SIMULASI MAGNETIK 3D DESAIN MAGNETORHEOLOGICAL MULTICOIL BRAKE MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSOFT MAXWELL.

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
ariyo.nurachman@gmail.com

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

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
ariyo.nurachman@gmail.com

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

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
4.2.2 Perbandingan Distribusi Fluks Magnetik Pada Setiap Variasi MRFs Pada
Gap 1,0 mm ................................................................................................... 31
4.2.3 Perbandingan Distribusi Fluks Magnetik Pada Setiap Variasi MRFs Pada
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 4.7. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi MRFs .......... 32
Gambar 4.8. Perbandingan distribusi fluks magnetik terhadap variasi MRFs .......... 34
Gambar 4.9. Grafik perbandingan arus (I) dengan fluks magnetik (Tesla) MRF122EG .................................................................................................. 53
Gambar 4.10. Grafik perbandingan arus (I) dengan fluks magnetik (Tesla) MRF132DG .................................................................................................. 54
Gambar 4.11. Grafik perbandingan arus (I) dengan fluks magnetik (Tesla) MRF140CG .................................................................................................. 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

DAFTAR NOTASI
ρ
σy
η
T

μ
A
L
ɸ
N
I
B
H

x
E

= Densitas
= Kekuatan tarik
= Viskositas
= Suhu
= Konduktivitas termal
= Reluktansi
= Viskositas
= Sifat hantar magnetik
= Luas penampang
= Panjang
= Fluks magnetik
= Jumlah lilitan
= Arus
= Densitas fluks
= Kuat medan magnet
= del curl
= Medan elektrik

g/cm3
kPa
mPa.s
o
C
W m-1 oC -1
A/ weber
mPa.s
H/m
m2
m
Wb/ m2/ Tesla
Ampere
Tesla
Ampere/ m

volts/ m