simulasi penghitungan dan eksperimental …digilib.unila.ac.id/59405/3/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
SIMULASI PENGHITUNGAN DAN EKSPERIMENTAL
PERBANDINGAN KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK
PELUMAS MENGGUNAKAN SISTEM GETARAN
TEREDAM BATANG KANTILEVER
(Skripsi)
Oleh
Selviana Larasati
1315021060
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
ABSTRACT
AN ANALYTIC AND EXPERIMENTAL SIMULATION OF LUBRICANT OIL
VISCOUS DAMPING COEFFICIENTS COMPARATION USING DAMPED
VIBRATION SYSTEM ON A CANTILEVER BEAM
By
SELVIANA LARASATI
A simple vibration system in general consists of a mass, a spring and a damper, where
a model of cantilever beam structure with a spring and a viscous damper were used in
this study. The previous study mainly discussed about a cantilever vibration test system
with no damper, while in this study the same vibration test system was used for
comparation of variation of viscous dampers. This system was used to calculate
viscous damping coefficients for several types of oil lubricants. Experimentally, a
logarithmic decreament method was used to obtain the damping ratio values. While
the equation of motion system were carried analytically derived from damped
cantilever beam system free body diagram to obtain the viscous damping coefficient
equation. From the experiment and calculations result, the damping coefficient of used
SAE 10 and SAE 40 lubricant oils increased by 267 % and 208 % consecutively
compared to the new one, while the damping coefficient of new SAE 40 is 145 % higher
compared to new SAE 10, whereas used SAE 40 had a 113 % higher damping
coefficient in comparison to that of used SAE 10’s.
Keywords : Viscous Damper, Damping Coefficient, Lubricant Oil
ABSTRAK
SIMULASI PENGHITUNGAN DAN EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN
KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK PELUMAS MENGGUNAKAN
SISTEM GETARAN TEREDAM BATANG KANTILEVER
Oleh
SELVIANA LARASATI
Sistem getaran sederhana secara umum terdiri atas massa, pegas dan peredam, di mana
pada penelitian ini digunakan model struktur batang kantilever dengan pegas dan
peredam viscos. Penelitian sebelumnya menganalisis alat uji getaran sistem batang
kantilever ta pa peredam. Namun, dalam penelitian ini digunakan alat uji getaran yang
sama untuk tujuan membandingkan redaman viscos. Sistem ini digunakan untuk
mengukur koefisien redaman viscos untuk berbagai jenis minyak pelumas. Secara
eksperimental, metode pengurangan logaritmik digunakan untuk mendapatkan nilai
rasio redaman, selanjutnya secara analitik penurunan persamaan dapat dilakukan
dengan menggunakan diagram benda bebas sistem batang kantilever teredam untuk
mendapatkan persamaan koefisien redaman viscos. Dari pengujian dan perhitungan
yang telah dilakukan koefisien redaman minyak pelumas SAE 10 bekas mengalami
kenaikan sebesar 267% dibandingkan yang baru, sedangkan minyak pelumas SAE 40
bekas juga mengalami kenaikan sebesar 208% dari yang baru sedangkan untuk SAE
40 baru memiliki nilai koefisien redaman 145% lebih besar dari SAE 10 baru dan SAE
40 bekas memiliki nilai koefisien redaman 113% lebih tinggi dari minyak pelumas
SAE 10 bekas.
Kata Kunci : Peredam Viscos, Koefisien Redaman, Minyak Pelumas
SIMULASI PENGHITUNGAN DAN EKSPERIMENTAL
PERBANDINGAN KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK
PELUMAS MENGGUNAKAN SISTEM GETARAN TEREDAM BATANG
KANTILEVER
Oleh
SELVIANA LARASATI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
Judul Skripsi : SIMULASI PENGHITUNGAN DAN
EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN
KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK
PELUMAS MENGGUNAKAN SISTEM
GETARAN TEREDAM BATANG
KANTILEVER
Nama Mahasiswa : Selviana Larasati
Nomor Pokok Mahasiswa : 1315021060
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Zulhendri H., S.T., M.T. Novri Tanti, S.T., M.T.
NIP.197310022000031001 NIP.197011041997032001
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin
Ahmad Su’udi, S.T., M.T.
NIP.197408162000121001
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua : Zulhendri H., S.T., M.T. ………………
Anggota Penguji : Novri Tanti, S.T., M.T. ………………
Penguji Utama : Ahmad Su’udi, S.T., M.T. ………………
2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung
Prof. Suharno, M.S., M.Sc., Ph.D.
NIP. 19620717 198703 1 002
Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 27 Septembar 2019
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di desa Wonokarto, RT 02 RW 01,
Kecamatan Gadingrejo, Kabupaten Pringsewu pada tanggal 30
Juni 1995 sebagai anak pertama dari empat bersaudara dari
pasangan Benny Wahyudi dan Hesti Widijastuti.
Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri 7 Gadingrejo,
Kecamatan Gadingrejo, Kabupaten Pringsewu pada tahun 2007. Selanjutnya
melanjutkan pendidikan di Sekolah Menegah Pertama di SMP Negeri 1 Gadingrejo
pada tahun 2010, dan menyelesaikan pendidikan di Sekolah Menengah Atas di SMA
Negeri 1 Gadingrejo, Kecamatan Gadingrejo, Kabupaten Pringsewu pada tahun 2013.
