ii
MENGKARAKTERISASI PENURUNAN KUALITAS PELUMAS DENGAN MENGGUNAKAN METODE FAST FOURIER TRANSFORM
(FFT)
Oleh
MUHAMMAD RIZALUL WAHID
Telah dilakukan penelitian analisis frekuensi sinyal suara mesin kompresor terhadap viskositas pelumas dengan menggunakan metode Fast Fourier Transform (FFT). Sampel pelumas yang digunakan berasal dari pelumas motor matic Honda Beat yang berjumlah delapan buah dengan nilai viskositas 7.5058 Ns/m2 sampai 8.8790 Ns/m2. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan frekuensi suara mesin kompresor terhadap nilai pelumas yang diberikan. Analisis frekuensi suara dari mesin kompresor dilakukan pada empat daerah kompresor, yaitu daerah pelumas, daerah torak, piston, silinder, daerah motor, dan daerah tabung udara mesin kompresor. Hasil suara dari setiap daerah mesin kompresor ditampilkan dalam spektrum spectrogram untuk dapat dianalisis rentang frekuensi yang ada pada setiap waktu perekaman. Frekuensi dominan dari rentang frekuensi hasil spectrogram dapat diketahui dengan menggunakan FFT. Hasil frekuensi yang didapatkan dari keempat daerah penting mesin kompresor masih bersifat acak seiring dengan penurunan nilai viskositas yang diberikan.
i
CHARACTERIZING DECREASE QUALITY OF LUBRICANT USING FAST FOURIER TRANSFORM ( FFT ) METHOD
By
MUHAMMAD RIZALUL WAHID
The research of sound signal frequency for analysis of viscosity lubricant compressor machine, the determination relationship of sound frequencies compressor on lubricant value, has been conducted by Fast Fourier Transform (FFT) method. The eight samples taken from the lubricants Honda Beat matic motor with a viscosity value of 7.5058 Ns / m2 up to 8.8790 Ns / m2. The analysis of sound frequencies compressor machine was performed on four areas of compressor machine, consist of compressor lubricants, piston and cylinder, motor, and air tube compressor machine areas. The results from each areas compressor machine was shown in the spectrogram spectrum, then they were analyzed for frequency ranges that exist in each recording time. The dominant frequency of the frequency range spectrogram results can be determined by FFT method. The frequency results of four compressor areas were random, although viscosity values was decreased.
FOURIER TRANSFORM (FFT)
Oleh
MUHAMMAD RIZALUL WAHID
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Muhammad Rizalul Wahid dilahirkan pada tanggal 01 April 1994 dilahirkan di Sidorejo Kabupaten Lampung Timur dan merupakan anak kedua dari dua bersaudara pasangan dari Bapak Suwardi dan Ibu Siti Muawanah.
viii
PTI yang diadakan oleh PT.Pertamina. Tahun 2014 penulis berhasil meraih peringkat II dalam pemilihan Mahasiswa Berprestasi (MAWAPRES) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.
Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Hot Strip Mill (HSM) PT. Krakatau Steel dengan judul “ Sistem Pengendalian Water Treatment Plant
x
PERSEMBAHAN
Bismillahirohmanirroim
Dengan kerendahan hati dan rasa syukur yang tak terhingga kepada Allah SWT, Kupersembahkan karya
kecilku ini sebagai tanda baktiku kepada :
Kedua orang tuaku tercinta, Ayah dan Ibu, keluarga besar dan saudara-saudaraku yang selalu mendoakanku dalam
setiap langkahku dan menyemangatiku demi keberhasilanku. Terima kasih telah menjadi
ix MOTO
xii
Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kuasa-Nya penulis masih diberikan kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini, terutama kepada:
1. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T., sebagai pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta nasihat untuk menyelesaikan tugas akhir.
2. Bapak Arif surtono, S.Si., M.Si., M.Eng., sebagai pembimbing II yang senantiasa memberikan masukan-masukan serta nasihat untuk menyelesaikan tugas akhir.
3. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si., sebagai penguji yang telah mengoreksi kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi.
4. Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si., selaku ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
5. Drs. Ediman Ginting, M.Si., sebagai Pembimbing Akademik, yang telah memberikan bimbingan serta nasehat dari awal perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir.
6. Para dosen serta karyawan di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.
xiii skripsi penulis.
9. Keluarga ku yang selalu memberikan semangat. 10. Orang yang mengasihi dan yang kukasihi.
11. Sahabat-sahabat ku Fathul Bari, Trunggana, Encep Hudaya yang telah memberikan dukungan dan semangat langsung maupun tidak langsung kepada penulis.
12. Adik-adik ku Jovizal Aristian, Mona Algatama, Mardianto, yang telah membantu penulis dalam proses penyelesaian skripsi.
13. Teman–teman seperjuangan angkatan 2011 yang selama ini memberikan semangat.
14. Kakak-kakak tingkat serta adik-adik tingkat dan semua teman-teman yang memberi semangat peulis dalam menyelesaikan skripsi.
Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya, serta memberkahi hidup kita. Amin.
Bandar Lampung, Februari 2016 Penulis
xiv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
HALAMAN JUDUL ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
SURAT PERNYATAAN ... vi
RIWAYAT HIDUP ... vii
MOTTO ... ix
PERSEMBAHAN ... x
KATA PENGANTAR ... xi
SANWACANA ... xii
DAFTAR ISI ... xiv
DAFTAR GAMBAR ...xvii
DAFTAR TABEL ... xx
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Rumusan Masalah ... 3
C. Tujuan Penelitian... 3
D. Batasan Masalah ... 4
xv
B. Tranduser Mikrofon Jenis Kondensor ... 8
C. Kompresor ... 11
D. Getaran dan Suara ... 16
E. Gelombang Suara ... 18
F. Pengertian Pelumasan ... 19
G. Viskositas ... 23
H. Pengukuran Viskositas Dengan Buret (Metode Stormer) ... 26
I. Fast Fourier Transform ... 27
J. Short-Time Fourier Transform (STFT) dan Spectrogram ... 34
K. Perangkat Lunak Matlab ... 39
III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ... 45
B. Alat dan Bahan ... 45
a. Personal Computer (PC) ... 45
b. Software Matlab ... 46
c. Mesin Kompresor ... 46
d. Pelumas Mesin ... 47
e. Penguat Mikrofon ... 47
f. Komponen Elektronika ... 47
C. Metode Penelitian ... 48
a. Perancangan Alat ... 48
b. Cara Kerja Alat ... 49
c. Tahap Perancangan Software ... 55
d. Pengujian Fungsi Sistem ... 59
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Kekentalan (Viskositas) Pelumas ... 60
B. Realisasi Perangkat Keras Mikrofon (Hardware)... 62
C. Proses Pengambilan Data ... 65
xvi
c. Pengolahan Sinyal Suara dengan Spectrogram... 70
d. Pemilihan Spectrogram ... 72
e. Filter Sinyal Suara Hasil Spectrogram ... 76
E. Analisis Data Hasil Penelitian ... 78
a. Analisis Frekuensi pada Daerah Pelumas ... 78
b. Analisis Frekuensi pada Daerah Piston, Torak, dan Silinder Mesin Kompresor ... 81
c. Analisis Frekuensi pada Daerah Motor Kompresor ... 84
d. Analisis Frekuensi pada Daerah Tabung Udara ... 87
e. Analisis Suhu setiap Titik Pada Mesin Kompresor... 89
V. KESIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
xx
Tabel Halaman
2.1 Pengurutan Pembalik Bit ... 30
3.1 Spesifikasi PC Teknis ... 46
3.2 Pengujian fungsi sistem pada setiap titik ... 60
4.1 Hasil Pengukuran Massa jenis Pelumas ... 59
4.2 Hasil Pengujian Viskositas Pelumas ... 60
