BAB 4 ANALISA TARIKAN SABUK-V DAN GETARAN BANTALAN
4.1. Gaya Yang Bekerja Akibat Tarikan Tension Sabuk-V
4.1.1. Tarikan statis sabuk-V dan beban statis pada poros Tarikan statis yang terjadi sabuk-V A-37 berbeda menurut set-up pengaturan
jarak span L
s
. Sesuai desain yaitu jarak poros C terhadap sumbu horizontal C
x
= 315 mm dan jarak poros terhadap sumbu vertikal C
y
= 77 mm maka L
s
= 324 mm. Perbedaan tarikan diperoleh dengan mengubah L
s
, yang diilustrasikan Gambar 4.1. Pengukuran gaya defleksi nyata P
a
dengan V-belt Tensiometer pada defleksi q = 5 mm dilakukan setelah set-up sabuk dilakukan dan mesin dalam keadaan tidak
beroperasi. Hasil pengukuran disajikan pada Tabel 4.1.
Gambar 4.1. Pengaturan jarak span L
s
serta pengukuran q dan P
a
93
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1 Hasil pengukuran P
actual
pada tiap kondisi set-up
Berdasarkan data pada Tabel 4.1, maka tarikan statis T
st
pada sabuk dapat dihitung dengan rumus sesuai persamaan 2.54:
y p
s a
st
K L
L P
T
−
= 16
Untuk Tes-I dimana jarak poros C = 334 mm, dan diameter masing-masing puli poros fan D dan motor d adalah sama yaitu 100 mm, maka panjang pitch sabuk-V L
p
dapat dihitung dengan rumus sesuai persamaan 2.50:
C d
D d
D C
L
p
4 2
2
2
− +
+ +
= π
=
×
− +
+ ×
+ ×
= 334
4 100
100 2
100 100
14 ,
3 334
2
2 p
L 981,99 mm
≈ 38,66 inci
Dengan faktor modulus sabuk K
y
untuk sabuk-V jenis A, berdasarkan Tabel 2.13 diperoleh sebesar 6, maka tarikan statis sabuk T
st
dimana P
a
= 9,92 lb dan L
s
= 13,15 inci dapat diperoleh sebesar:
Universitas Sumatera Utara
=
×
− ×
= 6
66 ,
38 15
, 13
92 ,
9 16
st
T
156,692 lb atau 71,074 kg
Dengan demikian maka pada Tes-I, tarikan statis yang diberikan pada sabuk adalah sebesar 156, 692 lb atau 71,074 kg.
Dengan cara yang sama maka dapat ditentukan tarikan statis yang diberikan pada tiap set-up tarikan sabuk berikutnya yaitu Tes-II sampai dengan Tes-V, yang hasilnya
dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel. 4.2. Hasil perhitungan tarikan statis sabuk T
st
Secara khusus bila diperhatikan pada tes-V, dapat dilihat bahwa nilai P
a
= 0 lb, berdasarkan perhitungan terhadap tarikan statis sabuk diperoleh nilai negatif yaitu
-2,001 lb, hal ini menandakan bahwa pada tes-V, sabuk yang terpasang tidak mengalami tarikan. Sedangkan untuk menentukan beban statis akibat tarikan sabuk
pada poros dapat dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan 2.55 yaitu:
=
2 sin
2 θ
st b
st
T N
F
Universitas Sumatera Utara
Dengan besar sudut kontak θ, dapat dihitung dengan rumus sesuai persamaan 2.52.c
yaitu:
− =
−
C d
D 2
cos 2
1
θ
Untuk tes-I dengan jarak poros C = 334 mm, dan diameter puli D = d = 100 mm, maka:
=
×
− =
−
334 2
100 100
cos 2
1
θ 180
o
Untuk menentukan beban statis pada poros, dengan jumlah sabuk N
b
=1, tarikan statis T
st
= 71,074 kg dan sudut kontak θ = 180
o
, maka beban statis yang ditimbulkan pada poros adalah sebesar:
=
×
× =
2 180
sin 074
, 71
1 2
st
F 142.149 kg
Dengan cara yang sama, beban statis pada tiap kondisi dapat dihitung dan disajikan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3. Beban statis pada poros akibat perubahan tarikan sabuk-V
Universitas Sumatera Utara
4.1.2. Tarikan dinamis sabuk-V dan beban dinamis pada poros. Untuk menentukan tarikan dinamis sabuk-V seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 4.2, terlebih dahulu harus ditentukan tarikan efektif dan tarikan operasi sabuk-V dengan menggunakan rumus sesuai persamaan 2.56, yaitu:
b r
S T
e
VN P
d Q
T T
T 33000
2 =
= −
=
T
T
T
S
F
dy
180
o
Gambar 4.2. Vektor tarikan operasi dan beban dinamis poros sabuk-V A-37
Tarikan efektif T
e
dapat dihitung berdasarkan pengukuran kuat arus listrik i = 71,1 µA pada tes-I saat fan dioperasikan, dengan beda potensial elektris = 380 volt.
