Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
ANALISIS GETARAN PADA BANTALAN LUNCUR YANG DIAKIBATKAN OLEH PENGARUH KEKENTALAN PELUMASAN Noor Eddy1, Andriyansa2, Arifin Halim3 , R.Wibawa Purbaya4 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti; 4BPPT, PUSPITEK UPT-LAGG e-mail :
[email protected]
1,2,3
ABSTRACT To maximize the production in industry that demanding all machines equipment to work continuously, the machine condition should be well maintained. Vibration analysis is one of the most effective and efficient way to analyze the machine condition. All industrial rotary machineries are using sliding bearing to support their shaft. This research used oil pump Aqua DB125 with 3 phases 4 HP electric motor, 3 phases inverter Mitsubishi Freqrol E500 and 2 sliding bearing made from bronze Babbitt material with outer and inner diameter of 57 and 49 mm. Vibrations of bearings are measured using sensor accelerator which will be received by digital signal analyzer. The signal data then translated using fast fourier transform method software that changes time to frequency domain. The analyses are held with 17 different machine rotations from 900 to 4300 rpm with 2 kinds of lubrication that are SAE30 and SAE40. The result reveals that vibration in sliding bearing using SAE40 lubricant is lower than SAE30. The frequency amplitude for bearing using SAE 30 lubricant is 14.375 m/s2 while SAE 40 only reaches 9.108 m/s2. Oil whirl appears in 1600 rpm and develops to oil whip in 4200 rpm. Transformation from oil whirl to oil whip is estimated happening in 0.45 times rpm. Keywords : vibration, sliding bearing, velocity, viscosity, digital signal analyzer, fast fourier transform, oil whirl, oil whip
PENDAHULUAN
Dalam industri, terutama mesin produksi umumnya bekerja secara terus menerus. Diperlukan suatu kondisi mesin yang baik agar hasil produksi dapat maksimal. Salah satu usaha untuk menjaga agar mesin bekerja optimum adalah dengan perawatan mesin. Salah satu cara paling efektif dan efisien untuk mengetahui kondisi mesin adalah dengan menganalisis getarannya, karena mesin yang menunjukkan gejala kerusakan akan menghasilkan sinyal getaran yang tidak biasa (Rahindradi Puntho, 2007). Mesin-mesin rotasi tinggi dalam industri umumnya menggunakan bantalan luncur sebagai penopang porosnya. Bantalan luncur memiliki karakteristik getaran yang khas pada saat beroperasi. Salah satu Karakteristik yang timbul pada bantalan luncur adalah oil whirl. Oil Whirl dapat dideteksi dengan melihat pola frekuensinya dan melihat orbit dari poros yang ditumpu bantalan luncur (Rahindradi Puntho, 2007). Bantalan luncur (journal bearings) sangat luas penggunaannya pada mesin-mesin yang memiliki elemen berputar (rotating machines), seperti turbin uap, generator, blower, kompresor, motor bakar, poros kapal laut, bahkan sebagai bantalan pada elemen yang seharusnya menggunakan bantalan gelinding rolling elements bearing. Hal tersebut karena bantalan luncur lebih baik dari bantalan gelinding (pada parameter yang dapat dianggap sama) dalam hal penyerapan getaran, tahanan terhadap gaya kejut, relatif tidak bising, dan umurnya lebih panjang. Semua karakteristik ini disebabkan oleh prinsip pelumasan bantalan luncur yang menggunakan lapisan tipis minyak pelumas saat menumpu poros. Tentu saja hal tersebut tidak lepas dari teknik desain dan pemilihan material yang terus dikembangkan. Masalah-masalah yang sering menyebabkan getaran pada suatu mesin rotary antara lain ketidakseimbangan (unbalance) elemen rotasi, ketidaklurusan (misalignment) pada kopling dan bearing, eksentrisitas (eccentricity), cacat pada bantalan antifriksi (faulty antifriction bearing), kerusakan pada bantalan sleeve (sleeve bearing), kelonggaran mekanik (mechanical looseness), buruknya sabuk penggerak (faulty drive belt), kerusakan roda gigi (gear problem), masalah listrik (electrical problem), resonansi (resonance), gaya aerodinamika (aerodynamic and hydraulic forces), gaya reciprocating (reciprocating forces), dan gesekan (rubbing) (IRD Entek, 1996). Pada bantalan luncur untuk mengurangi gesekan di antara bagian yang berputar digunakan minyak pelumas dan ini mengurangi keausan, panas, dan kerugian daya gesekan. Meskipun lapisan minyak akan mengurangi gesekan persentuhan antara metal ke metal tetapi gesekan pada lapisan minyak harus diperhitungkan di antara alat bagian yang berputar. Koefisien gesekan antara material bantalan dengan material poros jauh lebih besar dibandingan dengan gesekan antara lapisan minyak. B-111
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Faktor lain yang mempengaruhi gesekan adalah ukuran bantalan luncur, putaran, beban, dan temperatur operasi. Karena itu kerugian daya gesekan bantalan luncur dipengaruhi oleh banyak faktor yang harus dimasukkan ke dalam perhitungan (Surbakti: 2009). METODE PENELITIAN Perancangan Model Penelitian. Pada penelitian ini akan dirancang suatu simulasi bantalan luncur yang bisa diaplikasikan kedalam equipment-equipment seperti pompa dan kompresor yang merupakan bentuk sederhana dari equipment di bidang industri. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis spektrum getaran yang ditimbulkan pada bantalan luncur (sliding bearing) dengan pengaruh kecepatan aliran dan kekentalan pelumasannya.
Gambar 1. Perancangan bantalan luncur beserta dudukannya
Gambar 2. Perancangan model uji penelitian Model Penelitian terdiri atas: 1) motor listrik tiga phase dengan daya outpout 4 hp; 2) roda gigi dan gearbox; 3) pompa Oli serta Tanki Oli; 4) bantalan luncur beserta dudukannya. Perangkat penelitian: 1) Sensor Accelerometer; 2) Inverter; 3) Digital signal Analyzer “OnoSokki”; 4) Perangkat Komputer beserta software “OnoSokki”
Gambar 3. Digital signal analyzer dan Perangkat computer B-112
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Gambar 4. Set-up pengujian Keterangan gambar: 1) Perangkat komputer dengan software DSA; 2) Digital signal analyzer; 3)Inverter; 4) Model Penelitian; 5) Sensor Accelerometer Langkah-langkah dalam mempersiapkan set-up pengujian: 1) pastikan sensor Accelerometer telah tersambung pada digital signal analyzer dengan baik; 2) hubungkan kabel main power motor listrik pada inverter; 3) hubungkan kabel power inverter ketegangan listrik 3 phase; 4) aktifkan inverter dengan mengarahkan saklar yang terdapat pada belakang inverter ke posisi “On”; 5) aktifkan Digital signal analyzer ”OnoSokki”; 6) letakan sensor Accelerometer pada posisi yang sudah ditentukan untuk pengujian; 7) aktifkan Perangkat komputer beserta software “OnoSokki”; 8) susun jalur-jalur kabel dengan baik agar tidak mengganggu pada saat pengujian dilakukan; 9) periksa kembali semua langkah-langkah di atas. PEMBAHASAN Penelitian ini dilakukan dengan menguji sistem getaran pada lima kecepatan yang berbeda pada bantalan luncur dengan kondisi pelumasan yang bervariasi mulai dari kekentalan dan kecepatan alirannya. Pembahasan data hasil spektrum getaran dilakukan dengan kecepatan putaran 1200 rpm sampai dengan 4300 rpm yang diatur dengan menggunakan inverter dan untuk melihat kecepatan putaran yang sesungguhnya pada poros output menggunakan stroboscope. Pembahasan data hasil pengamatan spektrum getaran yang menggunakan perbandingan pada pelumasannya yaitu SAE 30 dan SAE 40. Berdasarkan sumber-sumber yang ada, salah satunya buku yang berjudul Vibratory Condition Monitoring Of Machines (Rao, J.S :2000), frekuensi oil whirl berada pada range 0,42-0,48 X RPM. Dengan asumsi pengambilan data menggunakan pada 0,48 X RPM, sehingga dapat diambil data untuk penentuan penelitian yaitu: data yang telah diketahui yaitu pada pada kecepatan putar 1200 rpm. Frekuensi oil whirl literatur, f = pada kecepatan putar 2800 rpm. Frekuensi oil whirl literatur, f = kecepatan putar 4300 rpm. Frekuensi oil whirl literatur, f = .
