Studi eksperimental karakteristik model regenerative shock

VIBRATION ENERGY HARVESTING . ALTERNATOR . Perumusan Masalah • Bagaimana respon massa uji dan daya bangkitan yang dihasilkan dengan eksitasi impuls ak...

0 downloads 38 Views 3MB Size
Sidang Tugas Akhir Bidang Studi Desain

STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK MODEL REGENERATIVE SHOCK ABSORBER (RSA) UNTUK KENDARAAN TEMPUR RODA RANTAI -Senin, 16 Juli 2012-

MOHAMMAD CHOLIQ 2108 100 058

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

JURUSAN TEKNIK MESIN

Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

• Pendahuluan • Tinjauan Pustaka

• Metodologi • Hasil Dan Analisa

• Kesimpulan Dan Saran

Latar Belakang

KEBUTUHAN ENERGI LISTRIK PADA KENDARAAN MILITER

ALTERNATOR

Konsumsi BBM Meningkat

VIBRATION ENERGY HARVESTING

Perumusan Masalah • Bagaimana respon massa uji dan daya bangkitan yang dihasilkan dengan eksitasi impuls akibat variasi amplitudo. Bagaimana Karakteristik Daya Bangkitan Akibat Pengaruh Perubahan Massa Uji Eksitasi Harmonik

BATASAN MASALAH • Kendaraan yang digunakan hanya tank / Kendaraan tempur roda rantai • Berat kendaraan pada satu sisi roda adalah W/14 • Eksitasi yang digunakan adalah yang ada pada alat uji suspensi/ Suspension Test Rig

• Frekuensi yang digunakan terbatas antara 2 – 5 Hz. • Eksitasi pada suspension test rig mewakili eksitasi pada kondisi sebenarnya.

Tujuan Penelitian

• Menguji energi listrik bangkitan dari RSA dan respon massa uji setelah pemasangan RSA akibat beban impulsive dan harmonik pada amplitudo dan frekuensi yang bervariasi. • Menganalisa energi listrik bangkitan dari RSA dan respon massa uji setelah pemasangan RSA akibat beban impulsive dan harmonik pada amplitudo dan frekuensi yang bervariasi.

• Pendahuluan • Tinjauan Pustaka

• Metodologi • Hasil Dan Analisa

• Kesimpulan Dan Saran

Tinjauan Terdahulu

Electromagnetic Regenerative Shock Absorber Professor Lei Zuo dari University of Stony Brook, New York Brook

Hydraulic Regenerative Shock Absorber Zack Anderson dari MIT

menggunakan prinsip aliran cairan hidrolik sistem hidraulik memaksa cairan untuk mengalir melalui turbin yang dihubungkan dengan generator generator

Piezoelectric Regenerative Shock Absorber

Marcos Arziti

Electromagnetic Suspension Bart L.J. Gysen –Eindhoven University Of Technology-

Tugas Akhir P-VERS generasi 1 (Indra)

Tugas Akhir P-VERS generasi 2 (Wahyu hendrawan)

Regenerative shock absorber model rotational jaw

RSA

Leopard-1 MBT

Suspensi Pada Tank `

Motion of Base +ẍ +x

+x

+y k(x - y)

c(ẋ - ẏ)

y(t)=Ysinωt ωt t

𝑚ẍ + 𝑐 ẋ − ẏ + 𝑘 𝑥 − 𝑦 = 0 Dengan y(t)= sin ωt, maka 𝑚ẍ + 𝑐ẋ + 𝑘𝑥 = 𝑘𝑦 + 𝑐ẏ = 𝑘𝑌 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 + 𝑐𝜔𝑌𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 = 𝐴𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑡 − 𝛼 Dari persamaan itu, maka akan diperoleh 𝑌 𝑘 2 + (𝑐𝜔)2 𝑋𝑝 𝑡 = 1 sin 𝜔𝑡 − 𝜙1 − 𝛼 2 2 2 [ 𝑘 − 𝑚𝜔 + 𝑐𝜔 ] 2

• Pendahuluan • Tinjauan Pustaka

• Metodologi • Hasil Dan Analisa

• Kesimpulan Dan Saran

Flow Chart umum

start Studi Literatur Survey Alat Uji Uji Karakteristik generator Pencarian C RSA Uji Karakteristik Pegas

Instalasi RSA Pada Kendaraan

Pengujian performa suspensi dengan RSA dan pengukuran daya bangkitan RSA

Pengolahan Data Pengujian

Analisa dan Hasil

kesimpulan

END

START

1.Power DC Supply 2.DCmotor 3.Titik timbul 4.Generator 5.Multimeter 6. Digital Tachometer

Flow Chart uji karakteristik generator

Mengarahkan tachometer pada titik timbul untuk mengetahui RPM Voltase, Arus dan RPM generator

Menyalakan DC suplay

START

Menyetel input 3 volt

1.Mencatat voltase dan ampere pada multitester 2.Mencatat RPM yang timbul di tachometer

Input 30V

Menambah input DC motor 3 volt

Model Pengambilan Data karakteristik generator

1

2

3

4

5

6

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Power DC Supply DC Motor Titik Timbul DC Generator Multimeter Digital Tachometer

START

1. 2. 3. 4.

