PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS BALANCING POROS FLEKSIBEL PADA PROSES TWO-PLANE BALANCING

PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS BALANCING POROS FLEKSIBEL PADA PROSES TWO-PLANE BALANCING

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh : DWI RAHMANTO NIM. I 0402026

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2007

PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS BALANCING POROS FLEKSIBEL PADA PROSES TWO-PLANE BALANCING Disusun oleh

Dwi Rahmanto I 0402026

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Triyono, ST., MT NIP. 132 233 153 R. Lullus Lambang G.H, ST., MT. NIP. 132 282 193

Didik Djoko S, ST., MT. NIP. 132 163 747

iii

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Kamis tanggal 26 April 2007

1. Wibowo, ST., MT. NIP. 132 206 656

.........................................

2. Bambang Kusharjanta, ST., MT. NIP. 132 162 023

.........................................

3. Nurul Muhayat, ST., MT. NIP. 132 206 654

.........................................

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Koordinator Tugas Akhir

Ir. Agustinus Sujono, MT. NIP. 131 472 632

Wahyu Purwo R. ST., MT. NIP. 132 282 685

37

38

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah, dan bimbingan-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menghaturkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada: 1. Bapak R. Lullus Lambang G.H, ST., MT. selaku pembimbing skripsi I dan pembimbing akademik yang dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Bapak Didik Djoko S, ST., MT. selaku pembimbing skripsi II yang telah banyak memberikan masukan-masukan yang berharga. 3. Bapak Ir. Agustinus Sujono, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. 4. Bapak Wahyu Purwo R, ST., MT. selaku koordinator skripsi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. 5. Ibu dan Bapak tercinta yang telah memberikan doa dan dukungannya. 6. Kakak dan Keponakan2-ku tersayang, yang senantiasa “mengganggu” ku. 7. Rekan-Rekan seperjuangan sewaktu ”ngelab” bersama. 8. Teman-teman Angkatan 2002 Teknik Mesin FT UNS. Penulis menyadari dengan sepenuh hati bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga penelitian yang telah penulis laksanakan yang mana dijabarkan dalam bentuk laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Surakarta, April 2007

Penulis 38

39

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK......................................................................................................... iv KATA PENGANTAR ....................................................................................... vi DAFTAR ISI...................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii DAFTAR TABEL.............................................................................................. ix BAB I. PENDAHULUAN................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1 1.2 Perumusan Masalah......................................................................... 2 1.3 Batasan Masalah.............................................................................. 2 1.4 Tujuan dan Manfaat......................................................................... 3 1.5 Sistematika Penulisan...................................................................... 3 BAB II. DASAR TEORI ................................................................................... 5 2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................. 5 2.2 Kajian Teoritis ................................................................................. 7 2.2.1 Tinjauan Getaran Mesin......................................................... 7 2.2.2 Karakteristik Getaran ............................................................. 8 2.2.3 Penyebab Getaran Mesin........................................................ 10 2.2.4 Penguraian Getaran Atas Komponennya ............................... 12 2.2.5 Frekuensi Pribadi dan Putaran Kritis Suatu Sistem ............... 15 2.2.6 Metode Balancing .................................................................. 17 2.2.7 Two-Plane Balancing............................................................. 19 BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................... 24 3.1 Diagram Alir Penelitian................................................................... 24 3.2 Alat dan Bahan ................................................................................ 25 3.3 Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 30 3.3.1 Pengembangan Sistem Poros-Piringan .................................. 30 3.3.2 Setting Rig Balancing dan Alat Ukur..................................... 30 3.3.3 Percobaan Balancing Poros-Piringan..................................... 31 3.3.4 Unjuk Kerja Hasil Balancing Serta Efektifitasnya ................ 35 BAB IV. DATA DAN ANALISA..................................................................... 37 4.1 Penentuan Putaran Kritis Sistem ..................................................... 37 4.2 Hasil Two-Plane Balancing............................................................. 46 4.2.1 Pengukuran Amplitudo dan Beda Fasa Sinyal Getaran ......... 46 4.2.2 Pengolahan Data..................................................................... 48 4.3 Unjuk Kerja Two-Plane Balancing dan Efektifitasnya ................... 55 BAB V. PENUTUP ........................................................................................... 60 5.1 Kesimpulan...................................................................................... 60 5.2 Saran ................................................................................................ 60 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 61 LAMPIRAN....................................................................................................... 63

39

40

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Tabel 4.2. Tabel 4.3. Tabel 4.4. Tabel 4.5. Tabel 4.6. Tabel 4.7. Tabel 4.8. Tabel 4.9. Tabel 4.10.

Halaman Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 600 rpm ...........................................................................................53 Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 800 rpm ...........................................................................................53 Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1000 rpm .........................................................................................54 Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1200 rpm .........................................................................................54 Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1400 rpm .........................................................................................55 Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 600 rpm .......56 Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 800 rpm .......56 Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1000 rpm .....56 Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1200 rpm .....56 Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1400 rpm .....56

40

41

DAFTAR GAMBAR

Halaman Sistem Poros-Piringan.......................................................................2 Getaran Pada Sistem Pegas-Massa Sederhana .................................7 Karakteristik Getaran .......................................................................8 Beda Fasa Antara Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan .........10 Jenis-Jenis Ketidaklurusan (Misalignment) ...................................11 Contoh Kasus Eksentrisitas ............................................................12 Simpangan Rotor yang Tidak Balance Terhadap Waktu ...............13 Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu .............................13 Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu dan Frekuensi ..... 14 Putaran Kritis Adalah Kondisi Resonansi Pada Rotor Dimana Inersia Massa Dari Rotor Menjadi Gaya Reaksi Yang Dominan ..16 Gambar 2.10. Eksentrisitas ...................................................................................19 Gambar 2.11. Metode Perhitungan Sudut Fasa Dari Sinyal Getaran dan Trigger 20 Gambar 2.12. Skematik Two-Plane Balancing .....................................................21 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian .................................................................24 Gambar 3.2. Rig Balancing .................................................................................25 Gambar 3.3. (a). Proximity Sensor; (b). Proximity Sensor Display ....................26 Gambar 3.4. Pemasangan Piezoelectric Accelerometer Sensor Sejajar dengan Proximity Sensor ............................................................................27 Gambar 3.5. Vibration meter ..............................................................................27 Gambar 3.6. Modul DSO ....................................................................................28 Gambar 3.7. Hasil Pengolahan Sinyal dengan Matlab ........................................29 Gambar 3.8. Konstruksi Piringan ........................................................................30 Gambar 3.9. Skema Rig Balancing dan Alat Ukur .............................................31 Gambar 3.10. Visualisasi Vektor Prosedur Two-Plane Balancing .......................35 Gambar 4.1. Hasil Pencatatan Amplitudo Getaran Pada Bantalan Sisi NEAR dan Sisi FAR Arah Horisontal Sistem Poros-Piringan Tanpa Pemasangan Massa Unbalance ......................................................37 Gambar 4.2. Penentuan Putaran Kritis Sistem Poros-Piringan Yang Terukur Pada Bantalan Sisi NEAR Arah Horisontal ...................................38 Gambar 4.3. Penentuan Putaran Kritis Sistem Poros-Piringan Yang Terukur Pada Bantalan Sisi FAR Arah Horisontal .......................................39 Gambar 4.4. Tampilan Sinyal Getaran Hasil Rekaman Modul DSO (contoh)....46 Gambar 4.5. Pengukuran Beda Fasa Hasil Pengolahan Program Matlab (contoh)...............................................................................47 Gambar 4.6. Visualisasi Vektor Proses Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 600 rpm ....................................................................52 Gambar 4.7. Grafik Unjuk Kerja Balancing Yang Terukur Pada Bantalan Sisi NEAR ..............................................................57 Gambar 4.8. Grafik Unjuk Kerja Balancing Yang Terukur Pada Bantalan Sisi FAR .................................................................57 Gambar 1. Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Gambar 2.9.

41

42

PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS BALANCING POROS FLEKSIBEL PADA PROSES TWO-PLANE BALANCING

ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan putaran yang efektif pada balancing poros fleksibel. Balancing dilakukan pada sistem poros-piringan dua bidang (two-plane balancing) dengan metode analisis vektor menggunakan pengukuran beda fasa respon getaran, pada lima variasi putaran poros: 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, dan 1400 rpm. Pengambilan data yakni dengan melakukan pengukuran amplitudo getaran arah horisontal pada kedua bantalan, serta pengukuran beda fasa hasil rekaman modul DSO (Digital Storage Oscilloscope), antara sinyal trigger dan sinyal getaran dengan bantuan program Matlab. Amplitudo dan beda fasa respon getaran selanjutnya digunakan untuk menentukan massa penyeimbang (counter unbalance) dan peletakannya, menggunakan metode analisis vektor. Hasil balancing kemudian diputar pada putaran yang lain untuk mengetahui efektifitas balancing yang telah dilakukan terhadap perubahan putaran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses balancing yang dilakukan mampu mereduksi getaran antara 51,22% sampai dengan 91,04%, hal ini menunjukkan bahwa balancing yang dilakukan pada putaran di bawah putaran kritis I poros-piringan (poros-rotor) adalah efektif. Selain itu, balancing yang dilakukan pada putaran yang jauh dari putaran kritis sistem adalah relatif efektif. Sedangkan balancing yang dilakukan pada putaran yang dekat dengan putaran kritis sistem adalah relatif tidak efektif. Balancing yang dilakukan di antara putaran kritis I-II dan II-III sistem, memiliki keunggulan dibandingkan balancing yang dilakukan pada putaran kerja bila ditinjau dari segi keamanan saat dilakukan proses balancing. Kata kunci: balancing, poros fleksibel, two-plane balancing, beda fasa, putaran kritis.

42

43

THE INFLUENCES OF VARIABLE SPEEDS TO EFFECTIVITY OF FLEXIBLE SHAFT BALANCING AT THE TWO-PLANE BALANCING PROCESS

ABSTRACT The purpose of this research is to get effective speed for flexible shaft balancing. Balancing is done for two plane shaft-disc system (two-plane balancing) with vector analytical method apply gauging a phase difference of vibration response, at five variable speed: 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, and 1400 rpm. Intake of data by doing gauging vibration amplitude of horizontal direction at both bearing housing, and also gauging a phase difference which record result of DSO (Digital Storage Oscilloscope) module, between trigger signals and vibration signals constructively Matlab programs. Amplitude and phase difference of vibration response, applied to determine a counter unbalance and the mounting, apply vector analytical method. Result balancing then turned around an other speeds to know effectivity balancing which have been done to transformation of speed. Research result indicate that balancing process which done can reduce vibration between 51,22% up to 91,04%, this thing indicate that balancing which done under critical speed I of shaft-disc (shaft-rotor) is effective. Besides, balancing which done at a speed which far from critical speed of system is relatively effective. While balancing which done at a speed which close to critical speed of system is relatively not be effective. Balancing which done among I-II and II-III critical speed of system, have excellence compared by balancing which done at working speed if evaluated from the angle of security when balancing process done. Key words: balancing, flexible shaft, two-plane balancing, phase difference, critical speed.

43

44

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Mesin-mesin rotasi seperti mesin-mesin perkakas, turbomachinery untuk industri dan mesin turbin gas pesawat terbang, pada umumnya terdiri dari poros yang berputar dengan putaran tertentu (Zhou and Shi, 2001). Agar dapat bekerja secara optimal maka mesin tersebut perlu dipelihara dan dirawat (maintenance). Prosedur perawatan dapat dilaksanakan secara terjadwal atau tidak terjadwal. Hal yang menyebabkan sebuah mesin dapat mengalami perawatan tidak terjadwal (unscheduled maintenance) antara lain kegagalan suatu komponen yang salah satunya diakibatkan oleh ketidakseimbangan (unbalance) pada poros putar. Ketidakseimbangan (unbalance) ini akan menyebabkan bantalan-bantalan poros menerima gaya sentrifugal tambahan yang disebabkan beban unbalance. Kondisi tersebut akan mengakibatkan getaran berlebihan yang akan menimbulkan kebisingan, dan selanjutnya akan menurunkan efisiensi mesin serta mengganggu kerja operator mesin tersebut. Balancing

merupakan

prosedur

perawatan

untuk

menghilangkan

unbalance pada mesin dengan poros putar. Berdasarkan beban unbalance yang harus diatasi, metode balancing dapat meliputi static balancing dan dynamic balancing. Static balancing merupakan prosedur menambah atau mengurangi massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan gaya unbalance. Sedangkan dynamic balancing merupakan prosedur menambah atau mengurangi massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi sampai dengan 30000-an rpm, semisal turbin, jika terjadi unbalance akan sangat membahayakan. Massa unbalance yang kecil dengan putaran yang tinggi akan menyebabkan gaya sentrifugal yang besar, yang akan menyebabkan bantalan menjadi cepat rusak dan dapat pula merusak seluruh sistem poros tersebut. Berdasarkan uraian di atas, fenomena unbalance dan prosedur balancing merupakan hal yang harus dipelajari oleh rekayasawan teknik khususnya teknik 44

45

mesin. Untuk meneliti fenomena ini, maka dilakukan penelitian yang mengembangkan proses balancing dua bidang (two-plane balancing) dengan metode analisis vektor menggunakan pengukuran beda fasa respon getaran. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui efektifitas balancing poros fleksibel, ketika dilakukan tidak pada putaran kerjanya, serta mengetahui pengaruh putaran kritis terhadap hasil balancing yang telah dilakukan.

1.2 Perumusan Masalah Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu ”Apakah efektif melakukan proses two-plane balancing poros fleksibel dengan metode analisis vektor menggunakan pengukuran beda fasa respon getaran, apabila tidak pada putaran kerjanya ?”

