Perancangan Mesin Balancing Dinamis pada Putaran Maksimal 1485 RPM dengan Metode 4 Massa Coba
Imron Fahreza Yudha, Murni* Departemen Teknologi dan Industri, Sekolah Vokasi, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudarto, SH., Tembalang-Semarang 50275, Telp. +62247460059 *mochmurni@lecturer.undip.ac.id

## Abstract
Unbalance  is  defined  as  the  condition  that  exists  in  the  rotor  when  a  vibratory  force  or  motion  is exerted  on  its  bearings  as  a  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. Balancing process aims to reduce vibrations that occur in  the rotor system  by adding or reducing mass in the rotor. To determine the state of unbalance, a vibration meter is used to measure the value of vibrations that occur in unbalanced test objects.
The dynamic balancing machine is designed on a laboratory scale as a support for the lecture process related to testing the balance of objects that work in rotation on the Mechanical Design Engineering S.Tr campus. In the design and construction of this dynamic balancing test tool, the design was carried out using SolidWorks software 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 hole disks for placement of the test mass. In the test, the 4 dynamic trial mass method was used, with the condition of the disk object being an unbalance mass of 10 grams with a different position in the two planes. 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 a balancing calculation was carried out, the balancing mass value for the left  rotor  was  5.278  g  at  position  0 0 and  13.17  g  at  position  270 0 ,  while  on  the  right  rotor  a counterweight mass was 0.17 g at position 0 0 and 2.44 g at position position 270 0 . After the balancing mass is installed, the results of the decrease in vibration value due to the addition of mass are 74% on the left  bearing and 88% on  the right bearing. In this test, the rotor was tested at  several  rotational speeds and all of them showed a decrease in the vibration value.
Keywords : Balancing, rotor, vibration

## Abstrak
Unbalance atau  ketidakseimbangan  didefinisikan  sebagai  kondisi  yang  ada  di  rotor  ketika  gaya  atau gerakan  getaran  yang  diberikan  ke  bantalannya  sebagai  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. Proses Balancing bertujuan untuk mengurangi getaran yang terjadi pada sistem  rotor  dengan  menambahkan  atau  mengurangi  massa  pada  rotor.  Untuk  mengetahui  keadaan unbalance digunakan vibration meter untuk mengukur nilai getaran yang terjadi pada benda uji yang unbalance .
Mesin Balancing dinamis  dirancang  dalam  skala laboratorium  sebagai  penunjang  proses  perkuliahan yang  berkaitan  dengan  pengujian  keseimbangan  benda  yang  bekerja  secara  rotasi  di  kampus  S.Tr Rekayasa  Perancangan  Mekanik.  Pada  rancang  bangngun  alat  uji Balancing dinamis  ini,  dilakukan desain menggunakan software SolidWorks dengan daya motor 1 hp dengan kecepatan putar maksimal 1485  RPM  dan  menggunakan  fixed  shaft  yang  dipasang  benda  uji  2  buah  disk  lubang  untuk penempatan massa pengujian.
Pada  pengujian  digunakan  metode  4  massa  coba  dinamis,  dengan  kondisi  benda  uji  disk  dipasang massa unbalance sebesar 10 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  perhitungan  penyeimbangan,  didapatkan  nilai massa penyeimbang untuk rotor bagian  kiri sebesar 5,278 gr pada posisi 0 0 dan 13,17 gr pada posisi 270 0 , sedangkan pada rotor bagian kanan didapatkan massa penyeimbang sebesar 0,17 gr pada posisi 0 0 dan 2,44 gr pada posisi 270 0 .Setelah massa penyeimbang dipasang didapatkan hasil penurunan nilai getaran  akibat  penambahan  massa  sebesar  74  % pada  bantalan  kiri  dan  88  %  pada  bantalan  kanan  . pada pengujian ini, rotor diuji dalam beberapa kecepatan putar dan semuanya menunjukan penurunan nilai getaran.
