Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957

## Simulasi Putaran Kritis Pada Poros Dengan Beban Alat Uji Putaran Kritis Menggunakan Software ANSYS
Dimas Dwi Saputra 1 , Muhamad Fitri 2
1,2) Universitas Mercu Buana Jl. Meruya Selatan No. 1 Kembangan Jakarta Barat Email: dimasdwi110@gmail.com

## ABSTRAK
Poros merupakan sebuah komponen mesin  yang berfungsi untuk  meneruskan daya. untuk  menganalisis  getaran  dan  menentukan  batas  operasi  yang  aman  dari  mesin yang  berputar,  perlu  diketahui  putaran  kritis.  Putaran  kritis  pada  poros  dapat dipelajari dengan menggunakan alat uji putaran kritis. Sebelum alat ini digunakan untuk praktikum, terlebih dahulu dilakukan simulasi putaran kritis pada poros. Di mana fungsi dari simulasi ini yaitu mengetahui nilai putaran kritis yang selanjutnya digunakan  untuk  menentukan  spesifikasi  motor  yang  sesuai  putarannya  harus  di atas  putaran  kritis  sehingga  alat  yang  di  desain  dapat  menampilkan  terjadinya putaran kritis.  Pemodelan  yang digunakan  yaitu  disk  serta  2  macam  poros  dengan panjang  600mm  dan  1000mm  menggunakan  parameter  kecepatan  sampai  6000 RPM.  Untuk  pengujian  hasil  poros  diberikan  beban/disk  di  tengah  poros  panjang 600mm  memiliki  kecepatan  putaran  kritis  2771,5  RPM  sedangkan  panjang  poros 1000mm  memiliki  kecepatan  putaran  kritis  1174,6  RPM.  Maka  dengan  hasil simulasi  dan  teori  tersebut,  alat  uji  putaran  kritis  harus  menggunakan  spesifikasi motor  dengan  kecepatan  4080  RPM  supaya  alat  tersebut  dapat  menampilkan putaran kritis.
Kata kunci: Poros, Kecepatan Putaran kritis, Simulasi Ansys, Alat Uji Putaran Kritis.

## ABSTRACT
The  shaft  is  a  machine  component  that  functions  to  transmit  power.  In  order  to analyze vibration and determine the safe operating limits of a rotating machine, it is necessary to know the critical speed. Critical rotation on a shaft can be studied using a critical  rotation  tester.  Before  this  tool  is  used  for  practicum,  a  critical  rotation simulation of the shaft is first carried out. Where the function of this simulation is to know the critical rotation value which is then used to determine the specifications of the motor according to which the rotation must be above the critical rotation so that the tool designed can display the occurrence of critical rotation. The model used is a disk  and  2  kinds  of  shafts  with  a  length  of  600mm  and  1000mm  using  speed parameters up to 6000 RPM. For testing the results of the shaft given a load/disk in the  middle  of  the  600mm  long  shaft  has  a  critical  rotational  speed  of  2771.5  RPM while the 1000mm long shaft has a critical rotational speed of 1174.6 RPM. So with the results of the simulation and theory, the critical rotation test tool must use a motor specification with a speed of 4080 RPM so that the tool can display critical rotation.
Keywords : Shaft, Critical Rotation Speed, Ansys Simulation, Critical Rotation Test Equipment.
Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957

