PENYEIMBANG ROTOR DENGAN METODE CONVERGENT LOAD TRACHING. Sailon

Transkripsi

1 PENYEIMBANG ROTOR DENGAN METODE CONVERGENT LOAD TRACHING Sailon Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya Jl.Srijaya Negara Bukit Besar Palebang Telp: , Fax: RINGKASAN Benda putar (rotor) adalah bagian dari esin yang berfungsi untuk eindahkan daya/putaran/oen torsi. Benda putar yang beroperasi pada kondisi yang tidak seibang (gibal atau unbalance) akan berdapak negatif berupa: terjadinya getaran tinggi, kerusakan bantalan serta pendeknya usia pakai dari esin bahkan dapat encelakai operator dari esin itu isalnya sebuah obil diana rodanya tidak seibang. Ketidakseibangan benda putar disebabkan oleh beberapa faktor antara lain; aterial yang tidak hoogen, kesalahan dari proses produksi serta kesalakan pada saat benda dioperasikan. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk enabah wawasan di bidang teknologi konstruksi dan anfaat yang bisa diperoleh adalah enabah sarana praktiku bagi ahasiswa, khususnya pada Jurusan Teknik Mesin Polsri. Kegiatan penelitian diulai dari ebuat prototype esin penyeibang. Proses penyeibang benda putar dilakukan dengan cara eberikan beban perlawanan (counter ass). Benda putar yang sudah diseibangkan dengan alat yang dibuat selanjutnya diuji enggunakan esin uji standar. Benda putar yang dijadikan bahan uji adalah roda obil yang eiliki assa 42,6 kg, diaeter 67,4 c dengan tipe 185/R-70 lengkap dengan velk-nya Kata Kunci: Benda putar, keseibangan PENDAHULUAN Keajuan teknologi enuntut anusia untuk dapat elakukan aktivitasnya secara lebih efektif dan efisien dengan senantiasa engutaakan keselaatan baik bagi pekeja aupun peralatan atau esin itu sendiri. Dala kehidupan sehari-hari, baik di dunia industri aupun sarana transportasi sering dijupai ekanise rotasi, yaitu benda benda yang didala operasinya elakukan perputaran terhadap subu geoetrinya. Bila karena sesuatu hal, benda putar tersebut harus berputar dala keadaan gibal, aka akibatnya adalah terjadinya kerusakan aterial seperti; bantalan, perapat aupun benda itu sendiri bahkan dapat ecelakakan operator esin itu. Misalnya sebuah obil yang bila rodanya dala keadaan gibal aka hal ini sangat berbahaya. Hasil survey kuantitatif yang dilakukan oleh C. Johnson yang dipublikasikan dala Aerican Journal Vibration, edisi 21, p , 1999 enyatakan bahwa usia pakai (life tie) suatu rotor 37 % dipengaruhi oleh terjadinya getaran akibat rotor tersebut beroperasi dala keadaan gibal. Metode untuk engurangi dapak negatif akibat getaran yang ditibulkan oleh ketidakseibangan dapat dilakukan dengan penyeibangan (balancing). Proses penyeibangan dapat dilakukan dengan dua cara yang pertaa adalak eberikan assa perlawanan (counter ass) dan yang kedua adalah dengan cara engurangi sejulah assa dari rotor. Di dunia industri banyak dijupai esin penyeibang rotor dengan berbagai spesifikasi serta cara kerjanya. Mesin-esin penyeibang tersebut kebanyakan adalah bersifat built up dengan koponen-koponen yang terintegrasi. Sebelu elakukan operasi penyeibangan terlebih dahulu dilakukan pelatihan kepada operator yang akan bertanggung jawab kepada esin tersebut. Pelatihan diberikan oleh agen pebuat esin dengan enitik beratkan pada operasi. Dari hasil observasi di lapangan di beberapa industri penulis endapatkan perasalakan yang perlu diselesaikan antara lain; 1. Pihak pebuat esin tidak eberikan secara rinci tentang konsep yang dipakai pada proses penyeibangan. Hal ini berdapak pada ekonoi biaya tinggi yang berasal dari biaya perbaikan, karena jika terjadi kerusakan esin aka proses perbaikan harus dilaksanakan oleh agen yang ditunjuk oleh pebuat esin dengan biaya yang relative ahal. 18

