Hubungan Umur Pertama Terjadinya Bangkitan Epilepsi dengan ...
STUDI PENGARUH JUMLAH LILITAN DAN …. Berapa banyak jumlah lilitan dan panjang kumparan yang...
Transcript of STUDI PENGARUH JUMLAH LILITAN DAN …. Berapa banyak jumlah lilitan dan panjang kumparan yang...
STUDI PENGARUH JUMLAH LILITAN DAN
PANJANG KUMPARAN TERHADAP VOLTASE DAN ARUS
BANGKITAN PADA MEKANISME PEMANEN ENERGI
GETARAN
Sidang Tugas Akhir
Bidang Studi : Desain
Disusun oleh :
DENNY SAPUTRA
NRP. 2105 100 057
Dosen Pembimbing :
Dr.Eng. Harus Laksana Guntur, ST, M.Eng.
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2010
• Getaran sering kali terjadi pada mesin ataupun peralatan –
peralatan yang sedang beroperasi, dan getaran ini dapat
menimbulkan gaya eksitasi berupa energi kinetik yang
berpotensi untuk dikonversi ke dalam bentuk energi lain.
Energy Source
(Vibration)
Trucks
Trains
Industrial
Machinery
Automotive
Wearable
Electronics
Agriculture
Medical
Building &
BridgesCargo
Container
Latar Belakang 1
Mesin – mesin menimbulkan getaran
Getaran menimbulkan gaya eksitasi
Getaran dikonversi kedalam energi listrik
Latar Belakang 2
1. Berapa banyak jumlah lilitan dan panjang kumparan yang efektif
untuk menghasilkan energi listrik bangkitan secara empirik dan
perhitungan.
2. Bagaimana perbandingan antara data voltase yang dibangkitkan
secara aktual dengan hasil perhitungan teoritis.
Perumusan Masalah 3
1. Frekuensi pada Mekanisme Pemanen Energi Getaran dianggap
harmonik dengan frekuensi konstan.
2. Perubahan temperatur akibat gesekan magnet dengan dinding
bagian dalam tabung diabaikan.
3. Gerakan osilasi magnet terhadap koil hanya kearah vertikal.
4. Alat pengukuran arus listrik yang dibangkitkan menggunakan
digital osciloscope dalam keadaan normal.
5. Motor yang digunakan untuk menggerakan Mekanisme Pemanen
Energi Getaran adalah motor DC.
6. Tidak terjadi lonjakan antara disk eksentrik dengan roda tangkai
pendorong.
Batasan Masalah 4
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian pada Tugas Akhir ini,
antara lain:
1. Mencari jumlah lilitan dan panjang kumparan yang efektif untuk
voltase bangkitan yang dihasilkan Mekanisme Pemanen Energi
Getaran.
2. Menganalisa perbandingan antara data voltase yang dibangkitkan
secara aktual dengan hasil perhitungan.
Tujuan Tugas Akhir 5
1. Mengetahui jumlah lilitan dan panjang kumparan yang efektif
pada Mekanisme Pemanen Energi Getaran sehingga dapat
menghasilkan voltase bangkitan yang lebih efektif.
2. Mengetahui perbandingan antara data voltase yang dibangkitkan
secara aktual dengan hasil perhitungan.
3. Hasil tugas akhir ini bisa menjadi dasar pengembangan pada
Mekanisme Pemanen Energi Getaran dengan prinsip induksi
magnet.
Manfaat Tugas Akhir 6
Penelitian terdahulu
Penelitian yang dilakukan oleh Roundy, difokuskan pada
desain dari electrostatic vibration-to-electricity converter. Tiga
buah konsep desain dikembangkan, untuk mendapatkan
parameter desain yang terbaik. Hasil teoritis telah
dibandingkan dengan hasil empirik, yang satu sama lain
menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda.
Kajian Pustaka 7
1. Dasar Teori Mekanika Getaran
Model Matematis mekanisme
Menurut model diatas maka persamaan gerak dari
respon massa ( m )dapat dinyatakan sebagai :
Kajian Pustaka
)(tFkxxcxm
8
• Eksitasi harmonik X(t) didapat dari disk yang berputar secara eksentrik, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar.
Gambar Eksitasi Gerak Harmonik
rrmak
rmin
y(t)
b
Kajian Pustaka 9
2. Teori Elektromagnetik
• Induksi Magnet
Jika displacement (posisi) sebuah massa magnetik berubah dengan waktu dan massa tersebut bergerak didalam suatu kumparan, pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial yang menyebabkan timbulnya arus listrik pada kumparan.
