SIMULASI PENGHITUNGAN DAN EKSPERIMENTAL

PERBANDINGAN KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK

PELUMAS MENGGUNAKAN SISTEM GETARAN

TEREDAM BATANG KANTILEVER

(Skripsi)

Oleh

Selviana Larasati

1315021060

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

ABSTRACT

AN ANALYTIC AND EXPERIMENTAL SIMULATION OF LUBRICANT OIL

VISCOUS DAMPING COEFFICIENTS COMPARATION USING DAMPED

VIBRATION SYSTEM ON A CANTILEVER BEAM

By

SELVIANA LARASATI

A simple vibration system in general consists of a mass, a spring and a damper, where

a model of cantilever beam structure with a spring and a viscous damper were used in

this study. The previous study mainly discussed about a cantilever vibration test system

with no damper, while in this study the same vibration test system was used for

comparation of variation of viscous dampers. This system was used to calculate

viscous damping coefficients for several types of oil lubricants. Experimentally, a

logarithmic decreament method was used to obtain the damping ratio values. While

the equation of motion system were carried analytically derived from damped

cantilever beam system free body diagram to obtain the viscous damping coefficient

equation. From the experiment and calculations result, the damping coefficient of used

SAE 10 and SAE 40 lubricant oils increased by 267 % and 208 % consecutively

compared to the new one, while the damping coefficient of new SAE 40 is 145 % higher

compared to new SAE 10, whereas used SAE 40 had a 113 % higher damping

coefficient in comparison to that of used SAE 10’s.

Keywords : Viscous Damper, Damping Coefficient, Lubricant Oil

ABSTRAK

SIMULASI PENGHITUNGAN DAN EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN

KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK PELUMAS MENGGUNAKAN

SISTEM GETARAN TEREDAM BATANG KANTILEVER

Oleh

SELVIANA LARASATI

Sistem getaran sederhana secara umum terdiri atas massa, pegas dan peredam, di mana

pada penelitian ini digunakan model struktur batang kantilever dengan pegas dan

peredam viscos. Penelitian sebelumnya menganalisis alat uji getaran sistem batang

kantilever ta pa peredam. Namun, dalam penelitian ini digunakan alat uji getaran yang

sama untuk tujuan membandingkan redaman viscos. Sistem ini digunakan untuk

mengukur koefisien redaman viscos untuk berbagai jenis minyak pelumas. Secara

eksperimental, metode pengurangan logaritmik digunakan untuk mendapatkan nilai

rasio redaman, selanjutnya secara analitik penurunan persamaan dapat dilakukan

dengan menggunakan diagram benda bebas sistem batang kantilever teredam untuk

mendapatkan persamaan koefisien redaman viscos. Dari pengujian dan perhitungan

yang telah dilakukan koefisien redaman minyak pelumas SAE 10 bekas mengalami

kenaikan sebesar 267% dibandingkan yang baru, sedangkan minyak pelumas SAE 40

bekas juga mengalami kenaikan sebesar 208% dari yang baru sedangkan untuk SAE

40 baru memiliki nilai koefisien redaman 145% lebih besar dari SAE 10 baru dan SAE

40 bekas memiliki nilai koefisien redaman 113% lebih tinggi dari minyak pelumas

SAE 10 bekas.

Kata Kunci : Peredam Viscos, Koefisien Redaman, Minyak Pelumas

SIMULASI PENGHITUNGAN DAN EKSPERIMENTAL

PERBANDINGAN KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK

PELUMAS MENGGUNAKAN SISTEM GETARAN TEREDAM BATANG

KANTILEVER

Oleh

SELVIANA LARASATI

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

Judul Skripsi : SIMULASI PENGHITUNGAN DAN

EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN

KOEFISIEN REDAMAN VISCOS MINYAK

PELUMAS MENGGUNAKAN SISTEM

GETARAN TEREDAM BATANG

KANTILEVER

Nama Mahasiswa : Selviana Larasati

Nomor Pokok Mahasiswa : 1315021060

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

MENYETUJUI

1. Komisi Pembimbing

Zulhendri H., S.T., M.T. Novri Tanti, S.T., M.T.

NIP.197310022000031001 NIP.197011041997032001

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin

Ahmad Su’udi, S.T., M.T.

NIP.197408162000121001

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua : Zulhendri H., S.T., M.T. ………………

Anggota Penguji : Novri Tanti, S.T., M.T. ………………

Penguji Utama : Ahmad Su’udi, S.T., M.T. ………………

2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung

Prof. Suharno, M.S., M.Sc., Ph.D.

NIP. 19620717 198703 1 002

Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 27 Septembar 2019

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di desa Wonokarto, RT 02 RW 01,

Kecamatan Gadingrejo, Kabupaten Pringsewu pada tanggal 30

Juni 1995 sebagai anak pertama dari empat bersaudara dari

pasangan Benny Wahyudi dan Hesti Widijastuti.

Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri 7 Gadingrejo,

Kecamatan Gadingrejo, Kabupaten Pringsewu pada tahun 2007. Selanjutnya

melanjutkan pendidikan di Sekolah Menegah Pertama di SMP Negeri 1 Gadingrejo

pada tahun 2010, dan menyelesaikan pendidikan di Sekolah Menengah Atas di SMA

Negeri 1 Gadingrejo, Kecamatan Gadingrejo, Kabupaten Pringsewu pada tahun 2013.