1.3 Batasan Masalah Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah sebagai berikut: a. Balancing yang dilakukan adalah pada sistem poros-piringan two-plane, dimana konstruksi poros-piringan dapat dilihat pada gambar 1. Piringan 2 Piringan 1 Pulley + belt

Motor AC 3 phasa ¼ HP 1400 rpm

rangka

Gambar 1. Sistem Poros-Piringan (Tim Getaran Mekanis, 2002) 45

46

b. Pada salah satu piringan dipasangkan massa unbalance. c. Getaran yang terjadi pada sistem poros-piringan hanya diakibatkan oleh massa unbalance. d. Pengukuran beda fasa respon getaran menggunakan bantuan program Matlab. e. Balancing dilakukan pada variasi putaran poros 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, dan 1400 rpm.

1.4 Tujuan dan Manfaat Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu mendapatkan putaran yang efektif untuk dilakukannya balancing pada poros fleksibel, bila dikaitkan dengan pengaruh putaran kritis terhadap hasil balancing yang telah dilakukan. Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: a. Bertambahnya pengetahuan tentang metode balancing yang dapat dilakukan pada poros fleksibel. b. Mendapatkan putaran yang aman saat dilakukannya balancing pada poros fleksibel.

1.5 Sistematika Penulisan a. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. b. Bab II Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan variable speed balancing, teori tentang getaran mesin, karakteristik getaran mesin, penyebab getaran mesin, penguraian getaran atas komponennya, frekuensi pribadi dan putaran kritis suatu sistem, metode balancing, dan two-plane balancing. c. Bab III Metode Penelitian, berisi diagram alir penelitian, lokasi serta alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, dan pelaksanaan penelitian yang meliputi pengembangan sistem poros-piringan, setting rig balancing dan alat ukur, percobaan balancing poros-piringan, dan unjuk kerja hasil balancing serta efektifitasnya. d. Bab IV Data dan Analisa, berisi data dan analisa data hasil penelitian. 46

47

e. Bab V Penutup, berisi kesimpulan penelitian dan saran yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan.

47

48

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka Getaran adalah gerakan kontinyu, acak, atau periodik dari suatu objek yang disebabkan oleh pengeksitasi alami (natural excitation) dari struktur dan kerusakan mekanis (mechanical faults) (www.migas-indonesia.com, 2005). Masalah-masalah yang sering menyebabkan getaran pada suatu mesin 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). Yongzhao dan Huasheng (1999) melakukan studi kasus pada instalasi gas compressor yang digerakkan oleh motor. Pada awalnya empat unit gas compressor bekerja dengan lancar. Selang beberapa tahun, salah satu motor penggerak mengalami penggantian. Setelah diganti, motor mengalami getaran yang tidak normal ketika beroperasi. Kemudian dilakukan penelitian untuk menemukan akar penyebabnya. Penelitian menggunakan data akuisisi berupa pengukuran respon getaran pada gas compressor dan motor, serta tampilan sinyal getaran dari spectrum analyzer. Berdasarkan data yang diperoleh, disimpulkan adanya masalah pada poros (shafting) yang diakibatkan misalignment pada kopling yang menghubungkan poros gas compressor dan poros motor. Ketidakseimbangan (unbalance) merupakan kondisi yang dialami poros putar sebagai akibat dari gaya sentrifugal, yang kemudian akan menimbulkan gaya getaran. Selanjutnya gerak poros dan gaya getaran akan diteruskan ke bantalan. Besarnya unbalance ini juga dipengaruhi oleh putaran (IRD Entek, 1996). 48

49

Suatu poros dapat mengalami unbalance, yang disebabkan oleh sifat bahan poros yang tidak homogen (lubang/void yang terjadi pada saat pembuatan poros), eksentrisitas poros, penambahan alur dan pasak pada poros, serta distorsi yang dapat berupa retakan (crack), bekas pengelasan, atau perubahan bentuk pada poros. Unbalance ini menyebabkan distribusi massa yang tidak seragam di sepanjang poros atau lebih dikenal sebagai massa unbalance (Jabir, 2003). Prosedur perawatan untuk mengurangi unbalance pada mesin disebut balancing. Balancing terdiri dari prosedur pengukuran getaran dan menambahkan atau mengurangi beban untuk mengatur (adjust) distribusi massa. Tujuan balancing adalah menyeimbangkan mesin putar, yang pada akhirnya akan mengurangi getaran (Tim Getaran Mekanis, 2002). Shi (2005) telah mengembangkan metode balancing untuk poros yang bekerja pada putaran tinggi, namun menyeimbangkan poros tersebut pada putaran lebih rendah. Putaran poros saat dilakukan balancing berada di bawah putaran kritis I dari poros (poros fleksibel). Penelitian ini menggunakan metode LowSpeed Hollow Balancing sehingga rotor dapat diseimbangkan tanpa memutar poros pada putaran tinggi (putaran kerjanya) dan pada putaran kritisnya. Penelitian tersebut menghasilkan reduksi getaran pada bantalan lebih dari 50% dibandingkan kondisi awalnya, sehingga dikatakan balancing yang dilakukan adalah efektif. Adalah sangat sulit untuk menyeimbangkan poros ketika poros tersebut beroperasi dekat dengan daerah putaran kritis. Bila daerah putaran operasi mendekati atau melebihi daerah putaran kritis maka kondisi keseimbangan akan bervariasi sesuai dengan putaran poros. Hal ini disebabkan karena deformasi elastik dari poros menyebabkan perubahan distribusi massa terhadap sumbu rotasi. Perubahan distribusi massa ini akan menyebabkan perpindahan pusat massa atau perubahan orientasi sumbu utama inersia terhadap sumbu rotasi (Abidin, 1996). Nicholas

(2000)

melakukan

penelitian

mengenai

beroperasinya

turbomachinery pada atau dekat dengan putaran kritis II, yang mana beberapa diantaranya tidak mengalami masalah yang berarti, sementara lainnya ditengarai mengalami kerusakan. Dengan melakukan analisis pada tiga varian turbin yakni: 49

50

rigid bearings and pedestals (housings), flexible bearings and rigid pedestals, serta flexible bearings and flexible pedestals, berupaya meneliti fenomena tersebut. Hasil analisis kemudian dipetakan dalam grafik untuk memprediksi letak putaran kritis II. Dari hasil analisis, varian flexible bearings and flexible pedestals menunjukkan prediksi letak putaran kritis II yang lebih akurat ketika dibandingkan hasil penentuan putaran kritis II secara aktual dengan melakukan pencatatan respon getaran pada bantalan (bearing) setiap perubahan putaran. Hasil ini menunjukkan bahwa pada masa sebelumnya, mesin-mesin dirancang beroperasi di bawah putaran kritis II, tetapi kenyataannya justru beroperasi pada atau dekat dengan putaran kritis II dikarenakan prediksi yang salah.

2.2 Kajian Teoritis 2.2.1 Tinjauan Getaran Mesin Contoh sederhana fenomena getaran dapat dilihat pada sebuah pegas yang salah satu ujungnya dijepit dan ujung lainnya diberi massa M seperti gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1. Getaran Pada Sistem Pegas-Massa Sederhana

Mula-mula sistem dalam keadaan setimbang (gambar 2.1.a). Jika massa diberi gaya F maka massa akan turun sampai batas tertentu (gambar 2.1.b). Perpindahan maksimum posisi massa bergantung pada besarnya gaya F, massa dan kekuatan tarik pegas melawan gaya F tersebut. Jika gaya sebesar F tidak dikenakan lagi pada massa, maka massa akan ditarik ke atas oleh pegas karena tenaga potensial yang tersimpan dalam pegas (gambar 2.1.c). Massa akan kembali 50

51

ke posisi kesetimbangan, selanjutnya bergerak ke atas sampai batas tertentu. Perpindahan maksimum ke atas dipengaruhi oleh kekuatan tarik pegas dan massa benda. Proses tersebut akan berulang sampai tidak ada pengaruh gaya luar pada sistem. Gerakan massa naik turun ini disebut osilasi mekanis. Berkaitan dengan mesin, getaran (machinery vibration) didefinisikan sebagai gerakan bolak-balik dari mesin atau elemen mesin dari posisi setimbang (istirahat).

2.2.2 Karakteristik Getaran Kondisi mesin dan kerusakan mekanis dapat diketahui dengan mempelajari

karakteristik

getarannya.

Pada

suatu

sistem

pegas-massa,

karakteristik getaran dapat dipelajari dengan membuat grafik pergerakan beban terhadap waktu.

Gambar 2.2. Karakteristik Getaran

Gerak beban dari posisi netralnya ke batas atas kemudian kembali ke posisi netral (kesetimbangan) dan bergerak lagi ke batas bawah kemudian kembali ke posisi kesetimbangan, menunjukkan gerakan satu siklus. Waktu untuk melakukan gerak satu siklus ini disebut periode, sedangkan jumlah siklus yang dihasilkan dalam satu interval waktu tertentu disebut frekuensi. Dalam analisis getaran mesin, frekuensi lebih bermanfaat karena berhubungan dengan rpm (putaran) suatu mesin. Karakteristik getaran suatu sistem dapat dilihat pada gambar 2.2. a. Frekuensi Getaran (Vibration Frequency) Frekuensi adalah jumlah siklus pada tiap satuan waktu. Besarnya dapat dinyatakan dengan siklus per detik (cycles per second/cps) atau siklus per menit 51

52

(cycles per minute/cpm). Frekuensi getaran penting diketahui dalam analisis getaran mesin untuk menunjukkan masalah yang terjadi pada mesin tersebut. Dengan mengetahui frekuensi getaran, akan memungkinkan untuk dapat mengidentifikasikan bagian mesin yang salah (fault) dan masalah yang terjadi. Gaya yang menyebabkan getaran dihasilkan dari gerak berputar elemen mesin. Gaya tersebut berubah dalam besar dan arahnya sebagaimana elemen putar berubah posisinya terhadap titik netral. Akibatnya, getaran yang dihasilkan akan mempunyai frekuensi yang bergantung pada putaran elemen yang telah mengalami trouble. Oleh karena itu, dengan mengetahui frekuensi getaran akan dapat diidentifikasikan bagian dari mesin yang bermasalah. b. Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan Perpindahan

(displacement),

kecepatan

(velocity),

dan

percepatan

(acceleration) diukur untuk menentukan besar dan kerasnya suatu getaran. Biasanya diwakili dengan pengukuran amplitudo getaran. Perpindahan (displacement) adalah gerakan suatu titik dari suatu tempat ke tempat lain yang mengacu pada suatu titik tertentu yang tidak bergerak (tetap). Dalam pengukuran getaran mesin, sebagai standar digunakan jarak perpindahan puncak ke puncak (peak to peak displacement), seperti terlihat pada gambar 2.2. Contohnya adalah perpindahan poros karena gerak putarnya. Jika perpindahan poros terlalu besar sampai melebihi batas “clearance” bantalan akan mengakibatkan rusaknya bantalan. Kecepatan (velocity) merupakan perubahan jarak per satuan waktu. Kecepatan gerak mesin selalu dinyatakan dalam kecepatan puncak (peak velocity). Kecepatan puncak gerakan terjadi pada simpul gelombang. Dalam getaran, kecepatan merupakan parameter penting dan efektif, karena dari data kecepatan akan dapat diketahui tingkat getaran yang terjadi. Sedangkan percepatan (acceleration) adalah perubahan kecepatan per satuan waktu. Percepatan berhubungan erat dengan gaya. Gaya yang menyebabkan getaran pada bantalan mesin atau bagian-bagian lain dapat ditentukan dari besarnya getaran. c. Fasa (Phase) Fasa didefinisikan sebagai posisi elemen getaran terhadap titik tertentu atau elemen getaran lainnya. Fasa menunjukkan perbedaan awal siklus terjadi. 52

53

Hubungan fasa antara perpindahan, kecepatan, dan percepatan diilustrasikan pada gambar 2.3, kecepatan puncak maju (peak forward velocity) terjadi pada 900 sebelum puncak perpindahan positif (peak positive displacement). Dengan kata lain, kecepatan mendahului 900 terhadap perpindahan, sedangkan percepatan tertinggal 1800 terhadap perpindahan.

Gambar 2.3. Beda fasa antara perpindahan, kecepatan, dan percepatan

Pengukuran fasa memberikan cara yang tepat untuk membandingkan gerakan getaran antara satu dengan lainnya atau untuk menentukan bagaimana suatu elemen bergetar relatif terhadap elemen lain. Pembandingan gerak relatif dari dua atau lebih elemen mesin atau struktur sering diperlukan dalam diagnosis kerusakan spesifik suatu mesin. Sebagai contoh, bila analisis menyatakan bahwa getaran suatu mesin tidak sefasa dengan getaran base-nya, maka mungkin terjadi kelonggaran baut atau mesin dari base-nya.

2.2.3 Penyebab Getaran Mesin Penyebab utama getaran adalah gaya yang berubah-ubah dalam arah dan besarnya. Karakteristik getaran yang dihasilkan bergantung pada cara bagaimana gaya penyebab getaran tersebut ditimbulkan (generated). Hal tersebut yang menjadi alasan mengapa setiap penyebab getaran mempunyai karakteristik tertentu. a. Getaran Karena Ketidakseimbangan (Unbalance) Getaran yang disebabkan oleh ketidakseimbangan (unbalance) terjadi pada 1X rpm elemen yang mengalami unbalance dan amplitudo getaran 53

54

sebanding dengan besarnya unbalance yang terjadi. Pada mesin dengan poros putar, amplitudo terbesar akan terukur pada arah radial. Unbalance dapat disebabkan oleh cacat coran, eksentrisitas, adanya alur pasak dan pasak, distorsi, korosi, dan aus. Bagian mesin yang tidak seimbang akan menghasilkan momen putar yang tidak sama besar selama benda berputar, sehingga akan menyebabkan getaran. b. Getaran Karena Ketidaklurusan (Misalignment) Sangat sulit meluruskan dua poros dan sambungannya sedemikian hingga tidak ada gaya yang menyebabkan getaran. Ketidaklurusan ini biasanya terjadi pada kopling. Tipe ketidaklurusan pada kopling dapat dibedakan menjadi tiga macam (gambar 2.4), yaitu: 1. Angular, jika sumbu kedua poros membentuk sudut dengan besar tertentu. 2. Offset, jika sumbu kedua poros paralel dan tidak berimpit satu sama lain. 3. Kombinasi, jika terjadi ketidaklurusan angular dan offset secara bersamaan dalam satu sistem.

