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 “n” maka

kapasitas teoritis fluida yang di hasilkan sebesar :

Kapasitas teoritis :

Q = 𝜋

4 . D2 . S. n ( m3/menit ) atau Q =

𝜋.𝐷2.𝑠.𝑛

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 = ɳv.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)

ɳv = 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 :

ɳx = 𝐻𝑧+𝐻𝑝

𝐻

14

maka usaha yang di lakukan oleh pompa adalah sama dengan rumus energy

potensial :

Ep = mgh ,

Yaitu :

Up = mgh

Dengan :

m = ρ x V

Maka ;

Up = ρ x Vx g x h

Dengan :

Up = usaha pompa ( Nm)

V = volume air yang di pompa (m3)

ρ = 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 𝑛

60

Sehingga tenaga yang tenaga yang harus di berikan oleh poros penggerak adalah ;

15

P = Up x 𝑛

60

P = ρ x V gh 𝑛

60

Jadi :

P = 𝜋

4 x D2 x S x ρ x g x ( Hz +Hp + Hh ) x

𝑛

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 – 1 Reda Tiap asap tegak

2 0,6 – 1,7 2 – 6 Sepoi – sepoi Tiap asap miring

3 1,8 – 3,3 7 – 12 Lemah Daun bergerak

4 3,4 – 5,2 13 – 18 Sedang Ranting bergerak

5 5,3 – 7,4 19 – 26 Agak keras Dahan bergerak

6 7,5 – 9,8 27 – 35 Keras Batang pohon bergerak

7 9,9 – 12,4 36 – 44 Sangat keras Batang pohon besar bergerak

8 12,5 – 15,2 45 – 54 Rebut Dahan patah

9 15,3 – 18,2 55 – 65 Rebut hebat Pohon kecil patah

10 18,3 – 21,5 66 – 77 Badai Pohon besar tumbang

11 21,6 – 25,1 78 – 90 Badai hebat Rumah roboh

12 25,2 – 29,0 91 – 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 – 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 –macam 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 ρ. 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 (α) 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 :

α = 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 𝑜𝑓 𝑡𝑖𝑝

𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 𝑜𝑓 𝑤𝑖𝑛𝑑 =

𝜔.𝑟

𝑈͚ (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.ρ.U∞2 .dsv

2.hsv (3)

2.5 Penilitian Terdahulu

Reinyelda .D Latuheru dkk. (2013) merancang kincir angin utuk

penggerak pompa air yang berjudul “ perancangan kincir angin penggerak

pompa air” 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 “ Rancang bangun energy kincir angin putaran

rendah tipe multi blade Hawt untuk irigasi pertanian” 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 – 60 Rpm

Kecepatan angin : 2 – 7 m/detik

Panjang langkah pompa : 120 mm

Debit air pompa : 4 – 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 “ KINCIR ANGIN POROS VERTICAL

SEBAGAI ALTERNATF PENGGERAK POMPA IRIGASI PERKEBUNAN

DI DESA KARYAMUKTI “ 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.