1 LAPORAN RESMI PRAKTIKUM
SISTEM INSTRUMENTASI INDUSTRI – P4
GETARAN TEREDAM
Di Susun Oleh :
Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi NRP. 2413031058
Asisten :
Trikarsa Tirtadwipa Manunggal NRP. 2414105031
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
i LAPORAN RESMI PRAKTIKUM
SISTEM INSTRUMENTASI INDUSTRI – P4
GETARAN TEREDAM
Di Susun Oleh :
Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi NRP. 2413031058
Asisten :
Trikarsa Tirtadwipa Manunggal NRP. 2414105031
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
iii
PRAKTIKUM 4 GETARAN TEREDAM
Nama : Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi NRP : 2413031058
Program Studi : D3 Metrologi dan Instrumentasi Jurusan : Teknik Fisika, FTI-ITS
Asisten : Trikarsa Tirtadwipa Manunggal ABSTRAK
Getaran merupakan gerakan bolak balik di sekitar titik kesetimbangan. Beberapa peristiwa di dalam kehidupan sehari-hari menggunakan prinsip getaran. Benda yang mengalami getaran tidak bergerak terus menerus melainkan akan berhenti pada waktu tertentu. Cepat atau lambat sistem tersebut akan berhenti bergetar karena sistem tersebut mengalami prinsip getaran teredam . Jenis peredaman yang terjadi pada suatu sistem dapat ditentukan berdasarkan nilai rasio redaman serta konstanta pegas. Pada sistem pegas tersebut, menggunakan tiga buah jenis peredam, yaitu udara, air, dan oli serta diketahui beban sebesar 1.3 Kg dan simpangannya 0.07 m. Sehingga didapatkan hasil dari konstanta pegas (k) sebesar 0.0186 N/m dan frekuensi natural sebesar 0.111. Sehingga diperoleh dari rasio redaman ( pada jenis peredam udara sebesar 0.037 , peredam oli sebesar 0.254, dan peredam air sebesar 0.2527. Perbandingan antara rasio redaman dengan beberapa jenis peredam adalah semakin besar massa jenis atau kerapatan suatu fluida maka akan semakin besar rasio redaman yang diberikan fluida kepada suatu sistem pegas. Dari beberapa jenis peredam baik udara, oli maupun air memiliki kesamaan jenis redaman yaitu under damped, karena nilai dari rasio redamannya dibawah 1 atau < 1.
Kata Kunci : Getaran Teredam, Konstanta Pegas, Rasio Redaman, Jenis Peredam, Jenis Redaman
v
EXPERIMENTS 4 DAMPED VIBRATION
Name : Rizky Kurniasari Kusuma Pratiwi NRP : 2413031058
Program Study : D3 Metrologi dan Instrumentasi Department : Engineering Physics, FTI-ITS Assistant : Trikarsa Tirtadwipa Manunggal
ABSTRACT
Vibration is a movement back and forth around an equilibrium point. Some of the events in everyday life using the principles of vibration. Experience the thrill of objects that do not move continuously, but stops at a certain time. Sooner or later the system will stop vibrating because the system is experiencing the principles of vibration damped. Kind of damping that occurs in a system can be determined based on the ratio of the damping and spring constant. At the spring system, using three types of dampers, namely air, water, and oil as well known to a load of
1.3 kg and the deviation 0.07 m. So get the results of the spring
constant (k) of 0.0186 N /m and the natural frequencies of 0.111. Thus obtained from damping ratio (ξ) on the type of air damper for 0037, damper oil 0.254 and damper water 0.2527. Comparison between damping ratio with some type of damper is the greater density or density of a fluid, the greater the ratio of damping fluid given to a system of springs. Good absorbers of some type of air, oil and water have the same kind of damping that is under-damped, because the value of the damping ratio below 1 or ξ <1.
Keywords : Damped Vibration, Spring Constant, Damping Ratio, Damper Type, Type Attenuation
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami ucapkan kehadirat Allah SWT karena atas limpahan rahmat serta hidayah-Nya sehingga praktikan mampu menyelasaikan Laporan Resmi Praktikum mata kuliah Instrumentasi Akustik dan Vibrasi yang diselenggarakan oleh Laboratorium Vibrastic Jurusan Teknik Fisika ITS dengan tepat waktu.
