Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
ISSN 0216-7492
ANALISA GETARAN PADA POMPA SENTRIFUGAL SISTEM PENYAMBUNGAN KOPLING SABUK UNTUK MONITORING KONDISI Erwin Martianis1 Ikhwansyah Isranuri2 Indra2 1
Mahasiswa Magister Teknik Mesin USU 2 Staf Pengajar Teknik Mesin USU
ABSTRAK Getaran yang timbul pada poros pompa sentrifugal adalah satu fenomena yang terjadi akibat dari jarak antara kedua kopling, tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling. Getaran banyak dipakai sebagai alat untuk melakukan analisis terhadap mesin-mesin baik dengan gerak maupun translasi. Pengetahuan akan getaran dan data-data yang dihasilkan sangat penting untuk perawatan maupun troubleshooting. Kemampuan ini bisa membantu perusahaan mereduksi terjadinya downtime dan dapat meningkatkan keuntungan baik dari segi produksi maupun dari umur mesin yang lebih panjang. Getaran yang timbul akibat gaya siklik melalui elemen-elemen mesin yang ada, dimana elemen-elemen tersebut saling beraksi satu sama lain dan energi didesifikasi melalui struktur dalam bentuk getaran. Dampak dari getaran adalah terjadinya suara bising, turunnya kinerja dan performa pompa serta dapat merusak komponen pada pompa terutama pada poros dan bantalan. Pada penelitian ini divariasikan, jarak kopling, tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling. Dengan variasi tersebut dapat diamati dan diketahui perilaku getaran yang terjadi dengan cara mengukur dengan mengunakan alat akur getaran vibrometer VQ-400-A OMETRON yang terhubung dengan labjak U3-LV diteruskan ke PC dalam bentuk tegangan listrik digital ke tegangan listrik analog. Model ini mengukur getaran pada arah horizontal atau sumbu X dimana titik fokus laser pada poros pompa yang berputar. Untuk menampilkan hasil pengukuran digunakan labjak yang terhubung ke PC laptop. Penelitian ini menunjukkan bahwa sabuk dengan ukuran 4,5 mm dan lebar 98 mm dengan jarak flens 7,5 cm dengan posisi pemasangan sabuk luar dalam adalah yang paling baik dimana getaran yang dihasilkan cukup rendah 1,38 mm. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi dalam pemilihan ukuran sabuk, jarak antara kedua kopling serta model konfigurasi pemasangan sabuk yang paling baik pada kopling flens.
Kata kunci : pompa sentrifugal, poros pompa, getaran, kopling sabuk, vibrometer, labjack
VIBRATION ANALYSIS ON CENTRIFUGAL PUMP BELT CLUTCH CONNECTION SYSTEM FOR CONDITION MONITORING Erwin Martianis1 Ikhwansyah Isranuri2 Indra2 1
A Student of Mechanical Engineering Magister USU 2 A Lecturer of Mechanical Engineering USU
ABSTRACT Vibration that appears on the centrifugal pump shaft is a phenomenon that occurs as a consequence of distance among both clutches, thick and wide belt as well as position configuration of belt installation on the clutches. The vibration is mostly used as a means for doing analysis toward machines either by movement or translasion. Knowledge about the vibration and the data produced is very important for maintenance or troubleshooting. This ability can help a company reduces downtime and increase benefit either from the production or long machine age. The vibration that appears is as a result of Siklik force passing through elements of machine in which the elements connect each other and the energy is divided
40
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
ISSN 0216-7492
through structure in the form of vibration. The effect of the vibration is the occurrence of noise, low pump performance and destruction of components on the pump especially on the shaft or bearing. In this research, clutch distance, thick and wide belt as well as position configuration of belt installation on the clutches are varied. With the variation, it can be observed and known that the vibration behavior can be measured using Vibrometer VQ-400-A OMETRON that connects with Labjak U3-LV continued to PC in digital electricity voltage to analog electricity voltage. This model measures the vibration on horizontal or X axis where laser focus point on the spinned pump shaft. To show the result of the measurement, Labjak is used in which it is connected to Laptop PC. This research showed that belt with the size of 4.5 mm thick and 98 mm wide with flens distance 7,5 is the best in which that the vibration produced is low. This research is expected to be a reference in choosing belt size, distance among both clutches and the best configuration model of belt installation on flens cluthes.
