ANALISA GETARAN PADA POROS POMPA SENTRIFUGAL
SISTEM PENYAMBUNGAN KOPLING SABUK UNTUK
MONITORING KONDISI
TESIS
OLEH
ERWEN MARTIANIS
107015004/TM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISA GETARAN PADA POROS POMPA SENTRIFUGAL
SISTEM PENYAMBUNGAN KOPLING SABUK UNTUK
MONITORING KONDISI
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Mesin
pada Program Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
OLEH
ERWEN MARTIANIS
107015004/TM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Penelitian : ANALISA GETARAN PADA POROS POMPA
SENTRIFUGAL SISTEM PENYAMBUNGAN
KOPLING SABUK UNTUK MONITORING
KONDISI
Nama Mahasiswa : ERWEN MARTIANIS
Nomor Pokok : 107015004
Program Studi : Magister Teknik Mesin
Menyetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Dr. Eng. Ir. Indra, MT Ketua Anggota
Ketua Program Studi,
Dr. Eng. Ir. Indra, MT
Dekan,
Tanggal Sidang Tesis: 12 Desember 2012
Telah di Uji pada
Tanggal : 12 Desember 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
Anggota
: 1. Dr. Eng. Ir. Indra, MT
2. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME
3. Ir. Syahrul Abda, M.Sc
ABSTRAK
Getaran yang timbul pada poros pompa sentrifugal adalah satu fenomena yang terjadi akibat dari jarak antara kedua kopling, tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling. Getaran banyak dipakai sebagai alat untuk melakukan analisis terhadap mesin-mesin baik dengan gerak maupun translasi. Pengetahuan akan getaran dan data-data yang dihasilkan sangat penting untuk perawatan maupun troubleshooting. Kemampuan ini bisa membantu perusahaan mereduksi terjadinya downtime dan dapat meningkatkan keuntungan baik dari segi produksi maupun dari umur mesin yang lebih panjang. Getaran yang timbul akibat gaya siklik melalui elemen-elemen mesin yang ada, dimana elemen-elemen tersebut saling beraksi satu sama lain dan energi didesifikasi melalui struktur dalam bentuk getaran. Dampak dari getaran adalah terjadi suara bising, turunnya kinerja dan performa pompa serta dapat merusak komponen pada pompa terutama pada poros dan bantalan. Pada penelitian ini divariasikan, jarak kopling, tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling. Dengan variasi tersebut dapat diamati dan diketahui perilaku getaran yang terjadi dengan cara mengukur dengan mengunakan alat akur getaran vibrometer VQ-400-A OMETRON yang terhubung dengan labjack U3-LV diteruskan ke PC dalam bentuk tegangan listrik digital ke tegangan listrik analog. Model ini mengukur getaran pada arah horizontal atau sumbu X dimana titik fokus laser pada poros pompa yang berputar. Untuk menampilkan hasil pengukuran digunakan labjack yang terhubung ke PC laptop. Penelitian ini menunjukkan bahwa sabuk dengan ukuran tebal 4,5 mm dan lebar 98 mm dengan jarak flens 5,5 cm dengan posisi pemasangan sabuk luar dalam adalah yang paling baik dimana getaran yang dihasilkan cukup rendah 0,63 mm. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi dalam pemilihan ukuran sabuk, jarak antara kedua kopling serta model konfigurasi pemasangan sabuk yang paling baik pada kopling flens.
ABSTRACT
Vibration arising in a centrifugal pump shaft is a phenomenon occured due to the distance between the two couplings, the thickness and the width of belt, and the configuration of belt mounting position on the coupling. Vibration is widely used as a means of analyzing the machine either by motion or translation. The knowledge of vibration and the data produced are very essential for maintenance and troubleshooting. This capability can assist a company in reducing the incident of downtime and can increase the benefit either in terms of production or longer life of engine. The vibration resulting from a cyclic force through the existing elements of machine in which the elements interact one another and the energy is decificated through the structure in the form of vibration. The impact of vibration is the incident of noise, the decrease of pump performance, and the vibration can damage the component of the pump especially the shaft and bearings. In this study, the distance of couplings, the thickness and the width of belt, and the configuration of belt mounting position on the coupling were varied. With this variation, the behavior of the existing vibration can be observed and known by using VQ-400-A OMETRON vibrometer connected to U3-LV labjack and then transmitted to PC in the form of digital to analog voltage. This model measured the vibration in the horizontal direction or the X-axis where the laser focus point was on the rotating pump shaft. The labjact connected to PC laptop was used to display the result of measurement. The result of this study showed that, to generate a relatively low vibration of 0.63 mm, the best mounting position for the belt of 4.5 mm thick, 98 mm wide, and flens distance of 5.5 cm was inward and outward mounting position. The result of this study is expected to be able to become the reference in selecting the belt size, the distance between the two couplings, and the best configuration model of belt mounting position on the flens coupling.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis masih diberi kesempatan untuk dapat menyelesaikan laporan akhir penulisan tesis ini, dengan
judul ”ANALISA GETARAN PADA POROS POMPA SENTRIFUGAL SISTEM PENYAMBUNGAN KOPLING SABUK UNTUK MONITORING KONDISI”.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik USU Medan, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua
Komisi Pembimbing, Dr. Eng. Ir. Indra. MT, selaku Anggota Komisi Pembimbing, yang telah menuntun dan membimbing hingga laporan akhir
penulisan tesis ini dapat diselesaikan.
Dalam hal ini penulis juga menyampaikan penghargaan setinggi-tingginya kepada: Politeknik Negeri Bengkalis, PDAM Bengkalis dan seluruh pihak yang
telah memberikan kontribusinya selama penelitian, penulisan dan penyelesaian laporan tesis ini, atas semua bantuan dan bimbingan, arahan maupun dukungan
fasilitas yang penulis terima untuk itu penulis ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang terkait. Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua, mertua dan keluarga serta istri tercinta Hasmayuni
dan anakku Shalli Layla Hafni, Aiya Khumaira yang selalu mendukung dalam doa dan memberikan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan
Semoga Allah SWT, Yang Maha Pengasih, Maha Penyayang, melimpahkan rahmat-Nya kepada Bapak/ibuk serta rekan-rekan, sebagai imbalan atas segala jasa yang telah disumbangkan kepada penulis.
Akhirnya segala hal yang benar dan terealisasi pada tulisan tesis ini, semata-mata dari Allah SWT, dan segala kesalahan yang ada, semuanya karena
kekhilafan dan keterbatasan penulis.
Medan, Desember 2012 Penulis,
RIWAYAT HIDUP
Nama : Erwen Martianis
Tempat/Tgl. Lahir : Dumai, 17 Maret 1973 Jenis Kelamin : Laki-laki
Status : Kawin
Alamat : Jl. Sei Kapuas Gg. Samirun No. 75 Babura-Medan
HP : 08127614468
E-mail : erwin@polbeng.ac.id
Pendidikan
1980 – 1986 : SD Negeri 013 Dumai, Riau 1986 – 1989 : SMP Negeri 02 Dumai, Riau
1989 – 1990 : STM Negeri Tanjung Pinang, Kepulauan Riau 1990 – 1992 : STM Negeri Pekan Baru - Riau
1992 – 2000 : S1- Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Islam
Riau, Pekan Baru - Riau
2010 – 2012 : Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara – Medan
Pekerjaan :
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
RIWAYAT HIDUP ... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
DAFTAR NOTASI ... xiii
1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 3
1.3. Tujuan Penelitian ... 4
1.3.1. Umum ... 4
1.3.2. Khusus ... 4
1.4. Manfaat Penelitian ... 4
2 TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Analisa Getaran ... 6
2.1.1. Getaran ... 6
2.1.2. Karakteristik Getaran ... 9
2.1.4. Gerak Periodik ... 13
2.1.5. Getaran Bebas (Free Vibration) ... 15
2.1.6. Getaran Paksa (Force Vibration) ... 20
2.1.7. Penentuan Indikator ... 22
2.1.8. Standard Pengukuran Getaran ... 23
2.2. Kopling Flens Sabuk ... 25
2.2.1. Kopling ... 25
2.2.2. Modifikasi Kopling Sabuk ... 26
2.3. Pompa ... 27
2.3.1. Karakteristik Pompa ... 29
2.4. Pengolahan Data Vibrasi ... 31
2.4.1. Time Domain ... 31
2.4.2. Frekuensi Domain ... 33
3 METODE PENELITIAN ... 35
3.1. Tempat dan Waktu ... 35
3.2. Bahan Peralatan dan Metode ... 35
3.2.1. Bahan ... 35
3.2.2. Peralatan ... 38
3.2.3. Metode ... 42
3.3. Set Up Peralatan ... 42
3.4. Pengolahan dan Analisa Data ... 45
3.5. Variabel yang diamati ... 46
3.7. Kerangka Konsep Penelitian ... 49
3.8. Pelaksanaan Penelitian ... 50
4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 51
4.1. Perhitungan Getaran Pompa ... 51
4.1.1. Kecepatan Sudut Motor Penggerak ... 51
4.1.2. Kecepatan Sudut Sistem yang Bergerak ... 52
4.2. Analisa Getaran Pada Poros Pompa ... 54 4.2.1. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang sama 5,5
cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam ...
