Studi Getaran Eksperimental Akibat Kelonggaran Sistem Transmisi Sabuk Pada Mesin Rotari

(1)

ISBN: 978-602-70570-5-0

http://eproceeding.itp.ac.id/index.php/pimimd2017

Studi Getaran Eksperimental Akibat Kelonggaran Sistem Transmisi Sabuk Pada Mesin Rotari

Asmara Yanto *, Anrinal

Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Padang Jl. Gajah Mada Kandis Nanggalo, Padang, Indonesia

*Correspondence should be addressed to [email protected]

Abstrak

Getaran pada mesin dapat diakibatkan oleh adanya kelonggaran, ketidak seimbangan massa, misalignment dan penyebab lainnya. Pada makalah ini dilakukan studi getaran eksperimental akibat kelonggaran sabuk V pada sebuah prototipe mesin rotari. Prototipe mesin rotari ini terdiri dari sebuah motor induksi AC, puli-sabuk V dan poros-rotor yang ditumpu dengan dua buah bantalan. Pada poros-rotor, dua buah piringan ditempatkan pada posisi di antara dua tumpuan poros dengan jarak yang sama. Pengujian pertama dilakukan dengan mengukur getaran poros-rotor tanpa kelonggaran sabuk V dengan jarak antar puli (jarak puli penggerak pada motor induksi AC terhadap puli yang digerakkan pada poros-rotor) adalah 180 mm. Kemudian pengujian berikutnya dilakukan pengukuran getaran sistem poros-rotor dengan memberikan kelonggaran sabuk V dengan cara memperpendek jarak antar puli dengan variasi 170 mm, 165 mm, 160 mm dan 155 mm secara berturut-turut. Getaran diukur dengan menggunakan empat buah sensor percepatan getatan berupa accelerometer berbasis micro-elektro- mechanical system (MEMS) pada kedua rumah bantalan searah sumbu-x dan sumbu-y. Getaran yang terukur dalam domain waktu ditransformasi ke dalam domain frekuensi dengan menggunakan metode Fast Fourier Transfrom (FFT). Hasil pengujian menunjukkan bahwa getaran poros-rotor akan meningkat signifikan jika kondisi sabuk dikendorkan dengan jarak antar puli 170 mm.

Kata kunci: getaran, kelonggaran, sabuk V, poros-rotor, jarak antar puli.

1. Pendahuluan

Dalam dunia industri, transmisi daya motor penggerak dengan menggunakan puli-sabuk V pada mesin rotari banyak digunakan [1]. Hal ini disebabkan karena puli-sabuk V berharga murah, dapat beroperasi pada rentang putaran dan daya yang lebar serta perawatan dan penanganannya yang tidak sukar [2-3]. Pada saat mesin beroperasi, transmisi daya dengan puli-sabuk V sering mengalami permasalahan atau ketidaknormalan operasi seperti terjadinya kelonggaran sabuk V, ketidak seimbangan massa puli, dan misalignment antar puli (parallel, angular, dan twisted) [4-6].

Penelitian-penelitian yang membahas tentang permasalahan atau ketidaknormalan operasi puli-sabuk V telah dilakukan dimana- mana. Saputra dan Wonoyudo [2] telah membahas tentang pola getaran dari transmisi sabuk V di bawah pengaruh parallel misalignment. Di sini terungkap bahwa kecepatan getaran akan semakin bertambah seiring bertambahnya parallel misalignment.

Balta dkk. [3] telah melakukan penelitian tentang rugi-rugi putaran akibat slip sabuk V terhadap puli. Di sini diungkapkan model

prediksi rugi-rugi putaran yang berhasil diperoleh dengan baik secara emperik dan tervalidasi berdasarkan analisis varian dan analisis residu. Al Bulushi dkk. [7] telah mendiagnosis kegagalan sabuk V dengan menggunakan teknik pemrosesan sinyal berbasis waktu dan frekuensi. Pada penelitian ini terungkap bahwa sabuk mengalami kegagalan secara natural pada frekuensi satu kali (1x) putaran operasi yang sama pada puli penggerak dan puli yang digerakkan. Selain itu, semakin bertambah intensitas kecepatan getaran yang terjadi akan menyebabkan variasi dan kegagalan sabuk bertambah pula. Ravindra dkk. [8] telah melakukan studi getaran bebas dan studi statik pada sistem puli-sabuk dengan kekakuan pondasi sistem. Sebuah pemodelan sistem puli-sabuk dianalisis secara numerik sehingga diperoleh karakteristik dinamik dari model sistem. Di sini terungkap bahwa frekuensi natural yang merupakan salah satu dari karakteristik dinamik sistem puli-sabuk akan meningkat seiring bertambahnya kekakuan pondasi sistem. Singru dan Modak [9] pada penelitiannya telah melakukan simulasi dinamika lengan tegangan pada sistem

(2)

puli-sabuk. Lengan tegangan divariasikan berdasarkan sudut kontak sabuk terhadap puli.

