## RANCANG BANGUN PROTOTIPE GENERATOR BEBAS ENERGI MENGGUNAKAN FLYWHEEL

## DESIGN OF FREE ENERGY GENERATOR PROTOTYPE USING FLYWHEEL
Citra Zaskia Pratiwi 1* dan Dimas Bayu Sasongko 1
1 Program Studi Mekanisasi Perikanan, Politeknik Kelautan dan Perikanan Sidoarjo, Sidoarjo
* E-mail : citrazaskia38@gmail.com

## ABSTRACT
The advantage of free energy generator is it can produce electrical energy without using fuel so that it suitable to use in ponds. Free energy generator is designed using electric motor with the power of 3 1,5 HP and rotation speed of 1480 rpm, generator with the power of 4 KW and rotation speed of 1500 rpm, and  flywheel  with  the  mass  of  36  kg  and  diameter  of  40,6  cm.  The  test  results  show  generator  can produces the voltage of 230 V using the pulley diameter on flywheel of 12,5cm, the moment of inertia of 0,74 kg.m 2 , the kinetic energy of 8889,25 Joule, and the electrical power of 2,4 KW in stable condition or without changing.
Keywords:  Electric  generator,  flywheel,  electric  motor,  moment  of  inertia,  kinetic  energy,  electrical power

## ABSTRAK
Kelebihan dari generator bebas energi adalah dapat menghasilkan energi listrik tanpa penggunaan bahan bakar  sehingga  cocok  digunakan  di  tambak. Generator  bebas  energi  dirancang  dengan menggunakan motor listrik  dengan daya 1,5  HP  dan kecepatan putaran 1480 rpm, generator listrik dengan daya 3 KW dan kecepatan putaran 1500 rpm, dan flywheel dengan massa 36 kg dan diameter 40,6 cm. Hasil pengujian menunjukkan generator dapat menghasilkan tegangan 230 V dengan menggunakan diameter pulley pada flywheel sebesar 12,5 cm,  momen inersia yang  dihasilkan  sebesar  0,74  kg.m 2 ,  energi  kinetik  sebesar  8889,25  Joule,  dan  daya  listrik sebesar 2,4 KW dalam kondisi stabil atau tanpa perubahan.
Kata kunci : Generator listrik, flywheel , motor listrik, momen inersia, energi kinetik, daya listrik

