STUDI PENGARUH JUMLAH LILITAN DAN PANJANG KUMPARAN TERHADAP VOLTASE DAN ARUS BANGKITAN PADA MEKANISME PEMANEN ENERGI GETARAN

(1)

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

(2)

• 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.

(3)

Mesin – mesin menimbulkan getaran

Getaran menimbulkan gaya eksitasi

Getaran dikonversi kedalam energi listrik

(4)

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.

(5)

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.

(6)

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.

(7)

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.

(8)

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.

(9)

1. Dasar Teori Mekanika Getaran

Model Matematis mekanisme

Menurut model diatas maka persamaan gerak dari

respon massa

( m )dapat dinyatakan sebagai :

(10)

• Eksitasi harmonik X(t) didapat dari disk yang berputar secara

eksentrik, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar.

Gambar Eksitasi Gerak Harmonik

r rmak _r_min

y(t)

b

(11)

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

(12)

• 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 :

(13)

• 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

(14)

• 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).

(15)

Diagram Alir Tugas Akhir secara Global

METODOLOGI

Pemodelan Matematis Perencanaan Pengujian

Pengujian Mekanisme Studi Literatur

Penentuan Metode Pembangkitan Energi

Pengambilan Data A B Perhitungan voltase bangkitan Pembuatan Mekanisme Start

Komparasi voltase(V) bangkitan dari pengujian dengan hasil perhitungan

(16)

• Penentuan metode Pembangkitan Energi

Pada 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

(17)

(18)

• 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

(19)

Diagram alir percobaan

METODOLOGI

Mula i

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

(20)

• Peralatan percobaan

1. Mekanisme

pembangkit daya

2. Osciloscope 3. Stroboscope

4. Power supply 5. Motor DC 6. Kabel

9 cm

1.7 cm

(21)

• Perhitungan

Kecepatan 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

(22)

Kuat Medan Magnet

L = 15 mm N = 1000 lilitan I = 2,26 Ampere μ0 = 12,56 x 10-7 _Wb/A.m

L

IN

B





0

m

A

Am

Wb

B

015 ,

0 1000

26 ,

2 /

10 .

56 ,

12

7





 B = 0,19 Wb/m²

(23)

HASIL & ANALISA

Tabel Perhitungan kuat medan magnet

(24)

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

(25)

HASIL & ANALISA

Grafik voltase hasil perhitungan

Grafik Voltase Hasil Perhitungan

(26)

Contoh perhitungan RMS

HASIL & ANALISA

Tabel contoh perhitungan RMS

(27)

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) v ol t 1000 lilitan 2000 lilitan 3000 lilitan

Grafik voltase fungsi waktu untuk panjang kumparan 15 mm

(28)

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) v ol t 1000 Lilitan 2000 Lilitan 3000 Lilitan

27

Panjang

kumparan Jumlah lilitan _RMS

20 mm

1000 3.51

2000 8.14

(29)

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) v ol t 1000 Lilitan 2000 Lilitan 3000 Lilitan

28

Panjang

kumparan Jumlah lilitan _RMS

25 mm

1000 2.46

2000 5.16

(30)

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) V ol ta s e ( v ol t) L1 = 15mm L2 = 20mm L3= 25mm

Jumlah lilitan Panjang

kumparan _RMS

1000

15 mm 4.81

20 mm 3.48

(31)

Hasil Pengujian

HASIL & ANALISA

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) v ol t L1 = 15mm L2 = 20mm L3 = 25mm

Grafik voltase fungsi waktu untuk 2000 lilitan

30

kumparan _RMS

2000

15 mm 9.07

20 mm 7.84

(32)

Hasil Pengujian

HASIL & ANALISA

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) v ol t L1 = 15mm L2 = 20mm L3 = 25mm

Grafik voltase fungsi waktu untuk 3000 lilitan

31

kumparan _RMS

3000

15 mm 13.15

20 mm 11.07

(33)

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 v ol t L1 = 15mm L2 = 20mm L3 = 25mm

Grafik voltase hasil pengujian

(34)

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

(35)

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.

(36)

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.

(37)