JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-4 Simulasi...
4
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-4 1 Abstrak— Getaran memerlukan analisa yang bermanfaat untuk memprediksi adanya permasalahan pada suatu sistem. Pada tugas akhir ini analisa getaran mekanik umumnya berasal dari sistem propeller kapal. Propeller adalah bagian kapal yang menghasilkan daya dorong akibat adanya gaya angkat yang berputar sehingga menghasilkan dorongan pada kapal. Getaran yang tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada komponen sistem propeller, sehingga diperlukan analisa untuk meredam getaran. Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk menentukan nilai frekuensi natural pada propeller kapal. mengetahui apakah peredam getaran dinamik dapat digunakan untuk meredam getaran pada konstruksi propeller kapal. Dari pengujian yang telah dilakukan didapatkan amplitudo getaran yang ditunjukkan dari grafik respon dinamik sistem. Untuk peredaman getaran dilakukan pengujian dengan mengubah parameter panjang lengan, diameter lengan, dan material lengan. Frekuensi natural dari sistem propeller adalah 3,54 rad/det. Sistem propeller kapal yang telah dilakukan diperoleh amplitudo sebesar Pengujian dengan pengubahan panjang lengan menghasilkan respon dinamik dan amplitudo terkecil sebesar Pengujian dengan pengubahan parameter diameter lengan menghasilkan respon dinamik dan amplitudo terkecil sebesar Pengujian dengan pengubahan material, didapatkan material yang paling baik digunakan untuk meredam getaran adalah material bronze yang menghasilkan amplitudo sebesar . Kata Kunci—Propeller,amplitudo, getaran, respon dinamik. I. PENDAHULUAN Analisa getaran merupakan salah satu cara yang sangat bermanfaat sebagai prediksi awal terhadap adanya masalah pada mekanikal, elektrikal dan proses pada peralatan, mesin- mesin dan sistem proses yang kontinu. Pada umumnya getaran kapal berasal dari main engine. getaran disebabkan karena beberapa hal yang diantaranya yaitu kelelahan bahan, keausan, deformasi, dan penempatan struktur sehingga kejadian – kejadian tersebut dapat menaikkan besar celah antara bagian – bagian yang rapat dan terjadi keretakan material. Penghasil noise terbesar pada sebuah kapal yang bergerak adalah propeller noise. Propeller adalah baling - baling yang menghasilkan daya dorong akibat adanya gaya angkat yang bekerja pada daun propeller pada saat berputar. Getaran timbul akibat transfer gaya melalui elemen - elemen mesin yang ada, dimana elem n-elemen tersebut saling beraksi satu sama lain dan energi didesipasi melalui struktur dalam bentuk getaran. Kerusakan atau keausan serta deformasi akan merubah karakteristik dinamik sistem dan cenderung meningkatkan energi getaran. Sedangkan gaya yang menyebabkan getaran ini dapat ditimbulkan oleh beberapa sumber kontak/benturan antara komponen yang bergerak/berputar, putaran dari massa yang tidak seimbang (unballance mass), missalignment dan juga karena kerusakan bantalan (bearing fault) [1] . Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk menentukan nilai frekuensi natural pada propeller kapal. Dan untuk mengetahui apakah peredam getaran dinamik dapat digunakan untuk meredam getaran pada konstruksi propeller kapal. II. METODOLOGI 2.1 Perancangan Model Matematis Sistem Propeller Kapal dengan 4 Derajat Kebebasan Rancangan model sistem propeller kapal dengan 4 derajat kebebasan dapat dilihat pada gambar 2.2. Gambar 2.2 Model Sistem Propeller 2.2 Frekuensi Natural Frekuensi Natural adalah frekuensi dimana suatu sistem yang memiliki massa dan kekakuan bergerak ketika diberikan suatu eksitasi awal, kemudian eksitasi tersebut dihilangkan sehingga struktur tersebut bergetar secara bebas. Syarat untuk mengitung frekuensi natural adalah semua gaya eksitasi dan gaya redaman pada suatu sistem harus dihilangkan. Simulasi Peredaman Getaran Pada Propeller Kapal Jenis Fixed Pitch Propeller (FPP) Claudia Selvy Ersandi; Ir. Yerri Susatio, MT. Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected]
Transcript of JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-4 Simulasi...
