Tempat dan Waktu Bahan, Peralatan dan Metode

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program sampai dinyatakan selesai yang direncanakan berlangsung selama ± 3 bulan yaitu pada bulan Juni sampai dengan Agustus 2009. Tempat pelaksanaan penelitian yaitu di Laboratorium Noise and Vibration Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.

3.2. Bahan, Peralatan dan Metode

3.2.1. Bahan Dalam penelitian ini, subjek penelitian adalah backward inclined curve centrifugal fan 2 SWSI, dengan poros yang ditumpu pada dua buah bantalan, dan terhubung dengan motor listrik melalui sabuk-V serta puli pada Gambar 3.1. Frekuensi pribadi dari sistem yang dibangun sesuai perhitungan pada Lampiran 11 adalah 5.83 Hz. Dengan spesifikasi bahan penelitian sebagai berikut: • Daya Motor : 1 HP • Voltage : 380 Volt50 Hz3 Phase • Putaran : 1500 rpm • Frekuensi : 50 hz 67 Universitas Sumatera Utara • Diameter Pulley : 4” di poros elektro motor dan poros centrifugal fan • Diameter Poros : 25 mm • Bantalan Poros Fan : UKF 206 J FYH • Sabuk-V : A-37 Mitsuboshi 2 4 1 5 6 3 7 8 Gambar 3.1. Skematik bahan uji backward inclined curve centrifugal fan 2 SWSI ; 1 Fan casing, 2 Fan impeller, 3 bantalan, 4 poros fan 5 Puli Fan, 6 Sabuk-V, 7 Puli Motor, dan 8 Motor penggerak. Universitas Sumatera Utara Bahan impeler terbuat dari pelat ferritic stainless steel buatan Durinox grade F12N [18], seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.2. Komposisi kimia material stell plate Durinox F12N antara lain: carbon : 0.01 , chromium : 11.5 , nickel: 0.4 , dan PRE: 11,5 . Gambar 3.2. Impeler centrifugal fan Stainless steel grade PRE pitting resistance equivalent adalah petunjuk tingkat ketahanan stainless steel terhadap korosi, semakin tinggi nilainya maka semakin baik ketahanannya terhadap korosi. Sesuai katalog produk, sifat mekanis Durinox F12N, yaitu: a. Tensile strength : 455 MPa b. Yield strength : 275 Mpa c. Elongation : 18 pada 50 mm d. Hardness : HRC20 Rockwell B, 224 Brinell Universitas Sumatera Utara Sedangkan sifat fisik dari pelat ini adalah sebagai berikut: a. Density : 7700 kgm3 b. Elastic Modulus : 220 Gpa c. Thermal Expantion : 10,8 µmm o C d. Thermal Conductivity :23 Wm.K e. Specific heat : 460 Jkg.K f. Electrical Resistivity : 580 n Ω.m Bantalan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bantalan bola unit terpadu ball bearing units model square four bolt flanged UKF 206 J merk FYH, dengan dimensi dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel.3.1. Dimensi bantalan bola unit terpadu model square four bolt flanged UKF 206 J Dia. Poros Dimensi Mm Inci mm inci d 1 L A J N A 1 A 2 A 1 B 1 1 d e min 25 1 108 32 11 4 31 32 7 1 83 64 17 3 12 32 15 13 2 1 18 64 45 37.539.5 32 15 1 16 9 1 3138 32 7 1 2 1 1 36 32 7 1 Universitas Sumatera Utara Bantalan ini memiliki fitur standar: a. Nomenklatur housing : F 206 b. Nomenklatur bantalan : UK 206 c. Adapter : H306XH2306X atau HE306XHE2306X d. Ukuran Baut : M10 e. Berat : 1.3 kg f. Basic road rating : C r = 19.5 kN dan C 0r = 11.3 kN g. Faktor f o : 13.9 Bantalan bola unit terpadu FYH dibuat dengan bentuk yang bervariasi untuk memenuhi standar bantalan bola deep groove dan housing yang lubrikasinya terlindungi. Bantalan ini memiliki keunggulan self-aligning hingga 3 o untuk yang tipe standar dan 1 o untuk yang dilengkapi dengan penutup cover, yang memudahkan dalam pemasangan Gambar 3.3 serta dilengkapi dengan nipples lubrikasi gemuk agar memudahkan dalam pelaksanaan lubrikasi kembali [20]. Gambar 3.3. Sumbu toleransi sudut penyimpangan yang diizinkan. Universitas Sumatera Utara Bantalan bola unit terpadu FYH dibuat dari bantalan baja high carbon chromium dan memiliki jalur bola yang presisi serta dipegang dengan baja yang dipaku klim rivet, lihat Gambar 3.4. Gambar 3.4. Struktur umum bantalan bola unit terpadu. Bantalan bola terpadu FYH dapat menahan beban yang sangat tinggi, karena dirancang dan menggunakan bahan dengan mutu tinggi. Namun apabila akan mengalami beban statik atau impak yang tinggi, maka kapasitas beban bantalan harus diperhitungkan. a Housing Bahan housing bantalan bola unit terpadu terbuat dari cast iron abu-abu FC 200, yang merupakan pilihan yang populer sebagai bahan pengikat karena memiliki karakteristik dapat menyerap getaran, kekuatan yang tinggi, dan dapat mendisipasi panas. Sifat mekanis dari bahan ini dapat menahan tensile lebih dari 200 Nmm 2 , hardness kurang dari 223 HB, dan kuat patah statis dapat dilihat pada Gambar 3.5. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.5. Kekuatan bahan housing bantalan model square four bolt flanged Meskipun bahan cast iron abu-abu memiliki karakteristik yang superior namun bisa gagal pada saat dikenai beban impak, terutama pada lingkungan bersuhu rendah. Untuk kebutuhan desain, maka faktor keamanan dipersyaratkan adalah: a. Beban statis : 4 b. Beban getaran : 10 c. Impak : 14 b Komponen Bantalan Bahan komponen bantalan yang terdiri dari, inner ring, outer ring, bola, dan sangkar, dibuat dari baja mutu tinggi high carbon chrome yang disyaratkan oleh JIS. Universitas Sumatera Utara Sedangkan unsur pembentuk sangkar housing bantalan sesuai standar JIS G3141, menggunakan cold rolled steel dan steel strip Unsur kimiawi yang digunakan untuk komponen bantalan serta sangkar bantalan serta dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tabel 3.2. Unsur kimiawi pembentuk bantalan dan rumah bantalan Unsur Bantalan Sangkar Bantalan Carbon C Silica Si Mangan Mn Phospat P Sulfur S Chrom Cr Molybdenum Mo Nickel Ni 0,95 – 1,1 0,15 – 0,35 ≤ 0,50 ≤ 0,025 ≤ 0,025 1,30 – 1,60 ≤ 0,08 - ≤ 0,12 - ≤ 0,50 - ≤ 0,040 ≤ 0,045 - - Sumber: Katalog Produk Bantalan FYH Dalam penelitian ini sabuk-V yang digunakan adalah merk Mitsuboshi tipe conventional classic yaitu A-37. A menyatakan tipe sabuk, sedangkan 37 menyatakan kode sabuk dalam satuan inci yang merupakan panjang efektif dari sabuk. Sesuai katalog produk [22] maka spesifikasi sabuk-V adalah sebagai berikut: a. Nomenklatur sabuk-V : A - 37 b. Material : Rubber c. Penampang : 12,5 mm x 9 mm x 40 o d. Diameter minimum puli : 95 mm Universitas Sumatera Utara e. Kecepatan maksimum : 30 mdetik f. Panjang bagian dalam : 865 mm g. Panjang pitch : 908 mm 3.2.2. Peralatan Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian ini terdiri dari: 1. X-Viber Analyzer Sesuai Standar Internasional ISO 10816-3 untuk pengukuran getaran yang dilakukan langsung ditempat in situ, maka pengukuran terhadap getaran yang terjadi pada centrifugal fan, menggunakan alat yang dapat mengukur getaran dalam rms root mean square, yaitu X-Viber Analyzer seperti Gambar 3.6. Selain mengukur getaran, alat tersebut juga akan digunakan untuk mengukur putaran poros [25]. Pengaturan instrumen ini dilakukan pada saat akan melakukan pengukuran sinyal vibrasi dan berpedoman pada buku manual pengoperasian alat. Spesifikasi alat pengukur getaran: a. Nama : X-Viber Analyser b. Nomor seri instrumen : 367 c. Frequency range : 1 – 10.000 Hz d. Speed Range : 30 – 120.000 rpm e. Temperature Range : - 33 o C – 220 o C f. Memory : 999 measurement pts g. Power supply : 4 x NiMH batteries Universitas Sumatera Utara h. Ukuran : 180 x 80 x 40 mm i. Berat : 400 gram j. Accelerometer : ACC199-28 k. Nomor seri Accelerometer : 1313 l. Input sensitivity : 100mVg m. Kabel accelerometer : 1 meter 2. V-belt tensiometer Alat ini digunakan untuk mengukur jarak defleksi dan gaya defleksi pada sabuk V, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.7. Buku manual dan setup CD Adaptor Kabel dan magnetic transducer Refective tape Tas dilengkapi busa X-Viber Hand held transducer Gambar 3.6. Alat pengukur getaran X-Viber Analyzer Universitas Sumatera Utara Gambar 3.7. Alat V-belt tensiometer Spesifikasi dari alat V-belt tensiometer adalah sebagai berikut: a. Nama alat : Single Stem V-belt tensiometer b. Tipe : Mechanical Spring Loaded c. Part number : 102761 AWI 1 d. Rentang defleksi : 0 – 6,4 cm 0 – 2,75 inci e. Rentang gaya defleksi : 0 -16 kg 0 -35 lb 3. Multimeter Datalogger Alat ini digunakan untuk mengukur arus listrik pada saat motor listrik menggerakkan centrifugal fan, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.8. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.8. Alat Multimeter Datalogger Spesifikasi dari alat Multimeter Datalogger adalah sebagai berikut: a. Nama alat : Dual Channel Data Logging b. Tipe : 380900 c. DC Volt : 60 mV - 1000 V d. AC Volt : 60 mV – 1000 V e. DCAC Current: 600 µA – 10 A f. Frekuensi : 1 Hz – 2 MHz g. Dimensi : 207 x 101 x 47 mm h. Berat : 430 gram 3.2.3. Metode Penelitian terhadap getaran model skala backward inclined centrifugal fan tipe 2SWSI dilakukan secara eksperimental dengan tahapan sebagai berikut: Universitas Sumatera Utara 1 Perhitungan jarak span L s dan jarak defleksi sabuk q: a. Jarak poros L s dihitung dengan rumus pada persamaan 2.51 yaitu: 2 2 2       − − = d D C L s Jarak antar poros C merupakan resultan dari jarak poros pada sumbu horisontal C x dan sumbu vertikal C y , seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.9., sehingga berlaku : 2 2 y x C C C + = 3.1 C y merupakan jarak konstan yaitu: 77 mm sedangkan C x merupakan variabel untuk mendapatkan perbedaan tarikan pada sabuk-V A-37, yaitu masing-masing 325 mm, 320 mm, 315 mm, 310mm dan 305 mm. Dengan hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 3.3. rotasi C x C 77mm Poros Centrifugal Fan Poros Motor Listrik Gambar 3.9. Penentuan jarak poros C Universitas Sumatera Utara Tabel 3.3. Jarak antar poros C Sesuai diameter puli D = d = 100 mm, maka jarak span L s untuk C = 334 mm dapat dihitung sebagai berikut: 334 2 100 100 334 2 2 =       − − = s L mm b. Penentuan jarak defleksi sabuk q, dihitung dengan rumus pada persamaan 2.51, untuk L s = 334 mm, maka defleksi sabuk-V yang disyaratkan sebesar: 205 , 64 4 , 25 334 64 =   = = s L q inci ≈ 5,2 mm Dengan cara yang sama, dilakukan perhitungan untuk mendapatkan defleksi sabuk pada berturut-turut untuk: C = 329, 324, 319 dan 315, maka hasilnya dapat dilihat pada Tabel 3.4. Universitas Sumatera Utara Tabel 3.4. Daftar titik tengah span 12 L s dan defleksi sabuk q No. Set-up L s mm ½ L s mm q mm Tes – I 334 167 5 Tes – II 329 164.5 5 Tes – III 324 162 5 Tes – IV 319 159.5 5 Tes – V 315 157.5 5 2 Set-up jarak span L s dan jarak defleksi sabuk-V q Sebelum dilakukan pengukuran terhadap getaran bantalan, maka terlebih dahulu dilakukan set-up tarikan sabuk-V dengan cara mengatur jarak span L s dan menentukan deleksi sabuk-V q, pada model centrifugal fan dengan langkah sebagai berikut: 1. Persiapkan alat pengukur antara lain: a. Mistar pengukur 60 cm, b. 2 buah besi pemberat 5 gram yang dihubungkan dengan benang nylon c. V-belt tensiometer 2. Pastikan sabuk-V belum terpasang pada puli dan keempat buah baut pengikat motor listrik dalam keadaan longgar. Universitas Sumatera Utara 3. Pasang benang nilon sehingga menghubungkan kedua puli seperti yang terlihat pada Gambar 3.10., kemudian arahkan mistar kearah benang yang telah diberi pemberat. Gambar 3.10. Pengaturan dan pengukuran jarak antar poros 4. Lakukan pembacaan pada mistar setelah benang tidak bergerak dan hitung jarak antara kedua benang atau C x . Jarak kedua benang untuk tiap kondisi tarikan sabuk-V yaitu: a. Tes-I : 325 mm b. Tes-II : 320 mm c. Tes-III : 315 mm d. Test-IV: 310 mm e. Test-V : 305 mm Apabila jarak kedua benang tidak sesuai, maka posisikan motor listrik sehingga jarak benang sesuai dengan yang disyaratkan. Universitas Sumatera Utara 5. Setelah jarak span sudah sesuai, maka lakukan pemeriksaan terhadap misalignment puli dengan menempatkan mistar menyentuh kedua sisi puli, seperti Gambar 3.11. Gambar 3.11. Pemeriksaan misalignmet pada puli 6. Setelah jarak poros ditentukan, maka ketatkan baut pengikat motor listrik dan kemudian pasang sabuk-V A-37 seperti pada Gambar 3.12. Gambar 3.12. Pemasangan sabuk-V pada kedua puli 7. Setelah sabuk-V terpasang, pastikan sabuk-V telah menempati seluruh bagian dari puli dengan mengoperasikan model skala selama 1 jam. Universitas Sumatera Utara 8. Setelah 1 jam, hentikan pengoperasian model skala, selanjutnya tempatkan mistar pada bagian sabuk-V yang berada di atas, dan tentukan titik tengah span 12 L s dari sabuk-V. 9. Arahkan o-ring pada v-belt tensiometer pada titik 0 kg, kemudian tempatkan alat tersebut pada jarak 12 L s .dengan posisi tegak lurus terhadap sabuk-V seperti pada Gambar 3.13. Tekan bagian atas V-belt tensiometer dengan memutar sekrup sampai jarak defleksi sabuk-V q menunjukkan angka yang ditentukan sesuai Tabel 3.4. Pada saat ditekan maka o-ring akan bergeser dari posisi awal. Gambar 3.13. Penempatan V-belt Tensiometer 10. Setelah jarak defleksi tercapai, lepaskan v-belt tensiometer dari bagian tengah sabuk-V dan lakukan pembacaan o-ring. Letak o-ring akan menunjukkan gaya defleksi P actual pada sabuk-V, hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.14. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.14. Pembacaan P actual pada V-belt Tensiometer 3 Pengukuran getaran bantalan model skala centrifugal fan Dalam pengukuran getaran bantalan model skala centrifugal fan dengan X-Viber Analyzer ada tiga jenis pengukuran yang akan diukur secara route pada saat mesin dioperasikan, antara lain: a pengukuran putaran poros, b pengukuran getaran bantalan dan c pengukuran arus listrik. A. Pengukuran putaran poros Pengukuran putaran poros dilakukan untuk poros motor listrik dan poros centrifugal fan, yang dilaksanakan dengan langkah sebagai berikut: 1. Persiapkan dua keping refletive tape yang dipotong. 2. Lekatkan refletive tape pada poros motor listrik dan poros model skala fan, seperti yang terlihat pada Gambar 3.15. 3. Untuk mengukur putaran poros maka: a. Operasikan model skala sampai mencapai putaran normal. Universitas Sumatera Utara

b. Aktifkan alat ukur getaran X-Viber kemudian pilih menu Route, dan