Pada tahun 2013 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Lampung melalui jalur penerimaan Seleksi Bersama Masuk Perguruan

Tinggi Negeri (SBMPTN). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif mengikuti

kegiatan organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) Universitas

Lampung sebagai Staff Kesekretariatan periode 2014-2015, dan sebagai Staff Humas

periode 2015-2016. Penulis juga mengikuti organisasi Forum Silaturrahim dan Studi

Islam Fakultas Teknik (FOSSI) sebagai Sekretaris Departemen Media Informasi pada

viii

tahun 2015-2016. Dibidang akademik penulis juga mengikuti beberapa kegiatan

lomba, pada tingkat Nasional yaitu mengikuti kegiatan Kino Youth Innovator Award

tahun 2017 di Kota Malang dan mendapat posisi sebagai runner up 2. Penulis juga

mengikuti Pertamina Ide Gila Award 2017 di Kota Bandung sebagai semifinalis.

Penulis melakukan Kerja Praktik (KP) di PT. SO GOOD FOOD Lampung, Kabupaten

Pesawaran pada tahun 2018. Pada tahun 2018 penulis melakukan penelitian pada

bidang perancangan dengan judul “Simulasi Penghitungan dan Eksperimental

Perbandingan Koefisien Redaman Viscos Minyak Pelumas Menggunakan Sistem

Getaran Teredam Batang Kantilever” dibawah bimbingan Bapak Zulhendri H., S.T.,

M.T., dan Ibu Novri Tanti, S.T., M.T.

MOTTO

Kita Tak Punya Satu Alasanpun Untuk Gagal

Tapi Kita Punya 1000 Alasan Untuk Sukses

Hanya 1 Kata “BERJUANG”

Orang Tua Itu Cinta, Keluarga Itu Nafas, Allah SWT Segalanya

Bersyukur Kuncinya…

(Selviana Larasati)

PERSEMBAHAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas berkat rahmat dan

karunia-Nya.

Kupersembahkan Karya ini

kepada kedua Orang Tuaku Tercinta

Benny Wahyudi

&

Hesti Widijastuti

Ketiga Adikku

Angga Rizky Wahyudi, Keisya Chelsea Widijastuti dan Claudya Natalie

Serta

Rekan-rekan seperjuangan penulis

MESIN 2013

Almamater tercinta

TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMPUNG

xi

SANWACANA

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Puji dan syukur selalu saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena berkat dan

karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan baik. Laporan

tugas akhir ini dengan judul “Studi Analitik, Numerik, Dan Eksperimental Koefisien

Redaman Viscos Minyak Pelumas Menggunakan Sistem Getaran Teredam Batang

Kantilever”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam mencapai gelar

“Sarjana Teknik” di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Ucapan terima kasih kepada semua pihak atas bantuan baik moral maupun materil yang

telah membantu kelancaran penyusunan skripsi ini, yaitu kepada:

1. Kedua orang tua penulis, Bapak (Benny Wahyudi) dan Ibu (Hesti Widijastuti)

yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moral materil kepada penulis.

2. Adik saudara kandung Angga Rizky Wahyudi, Keisya Chelsea Widijastuti, dan

Claudya Natalie, kejarlah mimpi kalian setinggi mungkin.

3. Bapak Zulhendri H., S.T., M.T., selaku pembimbing 1 tugas akhir penulis,

terimakasih atas segala waktu yang telah diluangkan untuk membimbing penulis

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Ibu Novri Tanti, S.T., M.T., selaku pembimbing 2 tugas akhir ini, terima kasih

atas kesediaan dan arahannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T., selaku pembahas tugas akhir ini, dan juga

Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, terima kasih atas saran dan

masukan yang membangun dalam penyempurnaan laporan tugas akhir ini.

xii

6. Bapak Nafrizal, S.T., M.T., selaku pembimbing akademik yang telah

memberikan banyak pengarahan dan masukan.

7. Bapak serta Ibu Dosen Jurusan Teknik Mesin atas bimbingan dan ilmu yang telah

diberikan selama perkuliahan.

8. Terimakasih kepada kakak penulis Azlia Metta Y, Oktora Susanti, Ningrum,

Rahmawati Sa’diyah, Titis Rofiana, serta adik tingkat yang sama-sama berjuang

mengerjakan skripsi Satrio Budiraharjo, M. Yakuti Arsy, Zulfa Ariqoh, dan

Dewa Anom yang selalu menemani selama penulis melaksanakan studi di

jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

9. Terimakasih kepada seluruh rekan-rekan Teknik Mesin Universitas Lampung

angkatan 2013 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

10. Terimakasih kepada seluruh rekan-rekan FOSSI FT UNILA yang tidak dapat

disebutkan satu persatu.

Harapan terbesar penulis agar laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi

penulis khususnya dan pembaca umumnya. Penulis menyadari bahwa selama

penyusunan dan penulisan laporan tugas akhir ini masih banyak terdapat kesalahan dan

kekurangan serta masih sangat jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu kritik dan saran

serta masukan yang bersifat membangun sangat diperlukan untuk perbaikan laporan

tugas akhir ini menjadi lebih baik.

Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Bandar Lampung, September 2019

Penulis

Selviana Larasati

NPM. 1315021060

xiii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ......................................................................................................... i

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... iii

HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ v

SURAT PERNYATAAN PENULIS ................................................................ vi

RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... vii

MOTTO ............................................................................................................ ix

PERSEMBAHAN .............................................................................................. x

SANWACANA .................................................................................................. xi

DAFTAR ISI ...................................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvii

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xix

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xx

xiv

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ........................................................................................... 1

B. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2

C. Batasan Masalah ........................................................................................ 2

D. Sistematika Penyusunan............................................................................. 3

BAB II . TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengertian Getaran ...................................................................................... 4

1. Klasifikasi Getaran ................................................................................ 6

a. Getaran Bebas dan Getaran Paksa .................................................... 6

b. Getaran Teredam dan Getaran Tak Teredam ................................... 6

c. Getaran Linier dan Getaran Non Linier ........................................... 7

d. Getaran Deterministik dan Getaran Acak ......................................... 7