56 4.2.2. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang sama 6,5
cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam ...
57 4.2.3. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang sama 7,5
cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam ...
59 4.2.4. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda,
Lebar dan Tebal yang sama (L98 T4,5), Posisi Sabuk Luar-Dalam ...
61 4.2.5. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda,
Lebar dan Tebal yang sama (L98 T4,5), Posisi Sabuk di Dalam ...
63
Posisi Sabuk Luar-Dalam ... 65
4.2.7. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda, Lebar dan Tebal yang sama (L120 T6), Posisi Pemasangan Sabuk di Dalam ... 67 4.2.8. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda, Lebar dan Tebal yang sama (L145 T7,5), Posisi Sabuk Luar-Dalam ... 69 4.2.9. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda, Lebar dan Tebal yang sama (L145 T7,5), Posisi Pemasangan Sabuk di Dalam ... 71 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 84
5.1. Kesimpulan ... 84
5.2. Saran ... 85
DAFTAR PUSTAKA ... 86
LAMPIRAN ... 88
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1. Satuan yang digunakan tiap Karakteristik ... 11
2.2. Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran ... 22
3.1. Hasil Uji Puntir ... 46
4.1. Spesifikasi Pompa ... 51
4.2. Data Pengujian Getaran ... 55 4.3. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang sama 5,5cm
(tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam) ...
56 4.4. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang sama 6,5cm
(tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam) ...
58 4.5. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang sama 7,5cm
(tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam) ...
60 4.6. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang berbeda, lebar
dan tebal yang sama (L98 T4,5), posisi sabuk luar-dalam ...
62 4.7. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang berbeda, lebar
dan tebal yang sama (L98 T4,5), posisi sabuk di dalam ...
64 4.8. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang berbeda, lebar
dan tebal yang sama (L120 T6), posisi sabuk luar-dalam ...
66 4.9. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang berbeda, lebar
dan tebal yang sama (L120 T6), posisi sabuk di dalam ...
dan tebal yang sama (L145 T7,5), posisi sabuk luar-dalam ... 70
4.11. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang berbeda, lebar dan tebal yang sama (L145 T7,5), posisi sabuk di dalam ...
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1. Kerusakan Akibat Getaran ... 9
2.2. Sistem Getaran Sederhana ... 9
2.3. Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan Getaran ... 11 2.4. Skematika Phase Getaran ... 11
2.5. Gerak Periodik Gelombang Sinyal Segi Empat dan Gelombang Pembentukannya dalam Domain Waktu ... 14 2.6. Pegas Linier ... 15
2.7. Benda Tegar ... 16
2.8. Redaman ... 16
2.9. Sistem I DOF Tanpa Redaman ... 17
2.10. Sistem Pegas Massa dan Diagram Benda Bebas ... 18
2.11. Sistem Tereksitasi Akibat Gaya Tanpa Redaman ... 20
2.12. Sistem Tereksitasi Akibat Gaya Dengan Redaman ... 21
2.13. ISO 10816-3 Vibration ... 24
2.14. Kopling dan sabuk ... 26
2.15. Pompa Sentrifugal ... 27
2.16. Komponen Pompa Sentrifugal ... 27
2.17. Poros Pompa ... 28
2.19. Karaktristik Sinyal Statik dan Dinamik ... 32
3.11. Hubungan pengukuran dan monitoring obyek pemantauan dengan analisa data... 43
3.19. Grafik analisa getaran pada jarak yang sama 5,5 cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)... 57
3.21. Grafik analisa getaran pada jarak yang sama 7,5 cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)...
61 3.22. Grafik analisa getaran pada jarak yang berbeda, lebar dan tebal
yang sama (L98 T4,5), posisi sabuk luar-dalam ...
63 3.23. Grafik analisa getaran pada jarak yang berbeda, lebar dan tebal
yang sama (L98 T4,5), posisi sabuk di dalam ...
65 3.24. Grafik analisa getaran pada jarak yang berbeda, lebar dan tebal
yang sama (L120 T6), posisi sabuk luar-dalam ...
67 3.25. Grafik analisa getaran pada jarak yang berbeda, lebar dan tebal
sabuk sama (L120 T6), posisi sabuk di dalam ...
69 3.26. Grafik analisa getaran pada jarak berbeda, lebar dan tebal
sama (L145 T 7,5), posisi sabuk luar-dalam ...
71 3.27. Grafik analisa getaran pada jarak berbeda, lebar dan tebal sama
(L145 T 7,5), posisi sabuk di dalam ...
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
DAFTAR NOTASI
Simbol Satuan
A Amplitudo (m)
a Percepatan (m/s2)
B Koefisien induksi magnetic
c Redaman / damping (N/(m/s))
� Koefisien redaman kritis
F Gaya (N)
f Frekuensi (Hz)
�� Frekuensi getar objek ukur (Hz)
Percepatan gravitasi (m/s2)
h Total head pompa (m)
HN Head total pompa (m)
H(s) Frekuensi karakteristik (Hz)
i Kuat arus (Ampere)
� Kecepatan sudut (rad/s)
w Berat (N)
� Frekuensi natural (rad/s)
� Perpindahan / displacement (m)
� Kecepatan / velocity (m/s)
� Percepatan / acceleration (m/s2)
ABSTRAK
Getaran yang timbul pada poros pompa sentrifugal adalah satu fenomena yang terjadi akibat dari jarak antara kedua kopling, tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling. Getaran banyak dipakai sebagai alat untuk melakukan analisis terhadap mesin-mesin baik dengan gerak maupun translasi. Pengetahuan akan getaran dan data-data yang dihasilkan sangat penting untuk perawatan maupun troubleshooting. Kemampuan ini bisa membantu perusahaan mereduksi terjadinya downtime dan dapat meningkatkan keuntungan baik dari segi produksi maupun dari umur mesin yang lebih panjang. Getaran yang timbul akibat gaya siklik melalui elemen-elemen mesin yang ada, dimana elemen-elemen tersebut saling beraksi satu sama lain dan energi didesifikasi melalui struktur dalam bentuk getaran. Dampak dari getaran adalah terjadi suara bising, turunnya kinerja dan performa pompa serta dapat merusak komponen pada pompa terutama pada poros dan bantalan. Pada penelitian ini divariasikan, jarak kopling, tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling. Dengan variasi tersebut dapat diamati dan diketahui perilaku getaran yang terjadi dengan cara mengukur dengan mengunakan alat akur getaran vibrometer VQ-400-A OMETRON yang terhubung dengan labjack U3-LV diteruskan ke PC dalam bentuk tegangan listrik digital ke tegangan listrik analog. Model ini mengukur getaran pada arah horizontal atau sumbu X dimana titik fokus laser pada poros pompa yang berputar. Untuk menampilkan hasil pengukuran digunakan labjack yang terhubung ke PC laptop. Penelitian ini menunjukkan bahwa sabuk dengan ukuran tebal 4,5 mm dan lebar 98 mm dengan jarak flens 5,5 cm dengan posisi pemasangan sabuk luar dalam adalah yang paling baik dimana getaran yang dihasilkan cukup rendah 0,63 mm. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi dalam pemilihan ukuran sabuk, jarak antara kedua kopling serta model konfigurasi pemasangan sabuk yang paling baik pada kopling flens.
