LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN
PUTARAN KRITIS
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah swt yang masih memberikan kesehatan dan kesempatannya kepada kita semua, terutama kepada penulis. Sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. Berikut ini, penulis persembahkan sebuah laporan yang berjudul “Putaran “ Putaran Kritis”. Kritis”. Meskipun laporan ini hanya mem bahas mem bahas sebagian kecil dari Putaran Kritis, namun penulis mengharapkan laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua, terutama bagi penulis sendiri. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing dan asisten dosen yang telah banyak membantu penyusun agar dapat menyelesaikan laporan ini. Semoga laporan ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada kita semua. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini masih banyak kekurangan, oleh sebab itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Dan semoga dengan selesainya laporan ini dapat bermanfaat bagi
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah swt yang masih memberikan kesehatan dan kesempatannya kepada kita semua, terutama kepada penulis. Sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. Berikut ini, penulis persembahkan sebuah laporan yang berjudul “Putaran “ Putaran Kritis”. Kritis”. Meskipun laporan ini hanya mem bahas mem bahas sebagian kecil dari Putaran Kritis, namun penulis mengharapkan laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua, terutama bagi penulis sendiri. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing dan asisten dosen yang telah banyak membantu penyusun agar dapat menyelesaikan laporan ini. Semoga laporan ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada kita semua. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini masih banyak kekurangan, oleh sebab itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Dan semoga dengan selesainya laporan ini dapat bermanfaat bagi
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................ ................................................................... ............................................. .......................... .... i DAFTAR ISI .................................................... .......................................................................... ............................................. ................................. .......... ii DAFTAR GAMBAR ............................................................. ................................................................................... ................................ .......... iv DAFTAR TABEL ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ................................. ........... v BAB I PENDAHULUAN.......................................................... ................................................................................ ............................. ....... 1 1.1 Latar Belakang .................................................. ........................................................................ ............................................ ...................... 1 1.2 Tujuan ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................ .................. 1 1.3 Manfaat ........................................... ................................................................. ............................................ ........................................ .................. 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................ ................................................................... ................................. .......... 3 2.1 Teori Dasar ........................... ................................................. ............................................ ............................................ ............................. ....... 3 2.1.1 Poros ............................. .................................................... ............................................. ............................................. ............................. ...... 4 2.1.2 Pembagian Poross ...................................
4
2.1.4 Efek Gesekan Terhadap Kecepatan ............................................ ..................................................... ......... 14 2.2 Aplikasi ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 16 BAB III METODOLOGI........................................................... ................................................................................. ........................... ..... 18 3.1 Peralatan ................................................. ....................................................................... ............................................ ............................... ......... 18 3.2 Prosedur Praktikum ......................... ............................................... ............................................ ...................................... ................ 19 3.3 Asumsi-asumsi ...................................................... ............................................................................ ...................................... ................ 20 BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN ........................................... ............................................................... .................... 21 4.1 Data ............................................. ................................................................... ............................................ .......................................... .................... 21 4.1.1 Data Pengamatan dengan Satu Beban. ............................................ ................................................. ..... 21 4.1.2 Data Pengamatan dengan Dua Beban. ................................................ .................................................. 21 4.2 Perhitungan ............................................ .................................................................. ............................................ ............................... ......... 22 4.2.1 Perhitungan dengan Satu Beban........................................... Beban........................................................... ................ 22 4.2.2 Perhitungan dengan
Beban.
