## PISTON

## Journal of Technical Engineering:
Pengaruh Massa Flywheel terhadap Energi Kinetik,
Tegangan Serta Daya Luaran pada
Flywheel Energy Storage System
Surabidin dan Djuhana*
Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No. 1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail: * djuhana282@gmail.com
Masuk : 25 Januari 2019 Direvisi :20 Februari 2019 Disetujui : 3 Maret 2019
Abstrak: FEES ( flywheel energy storage system ) mampu menyimpan energi kinetik kedalam sebuah tempat penyimpanan unntuk  selanjutnya  dilepaskan  pada  saat  penggerak  menghentikan  putarannya  dimana  informasi  mengenai  system penyimpanan menggunakan flywheel masih sangat kurang. Dalam tugas akhir ini membahas tentang pengaruh penambahan massa  pada  flywheel  untuk  mengetahui  energi  kinetik  yang  dihasilkan,  lamanya  waktu  putar  flywheel  ,  daya  luaran  yang dihasilkan oleh generator , serta melakukan simulasi dengan software ANSYS 18.2 untuk mengetahui faktor keamanan dari flywheel.  Hasil  dari  penelitian  ini  adalah  semakin  bertambahnya  massa  pada  flywheel  juga  semakin  meningkatnya  energi kinetik  yang  dihasilkan  yaitu  sebesar  6.34  KJ,  serta  berpengaruh  juga  terhadap  lamanya  waktu  putar  flywheelselama  325s dan untuk daya luaran yang dihasilkan generator sebesar 38 W akan sejalan dengan rpm yang di berikan sebesar 1800 rpm serta hasil analisa ansys menunjukan bahwa flywheel yang aman untuk digunakan.
Kata kunci: FEES ( flywheel energy storage system ), variasi massa , energi kinetik,  ANSYS 18.2
Abstract: FEES (flywheel energy storage system) is able to store kinetic energy into a storage area to be released when the drive  stops  its  rotation  where  information about  the  storage  system  using  the flywheel  is  still  lacking. In  this  final  project discusses the effect of mass addition on the flywheel to determine the kinetic energy produced, the length of time to rotate the flywheel, the output power generated by the generator, and perform simulations with ANSYS 18.2 software to determine the safety factor of the flywheel. The result of this research is that the increasing mass of the flywheel also increases the kinetic energy produced, which is 6.34 KJ, and also affects the length of the flywheel rotating time for 325s and the output power produced by the generator is 38 W, it will be in line with the rpm given of 1800 rpm and ansys analysis results show that the flywheel is safe to use.
Keywords: FEES (flywheel energy storage system), mass variation, kinetic energy, ANSYS 18.2

