PENGARUH VARIASI PANJANG PEMBEBANAN TENGAH ...

Dinamika Teknik Mesin. Yaulhaq dkk.:

Tengah Poros Terhadap Putaran Kritis Whirling Shaft.

PENGARUH VARIASI PANJANG POROS DAN BESAR MASSA PADA PEMBEBANAN TENGAH POROS TERHADAP PUTARAN KRITIS WHIRLING SHAFT THE EFFECT OF VARIATIONS IN SHAFT LENGTH AND MASS ON THE CENTER LOAD ON THE CRITICAL WHIRLING SHAFT A. Ya’ulhaq., I.D.K. Okariawan., A.D. ChaturJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, U83125, Indonesia. HP. 082111738971 ARTICLE INFO

Article History: Received Accepted Available online Keywords: Shaft, Disk Massa, Deflection, Critical Rotation.

Dinamika Teknik Mesin, Vol. 6, No. 13

Dinamika Teknik Mesin

dkk.: Pengaruh Variasi Panjang Poros Dan Besar Massa Pada Pembebanan


1

PENGARUH VARIASI PANJANG POROS DAN BESAR MASSA PADA PEMBEBANAN TENGAH POROS TERHADAP PUTARAN KRITIS

THE EFFECT OF VARIATIONS IN SHAFT LENGTH AND MASS ON THE CENTER LOAD ON THE CRITICAL ROTATION OF THE

Okariawan., A.D. Chatur Fakultas Teknik, Universitas Mataram, Jl. Majapahit no. 62, Mataram, NTB,

83125, Indonesia. HP. 082111738971

ABSTRACT

A rotating shaft is in fact not in a straight state, but rotates in a curved position due to its own weight or the result of a given load. At a certain rotation the shaft reaches the maximum value. The rotation thatthe shaft to reach the maximum value is called the critical rotation Whirling Shaft.

The purpose of this study was to determine the difference of deflection and critical rotation that occurs when the variation of shaft length and disk mass size of the critical rotation (whirling shaft) test. Therefore, this research was conducted by an expusing a critical round test equipment. And the critical rotation value in the experimental method will be validated with calculations done theoretically. The test used a 12 volt DC motor with maximum rotation (n) of 3000 rpm and a critical spin machine test equipment on an ST 52 shaft with a diameter D = 0.012 m with a maximum shaft length L = 0.6 m. Tests will be carried out using the infrared remote sensor Sharp GP2Y0A41SK0F and Arduino controller with the PID algorithm.

`From the research that has been done, the maximum critical rotation results on the shaft with a length of 0.4 m and a load of 0.3 kg with a critical rotation value of 2200 rpm and a minimum critical rotation occurred at the length of the 0.6 m shaft with a mass of 0.5 kg at the rotation of 1600 rpm, where the greater the loading, the deflection that occurs also increases as well as the length of the shaft, the longer the shaft, the smaller the critical rotation and vice versa, the shorter the shaft, the higher the critical rotation obtained.

Shaft, Disk Massa, Deflection,

ik Mesin, Vol. 6, No. 13 Januari 2020, p. ISSN: 2088-088X, e. ISSN:

Dinamika Teknik Mesin 13 (1) (2020) 1-15

Pengaruh Variasi Panjang Poros Dan Besar Massa Pada Pembebanan

PENGARUH VARIASI PANJANG POROS DAN BESAR MASSA PADA PEMBEBANAN TENGAH POROS TERHADAP PUTARAN KRITIS

THE EFFECT OF VARIATIONS IN SHAFT LENGTH AND MASS ON ROTATION OF THE

, Jl. Majapahit no. 62, Mataram, NTB,

A rotating shaft is in fact not in a straight state, but rotates in a curved position due to its own weight or the result of a given load. At a certain rotation the shaft reaches the maximum value. The rotation that causes the shaft to reach the maximum value is called the

The purpose of this study was to determine the difference of deflection and critical rotation that occurs when the variation of shaft length and disk mass size of the critical rotation (whirling shaft) test. Therefore, this research was conducted by an experimental method using a critical round test equipment. And the critical rotation value in the experimental method will be validated with calculations done theoretically. The test used a 12 volt DC motor with maximum rotation (n) of

spin machine test equipment on an ST 52 shaft with a diameter D = 0.012 m with a maximum shaft length L = 0.6 m. Tests will be carried out using the infrared remote sensor Sharp GP2Y0A41SK0F and Arduino controller with the PID algorithm.

h that has been done, the maximum critical rotation results on the shaft with a length of 0.4 m and a load of 0.3 kg with a critical rotation value of 2200 rpm and a minimum critical rotation occurred at the length of the 0.6 m shaft with a mass of

at the rotation of 1600 rpm, where the greater the loading, the deflection that occurs also increases as well as the length of the shaft, the longer the shaft, the smaller the critical rotation and vice versa, the shorter

rotation obtained.

088X, e. ISSN: 2502-1729

Dinamika Teknik Mesin. Yaulhaq dkk.: Pengaruh Variasi Panjang Poros Dan Besar Massa Pada Pembebanan


2

1. PENDAHULUAN

Salah satu kemajuan dalam bidang teknologi adalah dengan terciptanya suatu mesin sebagai pengganti tenaga manusia atau tenaga hewan yang sebelumnya masih digunakan. Mesin banyak digunakan sebagai tenaga penggerak yakni digunakan sebagai sarana transportasi misalnya mobil. Mobil bergerak atau berjalan dengan awal yang pelan kemudian melaju dengan kecepatan tinggi. Karena pada mobil mempunyai perubahan atau variasi kecepatan maka akan berpengaruh pada salah satu konstruksi mesin misalnya pada poros. Poros (shaft) adalah salah satu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (flywheel), poros engkol dari elemen pemindah daya lainnya. Poros bisa menerima beban tarik, tekan, atau puntiran, yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya (Prasetiyo, 2013).

