LAPORAN PRAKTIKUM GETARAN MEKANIS
DISUSUN OLEH
AZKA RIANTO TEDJA NINGRAT / 1206230832
(KELOMPOK 5)
DOSEN : DR. IR. WAHYU NIRBITO, MSME
ASISTEN : AHMAD SYIHAN
ANGGITA DWI LIESTYOSIWI
LINA SYARAVI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
Modul I
Whirling Shaft
1. Tujuan
Mengamati fenomena whirling pada poros yang berputar yang kecil –
panjang.
Mengetahui nilai putaran kritis dari poros yang berputar.
Membandingkan putaran kritis yang didapat secara praktek dengan
putaran kritis yang didapat secara teori.
2. Dasar Teori
Ketika suatu poros berputar, maka akan terjadi fenomena whirling ,
yaitu fenomena dimana poros berputar akan mengalami defleksi yang
diakibatkan oleh gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh eksentrisitas
massa poros. Fenomena ini terlihat sebagai poros yang berputar pada
sumbunya dan pada saat yang sama poros yang berdefleksi juga berputar
relatif mengelilingi sumbu poros.
Fenomena whirling terjadi pada setiap sistem poros, baik yang
seimbang maupun tidak. Pada sistem yang seimbang, fenomena ini dapat
disebabkan oleh defleksi statis atau gaya magnetik yang tidak merata
pada mesin – mesin elektrik.
Defleksi awal ini membuat poros berputar dalam keadaan bengkok .
Gaya sentrifugal yang terjadi akan terus membuat defleksi terjadi sampai
keadaan seimbang yang berkaitan dengan kekakuan poros tercapai. Poros
yang berputar melewati putaran kritisnya lalu akan mencapai keadaan
setimbang.
Skema whirling shaft :
Whirling Shaft System
Di mana : M = massa beban (kg)
h = defleksi awal (m)
y = defleksi sentrifugal (m)
(h+y) = defleksi total (m)
Maka, gaya sentrifugal radialnya adalah :
yang sama dengan gaya elastis pada poros, maka :
Dimana : k = elastisitas poros (N/m)
Sehingga didapat perbandingan :
Jika adalah frekuensi alami getaran poros, maka :
Dimana : defleksi statis dari poros yang mengalami pembebanan W =
Mg pada titik tengahnya (m)
kecapatan kritis angular dari sistem
Lalu didapat :
Jika , maka , ini merupakan kondisi untuk terjadinya
whirling yang besar.
Maka :
Kondisi pada percobaan :
1) Piringan berada ditengah poros :
Dimana : E = Modulus Young untuk logam poros (Pa)
I = Momen Inersia Area Poros (m4) =
Sehingga didapat persamaan untuk putaran kritis :
Catatan : Nc dalam rps (rotation per second)
2) Piringan tidak berada ditengah poros :
Catatan : Nc dalam rps (rotation per second)
Prosedur Percobaan :
Untuk melakukan pratikum whirling shaft langkah kerja yang harus dilakukan
adalah sebagai berikut:
1) Power supply, whirling shaft apparatus,beban, dan tachometer dirangkai
sesuai petunjuk.
2) Posisi tumpuan shaft diatur sesuai dengan variabel yang diingkinkan.
Jarak tumpuan shaft yang konstan terhadap beban adalah 25.5 cm (jarak a).
3) Posisi tumpuan b diatur 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.
4) Motor dinyalakan untuk memutar shaft.
5) Dilakukan pengamatan terhadap getaran shaft.
6) Kecepatan putar shaft yang menghasilkan getaran paling besar dicatat.
7) Motor dimatikan dan posisi b dirubah untuk pengamatan selanjutnya.