Dalam laporan ini membahas semua apa yang telah praktikan peroleh dalam praktikum mata kuliah Instrumentasi Akustik dan Vibrasi.
Dalam kesempatan kali ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Agus Muhamad Hatta, ST, MSi, Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika ITS.
2. Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, MSc selaku Ketua Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi ITS. 3. Ir. Tutug Dhanardono, MT selaku dosen pengajar Mata
Kuliah Instrumentasi Akustik dan Vibrasi.
4. Dr. Dhany Arifianto ST, M.Eng selaku Ketua Laboratorium Vibrastic ITS.
5. Asisten Laboratorium Vibrastic ITS.
6. Semua pihak yang terlibat dalam penyusunan laporan ini. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam pembuatan laporan ini baik dari segi materi maupun penyajian.
Akhir kata penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi penyusun sendiri khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surabaya, 14 Desember 2015
ix DAFTAR ISI
ABSTRAK ...iii
ABSTRACT ... v
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ...xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Permasalahan ... 1
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Sistematika Laporan ... 2
BAB II DASAR TEORI ... 3
2.1 Getaran Harmonik ... 3
2.2 Jenis Getaran Teredam ... 4
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ... 7
3.1 Peralatan ... 7
3.2 Prosedur Percobaan ... 7
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ... 9
4.1 Analisis Data ... 9 4.2 Pembahasan ... 12 BAB V PENUTUP ... 15 5.1 Kesimpulan ... 15 5.2 Saran ... 15 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar Amplitudo ke-n pada Getaran Teredam ... 5
Gambar 2.2 Respon Osilasi Getaran Kurang Teredam ... 5
Gambar 2.3 Respon Osilasi Getaran Teredam Kritis ... 6
Gambar 4.1 Grafik Rasio Redaman Udara ... 11
Gambar 4.2 Grafik Rasio Redaman Oli ... 11
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 A1 dan A2 dengan Redaman Udara ... 9
Tabel 4.2 A1 dan A2 dengan Redaman Oli ... 10
Tabel 4.3 A1 dan A2 dengan Redaman Air ... 10
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Getaran merupakan gerakan bolak balik di sekitar titi kesetimbangan. Beberapa peristiwa di dalam kehidupan sehari-hari menggunakan prinsip getaran. Peristiwa tersebut seperti getaran pada alat musik, shockbreaker pada mobil atau motor, pompa air, bandul pada jam dinding, dan sistem pegas. Benda yang mengalami getaran tidak bergerak terus menerus melainkan akan berhenti pada waktu tertentu. Cepat atau lambat sistem tersebut akan berhenti bergetar karena sistem tersebut mengalami prinsip getaran teredam.
Getaran teredam yang terjadi pada suatu sistem disebabkan oleh beberapa faktor. Faktor tersebut antara lain adalah adanya getaran di permukaan atas karena bagian yang bergetar pada suatu sistem berada di dalam fluida kental. Jenis peredaman yang terjadi pada suatu sistem dapat ditentukan berdasarkan nilai rasio redamannya. Rasio redaman dari jenis peredam akan berbeda satu sama lain. Sehingga dilakukan percobaan mengenai getaran teredam untuk mengetahui jenis redaman dari fluida yang digunakan dan menentukan rasio redaman dari jenis redaman yang digunakan.
Oleh karena itu dilakukan praktikum instrumentasi akustik dan vibrasi dengan percobaan mengenai getara teredam dengan maksud agar dapat lebih memahami dan dapat menentukan konstanta dan rasio redaman pada suatu sistem pegas.
1.2 Permasalahan
Dari latar belakang di atas, adapun permasalahan dari percobaan, yaitu :
a. Bagaimana menentukan konstanta pegas dan rasio redaman pada suatu sistem pegas?
b. Bagaimana membandingkan rasio redaman dari jenis damper yang digunakan?