Dalam bidang konstruksi sifat material yang dapat terdefleksi merupakan suatu hal yang sangat menentukan karena bila saja 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, oleh kareana itu perlu perencanaan yang sangat tepat untuk membangun suatu struktur tertentu. Begitu juga dengan poros, seperti poros turbin pada pembangkit daya, Pada saat oprasi dengan putaran tertentu poros akan terdefleksi akibat berat rotor atau pun berat dia sendiri. Defleksi yang paling besar terjadi pada putaran operasi itulah yang disebut dengan putaran kritis, yang dapat membuat struktur poros tersebut mengalami kerusakan/gagal sehingga dalam operasi dihindari kecepatan putar yang demikian. Oleh karena itu perlu pengetahuan yang dalam mengenai putaran kritis ini.

Suatu poros yang berputar pada kenyataannya tidak berada pada keadaan yang lurus, melainkan berputar dengan posisi melengkung. Pada suatu putaran tertentu lengkungan poros tersebut mencapai harga maksimum. Putaran yang menyebabkan lengkungan poros mencapai harga maksimum tersebut dinamakan dengan putaran kritis dan keadaan tersebut di namakan efek Whirling Shaft. Hal ini akan selalu terjadi, bahkan pada sistem sudah seimbang. Pada sistem yang seimbang, hal ini dapat di sebabkan oleh defleksi terjadi sampai keadaan seimbang yang berkaitan dengan kekakuan poros tercapai. Poros yang melewati putaran kritis lalu akan mencapai keadaan seimbang (Zaki dkk, 2018).

2. Landasan Teori

2.1 Definisi Putaran Kritis Putaran kritis poros juga dapat didefinisikan batas antara putaran mesin yang memiliki jumlah putaran normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar, motor listrik. Selain itu timbulnya getaran yang tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan poros perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya. Putaran kritis poros adalah putaran yang menyebabkan lengkungan poros mencapai nilai maksimum yang menghasilkan efek Whirling Shaft. suatu poros yang berputar pada kenyataannya tidak berada pada keadaan yang lurus, melainkan berputar dengan posisi melengkung (Sutoyo dan Sutisna, 2017). Apabila pada suatu poros didukung diantara dua bantalan dipasang disk maka akan mengalami defleksi statis pada poros. Hal ini mengakibatkan poros berputar sambil bergetar dengan amplitudo yang besar. Defleksi tersebut disebabkan oleh berat disk (jika massa poros diabaikan). Defleksi akan bertambah besar akibat gaya santrifugal pada saat poros berputar. 1. Kecepatan Kritis pada Poros Setiap sistem dengan elemen yang menyimpan energi akan mempunyai frekuensi pribadi tertentu. Setiap massa yang bergerak selalu menyimpan energi kinetik dan setiap pegas selalu menyimpan energi potensial. Setiap elemen mesin dibuat dari material elastis yang berperan sebagai pegas. Setiap elemen yang mempunyai massa dan mempunyai kecepatan, akan mempunyai energi kinetik. Ketika sistem dinamik bergetar, maka terjadi perubahan energi potensial menjadi kinetik atau sebaliknya. Poros termasuk elemen mesin jenis ini, berputar dengan kecepatan tertentu dan terdefleksi secara torsional dan bending.

Jika elemen mesin dibebani beban dinamik, maka poros tersebut akan bergetar. Jika diberi beban transien, maka elemen mesin tersebut akan bergetar pada frekuensi pribadinya, dan disebut



3

getaran bebas. Getaran bebas akan berhenti karena adanya redaman dalam sistem. Elemen mesin yang diberi beban dinamik, seperti beban sinusoidal, akan bergetar terus pada frekuensi pembebanan. Jika frekuensi pembebanan terjadi bertepatan dengan frekuensi pribadi elemen mesin tersebut, maka amplitudo respon getaran akan lebih besar daripada amplitude pembebanan. Maka Elemen mesin disebut mengalami resonansi (https://fdokumen.com/document/bab-07-poros1.html).

Putaran kritis poros juga dapat didefinisikan batas antara putaran mesin yang memiliki jumlah putaran normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar, motor listrik. Selain itu timbulnya getaran yang tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan poros perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya.

2.2 Poros Yang Digunakan Pada Putaran Kritis 1. Poros

Poros yang digunakan untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molibden dll (G4102, G4103, G4104, G4105 dalam tabel satu 2.1). Sekalipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasanya hanya karena putaran tinggi dan berat.

Table 2.1 Baja Karbon Untuk Konstruksi Mesin dan Baja Batang Yang Difinish Dingin Untuk Poros

Sumber : Sularso (2004)

Putaran kritis poros adalah putaran yang mengakibatkan terjadinya defleksi maksimum pada

poros. Hal ini mengakibatkan poros berputar sambil bergetar dengan amplitudo yang besar. Gejala ini disebut whirling shaft. Terjadinya whirling shaft pada permesinan dapat mengakibatkan: 1. Timbulnya getaran yang berlebihan,getaran ini kemudian akan diindusikan ke komponen mesin lainnya dan sekelilingnya. 2. Kerusakan mekanik, hal ini disebabkan oleh :

Tegangan bending yang besar pada poros Gesekan antara poros dengan rumah. Beban yang diterima bearing menjadi berlebihan

3. Pada akhirnya, semua hal diatas akan memperpendek umur (komponen) mesin. Untuk menguraikan terjadinya gejala whirling shaft, berikut ini kita akan menganalisa suatu

model poros dengan panjang L yang dipasangi disk dengan berat M kemudian poros tersebut diputar dengan kecepatan Nc. Poros tersebut ditumpu oleh bantalan A dan B (Solichin dkk, 2015).

