79
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 … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

  • Upload
    ngoque

  • View
    219

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

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

Page 2: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

iii

PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS BALANCING POROS FLEKSIBEL

PADA PROSES TWO-PLANE BALANCING

Disusun oleh

Dwi Rahmanto

I 0402026

Dosen Pembimbing I

Triyono, ST., MT NIP. 132 233 153

Dosen Pembimbing I

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

Dosen Pembimbing II

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

Page 3: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

37

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

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

Koordinator Tugas Akhir

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

Page 4: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

38

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

Page 5: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

39

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

Page 6: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

40

40

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 600 rpm ...........................................................................................53 Tabel 4.2. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 800 rpm ...........................................................................................53 Tabel 4.3. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1000 rpm .........................................................................................54 Tabel 4.4. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1200 rpm .........................................................................................54 Tabel 4.5. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1400 rpm .........................................................................................55 Tabel 4.6. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 600 rpm .......56 Tabel 4.7. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 800 rpm .......56 Tabel 4.8. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1000 rpm .....56 Tabel 4.9. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1200 rpm .....56 Tabel 4.10. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1400 rpm .....56

Page 7: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

41

41

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1. Sistem Poros-Piringan.......................................................................2 Gambar 2.1. Getaran Pada Sistem Pegas-Massa Sederhana .................................7 Gambar 2.2. Karakteristik Getaran .......................................................................8 Gambar 2.3. Beda Fasa Antara Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan .........10 Gambar 2.4. Jenis-Jenis Ketidaklurusan (Misalignment) ...................................11 Gambar 2.5. Contoh Kasus Eksentrisitas ............................................................12 Gambar 2.6. Simpangan Rotor yang Tidak Balance Terhadap Waktu ...............13 Gambar 2.7. Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu .............................13 Gambar 2.8. Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu dan Frekuensi ..... 14 Gambar 2.9. 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

Page 8: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

42

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.

Page 9: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

43

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.

Page 10: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

44

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

Page 11: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

45

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.

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

Piringan 2 Piringan 1

Pulley + belt

Motor AC 3 phasa ¼ HP

1400 rpm rangka

Page 12: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

46

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.

Page 13: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

47

47

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

dengan penelitian yang dilakukan.

Page 14: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

48

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).

Page 15: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

49

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 Low-

Speed 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:

Page 16: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

50

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

Page 17: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

51

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

Page 18: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

52

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.

Page 19: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

53

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

Page 20: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

54

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.

Page 21: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

55

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 komponen-

komponennya. 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.

Page 22: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

56

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)

Page 23: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

57

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,

Page 24: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

58

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:

p2

m / kfn = ........................................................................................ (2.1)

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.

Page 25: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

59

59

Putaran kritis (critical speed) (nc) merupakan putaran yang bersesuaian dengan

frekuensi pribadi (fn) sebuah benda/sistem yang bergetar (www.migas-

indonesia.com, 2005). Frekuensi pribadi akan mengakibatkan amplitudo getaran

yang paling besar. Secara matematik dituliskan:

nc fn ´= 60 ......................................................................................... (2.2)

dimana: nc = putaran kritis (rpm)

fn = frekuensi pribadi (Hz)

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.

2

9,298åå

´

´´=

YnWn

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

70%

Page 26: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

60

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 (1nf s/d

nnf ) 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

Page 27: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

61

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).

Page 28: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

62

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.

Page 29: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

63

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.

satu putaran poros

t

0t

1

T

puncak positif

sinyal dari photoelectric mendeteksi tiap putaran

sinyal getaran difilter pada putaran dan dikuatkan

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:

001 360 x T

t- t =F ............................................................................ (2.4)

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

Page 30: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

64

64

yang dihasilkan oleh proximity sensor dan T adalah waktu total sinyal yang

merupakan waktu satu putaran poros.

accelerometer

motor

accelerometer

bantalan

discdisc

bantalanSisi NEARSisi FAR

ch.1 ch.2

Signal Analyzer

amplifier sinyal

transmission

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

Page 31: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

65

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:

( ) A N - N2 F - 2F 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:

( ) B N - N3 F - 3F b=b=

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 dan Wbf = f Wtf

Ditentukan q dan f adalah vektor operator, dengan hubungan

( ) N - B A =bf+q dan ( ) F - A B =aq+f . Sehingga diperoleh

( )

