RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS FLYWHEEL KAPASITAS 500 WATT
SKRIPSI
Di ajukan sebagai persyaratan untuk Menyelesaikan program pendidikan
Sarjana (S1) Teknik Mesin Disusun oleh
Nama : Muhamad Galib NPM : 16.62.0099 Program Studi : Teknik Mesin Jenjang : Sarjana (S-1)
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN S1 UNIVERSITAS ISLAM KALIMANTAN
MUHAMMAD ARSYAD AL BANJARI BANJARMASIN
2021
ii
iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS
FLYWHEEL KAPASITAS 500 WATT
Yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada program Studi Teknik Mesin Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al Banjari Banjarmasin, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar Sarjana di Lingkungan Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al Banjari Banjarmasin maupun di perguruan tinggi atau instansi manapun, kecuali yang bagian sumber dicantumkan sebagaimana mestinya.
Banjarmasin, Februari 2021
Matrai
Muhamad Galib NPM 16.62.0099
iv
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusunan Skripsi ini berjalan dengan baik.
Adapun penyusunan Skripsi ini Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada:
1. Bapak Prof. Abdul Malik, S.Pt., M.Si., Ph.d Selaku Rektor Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al-banjari.
2. Bapak Dr. Ir. Muhammad Marsudi, M.Sc Selaku Dekan Teknik Mesin Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al-banjari.
3. Bapak Muhammad Firman, ST., MT. Selaku Ketua Program Prodi Teknik Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al-banjari.
4. Bapak Jainal Aripin, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing I dan Pembimbinga ke II Saifullah Arief yang tak henti-hentinya memberikan support dan bimbingan sekaligus mengarahkan untuk penyusunan skripsi ini.
5. Seluruh dosen dan mahasiswa Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al Banjari, terutama teman dan rekan mahasiswa Teknik Mesin Reguler Pagi Banjarmasin.
6. Kedua orang tua serta keluarga yang telah memberikan spirit utama kepada penulis dengan sepenuh hati memberikan dukungan, semangat, dan pengorbanan, baik moril ataupun materil dengan penuh keikhlasan, diiringi
vi
ketulusan do’a mulai dari mengawali studi sampai akhir di Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al Banjari.
7. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesaikannya Skripsi ini.
Demikian kata pengantar ini penulis buat semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis pada khususnya. Untuk itu kritik dan saran selalu penulis harapkan.
Banjarmasin, 27 Februari 2021 Penulis
Muhamad Galib
vii Abstrak
Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan manusia yang sangat penting dan vital yang tidak dapat dilepaskan dari keperluan sehari-hari. Manusia hampir tidak dapat melakukan pekerjaan yang ada dengan baik ataupun memenuhi kebutuhannya, Saat ini kebutuhan energi listrik semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan kemajuan teknologi serta informasi. Dua abad lalu manusia menjadi amat bergantung kepada bahan bakar fosil seperti minyak ,batu bara, dan gas alam untuk menghasilkan energi listrik
Metode penelitian dilakukan dengan cara mengamati secara detail pembuatan pembangkit listrik alternatif berbasis flywheel oleh seorang perancangan terdahulu. Setelah mengamati terdapat beberapa kekurangan yaitu flywheel mengalami perubahan putaran saat mendapatkan beban. Seharusnya ukuran pully v-belt dirubah menjadi lebih besar dan menambahkan flywheel yang lebih berat agar pada saat motor listrik bekerja memutar flywheel lebih ringan.
Dari hasil perhitungan dan pengukuran yang dilakukan pada alat didapat daya yang dihasilkan flywheel, data pengukuran didapat 490 watt daya listrik yang paling besar dilakukan percobaan selama 60 detik, dan data hasil perhitungan didapat 486 watt, terdapat sedikit selisih antara data pengukuran dengan perhitungan, dengan nilai efisiensi alat pembangkit listrik flywheel ialah sebesar 0,486%
Kata Kunci : Flywhell, Momen Inersia, Daya
viii Abstract
Electrical energy is one of the most important and vital human needs that cannot be separated from daily needs. Humans can hardly do existing jobs properly or meet their needs. Currently the need for electrical energy is increasing along with the population growth and advances in technology and information. Two centuries ago humans became very dependent on fossil fuels such as oil, coal and natural gas to produce electrical energy
The research method was carried out by observing in detail the manufacture of an alternative flywheel-based power plant by a previous design. After observing there are several shortcomings, namely the flywheel changes in rotation when it gets a load. The size of the v-belt pully should be changed to be bigger and add a heavier flywheel so that when the electric motor works, rotating the flywheel is lighter.