2 2. Dapak dari koponen yang terintegrasi engakibatkan peahaan operator tidak aksial, hal ini berakibat pada perlabatan proses transfer teknologi. Konsep Ketidakseibangan Rotor Sebuah rotor yang berotasi terhadap pusat geoetrinya dikatakan gibal jika pusat perputaran tidak berada pada pusat assa atau dengan kata lain terjadi konsentrasi assa disalah satu atau beberapa tepat pada jarak tertentu dari pusat geoetri rotor Beer, F.P and Jhonstone (1993). Ketidak seibangan dapat disebabkan oleh factor konstruksi isalnya ketidakhoogenan assa jenis dari aterial yang dipakai aupun dari faktor anufakturing isalnya proses pebubutan yang kurang sepurna. Gabar berikut eberikan ilustrasi dari sebuah ketidakseibangan dua diensi dengan M (kg): Massa benda, (kg): assa konsentrasi, x (): sipangan, k (N/): konstanta pegas, C (N/.det): peredaan, r () jari-jari ketidakseibangan dan (rad/det: kecepatan sudut) Gabar 1. Penoena Unbalance pada benda putar Model ateatika yang dikebangkan oleh Fourrier G.F, Willia, T (1999) untuk ketidakseibangan benda putar dua diensi adalah : ( M ) d²/dt² (x + e sin at) Penggunaan odel ateatik untuk kasus di lapangan tidaklah udah, engingat asih adanya variable lain yang tidak dapat dilibatkan dala odel tersebut, sehingga harus dilakukan eksperien untuk enentukan harga dan. Untuk rotor yang berputar konstan pada analisis dua diensi, pendekatan ateatik yang uu adalah dengan eandang ketidakseibangan tibul akibat adanya konsentrasi assa. Penoena ini terjadi karena konsentrasi assa yang terjadi akan engakibatkan gaya sentrifugal (disebut juga gaya inersia). Gaya sentrifugal (Ft) berarah enjadi pusat perputaran sebagai reaksi dari gaya sentripetal kearah pusat perputaran benda. Persaaan (1) dapat disederhanakan enjadi: Fr =.r. ² (N)... (3). Gabar 2 Ketidakseibangan rotor dua diensi Jika rotor tersebut ditupu pada sebuah tupuan dan diberi kebebasan bergerak arah lateral aka akan tibul gerakan oskilasi sinusudidal yang disebabkan oleh gaya sentrifugal akibat adanya konsentrasi assa. Untuk kasus ketidakseibangan rotor yang panjang dengan elibatkan dua tupuan dan diberi kebebasan bergerak aka basis analisis didasarkan pada arah tiga diensi (dua diensi arah lateral dan satu diensi arah longitudinal) dengan beberapa konsentrasi assa akan ebentuk oen bengkok (bending oent) yang bervariasi di kedua tupuan. 19

3 Gabar 3. Ketidakseibangan dinaik rotor tiga diensi Ipleentasi Metode Convegen Load Traching Dala banya kasus diana aspek kekuatan konstruksi aka penyeibang dilakukan dengan cara enepatkan assa perlawanan (counter ass) pada radius dan bidang yang sudah ditentukan di kedua ujung rotor. Dengan a () adalah jarak dari asingasing konsentrasi assa ke bidang acuan, aka syarat keseibangan yang harus dipenuhi adalah ; Keseibangan Statik r cos = 0 dan... (4) r sin = 0 Keseibangan Dinaik a cos = 0 dan asin =0 (5) Dala penelitian ini,proses penyeibangan dilakukan dengan eberikan assa perlawanan di kedua bidang (kiri dan kanan) yang