( )A - 1 N - F

ba

=q dan ( )

( )B - 1 F - N

ba

=f

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

Page 32: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

66

66

setelah diseimbangkan. Reduksi getaran ditentukan dengan menggunakan

persamaan:

%100

% ´

-=

unbalanceamplitudobalanceamplitudounbalanceamplitudo

reduksi ......... (2.5)

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

Page 33: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

67

67

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Rangkaian kegiatan penelitian seperti terlihat pada gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

3.2 Alat dan Bahan

Tidak

Ya

Data putaran kritis

MULAI

Menentukan putaran kritis

Data-data amplitudo getaran (N, N2, N3, F, F2, F3)

Two-plane balancing pada variasi putaran (600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm)

Pengolahan dan pengukuran beda fasa dengan Matlab

Perhitungan massa counter unbalance dan peletakannya dengan metode vektor

Sistem yang ‘balance’

Data-data rekaman tampilan DSO

Pengembangan sistem poros-piringan

Setting rig balancing dan alat ukur

Percobaan balancing poros-piringan

Pemasangan massa unbalance (Sistem unbalance)

Analisis data

Reduksi getaran > 50% ?

Penelitian unjuk kerja balancing serta efektifitasnya divariasikan pada putaran

(600 rpm, 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm)

Pembahasan

Kesimpulan

SELESAI

Page 34: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

68

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)

Page 35: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

69

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:

Page 36: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

70

70

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

Proximity Sensor

Piezoelectric Accelerometer Sensor

Page 37: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

71

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

Page 38: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

72

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.

0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22-100

0

100

Am

plitu

do

0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22-50

0

50

Am

plitu

do

Sinyal moving average

0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22-2

0

2

4

waktu (detik)

Am

plitu

do

Sinyal untuk mencari beda fasa

Gambar 3.7. Hasil Pengolahan Sinyal dengan Matlab.

Page 39: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

73

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 poros-

piringan. Motor yang digunakan adalah motor listrik 3 phasa, 1/4 HP, putaran

motor maksimal 1400 rpm. Motor listrik dilengkapi dengan inverter untuk

Page 40: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

74

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.

Page 41: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

75

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 = ………..

Page 42: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

76

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 : ( ) A N - N2 F - 2F a=a= maka

A = N2 - N = ……….. - j ……… = …….. < ………

a A = F2 - F = ……….. - j ……… = …….. < ………

<=<<

==a

N - N2F - F2

dan dari persamaan : ( ) B F - F3 N - 3N b=b=

B = F3 – F = ……….. - j ……… = …….. < ………

bB = N3 - N = ……….. - j ……… = …….. < ………

<=<<

==b

F - F3N - N3

Page 43: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

77

77

sehingga:

a b = ……….. < ……….. = ……….. + j ………..

b F = ……….. < ……….. = ……….. + j ………..

a N = ……….. < ……….. = ……….. + j ………..

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

b F - N = ……….. + j ……….. = ……….. < …………….

a N - F = ……….. + j ……….. = ……….. < …………….

1 - a b = ……….. + j ……….. = ……….. < …………….

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

( )( )

A - 1 N - F

=ab

b=q = ………………..

( )( )

B - 1 F - N

=ab

a=f = ……………….

diperoleh:

Wbn = q Wtn

= …………… x …………… = ………. < ………….

Wbf = f Wtf

= …………… x …………… = ………. < ………….

Pengecekan metode analisis vektor pada prosedur di atas adalah sebagai berikut:

B A N - bfq +=

A B F - aqf += , dengan:

qA = ………... < ………. x ………. < ……….

= ………... < ………. = ………. + j ……….

f bB = ………... < ………. x ………. < ……….

= ………... < ………. = ………. + j ……….

fB = ………... < ………. x ………. < ……….

= ………... < ………. = ………. + j ……….

q aA = ………... < ………. x ………. < ……….

Page 44: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

78

78

= ………... < ………. = ………. + j ……….

sehingga:

- N = ………... + j ………. = ………. < ……….

- F = ………... + j ………. = ………. < ……….