From the results of calculations and measurements made on the tool, it is obtained that the power generated by the flywheel, the measurement data obtained is 490 watts of electric power, the largest is the experiment for 60 seconds, and the calculation data obtained is 486 watts, there is a slight difference between the measurement data and the calculation, with the value efficiency of the flywheel power plant is 0.486%
Keywords: Flywhell, Moment of Inertia, Power
ix DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... iii
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... vii
DAFTAR ISI ... ix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Manfaat Penelitian ... 2
1.5 Tinjauan Pustaka ... 3
BAB II STUDI LITERATUR ... 5
2.2 Flywheel ... 7
2.3.2 Sistem Chas Champbell/Dinamo ... 9
2.3.3 Alternator ... 10
1. V- Belt ... 11
2. Pully. ... 12
2.4 Penelitian Relavan ... 15
BAB III METODE PENELITIAN ... 19
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 19
3.2 Perancangan konstruksi pembangkit listrik berbasis Flywheel ... 19
3.3 Alat dan Bahan ... 19
Sistem Chas Champbell/Dinamo ... 19
3.4 Tahapan Penelitian ... 20
3.5 Variabel Penelitian ... 21
3.6 Pendekatan Analisis Data ... 21
Tabel 4.1 Hasil pengukuran Data Kecepatan, Tegangan, Arus dan Watt ... 23
BAB V ... 28
KESIMPULAN ... 28
Saran ... 28
DAFTAR PUSTAKA ... 30
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan manusia yang sangat penting dan vital yang tidak dapat dilepaskan dari keperluan sehari-hari.
Manusia hampir tidak dapat melakukan pekerjaan yang ada dengan baik ataupun memenuhi kebutuhannya (Nainggolan et al., 2016).
Listrik sangat bermanfaat dalam kehidupan di era modern seperti ini karena tanpa listrik, manusia hampir tidak dapat melakukan pekerjaan yang ada dengan baik atau pun memenuhi kebutuhannya. Kekurangan energi listrik dapat mengganggu aktivitas manusia. Oleh sebab itu kesinambungan dan ketersediaan energi listrik harus dipertahankan (Rokhim, 2019).
Saat ini kebutuhan energi listrik semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan kemajuan teknologi serta informasi. Dua abad lalu manusia menjadi amat bergantung kepada bahan bakar fosil seperti minyak ,batu bara, dan gas alam untuk menghasilkan energi listrik. Ketika sumber BBM itu mulai menipis (terlihat dari harganya yang semakin mahal), manusia berusaha mencari energi, Beberapa energi yang dapat digunakan diantaranya, energi angin, pembangkit microhydro, bahan bakar biodiesel, bioethanol, pembangkit listrik solar cell dan lain–lain. Untuk mengembangkan salah satu energi tersebut, maka dalam Tugas Akhir ini akan dirancang Peningkatan Energi Listrik dengan memanfaatkan putaran
Flywheel. Putaran Flywheel menyimpan momen
inersia. Saat berputar momen ini akan dikonversi menjadi bentuk energi kinetik. Ketika dibandingkan dengan alat penyimpan energi lainnya (seperti baterai elektromagnet), Flywheel memiliki daya yang tinggi, pengisian energinya lebih besar dan siklus kerjanya bertahan lama (Ariffaiuddin, 2018).
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas, peneliti memberikan identifikasi masalah yang akan dijadikan bahan penelitian sebagai berikut:
1. Bagaimana mengetahui cara merancang alat pembangkit listrik flywheel ? 2. Bagaimana cara Perhitungan daya yang dihasilkan flywheel ?
3. Berapakah nilai Efisiensi alat pembangkit listrik flywheel?
1.3 Tujuan Penelitian
2. Mengetahui bagaimana cara merancang alat pembangkit listrik flywheel.
3. Mengetahui cara Perhitungan daya yang dihasilkan flywheel ? 4. Mengetahui berapa nilai Efisiensi alat pembangkit listrik flywheel?
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian flywheel ini adalah :
1. Alat pembangkit energi sebagai sumber energi dalam kehidupan sehari- hari.
2. Alat pembangkit energi ini dapat dikembangkan menjadi alat pembangkit energi listrik yang memiliki kapasitas output.
3. Dapat digunakan sebagai bahan pembelajaran untuk pembangkit listrik.
3
4. Sebagai bahan pertimbangan dan bahan referensi bagi siapa saja yang akan melakukan penelitian selanjutnya.
1.5 Tinjauan Pustaka
Pada penelitian ini peneliti menggunakan beberapa tinjauan pustaka untuk menjadi referensi penelitian dalam pelaksanaan penelitian ini, adapun tinjauan tersebut adalah sebagai berikut:
Pertama, Rokhim, M.A.,2019 dengan judul “Rancang Bangun Generator Listrik Dengan Memanfaatkan Energi Yang Tersimpan Pada Flywheel (Roda Gila)” Pada penelitian ini dia melakukan perancangan alat pembangkit listrik alternatif menggunakan flywheel, sumber tenaga utama nya di gerakkan oleh motor induksi kemudian menggerakkan flywheel dan generator, Sumber energi pertama menggunakan listrik PLN.
Kedua, Afrianto, R.B., 2020 dengan judul “Perencanaan Flywheel Sebagai Balancing Generator Dc” pada penelitian ini dia melakukan perencanaan pembangkit listrik dengan menggunakan Listrik Recycling Energi yaitu Beban flywheel yang ideal yang digunakan dalam pembangkit listrik recycling energi yaitu 1 kg.