Getaran dihitung dan dibandingkan pada sudut kontak yang semakin diperbesar.

Pada penelitian-penelitian di atas belum ada yang mengungkapkan pengaruh kelonggaran sabuk akibat jarak antar puli terhadap getaran mesin. Oleh karena itu, pada penelitian ini dipaparkan bagaimana prilaku getaran mesin rotari karena kelonggaran ini. Di sini, tingkat kelonggaran divariasikan dengan mengatur jarak antar puli pada sebuah prototipe mesin rotari. Di mana prototipe mesin rotari terdiri dari sebuah motor induksi AC, puli-sabuk V dan poros-rotor yang ditumpu dengan dua buah bantalan. Pada poros-rotor, dua buah piringan ditempatkan pada posisi di antara dua tumpuan poros dengan jarak yang sama.

2. Material dan Metode

Bagian ini memaparkan secara ringkas tentang setup pengujian, pangambilan data metode analisis data yang digunakan pada penelitian ini.

A. Setup Pengujian

Prototipe mesin rotari menggunakan sebuah motor induksi AC sebagai sumber daya penggerak mesin dengan putaran motor adalah n = 1440 RPM. Dua buah puli yaitu satu puli pengerak yang dipasang pada poros motor dan satu puli yang digerakkan yang dipasang pada poros dihubungkan dengan sebuah sabuk V yang beperan sebagai sistem pentransmisi daya dari motor ke sistem poros-rotor. Sistem poros- rotor terdiri dari sebuah poros dengan dua buah piringan yang ditumpu dengan dua buah bantalan sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Setup pengujian getaran eksperimental akibat kelonggaran sistem transmisi sabuk pada mesin rotari.

Jarak antar puli divariasikan dengan 180 mm (jarak di mana kondisi sabuk V terpasang kencang/tidak longgar secara aktual), 170 mm, 165 mm, 160 mm dan 155 mm (jarak dimana kondisi sabuk V terpasang longgar dan hampir mengalami slip jika dioperasikan). Pengaturan jarak puli ini berpedoman kepada ukuran yang tertera pada mistar yang dipasang sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 2.

B. Pengambilan Data

Pada rumah bantalan ditempatkan 4 (empat) buah sensor percepatan berupa accelerometer berbasis micro-elektro-mechanical system (MEMS) jenis ADXL335. Keempat accelerometer ini berfungsi untuk mengubah besaran mekanis berupa percepatan getaran yang terukur kedalam besaran elektris dalam mV. Sinyal getaran dalam mV ini diakuisisi

oleh perangkat pengakuisisi data. Laju pengambilan data (sampling rate) diatur pada panel kontrol yang bergabung dengan perangkat penganalisis data sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 2. Pengatur jarak antar puli.

175 mm

(3)

Getaran yang diukur pada rumah bantalan yang dekat sistem puli-sabuk V (rumah bantalan#1) dinotasikan dengan sinyal x0 untuk getaran arah horizontal dan y0 untuk getaran arah vertikal. Demikian juga untuk getaran

yang diukur pada rumah bantalan lainnya (rumah bantalan#2) dinotasikan dengan sinyal x1 untuk getaran arah horizontal dan y1 untuk getaran arah vertikal.

Gambar 3. Pengambilan data getaran mesin.

Gambar 4. Diagram blok pada bagian perangkat lunak penganalisis data.

C. Metode Analisis Data

Data-data getaran terukur dalam domain waktu ditampilkan oleh perangkat penganalisis

data berupa dynamic signal analyzer virtual instrument (DSA-VI) pada monitor komputer.

DSA-VI yang digunakan adalah sebuah produk

(4)

pengakuisisi, pengolah dan penampil data dinamik yang telah dikembangkan pada penelitian sebelumnya [10-11].

Data-data getaran terukur dalam domain waktu dianalisis dengan cara mentransformasinya ke dalam domain frekuensi dengan menggunakan metode Fast Fourier Transfrom (FFT) [12-15]. Metode FFT ini termuat pada diagram blok pada bagian

perangkat lunak penganalisis data sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 4.

3. Hasil dan Pembahasan

Spektrum getaran terukur dalam domain frekuensi akan diperlihatkan pada monitor komputer melalui frontpanel penampil dan penganalisis data. Tampilan dari frontpanel penampil dan penganalisis data ini dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Frontpanel penampil dan penganalisis data.

