TUGAS AKHIRSTUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PANJANG BEAM, POSISI PIEZOELECTRIC, AMPLITUDO DAN FREKUENSI

GETARAN TERHADAP VOLTASE BANGKITAN PADA MEKANISME BEAM

DISUSUN OLEH

BUDI YULI PRIANTONRP. 2104100132

Dosen Pembimbing

Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. M.Eng

LABORATORIUM DESAINJURUSAN TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER2010

1

Latar Belakang

Menghasilkanenergi listrik

Piezoelectric

Aktivitas shaking menghasilkanenergi listrik

energi listrik

Peralatanmobile charger

Perlu eksperimen untukmengetahui energi

listrik bangkitan

2

Memodelkan mekanisme beam pembangkit energi listrik

1

Perumusan Masalah

Melakukan percobaan untuk

2Melakukan perhitungan untuk

3Melakukan percobaan untukmengetahui energi listrikbangkitan

Melakukan perhitungan untukmengetahui energi listrikbangkitan

3

Percobaan dilakukan untuk

mengetahui voltase listrik 1

Batasan Masalah

mengetahui voltase listrik 1

Variasi parameter (panjang beam, posisi 3

Percobaan tidak dilakukan untuk

mengetahui arus listrik 2

piezoelectric, amplitudo getaran,

frekuensi getaran)

3

4

Mengetahui pengaruh panjang beam

dan posisi piezoelectric terhadap 1

Tujuan Penelitian

dan posisi piezoelectric terhadap

energi listrik bangkitan1

Mengetahui pengaruh amplitudo

dan frekuensi getaran terhadap

energi listrik bangkitan2

5

Dasar Teori

Piezoelectric adalah material yang dapat menghasilkan energi listrikapabila diberi tegangan mekanik & dapat menghasilkan deformasi

mekanik bila diaplikasikan tegangan listrik (reverse effect)

6Gambar 2.1

Macam macampiezoelectric Bentuk bentuk piezoelectric

1. Kristal seperti Quartz (SiO2), Galium(SiO2), GaliumOrthoposphate (GaPO4)

2. Keramik seperti Barium Titanate (BaTiO3), Lead Zirconate Titanate (PZT)

3. Polimer sepertiPolyvinilidene Diflouride(PVDF)(PVDF)

Strip, disc, bar, cylindrical, cubic, column

7

Voltase Listrik yang dibangkitkan

Tabel 2.1

8

Mode Coupling

Terdapat 2 mode coupling pada prakteknya

Tabel 2.2

9

Teori Getaran

Getaran : gerakan bolak balik melalui titik kesetimbangan

Parameter getaran1. Amplitudo : simpangan terbesar1. Amplitudo : simpangan terbesar2. Frekuensi : banyaknya getaran dalam satu detik3. Periode : waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu

getaran

Macam-macam getaran Berdasarkan sumber getaran

1. getaran bebas2. getaran paksa2. getaran paksa

Berdasarkan jumlah DOF1. getaran single DOF2. getaran multi DOF

Berdasarkan ada/tidaknya redaman1. getaran teredam2. getaran tak teredam

10

Penentuan Frekuensi Natural

kΔ = w

kΔ = mg

Kondisi equilibrium

Dengan memberi simpangan x

xmF xm w – k ( Δ+x ) =

xm k Δ - k ( Δ+x ) =

)1.2......(0 kxxm x = A sin ωt

Solusi umum

tAx cos

tAx sin2

0)sin()sin( 2 tAktAm

tkAtAm sinsin2

m

k2km 2Mensubstitusikan ke pers (2.1)

11m

k(2.2)

Getaran Bebas

Persamaan getaran

Tidak ada rangsangan dari luar

)(tFkxxcxm

Tidak ada rangsangan dari luar

)3.2......(0 kxxcxm

x = e st …. (2.4)

Solusi umum

Dengan mensubstitusikanpers 2.4 ke pers 2.3 Persamaan 2.6 mempunyai dua akar :

(ms2 + cs + k) est = 0 …. (2.5)

)6.2......(02 m

ks

m

cs

Yang dipenuhi untuk semuanilai t apabila

m

k

m

c

m

cs

2

2,1 22

Persamaan 2.6 mempunyai dua akar :

tsts BeAex 21

Sehingga pers 2.4 menjadiA dan B ditentukandari kondisi awal

12

Metodologi Penelitian

Pemodelan Mekanisme

beampiezoelectric

p

wT

Lb

h

beampiezoelectric

13

Bahan & Alat Percobaan

Metodologi Percobaan

2

3

penjepit

Untuk menjepit beam

1

2

penggarisBerfungsi sebagai beam

piezoelectric

Sebagai pembangkit energilistrik. Terbuat dari PZT

Untuk menjepit beam

14

Alat penggetar

Disc penggetar : terdiri

Berfungsi untuk menggetarkan beam. Terdiri dari motor DC dan disc penggetar

4

Adaptor

Berfungsi untuk mengubaharus AC menjadi DC danmengubah putaran motor

Disc penggetar : terdiridari 3 lubang untukmenentukan amplitudogetaran

5

ω1 = 362,8 rpm =

Putaran motor diukur olehtachometer dimana padapercobaan ini terdiri dari 3 putaran yaitu :

ω1 = 362,8 rpm = 37,98 rad/s

ω2 = 537 rpm = 56,22 rad/s

ω3 = 797,8 rpm = 83,54 rad/s

15

Pengambilan data dilakukan denganmenggetarkan beam pada ujungnya denganvariasi parameter sbb :A = 2 cm, 3 cm, 4cm

Pengambilan Data

A = 2 cm, 3 cm, 4cma = 2 cm, 4 cm, 6 cmL = 16 cm, 18 cm, 20 cmω = 37,98 rad/s ; 56,22 rad/s ; 83,54 rad/s

Dimana

A = amplitudoa = posisi piezoelectric

Gambar skema percobaan

a = posisi piezoelectricL = panjang beamω = frekuensi getaran

16

Flowchart Percobaan

17

Metodologi Perhitungan

b

h

Beam

Parameter yang dirubah :L = panjang beamA = amplitudop

wT

Lb

piezoelectric

12

3bhI Momen inersia :

h

IWb

2Momen tahanan bending :

A = amplitudoa = posisi piezoelectricω = frekuensi getaranA piezo = w. T

18

p

Gaya eksitasi pada ujung beam : Psin ωt

P sin ωt = k A sinωt

Momen bending di a : M = P sinωt (L-a)

Gaya pada piezo : F = σ. Apiezo

FgV

.31

Voltase yang dibangkitkan : V

(Dari tabel 2.1)Momen bending di a : M = P sinωt (L-a)

tegangan bending di a : Wb

M

w

FgV

.31 (Dari tabel 2.1)

19

g31 = konstanta tegangan listrik (Vm/N)

Flowchart Perhitungan

20