## Pendahuluan
Poros merupakan sebuah komponen mesin  yang berfungsi untuk  meneruskan daya. Sebagai bagian komponen yang  berputar, poros memiliki beberapa jenis yaitu poros transmisi, poros spindle, poros gandar. Poros transmisi akan mengalami beban puntir  berulang. Pada poros, daya dapat diteruskan melalui gear, belt-pulley, rantai, sprocket,  dan  sebagainya.  Ada  beberapa  hal  yang  harus  diperhatikan  dalam perancangan  suatu  poros  seperti  ukuran  diameter  yang  aman  digunakan  serta tegangan yang terjadi pada poros tersebut (Ibriza & Elbi, 2022). Untuk menganalisis getaran dan menentukan batas operasi yang aman dari mesin yang berputar, perlu diketahui karakteristik dinamis poros. yang sangat penting untuk dipertimbangkan adalah putaran kritis (Anggara, 2020).
Putaran  kritis  poros  adalah  putaran  yang  mengakibatkan  terjadinya  defleksi maksimum  pada  poros.  Hal  ini  dapat  mengakibatkan  poros  berputar  dengan amplitudo yang besar, gejala ini disebut dengan whirling shaft (Solichin et al., 2015). Fenomena whirling ini terlihat poros berputar pada sumbunya dan pada saat yang sama, poros yang terdefleksi relatif berputar mengelilingi sumbu poros. Hal ini akan selalu terjadi, bahkan pada sistem yang telah seimbang. Pada sistem yang seimbang, hal ini dapat disebabkan defleksi terjadi terkait dengan nilai batas kekakuan poros (Zaki et al., 2018). Dalam penggunaannya ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan poros (Jatmoko, 2014) diantaranya :
1. Kekuatan  Poros,  suatu  poros  transmisi  dapat  mengalami  beban  puntir, lentur atau gabungan. Selain itu terdapat poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin.
2. Kekakuan Poros, meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tinggi  apabila  defleksi  puntirnya  terlalu  besar  maka  mengakibatkan ketidaktelitian atau menimbulkan getaran dan suara.
3. Putaran Kritis, bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut dengan putaran kritis.
4. Korosi,  bahan-bahan  tahan  korosi  harus  dipilih  untuk  propeler  dan  pompa bila terjadi kontak dengan media yang korosif.
Demikian  pula  untuk  poros  yang  terancam  kavitasi  dan  poros  mesin  yang sering  berhenti  lama,  maka  dari  itu  pentingnya  dalam  pemilihan  poros  yang mengakibatkan  korosif  yang  tinggi.  Untuk  dapat  mengetahui  nilai  dari  putaran kritis  maka  diperlukan  alat  uji  putaran  kritis.  Oleh  karena  itu  sebagai  rujukan penelitian, alat ini sudah ada di Lab praktikum Universitas Mercu buana. Sehingga diharapkan  dapat  mempermudah  dan  memahami  tentang  putaran  kritis.  Sebelum alat  uji  putaran  kritis  ini  digunakan  untuk  alat  praktikum.  terlebih  dahulu dilakukan simulasi putaran kritis pada poros, di mana fungsi dari simulasi ini yaitu mengetahui  nilai  putaran  kritis  sehingga  tidak  melebihi  dari  nilai  putaran  motor dan alat uji putaran kritis itu  layak digunakan pada saat praktikum.
Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957
Simulasi  menggunakan  software  telah  banyak  digunakan  dalam  penelitian untuk  memastikan  kelayakan  suatu  desain  produk  tertentu.  Diantaranya  simulasi body  mobillistrik  (Perkins  &  Herlock,  1974),  simulasi  desain  bucket  Turbin  Pelton (Damanik & Fitri, 2022).
Cara  penggunaan  perangkat  lunak  ini  membutuhkan  model  3D  berupa komponen-komponen yang disatukan menjadi suatu assembly yang telah ditetapkan materialnya  (Pratama,  2021).  SetelahPada  simulasi  ini  dilakukan  dengan menggunakan software ansys, yaitu dengan menggunakan analisis modal frekuensi sehingga  diketahui  nilai  putaran  kritis  berupa  frekuensi  natural  dari  komponen tersebut.  Ansys  merupakan  salah  satu  perangkat  lunak  yang  dapat  membantu dalam  proses  analisis  dengan  metode  elemen  hingga  baik  dalam  permasalahan statik,  dinamika,  struktural,  perpindahan  panas,  masalah  fluida  dan  juga permasalahan  yang  berhubungan  dengan  akustik  elektromagnetik  (Pranoto  et  al., 2021).

## Metode Penelitian

## 1. Alat Uji Putaran Kritis
Alat uji putaran kritis ini menggunakan Adjuster bantalan alat uji putaran kritis  juga  memiliki  jarak  minumum  600mm  dan  maksimum  1000mm.  diameter poros yang digunakan 16mm dengan material ST41 seperti gambar 1.
Gambar 1 . Alat Uji Putaran Kritis

## 2. Diagram alir penelitian
Dalam penelitian ini memiliki diagram alir berupa langkah awal hingga akhir seperti gambar 2. sebagai berikut:
Gambar 2 . Diagram Alir Penelitian

## 3. Pembuatan desain 3D
Pembuatan  komponen  alat  uji  putaran  kritis  menggunakan  Software Autodesk Invetor 2020. Dimulai dari membuat    beberapa komponen seperti poros dan  disk,  selanjutnya  komponen  tersebut  di  assembly,  sehingga  terbentuk  model simulasi  putaran  kritis.  Berikut  adalah  gambar  bagian  komponen  dari  alat  uji putaran kritis.
Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957

