Head Energi Kinetik

BAB IV PERHITUNGAN DAN PENGUJIAN

4.3 Head Pompa

4.3.3 Head Energi Kinetik

dikarenakan tekanan yang bekerja pada sisi permukaan adalah sama, maka nilai yang didapat : ∆hp = 0 meter

4.3.3 Head Energi Kinetik

[

∆ ² .   

]

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

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 = ή .½.   .V ².A.V

. .H

(4.3)

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

dimana : ςa = 1,3 kg/m³ (pada suhu 20º)

ς = 995,7 kg/m³ (pada suhu 30º)

g = 9,81 m/s²

A = π.r² = π 2,5² = 19,63 m²

Fakultas Teknik 41 Universitas Mercubuana V = kecepatan actual angin

H = total head pompa = 5,01432 m

V = kecepatan angin actual/ rata-rata

Q = ,  .½. ,  . ². . ,     ,       Q = 2. 10^-5  V0² . V Q = 2.10^-5 x , 5,01432 

   

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

Vh

=

   

. ²

(4.4)

Vi =   ^0.0029

4 0,10²

Vi = 0,37 m/s

Fakultas Teknik 42 Universitas Mercubuana Vt

=

    . ²

(4.5) Vt =   ^0.0029 4 0,10² Vt = 0,37 m/s

Hasilnya sama, karena diameter pipa isap dan tekannya adalah sama.

Maka: ∆ ² .    ⁼ ² ² . ^(4.6)

=

, ² , ²

    ,

= 0 m

4.3.4.1 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 = (4.7)

Dimana : Vi = 0,37 m/s

Fakultas Teknik 43 Universitas Mercubuana 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 . _.^²

= 0,025 ,

^.

    ,^{, ²}

= 0,00174 m

4.3.4.2 Head Rugi-rugi Pada Sisi Tekan

Panjang pipa (L) = 4 + 1,5 = 5,5 m

Fakultas Teknik 44 Universitas Mercubuana Pemasangan dengan satu elbow 90º.

4.3.4.2.1 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

(Re > 4000 : aliran bersifat turbulen)

Sehingga dapat kita simpulkan koefisien kerugian gesek (λ) yang didapat adalah :

λ = 0,020 + ^,

= 0,020 + , ,

= 0,025 m

Fakultas Teknik 45 Universitas Mercubuana Hft1 =

λ . ^²

.

^(4.8) = 0,025 , ,

.

^{,  ²}     ,

= 0,0095 m

4.3.4.2.2 Head Kerugian Pada Sisi Tekan Akibat Belokan Pipa (hft2)

hft2 =

f

₂ ^² . ^(4.9) 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 , ²     ,

= 0,0020 m

4.3.4.2.3 Head Kerugian Total Pada Sisi Tekan (hft)

Fakultas Teknik 46 Universitas Mercubuana = 0,0095 m + 0,0020 m

= 0,0115 m

4.3.4.3 Head Rugi-rugi Total (hf)

hf = hfi+ hft

= 0,00174 m + 0,0115 m

= 0,01324 m

4.3.4.4 Head Total Pompa (H)

H = ha + ∆hp + hf + ∆ ² . Dimana : ha = 5 meter ∆hp = 0 meter hf = 0,01324 meter ∆ ² .   

=

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

4.4 Perhitungan Daya Pompa

Fakultas Teknik 47 Universitas Mercubuana Daya pompa adalah daya yang dapat digunakan dan dipindahkan ke fluida dengan formula : Ppump = ς.g.H.Q (4.10) 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 = 0,142 kw

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 (4.11)

Dimana :

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 :

Fakultas Teknik 48 Universitas Mercubuana stroke piston = 320 mm (lubang ke-3 yang beradius 16 mm )

panjang piston = 75 mm

maka v = volume silinder total – volume piston

= (π . r1² . t1 ) – ( π . r2². t2)

= (π . 76,2² . 320 ) – (π . 75,7² . 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 putaran kincir, 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.

P =

Dimana : Ppump = 142 Watt

=

,

ηo = 0,9

Fakultas Teknik 49 Universitas Mercubuana

Daya kincir rata-rata yang dihasilkan untuk menggerakkan pompa adalah p kincir =η. ½. ςa. V0². A.V (4.12) dimana η =  100% = 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

dari perhitungan diatas dapat kita hitung juga daya kincir terbesar untuk kincir angin MB 12-7 :

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.

