STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP BANTALAN UNIT UCP-204 DENGAN MENGGUNAKAN SINYAL VIBRASI SKRIPSI

(1)

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP

BANTALAN UNIT UCP-204 DENGAN MENGGUNAKAN SINYAL VIBRASI

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

TOTO WIBOWO

100401008

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Abstrak

Kerusakan atau keausan serta deformasi akan mengubah karakteristik dinamik sistem dan cenderung meningkatkan energi getaran. Untuk mengantisipasi kerusakan tersebut dilakukan kegiatan predictive maintenance yang akan menginvestigasi dan mendiagnosis kondisi dari setiap peralatan atau mesin, salah satunya adalah analisis getaran mesin (vibration monitoring). Setiap mesin pada umumnya memiliki suatu komponen seperti poros, roda gigi, pulley, bearing dan motor yang saling berhubungan antara yang satu dengan yang lainnya. Dalam hal ini peneliti menggunakan bearing rusak sebanyak 4bh, dengan jenis bantalan unit UCP-204 yang akan dianalisa sebagai eksperimen pada suatu konstruksi alat uji untuk mendeteksi kerusakan bearing. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Vibrometer laser ometron VQ-400-A-F dengan arah pengukuran aksial, vertikal dan horizontal. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pada ke empat bearing

rusak didapatkan amplitudo meningkat diatas putaran 900rpm-1200rpm. Sedangkan untuk mendeteksi kerusakan bearing digunakan software MATLAB 2012a, menghasilkan frekuensi domain untuk melihat jenis kerusakan bearing. Bearing 1 terjadi kerusakan BPFI dan BSF pada putaran 400rpm, dan kerusakan BSF pada Putaran 500rpm, 600rpm, 800rpm, 1100rpm, 1200rpm. Untuk bearing 2 terjadi kerusakan FTF pada putaran 400rpm, BSF pada putaran 900rpm, 1100rpm, 1200rpm, BPFI dan FTF pada putaran 500rpm. Untuk bearing 3 terjadi kerusakan FTF pada putaran 500rpm dan 800rpm, BSF pada putaran 600rpm, 900rpm, dan 1000rpm. Untuk bearing 4 terjadi kerusakan BSF pada Putaran 400rpm, BPFO pada putaran 500rpm dan FTF pada putaran 600rpm.

(8)

Abstract

Damage or wear and deformation will change the dynamic characteristics of the system and tends to increase the vibration energy. To anticipate the damage done predictive maintenance activities that will investigate and diagnose the condition of any equipment or machines, one of which is the analysis of machine vibration (vibration monitoring). Each engine generally has a component such as shafts, gears, pulleys, bearings and motors which are interconnected with each other. In this case the researchers used a damaged bearing as 4bh, with the type of pillow block UCP-204 which will be analyzed as an experiment in the construction of test equipment to detect bearing damage. Measurements were made using a laser Vibrometer ometron VQ-400-AF with axial measurement direction, vertical and horizontal. The results of this study showed that the four bearings is damaged obtained amplitude rises above 900rpm round-1200rpm. As for detecting damage to bearings used software MATLAB 2012a, resulted in the frequency domain to see what kind of damage the bearing. Bearing 1 damage BPFI and BSF at 400rpm round, and damage to the BSF in 500rpm, 600rpm, 800rpm, 1100rpm, 1200rpm. To bearing 2 damage FTF on 400rpm, 900rpm BSF, 1100rpm, 1200rpm, BPFI and FTF at 500rpm. To bearing 3 damage FTF at 500rpm and 800rpm, BSF 600rpm, 900rpm and 1000rpm. damage to bearing 4 BSF at 400rpm, 500rpm BPFO and FTF at 600rpm.

(9)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala

karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga

penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memenuhi syarat guna

memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah “Studi

Eksperimental Pengaruh Variasi Putaran Terhadap Bantalan Unit UCP-204

Dengan Menggunakan Sinyal Vibrasi”.

Selama penulisan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan

bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis

menyampaikan banyak terima kasih kepada :

1. Kedua Orang tua saya yang telah memberikan segala sesuatunya dengan

penuh ikhlas.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang

telah sabar dan banyak memberikan arahan, bimbingan, nasehat, dan

pelajaran berharga hingga Skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom,

MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Richard dan bapak sukendi selaku team research yang telah banyak

memberi bimbingan dan nasehat.