## Gambar 3. Poros A
Poros A memiliki spesifikasi ukuran: Panjang antar bantal : 600mm Diameter : 16mm Material  : ST41 m : 0,94 kg
Gambar 4. Poros B
Poros B memiliki spesifikasi ukuran: Panjang antar bantal : 1000mm Diameter : 16mm Material  : ST41 m : 1,57kg
Gambar 5. Disk
Disk memiliki spesifikasi ukuran: Tebal : 21,5 mm Diameter terluar : 102 mm Material : ST41 M : 1,3 kg
Gambar 6. Model Poros A Assembling Dengan Disk

## 4. Langkah Simulasi Ansys
Langkah  selanjutnya  adalah  proses  simulasi  menggunakan Software  Ansys workbench 19.2. Berikut adalah langkah dalam penggunaan simulasi :
a. Pilih analysys system modal di Software Ansys workbench 19.2.
b. Pilih Engineering data. Data dari material yang digunakan dalam simulasi. Poros  dan  disk  menggunakan  material  ST41  atau  bisa  dipilih general structural  steel. Gambar  2.7  menunjukkan engineering data.  Dalam tampilan engineering data  terdapat property  density material  dengan nilai
7850 dan young’s modulus dengan nilai 2,07
Gambar 7. Engineering data
c. Lakukan Meshing adalah  pembagian  objek  simulasi  menjadi  beberapa bagian terkecil. Di bawah ini merupakan hasil meshing dari poros A dengan disk seperti tabel 1.1 dibawah ini.
Tabel 1. Hasil Meshing Node Element Coarse 2009 314 Medium 4406 806 Fine 31852 6732
Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957
Untuk pemilihan meshing di simulasi ini memakai fitur span angle center dengan  pemilihan  tipe fine dengan  bentuk  hexahedral . Sebelumnya  di dalam fitur tersebut terdapat 3 pilihan yaitu coarse, medium dan fine.
d. Atur Displacement adalah  pengaturan  untuk  memilih  letak  tumpuan  dari simulasi yang dilakukan seperti gambar 8.
Gambar 8. Displacement
e. Atur Rotation velocity adalah pengaturan kecepatan rotasi poros. Pada penelitian ini terdapat beberapa parameter yaitu 1000rpm, 2000rpm,
3000rpm, 4000rpm, 5000rpm dan 6000rpm seperti gambar 9.

## Gambar 9. Rotation velocity

## 5. Perhitungan berdasarkan teori
Berikut adalah beberapa tahap yang perlu dilakukan dalam perhitungan yaitu :
a. Mengambil data dari sebuah poros dan disk. Data yang diperlukan antara lain  diameter( ∅ )poros,  panjang  poros  (L),  massa  poros  (m),  massa disk(M),  modulus  elastisitas  (E),  momen  inersia  penampang  poros  (I)=
Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957
d 4 /64 (kg/ ).
b. Sebelum  menghitung  massa  poros  dan  massa  disk  harus  diketahui density massa jenis (ρ) dan volumenya(v).
c. Rumus  yang  dipakai  adalah  berat  poros  diperhitungkan,  disk  dipasang ditengah poros. (RPM) (1) Sehingga : (Hz)                                                                     (2)

## 6. Analisis hasil simulasi
Kegiatan  ini  merupakan  hasil  dari  simulasi  yang  telah  dilalukan  lalu membandingkan  terhadap  perhitungan  berdasarkan  teori.  diharapkan  hasil  selisih antara simulasi dengan teori tidak terlalu jauh.

## Hasil dan Pembahasan

## 1. Simulasi ke-1
Gambar 10. Hasil Simulasi Poros A dengan Disk
hasil  simulasi  yang  didapatkan  terhadap  poros  A  dengan  disk  ukuran serta  panjang  poros  600  mm  menghasilkan  frekuensi  naturalnya sebesar 46,19 Hz dan terjadi deformasi tertinggi yang terletak di tengah disk sebesar 22,496  mm  di  mode  ke-3  seperti    gambar  3.1  sedangkan  pada  gambar  3.2 menunjukkan  diagram  campbell  dengan  hasil  putaran  kritis yang  mencapai
2771,5 RPM.
Gambar 11. Diagram Campbell Poros A Dengan Disk

