BAB I PENDAHULUAN 1. 1. Latar Belakang Perkembangan teknologi dan kemajuannya sedang berkembang pesat. Terutama pada bidang otomotive dan instrument- instrumen yang digunakan dalam pengukuran untuk mendapatkan suatu besaran yang kemudian dapat direpresentasikan menjadi hasil yang ingin diketahui pada suatu sistem yang dikaji. Berkaitan dengan hal tersebut maka diiperlukan untuk mengetahui besaran-besaran yang terkait instrumen tersebut, salah satunya yang paling pokok adalah berupa getaran yang terjadi pada instrumen. Getaran merupakan gerakan periodic dari sebuah benda atau sistem benda yang berhubungan yang dipindahkan dari posisi kesetimbangan. Sistem teknik mengandung massa dan elastisitas yang mampu bergerak secara relative. Apabila gerakan sistem berulang sendiri dalam interval waktu maka gerakan itu dapat dikatakan sebagai getaran. Getaran merupakan bentuk energi sisa dan dalam berbagai khasus tidak diinginkan. Getaran dibagi menjadi dua yaitu: a) Getaran Bebas Getaran bebas adalah gerakan periodik yang diamati sebagai sistem yang berpindah dari kedudukan kesetimbangan statis dan terjadi bila gerakan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB I
PENDAHULUAN
1. 1. Latar Belakang
Perkembangan teknologi dan kemajuannya sedang berkembang pesat. Terutama pada
bidang otomotive dan instrument-instrumen yang digunakan dalam pengukuran untuk
mendapatkan suatu besaran yang kemudian dapat direpresentasikan menjadi hasil yang ingin
diketahui pada suatu sistem yang dikaji. Berkaitan dengan hal tersebut maka diiperlukan
untuk mengetahui besaran-besaran yang terkait instrumen tersebut, salah satunya yang paling
pokok adalah berupa getaran yang terjadi pada instrumen.
Getaran merupakan gerakan periodic dari sebuah benda atau sistem benda yang
berhubungan yang dipindahkan dari posisi kesetimbangan. Sistem teknik mengandung massa
dan elastisitas yang mampu bergerak secara relative. Apabila gerakan sistem berulang sendiri
dalam interval waktu maka gerakan itu dapat dikatakan sebagai getaran. Getaran merupakan
bentuk energi sisa dan dalam berbagai khasus tidak diinginkan. Getaran dibagi menjadi dua
yaitu:
a) Getaran Bebas
Getaran bebas adalah gerakan periodik yang diamati sebagai sistem yang
berpindah dari kedudukan kesetimbangan statis dan terjadi bila gerakan dipertahankan
oleh gaya gravitasi atau gaya pemulih elastik.
b) Getaran Paksa
Getaran paksa adalah getaran yang disebabkan gaya periodik eksternal atau
gaya intermiten yang diberikan pada sistem. Bila gaya Luar F(t)= Fo sin ωt, bekerja
pada sistem selama getarannya maka disebut getaran paksa (forced vibration). Pada
getaran paksa sistem cenderung bergetar pada frekuensi sendiri di samping mengikuti
frekuensi eksitasi. Dengan adanya gaya gesekan, bagian gerakan yang ditahan oleh
gaya eksitasi sinusoidal secara perlahan akan hilang. Dengan demikian sistem akan
bergertar dengan pada frekuensi gaya eksitasi dan mengabaikan frekuensi pribadi
sistem. Berbagai getaran yang berlanjut terus disebut getaran steady (keadaan tunak).
2.1.2. Tujuan Praktikum
Ada 3 modul praktikum yang akan dilakukan praktikan diantaranya adalah whirling
shaft, redaman coulumb, dan balancing. Dari ketiga praktikum tersebut maka diharapak
praktikan mampu :
- Mengetahui mengenai konsep getaran yang terjadi pada mesin khusunya pada mesin-
mesin industri
- Mampu mengoperasikan testing yang kaitannya pada getaran mekanis jika sewaktu-
waktu diperlukan
- Mampu mendefinisikan sebab-akibat yang terjadi pada percobaan baik
emndefinisikan rangkaian percobaan maupun dengan menganalisa error yang didapat.
(Modul 1)
BAB II
PEMBAHASAN
2. 1 Whirling Shaft
2.1.1 Dasar Teori
Whirl pada poros adalah fenomena getaran self-excited yang terjadi sering pada
poros. Untuk setiapmelemen mesin perlu dialakukan balancing secara dimamik.. Tidak
tertutup kemungkinan untuk mencapai kondisi balance dinamik sempurna. Massa unbalance
akan menyebabkan eksitasi pada putaran poros yang akan menyebabkan gaya sentrifugal
yang cenderung mendefleksi poros pada arah eksentrisitasnya. Yang menahan gaya ini
hanyalah kekakuan elastis poros, seperti yang ditunjukkan pada skema diagram yang
diberikan. Eksentrisitas awal poros e, defleksi dinamik δ.
