JURNALENERGIDAN MANUFAKTUR DEWANREDAKS] KetuaPenyunting : Prof.Dr. TjokordaGdeTirta Nindhia,ST, MT. PenyuntingAhli
: Prof. Dr. lr. I GB WijayaK. Prof. Dr. lr. I NG Antara,MEng, Prof. Dr. TG Tirta N, ST, MT. I N SupraptaWinaya,$T, MASc,PhD. Dr.Eng.MadeSucipta,ST.,MT I MadeWidiyarta,ST.,MEng.Sc.PhD lr. NgakanPutuGedeSuardana,MT.,PhD Dr. lr. I WayanSurata,M Erg Prof. Dr. Ing. lr. I MadeLondenBatan,MEng. Prof. lr. I N Sutantra,MSc,PhD. Prof.Dr. lr. I NG.Wardana, MEng. Dr. lr. Suhanan,DEA. Dr. lr. Yanuar,MEng,MSc. Prof.Dr. lr. JohnyWahyudiS, DEA. lr. I GN WiratmajaPuja,MSME,PhD. Dr. lr. Dipl.lng.BerkahFajarTK. Prof.Dr. Ing. lr. HarwinSaptoadi,MSE.
Penyunting Pelaksana : I Ketut Adi Atmika, ST., MT. I Made Astika, $T., MErg, MT. DNK. Putra Negara,ST, MSc. lGK. Sukadana,ST.,MT. AAIA. Sri Komala Dewi, ST., MT. I Made Gatot Karohika,ST., MT. I Gede Teddy PranandaSurya,ST.,MT
A l a m a t R e d a ksi
Jurusan Teknik Mesin,UniversitasUdayana Kampus Bukit Jimbaran,Badung - Bali. 80362 Telp./Fax. : 0361703321 e-mail :
[email protected] [email protected]
(Unud) (Unud) (Unud) (Unud) Unud! Unud) Unud) Unud)
rTs) rTsl
UB} UGM)
(ut) (ut) (rrB)
(Undip)
(uGM)
Jurnal Energi dan Manufaktur
Volume 5, Nomor 1, Oktober 2012
Kata Pengantar Puji syukur tercurahkankepadaTuhan Yang Maha Esa atas terbitnyaJurnal Energi dan Manufaktur Volume 5 Nomor 1 pada butan Oktober 2012 ini, yang merupakan kelanfutan Jurnal llmiah Teknik Mesin &abtalW.,Fakultas Teknik UniversitasUdayana. Penerbitanjurnal ini bertujuanmenyediakanmedia publikasi untuk hasil-hasilpenelitian maupun kajian aplikasi di bidang Teknik Mesin, baik untuk penelitiandikalanganinternalmaupuneksternalkampus UniversitasUdayana. Kami harap dapat lebih memperluasperkenalandan interaksidengan para peneliti dari institusi pendidikan maupun peneliti dan mengundang partisipasi penulis laporanimakalahpenelitiandari luar UniversitasUdayanalebihbanyaklagi. Dewan redaksi mengucapkanterima kasih atas dukungandan motivasidari rekan-rekandi kampus serta pimpinanjurusandalarnmerealisasikanterbitnyajurnal ini. Dewan redaksi juga menyampaikanterima kasih atas partisipasirekan*rekan peneliti, terlebih untuk partisipan dari luar Universitas Udayana yang telah mengirimkannaskahnyauntuk dipublikasikanmelaluiJurnal Energi dan Manufaktur Teknik Mesin UniversitasUdayana. Dalam Volume 5, Nomor 1, Oktober 2O12ini disajikandua beiasartikel. Akhirnya dewan redaksi berharap semoga artikel-artikeldalam jurnal ini bermanfaat bagi pembaca dan memperkuat semangat untuk ikut dalam mengembangkanilmu dan teknologiterutamadi bidangTeknik Mesin. Kami tunggu naskah-naskahuntuk penerbitanberikutnya.
