ANALISA GETARAN PADA MESIN SEPEDA MOTOR BERBASIS LABVIEW TESIS

(1)

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister di program Magister Fisika

BENNY KRESNO SUNARKO

0806420820

UNIVERSITAS INDONESIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

PROGRAM MAGISTER FISIKA

KEKHUSUSAN FISIKA INSTRUMENTASI

JULI, 2010

(2)

Tesis ini adalah hasil karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip

maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: Benny Kresno Sunarko

NPM :

0806420820

Tanda Tangan

:

(3)

Tesis ini diajukan oleh

:

Nama

:

Benny Kresno Sunarko

NPM

:

0806420820

Program Studi

: Magister Fisika Instrumentasi

Judul Tesis

:

Analisa Getaran Pada Mesin Sepeda

Motor Berbasis LABVIEW

Telah berhasil dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai

bagian persyaratan yang diperkenankan untuk memperoleh gelar Magister pada

Program Magister Fisika Instrumentasi, Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Ketua

:

Dr. Yunus Daud

( )

Pembimbing

:

Dr. Prawito

( )

Pembimbing

:

Dr. Sastra Kusuma W

(

)

Penguji :

Prof. Dr. BEF Da Silva

(

)

Penguji :

Dr. Tony Mulia

( )

Penguji :

Dr. Martarizal

( )

Ditetapkan di : Depok

Tanggal

: 8 Juli 2010

(4)

Puji Sukur saya panjatkan kepada ALLAH SWT, karena atas berkat dan karunia

rahmat-Nya, saya dapat menyelasaikan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan

dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Science,

Program Pascasarjana Fisika Instrumentasi pada Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam. Saya menyadari bahwa, tanpa bimbingan dari berbagai pihak,

dari masa perkulihan sampai pada penyusunan tesis ini, sangatlah sulit bagi saya

untuk menyelesaikan tesis ini. Oleh karena itu, saya ucapkan terima kasih pada :

(1)

Dr. Prawito, selaku dosen pembimbing I yang telah menyediakan waktu,

tenaga, pikiran dan kesabaran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan

tesis ini.

(2)

Dr. Sastra Kusuma Wijaya selaku dosen pembimbing 2 yang telah

menyediakan waktu, tenaga, pikiran dan kesabaran untuk mengarahkan saya

dalam penyusunan tesis ini.

(3)

Semua Pengajar Program Magister Fisika Instrumentasi, terima kasih atas

ilmu yang diberikan, semoga mendapatkan keberkahan ALLAH SWT.

(4)

Ibu tercinta, Hj Sri Parwati dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan

dukungan moral dan material.

(5)

Sahabat dan teman-teman seperjuangan angkatan tahun 2008.

Akhir kata, saya berharap ALLAH SWT berkenan membalas segala kebaikan

semua pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini dapat memberikan manfaat

bagi pengembangan ilmu.

Jakarta, Juli 2010

(5)

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini :

Nama

: BENNY KRESNO SUNARKO

NPM

: 0806420820

Program Studi : Pascasarjana Fisika Instrumentasi

Departemen :

Fisika

Fakultas

: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia

Hak Bebas Royalti Nonekslusif (Non-exclusive

Royalty-Free Right)

atas Tesis saya yang berjudul :

ANALISA GETARAN PADA MESIN SEPEDA MOTOR BERBASIS

LABVIEW

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini. Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/format-kan, mengelelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan memublikasikan tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama

tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik hak

Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di

: Depok

Pada tanggal : 8 Juli 2010

Yang menyatakan,

(6)

Nama

: Benny Kresno Sunarko

Program Studi : Pascasarjana Fisika Instrumentasi

Judul

: Analisa Getaran Pada Mesin Sepeda Motor berbasis

LabVIEW

Tesis akan menganalisa getaran yang terjadi pada mesin sepeda motor akibat

kondisi karburator, klep dan oli tidak standar, perangkat keras atau unit kendali

menggunakan

Data Acqusition (DAQ) card

dan perangkat lunak untuk analisa

getaran menggunakan software labVIEW 8.5. Objek yang diteliti adalah mesin

sepeda motor jenis 125 CC, berbahan bakar bensin mempunyai satu jenis silinder

dan satu piston, satu

camshaft

dinamakan SOHC (

Single Overhead Camshaft

)

menggunakan rantai penggerak tunggal dan

crankshaft

. Analisa menggunakan

teknik analisa spektrum dengan teori analisa FFT. dengan batasan karakteristik

penelitian pada kondisi klep, oli, dan karburator tidak standar.

(7)

Name

: Benny Kresno Sunarko

Program of Study

: Post Graduate of

Physics Instrumentation

Title

: Vibration Analysis on Motorcycle Engine based

LabVIEW

The thesis will analyze vibration that occured on motorcycle engine due to

carburettor conditions, valve and non-standard oil, hardware or control using

Data

Acqusition (DAQ) card

and software for vibration analysis using software

labVIEW 8.5. Object that researched is motorcycle engine type of 125 CC,

gasoline fueled that have a kind of cylinder and a piston, a

camshaft

called SOHC

(

Single Overhead Camshaft

) using single wheel chain and

crankshaft

. The

analysis using spectrum analysis techniques by theory analysis of FFT. With

research characteristic restriction on valve conditions, oil, and non-standard

carburettor.

(8)

HALAMAN JUDUL

i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS

ii

HALAMAN PENGESAHAN

iii

KATA PENGANTAR

iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TESIS UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS

v

ABSTRAK

vi

ABSTRACT

vii

DAFTAR ISI

viii

DAFTAR GAMBAR

x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN

xiii

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Perumusan Masalah

3

1.3 Tujuan Penulisan

3

1.4 Manfaat Penelitian

4

1.5 Batasan Masalah

4

2. DASAR TEORI

2.1 Pengertian Umum Dasar perawatan

5

2.2 Teori Dasar Getaran

6

2.3 Karakteristik Getaran

7

2.3.1 Perpindahan Getaran (

Vibration Displacement

) 8

2.3.2 Kecepatan Getetaran (

Vibration Velocity)

8

2.3.3 Percepatan Getaran (

Vibration Acceleration)

9

2.3.4 Frekuensi

9

2.3.5 Panjang Gelombang

10

2.3.6 Amplitudo

10

2.3.7 Fase

10

2.3.8 Harmonik

11

2.4 Karekteristik Getaran Kerusakan Mesin

11

2.4.1 Ketidakseimbangan (

Unbalance

)

12

2.4.2 Ketidaksumbuan (

Misalignment

)

13

2.4.3 Kelonggaran (Looseness)

15

2.4.4 Kerusakan Bearing

16

2.5 Akusisi Data 17

2.5.1 Pengubah Analog ke digital

17

2.5.2 Pencuplikan

18

2.5.3 Proses Pengubahan

19

2.5.4 Resolusi, Rentang, Ketelitian dan Kesalahan 19

2.6 Analisa Data

20

(9)