4.3 Hasil Pengujian Mikrofon ... 61
4.4 Data Frekuensi Suara pada Titik 1 (Daerah Pelumas Mesin) ... 76
4.5 Data Frekuensi Suara pada Titik 2 (Daerah piston, torak, dan silinder) 79 4.6 Data Frekuensi Suara pada Titik 3 (Daerah Motor) ... 82
4.7 Data Frekuensi Suara pada Titik 4 (Daerah tabung udara) ... 85
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Grafik Viskositas pada Suhu 40oC dan 100oC ... 6
2.2 Hubungan suhu pelumas terhadap tekanan pelumas ... 7
2.3 Hubungan suhu pelumas terhadap suara mesin ... 8
2.4 Kapasitor plat sejajar ... 8
2.5 Bagian-bagian Mikrofon kondensor ... 11
2.6 Bagian-bagian mesin kompresor ... 12
2.7 Langkah isap pada kompresor ... 15
2.8 Langkah kompresi pada kompresor ... 15
2.9 Langkah keluar kompresor ... 16
2.10 Pembangkitan Gelombang Suara ... 17
2.11 Aliran viskos ... 24
2.12 Perbandingan jumlah perkalian kompleks DFT dengan FFT ... 28
2.13 Diagram Alir FFT ... 29
2.14 Contoh dekomposisi sinyal domain waktu di FFT ... 30
2.15 FFT Butterfly dasar untuk peruraian dalam waktu... 32
2.16 FFT Butterfly dasar untuk peruraian dalam frekuensi ... 32
2.17 FFT sintesis butterfly ... 33
2.18 Contoh spektrum FFT (Fast Fourier Transform) ... 34
xviii
2.22 Tampilan window utama Matlab ... 40
2.23 Tampilan Workspace ... 41
2.24 Tampilan Current Folder Window ... 41
2.25 Tampilan Command Window ... 42
2.26 Tampilan Matlab editor ... 43
2.27 Tampilan GUI pada Matlab ... 43
3.1 Bagian-bagian Mesin kompresor ... 47
3.2 Perancangan Alat ... 49
3.3 Rangkaian Penguat Mikrofon ... 51
3.4 Rangkaian ekivalen AC a) Tahap 1, b) Tahap 2, c) Tahap Akhir... 52
3.5 Diagram Tahap Perekaman Suaradengan Matlab ... 56
4.1 Pengujian kekentalan pelumas ... 62
4.2 Perangkat keras mikrofon ... 63
4.3 Hasil Gelombang Penguat Mikrofon ... 64
4.4 Grafik Perbandingan Penguat Mikrofon terhadap Frekuensi ...64
4.5 Hasil Fast Fourier Transform ...69
4.6 Pengujian Fast Fourier Transform (FFT) ... 70
4.7 Pengujian Spectrogram dua buah sinyal ... 72
4.8 Hasil Penelitian pada Viskositas 7.877 Ns/m2 ... 73
4.9 Hasil Penelitian pada Viskositas 8.362Ns/m2 ... 75
4.10 Hubungan Viskositas dengan Frekuensi pada daerah Pelumas ... 79
xix
Torak, dan Silinder Mesin Kompresor ... 82
4.13 Spektrum Spectrogram pada Daerah Piston, Torak dan Silinder ... 85
4.14 Hubungan Viskositas dengan Frekuensi pada Daerah Motor Mesin Kompresor ... 85
4.15 Spektrum Spectrogram pada Daerah Motor Mesin ... 86
4.16 Hubungan Viskositas dengan Frekuensi pada daerah Tabung Udara Mesin Kompresor ... 88
4.17 Spektrum Spectrogram pada Daerah Tabung Udara Mesin Kompresor ... 88
4.18 Hubungan Viskositas dengan suhu ... 90
4.19 Tampilan form pada GUI Matlab ... 92
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kompresor adalah alat pemampat atau pengkompresi udara, dengan kata lain
kompresor adalah penghasil udara bertekanan. Karena udara dimampatkan maka
mempunyai tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan udara di
sekitarnya (1 atm). Kompresor bekerja untuk mengompresi udara dengan rasio
tekanan tertentu. Semakin tinggi dan semakin berat kerja kompresor, maka
beban yang diterima komponen-komponen juga bertambah. Semakin lama
waktu kerja dari kompresor, maka kelonggaran (clearance) antar komponen
yang terjadi akan semakin bertambah. Sebagai contoh kelonggaran antara torak
dengan silinder, bantalan-bantalan pada pena torak, pena engkol dan poros
engkol. Apabila batas kelonggaran terlampaui maka akan menyebabkan bunyi
berisik dan getaran, hal tersebut terjadi karena antar komponen saling
bertumbukan, menggesek, lama kelamaan permukaan komponen tersebut
mengalami abrasi dan menjadi aus. Jika proses abrasi berlangsung terus menerus
akan mengakibatkan komponen-komponen menjadi retak kemudian dapat pecah
atau patah.
Keausan pada komponen-komponen kompresor dapat diperkecil dengan
pelumasnya. Bagian-bagian dari mesin kompresor yang bergerak relatif satu sama lain dan saling bergesekan membutuhkan pelumas agar gesekan yang ditimbulkan menjadi lebih kecil. Gesekan yang tidak bisa dikendalikan tidak saja memberi kerugian langsung dalam energi dan material, tetapi juga dapat berpengaruh langsung pada kinerja mesin. Gesekan dan gerakan yang tidak terkendali tersebut dapat menyebabkan temperatur bagian yang bergesekan menjadi lebih tinggi dari lingkungan sekitar dan akan semakin tinggi. Jika gesekan tersebut tidak dikendalikan, akan mengganggu operasi mesin dan dapat berakibat pada kegagalan mesin.
Selain untuk mengurangi dan memperkecil gesekan dan keausan diantara permukaan-permukaan mesin yang bergerak, pelumas juga berperan untuk menyerap panas yang timbul karena gesekan antara komponen-komponen mesin, hal ini membuat komponen mesin terhindar dari overheating atau panas berlebih (Arisandi, 2012). Kemampuan pelumas untuk menyerap panas pada mesin ditentukan dari kualitas pelumas yang digunakan. Salah satu faktor kualitas dari pelumas adalah viskositas, viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan dalam fluida.
Semakin besar viskositas fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir
dan juga semakin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut (Ariyati,
2010). Viskositas dari suatu pelumas dipengaruhi oleh perubahan suhu, apabila suhu suatu pelumas meningkat, maka viskositasnya akan menurun, begitu juga
sebaliknya apabila suhu suatu pelumas menurun, maka viskositasnya akan
meningkat ini berarti pelumas akan mudah mengalir ketika pada suhu panas
Hubungan antara suhu dan viskositas pelumas dalam sebuah mesin dapat dijadikan sebagai acuan dalam penelitian, namun dalam sebuah mesin yang bergetar atau bergerak pasti terjadi gesekan dan tumbukan antar komponen didalamnya sehingga selain menghasilkan panas, mesin juga akan menghasilkan suara. Hal ini terjadi karena adanya gaya yang berlawanan dari dua permukaan yang saling bersentuhan. Maka dari itu dilakukan penelitian tentang analisis penurunan kualitas pelumas pada mesin kompresor yang ditinjau dari frekuensi sinyal suara yang dihasilkan dari mesin kompresor tersebut. Diharapkan dari penelitian ini akan didapatkan hubungan data sinyal suara dan suhu dari mesin kompresor pada setiap sampel pelumas yang diberikan.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang tersebut, rumusan masalah untuk penelitian ini adalahsebagai berikut
1. Bagaimana hubungan antara nilai viskositas pelumas terhadap frekuensi sinyal suara yang dihasilkan oleh mesin kompresor?
2. Bagaimana merancang perangkat lunak untuk menganalisis penurunan kualitas pelumas pada mesin kompresor yang ditinjau dari frekuensi sinyal suara yang dihasilkan mesin tersebut?
C. Tujuan Penelitian
hubungan antara nilai viskositas pelumas dan frekuensi sinyal suara yang dihasilkan oleh mesin kompresor.
D. Batasan Masalah
Sesuai dengan rumusan masalah di atas, batasan masalah untuk penelitian ini adalah sebagai berikut
1. Frekuensi sinyal suara yang digunakan berasal dari mesin kompresor. 2. Mesin kompresor yang digunakan adalah jenis BA-0140 dengan
spesifikasi tekanan sebesar 100 psi, daya listrik sebesar 0-19 kWh, dan berkapasitas 60 lt/min.
3. Kecepatan putar mesin tetap (konstan) sebesar 1400 rpm (rotation per minute) dan tekanan tabung kompresor sebesar 100 psi.
