METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan bahan yang digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian adalah : a. Notebook ASUS X550Z dengan spesifikasi :
- AMD Quad Core FX-7600P @3.60 GHz - Dual graphic Radeon R7 1GB dan Radeon R5 - Ram 4 GB
b. Printer Epson L210 c. Modul Arduino d. Software Ansys e. Tachometer f. Load cell
g. Sumber penggerak berupa internal combustion engine (ICE) h. Trafo ukuran 5A
i. Mesin frais
j. Kawat tembaga berdiameter 1 mm
3.2 Garis Besar Penelitian
Penelitian bertujuan untuk mendapatkan geometri system pengereman dan model pengereman ECB dari hasil simulasi. Simulasi pada penelitian ini dilakukan dengan membuat model ECB dengan beberapa variasi celah udara (0.5, 1.0, 2.0, 3.5 dan 5.5 mm). selanjutnya memutar rotor (piringan) dengan beberapa variasi kecepatan. Setelah melakukan proses simulasi maka akan didapat data hasil berupa torsi pengereman. Torsi pengereman yang didapatkan dikumpulkan dan dilakukan analisa mengenai hasil dari proses simulasi yang dilakukan. Selanjutnya melakukan percobaan untuk melakukan verifikasi data yang telah diambil.
Pengambilan data torsi pengereman pada ECB menggunakan modul Arduino dan sensor load cell untuk mengambil torsi pengereman yang dihasilkan. Torsi yang terbaca digunakan sebagai acuan untuk mendesain sistem pengereman yang efektif dan efisien. commit to user commit to user
Gambar 3.1 Dimensi inti lilitan elektromagnet
Dalam penelitian ini, bagian utama sistem pengereman adalah dimensi dari sistem pengereman itu sendiri. Dimensi yang digunakan berbentuk plat besi berlapis dengan total dimensi seperti yang ditunjukan gambar 3.1. Dengan stator berbahan besi dan rotor berbahan aluminium. Pengaturan pada sistem pengereman dengan lilitan mengalirkan listrik dan akan menghasilkan medan magnet yang menghasilkan medan elektromagnetik yang akan mengalir dari kutub utara menuju ke kutub selatan. Arus eddy merupakan hasil induksi ketika rotor berputar oleh medan magnetik yang dihasilkan stator. Arus eddy pada rotor menghasilkan medan magnet arus eddy. Interaksi medan magnetik yang dihasilkan kumparan stator dan arus eddy menimbulkan gaya yang arahnya berlawanan dengan arah putaran rotor.
Dalam penelitian ini dilakukan permodelan terlebih dahulu menggunakan ANSYS Electronics, selanjutnya dilakukan variasi celah udara antara magnet dan rotor. Untuk melakukan verifikasi dari data yang telah didapatkan dari hasil permodelan, maka dilakukan eksperimen dengan melakukan pengujian langsung.
Alur penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada gambar 3.2. Dalam ANSYS Bagian yang
akan divariasikan
commit to user commit to user
dari proses pengereman yang dilakukan oleh ECB.
Penelitian dilakukan dengan tahapan sebagai berikut :
Study Literatur
Menentukan geometri dan propertis material pada stator dan
rotor yang digunakan Mulai
Menetukan tahap-tahap simulasi : 1. Mendefinisikan mesh
2. Menentukan kondisi batas
3. Menentukan analisis yang dipakai 4. Melakukan validasi permodelan
yang digunakan
Running simulasi
A
Melakukan variasi celah udara dan kecepatan putar berikut :
0,5 mm 150 rpm
1,0 mm 300 rpm
2,0 mm 450 rpm
3,5 mm 600 rpm
5,5 mm 750 rpm
B Study literatur
commit to user commit to user
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian
Dari diagram alir penelitian pada gambar 3.2 dikehatui bahwa terdapat beberapa tahapan utama, diantaranya adalah sebagai berikut :
A A
Hasil dan Kesimpulan
Selesai
Hasil simulasi beupa unjuk kerja pengereman (Torsi)
Melakukan validasi hasil permodelan dengan melakukan sampling hasil simulasi dengan eksperimen
b B
Melakukan analisa pada data hasil permodelan yang telah dilakukan
Apakah hasil simulasi sesuai dengan hasil eksperimen?
