KHAIRULLAH engineer: Getaran Torsi

BAB II

TEORI DASAR

A. DEFENISI DASAR

Getaran adalah suatu gerakan yang berulang dengan sendirinya pada suatu selang waktu tertentu yang dapat terjadi pada sistem di mana memiliki massa dan sifat elastis serta padanya bekerja gangguan. Masalah getaran terjadi bilamana ada bagian-bagian berputar atau bergerak bolak-balik dalam suatu mesin itu sendiri, bangunan di sekitarnya juga dihadapkan pada getaran dari mesin tersebut. contoh utamanya adalah lokomotif, perputaran poros dan sebagainya. Mesin suatu sistem, sangat akrab dengan masalah getaran karena memiliki massa dan sifat elastis serta adanya gangguan berupa massa berputar dan bolak-balik yang tidak seimbang.

1. Defenisi-Defenisi

a. Gerakan/Getaran Harmonik adalah suatu gerakan dari titik yang mengelilingi lingkaran atau getaran dengan amplitudo dan frekuensi yang sama setiap saat.

b. Periode adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus.

c. Frekuensi adalah banyaknya siklus yang dapat diselesaikan dalam satu satuan waktu.

f = siklus/detik (Hertz)

w = rad/det

d. Amplitudo adalah perpindahan terjauh dari posisi rata-ratanya. Amplitudo terdiri dari simpangan, kecepatan dan percepatan.

e. Frekuensi pribadi adalah frekuensi dari sistem getaran bebas yang ditentukan oleh sifat dari sistem tersebut.

f. Resonansi adalah getaran suatu sistem di mana frekuensi gaya eksitasi sama dengan frekuensi pribadi dari sistem sehingga menyebabkan amplitudo yang sangat besar.

g. Simpangan adalah besarnya perpindahan suatu benda dari posisi awal.

h. Osilasi adalah suatu gerakan bolak-balik atau berulang-ulang dari suatu sistem atau benda.

i. Derajat kebebasan adalah suatu bilangan yang menyatakan jumlah koordinat yang diperlukan oleh suatu sistem untuk menyatakan gerakannya.

j. Getaran bebas adalah getaran suatu sistem tanpa adanya gaya dari luar yang memaksa terjadinya getaran, melainkan karena adanya keadaan awal yang diberikan sehingga sistem tersebut bergetar.

k. Getaran paksa adalah getaran yang terjadi pada suatu sistem karena adanya gaya dari luar yang memaksa sistem tersebut untuk bergetar di mana frekuensi getaran sistem sama dengan frekuensi gaya dari luar.

l. Siklus adalah perputaran suatu hal yang terjadi secara terus menerus dan berkesinambungan.

B. PENYEBAB GETARAN DAN CARA MENGATASINYA

Secara umum penyebab getaran antara lain:

1. Khusus pada mesin, karena adanya massa berputar atau bolak-balik yang tidak seimbang.

2. Adanya gaya luar yang memaksa sistem untuk bergetar.

3. Gesekan kering antara dua permukaan.

4. Gempa bumi yang menyebabkan pada gedung bertingkat.

5. Angin yang menyebabkan getaran pada kabel-kabel transmisi dan pohon.

Efek dari getaran dan tegangan yang berlebihan, bunyi yang tidak diinginkan, keausan dan bagian tertentu atau kelelahan dari bagian keseluruhan. Walaupun ada efek yang merugikan, pada pihak yang lain, fenomena getaran juga dapat dimanfaatkan pada instrumen musik, saringan getar, penggetar, dan lain-lain.

` Sedangkan untuk menghindari getaran caranya antara lain:

1. Menghilangkan penyebabnya.

2. Memasang saringan jika hanya bunyi sebagai objek yang tidak diinginkan.

3. Memasang mesin pada pondasi dengan isolasi yang baik.

4. Memasang peredam kejut (shock-breaker).

5. Memasang peredam getaran dinamik.

C. Getaran Torsi

Getaran torsi adalah getaran sudut dari poros elastis dengan putaran motor yang kaku yang terikat pada poros. Sejak ditentukan hubungan persamaan antara garis lurus dan getaran torsi didiskusikan secara teoritis dan analitis untuk bentuk dapat diaplikasikan secara merata. Karena kemiripan dan antara getaran lurus dan getaran torsi, maka teori analisa yang di bahas dalam getaran lurus berlaku pula terhadap getaran torsi.