5. Seluruh Staff Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada

penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di

Departemen Teknik Mesin.

6. Saudara Purwatmo, Irwan Rosyadi, Yogi aldiansyah, Nazwir Fahmi,

Afrizal Nurfi, Jeffry Machmuriza dan teman-teman mahasiswa Mesin

(10)

telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi

ini.

Akhir kata semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat

dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa lain.

Medan, November 2014

Penulis

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ...i

DAFTAR ISI ...iii

DAFTAR TABEL ...vii

DAFTAR GAMBAR ...x

DAFTAR NOTASI ...xiv

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1. Latar Belakang ...1

1.2. Tujuan Penulisan ...2

1.3. Perumusan Masalah ...3

1.4. Manfaat Penulisan ...3

1.5. Batasan Masalah...3

1.6. Sistematika Penulisan ...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...5

2.1. Analisa Getaran ...5

2.1.1. Karakteristik Getaran ...6

2.1.2. Gerak Harmonik ...8

2.1.3. Gerak Periodik ...10

2.1.4. Getaran Bebas (Free Vibration) ...11

2.1.4.1. Free Vibration Tanpa Redaman ...13

2.1.4.2. Free Vibration Dengan Redaman ...14

2.1.5. Getaran Paksa (Force Vibration) ...16

2.1.5.1. Force Vibration Tanpa Redaman ...16

2.1.5.2. Force Vibration Dengan Redaman ...16

2.1.6. Pemilihan Parameter dan Tranducer ...18

2.1.7. Pemasangan Tranducer Pengukur Sinyal Getaran...18

(12)

2.1.8.1. Spektrum Frekuensi ...23

2.2. Bearing ...24

2.2.1. Nomenklatur Bearing ...24

2.2.2. Ciri Getaran Dinamik Akibat Kerusakan Bantalan ...26

2.3. Pengolahan Data Vibrasi ...27

2.3.1. Time Domain ...27

2.3.2. Frekuensi Domain...28

BAB III METODE PENELITIAN ...30

3.1. Tempat Penelitian...30

3.2. Bahan dan Alat ...30

3.2.1. Bahan ...30

3.2.2. Alat Yang Digunakan ...31

3.3. Metode Penelitian...37

3.4. Set Up Peralatan ...38

3.5. Variabel Yang Diamati ...39

3.6. Pengolahan Analisa Data ...40

3.7. Pelaksanaan Penelitian ...41

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ...42

4.1. Pengukuran Bearing Baru ...42

4.1.1. Hasil Pengukuran Bearing Baru Pada Putaran 400rpm ...43

4.1.1.1. Simpangan Maksimum (Amplitudo) 400rpm ...55

(13)

4.1.7. Hasil Pengukuran Bearing Baru Pada Putaran 1000rpm ....63

4.2. Hubungan Putaran Dengan Amplitudo Bearing Baru ...67

4.3. Pengukuran Bearing Rusak ...68

4.3.1. Hasil Pengukuran Bearing Rusak Pada Putaran 400rpm....68

4.3.7. Hasil Pengukuran Bearing Rusak Pada Putaran 1000rpm..86

4.4. Hubungan Putaran Dengan Amplitudo Bearing Rusak ...90

4.5. Persen Ralat Bearing Baru Dengan Bearing Rusak ...91

(14)

4.7. Deteksi Kerusakan Bearing...95

4.7.1. Bearing Rusak 1 ...95

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...108

5.1. Kesimpulan ...108

5.2. Saran ...110

DAFTAR PUSTAKA ...111

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Karakteristik dan satuan getaran ... 8

Tabel 2.2. Panduan pemilihan parameter yang akan diukur ... 18

Tabel 2.3. Kriteria zona evaluasi tingkat getaran tipikal ... 21

Tabel 3.1. Bahan penelitian ... 30

Tabel 4.1. Hasil pengukuran bearing baru putaran 400rpm pada arah aksial ... 43

Tabel 4.2. Hasil pengukuran bearing baru putaran 400rpm pada arah Horizontal ... 44