2. Komponen Sistem Getaran ....................................................................... 8

B. Jenis Sistem Redaman ................................................................................. 9

1. Redaman Kurang ..................................................................................... 9

2. Redaman Berlebih ................................................................................. 10

3. Redaman Kritis ...................................................................................... 10

C. Pemodelan Sistem Getaran ...................................................................... 11

D. Pengurangan Logaritmik .......................................................................... 14

E. Viscositas ................................................................................................. 16

1. Sifat Zat Cair ...................................................................................... 16

2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Viscositas .................................. 17

xv

F. SAE ........................................................................................................... 17

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................. 19

1. Tempat Penelitian ............................................................................... 19

2. Waktu Penelitian ................................................................................ 19

B. Alat Pengujian .......................................................................................... 20

C. Kaji Analitik ............................................................................................. 21

D. Prosedur Pengujian .................................................................................. 21

E. Penyusunan Program Komputasi ............................................................. 22

F. Analisis ..................................................................................................... 22

G. Simpulan dan Saran .................................................................................. 22

H. Bagan Alir Penelitian ............................................................................... 23

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Perhitungan ..................................................................................... 24

B. Hasil Respon Eksperimental dan Numerik .............................................. 26

1. Minyak Pelumas SAE 10 Baru .......................................................... 26

2. Minyak Pelumas SAE 10 Bekas ........................................................ 27

3. Minyak Pekumas SAE 40 Baru .......................................................... 29

4. Minyak Pelumas SAE 40 Bekas ........................................................ 30

C. Analisis Kombinasi Pengujian ................................................................. 31

1. Minyak Pelumas SAE 10 Baru dengan SAE 10 Bekas ............................ 32

2. Minyak Pelumas SAE 40 Baru dengan SAE 40 Bekas ............................ 33

xvi

3. Minyak Pelumas SAE 10 Baru dengan SAE 40 Baru .............................. 34

4. Minyak Pelumas SAE 10 Bekas dengan SAE 40 Bekas ......................... 35

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan .................................................................................................. 38

B. Saran ......................................................................................................... 39

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 4.2 Data pengukuran respon getaran untuk berbagai minyak pelumas............ 24

Tabel 4.2 Hasil perhitungan koefisien redaman minyak pelumas ............................ 25

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Simpangan terhadap waktu getaran bebas ................................................ 7

Gambar 2.2 Grafik getaran deterministic ..................................................................... 8

Gambar 2.3 Grafik getaran acak .................................................................................. 8

Gambar 2.4 Peredam sistem getaran pegas massa ...................................................... 9

Gambar 2.5 Grafik redaman kurang ........................................................................... 10

Gambar 2.6 Grafik redaman berlebih ......................................................................... 10

Gambar 2.7 Grafik redaman kritis ............................................................................. 11

Gambar 2.8 Permodelam sistem getaran batang kantilever ....................................... 11

Gambar 2.9 Diagram benda bebas sistem batang kantilever teredam ....................... 12

Gambar 2.10 Pengurangan logaritmik ...................................................................... 14

Gambar 3.1 Perangkat uji getaran GUNT TM 150 ................................................... 20

Gambar 3.2 Bagan Alir Penelitian ............................................................................ 23

Gambar 4.1 Hasil respon ekperimental getaran dengan fluida SAE 10 baru ............. 27

Gambar 4.2 Hasil respon simulasi gataran dengan fluida SAE 10 baru ................... 27

xviii

Gambar 4.3 Hasil respon eksperimental getaran dengan fluida SAE 10 bekas ........ 28

Gambar 4.4 Hasil repon simulasi getaran dengan fluida SAE 10 bekas ................... 28

Gambar 4.5 Hasil respon eksperimental getaran dengan fluida SAE 40 baru .......... 29

Gambar 4.6 Hasil respon simulasi getaran dengan fluida SAE 40 baru ................... 30

Gambar 4.7 Hasil respon eksperimental getaran dengan fluida SAE 40 bekas ........ 30

Gambar 4.8 Hasil respon simulasi getaran dengan fluida SAE 40 bekas ................. 31

Gambar 4.9 Hasil respon kombinasi SAE 10 baru dan SAE 10 bekas ...................... 33

Gambar 4.10 Hasil respon kombinasi SAE 40 baru dan SAE 40 bekas .................... 34

Gambar 4.11 Hasil respon kombinasi SAE 10 baru dan SAE 40 baru ...................... 35

Gambar 4.12 Hasil respon kombinasi SAE 10 bekas dan SAE 40 bekas ................. 36

DAFTAR SIMBOL

𝑎 Jarak titik pusat ke redaman (𝑚)

𝑏 Jarak titik pusat ke pegas (𝑚)

𝐶 Koefisien redaman (𝑁𝑠𝑚⁄ )

𝐶𝑐 Redaman Kritis (𝑁𝑠𝑚⁄ )

𝑒 Eksponensia

𝐽0 Momen pada batang

𝑘 Konstanta Pegas 𝑁 𝑚⁄

𝑙 Panjang batang (𝑚)

𝑚 Massa (𝑘𝑔)

𝑠 Akar Persamaan

𝑋 Amplitudo (𝑚)

𝜋 Phi (22

7 atau 3,14)

𝛿 Pengurangan Logaritmik

𝜁 Rasio redaman

𝜔𝑑 Frekuensi redaman (𝑅𝑎𝑑𝑠⁄ )

𝜔𝑛 Frekuensi pribadi (𝑅𝑎𝑑𝑠⁄ )

𝜏𝑑 Perioda teredam (𝑠)

𝜃 Defleksi terhadap sumbu X (°)

𝜙 Phasa (𝑟𝑎𝑑)

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Setiap benda yang memiliki massa (𝑚) dan kekakuan (𝑘) akan mampu untuk

bergetar. Getaran yang terjadi dapat ditandai dengan adanya gerakan bolak-

balik di sekitar titik keseimbangan sistem getaran tersebut. Klasifikasi getaran

disusun berdasarkan beberapa kelompok, diantaranya adalah: berdasarkan

ada atau tidaknya redaman pada sistem, maka getaran dapat dikelompokkan

menjadi dua, yaitu sistem getaran tak teredam dan sistem getaran teredam.