Dewan Redaksi
Daftarlsi JUDUL
AUTOR
INSTITUSI
StudiNumerikDan EksperirnentalKarakteristik DrnamikModelSistim
AsnawiLubist)'dan ZulhendriHasymi2)
t''iJurusan Teknik MesinFakultasTeknik UniversrtasLampung
t-o
Ega TaqwaliBerman
JurusanPendidikan TeknikMesin,FPTK UniversitasPendidikan Indonesia
7 -13
..,Q-u.9penqreengaruhPenggunaan SuctionLiquid Heat ExchangerDan Tube ln Tube Heat ExchangerPada Refrigerator TerhadapDaya KompresorDan Waktu
HALAMAN
P.en9iryire! PengaruhJumlahDan Posisi PemasanganGuide Vanes Pada ElbowDucting TerhadapBesarnya PressureDrrsp
StudiEksperirnentai PengaruhVariasiBahan Kering-l-erhadap Produksi Dan NilaiKalorBiogas KotoranSapi
'' ProgramPasca A.A N.B Mulawarman 1)-I SarianaTeknikMesin GustiBagus^. Unud 23)Jurusan WijayaKusuma'' TeknikMesin Made Sucipta'' UniversitasUdayana - - -Ttrrtanas-isw-a .tuiusan I PutuAwing. TeknikMesinFakultas Wiratmana', lGusti TeknikUniversitas KetutSukadana')dan Udayana''t)Jurusan I GustiNqurahPutu TeknikMesinFakultas I e n a y a '"Y' TeknikUniversitas-
14 -21
2 2 -3 2
-U9eyqrs--__
Pernurnian i3iogasDariGas Pengotor l-iidroqi:nSulfida (f1rS)Dr:ngan Memanfaatkan Limbah Gram BesiProses Pembubuian
Komangi\,1etty Trrsna Negara" . Tjokorda Gde TirtaNindhia2),I MadeSuciptaP),t KetutAdi Atmikaa), Dewa Ngakan_Ketut PutraNegara"), I WayanSuratao), A.A lA Sri Komaladewi7)
.r\nalisrs PeiancanqanDan ijrediksiKrner;aSebuahAlat irenukarKalorJenisShell Anc' fube FendinginAliran Aii'PadaPliaiatiluhur
Y o p i H andoyol )Ahsan "
P r : nc r apan l c k ri o to o i L a s G es ek ( F ri c tro nWe l d i n g ) i,::: 1t r, r i) rg :li::,, J , r : i : " r : : t ; t : . i t !: :- : .' ;- ; :1 il.iil ;rii,ra Lcqarrt
lir : r r dah
i.ja j.l lii:,;DOn
') KaryaSiswa52 TeknikMesin [Jniversitas Udavana 2 3 4 5 '6 '7 ) Dosen Teknik
33-41
MesinUniversitas Udayana
tt'
BudiLuwarSanyoto Nui-llusodo"' i'lri Sani;un-S-' Mahrrul Mursici'"
JurusanTeknik Mesin,Universitas lslam'45'Bekasi
'-
'
i
42-50
il-
l"lgJ, Lll ir:l , 'i M e s r i - r ,i : T l i T S
i r1 60
B
PeningkatanEfisiensi AbsorbsiRadiasiMatahari Pada SolarWater Heater DenganPelapisanWarna Hitam
NK.Caturwatil)', YuswardiY2).Nino S JI
t't't) JurusanTeknik Mesin Universitas SultanAgeng Tirtayasa
61 -66
t)
9
PengaruhPostWeld Heat TreatmentTerhadap KetangguhanDan Korosi SambunganLas SpiralSaw Pada Pipa BajaAstm 4252
StudiEksoerimental PengaruhBilangan ReynoldsPada Keefektifan 10 Dan KoefisienTekanan PenukarPanasBerkasPipa EliptikSusunanBerseling
11
UnjukKerjaDestilasiAir EnergiSurya
aa
PenentuanParameter ProduksiMaterial Rem RamahLingkungan Untuk AplikasiKeretaApi MenggunakanSeratTandan KosongKelapaSawit SebagaiPenguat
lpick Setiawan1)', MochammadNoer llman2)
Staf Pengajar JurusanTeknikMesin UniversitasSultan Ageng Tirtayasa.. CilegonBanten'' Staf PengajarJurusan Teknik Mesin Dan Industri,Fakultas TeknikUniversitas GadjahMada
67 -75
BudiUtomoKukuh 1)'. Widodo $amsul t), Kamal'), Suhanan I a) Made Suardjaja
1)Kandidat Doktor TeknikMesinFT UGM t't'o) JurusanTeknik Mesin Dan lndustri FakultasTeknikUGM Jl, GrafikaNo. 2. Jogyakarta55281, Telp/Fax:0274521673
76-81
12) ProgramStudi 1)',. TeknikMesinFdkultas I Gusti KetutPuja FA. RusdiSambada'r Sains Dan Teknologi UniversitasSanata Dharma
82-88
HilmanSyaefulA", IGN WiratmajaPudja '', Agus Triono"'
'Uot Balai Pengembangan lnstrumentasiLipi t'3) JurusanTeknik Mesin,Institut TeknologiBandung
89. 97
Studi Numerikdan EksperimentalKarakteristikDinamik Model SistemSuspensi Asnawi Lubisll', Zulhendri Hasymi2) t t)JurusanTeknik Mesin FakuhasTeknik UniversitasLampung Jalan ProfessorSumantriBrojonegoroNo.1, Gedongmeneng,BandarLampung35145 ac.id Email: asnawl-lubis@unila.