Keywords : Centrifugal pump shaft, vibration, belt clutch, vibrometer, labjack
1.
PENDAHULUAN
Pompa adalah salah satu mesin fluida yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan fluida tersebut. Pompa digunakan sebagai alat transportasi fluida (horizontal maupun vertikal), untuk menaikkan tekanan dan kecepatan. Dari sekian banyak pompa, yang paling sering digunakan adalah pompa sentrifugal. Hal ini terkait karena keunggulannya dibandingkan dengan pompa yang lain, yaitu : harga yang murah, konstruksi sederhana, pemasangannya mudah, kapasitas dan head yang tinggi, kemudahan operasional serta pemeliharaan (Girdhar, 2005), karena keunggulannya ini sehingga pompa sentrifugal banyak digunakan oleh industri. Namun dalam pengoperasian dilapangan sering dijumpai kegagalan, salah satu penyebabnya adalah getaran yang ditimbulkan dengan penyambungan kopling sebagai penerus putaran dan daya. Akibat getaran tersebut dapat merusak poros, bantalan, timbulnya noise, penurunan head, penurunan kapasitas hingga penurunan efisiensi dari pompa tersebut.
Menurut kurva tingkat kondisi, maka salah satu cara yang paling untuk mendeteksi awal gejala kerusakan pada mesin termasuk pompa adalah dengan menggunakan respon vibrasi.
Kopling adalah merupakan suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Berbeda dengan kopling tak tetap yang dapat dilepaskan dan dihubungkan bila diperlukan, maka kopling tetap selalu dalam keadaan terhubung (Sularso dan Suga, 1997). Kopling yang akan direncanakan pada penelitian ini adalah kopling sabuk yang dapat meneruskan putaran dan daya antara poros penggerak dengan poros yang digerakkan dengan getaran yang dihasilkan cukup kecil dan fleksibel, hal ini disebabkan karena tidak mengharuskan poros terletak pada garis lurus atau satu sumbu. Indikasi kecilnya getaran yang terjadi pada poros pompa dapat dirasakan dimana tingkat kerusakan pada poros pompa dan bantalan yang kecil. Respon vibrasi dari suatu pompa merupakan salah satu indikator yang menunjukkan kondisi mekanis dari suatu pompa. Kopling yang digunakan dalam penelitian ini adalah kopling sabuk yang dirancang dengan menggunakan sabuk yang diikat dengan menggunakan baut dan
41
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
mur dihubung antara kopling pada poros motor dengan kopling pada poros pompa. Adapun tujuan penelitian ini adalah : A. Umum Untuk mendeteksi fenomena getaran yang terjadi pada poros pompa sentrifugal dengan menggunakan sistim penyambungan kopling flens sabuk yang sebagai penerus putaran dan daya. B. Khusus 1. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi jarak masing-masing kopling. 2. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi tebal dan lebar sabuk. 3. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan konsfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling. 4. Membandingkan dengan sambungan flens tetap. Adapun manfaat penelitian ini adalah: 1. Sinyal getaran dapat dijadikan sebagai acuan untuk mendeteksi dini getaran yang terjadi pada poros pompa sentrifugal. 2. Memberikan informasi mengenai metode pengujian fenomena getaran pada poros pompa sentrifugal dan sebagai acuan untuk menghindari terjadinya getaran yang lebih besar.
ISSN 0216-7492
Kopling sabuk Kopling ini dimodifikasi untuk meneruskan momen dengan perantaraan flens sabuk yang diikat dengan menggunakan baut dan mur. Dengan demikian pembebanan yang berlebihan pada poros penggerak pada waktu dihubungkan, dapat dihindari dengan adanya sabuk yang terbuat dari bahan yang fleksibel, maka kopling menjadi tidak kaku, sehingga ketaksebarisan poros waktu pemasangan dimungkinkan. Kopling harus memenuhi sebagai berikut :
persyaratan
1. Mudah dihubungkan atau dilepaskan 2. Mampu meneruskan daya dan putaran sepenuhnya tanpa slip 3. Kuat terpasang pada porosnya 4. Tak terdapat bagian yang mudah lepas
Gambar 2. Kopling dan sabuk Pompa Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Standart pompa sesuai dengan API 610, ISO 5199, DIN 24256 (www.truflo.com).