Sebuah sistem getaran teredam terjadi dikarena adanya atau dilibatkannya

redaman, baik itu redaman viscos maupun redaman columb atau jenis

redaman lainnya. Ditinjau dari ada atau tidaknya gaya gangguan, maka

getaran dapat diklasifikasikan ke dalam getaran bebas dan getaran paksa.

Getaran paksa terjadi ketika sistem diganggu dengan gaya gangguan (gaya

eksitasi). Pada getaran paksa dapat dikatakan teredam apabila energi yang

diberikan oleh gaya ganggu (gaya eksitasi) berkurang atau hilang sama sekali.

Pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya (Bowo, 2017) menganalisis

alat uji getaran tanpa redaman dengan varian pegas. Dalam penelitian ini,

2

digunakan variasi peredaman viscos pada batang kantilever. Selain dihitung

secara analitik, penghitungan ini juga dituliskan dalam simulasi program

MATLAB. Penelitian ini bertujuan untuk menghitung dan membandingkan

koefisien redaman viscos dari berbagai jenis minyak pelumas menggunakan

sistem batang kantilever, sementara itu peredam dinamik (DVA) untuk sistem

batang kantilever telah lebih dulu dilakukan (Hasymi, 2010). Penelitian ini

berjudul Simulasi Penghitungan dan Eksperimental Perbandingan Koefisien

Redaman Viscos Minyak Pelumas Menggunakan Sistem Getaran Teredam

Batang Kantilever.

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelituan ini adalah sebagai berikut:

1. Menghitung koefisien redaman viskos minyak pelumas menggunakan

sistem getaran kantilever.

2. Membandingkan koefisien redaman viscos yang diperoleh, antara lain:

SAE 10 baru dengan SAE 10 bekas, SAE 40 baru dengan SAE 40 bekas,

SAE 10 baru dengan SAE 40 baru, SAE 10 bekas dengan SAE 40 bekas.

C. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam hal ini diberikan agar pembahasan dari hasil yang

didapatkan lebih terarah. Adapun batasan masalah pada penelitian kali ini

adalah :

1. Sistem getaran yang digunakan diasumsikan sebagai sistem getaran satu

derajat kebebasan.

3

2. Alat uji yang digunakan alat Gunt TM 150.20 pengujian sistem getaran

yang terdapat pada lab mekanika struktur Teknik Mesin, Universitas

Lampung.

3. Program simulasi yang digunakan disusun dengan menggunakan bahasa

komputasi MATLAB R2014A.

D. Sistematika Penyusunan

Adapun sistematika penyusunan tugas akhir ini dimulai dari Bab I

Pendahuluan yang berisi tentang : latar belakang, tujuan, batasan masalah

serta sistematika penulisan laporan tugas akhir. Bab II Tinjauan Pustaka yang

akan menjelaskan tentang landasan teori yang menunjang penelitian dan

mendukung pembahasan pada tugas akhir. Teori-teori yang digunakan akan

sangat membantu sebagai rujukan dalam pelaksanaan penyusunan tugas

akhir. Bab III Metodelogi Penelitian merupakan penjelasan tentang prosedur

penelitian dan bagan akhir penelitian. Bab IV Hasil dan Pembahasan

menjelaskan tentang hasil yang didapatkan dari hasil pengujian dan analisis

dan evaluasi terhadap penelitian tersebut. Selajutnya Bab V Simpulan dan

Saran, berisi mengenai simpulan yang diambil dari pembahasan dan saran

yang dapat diberikan peneliti kepada peneliti selanjutnya.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengertian Getaran

Getaran merupakan gerak osilasi disekitar titik atau posisi seimbang yang

disebabkan oleh getaran udara atau gaya eksitasi, misalnya mesin atau alat-

alat mekanik. Semua mesin yang beroperasi pasti bergetar meskipun

intensitasnya sangat rendah, oleh karena itu getaran banyak digunakan

untuk menganalisis mesin-mesin baik dari gerak rotasi atau translasi.

Dalam sistem biologis, getaran merupakan salah satu cara tubuh untuk

berkomunikasi, seperti telinga bergetar untuk mendengar, pita suara

bergetar untuk berbicara, kemudian berjalan juga melibatkan gerak osilasi

dari kaki dan tangan sedangkan pernapasan berhubungan dengan getaran

pada paru-paru. Dalam dunia musik, getaran yang terjadi pada alat musik

seperti gitar dan drum merupakan hal yang diinginkan.

Pada sebagian besar sistem mekanik dan struktur, getaran yang tidak

diinginkan dapat terjadi dan bahkan bersifat destruktif. Misalnya getaran

pada rangka pesawat yang menyebabkan fatigue dan akhirnya

mengakibatkan kerusakan. Struktur yang dirancang untuk mendukung

mesin sentrifugal, seperti motor dan turbin, atau mesin reciprocating,

5

seperti mesin uap juga mengalami getaran. Dalam hal ini, struktur atau

komponen mesin yang bergetar dapat mengakibatkan kelelahan material

yang menghasilkan variasi siklus dari induced stress. Selain itu, getaran

menyebabkan keausan lebih cepat dari salah satu bagian mesin seperti

bearing dan gear dan juga terjadinya kebisingan yang berlebihan. Dalam

proses pemotongan logam, getaran dapat menyebabkan pemotongan

menjadi tidak stabil dan mengakibatkan permukaan pemotongan menjadi

kurang baik.

