## MENDETEKSI KERUSAKAN BANTALAN DENGAN MENGGUNAKAN SINYAL VIBRASI
Tri Wahyudi 1 , Soeharsono 2 , Noor Eddy 2
1 Pascasarjana Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti
2 Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti Jl. Kyai Tapa No.1 Jakarta, Indonesia E-mail: tri.sugirin@yahoo.com
Abstrak  -- Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  tingkat  kerusakan  dan  karakteristik spektrum vibrasi dari bantalan yang masih bagus, bantalan yang cacat 30% di  lintasan dalam, cacat 30% di lintasan luar, cacat 30% di rolling element, dan bantalan yang rusak secara alami.  Penelitian dilakukan  dengan  rig  tool  menggunakan  bantalan  2205-K-2RS-TVH-C3  pada  kecepatan  1500rpm, sinyal  vibrasi  diukur  dengan  alat  FAG  Detector  III.  Selanjutnya  dilakukan  analisa  dengan  trendline software.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  bantalan  dengan  kondisi  bagus  memiliki  karakteristik amplitudo  velocity  dibawah  1.80  mm/s  dan  spektrum  vibrasi  FFT  velocity  dan  demodulation  of acceleration yang tidak berimpitan dengan garis frekuensi impuls baik BPFI, BPFO dan BSF. Bantalan cacat  30%  di  lintasan  dalam  menghasilkan  amplitudo  velocity  yang  tinggi.  Bantalan  cacat  30%  di lintasan  luar  dan  cacat  30%  di  rolling  element  memiliki  amplitudo  velocity  cenderung  bervariasi. Bantalan  yang  cacat  30%  di  lintasan  dalam,  lintasan  luar  ataupun  di  rolling  element  menghasilkan spektrum  vibrasi  FFT  velocity  dan  demodulation  of  acceleration  dengan  garis  puncak  frekuensi berimpitan dengan garis frekuensi impuls masing-masing BPFI, BPFO atau BSF.
Kata kunci : tingkat kerusakan bantalan, sinyal vibrasi
Abstract  -- The  aim  of  this  study  is  to  determine  the  and  the  spectrum  characteristic  of  bearing vibration is still good, a disabled bearing 30%  on the  track in, defects in the track beyond 30%, 30% disability in the rolling element, and the pads that broken naturally. The study was conducted by using the tool rig bearings 2205-K-2RS-TVH-C3 at 1500rpm speed, vibration signal is measured by means of  FAG  Detector  III.  Further  analysis  is  required  trend  line  software.  The  results  showed  that  the bearings in good condition has a characteristic velocity amplitude below 1.80 mm/s and vibration FFT spectrum  demodulation  of  velocity  and  acceleration  are  not  coincident  with  either  impulse  frequency line BPFI, BPFO and BSF. Bearing defects 30% on track to produce high velocity amplitude. Bearing defects 30%  in outdoor track and  disability  30%  in the rolling  element has velocity amplitude  tend to vary.  Bearing  defective  30%  on  the  track  inside,  outside  or  on  a  rolling  track  element  generates vibration  FFT  spectrum  demodulation  of  velocity  and  acceleration  to  the  line  frequency  peaks coincident with the line frequency impulses of each BPFI, BPFO or BSF.
Keywords : level of bearing damage, vibration signal

## PENDAHULUAN
Bantalan  adalah  komponen  yang  kritis pada  mesin  rotasi  karena  bertugas  sebagai tumpuan  beban.  Penelitian  secara  berkelanjutan dilakukan  oleh engineer untuk  menghitung  umur bantalan  dengan  beberapa  faktor  ketelitian, sehingga mampu mengetahui umur bantalan dan umur dengan lebih akurat (Fariha et al, 2008).
Tetapi,  bantalan  tidak  berumur  sesuai dengan  perhitungan. Fatigue di  permukaan bantalan  terjadi  sehingga  membatasi  kelayakan bantalan beroperasi (Kapidzic et al., 2015). Pada umumnya  kegagalan  disebabkan  kerusakan permukaan bantalan berupa micro-pitting , smearing,  indentation ,  deformasi  plastis  dan korosi. Akibatnya bantalan mengalami kegagalan dan  mesin  mengalami  kerusakan  ( breakdown)
secara  mendadak  (Purnama  dan  Ariosuko, 2014).  Oleh  karena  itu  sangat  penting  untuk memonitor  kondisi  bantalan  sehingga  mampu memberikan  informasi  lebih  awal  kerusakan bantalan (Monavar et al, 2008).