## I. PENDAHULUAN
Listrik  dibutuhkan  petambak  untuk penerangan, penggerak pompa air, penggerak  kincir  air  ( paddle  wheel ),  dan sebagainya.  Selama  periode  budidaya, jumlah energi listrik untuk sistem aerasi dan pompa  mencapai  24.867  –  28.894  KW. Selain  itu,  komponen  biaya  listrik  dalam proses produksi berkontribusi antara 9,56 – 13,10% (Syah et al ., 2017). Besarnya biaya operasional  yang  berasal  dari  konsumsi daya listrik menjadi permasalahan tersendiri  bagi  petambak.  Salah  satu  cara untuk  dapat  menghemat  biaya  operasional dalam  kegiatan  usaha  budidaya  perikanan adalah  dengan  cara  menghemat  biaya pemakaian  listrik  baik  listrik  untuk
penerangan, listrik untuk penggerak pompa air  maupun  untuk  penggerak  kincir  air ( paddle  wheel ),  dan  lain-lain.  Selain  itu, peralatan tambahan yang digunakan mensuplai  energi  listrik  di  tambak  adalah generator  set  (genset),  yang  biasanya digunakan pada saat listrik mati atau sedang bermasalah. Penggunaan genset ini biasanya membutuhkan bahan bakar sehingga juga akan berpengaruh pada biaya operasional untuk penyediaan bahan bakar. Oleh  karena  itu,  dilakukan  desain  dan realisasi generator listrik bebas energi ( free energy generator)  menggunakan  motor listrik  sebagai  tenaga  penggerak, flywheel yang  berfungsi  sebagai  penyimpan  energi ( energy  storage ),  dan  generator  atau
Jurnal Chanos chanos
ISSN : 1693-6299
alternator sebagai penghasil energi listrik.
Sumber  tenaga  penggerak  motor listrik  pada  pengoperasian  awal  masih menggunakan  sumber  tenaga  listrik  dari PLN  dan  setelah  generator  menghasilkan listrik maka sebagian listrik yang dihasilkan oleh  generator  tersebut  digunakan  untuk menggerakkan  motor  listrik,  kemudian listrik  dari  sumber  tenaga  PLN  dimatikan. Selanjutnya generator tersebut akan berjalan  dengan  tenaga  sendiri  yang diputar/  digerakkan  oleh  motor  listrik dengan sumber pasokan listrik berasal dari generator  yang  digerakannya.  Sebuah penyimpan  energi  berupa  roda  gaya ( flywheel) untuk penerus putaran digunakan untuk  membantu  mempertahankan  dan menstabilkan  putaran  generator  pada  saat berlangsungnya
proses peralihan/ pergantian  sumber  tenaga  penggerak  dari sumber  listrik  PLN  ke  listrik  generator sehingga generator ini akan bergerak terus menerus dan bekerja dengan tenaga/energi sendiri  yang  dibantu  oleh  energi  dari  roda penerus/ flywheel ( flywheel energy generator).
Hasil  penelitian  Maji et  al .  (2016) menghasilkan  listrik  sebesar  0,45  KW dengan  penggunaan flywheel dari  motor listrik  0,5  HP  sedangkan  listrik  sebesar 4,167  KW  dihasilkan  dengan  penggunaan flywheel dari  motor  listrik  1,5  HP  (Lwin,
2019).  Oleh  karena  itu, free  energy generator  dapat  menjadi  alternatif  solusi mengatasi  permasalahan  yang  dialami petambak terutama mengenai biaya operasional (biaya listrik dan bahan bakar). Pada  penelitian  dibahas  mengenai  rancang bangun  prototipe  generator  bebas  energi dengan menggunakan flywheel.

## II. METODE PENELITIAN
2.1.Waktu dan Tempat
Penelitian  dilakukan  pada  bulan Mei  -  November 2020 di  Tefa Mekanisasi Perikanan Politeknik Kelautan dan Perikanan  Sidoarjo.  Dalam  penelitian  ini secara  sederhana  prosedur  penelitian  ini dapat didiagramkan sebagai berikut.
Gambar 1.  Diagram alir prosedur penelitian