Fakultas Teknik 50 Universitas Mercubuana 4.5 Hasil Pengujian Pompa

Table 4.2 Data Hasil Pengujian

No Waktu (s) N (rpm) Q (dm³/s)

1 60 20 1,1

2 60 25 1,5

3 60 30 1,8

  Fakultas Teknik       50       Universitas Mercubuana   

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan yang telah dibuat dapat kita ambil beberapa kesimpulan tentang karakterristik kincir angin MB 12-7 sumbu horizontal, dua belas sudu dan pompa air piston yang digerakkannya :

1. Secara keseluruhan hasil perancangan dan pembuatan kincir angin MB 12-7 poros horisomtal dinyatakan berhasil, ini dibuktikan dengan melakukan pengujian yang menunjukkan putaran kincir angin tersebut menunjukkan putaran yang sangat maksimal sehingga pompa piston yang digerakkan dapat memindahkan air dari dalam sumur ke atas permukaan tanah.

2. Berat kincir angin secara keseluruhan sangat berpengaruh terhadap gesekan mekanik kincir, ini juga dapat menurunkan nilai efisiensi nilai torsi yang dihasilkan.

Fakultas Teknik       51       Universitas Mercubuana   

4. Besarnya torsi yang dihasilkan oleh kincir dipengaruhi oleh kecepatan putaran kincir, diameter poros kincir, tinggi kincir, tinggi dan lebar sudu, massa jenis angin, kecepatan angin, berat sudu dan sudut kelengkungan sudu.

5. Efisiensi daya kincir terendah pada kecepatan angin rata-rata 2 m/s adalah sebesar 255,19 watt, dan efisiensi daya pompa sebesar 157,77 watt, sehingga masih sangat memungkinkan untuk menggerakkan pompa.

6. Bahan rumah pompa dan pipa penyalur adalah pipa besi dengan massa jenis 7850 kg/m³.

7. Debit air yang dikeluarkan pada daya terendah kincir adalah 2,9 liter/detik dan total per satu angkatan piston dalam rumah pompa adalah 4,48 liter (angkatan ideal).

5.2 Saran

Indonesia adalah Negara kepulauan yang terletak di garis khatulistiwa yang kaya akan energy angin yang melimpah hampir disemua pulaunya. Di masa yang akan datang tidaklah mustahil kita akan mengembangkan energi alternative berbasis angin sebagai penggerak dan Untuk penilitian lebih lanjut dan pengembangan kincir dimasa yang akan datang diperlukan perubahan-perubahan pada Prototype kincir angin MB 12-7 agar dapat memaksimalkkan kincir itu sendiri. Perubahan itu antara lain:

 

Fakultas Teknik       52       Universitas Mercubuana   

1. Dibutuhkan bantalan (bearing) pada sisi poros tegak yang menghubungkan menara dan rangka atas kincir agar pergerakkan kincir mencari arah angin yang lebih besar bisa lebih sedikit responsive. 2. Dilakukan studi tentang besarnya pengaruh getarandan tahanan kincir

secara keseluruhan terhadap pondasi kincir. Sehingga kita dapat menentukan secara pasti seberapa kuat pondasi yang akan dibuat. 3. Dibutuhkan rem agar dapat memberhentikan kincir sewaktu-waktu bila

Fakultas Teknik       53       Universitas Mercubuana   

DAFTAR PUSTAKA

1. Data Angin di Jakarta dalam kurun waktu 2007-2008, Badan Meteorologi dan Geofisika; Jakarta 2008

2. E.H Lysen, 1983. Introduction To Wind Energy, Netherlands 3. Eldridge, F.R 1975. Wind Machines, National Foundation USA

4. Euresia Publishing House. Ltd Krutz, Gary W dkk. Machine Design Society Of Automotive Engineer, inc

5. Inglish, D.R, 1978. Wind Power and Other Energy Options, Michigan 6. Khurmi, R. S dan J. K. Gupta. 1982. Machine Design. Edisi ketiga. New

Delhi

7. Van Den Ven, 1977. Constructions manual of Cretan Windmill, Netherlands

8. Wegley, H.L 1980. A Sitting handbook For small wind Energy 9. Wind Pump Hand book, 1982. Paris