Sebuah piringan bulat dengan momen inersia(I) diikatkan keujung bawah poros tegak elastisapabila massa poros kecil dan mempunyai kekauan torsi (k) meski persamaan differensial gerakan untuk getaran torsi bebas piringan yaitu :

1. Fenomena getaran torsi

Getaran tosi banyak terjadi pada system-sistem permesinan, seperti pada poros engkol motor bakar. Dengan mempertimbanhgkan momen inersia sebuah roda atau piringan Jo yang dihubungkan pada sebuah batang vertical dengan diameter d, Panjang L dan modulus geser a. ujung bagian atas batang dalam keadaan terikat. System ini akan mengalami getaran torsi terhadap sumbu simetrisnya. Konstanta pegas torsional batang di peroleh dari hubungan antara momen torsi dan sudut punter. Dimana Ip adalah momen inersia polar bagian melintang batang dalam m persamaan gerak untuk gerak rotasi dengan menggunakan hokum newton untuk gerak rotasi terhadap pusat massa.

D. JENIS-JENIS PEREDAM

Pada kenyataannya, kebanyakan sistem spesimen permesinan selama gerakan bergetarnya mempunyai gesekan atau tahanan dalam bentuk peredam. Peredam terdiri dari bermacam-macam bentuk antara lain:

1) Peredam viscous, yaitu peredam di mana efek redaman yang terjadi pada permukaan luncur yang dilumasi dari dashpot dengan kecepatan rendah dan celah yang kecil.

2) Peredam Coulomb (gesekan kering), yaitu peredam di mana efek redamannya terjadi jika dua permukaan dalam keadaan kering (tanpa dilumasi) di mana gaya hambat redaman praktis konstan.

3) Peredam struktur, yaitu peredam di mana efek redamannya terjadi karena adanya gesekan dalam dari molekul.

4) Peredam antar permukaan, yaitu peredam di mana energi getarannya diserap oleh slip mikroskopik antara permukaan dengan bagian mesin yang kontak di bawah pengaruh beban berfluktuasi.

5) Peredam arus Eddy, yaitu peredam plat konduktor persegi non ferrous yang bergerak dalam arah tegak lurus garis fluks magnetik.

Selain itu dikenal pula beberapa jenis peredam yang lain, yaitu:

a. Peredam udara.

$Description: C:\Users\Naz\Pictures\Picture1.jpg$

b. Peredam gesekan fluida.

$Description: E:\baru getaran torsi\image132.png$

c. Peredam magnetis.

$Description: C:\Users\Naz\Pictures\2011_04_06_08_36_34_SKF-UT.jpg$

d. Peredam pegas.

e. Peredam karet.

$Description: E:\baru getaran torsi\karet-peredam-getaran_files\DSCF4099edit.jpg$ $Description: E:\baru getaran torsi\penambahan-karet-pintu-pada-mitsubishi_files\IMG_5921.JPG$

E. GETARAN BEBAS

Getaran bebas adalah getaran suatu sistem tanpa adanya gaya dari luar yang memaksa terjadinya getaran, melainkan karena adanya keadaan awal yang diberikan sehingga sistem tersebut bergetar. Getaran bebas adalah getaran yang diamati sebagai sistem yang berpindah dari kedudukan keseimbangan statis. Getaran bebas dari sistem memenuhi sistem masa dan sifat elastisitas dan pada kondisi awal tidak bekerja eksitasi dari luas.

$Description: C:\Users\Naz\Pictures\200px-Mass_spring.png$ $Description: C:\Users\Naz\Pictures\200px-Mass_spring_damper.png$

(Tanpa peredam) (Dengan peredam)

Gaya yang bekerja adalah gaya bebas gesekan dan berat. Massa akibat adanya gesekan getaran hilang sesuai dengan waktu getaran ini transier.

Dimana: Xc = Amplitudo

ω_n = Frekuensi pribadi

ω_d = Frekuensi pribadi redaman

t = Waktu

contoh getaran bebas dalam kehidupan sehari-hari yaitu :

Ø Gempa bumi yang menyebabkan getaran pada gedung bertingkat

Ø Angin yang menyebabkan getaran kabe-kabel transmisi dan pohon.