Gambar 5. Peta spektrum diagram kondisi pelumasan SAE 30 Inboard B-113
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Gambar 6. Peta spektrum diagram kondisi pelumasan SAE 30 Outboard
Gambar 7. Peta spektrum diagram kondisi pelumasan SAE 40 Inboard
Gambar 8. Peta spektrum diagram kondisi pelumasan SAE 40 Outboard Peta spektrum diagram berguna untuk melihat kondisi pemodelan dengan berbagai kecepatan putaran yaitu mulai dari kecepatan putaran 900 rpm sampai dengan 4300 rpm. Pada gambar 5 peta spektrum diagram kondisi pelumas SAE 30 inboard dapat dilihat bahwa oil whirl mulai muncul pada kecepatan putaran 1600 rpm dan oil whirl berkembang menjadi oil whip ketika kecepatan putaran mencapai 4200rpm dan pada kondisi pelumas SAE 40 inboard oil whirl muncul pada kecepatan putaran yang sama namun terdapat perbedaan dari hasil puncak amplitudonya yaitu 14,37 m/s2 pada pelumasan SAE 30 dan 9,108 pada pelumasan SAE 40. Oil whirl yang berkembang menjadi oil whip diperkirakan B-114
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
berada pada 0,45x rpm. Gambar 7 peta spektrum diagram kondisi pelumasan SAE 40 inboard dapat dilihat bahwa kondisi pemodelan terjadi unbalance karena terdapat amplitudo pada 1XRPM dan besarnya amplitudo berbanding lurus dengan kecepatan putarannya, semakin tinggi kecepatan putarannya semakin tinggi pula nilai amplitudonya. Tabel 1. Amplitudo hasil pengambilan data pada pelumasan SAE 30 Kecepatan Putaran (rpm)
Inboard (m/s2)
Outboard (m/s2)
1200
0,506
0,102
1800
1,605
0,145
2800
3,21
2,74
3400
4,243
2,44
4300
14,375
5,478
Tabel 2 Amplitudo hasil pengambilan data pada pelumasan SAE 40 Kecepatan Putaran (rpm)
Inboard (m/s2)
Outboard (m/s2)
1200
0,201
0,105
1800
1,557
0,191
2800
2,175
2,049
3400
5,66
2,312
4300
9,108
4,442
KESIMPULAN Dari proses perancangan, implementasi dan pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Menggunakan 17 tingkat kecepatan putaran yang menjadi variabel pengambilan data mulai dari kecepatan putaran 900 rpm sampai dengan 4300 rpm untuk membuat peta spektrum berdasarkan amplitudo, kecepatan putaran dan frekuensi. 2. Pada dua kondisi pelumasan dapat menyimpulkan bahwa bantalan luncur yang menggunakan kondisi pelumas SAE 40 getarannya jauh lebih kecil daripada yang menggunakan pelumas SAE 30 dengan nilai amplitudo pada SAE 30 mencapai puncak peak amplitudo pada 14,375 m/s2 sedangkan pada SAE 40 hanya mencapai 9,108 m/s2 3. Oil whirl muncul pada kecepatan putaran 1600 rpm dan berkembang menjadi oil whip pada kecepatan putaran 4200 rpm, oil whirl yang berkembang menjadi oil whip diperkirakan berada pada 0,45x rpm. 4. Hasil kegiatan eksperimen dibanding dengan hasil teoritis memiliki penyimpangan kurang dari 10%. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis ingin menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti 2. Laboratorium Aero Gasdinamika dan Getaran (LAGG) BPPT 3. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti
B-115
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