Ketiga, Razali & Stephan., 2017 dengan judul “Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tanpa BBM Berkapasitas 3000 WATT dengan Memanfaatkan Putaran Flywheel” pada penelitian ini dia melakukan perencanaan pembangkit listrik dengan menggunakan poros, bantalan dan roda gila.
5 BAB II
STUDI LITERATUR 2.1 Situasi Energi Di Indonesia
Indonesia mempunyai sumber daya energi yang terdiri dari sumberdaya energi fosil dan sumberdaya energi terbarukan. Sumberdaya energi fosil meliputi minyak bumi, gas bumi dan batubara, sedangkan sumberdaya energi terbarukan meliputi air, panas bumi, energi matahari, angin, biomasa, energi samudera. Pada saat ini potensi energi fosil sangat terbatas dan semakin menurun. Pada tahun 2010 potensi minyak bumi (cadangan terbukti) sebesar 3.741 milyar barrel sedangkan produksinya sebesar 314 milyar barrel.
Dengan demikian apabila tidak ada penemuan cadangan baru dan produksi minyak tetap maka umur dari minyak bumi tersebut hanya sekitar 12 tahun.
Potensi gas bumi dengan cadangan terbukti sebesar 103,35 TSCF sementara itu produksinya sebesar 2,98 TSCF, sehingga umur gas bumi sekitar 35 tahun.
Adapun cadangan terbukti batubara sebesar 28,17 milyar ton dengan produksi 317 juta ton, sehingga umur cadangan batubara sekitar 89 tahun. Jumlah tersebut di atas sangat fluktuatif tergantung pada penemuan cadangan baru dan jumlah produksi. Sementara itu, Indonesia mempunyai potensi energi terbarukan yang sangat besar namun pemanfaatannya masih sangat terbatas.
Potensi tenaga air atau hydro sebesar 75 GW namun baru dimanfaatkan 6,85 GW atau hanya 9,13% dari potensi yang ada. Salah satu kendala dari pembangunan pembangkit listrik tenaga air ini adalah karena lokasi sumber energi air jauh dari pusat beban atau pengguna Potensi panas bumi sebesar
29,2 GW. Potensi panas bumi tersebut sama dengan 40% dari potensi dunia.
Sedangkan yang sudah dimanfaatkan baru sebesar 1.341 GW atau 4,6% dari potensi yang ada. Sebagai Negara tropis, Indonesia mendapatkan sinar matahari sepanjang tahun sehingga potensi energi matahari cukup besar.
Namun demikian, pemanfaatannya sangat kecil hanya sekitar 27 MW.
Kendala utama dalam pengembangan energi surya adalah besarnya investasi dan peralatan utamanya yaitu sel surya masih diimpor. Disamping hydro skala besar, potensi hydro skala kecil (mini dan micro hydro) juga cukup besar dengan lokasi biasanya di perdesaan dan remote area yang jauh dari jaringan listrik. Potensi energi terbarukan lainnya adalah energi angin. Di Indonesia potensi energi angin tidak terlalu besar, namun di lokasi-lokasi tertentu seperti Nusa Tenggara, Sulawesi Selatan, Sulawesi Tenggara dll.
potensinya cukup besar dan pemanfaatannya belum banyak Adapun energi Samudera masih dalam tahap penelitian. Potensi dan pemanfaatan energi fosil dan energi terbarukan seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut.
Tabel 2.1 Potensi Dan Pemanfaatan Energi Fosil Dan Energi Terbarukan
(Sumber : Alekkurniawan.com/2014/11/permasalahan-dan-solusi-implementasi?m=1)
7
2.2 Flywheel
Flywheel (Roda Gila) adalah suatu massa yang berputar yang digunakan sebagai penyimpan energi di dalam mesin. Energi yang disimpan dalam roda gaya (flywheel) berupa energi kinetik baterai atau aki, atau bisa juga accu adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisien yang tinggi (Rokhim, 2019).
Flywheel atau sering juga disebut roda gaya adalah sebuah komponen yang merupakan sebuah piringan yang karena beratnya dapat menahan perubahan kecepatan yang drastis sehingga gerak putaran poros mesin menjadi lebih halus. Yang jarang diketahui adalah Flywheel memiliki kepadatan energi hingga ratusan kali lebih banyak dibandingkan dengan baterai yang ada saat ini serta dapat menyimpan dan melepaskan energi dengan lebih cepat.
Flywheel dipergunakan untuk membuat torsi yang dihasilkan oleh motor bakar lebih stabil. Flywheel atau yang biasa disebut dengan roda gila berfungsi untuk menyimpan tenaga putar (inersia) yang dihasilkan mesin pada langkah usaha, sehingga poros engkol (crank shaft) dapat tetap berputar terus meneruspada langkahlangkah lainnya. Hal ini mengakibatkan mesin berputar dengan lembut yang diakibatkan getaran tenaga yang dihasilkan. Flywheel ini berfungsi sebagai penyeimbang gaya dan mengatur putaran mesin sehingga putaran mesin dapat berjalan dengan baik. Prinsip kerja dari Flywheel ini adalah menjaga putaran mesin agar tetap berjalan normal dan tidak kaku sehingga output yang dihasilkan bisa dikontrol (Harianto & Abdurahman, 2019).
