BAB IV PERANGKAT PENGUJIAN GETARAN POROS-ROTOR 4.1 Perangkat Uji Sistem Poros-rotor Perangkat uji sistem poros-rotor yang digunakan tersusun atas lima belas komponen utama, antara lain: landasan (base), motor listrik DC, puli penggerak, sabuk (belt), puli transmisi, poros transmisi, kopling fleksibel, poros utama, rotor, rumah bantalan luncur, bantalan luncur, adapter bantalan luncur, pompa fluida pelumas dan reservoir fluida pelumas. Beberapa komponen utama tersebut dalam kondisi terpasang diperlihatkan pada Gambar 4.1. Landasan pada perangkat uji yang disajikan pada Gambar 4.1 terbuat dari baja karbon dengan ketebalan 25 mm. Dengan ketebalan ini, diharapkan landasan di mana rumah bantalan akan dipasang menjadi sangat kaku. Pada pinggir landasan diberikan plat penghalang setinggi 15 mm yang berfungsi sebagai penampung yang dapat mencegah fluida pelumas bantalan luncur tumpah ke luar jika terjadi kebocoran pelumas pada seal bantalan luncur dan saluran-saluran pelumas menuju bantalan luncur externally pressurized bearings. Pada perangkat uji ini, rumah bantalan terbuat dari resin bening yang transparan dengan ketebalan 40 mm. Dengan demikian, diharapkan rumah bantalan cukup kaku, dan dengan rumah bantalan yang transparan diharapkan aliran fluida pelumas ke bantalan dapat dipantau dengan baik. Motor penggerak yang digunakan dalam penelitian ini adalah motor listrik DC. Pengaturan kecepatan putar motor dilakukan secara manual, yaitu dengan mengatur besar tegangan listrik DC yang diberikan ke motor. Pengaturan tersebut dilakukan pada pada catu daya DC. Kemudian, sabuk menghubungkan puli penggerak dan puli transmisi. Puli transmisi dihubungkan ke poros utama dengan menggunakan kopling fleksibel. Dengan penggunaan kopling fleksibel diharapkan berbagai pengaruh ketidaksempurnaan pemasangan kopling dan ketidaksesumbuan pemasangan puli terhadap sistem yang diuji dapat diminimalkan, sehingga getaran yang bisa timbul karena hal tersebut dapat dihindari semaksimal mungkin.
5 4 3 2 8 6 7 9 14 15 10 1 12 13 11 Keterangan : 1. Landasan (base) 2. Motor listrik DC 9. Poros utama 3. Puli penggerak 10. Rotor 4. Sabuk (belt) 11. Rumah bantalan luncur 5. Puli transmisi 12. Bantalan luncur 6. Poros transmisi 13. Adapter bantalan luncur 7. Kopling fleksibel 14. Pompa fluida pelumas 8. Dudukan bantalan poros transmisi 15. Reservoar fluida pelumas Gambar 4.1 Susunan perangkat uji sistem poros-rotor Bantalan yang digunakan adalah bantalan luncur jenis externally pressurized bearings yang memiliki ciri khusus, di mana fluida pelumas bertekanan ditembakkan ke dalam bantalan, sehingga poros yang ditumpu terangkat. Dalam kondisi berputar, poros akan terangkat ke posisi tengah bantalan luncur, dan kontak antara logam tidak terjadi, sehingga keausan bantalan akan dapat ditekan serendah mungkin. Hal ini akan sangat menguntungkan, karena gesekan yang timbul pada bantalan sangat kecil sekali dari segi energi yang digunakan dan ketahanan bantalan itu sendiri. Spesifikasi bantalan luncur jenis externally pressurized bearings yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 4.1 34
Tabel 4.1 Data spesifikasi bantalan luncur Diameter luar 36 mm Diameter dalam 30 mm Jumlah recces 8 Lebar recces 3 mm Kehalusan permukaan 10 mikron 4.2 Sensor Ada tiga jenis sensor yang digunakan dalam pengujian ini, yaitu sensor optik (key phasor), sensor perpindahan (Probe-proximity), dan sensor gaya (impact hammer). Secara lebih rinci, penggunaan ketiga sensor tersebut dijelaskan sebagai berikut: 1. Sensor optik (key phasor) Fungsi utama sensor ini adalah sebagai sinyal acuan dan sinyal pemicu (trigger). Sebagai siyal acuan, sensor ini digunakan untuk mengukur kecepatan putar motor dengan cara mendeteksi sinyal yang dipantulkan oleh reflektor yang ditempel pada poros. Sebagai sinyal pemicu, sensor ini digunakan sebagai pemicu proses pencuplikan data getaran pada pengukuran peta spektrum (spectral map). 2. Probe-proximity Probe-proximity digunakan untuk mengukur besarnya perpindahan getaran pada poros. Sensor ini digunakan pada saat pengukuran Frequency Response Function (FRF), pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar, dan pengujian peta spektrum. Probe-proximity yang digunakan adalah probe-proximity dengan nomor seri 07D00AMG (sensitivitas 7,874 V/mm) dan 07D00AME (sensitivitas 7,874 V/mm). Untuk dapat beroperasi, sensor ini dilengkapi dengan proximitor yang berfungsi untuk mengkondisikan sinyal yang dihasilkan probeproximiti. 3. Palu pemukul (impact hammer) Palu ini digunakan sebagai sumber eksitasi (shock excitation) pada pengujian FRF dan pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar. Pada kepala palu tersebut terdapat load cell yang digunakan untuk mengukur besarnya gaya 35
