## Eksperimental Penyeimbangan Dinamis Menggunakan Metode 4 Massa Coba Terhadap Kondisi Unbalance Dinamis Akibat Massa Tak Seimbang
Murni,*, Bismo Alfarishy, Wiji Mangestiyono, Bambang Setyoko
1 Dosen, Departemen Teknologi dan Industri, Sekolah Vokasi, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, S.H., Tembalang50275, Telp. +62247460059
*Email: mochmurni@lecture.undip.ac.id ,

## Abstract
Unbalanced condition is defined as a condition that occurs in the rotor when the force or vibrational motion  applied  to  the  bearings  is  the  result  of  centrifugal  force.  Balancing  is  the  treatment  of unbalanced  components  by  providing  another  centrifugal  force  that  will  oppose  the  original centrifugal  force  or  by  eliminating  the  force.  Dynamic  balancing  is  a  balancing  activity  carried  out against  dynamic  imbalance  conditions  that  occur  in  rotating  machines.  Balancing  process  aims  to reduce  the  vibrations  that  occur  in  the  rotor  system  by  adding  or  reducing  mass  in  the  rotor.  To determine the state of unbalance, a vibration measuring device or vibrometer is used to measure the value  of  vibrations  that  occur  in  the  rotor.  This  dynamic  balancing  test  was  carried  out  using  the Dynamic Balancing Test Tool found in the Mechanical Design Engineering Metrology Laboratory with a motor power of 1 hp with a maximum rotational speed of 1485 RPM and using a fixed shaft mounted on a test object with 2 disks with holes for placing the test mass. In the testing process, the 4 dynamic trial mass method was used, with the condition of the disk object being unbalanced mass of 08 grams, 10  grams,  12  grams,  and  15  grams  with  different  positions  in  the  two  fields.  This  increase  in  mass causes the object to experience dynamic imbalance, and the vibration value becomes higher than the initial state of the machine. Then do the balancing at 1485 RPM rotation. Overall, the balancing has succeeded in reducing the value of the resulting vibration velocity. The largest balancing percentage was  also  obtained  with  a  value  of  103%  on  the  left  bearing  and  88%  on  the  right  bearing  under 15gram unbalance mass weight conditions while the smallest was 33% on the left bearing and 39% on the  right  bearing  with  8gram  unbalance  mass  weight  conditions  so  that  it  can  be  seen  that  the  mass weight unbalance also affects the balance.
Keywords : Balancing, Rotor, Dinamis, Unbalance

## Abstrak
Kondisi  ketidakseimbangan  atau Unbalanced  Condition didefinisikan  sebagai  suatu  kondisi  yang terjadi di rotor ketika gaya atau gerakan getaran yang diberikan ke bantalannya adalah akibat dari gaya sentrifugal.  Penyeimbangan  ( Balancing )  yaitu  perlakuan  terhadap  komponen  yang  mengalami ketidakseimbangan dengan cara memberikan gaya sentrifugal lain yang akan melawan gaya sentrifugal semula  atau  dengan  cara  menghilangkan  gaya  tersebut.  Penyeimbangan  dinamis  merupakan  kegiatan penyeimbangan yang dilakukan terhadap kondisi ketidakseimbangan dinamis yang terjadi pada mesin berputar. Proses Balancing bertujuan untuk mengurangi getaran yang terjadi pada sistem rotor dengan menambahkan  atau  mengurangi  massa  pada  rotor.  Untuk  mengetahui  keadaan unbalance maka digunakan alat pengukur getaran atau vibrometer untuk mengukur nilai getaran yang terjadi pada rotor. Pengujian Balancing dinamis ini, dilakukan menggunakan Alat Uji Balancing Dinamis yang terdapat pada  Laboratorium  Metrologi  S.Tr  Rekayasa  Perancangan  Mekanik  dengan  daya  motor  1  hp  dengan kecepatan  putar  maksimal  1485  RPM  dan  menggunakan fixed  shaft yang  dipasang  benda  uji  2  buah disk  dengan  lubang  untuk  penempatan  massa  pengujian.  Pada  proses  pengujian  digunakan  metode  4 massa  coba  dinamis,  dengan  kondisi  benda  uji  disk  dipasang    massa unbalance sebesar  08  gram,  10 gram, 12  gram,  dan  15  gram dengan  posisi  yang  berbeda  pada  kedua bidang.  Penambahan  massa  ini menyebabkan  benda  mengalami  ketidakseimbangan  secara  dinamis,  dan  nilai  getaran  menjadi  lebih tinggi dari kondisi awal mesin. Kemudian dilakukan penyeimbangan pada putaran 1485 RPM. Sencara keseluruhan penyeimbangan yang dilakukan berhasil menurunkan nilai kecepatan getaran yang timbul. Didapatkan  juga  persentase  penyeimbangan  terbesar  dengan  nilai  103%  pada  bantalan  kiri  dan  88% pada bantalan kanan pada kondisi berat massa unbalance 15gram sedangkan yang terkecil sebesar 33% pada  bantalan  kiri  dan  39%  pada  bantalan  kanan  dengan  kondisi  berat  massa unbalance 8gram sehingga terlihat bahwa berat massa unbalance juga berpengaruh dalam penyeimbangan.
Kata kunci: Penyeimbangan, Rotor, Dinamis, Ketidakseimbangan

