## RANCANG BANGUN MEKANISME FESS SEBAGAI ALAT PEMBANDING PENGARUH GEOMETRI FLYWHEEL TERHADAP

## ENERGI KINETIK YANG DIHASILKAN
Adhe Anggry 1 , Yuli Dharta 2 , Andri Wiguna 3 , Armada 4 , Ririn Martasari 5 1,2,3,4,5 Jurusan Teknik Mesin-Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Airkantung Sungailiat, Telp.0717-93586, Fax.0717-93585, adhe@polman-babel.ac.id

## Abstract
Recent  days,  more  and  more  people  are  becoming  interested  in  "free-energy".  "Free-energy" means the energy sources used freely without to pay. The sources of "free-energy" are sunlight, rainfall, wind energy, wave power, and tidal power. There are other sources of power such as gravity, electrical charge  in  the  atmosphere  and  ionosphere,  and  a  mass.  FESS  (Flywheel  Energy  Storage  System)  is  an attempt  to  store  kinetic  energy  generated  from  the  rotation  flywheel  in  which  the  electrical  power output from the generator as an input to the motor. Mass flywheel greatly affects the amount of power generated  by  a  generator  which  will  serve  as  a  flywheel  device  or  distributors  of  energy  while  at  the induction generator to eventually convert mechanical energy into electrical energy and vice versa. In this system design becomes very important for the flywheel can store  the kinetic energy. This research aims to design and build mechanisms as a means of comparison FESS flywheel effect of the geometry of the kinetic  energy  generated.  The  research  method  is  done  by  making  three  different  geometric  design flywheels, and then analyzed with the help of FESS. From the experimental results, flywheel 1 with a ring- type web-concave generate kinetic energy of 312.30 J and specific energy of 31.23 J / kg, at the flywheel 2 which is type-straight  arm  kinetic energy gained by 316.73 J and energy  specific of  31.67  J / kg and flywheel  3  with  a  ring-type  web-straight  kinetic  energy  obtained  by  284.997  J  and  specific  energy  of 28.49 J / kg. From the research data we can conclude that each design geometry flywheel has a different contribution to the performance of energy storage.
Keywords: Massive, Flywheel, Kinetic energy, Specific energy

## Abstrak
Saat ini, semakin banyak orang mulai tertarik pada “free - energy”. “Free - energy” yang dimaksud adalah  sumber  energi  yang  dapat  digunakan  secara  gratis  tanpa  harus  membayar.  S umber  “free - energy” tersebut adalah matahari, hujan, angin, gelombang, pasang-surut. Sumber lain seperti gravitasi, muatan listrik pada atmosphir dan ionsphir, dan massa. FESS (Flywheel Energy Storage System) adalah suatu upaya untuk menyimpan energi kinetik yang dihasilkan dari putaran flywheel dimana output daya listrik  dari  generator  sebagai  input  untuk  motor  penggerak.  Massa  flywheel  sangat  berpengaruh terhadap besarnya  daya  yang dihasilkan oleh generator yang dimana flywheel akan berfungsi sebagai perangkat  atau  penyalur  energi  sementara  pada  generator  induksi  untuk  nantinya  mengubah  energi mekanik menjadi energi listrik dan sebaliknya. Dalam sistem ini desain flywheel menjadi sangat penting untuk dapat menyimpan energi kinetik. Penelitian ini bertujuan merancang dan membangun mekanisme FESS  sebagai  alat  pembanding  pengaruh  geometri  flywheel  terhadap  energi  kinetik  yang  dihasilkan. Metode  penelitian  dilakukan  dengan  membuat  3  (tiga)  desain  geometri  flywheel  yang  berbeda, kemudian  dianalisis  dengan  bantuan  FESS.  Dari  hasil  percobaan,  flywheel  1  dengan  tipe  ring-web- concave  menghasilkan  energi  kinetik  sebesar  312,30  J  dan  energi  spesifik  sebesar  31,23  J/kg,  pada flywheel 2 yaitu tipe arm-straight diperoleh energi kinetik sebesar 316,73 J dan energi spesifik sebesar 31,67 J/kg dan flywheel 3 dengan tipe ring-web-straight diperoleh energi kinetik sebesar 284,997 J dan energi  spesifik  sebesar  28,49  J/kg.  Dari  data  penelitian  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  masing- masing desain geometri flywheel memiliki konstribusi yang berbeda terhadap kinerja penyimpan energi.
Kata kunci: Massa, Flywheel, Energi kinetik, Energi spesifik