Hal yang perlu dihindari dalam sistem getaran adalah resonansi. Resonansi

terjadi pada saat frekuensi eksitasi sama dengan frekuensi natural dari

sistem utama, sehingga mengarah pada defleksi yang semakin membesar.

Karena efek dahsyat dari getaran yang terjadi pada mesin dan struktur,

maka pengujian getaran telah menjadi prosedur standar dalam kebanyakan

desain dan pengembangan sistem rekayasa. Terlepas dari efek yang

merugikan, getaran dapat dimanfaatkan pada beberapa aplikasi industri,

contohnya pada pengayak getar, compactors, mesin cuci, sikat gigi

elektrik, jam dan alat pemijat listrik elektrik. Getaran juga digunakan pada

pile driver (mesin pancang), penguji getaran pada suatu material, vibratory

finishing process, yang berguna untuk mesimulasikan gempa pada

penelitian geologi dan juga untuk melakukan studi dalam desain reaktor

nuklir (Rao, 2004).

Berikut ini merupakan hal-hal dasar yang perlu diketahui dari getaran,

antara lain :

6

1. Klasifikasi Getaran

Secara teori getaran dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis.

Berikut ini merupakan beberapa klasifikasi dalam getaran.

a. Getaran Bebas dan Getaran Paksa

Getaran bebas terjadi apabila sistem berosilasi karena bekerjanya

gaya yang ada dalam sistem itu sendiri dan tidak ada gaya luar yang

bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergetar pada satu atau

lebih frekuensi naturalnya, merupakan sistem dinamika yang

dibentuk oleh distribusi massa dan kekakuannya.

Getaran yang terjadi akibat rangsangan gaya luar disebut getaran

paksa. Jika rangsangan tersebut berosilasi, maka sistem dipaksa

untuk bergetar sesuai dengan frekuensi rangsangan. Jika frekuensi

rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka

akan didapat keadaan resonansi, dan osilasi besar yang mungkin

akan sangat berbahaya. Kerusakan yang terjadi pada struktur besar

seperti jembatan, gedung atau sayap pesawat terbang, merupakan

kejadian yang disebabkan resonansi. Maka perhitungan frekuensi

natural merupakan hal yang sangat penting dalam sistem getaran

(Thomson, 1981).

b. Getaran Teredam Getaran Tak Teredam

Jika tidak ada energi yang hilang atau terserap oleh gesekan dan

tidak ada tahanan lain selama osilasi, maka getaran ini dikenal

dengan getaran tak teredam. Apabila ada energi yang terserap oleh

7

gesekan dan tahanan lain, maka getaran ini disebut getaran teredam.

Dalam banyak kasus, apabila redamannya sangat kecil, maka dapat

diabaikan agar dapat memudahkan perhitungan frekuensi natural.

Namun, perhitungan redaman menjadi sangat penting untuk

dianalisis apabila sistem getaran yang mendekati resonansi.

Gambar 2.1 Simpangan terhadap waktu getaran bebas.

c. Getaran Linier dan Getaran Non Linier

Jika getaran adalah getaran linier, maka berlaku prinsip superposisi

dan analisis dengan menggunakan pemodelan matematika yang

dikembangkan dengan baik. Sedangkan untuk non-linier, prinsip

superposisi tidak valid dan teknik untuk menganalisisnya sangat

sulit.

d. Getaran Deterministik dan Getaran Acak

Jika nilai atau besarnya eksitasi yang bekerja dalam sistem getaran

dapat diukur dan diketahui pada waktu tertentu, maka hal ini disebut

8

deterministik, getaran yang dihasilkan juga merupakan

deterministik. Sebaliknya, apabila nilai eksitasi tidak dapat

diprediksi pada waktu tertentu, maka getaran yang dihasilkan

merupakan getaran acak (Rao, 2004).

Gambar 2.2 Grafik getaran deterministic

Gambar 2.3 Grafik getaran acak

2. Komponen Sistem Getaran

Sistem getaran sederhana dapat dimodelkan oleh sistem yang terdiri

dari massa (𝑚), pegas (𝑘) dan peredam (𝑐). Secara umum, sebuah

9

sistem getaran merupakan sarana untuk menyimpan energi potensial

(spring atau elastisitas), energi kinetik (massa atau inersia), dan energi

yang hilang secara bertahap (peredam). Sistem getaran melibatkan

transfer energi potensial ke energi kinetik dan energi kinetik ke energi

potensial secara berkesinambungan. Jika sistem teredam, maka

beberapa energi yang diserap dalam setiap siklus getaran dan harus

diganti oleh gaya eksternal bila ingin mempertahankan keadaan getaran

yang stabil.

Gambar 2.4 Peredam sistem getaran pegas massa.

B. Jenis Sistem Redaman

Adapun jenis-jenis sistem redaman adalah sebagai berikut:

1. Redaman Kurang

Sistem redaman kurang memiliki rasio redaman antara nol hingga satu

(0 < 𝜁 < 1), sehingga redaman kurang akan memberikan respon

osilasi dengan peluruhan eksponensial.

10

Gambar 2.5 Grafik redaman kurang

2. Redaman Berlebih

Dalam sistem redaman berlebih rasio redaman lebih besar dari satu

(𝛿 > 1). Sistem redaman berlebih merupakan sistem redaman yang

tidak terombang-ambing dan langsung kembali ke posisi eksponensial.

Gambar 2.6 Grafik redaman berlebih.

