## PENGARUH TIPE BANTALAN BOLA PADA POROS POMPA SENTRIFUGAL TERHADAP SINYAL GETARAN
Ibnu hajar 1
1 Jurusan Teknik Mesin Politeknik Bengkalis Jl. Batin Alam, Sei Alam, Bengkalis – Riau Email: ibnu@polbeng.ac.id

## Abstrak
Pompa  sentrifugal  merupakan  salah  satu  pompa  yang  sangat  banyak  digunakan  pada  industri  pengolahan, seperti  industri  pengolahan  air  minum,  industri  pengolahan  minyak,  dan  pabrik  kelapa  sawit.  Bentuknya sederhana  dan  biaya  perawatan  lebih  murah.  Permasalahan  yang  sering  terjadi  pada  pompa  sentrifugal adalah  kerusakan  pada  bantalan  poros  yang  diakibatkan  oleh  getaran,  keausan,  dan misalignment. Pada makalah  ini  membahas  pengaruh  tipe  bantalan  bola  terhadap  sinyal  getaran  poros  pompa  sentrifugal  satu tingkat.  Tujuan penelitian  ini  adalah  mengetahui dan  mendapatkan  pengaruh tipe bantalan bola pada poros pompa  sentrifugal  dengan  mengukur  sinyal  getaran.  Pompa  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah pompa  sentrifugal  yang  mempunyai head tekanan    9  meter,  debit  aliran  3  liter/detik  dan  daya  output  746 watt. Metode penelitian dengan mengamati dan analisis perilaku sinyal getaran yang terdiri dari simpangan ( displacement ),  kecepatan( velocity )  dan  percepatan  ( acceleration )  pada  bantalan  bola  pompa  sentrifugal pada  titik  P-01  dan  P-02  dari  arah  aksial,  vertikal  dan  horizontal.  Pengukuran  sinyal  getaran  dilakukan dengan  menggunakan  alat  ukur Vibrometer  Analog VM-3314A.  Bantalan  ( bearing )  yang  gunakan  dalam penelitian ini adalah tipe cylindrical roller bearing dan roller ball bearing yang dipasang pada poros pompa sentrifugal untuk diamati dan ukur sinyal getarannya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa harga simpangan tertinggi  37,125  µm  terjadi  bantalan tipe  ball  bearing arah  horizontal  pada  titik  pengukuran  P-02  tinggi tekan 3 meter dengan debit aliran 2,8 liter/detik. Sedangkan harga simpangan terendah  27,1 µm terjadi pada cylindrical roller bearing dengan tinggi tekan 3 meter dan debit aliran 2,8 liter/detik. Dengan naiknya tinggi tekan pada pompa sentrifugal  menyebabkan  turunnya getaran  pompa sesuai penurunan beban  pada pompa, sehingga untuk pompa sentrifugal satu tingkat lebih aman menggunakan tipe cylindrical roller bearing .
Kata kunci: Tipe bantalan, pompa sentrifugal, sinyal getaran

## Abstract
Centrifugal pumps are one of the most widely used pumps in the processing industry, such as the drinking water treatment  industry,  the  oil  processing  industry  and  the  palm  oil  mill,  in  addition  to  the  simpler  and  cheaper maintenance costs. The most common problem with centrifugal pumps is damage to the shaft bearings caused by vibration,  wear  and  misalignment.  This  paper  discusses  the  effect  of  ball  bearing  type  on  the  single-stage centrifugal pump vibration signal. The purpose of this research is to know and get the influence of ball bearing type  on  centrifugal  pump  shaft  by  measuring  vibration  signal.  The  pumps  used  in  this  study  are  centrifugal pumps  that  have  a  9-meter  pressure  head,  a  flow  rate  of  3  liters  /  second  and  a  power  output  of  746  watts. Research  method  by  observing  and  analyzing  vibration  signal  behavior  consist  of  displacement,  velocity  and acceleration  on  centrifugal  pump  ball  bearing  at  point  P-01  and  P-02  from  axial,  vertical  and  horizontal direction.  Measurement  of  vibration  signal  is  done  by  using  Analog  Vibrometer  VM-3314A.  Bearings  used  in this  study  are  cylindrical  roller  bearing  and  roller  ball  bearings  mounted  on  the  centrifugal  pump  shaft  to  be observed and measure  the  vibration signal. Test results showed  that the highest  deviation 37,125 μm  occurred bearing  type  ball  bearing  horizontal  direction  at  the  point  of  measurement  P-02  high  press  3  meter  with  flow debit 2,8 liter / second. While the lowest 27.1 μm deviation occurred in cylindrical roller bearing with 3 meter press and 2.8 liter / second flow rate. With the increase in the height of the tap on the centrifugal pump causes the decrease of pump vibration according to the load decrease at the pump, so for the centrifugal pump one level safer using cylindrical roller bearing type.
Keywords: Bearing type, centrifugal pump, vibration signal