Ketika putaran mesin tinggi, maka flywheel ini menyimpan energi kinetik yang kemudian dialirkan saat putaran mesin rendah, sehingga saat putaran mesin rendah output yang dihasilkan tetap konstan, karena dengan bobot massa yang besar memungkinkan flywheel tetap berputar sekalipun mesin secara tiba-tiba dimatikan. Hal ini mengindikasikan bahwa peranan flywheel pada mesin sangat berarti (Harianto & Abdurahman, 2019).
Gambar 2.1 Flywheel (Harianto & Abdurahman, 2019).
2.3 Fungsi Flywhell
Fungsi flywheel adalah sebuah masa yang berputar dan dipergunakan sebagai penyimpan tenaga di dalam putaran mesin. Karena dengan adanya roda gila putaran mesin menjadi selaras dan rata. Flywheel (Roda Gila) adalah perangkat mekanik berputar yang digunakan untuk menyimpan energi rotasi. Flywheel memiliki momen inersia yang signifikan, dan dengan demikian menahan perubahan kecepatan rotasi. Jumlah energi yang tersimpan dalam flywheel adalah sebanding dengan kuadrat kecepatan rotasi. Energi ditransfer ke flywheel dengan menggunakan torsi, sehingga meningkatkan kecepatan rotasi, dan karenanya energi dapat tersimpan. Sebaliknya, flywheel melepaskan energi yang tersimpan
9
dengan melakukan torsi ke beban mekanik, sehingga mengurangi kecepatan rotasi (Arfianto, 2020).
2.3.1 Penggunaan Umum dari Flywheel (Roda Gila)
Menyediakan energi yang terus menerus ketika sumber energi terputus.
Misalnya, flywheel yang digunakan dalam mesin berpiston, karena sumber energi berupa torsi dari mesin, berselang (tidak konstan).
Memberikan energi pada tingkat di luar kemampuan sumber energi yang terus menerus. Mengontrol orientasi dari sebuah sistem mekanik.
2.3.2 Sistem Chas Champbell/Dinamo
Chas Campbell adalah seorang penemu dari Australia yang mengembangkan pembangkit tenaga listrik dengan sistem flywheel (roda gila).
Sebuah motor AC kapasitas (2 hp digunakan untuk menggerakkan serangkaian v- belt dan pully yang membentuk sebuah transmisi yang menghasilkan lebih dari dua kali kecepatan rotasi pada poros dari sebuah generator sinkron. Hal menarik dari sistem ini adalah bahwa daya listrik yang lebih besar dapat ditarik dari output generator dari inputan pada motor. Hal tersebut dapat terjadi, dan teori gravitasi Tseung ini menjelaskan bahwa jika pulsa energi diterapkan ke flywheel, maka kelebihan energi sama dengan 2 mgr dimasukkan ke dalam flywhell, dimana "m"
adalah massa dari roda gila, "g" adalah konstanta gravitasi dan "r" adalah radius pusat massa dari flywheel, (jarak dari as flywheel ke titik dimana berat roda muncul untuk berputar. Jika semua dari berat flywheel adalah di tepi roda, "r"
akan menjadi jari-jari roda itu sendiri) (Kelly & Patrick J, 2008).
Gambar 2.2 Sistem Chas Campbell/Dinamo
Hal ini meunjukkan bahwa jika flywheel (yang berwarna biru muda pada gambar 2.2) didorong lancar dengan kecepatan konstan, maka tidak ada keuntungan energi. Namun, jika putarannya tidak lancar, maka kelebihan energi diambil dari medan gravitasi.
Menurut Kelly & Patrick J, 2008 faktor-faktor yang dapat menambah energi yang tersimpan pada flywheel adalah sebagai berikut:
1. Energi akan bertambah sesuai dengan pertambahan luas diameter dan berat flywheel.
2. Energi yang tersimpan pada flywheel juga akan bertambah jika berat flywheel terpusat pada tepian flywheel.
3. Dorongan yang diberikan pada flywheel yang semakin cepat.
2.3.3 Alternator
Alternator berfungsi untuk mengubah energi mekanis yang didapatkan dari mesin menjadi tenaga listrik. Alternator mensuplai kebutuhan listrik pada kebutuhan sehari-hari sewaktu mesin hidup. Tetapi apabila jumlah pemakaian listrik lebih besar dari pada yang dihasilkan alternator, maka alternator akan terjadinya turn off. Altenator berfungsi untuk menghasilkan arus listrik yang
11
sesuai dengan kapasitasnya. Energi kinetik yang diterima oleh alternator disalurkan oleh sebuah pulley dimana energi kinetik ini akan diubah menjadi energi listrik dengan arus listrik AC (Alternating Current). Arus listrik bolak balik ini kemudian dirubah menjadi listrik dengan arus searah menggunakan diode.
