PUTARAN KRITIS

Laporan akhir fenomena dasar mesin Putaran Kritis

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam bidang konstruksi sifat material yang dapat terdefleksi

merupakan suatu hal yantg sangat menakutkan 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 atu ditempati banyak orang, oleh karena itu perlu perencanaan yang

sangat matang untuk membangun suatu struktur tertentu. Begitu juga dengan

poros, seperti poros turbin pada pembangkit daya (power plant) pada saat

operasi dengan putaran tertentu poros akan terdefleksi akibat berat rotor

ataupun berat dia sendiri. Defleksi yang paling besar terjadi pada putaran

operasi itulah yang disebut dengan putaran kritis, yang dapat membuat

struktur poros tersebut gagal sehingga dalam operasi dihindari kecepatan putar

yang demikian. Oleh karena itu perlu pengetahuan yang dalam mengenai

putaran kritis ini.

1.2. Tujuan

1. Untuk mengetahui karakteristik poros dengan membuat grafik yang

menyatakan hubungan defleksi yang terjadi dengan posisi rotor untuk

berbagai tegangan.

2. Untuk mencari fenomena yang terjadi dengan berputarnya poros pada

tegangan yang telah ditentukan.

1.3. Manfaat

Dengan adanya praktikum putaran kritis ini kita dapat melihat

fenomena yang terjadi pada putaran yang diberikan defleksi paling besar dan

mengetahui besarnya sehingga bisa dihindari dalam operasi suatu system.

Kelompok V 29


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Teori Dasar

Suatu fenomena yang terjadi dengan berputarnya poros pada kecepatan-

kecepatan tertentu adalah getaran yang sangat besar, meskipun poros dapat

berputar dengan sangat mulus pada kecepatan-kecepatan lainnya. Pada

kecepatan-kecepatan semacam ini dimana getaran menjadi sangat besar, dapat

terjadi kegagalan diporos atau bantalan-bantalan. Atau getaran dapat

mengakibatkan kegagalan karena tidak bekerjanya komponen-komponen sesuai

dengan fungsinya, seperti yang terdapat pada sebuah turbin uap dimana ruang

bebas antara rotor dan rumah sangat kecil. Getaran semacam ini dapat

mengakibatkan apa yang disebut dengan olakan poros atau mungkin

mengakibatkan suatu osilasi puntir pada suatu poros, atau kombinasi keduanya.

Mungkin kedua peristiwa tersebut berbeda, namun akan dapat ditunjukkan

bahwa masing-masing dapat ditangani dengan cara serupa dengan

memperhatikan frekuensi-frekuensi pribadi dari osilasi. Karena poros-poros

pada dasarnya elastic, dan menunjukkan karakteristik-karakteristik pegas, maka

untuk mengilustrasikan pendekatan dan untuk menjelaskan konsep-konsep dari

suku-suku dasar yang dipakai dan digunakan analisa sebuah system massa dan

pegas yang sederhana.

a. Massa bergerak di bidang horizontal

Gambar dibawah memperlihatkan suatu massa dengan berat W pound

yang diam atas suatu permukaan licin tanpa gesekan dan diikatkan ke rangka

stationer melalui sebuah pegas. Dalam analisa, massa pegas akan diabaikan.

Massa dipindahkan sejauh x dari posisi keseimangannya, dan kemudian

dilepaskan. Ingin ditentukan tipe dari gerakan maa dapat menggunkan

persamaan-persamaan Newton dengan persamaan energi.

Kelompok V 30


b. Massa bergetar di suatu bidang vertical

Gambar dibawah memperlihatkan massa yang digantung dengan

sebuah pegas vertical. Bobot menyebabkan pegas melendut sejauh xo.