Tabel 4.3. Hasil pengukuran bearing baru putaran 400rpm pada arah Vertikal ... 45

Tabel 4.4. Hasil analisa aksial displacement ... 49

Tabel 4.5. Hasil analisa horizontal displacement ... 50

Tabel 4.6. Hasil analisa vertikal displacement ... 51

Tabel 4.7. Hasil analisa aksial acceleration ... 52

Tabel 4.8. Hasil analisa horizontal acceleration ... 53

Tabel 4.9. Hasil analisa vertikal acceleration ... 54

Tabel 4.10. Amplitudo displacement bearing baru putaran 400rpm ... 55

Tabel 4.11. Amplitudo velocity bearing baru putaran 400rpm ... 56

Tabel 4.12. Amplitudo Acceleration bearing baru putaran 400rpm ... 57

Tabel 4.15. Amplitudo acceleration bearing baru putaran 500rpm ... 58

(16)

Tabel 4.37. Hubungan putaran dengan amplitudo bearing baru ... 67

Tabel 4.38. Hasil pengukuran variasi bearing rusak putaran 400rpm pada arah aksial... 68

Tabel 4.39. Hasil pengukuran variasi bearing rusak putaran 400rpm pada arah horizontal ... 69

Tabel 4.40. Hasil pengukuran variasi bearing rusak putaran 400rpm pada arah vertikal ... 70

Tabel 4.41. Hasil analisa aksial displacement ... 73

Tabel 4.42. Hasil analisa horizontal displacement ... 74

Tabel 4.43. Hasil analisa vertikal displacement ... 75

Tabel 4.44. Hasil analisa aksial acceleration ... 76

Tabel 4.45. Hasil analisa horizontal acceleration ... 77

Tabel 4.46. Hasil analisa vertikal acceleration ... 78

Tabel 4.47. Amplitudo displacement bearing rusak... 79

Tabel 4.48. Amplitudo velocity bearing rusak ... 80

Tabel 4.49. Amplitudo acceleration bearing rusak ... 80

(17)

Tabel 4.51. Amplitudo velocity bearing rusak putaran 500rpm ... 81

Tabel 4.52. Amplitudo acceleration bearing rusak putaran 500rpm ... 82

Tabel 4.53. Amplitudo displacement bearing rusak putaran 600rpm ... 82

Tabel 4.74. Hubungan putaran dengan amplitudo bearing rusak ... 90

Tabel 4.75. Persen ralat bearing baru dengan bearing rusak... 93

(18)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Sistem getaran sederhana ... 7

Gambar 2.2. Hubungan antara perpindahan, kecepatan dan percepatan getaran ... 7

... Gambar 2.3. Gerak periodik gelombang sinyal segi empat dan gelombang Pembentuknya dalam domain waktu ... 10

Gambar 2.4. Pegas Linier ... 12

Gambar 2.5. Benda Tegar ... 12

Gambar 2.6. Redaman ... 13

Gambar 2.7. Sistem 1 DOF Tanpa Redaman ... 13

Gambar 2.8. Sistem Pegas Massa dan Diagram Benda Bebas ... 14

Gambar 2.9. Sistem Teraksitasi Akibat Gaya Tanpa Redaman ... 16

Gambar 2.10. Sistem Teraksitasi Akibat Gaya dengan Redaman ... 16

Gambar 2.11. Ilustrasi Vibration Analyzer portabel dan data logger ... 19

Gambar 2.12. Kenaikan amplitudo sinyal getaran terhadap waktu ... 20

Gambar 2.13. Ilustrasi dari spektrum frekuensi sinyal yang berosilasi. ... 23

Gambar 2.14. Kegagalan pada elemen mesin akan memunculkan amplitudo pada frekuensi tertentu ... 24

Gambar 2.15. Spektrum frekuensi rolling element bearings... 24

Gambar 2.16. Nomenklatur bearing UCP-204 ... 25

Gambar 2.17. Komponen-komponen bantalan. ... 26

Gambar 2.18. Karakteristik Sinyal Statik dan Dinamik ... 28

Gambar 2.19. Hubungan Time Domain dengan Frekuesi Domain ... 29

Gambar 3.1. Konstruksi alat uji ... 31

Gambar 3.2. Vibrometer laser ometron VQ-400-A-F ... 32

(19)

