PENGARUH POSISI BEBAN DAN MOMEN INERSIA TERHADAP PUTARAN KRITIS PADA MODEL POROS MESIN KAPAL Waris Wibowo Staf Pengajar Akadei Mariti Yogyakarta (AMY) ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk endapatkan putaran kritis yang terjadi pada suatu siste odel poros esin di kapal, engetahui pengaruh dari asing - asing variabel bebas ( posisi beban dan oen inersia ) terhadap variabel respon ( putaran kritis poros, dan untuk engetahui hubungan antara variabel bebas terhadap variabel respon). Manfaat penelitian adalah dengan engetahui putaran kritis suatu odel poros esin kapal dan hal-hal yang epengaruhinya, aka penentuan berat beban dan posisinya dapat direncanakan agar didapatkan putaran kritis yang tinggi sehingga siste pada odel poros kapal terpasang dengan baik, aan dan dapat diterapkan pada poros esin kapal yang sesungguhnya. Hasil penelitian enunjukkan bahwa ada pengaruh yang signifikan antara oen inersia poros, posisi beban dan interaksi antara kedua variabel tersebut terhadap putaran kritis poros, hal ini ditunjukkan dengan analisis varian dengan sig. lebih kecil dari 0,05. PENDAHULUAN Perkebangan teknologi seakin pesat, hal ini dapat dilihat dari inovasi aupun peneuan-peneuan baru diberbagai bidang isal : industri otootif, elektronika, perkapalan dan sebagainya. Selanjutnya kualitas produk dan desain erupakan sesuatu yang sangat diperlukan agar dapat diteria di pasar global. Keajuan yang sangat pesat pada bidang industri terutaa disebabkan oleh peningkatan produktivitas dan fleksibelitas. Beberapa hal yang berkait dengan peningkatan produktivitas adalah : perbaikan kontruksi, peneuan jenis aterial baru, pengebangan dan penyepurnaan proses non konvensional yang terbukti dapat digunakan dengan baik, serta otoatisasi siste produksi. Perbaikan kontruksi pada koponen-koponen pada suatu produk dapat eningkatkan nilai produksi, selanjutnya dengan peneuan-peneuan aterial baru dapat eningkatkan uur suatu produk sehingga secara tidak langsung enaikan produktivitas. Koponen-koponen yang terdapat pada suatu esin kapal diperlukan kekuatan, keudahan dala peasangan, bentuk yang egronois, dan aan. Karena hal ini akan berpengaruh terhadap keapuan esin, uur esin, dan perawatannya di kapal. Poros erupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap esin yang terpasang di kapal. Hapir seua esin eneruskan tenaga dengan putaran utaa dala transisi yang dipegang oleh poros ( Ahad : 1999 ). Misalnya poros yang beban propeller, roda gigi, roda gila, cha dan lain-lain. Untuk siste poros putaran tinggi, putaran kritis sangat diperhitungkan, karena pada keadaan ini erupakan putaran yang berbahaya pada esin. Bila kecepatan putaran sudah encapai pada putaran kritis aka poros akan sangat terdefleksi dan gaya diteruskan ke bantalan yang dapat erusaknya. Oleh karena itu diperlukan penelitian untuk engetahui pengaruh variabel penyebab putaran kritis pada suatu odel poros pada kapal. PERUMUSAN MASALAH Berdasarkan latar belakang di atas aka dapat diruuskan perasalahannya sebagai berikut : Bagaiana cara enentukan putaran kritis. Bagaiana pengaruh posisi beban dan oen inersia terhadap putaran kritis pada odel poros kapal. BATASAN MASALAH Variabel respon yang berpengaruh dibatasi hanya pada jarak tupuan dan berat beban. Penentuan putaran kritis sesaat setelah putaran tenang Poros dianggap lurus sebelu endapatkan beban TUJUAN PENELITIAN Untuk endapatkan putaran kritis yang terjadi pada suatu siste pada odel poros kapal.
