simulasi magnetik 3d desain magnetorheological...

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

[email protected]

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

mailto:[email protected]

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

[email protected]

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

mailto:[email protected]

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


Gap 1,0 mm ................................................................................................... 31


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 4.9. Grafik perbandingan arus (I) dengan fluks magnetik (Tesla) MRF-

122EG .................................................................................................. 53


132DG .................................................................................................. 54


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

ρ

= Densitas

DAFTAR NOTASI

g/cm3

σy = Kekuatan tarik kPa

η = Viskositas mPa.s T = Suhu oC

λ = Konduktivitas termal W m-1 oC -1

= Reluktansi A/ weber

μ = Viskositas mPa.s μ = Sifat hantar magnetik H/m

A = Luas penampang m2

L = Panjang m

ɸ = Fluks magnetik Wb/ m2/ 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

https://en.wikipedia.org/wiki/Rho_%28letter%29

simulasi magnetik 3d desain magnetorheological...

Documents