3. Data Praktikum
Massa beban (tertulis) : 0.502 kg
Diameter benda (d1) : 7,5 cm
Diameter poros (d2) : 5,5 mm
Ketebalan (t) : 1,5 cm
Modulus Young (E)(teoritis) : 69 GPa
4. Pengolahan Data
Data awal yang ada dari percobaan :
"Tebal Beban (15.00 mm)"
"Diameter Beban (74.70 "
"mm) "
"Diameter silinder "
"(5.55 mm) "
"Massa Beban (tertulis "
"0.502 kg) "
Inersia dari poros :
= 1,352x10-4 kgm2
Putaran kritis teoritis didapat menggunakan perhitungan :
x 60 (rpm)
Perbedaan nilai antara putaran kritis eksperimen dengan teoritis
adalah error atau penyimpangan dari pengukuran. Error didapat dari
perhitungan menggunakan persamaan matematis:
TABEL DATA PRAKTIKUM DAN HASIL PENGOLAHAN DATA
"No "A (m) "B (m) "Putaran Kritis "Momen"Modul"Putaran"
" " " "Eksperimen (rpm)"Iners"us "Kritis "
" " " " "ia "Young"teori "
" " " " "(kgm2"(GPa)"(rpm) "
" " " " ") " " "
"1 "2 "3 "1 "2 "3 "1 "2 "3 "rata-rata " " " "0.07 "2 "2.5 "2.5 "4.3 "5
"4.6 "2.15 "2 "1.84 "1.9967 "75.41 "48.9% " "0.08 "3.5 "3.25 "3 "5.9 "5.1
"5 "1.685 "1.56 "1.67 "1.6383 "88.25 "63.42% " "0.09 "3.75 "3.75 "3.75 "5.9
"6.1 "5.9 "1.573 "1.626 "1.573 "1.5906 "93.624 "73.37% " "0.1 "4 "4 "4 "6.5
"6.3 "6.4 "1.625 "1.575 "1.600 "1.6000 "92.52 "71.33% " "0.11 "4.5 "4.75
"4.25 "6.9 "7.1 "6.8 "1.533 "1.494 "1.600 "1.5423 "99.58 "84.40% " "
5. Analisis
Percobaan yang dilakukan ini adalah pecobaan untuk membuktikan hubungan
antara massa da nperiode naturalnya yaitu dengan adanya peredaman
coulomb. Pengukuran yang dilakukan yaitu mengukur periode getaran pada
jarak yang telah ditentukan yaitu 7, 8, 9, 10 dan 11 cm. Penggunaan alat
yaitu alat dengan menggunakan pegas 2 sisi yang berbeda dengan nilai
k=500 N/m yang didesain secara parallel sehingga total pegas ada 4 buah.
Alat yang digunakan dalam kondisi kurang baik yaitu terkait dengan
setting alat, pada pegasnya menimbulkan sentuhan dengan batang penyangga
tempat duduk sehingga saat alat bekerja, bagian dudukan bergesekan
dengan bagian bawah dudukan. Dan dikarenakan pemakaian secara terus
menerus. Kekakuan dari pegas sudah tidak sesuai dengan keadaan awal.
Analisa Hasil dan Grafik
Dari percobaan ini, didapat hasil berupa nilai massa yang didapat dari
perhitungan yang dilakukan dengan rumus perbandingan nilai perioda.
Perioda yang didapat sebelumnya yaitu dengan menghitung waktu dan
periode dengan fungsi jarak. Menggunakna persamaan Newton di mana X
merupakan jarak yang tadi ditentukan dalam satuan cm. Nilai dari periode
didapat didapat dan telah diolah dalam tabel pengolahan data menggunakan
persamaan antara periode dan massa.
Analisa Kesalahan
Kesalahan relative pada pengukuran yaitu diakibatkan karena kesalahan
setting alat pada awal percobaan yaitu dengan adanya gaya gesek pada
pegas dan kekakuan yang tidak sesuai dengan teoritis sehingga berakibat
pada hasil perhitungan perioda.
Grafik Periode vs Simpangan
Grafik Massa Eksperimen vs Simpangan
Grafik Error vs Simpangan
Dari grafik yang didapatkan, bisa diketahui hubungan antara perioden dan
jauhnya simpangan, dapat dilihat bahwa semakin jauh simpangan, maka periode
akan semakin rendah dikarenakan jumlah osilasi yang semakin banyak. Namun
dari selisih data yang ada dapat dikatakan bahwa perioda cenderung konstan
walaupun simpangan berubah. Grafik error masa terhadap simpangan
menunjukkan kesalahan antara massa teoritis dan massa aktual.
Dari data yang didapat praktikum dapat terlihat adanya error yang terjadi
di mana ada data yang menaik, hal ini terjadi karena berbagai kesalahan.
Kesalahan yang terjadi dapat berupa kesalahan sistematik yang disebabkan
oleh kesalahan alat maupun dari kesalahan acak, bisa berupa kesalahan dari
praktikkan, kesalahan dari pengamat maupun kesalahan karena ada intervensi
dari lingkungan.