## 1. Pendahuluan
Pompa  sentrifugal  merupakan  salah  satu pompa yang sangat bannyak digunakan pada industri pengolahan,  seperti  industri  pengolahan  air  minum, industri pengolahan minyak dan pabrik kelapa sawit,
selain  bentuknya  sederhana  dan  biaya  perawatan lebih  murah.  Permasalahan  yang  sering  terjadi  pada pompa  sentrifugal  adalah  kerusakan  pada  bantalan poros  yang  diakibatkan  oleh  getaran,  keausan  dan misalignment.  Bantalan  merupakan  suatu  elemen
mesin  yang  berfungsi  untuk  menumpu  poros  yang berputar,  kegagalan  yang  sering  terjadi  pada  pompa sentrifugal  adalah  keausan  pada  bantalan  poros akibat getaran yang tinggi dan pelumasan yang tidak bekerja dengan baik.
Beberapa  penelitian  terkait  tentang  pompa sentrifugal telah dilakukan  oleh peneliti sebelumnya dengan kajian aspek yang berbeda yaitu, Isranuri [1] melaporkan  bahwa  hasil  eksperimental  pengaruh kapasitas dan tinggi  tekan  terhadap perilaku getaran pada  pompa  sentrifugal  satu  tingkat  dengan mengukur  sinyal  getaran  pada  poros  motor  dan sambungan kopling menunjukkan bahwa simpangan getaran  terbesar  terjadi  apabila  pompa  menaikkan kapasitas seiiring dengan turunnya beban. Sumartono  (2012)  melakukan  kajian  perawatan prediktif  pada  pompa  sentrifugal  dengan  sinyal getaran  melaporkan  bahwa  kerusakan  elemen bantalan  ditandai  dengan overall  spectrum  velocity dan acceleration yang  tinggi  pada  frekuensi misalignment.  Dwi  Permana  P,  I  [2]  melakukan kajian  tentang  kerusakan  poros  pompa  akibat mislignment  dengan  mengukur  sinyal  getaran  dan diperoleh  hasil  perbandingan  nilai  getaran  terhadap trending  dengan  standar  yang  berlaku  ISO  108163. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  tipe bantalan  bola  terhadap  sinyal  getaran  pada  poros pompa  satu  tingkat,  sedangkan  manfaat  yang diharapkan  dalam  penelitian  ini  bagi  industri  dapat memberikan  informasi  tentang  tipe  bantalan  yang sesuai  untuk  digunakan  pada  poros  pompa sentrifugal  yang  rendah  bising  serta  dapat  dijadikan sebagai  data  awal  dalam  melakukan  perawatan prediktif.

## 2. Tinjauan Pustaka
Dunia  industri  sangat  suatu  jenis  pompa sentrifugal  yang  dapat  beroperasi  dan  tahan dioperasikan dalam jangka waktu  yang lama, hal ini tidak  terlepas  dari  jenis  pompa,  pemasangan  dan pengoperasian  yang  tepat  sehingga  akan  bekerja sesuai  dengan  peruntukannya.  Untuk  menentukan suatu  peralatan  bekerja  sesuai  dengan  kondisi terbaiknya  diperlukan  indikator,  biasanya  indikator yang sering digunakan adalah indikator yang dengan cepat  mendapatkannya  seperti  temperatur  dan vibrasi.  Indikator  yang  baik  untuk  menentukan apakah suatu peralatan  yang berputar  dalam  kondisi baik  adalah  vibrasi,  semakin  kecil  nilai  vibrasi semakin  baik  peralatan  tersebut,  sebaliknya  apabila sutau  peralatan  yang  berputar  mempunyai  getaran (vibrasi)  yang besar maka kondisi peralatan tersebut cukup  rawan  kerusakan.  Getaran  dari  pompa dikarenakan  oleh putaran poros  melalui  kopling dan impeller  sehingga  dapat  dianalisa  sesuai  gerak  yang timbul seperti Gambar 4.1.