pemukul. Pada pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar digunakan palu pemukul dengan kepala palu bantalan bola, sehingga gaya arah tangensial akibat putaran poros tidak begitu mempengaruhi pengukuran gaya eksitasi yang diberikan. Agar palu dapat beroperasi, palu dilengkapi dengan Conditioning amplifier untuk mengkondisikan sinyal dari load cell. 4.3 Instrumentasi Akusisi dan Pengolah Data Instrumen akusisi dan pengolah data yang digunakan dalam pengujian adalah instrumen elektronik yang mampu mengolah dan menampilkan data getaran dalam domain waktu dan domain frekuensi. Perangkat pencuplikan data yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. MSA (Multi-channel Signal Analyser) HP 35650 A untuk pencuplikan dan pengolahan data pada pengujian FRF dan pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar. 2. Komputer PC. 3. Perangkat lunak pengolah dan penyaji data dibuat dengan bahasa pemrograman Matlab 7.0 untuk pengolahan dan penyajian data lebih lanjut. Untuk pencuplikan data secara digital digunakan MSA. Alat ini berfungsi sebagai pengubah sinyal analog yang dihasilkan probe-proximity, palu pemukul dan sensor optik menjadi data digital dan kemudian dianalisis. Dengan bantuan MSA, data sinyal getaran dicuplik dengan rentang dan frekuensi pencuplikan tertentu sesuai dengan kebutuhan pengujian, yang dapat di-setting pada menu parameter pengujian. Sinyal getaran dalam selang waktu dan selang frekuensi dapat ditampilkan pada layar komputer yang terhubung dengan MSA, dan untuk analisis lebih lanjut digunakan perangkat lunak Matlab 7.0. Pengubahan sinyal getaran dalam selang waktu menjadi selang frekuensi juga dapat dilakukan dengan menggunakan fungsi FFT (Fast Fourier Transform) pada Matlab 7.0. Dengan menggunakan fungsi dan tool yang disediakan oleh program ini, data kemudian dapat diolah lebih lanjut dengan menggunakan program yang dibuat dalam bahasa pemrograman Matlab 7.0. 36
4.3 Prosedur Pengujian Dalam penelitian ini, dilakukan dua jenis pengujian, yaitu pengujian FRF dan pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar. Dua jenis pengujian tersebut dijelaskan sebagai berikut: 4.3.1 Pengujian FRF Pengujian FRF dilakukan dengan menggunakan metode eksitasi kejut (shock excitation) ketika sistem dalam kondisi diam. Dengan metode tersebut, gaya eksitasi berupa gaya impuls diberikan kepada sistem yang diukur. Memberikan gaya impuls pada sistem yang diukur, berarti sama dengan mengganggu sistem yang diukur di semua frekuensi, sehingga diharapkan sistem tersebut akan bergetar bebas pada semua frekuensi pribadinya dan dengan melakukan pencuplikan data getaran dapat diketahui nilai frekuensi pribadi sistem yang ditandai dengan puncak sinyal getaran yang relatif lebih tinggi. Susunan perangkat pengukuran FRF diperlihatkan pada Gambar 4.2. Gambar 4.2 Susunan perangkat pengujian FRF Sebelum pengujian FRF dilakukan, terlebih dahulu ditentukan beberapa parameter pengukuran yang pengesetannya dilakukan pada MSA, yaitu: 37
Jenis pengukuran rentang frekuensi pengukuran kecermatan pengukuran fungsi jendela (window function) jenis perata-rataan jumlah perata-rataan : fungsi respon frekuensi : 0 800 Hz : 0,25 Hz : force/exponential : stable : 5 kali Perata-rataan dilakukan untuk mengurangi kesalahan acak (random error) akibat adanya sinyal pengganggu (random noise). Berdasarkan pertimbangan kemudahan dalam melakukan pengukuran, maka pengujian FRF dilakukan dengan cara posisi sensor dibuat tetap sedangkan posisi gaya eksitasi dipindah-pindah. Pengujian FRF dalam penelitian ini dilakukan dalam arah horizontal dan vertikal. Eksitasi diberikan pada poros-rotor dalam arah vertikal dan horizontal, dan respon juga diukur poros-rotor dalam pada arah vertikal dan horizontal. Contoh posisi titik ukur dan titik eksitasi impulse yang diberikan pada sistem poros-rotor disajikan pada Gambar 4.3 Sensor eksitasi impulse Gambar 4.3 Posisi titik ukur dan eksitasi pada pengujian FRF 38
