JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
1
STUDI EKSPERIMEN PENGARUH PERUBAHAN DESAIN FLYWHEEL TERHADAP WAKTU PENGOSONGAN ENERGI KINETIK MODEL KERS Muhammad Burhanuddin dan Harus Laksana Guntur Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak-Kinetik Energy Recovery System (KERS) adalah suatu upaya untuk menyimpan energi kinetik yang terbuang selama pengereman. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh perubahan desain flywheel terhadap waktu pengosongan energi kinetik model KERS. Penelitian dilakukan dengan cara memvariasikan putaran dari motor penggerak sebagai representasi dari kecepatan awal kendaraan, menghitung waktu pengosongan energi untuk masing-masing flywheel, serta menghitung energi kinetik yang tersimpan oleh masing-masing flywheel untuk setiap putaran yang berbeda. Hasil dari penelitian ini adalah massa flywheel 1 3,004 kg,dengn inersia 0.0162 kg.m2 dan radius girasi 0.07 kg,waktu pengosongan energi kinetik 3,4 detik – 8,14 detik dan pemulihan energi kinetik 11,9 J – 706,7 J.flywheel 2 memiliki massa 3,016 kg,inersia 0,0033 kg.m2 dan radius girasi 0,0033 m waktu pengosongan enrgi kinetik 1,66 detik – 5,34 detik dan pemulihan energi kinetik 1,3 J – 159,5 J. Flywheel 3 memiliki massa 3,02 kg dengan inersia 0,0192 kg.m2 dan radius girasi 0,08 m. waktu pengosongan energi 3,82 detik – 16,98 detik. Pemulihan energi kinetik 19,7 J – 5475,8 J. Besar pemulihan enrgi dan waktu pengosongan energi kinetik sebanding dengan radius girasinya. Kata kunci : Kinetik Energy Recovery System(KERS), Flywheel, Waktu pengosongan energi kinetik.
I. PENDAHULUAN inetic Energy Recovery System (KERS) adalah suatu upaya untuk menyimpan energi kinetik yang terbuang selama pengereman untuk digunakan sebagai tambahan tenaga pada saat kendaraan mulai berjalan atau berakselerasi. Pada sistem pengereman konvensional untuk mengurangi atau menghentikan laju kendaraan, energi kinetik akibat adanya kecepatan kendaraan diubah menjadi energi panas melalui gesekan antara kanvas rem (disc pad) dengan piringan cakram (disc) atau tromol(brake drum) yang kemudian dilepaskan ke udara. KERS mengubah energi kinetik yang terbuang selama pengereman tersebut ke dalam bentuk energi lain yang mudah dimanfaatkan seperti energi listrik, inersia dan sebagainya. Energi tersebut kemudian disimpan untuk dapat digunakan kembali di masa yang akan datang. Sistem pengereman yang memanfaatkan KERS ini lebih dikenal dengan Regenerative Braking System. Pengembangan KERS saat ini umumnya berupa elektrikal KERS. Suatu sistem yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik menggunakan lima macam perubahan bentuk energi ( kinetik – listrik – kimia – listrik – kinetik ) sehingga sistem ini memiliki efisiensi yang rendah, sekitar 36% . Sesuai dengan hukum dasar fisika bahwa
K
mengubah satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain akan menghasilkan kerugian energi (losses). Suatu sistem yang lebih efisien dikenal dengan sistem mekanikal KERS. Energi kinetik kendaraan selama pengereman disimpan pada sebuah flywheel yang berputar cepat sehingga tidak terjadi perubahan bentuk energi. Dalam sistem ini desain flywheel menjadi sangat penting untuk dapat menyimpan eneregi kinetik sebanyak dan secepat mungkin serta mampu dikembalikan ke dalam energi kinetik kendaraan seefisien mungkin. Pada kendaraan perkotaan, dimana umumnya kendaraan berjalan lambat dan memiliki pola stop and go energi kinetik yang terbuang akibat pengereman sangat besar. Suatu penelitian di Edinburg menunjukkan data 47% dari siklus berkendara merupakan pengereman termasuk kondisi idle. Pada kecepatan tinggi Regenerative Braking System mampu meningkatkan efisiensi pemakaian bahan bakar kurang lebih sebesar 20%. Pada kendaraan besar dan berat seperti bus dan truk besar energi kinetik yang hilang selama pengereman ini sangat besar. Dalam studi kali ini akan dibuat suatu model KERS yang mampu memodelkan kendaraan serta komponen-komponen mekanikal KERS lainnya dan meneliti pengaruh perubahan desain flywheel terhadap waktu pengosongan energi model KERS tersebut. II. METODE A. Pemodelan Mekanisme KERS Mekanisme model KERS terdiri dari clutch, sebuah transmisi tetap dari sepasang roda gigi lurus dan flywheel sebagai media penyimpan energi kinetik. Dalam penelitian ini mekanisme KERS tersebut dimodelkan terpasang pada differential truk Dutro 110 LD seperti terlihat pada gambar 1. Energi kinetik kendaraan diteruskan melalui poros roda penggerak dan diperbesar putarannya melalui rasio gigi differential dan transmisi roda gigi lurus sebelum meggerakkan flywheel.
