1

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM

SISTEM INSTRUMENTASI INDUSTRI – P4

GETARAN TEREDAM

Di Susun Oleh :

Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi

NRP. 2413031058

Asisten :

Trikarsa Tirtadwipa Manunggal

NRP. 2414105031

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2015

i

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM

SISTEM INSTRUMENTASI INDUSTRI – P4

GETARAN TEREDAM

Di Susun Oleh :

Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi

NRP. 2413031058

Asisten :

Trikarsa Tirtadwipa Manunggal

NRP. 2414105031

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2015

iii

PRAKTIKUM 4

GETARAN TEREDAM

Nama : Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi

NRP : 2413031058

Program Studi : D3 Metrologi dan Instrumentasi

Jurusan : Teknik Fisika, FTI-ITS

Asisten : Trikarsa Tirtadwipa Manunggal

ABSTRAK

Getaran merupakan gerakan bolak balik di sekitar titik

kesetimbangan. Beberapa peristiwa di dalam kehidupan sehari-

hari menggunakan prinsip getaran. Benda yang mengalami

getaran tidak bergerak terus menerus melainkan akan berhenti

pada waktu tertentu. Cepat atau lambat sistem tersebut akan

berhenti bergetar karena sistem tersebut mengalami prinsip

getaran teredam . Jenis peredaman yang terjadi pada suatu sistem

dapat ditentukan berdasarkan nilai rasio redaman serta konstanta

pegas. Pada sistem pegas tersebut, menggunakan tiga buah jenis

peredam, yaitu udara, air, dan oli serta diketahui beban sebesar

1.3 Kg dan simpangannya 0.07 m. Sehingga didapatkan hasil dari

konstanta pegas (k) sebesar 0.0186 N/m dan frekuensi natural

sebesar 0.111. Sehingga diperoleh dari rasio redaman ( pada

jenis peredam udara sebesar 0.037 , peredam oli sebesar 0.254,

dan peredam air sebesar 0.2527. Perbandingan antara rasio

redaman dengan beberapa jenis peredam adalah semakin besar

massa jenis atau kerapatan suatu fluida maka akan semakin besar

rasio redaman yang diberikan fluida kepada suatu sistem pegas.

Dari beberapa jenis peredam baik udara, oli maupun air memiliki

kesamaan jenis redaman yaitu under damped, karena nilai dari

rasio redamannya dibawah 1 atau < 1.

Kata Kunci : Getaran Teredam, Konstanta Pegas, Rasio

Redaman, Jenis Peredam, Jenis Redaman

v

EXPERIMENTS 4

DAMPED VIBRATION

Name : Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi

NRP : 2413031058

Program Study : D3 Metrologi dan Instrumentasi

Department : Engineering Physics, FTI-ITS

Assistant : Trikarsa Tirtadwipa Manunggal

ABSTRACT

Vibration is a movement back and forth around an

equilibrium point. Some of the events in everyday life using the

principles of vibration. Experience the thrill of objects that do not

move continuously, but stops at a certain time. Sooner or later the

system will stop vibrating because the system is experiencing the

principles of vibration damped. Kind of damping that occurs in a

system can be determined based on the ratio of the damping and

spring constant. At the spring system, using three types of

dampers, namely air, water, and oil as well known to a load of

1.3 kg and the deviation 0.07 m. So get the results of the spring

constant (k) of 0.0186 N /m and the natural frequencies of 0.111.

Thus obtained from damping ratio (ξ) on the type of air damper

for 0037, damper oil 0.254 and damper water 0.2527.

Comparison between damping ratio with some type of damper is

the greater density or density of a fluid, the greater the ratio of

damping fluid given to a system of springs. Good absorbers of

some type of air, oil and water have the same kind of damping

that is under-damped, because the value of the damping ratio

below 1 or ξ <1.

Keywords : Damped Vibration, Spring Constant, Damping Ratio,

Damper Type, Type Attenuation

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami ucapkan kehadirat Allah SWT karena atas

limpahan rahmat serta hidayah-Nya sehingga praktikan mampu

menyelasaikan Laporan Resmi Praktikum mata kuliah

Instrumentasi Akustik dan Vibrasi yang diselenggarakan oleh

Laboratorium Vibrastic Jurusan Teknik Fisika ITS dengan tepat

waktu.

Dalam laporan ini membahas semua apa yang telah praktikan

peroleh dalam praktikum mata kuliah Instrumentasi Akustik dan

Vibrasi.