ABSTRACT
Vibration arising in a centrifugal pump shaft is a phenomenon occured due to the distance between the two couplings, the thickness and the width of belt, and the configuration of belt mounting position on the coupling. Vibration is widely used as a means of analyzing the machine either by motion or translation. The knowledge of vibration and the data produced are very essential for maintenance and troubleshooting. This capability can assist a company in reducing the incident of downtime and can increase the benefit either in terms of production or longer life of engine. The vibration resulting from a cyclic force through the existing elements of machine in which the elements interact one another and the energy is decificated through the structure in the form of vibration. The impact of vibration is the incident of noise, the decrease of pump performance, and the vibration can damage the component of the pump especially the shaft and bearings. In this study, the distance of couplings, the thickness and the width of belt, and the configuration of belt mounting position on the coupling were varied. With this variation, the behavior of the existing vibration can be observed and known by using VQ-400-A OMETRON vibrometer connected to U3-LV labjack and then transmitted to PC in the form of digital to analog voltage. This model measured the vibration in the horizontal direction or the X-axis where the laser focus point was on the rotating pump shaft. The labjact connected to PC laptop was used to display the result of measurement. The result of this study showed that, to generate a relatively low vibration of 0.63 mm, the best mounting position for the belt of 4.5 mm thick, 98 mm wide, and flens distance of 5.5 cm was inward and outward mounting position. The result of this study is expected to be able to become the reference in selecting the belt size, the distance between the two couplings, and the best configuration model of belt mounting position on the flens coupling.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sebuah mesin yang bekerja baik pada prinsipnya tidak menimbulkan getaran sama sekali, karena seluruh energi yang dihasilkan diubah menjadi kerja. Namun didunia ini tidak ada yang sempurna, sehingga sebagian energi mekanik berubah menjadi energi getaran. Getaran timbul akibat transfer gaya siklik melalui elemen-elemen mesin yang ada, dimana elemen-elemen tersebut saling beraksi satu sama lain dan energi didesipasi melalui struktur dalam bentuk getaran (Suhardyono, 2005).
Pompa adalah salah satu mesin fluida yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan fluida. Pompa digunakan sebagai alat transportasi fluida (horizontal maupun vertikal), untuk menaikkan tekanan dan kecepatan. Dari sekian banyak pompa, yang paling sering digunakan adalah pompa sentrifugal. Hal ini terkait karena keunggulannya dibandingkan dengan pompa yang lain, yaitu: harga yang murah, konstruksi sederhana, pemasangannya mudah, kapasitas dan head yang tinggi, kemudahan operasional serta pemeliharaan (Girdhar, 2005), karena keunggulannya ini sehingga pompa sentrifugal banyak digunakan oleh industri. Namun dalam pengoperasian di lapangan sering dijumpai kegagalan, salah satu penyebabnya adalah getaran yang ditimbulkan dengan penyambungan kopling sebagai penerus putaran. Akibat getaran tersebut dapat merusak poros, bantalan, timbulnya noise, penurunan head, penurunan kapasitas hingga penurunan efisiensi dari pompa. Menurut kurva tingkat kondisi, maka salah satu cara yang paling mudah untuk mendeteksi awal gejala kerusakan pada mesin termasuk pompa adalah dengan menggunakan sinyal vibrasi.
Kopling adalah merupakan suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Berbeda dengan kopling tak tetap yang dapat dilepaskan dan dihubungkan bila diperlukan, maka kopling tetap selalu dalam keadaan terhubung (Sularso dan Suga, 1997).
digerakkan dengan getaran yang dihasilkan cukup kecil dan fleksibel, hal ini disebabkan karena tidak mengharuskan poros terletak pada garis lurus atau satu sumbu.
Respon vibrasi dari suatu pompa merupakan salah satu indikator yang menunjukkan kondisi mekanis dari suatu pompa. Indikasi kecilnya getaran yang terjadi pada poros pompa dapat dirasakan dimana tingkat kerusakan pada poros pompa dan bantalan yang kecil.
Penelitian mengenai getaran telah dilakukan oleh beberapa peneliti,
diantaranya: (V. Hariharan, san, 2009) penelitian analisa getaran dari poros yang tidak satu baris dengan sistem bantalan bola hasilnya di dapat bahwa pengaruh tersebut dapat diperbesar dan kecepatan dapat diartikan di dalam spektrum
frekuensi. Selanjutnya (Meifal Rusli, bur, yat, 2010) penelitian analisa getaran dan suara pada rem cakram saat beroperasi hasilnya ditemukan dua model
getaran yang terjadi pada kampas yaitu, getaran harmonik dan respon getaran stick-slip. Suhardyono (2005) analisis sinyal getaran untuk menentukan jenis dan tingkat kerusakan bantalan bola (ball bearing) hasilnya didapat bahwa sinyal
getaran untuk bantalan yang baik mendekati harmonik (sinusiodal), sedangkan yang rusak getarannya berbentuk stokastik (random).
Dengan dilandasi pada latar belakang di atas maka peneliti memandang perlu dilakukan suatu penelitian guna menganalisa perubahan perilaku getaran
yang terjadi pada poros pompa dengan sistem penyambungan kopling sabuk pada pompa sentrifugal untuk monitoring kondisi.
Kopling yang diteliti dan digunakan dalam penelitian ini adalah kopling flens sabuk yang dirancang menggunakan sabuk yang diikat dengan baut dan mur dihubung antara kopling flens pada poros motor dengan kopling flens pada poros
pompa.
Sedangkan poros pompa sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ini
adalah poros pompa sentrifugal yang meneruskan daya dan putaran dari motor dengan sistem penyambungan kopling flens sabuk. Berdasarkan latar belakang diatas maka penulis tertarik untuk melakukan suatu penelitian untuk menganalisa
getaran yang terjadi pada poros pompa. Pembatasan masalah disini mencakup permasalahan getaran dan rancangan pada kopling flens sabuk.
1.3. Tujuan Penelitian
1.3.1. Umum
Tujuan penelitian ini adalah untuk mendeteksi fenomena getaran yang terjadi pada poros pompa sentrifugal sistim penyambungan kopling flens sabuk sebagai penerus daya dan putaran.
1.3.2. Khusus
Adapun tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi jarak antara kedua kopling flens sabuk.
3. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan konfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling.
1.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini nantinya merupakan suatu upaya nyata pihak perguruan tinggi, khususnya lembaga penelitian, dalam memberikan informasi kepada dunia industri tentang hubungan poros pompa, fenomena getaran (vibrasi) dengan
sistem penyambungan kopling flens sabuk sebagai penerus daya dan putaran. Adapun manfaat penelitian ini adalah:
1. Sinyal getaran dapat dijadikan sebagai acuan untuk mendeteksi dini getaran yang terjadi pada poros pompa sentrifugal.
2. Memberikan informasi mengenai metode pengujian fenomena getaran
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Getaran banyak dipakai sebagai alat untuk melakukan analisis terhadap mesin-mesin, baik gerak rotasi maupun translasi. Pengetahuan akan getaran dan data-data yang dihasilkan sangat penting untuk perawatan maupun troubleshooting. Kemampuan ini bisa membantu perusahaan mereduksi terjadinya down time dan dapat meningkatkan keuntungan baik dari segi produksi maupun dari umur mesin (yang lebih panjang).