2.11 Pengenalan Sistem DAQ

29

2.12 Mesin Sepeda Motor

30

2.12.1 Prinsip Kerja Sepeda Motor

31

2.12.2 Cara Kerja Mesin 4 langkah

31

2.12.3 Karakteristik Service

34

2.13 Program LabVIEW

36

3. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS & PERANGKAT LUNAK

3.1 Perangkat keras

38

3.2 Perangkat lunak

38

4. ANALISA DATA

4.1 Metode Pengambilan Data

47

4.2 Pengujian Alat dan Pemasangan Transduser

49

4.3 Data Acquistion Card

50

4.3.1 Resolusi

50

4.3.2 Sampling Rate

dan

Frequency Resolution

51

4.4 Analisa Spektrum

51

4.4.1 Kondisi Putaran Mesin (penunjukan Speedometer = 20 km/jam) 52

4.4.2 Kondisi Putaran Mesin (penunjukan Speedometer = 40 km/jam) 60

4.4.3 Kondisi Putaran Mesin (penunjukan Speedometer = 60 km/jam) 69

4.5 Arah Sumbu Pengukuran

77

4.6 Indikasi Kerusakan

78

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

79

(10)

Gambar 2.2 Karakteristik Getaran

7 Gambar 2.3 RMS Amplitudo pada sinyal priodik

8 Gambar 2.4 Fundamental Gelombang

10 Gambar 2.5 Hubungan Fase dengan gelombang yang sama

10 Gambar 2.6 Gelombang Harmonik

11 Gambar 2.7 Analisa Spektrum FFT

12 Gambar 2.8 Kondisi Unbalance

13 Gambar 2.9 Analisa FFT kondisi Unbalance

13 Gambar 2.10 Kondisi Angular Misalignment 14

Gambar 2.11 Analisa FFT-kondisi angular misalignment 14

Gambar 2.12 Kondisi Parallel misalignment 15

Gambar 2.13 Analisa FFT-kondisi parallel misalignment 15

Gambar 2.14 Analisa FFT-kondisi Looseness 16

Gambar 2.15 Analisa FFT-kondisi Bearing defect 17

Gambar 2.16 Pengubah Analog ke Digital 17

Gambar 2.17 Respon frekuensi filter ideal dengan real 18

Gambar 2.18 Domain Frekuensi dan Domain Waktu 21

Gambar 2.19 Accel board schematic V 202

28 Gambar 2.20 Blok Dasar Sistem DAQ 29

Gambar 2.21 Jenis Model Motor 125 CC 30

Gambar 2.22 Gambar Rangka Mesin 125 CC 30

Gambar 2.23 Langkah Hisap 32

Gambar 2.24 Langkah Kompresi 32

Gambar 2.25 Langkah Tenaga 33

Gambar 2.26 Langkah Buang 34

Gambar 2.27 Saringan Udara 34

Gambar 2.28 Busi 34

Gambar 2.29 Karburator 35

Gambar 2.30 klep 35

Gambar 2.31 Aliran Oli 36

Gambar 2.32 Front Panel 37

Gambar 2.32 Blok Diagram 37

Gambar 3.1 Gambar Blok Diagram dan Perangkat Keras

38 Gambar 3.2 Diagram Aliran Program DAQ

39 Gambar 3.3 Front Panel Program DAQ Page 1 40

Gambar 3.4 Program Analisa Tidak Langsung (.lvm ) dengan DAQ 42

Gambar 3.5 Program Penyimpanan data format .lvm 43

Gambar 3.6 Program Penyimpanan data FFT format .xls 44

Gambar 3.7 Program Penyimpanan data Sinyal format .xls 45

Gambar 3.8 Program Pencetakan 46

Gambar 4.1 Diagram Alir Pengambilan data 47

Gambar 4.2 Proses Service motor 48

Gambar 4.3 Pengambilan data 48

Gambar 4.4 Sinyal DAQ 49

(11)

Gambar 4.9 Analisa FFT kondisi karburator tidak standar (20 km/jam) 54

Gambar 4.10Analisa FFT kondisi Oli tidak standar (20 km/jam) 55

Gambar 4.11Analisa FFT kondisi klep tidak standar (20 km/jam) 56

Gambar 4.12Analisa FFT kondisi mesin setelah service (40km/jam) 61

Gambar 4.13Analisa FFT kondisi karburator tidak standar (40 km/jam) 62

Gambar 4.14Analisa FFT kondisi Oli tidak standar (40 km/jam) 63

Gambar 4.15Analisa FFT kondisi klep tidak standar (40 km/jam) 64

Gambar 4.16Analisa FFT kondisi mesin setelah service (60km/jam) 70

Gambar 4.17Analisa FFT kondisi karburator tidak standar (60 km/jam) 70

Gambar 4.18Analisa FFT kondisi Oli tidak standar (60 km/jam) 71

Gambar 4.19Analisa FFT kondisi klep tidak standar (60 km/jam) 72

Gambar 4.20 Indikasi Kerusakan

78 Gambar. 5.1 Spektrum FFT ( speedometer = 20km/jam )

80 Gambar. 5.2 Spektrum FFT ( speedometer = 40km/jam )

81

(12)

Tabel 2.2 Perbandingan Kinerja DFT dan FFT

22 Tabel 2.3 Karakteristik Pemasangan Sensor

24 Tabel 2.4 Karakteristik Fungsi jendela 25

Tabel 2.5 ISO 2372

26 Tabel 2.6 Spesifikasi

iMEMS accelerometer

ADXL 330 28

Tabel 2.7 Spesifikasi Standart Mesin 125 CC 31

Tabel 2.8 Standarisasi Klep untuk mesin 125 CC 35

Tabel.4.1 Dasar Acuan Pengukuran 52

Tabel 4.2 Data FFT Kondisi Standar & Karburator Tidak Standar

(Speedometer = 20km/jam) 57

Tabel 4.3 Data FFT Kondisi Standar & Oli Tidak Standar

(Speedometer = 20km/jam) 58

Tabel 4.4 Data FFT Kondisi Standar & Klep Tidak Standar

(Speedometer = 20km/jam) 60

Tabel 4.5 Data FFT Kondisi Standar & Karburator Tidak Standar

(Speedometer = 40km/jam) 65

Tabel 4.6 Data FFT Kondisi Standar & Oli Tidak Standar

(Speedometer = 40km/jam) 67

Tabel 4.7 Data FFT Kondisi Standar & Klep Tidak Standar

(Speedometer = 40km/jam) 68

Tabel 4.8 Data FFT Kondisi Standar & Karburator Tidak Standar

(Speedometer = 60km/jam) 73

Tabel 4.9 Data FFT Kondisi Standar & Oli Tidak Standar

(Speedometer = 60km/jam) 75

Tabel 4.10 Data FFT Kondisi Standar & Klep Tidak Standar

(Speedometer = 60km/jam) 76

Tabel 4.11 Arah Sumbu Getaran

78 Table. 5.1 Frekuensi FFT ( speedometer = 20km/jam )

80 Table. 5.2 Frekuensi FFT ( speedometer = 40km/jam )

81

(13)

Lampiran 1. Sensor Accelerometer

Lampiran 2. ADXL 330

Lampiran 3.

Datasheet

ADXL 330

Lampiran 4.