## 2.2. Alat dan Bahan
Alat  dan  bahan  yang  digunakan untuk penelitian antara lain (1) alternator/generator AC  dengan spesifikasi daya 3 KW, tegangan 230 V, dan kecepatan putaran 1500 rpm, (2) motor listrik dengan daya  1,5  HP  dan  kecepatan  putaran  1480 rpm, (3) flywheel dengan massa 36 kg dan diameter 40,6 cm, (4) pulley , (5), V-belt, (6) handle ,  (7)  besi  dudukan  mesin,  (8)  kabel listrik, (9) stop kontak, (10) las listrik, (11) bor listrik, (12) gerinda, (13) jangka sorong, (14)  tachometer,  dan  (15)  clamp  meter. Alternator/generator  AC  berfungsi  untuk mengubah  energi  mekanik  menjadi  energi listrik,  motor  listrik  berfungsi  untuk mengubah  energi  listrik  menjadi  energi mekanik,  dan flywheel digunakan  untuk menyimpan energi kinetik.
2.3.Analisa Data Sebelum  dilakukan  analisa  data, maka diperlukan pengambilan data terlebih dahulu  yang  meliputi  kecepatan  putar flywheel dan motor listrik dengan
menggunakan  tachometer,  serta  tegangan yang terukur pada generator listrik. Analisa data digunakan untuk mengetahui pengaruh variasi  diameter pulley terhadap  tegangan generator, pengaruh massa flywheel
http://ejournal-balitbang.kkp.go.id/index.php/chanos2
terhadap  besarnya  momen  inersia  dan energi  kinetik,  serta  daya  yang  dihasilkan generator.  Hal  tersebut  sesuai  dengan penelitian Ariffaiuddin (2018) untuk meningkatkan  energi  listrik  alternatif menggunakan flywheel generator.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1.Perancangan Generator Bebas Energi Perancangan dimulai dengan
melakukan  observasi  dan  studi  literatur terkait  model  generator  bebas  energi,  Dari hasil  yang  didapat  selanjutnya  dilakukan proses  pembuatan  gambar.  Pembuatan gambar generator bebas energi dimulai dari pembuatan  rangka  yang  terdiri  dari dudukan  generator, flywheel ,  dan  motor listrik. Berikut adalah spesifikasi generator bebas  energi  yang  telah  dirancang  dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi generator bebas energi Nama Alat Generator Bebas Energi Dimensi 86 cm x 35 cm x 35 cm Kecepatan Putaran Generator 1500 rpm Daya Generator 3 KW Kecepatan Putaran Motor Listrik 1480 rpm Daya Motor Listrik 1,5 HP Massa Flywheel 36 kg Diameter Flywheel 40,6 cm Bahan Rangka Besi L siku
Adapun bagian-bagian dari generator bebas energi adalah sebagai berikut :
a. Rangka Rangka  berfungsi  sebagai  penyangga dan tempat memasang komponen antara
lain  motor  listrik,  generator,  dan flywheel .  Desain  rangka  dirancang dengan panjang 86 cm, lebar 35 cm, dan tinggi 35 cm, dengan bahan besi L siku
b. Motor listrik
Motor listrik berfungsi sebagai penggerak  generator  dimana  dalam perancangan ini menggunaka motor AC dengan tegangan 220 V, kecepatan putar 1480 rpm, dan daya 1,5 HP.
c. Alternator/Generator Alternator/generator  berfungsi  untuk mengubah  energi  gerak  menjadi  energi listrik.  Pada  perancangan  digunakan generator  AC  tipe  ST-3  dengan  daya  3 KW,  tegangan  230  V,  dan  kecepatan putaran 1500 rpm.
d. Flywheel
Fungsi  dari  flywheel  yaitu  untuk menyimpan energi kinetik dimana massa yang  digunakan  sebesar  36  kg  dengan diameter sebesar 40,6 cm.
e. Pulley Pulley berfungsi untuk mentransmisikan torsi  dan  gerakan  berputar  dari  suatu komponen ke komponen lain. Diameter pulley pada  generator  listrik  adalah sebesar 10 cm dan diameter pulley pada motor  listrik  adalah  sebesar  12,5  cm sedangkan diameter pulley pada flywheel divariasikan  menjadi  3  yaitu  dengan diameter sebesar 12,5 cm, 20 cm, dan 27 cm.
f. V-belt
V-belt berfungsi  untuk  memindahkan daya antara dua poros yang sejajar
g. Handle Handle berfungsi  untuk  memindahkan sumber listrik dari PLN atau generator
Adapun desain dari generator bebas energi seperti pada Gambar 2 di bawah ini.