Ø getaran tanah yang disebabkan oleh peristiwa alam dan kegiatan manusia

F. GETARAN PAKSA

Getaran paksa adalah getaran yang terjadi karena adanya gaya luar yang bekerja pada suatu sistem sehingga sistem tersebut bergetar. Bila gaya luar, biasanya f(t) = fc sin ω_nt atau fc cos ω_nt bekerja pada sistem getaran paksa. Sistem cenderung bergetar pada frekuensi sendiri di samping mengikuti gaya eksitasi. Dengan adanya gesekan bagian gerakan yang ditahan oleh gaya sinusoidal secara perlahan hilang. Dengan demikian, sistem akan bergetar pada frekuensi pribadi sistem. Bagian getaran yang berlanjut terus disebut getaran keadaan steady atau respon sistem keadaan steady dibutuhkan dalam analisa getaran karena efek sinambungnya.

Sedang sudut fasanya adalah:

Dimana: Xp = Amplitudo getaran

Fc = Besar gaya eksitasi

m = Massa sistem

c = Koefisien peredam

ω = Frekuensi gaya eksitasi

G. GETARAN HARMONIK

Gerakan/Getaran Harmonik adalah suatu gerakan dari titik yang mengelilingi lingkaran atau getaran dengan amplitudo dan frekuensi yang sama setiap saat. Gerakan harmonik adalah suatu sistem dengan amplitudo dan frekuensi yang sama.

Amplitudo adalah perpindahan terjauh suatu sistem dari posisi rata-rata. Frekuensi adalah banyaknya siklus per satuan waktu.

f = siklus/detik (Hz)

ω = rad/detik

Frekuensi pribadi adalah frekuensi dari sistem getaran bebas ditentukan dari sifat sistem itu.

Suatu partikel yang mengalami gaya resultan yang besarnya sebanding dengan simpangan partikel dan arahnya selalu menuju ke titik kesetimbangan partikel akan mengalami getaran harmonik. Gaya yang demikian ini dikenal sebagai gaya pemulih atau gaya Hooke, salah satu contohnya adalah gaya pegas.

Dengan menerapkan hukum II Newton, maka partikel bermassa m yang mengalami gaya resultan yang bersifat sebagai gaya pemulih - kx memenuhi persamaan:

F_res = m.a -------> - k.x = m.a

H. ALAT UKUR GETARAN DARI DULU SAMPAI SEKARANG

Alat pengukur getaran sangat penting dalam sistem getaran. Alat ini terdiri dari tumpuan/ dasar atau massa dengan gaya pegas. Tumpuan atau dasar ini diikatkan dengan bagian yang gerakannya akan diukur. Gerakan relatif antara massa dan tumpuan ditekan oleh putaran tromol atau peralatan yang lain. Di dalam alat dapat mengindikasi gerakan dari bagian alat ini..

Seismograf adalah sebuah perangkat yang mengukur dan mencatat gempa bumi. Pada prinsipnya, seismograf terdiri dari gantungan pemberat dan ujung lancip seperti pensil. Dengan begitu, dapat diketahui kekuatan dan arah gempa lewat gambaran gerakan bumi yang dicatat dalam bentuk seismogram.

vibrometer digunakan untuk mengukur perpindahan dari elemen mesin dimana frekuensi natural lebih rendah dibanding dengan getaran yang diukur

$Description: E:\baru getaran torsi\multifunction-vibrometer-.jpg$

Alat yang paling populer adalah pengukur kecepatan getaran, kemudian disusul oleh alat pengukur percepatan getaran dan spesifikasi getaran yang lain . penempatan sensor peralatan tersebut harus tepat berada pada lokasi yang akan di ukur sebab ketidak tepatan pada pada penempatan sensor peralatan tersebut harus tepat berada pada lokasi yang akan di ukur sebab ketidak tepatan dalam penempatan sensor ini bisa mengakibatkan penyimpangan pada data yang dihasilkan.

Peralatan monitoring getaran ada yang portabel sehingga bisa dibawa kelokasi-lokasi yang memerlukan , ada pula yang sifatnya tetap berada pada mesin yang di monitor (bersifat permanen ).

Melalui sesi ini kita akan membahas peralatan monitoring getaran tersebut.