Datasheet

dengan tipe NI USB -6008

Lampiran 5. Data Karburator (20km/jam) Sumbu X

Lampiran 6. Data Karburator (20km/jam) Sumbu Y

Lampiran 7. Data Karburator (20km/jam) Sumbu Z

Lampiran 8. Data Klep (20km/jam) Sumbu X

Lampiran 9. Data Klep (20km/jam) Sumbu Y

Lampiran 10. Data Klep (20km/jam) Sumbu Z

Lampiran 11. Data Oli (20km/jam) Sumbu X

Lampiran 12. Data Oli (20km/jam) Sumbu Y

Lampiran 13. Data Oli (20km/jam) Sumbu Z

Lampiran 14. Data Karburator (40km/jam) Sumbu X

Lampiran 15. Data Karburator (40km/jam) Sumbu Y

Lampiran 16. Data Karburator (40km/jam) Sumbu Z

Lampiran 17. Data Klep (40km/jam) Sumbu X

Lampiran 18. Data Klep (40km/jam) Sumbu Y

Lampiran 19. Data Klep (40km/jam) Sumbu Z

Lampiran 20. Data Oli (40km/jam) Sumbu X

Lampiran 21. Data Oli (40km/jam) Sumbu Y

Lampiran 22. Data Oli (40km/jam) Sumbu Z

Lampiran 23. Data Karburator (60km/jam) Sumbu X

Lampiran 24 Data Karburator (60km/jam) Sumbu Y

Lampiran 25. Data Karburator (60km/jam) Sumbu Z

Lampiran 26. Data Klep (60km/jam) Sumbu X

Lampiran 27. Data Klep (60km/jam) Sumbu Y

Lampiran 28. Data Klep (60km/jam) Sumbu Z

Lampiran 29. Data Oli (60km/jam) Sumbu X

Lampiran 30. Data Oli (60km/jam) Sumbu Y

Lampiran 31. Data Oli (60km/jam) Sumbu Z

(14)

1.1 Latar Belakang

Sepeda motor merupakan salah satu alat transportasi berjenis kendaraan

roda dua yang merupakan pilihan utama untuk digunakan pada kondisi perkotaan

yang mempunyai tingkat kemacetan tinggi. Bagian dari sepeda motor meliputi:

rangka, mesin, roda, injeksi bahan bakar, transmisi, elektrik sistem dan lain-lain.

Untuk menunjang keselamatan dan kenyamanan berkendara menggunakan sepeda

motor diperlukan kondisi mesin prima atau baik. Kerusakan kecil yang biasa

terjadi pada mesin sepeda motor adalah : kondisi klep yang tidak standar karena

mengalami kerenggangan, kondisi karburator kotor mengakibatkan suplai

campuran bahan bakar dan udara ke ruang bakar menjadi kotor atau pembakaran

tidak sempurna, kondisi pelumasan oli tidak baik sehingga proses pendinginan ke

mesin tidak sempurna atau karena banyaknya pemalsuan oli di pasaran, dan

lain-lain. Kerusakan-kerusakan kecil tersebut dapat memberikan dampak kerusakan

mesin yang lebih besar, sudah tentu biaya perawatan yang dikeluarkan akan

meningkat. Kondisi mesin sepeda motor yang baik juga dapat mengakibatkan

konsumsi bahan bakan yang digunakan menjadi hemat, sebaliknya bila kondisi

mesin tidak baik maka konsumsi bahan bakar akan boros.

Mesin sepeda motor merupakan suatu struktur yang memiliki massa dan

kekakuan. Dengan demikian massa mesin tersebut memiliki kemampuan untuk

bergetar atau

free vibration

. Mesin yang tidak menghasilkan vibrasi atau getaran

adalah kondisi mesin ideal akan menghemat energi, karena semua energi

diberikan seluruhnya untuk fungsi mesin tersebut. Analisa getaran dapat

dilakukan untuk mengetahui kondisi kerusakan mesin. Vibrasi atau getaran yang

terjadi pada mesin secara konseptual dapat disebabkan oleh eksitasi getaran yang

berasal dari lingkungan luar (

forced vibration

) atau dari dalam mesin itu sendiri.

Getaran mesin dari dalam (

free vibration)

disebabkan oleh komponen mesin yang

mempunyai sifat bahan elastis (

elastic

), ketika komponen (part) mesin bergerak

secara berputar (

rotation

) atau

translation

dapat menimbulkan getaran [14].

(15)

Getaran berasal dari dalam mesin itu sendiri, seperti :

Unbalance,

cacat yang

terjadi pada elemen rotasi,

misaligment

, ketidak sempurnaan kefungsian mesin itu

sendiri, dan lain-lain.

Pemanfaatan sinyal yang dihasilkan akibat getaran mesin dengan

menggunakan analisa FFT

(Fast Fourier Transform)

dapat mendeteksi kerusakan

yang terjadi. Perangkat analisis getaran memerlukan:

sensor

/

tranduser

dan sistem

unit kendali (alat), sedangkan teknik analisa untuk menemukan masalah

kerusakan pada mesin antara lain dengan menggunakan Analisa Spektrum,

Analisa Orbit, Analisa Fase, dan lain-lain. Analisa Spektrum menghasilkan bentuk

spektrum frekuensi yang unik, ini merupakan teknik yang umum digunakan

karena bentuk spektrum frekuensi yang unik dapat mengindentifikasi kerusakan

pada mesin. Pemilihan sensor dan pemasangannya juga merupakan faktor

terpenting dalam analisa getaran pada mesin. Sinyal yang dihasilkan oleh sensor

adalah sinyal analog dengan perubahan yang sangat cepat, oleh karena itu

diperlukan suatu alat ukur yang mempunyai waktu pengolahan data yang relatif

cepat dan mempunyai fleksibilitas dalam pengolahan data sebagai contoh

menggunakan

Dynamic Signal Analyzer (DSA),

sudah tentu harga alat ini mahal.

Getaran mesin adalah gerakan suatu bagian mesin bergerak maju dan

mundur atau bolak-balik dari keadaan diam atau netral, contoh sederhana untuk

menunjukan suatu getaran adalah kerja dari pegas. Pegas tersebut bergerak atau

bergetar bila diberikan suatu gaya akan bergerak bolak-balik disekitar posisi

netralnya. Gerakan tersebut akan membentuk suatu gelombang mekanik.

Gelombang yang dihasilkan akibat dari getaran suatu mesin membentuk suatu

karakteristik getaran seperti : frekuensi, amplitudo, phase, harmonik getaran,

perpindahan getaran (

vibration displacement

), kecepatan getaran (

vibration

velocity

) dan perpindahaan getaran (

vibration acceleration

).

Konsep analisa getaran adalah merubah pengukuran sinyal getaran dari

domain waktu ke domain frekuensi dengan menggunakan analisa FFT

(Fast

Fourier Transform)

. Akuisisi data sangat diperlukan dalam analisa getaran untuk

menentukan jumlah sampling yang akan diperlukan untuk mendeteksi getaran

mesin, data dari sensor berupa data analog yang harus dubah ke bentuk sinyal

(16)

digital, oleh karena itu diperlukan suatu alat ukur yang mempunyai resolusi ADC

yang tinggi.

Pada tesis ini akan membuat program untuk menganalisa sinyal yang

dihasilkan oleh getaran mesin dengan menggunakan program “

Laboratory

Virtual Instrument Engineering Workbenc

h (

LabVIEW)”

. Analisa

Fast Fourier

Transform

(FFT) digunakan untuk mengetahui bentuk spektrumnya, metode ini

sangat banyak dilakukan oleh penelitian analisa getaran pada umumnya. Dalam

penelitian menggunakan unit kendali

Data Acqusition (DAQ) card

sebagai akusisi

data merubah sinyal analog menjadi dinyal digital sedangkan pengambilan data

menggunakan sensor

accelerometer.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah yang akan di teliti sebagai berikut :

• Bagaimana merancang perangkat keras dengan menggunakan DAQ

dan bagaimana merancang perangkat lunak sebagai analisa pengolahan

data menggunakan program

LabVIEW

.