Gambar 2.4. Jenis-Jenis Ketidaklurusan (Misalignment)

Misalignment pada kopling menghasilkan gaya dalam arah aksial dan radial, yang menyebabkan getaran dalam kedua arah tersebut. Gaya dan getaran yang dihasilkan bertambah dengan bertambahnya misalignment. Frekuensi getaran biasanya adalah 1X rpm, tetapi bila misalignment besar bisa terjadi frekuensi getaran 2X atau 3X rpm. 54

55

c. Getaran Karena Eksentrisitas Yang dimaksud eksentrisitas dalam kasus getaran adalah bahwa pusat putaran poros tidak sama dengan pusat putaran rotor. Eksentritas merupakan sumber dari unbalance dimana pada waktu berputar, berat benda di satu sisi berbeda dengan di sisi lain terhadap sumbu putar. Kasus eksentrisitas dapat terjadi pada bearing, gear, puli, dan armature motor (gambar 2.5).

Gambar 2.5. Contoh Kasus Eksentrisitas

d. Getaran Karena Kelonggaran Mekanik Kelonggaran mekanik dan resultan aksi ketuk (pounding) menyebabkan getaran pada frekuensi dua kali putaran (2X rpm). Getaran tersebut bisa terjadi akibat baut kendor, kelonggaran bearing berlebih, atau retak pada struktur bearing.

2.2.4 Penguraian Getaran Atas Komponennya Sinyal yang diperoleh melalui transducer pada pengukuran suatu getaran mesin adalah suatu gabungan berbagai respon mesin terhadap bermacam-macam gaya eksitasi dari dalam mesin serta kadang-kadang dari luar. Kunci ke arah analisis yang efektif adalah penguraian sinyal kompleks ini menjadi komponenkomponennya. Masing-masing komponen kemudian dikorelasikan dengan sumbernya. Ada dua pandangan dalam persoalan analisis getaran menjadi komponennya, yaitu : a. Domain waktu memandang getaran sebagai simpangan terhadap waktu. 55

56

b. Domain frekuensi memandang getaran berupa amplitudo sebagai fungsi frekuensi. Domain waktu memberikan gambaran fenomena getaran secara fisis sedang domain frekuensi merupakan cara yang cocok untuk mengidentifikasikan komponen-komponennya. a. Domain Waktu Dengan domain waktu, analisis dapat mengamati perubahan simpangan suatu getaran terhadap waktu secara terinci. Gambar 2.6 merupakan gambaran dalam domain waktu, yang menunjukkan simpangan rotor yang tidak balance terhadap waktu. Amplitudo sinyal sebanding dengan massa tak balance dan siklus berulang seiring dengan putaran. Sinyal ini sangat sederhana dan mudah dianalisis. Sedang dalam prakteknya, sinyal yang didapatkan sangat rumit.

Gambar 2.6. Simpangan Rotor yang Tidak Balance Terhadap Waktu (Abidin, 1996)

Bila getaran lebih dari satu komponen, maka analisis dalam domain waktu menjadi lebih sulit. Keadaan ini ditunjukan dalam gambar 2.7, yang mewakili getaran dengan dua buah sinyal sinus sebagai komponennya.

Gambar 2.7. Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu (Abidin, 1996) 56

57

Walaupun analisis sinyal dalam domain waktu untuk berbagai sinyal getaran dalam praktek sulit untuk dilakukan namun terdapat beberapa gejala getaran yang bermanfaat diamati dalam domain waktu, yaitu: ·

Analisis sinyal impuls yang berasal dari cacat pada gigi ataupun bantalan.

·

Analisis sinyal getaran yang berasal dari bagian struktur yang longgar, misalnya tutup bantalan.

·

Pengamatan fasa antar sinyal sinusoidal. b. Domain Frekuensi Dalam praktek tidak ada sinyal getaran yang keberadaannya langsung

dalam domain frekuensi. Sinyal getaran selalu terjadi dalam domain waktu tetapi untuk keperluan analisis sinyal getaran yang semula dalam domain waktu ini dapat dikonversikan ke dalam domain frekuensi. Ilustrasi tentang konsep data dalam domain waktu dan dalam domain frekuensi diperlihatkan dalam gambar 2.8.

Gambar 2.8. Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu dan Frekuensi (Abidin, 1996) Gambar 2.8.(a) menunjukkan gambar tiga dimensi (3D) dari sinyal getaran. Ketiga sumbunya yaitu: pertama adalah sumbu amplitudo, kedua adalah sumbu waktu, dan ketiga adalah sumbu frekuensi. Dengan adanya sumbu frekuensi, komponen getaran dapat digambarkan secara terpisah. Bila melihat searah dengan sumbu frekuensi, maka akan terlihat kurva sinyal dalam domain waktu (gambar 2.8.b). Bila melihat searah dengan sumbu waktu, maka akan terlihat amplitudo komponen getarannya (gambar 2.8.c) sebagai garis vertikal, 57

58

pada frekuensi masing-masing. Pernyataan sinyal dalam domain frekuensi disebut spektrum sinyal.

2.2.5 Frekuensi Pribadi dan Putaran Kritis Suatu Sistem Frekuensi pribadi atau frekuensi alami (natural frequency) selalu dimiliki oleh benda/sistem yang memiliki massa dan kekakuan, apakah benda/sistem tersebut berputar atau diam (www.migas-indonesia.com, 2005). Secara matematik dituliskan: fn =

k/m ........................................................................................ (2.1) 2p

dimana: fn = frekuensi pribadi (Hz) k = kekakuan benda (N/m) m = massa benda/sistem (kg) Frekuensi pribadi merupakan ”frekuensi kesukaan benda/sistem untuk bergetar”. Bila suatu sistem digetarkan dengan gaya pengeksitasi yang memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi pribadi sistem tersebut, maka amplitudo getaran yang terjadi akan besar. Hal tersebut disebabkan: 1. Mesin yang berputar selalu memiliki ketidakseimbangan (walaupun telah diseimbangkan). 2. Frekuensi eksitasi yang disebabkan oleh ketidakseimbangan yang berputar nilainya sama dengan frekuensi putar (frekuensi eksitasi akibat unbalance yang berputar = putaran / 60). 3. Ketidakseimbangan adalah penyebab utama getaran yang terjadi pada kebanyakan mesin, maka fenomena resonansi (terjadi amplitudo getaran yang besar) akan terjadi ketika (frekuensi pribadi = frekuensi eksitasi = putaran / 60). 4. Semakin dekat putaran mesin terhadap frekuensi pribadi ke-n, maka semakin besar kemungkinan mendapatkan masalah berupa getaran yang besar. Pada mesin-mesin rotasi biasa ditemukan fenomena meningkatnya amplitudo getaran pada putaran tertentu (Dimaragonas, 1992) yang biasa disebut sebagai putaran kritis (critical speed) dan akan berulang pada putaran selanjutnya. 58

59

Putaran kritis (critical speed) (nc) merupakan putaran yang bersesuaian dengan frekuensi pribadi (fn) sebuah benda/sistem yang bergetar (www.migasindonesia.com, 2005). Frekuensi pribadi akan mengakibatkan amplitudo getaran yang paling besar. Secara matematik dituliskan: nc = 60 ´ f n ......................................................................................... (2.2)

dimana: nc = putaran kritis (rpm) fn = frekuensi pribadi (Hz)

70%

Gambar 2.9. Putaran Kritis Adalah Kondisi Resonansi Pada Rotor Dimana Inersia Massa Dari Rotor Menjadi Gaya Reaksi Yang Dominan (Wowk, 1995) (telah diolah kembali)

Saat putaran kritis, inersia massa dari rotor meniadakan gaya reaksi yang disebabkan kekakuan poros, baik pada amplitudo dan fasa (Wowk, 1995). Akibatnya defleksi poros menjadi besar untuk gaya unbalance yang sama. Putaran kritis I suatu poros putar dapat ditentukan dengan teori lendutan poros (metode Bidang-Momen) (Wang, 1983) dilanjutkan dengan persamaan (Holowenko, 1980) sebagai berikut. N = 298,9 ´

åWn ´ Yn åWn ´ Yn

2

.................................................................. (2.3)

59

60

dimana: N = putaran kritis I (rpm) Wn = beban (Newton) Yn = ∆ = lendutan (cm) Mesin-mesin putar dalam pengoperasiannya harus menghindari semua frekuensi

pribadi

(www.migas-indonesia.com,

2005).

Misalkan

putaran

maksimum mesin pompa yang disambungkan dengan sistem perpipaan yang telah diketahui frekuensi pribadinya ( f n1 s/d f nn ) adalah 3000 rpm dan gaya eksitasi mesin pompa hanya disebabkan ketidakseimbangan (unbalance), maka frekuensi pribadi yang harus diperhatikan adalah frekuensi pribadi yang nilainya di bawah 3000/60 = 50 Hz. Namun bila masalah misalignment juga timbul karena penggunaan kopling yang menyebabkan frekuensi eksitasi sebesar 2X running speed, maka frekuensi pribadi yang harus diperhatikan adalah yang nilainya di bawah 2 x 3000/60 = 100 Hz. Dalam praktek biasanya diambil selisih frekuensi pribadi sistem dan frekuensi putar mesin minimal 10%.

2.2.6 Metode Balancing Tujuan balancing adalah menyeimbangkan mesin putar, yang pada akhirnya akan mengurangi getaran (Tim Getaran Mekanis, 2002). Getaran yang rendah (low vibration) pada mesin akan: 1. Mengurangi kebisingan 2. Menyebabkan bantalan lebih awet dipakai 3. Mengurangi kelelahan (fatigue) pada struktur rangka mesin 4. Mengurangi kelelahan dan stress pada operator mesin 5. Menaikkan efisiensi mesin 6. Mengurangi biaya perawatan mesin Sebelum tahun 1850 hanya dikenal static balancing. Mesin-mesin pada waktu itu merupakan mesin dengan putaran rendah sekitar 600 rpm. Setelah ditemukan motor listrik pada pertengahan abad 19, poros dapat berputar pada putaran 900 rpm, 1200 rpm, 1800 rpm, dan 3600 rpm. Pada putaran ini gaya sentrifugal mempengaruhi konstruksi mesin secara keseluruhan (Wowk, 1995). Saat ini balancing merupakan aspek yang sangat penting dari desain dan operasi semua mesin yang menggunakan poros putar. Pada umumnya balancing 60

61

dilakukan setelah tahap akhir proses assembling sistem, tetapi pada beberapa sistem seperti fan untuk pabrik, rangkaian roda gigi dan penggerak, balancing dilakukan segera setelah dilakukan perbaikan, rebuild dan perawatan. Sistem poros putar jarang sekali yang dapat diseimbangkan secara sempurna tetapi hanya pada derajat balance tertentu yang diperlukan agar mesin dapat bekerja dengan baik (Structures/Motion Lab, 2003). Metode balancing yang sering dilakukan di dalam laboratorium adalah single-plane balancing dan two-plane balancing (Dimaragonas, 1992; Wowk, 1995; dan Structures/ Motion Lab, 2003). Tiap metode ini menggunakan beban uji (trial weight) dan pengukuran beda fasa. Balancing biasanya dilakukan untuk putaran poros tertentu. Untuk poros kaku, balancing yang dilakukan di bawah putaran kritis I (bending) dapat efektif untuk setiap putaran poros (Structures/Motion Lab, 2003). Sedangkan untuk poros flexible yakni poros dengan perbandingan panjang terhadap diameter poros yang besar, maka balancing hanya akan efektif pada putaran poros yang tertentu saat dilakukan balancing (Wowk, 1995). Balancing yang dilakukan dekat dengan putaran kritis kebanyakan dihindari. Meskipun balancing yang dilakukan jauh dari putaran kritis akan menghasilkan respon getaran yang kecil sehingga lebih sulit diukur, akan tetapi ketika balancing dilakukan dekat dengan putaran kritis akan menghasilkan respon getaran yang besar sehingga lebih mudah diukur, namun dengan perubahan putaran sedikit saja dapat mempengaruhi pembacaan amplitudo dan fasa (Abidin, 2007). Fleksibilitas pada rotor dicapai tidak secara tiba-tiba, tetapi secara bertahap dengan bertambahnya putaran, dan meningkat secara kuadratis ketika dekat dengan resonansi atau putaran kritis. Pada kenyataannya banyak rotor akan menjadi fleksibel jika dipercepat ke putaran tinggi (Wowk, 1995). Secara umum, rotor yang beroperasi di bawah 70% dari putaran kritisnya adalah masih dalam kondisi kaku (rigid rotor), sedangkan rotor yang dioperasikan di atas 70% dari putaran kritisnya akan mengalami lendutan yang disebabkan gaya unbalance, selanjutnya disebut sebagai rotor fleksibel (flexible rotor) (IRD Entek, 1996).

61

62

Pada proses balancing yang dilakukan mendekati putaran kritis sistem, akan sering muncul ’harmonik’, yaitu ketika sistem diputar mendekati putaran kritis akan terjadi getaran yang besar, akibatnya sistem berperilaku sebagai sistem tak linier sehingga respon yang terjadi tidak lagi sinusoidal. Hal ini berarti selain frekuensi dasarnya, akan muncul frekuensi-frekuensi lain yang lebih tinggi (Abidin, 2007).

2.2.7 Two-Plane Balancing Unbalance yang disebabkan adanya eksentrisitas antara sumbu poros dengan titik berat massa yang berputar akan menimbulkan getaran yang cukup besar. Amplitudo getaran yang timbul karena berputarnya poros adalah berbanding secara kuadratis dengan putaran poros tersebut. Eksentrisitas digambarkan sebagai sistem titik massa yang berputar dengan jari-jari putar sebesar e dari titik putar seperti ditunjukkan pada gambar 2.10.