disediakan oleh rotor. Sangat untuk enentukan posisi dari konsentrasi assa, baik kearah lateral (sepanjang poros) aupun arah radial (enyangkut sudut dan datu). Salah satu sisi yang sudah seibang dapat berubah jika sisi lain diberi assa penyeibang. Begitu juga sebaliknya. Metode Convergent Load Traching eberikan solusi dala enentukan nilai akhir dan sudut assa perlawanan dikedua bidang penyeibang. Metode ini berintikan pelacakan assa penyebab ketidakseibangan rotor. Proses peberian assa percobaan dilakukan di satu sisi, selanjutnya dilakukan pebacaan respon gaya sentrifugal. Peberian assa dilakukan secara bergantian antara kedua sisi. Jika keseibangan sudah dicapai (diindikasikan oleh kecilnya gaya sentrifugal yang terbaca), aka putaran otor dinaikkan. Proses selanjutnya adalah eberikan assa dengan nilai dan sudut yang terbaca. Deikian aktivitas ini dilakukan hingga rotor encapai putran tertinggi dan enghasilkan gaya sentrifugal yang enuju nol (konvergen). Kegiatan akhir adalah elakukan perhitungan aljabar bagi beberapa assa yang sudah terpasang di kedua sisi. Selanjutnya, dengan etode titik berat akan ditentukan nilai dan sudut dari sebuah assa, satu dari kiri dan satu dari kanan. BAHAN DAN METODE Kegiatan ini diawali dengan rancang bangun esin. Tahapan-tahapan yang dilakukan adalah: Rancang Bangun Mesin: 1. Rangka Mesin Rangka berfungsi sebagai infra struktur diana koponen esin akan diteptkan. Faktor yang enjadi petibangan dala pebuatan rangka antara lain adalah aspek geoetri (kesejajaran, kekuatan, keseibangan), aspek konstruksi (kekuatan, kekakuan, kesetabilan dan kekerasan) serta aspek argonois (keudahan dala engoperasikan esian). Pada siste rangka terdapat beberapa subsiste, antara lain: a. Rangka Penyangga, berfungsi untuk eegang, engangkat dan epertahankan posisi koponen esin. Dirancang dan dibuat dengan sasaran untuk enjain signifikansi data-data ketika esin diuji b. Siste Pengatur, berfunsi untuk engatur kekencangan sabuk serta posisi dari instruent pengujian. c. Rongga penyangga dan dan stopper, berfngsi untuk eperudah pada proses peindahan serta penguncian agar esin tidak bergeser pada saat dioperasikan. 2. Koponen Utaa Mesin Koponen utaa esin sebagian dibuat sedangkan, bagian yang lain berupa koponen standar yang dibeli di pasaran sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Penepatan koponen-koponen tersebut akan diatur sedeikian sehingga besifat fleksibel untuk setiap penggantian rotor uji. Koponenkoponen tersebut antara lain: a. Motor penggerak, berfungsi untuk eutar rotor pada frekwensi yang telah ditetapkan. Untuk enjain kesetabilan putaran aka dipilih otor listrik jenis DC asinkron dengan daya 250 Watt pada suber tegangan AC 220 Volt 20

4 b. Tarnsisi ekanik, berfungsi untuk eberikan variasi putaran rotor ketika dilakukan pengujian. Siste yang dipakai adalah enggunakan pasangan sabuk dan pulley. Perbandingan transisi bertingkat dipilih dengan rasio 1 : 2 : 3. Poros opsional berfungsi untuk engikat rotor dari bebagai jenis ukuran. c., berfunsi untuk enepatkan rotor yang akan diuji serta ebrikan kebebasan rotor untuk beroksilasi. Karena eliputi rotor yang panjang aka terdapat dua tupuan di kedua ujung rotor yang asing-asing dibentuk dari dua buah bantalan gelinding (ball bearing). diletakkan di atas batang luncur yang berada di atas rangka. Pada bidang luncur ditabahkan pegas dan pereda (absorber) serta jaru petunjuk. Pada saat pengujian esin akan diabil data aplitudo dan posisi dari konsentrasi assa rotor. 