2.1. Analisa Getaran
2.1.1. Getaran
Getaran secara teknik didefenisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek terhadap posisi awalnya Pain (2005), karakteristik getaran adalah:
1. Frekuensi, digunakan untuk menggambarkan getaran.
2. Perpindahan, mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar. 3. Kecepatan, mengindikasikan berapa cepat objek bergetar.
4. Percepatan, mengindikasikan suatu objek bergetar terkait dengan gaya penyebabnya.
5. Phase, mengindikasikan suatu bagian bergetar relatif terhadap bagian yang lain.
Tingkat getaran dan jenis persoalan secara analisis:
1. Tingkat getaran secara menyeluruh dapat berubah dengan beban dan kecepatan, sehingga dapat memberikan gambaran yang salah tentang
pengambilan kesimpulan tentang terjadinya persoalan serius, sehingga tindakan yang tepat terhadap mesin dapat dilakukan.
2. Dalam operasionalnya tidak mudah menghentikan suatu mesin tanpa
mengganggu proses produksi. Oleh karena itu sangatlah penting untuk mengetahui parah tidaknya suatu persoalan. Analisis dapat menentukan
apakah suatu mesin dapat tetap dijalankan sampai jadwal pemberhentian pabrik berikutnya.
3. Dengan analisis getaran waktu perbaikan dapat diperkecil karena jenis
permasalahannya telah diketahui. Suku cadang dapat dibeli atau disediakan sebelum mesin dibongkar.
Analisa getaran merupakan cara yang paling handal untuk mendeteksi awal gejala kerusakan mekanik, elektrikal pada peralatan, sehingga analisa getaran saat ini menjadi pilihan teknologi predictive maintenance yang paling sering digunakan (Scheffer, 2004).
Suatu peralatan yang berputar sebaiknya memiliki suatu nilai getaran standar (ASTM D3580-95) dan batasan getaran yang diperbolehkan (dibuat oleh pabrik) sehingga apabila nilai getaran yang terjadi diluar batasan yang diizinkan maka peralatan tersebut harus menjalani tindakan perawatan.
Semua mesin memiliki tiga sifat fundamental yang berhubungan untuk menentukan bagaimana mesin akan bereaksi terhadap kekuatan-kekuatan yang menyebabkan getaran-getaran, seperti sistem pegas-massa yaitu:
1. Massa (m): merupakan inersia untuk tetap dalam keadaan semula
atau gerak. Sebuah gaya mencoba untuk membawa perubahan dalam keadaan istirahat atau gerak, yang ditentang oleh massa dan satuannya
dalam kg.
2. Kekakuan/stiffness (k): ada kekuatan tertentu yang dipersyaratkan
mengukur gaya yang diperlukan untuk memperoleh defleksi tertentu disebut kekakuan, satuannya dalam N / m.
3. Damping/redaman (c): setelah memaksa set bagian atau struktur ke dalam gerakan, bagian atau struktur akan memiliki mekanisme inherent untuk memperlambat gerak (kecepatan). Karakteristik ini untuk mengurangi
kecepatan gerakan disebut redaman, satuannya dalam N /(m/s).
Sebagaimana disebutkan di atas, efek gabungan untuk menahan pengaruh kekuatan karena massa, kekakuan dan redaman menentukan bagaimana suatu sistem akan merespon yang diberikan kekuatan eksternal. Sederhananya, cacat dalam mesin membawa gerakan getaran. Massa, kekakuan dan redaman mencoba untuk melawan getaran yang disebabkan oleh cacat. Jika getaran akibat cacat jauh lebih besar daripada tiga karakteristik tersebut maka getaran yang dihasilkan akan lebih tinggi dan cacat dapat terdeteksi, seperti Gambar 2.1. berikut ini:
Gambar 2.1. Kerusakan akibat getaran 2.1.2. Karakteristik Getaran
Getaran secara teknik didefenisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek terhadap posisi objek awal/diam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Keausan Bantalan
Gambar 2.2. Sistem Getaran Sederhana (Mobley, 2008)
Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah mekanik yang terjadi dapat diketahui dengan mengukur karakteristik getaran pada mesin tersebut.
Karakteristik getaran yang penting antara lain adalah (Pain, 2005):
1. Frekuensi adalah karakteristik dasar yang digunakan untuk mengukur dan menggambarkan getaran.
2. Perpindahan mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar. 3. Kecepatan mengindikasikan berapa cepat objek bergetar.
4. Percepatan mengindikasikan suatu objek bergetar terkait dengan gaya penyebab getaran.
5. Phase mengindikasikan bagaimana suatu bagian bergetar relatif terhadap bagian yang lain, atau untuk menentukan posisi suatu bagian yang bergetar pada suatu saat, terhadap suatu referensi atau terhadap bagian
lain yang bergetar dengan frekuensi yang sama.
Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari
karakteristik suatu getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi waktu. Gerakan bandul pegas dari posisi netral ke batas atas dan
Gambar 2.3 dan 2.4. Sedangkan satuan untuk tiap karaktristik dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Gambar 2.3. Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan Getaran (Mobley, 2008)
Tabel 2.1. Satuan yang digunakan Tiap Karakteristik
Karateristik Getaran
Satuan
Metrik British
Perpindahan
microns peak to peak
( 1 µm = 0.001 mm )
Pase derajat derajat
(Sumber : Maintenance Engineering Handbook, Mobley, 2008) 2.1.3. Gerak Harmonik
Getaran dari sebuah mesin merupakan resultan dari sejumlah getaran individu komponen yang muncul dari gerak atau gaya pada komponen mekanikal, proses pada mesin ataupun sistem yang saling terkait. Setiap komponen individu yang bergetar ini memiliki gerak periodik. Gerakan akan berulang pada periode waktu tertentu. Waktu pengulangan T dimana getaran berulang disebut perioda osilasi biasanya diukur dalam satuan waktu yaitu detik dan kebalikannya adalah frekuensi (Scheffer, 2004).
Setiap frekuensi komponen mesin dapat dihitung dengan rumus berikut ini:
1
dan frekuensi lingkaran atau kecepatan sudut dapat dihitung dengan rumus: dari gerak periodik adalah gerak harmonik, pada gerak harmonik, hubungan antara perpindahan maksimum dan waktu dapat dinyatakan oleh:
t A
x sin ... ... (2.3.)
Amplitudo getaran dapat dinyatakan dalam tiga istilah dasar yaitu perpindahan, kecepatan, dan percepatan. Kecepatan dalam gerak harmonik berdasarkan persamaan (2.3) dapat diperoleh dari hasil diferensial perpindahan terhadap waktu, yaitu: Sedangkan percepatan harmonik dapat diturunkan dari persamaan (2.4) sehingga:
Gambar 2.5. Gerak Periodik Gelombang Sinyal Segi empat dan Gelombang
Pembentukannya Dalam Domain Waktu (Scheffer, 2004)
Dari Gambar 2.5. diatas dapat dijelaskan bahwa:
1. Gelombang pertama yang harus kita amati adalah gelombang (1). Hal ini diwakili oleh satu siklus. Sebagai skala waktu adalah 1 s yang memiliki frekuensi 1 Hz.
2. Gelombang berikutnya untuk dipertimbangkan adalah gelombang (3). Hal ini dapat dilihat bahwa gelombang tersebut memiliki tiga siklus pada
periode yang sama dari gelombang pertama. Jadi gelombang tersebut memiliki frekuensi 3 Hz.
3. Ketiga adalah gelombang (5). Berikut lima siklus dapat ditelusuri, dan
tentunya memiliki frekuensi dari 5 Hz.