Gambar 2.1.1 Skema Whirling
Defleksi dinamik poros menyebabkan poros bergetar dan berputar terhadap porosnya
defleksi akan tak hingga jika
ω2= k/m.
Hal ini akan terjadi ketika kecepatan putar poros sama dengan frekuensi pribadi getaran
lateral.
Poros mempunyai satu atau lebih frekuensi pribadi torsional. Sistem torsional analogidengan
sistem getaran lateral. Gaya pada getaran lateral analog dengan torsi pada getaran torsional.
Massa analog dengan momen inersia. Konstanta pegas linear analog dengan konstanta pegas
torsional.
Konstanta pegas torsional kt untuk poros torsional berpenampang bulat
Momen inersia poros solid berpenampang bulat, r = jari-jari
2.1.2 Tujuan Praktikum Whirling shaft
a) Mengamati fenomena whirling pada poros yang berputar yang kecil-panjang
b) Mengetahui nilai putaran kritis dari poros yang berputar.
c) Membandingkan putaran kritis yang didapat secara praktek dengan putaran kritis
yang didapat secara teori.
2.1.3 Peralatan
Untuk melakukan praktikum mengenai whirling shaft ini diperlukan alat sebagai
berikut: (a) (b)
a) Beban silinder alimunium ( 1 buah )
b) Penggaris 50 cm ( 1 buah )
c) Satu set whirling shaft apparatus
d) Power supply
e) Tachometer
f) Kunci L
Gambar 2.1.2 Rangkaian Whirling Shaft
2.1.4 Prosedur Percobaan
Untuk melakukan pratikum whirling shaft langkah kerja yang harus dilakukan adalah
sebagai berikut:
a) Merangkai Power supply, whirling shaft apparatus,beban, dan tachometer sesuai
dengan petunjuk rangkaian
b) Mengatur posisi tumpuan shaft sesuai dengan variabel yang diingkinkan. Jarak a
tumpuan shaft yang konstan terhadap beban adalah 25.5 cm (jarak a).
c) Mengatur posisi tumpuan b sesuai dengan data yang akan diambil. Data yang
diambil untuk jarak b terhadap beban 35 cm, 40 cm, 45 cm, 50 cm, dan 55 cm.
d) Menyalakan motor untuk memutar shaft.
e) Melakukan pengamatan terhadap getaran shaft.
f) Mencatat kecepatan putar shaft yang menghasilkan getaran paling besar .
g) Mematikan motor dan mengubah posisi b untuk pengamatan selanjutnya.
(c)
Gambar 2.1.1 a,b,c,peralatan-peralatan yang digunakan
Skema Whirling Shaft
Gambar 2.1.4 Skema Whirling Shaft
Dimana: M = massa beban (kg)h = defleksi awal (m)y = defleksi sentrifugal (m)(h+y) = defleksi total (m)
Maka, gaya sentrifugal radialnya adalah:
M ω2 (h+ y )
yang sama dengan gaya elastis pada poros, maka:
M ω2 (h+ y )=kyDi mana k = elastisitas poros (N/m)Sehingga diperoleh perbandingan:
yh= 1
1
M ω2 −1
Jika ωc=√ kM
=√ gδ
, maka:
yh= 1
(ωc2
ω2 )−1
Jika ω=ωc maka yh=∞, keadaan ini akan menyebabkan fenomena whirling yang
sangat besar.
Diketahui bahwa: N c=1
2 π √ gδ=0,498
√δ
Kondisi pada percobaan:
1) Piringan berada di tengah poros
δ= Mg L3
48 EISehingga putaran kritis menjadi:
N c=1,103√ EIM L3
2) Piringantidakberadaditengahporos :
N c=0,276 √ EILM a2b2
Dimana :
E = Modulus Young untuklogamporos (Pa)
I = MomenInersia Area Poros (m4) = π d 4
64
Nc= putaran kritis poros(rps =rotation per second)
Gambar 2.1.5 Rangkaian Whirling Shaft
2.1.5 Pengolahan Data
1. Data yang diperoleh adalh sebagai berikut
Tabel 2.1. Data percobaan Whirling Shaft
ρ=2700Kgm3 E=69 Gpa Nc=0,276√ EIL
M a2 b2 x 60 (rpm)
Volume, V =
=
=
π r2t dengan t = Ketebalan Benda, r = Jari-Jari beban
π (3,7 x10−2)2x1,5.10−2
64,48 x10−6 m3
Massa, M = x V ρ
=
=
2700 Kg/m3 x 64,48 x10−6 m3
0,174 Kg
Inersia, I = π d 4
64 m4 d = Diameter Poros
2. Hasil Pengolahan Data
Dengan menggunakan persamaan diatas, diperoleh hasil sebagai berikut :
No.Jarak a Jarak b L Nc Eksperimen Inersia, I Mod Young, E Nc Teoritis ERROR
Dalam melaksanakan percobaan ada beberapa hal penting yang harus
diperhatikan praktikan sebelum melakukan pengambilan data. Diantaranya
peralatan uji yang hendak digunakan, ketersediaan bahan dan peralatan yang
dibutuhkan, dan standar pengkuran dimana dengan standar pengukuran tersebut
dapat diketahui berapa nilai maksimal simpangan yang diperbolehkan.