Dalam kesempatan kali ini penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Agus Muhamad Hatta, ST, MSi, Ph.D selaku Ketua

Jurusan Teknik Fisika ITS.

2. Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, MSc selaku Ketua

Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi ITS.

3. Ir. Tutug Dhanardono, MT selaku dosen pengajar Mata

Kuliah Instrumentasi Akustik dan Vibrasi.

4. Dr. Dhany Arifianto ST, M.Eng selaku Ketua

Laboratorium Vibrastic ITS.

5. Asisten Laboratorium Vibrastic ITS.

6. Semua pihak yang terlibat dalam penyusunan laporan ini.

Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam

pembuatan laporan ini baik dari segi materi maupun penyajian.

Akhir kata penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat

bagi penyusun sendiri khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surabaya, 14 Desember 2015

Penulis

ix

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...................................................................................iii

ABSTRACT .................................................................................. v

KATA PENGANTAR ............................................................... vii

DAFTAR ISI ............................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .................................................................. xi

DAFTAR TABEL .....................................................................xiii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................ 1

1.1 Latar Belakang .................................................................. 1

1.2 Permasalahan .................................................................... 1

1.3 Tujuan ............................................................................... 2

1.4 Sistematika Laporan ......................................................... 2

BAB II DASAR TEORI .............................................................. 3

2.1 Getaran Harmonik ............................................................ 3

2.2 Jenis Getaran Teredam ..................................................... 4

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ................................. 7

3.1 Peralatan ........................................................................... 7

3.2 Prosedur Percobaan .......................................................... 7

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN .................. 9

4.1 Analisis Data .................................................................... 9

4.2 Pembahasan .................................................................... 12

BAB V PENUTUP ..................................................................... 15

5.1 Kesimpulan ..................................................................... 15

5.2 Saran ............................................................................... 15

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar Amplitudo ke-n pada Getaran Teredam ..... 5 Gambar 2.2 Respon Osilasi Getaran Kurang Teredam ................ 5 Gambar 2.3 Respon Osilasi Getaran Teredam Kritis ................... 6 Gambar 4.1 Grafik Rasio Redaman Udara ................................ 11 Gambar 4.2 Grafik Rasio Redaman Oli ..................................... 11 Gambar 4.3 Grafik Rasio Redaman Air ..................................... 11

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 A1 dan A2 dengan Redaman Udara ............................. 9 Tabel 4.2 A1 dan A2 dengan Redaman Oli ................................ 10 Tabel 4.3 A1 dan A2 dengan Redaman Air ................................ 10 Tabel 4.4 Hasil Perolehan Dari Jenis Peredam ........................... 10

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Getaran merupakan gerakan bolak balik di sekitar titi

kesetimbangan. Beberapa peristiwa di dalam kehidupan sehari-

hari menggunakan prinsip getaran. Peristiwa tersebut seperti

getaran pada alat musik, shockbreaker pada mobil atau motor,

pompa air, bandul pada jam dinding, dan sistem pegas. Benda

yang mengalami getaran tidak bergerak terus menerus melainkan

akan berhenti pada waktu tertentu. Cepat atau lambat sistem

tersebut akan berhenti bergetar karena sistem tersebut mengalami

prinsip getaran teredam.

Getaran teredam yang terjadi pada suatu sistem disebabkan

oleh beberapa faktor. Faktor tersebut antara lain adalah adanya

getaran di permukaan atas karena bagian yang bergetar pada suatu

sistem berada di dalam fluida kental. Jenis peredaman yang

terjadi pada suatu sistem dapat ditentukan berdasarkan nilai rasio

redamannya. Rasio redaman dari jenis peredam akan berbeda satu

sama lain. Sehingga dilakukan percobaan mengenai getaran

teredam untuk mengetahui jenis redaman dari fluida yang

digunakan dan menentukan rasio redaman dari jenis redaman

yang digunakan.

Oleh karena itu dilakukan praktikum instrumentasi akustik

dan vibrasi dengan percobaan mengenai getara teredam dengan

maksud agar dapat lebih memahami dan dapat menentukan

konstanta dan rasio redaman pada suatu sistem pegas.

1.2 Permasalahan

Dari latar belakang di atas, adapun permasalahan dari

percobaan, yaitu :

a. Bagaimana menentukan konstanta pegas dan rasio

redaman pada suatu sistem pegas?

b. Bagaimana membandingkan rasio redaman dari jenis

damper yang digunakan?