4. Berikutnya adalah gelombang (7) dan gelombang tersebut memiliki tujuh
5. Gelombang (9) adalah berikutnya dengan sembilan siklus dan akan memiliki frekuensi 9 Hz.
Gerak periodik pada Gambar 2.5. dapat dinyatakan dalam deretan sinus dan cosinus yang dihubungkan secara harmonik. Jika x(t) adalah fungsi periodik dengan periode τ, maka fungsi ini dapat dinyatakan oleh deret Fourier (Pain, seterusnya. Deret ini menunjukkan nilai rata-rata dari fungsi yang diskontinu. 2.1.5. Getaran Bebas (Free Vibration)
Dalam gerak translasi, perpindahan didefinisikan sebagai jarak linier, dalam gerak rotasi, perpindahan didefinisikan sebagai gerakan sudut (Harris dan Piersol, 2002), seperti terlihat pada Gambar 2.6. di bawah ini:
Gambar 2.6. Pegas Linier (Harris dan Piersol, 2002)
Pada Gambar 2.6 menunjukan perubahan panjang pegas proporsional dengan gaya yang bekerja sepanjang-panjangnya, atau:
) (x u k
F ... (2.7)
Pegas dianggap tidak memiliki massa, sehingga gaya yang bekerja pada salah satu ujungnya sama dan berlawanan dengan gaya yang bekerja pada ujung yang
k
F -F
lain sehingga konstanta proporsional adalah konstan. Benda Tegar dan Regangan dapat dilihat pada Gambar 2.7. dan 2.8. berikut:
Gambar 2.7 Benda Tegar (Harris dan Piersol, 2002)
Massa adalah benda tegar (Gambar 2.7) dengan percepatan �, menurut hukum kedua Newton sebanding dengan resultan semua gaya yang bekerja pada massa.
x m
F ... (2.8)
Gambar 2.8 Redaman (Harris dan Piersol, 2002)
Konstanta c adalah koefisien redaman, redaman yang ideal dianggap tidak memiliki massa sehingga besarnya gaya pada kedua ujungnya sama namun arahnya berlawanan, sehingga dapat dirumuskan:
) (x u c
F ... (2.9)
Free vibration tanpa redaman dapat dilihat pada Gambar 2.9. di bawah ini:
m F
x
x u
F
Gambar 2.9. Sistem 1 DOF Tanpa Redaman (Harris dan Piersol, 2002)
adalah sudut frekuensi natural.
sec
Osilasi sinusoida massa berulang terus menerus, dan interval waktu untuk menyelesaikan satu siklus periode:
n
Dan kebalikan periode adalah frekuensi natural.
Gambar 2.10. Sistem Pegas Massa dan Diagram Benda Bebas (Harris dan Piersol, 2002)
Hukum Newton kedua adalah dasar untuk meneliti gerak sistem, pada Gambar 2.10 perubahan bentuk pegas pada posisi kesetimbangan adalah Δ dan gaya pegas kΔ adalah sama dengan gaya gravitasi w yang bekerja pada massa m.
mg w
k ... (2.15) Hukum Newton kedua untuk gerak diterapkan pada massa m:
)
k m
2 ... (2.20)
dan frekuensi natural adalah:
k
Persamaan homogen untuk Gambar 2.9 adalah: 0 dan koefisien redaman kritis adalah:
m km
Cc 2 2 ... (2.23)
sehingga rasio redaman adalah:
c
2.1.6 Getaran paksa (Force vibration)
Force vibration tanpa redaman dapat dilihat pada Gambar 2.11. berikut:
Gambar 2.11. Sistem Teraksitasi Akibat Gaya Tanpa Redaman (Harris dan Piersol 2002)
m
F
Getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar disebut getaran paksa seperti pada Gambar 2.11. Eksitasi ini biasanya dihasilkan oleh ketidak seimbangan pada mesin-mesin yang berputar.
t F kx x
m 0sin ... (2.26)
Sedangkan untuk force vibration dengan redaman dapat dilihat pada Gambar 2.12. di bawah ini:
Gambar 2.12. Sistem Teraksitasi Akibat Gaya dengan Redaman (Harris dan Piersol,
2002)
Gambar 2.12 diatas sistem yang teredam karena kekentalan dengan eksitasi harmonik, persamaan diferensial geraknya adalah:
t
Solusi khusus persamaan diatas adalah keadaan tunak (steady state) dengan frekuensi ω yang sama dengan frekuensi eksitasi, sehingga dapat diasumsikan menjadi: gaya eksitasi, maka diperoleh:
m F
k x
2
Dengan membagi pembilang dan penyebut persamaan (2.30) dan (2.31) dengan k, diperoleh:
2.1.7. Penentuan Indikator
Proses penentuan indikator tranduser yang akan digunakan harus mempertimbangkan parameter apa yang kita inginkan untuk diukur. Biasanya parameter-parameter tersebut adalah perpindahan, kecepatan dan percepatan. Untuk pemilihan parameter pengukuran dapat dilakukan dengan melihat panduan seperti yang tercantum dalam Tabel 2.2. di bawah ini:
Tabel 2.2. Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran
Parameter Faktor pemilihan
Perpindahan
(displacement)
a) frekuensi rendah, dibawah 600 cpm
b) pengukuran getaran shaft pada mesin berat dengan rotor yang
relatif ringan.
d) transduser velocity, untuk mengukur displacement dengan
rang
Tabel 2.2. Lanjutan
Parameter Faktor pemilihan
kaian single integrator.
e) transduser accelerometer, dapat digunakan untuk mengukur
diplacement getaran dengan rangkaian double integrator.
Kecepatan
(velocity)
a) range frekuensi antara 600 – 100.000 cpm
b) pengukuran over all level getaran mesin
c) untuk melakukan prosedur analisa secara umum
Percepatan
(acceleration)
a) pengukuran pada frekuensi tinggi/ultrasonic sampai 600000
cpm atau lebih
b) untuk pengukuran spike energy pada roll bearing, ball
bearing, gear, dan sumber getaran aerodinamis dengan
frekuensi tinggi
2.1.8 Standard Pengukuran Getaran
Nilai efektif kecepatan getaran digunakan untuk menilai kondisi mesin.
Nilai ini dapat ditentukan oleh hampir semua pengukuran perangkat getaran konvensional. Standard yang digunakan untuk pengukuran getaran antara lain
ISO 10816-3 (Gambar 2.13) dengan perincian sebagai berikut (www.mantenimientoplanificado.com):
ISO 10816-1: Pengukuran getaran untuk evaluasi mesin oleh non-rotating bagian umum.
ISO 10816-2: Pengukuran getaran untuk evaluasi mesin non-rotating bagian base turbin uap dan generator yang melebihi 50 MW dengan operasi kecepatan 1500 rpm, 1800 rpm, 3000 rpm, 3600 rpm.
ISO 10816-3: Pengukuran getaran untuk evaluasi mesin non-rotating bagian industri mesin dengan daya nominal di atas 15 kW dan nominal kecepatan antara 120 rpm dan 15 rpm.
ISO 10816-4: Pengukuran getaran untuk evaluasi mesin non-rotating bagian turbin gas didorong tidak termasuk pesawat dan turunannya. ISO 10816-5: Pengukuran getaran untuk evaluasi mesin non-rotating bagian
mesin hydraulic power generating dan pompa. ISO 10816-6: Mesin reciprocating dengan rating daya 100 kW.
Gambar 2.13 ISO 10816-3 Vibration
Zona B: Kuning, vibrasi dari mesin baik dan dapat dioperasikan karena masih dalam batas yang diizinkan.
Zona C: Orange, vibrasi dari mesin dalam batas toleransi dan hanya dioperasikan dalam waktu terbatas.
Zona D: Merah, vibrasi dari mesin dalam batas berbahaya dan kerusakan dapat terjadi pada mesin.
Analisis data dimulai dengan pembahasan informasi hasil pengukuran dalam domain waktu. Data ini merupakan data awal yang cukup penting karena perilaku sinyal mencerminkan kondisi mesin dan data ini merupakan data paling hulu. Data ini dapat diolah lebih lanjut menjadi data dalam domain frekuensi. Data ini dapat dihubungkan dengan putaran yang terjadi pada poros pompa tersebut. Untuk keperluan diagnosis digunakan berbagai teknik pengolahan data lanjutan misalnya: peta spectrum frekuensi dan order-tracking.