2
c. Bagaimana menentukan jenis peredaman dalam sistem pegas?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dilakukannya percobaan, yaitu :
a. Menentukan Konstanta pegas dan rasio redaman pada suatu sistem pegas.
b. Membandingkan rasio redaman dari jenis damper yang digunakan.
c. Menentukan jenis peredaman dalam sistem pegas. 1.4 Sistematika Laporan
Dalam sistematika laporan terdiri dari beberapa bab dan sub bab yang berisi bab I pendahuluan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, dan sistematika laporan. Bab II berisi dasar teori yang dapat menunjang beberapa percobaan. Bab III metodologi percobaan berisi peralatan percobaan dan prosedur percobaan. Bab IV analisis data dan pembahasan. Bab V berisi penutup terdiri dari kesimpulan dan saran.
3 BAB II DASAR TEORI 2.1 Getaran Harmonik
Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik. Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut gerak osilasi/getaran. Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada ujung pegas. Karenanya kita menyebutnya gerak harmonis sederhana.
Dalam gerak harmonik terdapat beberapa besaran fisika yang dimiliki benda diantaranya:
a. Simpangan (y) : jarak benda dari titik keseimbangan b. Amplitudo (A) : simpangan maksimum atau jarak
terjauh
c. Frekuensi (f) : banyaknya getaran setiap waktu d. Perioda (T) : banyaknya waktu dalam satu getaran
Gerak bolak-balik dikarenakan adanya gaya pemulih dari suatu benda yang arahnya menuju titik setimbang yang besarnya sebanding dengan simpangan. Gaya pemulih arahnya selalu berlawanan dengan arah simpangan, maka dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :
F= -k∆x………..(2.1) dimana :
k = konstanta gaya (N/m) Δx = simpangan (m) F = gaya pemulih (N)
Pada kondisi nyata, gaya pemulih semakin lama semakin melemah karena adanya gaya gesek yang juga mendisipasikan energi. Gaya gesek akan mengakibatkan amplitudo setiap osilasi secara pelan menurun terhadap waktu. Sehinggga osilasi akan berhenti sama sekali. Getaran semacam ini disebut sebagai getaran selaras teredam.
4
2.2 Jenis Getaran Teredam
Tidak semua gerak periodic mengalami osilasi sempurna. Suatu titik tertentu, gerak periodik akan mengalami pelemahan pada akhirnya menjadi nol. Getaran yang terdapat gaya penghambat atau gaya gesekan yang pada akhirnya getaran itu akan berhenti. Gaya penghambat itu dikenal dengan gaya redam. Gaya redam merupukan fungsi linier dari kecepatan, Fd = -c dx/dt. Jika suatu partikel bermassa m bergerak di bawah pengaruh gaya pulih linier dan gaya hambat, maka persamaannya menjadi:
mẍ + cẋ + kx = 0……….(2.2)
Persamaan umum sistem dinamik orde dua adalah sebagi berikut :
ẍ + 2ξω0 ẋ+ω02
x = 0………(2.3) jika Pers. (2) dan Pers. (3) dibandingkan maka diperoleh :
2ξω0 = c/m……… (2.4)
Rasio redaman dihitung menggunakan persamaan berikut:
√ ………..(2.5)
√
………(2.6)
Frekuensi natural dihitung menggunakan persamaan berikut :
√ ………(2.7)
dimana merupakan peluruhan logaritmik yang direpresentasikan dengan persamaan berikut :
(
)………(2.8)
dimana
n: bilangan bulat untuk menyatakan urutan amplitudo satu gelombang (1,2,3…)
5
Gambar 2.1 Gambar Amplitudo ke-n pada Getaran Teredam Getaran teredam memiliki beberapa jenis, yaitu :
a. Getaran Kurang Teredam (underdamped)
Untuk getaran kurang teredam didefinisikan sebagai getaran yang memiliki loss kecil dengan respon osilasi dengan peluruhan logaritmik. Jika dan frekuensi teredam dituliskan dengan persamaan berikut :
√ ………..(2.9) Jika redaman kecil, maka frekuensi tersebut akan mendekati frekuensi asli artinya gerak partikel tersebut bergetar harmonik.