Gambar 6. Contoh data getaran terukur dalam domain waktu untuk pengujian getaran dengan jarak antar puli 180 mm.

(5)

Gambar 7. Contoh spektrum getaran untuk pengujian getaran dengan jarak antar puli 180 mm.

Tabel 1. Hasil analisis level getaran (mg RMS) searah sumbu x0, y0,x1, dan y1. No Pengujian dengan

jarak antar puli (mm)

Level getaran (mg RMS)

x0 y0 x1 y1

1 180 80.98 148.46 141.53 236.61

2 170 99.92 187.58 173.75 295.18

3 165 101.35 191.08 178.22 303.01

4 160 97.32 182.40 172.34 288.59

5 155 102.78 195.94 179.92 308.45

Tabel 2. Hasil analisis amplitudo getaran pada 2 buah fekuensi getaran (Hz) yang dominan (pada frekuensi n/2 dan n).

No

Pengujian dengan jarak antar puli (mm)

Amplitudo getaran (mg)

x0 y0 x1 y1

n/2 n n/2 n n/2 n n/2 n

1 180 47.13 7.53 83.67 18.58 69.48 19.98 125.50 40.98

2 170 95.60 12.55 175.30 30.59 141.12 22.22 261.90 63.04

3 165 74.50 15.24 137.10 36.77 113.30 20.78 205.50 82.24

4 160 63.61 11.04 116.50 26.65 93.72 13.45 173.20 57.49

5 155 54.20 9.56 100.90 22.45 80.51 13.58 150.40 47.60

Contoh data getaran terukur dalam domain waktu untuk pengujian getaran dengan jarak antar puli 180 mm diperlihatkan pada Gambar 6 dengan spektrum getarannya diperlihatkan pada Gambar 7.

Hasil analisis level getaran (mg RMS) searah sumbu x0, y0, x1, dan y1 diperlihatkan pada Tabel 1 dan hasil analisis amplitudo getaran pada 2 buah fekuensi getaran (Hz) yang

(6)

dominan (pada frekuensi n/2 dan n) diperlihatkan pada Tabel 2.

Gambar 8. Perbandingan level getaran (mg RMS) searah sumbu x0, y0,x1, dan y1 berdasarkan jarak antar puli.

Pada Gambar 8 diperlihatkan grafik perbandingan level getaran (mg RMS) searah sumbu x0, y0,x1, dan y1. Di sini terlihat bahwa untuk jarak antar puli kecil dari 180 mm atau dalam kondisi ada kelonggaran sabuk V, terjadi peningkatan level getaran baik pada getaran horizontal (searah sumbu x) maupun pada getaran vertikal (searah sumbu y).

Perbandingan level getaran pada frekuensi dominan (pada frekuensi n/2 dan n) untuk getaran searah sumbu x0 berdasarkan jarak antar puli diperlihatkan oleh Gambar 9, untuk getaran searah sumbu y0 diperlihatkan oleh Gambar 10, untuk getaran searah sumbu x1 diperlihatkan oleh Gambar 11, dan untuk getaran searah sumbu y1 diperlihatkan oleh Gambar 12.

Gambar 9. Perbandingan level getaran pada frekuensi dominan (pada frekuensi n/2 dan n) searah sumbu x0

berdasarkan jarak antar puli.

Level getaran terbesar pada setengah frekuensi putaran motor (n/2) terjadi pada pengujian dengan kondisi jarak antar puli 170 mm baik pada getaran horizontal maupun vertikal. Level getaran terbesar pada satu kali

frekuensi putaran motor (n) terjadi pada pengujian dengan jarak antar puli 165 mm.

Gambar 10. Perbandingan level getaran pada frekuensi dominan (pada frekuensi n/2 dan n) searah sumbu y0

Gambar 11. Perbandingan level getaran pada frekuensi dominan (pada frekuensi n/2 dan n) searah sumbu x1

Gambar 12. Perbandingan level getaran pada frekuensi dominan (pada frekuensi n/2 dan n) searah sumbu y1

Kondisi sabuk V dengan jarak antar puli sebesar 170 mm menyebabkan resonansi getaran sabuk terjadi pada frekuensi setengah putaran motor. Pada frekuensi ini, getaran mesin terjadi dengan amplitudo yang lebih tinggi dibandingkan jika sabuk dengan kondisi kencang atau lebih kendor dari kondisi ini.