## TINJAUAN PUSTAKA
Suhardjono  (2005)  metode  yang  paling mutakhir  untuk  mendeteksi  kerusakan  pada bantalan  adalah  dengan  mengukur  karakteristik getarannya  baik  dalam  domain  waktu  maupun domain  frekuensi  yang  terjadi  pada  arah  radial. Percobaan  untuk  mengetahui  dan  mempelajari spektrum getaran akibat kerusakan bantalan bola dilakukan  pada  mesin  gerinda  bangku  dengan mengganti beberapa jenis bantalan yang sengaja dirusak.

## Bantalan
Bantalan  gelinding  terdiri  dari  komponen dasar yaitu inner ring , outer ring , rolling element , dan cage (sangkar)  sesuai  dengan  Gambar  1. Komponen Bantalan Gelinding (Aji, 2007).
Gambar 1. Komponen Bantalan Gelinding, (Kiral, 2002)

## Getaran Akibat Cacat Bantalan
Mekanisme terjadinya getaran akibat adanya  cacat  pada  bantalan  adalah  adanya impuls  pada  saat  elemen  tumbukan  dengan cacat  lokal.  Untuk  putaran  poros  yang  tetap maka  tumbukan  akan  terjadi  secara  periodik. Untuk  gaya  impuls  tunggal,  maka  respon getarannya  akan  berupa  getaran  bebas  teredam (Lian et al., 2015).
Cacat  Lokal  pada  Lintasan  Dalam  ( Inner Race )
Frekuensi  eksitasi  impuls  akibat  adanya cacat atau kerusakan lokal pada lintasan dalam disebut Ball  Pass  Frequency  Inner  Race (BPFI), dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

## ( ) (1)
Dimana, Nb    : Jumlah bola ( number of balls ) : Frekuensi relative antara lintasan dalam dan lintasan luar, Hz.
Bd    : Diamtere bola, mm. Pd     : Diameter pitch α       : Sudut kontak, derajad.
Cacat Lokal pada Lintasan Luar ( Outer Race ) Frekuensi  eksitasi  impuls  akibat  adanya cacat  atau  kerusakan  lokal  pada  lintasan  luar disebut Ball  Pass  Frequency  Outer  Race (BPFO),  dinyatakan  dengan  persamaan  sebagai berikut:
( ) (2)
Cacat Lokal pada Bola ( Rolling Element ) Bila  terdapat  cacat  atau  kerusakan  lokal pada  bola  maka  implus  yang  terjadi  disebut Ball Spin  Frequency (BSF),  besarnya  dapat  dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Suhardjono,
2005) (     ( ) ) (3) Tingkat Kerusakan pada Bantalan Tingkat kerusakan bantalan dapat
dideteksi  dengan  adanya  kenaikan  amplitude getaran, dimana  frekuensi  getaran  tetap  konstan sesuai  dengan  jenis  kerusakan  pada  komponen yang mana, (Suhardjono, 2005).
Standard  yang  sering  digunakan  sebagai indikator  tingkat  kerusakan  getaran  adalah ISO10816  (ISO2372),  dimana  parameter  yang diukur adalah kecepatan getaran dan dibandingkan  dengan  nilai  RMS  kecepatan berdasarkan klasifikasi daya mesin.
Huruf  A,  B,  C,  D  pada  tabel  1.  Tingkat Kerusakan  Bantalan  ISO10816  adalah  zona evaluasi, yaitu:
a.  Zona  A,  yaitu  getaran  pada  mesin  dengan kondisi yang bagus.
b.  Zona  B,  yaitu  getaran  pada  mesin  dengan kondisi yang memuaskan.
c.  Zona  C,  yaitu  getaran  pada  mesin  yang dianggap  tidak  memuaskan  untuk  periode waktu yang lama.
d.  Zona  D,  yaitu  nilai  getaran  yang  tidak  dapat diterima karena dapat mengakibatkan kerusakan pada mesin.

## METODOLOGI PENELITIAN Spesifikasi Bantalan
Bantalan  yang  diuji  dalam  penelitian  ini berjumlah  4  varian,  yaitu  bantalan  2205-K-2RS- TVH-C3 dengan kondisi masih bagus, cacat 30% di lintasan dalam, cacat 30% di lintasan luar , dan cacat  30%  di rolling  element .  Masing-masing varian dilakukan pengujian 3 sampel yang sama. Selanjutnya sebagai validasi dilakukan pengujian pada  bantalan  2205-K-2RS-TVH-C3  yang  rusak secara  alami.  Tingkat  kerusakan  bantalan ditampilkan pada Tabel 1.