Flow Chart Penentuan Koefisien Redaman RSA (c-RSA)

RSA Beban Stopwatch Generator

RSA tanpa Generator

RSA Dengan Generator

Ujung tuas dibebani 0.85 kg

Ujung tuas dibebani 0.85 kg

Memposisikan tuas RSA di posisi paling atasmembentuk sudut 400 dari vertikal

Memposisikan tuas RSA di posisi paling atasmembentuk sudut 400 dari vertikal

Menghitung waktu tempuh dari satu tanda ke tanda lain

Menghitung waktu tempuh dari satu tanda ke tanda lain

Beban + 50 gr

Beban + 75 g

10 kali percobaan

10 kali percobaan

Beban=0.98 kg?

Beban = 1 kg?

C= mg/v

CRSA dengan generator; CRSA tanpa generator

END

Model Pengujian Karakteristik RSA

400

950

posisi awal

posisi akhir 𝑠 = 𝑟θ θ = 95° − 45° = 50° 50 θ= 𝑥π 𝑟𝑎𝑑 = 0,278π 𝑟𝑎𝑑 180° sehingga, s= 0.2 m x 0,278π = 0.192 m

Flow Chart Uji Karakteristik Spring START

1. spring alat 2. massa uji 3. jangka sorong

Memasang spring RSA pada alat Suspension Tester Rig

Memberikan massa uji 5 kg pada spring RSA

Mencatat perubahan panjang spring (∆x) Massa uji + 5 kg 5 kali pengujian

Massa uji = 20 kg?

1. Grafik F-∆x 2. Nilai koefisien spring (N/m)

END

Instalasi RSA Pada Alat Uji Suspension Tester Rig Beban

x

Mekanisme Pengujian RSA

START 1. RSA 2. Suspension Tester Rig 3. Stopwatch 4. Resistor 5. Osiloscope 6. Massa uji

Eksitasi harmonik Eksitasi impuls

A = 7.5 mm

ζ=0.17

ζ=0.21

Massa uji ekivalen

Massa uji ekivalen

Mengatur kecepatan v=100 mm/s

Mengatur kecepatan v=100 mm/s

A=7.5 mm

A=7.5 mm

Memberikan eksitasi impuls

A+ 5 mm

Mencatat arus bangkitan pada multimeter

Memberikan eksitasi

Memberikan eksitasi

A+ 5 mm

A+ 5 mm

1. Analisa daya bangkitan 2. Analisa terhadap respon massa uji

Mencatat arus bangkitan

Mencatat arus bangkitan A = 12.5 mm?

END

V+ 11 mm/s

V+ 11 mm/s

A=12.5 mm

A=12.5 mm

V+ 14 mm/s

V+ 14 mm/s V≥111 mm/s

V=111 mm/s

V=125 mm/s

V=125 mm/s

Suspension tester rig

Resistor

RSA

Stop Watch

Oscilloscope

Flas Drive

• Pendahuluan • Tinjauan Pustaka

• Metodologi • Hasil Dan Analisa

• Kesimpulan Dan Saran

Hasil Pengujian Karakteristik Generator

Grafik Voltase-Putaran 14

12

voltase

10 8 6 4 2 0 0

200

400

600 800 rpm generator

1000

1200

1400

Hasil Pengujian Karakteristik RSA

m uji

F

t rata-rata

s

v

(kg)

(N)

(second)

(meter)

(m/s)

0.85

8.3385

3.642

0.192

0.053

0.89

8.7309

3.290

0.192

0.058

0.93

9.1233

2.983

0.192

0.064

Hasil Pengambilan Data dengan Generator

Hasil Pengambilan Data tanpa Generator

m uji

F

t rata-rata

s

v

(kg)

(N)

(second)

(meter)

(m/s)

3.642

0.19188

8.33 0.85

85 9.07

0.925

425

3.142

0.19188

1

9.81

2.787

0.19188

0.0466776

0.0541057 0.0609975

Hasil Pengujian Karakteristik RSA

F (N)

Grafik F - V tanpa Generator 9.2 9.1 9 8.9 8.8 8.7 8.6 8.5 8.4 8.3 8.2

y = 20.086x + 7.1354

0

0.2

0.4

0.6 v (m/s)