Gambar 2.3 Alternator
Komponen utama pada alternator adalah rotor, dan stator. Yang mana pada stator terdapat kumparan kawat yang bisa memotong medan magnet pada saat generator berputar. Rotor adalah komponen yang bergerak dan dengan gerakan tersebut mampu menghasilkan medan magnet.
1. V- Belt
V-belt adalah salah satu transmisi penghubung yang terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Dalam penggunaannya V-belt dibelitkan mengelilingi alur pulley yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit pada puli akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar (Sutrisno, 1984). V-belt adalah komponen yang berfungsi sebagai penyambung daya poros yang satu ke poros yang lain melalui pulley seiring mengikuti laju putaran pada mesin atau alat yang dikaitkan padanya. V-belt banyak digunakan karena V-belt sangat mudah dalam penangananya dan murah harganya. Selain itu V-belt
juga memiliki keungulan lain dimana V belt akan menghasilhan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah serta jika dibandingkan dengan transmisi roda gigi dan rantai, V-belt bekerja lebih halus dan tak bersuara.
Gambar 2.4 penampang V-belt (Sularso, 1991).
Penampang V-belt dapat diperoleh atas dasar daya rencana dan putaran poros penggerak. Daya rencana dihitung dengan mengalikan daya yang diteruskan dengan faktor koreksi. Transmisi V-belt hanya dapat menghubungkan poros-poros yang sejajar dengan arah putaran yang sama.
V-belt selain juga memiliki keungulan dibandingkan dengan transmisi- transmisi yang lain, V-belt juga memiliki kelemahan dimana V- belt dapat memungkinkan untuk terjadinya slip.
2. Pully fungsinya sebagai tempat tali kipas yang menggerakkan rotor yang berasal dari sumber tenaga atau crankshaft. Pulley salah satu elemen mesin yang berbentuk roda dimana komponen ini dimanfaatkan untuk meneruskan gerak rotasi yang terhubung melalui sabuk atau v-belt yang terhubung pada bagian pulley alternator (Aqajade, 2015).
13
Gambar 2.5 Pully (Aqajade, 2015).
2.3.4 Proses Konversi Energi
1. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Makin besar kecepatan benda bergerak makin besar energi kinetiknya dan semakin besar massa benda yang bergerak makin besar pula energi kinetik yang dimilikinya. Untuk menghitung energi kinetic sebuah benda maka digunakan persamaan :
1 2
...
Ek= 2I
2. Energi Listrik Energi listrik adalah salah satu jenis energi utama yang digunakan untuk menghidupkan peralatan-peralatan listrik. Sedangkan daya listrik adalah energi listrik per satuan waktu. Untuk mengetahui besaran daya listrik maka digunakan persamaan :
. ...
P=V I
Momen inersia Untuk perhitungan momen inersia ini dilakukan 3 kali perhitungan dikarenakan model dari flywheel yang mencapai 3 lapisan untuk lapisan pertama
perhitungan momen inersia yang dihasilkan oleh flywheel adalah sebagai berikut, perhitungan menggunakan persamaan
2...
=mr
1 2
...
2 mr
=
Dimana
I = momen inersia m = massa flyhwell r = jari-jari flyhwell
Setelah diketahui nilai momen inersia sehingga torsi dapatdihitung menggunakan persamaan :
. ...
= tot
Dimana :
ι = Torsi (N/m)
I = Momen Inersia (Kg/m2) α = Percepatan sudut (rad/sec2)
Setelah mendapatkan nilai torsi barulah dapat dihitung besar daya yang dapat dihasilkan oleh flywheel tersebut. Besar daya tersebut dapat diketahui menggunakan persamaan
2 ...
60 n
=
Dimana
15
P = Daya maksimum (Watt) Ι = Torsi (N/m)
ɳ = RPM Maksimum
Setelah mendapatkan nilai dari daya maksimum yang di dapat sehinga dapat diketahui efisiensi yang di hasilkan oleh flywheel tersebut menggunakan persamaan:
100%...
Out in
= x
Dimana Ƞ = Efisiensi
Pin = Daya yang masuk (Watt) POut = Daya yang keluar (Watt)
2.4 Penelitian Relavan
1. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja Free Energy Flywheel Generator (Flywheel Energi Storage) dalam menghasilkan energi listrik alternatif. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah penelitian uji coba dengan analisis deskriptif kualitatif. Uji karakteristik kinerja alat ini meliputi Putaran (Rpm) Flywheel 2200 rpm dengan motor listrik 1 HP , alternator 2500 watt dengan beban Dummy Load (Alat Listrik).
Penelitian ini dapat meningkatkan energi listrik Alternatif Menggunakan Flywheel Generator dengan massa 80Kg Rpm 2200 menggunakar penggerak 1Hp, mampu meningkatkan energi listrik PLN 1100 watt
menjadi 1760 watt dalam waktu kurang lebih dalam 1 menit (Ariffaiuddin, 2018).