Piranti yang digunakan untuk mengukur getaran terdiri dari :

a. Alat pengukur kecepatan (velocity pick-up )

b. Alat pengukur ekselerasi (accelerometer )

c. Alat pengukur tampa kontak (noncontact pick-up)

Untuk lebih jelasnya mari kita bahas satu per satu sebagai mana diuraikan di bawah ini :

a) Alat pengukur kecepatan (velocity pick – up)

Pada umumnya peralatan ini memanfaatkan pegas dan prinsip elektromaknit . terdiri dari kumparan yang dipegang pegas , dikelilingi oleh maknit permanen yang menempel pada rumah pengukur kecepatan. bila rumah pengukur kecepatan bergerak oleh getaran mesin, maknit akan bergetar bolak-balik melewati kumparan yang berada dalam posisi diam. akibatnya fluk maknit yang dipotong oleh kumparan menimbulkan tegangan listrik yang besarnya sebanding dengan kecepatan getaran.

$Description: C:\Users\Naz\Pictures\nhj.jpg$

piranti ini memiliki kelebihan yaitu tidak memerlukan banyak perhatian . sekalipun didesain untuk mengukur kecepatan getaran, tetapi bila dilengkapi dengan instrumen yang memiliki kemampuan integrasi, piranti ini bisa dipakai untuk mengukur perpindahan getaran.

b) Alat Pengukur Akselerasi

Prinsip kerja piranti ini memiliki cara kerja yang berbeda dengan alat pengukur kecepatan. terdiri dari kristal piozoelectric yang ditempatkan diantara rumah pengukur dengan suatu massa. kekuatan komprensi terhadap kristal piezoelectric akan membangkitkan muatan yang sebanding.dengan demikian pada saat dihubungkan dengan getaran mesin terjadi tekanan pada kristal yang dilakukan oleh massa sehingga terjadi keluaran tegangan listrik .

$Description: C:\Users\Naz\Pictures\hgh.jpg$

Selain dipakai untuk mengukur akselerasi getaran, piranti ini juga mampu untuk mengukur kecepatan dan pemindahan apabila dilengkapi dengan instrumen yang memiliki kemampuan integrasi dan integrasi ganda.

c) Alat Ukur Nonkontak

suatu kumparan berkawat halus ditempatkan pada ujung piranti yang akan membangkitkan medan magnit apabila arus listrik bolak-balik berfrekuensi sangat tinggi dikenakan padanya. bila kumparan berada didekat permukaan penghantar seperti misalnya poros, medan magnit menimbulkan arus eddy pada poros yang bertindak selaku tahanan listrik tambahan pada sirkuit kumparan. pada saat poros bergetar, keluaran tegangan bervariasi sesuai dengan amplitudo perpindahan pada getaran poros. dengan demikian piranti ini mampu mendeteksi celah diantara piranti dengan poros, dan amplitudo perpindahan getaran bila velocity-pick-up dan accelerometer mengukur nilai gerakan absolut , lain halnya dengan piranti non kontak didesain untuk mengukur gerakan relatif diantara poros dan bantalan ..

$Description: C:\Users\Naz\Pictures\jgh.jpg$

d) Vibration –Meter

vibration- meter tangan yang mampu mengukur setiap perpindahan atau percepatan .Unit tersebut dipakai untuk mengetahui kondisi mekanis pada periode waktu tertentu, termasuk kelengkapan mikroposesor yang mampu mencatat informasi getaran. piranti inni memiliki layar LCD untuk membimbing operator agar memperoleh hasil pengukuran yang benar.

$Description: E:\baru getaran torsi\piranti-pengukur-getaran_files\4.jpg$

Operator cukup menempatkan piranti tersebut dengan benar dan memijit kunci “store” untuk mencatat informasi getaran.

$Description: E:\baru getaran torsi\piranti-pengukur-getaran_files\5.jpg$

e) Vibration-analyzer

Memang benar vibration – meter merupakan piranti yang tepat untuk memperoleh informasi kondisi mekanis pada suatu mesin. akan tetapi piranti ini tidak mampu menunjukan dengan tepat lokasi gangguan atau kerusakan . untuk itu diperlukan piranti lain yang dikenal dengan nama vibration analyzer.