4. Pelumas yang digunakan adalah AHM OIL MPX-2dengan spesifikasi SAE:10W-30 pada mesin motor matic Honda beat yang memiliki nilai viskositas yang berbeda-beda dan variasi pemakaian pelumas yang berbeda-beda pula.
5. Proses penggambilan sampel data dilakukan di ruangan tertutup dengan kondisi lingkungan jauh dari kebisingan.
6. Software yang digunakan adalah Matlab 2009
E. Manfaat Penelitian
frekuensi sinyal suara yang dihasilkan oleh mesin kompresor.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Terkait
Penelitian tentang karakteristik viskositas pelumas mesin telah dilakukan oleh Nugroho (2012), penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik viskositas pelumas mesin dengan menggunakan laser Helium Neon sebagai sumber cahayanya. Laser ini digunakan untuk menembakkan cahaya ke sampel pelumas dan detektor akan menerima intensitas cahaya Helium Neon tersebut. Di bawah sampel diletakkan pemanas dan diukur suhu sampel dengan menggunakan thermometer. Hasil dari penelitian ini adalah semakin besar nilai SAE (Society of Automotive Engineers) pada pelumas maka semakin besar pula nilai viskositasnya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Grafik Viskositas pada Suhu 40oC dan 100oC (Nugroho, 2012). 0 20 40 60 80 100 120 140 160 40 100 Vi sko si tas (c S t)
Suhu 0C
Analisis karakteristik pelumas terhadap suara telah dilakukan oleh Rasid (2012), pelumas yang digunakan pada penelitian ini memiliki suhu 32oC dan 90oC. Kedua pelumas ini diukur kadar kekentalannya, tekanan pelumas, dan kebisingan mesin yang dihasilkan pada kecepatan putar mesin sebesar 500, 1000, 1500, 2000, 2500, dan 3000 rpm. Penelitian ini diperoleh hasil hubungan nilai viskositas terhadap tekanan pelumas, bahwa semakin besar temperatur pelumas maka semakin kecil nilai viskositas yang didapatkan dan menghasilkan tekanan pelumas yang rendah. Sedangkan hubungan nilai viskositas pelumas terhadap suara adalah semakin rendah temperatur pelumas, maka semakin tinggi nilai viskositasnya dan semakin besar gesekan antar komponen mesin. Hasil yang diperoleh tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3 berikut ini:
Gambar 2.2 Hubungan suhu pelumas terhadap tekanan pelumas (Rasid, 2012) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
500 1000 1500 2000 2500 3000
Tek an an Pe lu m as (B ar )
kecepatan putar (rpm)
Gambar 2.3 Hubungan suhu pelumas terhadap suara mesin (Rasid, 2012).
B. Tranduser Mikrofon Jenis Kondensor
Mikrofon adalah suatu jenis transduser yang mengubah energi-energi akustik (gelombang suara) menjadi sinyal listrik. Salah satu jenis mikrofon yang sering digunakan untuk merekam suara adalah mikrofon jenis kondensor. Mikrofon ini memiliki sensitivitas (kepekaan) yang baik terhadap gelombang suara. Mikrofon jenis kondensor ini bekerja berdasarkan prinsip kapasitansi kapasitor plat sejajar seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.4 berikut.
Gambar 2.4 Kapasitor plat sejajar 0 20 40 60 80 100 120
500 1000 1500 2000 2500 3000
S u ar a ( d b )
kecepatan putar (rpm)
Berdasarkan Gambar 2.4 di atas terdapat dua buah plat kapasitor yang terpisah sejauh d dengan muatan yang berbeda-beda yaitu muatan positif (+) dan muatan negatif (-). Perbedaan muatan ini pada suatu titik tertentu menyebabkan terjadinya medan listrik yang sebanding dengan perubahan jarak pemisah kedua plat. Secara matematis medan listrik yang terjadi dapat dirumuskan pada Persamaan 2-1 berikut.
�
=
(2-1)
Selanjutnya dari perubahan medan listrik tersebut akan menghasilkan beda potensial yang sebanding dengan perubahan jarak antara kedua plat. Dalam prinsip sebuah kapasitor nilai kapasitansi berubah terhadap jarak antara dua plat. Persamaan matematis yang menunjukan hubungan antara dua plat kapasitor ditunjukan pada Persamaan 2-2 berikut.
�
=
�
0 (2-2)Dari persamaan diatas besar kapasitansi kapasitor ditentukan oleh luas plat, jenis dielektrik, dan jarak antar plat. Selanjutnya hubungan antara kapasitansi kapasitor dengan tegangan keluaran dari perubahan jumlah muatan dapat dirumuskan dengan Persamaan 2-3 sebagai berikut.
=
(2-3)
Dengan mensubtitusikan Persamaan 2-2 ke Persamaan 2-3 diperoleh Persaman 2-4, yaitu tegangan mikrofon.
=
keterangan:
C = Kapasitansi kapasitor (F);
�0 = Permitivitas ruang hampa (udara) (F/m);
A = Luas penampang plat (m2);
D = Jarak antara dua plat kapasitor (m); Q = Jumlah muatan (C);
V = Beda potensial (volt).
Saat kapasitansi kapasitor dinaikkan akan menyebabkan kapasitor terisi muatan dan arus listrik akan mengalir melalui rangkaian sementara proses pengisian muatan berlangsung. Jika dikurangi kapasitansnya, kapasitor tidak lagi mampu menjaga muatannya dan ini akan menyebabkan kapasitor terlucuti (discharge). Sementara kapasitor terlucuti, arus akan mengalir lagi ke rangkaian.
Pada mikrofon kapasitor, peristiwa pengisian dan pelucutan kapasitor memang terjadi. Satu plat kapasitor terbuat dari bahan yang sangat mengkilap yang merupakan diafragma mikrofon. Salah satu platnya difungsikan sebagai membran, dan plat satunya dibuat tetap. Prinsip kerja dari mikrofon
Gambar 2.5 Bagian-bagian Mikrofon kondensor
Pada Gambar 2.5 diatas gelombang suara mengenai diafragma (satu plat) dan mengakibatkan terjadi getaran yang tergantung pada gelombang suara. Gerakan diafragma menyebabkan perubahan kapasitansi. Saat diafragma bergerak masuk, kapasitansi akan naik dan terjadi pengisisan muatan. Saat diafragma bergerak keluar, kapasitansi turun dan terjadi pelucutan muatan. Karena gerakan diafragma dan kapasitansi tergantung pada gelombang suara, pengisian dan pelucutan muatan ini merepresentasikan gelombang suara (Cahyono, 2008).
C. Kompresor
Gambar 2.6 Bagian-bagian mesin kompresor
a. Klasifikasi Kompresor
Kompresor terdapat dalam beberapa jenis dan model, tergantung pada volume dan tekanannya. Berdasarkan cara pemampatannya, dibagi atas dua jenis yaitu sebagai berikut.
1. Kompresor Turbo
Kompresor ini menaikkan tekanan dan kecepatan udara dengan gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh impeller dan dengan gaya angkat (lift) yang ditimbulkan oleh torak atau sudu. Kompresor turbo ini dibagi atas kompresor aksial dan kompresor sentrifugal.
2. Kompresor Perpindahan Positif (Positive Displacement)
Kompresor ini menaikkan tekanan dan kecepatan udara dengan memperkecil atau memampatkan volume gas yang dihisap kedalam silinder atau stator oleh torak. Kompresor ini juga dibagi atas kompresor bolak-balik (reciprocating) dan kompresor putar (rotary)
Berdasarkan konstruksinya, maka kompresor dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Berdasarkan jumlah tingkat kompresi: satu tingkat, dua tingkat, sampai banyak tingkat.
3. Berdasarkan susunan silinder (pada kompresor torak): mendatar, tegak, bentuk L, bentuk V, bentuk W, bentuk bintang, dan bentuk lawan berimbang.