2. Penelitian ini bertujuan untuk membuat flywheel dalam pengaplikasian pembangkit listrik, yang menghasilkan suatu konsep efisiensi daya meningkat, menstabilkan tegangan keluaran alternator dan mulai proses pembangkit listrik. Proses pembuatan mesin aplikasi flywheel mulai dari perancangan mekanik flywheel, mencari jumlah rotasi per menit dari alternator (dengan percobaan), menemukan elemen mesin yang menggunakan (poros, bantalan dan roda gila), nilai output alternator yang diubah menjadi teganagan AC dengan menggunakan inverter. dari hasil desain mesin adalah diperlukan maksimal 500 Watt –700 Watt dengan 1400 rpm yang diberikan pada motor listrik dengan sistem transmisi yang menggunakan balt, massa roda gila 8 kg dan daya output maksimum dari inverter 750 Watt (Haryanto & Abdurrahman, 2019).\
3. Pada penelitian ini dilakukan kajian secara ilmiah tentang cara dan prinsip kerja dari sebuah sistim umpan balik generator tanpa bahan bakar dengan memanfaatkan energi yang tersimpan pada roda gila. Pada sistem ini digunakan catu daya dari PLN sebagai penyuplai energi listrik ke motor. Putaran motor diatur sedemikian rupa dengan menggunakan metode perbandingan puli (pulley). Flywheel (Roda Gila) diharapkan mampu menggantikan fungsi motor sebagai penggerak ketika daya motor diputus. Dari hasil pengukuran Arus pada generator adalah sebesar 1,65 Ampere, Tegangan 186 Volt Daya 70 Watt dan pada motor dengan Arus
17
adalah sebesar 1,6 Ampere, Tegangan 204 volt dan Daya 250Watt.
Kegagalan roda gila mempertahankan tegangan keluaran generator mengakibatkan sistim umpan balik tegangan terputus sehingga motor tidak mendapat supply energy, maka motor tidak dapat bergerak.
Berdasarkan pengujian dengan menggunakan alat ukur diperoleh daya yang diberikan motor lebih besar dari pada daya yang dihasilkan oleh generator sehingga jika seandainya sistim umpan balik tegangan tersebut berhasil maka keadaan tersebut tidak akan dapat berlangsung secara terus menerus karena pada akhirnya generator akan kehabisan daya (Nainggolan et al, 2016).
4. Pada penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan suatu konsep efisiensi daya meningkat, menstabilkan tegangan keluaran Generator dan mulai proses pembangkit listrik. Proses pembuatan mesin aplikasi flywheel generator mulai dari perancangan mekanik flywheel, mencari jumlah rotasi per menit dari generator (dengan percobaan), menemukan elemen mesin yang menggunakan (poros, bantalan dan roda gila), nilai output generator. dari hasil desain mesin adalah diperlukan maksimal 2.5 KW - 3 KW dengan 3000 rpm yang diberikan motor listrik dengan sistem transmisi yang menggunakan balt, massa roda gila 60 kg x 2 kg dan daya output maksimum dari generator 3 KW (Razali & Stephan, 2017).
5. Peranan flywheel di sini sangat penting agar putaran lebih bertorsi dan stabil. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat di simpulkan bahwa energi yang tersimpan pada roda gila dapat dimanfaatkan untuk
menstabilkan putaran pada generator listrik, agar putaran pada generator listrik lebih stabil dan torsi lebih besar. Sehingga pada saat generator listrik mengalami beban yang berlebih, roda gila mampu melipat gandakan torsi dan putaran yang cukup untuk alternator. Sehingga pembangkit listrik tidak mengalami penurunan putaran saat terjadi beban pada generator listrik. Tetapi agar rpm pada generator listrik mencukupi peneliti menambahkan motor DC untuk membantu roda gila agar rpm tidak mengalami penurunan saat generator mengalami beban puncak (Rokhim, 2019).
19 BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan selama 2 bulan yaitu dimulai dari bulan November 2020-Januari 2021. Pembuatan dan pengujian dilaksanakan di halaman rumah Jl. Sultan Adam, Komplek Mandiri Permai, Banjarmasin Utara, Provinsi Kalimantan Selatan.
3.2 Perancangan konstruksi pembangkit listrik berbasis Flywheel Design alat pembangkit listrik berbasis flywheel:
Gambar 3.1 Rancang Bangun Alat Pembangkit Listrik Berbasis Flywheel
3.3 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Table 3.1 Alat
No Nama Alat Jumlah
1. Flywheel 1-2
2. Sistem Chas Champbell/Dinamo 2 HP
3. Alternator 1
4. V-Belt 2
20
5. Pully Bearing 2
6. Pully V-Belt 3
7 Generator 500 watt
3.2.2 Bahan
Table 3.2 Bahan
No Nama Bahan Jumlah
1. As Besi Bulat 1
2. Besi Siku -
3. Baut -
4. Colokan Listrik 2
3.4 Tahapan Penelitian
Bagan Alur Penelitian meliputi:
Gambar 3.1 Flow Chart Sistem Flywheel
Studi Literatur Studi Lapangan
Pengumpulan Data
Hasil
Kesimpulan Analisa
Selesai Mulai
Desain Alat
Perancangan alat
21
3.5 Variabel Penelitian
Untuk memperoleh data penelitian ditentukan beberapa variabel (Afrianto, 2020) yaitu :
3.4.1 Variabel bebas adalah kondisi yang mempengaruhi munculnya suatu gejala. Dalam penelitian ini yang menjadi variabel bebas adalah pengaruh flywheel terhadap daya listrik yang dihasilkan.