Masalah resonansi bisa dipahami lebih baik bila frekuensi pribadi suatu struktur dapat diketahui. Salah satu cara untuk mengetahui frekuensi pribadi tersebut adalah dengan melakukan pengukuran fungsi respon frekuensinya. Pengukuran ini melibatkan beberapa aspek penunjang diantaranya adalah teknik eksitasi getaran yang dikenakan pada struktur.
2.2 Kopling Flens Sabuk
2.2.1 Kopling
Kopling adalah suatu elemen yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak keporos yang digerakkan tanpa terjadi slip, dan kedudukan kedua sumbu poros dalam satu garis atau boleh berbeda sedikit. Kopling dapat dibedakan menurut sifat penyambungan kedua porosnya, yaitu kopling tetap dan kopling tidak tetap. Kopling tetap selalu dalam keadaan terhubung, sedangkan kopling tidak tetap dapat dilepaskan bila diperlukan (Suryanto, 1995).
Kopling harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: 1. Mudah dihubungkan atau dilepaskan.
2. Mampu meneruskan daya dan putaran sepenuhnya tanpa slip. 3. Kuat terpasang pada porosnya.
2.2.2 Modifikasi kopling sabuk
Kopling ini dimodifikasi untuk meneruskan momen dengan perantaraan flens sabuk yang diikat dengan menggunakan baut dan mur. Dengan demikian pembebanan yang berlebihan pada poros penggerak pada waktu dihubungkan, dapat dihindari dengan adanya sabuk yang terbuat dari bahan yang fleksibel, maka kopling menjadi tidak kaku, dapat dilihat pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Kopling dan sabuk
2.3 Pompa
Gambar 2.15 Pompa Sentrifugal
Gambar 2.16 Komponen Pompa Sentrifugal
Gambar 2.17 Poros pompa
Komponen pompa dapat dilihat pada Gambar 2.15 dan 2.16 antara lain:
1. Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.
2. Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros yang bahannya terbuat dari asbes atau teflon.
3. Shaft/poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.
4. Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box.
5. Vane sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller. 6. Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai
pelindung elemen yang berputar.
7. Eye of Impeller bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
8. Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi
kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya. 9. Casing wear ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang
melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.
10. Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
Karakteristik pompa adalah prestasi pompa dalam bentuk grafik hubungan antara head (H), daya (N) dan efisiensi (η) terhadap debit (Q) seperti terlihat pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18. Kurva Karakteristik Pompa Sentrifugal
Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang dinyatakan dalam satuan panjang.
Menurut Bernoully ada tiga macam energi (head) fluida yaitu energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial. Hal ini dinyatakan pada persamaan (2.34) sebagai berikut (Sularso, 2006):
Z
Selain ketiga head tersebut pada instalasi terjadi losses yang disebut head losses. Head losses akibat adanya perlengkapan pipa disebut head minor sedangkan akibat turbulensi dan gesekan disebut head mayor. Kerugian head minor dapat dicari dengan persamaan (2.35).
ℎ : head loss minor (m)
: koefisien kerugian dari perlengkapan pipa
Head losses mayor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach pada persamaan (2.36).
g Koefisien untuk pipa licin adalah:
2 dinyatakan pada persamaan (2.38).
m f h h
h ... (2.38)
2.4. Pengolahan Data Vibrasi
2.4.1. Time Domain
pemantauan berupa sinyal dinamik, maka diperlukan sensor yang memiliki karakteristik dinamik tertentu.
Gambar 2.19. Karakteristik Sinyal Statik dan Dinamik
Hasil pengukuran objek pemantauan dalam domain waktu seperti Gambar 2.19 dapat berupa sinyal:
1. Sinyal statik, yaitu sinyal yang karakteristiknya (misal: amplitudo, arah kerjanya) tidak berubah terhadap waktu.
2. Sinyal dinamik, yaitu sinyal yang karakteristiknya berubah terhadap waktu, sehingga tidak konstan.
2.4.2. Frekuensi Domain
Pengolahan data frekuensi domain umumnya dilakukan dengan tujuan: 1. Untuk memeriksa apakah amplitudo suatu frekuensi domain dalam batas
yang diizinkan oleh standar.
2. Untuk memeriksa apakah amplitudo untuk rentang frekuensi tertentu
masih berada dalam batas yang diizinkan oleh standar. 3. Untuk tujuan keperluan diagnosis.
Secara konseptual, pengolahan frekuensi domain dilakukan dengan mengkonversikan data time domain ke dalam frekuensi domain. Dalam praktiknya proses konversi ini dilakukan menggunakan proses FFT (Fast Fourier Transfer) atau Transformasi Fourier Cepat seperti terlihat pada Gambar 2.20.
Gambar 2.20. Hubungan Time Domain dengan Frekuesi Domain
Data domain waktu merupakan respon total sinyal getaran, sehingga karakteristik masing-masing 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 merupakan frekuensi-frekuensi dasar dan harmoniknya.
Time Domain
Frekuensi Domain
F
F
T
F
F
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program studi sampai dinyatakan selesai yang telah berlangsung sekitar 4 bulan. Tempat pelaksanaan penelitian adalah di ruangan instalasi pompa distribusi PDAM Kabupaten Bengkalis Riau.
3.2. Bahan Peralatan dan Metode
3.2.1. Bahan
Subjek penelitian ini adalah poros pompa sentrifugal seperti Gambar 3.1 dan 3.2 yang dipasang sesuai model instalasi sederhana seperti pada Gambar 3.3. dan 3.4. Spesifikasi pompa penelitian sebagai berikut:
Merk : Grundfos
Tipe : NK 65-250/263/B/BAQE
Head : 70 m
Kapasitas : 30 Ltr / det
Daya : 3700 watt
Voltage : 380 vol
Gambar 3.1. Pompa sentrifugal
Gambar 3.2. Poros pompa sentrifugal
Gambar 3.4. Instalasi pompa dan motor listrik Keterangan:
1. Motor Listrik 2. Pompa sentrifugal 3. Flens
4. Sabuk
Prinsip kerjanya dimulai dengan daya dan putaran dari motor listrik diteruskan ke poros motor dengan sistem penyambungan kopling flens sabuk yang diikat dengan baut dan mur diteruskan ke poros pompa sentrifugal. Kemudian pompa mengambil air dari reservoir bawah melalui pipa hisap dan memompakannya melalui pipa tekan ke tangki reservoir untuk distribusi kepelanggan.
A. Peralatan Pengujian
Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini antara lain:
1. Motor listrik Marelli Motori yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan yang sudah ada. Alat pengujian ini merupakan satu kesatuan
dari komponen berikut poros motor dan flens yang terhubung dengan poros dengan daya 3700 watt dan putaran 2950 rpm, yang digunakan untuk meneruskan putaran keporos pompa.
2. Pompa sentrifugal Grundfos yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan yang sudah ada. Pengujian ini merupakan satu kesatuan dari
komponen berikut: motor dan flens yang terhubung dengan poros dengan daya 3700 watt dan putaran 2950 rpm terhubung dengan sistem penyambungan kopling flens sabuk yang meneruskan keputaran poros pompa dengan kapasitas aliran 30 liter/dtk, yang digunakan untuk memompa dan mensirkulasikan fluida air.
3. Poros motor yang digunakan
ø
43 mm dengan panjang 90 mm, digunakanmeneruskan putaran ke poros pompa sentrifugal.
4. Poros pompa yang digunakan
ø
32 mm dengan panjang 90 mm (Gambar3.4), digunakan meneruskan putaran dari poros ke impeller pompa untuk memompa dan mensirkulasikan fluida air.
5. Flens motor dan pompa yang digunakan
ø
165 mm dengan tebal 25 mm6. Sabuk digunakan dalam penelitian ini adalah sabuk merek Shin Yih yang terdiri dari tiga tipe ukuran seperti terlihat pada Gambar 3.5, yang diikat dengan baut dan mur pada flens.