## PENDAHULUAN
Energi  dapat  diartikan  sebagai  kemampuan  dari  sebuah  sistem  untuk  melakukan  usaha  terhadap  sistem lainnya.  Energi  tidak  dapat  dilihat  namun  dapat  dirasakan.  Hukum  konservasi  energi  menyatakan  bahwa  total energi dalam suatu sistem yang terisolasi akan tetap sama  sepanjang waktu. Hal ini berarti bahwa energi tidak dapat  diciptakan  maupun  dihancurkan.  Energi  hanya  dapat  ditransformasi  dari  satu  bentuk  ke  bentuk  lainnya [1].  Untuk  mendukung  pembangunan  nasional  yang  berkelanjutan,  ketersediaan  energi  sangat  penting  sebagai salah-satu penunjang dan keberlangsungan produktivitas nasional. Beberapa jenis energi yang digunakan untuk menjaga  keberlangsungan  tersebut  diantaranya  adalah  BBM,  gas  bumi,  batubara  dan  biofuel  yang  merupakan sumber  energi  tidak  terbarukan  [2].  Sampai  saat  ini,  minyak  bumi  masih  memegang  peranan  penting  sebagai sumber  energi  di  berbagai  sektor  yang  ada  di  Indonesia.  Produksi  minyak  yang  menurun  selama  satu  dekade terakhir. Berdasarkan Grafik pada web indonesia investment ini dibagi dalam dua angka produksi, yang pertama diambil dari perusahaan minyak dan gas multinasional BP Global (angka-angkanya mencakup minyak mentah, shale  oil,  oil  sands  dan  gas  alam  cair),  dan  angka-angka  produksi  yang  kedua  bersumber  dari  Satuan  Kerja Khusus  Pelaksana  Kegiatan  Usaha  Hulu  Minyak  dan  Gas  Bumi  (SKK  Migas)  dari  Kementerian  Energi  dan
Sumber Daya Mineral (angka-angka ini mencakup minyak mentah dan kondensat minyak). Berdasarkan survey dari tahun 2006 hingga 2015, produksi minyak bumi di Indonesia cenderung menurun sedangkan konsumsinya relatif  tetap  bahkan  meningkat.  Penurunan  produksi  disebabkan  cadangan  minyak  bumi  yang  terus  terkuras habis.  Produk  minyak  bumi  seperti  Bahan  Bakar  Minyak  (BBM)  sangat  dibutuhkan  terutama  pada  sektor transportasi  dan  sumber  energi  lainnya.  Masyarakat  membutuhkan  sumber  energi  baru  terutama  untuk kehidupan sehari-hari. Sarana transportasi dan sumber energi lainnya seperti motor maupun mobilatau industri pembangkit listrik  memegang peranan penting bagi  kelangsungan cadangan energi  minyak bumi di Indonesia. Hal ini dikarenakan energi yang dikandung minyak bumi cukup besar serta proses pengolahan yang relatif lebih mudah dibandingkan sumber energi lainnya. sebuah alat penyimpan energy dapat juga  menjadi sangat penting akiba kebutuhan akan penggunaan energi yang efisien [3].
Salah  satu  alat  penyimpanan  energi  adalah Flywheel  energy  storage  system  (FESS) dan  bekeja  dengan memanfaatan  energi  kinetik  melalui flywheel . Flywheel a  dalah  perangkat  mekanis  yang  digunakan  sebagai media  penyimpanan  energy  rotasi. Flywheel menahan  perubahan  kecepatanrotasi,  yang  membantu  kestabilan rotasi poros ketika terjadi fluktuasi torsi [4]. Keuntungan FESS adalah besarnya kapasitas penyimpanan energi kinetik  ,  awet  dan  bebas  polusi  [5].    Selain  itu,  kecepatan  respon  yang  singkat  membuat FESS sangat  bagus untuk  meredam  fluktuasi  yang  disebabkan  oleh  daya  awal  yang  berubah-ubah.  Oleh  karena  itu,  penulis melakukan  penelitian  yang  berkaitan  dengan FESS yaitu  dengan  penambahan  massa  pada flywheel untuk melihatnya pengaruh pada penyimpanan energi kinetik dan melakukan simulasi dengan perangkat lunak untuk mengetahui faktor keamanan dari flywheel. Tujuan dari penelitian ini mengetahui pengaruh massa pada flywheel terhadap energi  kinetik  yang  mampu disimpan dan tegangan serta daya luaran  yang dihasilkan oleh  generator, pengaruh  massa  pada flywhee l  terhadap  momen  inersia  yang  didapatkan  serta  lamanya  waktu  putar flywheel menganalisa analisa kekuatan material flywheel melalui pembuatan model numerik.

## METODOLOGI

## Prosedur penelitian
Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  model  dan  eksperimen,  dimana  model  dilakukan  dengan menghitung  dengan  rumus  yang  sudah  di  tentukan  dan  juga  model  numerik  menggunakan  perangkat  lunak ANSYS 18.2  sedangkan eksperimen yang dilakukan adalah membuat penambahan massa pada flywheel dengan berat 1 kg, 2kg dan 3kg  untuk memperbesar moment inersia dan  memanfaatkan energi kinetik yang tersimpan pada flywheel .
Perakitan flywheel dengan mesin
Pada proses perakitan flywheel ini . Flywheel di gerakan dengan tenaga penggerak  motor listrik  AC 1 fase 372.85 Watau ½ HP dengan kecepatan 1800 rpm. Perbandingan pulley 1:1 dengan pulley pada motor 3 inc dan pada  poros flywheel 3  inc.  Bagian  Rotor  disatukan  dengan  poros  beserta  dengan flywheel .  penambahan  massa pada flywheel 1 kg 2 kg dan 3kg di rekatkan menggunakan mur dan baut.
Gambar 2. Penambahan massa flywheel 1kg
Gambar 3. Penambahan massa flywheel 2 kg
Gambar 4 . Penambahan massa flywheel 3kg