Poros (shaft) adalah salah satu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi, pully, roda gigi (flywheel), engkol dari elemen pemindah daya lainnya. Peran utama dalam transmisi ini dipegang oleh poros, menurut bentuknya poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak dan lain-lain, poros luwes untuk transmisi daya kecil agar terdapat kebebasan bagi perubahan arah. Poros bisa menerima bahan-bahan lenturan, tarikan, tekan, atau puntiran, yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya. Bila beban tersebut tergabung, kita bisa mengharapkan untuk mencapai kekuatan statis dan kekuatan lelah yang perlu untuk petimbangan perencanaan, karena suatu poros tunggal bisa diberi tegangan-tegangan statis, tegangan bolak-balik lengkap, tegangan berulang, yang semuanya bekerja pada waktu yang sama (Prasetiyo dan Subagyo, 2013).

2. Material Poros Baja ST 52 Baja sering digunakan karena modulus elastisitasnya tinggi, sehingga ketahannya terhadap defleksi tinggi. Kebanyakan poros terbuat dari baja karbon rendah dan medium yang dirol panas (hot rolled) maupun dingin (cold rolled). Ketika diperlukan kekuatan yang lebih tinggi, bisa digunakan baja paduan. Cold rolled sering digunakan pada poros diameter kecil (sampai diameter 3 in.), sedangkan

https://fdokumen.com/document/bab-07-poros1.html



4

hot rolled untuk diameter yang lebih besar. Untuk material yang sama, sifat mekanik pada cold rolled lebih besar, tetapi akan terjadi tegangan sisa pada permukaan .

Identifikasi baja yang digunakan untuk poros yang memenuhi setandar SNI umumnya poros yang sering digunakan dipasaran, pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui spesifikasi dari poros yang akan digunakan dalam uji putaran keritis, dari hasil pengujian tarik yang dilakukan didapat karakteristik hasil pengujian tensile strenght 514 Mpa, dan yeld strength 389 Mpa, dari tabel yang mendekati karakteristik baja poros tersebut adalah baja ST 52 dengan tensile strenght 490-630 Mpa dan yield strength 315-355 Mpa, yang tergolong baja lunak (mild steel) karena memiliki kandungan karbon C, 0,22 %, 0,55 % Si, 0,60 % Mn, 0,25 % P, 0,25 % Cr, 0,25 % Ni, 0,25 % Nu dan 0,20 % S, Jadi baja ST 52 termasuk dalam baja karbon rendah yang memiliki kekuatan tari 52 N/mm² dan modulus elastisitas sebesar 210 Gpa, termasuk kedalam golongan baja hypoeutectic, yang merupakan baja natural yang banyak digunakan dalam suatu konstruksi mesin, karena memiliki sifat ulet, mudah dibentuk dan kuat maupun keras.

2.3 Alat Ukur Putaran Kritis Alat ukur putaran keritis adalah alat yang digunakan untuk melihat penomena-penomena yang terjadi pada suatu poros yang telah diberi beban diputar dengan kecepatan tertentu, sehingga dapat diketahui fenomena defleksi dan putaran keritis, dan mengetahui besarnya sehingga dapat dihindari dalam suatu sistem mekanik, juga dapat membantu dalam merancang sebuah poros. Adapun komponen pada alat alat ini adalah : 1. Alat ukur jarak infrared Adalah alat yang digunakan untuk mengamati getaran atau putaran, mengukur kecepatan putaran maupun mengukur frekuensi getaran benda. Benda yang diamati getarannya atau putarannya akan terlihat seolah-olah tidak bergerak. prinsip kerja alat Infrared ini yaitu dengan mengarahkan laser ke batas jarak yang ingin di ukur, dengan alat ini berupa angka pada display layar dengan sistem digital. Alat ukur jarak ini banyak digunakan pada industri, terutama industri yang potensinya berkaitan pada bidang kontruksi, pengukuran jarak yang cepat dan akurat dari satu objek ke objek yang lainnya. 2. Metode kerja alat infrared sharp GP2Y0A41SK0F

GP2Y0A41SK0F adalahsatuan sensor pengukuran jarak, terdiri dari kombinasi terpadu PSD (detektor sensitive positif posisi), IR-LED (inframerah memancarkan diode) sensor inframerah tidak menghitung waktu pancaran sinar melainkan menghitung dibagian mana sinar inframerah yang dikembalikan diterima oleh rangkaian photo transistor. Semakin jauh jarak maka semakin ke kanan sinar inframerah yang diterima pada rangkaian photo transistor dan semakin kecil tegangan outputnya. Sensor ini dapat mengukur jarak halangan pada daerah 4 – 30 cm dengan memanfaatkan pemancaran dan penerimaan gelombang infra merah sebagai media untuk mengestimasi jarak. Penggunaan sperktrum infra merah menyebabkan sensor ini tidak mudah terganggu dengan keberadaan cahaya tampak dari lingkungan karena memiliki daerah spektrum yang berbeda. Untuk menghitung jarak objek pada wilayah pandangnya, sensor ini menggunakan metode triangulation dan sebuah linear CCD array sebagai position-sensitive detector. Pertama-tama, emitter memancarkan sinyal IR yang telah dimodulasi ke arah target. Sinar ini berjalan sepanjang sudut pandangnya dan akan dipantulkan oleh objek yang menghalanginya. Jika tidak mengenai objek, IR tidak akan dipantulkan kembali dan sensor mendeteksi ketidakberadaan objek.