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

O

0

F2

F3

O

F

0

(b)

B = F3 - F

aA = F2 - F

B - abB

F

aN - F

O0

(d)

B

abB

(f)

O0

N3

A = N2 - N

N2

O

0

bB = N3 - N

(a)

N

A - abA

A

N

bF

abA

O0

F - N

(e)

(c)

aN

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

Page 45: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

79

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).

Page 46: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

80

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

0

1

2

3

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

PUTARAN (rpm)

AM

PL

ITU

DO

GE

TA

RA

N (

m/s

2)F

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 poros-

piringan 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

Page 47: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

81

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 poros-

piringan (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 GET A R A N SIST EM P OR OS-P IR IN GA N D EN GA N P EM A SA N GA N M A SSA UN B A LA N C E YA N G T ER UKUR P A D A

B A N T A LA N SISI N EA R A R A H H OR ISON T A L

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

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

(463,4 ; 1,7)

(883,1 ; 2,8)

(1168 ; 4,6)

Page 48: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

82

82

A M P LIT UD O GET A R A N SIST EM P OR OS-P IR IN GA N D EN GA N P EM A SA N GA N M A SSA UN B A LA N C E YA N G T ER UKUR P A D A

B A N T A LA N SISI F A R A R A H H OR ISON T A L

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

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.

(463,4 ; 2,0) (883,1 ; 2,5)

(1187 ; 8,8)

Page 49: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

83

83

Dimensi poros-piringan (poros-rotor):

· Panjang poros = 90 cm

· Diameter poros = 2 cm

· Massa 2 buah piringan = @ 1450 gram

· Massa unbalance = 129,64 gram

220 210 82220

FEHDCB

A6A5

A2

A4

A3

A1

pulley0,1148 kg = 1,1262 Npiringan

1,45 kg = 14,225 N

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

y x

z x

z

yp

p

REVRBV

GFEC DBA

900 mm

4382220220125

Kesetimbangan gaya luar

å = 0VF

( ) 0 1262,1225,14496,15 =++-+ NRR EVBV

NRR EVBV 847,30=+

å = 0BM

( ) ( ) ( ) ( )[ ] 0 650220496,15430225,147321262,1 =´-´+´+´ NmmREV

NREV 92345908,15=

NRBV 92374092,14=

NmmEI

05,3163NmmEI

22,3283

NmmEI

05,3163

NmmEI

35,92

sisi NEAR sisi FAR

Page 50: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

84

84

Potongan x - x ( )EF ®

( )431262,10 --=®=å xMM XX

Titik F (x = 43 mm)

MF = 0 Nmm

Titik E (x = 125 mm)

ME = - 92,35 Nmm

Potongan y - y ( )DE ®

( ) ( )12592345908,15431262,10 -+--=®=å xxMM XX

Titik E (x = 125 mm)

ME = - 92,35 Nmm

Titik D (x = 345 mm)

MD = 3163,05 Nmm

Potongan p - p ( )CB ®

( )å -=®= 12592374092,140 xMM XX

Titik B (x = 125 mm)

MB = 0 Nmm

Titik C (x = 345 mm)

MC = 3283,22 Nmm

Potongan z - z ( )DC ®

( )( ) ( )( )345496,1512592374092,14 0 ---=®=å xxMM XX

Titik C (x = 345 mm)

MC = 3283,22 Nmm

Titik D (x = 555 mm)

MD = 3163,05 Nmm

Page 51: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

83

83

Mencari letak H menggunakan potongan y – y

( ) ( )12592345908,15431262,1 -+--= xxM X

( ) ( )12592345908,15431262,10 -+--= xx

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

650

430

220

E1

B1

qEqB F1

F'

D2

D1

D'

C2

C1

C'

DDDCA DC E F G

RBV REV

15,496 N 14,225 N 1,1262 N

B

650B di singgung garis terhadapE dilendutan 1 ==

BEEE

Bq

650

E terhadapEdan B antara M/EI luas darimomen =

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

EI

AAAAA

650

08,275,14832536033,503 54321 ++++=

Page 52: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

84

84

( )( ) ( )( ) ( )( )( )

( )( ) ( )( )

