SIMULASI MAGNETIK 3D DESAIN MAGNETORHEOLOGICAL MULTICOIL BRAKE MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSOFT MAXWELL SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh: ARIYO NURACHMAN SATIYA PERMATA NIM. I0410008 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
SIMULASI MAGNETIK 3D DESAIN MAGNETORHEOLOGICAL MULTICOIL BRAKE MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSOFT MAXWELL Ariyo Nurachman Satiya Permata Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia ariyo.nurachman@gmail.com ABSTRAK Penelitian ini menjelaskan model simulasi magnetik 3D desain magnetorheological multicoil brake. Desain MRB multikoil aksial memiliki koil lebih dari satu buah yang terletak di luar casing. Desain ini dapat mempermudah proses perawatan rem. Satu pasang koil digunakan untuk proses simulasi yang telah mewakili seluruh koil mampu mendistribusikan fluks magnetik pada seluruh bagian-bagian eletromagnetik. Tujuan dari simulasi ini adalah mampu menghasilkan fluks magnetik pada bagian permukaan rotor disk brake. Nilai fluks magnetik MRB multikoil lebih tinggi daripada MRB konvensional dengan satu koil yang berukuran lebih besar. Hasil penelitian simulasi ini digunakan untuk mengidentifikasi pengaruh perbedaan cairan pada setiap variasi. Masing-masing cairan MRF-122EG, MRF- 132DG, dan MRF-140CG diinjeksi pada setiap gap sebesar 0,50 mm, 1,00 mm, dan 1,50 mm. Pada proses simulasi dialiri arus sebesar 0,25 ampere, 0,50 ampere, 0,75 ampere, 1,00 ampere, 1,50 ampere, dan 2,00 ampere. Nilai fluks magnetik yang dihasilkan sebesar 336 mtesla oleh MRF-140CG pada gap sebesar 0,5 mm. Hasil simulasi tersebut menunjukkan semakin kecil variasi gap akan semakin besar nilai fluks magnetik. Kata kunci: Magnetorheological brake, magnetorheological fluid, fluks magnetik, simulasi
MAGNETIC SIMULATION 3D DESIGN OF MAGNETORHEOLOGICAL MULTICOIL BRAKE USING ANSOFT MAXWELL SOFTWARE Ariyo Nurachman Satiya Permata Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering, Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia ariyo.nurachman@gmail.com ABSTRACT This research describes magnetic simulation 3D design of magnetorheological multicoil brake (MRB). The MRB axial design had more than one coil located outside of casing. This design could simplify the maintenance process of brakes. One pair of coils was used as the representative of the entire coil in simulation process and it could distribute magnetic flux on all parts of the electromagnetic. The objective of this simulation was to produce magnetic flux on the surface of the disc brake rotor. The value of the MRB magnetic flux was higher than that of the conventional MRB having one coil with a larger size. The result of the simulation would be used to identify the effect of different fluids on each variation. The Magneto-rheological fluid (MRF)- 122EG, MRF-132DG, and MRF-140CG were injected in each gap as much as 0.50 mm, 1.00 mm, and 1.50 mm respectively. On the simulation process, they were energized at 0.25 amperes, 0.50 amperes, 0.75 amperes, 1.00 amperes, 1.50 amperes, and 2.00 amperes respectively. The magnetic flux produced by MRF-140CG was 336 m Tesla on the gap of 0.5 mm. The result of the simulation shows that the smaller the gap variation was, the higher the magnetic value was. Keywords: Magnetorheological brake, magnetorheological fluid, magnetic flux, simulation
KATA PENGANTAR Bismillahirrohmanirrohim, segala puji dan rasa syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala kemudahannya hingga akhirnya penulis mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul Simulasi Magnetik 3D Desain MR Brake Multicoil Menggunakan Software ANSOFT MAXWELL. Berbagai pihak telah ikut berperan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan memberikan arahan dan bimbingan serta motivasi. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Soeratmi, S.Pd., selaku ibunda saya tercinta, Drs. Sutijono selaku ayahanda saya tercinta, dan Eka Rachmayuni Arista, S.KM., selaku kakak saya tercinta yang selalu memberikan dukungan baik itu moril maupun materiil serta doa yang tiada henti-hentinya kepada penulis. 2. Bapak Eko Prasetyo Budiana, S.T., M.T., selaku pembimbing I tugas akhir yang telah mengarahkan dan selalu memberikan semangat kepada penulis. 3. Bapak Purwadi Joko Widodo, S.T., M.Kom., selaku pembimbing II tugas akhir yang telah mengarahkan dan selalu memberikan semangat kepada penulis. 4. Bapak Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T., Bapak R. Lulus Herlambang, S.T., M.T., dan Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji. 5. Kakak-kakakku yang tidak henti-hentinya memberikan doa dan dukungannya sehingga tugas akhir dapat terselesaikan dengan baik. 6. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2010 yang telah menyediakan waktu untuk membagi ilmu dan gurauan mereka ketika penulis memiliki permasalahan. 7. Teman yang menemani dan menyemangati saya ketika menyelesaikan penulisan. 8. Semua pihak yang terkait dalam pembuatan laporan ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan saran yang membangun. Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Surakarta, 23 Februari 2016 Penulis