Pada tahun 2013 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Lampung melalui jalur penerimaan Seleksi Bersama Masuk Perguruan
Tinggi Negeri (SBMPTN). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif mengikuti
kegiatan organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) Universitas
Lampung sebagai Staff Kesekretariatan periode 2014-2015, dan sebagai Staff Humas
periode 2015-2016. Penulis juga mengikuti organisasi Forum Silaturrahim dan Studi
Islam Fakultas Teknik (FOSSI) sebagai Sekretaris Departemen Media Informasi pada
viii
tahun 2015-2016. Dibidang akademik penulis juga mengikuti beberapa kegiatan
lomba, pada tingkat Nasional yaitu mengikuti kegiatan Kino Youth Innovator Award
tahun 2017 di Kota Malang dan mendapat posisi sebagai runner up 2. Penulis juga
mengikuti Pertamina Ide Gila Award 2017 di Kota Bandung sebagai semifinalis.
Penulis melakukan Kerja Praktik (KP) di PT. SO GOOD FOOD Lampung, Kabupaten
Pesawaran pada tahun 2018. Pada tahun 2018 penulis melakukan penelitian pada
bidang perancangan dengan judul “Simulasi Penghitungan dan Eksperimental
Perbandingan Koefisien Redaman Viscos Minyak Pelumas Menggunakan Sistem
Getaran Teredam Batang Kantilever” dibawah bimbingan Bapak Zulhendri H., S.T.,
M.T., dan Ibu Novri Tanti, S.T., M.T.
MOTTO
Kita Tak Punya Satu Alasanpun Untuk Gagal
Tapi Kita Punya 1000 Alasan Untuk Sukses
Hanya 1 Kata “BERJUANG”
Orang Tua Itu Cinta, Keluarga Itu Nafas, Allah SWT Segalanya
Bersyukur Kuncinya…
(Selviana Larasati)
PERSEMBAHAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas berkat rahmat dan
karunia-Nya.
Kupersembahkan Karya ini
kepada kedua Orang Tuaku Tercinta
Benny Wahyudi
&
Hesti Widijastuti
Ketiga Adikku
Angga Rizky Wahyudi, Keisya Chelsea Widijastuti dan Claudya Natalie
Serta
Rekan-rekan seperjuangan penulis
MESIN 2013
Almamater tercinta
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMPUNG
xi
SANWACANA
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Puji dan syukur selalu saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena berkat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan baik. Laporan
tugas akhir ini dengan judul “Studi Analitik, Numerik, Dan Eksperimental Koefisien
Redaman Viscos Minyak Pelumas Menggunakan Sistem Getaran Teredam Batang
Kantilever”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam mencapai gelar
“Sarjana Teknik” di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Ucapan terima kasih kepada semua pihak atas bantuan baik moral maupun materil yang
telah membantu kelancaran penyusunan skripsi ini, yaitu kepada:
1. Kedua orang tua penulis, Bapak (Benny Wahyudi) dan Ibu (Hesti Widijastuti)
yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moral materil kepada penulis.
2. Adik saudara kandung Angga Rizky Wahyudi, Keisya Chelsea Widijastuti, dan
Claudya Natalie, kejarlah mimpi kalian setinggi mungkin.
3. Bapak Zulhendri H., S.T., M.T., selaku pembimbing 1 tugas akhir penulis,
terimakasih atas segala waktu yang telah diluangkan untuk membimbing penulis
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Ibu Novri Tanti, S.T., M.T., selaku pembimbing 2 tugas akhir ini, terima kasih
atas kesediaan dan arahannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T., selaku pembahas tugas akhir ini, dan juga
Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, terima kasih atas saran dan
masukan yang membangun dalam penyempurnaan laporan tugas akhir ini.
xii
6. Bapak Nafrizal, S.T., M.T., selaku pembimbing akademik yang telah
memberikan banyak pengarahan dan masukan.
7. Bapak serta Ibu Dosen Jurusan Teknik Mesin atas bimbingan dan ilmu yang telah
diberikan selama perkuliahan.
8. Terimakasih kepada kakak penulis Azlia Metta Y, Oktora Susanti, Ningrum,
Rahmawati Sa’diyah, Titis Rofiana, serta adik tingkat yang sama-sama berjuang
mengerjakan skripsi Satrio Budiraharjo, M. Yakuti Arsy, Zulfa Ariqoh, dan
Dewa Anom yang selalu menemani selama penulis melaksanakan studi di
jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
9. Terimakasih kepada seluruh rekan-rekan Teknik Mesin Universitas Lampung
angkatan 2013 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
10. Terimakasih kepada seluruh rekan-rekan FOSSI FT UNILA yang tidak dapat
disebutkan satu persatu.