3.4.2 Variabel terikat adalah variabel yang dipengaruhi oleh variabel bebas.
3.6 Pendekatan Analisis Data
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
3.5.1 Studi Pustaka
Studi pustaka (library research) dengan literature baik dari jurnal maupun internet, serta tulisan lain dan penelitian terdahulu yang mendukunng dan berkaitan dengan topik penelitian ini.
3.5.2 Pengamatan
Pengamatan dilakukan dengan cara mengamati secara detail pembuatan pembangkit listrik alternatif berbasis flywheel oleh seorang perancangan terdahulu. Setelah mengamati terdapat beberapa kekurangan yaitu flywheel mengalami perubahan putaran saat mendapatkan beban. Seharusnya ukuran pully v-belt dirubah menjadi lebih besar dan menambahkan flywheel yang lebih berat agar pada saat motor listrik bekerja memutar flywheel lebih ringan.
3.5.3 Studi literature sejenis
Dalam tahapan ini penulis akan melakukan analisa perbandingan dari penelitian yang sejenis yang telah dilakukan sebelumnya.
23 BAB IV
ANALISIS DAN HASIL PENELITIAN 4.1 Aspek Teknis
Tabel 4.1 Hasil pengukuran Data Kecepatan, Tegangan, Arus dan Watt Waktu/
detik
Kecepatan ( RPM) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) Per.1 Per.2 Per 3 Per.1 Per.2 Per 3 Per.1 Per.2 Per 3 Per.1 Per.2 Per 3
10 545 567 554 210 203 207 1,2 1,21 1,2 213 243 253
20 1254 1263 1272 212 203 205 1,4 1,63 1,42 320 343 335 40 2134 2433 2242 209 210 212 1,32 1,2 1,21 406 412 420 60 2857 2885 2970 211 206 204 1,42 1,51 1,53 455 468 490
Pengujian dilakukan bertujuan untuk mengetahui berapa banyak daya, arus dan tegangan yang dipakai. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali pengukuran agar dapat membedakan yang terukur di output Generator.kecepatan RPM juga sangat berpengaruh terhadap daya yang dihasilkan pada generator Nilai yang terukur pada output generator ini masih banyak rugi-rugi yang terjadi pada trafo sehingga nilai yang terukur pada power supply sangat berbeda dengan nilai yang terukur.
Nilai yang terukur pada generator berupa tegangan AC (Alternatting current).
Momen inersia Untuk perhitungan momen inersia ini dilakukan 3 kali perhitungan dikarenakan model dari flywheel yang mencapai 3 lapisan untuk lapisan pertama perhitungan momen inersia yang dihasilkan oleh flywheel adalah sebagai berikut, perhitungan menggunakan persamaan :
• Untuk perhitungan 10 detik
1 2
2 m r.
=
24
= (1/2) 0,75.(0,045)2
= 0,00075 Kg m2
Perhitungan momen inersia flywheel lapisan kedua adalah sebagai berikut :
= (1/2) 0,75.(0,065)2
= 0,00158 Kg m2
Perhitungan momen inersia flywheel lapisan ketiga adalah sebagai berikut:
= (1/2) 4,5.(0,11)2
= 0,0272 Kg m2
Sehingga momen inersia totalnya adalah I tot = I pertama + I kedua + I ketiga = 0,00075 + 0,00158 + 0,0272 = 0,02953 Kg m2
Setelah diketahui nilai momen inersia sehingga torsi dapatdihitung menggunakan persamaan :
tot.
=
0, 02953 55 1, 624 /
x N m
=
=
Setelah mendapatkan nilai torsi barulah dapat dihitung besar daya yang dapat dihasilkan oleh flywheel tersebut. Besar daya tersebut dapat diketahui menggunakan persamaan :
2 60
n
=
3.14 2970 1, 624
252 Watt 60
x x
= =
25
Setelah mendapatkan nilai dari daya maksimum yang di dapat sehinga dapat diketahui efisiensi yang di hasilkan oleh flywheel tersebut menggunakan persamaan:
Out 100%
in
= x
252 100%
100 0, 252%
= x
=
• Unuk perhitungan 60 detik
1 2
2 m r.
=
= (1/2) 0,75.(0,045)2
= 0,00075 Kg m2
Perhitungan momen inersia flywheel lapisan kedua adalah sebagai berikut :
= (1/2) 0,75.(0,065)2
= 0,00158 Kg m2
Perhitungan momen inersia flywheel lapisan ketiga adalah sebagai berikut:
= (1/2) 4,5.(0,11)2
= 0,0272 Kg m2
Sehingga momen inersia totalnya adalah I tot = I pertama + I kedua + I ketiga = 0,00075 + 0,00158 + 0,0272 = 0,02953 Kg m2
26
Setelah diketahui nilai momen inersia sehingga torsi dapatdihitung menggunakan persamaan :
tot.
