ANALISIS GETARAN TAPERED ROLLER BEARING PADA TURBINE PROPELLER SEBELUM DAN SESUDAH PELUMASAN (OLI & GREASE ) DENGAN METODE

## BUMP TEST
1 Muhammad Ikhsan, 2 Monika Audiya Pratiwi, 3 Rio Duzan Octavianto, 4 Abdul Hamid, 5 Subekti Subekti
1,2,3,4,5 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercubuana
1 muhammad_ikhsan030396@yahoo.co.id

## I. P ENDAHULUAN
Bearing adalah bagian mesin yang memiliki fungsi sebagai tumpuan poros, agar poros dapat berputar dengan baik dan aman, serta  mengurangi lost daya  karena  gesekan.  Oleh  karena  itu, Bearing yang kuat dibutuhkan untuk menahan gaya yang timbul pada poros. Sebaliknya, kerja keseluruhan sistem akan berkurang dan tidak bekerja sesuai harapan apabila bearing tidak berfungsi dengan baik.
Tappered Roller bearing merupakan salah satu jenis bearing yang berbentuk menyerupai kerucut dan memiliki dua buah roller yang berseberangan, yakni dibagian luar dan didalamnya.. Salah satu jenis bearing yang mempunyai elemen putar dengan bentuk silinder  agak  runcing  adalah Tappered  roller  bearing. Ketika ditarik sebuah garis lurus , bearing jenis ini akan menyilang pada titik tertentu pada sumbu bantalan. Tapered roller dan cone atau inner ring dari bearing ini memliki bentuk terpisah dari cup atau outer  ring . Hal  ini  yang  menyebabkan taperred  roller  bearing dapat  menopang  atau  menanggung  beban  yang  sangat  berat. Sedangkan kelemahan dari taperred roller bearing adalah tidak dapat  dioperasikan  dengan  kecepatan  tinggi.  Hanya  dapat dioperasikan dalam kecepatan sedang dan rendah saja.
Ketika  bantalan  dilepas  dari  sebuah  poros  atau  rumah ( housing) bearing , maka kerusakan pada bearing tersebut dapat dianalisis  dengan  lebih  mudah.  Kasus  kerusakan  bearing  yang dapat diidentifikasi secara visual antara lain, akibat beban berlebih, kelebihan  panas,  kesalahan  ketika  pemasangan,  kontaminasi, kesalahan pelumas dan lain-lainnya. Kesalahan tersebut saat ini dapat dianalisis oleh teknologi yang mutakhir.
Vibration  test adalah  sebuah  uji  yang  dilakukan  untuk mengukur  getaran  pada bearing. Pengujian  uji bump  test merupakan salah satu jenis vibration test yang cepat dan ekonomis yang  dirancang  untuk  mode  getaran  dan  struktur  mesin.  Tes "benturan" (atau tabrakan) adalah cara terbaik untuk memastikan
bahwa getaran end-wall yang merusak tidak terjadi pada engine baru, dan biasanya dilakukan pada generator turbin [1].
Prosedur uji singkat meliputi pengukuran Fungsi Respons Frekuensi  (FRF).  FRF  merupakan  perbandingan  antara  sinyal respon getaran yang diterima oleh suatu struktur mekanika akibat adanya  gaya  eksitasi  getaran  dari  suatu  sistem  dalam  domain frekunesi. Sinyal respon getaran maupun sinyal eksitasi getaran keduanya diukur secara bersaman dengan menggunakan sensor getaran dan bump test sebagai gaya exsitasi. Dengan menggunakan transformasi Fourier, data hasil pengukuran tersebut oleh dan hasil transformasi diperoleh dalam domain frekuensi.
Berikut adalah beberapa penelitian tentang pengujian FRF yaitu melakukan uji fungsi respons frekuensi di powertrain pada mesin  silinder  menggunakan  dua  metode  gaya  eksitasi: Impact Hammer dan Exciter .  FRF  adalah  dasar  pengukuran  untuk mengetahui  karakteristik  dinamis  yang  ada  dalam  struktur mekanik  [2].  Susanto  [3]  melakukan  pengujian  FRF  untuk mengetahui karakter dinamis dalam suatu sturktur mekanis dalam mengidentifikasi kerusakan pada tapered bearing di sumbu X, Y dan Z dengan getaran harmonic yang berasal dari ponsel [3] dan untuk mengetahui frekuensi pribadi dan lokal pada disc brake sigra menggunakan metode bump test [4]. Sedangkan penerapan bump test untuk  mengidentifikasi  kerusakan  pada  rem  cakram  sigra dilakukan oleh Subekti, S., dkk [5]. Menggunakan metode bump test ,  Primentel-Junior  et  al.  terdeteksi  retak  pada  poros.  [6]. Ghatwai [7] melakukan penelitian untuk mengetahui nilai eigen dengan  menggunakan  FRF  yang  kemudian  dilakukan perbandingan  dengan  hasil  dari  CEA  untuk  menverifikasikan mode frekuensinya.
Parameter  modal  eksperimental  (frekuensi,  atenuasi,  dan mode  bentuk)  dapat  diperoleh  dengan  mengukur  FRF  [8]. Pengujian  dengan  menggunakan  pengukuran  FRF  untuk menghasilkan parameter modal eksperimen (frekuensi, redaman, dan  mode shape )  yang  dilakukan  subekti  untuk  melakukan penelitian menggunakan metode FRF untuk mengetahui karakter