Harapan terbesar penulis agar laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi
penulis khususnya dan pembaca umumnya. Penulis menyadari bahwa selama
penyusunan dan penulisan laporan tugas akhir ini masih banyak terdapat kesalahan dan
kekurangan serta masih sangat jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu kritik dan saran
serta masukan yang bersifat membangun sangat diperlukan untuk perbaikan laporan
tugas akhir ini menjadi lebih baik.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Bandar Lampung, September 2019
Penulis
Selviana Larasati
NPM. 1315021060
xiii
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ......................................................................................................... i
HALAMAN JUDUL .......................................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ v
SURAT PERNYATAAN PENULIS ................................................................ vi
RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... vii
MOTTO ............................................................................................................ ix
PERSEMBAHAN .............................................................................................. x
SANWACANA .................................................................................................. xi
DAFTAR ISI ...................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xix
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xx
xiv
BAB I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ........................................................................................... 1
B. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2
C. Batasan Masalah ........................................................................................ 2
D. Sistematika Penyusunan............................................................................. 3
BAB II . TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengertian Getaran ...................................................................................... 4
1. Klasifikasi Getaran ................................................................................ 6
a. Getaran Bebas dan Getaran Paksa .................................................... 6
b. Getaran Teredam dan Getaran Tak Teredam ................................... 6
c. Getaran Linier dan Getaran Non Linier ........................................... 7
d. Getaran Deterministik dan Getaran Acak ......................................... 7
2. Komponen Sistem Getaran ....................................................................... 8
B. Jenis Sistem Redaman ................................................................................. 9
1. Redaman Kurang ..................................................................................... 9
2. Redaman Berlebih ................................................................................. 10
3. Redaman Kritis ...................................................................................... 10
C. Pemodelan Sistem Getaran ...................................................................... 11
D. Pengurangan Logaritmik .......................................................................... 14
E. Viscositas ................................................................................................. 16
1. Sifat Zat Cair ...................................................................................... 16
2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Viscositas .................................. 17
xv
F. SAE ........................................................................................................... 17
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................. 19
1. Tempat Penelitian ............................................................................... 19
2. Waktu Penelitian ................................................................................ 19
B. Alat Pengujian .......................................................................................... 20
C. Kaji Analitik ............................................................................................. 21
D. Prosedur Pengujian .................................................................................. 21
E. Penyusunan Program Komputasi ............................................................. 22
F. Analisis ..................................................................................................... 22
G. Simpulan dan Saran .................................................................................. 22
H. Bagan Alir Penelitian ............................................................................... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Perhitungan ..................................................................................... 24
B. Hasil Respon Eksperimental dan Numerik .............................................. 26
1. Minyak Pelumas SAE 10 Baru .......................................................... 26
2. Minyak Pelumas SAE 10 Bekas ........................................................ 27
3. Minyak Pekumas SAE 40 Baru .......................................................... 29
4. Minyak Pelumas SAE 40 Bekas ........................................................ 30
C. Analisis Kombinasi Pengujian ................................................................. 31
1. Minyak Pelumas SAE 10 Baru dengan SAE 10 Bekas ............................ 32
2. Minyak Pelumas SAE 40 Baru dengan SAE 40 Bekas ............................ 33
xvi
3. Minyak Pelumas SAE 10 Baru dengan SAE 40 Baru .............................. 34
4. Minyak Pelumas SAE 10 Bekas dengan SAE 40 Bekas ......................... 35
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan .................................................................................................. 38
B. Saran ......................................................................................................... 39
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 4.2 Data pengukuran respon getaran untuk berbagai minyak pelumas............ 24
Tabel 4.2 Hasil perhitungan koefisien redaman minyak pelumas ............................ 25
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Simpangan terhadap waktu getaran bebas ................................................ 7
Gambar 2.2 Grafik getaran deterministic ..................................................................... 8
Gambar 2.3 Grafik getaran acak .................................................................................. 8
Gambar 2.4 Peredam sistem getaran pegas massa ...................................................... 9
Gambar 2.5 Grafik redaman kurang ........................................................................... 10
Gambar 2.6 Grafik redaman berlebih ......................................................................... 10
Gambar 2.7 Grafik redaman kritis ............................................................................. 11
Gambar 2.8 Permodelam sistem getaran batang kantilever ....................................... 11
Gambar 2.9 Diagram benda bebas sistem batang kantilever teredam ....................... 12
Gambar 2.10 Pengurangan logaritmik ...................................................................... 14
Gambar 3.1 Perangkat uji getaran GUNT TM 150 ................................................... 20
Gambar 3.2 Bagan Alir Penelitian ............................................................................ 23
Gambar 4.1 Hasil respon ekperimental getaran dengan fluida SAE 10 baru ............. 27
Gambar 4.2 Hasil respon simulasi gataran dengan fluida SAE 10 baru ................... 27
xviii
Gambar 4.3 Hasil respon eksperimental getaran dengan fluida SAE 10 bekas ........ 28
Gambar 4.4 Hasil repon simulasi getaran dengan fluida SAE 10 bekas ................... 28
Gambar 4.5 Hasil respon eksperimental getaran dengan fluida SAE 40 baru .......... 29
Gambar 4.6 Hasil respon simulasi getaran dengan fluida SAE 40 baru ................... 30
Gambar 4.7 Hasil respon eksperimental getaran dengan fluida SAE 40 bekas ........ 30
Gambar 4.8 Hasil respon simulasi getaran dengan fluida SAE 40 bekas ................. 31
Gambar 4.9 Hasil respon kombinasi SAE 10 baru dan SAE 10 bekas ...................... 33
Gambar 4.10 Hasil respon kombinasi SAE 40 baru dan SAE 40 bekas .................... 34
Gambar 4.11 Hasil respon kombinasi SAE 10 baru dan SAE 40 baru ...................... 35
Gambar 4.12 Hasil respon kombinasi SAE 10 bekas dan SAE 40 bekas ................. 36
DAFTAR SIMBOL
𝑎 Jarak titik pusat ke redaman (𝑚)
𝑏 Jarak titik pusat ke pegas (𝑚)
𝐶 Koefisien redaman (𝑁𝑠𝑚⁄ )
𝐶𝑐 Redaman Kritis (𝑁𝑠𝑚⁄ )
𝑒 Eksponensia
𝐽0 Momen pada batang
𝑘 Konstanta Pegas 𝑁 𝑚⁄
𝑙 Panjang batang (𝑚)
𝑚 Massa (𝑘𝑔)
𝑠 Akar Persamaan
𝑋 Amplitudo (𝑚)
𝜋 Phi (22
7 atau 3,14)
𝛿 Pengurangan Logaritmik
𝜁 Rasio redaman
𝜔𝑑 Frekuensi redaman (𝑅𝑎𝑑𝑠⁄ )
𝜔𝑛 Frekuensi pribadi (𝑅𝑎𝑑𝑠⁄ )
𝜏𝑑 Perioda teredam (𝑠)
𝜃 Defleksi terhadap sumbu X (°)
𝜙 Phasa (𝑟𝑎𝑑)
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Setiap benda yang memiliki massa (𝑚) dan kekakuan (𝑘) akan mampu untuk
bergetar. Getaran yang terjadi dapat ditandai dengan adanya gerakan bolak-
balik di sekitar titik keseimbangan sistem getaran tersebut. Klasifikasi getaran
disusun berdasarkan beberapa kelompok, diantaranya adalah: berdasarkan
ada atau tidaknya redaman pada sistem, maka getaran dapat dikelompokkan
menjadi dua, yaitu sistem getaran tak teredam dan sistem getaran teredam.
