Analisa Getaran Pompa Sentrifugal dengan Sistem Kopling Sabuk

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 terjadinya 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 labjak 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 labjak yang terhubung ke PC laptop. Penelitian ini menunjukkan bahwa sabuk dengan ukuran 4,5 mm dan lebar 98 mm dengan jarak flens 7,5 cm dengan posisi pemasangan sabuk luar dalam adalah yang paling baik dimana getaran yang dihasilkan cukup rendah 1,38 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.

1. PENDAHULUAN

Pompa adalah salah satu mesin fluida yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan fluida tersebut. Pompa digunakan sebagai alat transportasi fluida (horizontal maupun vertikal), untuk menaikkan tekanan dan kecepatan. Dari sekian banyak pompa, yang paling sering digunakan adalah pompa sentrifugal. Hal ini terkait karena keunggulannya dibandingkan dengan pompa yang lain, yaitu : harga yang murah, konstruksi sederhana, pemasangannya mudah, kapasitas dan head yang tinggi, kemudahan operasional serta pemeliharaan (Girdhar, 2005), karena keunggulannya ini sehingga pompa sentrifugal banyak digunakan oleh industri. Namun dalam pengoperasian dilapangan sering dijumpai kegagalan, salah satu penyebabnya adalah getaran yang ditimbulkan dengan penyambungan kopling sebagai penerus putaran dan daya.

Akibat getaran tersebut dapat merusak poros, bantalan, timbulnya noise, penurunan head, penurunan kapasitas hingga penurunan efisiensi dari pompa tersebut. Menurut kurva tingkat kondisi, maka salah satu cara yang paling untuk mendeteksi awal gejala kerusakan pada mesin termasuk pompa adalah dengan menggunakan respon vibrasi.

Kopling adalah merupakan suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Berbeda dengan kopling tak tetap yang dapat dilepaskan dan dihubungkan bila diperlukan, maka kopling tetap selalu dalam keadaan terhubung (Sularso dan Suga, 1997).

Kopling yang akan direncanakan pada penelitian ini adalah kopling sabuk yang dapat meneruskan putaran dan daya antara poros penggerak dengan poros yang digerakkan dengan getaran yang dihasilkan cukup kecil dan fleksibel, hal ini disebabkan karena tidak mengharuskan poros terletak pada garis lurus atau satu sumbu.

Indikasi kecilnya getaran yang terjadi pada poros pompa dapat dirasakan dimana tingkat kerusakan pada poros pompa dan bantalan yang kecil. Respon vibrasi dari suatu pompa merupakan salah satu indikator yang menunjukkan kondisi mekanis dari suatu pompa.

Kopling yang digunakan dalam penelitian ini adalah kopling sabuk yang dirancang dengan menggunakan sabuk yang diikat dengan menggunakan baut dan mur dihubung antara kopling pada poros motor dengan kopling pada poros pompa.

Adapun tujuan penelitian ini adalah :

A. Umum
Untuk mendeteksi fenomena getaran yang terjadi pada poros pompa sentrifugal dengan menggunakan sistim penyambungan kopling flens sabuk yang sebagai penerus putaran dan daya.

B. Khusus
1. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi jarak masing-masing kopling.
2. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi tebal dan lebar sabuk.
3. Menganalisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan konsfigurasi posisi pemasangan sabuk pada kopling.
4. Membandingkan dengan sambungan flens tetap.

Adapun manfaat penelitian ini adalah:
1. Sinyal getaran dapat dijadikan sebagai acuan untuk mendeteksi dini getaran yang terjadi pada poros pompa sentrifugal.
2. Memberikan informasi mengenai metode pengujian fenomena getaran pada poros pompa sentrifugal dan sebagai acuan untuk menghindari terjadinya getaran yang lebih besar.

Gambar 1. Pompa sentrifugal dengan sistem penyambungan kopling flens sabuk

Kopling sabuk

Kopling ini dimodifikasi untuk meneruskan momen dengan perantaraan flens sabuk yang diikat dengan menggunakan baut dan mur. Dengan demikian pembebanan yang berlebihan pada poros penggerak pada waktu dihubungkan, dapat dihindari dengan adanya sabuk yang terbuat dari bahan yang fleksibel, maka kopling menjadi tidak kaku, sehingga ketaksebarisan poros waktu pemasangan dimungkinkan.

Kopling harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
1. Mudah dihubungkan atau dilepaskan
2. Mampu meneruskan daya dan putaran sepenuhnya tanpa slip
3. Kuat terpasang pada porosnya
4. Tak terdapat bagian yang mudah lepas

Gambar 2. Kopling dan sabuk

Pompa

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Standart pompa sesuai dengan API 610, ISO 5199, DIN 24256 (www.truflo.com).

Gambar 3. Poros pompa

2. METODOLOGI

Subjek penelitian ini adalah poros pompa sentrifugal yang terhubung dengan poros motor dengan sistem penyambungan kopling sabuk yang diikat dengan baut dan mur, dipasang sesuai model instalasi sederhana. Spesifikasi pompa penelitian sebagai berikut :

• Merk : Grundfos
• Head : 70 m
• Kapasitas : 30 ltr / det
• Daya : 3700 watt
• Voltage : 380 volt
• Putaran : 2950 rpm

Gambar 4. Pemasangan sabuk ke kopling

Gambar 5. Titik pengukuran

Prinsip kerjanya dimulai dengan daya dan putaran dari motor listrik diteruskan ke poros motor dengan sistem penyambungan kopling sabuk yang diikat dengan baut dan mur diteruskan ke poros pompa sentrifugal.

Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini antara lain :

1. Motor listrik Marelli Motori yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan yang sudah ada atau akan dibuat oleh peneliti. Alat pengujian ini merupakan satu kesatuan dari komponen berikut poros motor dan flens yang terhubung dengan poros dengand daya 3700 watt dan putaran 2950 rpm, yang digunakan untuk meneruskan putaran  keporos pompa .
2. Pompa sentrifugal Grundfos yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan yang sudah ada atau akan dirancang oleh peneliti. Pengujian ini merupakan satu kesatuan dari komponen berikut : Motor dan flens yang terhubung dengan poros dengan daya 3700 watt dan putaran 2950 rpm terhubung dengan sistem penyambungan kopling sabuk yang meneruskan keputaran poros pompa dengan kapasitas aliran 30 liter/s, yang digunakan untuk memompa dan mensirkulasikan fluida air.
3. Poros motor yang digunakan Ø43 mm dengan panjang 90 mm, digunakan meneruskan putaran ke poros pompa sentrifugal.
4. Poros pompa yang digunakan Ø32 mm dengan panjang 90 mm, digunakan meneruskan putaran dari poros ke impeller pompa untuk memompa dan mensirkulasikan fluida air.
5. Flens motor dan pompa yang digunakan Ø165 mm dengan 25 mm
6. Sabuk digunakan dalam penelitian ini adalah sabuk yang terdiri dari tiga tipe ukuran seperti terlihat pada gambar 10, yang diikat dengan baut dan mur pada flens.
7. Kamera digital Canon dan HP Nokia C2, yang akan digunakan untuk mengabadikan eksperimental.
8. Digital Photo Contact Tachometer, digunakan untuk mengukur putaran poros pompa.

Set up peralatan pengujian dilakukan untuk memperoleh data eksperimental sebagai berikut:

1. Hubungkan Vibrometer power supplay dan labjack
2. Hubungkan Labjack Vibrometer dengan menggunakan probe analog
3. Hubungkan labjack ke PC dengan mengunakan USB cable
4. Pasang dan operasikan vibrometer dengan tegangan 12 Volt/1A yang arusnya diatur melaui supplay
5. Kondisikan jarak antara vibrometer dengan poros pompa dengan jarak 24 cm
6. Operasikan motor dan pompa dan biarkan bekerja berputar menit untuk kestabilan putaran
7. Arahkan vibrometer laser pompa dan mulai lakukan pengukuran dan pengamatan sesuai dengan variabel yang di inginkan dan labjack dapat digunakan converter untuk memonitor dan mengontrol kerja dari PC laptop.

Gambar 6. Tachometer dan vernier caliper

Gambar 7. Vibration meter dan cara mengukur

Gambar 8. Labjack

Gambar 9. Probe Analog dan USB Cable

Metode pengujian yang dilakukan yaitu pengujian langsung, dimana pada pengujian ini, seluruh variabel nilainya didapat dari hasil pengukuran digunakan sebagai bahan pengamatan atau analisis. Pada pengujian ini variabel yang digunakan terdiri dari respon getaran dan fenomena getaran.

Penyelidikan getaran yang timbul akibat variasi jarak kopling, konfigurasi posisi pemasangan sabuk ke kopling, lebar dan tebal sabuk dengan titik pengukuran searah sumbu horizontal. Pengukuran dilakukan pada titik yang telah ditentukan yaitu dengan pengambilan berdasarkan time domain, dan frekuensi domain dimana titik berat pengukuran berada pada poros pompa yang berputar.

Secara eksperimental pengujian dan pengambilan data dilakukan untuk memperoleh karakteristik getaran akibat dari sistem penyambungan kopling sabuk pada poros pompa.

Gambar 10. Hubungan pengukuran dan monitoring obyek pemantauan dengan analisis data

Gambar 11. Data pengamatan

Sesuai dengan maksud penelitian, variabel ini menjadi fokus perhatian yang perlu dikondisikan untuk pengolahan data guna mendapatkan suatu hasil yang mendekati sempurna.

Adapun variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah :
1) Putaran input dari motor
2) Putaran output dari motor keporos pompa
3) Jarak antara kedua kopling
4) Lebar dan tebal sabuk yang dipasang
5) Posisi pemasangan sabuk ke kopling

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 12. Pemasangan sabuk dengan jarak 5,5 cm

Gambar 13. Pemasangan sabuk dengan jarak 6,5 cm

Gambar 14. Pemasangan sabuk dengan jarak 7,5 cm

Gambar 15. Konsfigurasi posisi pemasangan sabuk luar dalam

Gambar 16. Konsfigurasi posisi pemasangan sabuk dalam-dalam

Hasil pengamatan dan pengukuran menunjukan :
Hasil perbandingan dan analisa getaran secara keseluruhan dapat di lihat pada keterangan dibawah ini:

1. Pada pemasangan sabuk luar-dalam, untuk jarak 5,5 cm, sabuk dengan lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (2,13 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada jarak yang sama.
2. Pada pemasangan sabuk luar- dalam, untuk jarak 6,5 cm, sabuk dengan lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (1,51 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada jarak yang sama.
3. Pada pemasangan sabuk luar- dalam, untuk jarak 7,5 cm, sabuk dengan lebar 145 mm dan tebal 7,5 mm mempunyai simpangan yang terkecil (1,75 mm) jika dibandingkan dengan sabuk yang lain pada jarak yang sama.
4. Pada pemasangan sabuk di dalam, sabuk ukuran lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,51 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm.
5. Pada pemasangan sabuk di dalam, sabuk ukuran lebar 98 mm dan tebal 4,5 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,51 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm.
6. Pada pemasangan sabuk luar-dalam, sabuk ukuran lebar 120 mm dan tebal 6 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (2,03 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm.
7. Pada pemasangan sabuk didalam, sabuk ukuran lebar 120 mm dan tebal 6 mm pada jarak 7,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,61 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 6,5 cm.
8. Pada pemasangan sabuk luar-dalam, sabuk ukuran lebar 145 mm dan tebal 7,5 mm pada jarak 7,5 cm mempunyai simpangan terkecil (1,75 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 6,5 cm.
9. Pada pemasangan sabuk di dalam, sabuk ukuran lebar 145 mm dan tebal 7,5 mm pada Jarak 6,5 cm mempunyai simpangan terkecil (2,44 mm) dan sinyal yang stabil jika dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 7,5 cm.

Tabel 1. Perbandingan analisa getaran pada jarak yang berbeda lebar dan tebal sama (L98 T4,5), posisi sabuk luar dalam

Dari grafik pengujian pada gambar menunjukkan :

Gambar 17. Analisa getaran pada jarak yang berbeda lebar dan tebal sama(L98 T4,5), posisi sabuk luar dalam

Tabel 2. Perbandingan jarak pemasangan flens luar dalam terhadap simpangan


Gambar 18. Perbandingan jarak flens

Tabel 3. Perbandingan jarak pemasangan flens dalam terhadap simpangan

Gambar 19. Perbandingan jarak flens

Hasil Uji Puntir Sabuk

Gambar 20. Spesimen uji

Tabel 4. Pengambilan data uji puntir sabuk

Gambar 21. Hasil Uji Puntir

Dari data yang didapat di PDAM Sunggal sebagai perbandingan untuk pompa dengan penyambungan kopling flens tetap dengan head dan putaran yang sama serta titik pengukuran pada bagian rumah pompa, sinyal getaran simpangannya adalah 2,1 mm

4. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Sesuai dengan tujuan penelitian yaitu mendeteksi fenomena getaran yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan menggunakan sinyal getaran, maka berdasarkan hasil pembahasan dan analisa dapat disimpulkan bahwa variasi jarak flens , tebal dan lebar sabuk serta konfigurasi posisi pemasangan sabuk menghasilkan tingkat getaran yang berbeda dimana, hasil penelitian menunjukkan bahwa :

1. Analisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi jarak flens 7,5 cm antara kedua kopling flens sabuk adalah simpangan yang terkecil dibandingkan dengan jarak 5,5 cm dan 6,5 cm.
2. Analisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan variasi tebal dan lebar sabuk dengan ukuran tebal 4,5 mm dan lebar 98 mm adalah simpangan yang terkeci dibandingkan dengan tebal 6 mm lebar 120 mm dan tebal 7,5 mm lebar 145 mm.
3. Analisa getaran yang terjadi pada poros pompa dengan konfigurasi posisi pemasangan sabuk luar-dalam pada kopling adalah yang terbaik dibandingkan dengan posisi dalam-dalam.

Hasil analisa getaran secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa sabuk dengan ukuran tebal 4,5 mm dan lebar 98 mm dengan jarak flens 7,5 cm dengan pemasangan luar-dalam adalah yang paling baik dimana simpangan getaran yang dihasikan cukup rendah yaitu : 1,38 mm.

Saran

Untuk pengembangan lebih lanjut terhadap penelitian ini maka berikut ini disampaikan beberapa saran, sebagai berikut:

1. Selain digunakan sebagai converter untuk pembacaan keluaran getaran , labjack juga dapat diujicoba untuk pembacaan keluaran seperti : pembacaan keluaran tegangan sensor, arus, daya, temperatur dan humidity, wind speed, force, pressure, strain, acceleretion, RPM, intensitas cahaya, intensitas suara, konsentrasi gas, posisi dan lain-lain.
2. Perlu pengembangan lebih lanjut mengenai penelitian sambungan kopling flens sabuk, baik dari segi material, panjang sabuk serta jumlah sabuk yang dipasang diantara kedua flens.
3. Sebelum menggunakan alat uji dan komponen pendukung lainnya perlu disesuaikan dengan kondisi dan situasi supaya hasilnya lebih sinkron dengan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Bagiasna, Komang. Analisa Sinyal Getaran. PT. Krakatau Engeneering, Cilegon Jawa Barat
Girdhar, P. dan Octo Moniz. Practical Centrifugal Pumps Design, Operation and Maintenance. Netherlands, IDC Technologies.2005.
Hajar, I. Studi Eksperimental Deteksi Fenomena Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Menggunakan Sinyal Getaran Untuk Condition Monitoring.Tesis. Medan, USU. 2010

Hariharan, V. And Srinivasan, PSS.”Vibration analysis of misaligned shaff-ball bearing sytem.” 2 (2009) 45-50.
ISO 10816-3 Evaluation Standard for Vibration Monitoring, didownload dari www.mantenimientoplanificado.com pada 24 November 2010.
Mobley, R. K; Lindley R. Higgins dan Darrin J. Wikoff. Maintenance Engineering Handbook., Seventh Edition, NewYork, McGraw-Hill Book Company. 2008

Pain, H. J. The Physics of Vibrations and Waves. 6th Edition. London, John Wiley & Sons, Ltd. 2005.
Richmond, V. A. Air Bubble and Cavitation Vibration Signatures of a Centrifugal Pump. SpectraQuest Inc. 2006.
Rusli, M, Bur, M dan Hidayat, H. Analisa Getaran dan Suara Pada Rem Cakram Saat Beroperasi STTM 2010
Scheffer, C. dan Girdhar P. Practical Machinery Vibration Analysis and Predictive Maintenance. Netherlands, IDC Technologies. 2004.
Suhardjono.”Analisis Sinyal Getaran untuk Menentukan Jenis dan Tingkat Kerusakan Bantalan Bola (Ball Bearing)” 6 (2004) 39-48
Suryanto, Elemen Mesin 1, Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik Bandung, 1995
Sularso dan Haruo Tahara. Pompa dan Kompresor Pemilihan, Pemakaian dan pemeliharaan. Edisi Keenam, Jakarta, PT. Pradya Paramita. 2006.
Teori Vibrasi, didownload dari http://vibrasi.wordpress.com/category/teori-vibrasi pada 24 November 2010.
TSP Series API 610 10th Edition Process Pump. www.truflo.com didownload pada 24 November 2010.

Sumber Makalah:  Jurnal Dinamis, Volume II, No.10, Januari 2012  ISSN 0216-7492

Tentang Penulis: Mahasiswa Magister Teknik Mesin USU (1) dan Staf Pengajar Teknik Mesin USU (2)