3. Redaman kritis

Pada sistem redaman kritis nilai rasio sama dengan 1 (𝜁 = 1). Sistem

redaman kritis merupakan sistem redaman yang terdapat osilasi namun

11

sangat kecil sehingga dapat kembali ke titik awal dengan cepat

(Gracia,2015).

Gambar 2.7 Grafik redaman kritis

C. Pemodelan Sistem Getaran

Sistem batang kantilever merupakan sistem getaran yang sering dijumpai

dan dapat dimodelkan seperti gambar 2.8 berikut ini :

Gambar 2.8 Permodelam sistem getaran batang kantilever.

12

Adapun penurunan persamaan gerak sistem batang kantilever ini dapat

dilihat dari diagram benda bebas berikut ini, menggunankan metode

kesetimbangan berikut :

Gambar 2.9 Diagram benda bebas sistem batang kantilever teredam

Dari diagram benda bebas teredam di atas dapat diterapkan persamaan

keseimbangan momen yang akan dijelaskan dalam beberapa persamaan

berikut ini

∑ 𝑀0 = 0 (2.1)

𝐽0�̈� + 𝐶𝑎2�̇� + 𝑘𝑏2𝜃 = 0 (2.2)

Dengan menggunakan asumsi jawab sebagai berikut :

𝜃 = 𝑒𝑠𝑡 (2.3)

�̇� = 𝑠𝑒𝑠𝑡 (2.4)

�̈� = 𝑠2𝑒𝑠𝑡 (2.5)

Asumsi jawab diatas disubtitusi kedalam persamaan gerak, sehingga

diperoleh persamaan berikut ini :

(𝐽0𝑠2 + 𝑐𝑎2𝑠 + 𝑘𝑏2)𝑒𝑠𝑡 = 0 (2.6)

13

Ruas kedua dari persamaan 6 tidak boleh sama dengan 0, sehingga ruas

pertamalah yang harus sama dengan 0, sehingga diperoleh persamaan

berikut :

𝐽0𝑠2 + 𝑐𝑎2𝑠 + 𝑘𝑏2 = 0 (2.7)

Frekuensi pribadi sistem dapat diperoleh dengan membuat koofisien (𝑐)

redamannya menjadi 0, sehingga diperoleh persamaan (𝜔𝑛) sebagai

berikut :

𝜔𝑛 = √𝑘𝑏2

𝐽0 (2.8)

Persamaan 6 dapat disederhanakan menjadi

𝑠2 + 𝑐𝑎2 + 𝑘𝑏2 = 0 (2.9)

Persamaan 9 disubtitusikan menggunakan persamaan abc sehingga

didapatkan

𝑠1,2 =𝑐𝑎±√𝑐𝑎2−4𝐽0𝑘𝑏2

2𝐽0 (2.10)

𝑠1,2 = −𝑐𝑎2

2𝐽0± √(

𝑐𝑎2

2𝐽𝑜)

2

−4(𝐽0)(𝑘𝑏2)

(2𝐽0)2 (2.11)

𝑠1,2 = −𝑐𝑎2

2𝐽0± √(

𝑐𝑎2

2𝐽0)

2

−𝑘𝑏2

𝐽0 (2.12)

(𝑐𝑎2

2𝐽0)

2

−𝑘𝑏2

𝐽0= 0 (2.13)

(𝑐𝑎2

2𝐽0)

2

=𝑘𝑏2

𝐽0 (2.14)

Dari persamaan 14 didapatkan persamaan titik redaman kritis (𝐶𝑐) sebagai

berikut :

𝑐𝑎2

2𝐽0= √

𝑘𝑏2

𝐽0 (2.15)

14

Dimana 𝐽0 =1

3𝑚𝑙2 maka persamaan (15) manjadi (Inman, 2001):

3𝑐𝑎2

2𝑚𝑙2 = √3𝑘𝑏2

𝑚𝑙2 (2.16)

3𝑐𝑎2

2𝑚𝑙2 = 𝜔𝑛 (2.17)

3𝑐𝑎2 = 2𝑚𝑙2 𝜔𝑛 (2.18)

𝐶𝑐 =2𝑚𝑙2

3𝑎2 𝜔𝑛 (2.19)

Mencari frekuensi teredam

𝜔𝑑 = 𝜔𝑛√1 − 𝜁2 (2.20)

𝜔𝑑 = √3𝑘𝑏2

𝑚𝑙2 √1 − (𝐶

𝐶𝑐)

2

(2.21)

Sedangkan ratio redaman (𝜁) adalah

𝜁 = (𝑐

𝑐𝑐) (2.22)

D. Pengurangan Logaritmik

Pengurangan logaritmik merupakan suatu cara mudah dalam menentukan

koefisien redaman. Hal ini dapat dilakukan dengan mengukur penurunan

laju osilasi pada grafik respon getaran, seperti terlihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Grafik pengurangan logaritmik

15

Pada gambar 2.10 terlihat pengurangan logaritmik yang

didefinisikan sebagai logaritma natural dari rasio dua amplitude

yang berurutan. Sehingga persamaan pengurangan logaritmik dapat

ditulis sebagai berikut :

𝛿 = ln𝑥1

𝑥2 (2.23)

𝛿 = ln𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡 sin(𝜔𝑑𝑡+𝜙)

𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡 𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 sin(𝜔𝑑𝑡+𝜙) (2.24)

Dikarenakan nilai-nilai sinusnya sama apabila waktu ditambah

dengan periode redaman, maka persamaan 24 menjadi:

𝛿 = ln𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡

𝑒−𝜁𝜔𝑛(𝑡+𝑇𝑑) (2.25)

𝛿 = ln𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡

𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑡𝑒−𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 (2.26)

𝛿 = ln 𝑒𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 (2.27)

𝛿 = 𝜁𝜔𝑛𝑇𝑑 (2.28)

Perioda redaman disubtitusikan dengan persamaan perioda redaman 𝑇𝑑 =

2𝜋

√1−𝜁2𝜔𝑛 maka pengurangan logaritmik menjadi :

𝛿 =2𝜋𝜁

√1−𝜁2 (2.29)

Dari persamaan 29 didapatkan nilai faktor rasio redaman (𝜁)

𝜁 =𝛿

√4𝜋2+𝛿2 (2.30)

selanjutnya nilai yang telah didapatkan disubtitusikan ke persamaan 22

(Thomson,1981).