7. Kamera digital HP Nokia C2, yang akan digunakan untuk mengabadikan eksperimental.
8. Digital Photo Contact Tachometer, digunakan untuk mengukur putaran poros pompa.
9. Power supply, digunakan untuk mengatur arus searah yang dihubungkan ke vibrometer dengan daya 12V/1A.
10. PC laptop,digunakan untuk menampilkan dan menyimpan hasil serta data yang di dapat dari pengukuran getaran.
11. Kunci inggris, kunci pas, kunci ring, kunci L, obeng, digunakan untuk membuka dan memasang flens sabuk, baut serta mur pada dudukan
Gambar 3.5. Tachometer, vernier caliper, sabuk dll
B. Peralatan pengukuran
Peralatan yang digunakan sebagai alat ukur adalah: 1. Vibrometer VQ – 400 – A
Alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan permukaan getaran dengan spesifikasi (Gambar 3.6):
Gambar 3.6. Vibration meter
2. Labjack U3-LV
Analog Digital Converter (ADC) adalah alat yang dapat mengkonversi tegangan listrik digital ketegangan listrik analog dan sebaliknya dari tegangan listrik analog ke tegangan listrik digital, salah satu peralatan ADC tersebut adalah Labjack U3-LV. Labjack juga digunakan untuk untuk memonitor dan mengontrol proyek dari PC atau mobile phone, seperti penghubung dunia nyata dan virtual.
Gambar 3.7. Labjack
3. Kabel catu daya dan kabel coaxial
Kabel catu daya digunakan sebagai penghubung antara power supply dan labjack. Sedangkan kabel coaxial berfungsi sebagai penghubung antara vibrometer dan labjack.
Gambar 3.8. Kabel catu daya
Gambar 3.9. Kabel coaxial
Metode pengujian sudah dilakukan yaitu pengujian langsung, dimana pada pengujian ini, seluruh variabel nilainya didapat dari hasil pengukuran dan digunakan bahan pengamatan atau analisis.
Pengamatan sinyal getaran yang timbul akibat variasi jarak antara kedua kopling, lebar dan tebal sabuk serta konfigurasi pemasangan sabuk ke kopling, dengan titik pengukuran searah sumbu X (horizontal). Pengukuran dilakukan pada titik yang telah ditentukan dengan pengambilan berdasarkan time domain, dan frekuensi domain dimana titik berat pengukuran berada pada poros pompa.
3.3. Set Up Peralatan
Secara eksperimental pengujian dan pengambilan data dilakukan untuk
memperoleh karakteristik getaran akibat dari sistem penyambungan kopling flens sabuk pada poros pompa. Hasil pengukuran oleh vibrometer menghasilkan sinyal listrik analog yang akan dirubah menjadi sinyal listrik digital oleh interface (ADC) untuk diteruskan ke PC laptop.
Gambar 3.11. Hubungan pengukuran dan monitoring obyek pemantauan dengan analisis data
Set up peralatan pengujian dilakukan untuk memperoleh data eksperimental sebagai berikut:
1. Hubungkan kabel daya dari power supply ke vibrometer dan labjack. 2. Hubungkan labjack dengan vibrometer dengan menggunakan kabel
coaxial.
3. Hubungkan labjack ke PC dengan mengunakan USB cable.
4. Pasang dan operasikan vibrometer dengan tegangan 12 Volt/1A yang arusnya diatur melaui power supply.
5. Kondisikan jarak antara vibrometer dengan poros pompa dengan jarak 24 cm.
7. Arahkan vibrometer laser keporos pompa dan mulai lakukan pengukuran dan pengamatan sesuai dengan variabel yang di inginkan dan labjack dapat digunakan converter untuk memonitor dan mengontrol kerja dari PC laptop.
3.4. Pengolahan dan Analisa Data
Pengolahan data getaran akan dilakukan dalam 2 tahap. Tahap pertama dilakukan oleh alat instrumen, sedangkan tahap kedua adalah untuk kebutuhan pelaporan yang digunakan sebagai bahan analisa terhadap getaran. Data yang diperoleh berupa sinyal dinamis (Gambar 3.12) selanjutnya ditransfer ke PC untuk diolah dan ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik. Hasil pengolahan data berupa laporan yang akan dianalisa untuk mengetahui besarnya getaran yang terjadi pada poros pompa dan motor.
3.5. Variabel Yang Diamati
Sesuai dengan maksud penelitian, variabel (bebas, terikat, tetap) menjadi fokus perhatian yang perlu dilakukan pengujian dan pengamatan untuk
pengolahan data guna mendapatkan suatu hasil yang mendekati sempurna. Adapun variabel tersebut diatas yang diamati dalam penelitian ini adalah:
1. Putaran input dari motor.
2. Putaran output dari motor keporos pompa. 3. Jarak antara kedua Kopling.
4. Lebar dan tebal sabuk yang dipasang.
5. Konfigurasi posisi pemasangan sabuk ke kopling.
3.6. Uji Puntir Sabuk
Untuk mendukung perhitungan dan teori, maka dalam penelitian ini juga
dilakukan uji puntir terhadap material sabuk yang digunakan dan dapat dilihat pada Gambar 3.13 dan hasil uji puntir seperti pada Tabel 3.1.
Gambar 3.13. Spesimen Uji Puntir
Tabel 3.1. Hasil Uji Puntir
Putaran / Menit Sudut bentukan ( X⁰) Torsion ( T ) N.m
10 60 0
30 180 0,4
40 240 0,5
50 300 1
60 360 1,1
70 420 1,1
80 480 1,1
90 540 1,4
100 600 2
110 660 2,9
120 720 2,2
130 780 1
Tabel 3.1. Lanjutan
Putaran / Menit Sudut bentukan ( X⁰) Torsion ( T ) N.m
140 840 0,7
150 900 0,6
160 960 0,5
170 1020 0,4
180 1080 0,2
190 1140 0,2
200 1200 0,2
210 1260 0,2
220 1320 0,2
230 1380 0,2
240 1440 0,2
250 1500 0,2
270 1620 0,2
Gambar 3.14. Grafik hasil uji puntir
Setelah dilakukan pengujian puntir pada sabuk maka dapat diketahui
bahwa sabuk putus pada putaran 110 rpm, sudut putaran 6600, momen torsi (T) 2,9 N.m dapat dilihat pada Gambar 3.14 dan 3.16.
-0,5
0 500 1000 1500 2000 2500
M
Gambar 3.16. Hasil uji puntir
3.7. Kerangka Konsep Penelitian
Gambar 3.17 Kerangka konsep penelitian
3.8. Pelaksanaan Penelitian
Pelaksanaan penelitian dimulai dari studi literatur, penyusunan proposal, persiapan, pengumpulan, pengolahan dan analisa data sampai dengan didapat hasil dan kesimpulan. Secara garis besar pelaksanaannya seperti terlihat pada Gambar 3.18. berikut:
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Perhitungan Getaran Pompa
Pompa yang digunakan pada penelitian ini adalah pompa sentrifugal merk Grundfos tipe NK 65-250/263/BAQE dengan spesifikasi seperti Tabel 4.1:
Tabel 4.1 Spesifikasi pompa
No Item Simbol Harga Satuan
Sistem yang dilakukan dalam pengambilan data dari pengujian adalah menguji seberapa besar respon getaran pada poros pompa terhadap pemasangan flens sabuk dengan variasi jarak antara kedua kopling, lebar dan tebal sabuk, serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk.
4.1.1. Kecepatan sudut motor pengerak
Kecepatan sudut motor penggerak dapat dihitung karena putaran motor diketahui:
n = 2950 rpm
Sehingga kecepatan sudut motor penggerak adalah: xn
f
Sehingga perioda motor dihitung dengan menggunakan persamaan 2.1 yaitu:
T
4.1.2. Kecepatan sudut sistem yang bergerak
Pada pengujian ini sistem yang bergerak adalah impeller, poros dan kopling, dimana kecepatan sudut dari sistem yang bergerak sama dengan kecepatan sudut motor penggerak yakni , � / .