Gambar 2.10. Eksentrisitas Massa unbalance terletak pada jarak radial tertentu terhadap sumbu poros yang berputar dengan frekuensi putar yang sesuai dengan putaran kerja poros. Gaya sentrifugal yang dihasilkan berupa vektor gaya dengan amplitudo sebesar mu e w2 (massa unbalance x jarak massa unbalance ke sumbu poros x kuadrat putaran poros). Jika sepanjang poros tersebut terdapat beberapa massa unbalance maka gaya sentrifugal yang ditimbulkannya akan menyebabkan momen unbalance. Agar piringan berputar tersebut dapat mendekati keseimbangan (balance) diusahakan untuk membuat sekecil mungkin eksentrisitas yang ada dengan cara menambah atau mengurangi massa benda yang berputar tersebut. Pada umumnya penambahan massa lebih mudah dilakukan, dan tidak merusak bentuk benda.

62

63

Supaya sistem berputar dapat diseimbangkan, terlebih dahulu harus dapat diketahui posisi vektor gaya yang tidak seimbang. Besarnya massa yang ditambahkan atau dikurangi dapat diperoleh dari pengukuran dan perhitungan. Untuk dapat mengetahui vektor gaya yang tidak seimbang, digunakan instrumen pengukuran yang konfigurasinya tergantung pada metode yang dipakai untuk mengetahui unbalance suatu sistem rotari. Pada penelitian ini digunakan metode vektor. Sinyal yang dihasilkan proximity sensor berupa sinyal pemicu (trigger), sehingga untuk pengukuran beda fasa dilakukan dengan metode trigger-sensor (Wowk, 1995). Dalam metode ini sudut fasa ditentukan positif jika berlawanan dengan arah putaran poros atau sudut adalah negatif jika searah dengan arah putaran poros. Sudut fasa diperoleh dari konversi sinyal trigger dan sinyal getaran seperti ditunjukkan pada gambar 2.11. Selanjutnya sudut fasa dapat ditentukan dengan persamaan perhitungan beda fasa. puncak positif

sinyal getaran difilter pada putaran dan dikuatkan

sinyal dari photoelectric mendeteksi tiap putaran t1 T t0

satu putaran poros

Gambar 2.11. Metode perhitungan sudut fasa dari sinyal getaran dan trigger (Wowk, 1995) (telah diolah kembali) Metode trigger-sensor digunakan untuk menentukan beda fasa dengan menggunakan persamaan: F =

t1 - t 0 x 360 0 ............................................................................ (2.4) T

Beda fasa dinyatakan dengan F, variabel t1 menyatakan waktu pada saat terjadi puncak pada gelombang respon getaran (gelombang sudah difilter untuk frekuensi putaran poros). Sedangkan t0 adalah waktu mulai/referensi dari sinyal 63

64

yang dihasilkan oleh proximity sensor dan T adalah waktu total sinyal yang merupakan waktu satu putaran poros.

Signal Analyzer ch.1 ch.2

amplifier sinyal

accelerometer transmission disc

accelerometer disc

motor

bantalan

Sisi FAR

Sisi NEAR

bantalan

Gambar 2.12. Skematik Two-Plane Balancing (Wowk, 1995) (telah diolah kembali) Jika pengukuran beda fasa dapat dilakukan, maka selanjutnya dilakukan balancing menggunakan metode vektor dengan fasa (vector with phase method). Balancing dilakukan untuk two-plane balancing seperti pada gambar 2.12. Secara garis besar prosedur two-plane balancing untuk sistem poros-piringan adalah sebagai berikut: ·

Poros-piringan yang berputar yang mana sebelumnya tidak diseimbangkan akan menimbulkan suatu amplitudo getaran. Amplitudo getaran dikedua ujungnya

berbeda

dan

saling

mempengaruhi,

sehingga

diperlukan

pendeteksian bergantian diantara kedua ujung poros tersebut. Amplitudo getaran yang timbul tersebut digambarkan sebagai vektor N dan F (N : NEAR end dan F : FAR end). N dan F disebut juga sebagai efek getaran dari unbalance awal. ·

Sebuah massa yang diketahui beratnya diletakkan pada posisi sembarang pada sisi N akan menimbulkan amplitudo getaran baru yang dinyatakan sebagai vektor N2 dan F2. Kedua vektor ini mempunyai arah yang berbeda dari vektor 64

65

N dan F, karena beda fasa yang ditimbulkannya juga berbeda. Vektor N2 dan F2 ini adalah efek dari unbalance awal dan akibat dari massa yang ditambahkan (Wtn). Perbedaan dari vektor N2 – N dan F2 – F adalah efek dari Wtn saja pada sisi N dan F. Dan akan diperoleh suatu persamaan:

F2 - F = a ( N2 - N ) = a A Dengan a adalah suatu vektor operator dan disebut koefisien pengaruh. ·

Penambahan massa pada sisi F sebesar Wtf (massanya diketahui) akan menimbulkan suatu getaran baru yang dinyatakan sebagai vektor N3 dan F3. Vektor N3 dan F3 adalah efek dari unbalance awal dan efek dari penambahan Wtf. Perbedaan dari vektor N3 – N dan F3 – F adalah efek dari Wtf saja pada sisi N dan sisi F. Selanjutnya akan diperoleh suatu persamaan sebagai berikut:

F3 - F = b ( N3 - N

)=

bB

Dengan b adalah suatu vektor kuantitas dan disebut sebagai koefisien pengaruh. ·

Berat sesungguhnya yang harus ditambahkan untuk menyeimbangkan sistem dapat ditentukan dengan persamaan berikut: Wbn = q Wtn Ditentukan

q

dan

dan

f

Wbf = f Wtf adalah

vektor

q A + f ( b B ) = - N dan f B + q ( a A q =

(F

- N) (1 - a b )A

dan f =

)=

operator,

dengan

hubungan

- F . Sehingga diperoleh

(N

- F) (1 - a b )B

Jika q dan f diperoleh, maka Wbn dan Wbf dapat diketahui, yaitu massa sesungguhnya yang harus ditambahkan pada sisi N dan sisi F. ·

Untuk menempatkan massa counter unbalance yang sesungguhnya, harus dilihat arah putaran dari rotor yang akan diseimbangkan. Jika sudut penempatan massa bertanda negatif (-) maka harus ditempatkan pada sudut yang telah diketahui dan dimulai dari titik referensi dengan arah searah dengan arah putaran poros, begitu juga sebaliknya. Unjuk kerja balancing yang telah dilakukan ditunjukkan dengan adanya

reduksi getaran, yaitu penurunan besarnya respon getaran sistem poros-piringan

65

66

setelah diseimbangkan. Reduksi getaran ditentukan dengan menggunakan persamaan:

%reduksi =

amplitudo unbalance - amplitudo balance ´ 100% ......... (2.5) amplitudo unbalance

Amplitudo unbalance adalah besarnya respon getaran arah horisontal yang terukur pada bantalan sisi NEAR dan FAR setelah sistem poros-piringan dipasangkan massa unbalance. Sedangkan amplitudo balance merupakan besarnya respon getaran arah horisontal yang terukur pada bantalan sisi NEAR dan FAR setelah sistem poros-piringan dipasangkan massa penyeimbang (counter unbalance).

BAB III 66

67

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian Rangkaian kegiatan penelitian seperti terlihat pada gambar 3.1 berikut: MULAI

Pengembangan sistem poros-piringan Setting rig balancing dan alat ukur Percobaan balancing poros-piringan Pemasangan massa unbalance (Sistem unbalance)

Menentukan putaran kritis

Two-plane balancing pada variasi putaran (600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm) Data-data amplitudo getaran (N, N2, N3, F, F2, F3)

Data-data rekaman tampilan DSO Pengolahan dan pengukuran beda fasa dengan Matlab

Perhitungan massa counter unbalance dan peletakannya dengan metode vektor Sistem yang ‘balance’ Tidak Reduksi getaran > 50% ? Ya Penelitian unjuk kerja balancing serta efektifitasnya divariasikan pada putaran (600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm) Analisis data Pembahasan Kesimpulan

SELESAI

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian 3.2 Alat dan Bahan 67

Data putaran kritis

68

Balancing dilakukan pada sistem poros-piringan yang sudah tersedia di Laboratorium Getaran Mekanis Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. Konstruksi poros-piringan dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Rig Balancing (Lab. Getaran Mekanis Teknik Mesin FT UNS)

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Alat Simulator Two-Plane Balancing (Rig Balancing) 2. Proximity sensor 3. Proximity sensor display (Panel tachometer) LUTRON DT 236 4. Piezoelectric accelerometer sensor 5. Vibration meter LUTRON VB 8200 6. Vibration meter LUTRON VB 8202 7. DSO AUTECH 2 channel connect to PC 8. Komputer + Software Matlab 7.0.1 9. Printer HP Deskjet 3920 10. Motor listrik 3 phasa ¼ HP 11. Inverter 12. Kabel BNC 13. Magnetic stand 14. Timbangan digital dan seperangkat massa uji a. Alat Simulator Two-Plane Balancing (Rig Balancing) 68

69

Alat ini digunakan untuk memeragakan balancing. Dibuat dari rangka besi profil U dan L serta dilengkapi oleh dua buah piringan (disc) yang terbuat dari aluminium bermassa @ 1450 gram. Digerakkan oleh motor listrik 3 phasa, ¼ HP, dengan putaran maksimal 1400 rpm. Motor listrik dilengkapi dengan inverter untuk mengatur putaran poros. Poros motor dan poros-piringan dihubungkan dengan menggunakan sabuk dan puli. Pada poros motor dipasangkan puli berdiameter 3 inchi, sedangkan pada poros piringan dipasangkan puli berdiameter 2 inchi, sehingga diperoleh putaran poros piringan maksimal 2163 rpm. b. Proximity Sensor Proximity sensor ini digunakan untuk menghitung putaran poros-piringan. Alat ini akan menghasilkan sinyal trigger yang diperlukan dalam pengukuran beda fasa. Pada poros-piringan dipasang plat logam tipis yang mana posisi plat tersebut dianggap sebagai titik referensi pada pengukuran beda fasa. Hasil pengukuran putaran poros ditampilkan pada proximity sensor display (panel tachometer).

(a)

(b)

Gambar 3.3. (a). Proximity Sensor; (b). Proximity Sensor Display

c. Piezoelectric Accelerometer Sensor Sensor accelerometer berfungsi untuk mengubah sinyal getaran menjadi sinyal tegangan listrik. Sensor ini dipasang pada bantalan sisi NEAR dan FAR arah horisontal. Pemasangan accelerometer sejajar dengan proximity sensor seperti gambar 3.4 berikut:

69

70

Piezoelectric Accelerometer Sensor

Proximity Sensor

Gambar 3.4. Pemasangan Piezoelectric Accelerometer Sensor Sejajar dengan Proximity Sensor d. Vibration meter Vibration meter digunakan untuk mengukur amplitudo getaran yang timbul pada sistem poros-piringan. Amplitudo getaran (RMS) dapat dibaca pada display alat dan dengan satuan percepatan m/s2.

Gambar 3.5. Vibration meter

e. Digital Storage Osciloscope (DSO) Osiloskop digunakan untuk mengetahui bentuk gelombang, amplitudo, dan beda fasa dari sinyal-sinyal yang masuk ke osiloskop. Sensor accelerometer dan proximity sensor dihubungkan dengan modul DSO. Modul DSO berfungsi sebagai A/D C yang mengubah sinyal analog dari accelerometer dan proximity sensor menjadi sinyal digital. Modul DSO ini dihubungkan dengan komputer untuk menampilkan sinyal-sinyal tersebut selama poros piringan berputar. Transfer data yang cepat dari DSO ke memori komputer menyebabkan sinyal 70

71

dapat ditampilkan hampir secara langsung seperti halnya ketika menggunakan osiloskop analog.

Gambar 3.6. Modul DSO

f. Komputer, Software Matlab, dan Printer Komputer berfungsi untuk menampilkan sinyal getaran dan sinyal trigger yang diterima oleh DSO. Komputer dilengkapi dengan program yang terintegrasi dengan DSO sehingga data dapat direkam. Spesifikasi komputer yang digunakan pada penelitian ini yaitu processor Intel Celeron 1,8 GHz, 512 RAM dan HardDisk 40 GB. Penelitian ini mengembangkan program dengan software Matlab yang berfungsi untuk mencari beda fasa sinyal getaran dari accelerometer terhadap sinyal trigger dari proximity sensor. Program Matlab akan menganalisis sinyal diskrit yang disimpan dalam file ekstensi DSO. Algoritma pemrograman secara singkat dapat ditunjukkan sebagai berikut: 1. Baca file data yang disimpan dalam FILE_NAME.DSO 2. Tentukan parameter-parameter sinyal yang direkam, yaitu banyaknya data diskrit serta frekuensi sampling sesuai setting modul DSO 3. Pisahkan data sinyal getaran dari sinyal trigger. Sinyal getaran yang terekam mempunyai bentuk sinusoidal acak, sedangkan sinyal trigger berbentuk impuls yang lebar 4. Analisis sinyal untuk sinyal getaran, sedangkan sinyal trigger tidak perlu dianalisis lebih lanjut. Untuk sinyal getaran dilakukan pengolahan sinyal dengan urutan sebagai berikut: 4.1. Filter sinyal getaran dengan ‘filter; moving average, diperoleh sinyal 1 71

72

4.2. Tentukan frekuensi cut off untuk Low Pass Filter dan High Pass Filter sesuai dengan frekuensi sinyal trigger (putaran poros dibagi 60) pada saat pengukuran getaran tersebut dilakukan 4.3. Filter sinyal 1 dengan Low Pass Filter 200 Hz, diperoleh sinyal 2 4.4. Filter sinyal 2 dengan Low Pass Filter, diperoleh sinyal 3 4.5. Filter sinyal 3 dengan High Pass Filter, diperoleh sinyal 4 4.6. Tampilkan sinyal 4 dan sinyal trigger dalam satu grafik Filter Low Pass 200 Hz berfungsi untuk memotong frekuensi sinyal dari ‘filter; moving average sampai batas frekuensi tertinggi 200 Hz. Selanjutnya digunakan Filter Low Pass dan High Pass secara bertahap untuk memindai sinyal getaran pada frekuensi sinyal trigger. Sinyal getaran selanjutnya ditampilkan bersama dengan sinyal trigger dan kemudian dapat ditentukan beda fasa sinyal tersebut terhadap sinyal trigger. Hasil pengolahan sinyal dengan program Matlab ditunjukkan pada gambar 3.7. Beda fasa sinyal getaran terhadap sinyal trigger ditentukan dari gambar 3.7.(c). Hasil pengolahan program Matlab yang berupa grafik beda fasa akan dicetak oleh printer. Spesifikasi printer yang digunakan dalam penelitian ini adalah HP Deskjet 3920.