## Tabel 1. Tingkat Kerusakan Bantalan ISO10816
(Sumber : ISO 10816)

## Alat Penelitian
Beberapa  alat  penelitian  yang  digunakan adalah  sebagai  berikut.  Pertama  adalah  motor listrik  kapasitas  ½  HP  (0.186kW)  4  Pole  merk MITSUBISHI,  yang  dilengkapi  inverter, Hook Spanner,  torque  wrench, dan  stroboscope. Kemudian,  FAG  Detector  III  untuk  mengukur vibrasi  dari  bantalan,  gambar  2.3  FAG  Detector III.  Selain  iti,  juga  digunakan  komputer  yang terinstall trend line software .

## Prosedur Pengambilan Data
Setelah bantalan terpasang dan dioperasikan  pada  kecepatan  putar  1500rpm, dilakukan  pengambilan  data  sinyal  vibrasi dengan alat FAG detector III, seperti Gambar 2.
Gambar 2. Lay out pengambilan data.
Keterangan  Gambar  2  layout  pengesetan  dari mesin, adalah sebagai berikut:
1. Motor Listrik 1/4HP dilengkapi inverter 2. Roda gila I ( Flywheel ) 3. Roda gila II ( Flywheel ) 4. Accelerometer atau sensor 5. Bantalan 6. FAG Detector III 7. Komputer terinstall trendline software

## DATA DAN ANALISA
Pada  penelitian  ini  nilai  frekuensi  impuls (BPFO,  BPFI  dan  BSF)  untuk  bantalan  2205-K- 2RSR-C3  dan adapter  sleeve H305  sudah tersedia  dalam  database software .  Frekuensi impuls  bantalan  cacat  diperlihatkan  pada  Tabel 2.
Tabel 2. Frekuensi impuls bantalan cacat Frekuensi Impuls 1 x Putaran 2 x Putaran 3 x Putaran BPFI (Hz) 177.699 355.398 533.097 BPFO (Hz) 122.301 244.602 366.903 BSF (Hz) 64.378 128.756 193.134

## Bantalan Bagus
Berdasarkan  data  Tabel  2  nilai  amplitudo velocity RMS  dapat  disimpulkan  bahwa  nilai amplitudo  dari  ketiga  sampel  bantalan  bagus adalah  masuk  zona  A  yaitu  kondisi  bantalan masih  bagus.    (sesuai  Tabel  1.  Tingkat Kerusakan  Bantalan  ISO10816).  Data  amplitudo pengujian  bantalan  bagus  ditampilkan  pada Tabel 3.

## Tabel 3. Data amplitudo pengujian bantalan
bagus Velocity RMS (mm/s) Dem. Acceleration (mg) Sampel 1 0.55 12.17 Sampel 2 0.57 13.42 Sampel 3 0.51 15.12
Sesuai  Gambar  3  Grafik  FFT Velocity dan Gambar 4 Grafik FFT Demodulation of Acceleration bantalan bagus, bahwa tidak ada puncak frekuensi bantalan  yang  berimpitan  dengan  garis  BPFO, BPFI,  dan  BSF.  Hal  ini  menujukkan  bahwa  tidak ada indikasi kerusakan atau cacat pada komponen- komponen  bantalan.  Sehingga  kondisi  bantalan masih  bagus  dan  dapat  dipergunakan  sampai jangka waktu lama.
Gambar 3. Grafik FFT Velocity bantalan bagus
Gambar 4. Demodulation of Acceleration bantalan bagus