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 00 Agustus 00 Direvisi : 00 Agustus 00 Disetujui : 00 Agustus 00
Kata Kunci: Bearing , Bump Test , Frekuensi, Karakteristik Dinamik, Modus Getaran, Tappered Roller

## A B S T R A K
Penelitian ini dilakukan pada Tappered Roller Bearing Turbine Propeller yang bertujuan untuk mengetahui karakteristik getaran yang dimiliki oleh tappered roller bearing tersebut sebelum dan sesudah  pelumasan  (oli  &  grease).  Pengujian  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  metode pengukuran Bump Test pada tiga posisi pengukuran yaitu sumbu X, Y dan Z. Alat ukur yang digunakan  adalah  FFT Analyzer (Ono  SOKKI)  dan  data  dianalisis  menggunakan  perangkat lunak  MATLAB.  Hasil  penelitian  yang  dilakukan  diperoleh  bahwa  frekuensi  pribadi  yang muncul lebih dari satu posisi pengukuran dengan rentang frekuensi yang digunakan 1 – 100 Hz. Hal ini menunjukkan adanya modus getar global. Frekuensi pribadi yang selalu muncul pada setiap posisi pengukuran baik sebelum dan sesudah pelumasan (oli & grease ) adalah 4, 12, 20, 28,  36,  44,  dan  52  Hz.  Frekuensi  yang  hanya  muncul  satu  kali  pada  posisi  pengukuran menunjukkan modus getar lokal. Berdasarkan hasil pengukuran juga didapatkan bahwa jumlah frekuensi  pribadi  yang  paling  banyak  muncul  baik  sebelum  dan  sesudah  pelumasan  (oli  & grease ) yaitu pada posisi pengukuran sumbu Y dan yang paling sedikit muncul yaitu posisi pengukuran sumbu X.
ANALISIS GETARAN TAPERED ROLLER BEARING PADA TURBINE PROPELLER SEBELUM DAN SESUDAH PELUMASAN (OLI & GREASE ) DENGAN METODE BUMP TEST
dinamis  pada  mesin  diesel  satu  silinder,  dan  didapatkan  mode getaran  global  dan  lokal  [9].  Pengukuran  FRF  juga  digunakan untuk mendeteksi retakan yang terjadi dalam balok [10] dan untuk mendeteksi kerusakan struktur pada kendaraan [11]. Metode FRF juga dapat diterapkan untuk mempelajari kerusakan pada Endmill berdasarkan  respon  getaran  [12].  Biantoro  dkk  [13]  juga memanfaatkan metode FRF untuk mengkaji penyelidikan dari feed Endmill pada  mesin router CNC  berdasarkan  respon  getaran. Endmill yang rusak frekuensi jauh lebih tinggi daripada Endmill normal  karena  hasil  akhir  yang  rusak  dalam  pakan  yang  tidak sempurna.
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  objek penelitian  terdahulu  yaitu tapered  roller  bearing pada turbin propeller 5  blade  dengan winglet [14],  dimana  dilakukan perancangan turbin propeller 5 blade dengan penambahan winglet pada ujung blade yang kemudian dilakukan perbandingan hasil simulasi  dengan  menggunakan  CFD  dan  hasil  uji  coba menggunakan Wind  Tunnel. Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  karakteristik  getaran  pada tapered  roller  bearing tersebut  dengan  menggunakan  metode bump  test. Besarnya getaran  yang  terjadi  diukur  menggunakan Vibration  Analyzer . Hasil  dari Vibration  Analyzer melalui  pengukuran  FRF  dengan metode bump test didapatkan karakteristik getaran pada tapered roller bearing.

