program studi s1 teknik mesin fakultas teknik ...(kh. a. mustofa bisri) “termasuk wong apik iku,...
TRANSCRIPT
i
DETEKSI KEGAGALAN UNBALANCE DAN MISALIGNMENT PADA
SISTEM ROTOR DINAMIK MENGGUNAKAN WAVELET
DECOMPOSITION METHOD
SKRIPSI
Ditujukan sebagai salah satu syarat
Untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh
MAFTAKHUR RIZQI AHMADI
NIM I0412033
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2017
ii
HALAMAN SURAT PENUGASAN
iii
HALAMAN PENGESAHAN
iv
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS TUGAS AKHIR
Saya mahasisswa Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS yang
bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Maftakhur Rizqi Ahmadi
NIM : I0412033
Judul tugas akhir : Deteksi Kegagalan Unbalance dan Misalignment pada
Sistem Rotor Dinamik Mengunakan Wavelet
Decomposition Method
Dengan ini saya menyatakan bahwa tugas akhir atau skripsi yang saya susun tidak
mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti tugas
akhir yang saya susun tersebut merupakan hasil dari plagiat dari karya orang lain
maka tugas akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar sarjana yang
saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya dan apabila dikemudian hari
terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung segala
konsekuensinya.
Surakarta, 17 Juli 2017
Maftakhur Rizqi Ahmadi
NIM : I0412033
v
HALAMAN MOTTO
“Barang siapa mengerjakan kebajikan dan dia beriman maka usahanya tidak akan
diingkari (disia-siakan), dan sungguh, Kamilah yang akan mencatatatnya.”
(QS. Al-Anbiya 21: ayat 94)
“Percaya dan berbaik sangka terhadap Allah, membuat kita percaya diri, murah
hati, dan tak mudah putus asa.”
(KH. A. Mustofa Bisri)
“Termasuk wong apik iku, wong sing ora iso ngaji nanging seneng kumpul karo
wong seng iso ngaji”
(KH. Maimoen Zubair)
“apa gunanya ilmu kalau tidak memperluas jiwa seseorang sehingga ia berlaku
seperti samudra yang menampung sampah-sampah. Apa gunanya kepribadian
kalau tidak memperbesar kepribadian seseorang sehingga ia makin sanggup
memahami orang lain.”
(Emha Ainun Nadjib)
“Barang siapa mendahulukan ikhlas sebelum amal, maka tidak akan beramal.
Hendaknya ia beramal kemudian menuntut dirinya ikhlas.”
(Habib Luthfi bin Yahya)
“Barang siapa yang memiliki sifat kasih sayang, ia pasti menjadi orang besar,
jiwanya agung, ruhnya luhur, dan perilakunya penuh kharisma.”
(KH. Agoes Ali Masyhuri)
“Jangan minta harta yang banyak, tapi mintalah harta yang barokah. Sebab berkah
berarti mencukupi dalam kebaikan, sedang banyak bisa jadi menyibukkanmu
dalam kemaksiatan.”
(Habib Nabiel bin Fuad Al-Musawa)
“Mengingat dosa serta menyesalinya lebih menghidupkan hati dari pada
memperbanyak amal kebaikan tanpa merenungi dosa.”
(Buya Yahya)
vi
DETEKSI KEGAGALAN UNBALANCE DAN MISALIGNMENT PADA
SISTEM ROTOR DINAMIK MENGGUNAKAN WAVELET
DECOMPOSITION METHOD
Maftakhur Rizqi Ahmadi
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret
Surakarta, Indonesia
Email : [email protected]
ABSTRAK
Deteksi kerusakan pada sebuah mesin beputar menjadi aspek penting dalam
penerapan maintenance karena terjadinya kerusakan dapat mengakibatkan
turunnya produktifitas sebuah perusahaan. Pengukuran getaran adalah salah satu
metode yang cukup baik untuk mengetahui kondisi mesin karena getaran
merupakan indikator kondisi mekanikal dan indikator awal dari adanya cacat pada
suatu mesin secara menyeluruh. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendeteksi
kerusakan mekanik pada mesin berputar berbasis sinyal getaran dengan metode
dekomposisi wavelet. Sinyal getaran direkam dari alat uji menggunakan sebuah
sensor accelerometer dengan frekuensi sampling 20 kHz yang dipasang pada rumah
bantalan dengan arah radial. Dekomposisi wavelet digunakan untuk menguraikan
sinyal asli menjadi beberapa sinyal untuk mendapatkan beberapa seri data pada
resolusi yang berbeda. Kesalahan dapat dideteksi dari tingkat resolusi tertentu.