Sebuah sistem getaran teredam terjadi dikarena adanya atau dilibatkannya
redaman, baik itu redaman viscos maupun redaman columb atau jenis
redaman lainnya. Ditinjau dari ada atau tidaknya gaya gangguan, maka
getaran dapat diklasifikasikan ke dalam getaran bebas dan getaran paksa.
Getaran paksa terjadi ketika sistem diganggu dengan gaya gangguan (gaya
eksitasi). Pada getaran paksa dapat dikatakan teredam apabila energi yang
diberikan oleh gaya ganggu (gaya eksitasi) berkurang atau hilang sama sekali.
Pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya (Bowo, 2017) menganalisis
alat uji getaran tanpa redaman dengan varian pegas. Dalam penelitian ini,
2
digunakan variasi peredaman viscos pada batang kantilever. Selain dihitung
secara analitik, penghitungan ini juga dituliskan dalam simulasi program
MATLAB. Penelitian ini bertujuan untuk menghitung dan membandingkan
koefisien redaman viscos dari berbagai jenis minyak pelumas menggunakan
sistem batang kantilever, sementara itu peredam dinamik (DVA) untuk sistem
batang kantilever telah lebih dulu dilakukan (Hasymi, 2010). Penelitian ini
berjudul Simulasi Penghitungan dan Eksperimental Perbandingan Koefisien
Redaman Viscos Minyak Pelumas Menggunakan Sistem Getaran Teredam
Batang Kantilever.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelituan ini adalah sebagai berikut:
1. Menghitung koefisien redaman viskos minyak pelumas menggunakan
sistem getaran kantilever.
2. Membandingkan koefisien redaman viscos yang diperoleh, antara lain:
SAE 10 baru dengan SAE 10 bekas, SAE 40 baru dengan SAE 40 bekas,
SAE 10 baru dengan SAE 40 baru, SAE 10 bekas dengan SAE 40 bekas.
C. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam hal ini diberikan agar pembahasan dari hasil yang
didapatkan lebih terarah. Adapun batasan masalah pada penelitian kali ini
adalah :
1. Sistem getaran yang digunakan diasumsikan sebagai sistem getaran satu
derajat kebebasan.
3
2. Alat uji yang digunakan alat Gunt TM 150.20 pengujian sistem getaran
yang terdapat pada lab mekanika struktur Teknik Mesin, Universitas
Lampung.
3. Program simulasi yang digunakan disusun dengan menggunakan bahasa
komputasi MATLAB R2014A.
D. Sistematika Penyusunan
Adapun sistematika penyusunan tugas akhir ini dimulai dari Bab I
Pendahuluan yang berisi tentang : latar belakang, tujuan, batasan masalah
serta sistematika penulisan laporan tugas akhir. Bab II Tinjauan Pustaka yang
akan menjelaskan tentang landasan teori yang menunjang penelitian dan
mendukung pembahasan pada tugas akhir. Teori-teori yang digunakan akan
sangat membantu sebagai rujukan dalam pelaksanaan penyusunan tugas
akhir. Bab III Metodelogi Penelitian merupakan penjelasan tentang prosedur
penelitian dan bagan akhir penelitian. Bab IV Hasil dan Pembahasan
menjelaskan tentang hasil yang didapatkan dari hasil pengujian dan analisis
dan evaluasi terhadap penelitian tersebut. Selajutnya Bab V Simpulan dan
Saran, berisi mengenai simpulan yang diambil dari pembahasan dan saran
yang dapat diberikan peneliti kepada peneliti selanjutnya.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengertian Getaran
Getaran merupakan gerak osilasi disekitar titik atau posisi seimbang yang
disebabkan oleh getaran udara atau gaya eksitasi, misalnya mesin atau alat-
alat mekanik. Semua mesin yang beroperasi pasti bergetar meskipun
intensitasnya sangat rendah, oleh karena itu getaran banyak digunakan
untuk menganalisis mesin-mesin baik dari gerak rotasi atau translasi.
Dalam sistem biologis, getaran merupakan salah satu cara tubuh untuk
berkomunikasi, seperti telinga bergetar untuk mendengar, pita suara
bergetar untuk berbicara, kemudian berjalan juga melibatkan gerak osilasi
dari kaki dan tangan sedangkan pernapasan berhubungan dengan getaran
pada paru-paru. Dalam dunia musik, getaran yang terjadi pada alat musik
seperti gitar dan drum merupakan hal yang diinginkan.
Pada sebagian besar sistem mekanik dan struktur, getaran yang tidak
diinginkan dapat terjadi dan bahkan bersifat destruktif. Misalnya getaran
pada rangka pesawat yang menyebabkan fatigue dan akhirnya
mengakibatkan kerusakan. Struktur yang dirancang untuk mendukung
mesin sentrifugal, seperti motor dan turbin, atau mesin reciprocating,
5
seperti mesin uap juga mengalami getaran. Dalam hal ini, struktur atau
komponen mesin yang bergetar dapat mengakibatkan kelelahan material
yang menghasilkan variasi siklus dari induced stress. Selain itu, getaran
menyebabkan keausan lebih cepat dari salah satu bagian mesin seperti
bearing dan gear dan juga terjadinya kebisingan yang berlebihan. Dalam
proses pemotongan logam, getaran dapat menyebabkan pemotongan
menjadi tidak stabil dan mengakibatkan permukaan pemotongan menjadi
kurang baik.