6. Kesimpulan
Massa dari suatu benda atau beban dapat diperoleh dengan menghitung
periode awalnya pada jarak tertentu. Dari praktikkum yang dilaksanakan
didapatkan nilai error massa yang cukup tinggi, disebabkan oleh
berbagai kesalahan baik kesalahan alat maupun kesalahan acak.
Modul III
Balancing
1. Tujuan Praktikum
Mengetahui ciri-ciri benda tidak balance.
Melakukan balancing dengan memberikan massa counter balance
2. Dasar Teori
Sebuah benda unbalance merupakan benda yang memiliki komposisi
gaya-gaya inersia dan momen-momen yang tidak seimbang. Balancing
merupakan sebuah teknik untuk menemukan dan mengkoreksi gaya-gaya yang
tidak seimbang diimbangi dengan suatu gaya inersia atau momen yang
melawan gaya unbalance.
Unbalance pada suatu shaft merupakan situasi dimana titik tengah
gravitasi putaran shaft tidak sama dengan titik tengah geometris dari
shaft. Besar unbalance tergantung dari gaya sentrifugal yang terjadi
saat operasi.
F=I.ω2
Dimana, F = Gaya Reaksi (N)
I = Unbalance (kg,m)
ω = Kecepatan Putar Angular (rad/s)
Unbalance dapat dibayangkan sebagai berat yang dipasang secara
eksentrik di badan yang berputar. Jenis-jenis unbalance yaitu static
unbalance, couple unbalance, quasistatic unbalance, dan dynamic
unbalance.
Teknik balancing dapat dibagi dalam 2 jenis yaitu
berdasarkanposisi dan besar unbalance. Pada balancing berdasarkan
posisi, unbalance didapatkan dari beda sudut fase pada sudut referensi.
Sdangkan untuk besar unbalance, dideteksi dari amplitudo getaran yang
terbaca dan dikonversikan langsung menjadi m.r. pembacaan besar
unbalance dapat berdasarkan perpindahan getaran, kecepatan getaran, dan
percepatan getaran. Namun pada mesin balancing yang digunakan pada
praktikum kali ini, digunakan mesin pembacaan berdasarkan kecepatan
getaran.
PROSEDUR
Langkah Persiapan Balancing
1) Hubungkan kabel USB dari NI DAQ ke computer
2) Pastikan modul NI 9234 terpasang pada NI DAQ
3) Colok kabel power NI DAQ
4) Buka Labview dengan nama praktikum balancing
5) Set physical channel, dengan minimum value -5 dan maximum value 5
6) Set timing parameter dengan rate= 180 Hz dan samples to read 2000 7)
Buat file dengan nama praktikum balancing pada TDMS file path
7) Persiapkan balancing machine tetapi jangan dahulu kabel powernya dicolok
8) Persiapkan belt, rotor 5 disc, kunci L 3/32" dan 5/32", penggaris, massa-
massa, busur dan kertas kosong
9) Olesi bearing dengan grease
Langkah persiapan pemasangan massa
1) Pasang massa pada disk 2,3,4 pada jari-jari bebas dan putar masing-
masing disk dengan melonggarkan sekrup dengan kunci L 3/32"
2) Catat masing-masing massa dan sudut-sudutnya (tidak digunakan selama
percobaan ini dan digunakan sebagai pembanding dengan hasil balancing)
3) Pastikan disk 1 dan 5 posisi 0 nya berada pada posisi 0 yang ter-emboss
Langkah set up alat
1) Letakkan rotor 5 disk pada atas bearing-bearing mesin balancing, catat
disk 1 di ujung yang mana dan disk 5 diujung yang mana
2) Pasang belt
3) Kencangkan ujung-ujung ball cradle dengan menggunakan kuncil L 5/32"
sehingga mencegah terjadinya pergerakan terhadap arah aksial rotor
4) Nyalakan mesin balancing
5) Set stroboskop pada kondisi internal 12 Hz
6) Nyalakan motor
7) Cari dimana kecepatan motor sama dengan kecepatan stroboskop menyala
sehingga rotor seakan-akan terlihat berhenti terhadapap nyala stroboskop
8) Jika sudah ditemukan maka matikan motor dengan tidak mengubah-ubah
kontrol kecepatannya, sehingga jika motor dihidupkan motor akan bergerak
pada 12 Hz
Langkah Balancing
1) Run labview, terlihat amplitudo awal sekitar 0,0...