Gambar1. Pompa sentrifugal dengan sistem penyambungan kopling flens sabuk
42
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
ISSN 0216-7492
Prinsip kerjanya dimulai dengan daya dan putaran dari motor listrik diteruskan ke poros motor dengan sistem penyambungan kopling sabuk yang diikat dengan baut dan mur diteruskan ke poros pompa sentrifugal. poros
Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini antara lain : Gambar 3. Poros pompa
2. METODOLOGI Subjek penelitian ini adalah poros pompa sentrifugal yang terhubung dengan poros motor dengan sistem penyambungan kopling sabuk yang diikat dengan baut dan mur, dipasang sesuai model instalasi sederhana. Spesifikasi pompa penelitian sebagai berikut : • Merk : Grundfos • Head : 70 m • Kapasitas : 30 ltr / det • Daya : 3700 watt • Voltage : 380 volt • Putaran : 2950 rpm
Gambar 4.. Pemasangan sabuk ke kopling
1. Motor listrik Marelli Motori yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan yang sudah ada atau akan dibuat oleh peneliti. Alat pengujian ini merupakan satu kesatuan dari komponen berikut poros motor dan flens yang terhubung dengan poros dengan daya 3700 watt dan putaran 2950 rpm, yang digunakan untuk meneruskan putaran keporos pompa . 2. Pompa sentrifugal Grundfos yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan yang sudah ada atau akan dirancang oleh peneliti. Pengujian ini merupakan satu kesatuan dari komponen berikut : motor dan flens yang terhubung dengan poros dengan daya 3700 watt dan putaran 2950 rpm terhubung dengan sistem penyambungan kopling sabuk yang meneruskan keputaran poros pompa dengan kapasitas aliran 30 liter/s, yang digunakan untuk memompa dan mensirkulasikan fluida air. 3. Poros motor yang digunakan ø43 mm dengan panjang 90 mm, digunakan meneruskan putaran ke poros pompa sentrifugal.
Gambar 5. Titik pengukuran
4. Poros pompa yang digunakan ø32 mm dengan panjang 90 mm, digunakan meneruskan putaran dari poros ke impeller pompa untuk memompa dan mensirkulasikan fluida air.
43
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
ISSN 0216-7492 0216
5. Flens motor dan pompa yang digunakan ø165 mm dengan tebal 25 mm 6. Sabuk digunakan dalam penelitian ini adalah sabuk yang terdiri dari tiga tipe ukuran seperti terlihat pada gambar 10, yang diikat dengan baut dan mur pada flens.
Gambar 6. Tachometer dan vernier caliper
7. Kamera digital Canon dan HP Nokia C2,, yang akan digunakan untuk mengabadikan eksperimental. 8. Digital Photo Contact Tachometer, digunakan untuk mengukur putaran poros pompa. Set up peralatan pengujian dilakukan untuk memperoleh data eksperimental sebagai berikut: 1. Hubungkan Vibrometer dengan power supplay dan labjack 2. Hubungkan Labjack dengan Vibrometer dengan menggunakan probe analog 3. Hubungkan labjack ke PC dengan mengunakan USB cable 4. Pasang dan operasikan vibrometer dengan tegangan 12 Volt/1A yang arusnya diatur melaui power supplay 5. Kondisikan jarak antara vibrometer dengan poros pompa dengan jarak 24 cm 6. Operasikan motor dan pompa dan biarkan bekerja berputar sekitar 20 menit untuk kestabilan putaran 7. Arahkan vibrometer laser keporos pompa dan mulai lakukan pengukuran dan pengamatan sesuai dengan variabel yang di inginkan dan labjack dapat digunakan converter ter untuk memonitor dan mengontrol kerja dari PC laptop.
Gambar7. Vibration meter dan cara mengukur
Gambar 8. Labjack
Gambar 9. Probe Analog dan USB Cable Metode pengujian yang dilakukan yaitu pengujian langsung,, dimana pada pengujian ini,, seluruh variabel nilainya didapat dari hasil pengukuran dan digunakan sebagai bahan pengamatan atau analisis. Pada pengujian ini variabel yang
44
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
digunakan terdiri dari respon getaran dan fenomena getaran. Penyelidikan getaran yang timbul akibat variasi jarak kopling, konfigurasi posisi pemasangan sabuk ke kopling, lebar dan tebal sabuk dengan titik pengukuran searah sumbu horizontal. Pengukuran dilakukan pada titik yang telah ditentukan yaitu dengan pengambilan berdasarkan time domain, dan frekuensi domain dimana titik berat pengukuran berada pada poros pompa yang berputar. Secara eksperimental pengujian dan pengambilan data dilakukan untuk memperoleh karakteristik getaran akibat dari sistem penyambungan kopling sabuk pada poros pompa.
