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, MS

2, Sugiarto, ST., MT

3

1Mahasiswa Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang

2Dosen Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang

3Dosen Teknik Mesin Universitas Brawijaya Malang

E-mail: binawre09@gmail.com

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, Rns-

Rnl, mm/hari

Rns : Radiasi netto gelombang pendek,

Rs(1-α), mm/hari

Rnl : Radiasi netto gelombang panjang

2.01 109.T

4(0.34-0.44ed

0.5)

(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.

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 . raxis

2

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

rwheel? = (rad/s)

r wheel (m)

r axis

V angin = (Vtip) (m/s)

(data)

2 p ?

t = (m/s)

ω = (rad/s)

t = (2 π)/ω

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.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN 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).

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

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.

0,000

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

160,000

180,000

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Oktober November Desember Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September

PTT

Pompa

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.