3. Siste Instruentasi dan kendali. Siste instruentasi dipasang dengan tujuan untuk pengabilan data pengujian, sedangkan siste kendali dipasang untuk endapatkan stabilitas putaran rotor. Untuk pengujian anual siste instruentasi terdiri dari : a. Jaru dan skala pergeseran, berfungsi untuk ebaca aplitudo pada saat rotor beroskilasi arah lateral. b. Sensor posisi, dilengkapi dengan aplifier bekerjasaa dengan strobocop akan eberikan signal (berupa tegangan listrik) pada saat jaru penunjuk encapai posisi terjauh (sipangan terbesar/aplitudo). c. Srobocop, dengan engabil trigger dari sensor posisi akan eberikan sinar sesaat ke bidang acuan pada rotor yang sudah diberi skala sudut, sedeikian rupa hingga posisi ( sudut ) dari konsentrasi assa dapat diketahui. Untuk pengujian enggunakan koputer, aka instruentasi yang akan dilibatkan eliputi d. Infrared sensing yang akan engindera sekaligus aplitudo dan sudut konsentrasi assa. e. Data akuisisi berfungsi untuk ebaca data analog dari sensor enjadi data biner. f. Progra koputer, yang berfungsi untuk engubah data biner enjadi data tapilan yang selanjutnya dapat dianalisis secara statistik. g. Fibroeter, berfungsi untuk engetahui getaran yang terjadi setelah rotor enjalani proses penyeibangan. 4. Siste Keaanan. Siste keaanan diperlukan untuk enjain keaanan dan keselaatan, baik untuk operator, esin aupun otor rotor uji. Siste keaanan yang akan dipakai pada esin prototipe antara lain : a. Proteksi putaran lebih ( over speed ). Proses ini dilakukan dengan enepatkan governor elektris sedeikian hingga jika terjadi kelebihan putaran, secara otoatis akan enggerakkan potensio dan enurunkan tegangan listrik DC yang disuplai ke otor listrik. b. Rangka penutup dengan kaca akrilik, berfungsi untuk enutup esin sehingga jika terjadi leparan aterial dari dala, pada saat dioperasikan tidak akan langsung keluar yang dapat encelakakan operator. c. Proteksi beban lebih (over load ), berfungsi untuk eutuskan rangkaian listrik ke otor listrik jika terjadi pebebanan lebih yang ditunjukkan oleh kenaikan intensitas arus listrik (Apere). d. Proteksi panas, berfungsi untuk eutuskan rangkaian listrik ke otor listrik jika terjadi kenaikan teperatur diatas yang direkoendasikan. 5. Pengujian Mesin sebelu dilakukan pengujian ula-ula dilakukan engesetan nol terhadap sensorsensor yang dipakai. Hal ini diperlakukan bagi pengujian konvensional aupun pengujian enggunakan koputer. Seentara itu untuk pegas dan pereda juga akan disesuaikan dengan karakteristik rotor. Penyesuaian didasarkan pada hasil pebacaan data yang paling representatip. Secara garis besar prosedur pengujian adalah sebagai berikut: a. Rotor diikat pada poros opsional, diletakkan di atas dua tupuan dan diikat dengan dua sabuk pada asing-asing pulley. Poros transisi diset untuk kekencangan sabuk. Putaran poros opsional diset pada putaran terendah. b. Motor listrik dihidupkan hingga putaran konstan. Data putaran dibaca enggunakan tachoeter. Respon sensor diperhatikan. Pada tahap ini juga dilakukan pengesetan terhadap posisi sensor, pegas serta pereda, sedeikian hingga 21