Pantulan IR akan diterima oleh lensa pada detektor dan difokuskan ke linear CCD array. Detektor akan mendeteksi sudut datang IR hasil pantulan sebagai parameter jarak. Perbedaan sudut sinar datang yang diterima oleh detektor sinar IR ini kemudian akan diproyeksikan oleh lensa pada bagian tertentu dari CCD array sesuai sudut datang dari IR. Dengan kata lain, lokasi penerima cahaya pada CCD array akan merepresentasikan jarak objek. Gambar di bawah ini mengilustrasikan cara kerja sensor Sharp GP2Y0A41SK0F pada saat mendeteksi objek dekat dan saat mendeteksi objek jauh.

Gambar 2.2 Cara kerja sensor GP2Y0A41SK0F



5

2.4 Defleksi Defleksi adalah lendutan atau lenturan yang terjadi pada balok sebagai akibat dari bekerjanya gaya transversal (vector gaya tegak lurus dengan sumbu balok). Gaya ini akan menimbulkan momen bending dan besar kecilnya lendutan sangat dipengaruhi oleh besar kecilnya momen bending tersebut.

Menurut Mustafa (2007), bahwa defleksi yang diperoleh secara eksperimental lebih besar jika dibandingkan dengan defleksi secara teoritis, dan besarnya defleksi maksimum cenderung terjadi pada pertengahan batang untuk tumpuan jepit-jepit. Defleksi juga dipengaruhi oleh bahan atau material serta bentuk atau dimensi penampang dari poros tersebut.

Suatu batang jika mengalami pembebanan lateral, baik itu beban terpusat maupun beban terbagi rata, maka batang tersebut mengalami defleksi. Jenis tumpuan dan posisi pembebanan merupakan dua hal yang dapat mempengaruhi defleksi pada suatu balok adalah jenis tumpuan yang digunakan (Selleng, 2017).

1. Kondisi yang dapat diterapkan pada percobaan

Respon amplitudo menunjukkan besaran tanpa dimensi (dimensionless ratio) dari perbandingan amplitudo output dan input. Setiap peredaman, ditunjukkan dengan perbandingan redaman, akan mengurangi rasio amplitudo resonansi. Frekuensi pribadi disebut juga frekuensi kritis atau kecepatan kritis.

Gambar 2.11 Model fisik poros dengan beban ditengah

Gambar 2.12 Model fisik poros dengan beban sembarang

Bila terdapat beberapa benda berputar pada satu poros, maka dihitung lebih dahulu putaran-putaran kritis ��, ��, ��,.. dari masing-masing benda tersebut yang seolah-olah berada sendiri pada poros, maka putaran keritis keseluruhan dari system �� dapat ditentukan oleh :

1

N2

C0

=1

N2

C1

+1

N2

C2

+1

N2

C3

…, (2-3)

Sumbu suatu poros akan terdefleksi (melentur) dari kedudukanya semula bila dikenai beban. Poros harus kuat untuk menahan defleksi yang berlebihan, sehingga mencegah ketidak-sebarisan dan mempertahankan ketelitian dimensional terhadap pengaruh beban. Persamaan-persamaan diferensial untuk menentukan defleksi poros dicari dengan asumsi defleksi kecil dibandingkan dengan panjang poros. Diagram benda bebas struktur atau poros yang dikenai beba, F dapat dilihat pada gambar berikut :

EI LI

L

a b

L

EI LI



6

Gambar 2.13 Struktur yang dikenal 1 beban sembarang

Gambar 2.14 Struktur yang Dikenal 2 Beban

Gambar 2.15 Struktur yang Dikenai 3 Beban

Defleksi maksimum pada poros yang dikenai 1 beban dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :

δ =P.a.b

6.E.I.L(L2-a2-b2) (2-4)

Namun bila terdapat kondisi a = b = �� , maka persamaan diatas akan menjadi sebagai berikut

:

δ1 =P (

�

�L)²

6.E.I.L(L2-2a2) (2-5)

=P 14�2

6.E.I.L(L2-2(

1

2L)²)

=P 14�2

6.E.I.L(L2-

1

2L²)

=P 14 �

6.E.I(1

2�²)

=PL3 1

86.E.I

δ 1 =PL

3

48.E.I (2-6)

Defleksi maksimum pada poros yang dikenai 2 beban dan 3 beban ditentukan dengan metode superposisi.

δ2 =Pa

24.E.I (3L2-4a2) (2-7)

I = πd4

64 (2-8)

Dimana : E = Modulus elastisitas poros (Gpa) I = Momen inersia (��4)

P = Beban (N/m) untuk mencari konstanta kekakuan poros persatuan panjang (q) dan defleksi maksimum untuk

beban poros maka menggunkan persamaan sebagai berikut :



7

q = ��

�� (2-9)

δ karena beban poros = ��

�� (2-10)

Maka persamaan diatas kita dapat menghitung defleksi total akibat defleksi karena beban poros dan defleksi akibat penambahan berat beban/massa maka menggunakan persamaan sebagai berikut : δ total = δ1 + δ karena beban poros (2-11)

`Kemudia setelah mendapatkan nilai defleksi maksimum, maka akan dilanjutkan untuk mencari nilai konstan kekakuan poros (k) dengan persamaan sebagai berikut :

k=m.g

� (2-12)

Dimana : M = Massa (kg) g = Percepatan gravitasi bumi = 9,81 (m/s²) �1 = Defleksi maksimum pada poros yang dikenai satu beban (mm) k = Konstanta kekakuan poros (N/m)

kemudian dilanjutkan dengan menghitung nilai putaran kritis yang terjadi pada poros dapat menggunakan persamaan berikut :

Nc=60

2π�

k

m (2-13)

Dimana : Nc = Putaran kritis poros (rpm) m = Massa total beban pada poros (kg)

3. METODE PENELITIAN

Prosedur Penelitian pada penelitian ini, terdapat 2 variasi pengujian yang akan dilakukan yaitu variasi pada panjang poros dan variasi berat beban disk. Ada 3 variasi pengujian pada poros dengan panjang berbeda-beda. Sedangkan ada 3 kali variasi berat pembebanan pada 1 poros. Dengan posisi berat beban disk berada tetap ditengah selama pengujian. Variasi beban disk yang diujikan ada 3, yaitu 300 gram, 400 gram, dan 500 gram. Jika ditotal banyak pengujian yang di lakukan berjumlah 9 kali pengujian.