## Gambar 2.1 Mekanisme gerak
Dalam  kondisi  ini  dapat  diasumsikan  bahwa  akan terjadi  torsi  yang  dihasilkan  motor  melalui mekanisme  kopling.  Untuk  memudahkan  analisis gerak,  maka  gambar  di  atas  dapat  disederhanakan seperti   Gambar 4.2.

## Gambar 2.2 Model pendekatan getaran
Persamaan  pada  kondisi  normal  sesuai  dengan hukum Newton.
Σ M = J (1)
Maka : ( J 01  J 02 )  x    t x  0 sin  t (2)
Untuk  gerak  harmonik  maka  perpindahan  osilasi dari  titik  kesetimbangan  dinamiknya  dapat  dicari dengan rumus:
(x) = A. sin ωt (3) Kecepatan  adalah  kelajuan  pertambahan  simpangan terhadap waktu dapat dicari : (x) = ωA cos ωt (4)
Percepatan  adalah  pertambahan  kelajuan  kecepatan terhadap waktu dapat dicari: (x) = -ω 2 A sin ωt (5) sehingga
( J 01  J 02 )(   A sin  ) ÷  t ( A sin  )  0 sin  t
Karena: m k
n  2  ,  dari  persamaan  linier  orde kedua, di peroleh natural frequency :
m k f n   2 1   (6)
Frekuensi adalah karakteristik dasar yang digunakan untuk  mengukur  dan  mengambarkan  getaran.  Yang termasuk  didalamnya  adalah  kecepatan (velocity), percepatan (acceleration) dan perpindahan (displacement).

## 3. Metode Eksperimen
Eksperimen  dilakukan  pada  pompa  sentrifugal yang  terpasang  pada  instalasi  sederhana  seperti Gambar 3.1. Data teknis pompa sentrifugal : Merk :  Aquavane KSB Head :  9 meter
Debit :  3 liter/s Daya :  746 watt Putaran :  1450 rpm NPSH R
:   10,20 m

## Gambar 3.1 Pompa sentrifugal
Bantalan  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  jenis  bantalan (bearing) yang  umum dipakai  pada  pompa  sentrifugal  dimana  pada umumnya  ukuran  utama  dari  bantalan  memiliki standart sebagai acuan, ISO 15 (DIN 616) untuk ball bearing ,  ISO  355  (DIN  355)  untuk cylindrical bearing. Pada  penelitian  ini  digunakan  2  jenis bantalan seperti  Gambar 3.2.

