PERANCANGAN ALAT UJI GETARAN PADA MATERIAL
KOMPOSIT SEBAGAI MATERIAL BLADE
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Oleh :
REBUDINUR
06510065
JURUSAN MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
FAKULTAS TEKNIK
Jurusan : Teknik Mesin, Teknik Sipil, Teknik Elektro, Teknik industri, D3 Elektro, Teknik Informatika Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318 – 21 Psw. 127
Fax (o341) 460782 Malang 65144
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Judul : Perancangan Alat Uji Getaran Pada Material Komposit Sebagai Material Blade.
Disusun oleh : Rebudinur
Nim : 06510065
Fakultas / Jurusan : Teknik / Teknik Mesin
Telah diperiksa dan disahkan pada tanggal 23 November 2011
Pembimbing I
Budiono, S.si, MT.
Pembimbing II
Ir. Sudarman, MT.
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin
ix KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat, tauifik dan hidayah-Nya pada penyusun sehingga dapat menyelesaikan Tigas Akhir ini.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini sering mengalami kesulitan dan hambatan, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan itu bisa dihadapi dan teratasi. Oleh karena itu sangatlah tepat bila penyusun pada kesempatan kali ini menyampaikan terima kasih atas jasa baik yang selama ini penyusun terima, baik nasehat, petunjuk serta bimbingan dan saran yang berupa apapun sehingga penyusun dapat menyeesaikan Tugas Akhir ini. Rasa terima kasih ini penyusun sampaikan kepada :
1. Ibu, Kakak, dan adik tercinta yang selalu memberikan do’a dan motivasi kepada Ananda sehingga Tugas Akhir ini selesai dengan baik.
2. Bapak Nur Subekhi, ST.MT selaku Dosen Wali.
3. Bapak Budiono, S.si. MT selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberi bimbingan dan arahan kepada penyusun sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
x 5. Teman-teman dari Lab Fisika dan LSO Sainthink yang telah membantu
dalam segala hal.
6. Extiyar Dewi A, Spsi yang selalu memberi mensuport dalam segala hal. 7. Teman-teman kontrakan yang menjadi teman seperjuangan di kota
Malang ini.
Dalam penyusunan Tugas akhir ini, penyusun menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan kelemahan baik dalam penyusunan data maupun pembahasannya. Oleh karena itu segala kritik dan saranyang sifatnya membangun sangat penyusun harapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Semoga Allah SWT memberi balasan kepada semua pihak yang tersebut di atas dan penyusun berharap semoga Tuga Akhir ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
Malang, 12 November 2011
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR KONSULTASI/ASISTENSI ... iv
LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT ... vi
ABSTRAKSI INDONESIA ... vii
ABSTRAKSI INGGRIS ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Rumusan Masalah... 3
1.3Tujuan ... 3
1.4Batasan Masalah ... 3
1.5Sistematika penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Kincir Angin ... 5
2.2Blade ... 5
2.3Sifat Mekanik Bahan ... 8
2.3.1 Deformasi Elastis ... 9
2.4Komosit ... 11
2.4.1 Material Komposit ... 11
2.4.2 Klasifikasi Komposit ... 12
2.5Getaran / Vibrasi ... 13
2.5.1 Sistem Gaya Statis Tak Tentu ... 14
2.5.2 Definisi sistem gaya statis tak tentu ... 16