EI650

08,235,92224,6

75,14805,31632

76,213

32505,316321036017,1202

21033,50322,3283

2220

÷øö

çèæ+÷

øö

çèæ+

+÷øö

çèæ+÷

øö

çèæ

=

EI

Nmm 2 9468,696135=

650E di singgung garis terhadapB dilendutan 1 ==

BEBB

Eq

650

B terhadapBdan E antara M/EI luas darimomen =

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

EI

AAAAA

650

92,64725,50132529067,146 54321 ++++=

( )( ) ( )( ) ( )( )( )

( )( ) ( )( )

EI650

92,64735,92224,6

25,50105,31632

76,213

32505,316321029017,1202

21067,14622,3283

2220

÷øö

çèæ+÷

øö

çèæ+

+÷øö

çèæ+÷

øö

çèæ

=

EI

Nmm2 5192,680231=

Diketahui:

E = Modulus Elastisitas material poros (St-37) (www.efunda.com)

= 2mm / N 10190 3´

I = Inersia massa poros (permukaan lingkaran) (Spiegel, 1991)

=( ) 44

44

78506420

64mmmm

D==

pp

Lendutan di C (∆C)

1'

1 CCCCC -=D

( )( ) ( )B di singgunggaris terhadap C di lendutanBC 'B -= q

( ) ( )C terhadap C dan B antara M/EIluas dari momenEI

-÷øö

çèæ= 220

9468,696135

Page 53: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

85

85

( ) ( )EI

A

EI

33,73220

9468,696135 1-÷øö

çèæ=

( )( ) ( )( )

EI

÷÷ø

öççè

æ÷øö

çèæ-

=33,7322,3283

2220

2209468,696135

( ) ( ) 423

3

7850/ 10190 8,126666470

mmmmNNmm

´=

cmmm 0084926,0 084926,0 ==

Lendutan di D (∆D)

2'

2 DDDDD -=D

( )( ) ( )B di singgunggaris terhadap D di lendutanBD 'B -= q

( ) ( )D terhadap D dan B antara M/EIluas dari momenEI

-÷øö

çèæ= 430

9468,696135

( ) ( ) ( ) ( )EI

AAA

EI

10514033,283430

9468,696135 321 ++-÷

øö

çèæ=

( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )( )

EI

÷÷ø

öççè

æ+÷

øö

çèæ+÷

øö

çèæ-

=10505,316321014017,120

2210

33,28322,32832

2204309468,696135

( ) ( ) 423

3

7850/ 10190 1,125500886

mmmmNNmm

´=

cmmm 0084144,0 084144,0 ==

Lendutan di F (∆F) '

11 FFFFF +=D

( )( ) ( )E di singgunggaris terhadap F di lendutanEF 'E += q

( ) ( )F terhadap F dan E antara M/EIluas dari momenEI

+÷øö

çèæ= 82

5192,680231

( ) ( )EI

A

EI

67,5482

5192,680231 6+÷øö

çèæ=

Page 54: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

86

86

( )( ) ( )( )

EI

÷÷ø

öççè

æ÷øö

çèæ+

=67,5435,92

282

825192,680231

( ) ( ) 423

3

7850/ 10190 33,55985984

mmmmNNmm

´=

cmmm 0037537,0 037537,0 ==

Putaran kritis I diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.3 berikut.

(Holowenko, 1980)

2

9,298åå

´

´´=

YnWn

YnWnN

dimana:

(cm)lendutan ΔYn

(Newton)beban Wn(rpm) I kritis N putaran

===

=

sehingga,

( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )222 0037537,01262,10084144,0225,140084926,0496,15

0037537,01262,10084144,0225,140084926,0496,159,298

+´+´+´+´

´=N

rpmN 63,3265= = 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,

Page 55: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

87

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.

Page 56: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

88

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:

001 360 x T

t- t =F

Page 57: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

89

89

00 14,35336035

03

5,345,3434

=´-÷

øö

çèæ ++

=Fmm

mmmmmmmm

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

Page 58: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

90

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 langkah-

langkah sebagai berikut:

Langkah I (Konversi data polar menjadi bentuk rectangle)

N = 0,9 < 40,340 = 0,58259 + j 0,68599

N2 = 0,8 < 64,620 = 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: ( ) A N - N2 F - 2F 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