Amplitudo

100

0

-100 0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

0.18

0.2

0.22

0.18

0.2

0.22

Sinyal moving average Amplitudo

50

0

-50 0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Sinyal untuk mencari beda fasa Amplitudo

4 2 0 -2 0.06

0.08

0.1

0.12

0.14 waktu (detik)

0.16

Gambar 3.7. Hasil Pengolahan Sinyal dengan Matlab. 72

73

3.3 Pelaksanaan Penelitian Pelaksanaan penelitian ini dapat dibagi dalam beberapa tahap. Secara umum tahapan tersebut adalah: tahapan pengembangan sistem poros-piringan, setting rig balancing dan alat ukur, percobaan balancing poros-piringan dan penelitian unjuk kerja balancing serta efektifitasnya. 3.3.1 Pengembangan Sistem Poros-Piringan Dalam penelitian ini piringan adalah sebagai tempat pemasangan beban ‘spot’ (heavy spot) yang berfungsi untuk memberikan beban unbalance yang dapat diukur amplitudo dan letak pemasangannya (posisi sudut heavy spot). Piringan pada kondisi awal mempunyai lubang-lubang dengan interval 100, untuk pemasangan beban spot. Dengan konstruksi seperti ini tidak akan dimungkinkan interval sudut yang presisi. Piringan modifikasi dengan alur sisi luar pada tepinya dapat digunakan untuk meletakkan beban spot dan massa trial (dalam proses balancing) dengan lebih presisi (tidak terbatas hanya pada interval 100). Piringan dibuat dari bahan aluminium dengan cara pengecoran kemudian dilakukan permesinan. Piringan harus ringan agar tidak memberikan pembebanan yang berlebihan pada poros dan bantalan-bantalan. Konstruksi piringan dapat dilihat pada gambar 3.8.

(a)

(b)

Gambar 3.8. Konstruksi Piringan: (a). semula; (b). modifikasi (a). Piringan semula (dengan lubang interval 100) (b). Piringan modifikasi (dengan alur sisi luar) 3.3.2 Setting Rig Balancing dan Alat Ukur Rig balancing menggunakan motor listrik untuk memutar struktur porospiringan. Motor yang digunakan adalah motor listrik 3 phasa, 1/4 HP, putaran motor maksimal 1400 rpm. Motor listrik dilengkapi dengan inverter untuk 73

74

mengatur putaran poros. Poros motor dihubungkan dengan poros-piringan menggunakan sabuk dan puli. Pada poros motor dipasangkan puli berdiameter 3 inchi, sedangkan pada poros-piringan dipasangkan puli berdiameter 2 inchi, sehingga diperoleh putaran poros-piringan maksimal 2163 rpm.

Gambar 3.9. Skema Rig Balancing dan Alat Ukur

3.3.3 Percobaan Balancing Poros-Piringan Prosedur pengambilan data dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Memasangkan massa unbalance pada piringan sisi NEAR (beban ini tidak dilepas atau dipindahkan selama penelitian berlangsung). 2. Memutar sistem poros-piringan dengan jalan menghidupkan motor melalui inverter. 3. Menentukan putaran kritis sistem dengan jalan mencatat setiap perubahan amplitudo getaran pada bantalan sisi NEAR dan FAR arah horisontal yang ditampilkan pada vibration meter, untuk setiap perubahan putaran hingga 1400 rpm. Kemudian motor dimatikan. 4. Menghidupkan motor.

74

75

5. Mencatat penunjukan amplitudo getaran pada bantalan sisi NEAR (N) dan sisi FAR (F) yang ditampilkan pada vibration meter setelah 3 menit berselang (getaran yang terjadi sudah stabil). 6. Merekam tampilan sinyal getaran pada bantalan sisi NEAR dan FAR menggunakan modul DSO yang mana akan digunakan untuk analisis beda fasanya. Kemudian mematikan motor. 7. Memasangkan massa uji (trial mass) Wtn (dalam gram) ke piringan NEAR pada posisi 00 (segaris dengan plat reflektor tachometer) atau dengan kata lain Wtn mempunyai beda fasa 00, selanjutnya melakukan prosedur nomer 4 dan 5. Penunjukan amplitudo getaran pada bantalan sisi NEAR dicatat sebagai N2, pada bantalan sisi FAR dicatat sebagai F2. Selanjutnya melakukan langkah nomer 6. 8. Memindahkan massa uji (trial mass) Wtn (dalam gram) yang selanjutnya disebut sebagai Wtf ke piringan FAR pada posisi 00 (segaris dengan plat reflektor tachometer) atau dengan kata lain Wtf mempunyai beda fasa 00, selanjutnya melakukan prosedur nomer 4 dan 5. Penunjukan amplitudo getaran pada bantalan sisi NEAR dicatat sebagai N3, pada bantalan sisi FAR dicatat sebagai F3. Selanjutnya melakukan langkah nomer 6. 9. Melakukan pengukuran beda fasa (mengolah hasil rekaman DSO) dengan program Matlab, dilanjutkan dengan melakukan perhitungan massa counter unbalance beserta peletakannya dengan metode analisis vektor. 10. Memutar sistem yang telah diseimbangkan dan melakukan pengukuran nilai amplitudo akhir getaran pada bantalan sisi NEAR (Na) dan FAR (Fa) dengan vibration meter, kemudian dihitung reduksi getaran yang dihasilkan. 11. Melakukan langkah 4 s/d 10 untuk variasi putaran poros 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, dan 1400 rpm. Data-data yang akan diperoleh dari prosedur kerja nomer 5 s/d 9 adalah sebagai berikut: SISI N

SISI F

N

=

………..

F

=

………..

Beda fasa

=

………..

Beda fasa

=

………..

75

76

SISI N

SISI F

N2

=

………..

F2

=

………..

Beda fasa

=

………..

Beda fasa

=

………..

SISI N

SISI F

N3

=

………..

F3

=

………..

Beda fasa

=

………..

Beda fasa

=

………..

N, N2, N3 dan F, F2, F3 menunjukkan amplitudo getaran hasil pengukuran vibration meter dan menyatakan besarnya vektor. Beda fasa merupakan hasil pengolahan program Matlab dan menyatakan arah vektor. Penelitian ini telah mengembangkan program komputer untuk menghitung massa counter unbalance Wbn dan Wbf seperti disarankan oleh Wowk (1995). Analisis vektor pada proses two-plane balancing dapat dituliskan sebagai berikut: Langkah I (Konversi data polar menjadi bentuk rectangle) N

=

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

N2 =

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

N3 =

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

F

=

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

F2

=

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

F3

=

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

Langkah II (Menentukan parameter A, B, a A, bB, ab , bF dan aN) Dari persamaan : F2 - F = a ( N2 - N ) = a A maka A

=

N2 - N

=

………..

-j

……… =

……..

< ………

aA

=

F2 - F

=

………..

-j

……… =

……..

< ………

a =

F2 - F = N2 - N

< <

=

<

dan dari persamaan : N3 - N = b ( F3 - F ) = b B B

=

F3 – F

=

………..

-j

……… = ……..

< ………

bB

=

N3 - N

=

………..

-j

……… = ……..

< ………

b =

N3 - N = F3 - F

< <

=

<

76

77

sehingga: ab

=

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

bF

=

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

aN

=

………..

<

………..

=

………..

+j

………..

Langkah III (Menghitung b F - N, a N - F dan 1 - a b) bF - N

=

………..

+j

……….. = ………..

< …………….

aN -F

=

………..

+j

……….. = ………..

< …………….

1 - ab

=

………..

+j

……….. = ………..

< …………….

Langkah IV (Menentukan q , f ,Wbn dan Wbf)

(bF - N ) = ( 1 - ab ) A ( aN - F ) = ( 1 - ab ) B

q = f =

= ……………….. = ……………….

diperoleh: Wbn

= q Wtn =

Wbf

……………

x

……………

= ………. < ………….

x

……………

= ………. < ………….

= f Wtf =

……………

Pengecekan metode analisis vektor pada prosedur di atas adalah sebagai berikut: - N = qA + f b B - F = fB + q aA , dengan:

qA f bB fB q aA

………...

<

……….

x

……….

=

………...

<

……….

=

………. + j ……….

=

………...

<

……….

x

……….

=

………...

<

……….

=

………. + j ……….

=

………...

<

……….

x

……….

=

………...

<

……….

=

………. + j ……….

=

………...

<

……….

x

……….

77

<

……….

=

<

<

<

……….

……….

……….

78

=

………...

<

……….

=

………. + j ……….

sehingga: -N

=

………...

+j

……….

=

……….

<

……….

-F

=

………...

+j

……….

=

……….

<

……….

Prosedur analisis vektor di atas dapat ditunjukkan secara grafis pada gambar 3.10.

0

O

O

0 A=

N2

N

aA

= bB

N3

-N

N3

2-

F

F2

N2 B=

F3

-F

F3

N

F

(a)

(b) O

O

0

0

N

F aN - F

F-N

=F

aN

bF

(c)

(d)

O

0

0

A - abA

O

B - abB abA abB A B

(e)

(f)

Gambar 3.10. (a),(b),(c),(d),(e),(f) Visualisasi Vektor Prosedur Two-Plane Balancing 3.3.4 Unjuk Kerja Hasil Balancing Serta Efektifitasnya Setelah proses balancing selesai dilakukan (reduksi getaran pada bantalan sisi NEAR dan FAR masing-masing > 50%), selanjutnya dilakukan pengujian untuk menentukan efektifitas balancing yang telah dilakukan terhadap putaran 78

79

poros. Sistem poros-piringan hasil balancing tadi diputar pada variasi putaran 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, dan 1400 rpm. Untuk tiap-tiap putaran ini dilakukan pengukuran besarnya amplitudo getaran arah horisontal pada bantalan sisi NEAR dan FAR. Karakteristik getaran terhadap putaran poros perlu dipelajari agar dapat ditentukan efektifitas balancing poros fleksibel yang dilakukan tidak pada putaran kerjanya. Gagasan penelitian ini didasarkan pada pengembangan metode balancing dengan multi sensor yang dilakukan oleh Shi (2005).

79

80

BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1 Penentuan Putaran Kritis Sistem Pengambilan data diawali dengan melakukan pencatatan amplitudo getaran pada bantalan sisi NEAR dan sisi FAR arah horisontal, pada kondisi sistem poros-piringan tanpa pemasangan massa unbalance, seperti terlihat pada gambar 4.1 berikut. Data selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 4.

AMPLITUDO GETARAN SISTEM POROS-PIRINGAN TANPA PEMASANGAN MASSA UNBALANCE

AMPLITUDO GETARAN (m/s2)F

3

2

1

0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000 1100

1200 1300 1400 1500

PUTARAN (rpm) Bantalan Sisi NEAR

Bantalan Sisi FAR

Gambar 4.1. Hasil Pencatatan Amplitudo Getaran Pada Bantalan Sisi NEAR dan Sisi FAR Arah Horisontal Sistem Poros-Piringan Tanpa Pemasangan Massa Unbalance

Dari gambar 4.1 terlihat bahwa besarnya amplitudo getaran kondisi awal dari sistem poros-piringan adalah kecil, bila dibandingkan hasil pencatatan amplitudo getaran sistem poros-piringan setelah dipasangkan massa unbalance (gambar 4.2 dan gambar 4.3). Dengan kata lain, kondisi awal dari sistem porospiringan adalah relatif seimbang (balance). Perbedaan nilai amplitudo getaran sisi NEAR dan sisi FAR (sisi dipasangkannya sabuk penggerak) adalah tidak terlalu signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi masalah pada sabuk 80

81

penggerak (faulty drive belt) yang biasanya akan menyebabkan getaran berlebihan pada frekuensi 1X, 2X, 3X, dan 4X frekuensi sabuk (Mobley, 1999). Selanjutnya untuk mengetahui putaran kritis (critical speed) sistem porospiringan (setelah dipasangkan massa unbalance), dilakukan dengan jalan mencatat amplitudo getaran setiap perubahan putaran. Hasil pencatatan amplitudo getaran yang terukur pada bantalan sisi NEAR dan sisi FAR arah horisontal terlihat pada gambar 4.2 dan gambar 4.3. Data selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 5 dan lampiran 6.

A M P LIT UD O G E T A R A N S IS T E M P O R O S - P IR IN G A N D E N G A N P E M A S A N G A N M A S S A UN B A LA N C E Y A N G T E R UKUR P A D A B A N T A LA N S IS I N E A R A R A H H O R IS O N T A L

22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6

(1168 ; 4,6) 5 4

(883,1 ; 2,8)

3

(463,4 ; 1,7)

2 1 0 0

100

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 P UT A R A N ( rpm)

Gambar 4.2. Penentuan Putaran Kritis Sistem Poros-Piringan Yang Terukur Pada Bantalan Sisi NEAR Arah Horisontal 81

82

A M P LIT UD O G E T A R A N S IS T E M P O R O S -P IR IN G A N D E N G A N P E M A S A N G A N M A S S A UN B A LA N C E Y A N G T E R UKUR P A D A B A N T A LA N S IS I F A R A R A H H O R IS O N T A L

22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10

(1187 ; 8,8)

9 8 7 6 5 4

(883,1 ; 2,5)

3

(463,4 ; 2,0)

2 1 0 0

100

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 P UT A R A N ( rpm )

Gambar 4.3. Penentuan Putaran Kritis Sistem Poros-Piringan Yang Terukur Pada Bantalan Sisi FAR Arah Horisontal Dari gambar 4.2 dan gambar 4.3 terlihat bahwa putaran kritis (critical speed) I, II, dan III berturut-turut terjadi pada 463,4 rpm (7,72 Hz), 883,1 rpm (14,72 Hz), dan ± 1175 rpm (19,58 Hz). Dari kedua gambar tersebut juga terlihat bahwa gaya sentrifugal akibat pemasangan massa unbalance akan meningkat seiring bertambahnya putaran poros (Wowk, 1995). Penentuan putaran kritis I untuk poros-piringan saja, secara teoritis menggunakan metode Bidang-Momen (Wang, 1983) sebagai berikut.