2

c. Bagaimana menentukan jenis peredaman dalam sistem

pegas?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dilakukannya percobaan, yaitu :

a. Menentukan Konstanta pegas dan rasio redaman pada

suatu sistem pegas.

b. Membandingkan rasio redaman dari jenis damper yang

digunakan.

c. Menentukan jenis peredaman dalam sistem pegas.

1.4 Sistematika Laporan

Dalam sistematika laporan terdiri dari beberapa bab dan sub

bab yang berisi bab I pendahuluan tentang latar belakang,

rumusan masalah, tujuan, dan sistematika laporan. Bab II berisi

dasar teori yang dapat menunjang beberapa percobaan. Bab III

metodologi percobaan berisi peralatan percobaan dan prosedur

percobaan. Bab IV analisis data dan pembahasan. Bab V berisi

penutup terdiri dari kesimpulan dan saran.

3

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Getaran Harmonik

Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang

waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi

secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik. Apabila

suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama

maka geraknya disebut gerak osilasi/getaran. Bentuk yang

sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada

ujung pegas. Karenanya kita menyebutnya gerak harmonis

sederhana.

Dalam gerak harmonik terdapat beberapa besaran fisika yang

dimiliki benda diantaranya:

a. Simpangan (y) : jarak benda dari titik keseimbangan

b. Amplitudo (A) : simpangan maksimum atau jarak

terjauh

c. Frekuensi (f) : banyaknya getaran setiap waktu

d. Perioda (T) : banyaknya waktu dalam satu getaran

Gerak bolak-balik dikarenakan adanya gaya pemulih dari

suatu benda yang arahnya menuju titik setimbang yang besarnya

sebanding dengan simpangan. Gaya pemulih arahnya selalu

berlawanan dengan arah simpangan, maka dituliskan dalam

persamaan sebagai berikut :

F= -k∆x………………………………..(2.1)

dimana :

k = konstanta gaya (N/m)

Δx = simpangan (m)

F = gaya pemulih (N)

Pada kondisi nyata, gaya pemulih semakin lama semakin

melemah karena adanya gaya gesek yang juga mendisipasikan

energi. Gaya gesek akan mengakibatkan amplitudo setiap osilasi

secara pelan menurun terhadap waktu. Sehinggga osilasi akan

berhenti sama sekali. Getaran semacam ini disebut sebagai

getaran selaras teredam.

4

2.2 Jenis Getaran Teredam

Tidak semua gerak periodic mengalami osilasi sempurna.

Suatu titik tertentu, gerak periodik akan mengalami pelemahan

pada akhirnya menjadi nol. Getaran yang terdapat gaya

penghambat atau gaya gesekan yang pada akhirnya getaran itu

akan berhenti. Gaya penghambat itu dikenal dengan gaya redam.

Gaya redam merupukan fungsi linier dari kecepatan, Fd = -c

dx/dt. Jika suatu partikel bermassa m bergerak di bawah pengaruh

gaya pulih linier dan gaya hambat, maka persamaannya menjadi:

mẍ + cẋ + kx = 0…………………….(2.2)

Persamaan umum sistem dinamik orde dua adalah sebagi

berikut :

ẍ + 2ξω0 ẋ+ω02 x = 0………………………(2.3)

jika Pers. (2) dan Pers. (3) dibandingkan maka diperoleh :

2ξω0 = c/m…………………………… (2.4)

Rasio redaman dihitung menggunakan persamaan berikut:

√ …………………………..(2.5)

√

……………………………(2.6)

Frekuensi natural dihitung menggunakan persamaan berikut :

√

………………………………(2.7)

dimana merupakan peluruhan logaritmik yang

direpresentasikan dengan persamaan berikut :

(

)…………………………(2.8)

dimana

n: bilangan bulat untuk menyatakan urutan amplitudo satu

gelombang (1,2,3…)

A: Amplitudo (m)

5

Gambar 2.1 Gambar Amplitudo ke-n pada Getaran Teredam

Getaran teredam memiliki beberapa jenis, yaitu :

a. Getaran Kurang Teredam (underdamped)

Untuk getaran kurang teredam didefinisikan sebagai

getaran yang memiliki loss kecil dengan respon osilasi

dengan peluruhan logaritmik. Jika dan

frekuensi teredam dituliskan dengan persamaan berikut :

√ ……………………..(2.9)

Jika redaman kecil, maka frekuensi tersebut akan

mendekati frekuensi asli artinya gerak partikel tersebut

bergetar harmonik.