## 1. Pendahuluan
Perkembangan  teknologi  yang  sangat  pesat  membuat  semakin  banyaknya  diproduksi  mesin-mesin  untuk memenuhi  kebutuhan  manusia.  Di  dunia  industri  banyak  digunakan  mesin  untuk  mempermudah  serta  mempercepat pekerjaan. Salah satu dari jenis mesin tersebut adalah mesin-mesin rotasi atau Rotary Machinery yang awalnya berputar pada  kecepatan  putaran  rendah  hingga  sekarang  mulai  banyak  komponen  mesin  berputar  yang  beroperasi  pada kecepatan putaran tinggi seperti turbin, kompresor, pompa, dan fan. Mesin-mesin rotasi tersebut pada umumnya terdiri dari poros yang berputar dengan putaran tertentu [1]. Penggunaan mesin-mesin berputar tidak hanya teebatas di dunia industri, bahkan sangat sering dijumpai penggunaan mesin-mesin berputar pada alat transportasi.
Pada  mesin-mesin  yang  bekerja  secara    rotasi,  tak  terhindarkan  dari  suatu  masalah  yaitu kondisi  tak  seimbang pada  komponen  mesin.  Kondisi  tak  seimbang  atau Unbalance  Condition dapat  terjadi  karena  terdapat  massa  yang berlebih    pada  bagian  tertentu  dari  rotor,  komponen  penyusun  rotor  yang  tidak  homogen,  kesalahan  proses  produksi, dan  desain  yang  tidak  simetris.  ISO  1925  :  2001  mendefinisikan unbalance atau  ketidakseimbangan  sebagai  kondisi yang ada di rotor ketika gaya atau gerakan getaran yang diberikan ke bantalannya sebagai akibat dari gaya sentrifugal. Kondisi  tersebut  dapat  mengurangi  kinerja  mesin  bahkan  dapat  membahayakan  mesin  itu  sendiri.Oleh  karena  itu dibutuhan  proses  penyeimbangan  atau balancing yang  berfungsi  untuk  menyeimbangkan  kondisi  komponen  mesin berputar  agar  dapat  mengurangi  getaran  yang  timbul  dan  memperpanjang  usia  pakai  mesin.  Pada  penelitian  ini dilakukan  penyeimbangan  terhadap  rotor  yang  diberikan  kondisi  tidak  seimbang  akibat  ditempatkan  massa  tak seimbang.
Massa tak seimbang yang digunakan adalah 8 gram, 10 gram, 12 gram, dan 15 gram dengan penempatan massa tak  seimbang  terletak  sepasang  di  dua  buah  disk.  Penyeimbangan  dilakukan  menggunakan  metode  4  massa  coba. Penelitian  ini  bermaksud  mengimplementasikan  penyeimbangan  dinamis  menggunakan  alat  uji balancing yang dirancang  dengan  metode  4  massa  coba  tanpa  sudut  fasa.  Selain  itu,  juga  bertujuan  untuk  menganalisa  benda  uji sebelum dan setelah diseimbangkan.