4.3.2 Pengujian Untuk Mengetahui Kecepatan Kritis Pada Kondisi Berputar Pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar ini pada hakikatnya hampir sama dengan pengujian FRF. Perbedaannya terletak pada kondisi sistem yang diuji. Pada pengujian FRF, sistem harus dalam kondisi diam, sedangkan pada pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar, sistem dalam kondisi berputar. Susunan perangkat pengukuran untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar diperlihatkan pada Gambar 4.4. Gambar 4.4 Susunan perangkat pengujian untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar Pengujian ini juga dilakukan dengan menggunakan metode eksitasi kejut (shock excitation) pada saat poros-rotor berputar pada kecepatan tertentu. Dengan metode tersebut, gaya eksitasi berupa gaya impuls diberikan kepada sistem yang diukur, sehingga diharapkan sistem tersebut akan bergetar bebas pada frekuensi pribadinya, meskipun sistem dalam kondisi berputar. Setelah eksitasi diberikan, poros-rotor akan begetar. Getaran yang terjadi diakibatkan oleh eksitasi gaya impuls bercampur dengan getaran akibat ketidaksempurnaan yang ada pada sistem poros-rotor (seperti: unbalance, ketidak-sesumbuan, kelonggaran). 39
Agar didapatkan getaran murni yang diakibatkan gaya impuls, maka perlu dilakukan pengurangan antara sinyal getaran poros-rotor ketika diberikan eksitasi kejut dan sinyal getaran poros-rotor tanpa diberikan eksitasi kejut. Untuk itu, perlu dilakukan pengukuran getaran dalam kondisi berputar dengan memberikan eksitasi kejut dan tanpa eksitasi kejut. Pengujian dalam keadaan berputar ini dilakukan dengan dengan menggunakan palu yang dirancang khusus untuk keperluan pengujian dalam kondisi berputar. Bentuk palu khusus tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.5. Load cell Bantalan bola Gambar 4.5 Palu khusus pengujian berputar Pada Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa palu pemukul khusus ini dilengkapi dengan sebuah bantalan bola pada bagian ujung pemukulnya. Tujuan penambahan bantalan ini adalah agar gaya tangensial yang muncul akibat kontak antara palu pemukul dan poros yang sedang berputar dapat dihilangkan dan tidak terukur oleh load cell. Tetapi penambahan bantalan bola pada bagian ujung pemukul akan menyebabkan gaya yang terukur oleh load cell tidak sama dengan gaya yang diterima oleh permukaan benda uji, sehingga sensitifitas load cell yang terpasang pada palu tidak dapat langsung digunakan sebagai sensitifitas palu. Hal ini dapat terjadi karena adanya faktor transmisibilitas gaya dari palu pemukul ke benda uji 40
yang disebabkan oleh penambahan ujung kepala palu dengan bantalan dan pemegang bantalan. Untuk itu diperlukan adanya kalibrasi palu, sehingga sensitifitas palu dapat diketahui dengan benar dan besarnya gaya yang diberikan pada sistem yang diuji dan diketahui dengan benar. Besar nilai sensitifitas setelah dikalibrasi adalah 146,23 mv/kgf. Prosedur pengukuran untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar lebih rinci dijelaskan sebagai berikut: 1. Pasanglah alat uji dan instrument pengukuran sesuai dengan yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 2. Sebelum pengukuran untuk mengetahui kecepatan kritis pada kondisi berputar dilakukan, terlebih dahulu ditentukan beberapa parameter pengukuran yang pengesetannya dilakukan pada MSA, yaitu: Jenis pengukuran : Linier spektrum rentang frekuensi pengukuran : 0 800 Hz kecermatan pengukuran : 0,25 Hz fungsi jendela (window function) : Hanning 3. Atur kecepatan putar motor pada kecepatan tertentu, diamkan sesaat hingga kecepatan konstan. Hal ini dilakukan secara manual dengan mengatur voltase keluaran catu daya motor DC, dan kemudian memantaunya melalui sinyal yang dikeluarkan oleh sensor optik. 4. Lakukan pengambilan sinyal referensi dengan memukulkan palu ke tempat lain yang bukan bagian dari sistem alat uji sebagai trigger, sehingga sinyal getaran dalam kondisi berputar tanpa gangguan dari luar sistem dapat diambil. 5. Lakukan pengambilan sinyal getaran sebanyak sepuluh kali, dan data masing-masing pukulan disimpan dengan nama yang berbeda. Hal ini dilakukan agar didapatkan sinyal rata-rata yang betul-betul mencerminkan kondisi sistem tanpa ada gangguan dari luar. 6. Lakukan pemukulan sistem poros-rotor pada titik tertentu pada arah vertikal sebanyak lima belas kali. Sehingga didapatkan lima belas data, dan data setiap ketukan disimpan dengan nama yang berbeda. 41
7. Lakukan pemukulan sistem poros-rotor pada titik yang sama pada arah horizontal sebanyak lima belas kali. Sehingga didapatkan lima belas data, dan data setiap ketukan disimpan dengan nama yang berbeda. 8. Lakukan pengambilan sinyal referensi pada kecepatan putar yang berbeda sesuai dengan kecepatan putar yang ingin diamati. 9. Lakukan pemukulan pada titik yang sama pada arah vertikal dan horizontal pada kecepatan putar yang berbeda sesuai dengan kecepatan putar yang ingin diamati. 42