Gambar 1. Pemodelan Mekanisme KERS Pada Kendaraan Spesifikasi dari truk Dutro 110 LD yang dimodelkan dapat dilihat pada tabel 1 berikut.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 Tabel 1. Spesifikasi Kendaraan truck Dutro 110 LD SPESIFIKASI TRANSMISI
RODA DAN BAN
BAGIAN
NILAI
Perbandingan gigi Gigi ke-1 Gigi ke-2 Gigi ke-3 Gigi ke-4 Gigi ke-5 Gigi mundur Final gear Jumlah roda Berat Ukuran Rim Ukuran ban
5,339 2,792 1,593 1 0,788 5,339 5,125 6 30 kg 16x5.50F-115 7.00-16-14PR
Berdasarkan spesifikasi tersebut diketahui bahwa rasio final gear sebesar 5.125 dan ukuran roda berdiameter 23 inch atau 0.584 m. Variasi kecepatan awal kendaraan sebelum pengereman divariasikan sebesar 15 km/jam hingga 60 km/jam dengan penambahan kecepatan sebesar 5 km/jam. Model KERS dibuat dengan skala putaran 1 : 120. Sehingga besar putaran flywheel untuk setiap variasi kecepatan dapat ditabelkan sebagai berikut Tabel 2. Putaran Flywheel Model KERS Kecepatan awal ( km/jam) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Jari-jari roda (m) 0.292 0.292 0.292 0.292 0.292 0.292 0.292 0.292 0.292 0.292
Rasio Final Gear 5.125 5.125 5.125 5.125 5.125 5.125 5.125 5.125 5.125 5.125
Rasio Fixed Gear
N Flywheel ( rpm ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
459.26 612.35 765.43 918.52 1071.61 1224.70 1377.78 1530.87 1683.96 1837.04
B. Rancang Bangun Mekanisme Model KERS Sederhana Mekanisme KERS sederhana yang dibuat dalam penelitian ini menggunakan motor listrik sebagai model dari energi kinetik kendaraan,tiga buah flywheel dengan penampang yang berbeda, dan sebuah mini generator sebagai sensor kecepatan angular dari flywheel.