## 2. Material dan Metode Penelitian
2.1 Diagram Alir
Gambar 1 . Diagram Alir Penelitian
Pada  penelitian  ini,  alat  uji  yang  digunakan  adalah  alat  uji balancing dinamis  yang  dirancang  dengan  benda  uji berupa  2  buah disk dengan  variasi  lubang  penempatan  massa.  Dalam  penelitian  ini,  dilakukan  pengujian two-plane balancing sesuai  rancangan  alat  uji  dimana  terdapat  2  buah  rotor disk sebagai  benda  uji  dan  ditempatkan  massa  tak seimbang  untuk  menciptakan  kondisi  tak  seimbang  dinamis.  Setelah  massa  tak  simbang  sudah  terpasang,  maka  akan dilakukan  penyeimbangan  pada  kedua  bidang  menggunakan  metode  4  massa  coba.  Metode  ini  hanya  menggunakan nilai  simpangan  sebagai  parameter  getaran  untuk  melakukan  penyeimbangan.  Parameter  lainnya  yang  diukur  pada pengujian  ini  yaitu  kecepatan  getaran  sebagai  nilai  acuan  kondisi balance dan  simpangan  sebagai  data  perhitungan untuk menentukan massa penyeimbang.

## 2.2 Set Up Pengujian
Pengujian  dilakukan  menggunakan  alat  uji balancing dengan  model two-plane  balancing dan  metode penyeimbangan  4  massa  coba  dikecepatan  putaran  motor  1485  RPM.  Benda  uji  telah  dirancang  adanya  lubang penempatan  massa  tambahan.  Pengujian  dilakukan  di  Laboratorium  Metrologi  dan  Instrumentasi,  Sekolah  Vokasi, Universitas Diponegoro. Alat uji balancing dinamis model two-plane balancing dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2 . Alat Uji Two-Plane Dynamic Balancing

## 2.2.1 Posisi Massa Unbalance
Pada  pengujian  yang  dilakukan,  alat  uji balancing dirancang  dalam  keadaan  seimbang  pada  kondisi  awal, sehingga  diperlukan  pengkondisian  alat  uji  agar  menjadi  tak  seimbang.  Kondisi  tersebut  diciptakan  dengan menambahkan massa tak seimbang ( unbalance ). Penempatan massa unbalance dibuat dengan variasi massa 8gr, 10gr, 12gr, dan 15gr dan posisi penempatan massa. Penempatan posisi massa unbalance diilustrasikan pada gambar 3.
Gambar 3 . Posisi Massa Unbalance 8 gram
Untuk  posisi  penempatan  massa unbalance lainnya  disesuaikan  dengan  sudut  yang  ditentukan  untuk  pengujian  dan posisi penempatan tercantum pada tabel 1.
Tabel 1 . Sudut Posisi Penempatan Massa Unbalance
Massa Unbalance Posisi Sudut Penempatan Bidang Kiri (A) Bidang Kanan (B) 8 gram 210º 330º 10 gram 45º 135º 12 gram 120º 240º 15 gram 120º 210º