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-4
1
Abstrak— Getaran memerlukan analisa yang bermanfaat untuk memprediksi adanya permasalahan pada suatu sistem. Pada tugas akhir ini analisa getaran mekanik umumnya berasal dari sistem propeller kapal. Propeller adalah bagian kapal yang menghasilkan daya dorong akibat adanya gaya angkat yang berputar sehingga menghasilkan dorongan pada kapal. Getaran yang tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada komponen sistem propeller, sehingga diperlukan analisa untuk meredam getaran. Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk menentukan nilai frekuensi natural pada propeller kapal. mengetahui apakah peredam getaran dinamik dapat digunakan untuk meredam getaran pada konstruksi propeller kapal. Dari pengujian yang telah dilakukan didapatkan amplitudo getaran yang ditunjukkan dari grafik respon dinamik sistem. Untuk peredaman getaran dilakukan pengujian dengan mengubah parameter panjang lengan, diameter lengan, dan material lengan. Frekuensi natural dari sistem propeller adalah 3,54 rad/det. Sistem propeller kapal yang telah dilakukan diperoleh amplitudo sebesar Pengujian dengan pengubahan panjang lengan menghasilkan respon dinamik dan amplitudo terkecil sebesar Pengujian dengan pengubahan parameter diameter lengan menghasilkan respon dinamik dan amplitudo terkecil sebesar
Pengujian dengan pengubahan material, didapatkan material yang paling baik digunakan untuk meredam getaran adalah material bronze yang menghasilkan amplitudo sebesar .
Kata Kunci—Propeller,amplitudo, getaran, respon dinamik.
I. PENDAHULUAN
Analisa getaran merupakan salah satu cara yang sangat bermanfaat sebagai prediksi awal terhadap adanya masalah pada mekanikal, elektrikal dan proses pada peralatan, mesin-mesin dan sistem proses yang kontinu. Pada umumnya getaran kapal berasal dari main engine. getaran disebabkan karena beberapa hal yang diantaranya yaitu kelelahan bahan, keausan, deformasi, dan penempatan struktur sehingga kejadian – kejadian tersebut dapat menaikkan besar celah antara bagian – bagian yang rapat dan terjadi keretakan material. Penghasil noise terbesar pada sebuah kapal yang bergerak adalah propeller noise. Propeller adalah baling - baling yang menghasilkan daya dorong akibat adanya gaya angkat yang bekerja pada daun propeller pada saat berputar. Getaran timbul akibat transfer gaya melalui elemen - elemen mesin yang ada, dimana elem n-elemen tersebut saling beraksi satu sama lain dan energi didesipasi melalui struktur dalam bentuk getaran. Kerusakan atau keausan serta deformasi akan merubah karakteristik dinamik sistem dan cenderung meningkatkan energi getaran. Sedangkan gaya yang menyebabkan getaran ini dapat ditimbulkan oleh beberapa
sumber kontak/benturan antara komponen yang bergerak/berputar, putaran dari massa yang tidak seimbang (unballance mass), missalignment dan juga karena kerusakan bantalan (bearing fault)[1]. Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk menentukan nilai frekuensi natural pada propeller kapal. Dan untuk mengetahui apakah peredam getaran dinamik dapat digunakan untuk meredam getaran pada konstruksi propeller kapal.
II. METODOLOGI 2.1 Perancangan Model Matematis Sistem Propeller Kapal dengan 4 Derajat Kebebasan
Rancangan model sistem propeller kapal dengan 4 derajat kebebasan dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Model Sistem Propeller
2.2 Frekuensi Natural
Frekuensi Natural adalah frekuensi dimana suatu sistem yang memiliki massa dan kekakuan bergerak ketika diberikan suatu eksitasi awal, kemudian eksitasi tersebut dihilangkan sehingga struktur tersebut bergetar secara bebas. Syarat untuk mengitung frekuensi natural adalah semua gaya eksitasi dan gaya redaman pada suatu sistem harus dihilangkan.
