BUKU RANCANGAN PENGAJARAN MATA AJAR GETARAN MEKANIS. oleh. Tim Dosen Mata Kuliah Getaran Mekanis. Fakultas Teknik Universitas Indonesia Februari 2016

Transkripsi

1 BUKU RANCANGAN PENGAJARAN MATA AJAR GETARAN MEKANIS oleh Tim Dosen Mata Kuliah Getaran Mekanis Fakultas Teknik Universitas Indonesia Februari 2016 DAFTAR ISI

2 hlm. PENGANTAR 4 BAB 1 INFORMASI UMUM 5 BAB 2 KOMPETENSI (CAPAIAN PEMELAJARAN) MATA AJAR 1. Kompetensi (Capaian Pemelajaran Terminal) 2. Subkompetensi (Capaian Pemelajaran Penunjang) 3. Bagan Alir Capaian Pemelajaran BAB 3 BAHASAN DAN RUJUKAN 9 BAB 4 TAHAP PEMELAJARAN 12

3 PENGANTAR Buku Rancangan Pembelajaran (BRP) mata kuliah Getaran Mekanis ini disusun sebagai penuntun bagi mahasiswa yang mengambil mata kuliah tersebut. Getaran Mekanis, sebagai mata kuliah lanjutan dari Kinematika dan Dinamika, merupakan mata kuliah penting yang mempelajari respon suatu sistem mekanikal yang bergetar serta metode-metode pengendaliannya. Aplikasi konsep-konsep pada mata kuliah ini dapat dijumpai secara luas di berbagai macam bidang, mulai dari struktur bangunan hingga manufaktur kendaraan. Akhir kata, tim penulis mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak di lingkungan Universitas Indonesia dan semua pihak yang telah membantu dan menginspirasi dibuatnya buku ini. Depok, 13 Februari 2016 Tim Dosen

4 BAB 1 INFORMASI UMUM 1. Nama Fakultas /Jenjang : Teknik /Sarjana (S1) 2. Nama mata kuliah : Getaran Mekanis 3. Kode mata kuliah : ENGxxxxx 4. Semester ke- : - 5. Jumlah SKS : 2 6. Metode pembelajaran : belajar aktif dan praktikum laboratorium 7. Mata kuliah yang menjadi prasyarat : Kinematika dan Dinamika, Kalkulus, Matematika Teknik 8. Menjadi prasyarat untuk mata kuliah : Pengendalian Kebisingan dan Getaran 9. Integrasi antara mata kuliah : Deskripsi mata kuliah : Getaran Mekanis merupakan kelanjutan dari kinematika dan dinamika dari suatu sistem mekanikal. Tujuan yang diharapkan adalah agar mahasiswa mempunyai pemahaman pokok-pokok kunci dan konsep getaran mekanis sistem mekanikal dan memiliki kompetensi dasar untuk menganalisa getaran, kelakuan dan parameter apa yang dapat dikendalikan dalam rangka peredaman getaran. Metode pemelajaran yang diterapkan adalah aktif. Setelah lulus dari mata kuliah ini, mahasiswa diharapkan dapat menerapkan pengetahuan mengenai fenomena getaran mekanis sebagai respon dinamis suatu sistem mekanikal terhadap gangguan atau eksitasi dari luar. Capaian mata ajar getaran mekanis adalah agar mahasiswa dapat menyelesaikan permasalahan getaran pada suatu sistem mekanikal, yaitu menentukan frekuensi alamiah suatu sistem, mengendalikan resonansi, menghitung peredaman pada sistem yang bergetar, menghitung transmisibilitas dan isolasi getaran, menganalisis ketidakseimbangan pada rotor, dan menghitung penyeimbangan (balancing) suatu rotor yang dinamis. Bahasa pengantar dalam mata kuliah ini adalah Bahasa Indonesia.

5 BAB 2 KOMPETENSI (CAPAIAN PEMELAJARAN) MATA KULIAH GETARAN MEKANIS 2.1 Kompetensi (Capaian Pemelajaran Terminal) Kemampuan mengidentifikasi, merumuskan, menganalisis, dan menyelesaikan permasalahan teknik. Kemampuan berkomunikasi secara efektif baik lisan maupun tulisan. 2.2 Subkompetensi (Capaian Pemelajaran Penunjang) Menghitung parameter-parameter penting pada suatu sistem mekanikal yang bergetar, seperti frekuensi alamiah, tingkat getaran, serta ketidakseimbangan. (C3) Menerapkan konsep-konsep getaran mekanis untuk menyelesaikan persoalanpersoalan terapan pada sistem mekanikal. (C3) Menjelaskan hasil pengamatan pada kegiatan praktikum lewat laporan tertulis. (C2)