00

0

97,384- 1,39567 157,774 0,37064

60,39 0,51729

N - N2F - F2

<=<<

==a

dan dari persamaan: ( ) B F - F3 N - 3N b=b=

Page 59: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

91

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

00

0

271,7732466,0225,18846868,0

265,496 0,15216

F - F3N - N3

<=<<

==b

sehingga:

ab = 0,45312 < -20,1130 = -0,15582 + j 0,42549

bF = 0,32466 < 381,4110 = 0,11852 + j 0,30225

aN = 1,2561 < -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 = 0,15580 + j 0,57452 = 0,59527 < 15,1730

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

( )( )

00

0

466,5772937,2947,17222063,0

230,413 0,60218

A - 1 N - F

<=<<

==ab

bq

( )( )

00

0

946,9492168,040,20327899,0

298,346 0,25714

B - 1 F - N

<=<

<==

abaf

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:

B A N - bfq +=

A B F - aqf += , dengan:

Page 60: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

92

92

qA = 2,72937 < 57,4660 x 0,37064 < 157,7740

= 1,01161 < 215,240

= -0,58370 - j 0,82622

f bB = 0,92168 < 94,9460 x 0,15216 < 265,4960

= 0,14024 < 360,4420

= 0,00108 + j 0,14024

fB = 0,92168 < 94,9460 x 0,46868 < 188,2250

= 0,43197 < 283,1710

= -0,42061 + j 0,09843

q aA = 2,72937 < 57,4660 x 0,51729 < 60,390

= 1,41188 < 117,8560

= 1,24828 - j 0,65970

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.

Page 61: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

93

93

(h)(g)

-N

f bB

q A

-Fq aA

f B

o

00o

(f)(e)

(d)

(c)(b)(a)

KETERANGAN:

NN3

bB

N2

A

F B

F3

aA

F2

N

bF - N

bF

F

aN - F

aN

A

abA

A - abA B

abB

B - abB

0o

o

0

o

0o

0

o

0o

0

270o

o

0

o

90

o

180

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.

Page 62: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

94

94

Tabel 4.1. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 600 rpm

No. Data Pengukuran Kode Amplitudo (m/s2)

Beda Fasa ( 0 )

1. Kondisi unbalance sisi NEAR N 0,9 40,34 2. Kondisi unbalance sisi FAR F 1,0 304,14 3. Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR N2 0,8 64,62 4. Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR F2 0,9 335,17 5. Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR N3 0,8 32,59 6. Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR F3 0,9 276,21

Data massa uji (trial mass) Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

7. Massa uji dipasang di NEAR Wtn 35,97 0 8. Massa uji dipasang di FAR Wtf 35,97 0

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

9. Massa penyeimbang sisi NEAR Wbn 98,17 57,46 10. Massa penyeimbang sisi FAR Wbf 33,15 94,95

Data Hasil Balancing Kode Amplitudo (m/s2)

Reduksi ( % )

11. Getaran akhir sisi NEAR Na 0,1 88,89 12. Getaran akhir sisi FAR Fa 0,2 80

Tabel 4.2. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 800 rpm

No. Data Pengukuran Kode Amplitudo (m/s2)

Beda Fasa ( 0 )

1. Kondisi unbalance sisi NEAR N 1,2 34,88 2. Kondisi unbalance sisi FAR F 1,0 303,49 3. Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR N2 1,0 66,98 4. Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR F2 0,9 355,81 5. Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR N3 1,0 11,03 6. Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR F3 1,0 227,59

Data massa uji (trial mass) Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

7. Massa uji dipasang di NEAR Wtn 35,97 0 8. Massa uji dipasang di FAR Wtf 35,97 0

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

9. Massa penyeimbang sisi NEAR Wbn 96 56,65 10. Massa penyeimbang sisi FAR Wbf 36,52 126,02

Data Hasil Balancing Kode Amplitudo (m/s2)

Reduksi ( % )

11. Getaran akhir sisi NEAR Na 0,4 66,67 12. Getaran akhir sisi FAR Fa 0,4 60

Page 63: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

95

95

Tabel 4.3. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1000 rpm

No. Data Pengukuran Kode Amplitudo (m/s2)

Beda Fasa ( 0 )

1. Kondisi unbalance sisi NEAR N 1,7 65,57 2. Kondisi unbalance sisi FAR F 1,5 329,14 3. Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR N2 1,4 77,14 4. Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR F2 1,2 353,14 5. Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR N3 1,3 5,22 6. Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR F3 2,2 55,29