4. Berdasarkan media pendinginan: pendinginan air dan pendinginan udara.
5. Berdasarkan transmisi penggerak: langsung, sabuk, dan roda gigi. 6. Berdasarkan penempatannya: permanen dan dapat dipindahkan.
b. Kompresor Torak
Kompresor torak merupakan suatu kompresor bolak balik yang menggunakan torak (piston) di dalam silinder yang bergerak bolak-balik untuk menghisap, menekan dan mengeluarkan udara secara terus-menerus. Dalam hal ini udara yang ditekan tidak boleh bocor melalui celah antara piston dan silinder yang saling bergesekan. Untuk mencegah kebocoran ini maka pada piston dilengkapi dengan ring piston yang fungsinya sebagai perapat sekaligus penyalur pelumas sebagai pelumasan pada piston dan silinder.
c. Prinsip Kerja Kompresor Torak
Cara kerja kompresor torak ini dapat dijelaskan seperti pada gambar langkah-langkah di bawah ini:
1. Langkah Isap
ditinggalkan torak sehingga katup isap terbuka oleh perbedaaan tekanan dan udara terisap masuk ke silinder, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Langkah isap pada kompresor
2. Langkah Kompresi
Langkah kompresi terjadi saat torak bergerak dari TMB ke TMA, katup isap dan katup buang tertutup sehingga udara dimampatkan dalam silinder. Langkah kompresi dapat dilihat pada Gambar 2.8 di bawah ini.
3. Langkah Keluar
[image:35.595.294.368.249.377.2]Bila torak meneruskan gerakannya ke TMA, tekanan di dalam silinder akan naik sehingga katup keluar akan terbuka oleh tekanan udara sehingga udara akan keluar. Langkah keluar dapat dilihat pada Gambar 2.9 di bawah ini.
Gambar 2.9 Langkah keluar kompresor. (Suharso, 1991).
D. Getaran dan Suara
menciptakan daerah dimana terdapat banyak molekul yang berdekatan (memampat) dan daerah-daerah dimana molekul tersebar berjauhan (merenggang). Pemampatan dan perenggangan ini bergerak ke luar menjauhi sumber suara dalam suatu bentuk lingkaran. Sebuah gelombang suara terbentuk ketika ada perubahan tekanan (gelombang bergerak melalui udara).
Gambar 2.10 Pembangkitan Gelombang Suara
E. Gelombang Suara
Suara merupakan gelombang yang mengandung sejumlah komponen penting (amplitudo, panjang gelombang dan frekuensi) yang dapat menyebabkan suara yang satu berbeda dari suara lain. Amplitudo adalah kekuatan atau daya gelombang sinyal. Tinggi gelombang yang bisa dilihat sebagai grafik, Gelombang yang lebih tinggi diinterpretasikan sebagai volume yang lebih tinggi, Suara beramplitudo lebih besar akan terdengar lebih keras. Frekuensi adalah jumlah dari siklus yang terjadi dalam satu detik. Satuan dari frekuensi adalah Hertz atau disingkat Hz. Getaran gelombang suara yang cepat membuat frekuensi semakin tinggi.
F. Pengertian Pelumasan
Gesekan dan keausan dalam elemen mesin harus dikendalikan, supaya mesin tersebut dapat bekerja optimal baik pada saat stasioner maupun pada saat beban puncak/maksimum. Dengan mengendalikan gesekan pada elemen juga dapat memperpanjang masa hidup atau masa pakai mesin tersebut. Cara yang paling efektif dan banyak digunakan untuk mengendalikan gesekan tersebut adalah dengan suatu teknik yang disebut pelumasan. Pelumasan adalah suatu cara untuk mengurangi dan memperkecil gesekan dan keausan diantara permukaan-permukaan yang bergerak relatif satu sama lain dengan menempatkan bahan pelumas diantara kedua permukaan yang bergerak tersebut.
a. Jenis-jenis Pelumasan
1. Pelumasan Hidrodinamis
2. Pelumasan Elastohidrodinamis
Pelumasan elastohidrodinamis (Elastohydrodynamic Lubrication) juga merupakan bentuk dari pelumasan hidrodinamis, tetapi pada pelumasan elastohidrodinamis deformasi elastis dari permukaan yang dilumasi menjadi sangat besar. Artinya terjadi kontak bidang permukaan yang bergesekan sangat kecil, sehingga timbul tekanan yang demikian besar pada lapisan tipis minyak pelumas yang membatasi kedua permukaan itu. Misalnya pada bantalan gelinding (roller bearing), mimis (ball/roller) akan menekan cincin sehingga terjadi deformasi elastis biarpun gaya yang diberikan demikian kecilnya.
3. Pelumasan Bidang Batas
Pelumasan bidang batas (Boundary Lubrication) mengacu pada situasi kombinasi geometri kontak, beban relatif besar, kecepatan rendah , kuantitas pelumas yang tidak cukup sehingga tidak dimungkinkan untuk membangkitkan lapisan tipis minyak pelumas yang sempurna pada bagian yang bersinggungan.
4. Pelumasan Tekanan Ekstrim
5. Pelumasan Padat
Pelumasan padat (Solid Lubrication) adalah sistem pelumasan dimana diantara permukaan kontak saling melumasi sendiri oleh bahan padat yang dilapisi dan kadang menyatu pada elemen tersebut (Allanda, 2013).
b. Fungsi Pelumas
Fungsi utama Pelumas diantaranya sesuai dengan kondisi penggunaan dilapangan adalah sebagai berikut:
1. Mengurangi gesekan (Reduce friction)
Tujuan utama dari pelumas adalah untuk menurunkan gesekan, pelumasan itu sendiri berarti memisahkan dua permukaan yang bergerak dengan memberikan selaput pelumas diantara dua permukaan tersebut. Sebagai anti
friction pelumas tidak dapat diabaikan begitu saja dalam pemilihanya sebelum dipakai dalam permesinan.
2. Menurunkan keausan (Reduce Wear)
Keausan bagian mesin biasanya disebabkan karena gesekan, jika gesekan bisa dikurangi dengan pemberian pelumas berarti proses keausan juga akan kurang.
3. Membantu menahan hentakan
4. Kemampuan untuk mendinginkan elemenelemen yang bergerak
Panas yang ditimbulkan oleh gesekan dapat menyebabkan banyak masalah pada mesin, beberapa komponen akan engembang lebih cepat dari yang lainnya, akan tetapi walaupun tingkat mengembangan komponen tersebut rendah, tetap akan menjadi masalah jika temperatur naik cukup besar.
5. Mencegah terjadinya karat
Fungsi lain yang sangat penting dari pelumasan adalah untuk mencegah karat atau menahan karat dan korosi. Pelumas akan bekerja menahan karat pada waktu membentuk suatu lapisan pelindung pada bagian-bagian metal mesin. Lapisan pelumas akan membendung kontak langsung antara metal dengan oksigen, sehingga metal tersebut tidak teroksidasi (Pramono, 2011).
c. Karakteristik Pelumas
Pelumas memiliki variabel atau parameter yang mewakili kondisi di dalamnya, parameter kalitas pelumas didasarkan pada nilai-nilai:
1. Viskositas 2. Kandungan air 3. Kandungan garam
4. Polutan padat terlarut seperti debu/kotoran 5. Total nilai basa
6. Total nilai asam
Penurunan kualitas pelumas tersebut akan sangat membahayakan kinerja kerja mesin bahkan dapat menyebabkan gagal mesin (Hudoyo, 2013).
G. Viskositas
Viskositas adalah gesekan internal fluida. Gaya viskos melawan gerakan sebagian fluida relatif terhadap yang lain. Viskositas adalah suatu pernyataan “tahanan untuk mengalir” dari suatu sistem yang mendapatkan suatu tekanan.
Semakin kental suatu cairan, maka semakin besar pula gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu. Viskositas fluida dinotasikan dengan η (“eta”) sebagai rasio tegangan geser. Untuk mengukur
besaran viskositas diperlukan satuan ukuran. Dalam sistem standar internasiaonal satuan viskositas ditetapkan sebagai viskositas kinematik dengan satuan ukuran mm2/s atau cm2/s. Nilai 1 cm2/s = 100 mm2/s, dan nilai 1 cm2/s = 1 St (Stokes) (Young, 2002).
dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11 di bawah ini.