## 1. PENDAHULUAN
Saat ini, semakin banyak orang mulai tertarik pada “free - energy”. “Free - energy” yang dimaksud adalah sumber energi yang dapat digunakan secara gratis tanpa harus membayar. Sumber “free - energy” tersebut adalah matahari, hujan, angin, gelombang, pasang-surut. Sumber lain seperti gravitasi, muatan listrik pada atmosphir dan ionsphir, dan massa [3]. FESS ( Flywheel Energy Storage System ) adalah sistem penyimpanan  energi  pada flywheel yang  memiliki  massa  tertentu  dan  menyimpannya  sebagai  energi kinetik  dan  melepaskan  energi  secara  signifikan  apabila  energi  tersebut  diperlukan  [1].  Energi  kinetik dihasilkan dari putaran flywheel (roda gila) dimana output daya listrik dari generator sebagai input untuk motor  penggerak.  Massa flywheel sangat  berpengaruh  terhadap  besarnya  daya  yang  dihasilkan  oleh generator yang dimana flywheel akan berfungsi sebagai perangkat atau penyalur energi sementara pada generator  induksi  untuk  nantinya  mengubah  energi  mekanik  menjadi  energi  listrik  dan  sebaliknya. Dalam  sistem  FESS  desain flywheel menjadi  sangat  penting  untuk  dapat  menyimpan  energi  kinetik. Kinerja flywheel dipengaruhi oleh 3 (tiga) faktor antara lain kekuatan material, geometri (penampang) dan  kecepatan  rotasi.  Geometri  mengontrol  energi  spesifik,  dengan  kata  lain,  kemampuan flywheel menyimpanan  energi  kinetik  [2].  Geometri  yang  baik  akan  berkonstribusi  penurunan  konsentrasi tegangan  pada flywheel dan  kemudian  meningkat  masa  pakai  [4].  Optimasi  dilakukan  untuk memunculkan  tingkat  energi  spesifik  maksimum  yang  dapat  dicapai  dan  memastikan  bahwa  tegangan maksimum  tegangan yang diizinkan dengan menyesuaikan kecepatan rotasi ( rpm ) flywheel . Semakin tinggi level rpm maka semakin baik level energi kinetik yang dapat dicapai. Studi  eksperimen  terhadap  desain  geometri flywheel perlu  dilakukan  untuk  mengetahui kontribusi  geometri flywheel dalam  kinerja  penyimpanan  energi.  Dalam  melakukan  studi  ini  perlu dirancang  dan  dibangun  mekanisme  FESS  sebagai  alat  pembanding  pengaruh  geometri flywheel terhadap energi kinetik yang dihasilkan.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian  dilaksanakan  selama  enam  bulan,  lokasi  penelitian  di  Politeknik  Manufaktur  Negeri Bangka Belitung. Tahapan penelitian yang dilakukan untuk menyelesaikan penelitian ini disajikan dalam diagram alir seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1.   Diagram Alir Tahapan Penelitian
Tahapan proses yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Perencanaan  desain  geometri flywheel ,  3  (tiga)  desain  yang  digunakan  yaitu web-straight , arm- straight dan web-convex . Flywheel dibuat  menggunakan  material  St.  42  dengan  massa  jenis  0,283 lb/in 3 atau 7849,99 kg/m 3 . Massa flywheel ditetapkan sebesar  10 kg.
2. Rancang bangun mekanisme FESS, mekanisme FESS yang dibuat dalam penelitian ini menggunakan mekanisme model FESS dari Jacob Byzer (Gambar 2), desain ini terdiri dari motor, bearing , kopling, v- belt, poros dan generator.
3. Persiapan  eksperimen,  alat  yang  disiapkan  pada  persiapan  eksperimen  ini  yaitu  mekanisme  FESS, stroboscope (Gambar 3) dan multimeter digital (Gambar 4).
4. Pelaksanaan  eksperimen,  pelaksanaan  eksperimen  dilakukan  sebanyak  5  (lima)  kali  percobaan dengan  pengambilan  data  putaran flywheel (rpm),  arus output generator  dan  tegangan output generator.
5. Pengambilan data, langkah-langkah yang akan dilakukan dalam pengambilan hasil data  eksperimen adalah sebagai berikut:
a. Menimbang berat flywheel,
b. Memasang flywheel yang akan diuji ke mekanisme FESS,
c. Untuk  memastikan  putaran  sesuai  dengan  yang  diinginkan,  putaran flywheel diukur menggunakan multimeter digital,
d. Flywheel diputar  dengan  frekuensi  motor  yang  telah  ditetapkan. Multimeter  digital dipasang pada  terminal  +  dan – dari  penyearah output generator.  Setelah  putaran flywheel stabil, multimeter digital dinyalakan (melakukan proses scanning ). Selanjutnya proses scanning diakhiri dan data yang dihasilkan disimpan.
e. Mengulangi langkah 1 sampai dengan 4 sampai ke-3 flywheel selesai diambil datanya.
f. Melakukan perhitungan energi kinetik dari data scanning yang tersimpan.
Gambar 2. Jacob Byzehr’s System [2]
Gambar 3. Stroboscope Gambar 4. Multimeter digital
6. Membandingkan  hasil  data  eksperimen,  hasil  data  pengujian  untuk  3  (tiga)  desain flywheel dibandingkan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Desain Geometri Flywheel Penelitian ini menggunakan 3 (tiga) desain, yaitu: 1. Flywheel 1 , tipe ring dengan web-concave 2. Flywheel 2 , tipe arm-straight 3. Flywheel 3 , tipe ring dengan web-straight
Desain geometri dan detail dimensi ketiga flywheel seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. 3.2. Rancang Bangun Mekanisme FESS
Langkah-langkah  yang  dilakukan  dalam  proses  rancang  bangun  mekanisme  adalah  sebagai berikut:
1. Pembuatan diagram sistem mesin,
2. Perhitungan poros transmisi, bearing dan puli-sabuk,
3. Perancangan mekanisme model FESS,
4. Pembuatan komponen FESS, dan
5. Perakitan komponen FESS.
Hasil rancang bangun mekanisme model FESS diperlihatkan pada Gambar 6.
Gambar 5. Desain dan Demensi Flywheel
Gambar 6.  Mekanisme Model FESS