• Bagaimana mengetahui bentuk keluaran spektrum yang terjadi dengan

Analisa Spektrum menggunakan

Fast Fourier Transform

(FFT)

program

LabVIEW

akibat getaran pada kondisi komponen yang akan

diteliti dalam keadaan tidak standar (pembatasan penelitian).

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dalam penulisan tesis ini adalah :

• Dapat dijadikan referensi membuat perangkat lunak menggunakan

program LabVIEW dengan unit kendali menggunakan DAQ dan

menggunakan sensor

accelerometer.

• Dapat mengetahui dan membandingkan bentuk spektrum frekuensi

yang dihasilkan oleh analisa FFT pada program LabVIEW, pada

kondisi mesin sepeda motor yang jadikan objek penelitian (mesin 125

cc) setelah

service

atau baik dengan kondisi tidak baik dengan

pembatasan masalah objek penelitian. Data yang diambil akan diolah

untuk dijadikan referensi pembuatan indikasi kerusakan pada

(17)

pembatasan objek penelitian, sehingga dengan rancangan tesis ini

dapat digunakan secara umum untuk jenis mesin yang sama

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian analisa getaran pada mesin sepeda motor berbasis

LabVIEW ini adalah dengan hasil dari penelitian ini dapat dijadikan referensi

untuk penelitian selanjutnya dengan analisa getaran yang terjadi pada mesin

sepeda motor jenis lain atau jenis kerusakan-kerusakan komponen yang lebih luas

dan spesifik.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penulisan tesis adalah:

• Analisa di batasi pada mesin kendaraan sepeda motor jenis mesin

125CC, produksi tahun 2004. Menggunakan bakar bensin, karburator

sebagai pengaturan masukan campuran bahan bakar dan udara,

berjenis mesin SOHC (

Single Overhead Camshaft

) dengan

rantai/

chain

pengeraknya, dua buah klep yaitu

in

(masukan) dan

ex

(keluaran), menggunakan busi sebagai pengapian dan mempunyai

transmisi mesin manual.

• Pengukuran putaran mesin secara manual dengan indikasi panel

speedometer

dan pembacaan putaran roda dengan alat

tachometer

infra

red

untuk dijadikan standar acuan pengukuran.

• Karakteristik kerusakan yang diteliti adalah komponen mesin seperti :

kondisi klep dan karburator yang dikondisikan tidak standar.

• Karakteristik lainya adalah kondisi oli yang tidak baik yaitu oli bekas

atau kekentalan oli tidak baik.

• Menggunakan unit kendali DAQ dengan tipe NI USB -6008.

• Sensor yang digunakan adalah sensor

accelerometer

dengan tipe

accel

board schematic V 202 produksi Micro Elektronika

.

(18)

2.1 Pengertian Umum Dasar Perawatan

Pengertian umum dasar perawatan meliputi : Perawatan

Run to

Breakdown,

yaitu melakukan perawatan mesin dengan mengganti atau

memperbaiki mesin rusak, dibutuhkan persediaan lengkap suku cadang yang akan

digunakan, kerugiannya adalah ketergantungan dengan tersedianya suku cadang.

Perawatan pencegahan berbasis waktu (

Time based Preventive Maintanance)

adalah perawatan dengan membuat jadwal perbaikan mesin berdasarkan jadwal

atau jam kerja dari mesin tersebut, kerugiannya adalah karekteristik mesin yang

berbeda-beda akan membuat analisa kurang akurat. Perawatan prediktif

(

Predictive Maintanance

) adalah penjadwalan perawatan hanya dilakukan ketika

kerusakan bisa dideteksi sehingga dapat menganalisa perbaikan yang akan

dilakukan untuk meningkatkan kinerja mesin lebih baik, memberikan informasi

yang dibutuhkan untuk perawatan lebih akurat, membuat waktu lebih effisen,

meningkatkan umur dari mesin dan menghemat biaya [1].

Pengamatan pada kondisi mesin dapat dilakukan dengan menggunakan

beberapa teknik seperti:

Vibration monitoring

, adalah teknik yang paling efektif

untuk mendeteksi pengaruh getaran mekanik dalam perputaran mesin,

Acoustic

emission,

dapat digunakan untuk mendeteksi keretakan pada struktur dan pipa,

Oil

analysis

, digunakan untuk menganalisa pelumas yang dapat memberikan

pengaruh kondisi

bearing

dan

gear, Particle analysis,

dapat digunakan untuk

menganalisa roda gigi atau sistem hidrolik,

Corrosion monitoring

dengan

menggunakan

ultrasonic

dapat digunakan untuk mendeteksi keretakan struktur

pada pipa,

Thermography

digunakan mengalisa peralatan elektrik dan mekanik,

dan teknik-teknik lainnya [1].

Teknik pengamatan atau analisa getaran sangat penting, dikarenakan

banyak tenaga ahli atau mekanik menggunakan pengamatan teknik lapangan

dengan meraba mesin tertentu menggunakan pendengaran suara mesin tersebut.

Cara tersebut tidak salah akan tetapi dilakukan secara individu yang pengukuran

berdasarkan alat panca indera. Regenerasi tenaga yang bersifat keahlian pribadi

(19)

akan sulit disistimatisasikan dan dipelajari, bahkan kadang-kadang dengan alasan

pribadi keahlihan tersebut sengaja tetap dimiliki sendiri dan tidak diberikan ke

orang lain. Sehingga pengambilan keputusan di lakukan secara pribadi. Riwayat

mesin tersebut tidak terekam tentang semua kondisi mesin. Sehingga analisa

secara ilmiah tidak dapat dilakukan dan perkembangan mesin dengan rancangan

terbaru akan sulit menyesuaikan.

Untuk menjawab permasalahan diatas dengan analisa getaran dapat

mengidentifikasi secara dini agar tidak terjadi kerusakan yang lebih parah

dikarenakan penjadwalan perawatan untuk perbaikan mesin yang tidak jelas.

2.2 Teori Dasar Getaran

Getaran adalah gerakan osilasi disekitar sebuah titik, gerakan massa yang

diberikan gaya (

forced vibration

) tanpa

friction

/gesekan. Getaran mesin adalah

gerakan suatu bagian mesin maju dan mundur dari keadaan diam. Getaran yang

ditimbulkan pada suatu mesin dapat mengambarkan kondisi gerakan-gerakan

yang tidak diinginkan pada komponen-komponen mesin. Contoh sederhana

ditunjukkan pada suatu getaran pegas dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gerakan massa dari posisi netral menuju batas puncak, kembali ke posisi

netral, lalu menuju batas bawah dan kembali ke posisi netral dapat diwakilkan

dengan gerakan satu putaran lingkaran. Gerakan satu putaran lingkaran ini

memberikan informasi terpenting dalam pengukuran getaran. Pergerakan yang

kontinu akan menghasilkan gerakan periodik atau harmonik.

(20)

2.3 Karakteristik Getaran

Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah kerusakan mekanik yang terjadi

dapat diketahui dengan mengukur karakteristik sinyal getaran pada mesin tersebut

dengan mengacu pada gerakan pegas. Karakteristik suatu getaran dengan

memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap waktu. Pada Gambar 2.2 [5],

menjelaskan tentang karakteristik getaran.