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Massa bergerak pada bidang horizontal ........................................... 8 Gambar 2. 2 massa bergetar pada bidang vertikal ................................................. 9 Gambar 2. 3 Olakan poros (whiriling )................................................................... 9 Gambar 2. 4 Gaya Inersia Yang Menyebabkan Poros Melendut ........................ 12 Gambar 2. 5 Grafik Kecepatan Kritis .................................................................. 15 Gambar 2. 6 Grafik kecepatan kritis .................................................................... 16 Gambar 3. 1 Alat Uji Putaran Kritis .................................................................... 18 Gambar 3. 2 Beban .............................................................................................. 18 Gambar 3. 3 Tachometer ..................................................................................... 18 Gambar 3. 4 Mistar .............................................................................................. 19 Gambar 3. 5 Kunci L ........................................................................................... 19 Gambar 3. 6 Alat Uji Putaran Kritis .................................................................... 19 Gambar 4. 1 Grafik Posisi RotorTerhadap Putaran Percobaan ........................... 26
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Tabel Pengujian ................................................................................... 20 Tabel 4. 1 Hasil Pengamatan dengan Satu Beban. ............................................... 21 Tabel 4. 2 Hasil Pengamatan dengan Dua Beban................................................. 21
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dalam bidang konstruksi sifat material yang dapat terdefleksi merupakan suatu hal yang sangat menakutkan karena ketika hal tersebut terjadi maka struktur yang dibangun baik itu struktur statis maupun dinamis akan roboh atau mengalami kegagalan. Hal tersebut tentu saja akan membahayakan jika itu merupakan alat yang berfungsi untuk mengangkut orang atau ditempati banyak orang, ole h karena itu perlu perencanaan yang sangat matang untuk membangun suatu struktur tertentu. Begitu juga dengan poros, seperti poros turbin pada pembangkit daya (power plant) pada saat operasi dengan putaran tertentu poros akan terdefleksi akibat berat rotor ataupun berat dia sendiri. Defleksi yang paling besar terjadi pada putaran operasi itulah yang disebut dengan putaran kritis, yang dapat membuat struktur poros tersebut gagal sehingga dalam operasi dihindari kecepatan putar yang demikian. Oleh karena itu perlu pengetahuan yang dalam
b. Praktikan mengetahui fenomena yang terjadi pada poros yang berputar pada tengangan tertentu. c. Praktikan dapat mencari putaran kritis yang terjadi pada poros yang berputar pada variasi tertentu.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Dasar
Sistem memiliki energi dalam sendiri, dimana bila diberi gaya gangguan pada frekuensi pribadinya (natural frequency), akan menimbulkan getaran dengan amplitudo yang besar. Setiap benda yang bergerak mempunyai energi kinetik dan setiap pegas memiliki energi potensial. Mesin – mesin umumnya dibuat dari bahan dengan modulus elastisitas tertentu, yang berarti mempunyai sifat elastis sehingga dapat berperilaku seperti pegas. Setiap elemen mesin memiliki massa dan bergerak dengan kecepatan tertentu, berarti elemen elemen mesin tersebut memiliki energi kinetik. Ketika suatu sistem dinamik bergetar, terjadi perpindahan energi dari potensial ke kinetik ke potensial dan seterusnya, berulang-ulang dalam sistem tersebut. Poros sebagai elemen mesin yang sangat penting, juga bergerak/berputar pada kecepatan tertentu dan mengalami lenturan (deflection) akibat momen puntir (torsion) dan atau momen bengkok (bending ).
putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dariputaran kritisnya. Respons amplitudo menunjukkan besaran tanpa dimensi dari perbandingan amplitudo outputdan input. Setiap redaman, ditunjukkan dengan perbandingan redaman, akan mengurangi rsaio amplitudo resonansi. Frekuensi pribadi tersebut disebut juga frekuensi kritis atau kecepatn kritis. Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya. Poros bisa menerima beban lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendirisendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya. (Josep Edward Shigley, 1983)
2.1.1 Poros
Poros adalah suatu alat yang berfungsi untuk meneruskan daya melalui putaran. Poros ini merupakan salah satu bagian yang terpenting yang terdapat pada setiap mesin. Poros juga merupakan komponen untuk memindahkan tenaga
2.1.2.1 Poros Transmisi
Poros transmisi kan mengalami beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada poros, daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai,dll.
2.1.2.2 Gandar
Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak menerima beban punter dan hanya mendapat beban lentur.
2.1.2.3 Poros Spindle
Poros spindle merupakan poros transmisi yang relative pendek , misalnya pada poros utama mesin perkakas dimana beban utamanya berupa beban puntiran. Selain beban puntiran, poros spindle juga menerima beban lentur (axial load ).
Adapun hal-hal yang harus diperhatikan pada saat pemilhan poros yang akan digunakan adalah sebagai berikut: 2.1.3.1 Kekuatan Poros
Poros transmisi akan menerima beban puntir, beban lentur, ataupun gabungan antara keduanya. Dalam perancangan poros perlu memperhatikan beberapa faktor, misalnya: Kelelahan, tumbukan dan pengaruh konsentrasi tegangan bila menggunakan poros bertangga ataupun penggunaan alat pasak pada poros tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban beban tersebut.