## Bantalan Cacat 30% di Lintasan Dalam
Pada  pengujian  bantalan  cacat  30%  di lintasan  dalam dihasilkan  bahwa  nilai  amplitudo (RMS) masuk kategori C, yaitu tidak memuaskan untuk  periode  waktu  yang  lama.  Sehingga  dapat disimpulkan  bahwa  bantalan  yang  mengalami cacat  30%  pada  lintasan  dalam  ( inner  race) sudah  rusak  dan  harus  segera  diganti  untuk menghindari breakdown mesin.  Data  amplitudo cacat  30%  di  lintasan  dalam  dapat  dilihat  pada Tabel 4.
Tabel 4. Data amplitudo cacat 30% di lintasan
dalam Velocity RMS (mm/s) Dem. Acceleration (mg) Sampel 1 3.24 363.04 Sampel 2 2.48 452.16 Sampel 3 1.82 162.27
Gambar 5. Grafik FFT velocity bantalan cacat
30% di lintasan dalam.
Berdasarkan  Gambar  5  dan  6  grafik  FFT velocity dan demodulation  of  acceleration yang dihasilkan  bahwa    ada  garis  puncak  frekuensi yang  berimpitan  dengan  satu  (1)  x  BPFI.  Hal  ini menunjukkan  adanya  cacat  pada  lintasan  dalam bantalan. Selain itu kedua grafik juga
menunjukkan  garis  puncak  frekuensi  yang berimpitan  dengan  satu  (1)  x  BSF.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  cacat  pada  lintasan  dalam sudah  merambat  ke rolling  element karena kontak  gaya  antara  cacat  di  lintasan  dalam  dan rolling element pada saat beroperasi (Trappey et al., 2015).
Gambar 6. Grafik FFT demodulation of acceleration bantalan cacat 30% di lintasan dalam.

## Bantalan Cacat 30% di Lintasan Luar
Berdasarkan Tabel 4 nilai amplitudo (RMS) velocity yang  dihasilkan  pada  bantalan  cacat 30%  dilintasan  luar  adalah  bervariasi.  Pada sampel  1  nilai  amplitudonya  masuk  kategori  D,
sedangkan  pada  sampel  2  dan  3  nilai  amplitudo bantalan  masuk  kategori  A  dan  B,  yaitu  kedua bantalan  masih  dalam  kondisi  bagus  dan  dapat digunakan.  Data  amplitudo  pengujian  bantalan cacat  30%  di  lintasan  luar  ditunjukkan  pada Tabel 5.
Tabel 5. Data amplitudo pengujian bantalan cacat 30% di lintasan luar Velocity RMS (mm/s) Dem. Acceleration (mg) Sampel 1 6.03 228.99 Sampel 2 1.00 76.52 Sampel 3 0.62 66.87
Variasi nilai amplitudo yang dihasilkan dari bantalan  cacat  di  lintasan  luar  ini  karena kemungkinan  lokasi  cacat  terletak  pada unload zone sehingga  tidak  berpengaruh  terhadap tingkat  amplitudo  getaran  bantalan.    Adapun posisi load  zone seperti  terlihat  pada  Gambar  7 Load Zone Bantalan. Grafik  FFT velocity dan demodulation  of acceleration hasil pengujian menunjukkan bahwa adanya  garis  puncak  frekuensi  yang  berimpitan dengan BPFO sehingga mengindikasikan adanya cacat pada lintasan luar bantalan.
Gambar 7. Load Zone Bantalan
Bantalan Cacat 30% di Rolling Element Pada pengujian ini dihasilkan nilai amplitudo  yang  bervariasi.  Hal  ini  karena  pada saat  pengujian,  kemungkinan  cacat  tidak  terjadi pada  kedua  permukaan rolling  element yang berkontak  dengan  lintasan  dalam  dan  lintasan luar  bantalan  akibatnya rolling  element tidak berada pada load zone . Sehingga terkadang sulit untuk  mendeteksi  cacat  pada  rolling  element (Trappey et al., 2015).
Berdasarkan  Grafik  FFT velocity dan Demodulation  of  Acceleration bantalan  cacat 30%  di rolling  element dapat  dilihat  bahwa  pada terdapat  garis  puncak  frekuensi  yang  yang
berimpitan dengan garis 1 x BSF. Data amplitudo pengujian  bantalan  cacat  30%  di rolling  element ditampilkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Data amplitudo pengujian bantalan cacat 30% di rolling element Velocity RMS (mm/s) Dem. Acceleration (mg) Sampel 1 2.29 576.68 Sampel 2 1.27 779.89 Sampel 3 1.18 406.86