Abstrak Karakteristikdinamiksuatu strukturmesin sangatpentinguntuk diketahuiuntuk menghindarigetaranyang berlebihan pada struktur tersebut. Karakteristik dinarnk tersebut ditentukan oleh freku€nsi pribadi, amplitudo dan modus getar. Getaran pada suatu struktur mesin dapet teriadi karena adanya eksitasi baik yang berasal dari dalam maupun dari luar sistern: Jika ftekuensi eksitasi berada di sekiiar frekuensi pribadi sistem maka clapat terladi fenomena resonansi,yang akan mengakibatkanamplitudo getaran yang tinggi. Amplitudo yang tinggi yang equivalentdengan defleksi dapat mengakibatkan kegagalan pada suatu sistem mesin ataupun struktur- Tulisan ini melapo*an hasil kajian secara numerik dan experimental terhadap karakteristik dinamik suatu model sistim suspensi. Sistim suspensi dirnodelkan dan dianalisis secara numerik menggunakan metode elemen hingga dan diuji secara experimental menggunakan perangkat Universal Vibration System (UVS) untuk memperoleh karakteristikdinamik yang meliputi frekuensi pribadi dan amplitudo getaran. Hasil studi menunjukkan bahwa amplitodo makin besar pada nodal atau posisiyang makinjauh dari tumpuanpegas. Kata kunci: Frekuensipribadi,karakteristikdinarnik,amplitudo,resonansi.
Abstract Dynamiccharacteristics of a structurearevery importantto be knownin orderto avoidexcessivevibration on the structures.Thesecharaderisticare naturalfrequency,amplitude.and vibrationmodes.Vibrationof hasthesame lf the valueof excitation frequency excitation. mayresultfrominternaior external a structure then resonancecan occurthat lead to higherand higher or aroundthe value of naturalfrequency, This can leadto failureof the structure. to highdeflection thateguivatent The highamplitude amplitude. of a model studiesof dynamiccharacteristic paper reportsresultsof numericaland experimental system.The systemis modeledand analyzedusingfiniteelementanalysisand verified suspension in termsof natural Vibration System(UVS)to obtaindynamiccharacteristic usingUniversal experimentally becomeshigherai ihe middleof themodelat The resultsconfirmthatamplitude frequency andamplitude. fromthespringsupport. thefarthestdistance amplitude, resonance dynamiccharacteristic. Keywords:naturalfrequency. 1.