2.1.3.2 Kekakuan Poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekakuan yang cukup aman dalam menahan pembebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran mesin (vibration) dan suara (noise). Oleh karena itu selain memperhatikan kekuatan poros,
terhadap kausan. Beberapa bahan yang dimaksud di antaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel molibdem, dan lain-lain. Sekalipun demikian, pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasanya hanya untuk putaran tinggi dan beban berat saja. Hal ini perlu mempertimbangkan dalam pengguanaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan.
2.1.3.5 Putaran Kritis
Bila putaran mesin dinaikkan maka akan menimbulkan getaran ( vibration) pada mesin tersebut. Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah putaran normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar, motor listrik, dll. Selain itu, timbulnya getaran yang tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan poros perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari
Poros pada dasarnya bersifat elastic, dan menunjukkan karakteristikkarakteristik
pegas,
makauntuk
mengilustrasikan
pendekatan
dan
untuk
menjelaskan konsep-konsep darisuku-suku dasar yang dipakai maka digunakan analisa sebuah sistem pegas dan massa yang sederhana.
2.1.4.1 Massa bergerak di bidang horizontal
Gambar dibawah memperlihatkan suatu massa dengan berat W poundyang diam atas suatu permukaan licin tanpa gesekan dan diikatkan ke rangkastationer melalui sebuah pegas. Dalam analisa, massa pegas akan diabaikan.Massa dipindahkan sejauh x dari posisi keseimbangannya, dan kemudiandilepaskan. Jika Ingin menentukan tipe dari gerakan massa, dapat digunakan persamaan persamaan Newton dengan persamaan energi.
Gambar 2. 2 massa bergetar pada bidang vertikal
Dari kedua sistem diatas, Massa yang bergetar secara vertical mempunyai
Dimana: k: konstanta kekakuan poros (N/m) δ: Defleksi (m) m: massa (kg)
Konstanta (k) kekakuan poros merupakan suatu bilangan yang menyatakan besarnya gaya yang digunakan untuk mempertahankan eksentrisitasporos terhadap defleksi. Konstanta kekakuan poros dapat ditentukan dengan persamaan:
=
Dimana: g = gravitasi (9,81 m P = Gaya (N)
)
Dimana : k = konstanta kekakuan pegas (N/m) m = massa rotor
Bila terdapat beberapa benda yang berputar pada satu poros, maka dihitung terlebih dahulu putaran- putaran kritis Nc1, Nc2, Nc3, …, dari masing-masing benda tersebut yang seolah-olah berada sendiri pada poros, maka putaran kritis total dari sistem Nc,tot dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
Akan dibahas olakan poros untuk mengilustrasikan mengapa poros - poros menunjukkan lendutan yang sangat besar pada suatu kecepatan dari operasi, meskipun poros dapat berputar secara mulus pada kecepatan yang lebih rendah atau lebih tinggi. Gambar dibawah menunjukkan sebuah poros dengan panjang L cm ditumpu oleh bantalan pada ujung-ujungnya, sebuah piringan yang dipandang sebagai sebuah massa terpusat dan beratnya W Newton, aksi giroskop dari massa
Gaya pegas dari poros dapat dinyatakan dengan Kr, dimana k adalah laju pegas poros, yakni gaya yang diperlukan per cm lendutan poros pada piringan. Dengan menyamakan jumlah gaya-gaya pada gambar dengan nol, dengan termasuk gaya inersia, maka didapatkan :
()
Dengan menata kembali suku – sukunya :
Kecepatan berbahaya dari operasi suatu poros tertentu dinyatakan dengan kecepatan putaran kritis atau kecepatan olakan, yakni kecepatan dimana perbandingan r/e adalah tak hingga. Operasi pada suatu kecepatan yang mendekati
( ) Khusus untuk poros yang sedang dibahas ini, kecepatan kritis dapat dinyatakan dengan :
( )
Sebuah metode alternative adalah dengan menulis laju pegas k dalamsuku-suku suatu beban spesifik dan lendutan spesifik, beban yang samadengan berat piringan, yaitu P=W. Lendutan resultane akan berupa lendutanstatic dari poros horizontal, dibawah aksi beban piringan, lendutan static tersebut dinamakan xstJadi,
()
Gambar 2. 5 Grafik Kecepatan Kritis
Dari analisa didapatkan hubungan perbandingan maksimum dari r/e tidak tak
sehingga dalam operasi dihindari kecepatan putar yang demikian. Oleh karena itu perlu pengetahuan yang dalam mengenai putaran kritis ini. Apabila suatu poros dengan diameter D dan panjang L diberi beban massa sebesar M, kemudian diputar dengan kecepatan melebihi putaran maksimumnya akan menimbulkan getaran. jika keadaan tersebut dibiarkan terus menerusnya maka poros dapat mengalami kegagalan (fatigue), inilah yang dinamakan putaran kritis. Analisis pembebanan dalam perancangan poros atau komponen mesin sangatlah penting, karena jika beban telah diketahui maka dimensi, kekuatan, material, serta variabel design lainnya dapat ditentukan sehingga menghasilkan suatu produk yang berkualitas dan tahan lama.