## HASIL DAN DISKUSI

## Analisa dengan software Ansys 18.2
Analisa dengan software Ansys dilakukan untuk mendapatkan hasil analisa Mencari total deformation, Equivalent(von mises).
Gambar 5. Hasil simulasi total deformations
Dari hasil simulasi menunjukan bahwa total deformasi maximum yang diterima oleh flywheel yaitu sebesar 2.34  x mm  setelah  diberikan  momen  sebesar  5517  N.mm  jika  dilihat  dari  hasil  simulasi  maximum deformasi  yang  diterima  flywheel  sangatlah  kecil  jadi  pengaruh  perubahan  terhadap flywheel sangatlah  kecil atau  mungkin  tidak  terlihat  dan  jika  di  lihat  dari  warna  pada  hasil  simulasi  total  deformasi  terjadi  pada  ujung dari pada flywheel tersebut.

## Equivalent(von mises) stress
Gambar 6. Hasil simulasi (equivalent von mises) stress
Dari hasil simulasi menunjukan bahwa equivalent (von mises) stress maximum yang diterima oleh flywheel yaitu sebesar 6.70 x
Mpa seperti yang terlihat pada gambar diatas jika dibandingkan dengan yield strength yang nilainya 100 Mpa maka flywheel yang digunakan masih sangat aman dapat dilihat pada gambar tegangan yang terjadi pada flywheel berada di sekitar poros.

## Pengujian Eksperiment
Dimana flywheel dengan  massa  awal  15  kg  ditambahkan  massanya  dengan  penambahan  1,2,  dan  3kg .dengan mengamatinya pada putaran 1800 rpm untuk melihan pengaruhnya terhadap waktu putar flywheel dan daya luaran yang dihasilkan dengan memberikan dan tanpa memberikan beban pada generator.

## Pengujian tanpa beban pada generator
Pengujian tanpa beban dilakukan untuk melihat tegangan yang dihasilkan oleh generator.
Gambar 7. Grafik tegangan terhadap waktu
Gambar 8. Grafik kecepatan terhadap waktu
Dari pengujian grafik 7 dan 8   waktu putar flywheel dan  tegangan  yang dihasilkan dapat diketahui bahwa hasilnya  adalah  semakin  berat  massa flywheel semakin  besar  pula  energi  kinetik  yang  dihasilkan  dan  ini berpengaruh  terhadap  lamanya  waktu  putar flywheel ,  dinama flywheel dengan  massa  15  kg  waktu  putarnya selama 262 sekon, dan flywheel dengan massa 18 kg  waktu putarnya selama 325 sekon, sedangkan mengenai tegangan  yang  dihasilkan  oleh  generator  akan  berbanding  dengan  putaran  yang  di  berikan  kepada  generator dimana pada 1800 rpm menghasilkan 400 v dan pada 200 rpm menghasilkan 45 v namun pada masing masing pengujian memiliki waktu yang berbeda pada setiap variasi flywheel yang digunakan.