16

E. Viscositas

Viscositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida yang menunjukkan

besar kecilnya gesekan internal fluida. Kekentalan merupakan sifat cairan

yang sangat berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir. Beberapa

cairan mempunyai sifat yang mengalir dengan cepat, sedangkan lainnya

mengalir secara lambat. Cairan yang dapat mengalir cepat contohnya

seperti air, alkohol, dan bensin karena memiliki nilai Viscositas kecil.

Sedangkan cairan yang mengalir dengan lambat seperti gliserin, minyak

asto dan madu karena mempunyai nilai Viscositas yang besar. Jadi

Viscositas tidak menentukan kecepatan mengalirnya suatu cairan.

Viscositas (kekentalan) cairan akan menimbulkan gesekan antar bagian

atau lapisan cairan yang bergerak satu dengan yang lain. Hambatan atau

gesekan yang terjadi biasanya ditimbulkan oleh gaya kohesi di dalam zat

cair. Kekentalan terjadi karena kohesi antar partikel zat cair. Zat cair ideal

tidak mempunyai kekentalan.

1. Sifat Zat Cair

a. Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair maka, akan

terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan

atmosfer.

b. Mempunyai rapat massa dan berat jenis.

c. Dapat dianggap tidak termampatkan.

d. Mempunyai Viscositas (kekentalan).

e. Mempunyai kohesi, adesi dan tegangan permukaan.

17

2. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Viscositas

a. Tekanan Viscositas cairan akan naik dengan naiknya tekanan,

sedangkan Viscositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.

b. Temperatur Viscositas akan beranjak turun dengan naiknya suhu,

sedangkan Viscositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat

cair menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energi.

Molekul-molekul pada cairan bergerak sehingga gaya antar molekul

melemah. Dengan demikian Viscositas cairan akan turun sejalan

dengan kenaikan temperatur.

c. Kehadiran zat lain dapat meningkatkan Viscositas air. Adanya bahan

tambahan seperti bahan zat aditif yang berfungsi sebagai pembersih

pada pelumas dapat menyebabkan perubahan Viscositas pada

pelumas. Sehingga dapat berpengaruh pada kekentalan dan laju

alirannya.

d. Ukuran dan berat molekul Viscositas akan naik dengan naiknya berat

molekul. Misalnya laju aliran pelumas cepat, larutan minyak laju

alirannya lambat dan kekentalannya tinggi serta laju aliran lambat

sehingga Viscositas juga tinggi.

e. Ikatan rangkap Viscositas akan naik apabila ikatan rangkap semakin

banyak (Rana, 2015).

SAE (Soaciaty of Automotive Engineers) merupakan badan indeks

Internasional kekentalan oli yang dipakai Internasional. Pada minyak pelumas

F. SAE

18

masin kendaraan diikuti dengan huruf W (winter) yang berarti penggunaan

maksimum kendaraan hingga berada pada suhu sebelum huruf W, misalnya

SAE 10 W. SAE juga dapat digunakan untuk melihat tingkat kekentalan

minyak pelumas, semakin kecil nilai SAE berarti akan semakin encer minyak

pelumas tersebut. Sehingga, kemungkinan minyak pelumas akan membeku

pada suhu rendah semakin kecil (Saragih, 2016).

19

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini akan berisi tentang metodologi yang digunakan dalam Tugas Akhir.

Adapun metodologi penelitian ditunjukkan pada gambar 3.1 yang akan dijelaskan

sebagai berikut :

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Adapun tempat dan waktu pelaksanaan penelitian ini akan dijabarkan sebagai

berikut :

1. Tempat Penelitian

Proses pengujian pada penelitian akan dilakukan di Lab Fenomena Dasar

Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, sedangkan pembuatan

program komputasi MATLAB R2014A akan dilakukan di Lab Komputasi

Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

2. Waktu Penelitian

Waktu Penelitian dilaksanakan mulai dari bulan Februari 2019 hingga

bulan Agustus 2019.

20

B. Alat Pengujian

Sistem getaran yang digunakan dalam pengujian yaitu alat GUNT TM 150

seperti tampak pada gambar:

Gambar 3.1 Perangkat uji getaran GUNT TM 150

Keterangan :

1. Batang kantilever yang terbuat dari alumunium.

2. Tabung peredam viscos merupakan peredam getaran menggunakan

fluida di dalamnya yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan

pengujian.

3. Exiter berfungsi sebagai gaya ganggu untuk batang kantilever,

digerakkan oleh dinamo yang dapat menghasilkan getaran 0-50 Hz.

4. Pencatat hasil uji manual yang digunakan apabila sensor tidak dapat

bekerja dengan baik. Hasil yang dicatat menggunakan spidol dan

kertas milimeter block.

21

5. Dinamo yang berfungsi sebagai energi dari gaya ganggu atau exiter,

dinamo ini bekerja menggunakan energi listrik.

6. Inductive Dispacement Sensor, sensor ini merupakan sensor yang

digunakan untuk melihat seberapa besar getaran yang terjadi pada

batang kantilever. Sensor berjarak 0,3 mm dari batang kantilever dan

tidak boleh sampai menyentuh batang kantilever.