BAB III METODOLOGI 3.1 Peralatan
Peralatan yang digunakan ialah: 1. Seperangkat alat uji putaran kritis. Terdiri dari motor, poros, slide regulator dan bantalan.
Gambar 3. 1 Alat Uji Putaran Kritis
2. Beban ( 2 variasi massa). Beban yang digunakan pada saat prktikum ialah 2 beban yang bebentuk
4. Mistar. Digunakan untuk mengukur panjang poros dengan tumpuan.
Gambar 3. 4 Mistar
5. Kunci L 2 mm. Digunakan untuk membuka dan mengunci beban agar beban dapat berubah-ubah jaraknya dan juga agar beban tidak lepas pada saat poros berputar.
2. Pasang semua peralatan seperti pengatur putaran rotor, motor, bantalan, dan peralatan lain dalam keadaan baik. 3. Posisikan letak rotor. 4. Hidupkan motor dan atur tegangan dengan slide regulator. 5. Hitung putaran poros dengan tachometer. 6. Ulangi percobaan diatas untuk posisi rotor yang berbeda. 7. Beberapa ansumsi percobaan: a. Pertambahan putaran slide regulator dianggap konstan. b. Panjang batang poros tetap. c. Batang penyangga rotor tidak meledut. 8. Catatlah data pengujian seperti pada tabel berikut:
Tabel 3. 1 Tabel Pengujian
NO 1
L (mm)
m (kg)
a (mm)
b (mm)
n c (mm)
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data
Diameter poros = 20 mm, Modulus elasitas = 190.000 Mpa 4.1.1 Data Pengamatan dengan Satu Beban. Tabel 4. 1 Hasil Pengamatan dengan Satu Beban.
NO
L (mm)
1 2 3
Tegangan (v)
m (kg)
100 640
125 150
1,625
a (mm)
b (mm)
nc (mm)
200
440
1142
200
440
1473
200
440
1484
6
150
150
1477
7
100
100
1441
100
1467
100
1478
8
640
125
9
3,25
150
4.2 Perhitungan 4.2.1 Perhitungan dengan Satu Beban.
Diketahui : d
Ditanya :
= 20 mm
E baja
= 190000 Mpa = 1,9 x 10 11 pa
m
= 1,625 kg
L
= 640 mm
I
=
P
= m . g = 1,625 kg x 9,81 m/s 2 = 15,94125 N
()
Nc teoritis = ... ? ( Untuk a = 200 mm dan b = 440 mm)
( ) ( ) = 0,05291845 mm
= 0,00005291845 m
301241,8146
= 4113,60466
c. Perhitungan Nc teoritis Untuk a = 540 mm dan b = 100 mm
( ) ( )
Ditanya : a. Nc teoritis = ... ? ( Untuk a = 245 mm) b. Nc teoritis = ... ? ( Untuk a = 150 mm) c. Nc teoritis = ... ? ( Untuk a = 100 mm)
Solusi : a. Perhitungan Nc teoritis Untuk a = 245 mm
( ) ( ) 0,21575 mm
0,00021575 m
147776
5133,60893
c. Perhitungan Nc teoritis Untuk a = 100 mm
( ) ( ) 0,1058831 mm
0,0001058831 m
301110,363
Posisi Rotor Terhadap Putaran (rpm) Percobaan 1600 1400 1200
) m1000 p r ( n 800 a r a t 600 u P
Tegangan 100 V Tegangan 125 V
400
Tegangan 150 V
200 0 0
1
2
3
4
Posisi Rotor
Gambar 4. 1 Grafik Posisi RotorTerhadap Putaran Percobaan
b. Perhitungan Nc teoritis Untuk a = 390 mm dan b = 250 mm
Posisi Rotor Terhadap Defleksi 0.06 0.05 0.04 i s k e l f 0.03 e D
Tegangan 100 V Tegangan 125 V
0.02
Tegangan 150 V 0.01 0 0
1
2
3
4
Posisi Rotor
Gambar 4. 3 Posisi Rotor Terhadap Defleksi
b. Perhitungan Nc teoritis Untuk a = 150 mm.