P E NDA H U L U A N Getaranyang terladipada mesin-mesinatau strukturbiasanyamenimbulkanefek yang tidak dikehendaki, sepertiketidaknyamanan,ketidaktepatandalam pengukuranatau rusaknyastrukturmesin.Getaranteriadikarena adanya eksitasibaik yang berasal dari dalam maupun dari luar sistem dan efek getarantersebut berhubungan dengan frekuensipribadi sistem yang bergetar.Jika frekuensieksitasiberada di sekitarfrekuensipribadisistem maka akan terjadi fenomena resonansi,yang akan mengakibatkanamplitudogetaran yang pating besar Amplitudo equivalent dengan defleksi. sehingga resonansi dapai menyebabkanterjadinya kegagalan pada sistem ataupunstruklur. Respons mekanik dapat mewakiii perilaku mekanik sebuah struktur yang dikenai gaya eksitasi.Respons mekanik tersebut sangat dipengaruhi oleh parameler sistem dinamik struktur tersebut, Pada suatu struktur mekanikterjadinyagejalagetarantergantungpada massa,kekakuandan faktor redamannya,sedangkanperilaku dinamikyang berupafrekuensipribadi,amplitudodan dinamikdari strukturtersebutditentukanoleh karakteristik modus getar Penentuankarakteristikdinamiktersebutdapat dilakukanmelaluikaji teoritik.numerikmaupun Karakteristik dinamiksuatu struktursangatpentinguntuk diketahui,karenadenganmengetahut eksperimental. dapatdihindari. dinamikmaka peristiwagetaranyangberlebihan karakteristik Sistempegas-balokbanyakdigunakandalamaplikasiteknik, misalnyauntuksistemtumpuanpada struktur mesin dan sistem suspensipada otomotif.[7] melakukanpenelitiandengan menggunakancomputersofl\ilare kejut-massadenganperubahan dinamikmodelsistempegas-peredam uniuk menentukankarakieristik For1ran77 harga kons{antaperedaman.Parameteryang diukur adalah waktu yang diperlukanuntuk berosilasi(l) dan Tulisanini melaporkanhasil simulasinumerikmenggunakanmetodeelemen simpangan(x) yang dihasilkannya, dinamiksebuahmodelsistimsuspensiyang terdiridari konfigurasipegashinqgaunlL,rk mengetahuikarakteristik r y r A r qs a r pap c rc d a md e n g a np e ru b a h a np a d arri l aikonstarrta d ar i pegasnyaS i stemi ni mei " upakan oemodei an ! af s r s t er rs us pe n s lri a d a k e n d a ra a nm o b i l p e n umpangdan si stemtumpuanpada mesi n.P arameteryartqdtui
i ){rn u l i s !a re sp o ncioils! piltr e.
;62 ' :1) i /01609
+ E?:i21. t'0267?,.+62'i 2', 7A297i
\
I ma rl . a sn a wr l i i b r s( @unr la.ac.r d
StudiNumerikdan Eksperimental (AsnawiLubis,et a/ )
2. METODE 2.1. Model Sistem Suspensi Gambar 1a menunjukkansebuah model sistemsuspensiyang umum dipakai pada aplikasikendaraanmobil penumpang. Sistem suspensi tersebut terdiri dari sepasang pegas di bagian depan dan sepasang pegas di bagian belakang. Lliasanyaterdapat juga sepasangperedam bersama dengan pegas, namun pada analisisini kehadtranperedam diabaikandan model sistem suspensidimodelkansebagai sistem pegas balok sepertipada Ga m bar1b dan lc . lr)ersarnaan gei'akuntuk sistim yang ditunjukkanoleh Gambar 1b dan 1c dapat diturunkansebagaiberikut: l)ari keseimbangan gaya arah vertical,diperoleh.
irri+k,(.y- 1,0)r k.(x 1 l"q
- 0
(1)
mi + (k, +,t. )x + lk.l" - k,l,)0 = O
\z)
[)ari keseimbangan momenterhadaptitikG
J,.A- k,(x - 1,0)t,+ k"(x + trgl, = 0 Jci) rg.t.