Bayangkan massa ditarik kebawah pada suatu jarak xo dari posisi

keseimbangannya dan kemudian dilepaskan dan ingin diketahui garaknya

sebagai efek gravitasi.

c. Olakan Poros

Akan dibahas olakan poros untuk mengilustrasikan mengapa poros-

poros mebunjukkan lendutan yang sangat besar pada suatu kecepatan dari

operasi, meskipun poros dapat berputar secara mulus pada kecepatan-

kecepatan yang lebih rendah atau lebih tinggi.

Gambar dibawah menunjukkan sebuah poros dengan panjang L cm

ditumpu oleh bantalan pada ujung-ujungnya, sebuah piringan yang

dipandang sebagai sebuah massa terpusat dan beratnya W Newton, aksi

giroskop dari massa akan diabaikan, dan selanjutnya akan diasuksikan poros

bergerak melalui sebuah kopling yang bekerja tanpa menahan lendutan

poros. Poros dipandang vertical sehingga gravitasi dapat diabaikan,

Kelompok V 31

Massa yang bergetar secara vertical mempunyai frekuansi yang sama seperti massa yang bergetar secara horizontal, dengan osilasi yang terjadi disekitar posisi keseimbangan


meskipun hasil-hasil yang didapatkan akan sama apakah poros vertikal atau

horizontal.

Apabila titik berat dari massa ada disumbu punter, maka tidak akan ada

ketakseimbangan macam apapun yang dapt menyebabkan poros berputar

disuatu sumbu lain diluar sumbu poros. Namun dalam prakteknya, kondisi

semacam ini tidak dapat dicapai, dan titik berat piringan ada disuatu jarak e

yang boleh dikatakan kecil, dari pusat geometri piringan. Dengan titik berat

yang diluar sumbu putar atau sumbu bantalan, terdapat suatu gaya inersia

yang mengakibatkan poros melendut, dimana lendutan pusat poros

dinyatakan dengan r pada gambar dibawah :

Kelompok V 32


Pusat geometri dari piringan , O adalah sama dengan pusat poros pada

piringan. Ketika poros berputar, titik tinggi T akan berputar terhadap sumbu

bantalan S. Gaya inersia piringan diseimbangkan oleh apa yang dapat

disebut dengan gaya pegas dari poros ketika poros berputar. Gaya inersia,

untuk sebuah massa yang berpuatr terhadap satu pusat tetap, adalah :

Gaya pegas dari poros dapat dinyatakan dengan Kr, dimana k adalah

laju pegas poros, yakni gaya yang diperlukan per cm lendutan poros pada

piringan. Dengan menyamakan jumlah gaya-gaya pada gambar dengan nol,

dengan termasuk gaya inersia, maka didapatkan

Dengan menata kembali suku-sukunya

Kecepatan berbahaya dari operasi suatu poros tertentu dinyatakan

dengan kecepatan putaran kriyis atau kecepatan olakan, yakni kecepatan

dimana perbandingan r/e adalah tah hingga. Operasi pada suatu kecepatan

yang mendekati kecepatan kritis juga tak dikehendaki karena besarnya

perpindahan pusat piringan dari sumbu putar. Kecepatan kritis dapat

diperoleh untuk kondisi dimana persamaan diatas sama dengan nol :

Konstanta k dapat dinyatakan dalam bermacam cara, misalnya seperti

konstanta yang diperoleh dari persamaan lendutan sebuah poros dengan

tumpuan sederhana dibawah aksi suatu beban P

Perbandingan P/r mendefinisikan laju pegas k menjadi

Khusus untuk poros yang sedang dibahas ini, kecepatan kritis dapat

dinyatakan dengan

Kelompok V 33


Sebuah metode alternative adalah dengan menulis laju pegas k dalam

suku-suku suatu beban spesifik dan lendutan spesifik, beban yang sama

dengan berat piringan, yaitu P=W. Lendutan resultane akan berupa lendutan

static dari poros horizontal, dibawah aksi beban piringan, lendutan static

tersebut dinamakan xst-

Jadi,

atau

d. Efek gesekan terhadap kecepatn kritis

Meskipun persamaan teoritik yang diturunkan sebelumnya

menunjukkan suatu putaran dengan jari-jari yang besarnya tak hingga pada

kecepatan kritis, namun kondisi semacam ini secara praktek tidak mungkin.