$Description: E:\baru getaran torsi\piranti-pengukur-getaran_files\6.jpg$

Tipe vibration – analyzer yang paling umum digunakan adalah “tunable-filter”yang dilengkapi dengan pengukur getaran dan stoboscope, dan type terakhir analyzer dan balancer yang di lengkapi dengan key phasor atau trigger sensor. disini bisa diketahui parameter-parameter getaran berupa amplitudo, frekuensi, fasevbration-analyzer tipe “tunable filter” memiliki kemampuan untuk memilah berbagaigetaran dengan berbagai karakteristik masing-masing berupa amplitudo frekuensi dan fase. hal ini sangat penting mengingat getaran yang terjadi pada mesin merupakan kombinasi dari beberapa getaran individual. pada pemakaian piranti ini operator tingal membaca ukuran amplitido dan frekuensi, dan melihat fase melalui stroboscop.

I. DERAJAT KEBEBASAN

Banyak sistem yang dapat bergetar dengan banyak atau satu cara dan arah. Jika sistem dipaksa lalu sistem tersebut dapat bergetar hanya pada satu bentuk/cara atau jika hanya satu koordinat bebas diharapkan untuk menyelesaikan secara khusus dari lokasi geometrik dari massa pada sistem dalam ruang, maka sistem itu dinamakan sistem dengan satu derajat kebebasan. Di bawah ini diberikan beberapa contoh sistem dengan satu derajat kebebasan.

F sin ωt

Sistem gaya pegas ditunjukkan pada gambar di samping. Jika massa m dipaksa untuk bergetar vertikal, hanya satu koordinat (x (t)) untuk mendefinisikan lokasi massa. Pada waktu kapan pun dari posisi keseimbangan. Dengan demikian, sistem ini dikatakan mempunyai satu derajat kebebasan.

Jika pendulum torsi dipaksa untuk bergerak pada sumbu longitudinal dari poros, konfigurasi dari sistem dapat dikhususkan oleh satu koordinat θ(t). ini juga disebut sistem dengan satu derajat kebebasan.

X₁

Sistem massa gaya pegas pada cakra ditunjukkan pada gambar di samping di mana disebut sebagai sistem dengan satu derajat kebebasan karena keduanya, baik y(f) atau θ(t) tidak bebas satu sama lain.

X₂

Dengan menahan dasar dari bodi yang gerakannya diukur seperti Gerakan yang diberikan akan dapat ditunjukkan pada gambar di samping. mengukur gerakan Osilasi dari bodi ini mungkin dengan gerakan relatif dari dasar dan massa, karena hanya satu koordinat yang dibutuhkan khusus untuk konfigurasi sistem.

J. MODULUS ELASTIS

Modulus elastic (modulus Young) adalah perbandingan antara tegangan dan regangan mampu balik.

E = σ/ε σ = tegangan

ε = regangan

E = modulus elastis

Pada regangan yang paling tinggi terjadi pergeseran tetapi ini tidak mampu balik pada saat regangan ditiadakan. Regangan ini disebut regangan plastic. perhitungan desain ini dilandaskan pada tegangan-regangan di daerah plastic (propersional), regangan elastic yang merupakan satu-satunya gejala deformasi di bawah kekuatan luluh akan naik dengan naiknya tegangan sampai terjadi deformasi di bawah kekuatan luluh. Akan naik dengan naiknya tegangan sampai terjadi deformasi plastic.

Logam Paduan	Modulus elastis		Modulus Geser		bilangan poisson
Logam Paduan	Psi x 10⁶	Mpa x 10⁶	Psi x 10⁶	Mpa x 10⁶	bilangan poisson
Magnesium	6,5	4,5	2,5	1,7	0,29
Aluminium	10,0	6,9	3,8	2,6	0,33
Kuningan	14,6	10,1	5,4	3,7	0,35
Titanium	15,5	10,7	6,5	4,5	0,36
Tembaga	16,0	11,0	6,7	4,6	0,35
Nikel	30,0	20,7	11,0	7,6	0,31
Baja	30,0	20,7	12,0	8,3	0,27
Tungsten	59,0	40,7	23,2	16,0	0,28

Tabel 1 : Modulus Elastisitas Beberapa Bahan Logam

KHAIRULLAH engineer

Selasa, 27 November 2012

Getaran Torsi

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Mengenai Saya