## Gambar 3.2 Tipe bantalan
(a) Ball bearing (b) cylindrical bearing
Data-data teknis bantalan:
(a) Deep groove ball bearing d mm D mm B mm r s Min C kN Co kN Spd rpm No W kg
25 62 17 1. 1 22.
4 11. 4 110 0 630 5 0. 3 (b) Cylindrical roller bearing
d
mm D mm B mm r s Min C kN Co kN Spd rpm No W kg 25 62 17 1.1 41.5 37.5 950 N305 0.2
Set up instalasi pengujian  dan pendukungnya seperti Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Instalasi pengujian
Penyelidikan sinyal getaran akibat perubahan tipe  bantalan  dilakukan  pada  pompa  dengan  titik pengukuran  searah  sumbu  aksial,  vertikal  dan horizontal.  Pengukuran  dilakukan  pada  titik  yang telah  ditentukan  dengan  pengambilan  berdasarkan time  domain dan frekuensi  domain menggunakan alat vibrometer analog VM- 3314A.
Gambar 3.4 Arah dan titik pengukuran
Pengambilan  titik  pengukuran  (P-01  dan  P- 02)    dengan  pertimbangan  pada  titik  P-01  akan didapat  respon  getaran  yang  ditimbulkan  akibat tinggi  tekan  dan  titik  P-02  digunakan  untuk menangkap  respon  getaran  bantalan  pada  poros. Pada  penelitian  ini  metode  pengujian  dilakukan dengan  2  tahapan,  yaitu  pengujian  dimulai  dari ball bearing dengan  terlebih  dahulu  mengukur head tekann,  debit  aliran  dan  putaran  pompa,  baru dilakukan  pengukuran  pada  titik  P-01  dan  P-02 untuk  arah  aksial,  vertikal  dan  horizontal  dapat dilakukan.  Data  vibrasi  yang  dukur  adalah simpangan,  kecepatan,  percepatan  dan  frekuensi. Setelah  seluruh  data  dari ball  bearing diambil,  dan bantalan  pompa  diganti  dengan cylindrical bearing dan  pengukuran  dimulai  kembali  seperti  langkah- langkah pengukuran sebelunya.
4. Hasil Pengujian dan Analisa Data
Pengukuran  sinyal  getaran  pada  pompa dengan  bantalan  jenis ball  bearing yang  merupakan bantalan  bawaan  pompa  dilakukan  variasi head tekanan.  Maksud  pengukuran  ini  adalah  untuk mendapatkan karakteristik sinyal getaran dari pompa standart.  Setelah  dilakukan  pengukuran  data  respon getaran  untuk  bantalan ball  bearing arah  aksial
dengan  variasi  head  tekanan  dari  2,5  m  sampai dengan  5  m  pada  titik  pengukuran  P-01  dan  P-02 dapat dilihat pada Gambar 6.1.
Gambar  4.1  Hubungan  simpangan  aksial  dengan waktu H= 3 s.d 7, P-01 dan P-02
Dari  gambar  6.1  titik  P-01  dapat  dilihat bahwa pada arah simpangan aksial terbesar rata-rata pada  head 2  m dengan  harga simpagan 28,25 x 10 -6 m dan harga simpangan terendah terjadi pada head 5 m dengan harga simpangan 23,6 x 10 -6 m. Pada titik pengukuran  P-02  nilai  simpangan  tertinggi  pada tinggi  tekan  3  m  dengan  harga  simpangan  29,25  x 10 -6 m,  dan  simpangan  terendah  pada  head  tekanan 5 m dengan harga 11,7 x 10 -6 m.
Gambar  4.2 Hubungan  simpangan  vertikal  dengan Waktu, H = 3 s.d.7, P-01 dan P-02
Pada  Gambar  4.2  untuk  pengukuran  respon getaran bantalan ball bearing dengan titik pengukuran  P-01  dan  P-02  diperoleh  bahwa simpangan  terbesar  terjadi  pada  arah  vertical  pada head  3  m  dengan  harga  4,65  x  10 -6 m,  simpangan terendah  rata-rata  terjadi  pada head 7  m  dengan harga 2,4 x 10 -6 m.
Gambar  4.3  Hubungan  Simpangan  horizontal dengan Waktu, H = 3 s.d.7, P-01 dan P-02
Pada  Gambar  4.3    untuk  pengukuran  respon getaran bantalan ball bearing dengan titik pengukuran  P-01  dan  P-02  diperoleh  bahwa simpangan  terbesar  terjadi  pada  arah  vertical  pada head 6  m dengan  harga  6,125  x 10 -6 m, simpangan terendah  rata-rata  terjadi  pada  head  5  m  dengan harga  4,7 x 10 -6 m.
Pada  pengukuran  respon  getaran  pada  pompa dengan  bantalan  pompa cylindrical  bearing yang merupakan  bantalan  objek  penelitian  dengan  tinggi tekan  berbeda  diperoleh  hasil  pengukuran  titik  P-01 dan  P-02 seperti Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Hubungan Simpangan aksial   dengan Waktu, H = 3 s.d.7, P-01 dan P-02
Pada  Gambar  6.4  untuk  pengukuran  respon getaran  bantalan cylindrical  bearing dengan  titik pengukuran  P-01  dan  P-02  diperoleh  bahwa simpangan  tertinggi  dengan  harga  22,9  x  10 -6 m, sedangkan simpangan pada arah  vertikal 5,67 x 10 -6 m, dan horizontal 7,1 x 10 -6 m. Pada titik P-02 dapat dilihat  bahwa  simpangan  arah  horizontal  adalah simpangan  tertingti  dengan  harga  27,125  x  10 -6 m. sedangkan  simpangan  arah  vertikal  26,8  x  10 -6 m dan aksial 11,4 x 10 -6 m.
Dari  Gambar  6.4  dapat  dilihat  bahwa  pada arah  aksial  simpangan  dititik  P-01  dan  P-02  turun sesuai  dengan  naiknya  head.  Pada  titik  P-01 simpangan tertinggi terjadi pada ball bearing dengan harga  28,25  x  10 -6 m,  sedangkan  pada  cylindrical bearing  dengan  harga  tertinggi  simpangan  24,175  x 10 -6 m.    Pada  titik  P-02  dapat  dilihat  bahwa simpangan  arah aksial ball bearing lebih  tinggi dari cylindrical bearing .