Dinamika Teknik Mesin. Yaulhaq dkk.:


Gambar 3.4 Skema

Dari gambar 3.4 kita bias menghitung jarak defleksi awal (Xmenggunakan motor penggerak dan jarak defleksi akhir (Xmotor penggerak. Sehingga untuk menghitung defleksi secara eksperimrumus δ = X0 - X1 menggunakan alat sensor pengukur jarak Sharp Keterangan :

A=B : Titik tengah peletakan beban/K : Konstanta kekakuan poros X0 : jarak awal poros sebelum berputar (mX1 : jarak akhir poros sesudah diputar (mm)

Nc : Putaran poros (rpm) M : Massa/beban (kg) 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil yang didapatkan pada penelitian ini adalah diketahuinya pengaruh panjang poros terhadap defleksi yang terjadi. Penelitian dilakukan dengan memasang massa ditengah poros dimana poros memiliki variasi panjang. Berikut ini Gambar 4.1 Pengaruh nilai defleksi terhadap berdasarkan tabel pengujian data secara eksperimen sebagai beriku

Gambar 4.1 Grafik pengaruh Berdasarkan gambar grafik 4.1 bahwa defleksi terendah pada panjang poros 0,4 m dengan

massa disk 0,3 kg defleksi yang didapatkan 0,34 mm, Pada massa 0,4 kg didapatkan nilai defleksi 0,73 mm dan tertinggi 1,27 mm pada massa dengan beban 0,3 kg dan 0,4 kg didapatkan nilai defleksi 0,42 mm dan 2,51 mm dan pada massa disk 0,5 kg sebesar 2,92 mm. Pada panjang 0,6 m didapatkan defleksi terbesar pada massa disk 0,5 kg sebesar 3,22 mm, sedangkan untuk massa defleksi 1,58 mm dan 2,62 mm. Penomena ini menunjukkanmeningkat seiring dengan penambahan massa sebagai pemberat dan akibat pengaruh panjang poros.

Dari grafik 4.4 maka hasil nilai putaran kritis yang diambil adalah nilai putaran pada saat poros mencapai defleksi tertinggi akibat berat massa, sehingga dapat dibuat grafik hubungan massa terhadap putaran kritis secara eksperimen

0.1

0.4

0.7

1

1.3

1.6

1.9

2.2

2.5

2.8

3.1

3.4

0.25 0.3

δ (

cm)

dkk.: Pengaruh Variasi Panjang Poros Dan Besar Massa Pada Pembebanan


8

Gambar 3.4 Skema poros yang terdefleksi

Dari gambar 3.4 kita bias menghitung jarak defleksi awal (X0) sebelum poros diputar menggunakan motor penggerak dan jarak defleksi akhir (X1) setelah poros diputar menggunakan motor penggerak. Sehingga untuk menghitung defleksi secara eksperimen dapat dihitung dengan

menggunakan alat sensor pengukur jarak Sharp GP2Y0A41SK0F.

A=B : Titik tengah peletakan beban/disk K : Konstanta kekakuan poros (N/mm)

: jarak awal poros sebelum berputar (mm) : jarak akhir poros sesudah diputar (mm)

Nc : Putaran poros (rpm) M : Massa/beban (kg)

Hasil yang didapatkan pada penelitian ini adalah diketahuinya pengaruh panjang poros

terhadap defleksi yang terjadi. Penelitian dilakukan dengan memasang massa ditengah poros dimana poros memiliki variasi panjang. Berikut ini Gambar 4.1 Pengaruh nilai defleksi terhadap berdasarkan tabel pengujian data secara eksperimen sebagai berikut:

Gambar 4.1 Grafik pengaruh massa terhadap nilai defleksi secara eksperimenBerdasarkan gambar grafik 4.1 bahwa defleksi terendah pada panjang poros 0,4 m dengan

0,3 kg defleksi yang didapatkan 0,34 mm, Pada massa 0,4 kg didapatkan nilai defleksi 0,73 mm dan tertinggi 1,27 mm pada massa disk 0,5 kg. Sedangkan pada panjang poros 0,5 m dengan beban 0,3 kg dan 0,4 kg didapatkan nilai defleksi 0,42 mm dan 2,51 mm dan

0,5 kg sebesar 2,92 mm. Pada panjang 0,6 m didapatkan defleksi terbesar pada 0,5 kg sebesar 3,22 mm, sedangkan untuk massa disk 0,3 kg dan 0,4 kg didapatkan

defleksi 1,58 mm dan 2,62 mm. Penomena ini menunjukkan bahwa defleksi yang terjadi semakin meningkat seiring dengan penambahan massa sebagai pemberat dan akibat pengaruh panjang

maka hasil nilai putaran kritis yang diambil adalah nilai putaran pada saat poros i akibat berat massa, sehingga dapat dibuat grafik hubungan massa

secara eksperimen seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini

0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

Massa (kg)

Panjang poros 0,4 m

Panjang poros 0,5 m

Panjang poros 0,6 m

Pengaruh Variasi Panjang Poros Dan Besar Massa Pada Pembebanan

) sebelum poros diputar ) setelah poros diputar menggunakan

en dapat dihitung dengan GP2Y0A41SK0F.