82

83

Dimensi poros-piringan (poros-rotor): ·

Panjang poros = 90 cm

·

Massa 2 buah piringan = @ 1450 gram

·

Diameter poros = 2 cm

·

Massa unbalance = 129,64 gram

pulley 0,1148 kg = 1,1262 N

piringan + massa unbalance = 1,45 kg + 0,12964 kg = 15,496 N z p

sisi NEAR A

piringan 1,45 kg = 14,225 N y x E

D

C

B

y

z

p

F

G

REV

RBV 220

220

125

x

sisi FAR

82

43

900 mm

3283,22 EI

Nmm A2

3163,05 EI

Nmm

A3 A1

B

A4

C 220

D 210

220

A5 A6 E F H 92,35 82 Nmm EI

Kesetimbangan gaya luar

åF

=0

V

RBV + REV - (15,496 + 14,225 + 1,1262 ) N = 0 RBV + REV = 30,847 N

åM

B

=0

[(1,1262 ´ 732) + (14,225 ´ 430) + (15,496 ´ 220) - (REV ´ 650)] Nmm = 0 REV = 15,92345908 N RBV = 14,92374092 N

83

84 Potongan x - x (F ® E )

åM

X

= 0 ® M X = - 1,1262( x - 43)

Titik F (x = 43 mm) MF = 0 Nmm Titik E (x = 125 mm) ME = - 92,35 Nmm Potongan y - y (E ® D )

= 0 ® M X = - 1,1262( x - 43) + 15,92345908( x - 125) Titik E (x = 125 mm)

åM

X

ME = - 92,35 Nmm Titik D (x = 345 mm) MD = 3163,05 Nmm Potongan p - p (B ® C )

åM

X

= 0 ® M X = 14,92374092(x - 125)

Titik B (x = 125 mm) MB = 0 Nmm Titik C (x = 345 mm) MC = 3283,22 Nmm Potongan z - z (C ® D )

= 0 ® M X = (14,92374092( x - 125)) - (15,496(x - 345)) Titik C (x = 345 mm)

åM

X

MC = 3283,22 Nmm Titik D (x = 555 mm) MD = 3163,05 Nmm

84

83

Mencari letak H menggunakan potongan y – y

M X = -1,1262( x - 43) + 15,92345908( x - 125) 0 = -1,1262( x - 43) + 15,92345908( x - 125) diperoleh: x = HG = 131,24 mm HE = HG – EG = (131,24 – 125) mm = 6,24 mm DH = DE – HE = (220 - 6,24) mm = 213,76 mm Menentukan lendutan poros 14,225 N

15,496 N qB A

qE C

B

DD

DC RBV

D

1,1262 N F' F1 E

D' REV

C' D1 C1 C2 D2

B1

220 430

E1 650

qB =

EE1 lendutan di E terhadap garis singgung di B = BE 650

=

momen dari luas M/EI antara B dan E terhadap E 650

=

A1 (503,33) + A2 (360 ) + A3 (325) + A4 (148,75) + A5 (2,08) 650 EI

83

F G

84

æ 220 ö æ 210 ö ç ÷(3283,22 )(503,33) + ç ÷(120,17 )(360 ) + (210 )(3163,05)(325) è 2 ø è 2 ø æ 213,76 ö æ 6,24 ö +ç ÷(3163,05)(148,75) + ç ÷(92,35)(2,08) 2 ø 2 ø è è = 650 EI 696135,9468 Nmm 2 = EI

qE =

BB1 lendutan di B terhadap garis singgung di E = BE 650

=

momen dari luas M/EI antara E dan B terhadap B 650

=

A1 (146,67 ) + A2 (290 ) + A3 (325) + A4 (501,25) + A5 (647,92 ) 650 EI

æ 220 ö æ 210 ö ç ÷(3283,22 )(146,67 ) + ç ÷(120,17 )(290 ) + (210 )(3163,05)(325) è 2 ø è 2 ø æ 213,76 ö æ 6,24 ö +ç ÷(3163,05)(501,25) + ç ÷(92,35)(647,92 ) 2 ø 2 ø è è = 650 EI 680231,5192 Nmm 2 = EI

Diketahui: E = Modulus Elastisitas material poros (St-37) (www.efunda.com) = 190 ´ 10 3 N / mm 2 I = Inersia massa poros (permukaan lingkaran) (Spiegel, 1991)

pD 4 p (20 ) = mm 4 = 7850 mm 4 64 64 4

=

Lendutan di C (∆C) DC = CC1 - C ' C1

(

= (q B )(BC ) - lendutan di C ' terhadap garis singgung di B

)

æ 696135,9468 ö =ç ÷(220 ) - (momen dari luas M/EI antara B dan C terhadap C ) EI è ø 84

85 A (73,33) æ 696135,9468 ö =ç ÷(220 ) - 1 EI EI è ø

=

(696135,9468)(220) - æçç æç 220 ö÷(3283,22)(73,33)ö÷÷ èè 2 ø EI

ø

126666470,8 Nmm 3 = 190 ´ 10 3 N / mm 2 (7850 ) mm 4

(

)

= 0,084926 mm = 0,0084926 cm

Lendutan di D (∆D) DD = DD2 - D ' D2

(

= (q B )(BD ) - lendutan di D' terhadap garis singgung di B

)

æ 696135,9468 ö =ç ÷(430 ) - (momen dari luas M/EI antara B dan D terhadap D ) EI è ø A1 (283,33) + A2 (140 ) + A3 (105) æ 696135,9468 ö =ç ÷(430 ) EI EI è ø

= =

(696135,9468)(430) - æçç æç 220 ö÷(3283,22)(283,33) + æç 210 ö÷(120,17 )(140) + (210)(3163,05)(105)ö÷÷ èè 2 ø

è 2 ø

ø

EI 3

125500886,1 Nmm 190 ´ 10 3 N / mm 2 (7850 ) mm 4

(

)

= 0,084144 mm = 0,0084144 cm

Lendutan di F (∆F) DF = FF1 + F1 F '

(

= (q E )(EF ) + lendutan di F ' terhadap garis singgung di E

)

æ 680231,5192 ö =ç ÷(82 ) + (momen dari luas M/EI antara E dan F terhadap F ) EI è ø A6 (54,67 ) æ 680231,5192 ö =ç ÷(82 ) + EI EI è ø

85

86

= =

(680231,5192)(82) + æçç æç 82 ö÷(92,35)(54,67 )ö÷÷ èè 2 ø EI

ø

55985984,33 Nmm 3 190 ´ 10 3 N / mm 2 (7850 ) mm 4

(

)

= 0,037537 mm = 0,0037537 cm

Putaran kritis I diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.3 berikut. (Holowenko, 1980) N = 298,9 ´

åWn ´ Yn åWn ´ Yn

2

dimana: N = putaran kritis I (rpm) Wn = beban (Newton) Yn = Δ = lendutan (cm)

sehingga,

N = 298,9 ´

(15,496) ´ (0,0084926) + (14,225) ´ (0,0084144) + (1,1262)(0,0037537 ) (15,496) ´ (0,0084926)2 + (14,225) ´ (0,0084144)2 + (1,1262)(0,0037537)2

N = 3265,63 rpm = 54,43 Hz

Berdasarkan hasil pencatatan amplitudo getaran setiap perubahan putaran pada bantalan sisi NEAR dan sisi FAR arah horisontal, serta perhitungan secara teoritis untuk poros-piringan saja, diperoleh bahwa sistem poros-piringan yang digunakan dalam penelitian memiliki beberapa frekuensi pribadi (frekuensi pribadi dalam hal ini bersesuaian dengan putaran kritis). Frekuensi pribadi yang diperoleh dari pencatatan amplitudo getaran, selanjutnya disebut dengan frekuensi pribadi sistem, sedangkan frekuensi pribadi yang diperoleh dari perhitungan secara teoritis untuk poros-piringan saja, selanjutnya disebut dengan frekuensi pribadi poros-piringan (poros-rotor). Sehingga dapat dikatakan bahwa two-plane balancing yang dilakukan pada lima variasi putaran poros yakni 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, 86

87

dan 1400 rpm adalah berada di bawah putaran kritis I (< 70% putaran kritis I) poros-piringan (poros-rotor). Dengan kata lain, pada putaran-putaran tersebut belum tercapai kondisi poros-piringan yang fleksibel atau masih dalam kondisi rotor kaku (rigid-rotor).

4.2 Hasil Two-Plane Balancing 4.2.1 Pengukuran Amplitudo dan Beda Fasa Sinyal Getaran Besar amplitudo getaran yang diukur menggunakan vibration meter merupakan besar respon getaran arah horisontal yang dialami bantalan sisi NEAR dan FAR. Amplitudo getaran ini terukur dalam besaran RMS dan dengan satuan percepatan m/s2. Beda fasa sinyal getaran dari piezoelectric accelerometer terhadap sinyal trigger dari proximity sensor, diperoleh dengan terlebih dahulu mengolah sinyal getaran menggunakan program Matlab. Sinyal getaran yang berupa tegangan sebagai fungsi waktu diubah menjadi data diskrit menggunakan DSO yang berfungsi sebagai A/D C. Program Matlab selengkapnya pada lampiran 2.

Gambar 4.4. Tampilan Sinyal Getaran Hasil Rekaman Modul DSO (contoh) Terdapat beberapa ketentuan dalam proses pengukuran beda fasa yaitu: 1. Posisi piezoelectric accelerometer sejajar dengan proximity sensor sehingga sudut koreksi/massa uji untuk menentukan beda fasa ditentukan sebesar 00. 87

88

Setting ini menyebabkan sinyal getaran mempuyai fasa yang sama dengan sinyal trigger. 2. Jarak antara impuls sinyal trigger menyatakan satu putaran poros yakni sebesar 3600 dan ditempuh dalam waktu 1 / frekuensi = 60 / rpm poros. 3. Sinyal getaran tersusun dari penjumlahan sinyal-sinyal yang mengandung banyak frekuensi. Sinyal getaran yang telah difilter adalah sinyal frekuensi rpm poros / 60 yang kemudian diukur beda fasanya terhadap sinyal trigger. 4. Hasil olahan program Matlab ini tidak menunjukkan besarnya amplitudo getaran, namun hanya menunjukkan beda fasa sinyal getaran terhadap sinyal trigger. 5. Pengukuran beda fasa untuk tiap sinyal getaran yang telah difilter (print out hasil pengolahan program Matlab) dilakukan dengan merata-rata dan mengubah satuan panjang (mm) ke satuan derajat ( 0 ) secara perbandingan, sesuai dengan persamaan 2.4 dan penjelasan gambar 4.5.

Gambar 4.5. Pengukuran Beda Fasa Hasil Pengolahan Program Matlab (contoh) Dari gambar 4.5 diperoleh beda fasa sinyal getaran terhadap sinyal trigger adalah sebesar: F =

t1 - t 0 x 360 0 T

88

89 æ 34mm + 34,5mm + 34,5mm ö ç ÷ - 0mm 3 è ø F= ´ 360 0 = 353,14 0 35mm

Hasil pengukuran beda fasa sinyal getaran selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 1.

4.2.2 Pengolahan Data Selanjutnya data-data amplitudo dan beda fasa sinyal getaran digunakan untuk masukan (input) perhitungan massa penyeimbang (counter unbalance) secara vektor dengan bantuan program Matlab sesuai yang disarankan oleh Wowk (1995). Program Matlab dapat dilihat pada lampiran 3. Data-data amplitudo dan beda fasa sinyal getaran yang diambil meliputi sistem poros-piringan kondisi pemasangan massa unbalance, kondisi pemasangan massa uji (trial mass) pada piringan sisi NEAR, kondisi pemasangan massa uji (trial mass) pada piringan sisi FAR, dan kondisi setelah sistem poros-piringan dipasangkan massa penyeimbang (counter unbalance) yang hanya dicatat amplitudo getarannya. Hasil pengujian menunjukkan adanya reduksi getaran yaitu penurunan besarnya respon getaran sistem poros-piringan setelah diseimbangkan. Balancing dilakukan pada variasi putaran poros 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, dan 1400 rpm. Sebelumnya ditentukan N, N2, N3 dan F, F2, F3 menunjukkan amplitudo getaran hasil pengukuran vibration meter dan menyatakan besarnya vektor. Beda fasa merupakan hasil pengolahan program Matlab dan menyatakan arah vektor. Metode analisis vektor pada balancing variasi putaran poros 600 rpm dicontohkan sebagai berikut. ·

Data kondisi pemasangan massa unbalance Bila pada piringan sisi NEAR dipasangkan massa unbalance yang tidak

dilepas selama penelitian, maka akan diperoleh: SISI N

SISI F

N

=

0,9 m/s2

F

=

1,0 m/s2

Beda fasa

=

40,340

Beda fasa

=

304,140

·

Data karena pemasangan massa uji Wtn pada piringan sisi NEAR 89

90

Bila pada piringan sisi NEAR dipasangkan massa uji Wtn (dalam gram) pada posisi 00 (segaris dengan plat reflektor tachometer), maka akan diperoleh:

SISI N

SISI F

N2

=

0,8 m/s2

F2

=

0,9 m/s2

Beda fasa

=

64,620

Beda fasa

=

335,170

·

Data karena pemasangan massa uji Wtf pada piringan sisi FAR Bila pada piringan sisi FAR dipasangkan massa uji Wtf (dalam gram) pada

posisi 00, dengan Wtn dilepas terlebih dahulu, maka akan diperoleh: SISI N

SISI F

N3

=

0,8 m/s2

F3

=

0,9 m/s2

Beda fasa

=

32,590

Beda fasa

=

276,210

Data-data yang diperoleh di atas selanjutnya dianalisis dengan langkahlangkah sebagai berikut: Langkah I (Konversi data polar menjadi bentuk rectangle) N

=

0,9

< 40,340

= 0,58259

+j

0,68599

0

N2

=

0,8

< 64,62

= 0,72279

+j

0,3429

N3

=

0,8

< 32,590

= 0,4309

+j

0,67404

F

=

1,0

< 304,140

= -0,82767

+j

0,56122

F2

=

0,9

< 335,170

= -0,37793

+j

0,8168

F3

=

0,9

< 276,210

= -0,89472

+j

0,097356

Langkah II (Menentukan parameter A, B, aA, bB, ab , bF dan aN) Dari persamaan: F2 - F = a ( N2 - N ) = a A maka, A

= N2 - N

= 0,1402

- j 0,3431

=

0,37064

< 157,7740

aA

= F2 - F

= 0,44974

+ j 0,25558 =

0,51729

< 60,390

F2 - F 0,51729 < 60,39 0 a = = = 1,39567 < - 97,384 0 0 N2 - N 0,37064 < 157,774 dan dari persamaan: N3 - N = b ( F3 - F ) = b B

90

91

B

= F3 - F

=

-0,06705

-j

0,46386 =

0,46868

< 188,2250

bB

= N3 - N

=

-0,15169

-j

0,01195 =

0,15216

< 265,4960

N3 - N 0,15216 < 265,496 0 b = = = 0,32466 < 77,2710 0 F3 - F 0,46868 < 188,225 sehingga: -20,1130 = -0,15582 + j 0,42549

ab

= 0,45312 <

bF

= 0,32466 < 381,4110 =

aN

= 1,2561

<

0,11852 + j 0,30225

-57,0440 = -1,05398 + j 0,68331

Langkah III (Menghitung bF - N, aN - F, dan 1 - ab) bF - N

= -0,46407

-j

0,38374

=

0,60218

<

230,4130

aN - F

= -0,22631

+j

0,12209

=

0,25714

<

298,3460

1 - ab

=

+j

0,57452

=

0,59527

<

15,1730

0,15580

Langkah IV (Menentukan q , f ,Wbn dan Wbf)

q = f =

( b F - N ) = 0,60218 < 230,4130 = 2,72937 < 57,466 0 ( 1 - ab ) A 0,22063 < 172,947 0 ( aN - F ) = 0,25714 < 298,3460 = 0,92168 < 94,9460 ( 1 - ab ) B 0,27899 < 203,400

diperoleh: ·

Massa penyeimbang sisi NEAR (Wbn) dan peletakannya: Wbn

= q Wtn = 2,72937 < 57,4660

x

35,97 < 00

= 98,17544 < 57,4660 ·

Massa penyeimbang sisi FAR (Wbf) dan peletakannya: Wbf

= f Wtf = 0,92168 < 94,9460

x

35,97 < 00

= 33,15283 < 94,9460

Pengecekan metode analisis vektor pada prosedur di atas adalah sebagai berikut: - N = qA + f b B - F = fB + q aA , dengan:

91

92

qA

f bB

fB

q aA

=

2,72937

<

57,4660 x

=

1,01161

<

215,240

=

-0,58370

-j

0,82622

=

0,92168

<

94,9460 x

=

0,14024

<

360,4420

=

0,00108

+j

0,14024

=

0,92168

<

94,9460 x

=

0,43197

<

283,1710

=

-0,42061

+j

0,09843

=

2,72937

<

57,4660 x

=

1,41188

<

117,8560

=

1,24828

-j

0,65970

0,37064

<

157,7740

0,15216

<

265,4960

0,46868

<

188,2250

0,51729

<

60,390

sehingga: -N

=

-0,58262

-j

0,68598 =

0,90001

<

220,3420

-F

=

0,82767

-j

0,56127 =

1,00003

<

124,1420

Prosedur analisis vektor di atas, dalam penelitian ini telah dilakukan dengan menggunakan program Matlab. Secara grafis, perhitungan ditunjukkan pada gambar 4.6 berikut.

92

93

o

bB

o

0

o

0

A

0

aA bF - N

F2 N3

N

B

F

N

bF

N2 F3 (a)

(b)

o

(c)

o

0

o

0

0

aN - F aN F

abA (d)

abB

A

A - abA

B B - abB

(e)

o

KETERANGAN:

(f)

o

0

0

o

0

o

o

270

90

o

180

fB

-F

q aA -N qA

(g)

(h) f bB

Gambar 4.6. (a),(b),(c),(d),(e),(f),(g),(h) Visualisasi Vektor Proses Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 600 rpm (contoh) Hasil analisis vektor pada proses two-plane balancing dengan bantuan program Matlab untuk masing-masing variasi putaran poros berturut-turut ditunjukkan pada tabel 4.1, tabel 4.2, tabel 4.3, tabel 4.4, dan tabel 4.5 berikut. 93

94

Tabel 4.1. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 600 rpm No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Data Pengukuran

Kode

Kondisi unbalance sisi NEAR Kondisi unbalance sisi FAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR Data massa uji (trial mass)

7. 8.

9. 10.

Kode

Massa uji dipasang di NEAR Massa uji dipasang di FAR

Wtn Wtf

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang

Kode

Massa penyeimbang sisi NEAR Massa penyeimbang sisi FAR

Wbn Wbf

Data Hasil Balancing 11. 12.

N F N2 F2 N3 F3

Kode

Getaran akhir sisi NEAR Getaran akhir sisi FAR

Na Fa

Amplitudo Beda Fasa (m/s2) 0,9 1,0 0,8 0,9 0,8 0,9 Massa (gram) 35,97 35,97 Massa (gram) 98,17 33,15

Amplitudo (m/s2) 0,1 0,2

(0) 40,34 304,14 64,62 335,17 32,59 276,21 Sudut (0) 0 0 Sudut (0) 57,46 94,95 Reduksi (%) 88,89 80

Tabel 4.2. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 800 rpm No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Data Pengukuran

Kode

Kondisi unbalance sisi NEAR Kondisi unbalance sisi FAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR Data massa uji (trial mass)

7. 8.

9. 10.

Kode

Massa uji dipasang di NEAR Massa uji dipasang di FAR

Wtn Wtf

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang

Kode

Massa penyeimbang sisi NEAR Massa penyeimbang sisi FAR

Wbn Wbf

Data Hasil Balancing 11. 12.

N F N2 F2 N3 F3

Kode

Getaran akhir sisi NEAR Getaran akhir sisi FAR

Na Fa

94

Amplitudo Beda Fasa (m/s2) 1,2 1,0 1,0 0,9 1,0 1,0 Massa (gram) 35,97 35,97 Massa (gram) 96 36,52

Amplitudo (m/s2) 0,4 0,4

(0) 34,88 303,49 66,98 355,81 11,03 227,59 Sudut (0) 0 0 Sudut (0) 56,65 126,02 Reduksi (%) 66,67 60

95

Tabel 4.3. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1000 rpm No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Data Pengukuran

Kode

Kondisi unbalance sisi NEAR Kondisi unbalance sisi FAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR Data massa uji (trial mass)

7. 8.

9. 10.

Kode

Massa uji dipasang di NEAR Massa uji dipasang di FAR

Wtn Wtf

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang

Kode

Massa penyeimbang sisi NEAR Massa penyeimbang sisi FAR

Wbn Wbf

Data Hasil Balancing 11. 12.

N F N2 F2 N3 F3

Kode

Getaran akhir sisi NEAR Getaran akhir sisi FAR

Na Fa

Amplitudo Beda Fasa (m/s2) 1,7 1,5 1,4 1,2 1,3 2,2 Massa (gram) 36,0 36,0 Massa (gram) 127 10,49

Amplitudo (m/s2) 0,6 0,7

(0) 65,57 329,14 77,14 353,14 5,22 55,29 Sudut (0) 0 0 Sudut (0) 55,35 -106,78 Reduksi (%) 64,71 53,33

Tabel 4.4. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1200 rpm No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Data Pengukuran

Kode

Kondisi unbalance sisi NEAR Kondisi unbalance sisi FAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR Data massa uji (trial mass)

7. 8.

9. 10.

Kode

Massa uji dipasang di NEAR Massa uji dipasang di FAR

Wtn Wtf

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang

Kode

Massa penyeimbang sisi NEAR Massa penyeimbang sisi FAR

Wbn Wbf

Data Hasil Balancing 11. 12.

N F N2 F2 N3 F3

Kode

Getaran akhir sisi NEAR Getaran akhir sisi FAR

Na Fa

95

Amplitudo Beda Fasa (m/s2) 4,1 8,1 2,5 5,9 2,6 6,0 Massa (gram) 36,0 36,0 Massa (gram) 127,89 17,82

Amplitudo (m/s2) 2,0 2,6

(0) 66,72 328,97 79,14 353,79 311,90 60,52 Sudut (0) 0 0 Sudut (0) 39,61 -150,39 Reduksi (%) 51,22 67,90

96

Tabel 4.5. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1400 rpm No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Data Pengukuran

Kode

Kondisi unbalance sisi NEAR Kondisi unbalance sisi FAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR Data massa uji (trial mass)

7. 8.

9. 10.

Kode

Massa uji dipasang di NEAR Massa uji dipasang di FAR

Wtn Wtf

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang

Kode

Massa penyeimbang sisi NEAR Massa penyeimbang sisi FAR

Wbn Wbf

Data Hasil Balancing 11. 12.

N F N2 F2 N3 F3

Kode

Getaran akhir sisi NEAR Getaran akhir sisi FAR

Na Fa

Amplitudo Beda Fasa (m/s2) 15,2 21,2 17,4 20,1 18,5 20,6 Massa (gram) 36,0 36,0 Massa (gram) 121,08 18,88

Amplitudo (m/s2) 1,7 1,9

(0) 54,72 329,40 77,40 351,36 303,84 288 Sudut (0) 0 0 Sudut (0) 58,02 61,12 Reduksi (%) 88,82 91,04

Berdasarkan hasil two-plane balancing pada lima variasi putaran poros seperti terlihat pada tabel 4.1, tabel 4.2, tabel 4.3, tabel 4.4, dan tabel 4.5, yang menghasilkan reduksi getaran minimal 51,22% dan maksimal mencapai 91,04%, maka dapat dikatakan bahwa balancing yang dilakukan di bawah putaran kritis I poros-piringan (poros-rotor) atau dalam kondisi rotor kaku (rigid-rotor) adalah efektif untuk semua putaran (Structures/Motion Lab, 2003). Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Shi (2005).

4.3 Unjuk Kerja Two-Plane Balancing dan Efektifitasnya Setelah prosedur balancing pada variasi putaran poros 600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, dan 1400 rpm selesai dilakukan dan menghasilkan reduksi getaran pada bantalan sisi NEAR dan FAR > 50%, sistem yang sudah seimbang tersebut masing-masing kemudian diputar pada putaran poros yang lain untuk mengetahui unjuk kerja dari balancing yang telah dilakukan terhadap perubahan putaran, dan efektifitas balancing yang dilakukan tidak pada putaran kerjanya.

96

97

Hasil unjuk kerja balancing pada kelima variasi putaran ditunjukkan pada tabel 4.6, tabel 4.7, tabel 4.8, tabel 4.9, dan tabel 4.10 berikut. Tabel 4.6. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 600 rpm NEAR FAR (m/s2) (m/s2) 0,1 0,2 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran 800 rpm 1000 rpm 1200 rpm 1400 rpm 0,4 0,6 1,8 2,1 NEAR (m/s2) 0,4 0,8 3,1 2,1 FAR (m/s2) Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 600 rpm

Tabel 4.7. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 800 rpm NEAR FAR (m/s2) (m/s2) 0,4 0,4 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran 600 rpm 1000 rpm 1200 rpm 1400 rpm 0,2 1,0 2,9 3,5 NEAR (m/s2) 0,2 0,9 3,3 2,5 FAR (m/s2) Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 800 rpm

Tabel 4.8. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1000 rpm NEAR FAR (m/s2) (m/s2) 0,6 0,7 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran 600 rpm 800 rpm 1200 rpm 1400 rpm 0,2 0,4 1,4 1,8 NEAR (m/s2) 0,3 0,4 2,8 2,0 FAR (m/s2) Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 1000 rpm

Tabel 4.9. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1200 rpm NEAR FAR (m/s2) (m/s2) 2,0 2,6 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran 600 rpm 800 rpm 1000 rpm 1400 rpm 0,4 0,6 1,2 3,2 NEAR (m/s2) 0,4 0,6 0,8 2,4 FAR (m/s2) Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 1200 rpm

Tabel 4.10. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1400 rpm NEAR FAR (m/s2) (m/s2) 1,7 1,9 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran 600 rpm 800 rpm 1000 rpm 1200 rpm 0,2 0,5 0,6 1,3 NEAR (m/s2) 0,3 0,5 0,7 2,8 FAR (m/s2) Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 1400 rpm

97

98

Hasil unjuk kerja two-plane balancing poros fleksibel dari kelima tabel di atas ditunjukkan pada gambar 4.7 dan gambar 4.8 berikut. UN J UK KE R J A T WO -P LA N E B A LA N C IN G T ER H A D A P V A R IA S I P UT A R A N YA N G T E R UKUR P A D A B A N T A LA N S IS I N E A R 3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