## 5. Kesimpulan
Dari  hasil  analisis  terhadap  pengukuran sinyal  getaran  bantalan  poros  pompa  sentrifugal dengan  pengukuran  sinyal  getaran  pada  simpangan tertinggi  dapat  disimpulkan  bahwa  getaran  pada bantalan ball  bearing meningkat  seiring  dengan kenaikan  kapasitas  aliran  dan  penurunan  beban pompa. Getaran pompa secara keseluruhan menunjukkan  pengaruh  dari  tipe  bantalan  poros yang  lebih  dominan  mempengaruhi  tingginya getaran  adalah  bantalan  bola  ( ball  bearing )  karena terjadi  kenaikan  displacement  pada  frekuensi  24  Hz pada arah vertikal maupun horizontal. Tipe bantalan cylindrical  roller  bearing memberikan  respon
getaran  yang  paling  rendah  dan  sangat  cocok digunakan  pada  pompa  sentrifugal  satu  tingkat dengan head tekanan 9 meter dan kapasitas 3 liter/s. Metode  penelitian  ini  bisa  diaplikasikan  untuk sistem  perawatan  berbasis  kondisi  ( condition  based maintenanace )  pada pompa sentrifugal.

## Daftar Pustaka
[1] Isranuri, T., Sitepu, N.,, Rafani, M., “Study on Vibration  of  Centrifugal  Pump  System  Due  to The Change of Capacity” Proceedings Noise & Vibration Reseach UKM, Malaysia. 2005.
[2] Kadek I, Dwi Permana Putra., Ahmad T. 2016. Analisa Getaran Poros pada Motor dan Pompa yang Mengalami Misalignment , [Journal Online].
[3]  Bureau  of  Energy  Efficiency,  Ministry  of Power Pump  and  Pumping  System ,  In  Energy
Efficiency in Electrical Utilities, India. 2004.
[4]  Church,  Austin  H.  Pompa  dan  Blower Sentrifugal. Jakarta. Erlangga. 1986.
[5]  David,P.F.,Poplawski,J.V.”Transient  Vibration Prediction  for  Rotor  on  Ball  Bearing  Using Load-Dependent  Nonlinier  Bearing  Stiffness ”,
International  Journal  of  Rotating  Machinery . 2004.
[6]  Hasha,  S.P.  “Nonlinier  Dinamic  Analysis  of Rolling Element Bearing Due to Cage Run-out and  Number  of  Balls” Journal    of  Sound  and
Vibration . 2005.
[7]  Isranuri,  T.,  Sitepu,  N.,,  Rafani,  M.,  “Machine Based Developing, Design of Vibration Testing Equipment  for  Centrifugal  Water  Pump”, Proseding  Seminar  material  dan  Struktur (MASTRUCT). 2004.
[8]  Michael    J,  Robichaud,  P.Eng. Reference Standart for Vibration Monitoring and Analysis ,  Bretech  Engineering  Ltd,  70,  Sant Jhon NB Canada. [9]   Montgomery, Douglas C, Design and  Analysis of  Experiments ,  6 th Ed,  Jhon  Wiley  &  Sons, New York. 2005.
[10]  Sularso,  Tahara  Haruo, Pompa  &  Kompresor Pemilihan,  Pemakaian  dan  Pemeliharaan ,
Edisi  Keenam.  Jakarta:  PT  Pradya  Paramita, 2006.
[11]  G Kelly, Fundamentals of Mechanical
Vibration ,  Second  Edition,  Mc  Graw-Hill, 2000.
[12]  Thomson, William, T, Vibration With
Applications, Prentice-Hall International, California, 1993.