Kata kunci: Balancing , rotor, getaran

## 1. Pendahuluan
Perkembangan ilmu pengetahuan yang sangat pesat membuat semakin banyaknya diproduksi mesin - mesin untuk memenuhi  kebutuhan  manusia.  Di  dunia  industri  banyak  digunakan  mesin  untuk  mempermudah  serta  mempercepat pekerjaan. Mesin-mesin rotasi  seperti turbin, kompresor, pompa, dan fan banyak digunakan di  dunia industri. Mesin- mesin  rotasi  tersebut  pada  umumnya  terdiri  dari  poros  yang  berputar  dengan  putaran  tertentu  [1].  Pada  mesin-mesin yang bekerja secara  rotasi, kondisi unbalance dapat terjadi karena   massa yang berlebih  pada bagian 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  [2].Oleh karena itu sebelum beroperasi mesin-mesin tersebut  harus  melalui  proses balancing supaya  mesin  dapat  berputar  dengan  cepat  tanpa  mengalami  getaran  dan resonansi yang tinggi [3].
Getaran adalah gerakan beraturan dan berulang secara kontinyu atau dapat juga berupa gerakan tidak beraturan atau acak  [4] Getaran  yang  disebabkan  oleh  keadaan  ketidakseimbangan  terjadi  pada  (1X)  RPM  elemen  yang  mengalami ketidakseimbangan  dan  amplitude  getaran  sebanding  dengan  besarnya  ketidakseimbangan  yang  terjadi  pada  mesin dengan poros putar, amplitudo terbesar dan terukur pada arah horizontal [5,6]. Amplitudo yang didapatkan dari sinyal getaran  berfungsi  untuk  mengidentifikasi  gangguan  yang  terjadi.  Semakin  tinggi  atau  besar  nilai  amplitude,  maka menandakan  semakin  besar  juga  gangguan  yang  terjadi  [7].Salah  satu  penyeimbangan  yang  sering  digunakan  adalah penyeimbangan secara dinamis, karena mencakup keseluruhan kondisi unbalance pada sebuah rotor [5]. Pada penelitian ini,  dikembangkan  alat  instrumentasi  pengujian balancing dinamis.  Metode  penyeimbangan  yang  digunakan  yaitu  4 massa coba tanpa sudut fasa  [8] . Metode ini hanya menggunakan amplitudo getaran pada kedua bantalan untuk dicari massa  penyeimbangnya.  Pada  penelitian  ini,  benda  uji  diberikan  massa  tak  seimbang  sebesar  10  gram  pada  kedua bidang  ,  kemudian  akan  dilakukan  penyeimbangan  secara  dinamis.  Penelitian  ini  bermaksud  mengimplementasikan penyeimbangan dinamis menggunakan alat instrumentasi yang dirancang dengan metode 4 massa coba tanpa sudut fasa, selain itu juga bertujuan untuk menganalisa kondisi benda uji sebelum dan sesudah diseimbangkan.
2. Material dan metode penelitian
2.1   Diagram Alir
`
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Pada penelitian ini, alat uji balancing dinamis dirancang dengan benda uji berupa 2 buah disk dengan variasi penempatan  massa,  pada  rancang  bangun  alat  ini  dilakukan  perhitungan  elemen  mesin  pada  poros  dan  koping  [9]. Dalam penelitian ini setelah dilakukan rancang bangun, dilakukan pengujian balancing dinamis. Dalam penelitian two plane balancing ini menggunakan dua buah rotor disk, karena rotor tersebut diasumsikan dalam kondisi balance, maka dipasang massa unbalance pada kedua rotor pada posisi sudut penempatan yang berbeda untuk mengasumsikan kondisi tak  seimbang  dinamis.  Setelah  massa unbalance sudah  terpasang  maka  akan  dilakukan  penyeimbangan  pada  kedua bidang  menggunakan  metode  4  massa  coba.  Metode  ini  hanya  menggunakan  data  simpangan  untuk  melakukan penyeimbangan. Parameter yang diukur pada pengujian ini yaitu kecepatan getaran sebagai acuan kondisi balance dan simpangan sebagai data perhitungan untuk menentukan massa penyeimbang.

## 2.2 Set Up Pengujian
Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji balancing dinamis yang telah dirancang. Alat ini dapat berkerja pada kecepatan maksimum 1485 RPM.  Benda uji dirancang dengan lubang penempatan massa. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi , Universitas Diponegoro.
Adapun alat uji balancing dinamis dapat dilihat pada Gambar 2
Gambar 2. Alat Uji Balancing Dinamis
a. Pengujian dengan massa unbalance 10 gram.