## II. METODE PENELITIAN
A. Tinjauan Pustaka
Pada  suatu  sistem  getaran  satu  derajat  kebebasan  dengan redaman  yang  dieksitasi  dengan  gaya F(t),  seperti  yang telah ditunjukkan  oleh  Subekti  dkk  [9]  dan  Effendi,  B.  D.,  dkk  [4], memiliki persamaan gerak sebagai:
𝒎 𝒅 𝟐 𝒙 𝒅𝒕 𝟐 + 𝒄 𝒅𝒙 𝒅𝒕 + 𝒌𝒙 = 𝑭(𝒕) (1)
Sehingga persamaan (1) akan menjadi persamaan magnitude dan sudut fase sebagai berikut:
|𝐻(𝜔)| = ! (#$%& ! )()(*&) (2) = 𝟏 𝒌&'𝟏() 𝝎 𝝎𝒏 * 𝟐 + 𝟐 ,-𝟐𝜻) 𝝎 𝝎𝒏 *0 𝟐 1 (3)
Sedangkan sudut fase adalah: 𝝋 = 𝒕𝒂𝒏 $𝟏 + 𝒄𝝎 𝒌$𝒎𝝎 𝟐 , (4)
= 𝒕𝒂𝒏 $𝟏 - 𝟐𝜻2 𝝎 𝝎𝒏 3 𝟏$2 𝝎 𝝎𝒏 3 𝟐 . (5)
FRF  merupakan  fungsi  transfer,  yang  dinyatakan  dalam domain frekuensi, seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2). FRF  merupakan  suatu  fungsi  kompleks  dimana  terdapat komponen  nyata  dan  imajiner.  Mereka  mungkin  juga  diwakili dalam  hal  besarnya  dan  fase.  Fungsi  respons  frekuensi  dapat dibentuk dari data yang diukur atau fungsi analitis. Fungsi respons frekuensi mengekspresikan respons struktural terhadap gaya yang diterapkan  sebagai  fungsi  frekuensi.  Respons  dapat  diberikan dalam  hal  perpindahan,  kecepatan,  atau  percepatan.  Hubungan dalam Gambar 1 dapat diwakili oleh persamaan berikut.
Gambar 1 Block diagram dari FRF
Dimana F ( w ) adalah gaya input sebagai fungsi dari frekuensi sudut w . H ( w ) adalah fungsi transfer. X ( w ) adalah fungsi respons perpindahan.  Setiap  fungsi  adalah  fungsi  kompleks,  yang  juga dapat direpresentasikan dalam hal besaran dan fase. Setiap fungsi adalah dengan demikian fungsi spektral. Ada banyak jenis fungsi spektral.  Untuk  kesederhanaan,  pertimbangkan  masing-masing transformasi Fourier.

## B. Alur Proses
Diagram  alur  menjelaskan  mengenai  tahapan-tahapan metodologi dari penelitian, tahapan proses penelitian dapan dilihat pada Gambar 2.