Dalam penelitian ini, teorema Parseval digunakan sebagai kriteria evaluasi untuk
memilih tingkat dekomposisi yang memiliki nilai energi paling tinggi. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa dekomposisi wavelet dapat digunakan untuk
mendeteksi kegagalan mekanik pada mesin berputar.
Kata kunci : mesin berputar, unbalance, misalignment, metode dekomposisi
wavelet
vii
FAULT DETECTION OF UNBALANCE AND MISALIGNMENT ON
ROTOR DINAMIC SYSTEM USING WAVELET DECOMPOSITION
METHOD
Maftakhur Rizqi Ahmadi
Mechanical Engineering Department
Engineering Faculty, Sebelas Maret University
Surakarta, Indonesia
Email : [email protected]
ABSTRACT
Failure detection on a rotating machinery is an important aspect in the
implementation of maintenance because failure can lead productivity degradation
of a factory. Vibration measurement is one method that good enough to observe
machine conditions because vibration is an indicator of mechanical condition and
early indicator of the defects symptom in a machine. The research aim to detect
mechanical fault on rotary machinery based vibration signal using wavelet
decompesition method. The vibration signals are recorded from a structure test rig
by using accelerometer sensor with sampling frequency of 20 kHz, the sensor is
mounted in radial direction on the house bearing. Wavelet decompotition is used to
decompose the original signal into several component signals in order to obtain
multiple data series at different resolutions. The fault can be detected from a given
level of resolution. For this purpose, Parseval’s theorem is used as a criterion to
select the decomposition levels. The results show that wavelet decompotition
method provide distinct spectrum and can be used to detect mechanical fault in
rotary machinery.
Keywords : rotating machinery, unbalance, misalignment, wavelet decompotition
method
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat serta hidayah kepada penulis sehingga mampu melaksanakan dan
menyelesaikan skripsi dengan judul “Deteksi Kegagalan Unbalance dan
Misalignment Pada Sistem Rotor Dinamik Menggunakan Wavelet decomposition
Method” dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi S1 Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam mengerjakan skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa
bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh
karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan banyak terima kasih
kepada semua pihak atas segala bantuan dan perhatian selama penulis
menyelesaikan skripsi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak R. Lullus Lambang G. Hidayat., ST., MT. selaku pembimbing I yang
telah banyak membantu pengerjaan program untuk skripsi ini, juga telah
memberikan koreksi pemahaman serta masukan-masukan yang berharga bagi
penulis.
2. Bapak Dr. Budi Santoso., ST., MT. selaku pembimbing II yang dengan sabar
dan penuh pengertian telah mengajarkan tentang konsep dan wawasan baru, dan
memberikan banyak bantuan dalam pelaksanaan penelitian ini.
3. Bapak Purwadi Joko Widodo ST., MKom., Dr. Nurul Muhayat, ST., MT. dan
Bapak Ubaidillah, ST., M.Sc., Ph.D. selaku dosen penguji tugas akhir saya yang
telah memberi saran yang membangun.
4. Bapak Prof. Dwi Aries Himawanto, ST., MT. selaku Pembimbing Akademis
yang telah berperan sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di
Universitas Sebelas Maret ini.