Gambar 2.2 Karakteristik getaran

Nilai satuan-satuan skala faktor dapat dilihat pada Tabel 2.1[5], yang

digunakan pada pengukuran getaran pada umumnya sebagai berikut : Nilai

Peak

to peak

adalah nilai amplitudo dari gelombang sinusosidal mulai batas atas sampai

batas bawah atau 2 x nilai

peak

, nilai

Peak

adalah nilai amplitude nilai normal = 0

sampai batas atas, nilai RMS (

Root Mean Square

) adalah nilai yang sering di

gunakan untuk untuk mengklasifikasi keparahan getaran pada suatu mesin yang

mengukur energi efektif yang menghasilkan getaran pada mesin dan Nilai

Average

adalah nilai rata-rata amplitudo.

Tabel 2.1 Faktor skala gelombang sinusoidal

No

Keterangan

Nilai Faktor Skala

1 Peak

1

2 RMS

0,717 X Peak

3 Average

0,637 X Peak

4 Peak-to-peak 2

X

Peak

Peak Velocity

Peak Acceleration

Displacement

(21)

Gambar 2.3 RMS Amplitudo pada sinyal priodik

Pada gambar 2.3 menunjukan nilai RMS amplitudo pada sinyal periodik

[15], nilai rata-rata dapat dihitung dengan perhitungan rumus 2.1 [15] di bawah ini

:

(2.1)

Sedangkan nilai rms dapat dihitung dengan persamaan rumus 2.2 [15] :

(2.2)

2.3.1 Perpindahan Getaran (Vibration Displacement)

Pada Gambar 2.2, Perpindahan Getaran atau

Vibration Displacement

di

tunjukan pada getaran dengan jarak yang ditempuh dari suatu puncak ke puncak

(

peak to peak

), Perpindahan tersebut pada umumnya dinyatakan dalam satuan

mikron

(

μ

m) atau

mils

. Dimana : 1

μ

m = 0,001 (mm) dan 1

mils

= 0,001 (inch)

[1].

2.3.2 Kecepatan Getaran ( Vibration Velocity )

Pada Gambar 2.2, Kecepatan Getaran di notasi kan dengan dua keadaan

yaitu (

peak)

dan menurut ISO menggunakan (

rms)

. Pada gerak periodik getaran

kecepatan maksimum terjadi pada titik (posisi netral) sedangkan kecepatan

minimum titik puncak atas (

top or crest

) dan titik puncak bawah (

bottom or

trough

), Kecepatan getaran maksimum ini biasanya dalam satuan :

mm/det

atau

(22)

peak

atau

mm/s-pk

atau

inches

(

ips-pk

). Untuk

root mean square

(

rms

). Nilai peak

= 1,414 x nilai rms, Kadang-kadang digunakan juga satuan

inch/sec (peak)

atau

inch/sec (rms)

, 1

inches

= 25,4 (

mm

) [1].

2.3.3 Percepatan Getaran (Vibration Acceleration )

Pada Gambar 2.2, Karakteristik getaran lain dan juga penting adalah

percepatan. kecepatan getaran adalah nol titik puncak atas (

top or crest

) dan titik

puncak bawah (

bottom or trough

), tetapi pada bagian-bagian tersebut akan

mengalami percepatan mengalami nilai maksimum. Sedang pada kondisi netral

percepatan getaran adalah nol. Secara teknis percepatan adalah laju perubahan

dari kecepatan. Percepatan getaran pada umumnya dinyatakan dalam, satuan “g”,

dimana satu “g” adalah percepatan yang disebabkan oleh gaya gravitasi pada

permukaan bumi. Sesuai dengan perjanjian intemasional satuan gravitasi pada

permukaan bumi “g” adalah 9,0665 (m/det

2 ), 386,087 (in/det

2 ) atau 32, 1739 (ft/

det

2 ) [1].

2.3.4 Frekuensi (Frequency)

Pada Gambar 2.4 [1], titik A sampai titik E merupakan

cycle

kesatu, pada

titik E sampai titik I

cycle

kedua, pada titik I sampai titik M

cycle

ketiga, dan

seterusnya. Pada titik puncak atas (

top or crest

) nilai maksimum positif diatas

garis dasar (

line reference

) dan titik puncak bawah (

bottom or trough

) nilai

maksimun negatif dibawah garis dasar (

line reference

). Satu gelombang terdiri

dari titik puncak atas (

top or crest

) dan titik puncak bawah. frekuensi dari getaran

tersebut biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus getaran yang terjadi tiap menit

(CPM =

Cycles per minute

). Sebagai contoh sebuah mesin bergetar 60 kali

(siklus; dalam 1 menit maka frekensi getaran mesin tersebut adalah 60 CPM.

Frekuensi bisa juga dinyatakan dalam CPS (

cycles per second

) atau

Hertz

dan

putaran dinyatakan dalam

revolution per minute

(RPM). Frekuensi = 1/periode

(23)

Gambar 2.4 Fundamental Gelombang

2.3.5 Panjang Gelombang (Wavelength)

Pada gambar 2.4 gelombang 1 (

wave 1

), jarak antara A dan E, atau B dan

F, dan seterusnya merupakan satu panjang gelombang. Panjang gelombang

menggunakan symbol yunani =

λ

(

lamda

) [1].

2.3.6 Amplitudo (Amplitude)

Pada gambar 2.4 gelombang 1 dan gelombang 2

mempunyai panjang

gelombang yang sama, tetapi titik puncak atas (

top or crest

) dan titik puncak

bawah (bottom

or trough

) berbeda. Jarak antara garis dasar (

line reference

) dan

titik puncak atas (

top or crest

) disebut Amplitudo (

Amplitude

) [1].

2.3.7 Fase (Phase)

Pada gambar 2.5, terlihat bentuk gelombang dengan intensifikasi

amplitudo dan frekuensi, tetapi titik puncak atas (

top or crest

) mengalami

pergeseran (

offset

) dengan jarak T/4 disebut sudut fase (

phase angle

). Jarak T =

360°, sehingga sudut fasenya = 90° [1].

(24)

2.3.8 Harmonik

Pada Gambar 2.6, menerangkan beberapa bentuk gelombang yang

menarik. Diasumsikan jarak (

displacement

) diwakilkan dengan sumbu Y dan

Waktu (

time

) pada sumbu X dengan nilai 1 detik [1].

Gambar 2.6 Gelombang Harmonik

• Gelombang (1) mewakilkan

1 cycle

. Dengan waktu 1 detik berarti F = 1 Hz.

• Gelombang (3) mewakilkan

3 cycle

. Dengan waktu 1 detik berarti F = 3 Hz.

• Gelombang (5) mewakilkan 5

cycle

. Dengan waktu 1 detik berarti F = 5 Hz.

• Gelombang (7) mewakilkan 7

cycle

. Dengan waktu 1 detik berarti F = 7 Hz.

• Gelombang (9) mewakilkan 9

cycle

. Dengan waktu 1 detik berarti F = 9 Hz

Dengan ini (1,3,5,7,9…) disebut ganjil

odd harmonics

pada frekuensi. Apabila

semakin banyak dapai menghasilkan bentuk gelombang

square

. Bila semakin

komplek biasanya menggunakan teknik

Fourier Transform

[1]

.

2.4 Karakteristik Getaran Kerusakan Mesin

Pada Gambar 2.7, [5] adalah gambar tampilan analisa spektrum

menggunakan FFT,

Running Speed

(1x),

Lower Frekuensi Harmonics/Multiples

.