2
Keterangan gambar : 1. Motor listrik sebagai representasi energi kinetik kendaraan 2. Rangka 3. Pengatur kecepatan putar motor listrik (Variable Speed Drive) 4. Coupling 5. Bearing 6. Transmisi roda gigi lurus 7. One-way Clutch 8. Mekanisme penggerak One-way Clutch 9. Generator listrik sebagai pembaca putaran flywheel 10. Flywheel ke-1 11. Flywheel ke-2 12. Flywheel ke-3 C. Kalibrasi Sensor Kecepatan Angular Kalibrasi sensor dilakukan dengan cara mengukur tegangan yang dihasilkan oleh mini generator untuk setiap variasi kecepatan putar yang telah ditetapkan. Pada tahap ini model KERS dioperasikan dengan putaran tertentu kemudian putaran flywheel diukur menggunakan stroboscope sedangkan output tegangan dari mini generator diukur menggunakan oscilloscope. Hasil pengukuran tegangan yang dihasilkan dapat dilihat pada tabel 3 berikut Tabel 3. Output tegangan mini generator
N Flywheel ( rpm )
459.26 612.35 765.43 918.52 1071.61 1224.70 1377.78 1530.87 1683.96 1837.04
Tegangan ( volt ) 0,45 0,46 0,48 0,5 0,52 0,55 0,56 0,58 0,6 0,61
Hasil pengukuran tegangan tersebut kemudian dibuat grafik dan selanjutnya dilihat trendline dari grafik yang dihasilkan
Gambar.3 Grafik tegangan vs kecepatan putar
Gambar.2 Desain Mekanisme Model KERS
D. Tahapan Pengujian Pengujian diawali dengan memasang flywheel yang akan diuji ke model KERS kemudian dilakukan pengaturan frekuensi VSD untuk mendapatkan putaran flywheel yang divariasikan. Untuk memastikan putaran sesuai dengan yang diinginkan, putaran flywheel diukur menggunakan stroboscope. Hasil pengaturan frekuensi pada VSD dicatat untuk pengujian selanjutnya.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 Setelah langkah pengaturan frekuensi selesai dilakukan selanjutnya dilakukan pengujian. Flywheel diputar dengan frekuensi motor yang telah ditetapkan. Probe oscilloscope dipasang pada terminal + dan – dari penyearah output generator. Setelah putaran flywheel stabil, oscilloscope dinyalakan (melakukan proses scanning) dan dilakukan pengereman hingga flywheel berhenti. Selanjutnya proses scan diakhiri dan data yang dihasilkan disimpan. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Perencanaan Desain Flywheel Dalam merencanakan desain flywheel yang akan digunakan dalam pengujian terdapat beberapa faktor yang dipertimbangkan yaitu 1. Material yang digunakan Flywheel dibuat menggunakan baja AISI 1045 dengan sifatsifat sebagai berikut : Tegangan tarik maksimum : 72 ksi atau 496,44 MPa Massa jenis : 0,283 lb/in3 atau 7849,99 kg/m3
3 = 3,004 kg Inersia = ∑ ∫ 𝑟 2 𝑑𝑚 1 = Σ 0,5.π.ρ.(( R4 – r4).t) + 4 . 3 . m . (l2+r2) = 0,5.π.7849,99.[ (( 0,09254 – 0,074) . 0,024) +
(( 0,074 – 0,064) . 0,010) + (( 0,03754 – 0,024) . 0,010) + (( 0,024 – 0,0104) . 0,030) ] + 1 4. ( 0.007 . (0,02252+0.03752)) 3
= 0,0162 kg.m2 Radius girasi
4. Dimensi flywheel Jari-jari maksimum flywheel yang digunakan dapat dihitung berdasarkan persamaan 𝑟 =√
7849,99. 28,22 .2
r = 6,2 m 5. Massa flywheel Massa flywheel yang digunakan ditetapkan sebesar 3 kg. 1) Desain Flywheel 1
3,004
2) Desain Flywheel 2
Gambar.5 Desain Flywheel 2 Gambar 5 menggambarkan detail dimensi dari flywheel 2. Flywheel 2 menggunakan tipe silinder berlubang, volume, massa, inersia dan radius girasi dari flywheel 2 dapat dihitung sebagai berikut 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = (
𝜋 𝜋 (1002 − 202 ).40) + ( (502 − 202 ).50) 𝑚𝑚3 4 4
= 301.440 + 82.425 mm3 = 383865 mm3 = 0.000384 m3
𝛿𝑚 496,44.106
0,0162
= 0,07 m
𝜌.𝜔2 .𝑆𝑓
𝑟 =√
𝐼
𝑚
=√
2. Putaran flywheel Berdasarkan rancangan pengujian yang telah ditetapkan,flywheel dioperasikan dengan rentang kecepatan putar 400 rpm – 2000 rpm. 3. Angka Keamanan Untuk menjamin keamanan selama operasi digunakan angka keamanan untuk komponen dinamis yaitu 2