Gambar magnet melalui sebuah kumparan
Kajian Pustaka 10
• Sesuai hukum Faraday, dengan medan magnet atau fluks yang
berubah-ubah, maka pada kumparan akan timbul gaya gerak
listrik (ggl) sebesar :
Jika kerapatan fluks dan luas penampang merupakan besaran
konstan dan bergerak didalam sebuah kumparan dengan
kecepatan v, maka persamaan menjadi :
Kajian Pustaka
dt
dNe
E= B l v
11
• Medan Magnet pada Rangkaian Solenoidal
Rangkaian solenoidal adalah rangkaian yang terdiri dari
beberapa loop melingkar koaksial.
r
Gambar medan magnet pada titik P yang terletak pada sumbu solenoid
Pada gambar nilai medan magnet (B) pada titik P dapat dicari dengan perumusan :
Kajian Pustaka 12
L
INB 0
. P
l
N
• Konduktivitas dan tahanan listrik; Hukum Ohm
Hukum ohm menyatakan bahwa tegangan antara jenis bahan
penghantar (V) berbanding lurus dengan arus yang mengalir pada
bahan tersebut (I).
Kajian Pustaka 13
Diagram Alir Tugas Akhir secara Global
METODOLOGI
Pemodelan Matematis Perencanaan Pengujian
Pengujian Mekanisme
Studi Literatur
Penentuan Metode Pembangkitan Energi
Pengambilan Data
AB
Perhitungan voltase bangkitan
Pembuatan Mekanisme
Start
Komparasi voltase(V) bangkitan dari pengujian dengan hasil perhitungan
secara teori
Kesimpulan
Apakah (V)exp ≈ (V)teo ?
End
AB
tidak
ya
14
• Penentuan metode Pembangkitan EnergiPada tahap ini digunakan magnet dan rangkaian kumparan yang dapat
membangkitkan voltase dengan diberikannya tegangan mekanik. Dengan jumlah lilitan dan panjang kumparan pada mekanisme pembangkit daya yang telah divariasikan maka akan terbangkitkan voltase yang kemudian diukur dengan menggunakan osilloscope.
Skema mekanisme pembangkit daya
METODOLOGI 15
15
mm
20
mm
20
mm
20
mm
25
mm
20
mm
X(t) X(t) X(t)
Diagram alir perhitungan :
METODOLOGI
E=B l v
AA
i = i + 1
A
Start
Menentukan nilai I , L , μ0 , l , X dan CPM
v = f 4X
1CPM = 4Xf = CPM / 60
Ni = N1
N1 = 1000 lilitanN2 = 2000 lilitanN3 = 3000 lilitan
Li = L1
L1 = 15 mmL2 = 20 mmL3 = 25 mm
i = i + 1
L
INB 0
A
Apakah N =3000 ?
A
Apakah L =25mm ?
A
End
16
• Perencanaan pembuatan Mekanisme Pemanen Energi Getaran.
Pada tahap ini mekanisme pengukuran bangkitan energi listrik dimodelkan dengan rangkaian magnet, pegas, dan juga kumparan yang divariasikan.
Skema Mekanisme Pemanen Energi Getaran
METODOLOGI 17
Spring
Mass
Pushrod
Wheel
Eccentric
disc
Guide
Motor
Coil
Battery
x
b
Conversion
circuit
Diagram alir percobaan
METODOLOGI
Mulai
Pasang Disk ke motor DC
Persiapan peralatan
Sambungkan Motor DC ke Power suply
Nyalakan Osciloscope
Sambungkan probe osciloscope ke mekanisme
pembangkit daya
Pasang Mekanisme pembangkit daya
A B
Tidak
Nomor mekanisme
pembangkit daya + 1
Matikan Osciloscope
Matikan Power Suply
Mekanisme pembangkit daya nomer
9?