Pengerjaan praktikum balancing adalah yang paling rumit diantara
yang lain. Karena pengerjaan bagian ini membutuhkan ketelitian lebih dari
praktikan. Banyak kendala yang terjadi saat pengerjaan paktikum, hal itulah
yang kemudian harus dicarikan alternatif oleh praktikan agar balancing dapat
benar-benar dilakukan. Kendala yang terjadi adalah pada saat mencari letak
heavy spot. Dalam hal ini, kesalahan praktikan dalam memeperhatikan intensitas
angka yang muncul dapat menjadi kesalahan fatal dimana keadaan tersebut akan
mengakibatkan titik high spot yang nantinya digunakan sebagai pembalans justru
akan menjadi bagian unbalans tambahan. Untuk itu praktikan harus benar-benar
mampu melihat detail intensitas angka yang paling sering terlihat ketika bagian
angka pada disk saat diberikan cahaya dari lampu yang terhubung pada
rangkaian sistem.
Pada saat melakukan percobaan, praktikan pada awalnya mencari titik
unbalans yang terjadi pada rangkaian sistem dengan menggunakan bantuan
sofware labview yang terhubung pada sistem dan terhubung pula pada power
suplyyang digunakan. Praktikan dapat mengatur nilai frekuensi yang dibutuhkan
dimana dalam praktikum kali ini menggunakan frekuensi sebesar
12Hz.bagian...juga telah terhubung pada software labview, dimana dengan
menggunakan software labview tersebut praktikan dapat melihat berapa besaran
rms yang dicapai ketika nilai frekuensi adalah 12 Hz.
Dengan menghidupkan power suply dengan posisi stroboskop pada
posisi berada pada bagian eksternal, maka kita dapat mengetahui berapa
unbalans yang terjadi pada frekuensi 12Hz dalam satuan rms. Praktikan
melakukan run pada software labview sehinggga nilai rms dapat diketahui.
Berdasarkan standar ISO 1940 yang dipakai, unbalans terjadi pada besaran nilai
rms diatas 2,5. Nilai dibawah angka tersebut telah dianggap balans. Terdapat
beberapa kriteria lainnya pada standar ISO 1940, hal ini menunjukkan bahwa
rangkaian disk tersebut dapat digunakan dalam pengujian untuk semua jenis...
Pada bagian run, akan terlihat grafik yang menunjukkan bagian
unbalans, yang ditunjukkan dengan bagian kurva yang secara sig ifikan terus
mengalami peningkatan. Pada frekuensi 12 Hz, akan didapat nilai rms. Nilai rms
ini kemudian di plot pada grafik yang telah tersedia, untuk kemudian kita
mencari titik massa unbalans yang terjadi. Pada bagian ini diperlukan ketelitian
bagi praktikan untuk menentukan letak titik rms yang didapat. Mengingat skala
grafik yang sangat kecil, juga nilai yang diberikan pada grafik merupakan ...,
tidak diberikan nilai yang lebih spesifik. Untuk bagian ini bisa jadi memberikan
pengaruh besar terhadap eror yang dihasilkan, akibat ketidaktelitian dari
praktikan.
Setelah dilakukan plotting nilai rms, maka akan didapat nilai unbalans
yang terjadi. Dengan nilai unbalans tersebut maka praktikan dapat mencari
massa yang diperlukan untuk membalancing disk tersebut. Massa didapat dengan
membagi niai unbalans terhadap jari-jari yang dipakai.
M = Unbalance
R
Besarnya massa yang diberikan kemudian dijadikan acuan dalam
melakukan pemilihan baut dan mur. Dimana harus dilakukan pemilihan baut dan
mur hingga nilai (massa) yang dihasilkan mendekati massa yang dibutuhkan
untuk proses balancing.