Kedua bentuk spektrum tersebut memberikan informasi kerusakan pada mesin

seperti : kerusakan

misalignment

, kerusakan

unbalance

, dan lain-lain. Sedangkan

Bearing Frequencies

adalah informasi spektrum FFT untuk mengindentifikasi

(25)

Gambar 2.7. Analisa Spektrum FFT

Sinyal getaran dapat diuraikan atas komponen-komponenya dengan memakai

domain frekuensi. Setiap cacat atau kerusakan mesin membangkitkan sinyal

getaran yang unik yang juga disebut dengan “

signature

”, yang dapat dipakai

untuk mengidentifikasi kerusakan mesin, sebagai berikut : Ketidakseimbangan

(

Unbalance

),

Bent shaft, Eccentricity

, Ketidaksumbuan (

Misalignment

),

kelonggaran (

looseness)

, Kerusakan pada bearing (

bearing defect

),

belt drive

problems

,

Gear Defects, Electrical Fault, Oil Whip/Whirl, Cavitation, shaft

cracks, Rotor rubs, Resonance, Hydrolic

,

aerodynamic forces,

dan lain-lain [1]

.

Berikut pembahasan karakteristik getaran kerusakan mesin tidak keseluruhan,

hanya bebeberapa yang terpenting dalam penelitian ini, sebagai berikut :

2.4.1 Ketidakseimbangan (Unbalance)

Ketidakseimbangan terjadi ketika poros berputar pada sumbunya massa

berputar tidak tepat pada titik sumbu, hal ini disebabkan karena massa yang tidak

homogen struktur bahannya. Ketidakseimbangan terbagi atas tiga bagian yaitu :

ketidakseimbangan dapat terjadi pada satu bidang (

static umbalance

),

ketidakseimbangan pada beberapa bidang (

couple unbalance

) dan gabungan

keduanya disebut (

dynamic unbalance

). Gambar 2.8, menunjukan kondisi

ketidakseimbangan [1].

(26)

Gambar 2.8 Kondisi

Unbalance

Karakteristik dari getaran yang disebabkan oleh ketidakseimbangan adalah

getararan sinusoidal murni dengan frekuensi satu per putaran poros, vektor gaya

yang berputar dan amplitudo bertambah bila kecepatan bertambah. Spektrum yang

dihasilkan pada analisa menggunakan analisa FFT dapat ditunjukan pada Gambar

2.9 [1]. dibawah ini :

Gambar 2.9 Analisa FFT-kondisi

unbalance

2.4.2 Ketidaksumbuan (Misalignment)

Ketidaksumbuan dihasilkan ketika shafts, couplings dan bearing tidak

berputar pada satu sumbu. Terdapat dua tipe

misalignment

yaitu :

• Angular Misalignment

Terjadi ketika dua

shaft

pada sambungan tidak berhimpit, sehingga

(27)

Gambar 2.10 Kondisi

angular misalignment

Karakteristik dari getaran yang disebabkan oleh

angular misalignment

adalah mempunyai komponen getaran pada frekuensi 2x putaran poros atau lebih

dan menyebabkan getaran pada arah axial. Beda fasa antara sinyal yang didapat

kedua ujung poros atau kedua sisi coupling dapat digunakan untuk membedakan

antara

misalignment

dengan

unbalance

. Spektrum yang dihasil dengan analisa

FFT dapat diligat pada Gambar 2.11, sebagai berikut [1] :

Gambar 2.11 Analisa FFT-kondisi

angular misalignment

• Parallel Misalignment

Terjadi karena pergeseran dua buah shaft yang berhubungan membentuk

parallel atau lebih dikenal dengan istilah

offset

. Dapat dilihat pada Gambar 2.12

(28)

Gambar 2.12 Kondisi

Parallel misalignment

Karakteristik dari getaran yang disebabkan oleh

Parallel misalignment

adalah pada umumnya sama dengan

angular misalignment

. Ketika kondisi

Parallel misalignment

lebih dominan 2x putaran poros lebig besar amplitudonya

dibandingkan 1x. Spektrum yang dihasil dengan analisa FFT dapat dilihat pada

Gambar 2.13, sebagai berikut [1] :

Gambar 2.13 Analisa FFT-kondisi

parallel misalignment

2.4.3 Kelonggaran (Looseness)

Terjadi apabila komponen-komponen pengikat dalam hal ini kekuatan baut

fungsinya sudah tidak baik untuk mengikat komponen lain. Karakteristik dari

(29)

getaran yang disebabkan oleh

looseness

adalah menghasikan sinyal harmonik

yang seporadik akan mengasilkan 2x, 3x, 4x, 5x putaran poros atau 3x, 3,5 x, 4x,

5.5x. Spektrum yang dihasil dengan analisa FFT dapat dilihat pada Gambar 2.14,

sebagai berikut [1] :

Gambar 2.14 Analisa FFT-kondisi

Looseness

2.4.4 Kerusakan Bearing

Kerusakan bearing pada umumnya terkait pada kerusakan ball bearing

pada frekuensi tinggi dapat dikategorikan sebagai kerusakan outer-ring, inner

ring, kerusakan bola dan kerusakan pada train/retainer. frekuensi yang terjadi pada

kerusaan bearing bearing disimbolkan dengan F

ord

(

Frequency Outer Race Defect

)

= BPFO (

Ball Pass Frequency-Outer

),F

ird

(

Frequency Inner Race Defect

) = BPFI

(

Ball Pass Frequency-Inner

),F

bd

(

Frequency Ball Defect

) = BSF (

Ball Spin

Frequency

) dan F

c

(

Frequency Cage

= FTF (F

undamental Train Frequency

(cage)

) [1].

Pada Gambar 2.15, Spekrum FFT untuk kerusakan bearing dapat sibadi

menjadi empat bagian atau daerah ( A, B, C dan D) tingkat kerusakan. Pada

tingkat pertama ini indikasi awal kerusakan yaitu pada

range ultrasonic

.

Frekuensi ini dievaluasi denag spike energy (gSE), SEE, PeakVue, SPM dan

lainya. Pada tingkat kedua kerusakan mulai terjadi pada bearing denga frekuensi

natural 30 K sampai 120 K (cpm), frekuensi sideband. Pada tingkat ketiga

frekuensi kerusakan bearing mulai mulai terlihat dan pada tahap keempat

frekuensi defect bearing menghilang dan diganti random vibration dalam bentuk

noise [1].

(30)

Gambar 2.15 Analisa FFT-kondisi

Bearing defect

2.5 Akusisi Data

Secara umum sinyal yang dihubungkan ke sensor akan membentuk isyarat

analog. Sebelum diberikan ke alat ukur dengan sistem digital, isyarat ini harus

diubah kebentuk digital oleh pengubah analog ke digital (ADC). Sebaliknya,

keluaran dari system digital dapat diubah menjadi bentuk analog oleh pengubah

digital ke analog ( DAC) [13].

2.5.1 Pengubah Analog ke Digital.

Gambar 2.16 Pengubah Analog ke Digital

Pada gambar 2.16 pengubah analog ke digital mengambil masukan data

analog, mencuplikannya dan mengubah amplitudo dari setiap cuplikan menjadi

Analog

Input

Sampling

Conversion

Digital

Output

Samples

Tingkat 1

Tingkat 2

(31)

sandi digital. Keluarnya adalah sejumlah bit-bit parallel yang status logikanya

menunjukan amplitudo dari setiap cuplikan. Sandi yang paling popular adalah

sandi biner [13].