## Gambar 2 Alur dan metodologi penelitian
Alur  penelitian  dimulai  dari;  mengkaji  literatur  pada  penelitian sebelumnya,  pengujian Bump  Test dengan  FFT Analyzer , pengolahan data menggunakan MATLAB dan Miscrosoft Excel, Analisa dan Pembahasan Data, dan Kesimpulan. Spesifikasi Tapered  roller  bearing yang  dipakai  pada turbine propeller Gambar 4. NTN 4T 32203R Type Bearing : Tapered Roller Bearing
• Diameter luar: 40 mm
• Diameter dalam:17 mm
• Ketebalan 17,25 mm
Gambar 3 Turbine propeller Gambar 4 Bearing NTN 4T 32203R
Pengujian getaran Tapered Roller Bearing dilakukan pada saat sebelum dan sesudah pelumasan (oli & grease ) menggunakan pengukuran FRF. Gaya eksitasi berasal dari pukulan palu yang diberikan pada tiga posisi pengukuran yaitu sumbu X, Y dan Z. Posisi  pengukuran  pada  pengujian  sebelum  dan  sesudah pelumasan (oli & grease) ditunjukkan pada gambar 5.
[A]                       [B]

## [C]
Gambar 5 Posisi pengukuran FRF [A] sumbu X, [B] sumbu Y, [C] sumbu Z
Pada penelitian ini rentang pengukuran FRF yang berlaku adalah 0 – 20 kHz. Pengukuran rentang frekuensi bertujuan agar pada  pengujian  dalam  keadaan  diam,  didapatkan  grafik  hasil pengukuran dengan vibration analyzer yang kemudian diolah ke dalam software Matlab.  Pengaturan  pengujian  agar  didapatkan data eksperimen ditunjukkan pada Gambar 6. Hasil dari pengujian akan  akan  dianalisa  menggunakan software MATLAB  yang kemudian  diolah  kembali  menggunakan  Microsoft  Excel  untuk mengetahui  frekuensi  pribadi  pada  masing  –  masing  posisi pengukuran.
Alat dan bahan untuk pengujian yaitu sebagi berikut:
• Sensor accelerometer yang berfungsi untuk mengukur respon dari getaran
• Type:  Piezoelectric  accelerometer buatan  Rion japan corporation tipe CCLD Type .
• Kabel accelerometer : 1,5m
• FFT portbale type analyzer CF-3600A (4-ch) dengan layar sentuh yang menfaatkan simulasi analisa dan perekam data. Maksimal  frekuensi  yang  bisa  dianalisa  adalah  40kHz. Produk dari ono sokki japan
• Sofeware matlab 2019
Set  up untuk  mendapatkan  data  eksperimen  ditunjukan  pada gambar 6.

## Gambar 6 Set up pengujian pengukuran FRF

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Hasil pengukuran dapat dilihat pada gambar 7, 8, dan 9 yang menunjukkan grafik hasil pengukuran FRF. Pada gambar tersebut merupakan hasil pengukuran pada posisi pengukuran sumbu X, Y, dan Z pengujian menggunakan metode bump test dengan tapered roller bearing pada kondisi sebelum dan sesudah pelumasan (oli & grease ), dimana frekuensi yang digunakan adalah 20 kHz dan jumlah sampel 4096. Amplitudo tertinggi pada masing – masing posisi  pengukuran  adalah  pada  saat  kondisi  sesudah  pelumasan (oli).