Data massa uji (trial mass) Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

7. Massa uji dipasang di NEAR Wtn 36,0 0 8. Massa uji dipasang di FAR Wtf 36,0 0

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

9. Massa penyeimbang sisi NEAR Wbn 127 55,35 10. Massa penyeimbang sisi FAR Wbf 10,49 -106,78

Data Hasil Balancing Kode Amplitudo (m/s2)

Reduksi ( % )

11. Getaran akhir sisi NEAR Na 0,6 64,71 12. Getaran akhir sisi FAR Fa 0,7 53,33

Tabel 4.4. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1200 rpm

No. Data Pengukuran Kode Amplitudo (m/s2)

Beda Fasa ( 0 )

1. Kondisi unbalance sisi NEAR N 4,1 66,72 2. Kondisi unbalance sisi FAR F 8,1 328,97 3. Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR N2 2,5 79,14 4. Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR F2 5,9 353,79 5. Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR N3 2,6 311,90 6. Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR F3 6,0 60,52

Data massa uji (trial mass) Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

7. Massa uji dipasang di NEAR Wtn 36,0 0 8. Massa uji dipasang di FAR Wtf 36,0 0

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

9. Massa penyeimbang sisi NEAR Wbn 127,89 39,61 10. Massa penyeimbang sisi FAR Wbf 17,82 -150,39

Data Hasil Balancing Kode Amplitudo (m/s2)

Reduksi ( % )

11. Getaran akhir sisi NEAR Na 2,0 51,22 12. Getaran akhir sisi FAR Fa 2,6 67,90

Page 64: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

96

96

Tabel 4.5. Data Hasil Two-Plane Balancing Variasi Putaran Poros 1400 rpm

No. Data Pengukuran Kode Amplitudo (m/s2)

Beda Fasa ( 0 )

1. Kondisi unbalance sisi NEAR N 15,2 54,72 2. Kondisi unbalance sisi FAR F 21,2 329,40 3. Sisi NEAR, massa uji dipasang di NEAR N2 17,4 77,40 4. Sisi FAR, massa uji dipasang di NEAR F2 20,1 351,36 5. Sisi NEAR, massa uji dipasang di FAR N3 18,5 303,84 6. Sisi FAR, massa uji dipasang di FAR F3 20,6 288

Data massa uji (trial mass) Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

7. Massa uji dipasang di NEAR Wtn 36,0 0 8. Massa uji dipasang di FAR Wtf 36,0 0

Hasil Perhitungan Massa Penyeimbang Kode Massa (gram)

Sudut ( 0 )

9. Massa penyeimbang sisi NEAR Wbn 121,08 58,02 10. Massa penyeimbang sisi FAR Wbf 18,88 61,12

Data Hasil Balancing Kode Amplitudo (m/s2)

Reduksi ( % )

11. Getaran akhir sisi NEAR Na 1,7 88,82 12. Getaran akhir sisi FAR Fa 1,9 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.

Page 65: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

97

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 (m/s2)

FAR (m/s2)

Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 600 rpm

0,1 0,2 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran

800 rpm 1000 rpm 1200 rpm 1400 rpm NEAR (m/s2) 0,4 0,6 1,8 2,1 FAR (m/s2) 0,4 0,8 3,1 2,1

Tabel 4.7. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 800 rpm

NEAR (m/s2)

FAR (m/s2)

Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 800 rpm

0,4 0,4 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran

600 rpm 1000 rpm 1200 rpm 1400 rpm NEAR (m/s2) 0,2 1,0 2,9 3,5 FAR (m/s2) 0,2 0,9 3,3 2,5

Tabel 4.8. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1000 rpm

NEAR (m/s2)

FAR (m/s2) Amplitudo Getaran Hasil Balancing

Pada 1000 rpm 0,6 0,7

Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran 600 rpm 800 rpm 1200 rpm 1400 rpm

NEAR (m/s2) 0,2 0,4 1,4 1,8 FAR (m/s2) 0,3 0,4 2,8 2,0

Tabel 4.9. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1200 rpm

NEAR (m/s2)

FAR (m/s2)

Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 1200 rpm

2,0 2,6 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran

600 rpm 800 rpm 1000 rpm 1400 rpm NEAR (m/s2) 0,4 0,6 1,2 3,2 FAR (m/s2) 0,4 0,6 0,8 2,4