2.5.2 Pencuplikan

Untuk mendapatkan hasil yang memuaskan, isyarat analog harus dicuplik

dengan laju paling sedikit dua kali frekuensi tertinggi dari masukan asli analog

disebut metode

Nyquist

. Pada saat cuplikan-cuplikan tersebut disatukan kembali

dengan cara menghubungkan titik-titik ujung dari setiap cuplikan, gelombang

yang terbentuk harus berisi informasi yang sama dengan bentuk gelombang

semula [13].

Jika laju pencuplikan lebih rendah dibanding dengan frekuensi masukan

analog asli maka akan terjadi efek

aliasing

. Contoh frekuensi pencuplikan

sebesar 10 KHz sedangkan masukan frekuensi asli sebesar 9 KHz. Maka hasil

pencuplikan terlalu renggang (

infrequent

) maka hanya disajikan sebuah nilai

yang berbeda pada setiap putarannya menghasilkan alias signal sebesar 1KHz.

Untuk mencegan frekuensi alias ini muncul atau

anti aliasing filter

dilakukan

dengan menggunakan

over sampling

, filter lolos rendah (low pass filter, LPF)

dan gabungan keduanya. Pada Gambar 2.17, perbandingan respon frekuensi filter

ideal dengan real [13].

Gambar 2.17 Respon frekuensi filter ideal dengan real

Menggunakan over sampling akan memperbesar frekuensi Nyquist, namun

harus menggunakan ADC cepat. Sedangkan menggunkan LPF akan

mengeliminasi frekuensi-frekuensi diatas frekuensi cut-off. Namun didaerah

transisi tegangan masih mungkin muncul. Cara yang terbaik adalah menggunakan

LPF dan

over sampling.

(32)

Sebelum pengubahan terjadi, isyarat analog diumpankan ke gerbang

pencuplikan. Gerbang akan menutup untuk waktu yang pendek disebut waktu

aperture (

aperture time

), untuk mempertahankan cuplikan pada nilai tetap selama

waktu yang cukup supaya pengubah dapat melakukan proses pengubahan. Waktu

aperture yang pendek diperlukan jika isyarat analog berubah dengan cepat karena

bila waktu aperture yang lama akan menyebabkan perbedaan amplitudo pada

awal dan akhir pencuplikan. Sebaliknya untuk laju pencuplikan diatas 3KHz,

waktu aperture yang diperlukan untuk proses pengubahan yang terlalu besar

dibandingkan dengan frekuensi pencuplikan sehingga tidak dapat dipenuhi pada

selang waktu antara cuplikan maka digunakan rangkaian

sample and hold

.

Rangkaian ini terdiri dari saklar MOSFET cepat, kapasitor

low leakage

dan

penguat penyangga (

buffer amplifier

) [13].

2.5.3 Proses Pengubahan

Langkah terakhir dalam ADC adalah proses pengubahan disususun dengan

Sandi binernya, langkah ini disebut kuantisasi (

quatising

). Misalnya sejumlah data

0,25 0,5 0,75 1,0 dan seterusnya menggunakan ADC 3 bit, keluaran biner dapat

bernilai 000 sampai 111 sejumlah 2

3 = 8 data, dengan tegangan output

maksimumnya 1,75 V dan resolusinya 250 mV. Dengan masukan analog kontinu,

tegangan cuplikan antara 0 – 1,75 V dengan range 0,25 V. kesalahan kuantisasi

selalu tampak pada sembarang penyandian digital nilai ½ dari 0,25V = 0,125.

Misalnya 250 mV dengan sandi biner 110 akan menyatakan tegangan 1,375 V

sampai 1,625 V

Æ

1,500 ± 0,125 V. Kesalahan kuantisasi tidak dapat

dihilangkan, tetapi dapat di kurangkan dengan menaikan cacah bit yang

digunakan [13].

2.5.4 Resolusi, rentang, ketelitian, kesalahan

Resolusi pengubah menunjukan perubahan terkecil pada masukan yang

dapat dilihat pada keluaran Resolusi dinyatakan sebagai 1 bagian dalam 2

n

,

dengan n adalah cacah bit, contoh ADC 4 bit dapat membedahkan 16 nilai.

Resolusi sering dinyatakan dengan prosentase sebagai berikut :

(33)

(2.3)

Untuk ADC 4 bit = 1/16 X 100% = 6,25 %

Rentang menunjukan selisih antara sinyal analog maksimum dan

minimum. Misalnya rentang 0 s/d 10 V., kesalahan adalah selisih antara output

aktual dengan output sebenarnya :

Kesalahan = output aktual – output sebenarnya

(2.4)

Ketelitian adalah selisih antara keluaran pengubah dengan nilai

sesungguhnya yang dinyatakan sebagai prosentase keluaran maksimum ( skala

penuh), dengan rumus sebagai berikut :

(2.5)

2.6 Analisa Data

Analisa data dilakukan adalah dengan mengubah data domain waktu

kedalam domain frekuensi. Data domain waktu merupakan respon total sinyal

getaran sehingga karakteristik masing-masing komponen sinyal getarannya tidak

terlihat jelas. Dengan bantuan konsep deret

Fourier

maka sinyal getaran ini dapat

dipilah-pilah menjadi komponen dalam bentuk sinyal sinus yang frekuensinya

adalah frekuensi-frekuensi dasar dan harmonik-harmoniknya. Proses konversi ini

menggunakan algoritma perhitungan yang disebut FFT [4].

Pada Gambar 2.18, menunjukan gelombang original, dengan tanda

sum

dan komponen frekuensinya. Frekuensi dasar adalah frekuensi f

0 , harmonik kedua

pada frekuensi 2f

0 , dan harmonik ketiga pada frekuensi 3f

0 . Pada

frequency

domain

dapat dipisahkan gelombang sinus secara konseptual dari bentuk komplek

(34)

Gambar 2.18 Domain Frekuensi dan Domain Waktu

Trasformasi Fourier,

Satu bentuk dasar transformasi yang umum untuk

mengubah sinyal dari domain waktu ke domain frekuensi adalah dengan

transformasi

Fourier

. Transformasi Fourier dapat dibagi menjadi empat kategori

berdasarkan tipe sinyal. Suatu sinyal dapat kontinu ataupun diskrit dan dapat

periodik ataupun aperiodik. Berikut perhitungan Transformasi

Forier

:

(2.6)

Persamaan ini merupakan bentuk transformasi Fourier yang siap di komputasikan

secara langsung dari bentuk sinyal x(t).

Transformasi Forier

dalam operasi digital diperlukan sampel-sampel pada

daerah frekuensi dan waktu. Semua sinyal kontinu diprensentasikan oleh sample

sinyal kontinu pada daerah waktu. Sampel-sampel ini akan mengubah sinyal

kontinu menjadi sinyal diskrit, oleh karena itu dibutuhkan algoritma

menggungunakan perhitungan transformasi

Fourier

sinyal diskrit atau

Discrete

Fourier Transform

(DFT), dengan persamaan sebagai berikut :

(2,7)

Dimana k = 0, 1, 2, …, N-1

(35)

Pengambilan sampel (N) untuk analisis DFT dari sinyal kontinu perlu

diperhatikan agar tidak terjadi kesalahan, maka perlu dipahami adanya

keterbatasan sampel terhadap bentuk sinyal kontinyu yang sebenarnya.

Persamaaan di bawah ini perhitungan

sampling interval

(

Δ

t) pada

time domain

.