k,/,)xr (k,1,:+k,|22)0
(3) (4)
Persamaan(2) dan (4) dapat ditulis dalam bentukmatrikssebagaiberikut:
| ,, o j f;l
| {t, +t,)
(k,t.- ll, ) . 1 | . ' l lo l
(k,tu= rk . t , -\ ll0 l fo rrl\el*ltk,/,-fr,/,,
l0 l
/A\
Dimana, x = xsin.ctit
0 = 0sinatt
lo,
* 1 ( x -1 1 9 )
.12tx+ l28l tri Gambarl Modelsistemsuspensipegas-balok
Denganmemasukkannilai-nilai x dan 6 besertadenganmasing-masing turunankeduanya,maka ciiperoleh
l {t ,n t" -atlm )
- ( kJ,- k2t)
- lfr l
,r .t,ll1oiiOt | -{n,i,-0.,.) (k,[,'--+'k',t"1
(6)
i.lilai nilai irekuensi natural adldan o" dapat diperoleh dengan teori determinan. :i. ; r . ir{}ino de lan [i em c n Hingga Sis t im pegas B a l o k Struklur pegas-balok dibuat melalui nodal-nodal yang dibagi menjadi 21 nodal sepertr pada Gambar 3 i' lo tja i 1ll 20 da n 1 6, 21 adalah unt uk elem en pe g a s y a n g m e n g g u n a k a n t i p e elemen cCjvatrut+ dari ANSyS t:lan tciil librtsry l:lem c n ini r nem puny ai k apabiliiasl o n g i t u d i n a ld a n t o r s i o n a l baik dalam aplikasi 1D 2D, maupun 3ll No da i 1 .2' 3' 4' 5' 6. 7, t i 9, ' 1c . 11 1 2 , 1 4 't 5 , 1 7 dan 19 adalah untuk elemen batok yang ;;tcr;c;(li.:na kaele ri lm c n t lli: AM 4 r jar i ANSYS elem e n i i b r a r y . L l e m\cB\ r ] I n r m e m p L r n y a r 3 nodal dan settap nocjal rrlernprinyai6 de;'a1atkebebasan, yaitu translasr pada arah sumbu-x. .y, dan z serta rotasi terhadap srrmbu-x
JurnalEnergidan ManufakturVol 5, No .1, Oktober 2012:1_g7 2
y , dan -2. sedangkanuntuk exifer yang didefinisikanoleh elemen MASS21,posisinyaberubah-ubahpada nodal 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, B dan 9. Gambar 2 menunjukkantipe-tipeelemen yang dipakai pada pemodelansistem s us oens i ,
K (n*hftnl]
1",
L'fc'i ?t. ,{, .'')";i
1,"11Y;':--:L' (b)
la )
{f}
Gambar2. Tipe elemenuntukmodelsistimsuspensi,(a) BEAM4,(b) MASS21,(c) COBINl4 Gambar 3 menunjukkanmodel elemen hingga yang di analisis. Kondisi batas (boundarycandition) tiiterapkanpada nodal 20 dan 21 yang merupakanujung pegas yang dijepit (full fixed), sehinggapada bagian t er s ebutt idakd a p a tb e rg e ra kp a d a a ra hs e m uasumbu(X , Y dan Z). P adanodal13 dan 16 di manauj ungpegas dalamarah sumbu-x(UX) dan arah sumbu-z(UZ) rnenempetpada balok,constraintdilakukanuntukperpindahan yang pada diberikan adalah beban harmonikdengan Y. Beban sumbu pegas arah bergerak hanya agar frekuensieksitasi0 sampaidengan50 Hz, dimanasumbereksitasiberasaldari exiteryangdivrakilioleh elemen padamasingdi eval uasi p a d a n o d a l1 ,2,3,4, 5, 6, 7, 8, 9 dan respondi nami knya nr as s21. P os i s ip e m b e b a n a n masingnodaltersebut.
Gambar3. Modelelemenhinggasistemsuspensi 2. 3. P enguj i a nEk s p e ri m e n ta l dinamikmodelsistimsuspenstyang untukmengujikarakteristik skemaeksperimental Garnbar4 rnenunjukkan terdiri dari pegas-baiok.Balok yang digunakanadatahbal ok seragamdengantumpuanpegas pada mas ingmasingujungnya.Sumbergetaranberasaldariexiter.
untukGambar4: K eterangan ''l. Sensorphotogate(non-contact) TM 150.01 2 Fegas 3. trxciter 4 B al okbaj a 5 Frame UVS (Unlversai VibrationSyslent) 6 lnterface$ox TN4150 20 ; i,
f- '- '
I i
i::::::
,t1
r.-.
-j
:ei
i .i i r r - .i i j rj i :j
c ',. l ,) i .r dLi Kar
! ':)r':'C
rri
rr/rr
'rJrc'dr
uri
v4rr\
; r iik er r i: pengujia ne k s p e f l q e n t a r m o 'i e i s l s t e r r c i; gunak anunt uk m o d e l s i s t e m s u s p e n s i a d a l a h Studi Numetik dart LksperiTreniat
t A s r t a w l L t r b i s ,e l a i .)
