pompa air tenaga angin untuk irigasi

1. 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

3. STUDI PERENCANAAN POMPA AIR TENAGA ANGIN UNTUK SUPLESI
IRIGASI DI DESA YOSOMULYO KECAMATAN GAMBIRAN KABUPATEN
BANYUWANGI
Bina Putra Aprilia1
, Ir. Rini Wahyu Sayekti, MS2
, Sugiarto, ST., MT 3
1
Mahasiswa Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang
2
Dosen Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang
3
Dosen 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

4. 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
.T4
(0.34-0.44ed0.5
)
(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

5. 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 . raxis2
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

6. 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

7. 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.