ISSN 0216-7492
guna mendapatkan suatu hasil yang mendekati sempurna. Adapun variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah : 1) Putaran input dari motor 2) Putaran output dari motor keporos pompa 3) Jarak antara kedua kopling 4) Lebar dan tebal sabuk yang dipasang 5) Posisi pemasangan sabuk ke kopling 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 12. Pemasangan sabuk dengan jarak 5,5 cm Gambar 10. Hubungan pengukuran dan monitoring obyek pemantauan dengan analisis data
Gambar 11. Data pengamatan
Gambar 13. Pemasangan sabuk dengan jarak 6,5 cm
Sesuai dengan maksud penelitian, variabel ini menjadi fokus perhatian yang perlu dikondisikan untuk pengolahan data 45
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
ISSN 0216-7492
Hasil pengamatan dan pengukuran menunjukan :
Gambar 14. Pemasangan sabuk dengan jarak 7,5 cm
Gambar 15. Konsfigurasi posisi pemasangan sabuk luar dalam
Gambar 16. Konsfigurasi posisi pemasangan sabuk dalam-dalam
Hasil perbandingan dan analisa getaran secara keseluruhan dapat di lihat pada keterangan dibawah ini: 1. Pada pemasangan sabuk luar-dalam, untuk jarak 5,5 cm, sabuk dengan lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (2,13 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada jarak yang sama. 2. Pada pemasangan sabuk luar- dalam, untuk jarak 6,5 cm, sabuk dengan lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (1,51 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada jarak yang sama. 3. Pada pemasangan sabuk luar- dalam, untuk jarak 7,5 cm, sabuk dengan lebar 145 mm dan tebal 7,5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (1,75 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada jarak yang sama. 4. Pada pemasangan sabuk di dalam, sabuk ukuran lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,51 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm. 5. Pada pemasangan sabuk di dalam, sabuk ukuran lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,51 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm. 6. Pada pemasangan sabuk luar-dalam, sabuk ukuran lebar 120 mm dan tebal 6 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (2,03 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm. 7. Pada pemasangan sabuk didalam, sabuk ukuran lebar 120 mm dan tebal 6 mm pada jarak 7,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,61 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 6,5 cm. 46
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
8. Pada pemasangan sabuk luar-dalam, sabuk ukuran lebar 145 mm dan tebal 7,5 mm pada jarak 7,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,75 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 6,5 cm. 9. Pada pemasangan sabuk di dalam, sabuk ukuran lebar 145 mm dan tebal 7,5 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (2,44 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm.
Tabel 1. Perbandingan analisa getaran pada jarak yang berbeda lebar dan tebal sama (L98 T4,5), posisi sabuk luar dalam
ISSN 0216-7492
Gambar 17. Analisa getaran pada jarak yang berbeda lebar dan tebal sama(L98 T4,5), posisi sabuk luar dalam Tabel 2. Perbandingan jarak pemasangan flens luar dalam terhadap simpangan Jarak
T 4,5 L 98
T 6 L120
T7,5 L145
5,5
2,41
2,38
2,25
6,5
1,46
2,03
2,3
7,5
1,38
2,14
1,75
Gambar 18. Perbandingan jarak flens Tabel 3. Perbandingan jarak pemasangan flens dalam terhadap simpangan
Dari grafik pengujian pada gambar menunjukkan :
Jarak T 4,5 L98
T 6 L120
T7,5 L145
5,5
2,13
2,89
8,22
6,5
1,51
2,94
2,44
7,5
2
1,61
6,75
47
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
ISSN 0216-7492
Dari data yang didapat di PDAM Sunggal sebagai perbandingan untuk pompa dengan penyambungan kopling flens tetap dengan head dan putaran yang sama serta titik pengukuran pada bagian rumah pompa, sinyal getaran simpangannya adalah 2,1 mm 4. KESIMPULAN DAN SARAN Gambar 19. Perbandingan jarak flens
Hasil Uji Puntir Sabuk
Gambar 20. Spesimen uji
Tabel 4.Pengambilan data uji puntir sabuk
Gambar 21. Hasil Uji Puntir