Tabel 4.10. Data Unjuk Kerja Balancing Yang Dilakukan Pada 1400 rpm

NEAR (m/s2)

FAR (m/s2)

Amplitudo Getaran Hasil Balancing Pada 1400 rpm

1,7 1,9 Amplitudo Getaran Setelah Diputar Pada Variasi Putaran

600 rpm 800 rpm 1000 rpm 1200 rpm NEAR (m/s2) 0,2 0,5 0,6 1,3 FAR (m/s2) 0,3 0,5 0,7 2,8

Page 66: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

98

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 JUK KER JA T WO-P LA N E B A LA N C IN G T ER H A D A P VA R IA SI P UT A R A N YA N G T ER UKUR P A D A B A N T A LA N SISI N EA R

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

600 800 1000 1200 1400

VA R IA SI P UT A R A N P OR OS (rpm)

Balancing pada 600 rpm Balancing pada 800 rpm Balancing pada 1000 rpm

Balancing pada 1200 rpm Balancing pada 1400 rpm

Gambar 4.7. Grafik Unjuk Kerja Balancing Yang Terukur

Pada Bantalan Sisi NEAR

UN JUK KER JA T WO-P LA N E B A LA N C IN G T ER H A D A P VA R IA SI P UT A R A N YA N G T ER UKUR P A D A B A N T A LA N SISI F A R

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

600 800 1000 1200 1400

VA R IA SI P UT A R A N P OR OS (rpm)

Balancing pada 600 rpm Balancing pada 800 rpm Balancing pada 1000 rpm

Balancing pada 1200 rpm Balancing pada 1400 rpm

Gambar 4.8. Grafik Unjuk Kerja Balancing Yang Terukur

Pada Bantalan Sisi FAR

Page 67: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

99

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.

Page 68: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

100

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.

Page 69: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

101

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.

Page 70: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

102

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, Prentice-

Hall 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 Multi-

sensor 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.

Page 71: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

103

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

Page 72: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

104

104

Page 73: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

105

105

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)

001 360 T

t- t ´=F

036058

02

5,65,6

´-÷

øö

çèæ +

=Fmm

mmmmmm

= 40,340

Beda Fasa (Φ)

001 360 T

t- t ´=F

036058

049´

-=F

mmmmmm

= 304,140

LAMPIRAN 1

Page 74: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

106

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)

001 360 T

t- t ´=F

03605,58

02

1110

´-÷

øö

çèæ +

=Fmm

mmmmmm

= 64,620

Beda Fasa (Φ)

001 360 T

t- t ´=F

036058

02

5454

´-÷

øö

çèæ +

=Fmm

mmmmmm

= 335,170

Page 75: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

107

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)

001 360 T

t- t ´=F

036058

02

5,64

´-÷

øö

çèæ +

=Fmm

mmmmmm

= 32,590

Beda Fasa (Φ)

001 360 T

t- t ´=F

036058

05,44´

-=F

mmmmmm

= 276,210

Page 76: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

108

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)

001 360 T

t- t ´=F

036043

03

5,453

´-÷

øö

çèæ ++

=Fmm

mmmmmmmm

= 34,880

Beda Fasa (Φ)

001 360 T

t- t ´=F

036043

02

5,3636

´-÷

øö

çèæ +

=Fmm

mmmmmm

= 303,490

Page 77: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

109

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)

001 360 T

t- t ´=F

036043

03

85,85,7

´-÷

øö

çèæ ++

=Fmm

mmmmmmmm

= 66,980

Beda Fasa (Φ)

001 360 T

t- t ´=F

036043

02

4243

´-÷

øö

çèæ +

=Fmm

mmmmmm

= 355,810

Page 78: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

110

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)

001 360 T

t- t ´=F

03605,43

03

5,25,01

´-÷

øö

çèæ ++

=Fmm

mmmmmmmm

= 11,030

Beda Fasa (Φ)

001 360 T

t- t ´=F

03605,43

02

5,275,27

´-÷

øö

çèæ +

=Fmm

mmmmmm

= 227,590

Page 79: PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP EFEKTIFITAS … · massa pada jarak radial tertentu untuk menyeimbangkan momen unbalance. Mesin dengan poros yang berputar pada putaran kerja tinggi

111

111