Analisis Perbandingan Efektivitas Flywheel Cakram Penuh dan Tepi Berat terhadap Kestabilan Tegangan Keluaran Prototipe Generator DC

Abstract

Generator DC merupakan salah satu jenis generator yang banyak digunakan pada sistem pembangkit listrik skala kecil karena memiliki konstruksi yang sederhana dan mudah dioperasikan. Namun, generator DC memiliki kelemahan berupa penurunan tegangan keluaran ketika terjadi perubahan beban. Penambahan beban menyebabkan meningkatnya torsi elektromagnetik yang harus dilawan oleh penggerak mula sehingga kecepatan putar generator menurun. Penurunan kecepatan putar tersebut berdampak langsung pada penurunan tegangan keluaran dan menurunkan kualitas daya listrik yang dihasilkan. Salah satu metode yang dapat diterapkan untuk mengurangi permasalahan tersebut adalah penggunaan flywheel sebagai penyimpan energi kinetik rotasi yang berfungsi mempertahankan kestabilan putaran sistem. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh penggunaan flywheel terhadap kestabilan tegangan keluaran generator DC, membandingkan efektivitas flywheel cakram penuh (solid disk) dan flywheel tepi berat (rim-weighted), serta menentukan bentuk flywheel yang paling efektif dalam meningkatkan kestabilan tegangan keluaran generator DC. Keunikan penelitian ini terletak pada penggunaan dua bentuk flywheel dengan momen inersia yang disamakan sehingga perbedaan performa yang diperoleh dapat dikaitkan dengan pengaruh bentuk dan distribusi massa flywheel. Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen laboratorium menggunakan prototipe generator DC yang digerakkan oleh motor DC sebagai penggerak mula. Pengujian dilakukan pada tiga kondisi, yaitu tanpa flywheel, menggunakan flywheel cakram penuh, dan menggunakan flywheel tepi berat. Masing-masing jenis flywheel diuji pada tiga tingkat momen inersia yang setara, yaitu 0,000400 kg·m², 0,000699 kg·m², dan 0,001298 kg·m². Variasi pembebanan dilakukan menggunakan beban resistif sebesar 5 watt, 10 watt, dan 15 watt dengan tegangan masukan motor dijaga konstan sebesar 12 volt. Parameter yang diamati meliputi tegangan keluaran, arus keluaran, daya masukan motor, daya keluaran generator, efisiensi sistem, torsi, ripple tegangan, serta recovery time. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan flywheel mampu meningkatkan kestabilan tegangan keluaran generator DC dibandingkan kondisi tanpa flywheel. Pada kondisi tanpa flywheel, tegangan keluaran mengalami penurunan yang cukup besar ketika beban meningkat, disertai nilai ripple tegangan sebesar 31,5% pada beban 15 watt. Penggunaan flywheel cakram penuh mampu memperbaiki kestabilan sistem dengan menghasilkan ripple tegangan sebesar 19,9%, 15,7%, dan 12,1% masing-masing pada tingkat momen inersia rendah, sedang, dan tinggi. Sementara itu, flywheel tepi berat menghasilkan performa yang lebih baik dengan nilai ripple tegangan sebesar 13,4%, 10,1%, dan 7,5% pada tingkat momen inersia yang sama. Selain meningkatkan kestabilan tegangan, penggunaan flywheel juga meningkatkan efisiensi sistem. Efisiensi terendah diperoleh pada kondisi tanpa flywheel sebesar 24,60%, sedangkan efisiensi tertinggi diperoleh pada penggunaan flywheel tepi berat tingkat tinggi sebesar 34,57%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa kemampuan flywheel dalam mempertahankan kecepatan putar generator berdampak positif terhadap daya keluaran yang dihasilkan. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa penggunaan flywheel efektif dalam meningkatkan kestabilan tegangan keluaran generator DC. Semakin besar momen inersia flywheel, semakin baik kemampuan sistem dalam mempertahankan kestabilan tegangan. Flywheel tepi berat terbukti memberikan performa yang lebih baik dibandingkan flywheel cakram penuh pada seluruh tingkat momen inersia yang diuji. Temuan ini menunjukkan bahwa distribusi massa flywheel memiliki pengaruh penting terhadap karakteristik penyimpanan dan pelepasan energi rotasi, sehingga perlu dipertimbangkan selain nilai momen inersia dalam perancangan sistem penyimpanan energi berbasis flywheel.