DAFTAR PUSTAKA Andriyansa. 2013. “Analisis Vibrasi Kompresor 16-K-101 Pada Unit ResidueCatalytic Cracking (RCC)”. Jakarta: Laporan Kerja Praktek. Aplikasi Predictive Maintenance pada Transmisi Roda Gigi dan Bantalan dengan Analisis Pektrum Getaran, Disajikan pada seminar Nasional ‘PEMBENTUKAN SIKAP ILMIAH Melalui Kegiatan Presentasi Karya Ilmiah, ISBN : 979-957552-2-2, UNTAR, September 2001. Charlotte, P.C. 2001. “Technical Associates Level I”. Jakarta: Vibration Manual Courtney, Stuart dan Allan Todd. 2009. “Journal Bearing Vibration”. California : Application Note Kulkarni, Sanjeev R. 2002. “Frequency Domain and Fourier Transforms”. Mobley, R. Keith. 2002. An Introduction to Predictive Maintenance (Second ed.). Heinemann. Mukti. 2013. Bantalan dan Sistem Pelumasan. Jakarta: PDF Bahan Ajar Tentang Bantalan. Noor Eddy, Pemanfaatan Soundblaster AWE 32 dan MATLAB untuk Analisis Peta spektrum cacat lokal pada Bantalan Roller – Jurnal Ilmiah POROS, ISSN 1410-6841 Volume 2, No. 1 Januari 1999. Noor Eddy,Identifikasi Cacat Lokal pada Bantalan Rol Menggunakan Spektrum Getaran dengan Bantuan Soundblaster dan Paket Program MATLAB – Jurnal Ilmiah MESIN, ISSN 1411-1330, Volume 2, No. 1 Januari 2000. Noor Eddy, Mencari Frekuensi Oil Whirl pada Bantalan Luncur dengan Analisis Getaran. – Jurnal IlmiahTerakreditasi No. 395 / DIKTI/ KEP/ 2000, POROS, ISSN 1410-6841, Volume 4, No. 2, April 2001. Noor Eddy, Kaji eksperimental untuk mendeteksi gejala awal ketidakstabilan induksi fluida pada mesin-mesin rotasi. – Jurnal Ilmiah Terakreditasi No. 02/Dikti/Kep/2002, MESIN, ISSN 1411 – 1330, Volume 6, No. 2, Mei 2004. Noor Eddy, Pengujian eksperimental bantalan luncur untuk memprediksi adanya ketidakstabilan induksi fluida, imbalance dan misalignment dengan analisis spektrum getaran dan orbit. – Jurnal Ilmiah Terakreditasi No. 23a/Dikti/Kep/2004, POROS, ISSN 1410-6841, Volume 8, No. 3 Juli 2005. Noor Eddy, Analisis getaran untuk mengetahui karakteristik komponen - komponen suatu mesin rotasi. Seminar Nasional Mesin dan Industri ( SNMI ) 2005, "Riset Aplikasi Bidang Teknik Mesin Dan Industri", Jakarta 27 – 28 September 2005, ISBN : 979 - 95752 - 5 – 7, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jakarta. Noor Eddy, Analisis Fenomena Oil Whirl pada Sistem Poros Rotor Ganda. Prosiding Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI3) 2007. ISBN : 978-979-95752-7-2. Jakarta 11 September 2007. Saptono. 2010. “Machinery Vibration Diagnostics”. Jakarta : PPT Vibrasi Rao, J.S. 2000. Vibratory Condition Monitoring Of Machines. India : CRC Pr I Llc Riyanto, Sugeng. d.k.k. 2009. “Algoritma Fast Fourier Transform (FFT) Decimation in Time (DIT) Dengan Resolusi 1/10 Hertz”. FMIPA UNY. Yogyakarta: Prosiding Seminar Nasional Romas dan Pertamina. 2010. “Training Manual Rotating Machinery Analysis”. Bandung: PDF Training. Y. W. Lee, T. P. Cheatham, Jr., and J. B. Wiesner (1949). The Application of Correlation Functions in the Detection of Small SIgnals in Noise, MIT Research Laboratory of Electronics, Technical Report No. 141. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-13161-2499100079-Chapter1.pdf/02/01/2014 http://mysuhadi.blogspot.com/2008/04/time-domain concept.html/16/01/2014 http://mechanicalbrothers.wordpress.com/2011/01/23/oil-whirl-oil-whip/(25/01/2014)
B-116