Gambar 2.11 Aliran viskos
Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu gaya F dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida di bawahnya akan membentuk suatu lapisan-lapisan yang saling bergeseran. Setiap lapisan tersebut akan memberikan tegangan geser (σ) sebesar F/A yang seragam, dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar v dan kecepatan lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (γ) pada lapisan fluida disuatu tempat pada jarak y dari
bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida dapat dilihat pada Persamaan 2-7 berikut ini:
γ
=
=
(2-7)
v Gaya (F)
V=0 h
Menurut Newton hubungan antara gaya-gaya suatu aliran viskos sebagai geseran dalam (viskositas) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan geser (σ) dengan kecepatan gesernya (γ)
konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Pada fluida Newtonian perbandingan antara besaran kecepatan geser dan tegangan geser adalah konstan.
σ= η γ
η
=
(2-8)
Parameter (η) ini didefinisikan sebagai viskositas absolut (dinamis) dari suatu fluida. Maka besaran viskositas dapat dinyatakan dengan Persamaan 2-9:
η
=
=
⁄ ⁄=
(2-9)
keterangan:
F = gaya yang bekerja (N);
A = luas keping yang bersentuhan dengan fluida (m2); v = kelajuan fluida (m/s);
h = jarak antar keping (m);
η = koefisien viskositas Kg/ms atau Pa/s.
H. Pengukuran Viskositas Dengan Buret (Metode Stormer)
Viskositas suatu zat cairan murni atau larutan merupakan indeks hambatan aliran cairan. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan, yang melalui tabung berbentuk silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas (Bird, 1993). Viskositas adalah indeks hambatan aliran cairan. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung berbentuk silinder. Viskositas ini juga disebut sebagai kekentalan suatu zat. Jumlah volume cairan yang mengalir melalui pipa per satuan waktu. Hubungan antara viskositas dengan kecepatan aliran yang laminar melalui suatu pipa dinyatakan oleh persamaan Poiseuille sebagai berikut.
η
=
(2-10)
keterangan:
V = volume fluida dalam cm3;
t = waktu yang diperlukan fluida untuk mengalir melalui pipa (sekon);
r = jari-jari pipa (cm);
L = panjang pipa (cm);
P = tekanan (gr/cms2). (Young dan Freedman, 2002).
masing-masing pelumas. Massa jenis dari pelumas dapat ditentukan dari besar perbandingan massa pelumas (m) terhadap volume pelumas (V), dengan persamaan matematis sebagai berikut.
=
(2-11)
I. Fast Fourier Transform
Proses penting dalam pemrosesan sinyal digital adalah menganalisis suatu sinyal input maupun output untuk mengetahui karakteristik sistem fisis tertentu dari sinyal. Proses analisis dan sintesis dalam domain waktu memerlukan analisis cukup panjang dengan melibatkan turunan dari fungsi, yang dapat menimbulkan ketidaktelitian hasil analisis. Analisis dan sintesis sinyal akan lebih mudah dilakukan pada domain frekuensi, karena besaran yang paling menentukan suatu sinyal adalah frekuensi. Salah satu teknik untuk menganalisis sinyal adalah mentransformasikan (alih bentuk) sinyal yang semula analog menjadi diskrit dalam domain waktu, dan kemudian diubah ke dalam domain frekuensi.
Fast fourier transform merupakan salah satu cara untuk mentransformasikan sinyal dari domain waktu kedalam domain frekuensi. Dari bermacam-macam algoritma FFT yang dikembangkan, algoritma FFT radix-2 merupakan proses yang sangat efisien untuk melakukan DFT yang memiliki kendala pada ukuran jumlah titik dipangkatkan dua. FFT radix-2 menghilangkan redundansi dan mengurangi jumlah operasi aritmatika yang
kompleks. Sedangkan FFT melakukan (N/2)log2N yang memberikan
[image:47.595.144.484.209.410.2]penurunan yang signifikan dari N2 perkalian kompleks. Ketika N = 512 maka DFT memerlukan 200 kali perkalian kompleks dari yang diperlukan oleh FFT.
Gambar 2.12 Perbandingan jumlah perkalian kompleks DFT dengan FFT.
Gambar 2.13 Diagram Alir FFT (Lyons, 1997).
Dalam proses dekomposisi diperlukan tahapan Log2N. Sebagai contoh,
sinyal 16 titik (24) memerlukan 4 tahapan, sinyal 512 titik (29) membutuhkan
Gambar 2.14 Contoh dekomposisi sinyal domain waktu di FFT (Lyons, 1997)
Setelah dekomposisi, dilakukan Pengurutan Pembalikan Bit (Bit Reversal Sorting), yaitu menata ulang urutan sampel sinyal domain waktu N dengan menghitung dalam biner dengan bit membalik dari kiri ke kanan.
Asumsi N adalah kelipatan dari 2, yaitu N = 2r untuk beberapa bilangan bulat r=1, 2, dst. Algoritma FFT memecah sampel menjadi dua bagian yaitu bagian genap dan bagian ganjil.
Tabel 2.1 Pengurutan Pembalikan Bit
Titik ke-(Awal) Biner (Awal) Biner (Akhir) Titik ke-(Akhir)
0 0000 0000 0
1 0001 1000 8
2 0010 0100 4
3 0011 1100 12
4 0100 0010 2
5 0101 1010 10
6 0110 0110 6
7 0111 1110 14
8 1000 0001 1
9 1001 1001 9
10 1010 0101 5
11 1011 1101 13
12 1100 0011 3
13 1101 1011 11
14 1110 0111 7
[image:49.595.194.460.488.751.2]Persamaan 2-12 dibagi menjadi bagian ganjil dan bagian genap sebagai berikut. ∑ ∑ ∑ keterangan:
N = jumlah sampel input;
X(m) = urutan ke-m komponen outputFFT (X(0), …,X(N-1)) ; m = indeks output FFT dalam domain frekuensi (0, …, N-1); x(2n) = urutan ke-n sampel inputgenap(x(0), x(2), …,x(N-2)) ; x(2n+1)= urutan ke-n sampel inputganjil(x(1), x(3), …,x(N-1)); n = indeks sampel inputdalam domain waktu (0, …, N/2-1); j = konstanta bilangan imajiner (√−1 );
π = derajat (180o);
e = basis logaritma natural (≈2.718281828459…).
Karena rumusan yang didapat panjang, sehingga digunakan notasi standar untuk menyederhanakannya. Didefenisikan yang merepresentasikan nth root of unity. Persamaan 2-13 dapat ditulis.
Karena = = , kemudian subsitusikan = . sehingga menjadi ∑ ∑
Sintesis domain frekuensi membutuhkan tiga perulangan. Perulangan luar menjalankan tahapan Log2N (setiap tingkat mulai dari bawah dan bergerak ke atas). Perulangan bagian tengah bergerak melalui masing spektrum frekuensi individu dalam tahap sedang dikerjakan masing-masing kotak pada setiap tingkat). Dalam pemrosesan sinyal digital dikenal istilah butterfly. Butterfly digunakan untuk menggambarkan peruraian
(decimation) yang terjadi. Butterfly adalah elemen komputasi dasar FFT, mengubah dua poin kompleks menjadi dua poin kompleks lainnya. Ada dua jenis peruraian, peruraian dalam waktu (decimation in time-DIT) dan peruraian dalam frekuensi (decimation in frekuensi-DIF). Gambar dari
butterfly dasar tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.15 dan Gambar 2.16
Gambar 2.15 FFT butterfly dasar untuk peruraian dalam waktu
[image:51.595.225.455.520.591.2]
Gambar 2.16 FFT butterfly dasar untuk peruraian dalam frekuensi a
b
A=a+ b
B=a- b
Perulangan paling dalam menggunakan butterfly untuk menghitung poin dalam setiap spektrum frekuensi (perulangan melalui sampel dalam setiap kotak). Gambar 2.17 menunjukkan implemetasi FFT dari empat spektrum dua titik dan dua spektrum empat titik. Gambar 2.17 terbentuk dari pola dasar pada Gambar 2.16 berulang-ulang (Lyons, 1997).
Berikut ini merupakan contoh gelombang yang telah diubah kedalam bentuk spektrum FFT (Fast Fourier Transform), yang ditampilkan pada Gambar 2.18 berikut.
Gambar 2.18 Contoh spektrum FFT (Fast Fourier Transform) (Matlab Function Reference, 2015).