=√
Massa
= massa jenis x volume = 7849,99 kg/m3 x (0.000301 + 0.0000824) m3 = 3,016 kg
Inersia = ∑ ∫ 𝑟 2 𝑑𝑚 = Σ 0,5.π.ρ.(( R4 – r4).t) = 0,5.π.7849,99.[ (( 0,054 – 0,014) . 0,04) + (( 0,0254 – 0,014) . 0,050) = 0,0033 kg.m2 𝐼 𝑚
Radius girasi = √
0,0033 3,016
=√
= 0,033 m Gambar.4 Desain Flywheel 1
3) Desain Flywheel 3
Gambar 4 menggambarkan detail dimensi dari flywheel 1. Flywheel 1 menggunakan tipe ring dengan web, volume, massa, inersia dan radius girasi dari flywheel 1 dapat dihitung sebagai berikut 𝜋 𝜋 (1852 − 1402 ).24) + ( (1402 − 1202 ).10) 4 4 𝜋 𝜋 + ( (752 − 402 ).10) + ( (402 − 202 ).30) 4 4 120 − 75 + (4𝑥6( ).10) 𝑚𝑚3 2
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = (
Massa
= 381.611,25 mm3 = 0.000382 m3 = massa jenis x volume = 7849,99 kg/m3 x (0.000276 + 0.000041 + 0.000032 + 0.000028 + 0.0000054) m3
Gambar.6 Desain Flywheel 3 Gambar 6 menggambarkan detail dimensi dari flywheel 3. Flywheel 3 menggunakan tipe flat disc. Volume,
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 massa, inersia dan radius girasi dari flywheel 3 dapat dihitung sebagai berikut 𝜋 𝜋 (2152 − 1802 ).15) + ( (1802 − 402 ).8) 4 4 𝜋 + ( (402 − 202 ).30) 𝑚𝑚3 4
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = (
= 384.473,38 mm3 = 0.000385 m3 Massa
= massa jenis x volume = 7849,99 kg/m3 x ( 0.000163 + 0.000194 + 0.000028)m3 = 3,02 kg
Inersia = ∑ ∫ 𝑟 2 𝑑𝑚 = Σ 0,5.π.ρ.(( R4 – r4).t) = 0,5.π.7849,99.[ (( 0,10754 – 0,094) . 0,015) + (( 0,094 – 0,024) . 0,008) +(( 0,024 – 0,014) . 0,03)] = 0,0192 kg.m2 Radius girasi
=√
𝐼
𝑚 0,0192
=√
3,02
= 0,08 m
B. Waktu Pengosongan Energi Kinetik Saat Setelah Pegereman Untuk mengetahui waktu pengosongan energi kinetik masing-masing flywheel dilakukan pengujian dengan cara memutar flywheel sampai dicapai kecepatan putar flywheel sesuai putaran yang divariasikan. Putaran flywheel diukur menggunakan stroboscope sebagai representasi dari kecepatan kendaraan sesaat sebelum pengereman. Setelah itu dilakukan pengereman dan putaran flywheel setelah pengereman diukur menggunakan mini generator dan hasilnya ditampilkan dalam oscilloscope. Berikut ini contoh grafik kecepatan putar masing-masing flywheel setelah pengereman dari kecepatan putar awal 1837,04 rpm
(a)
(b)
(c)
4 Gambar.7 Grafik Kecepatan Putar Masing-Masing Flywheel Setelah Pengereman Dari Kecepatan Putar 1837,04 rpm ( a ) flywheel 1 , ( b ) flywheel 2 , ( c ) flywheel 3 Berdasarkan grafik di atas dapat terlihat bahwa terjadi perbedaan putaran masing-masing flywheel terhadap variasi putaran yang diinginkan. Lama waktu pengosongan energi kinetik pada setiap putaran awal yang divariasikan dapat dilihat pada tabel 4 berikut Tabel 4. Waktu Pengosongan Energi Kinetik Masing-Masing Flywheel dengan Berbagai Variasi Kecepatan Awal Kecepatan Putar ( rpm ) 459.26 612.35 765.43 918.52 1071.61 1224.70 1377.78 1530.87 1683.96 1837.04
Flywheel 1 N (rpm)
457 629,6 825,9 932 1071 1258 1402 1571 1476 1768
Flywheel 2
Flywheel 3
Waktu (s)
N ( rpm )
Waktu (s)
N ( rpm )
Waktu (s)
3,4 3,28 3,86 4,18 4,56 5,02 5,42 6,02 6,56 8,14
457.8 607.9 774 942.3 1072 1358 1342 1565 1514 1750
1,66 1,74 2,06 2,28 2,42 2,72 3,22 3,6 4,52 5,34
477.1 597.2 776.1 903.7 1054 1162 1368 1528 1733 1837
3,82 4,14 5,54 5,82 7,94 9,34 12,08 12,66 13,34 16,98
C. Perbandingan Waktu Pengosongan Energi Kinetik Pada pembahasan grafik sebelumnya terlihat bahwa kecepatan putar ketiga flywheel membentuk kurva parabolik serta waktu pengosongan energi kinetiknya akan semakin besar dengan bertambahnya kecepatan awal sebelum pengereman.Berikut ini akan ditampilkan perbandingan dari kecepatan putar ketiga flywheel serta waktu pengosongan energi kinetiknya pada salah satu kecepatan awal yang divariasikan.