Maka daya nyata yang ditransmisikan P
r
dapat dihitung: =
× ×
× =
6
10 746
380 1
, 71
3 V
A P
r
µ 5.01
×10
-5
hp Kecepatan sabuk-V dapat dihitung dengan rumus pada persamaan 2.52.e, dengan
diameter puli D = 4 inci, dan putaran poros n = 1500 rpm, diperoleh kecepatan sabuk sebesar:
Universitas Sumatera Utara
= ×
× =
= 12
1500 4
14 ,
3 12
Dn V
π 1570,8 fpm
Sehingga tarikan efektif T
e
yang terjadi pada tes-I dapat dihitung, sebagai berikut:
= ×
× =
−
1 8
, 1570
10 01
, 5
33000
5 e
T
0,0011 lb atau 0,0005 kg Dengan cara yang sama tarikan efektif T
e
dapat dihitung dengan hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel. 4.4 Hasil perhitungan tarikan efektif operasional T
e
Kemudian tarikan pada tight side tension T
T
sesuai Gambar 4.2 dapat dihitung dengan rumus pada persamaan 2.57, dimana g
c
= 32,2 ftsec
2
, W = 0,07 sehingga
dapat diperoleh: 2
1 60
9 .
9 .
2 e
c st
T
T g
V W
T T
+
−
=
2 0011
, 2
, 32
1 60
8 .
1520 07
. 9
. 9
. 692
, 156
2
+
×
− =
T
T
= 172,762 lb atau 78,363 kg
Universitas Sumatera Utara
Dan tarikan slack side tension T
S
pada sabuk-V sesuai Gambar 4.2 dapat dihitung melalui rumus sesuai persamaan 2.58, dan diperoleh,
= −
= −
= 0011
, 762
, 172
e T
S
T T
T 172,761 lb atau 78,363 kg
Dengan cara yang sama, masing-masing tarikan operasi sabuk-V dapat dihitung untuk tiap set-up, dengan hasil perhitungannya dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Hasil perhitungan tarikan operasi sabuk-V
Untuk menentukan beban dinamis pada poros dengan jumlah sabuk N
b
=1, dan
θ = 180
o
, maka beban dinamis pada tes-I dapat dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan 2.59 yaitu:
θ cos
2
2 2
S T
S T
b dy
T T
T T
N F
− +
=
o dy
F 180
cos 761
, 172
762 ,
172 2
761 ,
172 762
, 172
1
2 2
× ×
− +
=
= 345,523 lb atau 156,726 kg Dengan cara yang sama, maka beban dinamis pada poros untuk tiap set-up
dapat dihitung dengan hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.6.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.6. Hasil perhitungan beban dinamis poros F
dy
Gambar 4.3. Gerak harmonik beban dinamis pada poros model centrifugal fan
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan frekuensi gaya dinamis f
i
diperoleh dari pengukuran kecepatan ekstitasi poros centrifugal fan yang ditumpu bantalan A dan B pada Tabel 4.6 dengan
persamaan gerak sistem dapat dilihat pada Gambar 4.3. Berdasarkan Gambar 4.3 dapat dilihat pengaruh dari perubahan tarikan sabuk-
V pada beban dinamis poros, sedangkan terhadap frekuensi eksitasi walaupun ada perbedaan namun secara umum tidak signifikan.
4.1.3. Gaya reaksi pada bantalan akibat beban dinamis sabuk-V pada poros Gaya reaksi pada bantalan A dan bantalan B berbeda untuk tiap kondisi
tarikan sabuk-V yang diberikan. Masing-masing tarikan sabuk-V akan memberikan beban pada poros, dan dapat dibedakan akibat beban statis dan beban dinamis, seperti
yang ditunjukkan pada Tabel 4.7.
Tabel 4.7. Rekapitulasi gaya defleksi P
a
, Beban Statis F
st
dan Beban Dinamis F
dy
Universitas Sumatera Utara
Pada tabel 4.7 dapat dilihat bahwa perbedaan tarikan sabuk berasal dari perubahan jarak antar poros C terhadap jarak antar poros desain C
desain
yaitu: 324 mm. Perubahan jarak tersebut mempengaruhi kondisi tarikan sabuk, yaitu:
1. Kondisi C C
desain
, sabuk-V A-37 mengalami tarikan berlebih Tes-I dan Tes- II dengan mengatur jarak antar poros nyata lebih besar dari jarak desain.
2. Kondisi C = C
desain,
tarikan sabuk-V A-37 sesuai desain Tes-III dengan cara mengatur jarak antar poros sama dengan jarak desain.
3. Kondisi C C
desain
, sabuk-V A-37 mengalami kekurangan tarikan Tes-I dan Tes-II dengan mengatur jarak antar poros nyata lebih kecil dari jarak desain.