Hasil yang didapatkan pada penelitian ini adalah diketahuinya pengaruh panjang poros terhadap defleksi yang terjadi. Penelitian dilakukan dengan memasang massa ditengah poros dimana poros memiliki variasi panjang. Berikut ini Gambar 4.1 Pengaruh nilai defleksi terhadap massa

massa terhadap nilai defleksi secara eksperimen

Berdasarkan gambar grafik 4.1 bahwa defleksi terendah pada panjang poros 0,4 m dengan 0,3 kg defleksi yang didapatkan 0,34 mm, Pada massa 0,4 kg didapatkan nilai defleksi

0,5 kg. Sedangkan pada panjang poros 0,5 m dengan beban 0,3 kg dan 0,4 kg didapatkan nilai defleksi 0,42 mm dan 2,51 mm dan defleksi terbesar

0,5 kg sebesar 2,92 mm. Pada panjang 0,6 m didapatkan defleksi terbesar pada 0,3 kg dan 0,4 kg didapatkan

bahwa defleksi yang terjadi semakin meningkat seiring dengan penambahan massa sebagai pemberat dan akibat pengaruh panjang

maka hasil nilai putaran kritis yang diambil adalah nilai putaran pada saat poros i akibat berat massa, sehingga dapat dibuat grafik hubungan massa

seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini

Panjang poros 0,4 m

Panjang poros 0,5 m

Panjang poros 0,6 m



9

Gambar 4.2 Grafik pengaruh massa terhadap putaran kritis secara eksperimen

Pada gambar 4.2 nilai putaran kritis yang terjadi pada panjang poros 0,4 m, 0,5 m dan 0,6 m dengan variasi massa disk 0,3 kg, 0,4 kg, dan 0,5 kg, terlihat nilai putaran terbesar pada panjang poros 0,4 m dengan massa disk 0,3 kg dengan putran maksimum 2200 rpm, untuk panjang poros yang sama dengan variasi massa disk yang berbeda 0,4 kg dan 0,5 kg didapatkan putaran maksimum yang sama 2000 rpm. Hal ini diakibatkan oleh poros yang pendek sehinga variasi penambahan massa sebagai beban pemberat tidak begitu berpengaruh terhadap nilai putaran. Pada panjang poros 0,5 m dengan variasi massa disk 0,3 kg didapatkan putaran 2000 rpm. Sedangkan untuk massa disk 0,4 kg putaran sebesar 1800 rpm dan untuk massa 0,5 kg turun menjadi 1600 rpm, hal ini diakibatkan oleh variasi massa sebagai pemberat bertambah. Pada panjang poros 0,6 m, dengan massa disk 0,3 kg didapatkan putaran 1800 rpm. Dengan variasi penambahan massa disk 0,5 kg dan 0,4 kg didapatkan putaran kritis yang sama 1600 rpm. Dari gerafik 4.1 untuk panjang poros 0,5 m dan 0,6m dengan massa yang sama 0,5 kg didapatkan putaran yang sama 1600 rpm, hal ini disebabkan oleh poros yang digunakan dalam pengujian berulang-ulang untuk mendapatkan hasil yang maksimal, sehingga pada saat penggunaan poros yang berulang-ulang menyebabkan poros tidak sepenuhnya lurus, sedangkan untuk poros yang pendek didapatkan putaran yang lebih besar dibandingkan poros yang panjang hal ini disebabkan Jika defleksi yang terjadi semakin kecil, maka frekuensi natural yang terjadi akan semakin besar. Karena defleski berbanding terbalik dengan frekuensi natural. Oleh sebab itu, putaran kritis yang terjadi pada poros yang pendek adalah besar karena putaran kritis berbanding lurus dengan frekuensi naturalnya. Demikian juga sebaliknya, putaran kritis akan semakin kecil jika poros semakin panjang. Fenomena whirling akan berbeda lagi ketika disk yang berfungsi sebagai massa pemberat divariasikan massanya.

Berdasarkan tabel 4.5 yaitu tabel perhitungan secara teoritis untuk nilai defleksi dan putaran kritis bisa dibuat grafik seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini

Gambar 4.3 Grafik hubungan massa taehadap nilai defleksi secara teoritis

Dari gambar 4.3 secara teoritis nili peningkatan defleksi terbesar pada panjang poros 0,6 m

dengan massa 0,5 kg sebesar 0,1709 mm, untuk massa 0,4 kg dan 0,5 kg didapatkan nilai defleksi

1400

1600

1800

2000

2200

2400

0.25 0.35 0.45

Nc(

Rp

m)

Massa (kg)

panjang poros 0,4 m

panjang poros 0,5 m

panjang poros 0,6 m

1.5E-05

6.5E-05

0.000115

0.000165

0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

δ(m

)

massa (kg)

panjang poros 0,4 m

panjang poros 0,5 m

panjang poros 0,6 m



10

0,1295 mm dan 0,1502 mm. Sedangkan pada panjang poros 0,5 m terjadi penurunan nilai defleksi terbesar 0,09314 mm pada massa 0,5 kg, untuk massa 0,4 kg didapat defleksi 0,08118 mm sedangkan untuk massa 0,3 kg nilai defleksi menurun 0,6692 mm. Dan yang terakhir pada variasi panjang poros 0,4 lebih cendrung menurun dimana defleksi tertinggi 0,01349 mm pada massa 0,5 kg. sedangkan untuk massa 0,3 kg dan 0,4 kg didapatkan defleksi sebesar 0,0761 mm dan 0,03761 mm, nilai ini didapatkan berdasarkan rumus secara teoritis. Dimana ketika nilai defleksinya diketahui maka kita akan dapat mengetahui putaran maksimum pada poros yang diberi massa, berikut dapat dilihat grafik hubungan antara massa dengan putaran kritis secara teoritis.