0.8

Grafik Pengambilan Data dengan Generator

Grafik Pengambilan Data tanpa Generator

1

1.2

Hasil Pengujian Karakteristik Pegas

Hasil Pengujian Karakteristik Pegas

Eksitasi Impuls

Amplitudo 7.5 mm ζ= 0.21

ζ= 0.17

20

1-

unsprung mass sprung mass

unsprung mass sprung mass

2-

15

a (m/s )

2

10

2

a (m/s )

34-

5

50

6-

51

1.05

1.1 Time (s)

7-

1.15

0.25

z=0.21

Voltage

Power (Watt)

0.05

0 0

1.1

1.15 1.2 Time (s)

1.25

1.3

1.35

z=0.17 z=0.21

0.04

0.2

0.1

1.05

0.05

z=0.17

0.15

1

0.03 0.02 0.01 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25 Time (s)

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

-0.01 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25 0.3 Time (s)

0.35

0.4

0.45

0.5

Amplitudo 12.5 mm ζ= 0.17 0

ζ= 0.21

15

unsprung mass sprung mass

unsprung mass sprung mass

10

52

a (m/s )

5

2

a (m/s )

105

0 20 15

0

10 5101

5 1.05

1.1

1.15

1.2 Time (s)

1.25

1.3

1.35

0.25

0 1

1.4

z=0.21

Voltage

Power (Watt)

0.05

0 0

1.15

1.2 Time (s)

1.25

1.3

1.35

1.4

z=0.17 z=0.21

0.04

0.2

0.1

1.1

0.05

z=0.17

0.15

1.05

0.03 0.02 0.01 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25 Time (s)

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

-0.01 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25 0.3 Time (s)

0.35

0.4

0.45

0.5

Eksitasi Harmonik

Amplitudo 7.5 mm & Frekuensi 3.3 Hz ζ= 0.21

ζ= 0.17

10

10

unsprung mass sprung mass

unsprung mass sprung mass

5

2

2

a (m/s )

a (m/s )

5 0

0 -5

-10 1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 Time (s)

2.2

2.4

2.6

2.8

-5 1

3

1.5

2 Time (s)

2.5

3

0.025

0.15

z=0.21

z=0.21

z=0.17

z=0.17

voltage

Power (Watt)

0.1

0.02

0.05

0.015

0.01

0.005

0 1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 2.2 Time (s)

2.4

2.6

2.8

3

0 0

0.5

1

1.5 Time (s)

2

2.5

3

Amplitudo 7.5 mm & Frekuensi 3.7 Hz ζ= 0.21

ζ= 0.17

6

unsprung mass sprung mass

4

0 a (m/s )

0

2

2

a (m/s )

2

-2

-5

-10

-4 -6

-15

-8 1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 2.2 Time (s)

2.4

2.6

2.8

1

3

0.35

1.5

2 Time (s)

2.5

3

0.2

0.3

z=0.21

z=0.21

z=0.17

z=0.17 0.15 Power (Watt)

0.25 voltage

unsprung mass sprung mass

5

0.2 0.15 0.1

0.1

0.05

0.05 0 1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 Time (s)

2.2

2.4

2.6

2.8

3

0 1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 Time (s)

2.2

2.4

2.6

2.8

3

Amplitudo 7.5 mm & Frekuensi 4.17 Hz ζ= 0.21

ζ= 0.17

20

10

unsprung mass sprung mass

unsprung mass sprung mass

5

15

2

a (m/s )

2

a (m/s )

0

10

5

-5 -10

0

-15

-5 1

1.5

2 Time (s)

2.5

0.35

3

2.5

3

z=0.17 z=0.21

0.12 Power (Watt)

Voltage

2 Time (s)

0.14

z=0.17

0.25 0.2 0.15 0.1

0.1 0.08 0.06 0.04

0.05 0 1

1.5

0.16

z=0.21

0.3

-20 1

0.02 1.2

1.4

1.6

1.8

2 Time (s)

2.2

2.4

2.6

2.8

3

0 1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 Time (s)

2.2

2.4

2.6

2.8

3

Amplitudo 12.5 mm & Frekuensi 2.0 Hz ζ= 0.17

ζ= 0.21 4

unsprung mass sprung mass

6

unsprung mass sprung mass

2 0

4 2

2

a (m/s )

2

a (m/s )

-2

0

-4 -6 -8

-2

-10 -12

-4 1

1.5

2 Time (s)

2.5

-14 1

3

1.5

2

2.5

3

Time (s)

0.04

0.16

z=0.21

z=0.21 0.14

0.035

z=0.17

0.03 Power (Watt)

Voltage

0.12 0.1 0.08 0.06

0.025 0.02 0.015

0.04

0.01

0.02

0.005

0 1

z=0.17

1.5

2

2.5 Time (s)

3

3.5

4

0 1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 Time (s)