Gambar 3.4. Probe Analog ... 33

Gambar 3.5. Tachometer ... 33

Gambar 3.6. Kabel USB... 34

Gambar 3.7. Power Supplay... 34

Gambar 3.8. Tripod ... 35

Gambar 3.9. Voltmeter ... 35

Gambar 3.10. Vernier calliper ... 36

Gambar 3.11. Kunci pas ... 36

Gambar 3.12. Kunci L ... 37

Gambar 3.13. Meteran... 37

Gambar 3.14. Rangkaian analisa pengukuran data ... 39

Gambar 3.15. Sinyal time domain... 40

Gambar 3.16. Diagram alir proses pelaksanaan ... 41

Gambar 4.1. Arah pengukuran ... 42

Gambar 4.2. Posisi bearing ... 42

Gambar 4.3. Grafik velocity vs Time pada putaran 400rpm pada arah aksial ... 43

Gambar 4.4. Grafik velocity vs Time pada putaran 400rpm pada arah Horizontal ... 44

Gambar 4.5. Grafik velocity vs Time pada putaran 400rpm pada arah vertikal ... 45

Gambar 4.6. Grafik Displacement vs Time arah aksial ... 50

Gambar 4.7. Grafik Displacement vs Time arah horizontal ... 51

Gambar 4.8. Grafik Displacement vs Time arah vertikal ... 52

Gambar 4.9. Grafik acceleration vs Time arah aksial ... 53

Gambar 4.10. Grafik acceleration vs Time arah horizontal ... 54

Gambar 4.11. Grafik acceleration vs Time arah vertikal ... 55

Gambar 4.12. Grafik amplitudo displacement bearing baru 400rpm... 56

Gambar 4.13. Grafik amplitudo velocity bearing baru 400rpm ... 56

(20)

Gambar 4.15. Grafik Hubungan putaran dengan amplitudo bearing baru ... 67

Gambar 4.16. Grafik velocity vs Time untuk variasi bearing putaran 400rpm pada arah aksial ... 69

Gambar 4.17. Grafik velocity vs Time untuk variasi bearing putaran 400rpm pada arah horizontal ... 70

Gambar 4.18. Grafik velocity vs Time untuk variasi bearing putaran 400rpm pada arah vertikal ... 71

Gambar 4.19. Grafik displacement vs Time pada arah aksial... 73

Gambar 4.20. Grafik displacement vs Time pada arah horizontal ... 74

Gambar 4.21. Grafik displacement vs Time pada arah vertikal ... 75

Gambar 4.22. Grafik acceleration vs Time pada arah aksial ... 76

Gambar 4.23. Grafik acceleration vs Time pada arah horizontal ... 77

Gambar 4.24. Grafik acceleration vs Time pada arah vertikal ... 78

Gambar 4.25. Grafik amplitudo displacement bearing rusak 400rpm ... 79

Gambar 4.26. Grafik amplitudo velocitybearing rusak 400rpm ... 80

Gambar 4.27. Grafik amplitudo accelerationbearing rusak 400rpm ... 81

Gambar 4.28. Grafik hubungan putaran dengan amplitudo bearing rusak ... 91

Gambar 4.29. Grafik frekuensi domain bearing rusak 1 putaran 400rpm ... 95

(21)

(22)

DAFTAR NOTASI

Simbol Satuan

A Amplitudo (m)

Bd Diameter bola (mm)

BPFI Ball pass frequency inner race (Hz) BPFO Ball pass frequency outer race (Hz)

BSF Ball spin frequency (Hz)

FTF Fundamental train frequency (Hz)

f Frekuensi (Hz)

fr Frekuensi relatif (Hz)

t Waktu (s)

k Kekakuan / stiffness (N/m)

l Panjang poros (mm)

m Massa (kg)

n Putaran poros (rpm)

Nb Jumlah bola (bh)

Pd Diameter pitch (mm)

Kecepatan sudut (rad/s)

α Sudut kontak (o)

Perpindahan / displacement (mm)

Kecepatan / velocity (mm/s)