(2.8)

Dimana f

s

adalah

Sampling per second

(S/s)

Persamaan jarak frekuensi atau

frequency resolution

(

Δ

f) pada

frequency domain

:

(2.9)

Dimana

Δ

f =

frequency resolution

, N = Jumlah Sample dan N

Δ

t = total akusisi

waktu.

Ada beberapa cara untuk menghitung DFT dengan menggunakan

algoritma

Fast Fourier Transform (FFT)

adalah algoritma untuk menghitung DFT

dengan cepat dan efisien. Perhitungan DFT akan membutuhkan operasi aritmatika

sebanyak (N

2 ), sedangkan perhitungan FFT akan membutuhkan operasi sebanyak

((N/2)

Log

2 N). Pada Tabel 2.2 adalah perbandingan kinerja DFT dan FFT.

(36)

2.7 Langkah-Langkah Pengolahan Data

Pengukuran secara umum mendapatkan data-data vibrasi mesin yang akan

dianalisa kerusakannya dengan menganalisa hubungan amplitudo dengan

frekuensi dengan melihat spektrumnya. Analisa spektrum adalah usaha

menemukan masalah dan penyebabnya dengan mengkaji pola perbandingan

besarnya amplitudo vibrasi pada semua frekuensi yang mungkin terjadi. Analisa

menggunakan cara ini kadang-kadang untuk selanjutnya perlu didukung dengan

melakukan cara analisa lainnya adalah kelengkapan data serta sistimatika yang

baik dalam pengukuran vibrasi atau pengambilan data.

Analisa terutama akan berkaitan dengan pemilihan transduser dan atau

sensor, perangkat keras serta perangkat lunak. Langkah interpretasi data akan

banyak berkaitan dengan tabel perbandingan amplitudo pada berbagai frekuensi

pada spektrumnya dengan berbagai kemungkinan penyebabnya. Bagaimana suatu

data dari hasil pengukuran diartikan dan bagaimana karakteristik tiap-tiap keadaan

perulangan frekuensi dihubungkan dengan gejala terjadinya masalah atau kelainan

pada bagian mesin sebagai sumber penyebabnya. Setelah suatu hasil pengukuran

didapat, langkah selanjutnya adalah membandingkan hasil pembacaan dari

data-data pengukuran yang mempunyai makna berupa karakteristik getaran yang

berkaitan dengan adanya berbagai macam masalah atau kelainan pada

bagian-bagian mesin. Kunci dari langkah membandingkan hasil pengukuran ini adalah

pembacaan pada frekuensi-frekuensi yang paling berkaitan dengan RPM mesin

dan yang tidak berkaitan dengan RPM. Identifikasi. terhadap amplitudo yang

tinggi yang terjadi pada hasil pengukuran spektrumnya (amplitudo berbanding

frekuensi).

2.8 Parameter Pengukuran Getaran

Dalam kegiatan penganalisaan getaran ada beberapa hal yang harus

diperhatikan.

• Cara Pemasangan Sensor

Dipengaruhi oleh jenis sensor atau tranduser yang digunakan,

fleksibilitas pemasangan dalam pengambilan data. berikut ini tabel 2.3

karakteristik pemasangan sensor [4] :

(37)

Tabel 2.3 Karakteristik Pemasangan Sensor

Cara pemasangan

Penilaian

Rentang frekuensi (Hz)

Keterangan

ULIR

Sangat Baik

2 s/d 1000

Frekuensi max.

tergantung pada sensor

Magnetik

Baik

2-1500,200-4000

Permukaan harus bersih.

Tangan Lumayan 10-500

Pegangan harus kontak

pada bagian kaku,

gunakan stinger pada

frekuensi tinggi

Keterangan untuk cara pemasangan dengan tangan harus diperhatikan :

menekan pada permukaan mesin dengan baik dan konstan dengan arah

tegak lurus dengan mesin, bila menggunakan stinger dengan jarak

pendek akan lebih baik dalam keakuratannya. PERHATIAN : menurut

standar ANSI S2.1 7-1 980 “

Techniques for Machinery Vibration

Measurement

” dengan tangan tidak diterima.

• Alat Ukur yang dipergunakan

Peralatan yang digunakan adalah peralatan digital berbasis frekuensi

sebagai contoh, DSA (

Dynamic Signal Analyzer

). Peralatan harus

mempunyai fungsi yang dapat dimanfaatkan sebagai osiloskop.

Parameter pengukuran pada pemantauan sinyal getaran permesinan,

sebagai berikut :

• Kecepatan pengukuran,

Sangat penting karena sinyal getaran berubah dengan cepat.

Diperlukan kecepatan pengambilan data dan waktu komputasi

yang sangat baik, sehingga tidak ada informasi yang hilang.

• Kecermatan pengukuran,

Kecermatan pengukuran tergantung pada rentang frekuensi ukur.

Makin lebar rentang frekuensi maka kecermatan makin berkurang.

Sedangkan jumlah garis spektrum makin besar kecermatan akan

meningkat. Salah satu meningkatkan kecermatan dengan

pengukuran zoom.

(38)

• Fungsi Jendela (

Window

)

Berfungsi menekan semaksimal mungkin kebocoran spektrum.

fungsi jendela berpengaruh pada keakuratan frekuensi dan

amplitudo. Pada umumnya bentuk sinyal getaran adalah sinyal

acak (

random

) maka digunakan jendela

Hanning

.misalnya dalam

kasus unbalance, sinyal getaran mendekati bentuk sinusoidal, maka

digunakan jendela

flat-top

. Berikut ini karakteristik fungsi

jendela,sebagai berikut [4]:

Tabel 2.4 Karakteristik Fungsi jendela

Fungsi Jendela

Keakuran Amplitudo

Keakuratan Frekuensi

Uniform Jelek Baik

Flat Top

Baik

Jelek

Hanning Lumayan Baik

Hamming Lumayan Lumayan

Kaiser-Bessel Lumayan Lumayan

• Cakupan Dinamik (

Dynamic Range

)

Untuk menganalisis sinyal kecil yang keberadaannya bersama

dengan sinyal besar.

2.9 Standar Pengukuran

Standar pengkuran bertujuan untuk mengetahui batasan-batasan level

getaran yang menunjukan kondisi suatu pengukuran, apakah masih layak

beroperasi atau harus memerlukan perbaikan. Macam-macam standar pengukuran

seperti : ISO 2372,

American Petroleum Institute

(API),

American Gear

Manufactures Association

(AGMA), dan lain-lain [1].

Pada analisa data ini menggunakan standar ISO 2372 – ISO

Guideline for

Machinery Vibration Severity

. Berikut penjelasan ISO 2372 dapat dilihat Tabel

(39)

Tabel 2.5 ISO 2372

Keterangan :

• Class I

: Mesin kecil ( Motor < 15 kW)

• Class II

: Mesin sedang ( motor >15kW dan <75kW, tanpa pondasi

• Class III

: Mesin besar dengan pondasi kuat

• Class IV

: Mesin sangat berat ( mesin turbo) dengan pondasi khusus

2.10 Tranduser atau Sensor

Ada tiga buah tipe alat yang dapat mentransformasikan energi dari satu

bentuk ke bentuk lain yaitu

: Tranduser

adalah suatu alat yang digunakan untuk

merubah besaran dari suatu bentuk energi ke bentuk energi lainya.

Sensor

adalah

suatu alat yang mengkonversi suatu parameter fisis menjadi besaran listrik, terjadi

akibat reaksi suatu rangsangan (besaran mekanik, panas, magnetik, listrik, optik,