2.2

2.4

2.6

2.8

3

Amplitudo 12.5 mm & Frekuensi 2.22 Hz ζ= 0.17

ζ= 0.21 6

unsprung mass sprung mass

unsprung mass sprung mass

10

4

5

a (m/s )

2

2

a (m/s )

2 0

0

-2

-5 -4 -6 1

1.5

2 Time (s)

2.5

-10 1

3

0.2

1.5

2

2.5

3

1 1.5 Time (s)

2

2.5

1

0.05 z=0.21

z=0.21

z=0.17

z=0.17

0.04 Power (Watt)

0.15 Voltage

3

0.1

0.03

0.02

0.05 0.01

0 0

0.5

1

1.5 Time (s)

2

2.5

3

0 0

0.5

1

1.5 Time (s)

2

2.5

3

Amplitudo 12.5 mm & Frekuensi 2.5 Hz ζ= 0.17

ζ= 0.21 unsprung mass sprung mass

5

0 2

a (m/s )

2

a (m/s )

0 -5

-5

-10

-10

-15

-15

-20 1

unsprung mass sprung mass

5

1.5

2

2.5 Time (s)

3

3.5

-20 1

4

1.5

2

2.5 Time (s)

3

3.5

4

0.06

0.16

z=0.21

z=0.21 0.14

z=0.17

z=0.17

0.05

Power (Watt)

Voltage

0.12 0.1 0.08 0.06

0.04 0.03 0.02

0.04 0.01

0.02 0 0

0.5

1

1.5 Time (s)

2

2.5

3

0 0

0.5

1

1.5 Time (s)

2

2.5

3

Tabel Hasil Pengujian

Hasil Pengujian dengan Eksitasi Harmonik

Hasil Pengujian dengan Eksitasi Impuls

Potensi Energi

Eksitasi Harmonik

Eksitasi Impuls

Karakteristik daya pada Pengujian dengan eksitasi Harmonik

Amplitudo 7.5 mm

Amplitudo 12.5 mm

• Pendahuluan • Tinjauan Pustaka

• Metodologi • Hasil Dan Analisa

• Kesimpulan Dan Saran

KESIMPULAN 1. Redaman yang dihasilkan oleh alat adalah sebesar 126.35 (Ns/m) 2. Dari pengujian karakteristik model RSA dengan eksitasi impuls didapatkan:

3. Dari pengujian karakteristik model RSA dengan eksitasi harmonik didapatkan:

4. Pada eksitasi impuls didapatkan power maksimal 0.1183 Watt. 5. Pada eksitasi harmonik didapatkan power maksimal 0.0865 Watt 6. Voltase maksimum sebesar 0.17144 Volt dan Arus maksimum sebesar 0.69 Ampere.

SARAN 1. Perlunya dilakukan pengujian dengan amplitudo yang lebih besar.

2. Perlunya pengujian dengan variasi frekuensi yang sama pada amplitudo yang berbeda.

3. Perlunya dibuatkan dan dikembangkan rangkaian elektronik yang bisa menstabilkan voltase yang dibangkitkan agar bisa dimanfaatkan

Daftar Pustaka

1. Zuo, Lei dkk. 2010. Design And Characterization Of An Electromagnetic Energy Harvester For Vehicle Suspension. New York State University, USA. 2. Arziti, Marcos. 2010. Harvesting Energy From Vehicle Suspension. Tempere University of Technology. Spanyol 3. Kelly, S Graham 2000. Fundamental of Mechanical Vibrations. McGraw-Hill International Editions.: Ohio, USA 4. Seongpil Ryu. 2011. Ride quality analysis of a tracked vehicle suspension with a preview control. Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science andTechnology (KAIST), Science Town, Daejeon 305-701, South Korea 5. Guenter H. Hohl.2006. Military terrain vehicles. Austrian Society of Automotive Engineers, Elisabethstrasse 26, A-1010 Vienna, Austria. 6. Krylov, V.V. 2010. Calculation of Ground Vibration Spectra From Heavy Military Vehicles. Departement of Aeronautical and Automotive Engineering, Loughborough University, Loughborough, Leicestershire LE113TU, United of Kingdom. 7. S. Rao, Singiresu. 2004 Mechanical Vibration. Prentice Hall PTR. Singapore. 8. Imam Muslim, ST. Studi Eksperimental Karakteristik Regenerative Shock Absorber (RSA) Model Rotational Jaw dan Pengaruhnya Terhadap Road Grip Mobil Perkotaan. Institut Tenologi Sepuluh Nopember, Indonesia.

Terima kasih atas perhatiannya