Untuk engetahui pengaruh dari asing-asing variabel bebas terhadap variabel respon. Untuk engetahui hubungan antara variabel bebas terhadap variabel respon.] MANFAAT PENELITIAN Dengan engetahui putaran kritis suatu odel poros kapal dan hal-hal yang epengaruhinya, aka penentuan berat beban dan posisinya dapat direncanakan agar didapatkan putaran kritis yang tinggi sehingga siste pada odel poros kapal yang terpasang dengan aan dan dapat diterapkan pada poros kapal yang sesungguhnya. TINJAUAN PUSTAKA Putaran kritis pada siste poros terjadi apabila frekuensi rotasinya sudah saa dengan salah satu frekuensi diri dari siste poros tersebut ( Rao : 1995 ). Putaran kritis pada siste poros disebabkan oleh : Center of gravity beban tidak berada pada subu putar poros pada keadaan statisnya ( lihat gabar 1 ) cg e Gabar 1 : Poros dengan beban yang epunyai eksentrisitas Keterangan : Cq : center of grafity ( pusat berat ) e : eksentrisitas Dala keadaan statis terjadi lenturan poros ( lihat pada gabar 2 ) Gabar 1 : Defleksi poros statis karena beban y = defleksi statik karena assa dan assa poros y Dari kedua penyebab di atas aka terjadi jarak antara subu poros yang lurus dengan pusat berat benda sejauh ( e + y ). Bila poros diputar aka akan terjadi gaya sentrifugal, karena ada jarak antara pusat asa dengan poros ( Meirovitch, 1975 ). Diagra benda bebas dari siste poros bisa dilihat pada gabar 3. F F (e + y) Gabar 3 : Poros yang terdefleksi karena beban esentrik Fi : gaya inersia putaran Fs : gaya pegas Fc : gaya sentrifugal Diana : Fc = v²/ r = ω² ( e + x ) ²/ e + x = ω² ( e + x ) BENDA UJI Benda uji yang diaati poros ditupu oleh dua bantalan rol jarak tertentu. Ujung yang satu dibiarkan bebas sedang ujung yang lainnya dihubungkan dengan kopling. Kecepatan putaran otor diatur oleh
sebuah regulator, yang sekaligus dapat ebaca beberapa kecepatan putar otor yang telah dicapai. Supaya defleksi poros pada saat pebebanan tidak erusak otor aka diberi kopling yang terbuat dari selang plastik. Kopling diletakkan diantara poros otor dan poros yang diberi beban. VARIABEL PENELITIAN Variabel-variabel yang akan diteliti secara garis besar ada dua aca, yaitu variabel bebas dan variabel respon. Variabel bebas yaitu variabel penelitian yang tidak tergantung dengan variabel yang lain. Penentuan variabel tergantung pada peneliti. Disini variabel bebas yang digunakan yaitu posisi beban dan oen inersia poros. Posisi beban diukur dari salah satu tupuan, ada tiga level posisi beban 30 c, 50 c, dan 70 c. Jarak tupuan disini ditetapkan 140 c. Moen inersia poros juga epunyai tiga level, yaitu : 640 gr ², 1960 ², dan 4385 ². Variabel respon, yaitu variable yang tergantung dari variable bebas dan tidak bisa ditentukan terlebih dahulu. Disini variabel respon yang akan dicari adalah kecepatan putaran kritis. RANCANGAN PENELITIAN Metode yang digunakan dala penelitian ini adalah etode penelitian nyata ( true eksperienntal research ) dengan odel rancangan faktorial 3 x 3 yaitu 3 level oen inersia dan 3 posisi beban. Sedangkan paraeter yang diaati adalah kecepatan putar kritis. Dala pebuktian hipotesis, digunakan etode epiris, yaitu etode yang dipakai untuk ebuktikan hipotesa sesuai dengan akuulasi data yang didapat.. Pengolahan data dilakukan dengan analisis statistik, yaitu : Analisis regresi, untuk engetahui persaaan hubungan posisi beban dan oen inersia poros dengan kecepatan putar kritis poros Analisis varian dua arah, untuk engetahui pengaruh dua faktor, yaitu faktor posisi beban dan oen inersia terhadap kecepatan putar kritis poros. Rancangan eksperien yang digunakan adalah rancangan faktorial 3 x 3² dengan elakukan 3 kali untuk variasi posisi beban dan 3 kali untuk variasi oen inersia diana pengabilan data diulang 3 ( tiga ) kali sehingga diperoleh 27 data. Urutan pelaksanaan ditentukan dengan cara lotere. Tabel rancangan dapat dilihat pada tabel 1. Posisi ( c ) 30 50 70 Tabel 1. Rancangan eksperien Moen inersia poros ( gr ² ) 640 1960 4385 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Data-data yang diperoleh dari hasil penelitian adalah putaran kritis poros odel kapal pada beberapa kobinasi variabel bebas sesuai dengan rancangan penelitian. Dari dua variabel bebas, dengan ebuat 3 level dan 3 kali pengulangan aka diperoleh 27 data. Selanjutnya