6 2.3 Bagan Alir Kompetensi Kemampuan mengidentifikasi, merumuskan, menganalisis, dan menyelesaikan permasalahan teknik. Kemampuan berkomunikasi secara efektif baik lisan maupun tulisan Menjelaskan hasil pengamatan pada kegiatan praktikum lewat laporan tertulis. (C2) Menerapkan konsep-konsep getaran mekanis untuk menyelesaikan persoalan-persoalan terapan pada sistem mekanikal. (C3) Menghitung parameter-parameter penting pada suatu sistem mekanikal yang bergetar, seperti frekuensi alamiah, tingkat getaran, serta ketidakseimbangan. (C3)

7 BAB 3 BAHASAN DAN RUJUKAN 3.1 Kompetensi / Subkompetensi, Pokok Bahasan, Subpokok Bahasan, Estimasi Waktu, dan Rujukan Kompetensi/ Sub Pokok Bahasan kompetensi Introduksi getaran mekanis sebagai respon dinamis suatu sistem mekanika Subpokok Bahasan 1.1 Terminologi: siklus, periode, frekuensi, satuan 1.2 Gerak osilasi 1.3 Pemodelan massa dan pegas 1.4 Gelombang sinusoidal, kosinusoidal, amplitudo, displacement, kecepatan, dan percepatan 1.5 Gerakan periodik, gerakan harmonik 1.6 Tingkat keparahan getaran 1.7 Resonansi Estimasi Waktu 4 x 50 Rujukan [1] Bab 1 [2] Bab 1 [3] Bab 1 Getaran bebas tanpa peredaman dengan satu derajat kebebasan Getaran paksa tanpa peredaman dengan satu derajat kebebasan 2.1 Persamaan gerak getaran bebas 2.2 Kekakuan 2.3 Gaya Paksa Harmonik 2.4 Persamaan gerak getaran paksa 6 x 50 [1] Bab 2, Bab 3 [3] Bab 2 Getaran bebas dengan peredaman 3.1 Koefisien peredaman, jenis-jenis peredaman: viscous, Coulomb, Hysteresis 3.2 Persamaan gerak getaran bebas dengan peredaman 3.3 Critical damping, over-damping, underdamping 3.4 Damping factor/ratio, frekuensi alamiah 8 x 50 [2] Bab 1, Bab 5 [3] Bab 3

8 Getaran paksa dengan peredaman teredam 3.5 Getaran transien akibat peredaman, logarithmic decaying 3.6 Persamaan gerak getaran paksa dengan peredaman 3.7 Faktor pembesaran amplitudo 3.8 Grafik magnification ration vs freq ratio untuk setiap damping ratio 3.9 Getaran pada sistem suspensi Getaran paksa akibat gaya putar tidak seimbang 4.1 Massa tidak seimbang, eksentrisitas, gaya putar tidak seimbang 4.2 Getaran paksa tanpa peredam, dan getaran paksa dengan peredam 4.3 Rasio pembesaran 4.4 Transmisibilitas dan isolasi getaran 4 x 50 [2] Bab 3 [3] Bab 3 Dinamika rotor Ketidakseimbangan Penyeimbangan (balancing) 5.1 Getaran yang dibangkitkan oleh mesinmesin 5.2 Whirling shaft 5.2 Kecepatan kritis rotor 5.3 Ketidakseimbangan pada rotasi statik dan dinamik 5.4 Ketidakseimbangan pada satu bidang 5.5 Ketidakseimbangan pada bidang-bidang yang berlainan 5.6 Penyeimbangan dengan counter balance lebih dari satu 5.7 Penyeimbangan massa-massa yang bergerak bolak-balik 5.8 Penyeimbangan pada mesin piston banyak silinder 5.9 Keseimbangan bawaan (inherent 10 x 50 [1] Bab 5 [2] Bab 4 [3] Bab 9

9 Sistem getaran dengan banyak derajat kebebasan balance) 5.10 Analisis penentuan kondisi ketidakseimbangan 5.11 Mesin piston 3 silinder, 4 silinder, mesin piston V 5.12 Persamaan gerak simultan getaran tanpa redaman dan dengan redaman Praktikum getaran mekanis Laporan praktikum getaran mekanis 6.1 Peredaman, Coulomb 6.2 Rotor dynamics, whirling shaft 6.3 Unbalance dan balancing 6.1 Peredaman, Coulomb 6.2 Rotor dynamics, whirling shaft 6.3 Unbalance dan balancing 2 x 50 2 x 50 [2] Bab 7 [3] Bab Daftar Rujukan : [1] Thomson, William. Theory of vibration with applications. Prentice Hall, Fifth Edition. [2] Inman, Daniel J., and Ramesh Chandra Singh. Engineering vibration. Vol. 3. Upper Saddle River: Prentice Hall, [3] Rao, Singiresu S., and Fook Fah Yap. Mechanical vibrations. Vol. 5. New York: Addison-Wesley, [4] Meriem & Kraige. Engineering Mechanics: Dynamics. 5 th Edition. Chapter 8.