C. Kaji Analitik

Kaji analitik dilakukan dengan mengkaji teori-teori yang berkaitan dengan

getaran dan peredaman viskos sehingga nantinya akan digunakan untuk

menurunkan rumus guna mendapatkan presamaan peredam viskos pada batang

kantilever serta menggambarkan diagram benda bebas agar sesuai dengan

pengujian yang akan dilakukan pada tugas akhir ini.

D. Prosedur Pengujian

Adapun prosedur pengujian batang kantilever yang harus dilaksanakan sevara

berurutan sebagai berikut:

1. Menyiapkan alat uji sistem getaran.

2. Menyiapkan tabung fluida yang sudah berisi minyak pelumas.

3. Menyiapkan pencatat hasil uji manual.

4. Menghidupkan CPU dan komputer.

5. Menjalankan program GUNT TM 150.20 pada computer.

6. Menyalakan alat ukur sensor GUNT TM 150.20

7. Menyalakan dinamo penggerak hasil uji manual.

22

8. Meletakkan spidol pada dudukan spidol di ujung batang kantilever.

9. Memberi simpangan batang kantilever lalu dilepaskan, dan secara

bersamaan menekan tombol dinamo penggerak agar bergerak.

E. Penyusunan Program Komputasi

Pembuatan bahasa program komputasi menggunakan Matlab R2014A hal ini

dilakukan guna mempermudah dalam penyelesaian masalah pada peredam

viscos. Input yang akan dimasukkan adalah data pada sistem utama satruktur

batang kantilever dan peredam viscos.

F. Analisis

Pada tahap ini dilakukan analisis secara analitik dan hasil pengujian terhadap

koefisien redaman viscos dengan membandingkan peredaman menggunakan

berbagai minyak pelumas.

G. Simpulan dan Saran

Langkah terakhir tugas akhir ini yaitu memberikan simpulan yang diperolah

dari hasil analitik yang disusun dalam program komputasi dan hasil pengujian

peredam viscos, serta saran yang dapat diberikan atas apa yang dilakukan

selama pengerjaan tugas akhir.

23

H. Bagan Alir Penelitian

Penelitian dilakukan sesuai dengan bagan alir penelitian seperti pada

gambar 3.1 berikut :

Gambar 3.2 Bagan Alir Penelitian

Mulai

- Pemodelan Sistem

- Penurunan Rumus

Setting Alat dan

Pangujian

Analisis

Selesai

Studi Literatur

Pembuatan Program

Komputasi

Data Hasil Pengujian dan

Program

Kesimpulan

BAB V

Adapun kesimpulan yang didapatkan dari penelitian yang telah dilakukan,

sebagai berikut:

1. Telah dilakukan eksperimen dan perhitungan untuk mendapatkan nilai

koefisien redaman untuk berbagai jenis minyak pelumas dimana diperoleh

total nilai koefisien viscos : minyak pelumas SAE 10 baru 11,1235𝑁𝑠 𝑚⁄ ,

SAE 10 bekas 29,80𝑁𝑠 𝑚⁄ , SAE 40 baru 16,2218𝑁𝑠 𝑚⁄ , SAE 40 bekas

33,80𝑁𝑠 𝑚⁄ .

2. Koefisien redaman viscos minyak pelumas SAE 10 bekas lebih tinggi

267% daripada SAE 10 baru, SAE 40 bekas lebih besar 208% daripada

SAE 40 baru, SAE 40 baru lebih tinggi 145% daripada SAE 10 baru dan

SAE 40 bekas lebih tinggi 113% daripada SAE 10 bekas.

SIMPULAN DAN SARAN

A. simpulan

39

B. Saran

Adapun saran yang dapapat diberikan untuk pengembangan penelitian

selanjutnya adalah sebagai berikut:

1. Perlu adanya penelitian lanjutan dengan menggunakan sistem getaran paksa

teredam batang kantilever menggunakan redaman viscos.

2. Mengembangkan program numerik MATLAB dengan GUI yang telah

dibuat, sehingga dapat menjadi program simulasi batang kantilever dalam

banyak kondisi peredaman.

DAFTAR PUSTAKA

Bowo, G., Budi, S., dan Darmanto., 2017. Analisis Alat Uji Getaran Mekanis

Dengan Variasi Konstanta Pegas Tanpa Peredam Viscos. Momentum

Volume 13, No 1, ISSN 0216-395, 6 Halaman. Semarang.

Gracia M. (2015). GUI Matlab code to display damped, undamped,forced, and

unforce mass spring systems. Mechanical Engineering Undergraduate

Honors Fteses. University Of Arkansas. United States.

Hasymi, Z. (2010). “Kaji Teoritik Dan Eksperimental Peredam Struktur

Kantilever 2-DOF Menggunakan Teknik Modifikasi Struktur Dan

Peredam Dinamik”. Poros 8.2.

Inman, D.J., 2001, Engineering Vibration, 4th Edition. Pearson Education,

Inc.New Jersey.

Rao, S.S., 2004, Mechanical Vibration, 5th Edition. Prentice-Hall. New Jersey.

Rana A. 2015. “Pengaruh Viskositas Berbagai Minyak Sawit Untuk Oli

Peredam Shock Absorber Sepeda Motor”. Fakultas Teknik. Universitas

Andalas, Padang.

Saragih, Febri. 2016. Arti Kode SAE Dan API Pada Kemasan Oli.

https://otomotif.kompas.com/read/2016/09/23/163500615/arti.kode.sae

.dan.api.pada.kemasan.oli.mesin. Diakses pada tanggal 3 Oktober 2019.

Thomson, W.T., 1981, Theory of Vibration With Applications, 2nd Edition.

Prentice- Hall, Inc. New Jersey.