## 2.2.2 Perhitungan Massa Penyeimbang
Pada  Pengujian  yang  dilakukan,  benda  rotor  dipasang  massa  tak  seimbang  pada  kedua  bidang  seperti  pada gambar 3  dengan variasi  kondisi  beban  massa  yang  berbeda.  Kemudian  dilakukan pengambilan  data yang  diperlukan yaitu kecepatan getaran pada kondisi awal tanpa penambahan massa, kondisi dengan penambahan massa, dan kondisi setelah dilakukan penyeimbangan dan pemberian massa penyeimbang. Penyeimbangan dilakukan dikecepatan putaran maksimal motor yaitu 1485 RPM dengan langkah pengujian sebagai berikut :
− Pengujian dimulai  dengan  dilakukan initial  run pertama  untuk  mengukur  kecepatan  getaran  alat uji balancing . Pengukuran dilakukan pada housing bearing dikedua bidang.
− Kemudian ukur nilai kecepatan getaran ( velocity ) yang  timbul di housing bearing sisi kiri ( Left/ L) dan Kanan ( Right/ R) menggunakan vibrometer dengan pengukuran posisi radial (Horizontal dan Vertikal) serta posisi Axial.
− Tempatkan massa unbalance berupa mur dan baut dengan berat massa 8gram pada percobaan pertama, 10gram pada percobaan kedua, 12gram pada percobaan ketiga, dan 15gram pada percobaan keempat.
− Pada trial  run ,  kondisi  benda  uji  sudah  ditambahkan  massa unbalance dan  dilakukan  pengukuran  parameter getaran dikecepatan maksimal motor 1485 RPM
− Kemudian  ukur  parameter  geteran  yaitu  kecepatan  getaran  dan  simpangan  pada housing  bearing bidang pengukuran kiri ( Left /L) dan Kanan ( Right /R).
− Pada  Run  1,  tempatkan  massa  coba  pada  sudut  0 º di  bidang  penempatan  kiri,  kemudian  nyalakan  motor  atur kecepatan untuk penyeimbangan, dan lakukan pengukuran simpangan pada masing-masing bidang pengukuran menggunakan vibrometer.
− Pada  Run  2,  3,  dan  4,  massa  coba  ditempatkan  pada  sudut  90 º, 180º,  dan  270º  kemudian  nilai  getaran  pada masing-masing bidang diukur
− Selanjutnya pada  Run 5, 6, 7, dan 8 mengikuti langkah 6 dan 7, namun dengan perbedaan dimana massa coba ditempatkan pada bidang penempatan kanan.
− Semua langkah pengambilan nilai parameter getaran dilakukan secara bergantian dengan menyelesaikan seluruh langkah pengukuran pada satu beban massa unbalance kemudian beban massa unbalance baru dapat diubah.
Setelah  melakukan  pengambilan  data,  didapatkan  hasil  kondisi  pengukuran  awal,  kondisi  tak  seimbang,  dan parameter  getaran  pada  posisi  radial  (horizontal  dan  vertikal)  dan  axial,  serta  hasil  pengukuran  amplitudo  simpangan pada tiap pasangan massa coba yang akan digunaan untuk mencari nilai massa penyeimbang ( Correction Weight ).
Tabel 2 . Data Pengukuran Balancing Metode 4 Massa Coba
Posisi Massa Coba Bidang Pengukuran Bidang Kiri (A) Bidang Kanan (B) Initial Run A B Posisi 0 o bidang 1
Posisi 90 o bidang 1 Posisi 180 o bidang 1 Posisi 270 o bidang 1 Posisi 0 o bidang 2 Posisi 90 o bidang 2 Posisi 180 o bidang 2 Posisi 270 o bidang 2 Dimana  untuk  nilai , , ,  dan
adalah  nilai getaran  akibat  massa  coba  terpasang  pada bidang  1
yang diukur di bidang kiri sedangkan , ,
, dan
diukur pada bidang kanan. Lalu untuk , , ,
dan merupakan amplitudo getaran akibat  massa coba terpasang pada bidang 2 yang diukur di bidang kiri , ,
, dan diukur pada bidang kanan.
Kemudian dilanjutkan dengan perhitungan untuk mencari nilai massa penyeimbang dengan metode 4 massa coba tanpa sudut fasa :
Menentukan nilai yaitu sudut fasa akibat massa unbalance akibat massa coba pada bidang kiri
atau bisa dirumuskan juga dengan,
Kemudian mencari nilai ,
Lalu melanjutkan dengan mencari nilai ,
Setelah itu, tentukan nilai ,
Atau bisa dirumuskan dengan
Kemudian mencari nilai ,
Lalu dilanjutkan mencari nilai ,
Langkah  selanjutnya  adalah  mencari  nilai  faktor  koreksi  penyeimbangan  pada  masing-masing  bidang  dan  sudut penempatan
Setelah  didapatkan  nilai  faktor  koreksi,  selanjutnya  mencari  nilai  massa  penyeimbang  yang  diperlukan  dengan persamaan sebagai berikut
Dimana  :
: massa coba yang digunakan.
: massa penyeimbang di bidang A, jika bernilai positif akan ditempatkan pada sudut 0 o dan jika bernilai negatif ditempatkan pada sudut 180 o .
: massa penyeimbang di bidang A, jika bernilai positif akan ditempatkan pada sudut 90 o dan jika bernilai negatif ditempatkan pada sudut 270 o .
: massa penyeimbang di bidang B, jika bernilai positif akan ditempatkan pada sudut 0 o dan jika bernilai negatif ditempatkan pada sudut 180 o .
: massa penyeimbang di bidang B, jika bernilai positif akan ditempatkan pada sudut 90 o dan jika bernilai negatif ditempatkan pada sudut 270 o .