5. Bapak Dr. Syamsul Hadi, ST., MT. selaku ketua Program Studi S1 Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
6. Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT. selaku koordinator Tugas Akhir.
ix
7. Seluruh staf dosen Program Studi S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret yang telah turut serta mendidik penulis hingga menyelesaikan
studi S1.
8. Seluruh staf karyawan administrasi Program Studi S1 Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan kemudahan dalam hal
administrasi.
9. Abah, Ibu dan adiku atas do’a restu, nasihat, motivasi, dukungan material dan
spiritual dalam menyelesaikan skripsi.
10. Rekan-rekan seperjuangan cah mesin rongewu rolas (camro), atas kebersamaan
dan kekompakannya.
12.Segenap Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan
pembelajaran berharga yang akan selalu saya ingat.
13.Dan semua pihak yang telah mendukung kelancaran skripsi penulis yang tidak
bisa penulis sebutkan satu-persatu.
Pada akhirnya penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini
masih jauh dari sempurna karena keterbatasan kemampuan dan pengetahuan
penulis. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari semua pihak supaya menjadi masukan yang sangat berguna bagi
penulis untuk memperbaiki dan menyempurnakan penulisan lain yang akan datang.
Akhir kata, penulis berharap semoga laporan skripsi ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.
Surakarta, Juli 2017
Penulis
x
DAFTAR ISI
HALAMAN SURAT PENUGASAN ..................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS TUGAS AKHIR ....................... iv
HALAMAN MOTTO .............................................................................................. v
ABSTRAK ............................................................................................................. vi
KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii
DAFTAR ISI ............................................................................................................ x
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Latar Belakang ............................................ Error! Bookmark not defined.
1.2. Perumusan Masalah .................................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Batasan Masalah.......................................... Error! Bookmark not defined.
1.4. Tujuan Penelitian ........................................ Error! Bookmark not defined.
1.5. Manfaat Penelitian ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.6. Sistematika Penulisan ................................. Error! Bookmark not defined.
BAB II DASAR TEORI ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.1. Tinjauan Pustaka ......................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Poros ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Kegagalan pada poros ........................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Getaran ........................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Karakeristik getaran .............................. Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Frekuensi getaran .................................. Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Perpindahan, kecepatan, dan percepatan ............ Error! Bookmark not
defined.
2.3.4. Fasa (Phase) .......................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.5 Penguraian getaran atas komponennya .. Error! Bookmark not defined.
2.4 Transformasi Wavelet .................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Continuous Wavelet Transformation (CWT) ..... Error! Bookmark not
defined.
2.4.2. Multi Resolution Analysis (MRA) ........ Error! Bookmark not defined.
2.5. Teorema Parseval ........................................ Error! Bookmark not defined.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN............... Error! Bookmark not defined.
xi
3.1. Diagram Alir Penelitian ............................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Alat dan Bahan ............................................ Error! Bookmark not defined.
3.3. Tahapan Pelaksaan Penelitian ..................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Tahap persiapan alat ............................. Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Pemasangan sensor pada house bearing dan pengaturan DSA .... Error!
Bookmark not defined.
3.3.3. Pengkondisian alat dengan variasi kegagalan ..... Error! Bookmark not
defined.
3.3.4. Tahap pengambilan data ....................... Error! Bookmark not defined.
3.3.5. Tahap dekomposisi sinyal ..................... Error! Bookmark not defined.
3.3.7. Tahap verifikasi menggunakan spektrum frekuensi .. Error! Bookmark
not defined.
BAB IV .................................................................. Error! Bookmark not defined.
ANALISA DATA .................................................. Error! Bookmark not defined.
4.1. Data Penelitian ............................................ Error! Bookmark not defined.
4.1.1. Sinyal getaran domain waktu ................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Analisis Data ............................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.1. Filtering sinyal ...................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.2. Dekomposisi sinyal ............................... Error! Bookmark not defined.
4.2.3. Hasil perhitungan energi ....................... Error! Bookmark not defined.
4.2.4. Analisis hasil ......................................... Error! Bookmark not defined.
BAB V KESIMPULAN ......................................... Error! Bookmark not defined.