Hal yang perlu dihindari dalam sistem getaran adalah resonansi. Resonansi
terjadi pada saat frekuensi eksitasi sama dengan frekuensi natural dari
sistem utama, sehingga mengarah pada defleksi yang semakin membesar.
Karena efek dahsyat dari getaran yang terjadi pada mesin dan struktur,
maka pengujian getaran telah menjadi prosedur standar dalam kebanyakan
desain dan pengembangan sistem rekayasa. Terlepas dari efek yang
merugikan, getaran dapat dimanfaatkan pada beberapa aplikasi industri,
contohnya pada pengayak getar, compactors, mesin cuci, sikat gigi
elektrik, jam dan alat pemijat listrik elektrik. Getaran juga digunakan pada
pile driver (mesin pancang), penguji getaran pada suatu material, vibratory
finishing process, yang berguna untuk mesimulasikan gempa pada
penelitian geologi dan juga untuk melakukan studi dalam desain reaktor
nuklir (Rao, 2004).
Berikut ini merupakan hal-hal dasar yang perlu diketahui dari getaran,
antara lain :
6
1. Klasifikasi Getaran
Secara teori getaran dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis.
Berikut ini merupakan beberapa klasifikasi dalam getaran.
a. Getaran Bebas dan Getaran Paksa
Getaran bebas terjadi apabila sistem berosilasi karena bekerjanya
gaya yang ada dalam sistem itu sendiri dan tidak ada gaya luar yang
bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergetar pada satu atau
lebih frekuensi naturalnya, merupakan sistem dinamika yang
dibentuk oleh distribusi massa dan kekakuannya.
Getaran yang terjadi akibat rangsangan gaya luar disebut getaran
paksa. Jika rangsangan tersebut berosilasi, maka sistem dipaksa
untuk bergetar sesuai dengan frekuensi rangsangan. Jika frekuensi
rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka
akan didapat keadaan resonansi, dan osilasi besar yang mungkin
akan sangat berbahaya. Kerusakan yang terjadi pada struktur besar
seperti jembatan, gedung atau sayap pesawat terbang, merupakan
kejadian yang disebabkan resonansi. Maka perhitungan frekuensi
natural merupakan hal yang sangat penting dalam sistem getaran
(Thomson, 1981).
b. Getaran Teredam Getaran Tak Teredam
Jika tidak ada energi yang hilang atau terserap oleh gesekan dan
tidak ada tahanan lain selama osilasi, maka getaran ini dikenal
dengan getaran tak teredam. Apabila ada energi yang terserap oleh
7
gesekan dan tahanan lain, maka getaran ini disebut getaran teredam.
Dalam banyak kasus, apabila redamannya sangat kecil, maka dapat
diabaikan agar dapat memudahkan perhitungan frekuensi natural.
Namun, perhitungan redaman menjadi sangat penting untuk
dianalisis apabila sistem getaran yang mendekati resonansi.
Gambar 2.1 Simpangan terhadap waktu getaran bebas.
c. Getaran Linier dan Getaran Non Linier
Jika getaran adalah getaran linier, maka berlaku prinsip superposisi
dan analisis dengan menggunakan pemodelan matematika yang
dikembangkan dengan baik. Sedangkan untuk non-linier, prinsip
superposisi tidak valid dan teknik untuk menganalisisnya sangat
sulit.
d. Getaran Deterministik dan Getaran Acak
Jika nilai atau besarnya eksitasi yang bekerja dalam sistem getaran
dapat diukur dan diketahui pada waktu tertentu, maka hal ini disebut
8
deterministik, getaran yang dihasilkan juga merupakan
deterministik. Sebaliknya, apabila nilai eksitasi tidak dapat
diprediksi pada waktu tertentu, maka getaran yang dihasilkan
merupakan getaran acak (Rao, 2004).
Gambar 2.2 Grafik getaran deterministic
Gambar 2.3 Grafik getaran acak
2. Komponen Sistem Getaran
Sistem getaran sederhana dapat dimodelkan oleh sistem yang terdiri
dari massa (𝑚), pegas (𝑘) dan peredam (𝑐). Secara umum, sebuah
9
sistem getaran merupakan sarana untuk menyimpan energi potensial
(spring atau elastisitas), energi kinetik (massa atau inersia), dan energi
yang hilang secara bertahap (peredam). Sistem getaran melibatkan
transfer energi potensial ke energi kinetik dan energi kinetik ke energi
potensial secara berkesinambungan. Jika sistem teredam, maka
beberapa energi yang diserap dalam setiap siklus getaran dan harus
diganti oleh gaya eksternal bila ingin mempertahankan keadaan getaran
yang stabil.
Gambar 2.4 Peredam sistem getaran pegas massa.
B. Jenis Sistem Redaman
Adapun jenis-jenis sistem redaman adalah sebagai berikut:
1. Redaman Kurang
Sistem redaman kurang memiliki rasio redaman antara nol hingga satu
(0 < 𝜁 < 1), sehingga redaman kurang akan memberikan respon
osilasi dengan peluruhan eksponensial.
10
Gambar 2.5 Grafik redaman kurang
2. Redaman Berlebih
Dalam sistem redaman berlebih rasio redaman lebih besar dari satu
(𝛿 > 1). Sistem redaman berlebih merupakan sistem redaman yang
tidak terombang-ambing dan langsung kembali ke posisi eksponensial.