Gambar 4.4 Grafik pengaruh massa terhadap putaran kritis secara teoritis

Dari gambar 4.4 hubungan antara putaran dengan massa disk secara teoritis didapatkan putaran paling kecil 2289 rpm pada panjang poros 0,6 m dengan massa 0,5 kg, untuk massa 0,3 kg dan 0,4 kg didapatkan putaran 2,441 rpm dan 2,629 rpm dalam hal ini terjadi peningkatan akibat variasi massa yang diberikan semakin kecil. Sedangkan untuk panjang 0,5 m denagn massa 0,5 kg putaran didapatkan 3100 rpm, untuk massa 0,4 didapatkan putaran 3321 rpm, dan untuk massa 0,3 kg didapatkan putaran 3596 rpm. Dan untuk panjang 0,4 m didapatkan putaran paling besar 5332 pada massa 0,3 kg, dan untuk panjang massa 0,4 kg dan 0,5 kg didapatkan putaran 4879 rpm dan 4524 rpm. Nilai putaran ini didapatkan berdasarkan rumus secara teoritis. Berdasarkan tabel 4.6 Hasil hubungan pengujian putaran kritis secara eksperimen dan teoritis dapat dibuat grafik seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah ini

Gambar 4.5 grafik perbandingan pengujian putaran secara eksperimental dan teoritis

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

5.500

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Nc

(rp

m)

massa (kg)

panjang poros 0,4 m

panjang poros 0,5 m

panjang poros 0,6 m

0300600900

1,2001,5001,8002,1002,4002,7003,0003,3003,6003,9004,2004,5004,8005,1005,400

0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

Nc

(rp

m)

Massa

eksperimen panjang poros 0,4

eksperimen panjang poros 0,5 m

eksperimen panjang poros 0,6 m

teoritis panjang poros 0,4 m





11

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa putaran yang terjadi semakin menurun seiring dengan penambahan pembebanan baik secara teoritis maupun eksperimental. Hal ini mengindikasikan bahwa hasil yang diperoleh secara teoritis maupun eksperimen sesuai dengan konsep teori yang digunakan. Pada Gambar 4.2 dan 4.3 menunjukkan bahwa hasil defleksi secara eksperimen lebih besar dibandingkan dengan hasil secara teoritis. Hal ini tentunya dipengaruhi oleh kekakuan material dan pembebanan secara langsung sehingga menyebabkan pergeseran material uji yang lebih besar pada saat pengujian. Pada grafik perbandingan diatas, Pemberian beban ini juga yang dapat menyebabkan poros semakin cepat terjadi defleksi pada waktu berputar yang dibatasi oleh dua buah bantalan. Semakin panjang poros, semakin kecil nilai putaran kritis yang terjadi. Begitu pula sebaliknya, semakin pendek poros, semakin besar nilai putaran kritis yang terjadi. Hal ini disebabkan oleh kecilnya nilai defleksi yang terjadi pada poros yang berukuran pendek. Oleh sebab itu, putaran kritis yang terjadi pada poros yang pendek menjadi tinggi karena putaran kritis berbanding lurus dengan frekuensi naturalnya. Demikian juga sebaliknya, putaran kritis akan semakin kecil jika porosnya semakin panjang. Pada pengujian putaran kritis secara eksperimen pada massa 0,3 kg dengan poros 0,4 m didapat putaran maksimumnya mencapai 2200 rpm, sedangkan untuk panjang poros 0,5 m mencapai putaran maksimum 2000 rpm, dan pada poros 0,6 mencapai putaran kritis dengan putaran 1800 rpm. Kemudian pada pengujian dengan beban 0,4 kg dengan poros 0,4 m mencapai putaran maksimum 2000 rpm, sedangkan pada poros 0,5 m didapat putaran maksimum 1800 rpm dan pada poros 0,6 m terjadi putaran kritis pada putaran 1600 rpm. Pada pengujian terakhir dengan beban 0,5 kg dengan poros 0,4 m mencapai putaran maksimumnya pada 2000 rpm, kemudian dengan poros 0,5 m mencapai putaran maksimum 1600 rpm, dan kemudian pada poros 0,6 m mencapai putaran kritis dengan putaran 1600 rpm.

Pada penjelasan diatas, dapat dilihat bahwa putaran kritis terjadi pada poros 0,6 m, sedangkan pada poros 0,5 dan 0,4 hanya didapat putaran maksimum karena keterbatasan alat uji putaran kritis. Fenomena whirling shaft akan berbeda lagi ketika disk yang berfungsi sebagai massa pemberat divariasikan dengan berat yang berbeda-beda.

Dari grafik diatas dapat menujukan bahwa putaran kritis secara eksperimen berada dibawah kisaran angka putaran kritis teoritik. Hal ini dapat disebabkan oleh banyak factor, diantaranya adalah:

1. Karena keterbatasan akurasi alat 2. Dari segi poros yang tidak sepenuhnya lurus 3. Bantalan yang menjadi tumpuan poros 4. Pemasangan kopling yang kurang center 5. Disk yang kurang balance

5. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa data yang telah dilakukan pada bab 4 maka dapat ditarik kesimpulan diantaranya : 1. Semakin panjang poros maka putaran kritis semakin kecil dan sebaliknya semakin pendek poros

maka putaran kritis yang didapatkan semakin tinggi. 2. Semakin besar massa maka defleksi yang terjadi juga semakin meningkat seiring dengan

penambahan massa yang diberikan. Defleksi secara eksperimen terbesar adalah 3,22 mm terjadi pada poros dengan panjang 0,6 m. Sedangkan defleksi yang terkecil terjadi pada poros dengan panjang poros 0,4 m dengan nilai defleksi sebesar 0.34 mm.

