Salah satu aplikasi dari energi angin adalah pemompaan air. Kebanyakan pompa angin masih digunakan di daerah Amerika dan Australia, menyediakan
kebutuhan air untuk keperluan ternak dan pertanian. Ruang lingkup yang besar untuk mesin-mesin seperti ini banyak digunakan di berbagai belahan dunia.
Pompa tenaga angin secara luas dapat digolongkan dengan 2 sistem yaitu system mekanik dan system elektrik.
Pada pompa dengan system mekanik, daya poros yang dikasilkan oleh rotor secara langsung digunakan untuk menggerakkan pompa. Sebaliknya, pada
pompa system elektrik, daya angin yang pertama kali dikonversikan menjadi elektrik dan kemudian memberikan daya untuk pompa. Pompa tenaga angin
secara mekanik dapat lebih lanjut digolongkan sebagai positive displacement dan roto-dynamic pump. Berbagai jenis pompa seperti screw pump, piston pump,
centrifugal pump, dan compressor pump merupakan bagian dari pompa tenaga angin secara mekanik.
Dari bayak jenis pompa yang ada dan setelah dilakukan analisa dari berbagai literatur, jenis pompa yang cocok digunakan untuk pengujian ini adalah
pompa piston. Pompa piston piston Pump kontruksinya mudah di buat dan tidak memerlukan putaran yang tinggi.
2.10 Pompa Piston Tenaga Angin
Pompa piston banyak digunakan pada pompa tenaga angin komersil lainnya. Fitur konstruksi sistem tersebut ditunjukkan pada Gbr. 2.15. Sistem ini terdiri dari
sebuah rotor turbin angin, batang penghubung, engkol yang menghubungkan batang dan pompa reciprocating piston pump. Gerak putar dari rotor turbin angin
Universitas Sumatera Utara
diteruskan ke gerakan reciprocating dari batang penghubung dengan engkol. Batang penghubung piston mengoperasikan pompa atas dan ke bawah melalui
silinder selama stroke nya. Katup cek dua, baik ke atas pembukaan, dipasang pada piston dan bagian bawah pompa. Katup ini memungkinkan aliran hanya dalam
arah ke atas. Ketika batang penghubung mendorong piston ke arah atas, katup piston ditutup dan dengan demikian kolom air di atas piston dinaikkan, sampai
dikirim keluar melalui saluran pembuangan. Pada saat yang sama, hisap dibuat di bawah piston, yang menyebabkan katup isap membuka dan dengan demikian air
segar dari sumur masuk ke dalam ruang di bawah ini. Selama stroke ke bawah, katup piston dibuka dan katup isap ditutup. Air dikumpulkan di bawah piston
dengan demikian masuk ke dalam ruang di atas, melalui katup piston. Siklus ini diulang sehingga debit air berdenyut sinusoidal dari sistem.
Gambar 2.18 Pompa piston tenaga angin [5] Volume air yang keluar selama proses tergantung terhadap diameter silinder
dan jarak langkah piston. Dengan demikian, jika d adalah diameter dalam silinder
Universitas Sumatera Utara
dan s adalah panjang langkah, maka secara teoritis volume air yang di pompakan melalui saluran discharge adalah:
= E
4 1 K1000 LMNOD[5] … … … … … … … … … …… … . 2.28 Dari gambar, dapat dilihat bahwa:
= 2D … … … … … … … … … …… … … . . … … … … … … … 2.29 dimana:
V
t
= volume teoritis l D
= diameter silinder m s
= jarak langkah piston m Debit yang dihasilkan dari katup discharge dapat dihitung dengan:
P = Q
R
F L OFMN[5] … …. ⁄
… … … … … . … … … … … 2.30 dimana η
v
adalah efesiensi volumetrik dan n adalah putaran turbin rpm. Biasanya efesiensi volumetrik pompa piston lebih tinggi dari 90. Menurut
Nursuhud 2006 kebutuhan daya pompa P
h
yang dibutuhkan untuk debit Q dapat dihitung dengan rumus:
S
= Pℎ
Q
U
× 1000 [5] … … … … … … … … … … … … … 2.31
dimana P
h
= daya yang dibutuhkan pompa kWatt Q
= kapasitas pompadebit m
3
s ρ = massa jenis air kgm
3
g = gaya gravitasi ms
2
η
p
= efesiensi pompa h
t
= head total
Universitas Sumatera Utara
2.11 HEAD TOTAL POMPA Head total merupakan energi persatuan berat yang harus disediakan oleh
pompa untuk mengtasi energi tekan, kecepatan, perbedaan ketinggian, kerugian gesek, dan kerugian-kerugian pada perlengkapan seperti katup valve, belokan
elbow, perubahan penampang dan lain-lain. Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah air
seperti di rencanakan, dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa. seperti diperlihatkan dalam gambar
Gambar 2.19 Head Pompa [8]
Menurut sularso 2004 head total pompa dapat ditulis sebagai berikut: I = ℎ
6
+ Δℎ
U
+ ℎ
X
+
6
2 [8] … … … … … … …… … . 2.32 Dimana : H
: Head total pompa m h
a
: Head statis total m h
p
: Perbadaan head tekanan pada kedua permukaan air m h
l
: Kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan, dll.