## Gambar 7 Grafik hasil pengukuran FRF posisi sumbu X

## Gambar 8 Grafik hasil pengukuran FRF posisi sumbu Y
Frekuensi  pribadi  yang  diperoleh  dari  hasil  pengukuran masing – masing posisi pengukuran FRF ditunjukkan pada tabel 1, 2 dan 3. Frekuensi pribadi yang diperoleh dari hasil pengukuran FRF  saat  pengujian  dengan  metode bump  test sebelum  dan sesudah pelumasan (oli & grease ) menggunakan tapered roller bearing ditunjukkan pada tabel 1. Berdasarkan tabel 1, didapatkan bahwa adanya frekuensi pribadi yang muncul lebih dari satu posisi pengukuran Hal ini menunjukkan bahwa frekuensi pribadi tersebut muncul karena adanya modus getar global, besarnya modus getar global muncul pada frekuensi pribadi 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 52, 60, 68, 76, 84, 92 dan 100 Hz.
Gambar 9. Grafik hasil pengukuran FRF posisi sumbu Z
T ABEL I
F REKUENSI PRIBADI SAAT PENGUJIAN DENGAN METODE BUMP TEST SEBELUM PELUMASAN Frekuensi
Pribadi ke- Tanpa  Bearing (Hz) X Y Z 1 4 4 4 2 8 8 8 3 12 12 12 4 16 16 16 5 20 20 20 6 24 24 24 7 28 28 28 8 32 32 32 9 36 36 36 10 40 40 40 11 44 44 44 12 52 52 52 13
56 - -
14 60 60 60 15 68 68 68 16 76 76 76 17 84 84 - 18 92 92 92 19 - 100 100
20 - - -
Frekuensi  pribadi  yang  diperoleh  dari  hasil pengukuran FRF saat pengujian dengan metode bump test sesudah  pelumasan  (oli)  ditunjukkan  pada  tabel  2. Berdasarkan  tabel  2,  didapatkan  bahwa  besarnya  modus getar global muncul pada frekuensi pribadi 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 52, 56, 60, 68, 76, 84, 92 dan 100 Hz.
Frekuensi pribadi yang diperoleh dari hasil pengukuran FRF saat  pengujian  dengan  metode bump  test sesudah  pelumasan ( grease ) ditunjukkan pada tabel 3. Berdasarkan tabel 3, didapatkan bahwa besarnya modus getar global muncul pada frekuensi pribadi 4, 8, 12, 15, 16, 20, 23, 28, 32, 36, 40, 44, dan 52 Hz.
Frekuensi  pribadi  yang  selalu  muncul  pada  setiap  posisi pengukuran baik saat pengujian sebelum dan sesudah pelumasan (oli & grease ) adalah 4, 12, 20, 28, 36, 44, dan 52 Hz.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  karakteristik  getaran  pada Tapered Roller Bearing sebelum dan sesudah pelumasan (oli & grease) dengan menggunakan FRF, didapatkan bahwa amplitudo tertinggi  pada  masing  –  masing  posisi  pengukuran  adalah pengujian sesudah pelumasan (oli).
T ABEL II F REKUENSI PRIBADI SAAT PENGUJIAN DENGAN METODE BUMP TEST SESUDAH PELUMASAN ( OLI ) Frekuensi Pribadi ke- Tanpa  Bearing (Hz) X Y Z 1 4 4 4 2 8 8 8 3 12 12 12 4 16 16 16 5 20 20 20 6 24 24 24 7 28 28 28 8 32 32 32 9 36 36 36 10 40 40 40 11 44 44 44 12 52 52 52 14 - 56 56 15 60 60 60 16 - 64 - 17 68 68 68 18 76 76 76 19 84 84 - 20 - 88 - 21 92 92 92 22 100 100 100 23 - - - T ABEL III F REKUENSI PRIBADI SAAT PENGUJIAN DENGAN METODE BUMP TEST SESUDAH PELUMASAN ( GREASE ) Frekuensi Pribadi ke- Tanpa  Bearing (Hz) X Y Z 1 4 4 4 2 - 8 8
3 12 12 12 4 15 - 15 5 - 16 - 6 20 20 20 7 23 - 23 8 - 24 - 9 28 28 28
10 32 32 -
11 36 36 36
12 - 40 40
13 44 44 44
14 52 52 52 15 - - -