## Gambar 2.  Desain pandangan samping generator bebas energi

## 3.2.Pembuatan Generator Bebas Energi
Dalam  pembuatan  generator  bebas energi, hal  yang pertama dilakukan adalah perancangan generator bebas energi dengan spesifikasi  sesuai  Tabel  1.  Perancangan juga  meliputi  pembuatan  desain  sesuai Gambar  2.  Selanjutnya  adalah  persiapan alat dan bahan yang meliputi alternator/generator  AC,  motor  listrik, flywheel pulley , V-belt,  handle ,  besi dudukan  mesin,  kabel  listrik,  stop  kontak, las  listrik,  bor  listrik,  dan  gerinda. Kemudian membuat rangka dudukan mesin dengan  menggunakan  besi  L  siku  yang telah  dipotong.  Besi  L  siku  yang  telah dipotong  kemudian  disatukan  hingga membentuk  rangka  sesuai  gambar  dengan menggunakan las listrik. Rangka besi yang dibuat  memiliki  panjang  86  cm,  lebar  35 cm,  dan  tinggi  35  cm  sedangkan  lebar penyangga bawah 60 cm.
Proses selanjutnya adalah memotong  besi  sebagai  dudukan  motor listrik
yang dilakukan
dengan menggunakan  gerinda.  Setelah  pembuatan dudukan  motor  dilanjutkan  pembuatan dudukan  alternator/generator  dan flywheel . Proses  selanjutnya  yaitu  menentukan diameter pulley dimana  diameter pulley
pada generator listrik adalah sebesar 10 cm dan  diameter pulley pada  motor  listrik adalah sebesar 12,5 cm sedangkan diameter pulley pada flywheel divariasikan menjadi 3 yaitu dengan diameter sebesar 12,5 cm, 20 cm,  dan  27  cm  untuk  pengujian  alat. Kemudian dilanjutkan perakitan alat dengan memasang motor listrik, generator, dan flywheel pada  rangka  yang  sudah dibuat. Setelah itu, pemasangan pulley dan V-belt untuk menghubungkan motor listrik, flywheel ,  dan  generator  listrik.  Proses selanjutnya  adalah  pembuatan  sambungan menggunakan kabel listrik untuk menghubungkan  motor  listrik  dengan sumber  listrik  PLN.  Kemudian,  pasang handle yang berfungsi sebagai saklar untuk memindahkan arus dari sumber listrik PLN dan  generator  listrik  ke  motor  listrik. Adapun  hasil  pembuatan  generator  bebas energi seperti pada Gambar 3 berikut.
Gambar  3.  Hasil  pembuatan  generator bebas energi

## 3.3.Pengujian Generator Bebas Energi
3.3.1. Pengaruh Variasi Diameter Pulley Terhadap Tegangan Generator Pengujian dilakukan dengan
memvariasikan  diameter pulley pada flywheel (D PF )  dimana  terdapat  3  diameter pulley yang  berbeda  sedangkan  untuk diameter pulley pada  generator  listrik  dan motor  listrik  tetap.  Diameter pulley pada generator listrik (D PG ) adalah sebesar 10 cm dan  diameter pulley pada  motor  listrik (D PM )  adalah  sebesar  12,5  cm.  Tujuan pengujian  ini  adalah  mengetahui  tegangan yang dihasilkan oleh generator listrik.
1. Pengujian I (D PF = 27 cm) Pengujian I dilakukan dengan
menggunakan pulley yang  dipasang  pada flywheel dengan  diameter  sebesar  27  cm. Adapun  tegangan  yang  dihasilkan  adalah sebesar 10 V.  Berdasarkan hasil pengujian, tegangan  yang  dihasilkan  masih  belum maksimal karena umumnya tegangan yang dibutuhkan  adalah  sebesar  220  V.  Hal  ini dikarenakan kecepatan putaran pada generator  listrik  kurang  maksimal.  Hasil pengujian seperti terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil pengujian I
2. Pengujian II (D PF = 20 cm) Pengujian II dilakukan dengan menggunakan pulley yang  dipasang  pada flywheel dengan  diameter  sebesar  20  cm. Adapun  tegangan  yang  dihasilkan  adalah sebesar 50 V. Berdasarkan hasil pengujian, tegangan  yang  dihasilkan  belum  mencapai tegangan  yang  biasanya  digunakan  untuk peralatan  listrik  yaitu  220  V.  Hal  ini dikarenakan kecepatan putaran pada generator  listrik  juga  kurang  maksimal. Hasil  pengujian  seperti  terlihat  pada Gambar 5.
Gambar 5. Hasil pengujian II
3. Pengujian II (D PF = 12,5 cm)
Pengujian III dilakukan dengan menggunakan pulley yang  dipasang  pada flywheel dengan diameter sebesar 12,5 cm. Adapun  tegangan  yang  dihasilkan  adalah sebesar 230 V. Berdasarkan hasil pengujian, tegangan yang dihasilkan sudah memenuhi  dan  mencapai  tegangan  yang umum  digunakan  yaitu  220  V.  Hal  ini dikarenakan kecepatan putaran pada generator listrik sudah memenuhi spesifikasi (Tangko, 2019). Hasil pengujian seperti terlihat pada Gambar 6.