600

800

1000

1200

1400

V A R IA SI P UT A R A N P O R O S ( rpm ) B alancing pada 600 rpm

Balancing pada 800 rpm

B alancing pada 1200 rpm

Balancing pada 1400 rpm

B alancing pada 1000 rpm

Gambar 4.7. Grafik Unjuk Kerja Balancing Yang Terukur Pada Bantalan Sisi NEAR UN J UK KE R J A T WO - P LA N E B A LA N C IN G T E R H A D A P V A R IA S I P UT A R A N Y A N G T E R UKUR P A D A B A N T A LA N S IS I F A R 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

600

800

1000

1200

1400

V A R IA S I P UT A R A N P O R O S ( rpm ) B alancing pada 600 rpm

B alancing pada 800 rpm

B alancing pada 1200 rpm

B alancing pada 1400 rpm

B alancing pada 1000 rpm

Gambar 4.8. Grafik Unjuk Kerja Balancing Yang Terukur Pada Bantalan Sisi FAR 98

99

Dari gambar 4.7 dan gambar 4.8 terlihat bahwa kondisi dari sebuah sistem putar yang sudah seimbang (balance), belum tentu akan dapat mempertahankan kondisi seimbangnya apabila diputar pada putaran poros yang lain. Hal ini diakibatkan oleh pengaruh massa penyeimbang (counter unbalance) pada poros fleksibel akan berubah sejalan dengan perubahan daerah putaran kerja. Dengan kata lain, jika digunakan dua buah bidang koreksi (two-plane balancing) maka poros fleksibel hanya dapat diseimbangkan pada satu putaran poros (putaran di mana diseimbangkan) (Abidin, 1996). Dari gambar 4.7 dan 4.8 terlihat bahwa balancing yang dilakukan pada variasi putaran poros 800 rpm dan 1200 rpm adalah relatif tidak efektif dilakukan, dibandingkan variasi putaran yang lain. Sebagai contoh, sewaktu poros diseimbangkan pada putaran 800 rpm menghasilkan kondisi seimbang yang amplitudo getarannya sama dengan hasil balancing pada putaran 600 rpm dan 1000 rpm yang diputar pada putaran 800 rpm. Namun ketika ketiganya (hasil balancing pada 600 rpm, 800 rpm, dan 1000 rpm) diputar pada putaran yang lain (1200 rpm dan 1400 rpm), menunjukkan bahwa hasil balancing pada putaran poros 800 rpm tidak dapat mempertahankan kondisi seimbangnya. Perlu dicatat, bahwa putaran 800 rpm dekat dengan putaran kritis II sistem dan putaran 1200 rpm dekat dengan putaran kritis III sistem seperti terlihat pada gambar 4.2 dan gambar 4.3. Sehingga dapat dikatakan bahwa balancing yang dilakukan pada putaran yang dekat dengan putaran kritis sistem adalah relatif tidak efektif dilakukan. Balancing yang dilakukan pada variasi putaran poros 600 rpm, 1000 rpm, dan 1400 rpm adalah relatif efektif dilakukan, dibandingkan variasi putaran yang lain seperti terlihat pada gambar 4.7 dan gambar 4.8. Hasil balancing pada ketiga putaran tersebut terlihat mampu mempertahankan kondisi seimbangnya sewaktu diputar pada putaran poros yang lain. Hal ini dikarenakan putaran 600 rpm, 1000 rpm, dan 1400 rpm berada jauh dari putaran kritis sistem. Putaran 600 rpm terletak diantara putaran kritis I dan II sistem, putaran 1000 rpm berada diantara putaran kritis II dan III sistem, sedangkan putaran 1400 rpm berada diantara putaran kritis III dan IV sistem.

99

100

Dari gambar 4.7 dan gambar 4.8 juga terlihat bahwa balancing yang dilakukan pada variasi putaran poros 1400 rpm (putaran kerja) adalah yang paling efektif dilakukan, yang diindikasikan dengan kemampuan hasil balancing pada putaran tersebut mempertahankan kondisi seimbangnya, serta respon getarannya paling kecil dibandingkan dengan variasi putaran yang lain, sewaktu diputar pada putaran poros yang lain. Hal ini dikarenakan semakin tinggi putaran maka semakin besar gaya sentrifugal yang terjadi. Oleh karena itu, untuk kekakuan dinamik yang sama, getaran yang terjadi semakin besar sehingga semakin mudah dilakukan pengukuran terhadap amplitudo dan fasa dengan teliti, yang akan berpengaruh pada hasil perhitungan massa penyeimbang (counter unbalance) (Abidin, 2007). Balancing yang dilakukan pada variasi putaran poros 600 rpm (di antara putaran kritis I-II sistem) dan 1000 rpm (di antara putaran kritis II-III sistem), memiliki keunggulan dibandingkan balancing yang dilakukan pada putaran kerja, bila ditinjau dari segi keamanan saat dilakukan proses balancing. Hal ini dikarenakan hasil balancing yang dilakukan pada kedua variasi putaran tersebut (terlihat pada gambar 4.7 dan gambar 4.8) hampir sama baiknya dengan hasil balancing yang dilakukan pada 1400 rpm (putaran kerja). Dengan kata lain, hanya diperlukan putaran yang rendah untuk mendapatkan hasil balancing yang baik, oleh karena itu lebih aman untuk dilakukan karena getaran yang terjadi relatif lebih kecil, sehingga kemungkinan kerusakan akibat getaran dapat diminimalisir.

100

101

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan Berdasarkan penelitian dan analisa data yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Proses two-plane balancing poros fleksibel dengan metode analisis vektor menggunakan pengukuran beda fasa respon getaran, pada penelitian ini menghasilkan reduksi getaran antara 51,22% sampai dengan 91,04%. 2. Balancing yang dilakukan pada variasi putaran di bawah putaran kritis I poros-piringan (poros-rotor) adalah efektif. 3. Balancing yang dilakukan pada variasi putaran yang jauh dari putaran kritis sistem adalah relatif efektif. 4. Balancing yang dilakukan pada variasi putaran yang dekat dengan putaran kritis sistem adalah relatif tidak efektif. 5. Balancing yang dilakukan di antara putaran kritis I-II dan II-III sistem, memiliki keunggulan dibandingkan balancing yang dilakukan pada putaran kerja bila ditinjau dari segi keamanan saat dilakukan proses balancing.

5.2 Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan beberapa hal berikut: 1. Perlu diadakan penelitian lebih lanjut dengan modifikasi piringan untuk mendapatkan posisi penempatan massa unbalance dan massa penyeimbang (counter unbalance) yang terbaik, serta apabila letak pusat massa diperlukan dalam perhitungan. 2. Perlu diadakan penelitian dengan menggunakan metode lain untuk mendapatkan hasil balancing yang lebih baik.

101

102

DAFTAR PUSTAKA

Abidin, Zainal., 1996, Vibration Monitoring Balancing/Alignment, LPM-ITB, Bandung. Abidin, Zainal., 2007, Mailing List. Anonim., 1995, Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin Two-Plane Balancing, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Anonim., 2004, Workshop Nasional Pengolahan Sinyal Digital dan Sistem Pengaturan, Jurusan Instrumentasi Elektronika FMIPA Universitas Padjadjaran, Bandung. Dimaragonas, Andrew D., Sam Haddad., 1992, Vibration for Engineers, PrenticeHall International Inc., Englewood Cliffs, New Jersey. Entek IRD, The Machinery Information Company., 1996, Dynamic Balancing, Entek IRD International Company 1700 Edison Dr. Milford Ohio USA. Holowenko, A.R., 1980, Dinamika Permesinan, Erlangga, Jakarta. Jabir, Ahmad., 2003, Perilaku Dinamik Sistem Poros Rotor dengan Cacat Retak Transversal, Saintek, Jurnal Ilmiah dan Rekayasa, Volume 7 Nomor 1, Juli 2003, Lembaga Penelitian Universitas 17 Agustus Surabaya, hal 25 – 37. Mobley, R Keith., 1999, Vibration Fundamentals, Plant Enginering Maintenance Series, Newnes Butterworth Heinemann, Boston. Nicholas, J.C., 2000, Operating Turbomachinery on or Near The Second Critical Speed in Accordance with API Specifications, Rotor Bearing Dynamics. Inc, Wellsville, N.Y, USA. Shi, Liu., 2005, A Modified Balancing Method for Flexible Rotor Based on Multisensor Fusion, The State Key Laboratory for Manufacturing System Engineering, Xi’an Jiaotong University, Journal of Applied Sciences 5 (3): (2005), p 465 – 495. Spiegel, L., and Limbrunner, G.F., 1991, Applied Statics and Strength of Materials, Maxwell Macmillan Canada. Inc. Structures/Motion Lab. 20-263-571, section 001, 002, 003, Hewlet Packard, 2003. Sutaryono., 2003, Pengukuran dan Analisa Vibrasi Dalam Pemeliharaan Pompa Sirkulasi Cosorb di Unit Cosorb PT. Pupuk Kujang Cikampek Jawa Barat, Laporan Kerja Praktek S1 Teknik Mesin FT UNS Surakarta. 102

103

Tim Getaran Mekanis., 2002, Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin, sub Getaran Mekanis, modul III. Balancing Empat Putaran (Four-run balancing), Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Wang, Chu-Kia., 1983, Analisa Struktur Lanjutan, Erlangga, Jakarta. Wowk, Victor., 1995, Machinery Vibration, Balancing, McGraw-Hill Inc, New York. Yongzhao, Yao., and Huasheng, Zhang., 1999, Vibration Fault Diagnosis of Gas Compressor and Motor, Dongming Petrochem Group Co. Ltd. Zhou, Shiyu., and Shi Jianjun., 2001, Active Balancing and Vibration Control of Rotating Machinery: A Survey, article, The Shock and Vibration Digest. Vol. 33 No. 4 July 2001 p 361 – 371 © Sage Publications www.efunda.com www.migas-indonesia.com

103

104

104

105 LAMPIRAN 1 Data Pengukuran Beda Fasa Sinyal Getaran

Balancing Pada Kecepatan Putar Poros 600 rpm Sinyal Getaran Kondisi Unbalance N

F

Hasil Rekaman DSO

Hasil Rekaman DSO

Hasil Olahan Program Matlab

Hasil Olahan Program Matlab

Beda Fasa (Φ) F =

Beda Fasa (Φ)

t1 - t 0 ´ 360 0 T

F =

æ 6,5mm + 6,5mm ö ç ÷ - 0mm 2 è ø F= ´ 360 0 58mm

F=

t1 - t 0 ´ 360 0 T

49mm - 0mm ´ 360 0 58mm

= 304,140

= 40,340 105

106

Balancing Pada Kecepatan Putar Poros 600 rpm Sinyal Getaran Kondisi Pemasangan Massa Uji Wtn Pada Piringan Sisi NEAR N2

F2

Hasil Rekaman DSO

Hasil Rekaman DSO

Hasil Olahan Program Matlab

Hasil Olahan Program Matlab

Beda Fasa (Φ) F =

Beda Fasa (Φ)

t1 - t 0 ´ 360 0 T

F =

æ 10mm + 11mm ö ç ÷ - 0mm 2 è ø F= ´ 360 0 58,5mm

t1 - t 0 ´ 360 0 T

æ 54mm + 54mm ö ç ÷ - 0mm 2 è ø F= ´ 360 0 58mm

= 335,170

= 64,620

106

107

Balancing Pada Kecepatan Putar Poros 600 rpm Sinyal Getaran Kondisi Pemasangan Massa Uji Wtf Pada Piringan Sisi FAR N3

F3

Hasil Rekaman DSO

Hasil Rekaman DSO

Hasil Olahan Program Matlab

Hasil Olahan Program Matlab

Beda Fasa (Φ) F =

Beda Fasa (Φ)

t1 - t 0 ´ 360 0 T

F =

æ 4mm + 6,5mm ö ç ÷ - 0mm 2 è ø F= ´ 360 0 58mm

F=

t1 - t 0 ´ 360 0 T

44,5mm - 0mm ´ 360 0 58mm

= 276,210

= 32,590

107

108

Balancing Pada Kecepatan Putar Poros 800 rpm Sinyal Getaran Kondisi Unbalance N

F

Hasil Rekaman DSO

Hasil Rekaman DSO

Hasil Olahan Program Matlab

Hasil Olahan Program Matlab

Beda Fasa (Φ) F =

Beda Fasa (Φ)

t1 - t 0 ´ 360 0 T

F =

æ 3mm + 5mm + 4,5mm ö ç ÷ - 0mm 3 è ø F= ´ 360 0 43mm

= 34,880

t1 - t 0 ´ 360 0 T

æ 36mm + 36,5mm ö ç ÷ - 0mm 2 è ø F= ´ 360 0 43mm

= 303,490

108

109

Balancing Pada Kecepatan Putar Poros 800 rpm Sinyal Getaran Kondisi Pemasangan Massa Uji Wtn Pada Piringan Sisi NEAR N2

F2

Hasil Rekaman DSO

Hasil Rekaman DSO

Hasil Olahan Program Matlab

Hasil Olahan Program Matlab

Beda Fasa (Φ) F =

Beda Fasa (Φ)

t1 - t 0 ´ 360 0 T

F =

æ 7,5mm + 8,5mm + 8mm ö ç ÷ - 0mm 3 è ø F= ´ 360 0 43mm

= 66,980

t1 - t 0 ´ 360 0 T

æ 43mm + 42mm ö ç ÷ - 0mm 2 è ø F= ´ 360 0 43mm

= 355,810

109

110

Balancing Pada Kecepatan Putar Poros 800 rpm Sinyal Getaran Kondisi Pemasangan Massa Uji Wtf Pada Piringan Sisi FAR N3

F3

Hasil Rekaman DSO

Hasil Rekaman DSO

Hasil Olahan Program Matlab

Hasil Olahan Program Matlab

Beda Fasa (Φ) F =

Beda Fasa (Φ)

t1 - t 0 ´ 360 0 T

F =

æ 1mm + 0,5mm + 2,5mm ö ç ÷ - 0mm 3 è ø F= ´ 360 0 43,5mm

= 11,030

t1 - t 0 ´ 360 0 T

æ 27,5mm + 27,5mm ö ç ÷ - 0mm 2 è ø F= ´ 360 0 43,5mm

= 227,590

110

111

111