3. Dari variasi putaran yang telah dilakukan untuk nilai putaran kritis tertinggi secara eksperimen terjadi pada panjang poros 0,4 m dengan massa beban disk 0,3 kg dengan putaran 2200 rpm. Sedangkan untuk nilai putaran kritis terendah terjadi pada panjang poros 0,6 m dengan massa beban disk 0,5 kg dengan putaran 1600 rpm.

4. Terjadi perbedaan nilai Nc eksperimen dengan Nc teoritis yang dipengaruhi oleh kekakuan material dan pembebanan secara langsung.

DAFTAR PUSTAKA

https://fdokumen.com/document/bab-07-poros1.html (diakses 21 Januari 2020). http://m.id.jundess-steel-pipe/carbon-steel-pipe/din-1629-st37-st44-st52-st55-seamless. html (diakses

27 agustus 2019). https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:7cQw7qqPe0J:https://www.pololu.com/file/

0J713/GP2Y0A41SK0F.pdf+&cd=1&hl=id&ct=clnk&gl=id&client=firefox-b-d (diakses 27 agustus 2019).

https://fdokumen.com/document/bab-07-poros1.html

https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:7cQw7qqPe0J:https://www.pololu.com/file/0J713/GP2Y0A41SK0F.pdf+&cd=1&hl=id&ct=clnk&gl=id&client=firefox-b-d

https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:7cQw7qqPe0J:https://www.pololu.com/file/0J713/GP2Y0A41SK0F.pdf+&cd=1&hl=id&ct=clnk&gl=id&client=firefox-b-d



12

Basori, Syafrizal, Suharwanto., 2015, Analisis Defleksi Batang Lentur Menggunakan Tumpuan Jepit dan Rolpada Material Aluminium 6063 Profil u Dengan Beban Terdistribusi. Teknik Mesin, jurnal Konversi Energi dan Manufaktur UNJ, Edisi terbit I – April 2015 p.50-58, FakultasTeknik dan Sains, Universitas Nasional

Harismandri, T., 2013, Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar Mesin Putaran Kritis. Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Riau.

Mustafa, Naharuddin, Bungin, R., 2012, Analisis Teoritis dan Eksperimental Defleksi Pada Baja Ringan Profil U dengan Tebal 0,45mm Theoretical and Experimental Analysis Deflection on Mild Steel for Profile U with Thickness of 0.45 mm, Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XI (SNTTM XI) & Thermofluid IV Universitas Gadjah Mada (UGM), Yogyakarta, 16-17 Oktober 2012.

Prasetyo, G.H., Subagyo, T., 2013, Analisa Umur Pakai Poros Pada Putran Keritis Dengan Menggunakan Uji Defleksi Eksperimental, Jurnal Ilmu-Ilmu Teknik - Sistem, Vol. 9 No. 3, p.53-74, Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Yudharta.

Putra, T.D., 2014, Pariasi Bahan Material Dan Ukuran Diameter Poros Dengan Menggunakan Metode Pengujian Puntir, Widya Teknika Vol. 22 No.2; Oktober 2014. ISSN 1411 – 0660: 116 – 121.

Sutoyo, Sutisna S.P., 2017, Analisa Getran Bearing Berbsis Putaran Pada Alat Uji Putaran Kritis, p.45-51, Teknik Mesin, Universitas Ibn Khaldun Bogor.

Selleng, K. 2017, Analisa Defleksi Pada Material Baja Karbon Rendah Dengan Menggunakan Variasi Posisi Pembebanan. Jurnal Mekanikal Teknik Mesin, Vol. 8 No. 2, p.768-776.

Sholichin, M., Guntur, H.L., Hendrowati, W., Daman, A. A. A., 2015, Analisa Efek Whirling Pada Poros Karena Pengaruh Letak Beban Dan Massa Terhadap Putaran Kritis, Proceeding Seminar Nasional Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV), ITS, Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015.

Takle, B. K. Mr. 2014, Investigasi Eksperimental Shaft on Whirling of Shaft Apparatus, International Journal of Science,engineering and technology research (IJSETR), Vol. 3, Edisi 8, Agustus 2014.

Timoshenko, S. 1986. Dasar-dasar Perhitungan Kekuatan Bahan. Restu Agung, Jakarta. Suprayana, I.N.T., 2019, Pengaruh variasi panjang poros dan berat massa beban terhadap putaran

kritis (whirling shaft). Jurnal Dinamika Teknik Mesin, p. ISSN: 2088-088X, e. ISSN: 2502-1729, Universitas Mataram.

Sularso., Suga, K. 2004, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, p.1-3, Pradnya Paramita, Jakarta.

Winter, G. Nieman. A. Budiman. B. Priambodo. 1992., Elemen Mesin, Jilid II : Desain Dan Kalkulasi Dari Sambungan, Bantalan, Dan Poros, Buku Teknik Mekanis. Jakarta : Erlangga.

Zaki, A., Hartono, B., Sutoyo, E., 2018, Analisa Getaran Bearing Berbasis Variasi Jarak penyangga Pada Alat Uji Putaran Kritis. Jurnal, Teknik Mesin, Universitas Ibn Khaldun Bogor.

PENGARUH VARIASI PANJANG PEMBEBANAN TENGAH ...

Documents

Transcript of PENGARUH VARIASI PANJANG PEMBEBANAN TENGAH ...