## 2. Simulasi ke-2
Gambar 12. Hasil simulasi poros B dengan
Disk
Hasil  simulasi  yang  didapatkan  terhadap  poros  B  dengan  disk  ukuran serta  panjang  poros  1000  mm  menghasilkan  frekuensi  naturalnya sebesar  19,577  Hz  dan  terjadi  deformasi  tertinggi  yang  terletak  di  tengah  disk sebesar  19,995  mm  di  mode  ke-3  seperti    gambar  3.3  sedangkan  pada  gambar  3.4 menunjukkan  diagram  campbell  dengan  hasil  putaran  kritis yang  mencapai
1174,6 RPM.
Gambar 13. Diagram Campbell Poros B Dengan Disk
a. Perhitungan berdasarkan teori
Perhitungan simulasi ke-1 poros A dengan disk
(3)
= 0,94 kg M = 1,3 kg
L = 600 mm = 0,6 m
(4)
Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957

## Perhitungan simulasi ke-2 poros B dengan disk
(6)
= 1,57 kg
M = 1,3 kg
1000 mm = 1 m
(7)
(8)
b. Analisis hasil simulasi berdasarkan teori
Gambar 14. Grafik Hasil Simulasi Poros Dengan Disk Dan Hasil Teori Dengan Disk
Berdasarkan  gambar  3.5  hasil  simulasi  poros  dengan  disk  dan  hasil  teori dengan  disk,  nilai  putaran  kritis  tersebut  terdapat  perbedaan  yang  tidak  terlalu besar.  Hal  itu  terjadi  pada  perhitungan  teoritis  yang  mengabaikan  keadaan  di lingkungan  sekitar  seperti  gesekan  bearing  terhadap  poros  sedangkan  untuk simulasi,  sistem  komponen  yang  dibuat  dan  pengaturan  saat  melakukan  simulasi sudah dilakukan secara optimal.
Jurnal Unitek Vol.16 No.1 Januari - Juni 2023 e-ISSN : 2580-2582, p-ISSN: 2089-3957

## Simpulan
Pengujian hasil poros diberikan beban/disk di tengah poros panjang 600mm memiliki  kecepatan  putaran kritis  2771,5 RPM    sedangkan panjang  poros  1000mm memiliki  kecepatan  putaran  kritis  1174,6  RPM.  Maka  dengan  hasil  simulasi  dan teori tersebut, alat uji putaran kritis  harus menggunakan spesifikasi motor dengan kecepatan 4080rpm supaya alat tersebut dapat menampilkan putaran kritis.

## Daftar Pustaka
Anggara,  F.  (2020).  Validasi  Nilai  Simulasi  Faktor  Keamanan  Pada  Putaran  Kritis Poros  ST41. Quantum  Teknika :  Jurnal  Teknik  Mesin  Terapan , 2 (1),  32–37. https://doi.org/10.18196/jqt.020120
Damanik,  F.  R.,  &  Fitri,  M.  (2022). Design  Optimization  of  Composite  Resin  Pelton Turbine Bucket Using Solidworks . 12 .
Ibriza, F., & Elbi, W. (2022). Perancangan Poros Pada Mesin Pengurai Limbahkelapa Muda . 2 (12), 4179–4186.
Jatmoko,    awali;  A.  (2014).  Analisa  Kegagalan  Poros  Dengan  Pendekatan  Metode Elemen Hingga. Turbo , 2 (2), 1–6.
Perkins, H. J., & Herlock, J. H. (1974). Aerodynamic Analysis of Fiberglass E-Falco Car Body To Get Drag Coefficient With Numerical Analysis. Gec J Sci Technol , 41 (2–3), 43–52.
Pranoto,  H.,  Fitri,  M.,  &  Sudarma,  A.  F.  (2021).  Analisis Statik  Pelat  Penyambung pada Ladder Frame Chassis Untuk Kendaraan Pedesaan Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga. Rotasi , 23 (1), 18–23.
Pratama,  Z.  (2021).  Desain  Komponen  Utama  Alat  Uji  Konstanta  Pegas  Untuk
Kapasitas 50 N/Mm. Jurnal Teknik Mesin , 10 (1), 15.
https://doi.org/10.22441/jtm.v10i1.11108
Solichin, M., Laksana Guntur, H., Hendrowati, W., Annisa, A., & Daman, A. (2015). Analisa  Efek  Whirling  pada  Poros  karena  Pengaruh  Letak  Beban  dan  Massa terhadap Putaran Kritis . 364 (Snttm Xiv), 7–8.
Zaki, A., Hartono, B., & Sutoyo, E. (2018). Analisa Getaran Bearing Berbasis Variasi Jarak  Penyangga  Pada  Alat  Uji  Putaran  Kritis. AME  (Aplikasi  Mekanika  Dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin , 4 (1), 9. https://doi.org/10.32832/ame.v4i1.986