Pada proses pemilihan baut dan mur untuk mencari massa yang
dibutuhkan juga akan memberikan nilai error terhadap proses balancing,
mengingat..timbangan... tidak dalam keadaan baik. ketidakakut=ratan
pada...tersebut sering kali mengakibatkan kesalahan dalam pemilhan baut dan
mur, dimana hasil yang didapat dari penimbangan tersebut berubah-ubah,
termasuk saat praktikan mencoba meindahkan masing masing posisi baut dan
mur di sudut-sudut timbangan. Sehingga sudah dapat dipastkan bahwa salah-satu
sebab kesalahan yang terus menerus terjadi pada proses balancing adalah akibat
ketidakpresisian alat timbang yang digunakan.
Mur dan baut yang didapat kemudian dipasang pada bagian high spot
yang sebelumnya telah dicari. Pemasangan baut dan mur dilakukan dengan
menggunakan kunci agar pemasangan yang dilakukan benar-benar baik,
sehingga ketika ...dalam keadaan berputar tidak akan menyebabkan lepasnya
baut dan mur tersebut. Kemudian diberikan power kembali untuk melihat hasil
dari balancin yang dilakukan.
Pada bagian software labview dilakukan running hingga nilai
frekuensi berada pada 12 Hz. Dengan prosedur yang sama, maka akan didapat
nilai rms. Jika nilai rms dibawah 2,5 maka balancing yang diberikan berhasil.
Perangkat elektronik yang digunakan dalam praktikum ini adalah NI DAQ dan
Labview untuk memperoleh data percobaan.
Setelah itu posisi disk dibalik, disk 1 dipindah ke posisi disk 5.
Kemudian dilakukan kembali prosedur yang sama sehingga disk 1 menjadi
seimbang juga. Saat balancing disk 1 high spot berada di angka 1 disk. Hasil dari
percobaan ini dapat dilihat pada sub-bab data praktikum di atas.
Tambahan :
a) Jelaskan pengertian Unbalance !
Unbalance adalah suatu keadaan dimana sistem beraa dalam kondisi tidak seimbang,
atau tidak stabil. Hal ini disebabkan adanya satu titik atau lebih yang memiliki
karakteristik yang berbeda dengan bagian lainnya.
b) Jelaskan pengertian High spot dan Heavy spot, serta aplikasinya dalam percobaan !
High spot adalah titik dimana massa counterbalance diletakkan sebagai penyeimbang
Heavy spot adalah titik yang menyebabkan terjadinya unbalence.
Aplikasinya dalam percobaan yakni, pada salah satu disk dari 5 disk yang
digunakan terjadi ketidakseimbangan, maka dilakukanlah penyeimbangan terhadap
sistem tersebut. Mulanya dicari terlebih dahulu letak heavy spot dengan prosedur-
prosedur standar yang menjadi acuan, baru kemudian dapat diletakkan beban
penyeimbang di bagian lain, yang berlawanan terhadap titik spot, atau biasa dikenal
dengan high spot.
2.3.6 Kesimpulan
a. Nilai RMS maksimal yang dipakai pada pengujian adalah sebesar 2,5, pada
frekuensi 12 Hz, jika melebihi nilai tersebut maka terjadi unbalans
b. Unbalans dapat dihilangkan dengan menmbahkan beban lain pada posisi yang
berlawanan 1800 (massa counter balance)
c. Benda unbalans (biasanya pada poros) akan berputar tanpa adnya gaya
eksternal yang diberikan.
d. Akan terjadi whirling pada saat pengoperasian jika suatu benda dalam kondisi
unbalans.
DAFTAR PUSTAKA
Farida Asriani. 2009. Instrumentasi slides. “Sensor Mekanik”. Jakarta.
J. L. Meriam, L. G. Kraige, 1997. “Engineering Mechanics, Dynamics”, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc.
Kristos Macros ([email protected]). 30 Juni 2009. Artikel untuk “The definition of speed, velocity, and acceleration”. Email kepada ([email protected])
Mitsutaka Kanihera. 31 May 2005. Kyowa slides, Miniature Damped Accelerometer Series offers wide range of applications, kyowa electronic instruments Co.Ltd.
R.C.Hibbeler. 1998. Mekanika Teknik 2 “Dinamika”. Prenhallindo, Jakarta.
William W. Seto. 1997. Getaran Mekanis “Mechanical Vibrations” seri Schaum. Erlangga, Jakarta.
Susan Kristoff. 23 Mei 2008. “An introduction to accelerometers”, (online), (http://engineering.suite101.com/article.cfm/an_introduction_to_accelerometers, diakses 29 Juli 2009)
Thomson, William. Theory of Vibration with AppliCation 5th Edition. 1998. Prentice-Hall International
Meriam, J.L, Kraige, L.G. Engineering Mechanics Dynamics Fifth Edition SI Version. 2004. John Wiley and Sons