ITBITB

Journal of Engineering and Technological SciencesJournal of Engineering and Technological Sciences

Ultrasonikasi merupakan metode yang banyak digunakan dalam berbagai bidang, termasuk percepatan proses homogenisasi, emulsifikasi, dan ekstraksi. Pada sistem ultrasonik, transduser berperan penting karena frekuensi resonansi, amplitudo getaran longitudinal, dan koefisien kopling elektro‑mekanik menjadi target utama dalam perancangannya. Penelitian ini mengembangkan metode mekanis sederhana untuk menyetel frekuensi resonansi transduser dengan menambahkan massa pada ujung depan horn bertahap, serta mengevaluasi pengaruh dimensi geometris, pratekan baut, distribusi tegangan, frekuensi resonansi, amplitudo, dan impedansi listrik. Model transduser dirancang dengan frekuensi resonansi 20 kHz dan disimulasikan menggunakan analisis elemen hingga. Hasil simulasi dan pengukuran menunjukkan bahwa konfigurasi Model‑4 dengan radiator 16 × 13 mm menghasilkan frekuensi resonansi sekitar 20,15 kHz, impedansi 100 Ω, dan koefisien kopling 0,2229 (simulasi) serta 20,17 kHz, 24,91 Ω, dan 0,2033 (pengukuran), dengan selisih relatif hanya 0,1 %.

Serangkaian penyelidikan menunjukkan bahwa desain transduser BCLT dengan massa depan bertipe stepped‑horn dan penambahan segmen radiator pada ujungnya dapat mengatur frekuensi resonansi secara efektif.Simulasi elemen hingga (FEA) menghasilkan nilai perbedaan persentase antara hasil simulasi dan eksperimen sebesar 0,76 % untuk konfigurasi 16×23 mm dan 0,1 % untuk konfigurasi 16×13 mm, sementara perbedaan terhadap target 20 kHz berkisar 0,85–2,2 % tergantung model dan beban pratekan.Dengan demikian, pendekatan geometris yang melibatkan variasi diameter, radius fillet, dan penambahan radiator terbukti mampu menyesuaikan karakteristik resonansi dan impedansi listrik transduser.

Penelitian selanjutnya dapat mengeksplorasi penggunaan material piezoelektrik alternatif, seperti PZT‑5 atau keramik berbasis kristal tunggal, untuk meningkatkan koefisien kopling elektro‑mekanik dan efisiensi energi transduser; selain itu, studi tentang pengaruh pratekan baut yang lebih tinggi serta beban dinamis selama operasi dapat memberikan wawasan tentang ketahanan jangka panjang dan batasan mekanik pada struktur transduser; terakhir, penerapan metode optimasi otomatis, misalnya algoritma genetika atau optimasi berbasis surrogate model, dapat dirancang untuk menghasilkan konfigurasi geometris optimal yang memenuhi target frekuensi resonansi beragam serta meminimalkan error antara simulasi dan hasil eksperimen, sehingga memperluas aplikasi transduser dalam bidang industri dan medis.

  1. Design and Characterization of Ultrasonic Langevin Transducer 20 kHz Using a Stepped Horn Front-Mass... doi.org/10.5614/j.eng.technol.sci.2023.55.4.1Design and Characterization of Ultrasonic Langevin Transducer 20 kHz Using a Stepped Horn Front Mass doi 10 5614 j eng technol sci 2023 55 4 1
Read online
File size822.88 KB
Pages16
DMCAReport

Related /

ads-block-test