## Gambar 6. Hasil pengujian III
Hasil  pengujian  di  atas  dapat  dilihat  pada Gambar  7.Berdasarkan  Gambar  7  maka diameter pulley yang  dapat  menghasilkan tegangan  sesuai  spesifikasi  generator adalah  sebesar  12,5  cm  dan  dapat disimpulkan bahwa diameter pulley berpengaruh pada tegangan generator.
3.3.2. Pengaruh Massa Flywheel Terhadap  Momen  Inersia  dan Energi Kinetik 1. Momen Inersia
Momen inersia dipengaruhi oleh massa dan  jari-jari flywheel (Ariffaiuddin,  2018).
Flywheel yang  digunakan  untuk  penelitian berbentuk cakram atau silinder pejal dengan rincian sebagai berikut.
Diameter flywheel (D) = 40,6 cm = 0,406 m Jari-jari flywheel (R)  =  1/2  x  0,406  m  = 0,203 m Massa flywheel (m) = 36 kg
Berdasarkan  rincian  di  atas  maka perhitungan  momen  inersia  (I)  pada flywheel adalah :
I =   1 2 ⁄ mR 2 I =   1 2 ⁄ x36x(0,203) 2
I =  0,74 kg. m 2
Jadi,  massa flywheel berpengaruh  pada momen  inersia  dimana  dengan  massa sebesar 36 kg menghasilkan momen inersia sebesar 0,74 kg.m 2 .
2. Energi Kinetik Berdasarkan  hasil  pengujian  maka digunakan diameter pulley sebesar 12,5 cm untuk  mencapai  tegangan  maksimal  yaitu 230 V. Oleh karena itu, kecepatan flywheel dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Hamri, 2020) : Diameter pulley pada motor listrik (D PM ) = 12,5 cm Kecepatan pulley pada motor listrik (N PM ) = 1480 rpm Diameter pulley pada flywheel (D PF ) = 12,5 cm
D PM x N PM =   D PF x N PF 12,5 x  1480 =  12,5 x N PF
N PF = 18500 12,5 = 1480 rpm
Jadi,  kecepatan pulley pada flywheel (N PF ) adalah sebesar 1480 rpm.
Selain  itu,  energi  kinetik  yang disimpan flywheel tergantung dari besarnya momen inersia (I) dan kecepatan sudut/angular flywheel ( ω) , dimana perhitungan energi kinetik (Ek) yang dapat disimpan flywheel adalah sebagai berikut.
Momen inersia (I) =  0,74 kg. m 2 Kecepatan 𝑓𝑙𝑦𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙 =  1480 rpm Kecepatan sudut (ω) = 2πN PF
60
= 2π x 1480 60 =  155 rad/s
Energi kinetik (Ek ) =   1 2 ⁄ Iω 2
=   1 2 ⁄ x 0,74 x 155 2
= 8889, 25 Joule Jadi,  energi  kinetik  yang  dapat  disimpan oleh flywheel (Ek)  adalah  sebesar  8889,25 Joule.

## 3.3.3. Daya Listrik
Daya yang dapat dihasilkan generator    berdasarkan  perhitungan  adalah sebagai berikut:
Input power motor listrik = 1,5 HP = 1,12 KW Efisiensi generator listrik = 80% = 0,8 Output power generator listrik = 230 V 230 V x 3 KW x 0,8  = 2,4 KW
Daya tersebut merupakan daya yang dapat dicapai generator dalam kondisi stabil atau  tidak  ada  perubahan,  serta  belum memperhitungkan penggunaan motor listrik, beban flywheel , dan gesekan pada V- belt .
Gambar 7. Grafik pengujian variasi diamter pulley terhadap tegangan

