Post on 10-Jul-2019
TUGAS AKHIRSTUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PANJANG BEAM, POSISI PIEZOELECTRIC, AMPLITUDO DAN FREKUENSI
GETARAN TERHADAP VOLTASE BANGKITAN PADA MEKANISME BEAM
DISUSUN OLEH
BUDI YULI PRIANTONRP. 2104100132
Dosen Pembimbing
Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. M.Eng
LABORATORIUM DESAINJURUSAN TEKNIK MESIN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER2010
1
Latar Belakang
Menghasilkanenergi listrik
Piezoelectric
Aktivitas shaking menghasilkanenergi listrik
energi listrik
Peralatanmobile charger
Perlu eksperimen untukmengetahui energi
listrik bangkitan
2
Memodelkan mekanisme beam pembangkit energi listrik
1
Perumusan Masalah
Melakukan percobaan untuk
2Melakukan perhitungan untuk
3Melakukan percobaan untukmengetahui energi listrikbangkitan
Melakukan perhitungan untukmengetahui energi listrikbangkitan
3
Percobaan dilakukan untuk
mengetahui voltase listrik 1
Batasan Masalah
mengetahui voltase listrik 1
Variasi parameter (panjang beam, posisi 3
Percobaan tidak dilakukan untuk
mengetahui arus listrik 2
piezoelectric, amplitudo getaran,
frekuensi getaran)
3
4
Mengetahui pengaruh panjang beam
dan posisi piezoelectric terhadap 1
Tujuan Penelitian
dan posisi piezoelectric terhadap
energi listrik bangkitan1
Mengetahui pengaruh amplitudo
dan frekuensi getaran terhadap
energi listrik bangkitan2
5
Dasar Teori
Piezoelectric adalah material yang dapat menghasilkan energi listrikapabila diberi tegangan mekanik & dapat menghasilkan deformasi
mekanik bila diaplikasikan tegangan listrik (reverse effect)
6Gambar 2.1
Macam macampiezoelectric Bentuk bentuk piezoelectric
1. Kristal seperti Quartz (SiO2), Galium(SiO2), GaliumOrthoposphate (GaPO4)
2. Keramik seperti Barium Titanate (BaTiO3), Lead Zirconate Titanate (PZT)
3. Polimer sepertiPolyvinilidene Diflouride(PVDF)(PVDF)
Strip, disc, bar, cylindrical, cubic, column
7
Voltase Listrik yang dibangkitkan
Tabel 2.1
8
Mode Coupling
Terdapat 2 mode coupling pada prakteknya
Tabel 2.2
9
Teori Getaran
Getaran : gerakan bolak balik melalui titik kesetimbangan
Parameter getaran1. Amplitudo : simpangan terbesar1. Amplitudo : simpangan terbesar2. Frekuensi : banyaknya getaran dalam satu detik3. Periode : waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu
getaran
Macam-macam getaran Berdasarkan sumber getaran
1. getaran bebas2. getaran paksa2. getaran paksa
Berdasarkan jumlah DOF1. getaran single DOF2. getaran multi DOF
Berdasarkan ada/tidaknya redaman1. getaran teredam2. getaran tak teredam
10
Penentuan Frekuensi Natural
kΔ = w
kΔ = mg
Kondisi equilibrium
Dengan memberi simpangan x
xmF xm w – k ( Δ+x ) =
xm k Δ - k ( Δ+x ) =
)1.2......(0 kxxm x = A sin ωt
Solusi umum
tAx cos
tAx sin2
0)sin()sin( 2 tAktAm
tkAtAm sinsin2
m
k2km 2Mensubstitusikan ke pers (2.1)
11m
k(2.2)
Getaran Bebas
Persamaan getaran
Tidak ada rangsangan dari luar
)(tFkxxcxm
Tidak ada rangsangan dari luar
)3.2......(0 kxxcxm
x = e st …. (2.4)
Solusi umum
Dengan mensubstitusikanpers 2.4 ke pers 2.3 Persamaan 2.6 mempunyai dua akar :
(ms2 + cs + k) est = 0 …. (2.5)
)6.2......(02 m
ks
m
cs
Yang dipenuhi untuk semuanilai t apabila
m
k
m
c
m
cs
2
2,1 22
Persamaan 2.6 mempunyai dua akar :
tsts BeAex 21
Sehingga pers 2.4 menjadiA dan B ditentukandari kondisi awal
12
Metodologi Penelitian
Pemodelan Mekanisme
beampiezoelectric
p
wT
Lb
h
beampiezoelectric
13
Bahan & Alat Percobaan
Metodologi Percobaan
2
3
penjepit
Untuk menjepit beam
1
2
penggarisBerfungsi sebagai beam
piezoelectric
Sebagai pembangkit energilistrik. Terbuat dari PZT
Untuk menjepit beam
14
Alat penggetar
Disc penggetar : terdiri
Berfungsi untuk menggetarkan beam. Terdiri dari motor DC dan disc penggetar
4
Adaptor
Berfungsi untuk mengubaharus AC menjadi DC danmengubah putaran motor
Disc penggetar : terdiridari 3 lubang untukmenentukan amplitudogetaran
5
ω1 = 362,8 rpm =
Putaran motor diukur olehtachometer dimana padapercobaan ini terdiri dari 3 putaran yaitu :
ω1 = 362,8 rpm = 37,98 rad/s
ω2 = 537 rpm = 56,22 rad/s
ω3 = 797,8 rpm = 83,54 rad/s
15
Pengambilan data dilakukan denganmenggetarkan beam pada ujungnya denganvariasi parameter sbb :A = 2 cm, 3 cm, 4cm
Pengambilan Data
A = 2 cm, 3 cm, 4cma = 2 cm, 4 cm, 6 cmL = 16 cm, 18 cm, 20 cmω = 37,98 rad/s ; 56,22 rad/s ; 83,54 rad/s
Dimana
A = amplitudoa = posisi piezoelectric
Gambar skema percobaan
a = posisi piezoelectricL = panjang beamω = frekuensi getaran
16
Flowchart Percobaan
17
Metodologi Perhitungan
b
h
Beam
Parameter yang dirubah :L = panjang beamA = amplitudop
wT
Lb
piezoelectric
12
3bhI Momen inersia :
h
IWb
2Momen tahanan bending :
A = amplitudoa = posisi piezoelectricω = frekuensi getaranA piezo = w. T
18
p
Gaya eksitasi pada ujung beam : Psin ωt
P sin ωt = k A sinωt
Momen bending di a : M = P sinωt (L-a)
Gaya pada piezo : F = σ. Apiezo
FgV
.31
Voltase yang dibangkitkan : V
(Dari tabel 2.1)Momen bending di a : M = P sinωt (L-a)
tegangan bending di a : Wb
M
w
FgV
.31 (Dari tabel 2.1)
19
g31 = konstanta tegangan listrik (Vm/N)
Flowchart Perhitungan
20