Gambar 2.6 Grafik redaman berlebih.
3. Redaman kritis
Pada sistem redaman kritis nilai rasio sama dengan 1 (𝜁 = 1). Sistem
redaman kritis merupakan sistem redaman yang terdapat osilasi namun
11
sangat kecil sehingga dapat kembali ke titik awal dengan cepat
(Gracia,2015).
Gambar 2.7 Grafik redaman kritis
C. Pemodelan Sistem Getaran
Sistem batang kantilever merupakan sistem getaran yang sering dijumpai
dan dapat dimodelkan seperti gambar 2.8 berikut ini :
Gambar 2.8 Permodelam sistem getaran batang kantilever.
12
Adapun penurunan persamaan gerak sistem batang kantilever ini dapat
dilihat dari diagram benda bebas berikut ini, menggunankan metode
kesetimbangan berikut :
Gambar 2.9 Diagram benda bebas sistem batang kantilever teredam
Dari diagram benda bebas teredam di atas dapat diterapkan persamaan
keseimbangan momen yang akan dijelaskan dalam beberapa persamaan
berikut ini
∑ 𝑀0 = 0 (2.1)
𝐽0�̈� + 𝐶𝑎2�̇� + 𝑘𝑏2𝜃 = 0 (2.2)
Dengan menggunakan asumsi jawab sebagai berikut :
𝜃 = 𝑒𝑠𝑡 (2.3)
�̇� = 𝑠𝑒𝑠𝑡 (2.4)
�̈� = 𝑠2𝑒𝑠𝑡 (2.5)
Asumsi jawab diatas disubtitusi kedalam persamaan gerak, sehingga
diperoleh persamaan berikut ini :
(𝐽0𝑠2 + 𝑐𝑎2𝑠 + 𝑘𝑏2)𝑒𝑠𝑡 = 0 (2.6)
13
Ruas kedua dari persamaan 6 tidak boleh sama dengan 0, sehingga ruas
pertamalah yang harus sama dengan 0, sehingga diperoleh persamaan
berikut :
𝐽0𝑠2 + 𝑐𝑎2𝑠 + 𝑘𝑏2 = 0 (2.7)
Frekuensi pribadi sistem dapat diperoleh dengan membuat koofisien (𝑐)
redamannya menjadi 0, sehingga diperoleh persamaan (𝜔𝑛) sebagai
berikut :
𝜔𝑛 = √𝑘𝑏2
𝐽0 (2.8)
Persamaan 6 dapat disederhanakan menjadi
𝑠2 + 𝑐𝑎2 + 𝑘𝑏2 = 0 (2.9)
Persamaan 9 disubtitusikan menggunakan persamaan abc sehingga
didapatkan
𝑠1,2 =𝑐𝑎±√𝑐𝑎2−4𝐽0𝑘𝑏2
2𝐽0 (2.10)
𝑠1,2 = −𝑐𝑎2
2𝐽0± √(
𝑐𝑎2
2𝐽𝑜)
2
−4(𝐽0)(𝑘𝑏2)
(2𝐽0)2 (2.11)
𝑠1,2 = −𝑐𝑎2
2𝐽0± √(
𝑐𝑎2
2𝐽0)
2
−𝑘𝑏2
𝐽0 (2.12)
(𝑐𝑎2
2𝐽0)
2
−𝑘𝑏2
𝐽0= 0 (2.13)
(𝑐𝑎2
2𝐽0)
2
=𝑘𝑏2
𝐽0 (2.14)
Dari persamaan 14 didapatkan persamaan titik redaman kritis (𝐶𝑐) sebagai
berikut :
𝑐𝑎2
2𝐽0= √
𝑘𝑏2
𝐽0 (2.15)
14
Dimana 𝐽0 =1
3𝑚𝑙2 maka persamaan (15) manjadi (Inman, 2001):
3𝑐𝑎2
2𝑚𝑙2 = √3𝑘𝑏2
𝑚𝑙2 (2.16)
3𝑐𝑎2
2𝑚𝑙2 = 𝜔𝑛 (2.17)
3𝑐𝑎2 = 2𝑚𝑙2 𝜔𝑛 (2.18)
𝐶𝑐 =2𝑚𝑙2
3𝑎2 𝜔𝑛 (2.19)
Mencari frekuensi teredam
𝜔𝑑 = 𝜔𝑛√1 − 𝜁2 (2.20)
𝜔𝑑 = √3𝑘𝑏2
𝑚𝑙2 √1 − (𝐶
𝐶𝑐)
2
(2.21)
Sedangkan ratio redaman (𝜁) adalah
𝜁 = (𝑐
𝑐𝑐) (2.22)
D. Pengurangan Logaritmik
Pengurangan logaritmik merupakan suatu cara mudah dalam menentukan
koefisien redaman. Hal ini dapat dilakukan dengan mengukur penurunan
laju osilasi pada grafik respon getaran, seperti terlihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Grafik pengurangan logaritmik
15
Pada gambar 2.10 terlihat pengurangan logaritmik yang
didefinisikan sebagai logaritma natural dari rasio dua amplitude
yang berurutan. Sehingga persamaan pengurangan logaritmik dapat
ditulis sebagai berikut :
𝛿 = ln𝑥1
𝑥2 (2.23)
𝛿 = ln𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡 sin(𝜔𝑑𝑡+𝜙)
𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡 𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 sin(𝜔𝑑𝑡+𝜙) (2.24)
Dikarenakan nilai-nilai sinusnya sama apabila waktu ditambah
dengan periode redaman, maka persamaan 24 menjadi:
𝛿 = ln𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡
𝑒−𝜁𝜔𝑛(𝑡+𝑇𝑑) (2.25)
𝛿 = ln𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡
𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 (2.26)
𝛿 = ln 𝑒𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 (2.27)
𝛿 = 𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 (2.28)
Perioda redaman disubtitusikan dengan persamaan perioda redaman 𝑇𝑑 =
2𝜋
√1−𝜁2𝜔𝑛 maka pengurangan logaritmik menjadi :
𝛿 =2𝜋𝜁
√1−𝜁2 (2.29)
Dari persamaan 29 didapatkan nilai faktor rasio redaman (𝜁)
𝜁 =𝛿
√4𝜋2+𝛿2 (2.30)
selanjutnya nilai yang telah didapatkan disubtitusikan ke persamaan 22
(Thomson,1981).