2.5.3 Metode Analisa Elastis ... 17
2.5.4 Analisa untuk kekuatan maksimum ... 20
2.6Perangkat Analisis Sintal Getaran ... 22
2.6.1 Sensor Getaran ... 22
2.7Microcontroler ... 23
2.7.1 Pengertian Microcontroler ... 24
2.7.2 Arsitektur Microcontroler ... 27
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN/PENELITIAN 3.1Rancangan Mekanik ... 31
3.1.1 Perancangan Beban ( Masa ) pengetar ... 35
3.1.1.1Masa Balance ... 35
3.1.1.2Masa Unbalance ... 36
3.2Perancangan Hardware ... 42
3.2.1 Microcontroler Atmega 16 ... 43
3.2.2 Serial / USART ... 44
3.2.3 Driver Motor DC ... 44
3.2.4 LCD ... 45
3.2.5 Accelerometer 3 Axis ... 46
3.2.6 Rangkaian Kontrol ... 49
3.3Perancangan Software ... 50
3.3.1 CodeVision AVR ... 50
3.3.2 Coding Program ... 51
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1Proses Pengujian ... 53
4.2Data Perancangan ... 54
4.3Data Pengujian ... 56
4.3.1Batang Satu ... 56
4.3.2Batang Dua ... 57
4.3.3Batang Tiga ... 58
4.3.4Kalibrasi pengujian batang satu ... 60
4.3.5Kalibrasi pengujian batang dua ... 60
4.3.6Kalibrasi pengujian batang tiga ... 61
4.4Grafik Hasil Pengujian ... 62
4.4.1Grafik Pengujian Batang Satu ... 62
4.4.2Grafik Pengujian Batang Dua ... 62
4.4.3Grafik Pengujian Batang Tiga ... 63
4.4.4Grafik Perbandingan Amplitudo ... 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1Kesimpulan ... 64
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel Pengujian Batang Satu ... 56
Tabel 4.2 Tabel Pengujian Batang Dua ... 57
Tabel 4.3 Tabel Pengujian Batang Tiga ... 58
Tabel 4.4 Tabel Kalibrasi Pengujian Batang Satu ... 60
Tabel 4.5 Tabel Kalibrasi Pengujian Batang Dua ... 60
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Gambar Balok ditumpu sederhana ... 33
Gambar 3.2 Gambar Masa Unbalance ... 36
Gambar 3.3 Gambar Batang Tergetar ... 40
Gambar 3.4 Gambar Desain Mekanik Alat Uji ... 40
Gambar 3.5 Gambar Tumpuan Penjepit ... 41
Gambar 3.6 Gambar Batang Yang telah dijepit ... 41
Gambar 3.7 Gambar Rangkaian Sistem Minimum ATMega 16 ... 43
Gambar 3.8 Gambar Rangkaian Serial Converter ... 44
Gambar 3.9 Gambar Rangkaian Driver Motor DC ... 45
Gambar 3.10 Gambar Rangkaian LCD 16 x 2 Carakter ... 46
Gambar 3.11 Gambar Accelerometer 3 Axis MMA7260 ... 47
Gambar 3.12 Gambar Accelerometer 3 Axis MMA7260 ... 47
66 DAFTAR PUSTAKA
Anonim1. 2010. http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind- turbine--wind-mill/447--teknologi-magnetic-levitation-pada-turbin-angin.html
Anonim2. 2007. www.mst.gadjahmada.edu/dl/Kincir_Angin.pdf Datasheet Accelerometer MMA7260. ( www.alldatasheet.com )
Syuryansyah. Yan, Perancangan dan Pembuatan Kincir Angin Prototype Sumbu Horizontal Daya 600 Watt Tipe Plat Lengkung untuk Skala Rumah
Tangga, Universitas Muhammadiyah Malang, 2011
Abdul Ma’ruf , Perencanaan Kincir Angin Sudu-Sudu Plat Lengkung 7% Pada
Pembangkit Daya 1200 Watt, Universitas Muhammadiyah Malang,
2007.
Iswahyudi, A., Perancangan Sudu Kincir Angin Sebagai Energi Alternatif untuk
Desalinasi dengan Daya 1000 watt, Universitas Muhammadiyah
Malang, 2007.
Tanisan, Z. A. 1993. Mekanika Teknik (Alih Bahasa dari : Mechanics of Materials, 2nd Edition, by E. P. Popov, Prentice-Hall, Inc., 1978). Edisi Kedua. Penerbit Erlangga, Jakarta.
Arismunandar , W . 2004 . Penggerak Mula Turbin , ITB , Bandung , 2004.