Gambar 3. Pemasangan massa tak seimbang 10 gr Pada  pengujian  ini,  benda  rotor  dipasang  massa  tak  seimbang  sebesar  10  gram  pada  kedua  bidang  seperti  pada gambar  2.4.  Dengan  demikian  benda  mengalami  ketidakseimbangan  secara  dinamis  karena  pada  dua  biang  yagng berbeda  terdapat  massa  tak  seimbang  yang  tidak  berada  satu  sumbu.  Makaa  dari  itu,  mengacu  pada  ISO  21940  - Penyeimbangan  dinamis  dilakukan  jika  ketidakseimbangan  awal  terkonsentrasi  pada  dua  bidang melintang  seh-ingga koreksi dilakukan pada kedua bidangnya [10]. Kemudian untuk data yang diukur yaitu kecepatan getaran pada kondisi awal  tanpa  penambahan  massa,  kondisi  penambahan  massa,  dan  kondisi  setelah  diberikan  masa  penyeimbang.  Pada pengujian ini dilakukan percobaan pada beberapa kecepatan putaran rotor. Dengan massa coba yang digunakan sebesar 10 gram,
Langkah-langkah dalam pengujian ini yaitu :
1. Pengujian dimulai dengan melakukan initial run pertama untuk mengukur kecepatan getaran alat uji balancing .Pengukuran dilakukan pada Housing bearing di kedua bidang .
2. Kemudian  ukur  kecepatan  getaran  ( velocity ),  yang  timbul  di  Housing  bearing  sisi  Left  (L)  dan  Right  (R) menggunakan vibrometer pada secara radial (horizontal dan vertikal) dan juga pada posisi axial.
3. Selanjutnya, tempatkan massa unbalance (mur dan baut) pada lubang-lubang yang terdapat pada disk.
4. Pada trial run ,(dengan penambahan massa 10 gr) pengukuran getaran pada kondisi ini dilakukan pada putaran 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm dan 1485 rpm (maksimum).
5. Kemudian  ukur  kecepatan  getaran  ( velocity ),  Simpangan  ( Displacement ),)  pada  bidang  pengukuran  Left  (L) dan Right (Kanan) tepatnya di Housing Bearing.
6. Pada  Run  1,  tempatkan  massa  coba  pada  sudut  0 o di  bidang  penempatan  Kiri.  Lalu  Nyalakan  motor,  atur kecepatan untuk  penyeimbangan , dan lakukan pengukuran simpangan ( Displacement ), pada masing-masing bidang pengukuran.
7. Pada Run 2, 3, dan 4 massa coba di tempatkan pada sudut 90 o , 180 o , dan 270 o kemudian nilai masing-masing getaran diukur menggunakan vibrometer.
8. Selanjutnya pada run 5, 6, 7, dan 8 mengikuti langkah g dan h, namun perbedaannya massa coba di tempatkan pada bidang penempatan kanan.
Setelah melakukan pengambilan data, didapatkan hasil pengukuran awal, kondisi tak seimbang, dan parameter getaran  pada  posisi  radial,  horixontal  dan  vertikal  serta  hasil  pengukuran  amplitudo  pada  tiap  pemasangan massa coba yang akan digunakan untuk perhitungan massa penyeimbang.
Tabel 1. Hasil Pengukuran Amplitudo Posisi massa coba Bidang Pengukuran Bidang Kiri ( A) Bidang Kanan (B) Initial Run 0,027 0,022 Posisi 0 o bidang 1 0,031 0,031 Posisi 90 o bidang 1 0,047 0,04 Posisi 180 o bidang 1 0,042 0,036 Posisi 270 o bidang 1 0,016 0,013 Posisi 0 o bidang 2 0,034 0,029 Posisi 90 o bidang 2 0,037 0,042 Posisi 180 o bidang 2 0,032 0,037 Posisi 270 o bidang 2 0,019 0,012
Setelah itu dilakukan perhitungan massa penyeimbang dengan metode perhitungan 4 massa coba tanpa sudut fasa[6]: Menentukan nilai ,
Menentukan nilai ,
=  -0,01955
Menentukan nilai ,
0,003214
Menentukan nilai
= -71,984
Menentukan nilai
Menentukan nilai Setelah mendapatkan nilai , , , , dan , maka dapat ditentukan faktor koreksi pada masing-masing bidang dan sudut penempatan.