data dianalisis. Statistik yang digunakan untuk enganalisis data hasil penelitian adalah : analisis regresi dengan sofware Excel dan analisis varian dengan sofware SPSS. Analisis regresi adalah untuk engetahui persaaan dan grafik hubungan antara asing-asing variabel bebas dengan variabel respon. Sedangkan analisis varian untuk engetahui efek dari asing-asing atau interaksi antara berat beban dengan jarak tupuan terhadap putaran kritis poros ( variabel respon ). Dari analisis varian dapat diketahui efek yang sangat signifikan dari asing-asing atau interaksi antara posisi beban dengan oen inersia terhadap putaran kritis odel poros kapal, hal ini dapat dilihat pada tabel 2. Pada tabel 2 enunjukkan bahwa seua harga signifikan adalah nol ( 0 ). Harga ini lebih kecil dari 0,05 artinya perubahan variabel bebas dan interaksinya akan epengaruhi variabel respon khususnya pada level-level tersebut. Tabel 2 : Test efek variabel bebas dengan variabel respon
Dependent Variable: VAR00001 Source Corrected Model Intercept VAR00002 VAR00003 VAR00002 * VAR00003 Error Total Corrected Total Tests of Between-Subjects Effects Type III Su Partial Eta of Squares df Mean Square F Sig. Squared 66616.667 a 2 33308.333 211.295.000.946 35500800.0 1 35500800.00 225203.3.000 1.000 3783.333 24 157.639 35571200.0 27 70400.000 26 a. R Squared =.946 (Adjusted R Squared =.942) Selanjutnya hubungan posisi beban dengan putaran kritis poros ditunjukkan pada grafik gabar 5 pada seua level. Dari gabar grafik dapat dianalisa bahwa seakin jauh posisi beban aka putaran kritis poros akan seakin kecil secara eksponensial pada range tersebut. Ruus yang didapatkan sebagai berikut : Y = 1301,75e 2,9972x dengan R-square 0,942 Diana : x = posisi beban dari ujung ( c ) Dengan deikian bila posisi beban seakin jauh dengan tupuan aka eksentrisitas poros akan seakin besar dan sebaliknya. Seakin besar eksentrisitas poros aka akan lebih udah akan terjadi kondisi kritis. Seakin udah terjadi putaran kritis berarti putaran kritisnya seakin kecil. 1220 VAR00001 Putaran kritis poros ( RPM ) 1200 1180 1160 1140 1120 1100 Observed 1080 20 30 40 50 60 70 80 Linear Posisi beban dari ujung ( c ) VAR00002 Gabar 5 : Grafik hubungan posisi beban dengan putaran kritis poros pada posisi beban 70 c Hubungan antara oen inersia poros dengan putaran kritis poros pada posisi beban dari ujung 70 c ditunjukkan pada gabar : 6. Dari gabar tersebut terlihat bahwa seakin besar oen inersia aka seakin besar pula putaran kritis poros terjadi pada range tersebut. Ruus yang didapatkan adalah sebagai berikut : Y = 1233,98e 0,0001x dengan R-square 0,826 Diana : x = oen inersia poros ( gr ² )
1200 VAR00001 Putaran kritis poros ( RPM ) 1100 1000 900 800 700 Observed Linear 600 0 1000 2000 3000 4000 5000 Exponential VAR00003 Moen inersia poros ( gr ² ) Gabar 6 : Grafik hubungan oen inersia poros dengan putaran kritis poros pada pada oen inersia poros 4385 ² Dengan deikian seakin besar oen inersia artinya seakin besar diaeter poros aka putaran kritisnya seakin besar pada range tertentu. Tetapi apabila pada diaeter poros yang saa dan assa poros yang besar aka putaran kritis poros akan seakin kecil. KESIMPULAN Dari analisis dan pebahasan di atas aka dapat disipulkan sebagai berikut : Bahwa ada pengaruh yang signifikan antara oen inersia poros, posisi beban dari ujung, dan interaksi antara dua variabel tersebut terhadap putaran kritis odel poros di kapal. Hal ini terlihat pada uji analisis varian dengan harga signifikan nol ( 0 ) yang lebih kecil dari 0,05. Grafik hubungan antara posisi beban dari ujung dengann putaran kritis poros pada oen inersia poros dapat dilihat pada gabar 5 dengan ruus persaaannya sebagai berikut : Y = 1301,75e 2,9972x dengan R-square 0,942 Diana : x = posisi beban dari ujung ( c ) Grafik hubungan antara oen inersia poros dengan putaran kritis poros dapat dilihat pada gabar 6 dengan persaaannya sebagai berikut : Y = 1233,98e 0,0001x dengan R-square 0,826 Diana : x = oen inersia poros ( gr ² ) DAFTAR PUSTAKA Ahad, Zainun, Ir., MSc., Eleen Mesin I, PT. Refika Aditaa, Bandung, 1999 Meirovitch, Leonard, Eleents of Vibration, College of Engenering Virginia Polytechnic Institute and State University, 1975 Rao, S., Singeiresu, Mechanical Vibration, Addision-Wesley Publishing Copany, 1995.