TUGAS AKHIR STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PANJANG BEAM, POSISI PIEZOELECTRIC, AMPLITUDO DAN FREKUENSI GETARAN TERHADAP VOLTASE BANGKITAN PADA MEKANISME BEAM DISUSUN OLEH BUDI YULI PRIANTO NRP. 10410013 Dosen Pembimbing Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. M.Eng LABORATORIUM DESAIN JURUSAN TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 010 1
Latar Belakang Menghasilkan energi listrik Piezoelectric Aktivitas shaking menghasilkan energi listrik Perlu eksperimen untuk mengetahui energi listrik bangkitan Peralatan mobile charger
Memodelkan mekanisme beam pembangkit energi listrik 1 Perumusan Masalah Melakukan percobaan untuk mengetahui energi listrik bangkitan 3 Melakukan perhitungan untuk mengetahui energi listrik bangkitan 3
Batasan Masalah Percobaan dilakukan untuk 1 mengetahui voltase listrik Percobaan tidak dilakukan untuk mengetahui arus listrik Variasi parameter (panjang beam, posisi piezoelectric, amplitudo getaran, frekuensi getaran) 3 4
Tujuan Penelitian Mengetahui pengaruh panjang beam dan posisi piezoelectric terhadap 1 energi listrik bangkitan Mengetahui pengaruh amplitudo dan frekuensi getaran terhadap energi listrik bangkitan 5
Dasar Teori Piezoelectric adalah material yang dapat menghasilkan energi listrik apabila diberi tegangan mekanik & dapat menghasilkan deformasi mekanik bila diaplikasikan tegangan listrik (reverse effect) Gambar.1 6
Macam macam piezoelectric Bentuk bentuk piezoelectric 1. Kristal seperti Quartz (SiO), Galium Orthoposphate (GaPO4). Keramik seperti Barium Titanate (BaTiO3), Lead Zirconate Titanate (PZT) 3. Polimer seperti Polyvinilidene Diflouride (PVDF) Strip, disc, bar, cylindrical, cubic, column 7
Voltase Listrik yang dibangkitkan Tabel.1 8
Mode Coupling Terdapat mode coupling pada prakteknya Tabel. 9
Teori Getaran Getaran : gerakan bolak balik melalui titik kesetimbangan Parameter getaran 1. Amplitudo : simpangan terbesar. Frekuensi : banyaknya getaran dalam satu detik 3. Periode : waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran Macam-macam getaran Berdasarkan sumber getaran 1. getaran bebas. getaran paksa Berdasarkan jumlah DOF 1. getaran single DOF. getaran multi DOF Berdasarkan ada/tidaknya redaman 1. getaran teredam. getaran tak teredam 10
Penentuan Frekuensi Natural Kondisi equilibrium kδ = w kδ = mg Dengan memberi simpangan x F m x w k ( Δ+x ) = m x Solusi umum x = A sin ωt k Δ - k ( Δ+x ) = m x mx kx 0...(.1) x Acost x m ( Asin t Mensubstitusikan ke pers (.1) A sin t ) k ( A sin t ) 0 (.) m Asin t m k kasin t k m k m 11
Getaran Bebas Persamaan getaran m x cx kx F(t) Tidak ada rangsangan dari luar m x cx kx 0...(.3) Solusi umum Dengan mensubstitusikan pers.4 ke pers.3 (ms + cs + k) e st = 0. (.5) Yang dipenuhi untuk semua nilai t apabila s c m s k m 0...(.6) x = e st. (.4) Persamaan.6 mempunyai dua akar : s 1, c m c m Sehingga pers.4 menjadi s1t st x Ae Be k m A dan B ditentukan dari kondisi awal 1
Pemodelan Mekanisme Metodologi Penelitian piezoelectric beam w T h p L b 13
Metodologi Percobaan Bahan & Alat Percobaan 3 1 penjepit Untuk menjepit beam penggaris Berfungsi sebagai beam piezoelectric Sebagai pembangkit energi listrik. Terbuat dari PZT 14
4 5 Alat penggetar Berfungsi untuk menggetarkan beam. Terdiri dari motor DC dan disc penggetar Disc penggetar : terdiri dari 3 lubang untuk menentukan amplitudo getaran Adaptor Berfungsi untuk mengubah arus AC menjadi DC dan mengubah putaran motor ω1 = 36,8 rpm = 37,98 rad/s Putaran motor diukur oleh tachometer dimana pada percobaan ini terdiri dari 3 putaran yaitu : ω = 537 rpm = 56, rad/s ω3 = 797,8 rpm = 83,54 rad/s 15
Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan dengan menggetarkan beam pada ujungnya dengan variasi parameter sbb : A = cm, 3 cm, 4cm a = cm, 4 cm, 6 cm L = 16 cm, 18 cm, 0 cm ω = 37,98 rad/s ; 56, rad/s ; 83,54 rad/s Dimana A = amplitudo a = posisi piezoelectric L = panjang beam ω = frekuensi getaran Gambar skema percobaan 16
Flowchart Percobaan 17
Metodologi Perhitungan Beam h L b w p A piezo = w. T 3 bh Momen inersia : I 1 Momen tahanan bending : T piezoelectric I Wb h Parameter yang dirubah : L = panjang beam A = amplitudo a = posisi piezoelectric ω = frekuensi getaran 18
Gaya eksitasi pada ujung beam : Psin ωt P sin ωt = k A sinωt Momen bending di a : M = P sinωt (L-a) tegangan bending di a : M Wb Gaya pada piezo : F = σ. Apiezo Voltase yang dibangkitkan : V g 31. F V (Dari tabel.1) w g31 = konstanta tegangan listrik (Vm/N) 19
Flowchart Perhitungan 0