Tidak
Ya
commit to user commit to user
Pada tahapan ini dilakukan study literatur sebagai awal dari pemecahan masalah yang didapatkan.
2. Tahap permodelan
Pada tahap ini dilakukan proses penentuan geometri dan properties dari material yang akan digunakan. Selanjutnya, dilakukan tahap-tahap simulasi yang ditunjukan pada gambar 3.2 dan dilakukan proses simulasi serta validasi hasil yang didapat dari proses simulasi. Validasi permodelan yang digunakan adalah dengan menggunakan metode validasi model dimana dalam pelaksanaannya akan dilihat apakah perlu adanya perubahan meshing dan parameter yang lain dalam proses simulasi.
3. Tahap simulasi
Pada tahapan ini dilakukan simulasi dengan menggunakan variasi celah udara dan kecepatam putar yang digunakan. Dalam proses proses penentuan kecepatan putar dilakukan dengan memperhatikan kecepatan putar yang digunakan oleh kendaraan bermotor bertransmisi otomatis.
Variasi yang digunakan menggunakan beberapa variasi dengan rincian sebagai berikut :
Tabel 3.1 Ukuran celah udara dan kecepatan putar Celah udara Kecepatan putar
1. 0,5 mm 2. 1,0 mm 3. 2,0 mm 4. 3,5 mm 5. 5,5 mm
1. 150 rpm 2. 300 rpm 3. 450 rpm 4. 600 rpm 5. 750 rpm
Variasi celah udara yang digunakan dipilih berdasarkan pada bahwa semakin kecil celah udara maka akan meningkatkan medan magnet yang ditimbulkan. Variasi celah udara yang dipilih berdasarkan pada prinsip perubahan celah udara akan mempengaruhi medan magnet yang dihasilkan. Peningkatan medan magnet akan mengakibatkan naiknya performa dari pengereman ECB dengan menggunakan arus dan tegangan yang sama. Serta menggunakan sumber magnet berupa elektromagnet dengan menggunakan jumlah lilitan berdasarkan luas penampang pada inti lilitan. commit to user commit to user
Variasi kecepatan putar dilakukan dengan mempertimbangkan kecepatan yang digunakan pada kendaraan bermotor pada umumnya.
Selain itu diambil variasi dengan menggunakan persebaran kecepatan yang merata dari kecepatan rendah hingga kecepatan tinggi.
4. Tahap validasi hasil simulasi
Tahap validasi data hasil simulasi dilakukan dengan cara membuat prototype dari salah satu variasi yang digunakan dalam proses simulasi.
Setelah prototype dibuat maka prototype tersebut diuji dengan metode eksperimental. Hasil dari eksperimen yang digunakan akan digunakan sebagai data pembanding dari hasil simulasi yang didapatkan. Validasi ini digunakan untuk mengetaui apakah data hasil simulasi yang dilakukan telah sesuai dengan keadaan yang sesugguhnya.
5. Tahap analisa dan pembahasan
Pada bagian akhir dari penelitian ini dilakukan analisa dan pembahasan dari semua hasil yang didapatkan pada penelitian ini. Data yang akan didapatkan pada penelitian ini adalah berupa torsi pengereman yang akan dikumpulkan pada tabel yang selanjutnya akan dilakukan analisa berdasarkan data yang telah didapatkan. Berikut adalah gambaran dari tabel yang akan digunakan dalam pencatatan data yang didapat :
Tabel 3.2 Gambaran Pengambilan Data Celah udara
(mm)
Kecepatan putar (rpm)
150 300 450 600 750
0,5 1,0 2,0 3,5 5,5
commit to user commit to user
Pada penelitian ini menggunakan proses simulasi terlebih dahulu, dalam proses simulasi ini akan dilakukan variasi penggunaan celah udara dan kecepatan putar.