3
1 2. 3 4. 5 6 7
BalokbajaAlSl 1045. Pegas dengan konstantayang telah ditentukan. UVS ( t/niversal VibrationSystern)TM 150. UVS digunakan untuk mengukur respon getaran pada slstem Sensor getaran photogate (non-contact)TM 150.01. Sensor ini digunakan untuk menguKurrespon frekuensrpada sistem InterfaceFlox TM 150.20.Alat ini berfungsisebagaipower supply sensor, penguat sinyalscnsordan .sockcltnterfaccsebagaipenghubungke komputer. Lxiler. Alat ini berfungsisebagaisumbergaya eksitasi. Dudukan l)igunakanuntukmenopangpegasdan balok.
labol 1 rr:t:nunjukkan data materialdan dimensipengujian.
lq,o_q9_Vm 1 1 4 0 0N /m
frrosedurpengrrjiankarakteristikdinamikmodel sistemsuspensi adalahsebagaiberikut: l Alat uji disusunsepertiGambar4. Variasidilakukanpada konstantapegas(10090N/m dan 11400Nlm) dan sensordisambungkan denganUVS dan komputer. 2 Kcr.rrudian komputcrdan perangkatUVS cli-on.kan g nodal iJ llaiok dibaqinrt-'njadi 4 l)eqasdengankonstantak, = k;= 10090N/m,dipasangpada u.iungbalokdan exiterpadanodal_1, kemudian frekuensteksitasidiberikansampaiterjadiresonansipadasistem.bata rcspondengan sensorpacta nodai-2 sampai nodal-9 diambil dengan frekuensigangguantetap, sehinggaakan didapat grafik fungsi respon ire:kuensi 5 Prosedur4 diulangidenganposisiexiferdinodal-2sampainodal_g 6 l)eqasdengafikr = kr =11400N/m digantikanpadaujung-ujung balokdan prosedur4 dans diulanqi.
Gambar5. Skemaprosedurpengujian 3"
HA S I LDA N P E M BA H A SA N I ulis an ini m eny a j i k a nh a s i l d u a s tu d i te rh a d apkarakteri stidi k nami kmocj elsi sti m suspensr,yattu stuci i numerikdan eksperimental.Studi numerikdilakukandengan rnetodeelemen hingga menggunakansoftware ANSYS 10 0 Studieksperimenial menggunakan perangkatu1iuniversalVibratingSyiiem l '; jc . i s iuc i num c ri kn re rl q g u n a k amc n to d ee l e m enhi nggastrukturdi bagi ni errl adi21 nodal namun data i o sp ondinam iky ang d i a m b i l _ h a n ypaa d a n o d a l1 , 2. 3,4, 5, 6, 7, B , dan g B al okdi motj el kan denganel ernel n !l [n M 4 c x r lc r dim o d e l k adnd n g a ne l e m e nN 4 A SS 2dan 1 pegasdi model kan denganel emenC oMB l N .14. V ari asi dtlakukanpada nilaikonstantapegas yaitu k1 = k;:= 100g0Nlm kemudiandigantidengan k_,= kr = 11400Nlm " g K aji ek s per im en tadli l a k u k a np a d a s tru k tu ru j i cl el rganmembagibal ok menj adi nodai pegas menumpu b a l ok pada k edua uj u n g n y a d . e n g a nme n g e u n a k ac/anrp n sebagaipenj cpi t K onstantapegasyang di gunakan a d a lahk t = k : ;= 1009 0N /m d a n h = ' k t= 1 1 4 o aN /m F)\ngambi l an dai a padaseti apnoti aidi l eri si rnboll l l (posi sr exiter dan posisi nodal) Frekltensiexitasidiberikansebesar0 sampaidengan5O t-lz Fl12bcrartipcngambilan J u rn alFnergidan Manufaktur V ol .S ,N o.1,Oktober2.0121 97
4
data pada saat posisi exiter di nodal 1 dan respon dinamik di nodal 2, demikian seterusnya. Setiap nodal dicuplik beberapa kali. Gambar 6 dan 7 menunjukkantypical spektrum getaran, diambil untuk H51 dan H52. r x l o,.- 2!