Gambar 2.2 Respon Osilasi Getaran Kurang Teredam b. Getaran Redaman Kritis (critically damped)
Untuk suatu getaran redam kritis akan mendekati kesetimbangan dengan suatu kadar laju yang lebih cepat daripada gerak terlampau redam maupun gerak kurang
6
redam. Getaran redaman kritis akan terjadi jika rasio redamannya sama dengan satu ( . Sifat ini penting guna mendesain suatu sistem ayunan praktis, misalnya galvanometer analog.
Gambar 2.3 Respon Osilasi Getaran Teredam Kritis c. Getaran Terlampau Redam (overdamped)
Pada gerak terlampau redam tidak menggambarkan getaran periodik (gerakan bolak-balik), simpangan getaran akan berkurang atau sama sekali tidak bergerak tetap berada posisi kesetimbangan atau bisa dikatakan overshoot yang terjadi sangat kecil. Ini terjadi jika rasio redaman lebih dari 1 ( ).
7 BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Peralatan
Adapun peralatan yang digunakan dalam praktikum, antara lain : a. Statif b. Pegas c. Minyak d. Air e. Meteran f. Kertas g. Beban h. Wadah
i. Alat perekam video 3.2 Prosedur Percobaan
Adapun langkah-langkah yang dilakukan pada percobaan, antara lain :
a. Pegas dipasang pada statif.
b. Beban digantungkan di ujung pegas. c. Meteran dipasang di samping statif.
d. Panjang pegas yang telah diberi beban dihitung.
e. Pegas diberi simpangan sejauh 1cm kemudian dilepaskan. f. Peristiwa pada langkah d direkam untuk mengetahui
amplitudo pertama dan kedua pada sistem.
g. Amplitudo pertama dan kedua dari hasil rekaman video dicatat.
h. Langkah (d) hingga (g) diulangi untuk jenis peredam yang lain yaitu air dan oli.
8
9 BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Data
Pada percobaan didapatkan data untuk menentukan nilai dari konstanta pegas dan rasio redaman. Disusun sebuah sistem pegas dengan panjang pegas sebesar 0.07 m dan beban massa 1.3 kg, sehingga nilai konstanta pegas sebesar:
Setelah diketahui nilai dari konstanta pegas tersebut yang dipasang secara parallel maka dapat diketahui nilai dari frekuensi natural, yaitu dengan menggunakan rumus :
√
√
Kemudian mencari besarnya nilai Amplitudo pada setiap jenis peredam sebagai berikut :
Tabel 4.1 A1 dan A2 dengan Redaman Udara Pengambilan data ke- Amplitudo 1 (m) Amplitudo 2 (m) 1 0.034 0.028 2 0.03 0.027 3 0.032 0.024 Rata-rata 0.032 0.026333333
10
Tabel 4.2 A1 dan A2 dengan Redaman Oli Pengambilan data ke- Amplitudo 1 (m) Amplitudo 2 (m) 1 0.012 0.007 2 0.019 0.013 3 0.017 0.009 Rata-rata 0.016 0.009666667 Tabel 4.3 A1 dan A2 dengan Redaman Air
Pengambilan data ke- Amplitudo 1 (m) Amplitudo 2 (m) 1 0.025 0.014 2 0.028 0.015 3 0.025 0.018 Rata-rata 0.026 0.015666667
Kemudian dicari peluruhan logaritmik ( ) dan rasio redaman ( dari beberapa jenis peredam, yaitu udara, oli, dan air dengan rumus :
(
)
√
Sehingga didapatkan perolehan hasil dari masing-masing jenis redaman ditunjukkan pada tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hasil Perolehan Dari Jenis Peredam Peredam K (N/m) (rad/det) C (Ndet/m) Udara 0.0372 0.169 0.19 0.037 0.016 Oli 0.5 0.254 0.1116 Air 0.51 0.252 0.1111
11
Dari tabel 4.4, berikut didapatkan gambar berupa grafik, yaitu :
Gambar 4.1 Grafik Rasio Redaman Udara
Gambar 4.2 Grafik Rasio Redaman Oli
12
Dari grafik yang didapatkan dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa jenis redaman pada saat menggunakan peredam udara, oli dan air memiliki kesamaan jenis, yaitu merupakan jenis redaman under – damped, dikarenakan nilai dari koefisien redaman dibawah 1.