selesai
Ambil data Stroboscope
Nyalakan Power suply 7,5 Volt
A
Ambil data Osciloscope
sebanyak 5 kali
B
Ya
18
• Peralatan percobaan
1. Mekanisme pembangkit daya
2. Osciloscope 3. Stroboscope
4. Power supply 5. Motor DC 6. Kabel
9 cm
1.7
cm
METODOLOGI 19
• PerhitunganKecepatan gerak magnet
Dari RPM motor yang diketahui dapat dicari kecepatan gerak
magnet dengan mengkonversi kecepatan putar poros menjadi
kecepatan magnet berosilasi, dapat dilihat dari perumusan
dibawah ini :
1 rotasi = 4 x Amplitudo
HASIL & ANALISA
v = f 4X
Dimana :
X = 10mm ,dan
f = RPM / 60 s
= 885 / 60 s
= 14,75 /s
v = 14,75 /s x 40 mm
= 590 mm/s
= 0,59 m/s
20
v = RPM
Kuat Medan Magnet
L = 15 mm
N = 1000 lilitan
I = 2,26 Ampere
μ0 = 12,56 x 10-7 Wb/A.m
L
INB 0
m
AAmWbB
015,0
100026,2/10.56,12 7
B = 0,19 Wb/m²
HASIL & ANALISA 21
HASIL & ANALISA
Tabel Perhitungan kuat medan magnet
Panjang
Kumparan N I μ0 L B
15 mm 1000 2.26 0.000001256 0.015 0.19
20 mm 1000 2.01 0.000001256 0.02 0.13
25 mm 1000 1.83 0.000001256 0.025 0.09
15 mm 2000 2.81 0.000001256 0.015 0.47
20 mm 2000 2.64 0.000001256 0.02 0.33
25 mm 2000 2.31 0.000001256 0.025 0.23
15 mm 3000 3.47 0.000001256 0.015 0.87
20 mm 3000 3.12 0.000001256 0.02 0.59
25 mm 3000 2.59 0.000001256 0.025 0.39
22
HASIL & ANALISA
Voltase bangkitan
E= B l v
E = 0,19 Wb/m² x 50,24 m x 0,59 m/s
E = 0,19 V.s/m² x 50,24 m x 0,59 m/s
E = 5,63 Volt
Panjang
kumparan
Jumlah
lilitan B l V E
15 mm 1000 0.19 50.24 0.59 5.63
20 mm 1000 0.13 50.24 0.59 3.85
25 mm 1000 0.09 50.24 0.59 2.66
15 mm 2000 0.47 100.48 0.59 27.86
20 mm 2000 0.33 100.48 0.59 19.56
25 mm 2000 0.23 100.48 0.59 13.64
15 mm 3000 0.87 150.72 0.59 77.36
20 mm 3000 0.59 150.72 0.59 52.47
25 mm 3000 0.39 150.72 0.59 34.68
Tabel Voltase bangkitan dari perhitungan teori
23
HASIL & ANALISA
Grafik voltase hasil perhitungan
Grafik Voltase Hasil Perhitungan
5.63
27.86
77.36
3.85
19.56
52.47
2.66
13.64
34.68
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000 2000 3000
Jumlah lilitan
vo
lt
L1 = 15mm
L2 = 20mm
L3 = 25mm
24
Contoh perhitungan RMS
HASIL & ANALISA
Tabel contoh perhitungan RMS
25
S V V²
0 4.8 23.04
0.002 4.8 23.04
0.004 4.6 21.16
0.006 4.6 21.16
… … …
… … …
Σ V² Σ V²/ 2250 RMS
53360.56 23.72 4.87
2250
2
Vrms
2250
56.53360rms
87.4rms
Hasil Pengujian
HASIL & ANALISA
Grafik Voltase L1 = 15mm
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
0.6
8
1.3
7
2.0
5
2.7
4
3.4
2
4.1
4.7
9
5.4
7
6.1
6
6.8
4
7.5
2
8.2
1
8.8
9
Time (s)
vo
lt
1000 lilitan
2000 lilitan
3000 lilitan
Grafik voltase fungsi waktu untuk panjang kumparan 15 mm
26
Panjang
kumparan
Jumlah
lilitan RMS
15 mm
1000 4.87
2000 9.12
3000 13.11
Hasil Pengujian
HASIL & ANALISA
Grafik Voltase L2 = 20mm
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
0.6
9
1.3
8
2.0
8
2.7
7
3.4
6
4.1
5
4.8
4
5.5
4
6.2
3
6.9
2
7.6
1
8.3 9
Time (s)
vo
lt
1000 Lilitan
2000 Lilitan
3000 Lilitan
Grafik voltase fungsi waktu untuk panjang kumparan 20 mm
27
Panjang
kumparanJumlah lilitan
RMS
20 mm
1000 3.51
2000 8.14
3000 11.16
Hasil Pengujian
HASIL & ANALISA
Grafik Voltase L3 = 25mm
0
2
4
6
8
10
12
0
0.6
9
1.3
8
2.0
8
2.7
7
3.4
6
4.1
5
4.8
4
5.5
4
6.2
3
6.9
2
7.6
1
8.3 9
Time (s)
vo
lt
1000 Lilitan
2000 Lilitan
3000 Lilitan
Grafik voltase fungsi waktu untuk panjang kumparan 25 mm
28
Panjang
kumparanJumlah lilitan
RMS
25 mm
1000 2.46
2000 5.16
3000 8.1