Gambar 8. Grafik Perbandingan Kecepatan Putar Flywheel 1, 2 dan 3 Setelah Pengereman Gambar 8 memperlihatkan perbandingan penurunan kecepatan putar pada masing-masing flywheel setelah dilakukan pengereman dari kecepatan putar 1830 rpm. Pada grafik terlihat kurva penurunan kecepatan putar ketiga flywheel terjadi secara cepat sesaat setelah pengereman, sementara penurunan kecepatan putar semakin berkurang seiring bertambahnya waktu sehingga kurva semakin melandai. Pada grafik di atas terlihat pula kurva penurunan kecepatan flywheel 1, 2 dan 3 proporsional terhadap radius girasi masing-masing flywheel. Kurva penurunan kecepatan flywheel 1 terlihat berhimpit dengan kurva kecepatan putar flywheel 2 sedangkan kurva kecepatan putar flywheel 3 jauh berbeda dari kedua flywheel lainnya. Gambar 9 menggambarkan waktu pengosongan energi kinetik dari ketiga macam penampang flywheel untuk tiap putaran yang divariasikan, dari grafik tersebut dapat
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 dilihat bahwa flywheel 3 memiliki waktu pengosongan energi kinetik paling lama. Sedangkan flywheel yang memiliki lama waktu pengosongan energi kinetik terkecil adalah flywheel 2. Dengan demikian dapat diambil kesimpulan bahwa semakin besar radius girasi flywheel, durasi waktu pengosongan energi flywheel akan semakin besar pula.
5 berhenti berputar. Jumlah total energi kinetik yang terrsimpan pada masing-masing flywheel merupakan jumlah total energi kinetik yang terbuang hingga flywheel berhenti. Jumlah energi kinetik yang tersimpan pada masing-masing flywheel setelah pengereman secara teoritis dapat dilihat pada tabel 5 berikut Tabel 5. Jumlah Energi Kinetik yang Tersimpan pada MasingMasing Flywheel Secara Teoritis pada Berbagai Kecepatan Awal N Flywheel ( rpm )
Gambar 9 Grafik Perbandingan Waktu Pengosongan Energi Kinetik Masing-Masing Flywheel Setelah Dilakukan Pengereman dari Berbagai Kecepatan Putar yang Divariasikan D. Perhitungan Energi Kinetik yang Tersimpan Pada Flywheel Setelah Pengereman Waktu pengosongan energi kinetik setelah pengereman dipengaruhi oleh besarnya energi kinetik yang tersimpan pada flywheel. Semakin besar energi yang tersimpan maka semakin lama pula waktu pengosongan energi kinetiknya. Secara teoritis energi kinetik yang tersimpan dalam sebuah flywheel yang berputar dapat dihitung menggunakan rumus 1 𝐸 = 𝐼 (𝜔𝑡 2 − 𝜔0 2 ) 2 Berikut ini contoh perhitungan energi kinetik yang tersimpan pada masing-masing flywheel secara teoritis pada kecepatan awal 60 km/jam atau 1837,04 rpm. Flywheel 1 1 𝐸 = 𝐼 (𝜔𝑡 2 − 𝜔0 2 ) 2 2𝜋 2𝜋 1 𝐸 = 𝐼 (( 𝑁𝑡 )2 − (( 𝑁0 )2 ) 2 60 60 1 2𝜋 2 2𝜋 𝐸 = 0,0162 (( 0) − (( 1837,04)2 ) 2 60 60 = - 299,46 Joule Flywheel 2 1 𝐸 = 𝐼 (𝜔𝑡 2 − 𝜔0 2 ) 2 1 2𝜋 2𝜋 𝐸 = 𝐼 (( 𝑁𝑡 )2 − (( 𝑁0 )2 ) 2 60 60 1 2𝜋 2 2𝜋 𝐸 = 0,0033 (( 0) − (( 1837,04)2 ) 2 60 60 = - 61 Joule Flywheel 3 1 𝐸 = 𝐼 (𝜔𝑡 2 − 𝜔0 2 ) 2 1 2𝜋 2𝜋 𝐸 = 𝐼 (( 𝑁𝑡 )2 − (( 𝑁0 )2 ) 2 60 60 1 2𝜋 2 2𝜋 𝐸 = 0,0192 (( 0) − (( 1837,04)2 ) 2 60 60 = - 354,92 Joule Tanda negatif pada hasil perhitungan di atas menunjukkan pengurangan energi kinetik yang tersimpan pada masingmasing flywheel setelah pengereman hingga flywheel