Frekuensi pribadi muncul lebih dari satu posisi pengukuran menunjukkan adanya modus getar global.  Frekuensi pribadi yang selalu muncul pada setiap posisi pengukuran sebelum dan sesudah pelumasan (oli & grease) adalah 4, 12, 20, 28, 36, 44, dan 52 Hz. Frekuensi  lokal  muncul  pada  56  Hz  pada  sumbu  X  hasil pengukuran sebelum pelumasan, 64 dan 88 Hz pada sumbu Y hasil pengukuran  sesudah  pelumasan  (oli),  dan  16  dan  24  Hz  pada sumbu Y hasil pengukuran sesudah pelumasan (grease). Jumlah frekuensi  pribadi  yang  paling  banyak  muncul  baik  pada  saat pengujian sebelum dan sesudah pelumasan (oli & grease) yaitu pada posisi pengukuran sumbu Y, dan yang paling sedikit muncul yaitu pada posisi pengukuran sumbu X.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan Terimakasih kepada Lab Universitas Mercubuana yang telah memberikan fasilitas penelitian serta dosen yang telah membimbing, dan mahasiswa yang ikut membantu terhadap karya ilmiah ini.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Kapler, J., Letal, J., Sasic, M., and Stone, G.C., 2014, Recent  end-winding  vibration  problems  in  air-cooled turbine generators. CIGRE 2014. 8 pages
[2] Delprete,  C.,  Galeazzi,  A.,  and  Pregno,  F.,  2010 Experimental  Modal  Analysis  of  an  Automotive Powertrain. Applied Mechanics and Materials . 2425,71-
76.http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.
24-25.71
[3] Susanto, A., Yusuf, S. Q., Hamid, A., Wahyudi, H., & Subekti,  S.,  2019.  Implementation  Of  Frequency
Response  Function  On  Tapper  Bearing  Maintenance. SINERGI, 23 (2), 132.
https://doi.org/10.22441/sinergi.2019.2.006
[4] Effendi,  B.  D.,  Subekti  dan  Hammid,  A.,  2019, Karakteristik Dinamik Disc Brake Daihatsu Sigra 1200 cc dengan Metode Bump Test .
[5] Subekti,  Abdul  Hamid,  Basuki  Dwi  Efendy,  Agung Wahyudi  Biantoro.  2019.  Inspecting  A  Bump  Test  In The  Maintenance  Of  A  1200-Cc  Daihatsu  Sigra  Disc Brake, Sinergi Vol. 23, No. 3, October 2019: 191-198
[6] Pimentel-Junior, G. L., Oliveira, F. B. and Faria, M. T.
C., 2014, On the Bump Tests of Cracked Shafts Using Acoustic Emission Techniques, Engineering ,08(09),572-581. [Online]. Available:
http://doi.org/10.4236/eng.2016.89053
[7] Ghatwai,  A.  B.,  Chaitanya,  P.  S.  V,  &  Phadke,  S.  B., 2016, Frequency Response Function Measurements of Disc  and  Drum  Brake  With  its  Verification  by  CAE . 2223–2228.
[8] Bilošová,  A.  2011, Modal    Testing.    Investment    in Education Development .Ostrava, Czech.
[9] Subekti,  2018,  Studying  The  Dynamic  Characteristics To Lengthen The Operating Life For A Diesel Engine
Using Frequency Response Function (FRF) Measurement. SINERGI , 22 (3), 161.
https://doi.org/10.22441/sinergi.2018.3.004.
[10] Lin,  R.M.,  2016,  Modeling,  Detection,  and Identification of Flexural Crack Damagein Beam Using Frequency Response Function. Meccanica . 51(9),2027-
2044. http://dx.doi.org/10.1007/s11012-015-0350-6 .
[11] Homaei,  F.,  Shojaee,  S.,  and  Ghodrati,  A.G.,  2015, “Multiple Structural Damage Detection Using Measured Frequency  Response  Function”, Iranian Journal  of Structural Engineering , 2(1), 13-18p.
[12] A.  Susanto,  C.  H.  Liu,  K.  Yamada,  Y.  R.Hwang,  R. Tanaka,  and  K.  Sekiya,  2018,  “Milling  process monitoring  based  on  vibration  analysis  using  Hilbert- Huang transform,” International Journal of Automation
Technology ,  vol.  12,  no.  5,  pp.  688–698,  September.
DOI: 10.20965/ijat.2018. p0688
[13] Biantoro,  A.  W.,  Maryanto,  H.,  Hidayanto,  A.  K.,  & Hamid, A, 2020, “The Investigation Of End Mill Feeds On  Cnc  Router  Machine  Using  Vibration  Method” Sinergi Vol.24, No.2, June 2020: : 117-124.
[14] Widodo,  Aditya  Putra.  2019,  “ Analisis  Performance Turbine  Propeller  Menggunakan  Metode  CFD (Computational  Fluid  Dynamic).” Skripsi.  Teknik. Teknik Mesin. Universitas Mercu Buana, Jakarta.