4.2 Pembahasan
Pada praktikum P4 mata kuliah Interumentasi Akustik Dan Vibrasi membahas tentang getaran teredam. Dari praktikum tersebut menggunakan pegas untuk menetukan rasio redaman dan konstanta pegas. Dengan menggunakan tiga buah jenis peredam, yaitu udara, air, dan oli serta diketahui beban sebesar 1.3 Kg dan simpangannya 0.07 m dipasang paralel. Sehingga didapatkan hasil dari konstanta pegas (k) yang dipasang paralel sebesar 0.0327 N/m dan frekuensi natural sebesar 0.169 rad/det. Dari masing-masing peredam diambil data sebanyak tiga kali untuk mencari simpangan maksimum atau jarak terjauh (A1 dan A2) dengan menggunakan simpangan awal sebesar 0.11 m. sehingga diperoleh hasil dari peluruhan logaritmik ( ) pada jenis peredam udara sebesar 0.19, peredam oli sebesar 0.5, dan peredam air sebesar 0.51 dan rasio redaman ( pada jenis peredam udara sebesar 0.037 , peredam oli sebesar 0.254, dan peredam air sebesar 0.2527. Dan untuk perolehan hasil dari konstanta redaman (c) pada jenis peredam udara sebesar 0.016 Ndet/m , peredam oli sebesar 0.1116 Ndet/m, dan peredam air sebesar 0.01111 Ndet/m. Jika hasil tersebut dibuat pada grafik untuk menentukan jenis redaman dengan menggunakan software matlab. Dari hasil percobaan pada beberapa jenis peredam baik udara, oli maupun air memiliki kesamaan jenis redaman yaitu under damped, karena nilai dari rasio redamannya dibawah 1 atau < 1. Perbedaan dari nilai redaman dapat dilihat dari perbedaan pengurangan peluruhan logaritmik yang dialami oleh pegas untuk setiap jenis peredam. Perbandingan antara rasio redaman dengan beberapa jenis peredam adalah nilai rasio redaman paling tinggi dimiliki oleh jenis peredam oli. Hal tersebut dikarenakan oli memiliki viskositas paling tinggi diantara jenis peredam lain.
13
Nilai dari beberapa viskositas dari udara, air dan oli sebesar 0,018x10-3 Pa.s; 1x10-3 Pa.s; 3 x 10-2 Pa.s . Semakin tinggi nilai viskositas suatu fluida maka fluida tersebut akan memberikan efek redaman semakin tinggi pada suatu sistem yang sedang berosilasi.
14
15 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diambil, yaitu :
a. Untuk menentukan konstanta pegas dan rasio redaman yaitu dengan menggunakan tiga buah jenis peredam pada sistem pegas, yaitu udara, air, dan oli yang diketahui beban atau massa sebesar 1.3 Kg dan simpangannya 0.07 m yang dipasang paralel.
b. Perbandingan antara rasio redaman dengan beberapa jenis peredam baik udara, oli maupun air adalah semakin besar massa jenis atau kerapatan suatu fluida maka akan semakin besar rasio redaman yang diberikan fluida kepada suatu sistem pegas.
c. Dari beberapa jenis peredam baik udara, oli maupun air memiliki kesamaan jenis redaman yaitu under damped, karena nilai dari rasio redamannya dibawah 1 atau < 1. 5.2 Saran
Adapun saran yang diberikan selama praktikum, yaitu : a. Hendaknya dilakukan pengecekan alat terlebih dahulu
sebelum praktikum berlangsung.
b. Sebaiknya praktikan lebih belajar tentang dasar teori sebelum praktikum berlangsung.
c. Sebaiknya asisten lebih memberikan acuan tentang cara perhitungan, agar data yang diperoleh sesuai dengan teori.
16
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anonim. (2015). Modul Praktikum P4 Akustik dan Vibrasi. Surabaya: Vibrastic Lab-ITS Surabaya.
LAMPIRAN
- Pengambilan data pada percobaan peredam udara
- Pengambilan data pada percobaan peredam oli