Hasil Pengujian
HASIL & ANALISA
voltase fungsi waktu untuk 1000 lilitan
29
Grafik Voltase 1000 Lilitan
0
1
2
3
4
5
6
7
0
0.0
7
0.1
4
0.2
0.2
7
0.3
4
0.4
1
0.4
8
0.5
4
0.6
1
0.6
8
0.7
5
0.8
2
0.8
8
Time (s)
Vo
ltase (
vo
lt)
L1 = 15mm
L2 = 20mm
L3= 25mm
Jumlah lilitanPanjang
kumparan RMS
1000
15 mm 4.81
20 mm 3.48
25 mm 2.51
Hasil Pengujian
HASIL & ANALISA
Grafik Voltase 2000 Lilitan
0
2
4
6
8
10
12
14
0
0.6
9
1.3
8
2.0
6
2.7
5
3.4
4
4.1
3
4.8
2
5.5
6.1
9
6.8
8
7.5
7
8.2
6
8.9
4
Time (s)
vo
lt
L1 = 15mm
L2 = 20mm
L3 = 25mm
Grafik voltase fungsi waktu untuk 2000 lilitan
30
Jumlah lilitanPanjang
kumparan RMS
2000
15 mm 9.07
20 mm 7.84
25 mm 4.89
Hasil Pengujian
HASIL & ANALISA
Grafik Voltase 3000 Lilitan
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
0.6
9
1.3
8
2.0
8
2.7
7
3.4
6
4.1
5
4.8
4
5.5
4
6.2
3
6.9
2
7.6
1
8.3 9
Time (s)
vo
lt
L1 = 15mm
L2 = 20mm
L3 = 25mm
Grafik voltase fungsi waktu untuk 3000 lilitan
31
Jumlah lilitanPanjang
kumparan RMS
3000
15 mm 13.15
20 mm 11.07
25 mm 7.93
HASIL & ANALISA
Grafik Voltase Hasil Pengujian
4.08
9.09
13.15
3.52
7.85
11.3
2.54
5.154
8.4
0
2
4
6
8
10
12
14
1000 2000 3000
Jumlah Lilitan
vo
lt
L1 = 15mm
L2 = 20mm
L3 = 25mm
Grafik voltase hasil pengujian
Panjang
kumparan
Jumlah
lilitan
1000 2000 3000
15 mm 4.81 9.09 13.15
20 mm 3.52 7.85 11.3
25 mm 2.54 5.154 8.4
32
HASIL & ANALISA
Panjang kumparan Jumlah lilitan
Pengujian Teori
voltase
(volt)
Voltase
(volt)
15 mm
1000 4.81 5.63
2000 9.09 27.86
3000 13.15 77.36
20 mm
1000 3.52 3.85
2000 7.85 19.56
3000 11.3 52.47
25 mm
1000 2.54 2.66
2000 5.15 13.64
3000 8.4 34.68
Perbandingan Voltase hasil perhitungan dengan pengujian
33
Kesimpulan
KESIMPULAN & SARAN
1. Voltase yang dihasilkan dari pemanen energi getaran
yang panjang kumparannya divariasikan mulai dari 15
mm, 20 mm, hingga 25 mm didapatkan semakin
panjang kumparan yang digunakan pada mekanisme
pembangkit daya, maka semakin kecil voltase yang
dibangkitkan.
2. Voltase yang dihasilkan dari pemanen energi getaran yang
jumlah lilitannya divariasikan mulai dari 1000 lilitan, 2000
lilitan, hingga 3000 lilitan didapatkan semakin banyak jumlah
lilitan yang digunakan pada mekanisme pembangkit daya,
maka semakin besar voltase yang dibangkitkan.
34
Kesimpulan
KESIMPULAN & SARAN
3. Voltase bangkitan terbesar secara teori dan pengujian terjadi pada
saat mekanisme pemanen energi getaran menggunakan
mekanisme pembangkit daya dengan panjang kumparan 15 mm
dan jumlah lilitan 3000 lilitan yaitu sebesar 77,36 volt untuk teori
dan 13,15 volt untuk pengujian. Sedankan yang terendah terjadi
pada panjang kumparan 25 mm dan jumlah lilitan 1000
4. Pada setiap penambahan jumlah lilitan range antara voltase
bangkitan aktual dengan voltase perhitungan menjadi semakin
besar. Hal ini terjadi karena semakin banyak kawat yang dililitkan,
maka semakin banyak pula terjadi rugi yang diakibatkan dari
hambatan dan induktor kawat tersebut.
35
Saran
KESIMPULAN & SARAN
1. Pada penelitian selanjutnya dilakukan pengukuran arus
yang dibangkitkan dengan menggunakan alat yang lebih
teliti dari pada multimeter.
2. Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan analisa pada mekanisme
pembangkit daya dengan variasi kumparan yang lainnya agar
didapatkan mekanisme pembangkit daya yang mampu membangkitkan
voltase lebih besar lagi.
36
40
Kajian Pustaka 13