Variasi yang dilakukan akan menghasilkan perubahan pada medan magnet yang akan memberikan gambaran mengenai unjuk kerja dari ECB. Dalam simulasi ini akan didapatkan data berupa torsi dan fluks magnet. Dari data tersebut akan diamati apakah terdapat data yang menonjol yang selanjutnya akan dibuat prototipe.
Setelah dilakukan proses simulasi maka akan dilakukan proses pengujian prototipe dengan menggunakan piringan rotor berupa disk brake dan stator berupa elektromagnet yang disusun pada bahan non magnetik. Rotor dan stator disusun sejajar pada sumbu yang sama. Rotor digerakkan menggunakan ICE sehingga berputar dengan kecepatan constant. Rotor dipasangkan pada celah yang terdapat pada stator sehingga terjadi proses pengereman. Pada bagian stator juga dipasangkan load cell yang berfungsi sebagai pengukur besarnya torsi pengereman yang dihasilkan.
Besarnya gaya pengereman tergantung dari kecepatan putar dari rotor dan rapat medan magnet. Untuk mengatur rapat medan magnet dapat dilakukan dengan :
• Merubah jarak antara stator dan rotor (lebar celah udara)
Mengatur celah udara yang digunakan karena akan berpengaruh pada densitas dari medan magnet.
• Merubah jumlah lilitan yang digunakan
Dengan merubah jumlah lilitan yang digunakan akan membuat medan magnet yang dihasilkan berubah dengan kuat arus yang sama.
• Merubah arus yang diberikan pada lilitan
Merubah arus yang dialirkan menuju ke lilitan untuk merubah kuat medan magnet.
3.4 Parameter Yang Digunakan pada Penelitian
Pada penelitian ini digunakan beberapa parameter yang diatur sehingga dapat mengetahui unjuk kerja pengereman.
commit to user commit to user
• Celah udara
Pengaturan lebar celah udara yang digunakan menggunakan celah udara 0,5 mm,1 mm, 2 mm, 3,5 mm dan 5,5 mm.
• Kecepatan putar
Kecepatan divariasikan dengan berdasarkan pada kecepatan laju kendaraan bertransmisi otomatis yaitu dengan kecepatan 150 rpm, 300 rpm, 450 rpm, 600 rpm dan 750 rpm.
3.5 Skema Pengujian
Untuk melakukan validasi keakuratan dari permodelan yang digunakan, dilakukan pengukuran torsi pengereman secara eksperimental. Eksperimen setup terdiri dari disk berputar, internal combustion engine (ICE), elektromagnet, dan load cell sesuai dengan gambar 3.3 ICE digunakan sebagai sumber untuk memutar disk dengan kecepatan sudut konstan. Lalu menggunakan elektromagnet sebagai sumber fluks magnetik yang digunakan pada area proyeksi kutub dalam disk. Torsi pengereman dihasilkan oleh interaksi medan magnet sekunder dengan konduktor berupa disk[11]. Torsi reaksi yang dihasilkan saat proses pengereman diterjemahkan menggunakan load cell. Akibatnya, torsi pengereman dapat diukur dengan membaca tegangan output dari load cell.
Gambar 3.3 Skema Pengujian
Load cell yang digunakan diterjemahkan menggunakan mikrokontroler berupa Arduino. Load cell yang digunakan masih menghasilkan sinyal yang lemah
ICE
Disk Speed
Elektromagnet Medan
Magnet
Load Cell Torsi
Mikrokontroller
commit to user commit to user
rangkaian seperti pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Rangkaian Load Cell
Eksperimental setup yang digunakan ditunjukan pada gambar 3.5. dengan menggunakan setup tersebut maka akan dapat melihat performa dari ECB. Dengan menggunakan perpaduan antara system mekanis dan system mikrokontroler dasar berupa Arduino.
Gambar 3.5 Desain Sistem Pengujian
1 2 3 4
6 5
7 8
Keterangan :
1. Puli
2. Disk konduktor 3. Dudukan magnet 4. Stopper
5. Load cell 6. Elektromagnet 7. Poros daya 8. Poros magnet
commit to user commit to user