Menurut hasil-hasil yang diperoleh dari persamaan teoritik, poros yang

berputar pada putaran kritis tentu saja akan patah atau terdistorsi. Tetapi, kita

tahu bahwa poros-poros yang berjalan pada kecepatan kritis tidak perlu

patah, dan mungkin berjalan dengan sangat kasar tetapi tanpa distorsi

permanent.

Dari analisa didapatkan hubungan perbandingan maksimum dari r/e

tidak tak hingga apabila gesekan diperhitungkan. Tetapi terdapat satu daerah

Kelompok V 34


pada suatu kecepatan yang tidak jauh dari kecepatan yang dihitung dengan

tanpa gesekan. Juga, harga r/e pada kecepatan-kecepatan yang agak jauh dari

kecepatan olakan tidak terlalu banyak berbeda dengan atau tanpa gesekan.

Dalam praktek, biasanya gesekan diabaikan dan kecepatan olakan

dihitung dengan tanpa gesekan, dengan kesalahan yang sangat kecil.

2.2. Teori Alat Ukur

Alat ukur yang digunakan pada praktikum ini adalah :

a. Tachometer

Alat ini digunakan untuk menghitung kecepatan sudut dari massa yang

berada pada poros yang akan diuji. Pada percobaan yang dilakukan

kami menggunakan tachometer digital dengan satuan rpm.

b. Mistar

Digunakan untuk mengukur jarak agar memvariasikan posisi massa

rotor.

BAB IIIMETODOLOGI

Kelompok V 35


3.1. Perangkat Percobaan

3.2. Prosedur

1. Periksalah semua peralatan seperti pengatur rotor, motor, bantalan, dan

peralatan lain dalam keadaan baik.

2. Posisikan letak rotor

3. Hidupkan motor dan atur tegangan dengan slide regulator

4. Hitung putaran (rpm) rotor

5. Ulangi kembali percobaan diatas untuk posisi rotor yang berbeda

3.3. Asumsi-asumsi

1. Percepatan Gravitasi 9,81 m/s2

BAB IV

Kelompok V 36

motor koplingporos rotor


PENGOLAHAN DATA

4.1. Tabel Data

No L (mm) m (kg) a(mm) b(mm) Nc (rpm)

1 1000 2,5

500 500 1010

500 500 1444

500 500 1175

2 1000 2,5

300 700 1243

300 700 1343

300 700 1366

3 1000 2,5

700 300 1019

700 300 1282

700 300 1017

4.2. Contoh Perhitungan

1. Perhitungan untuk a = 500 mm b = 500 mm

- putaran kritis teoritis untuk (Nc) percobaan = 1010 rpm

nc =

F = m * g = 2.5kg * 9.81 m/s2

= 24.53 N

I = = = = 1017.36

δ = = = 2.6027 mm

k = = = 9424.8

N/m

Nc teoritis =

=

= 586.621 rpm

Kelompok V 37



nc =

F = m * g = 2.5kg * 9.81 m/s2

= 24.53 N

I = = = = 1017.36

δ = (L2-a2-b2)

= ((1000)2 - (300)2 – (700)2)

= 1.8365 mm

k = = = 13356.9

N/m

Nc teoritis =

=

= 698.35 rpm


nc =

F = m * g = 2.5kg * 9.81 m/s2

= 24.53 N

I = = = = 1017.36

δ = (L2-a2-b2)

= ((1000)2 - (300)2 – (700)2)

= 1.8365 mm

Kelompok V 38


k = = = 13356.9

N/m

Nc teoritis =

=

= 698.35 rpm

4.3. Tabel Perhitungan

No L (mm) m (kg) a(mm) b(mm) δ(mm) nc Percobaan (rpm) nc Teoritis (rpm)