Faktor koreksi bidang kiri (A) pada posisi X
Faktor koreksi bidang kiri (A) posisi Y
Faktor koreksi bidang kanan (B) posisi X
Faktor koreksi bidang kanan (B) posisi Y
Setelah  didapatkan  nilai  faktor  koreksi  untuk  setiap  bidang  ,  maka  massa  penyeimbang  pada  tiap  bidang  dan  posisi dapat ditentukan dengan mengalikan faktor koreksi dengan berat massa coba :
, bidang kiri posisi penempatan 0 0
, bidang kiri posisi penempatan 270 0
, bidang kanan posisi penempatan 0 0
, bidang kanan posisi penempatan 270 0
Dari hasil tersebut, dipasang massa penyeimbang seperti pada gambar 2.5
Gambar 4. Kondisi Pemasangan Massa penyeimbang

## 3. Hasil dan Pembahasan
Dari data hasil pengukuran pada Tabel 2. Hasil pengukuran pada 3 posisi yang berbeda di bantalan , didapatkan nilai kecepatan  getaran  pada  arah  horizontal  lebih  tinggi  daripada  kecepatan  getaran  pada  arah  aksial  maupun  vertikal. Menurut ISO-2372, dilkasifikasikan untuk diagnosa dari kondisi getaran dari parameter yang diukur berupa kecepatan getaran dengan kondisi yang didapat merupakan kondisi unbalance .
T abel 2. Hasil Pengukuran Pada 3 Posisi Berbeda
Bidang Kecepatan Putar (RPM) Kecepatan getaran Horizontal Aksial Vertikal Kiri (A) 1485 (Maks) 3,227 1,134 1,906 Kanan (B) 2,495 1,013 0,759
Pada  pengujian  yang  telah  dilakukan,  didapatkan  3  data  pengukuran  pada  kondisi  berbeda,  yaitu  kondisi  awal, kondisi penambahan massa dan kondisi setelah penyeimbangan.  Data hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3. Hasil Pengukuran Pada 3 Kondisi
Dari  tabel  diatas  ,  penambahan  massa  tak  seimbang  menyebabkan  kenaikan  nilai  kecepatan  getaran  yang diukur.  Kemudian  setelah  diseimbangkan  nilai  getaran  setelah  diseimbangkan  turun  pada  tiap  kecepatan  putar  yang diujikan.  Pada pengujian ini  juga dapat  dilihat  bahwa semakin  tinggi  kecepatan putar benda uji, semakin tinggi  pula getaran yang dihasilkan.  Kemudian untuk menganalisa ketidakseimbangan akibat massa tak seimbang sebesar 10 gram, diambil nilai selisih kenaikan nilai getaran dari kondisi awal. Sehingga didapatkan data nilai kenaikan dan penurunan getaran. Data hasil tersebut dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4. Kenaikan dan penurunan nilai getaran dari kondisi awal
Kecepatan Putar (rpm) Kenaikan Getaran Penurunan Getaran Persentase penyeimbangan (%) Kiri (A) Kanan (B) Kiri (A) Kanan (B) Kiri (A) Kanan (B) 1000 0,327 0,245 0,249 0,227 76% 93% 1200 0,446 0,572 0,142 0,466 32% 81% 1400 0,58 1,06 0,386 0,894 67% 84% 1485 0,854 1,366 0,628 1,205 74% 88%
Setelah dianalisa, penambahan massa tak seimbang sebesar 10 gram menyebabkan kenaikan getaran pada kedua bidang,nilai kenaikan getaran semakin tinggi ketika kecepatan putar yang di uji semakin tinggi juga. Kemudian setelah diseimbangkan, terjadi penurunan nilai kecepatan getaran,kemudian selisih nilai  penurunan tersebut di representasikan dalam  persen  sehingga  dapat  dilihat  efektifitas  penyeimbangan.  ,Hasil  penyeimbangan  dengan  metode  4  massa  coba secara keseluruhan  menunjukan penurunan yang cukup tinggi. Pada kecepatan putar penyeimbangan, yaitu 1485 rpm, dapat menurunkan kecepatan getaran akibat massa tak seimbang sebesar 10 gr sebesar 74% di bidang bantalan kiri dan 88% pada bidang bantalan kanan.