Posisi Rotor Terhadap Putaran (rpm) Teoritik 8000 7000 6000 e 5000 l t i T 4000 s i x A3000
Tegangan 100 V Tegangan 125 V
2000
Tegangan 150 V
1000 0 0
1
2
3
4
5
Axis Title
Gambar 4. 5 Posisi Rotor Terhadap Putaran Teoritik
4.4 Pembahasan
Dari hasil perhitungan diatas dan grafik yang dihasilkan dapat dilihat antara putaran percobaan dengan putaran rpm sangat berbeda, perbedaan ini sangat jauh sekali, perbedaanya hingga dapat 5 kali dari putaran percobaan, selain itu perhitungan pada teoritik setiap tegangan nilai kecepatan dan nilai defleksinya berbeda, ini mungkin yang menyebabkan perbedaan antara nilai putaran teoritis dan nilai teoritik. Penyebab perbedaan ini ialah ada dari faktor error human dan faktor error alat, error human atau kesalahan manusia ialah penempatan rumus yang tidak sesuai dengan yang telah ditentukan sehingga terdapat kesalahan dan juga ketelitian pada saat perhitungan yang kurang akurat sehingga angka yang didapat melenceng, selain itu pada saat pengambilan data putaran poros tidak akurat, sehingga putaran yang terbaca tidak sesuai dengan nilai yang seseungguhnya. Akan tetapi pada saat perhitungan, perhitungan sudah diperiksa kembali dengan seteliti mungkin akan tetapi nilai yang didapat sangat jauh berbeda, mungkin kesalahan dari manusia
dipengaruhi oleh tegangan sendangkan tegangan mempengaruhi putaran dari poros semakin besar tegangan maka putaran poros yang dihasilkan semakin besar, akan tetapi tidak dengan putaran teoritis, putaran teoritis dipengaruhi oleh konstanta
kekakuan
poros
dan
massa
sendangkan
tegangan
tidak
mempengaruhinya alhasil putaran poros teoritik untuk setiap tegangan sama. ini yang menyebabkan perbedaan jauh antara hasil teoritik dengan hasil percobaan, pengaruh tegangan tidak diperhitungkan pada perhitungan teoritik. Semakin tinggi tegagan semakin cepat putaran percobaan sendangkan putaran teoritik semakin tinggi tegangan yang dikeluarkan putaran teoritik sama karena pada perhitungan teoritik tidak diperhitungkan tegangannya.
e. Defleksi terbesar terjadi pada posisi beban yang terjadi, dan defleksi yang terkecil ialah mendekati pada tumpuan.
5.2 Saran
Saran yang diberikan pada praktikum ini ialah : a. Pada saat perhitungan teliti pada saat mengkonversi satuan. b. Pada saat pengambilan data putaran, pambacaan tachometer harus hingga pembacaan konstan. c. Perhatikan pada saat mengukur beban dan posisi beban.
Tabel hasil perhitungan dengan satu beban Nc (rpm) teoritis
No
Tegangan
L (m)
m (Kg)
a (m)
B (Mm)
Nc (rpm)
I (mm )
4
E (MPa)
P (N)
Defleksi (mm)
1
100
640
1,625
200
440
1142
7850
190000
15,94125
0,043108532
369793,3884
4557,68698
2
125
640
1,625
200
440
1473
7850
190000
15,94125
0,043108532
369793,3884
4557,68698
3
150
640
1,625
200
440
1484
7850
190000
15,94125
0,043108532
369793,3884
4557,68698
4
100
640
1,625
390
250
1439
7850
190000
15,94125
0,05291845
301241,8146
4113,60466
5
125
640
1,625
390
250
1470
7850
190000
15,94125
0,05291845
301241,8146
4113,60466
6
150
640
1,625
390
250
1481
7850
190000
15,94125
0,05291845
301241,8146
4113,60466
7
100
640
1,625
540
100
1437
7850
190000
15,94125
0,0162325
982057,6132
7427,34175
8
125
640
1,625
540
100
1466
7850
190000
15,94125
0,0162325
982057,6132
7427,34175
9
150
640
1,625
540
100
1477
7850
190000
15,94125
0,0162325
982057,6132
7427,34175
K
1