1 1000

2,5 500 500 2,6027 1010 586,621

2,5 500 500 2,6027 1444 586,621

2,5 500 500 2,6027 1175 586,621

2 1000

2,5 300 700 1,8365 1243 698,35

2,5 300 700 1,8365 1343 698,35

2,5 300 700 1,8365 1366 698,35

3 1000

2,5 700 300 1,8365 1019 698,35

2,5 700 300 1,8365 1282 698,35

2,5 700 300 1,8365 1017 698,35

Kelompok V 39


4.4 Grafiik Perhitungan

Kelompok V 40


Grafik Perbandingan Defleksi Dengan Posisi Rotor

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

300:700 500:500 700:300

Posisi Rotor (mm)

Def

leks

i (m

m)

pengijian 1,4,7

pengujian 2,5,8

pengujian 3,6,9

Grafik Perbandingan Nc Percobaan dengan Posisi Rotor

0200400600800

1000120014001600

300:700 500:500 700:300

Posisi Rotor (mm)

Nc

Per

cob

aan

(rp

m)

pengujian 1,4,7

pengujian 2,5,8

pengujian 3,6,9

Grafik Perbandingan Nc Teoritis dengan Posisi Rotor

500

550

600

650

700

750

300:700 500:500 700:300

Posisi Rotor (mm)

Nc

Teo

riti

s (r

pm

)

Pengujian 1,4,7

Pengujian 2,5,8

Pengujian 3,6,9

Kelompok V 41


4.5. Analisa dan Pembahasan

Pada percobaan yang telah dilakukan dapat dilihat fenomena-fenomena

yang terjadi dengan berputarnya poros pada kecepatan tertentu. Pada kecepatan

mula-mula poros berputar dengan stabil dan mengeluarkan getaran dan suara

yang kecil. Kemudian kecepatan terus ditingkatkan secara perlahan dari 10 rpm,

20 rpm, 100 rpm hingga 900 rpm sehingga poros berputar semakin kencang,

setelah mencapai pada kecepatan tertentu yaitu pada kecepatan 1000 rpm ke atas

maka poros menunjukan fenomena-fenomena yang terjadi dengan berputarnya

poros, poros berputar secara tak stabil dan menunjukan getaran yang hebat dan

suara yang kencang maka dapat disimpulkan bahwagetaran ini adalah getaran

kritis. Adapun data-data atau nilai-nilai pada peralatan percobaan adalah :

Diameter poros =12 mm

E stanless steel = 193.000 N/mm2

m = 2,5 kg

beban 2,5 kg adalah eban poros yang ditambah denagn beban rotor.

Panjang poros adalah 1 m dengan rotor yang bisa dipindah-pindahkan

posisinya. Putaran kritis pada poros tidak hanya dipengaruhi oleh kecepatan

putarnya saja, tetapi juga dipengaruhi oleh posisi rotor pada batang poros, ini

dikarenakan rotor memiliki beban yang mempengaruhi batang poros :

putaran kritis : Nc =

- nilai kekakuan dari k

- k =

- δ = defleksi

Dari rumus diatas dapat diketahui bahwa posisi rotor mempengaruhi

kekakuan poros yaitu posisi rotor dapat mempengaruhi defleksi poros. Jadi

untuk posisi rotor yang berbeda memiliki nilai defleksi yang berbeda pula.

Pada percobaan ini diambil tiga posisi rotor yaitu :

Kelompok V 42

a b

rotor

1 m


Dan dicoba tiga kali percobaan untuk satu posisi. Pada percobaan kami

didapat kecepatan untuk putaran kritis maksimum adalah pada kecepatan 1366

rpm pada a=300 mm dan b=700 mm. dan untuk putaran kritis minimum

adalah pada kecepatan 1010 rpm pada a=500 mm dan b=500 mm. pada

putaran kritis teoritis kami mendapatkan :