Dengan menampilkan gaya defleksi sabuk P
a
, beban statis pada poros F
st
dan beban dinamis pada poros F
st
terhadap selisih antara jarak pengaturan antar poros dengan jarak poros sesuai desain pada sebuah grafik, seperti yang ditampilkan
pada Gambar 4.4, maka akan diperoleh grafik pengaruh perubahan jarak antar poros terhadap tarikan sabuk-V.
Dapat dilihat bahwa perubahan beban statis dan dinamis ini merupakan pembesaran ±
16 kali dari gaya defleksi yang diukur ditengah span, yang merupakan hasil variasi jarak antar poros untuk mendapatkan tarikan yang berbeda dari sabuk-V yang sama
yaitu A-37. Perbedaan antara beban statis dan beban dinamis yang timbul pada poros dipengaruhi oleh faktor torsi dan kecepatan putar sabuk-V.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Perbandingan gaya defleksi, beban statis dan beban dinamis
Hubungan antara tegangan efektif terhadap tarikan statis sabuk-V pada poros memiliki korelasi non linier seperti yang dapat dilihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5. Hubungan antara tarikan efektif operasi terhadap tarikan statis sabuk-V
50 -
50 100
150 200
250 300
-15 -10
-5 5
10 15
C-C
d
mm Gaya kg
Pa Fst
Fdy
Universitas Sumatera Utara
Selanjutnya untuk menentukan gaya reaksi pada bantalan A dan bantalan B pada saat bahan uji dioperasikan, maka gaya reaksi pada kedua bantalan tersebut
dapat diperoleh berdasarkan Gambar 4.6.
97 m m
140 m
m 80 m
m
Gambar 4.6. Beban dinamis pada poros yang ditumpu bantalan A dan B
Dengan cara free body diagram, maka gaya reaksi pada kedua bantalan dihitung secara analitis, antara lain:
Pada arah sumbu-z:
= ΣFz
, sin
= −
− +
Fan dy
B A
F F
Rz Rz
α α
sin 72
. 2
dy B
A
F N
Rz Rz
+ =
+
A dy
B
Rz F
N Rz
− +
= α
sin 72
. 2
Universitas Sumatera Utara
= Σ
B
Mz
, 0 22
, sin
097 ,
72 .
2 14
. =
− +
α
dy A
F Rz
14 ,
097 ,
72 .
2 22
, sin
− =
α
dy A
F Rz
Pada arah sumbu-x:
= ΣFx
cos =
− +
α
dy B
A
F Rx
Rx α
cos
dy B
A
F Rx
Rx =
+
A dy
B
Rx F
Rx −
= α
cos
= Σ
B
Mx
22 ,
cos 14
. =
− α
dy A
F Rx
14 ,
22 ,
cos
α
dy A
F Rx
=
Pada arah sumbu-y: =
ΣFy
= +
B A
Ry Ry
Dimana tidak ada beban pada arah sumbu-y maka diasumsikan
= =
B A
Ry Ry
.
Pada kondisi tarikan sabuk-V Tes-I dimana F
dy
= 156,726 kg, dan α =
13,33
o
, maka: Pada arah sumbu-z:
14 ,
097 ,
72 .
2 22
, 33
, 13
sin 726
, 156
− =
o A
Rz
= 54,894 kg =
− +
= N
N Rz
o B
894 ,
54 33
, 13
sin 726
, 156
72 ,
2 - 16,042 kg
Universitas Sumatera Utara
Pada arah sumbu-x:
14 ,
22 ,
33 ,
13 cos
726 ,
156
o A
Rx =
= 239,650 kg 650
, 239
33 ,
13 cos
726 ,
156 −
=
o B
Rx = -87,146 kg
Dengan cara yang sama, dimana nilai F
dy
untuk tiap kondisi tarikan, maka diperoleh gaya reaksi bantalan, yang ditampilkan pada Tabel 4.8. dan Gambar 4.7.
Pada Gambar 4.7. ditunjukkan pengaruh tarikan sabuk-V terhadap bantalan A dan B yang merupakan tumpuan poros impeller centrifugal fan, ditemukan bahwa gaya
reaksi pada bantalan A dan B berbanding lurus dengan arah gaya reaksi berbeda, dimana kenaikan beban dinamis poros akan diikuti dengan peningkatan gaya reaksi
bantalan yang non linier.
Tabel 4.8. Pengaruh beban dinamis terhadap gaya reaksi bantalan A dan B
Universitas Sumatera Utara
Pengaruh Beban Dinamis Pada Poros terhadap Gaya Reaksi Bantalan A dan B
-150 -100
-50 50
100 150
200 250
300
-15 -10
-5 5
10 15
C-C
d
mm Gaya kg
Fdy kg RzA
RzB RxA
RxB
Gambar 4.7. Perbandingan beban dinamis terhadap gaya reaksi bantalan
4.2. Analisa Getaran Bantalan Centrifugal Fan
Kategori