10 BAB 4 TAHAP PEMELAJARAN Kompetensi/ Subkompetensi* Orientasi (%) Penjelasan awal pengajar tentang introduksi getaran mekanis (100%) Penjelasan awal pengajar mengenai getaran bebas dan paksa tanpa peredaman dengan satu derajat kebebasan (60%) Tahap Pemelajaran** Latihan (%) Umpan balik (%) Tidak ada (0%) Tidak ada (0%) Latihan soal terkait pokok bahasan (20%) Pembahasan pengajar atas jawaban soalsoal latihan (20%) Media Teknologi kuliah dan presentasi (LCD, komputer, papan tulis) kuliah dan presentasi (LCD, komputer, papan tulis) Penjelasan awal pengajar mengenai getaran bebas dan paksa dengan peredaman (60%) Latihan soal terkait pokok bahasan (20%) Pembahasan pengajar atas jawaban soalsoal latihan (20%) kuliah dan presentasi (LCD, komputer, papan tulis) Penjelasan awal pengajar mengenai getaran paksa akibat gaya putar tidak seimbang (60%) Latihan soal terkait pokok bahasan (20%) Pembahasan pengajar atas jawaban soalsoal latihan (20%) kuliah dan presentasi (LCD, komputer, papan tulis) Penjelasan awal pengajar mengenai dinamika rotor, ketidakseimbangan, dan penyeimbangan (60%) Latihan soal terkait pokok bahasan (20%) Pembahasan pengajar atas jawaban soalsoal latihan (20%) kuliah dan presentasi (LCD, komputer, papan tulis) Penjelasan awal pengajar mengenai modul praktikum Mahasiswa melakukan modul praktikum Pembahasan pengajar atas modul-modul peralatan praktikum di

11 (10%) sesuai arahan, dan mejelaskan hasilnya melalui laporan (80%) praktikum (10%) laboratorium Catatan: *Kode angka di sini mengacu kepada nomor urut subkompetensi pada Bab 2 (hlm. 6). **Tahap pembelajaran terdiri atas tiga, yakni orientasi (O), latihan (L), dan umpan Balik (U). Pada orientasi, pengajar memberikan penjelasan awal tentang pokok bahasan, materi dan metode latihan, waktu yang digunakan, dan sistem penilaian. Pada tahap latihan, mahasiswa melakukan aktivitas latihan sesuai dengan metode pembelajaran yang diterapkan (diskusi kelompok kecil, cooperative learning (CL), Contextual Instruction (CI), atau Problem-based Learning (PBL)). Pada tahap umpan balik, pengajar memberikan klarifikasi atas latihan yang telah dilaksanakan oleh mahasiswa dan dapat diikuti penugasan yang dikerjakan di rumah, termasuk tugas membaca bahan bacaaan untuk pertemuan berikutnya. Dalam hal metode pembelajaran, diterapkan a metode pembelajaran aktif sebagai berikut. (1) Diskusi kelompok kecil (small group discussion) diadakan di dalam kelas dengan kelompok diskusi beranggotakan 4-5 orang. Dalam diskusi kelompok kecil, mahasiswa dibagi atas kelompok-kelompok kecil beranggotakan 4-5 orang. Kelompok-kelompok kecil mahasiswa tersebut mendiskusikan topik yang sama yang diberikan oleh pengajar. Umpan balik diberikan pengajar di akhir kelas setelah diskusi kelompok kecil untuk mengklarifikasi pemahaman mahasiswa. (2) Cooperative Learning, diadakan dengan cara mahasiswa secara berkelompok mengerjakan latihan soal tentang materi yang dibahas, yang disediakan oleh pengajar di dalam kelas. Umpan balik diberikan oleh pengajar di akhir kelas dalam pengecekan bersama hasil pengerjaan latihan. (3) Contextual Instruction, dilakukan dengan cara memberi kesempatan kepada mahasiswa untuk melakukan pengumpulan data secara langsung untuk sebuah masalah yang ingin diteliti. Umpan balik dari pengajar adalah memberikan klarifikasi dan masukan tentang pemilihan data yang sebaiknya dikumpulkan. (4) Problem-based Learning, dilakukan terhadap sebuah kasus yang ingin mengkaitkan hubungan antar variabel yang diberikan oleh pengajar, mahasiswa akan mengidentifikasi variabel mana yang merupakan variable bebas dan mana yang merupakan variable terikat, lalu melakukan regresi linier sederhana dan analisis korelasi. Umpan balik dari pengajar adalah mengklarifikasi output hasil pemelajaran aktif PBL ini.