459.26 612.35 765.43 918.52 1071.61 1224.70 1377.78 1530.87 1683.96 1837.04
Flywheel 1 18.72 33.27 51.99 74.87 101.90 133.09 168.45 207.96 251.63 299.46
Energi Kinetik ( J ) Flywheel 2 3.81 6.78 10.59 15.25 20.76 27.11 34.31 42.36 51.26 61.00
Flywheel 3 22.18 39.44 61.62 88.73 120.77 157.74 199.64 246.47 298.23 354.92
Pada kenyataannya nilai kecepatan sudut ( ω ) flywheel setelah pengereman selalu berubah setiap waktu hingga akhirnya bernilai 0 pada saat flywheel berhenti berputar. Dengan demikian untuk menghitung jumlah energi kinetik yang tersimpan pada masing-masing flywheel maka terlebih dahulu harus dicari persamaan kurva kecepatan putar flywheel setelah pengereman terhadap fungsi waktu. Kemudian dengan cara meng-integral-kan persamaan tersebut dengan batas waktu mulai pengereman hingga flywheel berhenti maka akan didapatkan luasan di bawah kurva atau jumlah total energi kinetik yang tersimpan pada masing-masing flywheel. Berikut ini contoh grafik kecepatan putar masing-masing flywheel pada kecepatan awal 60 km/jam atau 1837,04 rpm
(a)
(b)
(c)
Gambar 10 Kurva kecepatan putar masing-masing flywheel setelah pengereman dengan kecepatan awal 1837,04 rpm ( a ) flywheel 1, ( b ) flywheel 2, ( c ) flywheel 3
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 Hasil perhitungan energi kinetik dengan cara pengujian secara eksperimen dapat dilihat pada tabel berikut Tabel 5. Jumlah Energi Kinetik yang Tersimpan pada MasingMasing Flywheel Secara Eksperimen pada Berbagai Kecepatan Awal N Flywheel ( rpm ) 459.26 612.35 765.43 918.52 1071.61 1224.70 1377.78 1530.87 1683.96 1837.04
Flywheel 1 11.94 18 38.7 70.2 100.6 148.9 193.8 210.1 372.4 706.67
Energi Kinetik ( J ) Flywheel 2 1.32 2.2 7.06 9.35 15.07 23.9 45.15 60.1 105.98 159.53
Flywheel 3 19.7 40.77 197.3 335.48 540.9 772.3 1240.8 1923.6 3526.8 5475.82
6 pada kedua flywheel lainnya. Secara umum hasil perhitungan energi kinetik secara eksperimen lebih besar dibandingkan dengan perhitungan secara teoritis hal ini karena perhitungan secara eksperimen menggunakan luasan di bawah kurva kecepatan putar sebagai representasi energi kinetik yang tersimpan pada flywheel setelah pengereman. IV KESIMPULAN Dari analisa yang telah dilakukan maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1. 2.
E. Perbandingan Pemulihan Energi Kinetik Gambar 11 memperlihatkan perbandingan energi kinetik yang tersimpan pada flywheel 1,2 dan 3 setelah pengereman dengan perhitungan secara teoritis dan eksperimen.