Kesimpulan Sesuai dengan tujuan penelitian yaitu mendeteksi fenomena getaran yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan menggunakan sinyal getaran, maka berdasarkan hasil pembahasan dan analisa dapat disimpulkan bahwa variasi jarak flens , tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk menghasilkan tingkat getaran yang berbeda dimana, hasil penelitian menunjukkan bahwa : 1. Analisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi jarak flens 7,5 cm antara kedua kopling flens sabuk adalah simpangan yang terkecil dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 6,5 cm. 2. Analisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi tebal dan lebar sabuk dengan ukuran tebal 4,5 mm dan lebar 98 mm adalah simpangan yang terkeci dibandingkan dengan tebal 6 mm lebar 120 mm dan tebal 7,5 mm lebar 145 mm. 3. Analisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan konfigurasi posisi pemasangan sabuk luar-dalam pada kopling adalah yang terbaik dibandingkan dengan posisi dalamdalam. Hasil analisa getaran secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa sabuk dengan ukuran tebal 4,5 mm dan lebar 98 mm dengan jarak flens 7,5 cm dengan pemasangan luar-dalam adalah yang paling baik dimana simpangan getaran yang dihasikan cukup rendah yaitu : 1,38 mm. 48
Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012
ISSN 0216-7492
ISO
Saran Untuk pengembangan lebih lanjut terhadap penelitian ini maka berikut ini disampaikan beberapa saran, sebagai berikut: 1. Selain digunakan sebagai converter untuk pembacaan keluaran getaran , labjack juga dapat diujicoba untuk pembacaan keluaran seperti : pembacaan keluaran tegangan sensor, arus, daya, temperatur dan humidity, wind speed, force, pressure, strain, acceleretion, RPM, intensitas cahaya, intensitas suara, konsentrasi gas, posisi dan lain-lain. 2. Perlu pengembangan lebih lanjut mengenai penelitian sambungan kopling flens sabuk, baik dari segi material, panjang sabuk serta jumlah sabuk yang dipasang diantara kedua flens. 3. Sebelum menggunakan alat uji dan komponen pendukung lainnya perlu disesuaikan dengan kondisi dan situasi supaya hasilnya lebih sinkron dengan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA Bagiasna, Komang. Analisa Sinyal Getaran. PT. Krakatau Engeneering, Cilegon Jawa Barat Girdhar, P. dan Octo Moniz. Practical Centrifugal Pumps Design, Operation and Maintenance. Netherlands, IDC Technologies. 2005. Hajar, I. Studi Eksperimental Deteksi Fenomena Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Menggunakan Sinyal Getaran Untuk Condition Monitoring. Tesis. Medan, USU. 2010 Hariharan, V. And Srinivasan, PSS.”Vibration analysis of misaligned shaff-ball bearing sytem.” 2 (2009) 45-50.
10816-3 Evaluation Standard for Vibration Monitoring, didownload dari www.mantenimientoplanificado.co m pada 24 November 2010.
Mobley, R. K; Lindley R. Higgins dan Darrin J. Wikoff. Maintenance Engineering Handbook., Seventh Edition, NewYork, McGraw-Hill Book Company. 2008 Pain, H. J. The Physics of Vibrations and Waves. 6th Edition. London, John Wiley & Sons, Ltd. 2005. Richmond, V. A. Air Bubble and Cavitation Vibration Signatures of a Centrifugal Pump. SpectraQuest Inc. 2006. Rusli, M, Bur, M dan Hidayat, H. Analisa Getaran dan Suara Pada Rem Cakram Saat Beroperasi STTM 2010 Scheffer, C. dan Girdhar P. Practical Machinery Vibration Analysis and Predictive Maintenance. Netherlands, IDC Technologies. 2004. Suhardjono.”Analisis Sinyal Getaran untuk Menentukan Jenis dan Tingkat Kerusakan Bantalan Bola (Ball Bearing)”6 (2004) 3948 Suryanto, Elemen Mesin 1, Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik Bandung, 1995 Sularso dan Haruo Tahara. Pompa dan Kompresor Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan. Edisi Keenam, Jakarta, PT. Pradya Paramita. 2006. Teori
Vibrasi, didownload dari http://vibrasi.wordpress.com/categor y/teori-vibrasi pada 24 November 2010.
TSP Series API 610 10th Edition Process www.truflo.com Pump. didownload pada 24 November 2010.
49