5 diperoleh pebacaan data yang representatip. c. Untuk pengujian konvensional, pebacaan data aplitudo diperoleh dari posisi jaru penunjuk dan sudut konsentrasi assa diperoleh dari penyinaran strobocop yang dihasilkan oleh sensor elektroekanik. Sedangkan untuk pengujian enggunakan koputer kedua data akan diabil dari infrared sensor selanjutnya ditapilkan dan disipan oleh koputer. Langkah ini dilakukan pada kedua tupuan. d. Proses berikutnya adalah penyeibangan yang engacu pada data langkah Penyeibangan dilakukan dengan enabahkan assa ( counter ass ) di kedua bidang pada rotor yang sudah ditetapkan. Posisi assa berseberangan dengan posisi konsentrasi assa rotor. Nilai dari assa dicoba-coba sedeikian hingga pada saat dilakukan pengujian kebali, rotor akan enghasilkan aplitudo yang lebih kecil. Coba-coba (Metode Convergent Load Tracing) dilakukan hingga diperoleh korelasi yang terbaik antara aplitudo, sudut peletakan dan nilai dari assa penyeibang. Konsep yang dipakai pada proses ini adalah endapatkan harga yang konvergen ( enuju nol ) dari aplitudo yang terjadi. e. Langkah a s/d c dlakukan untuk assa dan putaran rotor yang berbeda dan akhirnya diperoleh tabel dan grafik proses penyeibangan dengan variasi assa rotor dan variasi putaran rotor. f. Untuk endapatkan nilai dari beban tunggal di asing-asing bidang penyeibangan dilakukan penibangan seua assa, selanjutnya enggunakan etode titik berat akan diketahui nilai dari beban tunggal serta sudut daei posisi beban yang diaksud. g. Peeriksaan hasil akhir dari proses penyeibangan dilakukan dengan dua cara yaitu : - Mengukur getaran rotot yang terjadi dibandingkan dengan Nae Plate dari esin yang engoperasikan rotor (kegiatan ini akan eanfaatkan fasilitas bengkel PT. PUSRI). - Melakukan pengujian kebali enggunakan esin penyeibang standar presisi tinggi ( dilakukan di PT SUCOFINDO cabang Palebang) dan ebandingkan datanya. Kesaaan kedua data diuji enggunakan etode chi-square pada confidence lavel 97,5 % ( Hald T G., Statistics for ENgineering, McGrawHill, Inc, 1997 ) HASIL DAN PEMBAHASAN Dei pencapaian tujuan, aka kegiatan disusun secara runut dan sisteatik dengan alokasi waktu selaa 6 bulan. Agar tidak terjadi overlap antara satu kegiatan dengan kegiatan yang lain, aka seua kegiatan akan dilaksanakan berdasarkan skala priorotas yang penulis anggap perlu. Untuk enjain kelancaran kegiatan, aka secara periodic selalu diadakan diskusi antar anggota pelaksanaan penelitian. Untuk eantau kegiatan penelitian dapat dilakukan sesuai dengan jadwal yang sudah dirancang. Pebagian tugas untuk ti peneliti didasarkan pada waktu dan keahlian yang sudah ditetapkan. Kegiatan penelitian telah selesai dilaksanakan dan berlangsung sesuai dengan rencana kerja yang seula. Rancang bangun esin penyeibang dikerjakan di Bengkel Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Polsri, sedangkan pengujian penyeibangan benda putar dilaksanakan di Laboratoriu M & R Jurusan Teknik Mesin Polsri. Benda putar (rotor) yang dijadikan bahan uji adalah 4 buah roda obil lengkap dengan velgnya, dari jenis 185 R-14-88S dengan assa total 14,8 kg. keepat roda dala keadaan tidak seibang pada variasi putaran 500 rp, 1500 rp serta 2000 rp. Tabel berikut enyajikan hasil pengujian penyeibangan enggunakan Metode Convergent LoadTracing. 22