## 3. Hasil Dan Pembahasan
Dari  data  yang  telah  diperoleh,dengan  menggunakan  massa  coba  seberat  10gram,  nilai  amplitudo  yang  timbul dan  terukur  dari  masing-masing  pengujian  dapat  dilihat  pada  tabel  3.  Data  tersebut  digunakan  untuk  perhitungan mencari nilai massa penyeimbang.

## Tabel 3. Hasil Pengukuran Nilai Amplitudo Getaran
Setelah dilakukan perhitungan dalam mencari berat massa penyeimbang, didapatkan berat massa penyeimbang yang diperlukan. Nilai massa penyeimbang tersaji pada tabel 4.

## Tabel 4. Nilai Massa Penyeimbang
Massa Unbalance Massa Penyeimbang Sudut Penepatan Bidang Kiri (A) Bidang Kanan (B) 8 Gram 0,112 gram 0º - 7,127 gram 90º - 1,036 gram - 0º 3,98 gram - 270º 10 Gram 5,27 gram 0 º - 13,17 gram 270 º - 0,17 gram - 0 º 2,44 gram - 270 º 12 Gram 28,42 gram 0º - 27,71 gram 270º - 15,22 gram - 180º 31,44 gram - 90º 15 Gram 15,46 gram 0º - 12,69 gram 270º - 11,74 gram - 0º 6,96 gram - 90º
Kemudian  didapatkan  nilai  getaran  secara  keseluruhan  saat  keadaan  tanpa  massa unbalance ,  dengan  massa unbalance , dan keadaan setelah diseimbangkan pada kecepatan motor 1485 RPM serta persentase penyeimbangan. Data tersebut tersaji pada tabel 5.
Tabel 5. Nilai Kecepatan Getaran dan Persentase Penyeimbangan
Bidang Massa Unbalance Kecepatan Getaran (mm/s) Persentase Penyeimbangan Sebelum Penambahan Massa Unbalance (Kondisi Awal) Dengan Massa Unbalance (Sebelum Balancing) Dengan Massa Unbalance (Setelah Balancing) Kiri (A) 8 gram 2,373 3,285 2,981 33% Kanan (B) 1,129 2,411 1,91 39% Kiri (A) 10 gram 2,373 3,227 2,599 74% Kanan (B) 1,129 2,495 1,207 88% Kiri (A) 12 gram 2,373 3,492 2,434 95% Kanan (B) 1,129 2,966 1,599 74% Kiri (A) 15 gram 2,373 3,992 2,328 103% Kanan (B) 1,129 4,252 1,518 88% Posisi Massa Coba Massa Unbalance 8 Gram Massa Unbalance 10 Gram Massa Unbalance 12 Gram Massa Unbalance 15 Gram Bidang Kiri (A) Bidang Kanan (B) Bidang Kiri (A) Bidang Kanan (B) Bidang Kiri (A) Bidang Kanan (B) Bidang Kiri (A) Bidang Kanan (B) Initial 0,027 0,024 0,027 0,022 0,031 0,027 0,044 0,048 Posisi 0º Bidang 1 0,039 0,030 0,031 0,031 0,015 0,014 0,031 0,034 Posisi 90º Bidang 1 0,014 0,009 0,047 0,040 0,038 0,038 0,055 0,060 Posisi 180º Bidang 1 0,036 0,037 0,042 0,036 0,052 0,052 0,061 0,064 Posisi 270º Bidang 1 0,052 0,046 0,016 0,013 0,036 0,036 0,049 0,049 Posisi 0º Bidang 2 0,040 0,034 0,034 0,029 0,017 0,017 0,031 0,032 Posisi 90º Bidang 2 0,016 0,009 0,037 0,042 0,035 0,035 0,054 0,057 Posisi 180º Bidang 2 0,043 0,037 0,032 0,037 0,049 0,049 0,060 0,070 Posisi 270º Bidang 2 0,052 0,045 0,019 0,012 0,038 0,038 0,048 0,053
Setelah  dilakukan  analisa  nilai  getaran  yang  timbul  saat  kondisi  awal,  kemudian  ditambahkan  dengan  massa unbalance , dan setelah dilakukan penyeimbangan, didapatkan perbedaan getaran yang diakibatkan oleh masing-masing massa unbalance . Terlihat pada tabel 4, semakin besar massa unbalance yang ditempatkan, semakin besar juga getaran yang  timbul.  Dengan  dilakukan  pengujian balancing menggunakan  metode  4  massa  coba,  nilai  getaran  mengalami penurunan. Namun, besarnya nilai penurunan getaran juga terpengaruh oleh berat massa unbalance yang terpasang. Hal ini  dapat  dilihat  pada  nilai  persentase  penyeimbangan  yang  dihasilkan.  Terlihat  bahwa  persentase  penyeimbangan semakin  besar  apabila  berat  massa unbalance juga  besar.  Tergambarkan  grafik  nilai  persentase  penyeimbangan  pada gambar 4.