5.1 Kesimpulan ................................................. Error! Bookmark not defined.
5.2 Saran ............................................................ Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ............................................ Error! Bookmark not defined.
LAMPIRAN ........................................................... Error! Bookmark not defined.
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kondisi kelurusan sempurna .............. Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.2 Angular atau face alignment .............. Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.3 Analisa domain frekuensi angular misalignment.... Error! Bookmark
not defined.
Gambar 2.4 Kondisi parallel misalignment ........... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.5 spektrum frekuensi parallel misalignment ....... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2.6 Kombinasi atau skew misalignment ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.7 Static unbalance ................................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.8 Couple unbalance ............................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.9 Quasi Static Unbalance ...................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.10 Dynamic Unbalance ......................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.11 spektrum frekuensi unbalance ......... Error! Bookmark not defined.
Gambar. 2.12 Sistem pegas sederhana ................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.13 Karakteristik getaran ........................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.14 Amplitudo Kecepatan ....................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.15. Beda fasa antara perpindahan, kecepatan, dan percepatan...... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2.16. Simpangan Rotor yang Unbalance Terhadap Waktu .............. Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2.17. Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu ... Error! Bookmark
not defined.
Gambar 2.18. Analisis Sinyal Getaran Dalam Domain Waktu dan Frekuensi
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.19. Vektor x, vektor 1 dan vektor 2 pada bidang yang sama ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2.20. Dekomposisi sinyal / analisis multiresolusi pada level 3 ........ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 3.1 Setup alat penelitian ........................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ....................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.3. Skema rig pengujian, ......................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.1.grafik run up test ................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.2. Sinyal getaran kondisi unbalance ..... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.3. Sinyal kondisi angular misalignment( 0,34º) .. Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4.4. Sinyal getaran kondisi parallel misalignment . Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4.5. (a) signal asli dengan random noise (b) signal yang difilter dengan
10 point moving average ................... Error! Bookmark not defined.
Gambar.4.6. prinsip dekomposisi wavelet ............. Error! Bookmark not defined.
xiii
Gambar 4.7. energi dari masing-masing dekomposisi pada kegagalan unbalance
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.8. energi dari masing-masing dekomposisi pada kegagalan angular
misalignment ..................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.9. energi dari masing-masing dekomposisi pada kegagalan parallel
misalignment ..................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.10 Sinyal Domain Waktu Unbalance 600 rpm ... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4.11. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan unbalance 600 rpm
(a) domain waktu (b) domain frekuensi .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4.12. representasi hasil dekomposisi pada kegagalan unbalance 800 rpm
(a) domain waktu (b) domain frekuensi .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4.13. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan unbalance 1000 rpm
(a) domain waktu (b) domain frekuensi .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4.14 Sinyal Domain Waktu angular misalignment 600 rpm ........... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4.15. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan angular
misalignment 600 rpm (a) domain waktu (b) domain frekuensi
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.16. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan angular
misalignment 800 rpm (a) domain waktu (b) domain frekuensi
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.17. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan angular
misalignment 1000 rpm (a) domain waktu (b) domain frekuensi
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.19. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan parallel
misalignment 600 rpm (a) domain waktu (b) domain frekuensi
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.20. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan parallel
misalignment 800 rpm (a) domain waktu (b) domain frekuensi
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.21. repesentasi hasil dekomposisi pada kegagalan parallel
misalignment 1000 rpm (a) domain waktu (b) domain frekuensi
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
xiv
DAFTAR NOTASI
𝑐 = fungsi analisis wavelet
𝑥 = fungsi sintesis wavelet
P = periode gelombang
L = 1 puncak gelombang
= fungsi wavelet
𝐶 = konstanta
j = parameter dilatasi
k = parameter pergeseran
= fungsi penskalaan
𝐴 = koefisien aproksimasi
D = koefisien detil
h = lowpass filter
xv
g = highpass filter
s = energi total sinyal
𝑁𝑚 = Jumlah sampel pada dekomposisi ke-m
16