J. Short-Time Fourier Transform (STFT) dan Spectrogram
Short-Time Fourier Transform (STFT) didasarkan pada Fourier Transform. Ide dasarnya adalah untuk memperkenalkan gagasan lokasi pewaktuan dengan menggunakan fungsi pergeseran window dalam kawasan waktu w(t)
suatu frekuensi. Informasi waktu tersembunyi dan tidak terakses dalam domain frekuensi, akibatnya transformasi fourier tidak cocok diterapkan pada sinyal yang frekuensinya bervariasi terhadap waktu. Metode STFT cocok diterapkan pada sinyal yang memiliki frekuensi bervariasi terhadap waktu karena dapat menampilkan informasi waktu dari kemunculan suatu frekuensi (Bistok, 2007., Djebbari dan Reguig, 2000).
Gambar 2.19. Proses Metode Akuisisi Sinyal Spectrogram a) contoh sinyal, b) fungsi window, c) FFT, d) Spectrogram (Prahallad, 2003).
Transformasi STFT pada suatu sinyal x(t) berawal dari transformasi fourier yang ditunjukkan pada persamaan (2.16) berikut.
∫ (2.16)
Titik sampel pada domain waktu dimisalkan dengan window w(t-), maka
sampel sinyal x(t) adalah sebagi berikut.
a)
b)
c)
[image:54.595.175.478.252.520.2] (2.17)
Window pada transformasi STFT adalah simetri w(t) = w(-t) sehingga
∫ (2.18)
keterangan:
= window yang umum digunakan;
* = konjugat kompleks;
= sampel titik dalam domain waktu;
x(t) = sampel sinyal.
Window yang umum digunakan adalah Gaussian window dan dengan mengalikan window dengan sinyal x(t) dalam domain waktu, maka sinyal x(t) akan terbagi sepanjang waktunya. Transformasi fourier dari
memberikan spektrum disetiap waktu t (Gambar 2.19).
Pembagian sinyal x(t) mengarah kepada resolusi waktu dan frekuensi. Durasi
window STFT yang pendek akan menghasilkan resolusi waktu yang baik, sebaliknya dengan durasi window yang lama akan menghasilkan resolusi frekuensi yang baik. Spectrogram merupakan hasil dari transformasi fourier yang ditampilkan dalam peta waktu-frekuensi dari fungsi sort time fourier transform (STFT). Spectrogram dapat diperoleh dengan memangkatkan STFT pada persamaan (2.18) tersebut dengan kuadrat modulus, maka akan diperoleh kerapatan spektral energi, yang sering disebut STFT spectrogram
Persamaan spektrum spectrogram ditunjukkan oleh persamaan (2.19) berikut ini.
��
�� |∫ | (2.19)
Spectrogram dalam Sinyal Suara
Spectrogram biasanya direpresentasikan dalam visual dan bunyi berbentuk dua dimensi yang menggambarkan hubungan frekuensi terhadap waktu, sementara amplitudo ditandai oleh kecerahan dan warna. Diagram spektrum
spectrogram adalah sebuah gambaran pola pengucapan suatu kata atau kalimat yang berguna untuk melihat kondisi dari sebuah gelombang yang kompleks dalam rentang waktu yang singkat. Namun dalam ucapan, suara berubah-ubah secara konstan terhadap waktu sehingga spectrogram
merupakan sebuah cara yang sangat cocok untuk menggambarkan diagram perubahan spektrum suara sepanjang sumbu waktu. Dalam sebuah
spectrogram, dimensi horizontal merepresentasikan waktu sedangkan dimensi vertikal merepresentasikan frekuensi. Setiap potongan tipis vertikal dari sebuah spectrogram menunjukkan spektrum selama rentang waktu yang singkat. Area yang lebih pekat (gelap) menunjukkan bahwa pada frekuensi tersebut memiliki amplitudo yang besar. Salah satu cara untuk mencirikan sinyal wicara dan mereprensetasikan suaranya adalah melalui representasi
Gambar 2.20 Pembentukan spectrogram dari STFT (Sagala, 2014).
Gambar 2.21. Bentuk spectrogram dan waveform a-i-u-e-o (Rabiner and Juang. 1993)
Gambar 2.21 merupakan contoh dari spectrogram dan waveform. Intensitas
sedang diamati. Nilai t = 1.5 detik tampak bahwa banyak nilai frekuensi muncul pada bagian spectrogram-nya, ini sesuai dengan tampilan grafik domain waktu yang menunjukkan simpangan gelombang pada waktu tersebut cukup tinggi dan beragam. Sedangkan pada nilai t = 2.3 detik tampak
spectrogram menunjukkan sedikit sekali warna hitam, yang menunjukkan komponen frekuensi yang muncul sangat sedikit, ini sesuai dengan bentuk gelombang dalam domain waktu yang hampir tidak ada sinyal (Rabiner and Juang. 1993).
K. Perangkat Lunak Matlab
Matlab merupakan software yang handal untuk menyelesaikan berbagai permasalahan komputasi numerik yang diproduksi oleh The Mathwork, Inc. Solusi dari permasalahan yang berhubungan dengan vektor dan matriks dapat diselesaikan dengan mudah dan sederhana menggunakan software ini. Bahkan, software ini dapat memecahkan inversi matriks dan persamaan linear dengan cepat dan mudah sekali.
Ada beberapa toolbox yang disediakan Matlab untuk menyelesaikan kasus yang lebih khusus, antara lain:
Image processing menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan
dengan pengolahan citra;
Signal Processing menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan
dengan pengolahan sinyal;
Neural Network menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan
Lingkungan Kerja Matlab
[image:59.595.158.504.254.468.2]Matlab menyediakan lingkungan kerja terpadu layaknya bahasa pemrograman lainnya. Lingkungan terpadu ini senantiasa dilengkapi seiring dengan pembaruan versinya. Lingkungan terpadu ini terdiri beberapa form/window yang memiliki fungsi masing-masing. Gambar 2.22 adalah tampilan form utama dari Matlab.
Gambar 2.22 Tampilan window utama Matlab
Window Utama Matlab
Workspace window
[image:60.595.236.422.221.388.2]Workspace adalah suatu lingkungan abstrak yang menyimpan seluruh variabel dan perintah yang pernah digunakan selama penggunaan Matlab berlangsung. Tampilan worskpace dapat dilihat pada Gambar 2.23.
Gambar 2.23 Tampilan Workspace
Current Folder Window
Window ini berfungsi sebagai browser direktori aktif yang hampir sama dengan window explorer. Tampilan current folder window dapat dilihat pada Gambar 2.24.
[image:60.595.251.410.550.728.2]Command History
Window ini berfungsi sebagai penyimpan perintah-perintah yang pernah dikerjakan pada suatu workspace. Untuk tampilan command history
dapat dilihat pada Gambar 2.25.
Gambar 2.25 Tampilan Command Window
Matlab Editor
Window ini berfungsi untuk membuat skrip program Matlab. Walaupun skrip program dapat dibuat dengan menggunakan berbagai program
editor seperti Notepad, Wordpad, Word dan lain-lain. Namun sangat dianjurkan untuk menggunakan Matlab editor ini karena kemampuannya dalam mendeteksi kesalahan pengetikan sintak oleh programmer. Saat window utama Matlab muncul, window Matlab editor
tidak akan muncul dengan sendirinya. Untuk menampilkan Matlab
Gambar 2.26 Tampilan Matlab editor
Graphical User Interface (GUI)
Interaksi antara user dengan perintah teks semakin dipermudah dengan adanya GUI. GUI merupakan tampilan grafis yang membuat program menjadi lebih user friendly. Untuk membuka lembar kerja GUI dalam Matlab dapat digunakan cara mengklik File, New, GUI atau mengetikkan guide pada command window. Tampilan GUI dapat dilihat pada Gambar 2.27.
[image:62.595.217.443.505.695.2] Bekerja dengan Matlab
Membuat sebuah program pada Matlab dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu langsung mengetikkan di command window atau menggunakan M File.
1) Langsung di Command Window
Cara ini yang sering digunakan oleh pemula, namun akan sulit bagi seorang user untuk mengevaluasi perintah secara keseluruhan karena biasanya perintah hanya dilakukan baris per baris.