## IV. KESIMPULAN
Desain dan realisasi generator bebas energi  telah  dilakukan.  Generator  bebas energi  terdiri  dari  motor  listrik  sebagai tenaga  penggerak  dengan  spesifikasi  daya 1,5  HP  dan  kecepatan  putaran  1480  rpm, flywheel yang berfungsi sebagai penyimpan energi ( energy storage ) dengan massa 36 kg dan  diameter  40,6  cm,  dan  generator  atau alternator  sebagai  penghasil  energi  listrik dengan  daya  3  KW,  tegangan  230  V,  dan kecepatan  putaran  1500  rpm.  Generator dapat menghasilkan tegangan sesuai spesifikasi yaitu 230 V dengan menggunakan diameter pulley pada flywheel sebesar  12,5  cm.  Selain  itu, generator  dapat  menghasilkan  momen inersia  sebesar  0,74  kg.m 2 dan  energi kinetik  sebesar  8889,25  Joule.  Daya  yang
dapat  dihasilkan  generator  dalam  kondisi stabil  atau  tidak  ada  perubahan  adalah sebesar 2,4 KW dengan  memperhitungkan efisiensi dari generator listrik sebesar 80%.

## DAFTAR PUSTAKA
Akhwan, Gunari, B., Sunardi, dan Wirawan,  W.A.  2020.  Rancang
Bangun  Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikrohidro (Pltmh) Politeknik
Perkeretaapian  Indonesia  Madiun. J. Teknik Energi, 17(1): 15-24.
Ariffaiuddin,  S.  dan  A.P.  Budijono.  2018. Rancang bangun prototype alat untuk meningkatkan  energi  listrik  alternatif menggunakan flywheel generator. J. Rekayasa Mesin , 4(3):31–35.
Hamri  dan  Zulkifli  M.  2020.  Analisis
Pembangkit  Listrik  tanpa  Bahan Bakar  Minyak  (BBM). J.  Teknologi , 21(1): 31-35
Jhibakate, B.M. et al. 2017. Review of free energy  generator  using  flywheel. International  Research  Journal  of Engineering and Technology (IRJET) , 4(2):2021-2023.
Lwin,  J.T.  2019.  Design  Calculation  of Flywheel  Free  Energy  Generating
System with Motor-Generator.
International  Journal  of  Innovative Science,  Engineering  &  Technology (IJISET) , 6(8):167-171.
Maji,  S.U.,  M.S.  Mane,  C.  Kshirsagar,  A.
Jagdale,  dan  D.  Malgar.  2016. Conventional  Free  Energy  using Flywheel. International  Journal  for Scientific  Research  &  Development (IJSRD) , 4(2):1259-1265.
Razali  dan  Stephan.  Rancang  Bangun Mesin  Pembangkit  Listrik  Tanpa BBM Berkapasitas 3000 Watt dengan Memanfaatkan  Putaran  Flywheel. J. Media Elektro , 6(2):45-48.
Rokhim,  M.A.  dan  I.  Alfi.  2019.  Rancang Bangun  Generator  Listrik  dengan Memanfaatkan Energi yang
Tersimpan  pada  Flywheel  (Roda Gila). J. TeknoSAINS FTIE UTY . Syah,  R.,  Makmur,  dan  M.  Fahrur.  2017.
Budidaya  Udang  Vaname  dengan Padat  Penebaran  Tinggi. J.  Media Akuakultur , 12:19-26. Tangko,  J.,  R.  Tandioga,  I.  Djufri,  dan  R. Haardiyanti. 2019. Analisis Pembangkit Listrik Berbasis Flywheel. J. Sinergi , 17(1):77-83. Thakre,  S.B.,  S.H.  Zode,  A.S.  Singh,  dan S.R.  Ingole.  2018.  Self  Generator Free  Energy  Flywheel. International Research Journal of Engineering and
Technology (IRJET ), 5(1):1062- 1065.
Yuniarsih,  P.,  F.  Bachtiyar,  M.  Rosyidin, dan  T.  Prabawanto.  2014.  Flywheel Generator. From https://media.neliti.com/media/public ations/169906-ID-flywheel- generator.pdf. [Retrieved  on  28 December 2020]