Gambar 2.2 Respon Osilasi Getaran Kurang Teredam

b. Getaran Redaman Kritis (critically damped)

Untuk suatu getaran redam kritis akan mendekati

kesetimbangan dengan suatu kadar laju yang lebih cepat

daripada gerak terlampau redam maupun gerak kurang

6

redam. Getaran redaman kritis akan terjadi jika rasio

redamannya sama dengan satu ( . Sifat ini penting

guna mendesain suatu sistem ayunan praktis, misalnya

galvanometer analog.

Gambar 2.3 Respon Osilasi Getaran Teredam Kritis

c. Getaran Terlampau Redam (overdamped)

Pada gerak terlampau redam tidak menggambarkan

getaran periodik (gerakan bolak-balik), simpangan

getaran akan berkurang atau sama sekali tidak bergerak

tetap berada posisi kesetimbangan atau bisa dikatakan

overshoot yang terjadi sangat kecil. Ini terjadi jika rasio

redaman lebih dari 1 ( ).

7

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan

Adapun peralatan yang digunakan dalam praktikum, antara

lain :

a. Statif

b. Pegas

c. Minyak

d. Air

e. Meteran

f. Kertas

g. Beban

h. Wadah

i. Alat perekam video

3.2 Prosedur Percobaan

Adapun langkah-langkah yang dilakukan pada percobaan,

antara lain :

a. Pegas dipasang pada statif.

b. Beban digantungkan di ujung pegas.

c. Meteran dipasang di samping statif.

d. Panjang pegas yang telah diberi beban dihitung.

e. Pegas diberi simpangan sejauh 1cm kemudian dilepaskan.

f. Peristiwa pada langkah d direkam untuk mengetahui

amplitudo pertama dan kedua pada sistem.

g. Amplitudo pertama dan kedua dari hasil rekaman video

dicatat.

h. Langkah (d) hingga (g) diulangi untuk jenis peredam

yang lain yaitu air dan oli.

8

(Halaman Ini Memang Dikosongkan)

9

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Data

Pada percobaan didapatkan data untuk menentukan nilai dari

konstanta pegas dan rasio redaman. Disusun sebuah sistem pegas

dengan panjang pegas sebesar 0.07 m dan beban massa 1.3 kg,

sehingga nilai konstanta pegas sebesar:

Setelah diketahui nilai dari konstanta pegas tersebut yang

dipasang secara parallel maka dapat diketahui nilai dari frekuensi

natural, yaitu dengan menggunakan rumus :

√

√

Kemudian mencari besarnya nilai Amplitudo pada setiap

jenis peredam sebagai berikut :

Tabel 4.1 A1 dan A2 dengan Redaman Udara

Pengambilan

data ke-

Amplitudo 1

(m)

Amplitudo 2

(m)

1 0.034 0.028

2 0.03 0.027

3 0.032 0.024

Rata-rata 0.032 0.026333333

10

Tabel 4.2 A1 dan A2 dengan Redaman Oli

Pengambilan

data ke-

Amplitudo 1

(m)

Amplitudo 2

(m)

1 0.012 0.007

2 0.019 0.013

3 0.017 0.009

Rata-rata 0.016 0.009666667

Tabel 4.3 A1 dan A2 dengan Redaman Air

Pengambilan

data ke-

Amplitudo 1

(m)

Amplitudo 2

(m)

1 0.025 0.014

2 0.028 0.015

3 0.025 0.018

Rata-rata 0.026 0.015666667

Kemudian dicari peluruhan logaritmik ( ) dan rasio redaman

( dari beberapa jenis peredam, yaitu udara, oli, dan air dengan

rumus :

(

)

√

Sehingga didapatkan perolehan hasil dari masing-masing

jenis redaman ditunjukkan pada tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Perolehan Dari Jenis Peredam

Peredam K

(N/m)

(rad/det)

C

(Ndet/m)

Udara

0.0372 0.169

0.19 0.037 0.016

Oli 0.5 0.254 0.1116

Air 0.51 0.252 0.1111

11

Dari tabel 4.4, berikut didapatkan gambar berupa grafik,

yaitu :

Gambar 4.1 Grafik Rasio Redaman Udara

Gambar 4.2 Grafik Rasio Redaman Oli

Gambar 4.3 Grafik Rasio Redaman Air

12

Dari grafik yang didapatkan dari hasil percobaan dapat

disimpulkan bahwa jenis redaman pada saat menggunakan

peredam udara, oli dan air memiliki kesamaan jenis, yaitu

merupakan jenis redaman under – damped, dikarenakan nilai dari

koefisien redaman dibawah 1.