Universitas Sumatera Utara
v
2
2g : Head kecepatan keluar m
g : Percepatan gravitasi = 9.8 ms
2
Head statis total h
a
adalah perbedaan tinggi antara muka air disisi keluar dan sisi isap ; tanda positif + dipakai apabila permukaan air pada sisi keluar
lebih tinggi daripada sisi isap. Adapun hubungan antara tekanan dan head tekan dapat diperoleh dari rumus:
ℎ
U
= 10 ×
6
Y [8] … … …… … … … … … . … …… … . 2.33 apabila tekanan diberikan dalam kPa dapat dipakai rumus berikut:
ℎ
U
= 1
9.8 . … … … …… … … … … … . … …… … . 2.34 Dimana: h
p
= head tekan m P
a
= tekanan permukaan air Pa ρ = Rapat massa kgl
γ = Berat jenis air yang di pompa kgfl Head losses h
l
yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian yang terdiri atas head losses di dalam pipa-pipa, dan head losses di dalam belokan-belokan,
katub-katub, dsb. a.
Head losses dalam pipa kerugian mayor Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat dipakai rumus
berikut ini: ℎ
Z
= A
[
\
6
82 [8] … … … …… … … … … … . … …… … . 2.35 Dimana:
v
a
= Kecapatan rata-rata aliran di dalam pipa ms h
f
= Head losses dalam pipa m λ
g
= Koefisien kerugian gesek dalam pipa
Universitas Sumatera Utara
g = Perceptan gravitasi 9,8 ms
2
L = Panjang pipa m
d = Diameter dalam pipa m
Selanjutnya, untuk aliran yang laminer dan yang turbulen, terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminer atau turbulen,
dipakai bilangan reynold: ]
=
6
8 _ [8] … … …… . . … …… … … … … … . … …… … . 2.36
] =
6
8 _ [8] … … …… . . … …… … … … … … . … …… … . 2.37
Dimana: R
e
= bilangan reynold tak berdimensi v
= kecepatan rata-rata aliran di dala pipa ms d
= diameter dalam pipa m υ = visikositas kinematik zat cair m
2
s µ
= viskositas absolut kgfm
2
Faktor gesekan tergantung dari bilangan renoldnya. Jika alira dalam pipa tersebut laminar maka harga faktor gesekan f dapat dicari dengan rumus:
` = 64
]O [8] … … …… . . … …… … … … … … . … …… … . 2.38 Untuk aliran laminar, Re mempunyai harga maksimum sebesar 2000. Bila
bilangan reynold Re 2300 aliran dalam pipa adalah turbulen, maka faktor gesekan f di dapat dari diagram moody. Head losses dalam jalur kerugian minor.
2. Head losses pada perlengkapan pipa kerugian minor
Head losses pada perlengkapan pipa adalah kehilagan tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katub-katub, sambungan elbow, instrument, dan pada
Universitas Sumatera Utara
v
1
v
2
v
1
v
2
D
1
D
2
D
2
D
1
penampang yang tidak konstan. Kerugian head di tempat ini dapat dinyatakan secara umum dengan rumus:
ℎ
Z
= F × `
6
2 [8] … …… . . … …… … … … … … . … …… … . 2.39 Dimana: f = koefisien kerugian
g = Percepatan grafitasi
h
f
= Kerugian head m n =
jumlah perlengkapan pipa Untuk koefisien kerugian pembesaran penampang pipa secara mendadak,
kerugian head dapat dihitung dengan rumus: ℎ
Z
= ` 2
[8] … . . … …… … … … … … . … …… … . 2.40 Dimana f ≈ 1
Gambar 2.20 Koefisien kerugian pada pembesaran mendadak [8] dan kerugian head untuk pengecilan pipa secara mendadak dapat dinyatakan
dengan rumus: ℎ
Z
= ` 2 [8]……..………………….………….2.41
Tabel 2.3 Koefisien kerugian pada pengecilan mendadak [8] D
2
D
1 2
0,1 0,2
0,3 0,4
0,5 0,6
0,7 0,8
0,9 1,0 f
0,5 0,48 0,45 0,41 0,36 0,29 0,21 0,13 0,07 0.01
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN
Gambar.3.1 Diagram alir penelitian
Universitas Sumatera Utara
