ANALISA GETARAN PADA POROS POMPA SENTRIFUGAL SISTEM PENYAMBUNGAN KOPLING SABUK UNTUK MONITORING KONDISI TESIS

  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 2012

  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, Dekan,

Dr. Eng. Ir. Indra, MT Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

  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

   4. Ir. T. Ahri Bahriun, M.Sc 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.

  Kata kunci : pompa sentrifugal, poros pompa, getaran, kopling sabuk, vibrometer, labjack

  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.

  Keywords: Centrifugal Pump, Pump Shaft, Vibration, Coupling Belt, Vibrometer, Labjack

  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 akhir penulisan tesis ini. 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,

  Erwin Martianis

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

  Pendidikan

  1980 : SD Negeri 013 Dumai, Riau

• – 1986 1986 : SMP Negeri 02 Dumai, Riau – 1989 1989 : STM Negeri Tanjung Pinang, Kepulauan Riau – 1990 1990 : STM Negeri Pekan Baru - Riau – 1992 1992 : S1- Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas – 2000

  Islam Riau, Pekan Baru - Riau 2010 : Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

• – 2012

  Sumatera Utara

• – Medan

  Pekerjaan :

  2001 - Sekarang : Staf Pengajar Politeknik Negeri Bengkalis, Riau

  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 2.1.3. Gerak Harmonik ....................................................

  12

  2.1.5. Getaran Bebas (Free Vibration) .............................

  33 3 METODE PENELITIAN ...............................................................

  46 3.6. Uji Puntir Sabuk .................................................................

  45 3.5. Variabel yang diamati ........................................................

  42 3.4. Pengolahan dan Analisa Data .............................................

  42 3.3. Set Up Peralatan .................................................................

  38 3.2.3. Metode ...................................................................

  35 3.2.2. Peralatan ................................................................

  35 3.2.1. Bahan .....................................................................

  35 3.2. Bahan Peralatan dan Metode ..............................................

  35 3.1. Tempat dan Waktu .............................................................

  31 2.4.2. Frekuensi Domain ..................................................

  15 2.1.6. Getaran Paksa (Force Vibration) ...........................

  31 2.4.1. Time Domain .........................................................

  29 2.4. Pengolahan Data Vibrasi ....................................................

  27 2.3.1. Karakteristik Pompa ..............................................

  26 2.3. Pompa .................................................................................

  25 2.2.2. Modifikasi Kopling Sabuk .....................................

  25 2.2.1. Kopling ..................................................................

  23 2.2. Kopling Flens Sabuk ..........................................................

  22 2.1.8. Standard Pengukuran Getaran ...............................

  20 2.1.7. Penentuan Indikator ...............................................

  46

  3.8. Pelaksanaan Penelitian .......................................................

  57

  63

  4.2.5. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda, Lebar dan Tebal yang sama (L98 T4,5), Posisi Sabuk di Dalam ..........................................

  61

  4.2.4. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda, Lebar dan Tebal yang sama (L98 T4,5), Posisi Sabuk Luar-Dalam ......................................

  59

  4.2.3. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang sama 7,5 cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi 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 .........................................

  50 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................

  56

  4.2.1. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang sama 5,5 cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar- dalam .........................................

  54

  52 4.2. Analisa Getaran Pada Poros Pompa ...................................

  51 4.1.2. Kecepatan Sudut Sistem yang Bergerak ................

  51 4.1.1. Kecepatan Sudut Motor Penggerak .......................

  51 4.1. Perhitungan Getaran Pompa ...............................................

  4.2.6. Analisa Karakteristik Getaran pada Jarak yang Berbeda, Lebar dan Tebal yang sama (L120 T6),

  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 ...........

  68

  4.10. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang berbeda, lebar

  4.11. Perbandingan Analisa Getaran pada Jarak yang berbeda, lebar dan tebal yang sama (L145 T7,5), posisi sabuk di dalam ........

  72

  

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 2.18. Kurva Karakteristik Pompa Sentrifugal ....................................

  29

  2.20. Hubungan Time Domain dengan Frekuensi Domain ................

  43 3.12. Data pengamatan .......................................................................

  3.20. Grafik analisa getaran pada jarak yang sama 6,5 cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar dalam)...................

  57

  3.19. Grafik analisa getaran pada jarak yang sama 5,5 cm (tebal dan lebar berbeda dengan posisi sabuk luar-dalam)...................

  51

  49 3.18. Diagram Alir Penelitian ............................................................

  49 3.17. Kerangka Konsep Penelitian .....................................................

  48 3.16. Hasil uji puntir ...........................................................................

  48 3.15. Persiapan uji puntir ....................................................................

  46 3.14. Grafik hasil uji puntir ................................................................

  45 3.13 Spesimen uji puntir ....................................................................

  3.11. Hubungan pengukuran dan monitoring obyek pemantauan dengan analisa data.....................................................................

  34 3.1. Pompa sentrifugal ......................................................................

  43

  42 3.10. Titik Pengukuran .......................................................................

  41 3.9. Kabel coaxial .............................................................................

  41 3.8. Kabel catu daya .........................................................................

  40 3.7. Labjack ......................................................................................

  40 3.6. Vibration Meter .........................................................................

  37 3.5. Tachometer, Vernier Caliper , Sabuk dll ...................................

  36 3.4. Instalasi Pompa dan Motor Listrik ............................................

  36 3.3. Pompa Sentrifugal Sistem Penyambungan Flens Sabuk ...........

  36 3.2. Poros Pompa Sentrifugal ...........................................................

  59

  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 ................................

  73

  

Nomor Judul Halaman

1. Validasi Data .............................................................................

  88 2. Tehnical Spesifikasi Vibrometer VQ-400-A .............................

  91 3. Gambar Kerja ............................................................................

  95

  Simbol Satuan

  (s) Perioda

  Efisiensi (%)

  Q N

  Kapasitas pompa (m

  3

  /s)

  t Waktu

  (s)

  n Putaran pompa (rpm) N

  V Kecepatan fluida (m/s)

  Kecepatan sudut (rad/s)

  w Berat

  (N) Frekuensi natural (rad/s) Perpindahan / displacement (m)

  ̇ Kecepatan / velocity (m/s)

  ̈ Percepatan / acceleration (m/s

  2

  Daya W

  (kg)

  A Amplitudo

  Koefisien redaman kritis

  (m)

  a Percepatan

  (m/s

  2

  )

  B Koefisien induksi magnetic c Redaman / damping (N/(m/s))

  F Gaya

  k Kekakuan / stiffness (N/m) m Massa

  (N)

  f Frekuensi

  (Hz) Frekuensi getar objek ukur (Hz) Percepatan gravitasi (m/s

  2

  )

  h Total head pompa (m) H N Head total pompa (m) H (s) Frekuensi karakteristik (Hz) i Kuat arus

  (Ampere)

  ) Rasio redaman