Selain itu, pada kondisi ini, modus getar sabuk adalah modus pertama dengan amplitudo yang

(7)

besar. Sedangkan, penurunan level getaran untuk kondisi jarak puli yang lebih kecil dari 170 mm karena tidak terjadi resonansi getaran sabuk pada frekuensi setengah putaran motor.

Akan tetapi, pada jarak puli 165 mm, amplitudo getaran pada frekuensi putaran motor lebih tinggi karena pada kondisi ini terjadi modus getar sabuk yang kedua yang masih dapat menyebabkan amplitudo getaran sabuk meningkat meski tidak sebesar pada modus getar pertama.

4. Simpulan

Dari analisis getaran eksperimental akibat kelonggaran sabuk pada mesin rotari dapat disimpulkan bahwa getaran tertinggi pada prototipe mesin rotari di setengah frekuensi putaran motor terjadi pada pengujian dengan kondisi jarak antar puli 170 mm baik pada getaran horizontal maupun vertikal. Pada kondisi ini terjadi modus pertama getaran sabuk dengan amplitudo yang besar. Hasil pengujian juga menunjukkan bahwa getaran poros-rotor akan meningkat signifikan jika kondisi sabuk kendor dengan jarak antar puli 170 mm. Level getaran untuk kondisi sabuk yang lebih kendor menurun karena modus getaran yang terjadi lebih tinggi dengan amplitudo yang semakin rendah.

Ucapan Terima Kasih

Terima kasih penulis sampaikan kepada Ditjen Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi atas penugasan penelitian dengan nomor kontrak: 94/Kontrak-Penelitian Batch II/O10/KM/2016. Artikel ini merupakan hasil penelitian yang memanfaatkan salah satu produk penelitian yang telah didanai dengan nomor kontrak di atas.

Referensi

[1] A. Almeida and S. Greenberg (1995),

“Technology assessment: energy- efficient belt transmissions,” Energy Build, 22(3), pp. 245-253.

[2] A. H. Saputra dan B. D. Wonoyudo (2012), “Pola Vibrasi Dari Transmisi V- Belt Di Bawah Pengaruh Parallel Misalignment,” Jurnal Teknik Pomits, 2(2), pp. 239-242.

[3] B. Balta, F. O. Sonmez and A. Cengisz (2015), “Speed losses in V-ribbed belt drives,” Mechanism and Machine Theory, 86, pp. 1-14.

[4] V-Belt and Timing Belt Installation and

Maintenance. Available:

https://www.bandousa.com/html/pdfs/vb elt_timingbelt.pdf.

[5] Belt Drive Preventive Maintenance &

Savety Manual. Available:

http://www.royalsupply.com/downloads/

Gates/Belt_PM_Manual.pdf.

[6] Variable Speed Belt Drives. Available:

http://www.lovejoy-

inc.com/DownloadPDF.aspx?file=%2Fu ploadedFiles%2FTechnical_Resources%

2Fvspinstall.pdf.

[7] A. A. Al Bulushi, G. R. Rameshkumar and M. Lokesha (2015), “Fault Diagnosis in Belts using Time and Frequency based Signal Processing Techniques,”

International Journal of Multidisciplinary Sciences And Engineering, 6(11), pp. 11-20.

[8] V. Ravindra, C. Padmanabhan and C.

Sujatha (2010), “Static and Free Vibration Studies on a Pulley-Belt System with Ground Stiffness,” J. of the Braz. Soc. of Mech. Sci. & Eng., 32(1), pp. 61-70.

[9] P. M. Singru and J. P. Modak (2005),

“Dynamics of arm of a ﬂat belt drive pulley with explanation of belt ﬂutter,”

Journal of Sound and Vibration, 279, pp.

1037-1070.

[10] A. Yanto and Anrinal (2016),

“Development of Dynamic Signal Analyzer Virtual Instrument (DSA VI):

A Research Proposal,” Jurnal Teknik Mesin ISSN 2089-4880, 6(1), pp. 50-54.

[11] A. Yanto, Z. Abidin, Anrinal and Rozi Saferi, “An Approach for The Condition Monitoring of Rotating Machinery,” in Proceeding of The First International Conference on Technology, Innovation, and Society (ICTIS) 2016, pp. 219-224.

[12] K. Ogata, Discrete-Time Control Systems.

New Jersey: Prentice-Hall Inc., 1995.

[13] K. Ogata, Modern Control Engineering.

New Jersey: Prentice-Hall Inc., 2002.

[14] E. Kreyszig, Advanced Engineering Mathematics 9th Edition, 9 ed. New York: John Wiley & Sons Inc., 2006.

[15] R. K. Mobley, Vibration Fundamentals (Plant Engineering Maintenance (Hardback)). Boston: Butterworth–

Heinemann, 1999.