i.{
:.{ ? L{
X*.1 t
tn
'tt
,: e
,4
@
f a. { . a. h* ?Ft 416 d *
i] ?,8
Fretetei [h]
i$
3i i,':i
{* l1
4,)
FIHz]
(a) (b) Gambar6. Spektrumgetaranuntuk kr = ka= 10090N/m dan pada exiterdi nodal 5, (a) eksperimental,(b) metode elemenhingga Spektrum getaran dapat diperoleh untuk seluruh kombinasi posisi (nodal) exiter dan posisi (nodal) respon. Ada 72 kombinasiposisi exciter dan titik pengambilanrespon seperti Tabel 2 dimana spektrumgetaran seperti ditunjukkanoleh Gambar 6 dapat diperoleh.Spektrumgetaran untuk 72 kombinasidiperolehuntuk nilaF nilai konstantapegaskt = kz = 't0090 N/m dan kt= kz ='11400N/m. Dengandemikianada 144 grafikspektrum getaranyang diperolehuntuk menentukanfrekuensigetaransistem. Tabe 2 Kombinasioosisiexciterdan titik H12 H21 H 3 1 H41 H 5 1 H61 H13 t-125 H32 H42 H52 H62 Hl4 H24 H34 H43 H 5 3 H63 H15 H25 HJC H45 H54 H64 H16 H26 H36 H46 H56 H65 H17 H27 n 5 t H47 H57 H67 H18 H28 H38 H48 H 5 8 H68 H19 H29 H39 H49 H 5 9 H69
H71 H72 H73 H74 H75 H76 H78 H7S
H 81 H82 H 83 H84 H85 H86 H88 H89
H91 H92 H93 H95 H 95 t-tYo
H97 H98
LEJF r+klse"es, l3z\
FIH :l
(b) (iambar 7. Spektrumgetaranuntuk kr = kz= 10090N/m dan padaexlferdi nodal5, (a) eksperimental, (b) metode elem enhingga t ) ar i 1 4 4 s p e k tru mg e ta ra ny a n .r d i gambarkan(ti dakdi tunj ukkanpada tul i sani ni untuk memba t asi halam a nma k s i m u m ),m a k a d i p e ro i ehbahw afrekuensipri badisi stempegas bal ok yang di ti nl audapat lum lah iil; h^+ r dt uil' r
^^i^ pdud
r ^k ^l Ldugr
2 \)
i s,el a/.) 5 StudiNumerikdan Eksperimental (A snawLubi
abel 3 Frekuensipribadisistim k, N/m Studi eksoerimental a
lnl
10090 11400
13.698 16.O42
tnz
fng
273W
41.095 47.744
31.742
Metode Numerik fnr
1 2 .8 1 3 .1
fnt
fng
23.1
28.'l
24.5
29.2
Pada studi eksperimental eksitasi diberikan berupa frekuensi harmonik, frekuensi yang dicuptik sebagai frekuensi eksitasi adalah frekuensi yang menyebabkanterjadinya resonansi pada sistem. Peristiwa resonansi ini ditandai dengan sistem bergetar hebat, sernakin dekat frekuensi eksitasi dengan frekuensi pribadi sistem rnaka semakin besar amplitudo yang ditirnbulkannya.Frekuensi eksitasi diberikan melalui input pada perangkat UVS yang kemudian responnya ditampilkandalam bentuk grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF). Grafik FRF ini menampilkanhubunganantara amplitudo(X) dalam satuanmeler pada surnbuY dan frekuensi(f) dalam satuan Hz pada sumbu X. Pada setiap kali pencuplikan data respon ditarnpilkan sesuai dengan rarg€ yang ditentukan yaitu 0 - 50 Hz, sehingga fnyang muncul berada pada range tersebut. Puncak-puncakarnplitudopada grafik FRF menunjukkan letak frekuensi pribadi. Pada studi numerik frekuensl eksitasi diberikan dalam bentuk cornmand yang menunjukkanrange frekuensiyang diberikanpada sistem yaitu 0 - 50 Hz, sehinggatidak dapat diketahui berapa besar frekuensi eksitasinya. Dlsini hanya fiekuensi pribadinya (fn) yang dapat ditenlukan. Pada studi eksperirnentaldan numerik spektrumyang dihasilkansepertiterlihat pada Gambar 6 dan 7, yang menunjukkan bahwa sistem umumnya mempunyaitiga frekuensipribadi.Perbandinganfrekuensi pribadi hasil eksperimental dan numerikpada frekuensipribadi ke-1 dan