16
E. Viscositas
Viscositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida yang menunjukkan
besar kecilnya gesekan internal fluida. Kekentalan merupakan sifat cairan
yang sangat berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir. Beberapa
cairan mempunyai sifat yang mengalir dengan cepat, sedangkan lainnya
mengalir secara lambat. Cairan yang dapat mengalir cepat contohnya
seperti air, alkohol, dan bensin karena memiliki nilai Viscositas kecil.
Sedangkan cairan yang mengalir dengan lambat seperti gliserin, minyak
asto dan madu karena mempunyai nilai Viscositas yang besar. Jadi
Viscositas tidak menentukan kecepatan mengalirnya suatu cairan.
Viscositas (kekentalan) cairan akan menimbulkan gesekan antar bagian
atau lapisan cairan yang bergerak satu dengan yang lain. Hambatan atau
gesekan yang terjadi biasanya ditimbulkan oleh gaya kohesi di dalam zat
cair. Kekentalan terjadi karena kohesi antar partikel zat cair. Zat cair ideal
tidak mempunyai kekentalan.
1. Sifat Zat Cair
a. Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair maka, akan
terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan
atmosfer.
b. Mempunyai rapat massa dan berat jenis.
c. Dapat dianggap tidak termampatkan.
d. Mempunyai Viscositas (kekentalan).
e. Mempunyai kohesi, adesi dan tegangan permukaan.
17
2. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Viscositas
a. Tekanan Viscositas cairan akan naik dengan naiknya tekanan,
sedangkan Viscositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.
b. Temperatur Viscositas akan beranjak turun dengan naiknya suhu,
sedangkan Viscositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat
cair menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energi.
Molekul-molekul pada cairan bergerak sehingga gaya antar molekul
melemah. Dengan demikian Viscositas cairan akan turun sejalan
dengan kenaikan temperatur.
c. Kehadiran zat lain dapat meningkatkan Viscositas air. Adanya bahan
tambahan seperti bahan zat aditif yang berfungsi sebagai pembersih
pada pelumas dapat menyebabkan perubahan Viscositas pada
pelumas. Sehingga dapat berpengaruh pada kekentalan dan laju
alirannya.
d. Ukuran dan berat molekul Viscositas akan naik dengan naiknya berat
molekul. Misalnya laju aliran pelumas cepat, larutan minyak laju
alirannya lambat dan kekentalannya tinggi serta laju aliran lambat
sehingga Viscositas juga tinggi.
e. Ikatan rangkap Viscositas akan naik apabila ikatan rangkap semakin
banyak (Rana, 2015).
SAE (Soaciaty of Automotive Engineers) merupakan badan indeks
Internasional kekentalan oli yang dipakai Internasional. Pada minyak pelumas
F. SAE
18
masin kendaraan diikuti dengan huruf W (winter) yang berarti penggunaan
maksimum kendaraan hingga berada pada suhu sebelum huruf W, misalnya
SAE 10 W. SAE juga dapat digunakan untuk melihat tingkat kekentalan
minyak pelumas, semakin kecil nilai SAE berarti akan semakin encer minyak
pelumas tersebut. Sehingga, kemungkinan minyak pelumas akan membeku
pada suhu rendah semakin kecil (Saragih, 2016).
19
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan berisi tentang metodologi yang digunakan dalam Tugas Akhir.
Adapun metodologi penelitian ditunjukkan pada gambar 3.1 yang akan dijelaskan
sebagai berikut :
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Adapun tempat dan waktu pelaksanaan penelitian ini akan dijabarkan sebagai
berikut :
1. Tempat Penelitian
Proses pengujian pada penelitian akan dilakukan di Lab Fenomena Dasar
Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, sedangkan pembuatan
program komputasi MATLAB R2014A akan dilakukan di Lab Komputasi
Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
2. Waktu Penelitian
Waktu Penelitian dilaksanakan mulai dari bulan Februari 2019 hingga
bulan Agustus 2019.
20
B. Alat Pengujian
Sistem getaran yang digunakan dalam pengujian yaitu alat GUNT TM 150
seperti tampak pada gambar:
Gambar 3.1 Perangkat uji getaran GUNT TM 150
Keterangan :
1. Batang kantilever yang terbuat dari alumunium.
2. Tabung peredam viscos merupakan peredam getaran menggunakan
fluida di dalamnya yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan
pengujian.
3. Exiter berfungsi sebagai gaya ganggu untuk batang kantilever,
digerakkan oleh dinamo yang dapat menghasilkan getaran 0-50 Hz.
4. Pencatat hasil uji manual yang digunakan apabila sensor tidak dapat
bekerja dengan baik. Hasil yang dicatat menggunakan spidol dan
kertas milimeter block.
21
5. Dinamo yang berfungsi sebagai energi dari gaya ganggu atau exiter,
dinamo ini bekerja menggunakan energi listrik.
6. Inductive Dispacement Sensor, sensor ini merupakan sensor yang
digunakan untuk melihat seberapa besar getaran yang terjadi pada
batang kantilever. Sensor berjarak 0,3 mm dari batang kantilever dan
tidak boleh sampai menyentuh batang kantilever.