2) Menggunakan M File
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini dilaksanakan pada dua tempat yaitu di Laboratorium Pemodelan Fisika untuk perancangan perangkat lunak (software) program analisis sinyal suara mesin kompresor untuk mengkarakterisasi penurunan kualitas pelumas, dan di Laboratorium Elektronika Dasar untuk membuat perangkat keras (hardware) berupa rangkaian penguat tranduser mikrofon dan sebagai tempat pengambilan data dari frekuensi sinyal suara dan suhu yang dikeluarkan oleh mesin kompresor dan untuk mengetahui nilai viskositas pada setiap sampel yang diujikan, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung pada bulan April 2015 sampai Oktober 2015.
B.Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
a. Personal Computer (PC)
frekuensi suara mesin kompresor dan menampilkannya dalam bentuk gelombang. Spesifikasi PC yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.1 di bawah ini.
Tabel 3.1 Spesifikasi PC Teknis
Deskripsi Spesifikasi
Processor Intel Core 2 duo (2,2 GHz)
Video Mobile Intel GMA 4500MHD
RAM 1 GB
Hard disk 500 GB
Operating System Microsoft Windows XP
b. Software Matlab
Software Matlab pada penelitian ini digunakan untuk proses perekaman dan pengolahan sinyal suara mesin kompresor baik dalam memfilter sinyal suara, operasi Fast Fourier Transform (FFT), dan operasi Spectrogram.
c. Mesin Kompresor
Gambar 3.1 Bagian–bagian Mesin Kompresor
d. Pelumas Mesin
Karakteristik pelumas yang akan diteliti adalah nilai viskositasnya. Pelumas ini diperoleh dari beberapa mesin motor matic honda beat dengan nilai viskositas yang berbeda-beda dan variasi lama waktu pemakaian pelumas yang berbeda-beda pula pada setiap motor. Jumlah sampel pelumas yang diteliti sebanyak delapan buah.
e. Penguat Mikrofon
Penguat mikrofon digunakan untuk menguatkan sinyal suara mesin kompresor, karena sinyal suara yang keluar dari mikrofon sangat kecil.
f. Komponen Elektronika
Komponen elektronika yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 1. Bor listrik yang berfungsi untuk melubangi PCB
2. Solder yang berfungsi untuk memanaskan timah
4. Sedotan timah yang berfungsi untuk membuang sisa timah yang tidak terpakai
5. Gergaji besi yang berfungsi untuk memotong PCB
6. Spidol yang berfungsi untuk menggambar rangkaian pada PCB 7. Timah yang berfungsi untuk menyatukan komponen pada PCB 8. PCB yang berfungsi sebagai tempat rangkaian dan tempat
pemasangan komponen
9. Kabel penghubung yang berfungsi sebagai jumper/ penghubung 10. Pelarut yang berfungsi untuk melarutkan PCB sehingga muncul
sirkuit rangkaian yang kita harapkan
11. Tang yang berfungsi untuk memotong kabel
C.Metode Penelitian
a. Perancangan Alat
Berikut adalah diagram blok perancangan analisis sinyal suara mesin kompresor untuk mengkarakterisasi penurunan kualitas pelumas, yang ditampilkan pada Gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.2Perancangan Alat
b. Cara Kerja Alat
a) Sinyal suara dari mesin kompresor pada setiap titik
Proses pengambilan sinyal yang dilakukan adalah perekaman frekuensi suara yang dikeluarkan oleh mesin kompresor yang dilakukan pada empat buah titik. Semua titik memiliki hubungan atau dipengaruhi oleh suara yang ditimbulkan oleh mesin kompresor. Titik pertama merupakan titik yang dekat dengan pelumas mesin kompresor dan udara yang dihisap kedalam silinder. Titik kedua merupakan titik yang berada dekat dengan piston, torak, dan silinder. Bagian ini mengambil peranan cukup penting dalam proses isap dan kompresi udara. Titik ketiga merupakan titik dimana motor dari mesin kompresor berada. Mesin kompresor tidak akan bisa menjalankan fungsinya tanpa adanya motor untuk menggerakkan piston. Titik keempat merupakan titik yang berada disekitar tabung udara.
Sinyal suara dari mesin kompresor pada setiap titik
Kondisi tabung udara kosong dengan kondisi pada saat tabung udara terisi penuh akan mempengaruhi suara mesin kompresor, karena mesin kompresor akan bekerja lebih pada saat tabung udara masih kosong. Pengambilan data suhu mesin kompresor dilakukan dengan menggunakan
thermometer pada keempat titik uji, tahap ini dilakukan setelah proses perekaman sinyal suara pada setiap titik telah diperoleh. Terdapat delapan sampel pelumas dalam pengambilan data yang akan diamati perbedaan frekuensi sinyal suara dan suhu yang dihasilkan oleh mesin kompresor.
b) Rangkaian Penguat Mikrofon
Mikrofon (Mic) berguna untuk mengubah sinyal suara menjadi getaran listrik sinyal analog. Sinyal output mikrofon sangat kecil untuk dapat didengar oleh manusia, oleh karena itu sinyal tersebut biasanya dikuatkan sesuai kebutuhan melalui pre amplifier mikrofon dan amplifier. Rangkaian penguat pada Gambar 3.3 merupakan rangkaian penguat pre-amplifier mikrofon yang digunakan untuk menguatkan sinyal input yang berasal dari mikrofon sebelum masuk ke sound card PC. Penguat pre-amplifier menggunakan penguat transistor bias pembagi tegangan dua tingkat. Pada prinsipnya penguatan sinyal output akan tergantung pada sinyal masukan yang berasal dari kaki basis transistor tingkat pertama. Masukan sinyal dari kaki basis terhubung dengan sebuah kapasitor sebesar 2,2 μF yang berguna sebagai kopling, yaitu untuk menahan
Gambar 3.3 Rangkaian Penguat Mikrofon
Gambar 3.3 merupakan rangkaian penguat mikrofon dengan menggunakan transistor 2N3904 dengan nilai Vref sebesar 5 Volt DC. Tahap pertama dalam menentukan besar penguat mikrofon adalah dengan mencari nilai tegangan pada basis transistor (Vb).
(3-1)
Nilai Vref pada transistor pertama yang digunakan adalah sebesar 5 Volt
dengan nilai R2 dan R1 masing-masing sebesar 120 k dan 150 k menghasilkan nilai Vb sesuai Persamaan 3-1 adalah sebesar 2.2 Volt. Nilai Vb ini digunakan untuk menentukan besar arus pada kolektor (Ic).
(3-2)
Re merupakan hambatan pada emitor dengan nilai sebesar 2.7 k dan
didapatkan nilai Ic sebesar 0.56 mA. Tahap selanjutnya adalah mencari nilai resistansi emitor (re’) dalam rangkaian ekivalen AC.
(3-3)
Nilai re’ didapat dari perbandingan tegangan termal (Vt) sebesar 25 mV pada suhu kamar dengan besar nilai Ic, sehingga besar nilai re’ sesuai dari
Persamaan 3-3 adalah sebesar 44.6 . Berikut ini merupakan rangkaian
[image:71.595.165.442.338.542.2]ekivalen AC pada setiap tahap dalam rangkaian penguat transistor (Gambar 3.3).
Gambar 3.4 Rangkaian ekivalen AC a) Tahap 1, b) Tahap 2, c) Tahap Akhir
Beta (β) merupakan parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Nilai impedansi dasar (Zin(base)) dapat diketahui dengan mengalikan nilai β dengan nilai re’ yang didapatkan sebelumnya.
~
Vs R1 R2 Zin basea)
ic Rc Zin Stage ic Rc Rl
(3-4)
Besar nilai β pada transistor 2N3904 adalah 100, maka besar impedansi
dasar (Zin(base)) sesuai dari persamaan 3-4 adalah 4.46 k. Selain impedansi dasar, rangkaian di atas memiliki nilai impedansi tahap 1 (Zin(stage1)) dan tahap 2 (Zin(stage2)). Zin(stage) diperoleh dengan memaralelkan nilai R1, R2, dan nilai Zin(base).
