8 Blade
26
2.3.2 poros
poros adalah komponen penerus daya dan putaran dari rotor. Bahan poros
harus mampu menahan beban puntir dan lentur yang di hasilkan rotor ketika bekerja.
Pada desain turbin angin ini menggunaka poros berbahan dasar karbon
definisi angina yang mempunyai kekuatan Tarik di atas 60 kg/mm2. Plat lingkaran
yang merupakan tempat dudukan yang menghubungkan blade dengan poros tidak
terbebani dengan berlebihan.
2.3.3 Menara
Menara penyangga untuk turbine angin vertikal ini memiliki lebar 2 m x 2m
dan tinggi menara 5 m. sedangkan diameter puncak menara memiliki lebar 0,5 m x
0,5 m.gambar menara dapat di lihat pada gambar (2.9).
Gambar 2.9 Menara
27
2.4 Perhitungan Turbin Angin Sumbu Vertikal
Karakteristik teoritis kincir angin savonius dapat di peroleh dengan
menggunakan persamaan-persamaan berikut ini :
a. Daya kincir angin
Daya yang di hasilkan dari konversi energy angin oleh kincir angin
sebanding dengan pangkat tiga kecepatan angin. Adapun daya yang di
hasilkan kincir angin dapat di peroleh dengan menggunakan persamaan
berikut ini :
P = 1
2 Cp Ο. S. U3 (1)
Suatu kncir angin tidak akan mampu menyerap seluruh energy kinetic
yang berada dalam aliran angin, sehingga perhitungan daya yang dapat
di bangkitkan oleh kincir angin harus melibatkan harga Coefficient
Power. Berdasarkan teori Benz yang di visualisasikan dalam bentuk
grafik pada gambar (2.10). menjelaskan ketidak mungkinan suatu
desain kincir angin yang memiliki Coefficient Power ( Cp) di atas
angka 56%. Hal ini dapat di artikan bahwa desain kincir angin terbaik
tipe apapun tidak akan menghasilkan effisiensi rotor di atas 56 %.
Sehingga nilai effisiensi 56% juga di sebut sebagai Benz limit.
28
Gambar 2.10 Grafik hubungan TSR (Ξ±) terhadap efisiensi (%)
b. Tip Speed Ratio
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung vane dengan
kecepatan angin yang melewatinya. Tip speed ratio merupakan besaran
yang tak berdimensi yang menyatakan hubungan antara kecepatan angin
dengan rata-rata putaran dari kincir angin. Adapun persamaan untuk
memperoleh harga besaran ini adalah sebagai berikut :
Ξ± = π ππππ ππ π‘ππ
π ππππ ππ π€πππ =
π.π
πΝ (2)
29
c. Torsi kincir angin savonius
Berdasarkan torsi yang di hasilkan kincir angin jenis savonius di
pengaruhi oleh tip speed ratio (TSR) dan konfigurasi kincir karena harga
koefisien torsi bergantung kepada ke dua besaran tersebut. Adapun besar
koefisientorsi kincir angin jenis savonius dapat di peroleh dengan
menggunakan grafik di bawah ini :
Gambar 2.11 Grafik koefisien energy
dan koefisien torsi rotor savonius (a) dan (b)
berdasarkan gambar (2.11) di atas, konfigurasi kincir tipe (a)
memilikinkoefisien torsi yang lebih besar dari tipe (b). sehingga
menghasilkan torsi yang lebih besar. Adapun torsi yang di hasilkan
30
oleh kincir angin jenis savonius dapat di peroleh menggunakan
persamaan berikut :
T = Ct.Ο.Uβ2 .dsv
2.hsv (3)
2.5 Penilitian Terdahulu
Reinyelda .D Latuheru dkk. (2013) merancang kincir angin utuk
penggerak pompa air yang berjudul β perancangan kincir angin penggerak
pompa airβ menyimpulkan.
1. Diameter sudu /baling-baling kincir angin = 0,5 meter
2. Kecepatan angina rata-rata =3,3 m/s2
3. Putaran rotor kincir angin =223,7 Rpm
4. Daya kincir angin rata-rata = 14,8 Watt
5. Reduksi putaran =1 :36
6. Putaran poros emgkol pompa torak = 6,2 Rpm
7. Usaha maksimal pada poros engkol = 1,51 kg/m
8. Volume air yang dapat di pompa 0,001 m3 atau satu liter / langkah kerja
9. Diameter pompa = 4,9 cm
10. Efisiensi pompa torak = 67%
31
Anang supriadi dkk (2014) juga merancang turbin angin penggerak
pompa air yang berjudul β Rancang bangun energy kincir angin putaran
rendah tipe multi blade Hawt untuk irigasi pertanianβ menyimpulkan :
1. Prototype kincir angin mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
SPESIFIKASI :
Dimensi penyangga : 1000 mm x 1000 mm x 6000 mm
Diameter blade :3000 mm
Jumlah blade :6 buah
Putaran blade : 20 β 60 Rpm
Kecepatan angin : 2 β 7 m/detik
Panjang langkah pompa : 120 mm
Debit air pompa : 4 β 8 liter/menit
2. Factor yang mempengaruhi kinerja kincir angin adalah kecepatan angin, ukuran
dan jumlah blade, sudut blade, ukuran dan panjang langkah pompa torak.
Firman santya budi dan Ihsan Adibil mukhtar (2010) juga merancang kincir
angin untuk pompa air yang berjudul β KINCIR ANGIN POROS VERTICAL
SEBAGAI ALTERNATF PENGGERAK POMPA IRIGASI PERKEBUNAN
DI DESA KARYAMUKTI β menyilkan. Pompa mampu menghasilkan debit
actual rata-rata 2,63 liter / menit dengan sfisiensi volumetric 63% dimensi
pompa ini di desain untuk kondisi angin di lokasi pengujian yang yang sangat
32
kecil dengan kecepatan angin minimum 0,6 m/s saja, sehingga debit yang di
hasilkan kurang optimal. Namum hasil pengujian tersebut dapat di jadikan
referensi untuk menghitung dimensi pompa yang sesuai dengan kondisi
kecepatan angin minimum di mitra kerja (Umin : 1,5 m/s ,sehingga dapat di
peroleh debit teoritis yang dapat di hasilkan pompa pada kondisi kecepatan
angin rata-rata di mitra kerja ( Urata-rata : 3 m/s) adapun hasil perhitungan dimensi
pompa dan debit teoritis tersebut adalah sebagai berikut :
a. Diameter pompa : 70 mm
b. Panjang langkah :85 mm
c. Debit teoritis : 12,49 Lt/menit
Berdasarkan hasil perhitungan di atas, jika pompa di asumsikan
memiliki efisiensi volumetris 634% maka alat ini mampu memenuhi kebutuhan
pengairan di perkebunan mitra kerja dengan menginstalasikan empat buah alat
secara parallel. Dengan instalasi tersebut, kebutuhan pengairan di perkebunan
mitra kerja akan selalu terpenuhi secara gratis, sehingga pemilik perkebunan
tidak perlu kawatir lagi dengan kenaikan harga bahan bakarfosil di kemudian
hari.