Simulasi Peredaman Getaran Pada Propeller Kapal Jenis Fixed Pitch Propeller (FPP)
Claudia Selvy Ersandi; Ir. Yerri Susatio, MT. Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected]
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-4
2
2.3 State Space Untuk Mencari Respon Pada model sistem propeller ini dikenai gaya gangguan dari getaran yang ditimbulkan oleh gaya eksitasi putaran propeller. Berdasarkan persamaan gerak pada persamaan 3.1 dan 3.2 . 2.4 Gaya Gangguan Frekuensi eksitasi
Dimana : RPM : RPM baling baling N : jumlah daun baling baling Angka 60 karena 1 menit = 60 detik Resonansi akan terjadi pada sistem apabila besar frekuensi eksitasi sama dengan frekuensi natural. Dimana:
2.5 Penentuan Parameter - Parameter
• Momen inersia Momen inersia (Satuan SI : kg m2) adalah ukuran
kelembaman suatu benda untuk berotasi terhadap porosnya.
• Kekakuan Kekakuan tiap shaft dapat dihitung dengan menggunakan
rumus
Berikut parameter-parameter yang digunakan didapatkan dari data spesifikasi kapal KM. Kumala (Dhani P,2011).
Tabel 2.1 Data-data Parameter Subyek Variabel Nilai
Massa m1 4530 kg m2 1135 kg
Momeninersia i1 3397,5 kg.m2 i2 378,3 kg.m2
Kekakuan kt1
kt2 k1 k2
Panjang Lengan
3 m l2 2 m
III.ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisa Data Dari hasil simulasi yang telah dilakukan didapatkan grafik respon dinamik sebagai berikut:
3.1.1 Gaya Pengganggu Gaya pengganggu adalah gaya eksitasi yang
mempengaruhi getaran sistem. Gaya pengganggu didapatkan sebagai berikut:
Dari nilai parameter F(t) yang didapatkan dari perhitungan, menghasilkan respon dinamik sebagai berikut:
Grafik 3.1 Respon Gaya Pengganggu
3.1.2 Respon Dinamik Sistem Propeller
Berikut adalah hasil simulasi dari sistem propeller.
Grafik 3.2 Respon Dinamik Sistem Propeller
Dari grafik respon dinamik sistem propeller di atas dapat dilihat bahwa sistem propeller yang telah di uji menghasilkan amplitudo sebesar .
3.1.3 Frekuensi Natural Frekuensi natural dari sistem propeller ini dihitung
menggunakan program MathCad. Dari model sistem propeller yang digunakan dalam tugas akhir ini diketahui bahwa nilai frekuensi natural dari sistem propeller adalah 3,54 rad/det.
3.2 Analisa Pengaruh Perubahan Panjang Untuk meredam getaran sistem propeller di atas dilakukan perubahan nilai panjang lengan yang mempengaruhi perubahan parameter-parameter Variasi pengubahan parameter ini menghasilkan perubahan data-data seperti di bawah ini: Tabel 3.1 Data-data Parameter Perubahan Panjang Lengan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-4
3
Grafik 3.3 Respon Dinamik Perubahan Panjang Lengan Dengan Amplitudo Terkecil. Dari amplitudo yang dihasilkan dari uji simulasi di atas didapatkan nilai amplitudo , sehingga perubahan nilai panjang lengan yang dilakukan mampu meredam getaran awal dengan amplitudo sebesar 3.3 Analisa Pengaruh Perubahan Diameter
Peredaman amplitudo getaran dilakukan juga dengan mengubah nilai diameter lengan yang mempengaruhi nilai parameter Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan diameter terhadap peredaman amplitudo getaran dari sistem propeller ini. Tabel 3.2 Data-data Parameter Perubahan Diameter Subyek Variabel Nilai Massa m1 4530 kg
m2 1135 kg Momeninersia i1 3397,5 kg.m2
i2 378,3 kg.m2 Kekakuan kt1
kt2 k1 k2
Panjang Lengan 3 m l2 2 m
Pengujian ini dilakukan dengan mengubah variasi diameter lengan sebesar d1 = 0,4 m dan d2 = 0,3 m. Variasi perubahan diameter menghasilkan amplitudo terkecil sebesar
, yang ditunjukkan oleh grafik respon dinamik di bawah ini :
Grafik 3.4 Respon Dinamik Perubahan Diameter Dengan
Amplitudo Terkecil 3.4 Analisa Pengaruh Perubahan Material
Jenis material yang digunakan juga akan mempengaruhi nilai kekakuan pegas, kekakuan torsional, dan momeninersia karena material memiliki nilai young’s modulus dan shear modulus yang berbeda-beda.