6 Tabel 1. Hasil pengujian penyeibang rotor untuk n = 500 rp kiri kanan Aplitudo (gra) Aplitudo (gra) 5,2 58 6,1 3, ,4 4,3 53 5,5 3, ,6 4,0 58 4,3 2, ,0 3,5 61 2,9 2, ,4 2,1 59 2,4 2, ,8 1,8 60 1,3 1, ,5 0,6 60 0,6 0, ,2 0,3 59 0,2 1, , ,1 dan assa 59,8 23,2 dan assa 128,4 10,1 Tabel 2. Hasil pengujian penyeibangan rotor untuk n = 1000 rp kiri kanan Aplitudo (gra) Aplitudo (gra) 6, ,1 3, ,3 5, ,8 3, ,1 4, ,4 2, ,0 3, ,6 2, ,6 2, ,9 1, ,3 1, ,1 0, ,9 0, ,4 0, ,7 0, ,3 0, , , ,2 dan assa 59,8 17,7 dan assa Tabel 3. Hasil pengujian penyeibang rotor untuk n = 1500 rp kiri Mass Aplitudo (gra) Aplitudo 326,4 11,3 kanan Massa (gra) 4, ,6 3, ,5 4, ,2 2, ,2 3, ,8 2, ,4 3, ,5 2, ,8 2, ,4 2, ,7 1, ,1 1, ,5 0, ,7 0, ,2 0, ,5 0, , , ,1 dan assa 199,0 29,0 dan assa 111,5 12,4 23

7 JURNAL AUSTENIT VOLUME 1, NOMOR 1, APRIL 2009 Tabel 4. Hasil pengujian penyeibang rotor untuk n = 2000 rp kiri kanan Aplitudo (gra) Aplitudo (gra) 7,8 91 6,2 4,5 15 2,1 6,8 85 5,6 4,4 13 1,6 4,9 89 4,6 3,7 12 1,0 3,8 94 2,4 2,4 12 0,9 2,9 93 2,3 2,0 15 0,7 1,8 90 1,1 1,6 9 0,5 0,5 88 0,8 0,5 8 0,4 0,3 91 0,3 1,1 14 0, , dan assa 59,8 23,2 dan assa 12,8 7,3 Tabel 5. Rangkuan hasil pengujian untuk 4 rotor sejenis dan 4 variasi putaran N = 500 rp N = 1000 rp N = 1500 rp kiri kanan kiri kanan kiri kanan (g) (g) (g) (g) (g (g) 5,2 23,2 3,6 10,1 6,,2 17,7 3,7 11,3 4,8 29 3,3 12,4 N = 2000 rp kiri kanan (g) (g) 7,8 23,5 4,5 7,3 Dari table 1, 2, 3 dan 4 setelah elalui interpolasi diperoleh hubungan natara aplitudo dan assa untuk 4 variasi putaran. Kurva penyeibang berikut ini berlaku untuk tupuan kanan dan tupuan kiri. Gabar 6. Kurva Kolerasi antara assa, Aplitudo dan variasi putaran rotor Dari kedua kurva gabar engindikasikan adanya kecendrungan turun enuju ke titik nol. Rotor yang sudah dinyatakan sudah seibang (balance), selanjutnya dicek enggunakan esin penyeibang enghasilkan tingkat keakuratan 97,8 %. Hal ini enunjukkan kinerja esin penyeibang yang dibuat adalah dala kondisi baik. Mesin yang dibuat, selain udah dioperasikan, juga udah dala elakukan perawatan dan perbaikan. Mesin dapat dipergunakan sebagai bahan praktiku 24

8 ahasisawa, khususnya pada ata kuliah praktek perawatan esin industri KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat disipulkan bahwa esin yang dibuat, setelah dicek (dibandingkan) dengan esin buatan industri enunjukkan keakuratan 97,8%. Hal ini enunjukkan kinerja esin penyeibang yang dibuat dapat digunakan, khususnya untuk alat praktek ahasiswa di Laboratoriu Perawatan dan Perbaikan. Selain itu alat ini udah dioperasikan juga udah dala elakukan perawatan dan perbaikan. Saran 1. Pada saat elakukan pengujian hendaklah engenakan pakain praktiku serta siste keaanan 2. Gunakan prosedur yang sudah ada dan lakukan penyeibangan yang benar DAFTAR PUSTAKA Beckwith T G and Buck N L., 1982, Mechanical Measureent.,3 th editon, Addison Weslley, Inc Ber F P and Jhonstone, E.R., 1982, Mechanical Engineering, Dynaics, PradWhitney Publisher Hald F and Teddy B., 1987, Statistics for Engneer, 3 th edition, McGraw-Hiil, Inc Holowenko,A.R, 1985, Dynaics of Machinery, 2 nd edition, Jhon Willey & Son, Inc Jhonson C. et.al., 1999, Convergen Loat Tracing Methode., Aerican Journal of Engineering Vebration, 21 th edition, Sec 6, p Sigley J and Mitchell L D.,1982, Mechanical Engineering Design, International Edition, McGraw-Hill, Inc Willia T & Thoson., 1991, Theory of Vibration With Application, 4 th edition, Prntce Hall, Inc 25