Kemudian data ditampilkan dalam Gambar 5. Grafik Presentase Hasil Penyeimbangan
Gambar 5. Grafik Hasil Penyeimbangan
Bidang Kecepatan Putar (RPM) Kecepatan getaran (mm/s) Kondisi awal Kondisi tak seimbang Kondisi seimbang Kiri (A) 1000 0,617 0,944 0,695 Kanan (B) 0,617 0,862 0,635 Kiri (A) 1200 1,597 2,043 1,901 Kanan (B) 0,76 1,332 0,866 Kiri (A) 1400 2,022 2,602 2,216 Kanan (B) 1,069 2,129 1,235 Kiri (A) 1485 (Max.) 2,373 3,227 2,599 Kanan (B) 1,129 2,495 1,207
Pada grafik persentase hasil penyeimbangan, nilai persentase  tertinggi didapat  pada  kecepatan uji 1000 rpm, pada kecepatan 1200, nilai penurunan pada bidang bantalan kiri hanya sebesar 34%, yang merupakan nilai terkecil dibanding hasil yang lain baik pada bidang kiri maupun kanan. Secara keseluruhan, dari parameter yang diukur berupa kecepatan getaran turun pada semua kecepatan putar yang diujikan.

## 4. Kesimpulan
Pada  pengujian  ini  didapatkan  hasil  bahwa  benda  mengalami unbalance sebagai  akibat  dari  penambahan  massa unbalance yang dipasang pada rotor sebsar 10 gr. Setalah diukur pada ketiga posisi bidang pengukuran tiap bantalan, didapatkan  nilai  getaran  pada  arah  horizontal  lebih  tinggi  daripada  getaran  pad  arah  vertikal  dan  aksial,  yang  mana menurut  ISO-2372  merupakan  salah  satu  parameter  benda  mengalami unbalance .  Kemudian  dari  hasil  percobaan  di beberapa putaran kerja, semakin tinggi kecepatan putar rotor, nilai kecepatan getaran yang dihasilkan semakin tinggi. Hal  ini  berlaku  pada  kondisi  sebelum  dan  sesudah  penyeimbangan.    Kondisi  benda  uji  setelah  ditambahkan  massa unbalance 10 gr mengalami kenaikan nilai getaran, yang cenderung semakin tinggi jika kecepatan putar rotor semakin tinggi. Kemudian setelah dilakukan perhitungan menggunakan data amplitudo getaran, didapatkan massa penyeimbang untuk bidang kiri sebesar 5,278 gr pada posisi 0 0 dan 13,17 gr pada posisi 270 0 , sedangkan pada rotor bagian kanan didapatkan  massa  penyeimbang  sebesar  0,17  gr  pada  posisi    0 0 dan  2,44  gr  pada  posisi  270 0 .Lalu  setelah  dilakukan penyeimbangan  nilai  kecepatan  getaran  mengalami  penurunan  yang  sebelumnya  naik  akibat  penambahan  massa  tak seimbang  10  gram,  dengan  persentase  penurunan  tertinggi  terjadi  pada  putaran  1000  rpm,  dengan  nilai  76  %  pada bidang  pengukuran    kiri  dan  93%  pada  bidang  kanan.  Sedangkan  persentase  penurunan  paling  rendah  terjadi  pada putaran  1200  rpm  dengan  nilai  74  %  di  bidang  kiri  dan  88%  pada  bidang  kanan.  Secara  keseluruhan,  nilai  getaran akibat.  Secara  keseluruhan,  getaran  yang  naik  akibat  penambahan  massa  tak  seimbang  sebesar  10  gram  pada  kedua bidang dapat di turunkan atau diseimbangkan menggunakan metode 4 massa coba tanpa sudut fasa ini.

## Daftar Pustaka
[1] S. Zhou dan J. Shi, “Active Balancing and Vibration Control of Rotating Machi nery: A Survey,” The Shock and Vibration Digest, pp. 361-371, 2001.
[2] ISO-1925 Mechanical Vibration - Balancing - Vocabulary, 2001.
[3] T. Hadmoko, A. Widodo dan D. Satrio, “Balancing Rotor Dengan Analisis Sinyal Getaran Dalam Kondisi Steady State, ” Jurnal Teknik Mesin S-1 Vol. 4, No. 2, pp. 251-257, 2016.
[4]   R. K. Vierck, Analisa Getaran, Bandung: PT Eresco Bandung, 1995.
[5]   D. I. Z. Abidin, Balancing of Rotating Equipments, Bandung: Laboratorium Dinamika - PPAU Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung, 2004.
[6]   D. