ANALISA PERHITUNGAN JENIS KERUSAKAN BEARING DALAM METODE PERAWATAN PREDIKTIF BERBASIS SINYAL GETARAN

TUGAS TEKNIK PERAWATAN MESIN

ANALISA PERHITUNGAN JENIS KERUSAKAN BEARING DALAM METODE PERAWATAN PREDIKTIF BERBASIS SINYAL GETARAN

 

Disusun Oleh:

                                    Nama               : Mochammad Resha

                                    NPM               : 24415237

                                    Kelas               : 3IC01

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS GUNADARMA

DEPOK

2018

BAB I

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

         Getaran adalah gerakan berisolasi dari sistem mekanis serta kondisi-kondisi dinamisnya. Getaran dapat berupa benturan yang berulang secara kontinyu atau dengan kata lain berupa gerakan tidak beraturan atau acak. Pada sebuah mesin ideal prinsipnya tidak menghasilkan getaran, karena seluruh energi diubah menjadi kerja. Namun, faktanya sebagian energi terbuang menjadi getaran. Getaran terjadi akibat perpindahan gaya siklik melalui elemen-elemen mesin yang saling beraksi satu sama lain dan energi disipasi melalui struktur dalam bentuk getaran^[2].

            Pada bidang teknik mesin, kerusakan atau keausan serta deformasi akan mengubah karakteristik dinamik sistem dan cenderung meningkatkan energi getaran. Metode pengecekan pada masa lampau dengan cara mendengarkan suara mesin dan menyentuh dikembangkan untuk menentukan apakah mesin bekerja dengan baik atau tidak, namun metode ini tidak lagi digunakan karena dua faktor yaitu; Pertama, Mesin-mesin modern dirancang untuk berjalan secara otomatis, sehingga interaksi antara manusia dengan mesin tidak lagi efektif dan ekonomis. Kedua, Mesin-mesin modern dirancang bekerja pada putaran/kecepatan tinggi, sehingga getaran yang ditimbulkan sulit dibedakan oleh alat indra pada manusia.

            Oleh karena itu untuk mengatasi masalah tersebut dikembangkan metode untuk mendeteksi jenis kerusakan dan tingkat kerusakan bearing dari karakteristik sinyal getarannya. Dalam pengaplikasiannya banyak digunakan pada Condition Based Maintenance yang ekonomis.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1  Perawatan (Maintenance)

       Perawatan adalah suatu kegiatan  untuk memelihara dan menjaga fasilitas yang ada serta meperbaiki. Melakukan penyesuaian atau pengantian yang diperlukan untuk mendapatkan suatu kondisi operasi produksi agar sesuai dengan perencanaan yang ada^[1].

       Secara umum perawatan yaitu serangkaian aktivitas bersifat   teknis   dan   administrative yang   diperlukan untuk mempertahankan  dan  menjaga  suatu  produk  atau  sistem  tetap  berada  pada  dalam  kondisi aman, ekonomis, efisien dan pengoperasian optimal.

       Perawatan memiliki peran penting dalam kegiatan produksi dari suatu   perusahaan  yang  menyangkut  kelancaran produksi,  volume  produksi  serta  agar  produk  dapat  diproduksi  dan  di  terima  konsumen  tepat  pada  waktunya  dan  menjaga  agar  tidak  ada waktu yang terbuang karena  kerusakan  (downtime) pada  mesin  sewaktu  proses  produksi  sehingga dapat  meminimalkan  biaya  kehilangan produksi.

2.1.1 Perawatan Pencegahan (Preventive Maintenance)

         Preventive Maintenance adalah pemeliharaan yang dilakukan tejadwal, umunya secara periodik, dimana sejumlah tugas pemeliharaan seperti  inspeksi,  perbaikan,  penggantian,  pembersihan,  pelumasan  dan  penyesuaian  dilaksanakan^[1].

          Program Preventive Maintenance (PPM) sangat penting untuk sebuah efisiensi proses produksi yang efisien, andal dan aman. Manfaat bersifat langsung dan substansial, termasuk: kualitas produk tinggi , umur mesin yang panjang, penghindaran penghentian kerja, keamanan tinggi, semangat tinggi dan frustrasi lebih sedikit Ada lima persyaratan penting:

1)      Kepemimpinan pimpinan puncak dan komitmen mutlak.

2)      Kepatuhan dan disiplin PPM juga harus mengambil bagian dari jadwal dan kapasitas penentuan.

3)      Proses operator harus dilibatkandan melakukan pemeriksaan pemeliharaan harian.

4)      "Biaya pemeliharaan yang benar", yaitu Beberapa kali perkiraan awal harus tuntas dipahami oleh semua

5)      Praktek PPM yang baik harus dilembagakan segera untuk memungkinkan fasilitas mencapai efisiensi sistem produksi yang memberikan tinggi barang berkualitas tepat waktu, setiap saat.

2.1.2  Perawatan Prediktif (Predictive Maintenance)

          Perawatan Prediktif (Predictive Maintenance) adalah perawatan yang dilakukan untuk mengantisipasi kegagalan sebelum terjadi kerusakan total. Perawatan Prediktif (Predictive Maintenance) ini dapat memprediksi kapan akan terjadinya kerusakan pada komponen mesin dalam waktu tertentu dengan cara melakukan analisa perilaku mesin. Berbeda dengan perawatan berkala (Periodic Maintenance) yang dilakukan berdasarkan waktu (Time Based), Predictive Maintenance lebih menitik beratkan pada kondisi mesin (Condition Based)^[1].

    

       Predictive Maintenance merupakan terobosan baru dari Planned Maintenance dimana penggantian komponen/suku cadang dilakukan lebih awal dari waktu terjadinya kerusakan yang digambarkan pada gambar 2.1, hal ini dilakukan menjelang Wear Out Period atau sebelum berakhirnya Useful Life Period. Pada gambar 2.1 dijelaskan bahwa fase 1 (Burn In) merupakan waktu dimana suatu mesin memiliki keausan yang cukup tinggi. Hal ini disebabkan bagian permukaan kerja dari alat masih kasar, sehingga ketika terjadi kontak kerja dengan permukaan, permukaan kasar tersebut menjadi halus.

Beberapa macam teknik pemeliharaan prediktif, antara lain :

1)      Monitoring vibrasi (Vibration monitoring)

Teknik monitoring ini  merupakan teknik paling efektif untuk mendeteksi cacat mekanis pada rotating machinery.

2)      Emisis akustik (Acoustic emission)

Emisi akustik ini dapat digunakan untuk mendeteksi, mencari, dan memonitor secara kontinyu adanya keretakan dalam suatu struktur dan dalam pipa.

3)      Analisis minyak (Oil analysis)

Minyak pelumas dianalisis dan terjadinya keberadaan suatu partikel tertentu di dalam cairan fluida tersebut dapat dikaitkan dengan kondisi kerusakan pada bantalan dan roda gigi.

4)      Analisis partikel (Particle analysis)

Keausan komponen mesin pada reciprocating machinery, gearbox, atau indikator hidrolik dapat menyebabkan adanya partikel-partikel yang aus.

5)      Pemantauan korosi (Corrosion monitoring)

Pengukuran ketebalan dilakukan dengan ultrasonic pada pipa-pipa, struktur lepas pantai dan sebagainya.

2.2 Bantalan (Bearing)

2.2.1 Pengertian Bantalan

         Bantalan (Bearing) adalah bagian dari elemen mesin yang berotasi dengan menumpu pada poros yang mempunyai beban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan mempunyai umur yang panjang. Bantalan berfungsi sebagai penumpu beban sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan serta menjaga poros agar selalu berputar terhadap sumbu porosnya, atau menjaga suatu komponen bergerak linier agar selalu berada pada jalurnya. Bantalan memegang peranan sangat penting yaitu menjaga kinerja mesin tetap dalam kondisi baik, jika tidak maka kinerja seluruh sistem pada mesin tidak dapat bekerja secara semestinya^[3].

2.2.2 Klasifikasi Bantalan

         Secara umum bearing dapat diklasifikasikan berdasarkan arah beban dan berdasarkan konstruksi atau mekanismenya mengatasi gesekan. Berdasarkan arah beban yang bekerja pada bantalan, bearing dapat diklasifikasikan menjadi:

1)      Bantalan Radial, berfungsi menahan beban dalam arah radial.

2)      Bantalan Aksial, berfungsi menahan beban aksial.

3)      Bantalan Kombinasi, berfungsi menahan beban aksial dan radial.

Berdasarkan konstruksi atau mekanisme mengatasi gesekan bantalan memiliki beberapa jenis antara lain :

1)   Bantalan Luncur

Bantalan luncur merupakan bantalan yang bekerja menggunakan mekanisme sliding, dimana dua permukaan komponen mesin saling bergerak relatif. Diantara kedua permukaan terdapat pelumas yang berfungsi untuk mengurangi gesekan antara kedua permukaan luncur (Slider Bearing)^[3].

2)   Bantalan Gelinding 

Bantalan gelinding merupakan bantalan yang bekerja menggunakan elemen  rolling untuk mengatasi gesekan antara kedua komponen yang begerak. Pada kedua permukaan ditempatkan elemen gelinding seperti bola, taper, rol dan lainnya^[3].

2.2.3 Bantalan Rol

         Bantalan rol merupakan jenis dari bantalan gelinding yang elemen penggeraknya berupa rol. Untuk bantalan bola memiliki gesekan lebih rendah dibanding menggunakan rol. Pada bantalan rol memiliki titik kontak beban yang lebih tinggi dibandingkan bantalan bola, sehingga bantalan rol dapat mendukung kedua beban Radial (Tegak Lurus pada poros) dan beban aksial (Paralel ke poros)^[3] .

2.2.4  Double Row Barrel Roller Bearings

          Double Row Barrel Roller Bearings merupakan jenis bantalan rol yang memiliki dua buah baris elemen roller yang umumnya berbentuk bola pada cincin luarnya. Bearing ini memiliki kapasitas beban radial dan aksial yang besar sehingga dapat menahan beban kejut. Hal ini yang membuat desain dua baris elemen roller sering digunakan dibanding dengan satu baris elemen roller yang hanya cocok untuk beban radial yang rendah dan hampir tidak ada beban aksial^[3].

2.2.5  Kerusakan Bantalan

         Sebab akibat kerusakan atau cacat pada bantalan (Bearing) diantaranya adalah keretakan bantalan, keausan, pemasangan yang tidak sesuai, pelumasan yang tidak cocok, kerusakan dalam pembuatan komponen, diameter elemen gelinding yang tidak sama. Getaran yang timbul tentu saja disebabkan oleh adanya gaya kontak pada kerusakan tersebut. Pada bantalan ideal, besarnya gaya kontak akan sama pada setiap elemen gelindingnya dan pada setiap posisi bola. Bila pada bantalan bola terdapat kerusakan maka besarnya gaya kontak tidak lagi seragam. Hal inilah yang menimbulkan getaran yang tidak beraturan. Komponen yang terdapat pada bantalan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

          Salah satu jenis cacat (kerusakan) pada bantalan yaitu cacat lokal. Cacat lokal adalah kerusakan yang ditandai adanya goresan ataupun lubang pada lintasan dalam, lintasan luar dan bola. Sinyal yang dibangkitkan akibat cacat lokal ini berupa impuls, yaitu pada saat elemen rotasi bersentuhan dengan cacat lokal tersebut^[4].

         Berdasarkan harga frekuensi impuls (fi) yang digunakan bergantung dari letak cacat lokal pada bantalan. Harga frekuensi impuls (fi) yang ditimbulkan oleh bantalan dengan jumlah bola adalah sebagai berikut^[4]:

1)      Cacat Lokal pada Lintasan Dalam (Inner Race)

Frekuensi eksitasi impuls akibat adanya cacat lokal pada lintasan dalam bantalan disebut Ball Pass Frequency Inner Race (BPFI), yang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :       

             

2)      Cacat Lokal pada Lintasan Luar (Outer Race)

Frekuensi eksitasi impuls akibat adanya cacat lokal pada lintasan luar bantalan disebut Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO), yang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

         

            3)      Cacat Lokal pada Bola Spin (Rolling Element)

 Bila terdapat cacat pada bola, maka frekuensi impuls yang terjadi disebut Ball Spin Frequency    (BSF). Besarnya dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini :

          4)      Cacat  Lokal pada Sangkar (Cage)

Frekuensi akibat adanya cacat pada pemisah (cage) disebut Fundamental Train Frequency (FTF). Besarnya FTF dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini:

       Keterangan rumus :

            Nb = Jumlah bola (Number of balls),

            Fr  = Frekuensi relatif antara inner race dan outer race ( Hz ),

            Bd = Diameter bola (Ball diameter) (mm),

            Pd  = Diameter Pitch (Pitch diameter) (mm)

            Α   = Sudut kontak (Contact angle) (º).

          Jika geometri tidak diketahui , namun jumlah bola dan kecepatan putar mesin diketahui , maka dapat digunakan rumus sebagai berikut^[4]:

2.3     Analisis Vibrasi

          Analisis vibrasi digunakan untuk menentukan pengoperasian peralatan dan kondisi mekanis peralatan. Pada analisis getaran dapat mengidentifikasi perkembangan masalah sebelum masalah tersebut menjadi sangat serius dan menyebabkan downtime yang tidak terjadwal. Pemantauan getaran secara teratur dapat mendeteksi bantalan yang tidak sempurna atau cacat, peralatan mekanik kendor atau roda gigi yang rusak. Analisis getaran juga dapat mendeteksi ketidaklurusan (misaglinment) dan ketidakseimbangan (unbalance) sebelum kondisi ini dapat mengakibatkan kerusakan pada bantalan atau pada poros^[2].

        Analisis getaran digunakan terutama pada peralatan yang berputar seperti turbin uap dan turbin gas , pompa, motor, kompresor, mesin kertas, dan lainnya. Sistem analisa getaran pada umumnya terdiri dari empat bagian utama yaitu :

1)      Sinyal pickup

2)      Sinyal analyzer

3)      Software analisis

4)      Komputer untuk analisis dan penyimpanan data.

Bagian utama tersebut dapat dikonfigurasikan membentuk sebuah indikasi online terus-menerus , sistim analisis periodik dengan menggunakan peralatan indikator yang membuat satu rangkaian transduser pada interval waktu yang telah ditentukan^[2].

2.4    Pengolahan Sinyal Vibrasi

       Pada dasarnya sinyal vibrasi merupakan besaran fisik terhadap waktu yang variasi nilainya memuat informasi-informasi tertentu kondisi suatu komponen mesin. Hasil analisis dari data sinyal vibrasi  pada getaran mesin mengandung informasi yang dibutuhkan untuk menentukan kondisi suatu kompoen mesin seperti, informasi terkait kondisi mesin, informasi terkait letak kerusakan suatu mesin dan penyebab kerusakan suatu komponen mesin^[5].

        Proses menganalisis sinyal getaran, menguraikan data sinyal yang bertumpuk dan kompleks, merupakan cara yang paling efektif. Dalam hal ini, ada dua proses analisis dasar, yang pada umumnya sering digunakan dalam melakukan pengamatan, yaitu :

1)      Domain Frekuensi

Parameter yang mengacu getaran sebagai simpangan dengan waktu, dimana memberikan gambaran fenomena getaran secara fisik.

2)      Domain Waktu

Suatu parameter yang mengacu getaran berupa amplitudo sebagai fungsi frekuensi, dimana merupakan cara yang cocok untuk mengidentifikasi komponen-komponennya.

2.4.1 Domain Frekuensi

       Secara praktiknya tidak ada sinyal getaran yang keberadaanya langsung dalam domain frekuensi. Sinyal getaran selalu terjadi dalam domain waktu tetapi untuk keperluan analisa sinyal getaran yang dalam domain waktu ini dapat dikonversikan kedalam domain frekuensi.

         Domain frekuensi berpedoman pada prinsip bahwa semua sinyal (bukan sinyal ideal) dapat dibangkitkan dengan penjumlahan gelombang sinus. Prinsip ini dirumuskan oleh J.B. Fourier satu abad yang lalu. Sebaliknya sembarang sinyal dapat diuraikan atas komponen-komponennya yang berupa gelombang sinus, penting untuk dikemukakan bahwa spektrum frekuensi sepenuhnya mewakili sinyal getaran. Tidak ada informasi yang hilang karena konversi dari domain waktu ke domain frekuensi, bila beda fase antar komponen juga disertakan^[5].

2.4.2 Domain Waktu

        Perubahan simpangan suatu getaran terhadap waktu dapat diamati secara terinci dengan grafik domain waktu. Amplitudo sinyal sebanding sengan massa tak balance dan siklus berulang seiring dengan putaran. Sinyal ini sangat sederhana dan mudah dianalisa. Dalam praktek, sinyal yang didapat akan sangat rumit.

         Dengan melihat sinyal dalam domain waktu tersebut sulit diturunkan masing-masing komponenya. Domain waktu memberikan gambaran yang alamiah dari fenomena getaran, yang sangat berguna untuk menganalisa sinyal impuls yang dihasilkan oleh bantalan atau roda gigi yang rusak, atau sinyal dari bagian mesin yang kendor. Domain waktu berguna untuk menunjukkan fase antara satu sinyal dengan lainya^[5].

2.4.3 Amplitudo

        Amplitudo adalah jarak pengukuran skalar dari besar osilasi suatu gelombang. Amplitudo juga dapat didefinisikan sebagai jarak terjauh dari titik kesetimbangan dalam gelombang sinusoide. Amplitudo biasanya digambarkan hubungannya terhadap waktu dan frekuensi. Sehingga amplitudo dapat dideskripsikan hubungan antara laju amplitudo terhadap perubahan waktu. Adapun menggunakan pendekatan yang berbeda dengan melihat bagaimana mendapatkan hubungan amplitudo terhadap frekuensi^[5].

2.4.4 Harmonik

       Pada dasarnya harmonik adalah gejala terbentuknya gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonik. Sebagai contoh, frekuensi dasar suatu sistem memiliki gelombang sinyal getaran adalah 5 Hz, maka harmonik keduanya adalah gelombang sinyal getaran dengan frekuensi sebesar 10 Hz dan seterusnya^[5].

  

BAB III

PEMBAHASAN

Dalam perawatan bantalan atau bearing sering menggunakan metode predictive maintenance, dimana seorang insinyur dapat memprediksi kerusakan bearing dengan memanfaatkan sinyal vibrasi untuk dapat melihat kecacatan dari bantalan tersebut melalui spektrum vibrasinya.

3.1 Studi Kasus

    Pada studi kasus yang akan dilakukan yaitu menghitung cacat yang terjadi pada Bearing SKF-23138CC (Tending Side) dan Bearing SKF-23032CC (Drive Side) pada Paper Dryer nomor 25 Paper Machine 2. Pengukuran vibrasi dilakukan dengan alat Emerson CSI 2130 Machinery Health Analyzer dengan posisi horizontal, vertikal, dan aksial. Untuk penempatan sensor tranduser penerima vibrasi diletakkan di bagian housing bearing.

      Dalam pengukuran ini di dapatkan dua input vibrasi pada Bearing SKF-23138CC pada posisi Tending Side (depan) dan Bearing SKF-23032CC pada posisi Drive Side (belakang). Namun pada pengukuran ini dilakukan dari posisi Tending Side, karena posisi Drive Side terdapat Open Gear yang berputar sehingga tidak memungkinkan untuk melakukan pengukuran. Berikut ini spesifikasi bearing yang digunakan pada Paper Dryer No.25 

 

3.2 Perhitungan Cacat Bearing

      Untuk menganalisa cacat pada Bearing SKF-23138CC dan Bearing SKF-23032CC dibutuhkan data-data yang terlampir pada tabel dibawah ini.

Tabel 3.1 Data Perhitungan Cacat Bearing SKF-23138CC

No	Data Fisik	Nilai
1	Jumlah Bola (	22
2	Diameter Bola ()	12,40 mm
3	Diameter Pitch (	101,24 mm
4	Sudut Kontak (α)	11,58°
5	Kecepatan Paper Machine 2 (	510 m/min
6	Diameter Dryer Roll (	1,5 m

Tabel 3.2 Data Perhitungan Cacat Bearing SKF-23032CC

No	Data Fisik	Nilai
1	Jumlah Bola (	27
2	Diameter Bola ()	20 mm
3	Diameter Pitch (	202,9 mm
4	Sudut Kontak (α)	8,167°
5	Kecepatan Paper Machine 2  (	510 m/min
6	Diameter Dryer Roll (	1,5 m

3.2.1 Bearing SKF-23138CC

a). Fundamental Train Frequency (FTF

b)      Ball Spin Frequency (BSF)

c)      Ball Pass Frequency Outer (BPFO)

 

 

    d)      Ball Pass Frequency Inner (BPFI)  

3.2.2 Bearing SKF-23032CC

a)      Fundamental Train Frequency (FTF)

b)      Ball Spin Frequency (BSF)

c)      Ball Pass Frequency Outer (BPFO)

d)      Ball Pass Frequency Inner (BPFI)

BAB IV

KESIMPULAN

     Setelah selesai melakukan analisa getaran pada Bearing SKF-23138CC dan Bearing SKF-23032CC pada Paper Dryer No.25 Paper Machine 2 dapat disimpulkan sebagai berikut:

1.      Kerusakan pada bantalan di Paper Dryer No.25 Paper Machine 2 dapat dideteksi dengan menggunakan metode analisa vibrasi.

2.      Kerusakan pada cangkang (FTF) pada Bearing SKF-23138CC akan timbul dengan nilai frekuensi impuls 0,44 Orders dan pada Bearing SKF-23032CC timbul dengan frekuensi impuls 0,451 Orders.

3.      Kerusakan lintasan dalam (BPFI) pada Bearing SKF-23138CC akan timbul dengan nilai frekuensi impuls 4,020 Orders dan pada Bearing SKF-23032CC timbul dengan frekuensi impuls 5,024 Orders.

4.      Kerusakan lintasan luar (BPFO) pada Bearing SKF-23138CC timbul dengan nilai frekuensi impuls 9,680 Orders dan pada Bearing SKF-23032CC timbul dengan frekuensi impuls 12,18 Orders.

5.      Kerusakan lintasan dalam (BPFI) pada Bearing SKF-23138CC akan timbul dengan nilai frekuensi impuls 12,32 Orders dan pada Bearing SKF-23032CC timbul dengan frekuensi impuls 14,82 Orders.