2) Nyalakan motor pada posisi yang sudah ditetapkan
3) Tunggu hingga konsisten dan stabil
4) Terlihat pada grafik power spectrum frekuensi rotor yang berputar di 12
Hz
5) Setelah stabil stop running, lalu catat rms yang terbaca
6) Pindahkan switch stroboskop ke eksternal
7) Sedikit demi sedikit putar swicth (knob) yang terletak dekat transduser
hingga menyentuh plat (maksimum displacement dari cradle) yang dapat
menyebabkan stroboskop berkedip (PERINGATAN: hati-hati jangan sampai
terlalu berlebihan, jadi cukup sedikit saja menyentuhnya)
8) Lihat angka yang terletak sejajar dengan transducer (di atas switch
sekrup putar) dan catat (sebagai sudut fase dari titik referensi 0)
9) Putar balik switch knob putar lalu matikan motor tanpa merubah kontrol
kecepatan
10) Putar disk 5 sehingga titik 0 pada disk berada pada titik yang terbaca
pada langkah no.8 dengan longgarkan skrup 3 buah yang ada di disk dengan
kunci L 3/32"
11) Dari rms yang didapat dari labview, kalibrasikan dengan grafik
kalibrasi amplitudo yang diberikan
12) Catat U nya
13) Perhatikan slot yang ada pada disk koreksi (disk 5) berjari-jari antara
45-65 mm
14) Dari U yang didapat tentukan m dan r yang cocok; U = m . r
15) Timbang massa pada timbangan digital yang ada
16) Pasang massa counterbalance pada r yang ditentukan pada langkah no.15
pada lokasi slot yang sesuai dengan langkah no.10
17) Nyalakan kembali motor
18) Run labview kembali
19) Catat rms yang terbaca setelah dalam kecepatan yang stabil
20) Set stroboskop ke eksternal lalu lihat angka yang muncul pada langkah
no.8
21) Matikan motor
22) Ulangi langkah no. 11 dan 12
23) Jumlahkan dengan menggunakan vektor sehingga didapat U yang
menggantikan U awal (lihat contoh)
24) Putar disk sesuai sudut yang ditunjukkan dari hasil penjumlahan vektor
25) Pasang U pengganti ini pada disk koreksi dengan set terlebeih dahulu m
dan r yang cukup pada slot tersebut
26) Ulangi langkah-langkah balancing ini sehingga didapat amplitudo rms
dibawah 2,5 sehingga bisa dianggap balance
27) Putar posisi rotor, ujung ke ujung, sehingga disk 1 berada pada posisi
disk koreksi, dan disk 5 berada di atas penumpu
28) Gunakan langkah-langkah koreksi seperti pada disk 5
29) Matikan mesin balancing jika suda selesai membalans
30) Lepaskan belt dari motor dan puli tanpa merubah posisi rotor
31) Amati pergerakan rotor setelah belt dicopot
32) Putar setiap 90 dan biarkan serta amati apakah rotor berputar sendiri
33) Jika dalam setiap posisi rotor tidak berputar maka dapat dikatakan
rotor dalam keadaan balans
34) Data dari eksperimen ini bandingkan dengan cara analitikal pada slide
balancing mata kuliah getaran mekanis dari data yang didapat pada langkah
persiapan pemasangan massa no.2
Gambar 6. Tampilan LABVIEW
3. Data Praktikum
Piringan 1
RMS Awal : 5.99
Unbalance : 720 g.mm
Massa Baut : 11.07 gr
R Baut : 0.65 cm
RMS Akhir : 0.74 (balance)
Gambar 7. Percobaan Balancing
Unbalance didefinisikan sebagai ketidaksamaannya distirbusi massa sistem
poros rotor terhadap sumbu putar. Keadaan ini dapat dinetralisir denga
adanya proses/perlakuan balancing yang dilakukan pada praktikum ini. Heavy
spot didefiniskan sebagai tempat di mana terdapat titik massa di mana
terjadinya unbalancing. Sedangan High spot didefinisikan sebagai tempat di
mana counter balance (massa yang digunakan untuk membalance kan heavy spot)
harus di taruh. Kedua hal ini sangat penting saat proses balancing seperti
yang digunakan saat membalancing poros roda mobil.