Dewanto , Joni . 2000. Kajian teoritik sistem peredam getaran Satu Derajat
67
Sewoyo, Trihono . 2004 . Getaran Mekanik . Design Laboratory UMM . Malang.
http://www. id.wikipedia.com
1
BAB I
PENDAHULAUAN
1.1. Latar Belakang
Salah satu energi alternatif yang cocok digunakan pada daerah manapun yaitu angin. Angin merupakan salah satu bentuk energi matahari yang disebabkan oleh pemanasan atmosfer bumi yang tidak merata , ketidakteraturan bentuk permukaan bumi dan rotasi bumi. Angin yang berhembus di Indonesia, menurut LAPAN, sering fluktuatif dan rata-rata kecepatan anginnya rendah (0 - 5 m/s). Kecepatan angin yang lebih tinggi bisa diperoleh pada elevasi yang lebih tinggi. Penelitian kemudian memfokuskan bahasan pada pemanfaatan energi angin kecepatan rendah ini sebagai penghasil energi listrik skala kecil.(www.lapan.com, 2007).
Turbin angin ( wind turbin ) adalah salahsatu altenatif untuk memanfaatkan energi angin menjadi listrik. Turbin angin memiliki potensi tinggi untuk di kembangkan di daerah – daerah yang memiliki intensitas angin tinggi juga termasuk daerah – daerah di indonesia. Dalam aplikasinya turbin angin telah banyak digukan baik skala rumah tangga ataupun skala besar. Dan dalam pengembanganya turbin angin telah banyak diteliti baik oleh pihak swasta maupun mahasiswa.
2
blade berperan utama menghasilkan putaran dari tiupan angin guna menggerakan generator. Konstruksi balade seringkali mengalami masalah melengkung ataupun patah. Hal ini disebabkan oleh banyak hal antara lain, kekutan bahan konstruksi blade, kesalahan desain blade baik dari sisi rancangan maupun perhitungan. Kecepatan angin yang tidak stabil menyebabkan blade bergerak atau berputar tidak stabil pula. Semakin kencang puratan balade maka semakin tinggi pula gaya dorong angin ( Drag Force ) terhadap blade, begitupula pada gaya angkat blade, sehingga menimbulkan getaran pada blade. Getaran yang tinggi pada blade mengakibatkan bahan atau material konstruksi blade ngengalami kelelahan ( Kelelahan material ) sehingga akan terjadi lengkungan ataupun patahan.
Sehinga untuk mengatasi atau mengantisipasi permasalah diatas perlu dilakukan suatu proses pengujian dan permodelan terhadap material yang digunakan sebagai material blade turbin angin agar getaran yang ditimbulkan oleh dorongan angin tidak mencapai atau mendekati frequensi pribadi dari blade tersebut agar dapat mengammbil langkah – langkah selanjutnya dalam perancangan konstruksi blade.
Berdasarkan hal diatas dan permasalahan yang sama pada tugas akhir sebelumnya maka dalam penelitian kali ini dilakukan desain dan pengujian material komposit sebagai bahan konstruksi blade terhadap getaran.
1.2. Rumusan Masalah
3
Bagaimana mendesain alat uji getaran dan menguji getaran yang terjadi pada material komposit sebagai material blade terhadap pembebanan berulang.
1.3. Tujuan
Tujuan pada penelitian kali ini adalah :
Menguji dan menganalisis material komposit sebagai bahan sudu atau blade kincir angin terhadap getaran, untuk dijadikan refrensi dan acuan tambahan dalam proses pemilihan bahan dan pendisainan sudu atau blade kincir angin pada perancangan berikutnya.
1.4. Batasan Masalah
Untuk dapat memfokuskan pembahasan, maka pada penelitian ini diberlakukan batasan-batasan dan asumsi sebagai berikut :
Material komposit yang diuji bahan blade adalah resin.
Getaran yang diamati hanya getaran pada arah vertikal atau satu derajat
kebebasan (1DOF).
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini meliputi beberapa bagian sebagai berikut:
4
Bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan pengkajian, perumusan dan batasan masalah, sistematika pembahasan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini menguraikan tentang teori tentang turbin angin, sudu atau blade turbin angin, getaran dengan sistem satu derajat kebebasan (l DOF), dan bahan konstruksi blade.
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN
Bab ini membahas tentang metodologi perancangan dan pengujian material komposit sebagai bahan sudu atau blade kincir angin.
BAB IV PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang simulasi pengujian meliputi, pembuatan alat uji, analisa sistem getaran, perencanaan model, langkah persiapan penelitian, menentukan komponen-komponen getaran, penurunan persamaan getaran model.
BAB V KESIMPULAN