## Gambar 4. Grafik Persentase Penyeimbangan

## 4. Kesimpulan
Dengan dilakukan pengujian ini, didapatkan hasil bahwa dengan ditambahkan massa unbalance benda berputar dalam  hal  ini  adalah  benda  uji  dapat  mengalami  keadaan  tak  seimbang.  Terlihat  juga  dengan  semakin  besar  massa unbalance ,  akan  semakin  besar  juga  nilai  getaran  yang  timbul  akibat  kondisi  tak  seimbang.  Kemudian  dari  hasil percobaan penyeimbangan setelah penambahan massa penyeimbang, nilai getaran yang timbul mengalami penurunan. Nilai persentase penyeimbangan terbesar sebesar 103% dan 88% dihasilkan dari penyeimbangan benda uji dengan berat massa unbalance 15gr dan terkecil sebesar 33% dan 39% dengan berat massa unbalance 8gr. Kondisi ini menunjukan bahwa besar berat massa unbalance berpengaruh dari prestasi penyeimbangan menggunaan metode 4 massa coba tanpa sudut fasa ini.

## Referensi
[1] Vierck, R. K. (1995). Analisis getaran. ERESCO.
[2] Swandono,  I.  K.  (2019).  Karakteristik  Getaran  Pada  3  Piringan  Akibat  Perubahan  Putaran  Poros  (Doctoral dissertation).
[3] Sularso, I., & Suga, K. (1991). Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin.
[4] Sonawan, H. (2014). Perancangan elemen mesin edisi revisi. ALFABETA. Bandung.
[5] Nurhadiyanto, D. (2015). Getaran Struktur, K-Media. Yogyakarta.
[6] Hadmoko,  T.,  Widodo,  A.,  &  Satrijo,  D.  (2015).  Balancing  Rotor  Dengan  Analisis  Sinyal  Getaran  Dalam Kondisi Steady State. JURNAL TEKNIK MESIN, 4(2), 251-257.
[7] Abidin,  D.  I.  Z.  (2004).  Balancing  of  Rotating  Equipment,  Bandung:  Laboratorium  Dinamika  –  PPAU  Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung.
[8] Al Abbood, M. T. S. (2019). A new mathematical analysis of two–plane balancing for long rotors without phase data. Association of Arab Universities Journal of Engineering Sciences, 26(1), 44-48.
[9] ISO-1925 Mechanical Vibration – Balancing – Vocabulary, 2001.
[10] ISO-21940-12 Procedure & Tolerance For Rotor Witth Flexible Behavior, 2016.
[11] Zhou,  S.,  &  Shi,  J.  (2001).  Active  balancing  and  vibration control of rotating  machinery:  a  survey.  Shock  and Vibration Digest, 33(5), 361-371.