4. Analisis
Praktikum yang ketiga adalah praktikum mengenai balancing, dengan
menggunakan rangkaian alat balancing. Tujuan akhirnya yaitu agar getaran
yang dihasilkan masih dapat ditolerir (balance) yaitu pada saat rms di
bawah 2,5. Praktikum dilakukan pertaman tama dengan mensetting alat
sesuai prosedur yang terlebih dahulu diawali dengan pemasangan belt dan
mengatur putaran 12 Hz, yaitu terjadi 12 putaran tiap detik. Pengukuran
menggunakan DAQ's dengan pengukuran LABVIEW.
Praktikum bertujuan mengukur dan menstabilkan piringan yang terdapat
pada poros yang tidak stabil karena adanya massa yang unbalance.
Pengukuran dilakukan terlebih dahulu dengan mencatat rms yang terjadi
pada satu sisi, pada percobaan ini pada piringan pertama kemudian
diseimbangkan dengan penambahna massa benda pada posisi tertentu sesuai
high spot nya. Penambahan massa yaitu dengan memperhitungkan nilai massa
dan radius beban yang sesuai.
Prinsipnya adalah dengan membandingkan antara ampluitudo yang
dihasilkan dengan, kemudian ditarik garis hingga mendapatkan dilai dari
unbalance. Setelah stroboskop dinyalakan dengan frekuensi 12 Hz,
kemudian dinyalakan motor dengan 12 Hz juga sampai terlihat angka angka
yang terbias pada piringan rotor terlihat tidak bergerak dan tidak
berganti angka.
Hasil di sisi pertama yaitu dengan ketidakseimbangan 720 g.mm sehingga
perlu diberikan gaya counter dengan massa 11,07 g dan jari-jari diambil
maksimum dengan 0.65 cm, selanjutnya dilakukan pengukuran ulang dengan
LABVIEW dan mendapat hasil getaran 0,74 rms, dalam pemasangan beban
counter, praktikkan tidak perlu menukar sisi dalam piringan untuk
menyesuaikan posisi lubang tempat pembebanan dengan posisi high spot
karena berada pada posisi yang sesuai.
Kemudian rotor dibalik posisinya sehingga sisi selanjutnya yangberada
pada sisi depan strobosokop. Pembalikan posisi ini harus dengan seksama
dan pita pengikat gear harus diputar sedemikian rupa mengikuti arah
panah yang ada sehinga rangkaian alat balancing dan rotor dapat bekerja
sebagaimana mestinya. Perhitungan piringan 5 menghasilkan nilai awal
5.99 rms dan U 720 g.mm sehingga didapatkan perhitungan massa baut
sebesar 11.07 gram dengan jari jari diambil maksimum 0.65 cm, setelah
diberi counter balance nilai yang didapat emnjadi 0,74 rms. Walaupun
sebelumnya, praktikkan sudah mencoba 5-6 kali percobaan di mana selalu
didapat hasil rms yang tidak balance. Terlebih lagi pada saat praktik,
salah satu anggota kami tidak sengaja mengubah kecepatan yang sudah fix
didapat. Oleh sebab itu asisten dosen harus mencari kembail kecepatan
putar yang, yang bisa menunjukkan keadaan balance dari piringan
tersebut. Kejadian ini juga memaksa kelompok kami hanya praktikum dengan
satu piringan saja, karena sudah terlalu lama dilakukan percobaan
sebelumnya sehigga waktunya sudah tidak mencukupi. Walaupun begitu,
percobaan pada satu piringan yang tetap berhasil membuktikan bahwa
proses balancing ini tepat dan berhasil dengan baik.
Prinsip dari balancing ini adalah dengan mengoreksi gaya-gaya inersia
dan momen yang tidak diinginkan atau yang tidak seimbang yang
diakibatkan oleh system yang bekerja secara mekanis, koreksi dapat
dilakukan dengan penambahan counter balance sehingga menadi balance.
Kondisi ini tergantung kepada ketelitian pengamatan dan penentuan heavy
spot serta high spot.
5. Kesimpulan
Teknik balancing merupakan cara untuk mengurangi getaran dengan
menambah beban counter pada sisi berlawanan (high spot) dari gaya
unbalance. Menurut ISO 1940, toleransi dari balance yang dapat dibenarkan
adalah sebesar V RMS 2,5 MM/S dengan pertimbangan tidak mungkinnya balance
yang sempurna.