- Untuk a = 500 mm b = 500 mm

δ = 2,6027 mm

Nc teoritis = 586,621

- Untuk a = 300 mm b = 700 mm

δ = 1,8365 mm


- Untuk a = 700 mm b = 300 mm

δ = 1,8365 mm


Pada putaran kritis teoritis kami dapatkan bahwa nilai kecepatan kritis

yang terbesar adalah pada a = 300 mm, b = 700 mm dan a = 700 mm, b = 300

mm. Jadi nilai kecepatan teoritis semakin besar bila posisi rotor semakin jauh

dari posisi tengahnya, ini disebabkan karena bila posisi rotor tak ditengah

maka defleksi akan semakin besar dan putaran semakin tak imbang.

Untuk lebih jelasnya, dari hasil perhitungan kami mendapatkan beberapa

perbandingan grafik diantaranya :

a. Grafik posisi rotor dan defleksi

Pada grafik ynag ditunjukan, kita dapat mengambil analisa bahwa

semakin jauh posisi rotor dari tumpuan maka defleksi yang dihasilkan

akan semakin besar. Hubungan defleksi dengan posisi rotor berbanding

lurus, demikian juga posisi rotor denagn putaran kritis. Dimana Nc

maksimum sebesar 698,35 rpm dan Nc minimum sebesar 586,621 rpm.

Sedangkan defleksi yang terbesar adalah 1,8365 mm dan defleksi yang

paling minimum sebesar 2,6027 mm.

b. Grafik posisi rotor dan putaran kritis percobaan

Putaran kritis terbesar terletak pada posisi rotor terdekat pada

motor. Putaran kritis maksimum terjadi pada a = 300 mm, b = 700 mm

denagn Nc=1366 rpm.

Kelompok V 43


Ini dikarenakan dari segi kekakuan, kekakuan meningkat pada

posisi pembebanan yang mendekati tumpuan motor.

c. Grafik posisi rotor dan putaran kritis teoritis

Pada grafik putaran kritis yang terbesar berada pada posisirotor

terjauh dari tumpuan. Hal ini disebabkan karena pada posisi terjauh

dari motor momen puntir dari batang akan semakin kecil, ini yang

memungkinkan putaran kritis semakin lama semakin besar. Grafik

yang ditunjukan berbanding lurus, semakin besar putaran kritis, maka

posisi rotor juga semakin besar.

Kelompok V 44


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

- Frekuensi pribadi pada pembebanan yang jauh dari frekuensi pribadi pada

pembebanan pada tengah-tengah batang

- Putaran kritis maksimum terjadi pada saat rotor berada pada posisi terjauh

dari rotor

- Defleksi maksimum terjadi pada saat rotor berada pada posisi terjauh dari

motor dan tumpuan

- Kekakuan maksimum terjadi pada saat pembebanan terletak di dekat motor

5.2. Saran

- Perhatikan motor apabila sudah sampai pada putaran kritis, jangan terlalu

lama perputaran tersebut terjadi karena akan menyebabkan alat jadi rusak

- Amati hasil yang ditunjukan oleh alat ukur dengan teliti sehingga hasil yang

diperoleh akurat

Kelompok V 45


DAFTAR PUSTAKA

Team Asisten LKM. 2008. Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin Bid.

Konstruksi Mesin dan Perancangan. Jurusan Mesin FT-UA : Padang

William T. Thomsun. 1998. Thori of Vibration with Application Practice. Hall int :

London

Kelompok V 46


TUGAS

1. Putaran Kritis

Wm = Wp

=

nc =

2. Frekuensi Pribadi

Frekuensi yang dimiliki oleh suatu sistem atau benda dimana benda

tersebut mempunyai kekakuan dan massa baik pada waktu diam

ataupun bergerak.

K =

m =

frekuensi pribadi Wn =

Kelompok V 47

Wm = W motorWp = Frekuensi Pribadi600 = sudut kecepatan pada motork = kekakuanm = massa

F = m*gδ = defleksi

Documents

PUTARAN KRITIS