3.
4.
5.
6.
7.
Gambar 11. Grafik Perbandingan Jumlah Energi Kinetik yang Tersimpan pada Masing-Masing Flywheel Secara Teoritis dan Eksperimen Pada grafik di atas terlihat bahwa dengan kecepatan awal sebelum pengereman yang semakin besar, jumlah energi kinetik yang tersimpan pada masing-masing flywheel setelah dilakukan pengereman akan semakin besar pula. Jumlah energi kinetik yang tersimpan pada masing masing flywheel sesuai dengan besar radius girasinya. Semakin besar radius girasi flywheel maka kemampuan flywheel tersebut dalam menyimpan energi juga akan semakin besar. Besar energi kinetik yang tersimpan pada flywheel 1 dan 3 secara teoritis terlihat tidak jauh berbeda, namun pada perhitugan secara eksperimen terlihat perbedaan yang cukup signifikan. Hal ini terjadi karena hasil pengerjaan flywheel 1 yang kurang sempurna sehingga timbul vibrasi pada putaran tinggi.Besar energi kinetik yang tersimpan pada flywheel 2 baik secara teoritis maupun perhitungan secara eksperimen jauh lebih kecil dibanding energi kinetik yang tersimpan
8.
Model KERS dibuat dengan skala putaran 1 : 120 dari kecepatan putar penggerak KERS yang dimodelkan Flywheel 1 bertipe ring dengan web memiliki massa 3,004 kg, inersia 0,0162 kg.m2 dan radius girasi 0,07 m. Flywheel 2 bertipe silinder berlubang dengan massa 3,016 kg, inersia 0,0033 kg m2 dan radius girasi 0,033m. Flywheel 3 bertipe ring dengan web tipe disk memiliki massa 3,02 kg, inersia 0,0192 kg.m2 dan radius girasi 0,08 m Waktu pengosongan energi kinetik dipengaruhi oleh radius girasi flywheel,semakin besar radius girasinya maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan energi kinetik flywheel tersebut Karakteristik putaran flywheel setelah dilakukan pengereman membentuk kurva parabolik, pada saat awal pengereman putaran flywheel berkurang dengan cepat kemudian setelah beberapa saat pengurangan kecepatan putar menjadi lebih kecil dan kurva lebih landai Waktu pengosongan energi flywheel 1 memiliki rentang 3,4 detik – 8,14 detik. Flywheel 2 memiliki rentang 1,66 detik hingga 5,34detik. Flywheel 3 memiliki rentang 3,82 detik – 16,98 detik Energi kinetik yang tersimpan pada masing-masing flywheel secara teoritis, flywheel 1 memiliki rentang energi kinetik 18,72 J – 299,46 J. Flywheel 2 3,81 J – 61 J dan flywheel 3 memiliki rentang energi kinetik 22,18 J – 354,92 J Energi kinetik yang tersimpan pada masing-masing flywheel secara perhitungan hasil eksperimen, Flywheel 1 memiliki rentang energi kinetik 11,9 J – 706,7 J. Flywheel 2 1,3 J – 159,5 J. Flywheel 3 memiliki rentang energi kinetik 19,7 joule – 5475,8 joule. Hasil perhitungan energi kinetik flywheel secara eksperimen lebih besar jika dibandingkan perhitungan secara teoritis. Oleh karena itu dalam perancangan flywheel yang akan digunakan dalam KERS sebaiknya dibuat model yang untuk mengetahui respon kecepatan putar flywheel setelah pengereman.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada laboratorium Vibrasi dan Sistim Dinamis Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri ITS yang telah banyak mendukung kelancaran penelitian kali ini. [1] [2] [3] [4]
DAFTAR PUSTAKA
Boretti,Alberto.A.2010.” Coupling of a KERS Powertrain and 4 Litre Gasoline Engine for Improved Fuel Economy in a Full Size Car”.SAE Technical Paper : 2010-01-2218 Lee,Wooseung.June 2012.”The Power of Converting Deceleration to Acceleration”. University of Alberta Kumar,Harish.Tanpa Tahun.”Regenerative Braking”. India http://www.hyno-truck.com/hyno-dutro-110-ld-specs