3.4.1 Material Bronze Berikut tabel perubahan parameter-parameter yang
digunakan untuk perubahan diameter lengan. Tabel 3.3 Data-data Parameter Pengaruh Perubahan
Material Bronze Subyek Variabel Nilai Massa m1 4530 kg
m2 1135 kg Momeninersia i1 3397,5 kg.m2
i2 378,3 kg.m2 Kekakuan kt1
kt2 k1 k2
Panjang Lengan 3 m l2 2 m
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan
grafik respon dinamik dengan amplitudo getaran sebagai berikut:
Grafik 3.5 Respon Dinamik Perubahan Material
Bronze Pengujian Pengaruh perubahan material bronze
menghasilkan amplitudo getaran sebesar . Dari pengujian dengan pengubahan material yang telah dilakukan diketahui bahwa material bronze mampu meredam getaran propeller .
4.4.2 Material Iron
Subyek Variabel Nilai Massa m1 4530 kg
m2 1135 kg Momeninersia i1 9437,5 kg.m2
i2 1513,33 kg.m2 Kekakuan kt1
kt2 k1 k2
Panjang Lengan 5 m l2 4 m
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-4
4
Berikut tabel perubahan parameter-parameter yang digunakan untuk perubahan diameter lengan.
Tabel 3.4 Data-data Parameter Pengaruh Perubahan Material Iron
Subyek Variabel Nilai Massa m1 4530 kg
m2 1135 kg Momeninersia i1 3397,5 kg.m2
i2 378,3 kg.m2 Kekakuan kt1
kt2 k1 k2
Panjang Lengan 3 m l2 2 m
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan
grafik respon dinamik dengan amplitudo getaran sebagai berikut:
Grafik 3.6 Respon Dinamik Perubahan Material Iron Pengujian Pengaruh perubahan material iron
menghasilkan amplitudo getaran sebesar . Dari pengujian yang telah dilakukan diketahui bahwa material tidak mampu meredam getaran pada sistem ini.
Nilai amplitudo yang dihasilkan dengan pengubahan material diperoleh bahwa material yang terbaik dan mampu meredam getaran adalah material bronze.
4. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan Dari hasil pengujian tugas akhir yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Frekuensi natural dari sistem propeller adalah 3,54 rad/det.
2. Sistem propeller kapal yang telah dilakukan diperoleh amplitudo sebesar
3. Pengujian dengan pengubahan panjang lengan menghasilkan respon dinamik dan amplitudo terkecil sebesar
4. Pengujian dengan pengubahan parameter diameter lengan menghasilkan respon dinamik dan amplitudo terkecil sebesar
5. Pengujian dengan pengubahan material bronze, steel, dan iron didapatkan material yang paling baik
digunakan untuk meredam getaran adalah material bronze yang menghasilkan amplitudo sebesar
.
4.2 Saran Dari tugas akhir yang telah dilakukan dapat diperoleh saran sebagai berikut:
• Dilakukannya penentuan parameter untuk dinamik vibration absorber pada sistem propeller kapal untuk mengurangi getaran.
5. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada seluruh dosen dan staff pengajar
jurusan Teknik Fisika yang telah memberikan ilmunya, kepada seluruh Mahasiswa Teknik Fisika atas bantuan kerjasamanya selama kuliah di jurusan Teknik Fisika. DAFTAR PUSTAKA [1] Priatmoko, Dhani. 2011. Analisa getaran dan sistem
perporosan pada reduction gear Km.kumala.FTK-ITS, Surabaya.
[2] Singiresu S Rao. 1995. Mecanical Vibration 3rd edition. Addison – Wesley publishing company, Use.
[3] Pranaya, Ginanjar. 2011. Penentuan parameter dynamic absorber dan peletakannya sebagai peredam getaran akibat gempa pada bangunan Bertingkat sebelas.Teknik Fisika-ITS, Surabaya.
[4] Krisnawati.2012.Analisa Sistem Isolasi Getaran-Hibrid Sebagai Kontrol Vibrasi Pada Bangunan Bertingkat.Teknik Fisika-ITS,Surabaya.
[5] Nur, Endri. 2009. Perancangan Beam Sebagai Isolator Getaran Mesin Rotating Ignitor Cool Fan Di PT. PJB UP Gresik. Teknik Fisika-ITS, Surabaya.