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iv ABSTRACT.... v KATA PENGANTAR.... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR.... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR RUMUS... xi DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 2 1.3. Batasan Masalah...2 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3 BAB II DASAR TEORI... 4 2.1. Tinjauan Pustaka... 4 2.1.1 Prinsip Kerja Teknologi MR Fluid... 4 2.1.2 Prinsip Kerja MR Brake... 6 2.2 Permodelan dengan Metode Elemen Hingga... 9 2.3 Sebaran Fluks Magnetik.... 11 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 12 3.1. Alat Dan Bahan.... 12 3.1.1 Alat.... 12 3.1.2 Bahan... 12 3.2 Diagram Alir Penelitian.... 14 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 21 4.1.1 Distribusi Fluks Magnetik MRF122-EG Pada Setiap Variasi Gap... 23 4.1.2 Distribusi Fluks Magnetik MRF132-DG Pada Setiap Variasi Gap... 25 4.1.3 Distribusi Fluks Magnetik MRF140-CG Pada Setiap Variasi Gap... 27 4.2.1 Perbandingan Distribusi Fluks Magnetik Pada Setiap Variasi MRFs Pada Gap 0,5 mm... 29 4.2.2 Perbandingan Distribusi Fluks Magnetik Pada Setiap Variasi MRFs Pada Gap 1,0 mm... 31 4.2.3 Perbandingan Distribusi Fluks Magnetik Pada Setiap Variasi MRFs Pada Gap 1,5 mm... 33 BAB V PENUTUP... 38 5.1. Kesimpulan.... 38 5.2. Saran.... 38 DAFTAR PUSTAKA.... 39
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Penyederhanaan skematik MR... 4 Gambar 2.2. Operasi mode cairan magnetorheological; (a) mode aliran, (b) mode geser secara langsung, dan (c) modus squeeze, di mana F, P, D, dan B mewakili kekuatan, tekanan, aliran, perpindahan, kecepatan, dan medan magnet yang diterapkan, masing-masing model.... 6 Gambar 2.3. Prinsip kerja MRB... 6 Gambar 2.4. Prinsip kerja magnetorheological drum brake... 7 Gambar 2.5. Prinsip kerja magnetorheological T-shaped brake... 8 Gambar 2.6. Prinsip kerja multi-sided coil MRB... 9 Gambar 2.7. Prinsip kerja multi-coil MRB... 9 Gambar 2.8. Sebaran fluks magnetik pada inner-rotor MRB... 11 Gambar 2.9. Sebaran fluks magnetik pada outer-rotor MRB... 11 Gambar 3.1. Desain MRB...12 Gambar 3.2. Diagram alir penelitian.... 14 Gambar 3.3. Keterangan komponen MRB... 15 Gambar 3.4. Grafik properties MRFs... 17 Gambar 3.5. Arah fluks magnetik.... 18 Gambar 3.6. Perpotongan cross section dari sepasang coil... 19 Gambar 4.1. Arah fluks magnetik yang dihasilkan dan penempatan garis ukur...21 Gambar 4.2. Arah fluks magnetik yang dihasilkan dan penempatan garis ukur....22 Gambar 4.3. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi gap... 24 Gambar 4.4. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi gap... 26 Gambar 4.5. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi gap.... 28 Gambar 4.6. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi MRFs... 30 Gambar 4.7. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi MRFs... 32 Gambar 4.8. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi MRFs... 34 Gambar 4.9. Grafik perbandingan arus (I) dengan fluks magnetik (Tesla) MRF- 122EG... 53 Gambar 4.10. Grafik perbandingan arus (I) dengan fluks magnetik (Tesla) MRF- 132DG... 54 Gambar 4.11. Grafik perbandingan arus (I) dengan fluks magnetik (Tesla) MRF- 140CG... 55
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Spesifikasi MRFs... 5 Tabel 3.1. Spesifikasi prototipe MRB... 13 Tabel 3.2. Material yang digunakan pada desain yang diajukan.... 16
DAFTAR RUMUS Rumus 2.1 Rumus reluktansi... 7 Rumus 3.1 Rumus induktansi elektromagnetik... 19 Rumus 3.2 Rumus reluktansi... 19 Rumus 3.3 Fluks magnetik 1... 19 Rumus 3.4 Fluks magnetik 2... 20
DAFTAR NOTASI ρ = Densitas g/cm 3 σy = Kekuatan tarik kpa η = Viskositas mpa.s T = Suhu o C λ = Konduktivitas termal W m -1 o C -1 = Reluktansi A/ weber μ = Viskositas mpa.s μ = Sifat hantar magnetik H/m A = Luas penampang m 2 L = Panjang m ɸ = Fluks magnetik Wb/ m 2 / Tesla N = Jumlah lilitan I = Arus Ampere B = Densitas fluks Tesla H = Kuat medan magnet Ampere/ m x = del curl E = Medan elektrik volts/ m