Kekakuan torsional poros (��) dapat dihitung dengan persamaan (Thomsom T.W 86):
(Jo) dari impeller adalah:
2
Torsi yang bekerja pada sistem (T) dianggap mengalami torsi harmonik sehingga T(t) = To sin ωt yang diasumsikan bahwa torsi maksimum bekerja pada keadaaan sin ωt = 1, maka:
Sehingga frekuensi pribadi sistem adalah:
s
Maka amplitudo getaran torsional (A) adalah:
� =[� �
�− � � + � � � ]
� =[ , − , + ,, � , ] = , � − �
4.2. Analisa Getaran Pada Poros Pompa
Pengukuran respon getaran pada poros pompa dengan variasi jarak antara kopling, tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk, maksud pengukuran ini untuk menemukan karakteristik getaran pompa akibat variasi tersebut di atas. Hasil pengukuran karakteristik getaran berupa sinyal simpangan (displacement) dan inersia. Data diperoleh berupa sinyal dinamis pada sumbu, X atau horizontal.
Berdasarkan analisa perhitungan getaran diperoleh: Simpangan: � = � sin �
� =sin ��
Tabel 4.2 Data Pengujian Getaran
No Jlh Ukuran (mm) Jarak(Cm) Posisi Gambar Amp(mm) Grafik
2 Tebal 4,5 mm Lebar 98 mm 6,5 cm Luar dalam Gbr 3.20 0,84 mm Biru
3 Tebal 4,5 mm Lebar 98 mm 7,5 cm Luar dalam Gbr 3.21 1,29 mm Biru
Pengujian 2 1 Tebal 6 mm Lebar 120 mm 5,5 cm Luar dalam Gbr 3.19 1,68 mm Merah
2 Tebal 6 mm Lebar 120 mm 6,5 cm Luar dalam Gbr 3.20 2,01 mm Merah
3 Tebal 6 mm Lebar 120 mm 7,5 cm Luar dalam Gbr 3.21 4,52 mm Merah
Pengujian 3 1 Tebal 7,5 mm Lebar 145 mm 5,5 cm Luar dalam Gbr 3.19 1,90 mm Hijau
2 Tebal 7,5 mm Lebar 145 mm 6,5 cm Luar dalam Gbr 3.20 1,38 mm Hijau
3 Tebal 7,5 mm Lebar 145 mm 7,5 cm Luar dalam Gbr 3.21 1,99 mm Hijau
B. Pengujian 1 1 Tebal 4,5 mm Lebar 98 mm 5,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.23 2,40 mm Biru
2 Tebal 4,5 mm Lebar 98 mm 6,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.23 1,85 mm Merah
3 Tebal 4,5 mm Lebar 98 mm 7,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.23 1,05 mm Hijau
Pengujian 2 1 Tebal 6 mm Lebar 120 mm 5,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.25 2,32 mm Biru
2 Tebal 6 mm Lebar 120 mm 6,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.25 2.24 mm Merah
3 Tebal 6 mm Lebar 120 mm 7,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.25 4,41 mm Hijau
Pengujian 3 1 Tebal 7,5 mm Lebar 145 mm 5,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.27 1,93 mm Biru
2 Tebal 7,5 mm Lebar 145 mm 6,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.27 4.66 mm Merah
3 Tebal 7,5 mm Lebar 145 mm 7,5 cm Dalam - dalam Gbr 3.27 4,91 mm Hijau
4.2.1. Analisa karakteristik getaran pada jarak yang sama 5,5 cm ( tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)
Pengambilan data pada posisi horizontal dengan time domain antara lain (0,2 sec, 0,02 sec). Data hasil pengukuran terlihat pada Tabel 4.3.
No Time(s) Disp 5,5 (L98T4,5) Disp5,5 (L120T6) Disp 5,5 (L145T7.5)
1 0 0 0 0
2 0,001 -0,60856283 -1,4206324 -1,0670374
3 0,002 -0,60856283 -0,1980325 -1,88210383
4 0,003 -0,60856283 0,0536785 -0,0122455
5 0,004 -0,60856283 -0,8752571 -1,88210383
6 0,005 -0,1770571 -0,6894699 -1,84614502
7 0,006 0,1465722 -1,4386118 -1,88210383
8 0,007 -0,60856283 1,6838115 -1,87011756
9 0,008 0,3503388 -0,4197785 1,2403195
10 0,009 -0,60856283 -1,66035783 -1,88210383
11 0,01 -0,60856283 -1,66035783 -0,7374145
12 0,011 -0,60856283 -1,0250855 -1,88210383
13 0,012 -0,60856283 -1,5704608 -1,7622411
14 0,013 0,1345859 -1,3487148 -0,5156685
15 0,014 -0,60856283 -0,9052228 -1,88210383
16 0,015 -0,60856283 -1,66035783 -0,4377585
17 0,016 -0,60856283 -1,66035783 -1,87611069
18 0,017 0,6320165 -1,64237842 1,0365535
19 0,018 -0,60856283 -0,9711473 0,1675485
20 0,019 -0,60856283 -1,66035783 -1,7981999
22 0,021 -0,2909267 0,0297065 0,8567585
23 0,022 -0,2909267 -1,66035783 -1,88210383
24 0,023 -0,60856283 0,7788485 1,9055575
25 0,024 -0,60856283 -1,2887834 -1,2348452
Gambar 3.19 Grafik analisa getaran pada jarak yang sama 5,5 cm
(tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)
Untuk jarak 5,5 cm, sabuk dengan lebar 98 mm dan tebal 4.5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (0,63 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada posisi pemasangan sabuk luar-dalam.
4.2.2. Analisa karakteristik getaran pada jarak yang sama 6,5 cm ( tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)
Pengambilan data pada posisi horizontal dengan time domain antara lain (0,2 sec, 0,02 sec). Data hasil pengukuran terlihat pada Tabel 4.4.
-2,5
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035
A
Displacement - Vs - Time
L98T4.5
L120T6
Tabel 4.4 Perbandingan analisa getaran pada jarak yang sama 6,5 cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)
No Time(s) Disp6,5(L98T4,5) Disp6,5(L120T6) Disp6,5(L145T7,5)
1 0 0 0 0
2 0,001 -1,549225735 -0,644522 -1,47457083
3 0,002 -0,943918835 0,871742 0,2274795
4 0,003 -1,495287435 0,871742 -1,3966601
5 0,004 -1,009843835 2,010437 -1,4026532
6 0,005 -2,190491165 0,853762 -1,46857769
7 0,006 -2,190491165 -2,17876433 -1,0910102
8 0,007 -2,076621635 -2,17876433 -1,3247424
9 0,008 -1,009843835 -1,7112998 -0,7074495
10 0,009 -1,836896135 -1,201883 -1,2827905
11 0,01 -2,040662735 -2,17876433 -1,47457083
12 0,011 -1,848882435 -1,8731144 -1,47457083
13 0,012 -2,190491165 1,147426 -0,7254289
14 0,013 -2,160525485 -2,17876433 0,0117265
15 0,014 -1,561211935 -2,17876433 1,3841545
16 0,015 -2,190491165 -0,752398 -1,47457083
17 0,016 -1,717033435 -2,17876433 -1,47457083
18 0,017 -1,806930535 -2,17876433 0,8627515
20 0,019 0,848028165 -1,9210595 -1,47457083
21 0,02 -0,536385835 -1,3636979 -1,47457083
22 0,021 -0,338612835 -2,17876433 -0,5396417
23 0,022 0,698200165 -2,17876433 -1,47457083
24 0,023 -0,188783835 -1,50154 -1,47457083
25 0,024 -2,184498025 -1,5195194 -1,47457083
Gambar 3.20 Grafik analisa getaran pada jarak yang sama 6,5 cm
(tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)
Untuk jarak 6,5 cm, sabuk dengan lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (0,84 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada posisi pemasangan sabuk luar-dalam.