## 3.3. Data Hasil Eksperimen
Berdasarkan  langkah-langkah  eksperimen,  diperoleh  data  hasil  eksperimen  seperti  yang ditunjukkan Tabel 2. Data pada Tabel 2 diolah sehingga didapat data penelitian seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 1. Data Hasil Eksperimen Parameter Ukur Percobaan Rata-rata 1 2 3 4 5 Flywheel 1 Putaran (rpm) 1604 Tegangan (volt) 190 191,1 189 189 189 189,62 Arus ( Ampere ) 0,052 0,065 0,065 0,063 0,063 0,0616 Flywheel 2 Putaran (rpm) 1604 Tegangan (volt) 189,99 188 188 187,4 187 188,078 Arus ( Ampere ) 0,063 0,062 0,062 0,065 0,063 0,063 Flywheel 3 Putaran (rpm) 1604 Tegangan (volt) 189,9 189,1 188,9 187,8 188 188,74 Arus ( Ampere ) 0,052 0,064 0,052 0,064 0,051 0,0566 Tabel 2. Data Penelitian Geometri Flywheel Flywheel 1 Flywheel 2 Flywheel 3 Massa flywheel (kg)  10  10  10 Energi kinetik (J) 312,30 316,73 284,997 Energi spesifik (J/kg) 31,23 31,67 28,49

## 3. SIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dalam pelaksanaan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Dari hasil rancang bangun mekanisme model FESS diperoleh data spesifikasi mesin sebagai berikut:
 Dimensi mesin :  1100mm x 600mmx 300mm
 Sistem Transmisi
:  Puli dan belt
 Sistem Penggerak :  Motor Listrik 1,5 Pk
 Sistem Penyimpanan :  Generator AC
 Berat Flywheel :  10 Kg
2. Dari  hasil  percobaan  terhadap  3  (tiga)  geometri flywheel pada  mekanisme  FESS  diperoleh  bahwa rata-rata energi yang tersimpan masing-masing desain geometri flywheel adalah sebagai berikut:
 Flywheel 1  dengan  tipe ring dengan web-concave dengan  energi  kinetik  312,30  J  dan  energi spesifik 31,23 J/kg,
 Flywheel 2 yaitu tipe arm straight dengan energi kinetik 316,73 J dan energi spesifik 31,67 J/kg dan
 Flywheel 3 yaitu tipe ring web-straight dengan energi kinetik 284,997 J dan energi spesifik 28,49 J/kg.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Liu H dan Jiang  J, “Flywheel  Energy S torage,  An Upswing  Technology  for Energy  Sustainability ” ,
Jurnal Energy and Buildings , Vol. 39, pp.599-604, 2007.
[2]. Mathew M., “ Design of Flywheel for Improved Energy Storage Using Computer Aided Analysis ,” Project  Report,  Department  of  Mechanical  Engineering,  National  Institute  of  Technology Rourkela, India, 2009.
[3]. Patrick J. Kelly, A Practical Guide to Free-Energy Devices [Online], diakses pada 16 Februari 2016, Available: http://www.free-energy-devices.com/ . [4]. Wan  J., “Optimization  Design  and  Analysis  of  A  Flywheel,” Project  Report,  Department  of Mechanical Engineering, University of Massachusetts Amherst, New England, 1996.