(3-5)
Rangkaian di atas memiliki nilai impedansi tahap 1 (Zin(stage1)) dan tahap 2 (Zin(stage2)) yang sama yaitu sebesar 4.18 k, karena nilai R1, R2, dan
Zin(base) pada transistor pertama sama dengan nilai R1, R2, dan Zin(base) pada transistor kedua seperti Gambar 3.4 a). Tahap selanjutnya adalah mencari nilai resistansi rc1 pada transistor pertama.
(3-6)
Nilai Rc sebesar 3.6 k, dan nilai Zin(stage2) sebesar 4.18 k digunakan
untuk mencari besar nilai rc1 dengan cara memaralelkan keduanya,
seperti pada Persamaan 3-6 maka didapatkan nilai rc1 sebesar 1.93 k. Nilai rc1 ini digunakan untuk mencari nilai penguat (A1) pada transistor pertama.
(3-7)
Persamaan 3-7. Nilai penguat pada transistor kedua dapat diketahui dari nilai resistansi rc2, nilai rc2 didapatkan dengan memaralelkan resistansi kolektor (Rc) dengan beban Rl
(3-8)
Transistor kedua mempunyai hambatan Rl pada kaki kolektor sebesar 1
k, sehingga didapatkan nilai rc2 sesuai Persamaan 3-8 sebesar 782 . Nilai rc2 ini digunakan untuk mencari nilai penguat (A2) pada transistor kedua.
(3-9)
Penguat pada transistor kedua diperoleh dari perbandingan nilai rc2 terhadap nilai re’ yaitu sebesar 17.54 kali, sesuai pada Persamaan 3-9.
Besar penguatan total (Av) dari rangkaian tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan penguat transistor cascade dua tingkat sebagai berikut.
�
=
1×
2(3-10)
dimana: �= Penguatan total
1= Penguat transistor tingkat pertama 2= Penguat transistor tingkat kedua
(3-11)
Misalkan nilai Vs pada mikrofon adalah 1 mV dengan Rs= 0 (tidak ada
hambatan), maka nilai Vin sama dengan nilai Vs yaitu sebesar 1 mV sesuai dengan persamaan 3-11. Tegangan output (Vout) pada akhir rangkaian dapat diketahui berdasarkan besar tegangan input Vin dan besar penguat total (Av) yang dihasilkan.
(3-12)
Tegangan output diperoleh dari perkalian Vin dengan besar penguatan total (Av) yaitu sebesar 0.76 Volt sesuai Persamaan 3-12.
c) Komputer (Matlab)
Komputer merupakan tahap akhir dari sistem kerja alat. Komputer digunakan sebagai hasil keluaran dari proses perekaman dan penguatan frekuensi sinyal suara mesin kompresor. Komputer dapat menampilkan frekuensi yang ditangkap dari mikrofon dan dapat menyimpannya dengan bantuan software Matlab. Pada tahap ini proses perekaman, penyaringan (filter), dan pengolahan frekuensi sinyal suara dilakukan.
c. Tahap Perancangan software
Gambar 3.5 Diagram Tahap Perekaman Suaradengan Matlab Uraian masing–masing dari diagram di atas adalah sebagai berikut:
a) Tahap nilai frekuensi sampling dan waktu perekaman
Tahap ini merupakan tahap memasukan variabel pendukung seperti nilai frekuensi sampling dan lama waktu perekaman suara mesin kompresor.
Rekam Suara Mesin Kompresor Mulai
Spectrogram
Nilai Frekuensi Sampling dan Waktu Perekaman
Plot Grafik Suara Mesin Kompresor
Plot Grafik Fast Fourier Transform Fast Fourier Transform
Selesai Filter Sinyal Suara
Frekuensi sampling pada proses perekaman ini adalah 44.100 kHz. Frekuensi sampling ini diambil dengan memperhatikan bahwa rentang frekuensi sinyal suara mesin adalah 0 – 5500 Hz, untuk memenuhi kriteria Nyquist maka frekuensi sampling harus lebih besar sama dengan dua kali frekuensi maksimum (Miftahuddin, 2010).
fs ≥ 2 x fi Hz fs ≥ 2 x 5500 Hz
fs ≥11000 Hz = (11 kHz)
Sesuai dengan perhitungan di atas, frekuensi sampling yang digunakan lebih besar dari 11 kHz, yaitu sebesar 44.100 kHz hampir sama dengan empat kali lipat dari frekuensi minimal yang harus digunakan. Lama waktu perekaman sinyal suara mesin kompresor yang digunakan adalah selama 20 detik.
b) Tahap perekaman suara mesin kompresor
Tahap ini merupakan tahap proses perekaman suara mesin kompresor melaui perangkat lunak Matlab dengan format data “ *wav ”. Proses perekaman suara pada Matlab menggunakan sintak yang sudah ada dalam Matlab seperti wavrecord, dengan sintak wavrecord (t rekaman, frek sampling).
c) Tahap plot grafik suara mesin kompresor
d) Tahap Fast Fourier Transform
Tahap ini merupakan proses untuk mengubah sinyal suara asli yang masih berupa gelombang acak menjadi gelombang yang memiliki satu frekuensi dominan, sehingga mempermudah proses analisis data.
e) Tahap Spectrogram
Tahap ini merupakan proses untuk melihat area yang mempunyai warna lebih pekat dan kontinyu sampai akhir perekaman, yang menunjukkan bahwa frekuensi tersebut sering muncul pada setiap waktu.
f) Tahap plot grafik Fast Fourier Transform
Tahap ini menampilkan output gelombang suara hasil proses Fast Fourier Transform yang memunculkan satu nilai frekuensi dominan dari suara mesin kompresor.
g) Tahap plot grafik Spectrogram
Tahap ini menampilkan output spektrum hasil proses spectrogram yang menampilkan keberadaan frekuensi pada waktu hasil perekaman.
h) Tahap filter sinyal suara mesin kompresor
Tahapan filtering sinyal bertujuan untuk untuk menghilangkan frekuensi-frekuensi tertentu yang tidak diinginkan dari hasil spectrogram sebelumnya.
d. Pengujian Fungsi Sistem
[image:78.595.133.495.263.550.2]Pengujian fungsi dari sistem ini adalah untuk mengetahui hubungan nilai viskositas pelumas terhadap suara dan suhu yang dihasilkan dari mesin kompresor. Tabel pengujian fungsi sistem dapat dilihat pada Tabel 3.2 di bawah ini.
Tabel 3.2. Pengujian fungsi sistem pada setiap titik
Sampel
Pelumas Waktu (s)
Nilai Viskositas Pelumas (Kg/m) Suara Mesin Kompresor (Hz) Suhu Mesin Kompresor
(oC)
1 20
2 20
3 20
4 20
5 20
6 20
7 20
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian, analisis dan pembahasan diperoleh kesimpulan
sebagai berikut.
1. Perancangan pre-amplifier mikrofon sudah mampu menguatkan sinyal suara
dari mesin kompresor sebesar 7.8 kali penguatan dengan tipe penguat kelas
A, yang merupakan penguat transistor common emitor (CE).
2. Analisis penurunan kualitas pelumas berdasarkan viskositas tidak diperoleh
hasil yang menunjukan perubahan yang signifikan, karena masih banyak
faktor yang mempengaruhi kualitas penurunan pelumas.
3. Analisis menggunakan spectrogram sangat membantu untuk menentukan
frekuensi yang sering muncul pada setiap waktu.
B. Saran
Sampel 1.
Massa : 159.4 gr Volume : 200 ml (cm3 )
= m/V
=
gr/cm
3
= 0.797 gr/cm3
Sampel 2.
Massa : 157.9 gr Volume : 200 ml (cm3 )
= m/V
=
gr/cm
3
= 0.7895 gr/cm3
Sampel 3.
Massa : 159.6 gr Volume : 200 ml (cm3 )
= m/V
=
gr/cm
3
= 0.798 gr/cm3
Sampel 4.
=
gr/cm
= 0.7895 gr/cm3
Sampel 5.
Massa : 157.7 gr Volume : 200 ml (cm3 )
= m/V
=
gr/cm
3
= 0.7885 gr/cm3
Sampel 6.
Massa : 156.5 gr Volume : 200 ml (cm3 )
= m/V
=
gr/cm
3
= 0.7825 gr/cm3
Sampel 7.
Massa : 157.2 g