4.2 Pembahasan

Pada praktikum P4 mata kuliah Interumentasi Akustik Dan

Vibrasi membahas tentang getaran teredam. Dari praktikum

tersebut menggunakan pegas untuk menetukan rasio redaman dan

konstanta pegas. Dengan menggunakan tiga buah jenis peredam,

yaitu udara, air, dan oli serta diketahui beban sebesar 1.3 Kg dan

simpangannya 0.07 m dipasang paralel. Sehingga didapatkan

hasil dari konstanta pegas (k) yang dipasang paralel sebesar

0.0327 N/m dan frekuensi natural sebesar 0.169 rad/det. Dari

masing-masing peredam diambil data sebanyak tiga kali untuk

mencari simpangan maksimum atau jarak terjauh (A1 dan A2)

dengan menggunakan simpangan awal sebesar 0.11 m. sehingga

diperoleh hasil dari peluruhan logaritmik ( ) pada jenis peredam

udara sebesar 0.19, peredam oli sebesar 0.5, dan peredam air

sebesar 0.51 dan rasio redaman ( pada jenis peredam udara

sebesar 0.037 , peredam oli sebesar 0.254, dan peredam air

sebesar 0.2527. Dan untuk perolehan hasil dari konstanta

redaman (c) pada jenis peredam udara sebesar 0.016 Ndet/m ,

peredam oli sebesar 0.1116 Ndet/m, dan peredam air sebesar

0.01111 Ndet/m. Jika hasil tersebut dibuat pada grafik untuk

menentukan jenis redaman dengan menggunakan software

matlab. Dari hasil percobaan pada beberapa jenis peredam baik

udara, oli maupun air memiliki kesamaan jenis redaman yaitu

under damped, karena nilai dari rasio redamannya dibawah 1 atau

< 1. Perbedaan dari nilai redaman dapat dilihat dari perbedaan

pengurangan peluruhan logaritmik yang dialami oleh pegas untuk

setiap jenis peredam. Perbandingan antara rasio redaman dengan

beberapa jenis peredam adalah nilai rasio redaman paling tinggi

dimiliki oleh jenis peredam oli. Hal tersebut dikarenakan oli

memiliki viskositas paling tinggi diantara jenis peredam lain.

13

Nilai dari beberapa viskositas dari udara, air dan oli sebesar

0,018x10-3

Pa.s; 1x10-3

Pa.s; 3 x 10-2

Pa.s . Semakin tinggi nilai

viskositas suatu fluida maka fluida tersebut akan memberikan

efek redaman semakin tinggi pada suatu sistem yang sedang

berosilasi.

14

(Halaman Ini Memang Dikosongkan)

15

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil, yaitu :

a. Untuk menentukan konstanta pegas dan rasio redaman

yaitu dengan menggunakan tiga buah jenis peredam pada

sistem pegas, yaitu udara, air, dan oli yang diketahui

beban atau massa sebesar 1.3 Kg dan simpangannya 0.07

m yang dipasang paralel.

b. Perbandingan antara rasio redaman dengan beberapa jenis

peredam baik udara, oli maupun air adalah semakin besar

massa jenis atau kerapatan suatu fluida maka akan

semakin besar rasio redaman yang diberikan fluida

kepada suatu sistem pegas.

c. Dari beberapa jenis peredam baik udara, oli maupun air

memiliki kesamaan jenis redaman yaitu under damped,

karena nilai dari rasio redamannya dibawah 1 atau < 1.

5.2 Saran

Adapun saran yang diberikan selama praktikum, yaitu :

a. Hendaknya dilakukan pengecekan alat terlebih dahulu

sebelum praktikum berlangsung.

b. Sebaiknya praktikan lebih belajar tentang dasar teori

sebelum praktikum berlangsung.

c. Sebaiknya asisten lebih memberikan acuan tentang cara

perhitungan, agar data yang diperoleh sesuai dengan

teori.

16

(Halaman Ini Memang Dikosongkan)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. (2015). Modul Praktikum P4 Akustik dan Vibrasi.

Surabaya: Vibrastic Lab-ITS Surabaya.

LAMPIRAN

- Pengambilan data pada percobaan peredam udara

- Pengambilan data pada percobaan peredam oli

- Pengambilan data pada percobaan peredam air