ke-2 mempunyaiselisihyang kecil,sedangkanfrekuensipribadike3 selisihnyacukup besar. Hal ini dapat terjadikarena kurangsensitifnyasensor photogateyang digunakanpada saat eksperimental.Pada studi eksperimentalamplitudountuk kr = kz= 114O0Nlrn mempunyainilai yang lebih besar dibandingkandengan kt = kz= 10090 N/m, hal ini dlsebabkankarena frekuensieksitasi unluk kr = Irz= 11400 N/m lebih mendekatifrekuensipribadisistem. Responamplitudountuk fnr pada nodal 1,2,3,4,6,8 dan g untuk setiap posisi exifernilainyalebih kecil dibandingkan respon amplitudo pada nodal 5. Terjadi kecenderunganbahwa nifai amplitudo nodal yang terdekat dengan pegas akan bernilaipaling kecil dan semakinketengahamplitudonyasemakinbesar,hal ini terjadiuntuk kt = kz = 10090 N/m dan h = kz = 11400 Nlm pada kedua metode. Untuk fnedan fnspadakedua nilai konstanta pegas, amplitudo yang terjadi mempunyai nilai yang relatif kecil dan-mempunyai kecenderunganyang tidak teratur. Besarnya nilai arnplitudopada frekuensi pribadi ke-1 dikarenakaneksitasi yang diberikan mendekati frekuensi pribadi ke-1, apabila frekuensi eksitasi yang diberikan mendekati frekuensi pribadi ke-2 dan ke-3 penulis berasumsi bahwa kecenderungan yang terjadi akan relalif sama dengan yang terjadi pada frekuensi p r ibadik e- 1. Perbedaan nilai arnplitudoantara hasil eksperimentaldan numerik yang besar dimungkinkankarena pada saat pengujian eksperimental,penempatan posisi pegas agar tetap tegak lurus derEan balok cukup sulit dilakukan, hal ini karena ketika beresonansisistem bergetar hebat selringga terjadi pergeseranposisi antara pegas dengan balok. Selain itu juga kurang sensitifnyasensor yang digunakandapat menyebabkanterjadinya perbedaantersebut. 4.
SIMPULAN Hasil studi yang telah dilakukanmenunjukkanbahwa frekuensipribadi yang diperolehsecara experimental dan numerik menunjukkannilai yang berdekatanuntuk frekuensipribadi pertama. Perbedaanfrekuensipribadi makin besar untuk frekuensikedua dan ketiga.Untuk kontantapegas kr- kz = 10090 Nlrn, perbedaantrekuensi pribadi pertama, kedua, dan ketiga, berturul-turutadalah 6.6%, 15.7%, dan 31%, sedangkanuntuk kr = k2. 114i)r)N1m,perbedaanini berturut-turutadalah 18.3o/o,22.7Ya dan 38.8%. Hasil studi juga mengkonfrrmasikan 'r')dal yang terdekatdengan pegas mempunyaiamplitudopaling kecil dan semakinke tengah letak nodal 'rvasemakinbesar.
s i ,, L4l tsl t6l I7l t8l
'pu sr AKA 'i lnc., ANSYS Help. Theory Reference .riagonas,4.D., Vibrationfor engineers.Prentice-Hall Inc.,New Jersey,1992. ir'lrchel. L., Berthier,P., dan Hagopian,J.D., Mechanicalvibratian for.engineer.John Wiley & Sons Ltd. Nor t her nlr el a n d 1 , 983. Moaveni,5., Finite Element Analysis, Theory and application with AArSyS,1999. Nash,D.H.,ComputerAided EngineeringDesign.Universityof Stratchlyde. Glasgow,Scolland.1998. Shigley,J.E., dan Mitchell,L.D., PerencanaanTeknik Mesin edisi keempat jilid 2. Erlangga.Jakarta, 1984 Soegiharjo,O. Sirnu/asi komputer untuk analisa karakteristik model sysfem pegas-peredam kejutmassa. Universitas KristenPetra. T.hompson, W T feorl getaran denganpenerapan,edisike 2 Erlangga.Jakarta 1995
JurnalEnergidan ManufakturVol.S,No.'1, Oktober 2012:1-97 6