=
0, 2953 106
3,130 /
x N m
=
=
Setelah mendapatkan nilai torsi barulah dapat dihitung besar daya yang dapat dihasilkan oleh flywheel tersebut. Besar daya tersebut dapat diketahui menggunakan persamaan :
2 60
n
=
3.14 2970 3,130
486 Watt 60
x x
= =
Setelah mendapatkan nilai dari daya maksimum yang di dapat sehinga dapat diketahui efisiensi yang di hasilkan oleh flywheel tersebut menggunakan persamaan:
Out 100%
in
= x
486 100%
100 0, 486%
= x
=
4.2 Aspek Ekonomis
Jika harga listrik PLN/Kwh = Rp 1,352, maka harga listrik berbasis flywall dalam 500 watt : 0,123 = 4,085 maka harga per Kwh listrik berbasis flywall = Rp 1,352 : 4,085 =0,33 / Kwh jika alat tersebut bekerja 6 jam sehari = Rp 1,98 dan dalam setahun = 360 x Rp 1,98 = 7128, jadi
27
hasil ini masih jauh dari harapan jika diterapkan secara langsung Dalam rancang bangun alat pembangkit listrik berbasis flywell ini
No Nama Bahan Jumlah Harga
1 Motor bensin 6,5 HP 1 550.000
2 V-Belt type A 48 1 48.000
3 Double Pulley 1 55.000
4 Singel Pulley 1 35.000
5 Roda gila 1 140.000
6 Besi siku 3 batang 150.000
7 Besi u 1 batang 75.000
8 Plat besi ½ lembar 150.000
9 Baut dan mur 50.000
10 Saringan 3 pcs 75.000
11 Mata bor & mata gerindra 1 pcs 135.000
12 Poros 1 batang 135.000
TOTAL 1.598.000
28 BAB V KESIMPULAN
Dilihat dari hasil pengujian pembangkit listrik berbasis flywheel, maka dapat disimpulkan :
1. Dari hasil rancang bangun pembangkit listrik berbasis flywhell dengan kapasitas 500 watt dengan langkah pengujian sebagai berikut :
• Memberikan suplai listrik dari PLN ke motor.
• Memastikan putaran motor,flywheel telah stabil
• Memutuskan suplai listrik PLN ke motor.
• Mencatat hasil pengujian berupa variabel yang terkait dengan penelitian.
• Dilakukan pula pengujian pendahuluan terhadap putaran motor, flywheel dan generator
2. Dari hasil perhitungan dan pengukuran yang dilakukan pada alat didapat daya yang dihasilkan flywheel, data pengukuran didapat 490 watt daya listrik yang paling besar dilakukan percobaan selama 60 detik, dan data hasil perhitungan didapat 486 watt, terdapat sedikit selisih antara data pengukuran dengan perhitungan.
3. Nilai Efisiensi alat pembangkit listrik flywheel ialah sebesar 0,486%
Saran
1. Penelitian yang telah dilakukan dapat dilanjutkan dengan mengganti model sistem penyimpanan serta ukuran flywheel
29
2. Mengurangi gaya gesekan pada sistem ini karena gaya gesek sangat mempengaruhi kinerja dari flywheel.
30
DAFTAR PUSTAKA
Aqajade, G. 2015. Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Menggunakan Tenaga Kayuh Untuk Catu Daya Dan Pengisian Accumulator. Sarjana thesis, Universitas Negeri Jakarta.
Ariffaiuddin, S. 2018. Rancang Bangun Prototype Alat Untuk Meningkatkan Energi Listrik Alternatif Menggunakan Flywheel Generator. Jurnal Teknik Mesin. (Diakses pada 10 November 2020).
Arfianto, R.B. 2020. Perencanaan Flywheel Sebagai Balancing Generator Dc.
Skripsi, Universitas Pancasakti Tegal.
Harianto, K., Abdurahman, S.P. 2019. Perancangan Pembangkit Listrik Alternatif Dengan Memanfaatkan Putaran Flywheel, Universitas Muhammadiyah Makassar.
Kelly, Patrick J. 2008. “Practical Guide to ‘Free-Energy’ Devices Cha pter 4:
Gravity-Powered Systems”. United Kingdom.
Nainggolan, A., Sinaga, A., Gaol, B.J.A.L, Malau, J.P. 2016. Rancang Bangun Sistem Generator Tanpa Bahan Bakar dengan Memanfaatkan Energi pada Flywheel (Roda Gila). Skripsi, Politeknik Negeri Medan.
Rokhim, M.A. 2019. Rancang Bangun Generator Listrik Dengan Memanfaatkan Energi Yang Tersimpan Pada Flywheel (Roda Gila). Naskah Publikasi, Universitas Teknologi Yogyakarta
Sutrisno, 1984. "Fisika asar 2 Mekanika", Bandung: ITB Bandung.
31
32
33
34
35
36