C. Kaji Analitik
Kaji analitik dilakukan dengan mengkaji teori-teori yang berkaitan dengan
getaran dan peredaman viskos sehingga nantinya akan digunakan untuk
menurunkan rumus guna mendapatkan presamaan peredam viskos pada batang
kantilever serta menggambarkan diagram benda bebas agar sesuai dengan
pengujian yang akan dilakukan pada tugas akhir ini.
D. Prosedur Pengujian
Adapun prosedur pengujian batang kantilever yang harus dilaksanakan sevara
berurutan sebagai berikut:
1. Menyiapkan alat uji sistem getaran.
2. Menyiapkan tabung fluida yang sudah berisi minyak pelumas.
3. Menyiapkan pencatat hasil uji manual.
4. Menghidupkan CPU dan komputer.
5. Menjalankan program GUNT TM 150.20 pada computer.
6. Menyalakan alat ukur sensor GUNT TM 150.20
7. Menyalakan dinamo penggerak hasil uji manual.
22
8. Meletakkan spidol pada dudukan spidol di ujung batang kantilever.
9. Memberi simpangan batang kantilever lalu dilepaskan, dan secara
bersamaan menekan tombol dinamo penggerak agar bergerak.
E. Penyusunan Program Komputasi
Pembuatan bahasa program komputasi menggunakan Matlab R2014A hal ini
dilakukan guna mempermudah dalam penyelesaian masalah pada peredam
viscos. Input yang akan dimasukkan adalah data pada sistem utama satruktur
batang kantilever dan peredam viscos.
F. Analisis
Pada tahap ini dilakukan analisis secara analitik dan hasil pengujian terhadap
koefisien redaman viscos dengan membandingkan peredaman menggunakan
berbagai minyak pelumas.
G. Simpulan dan Saran
Langkah terakhir tugas akhir ini yaitu memberikan simpulan yang diperolah
dari hasil analitik yang disusun dalam program komputasi dan hasil pengujian
peredam viscos, serta saran yang dapat diberikan atas apa yang dilakukan
selama pengerjaan tugas akhir.
23
H. Bagan Alir Penelitian
Penelitian dilakukan sesuai dengan bagan alir penelitian seperti pada
gambar 3.1 berikut :
Gambar 3.2 Bagan Alir Penelitian
Mulai
- Pemodelan Sistem
- Penurunan Rumus
Setting Alat dan
Pangujian
Analisis
Selesai
Studi Literatur
Pembuatan Program
Komputasi
Data Hasil Pengujian dan
Program
Kesimpulan
BAB V
Adapun kesimpulan yang didapatkan dari penelitian yang telah dilakukan,
sebagai berikut:
1. Telah dilakukan eksperimen dan perhitungan untuk mendapatkan nilai
koefisien redaman untuk berbagai jenis minyak pelumas dimana diperoleh
total nilai koefisien viscos : minyak pelumas SAE 10 baru 11,1235𝑁𝑠 𝑚⁄ ,
SAE 10 bekas 29,80𝑁𝑠 𝑚⁄ , SAE 40 baru 16,2218𝑁𝑠 𝑚⁄ , SAE 40 bekas
33,80𝑁𝑠 𝑚⁄ .
2. Koefisien redaman viscos minyak pelumas SAE 10 bekas lebih tinggi
267% daripada SAE 10 baru, SAE 40 bekas lebih besar 208% daripada
SAE 40 baru, SAE 40 baru lebih tinggi 145% daripada SAE 10 baru dan
SAE 40 bekas lebih tinggi 113% daripada SAE 10 bekas.
SIMPULAN DAN SARAN
A. simpulan
39
B. Saran
Adapun saran yang dapapat diberikan untuk pengembangan penelitian
selanjutnya adalah sebagai berikut:
1. Perlu adanya penelitian lanjutan dengan menggunakan sistem getaran paksa
teredam batang kantilever menggunakan redaman viscos.
2. Mengembangkan program numerik MATLAB dengan GUI yang telah
dibuat, sehingga dapat menjadi program simulasi batang kantilever dalam
banyak kondisi peredaman.
DAFTAR PUSTAKA
Bowo, G., Budi, S., dan Darmanto., 2017. Analisis Alat Uji Getaran Mekanis
Dengan Variasi Konstanta Pegas Tanpa Peredam Viscos. Momentum
Volume 13, No 1, ISSN 0216-395, 6 Halaman. Semarang.
Gracia M. (2015). GUI Matlab code to display damped, undamped,forced, and
unforce mass spring systems. Mechanical Engineering Undergraduate
Honors Fteses. University Of Arkansas. United States.
Hasymi, Z. (2010). “Kaji Teoritik Dan Eksperimental Peredam Struktur
Kantilever 2-DOF Menggunakan Teknik Modifikasi Struktur Dan
Peredam Dinamik”. Poros 8.2.
Inman, D.J., 2001, Engineering Vibration, 4th Edition. Pearson Education,
Inc.New Jersey.
Rao, S.S., 2004, Mechanical Vibration, 5th Edition. Prentice-Hall. New Jersey.
Rana A. 2015. “Pengaruh Viskositas Berbagai Minyak Sawit Untuk Oli
Peredam Shock Absorber Sepeda Motor”. Fakultas Teknik. Universitas
Andalas, Padang.
Saragih, Febri. 2016. Arti Kode SAE Dan API Pada Kemasan Oli.
https://otomotif.kompas.com/read/2016/09/23/163500615/arti.kode.sae
.dan.api.pada.kemasan.oli.mesin. Diakses pada tanggal 3 Oktober 2019.