## Bantalan Rusak Secara Alami
Sebagai  validasi  pengujian  dilakukan  juga pada bantalan yang rusak setelah dipakai selama kurang  lebih  7  tahun.  Data  amplitudo  pengujian bantalan rusak alami diperlihatkan pada Tabel 7.
Tabel 7. Data amplitudo pengujian bantalan rusak alami
Velocity RMS (mm/s) Dem Acceleration (mg) Sampel 1.27 779.89
Nilai  amplitudo  yang  dihasilkan  masih dalam  kondisi  yang  memuaskan.  Namun  dari grafik  FFT velocity dan demodulation  of acceleration yang  dihasilkan  muncul  garis puncak  frekuensi  bantalan  yang  berimpitan dengan  garis  1  x  BSF.  dan  3  x  BPFO  sehingga hal  ini  menunjukkan  ada  cacat  pada  rolling element  dan  lintasan  luar  bantalan.  Hal  ini terbukti  setelah  dilakukan  inspeksi  visual  pada bantalannya seperti Gambar 8 dan 9.
Gambar 8. Bantalan rusak secara alami dengan cacat di rolling element
Gambar 9. Bantalan rusak secara alami dengan cacat di Lintasan luar

## KESIMPULAN
Hasil analisa data penelitian dan pembahasan  dapat  ditarik  kesimpulan  sebagai berikut. Pertama, bantalan kondisi bagus memiliki  amplitudo velocity dibawah  1.80  mm/s dan  spektrum  vibrasi  FFT velocity dan  FFT demodulation of acceleration yang tidak berimpitan  dengan  garis  frekuensi  impuls  baik BPFI, BPFO dan BSF.
Bantalan cacat 30% di lintasan dalam akan menghasilkan amplitudo velocity yang lebih tinggi dari  bantalan  dengan  kondisi  bagus  dan spektrum vibrasi FFT velocity dan FFT demodulation  of  acceleration dengan  garis puncak  frekuensi  berimpitan  dengan  BPFI. Kemudian,  bantalan  yang  cacat  30%  di  lintasan luar  dan  di rolling  element menghasilkan amplitudo cenderung bervariasi.
Bantalan  yang  cacat  30%  di  lintasan  luar dan  di rolling  element akan  menghasilkan spektrum vibrasi FFT velocity dan FFT demodulation  of  acceleration dengan  garis puncak  frekuensi  berimpitan  masing-masing dengan garis frekuensi impuls BPFO dan BSF.

## DAFTAR PUSTAKA
Aji, Kunto. Deteksi Kerusakan Bantalan Gelinding Pada  Pompa  Sentrifugal    Dengan  Analisa Sinyal  Getaran .  Skripsi.  Universitas  Sebelas Maret Surakarta. Indonesia. 2007. Fariha,  Aidil  Othman. Vibration  Analysis  for Diagnostic  of  Local  Faults  in  Rolling  Element Bearing .  Thesis.  Universiti  Teknikal  Malaysia Melaka. 2008.
Kapidzic,  Z.,  H.  Ansell,  J.  Schon  and  K. Simonsson.  Fatigue  bearing  failure  of  CFRP composite  in  biaxially  loaded  bolted  joints  at elevated  temperature. Composite  Structures . 2015; 127: 298-307.
Lian,  X.,  M.  J.  Zuo  and  M.  R.  Hoseini.  Vibration Signal  Modeling  of  a  Planetary  Gear  Set  for Tooth  Crack  Detection. Engineering  Failure Analysis . 2015; 48: 185-200.
Monavar  M.H,  Ahmadi  H,  dan  Mohtasebi  S.S.
Prediction of Defects in Roller Bearings Using Vibration  Signal  Analysis. World  Applied Sciences Journal . 2008; 4 (1): 150-154. Purnama, A. dan Ariosuko. Analisis Perbandingan Sifat Fisis dan Mekanis
Bantalan  Peluru  Baru,  Telah  Dipakai  dan Rusak untuk Kendaraan Bermotor Roda Dua. SINERGI . 2014; 18 (2): 92-98. Suhardjono. Analisis  Sinyal  Getaran  Untuk
Menentukan  Jenis  dan  Tingkat  Kerusakan Bantalan Bola (Ball Bearing). Institut Teknologi  Sepuluh  Nopember  Surabaya. Indonesia. 2005.
Trappey, A. J. C., C. V. Trappey, L. Ma, and J. C. M.  Chang.  Intelligent  Engineering  Asset
Management  System  of  Power  Transformer Maintenance  Decision  Support  under  Varios Operating Conditions. Computer and
Industrial Engineering. 2015; 84: 3-11.
Yudiastawan  I  Gede  Putu,  Deteksi  Kerusakan Bearing  dan  Eccentricity  pada  Motor  Induksi Tiga Fasa dengan Current Signature Analysis . Tesis. Universitas Indonesia. 2009.