## Pengujian menggunakan beban 15 watt
Pengujian  kedua  menggunakan  beban  pada  generator  untuk  mengetahui  berapa  daya,  tegangan,  serta  arus yang dihasilkan oleh generator.
Gambar 9. Grafik daya terhadap waktu
Gambar 10. Grafik arus terhadap waktu
Dari  gambar  9  dan  gambar  10  dapat  dilihat  bahwa  daya  yang  dihasilkan  akan  berubah  tergantung  pada putaran  dan  seiringnya  waktu  putar  yang  mampu  di  pertahankan flywheel dimana  pada  rpm  1800  daya  yang dihasilkan sebesar 38 watt dan pada saat rpm 200 daya yang dihasilkan sebesar 1.26 watt, dan untuk arus yang didapat pada rpm 1800 menghasilkan 100 Ma dan pada rpm 200 menghasilkan arus sebesar 20 Ma. Sedangkan waktu  putar  flywheel  yang  didapatkan  berbeda-beda  tergantung  pada  penambahan  massa  dapat  dilihat  bahwa pada flywheel awal  15  kg  hanya  mampu  mempertahankan  putaran  selama  249  s  sedangkan  jika flywheel ditambah dengan berat 3 kg flywheel mampu mempertahankan putaran selama 312 s. Jika waktu dibandingkan dengan  pengujian  tanpa  beban  lampu  pada  output  generator,  waktu  putar  flywheel  mengalami  perbedaan  jika beban lampu ditambah waktunya pun akan mengalami perubahan pula.
Hasil Pengujian waktu putar flywheel berdasarkan kondisi v-belt
waktu  putar flywheel sangat  berpengaruh  terhadap  berbagai  faktor  bisa  dari  pembebanan  pada  generator yang  terlalu  besar,  bering  yang  digunakan,  dan  salah  satunya  adalah  pada  saat  kondisi v-belt longgar  dan kencang
Gambar 11. Grafik pengujian waktu putar flywheel terhadap kondisi v-belt
Dapat dilihat dari grafik menunjukan perbedaan waktu putar pada flywheel dengan massa yang tetap 15 kg yang  disebabkan  oleh  kondisi  v-belt  dimana  pada  kondisi  v-belt  longgar  untuk  mencapai  rpm  1500  saja membutukan  waktu  awal  sebesar  31.47  s  tetapi  waktu  putar  flywheel  mencapai  334.03  s.  Sedangkan  pada kondisi v-belt kencang untuk mencapai rpm 2000 rpm diperlukan waktu yang relative lebih singkat yaitu selama 17.59 s. Tetapi waktu putar flywheel juga cenderung lebih singkat yaitu sebesar 270.51 s.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  simulasi  Ansys  dapat  disimpulkan  bahwa total  deformasi dan directional  deformasi yang diterima flywheel sangat kecil yakni  sebesar 2.34 x
mm. Dan hasil simulasi Equivalent (von mises) stress yang diterima oleh flywheel sebesar 6.7 x
Mpa lebih kecil dari pada nilai yield strengthyang besarnya 100 Mpa, jadi bisa disimpulkan bahwa flywheel yang digunakan sangat aman.   Waktu putar flywheel berpengaruh terhadap  massa  dari flywheel semakin  berat  massa flywheel maka  semakin  lama  waktu  putar flywheel pada flywheel dengan  massa  15  kg  menghasilkan  waktu  putar  selama  262  s  dan flywheel dengan  massa  18  kg mengasilkan  waktu  putar  selama  325  s.      Tegangan  yang  di  dapat  pada  1800  rpm  menghasilkan  tegangan sebesar  400  V  tanpa  beban  pada  generator  dan    dengan  pembebanan  lampu  pijar  15  w  menghasilkan  daya sebesar  38  W  pada  rpm  1800.  Energi  kinetik  yang  didapat  oleh  flywheel  bertambah  pula  seiring  dengan penambahan massa pada flywheel yaitu dengan massa flywheel 15 kg menadapkan energi kinetik sebesar 5.14 KJ, flywheel dengan massa 16 menghasilkan 5.32 KJ, flywheel dengan massa 17 kg menghasilkan 5.68 KJ, dan flywheel dengan massa 18 kg menghasilkan energi kinetik sebesar 6.34 KJ.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Pusat  Datadan  Teknologi  Informasi  Energi  Dan  Sumber  Daya  Mineral  .  (2013). Kajian  Subtitusi  Dengan Energi Lain Pada Sektor Industri. Jakarta: Kementerian Energi Dan Sumber Daya Mineral.
[2] Indonesia Investments.
(2016, juni9). Indonesia-Investment. Retrieved .. from . www.indonesiainvestments.com
[3] Maji, S. U., Mane, M. S., A. J., & D. M. (2016). Conventional Free Energy using Flywheel . International Journal for Scientific Research & Development , 1260-1264.
[4] R. P., & S. K. (2016). Design and Material Optimization of Flywheel . International Journal of Innovative Research .. in .. Science,Engineering and Technology , 6484-6489.
[5] Yaphet,  A.  A.  (2011).  Analisa  pengaruh  variasi  geometri  terhadap  energi  kinetik  yang  mampu  disimpan oleh flywheel pada sistem Electro Mechanical KERS.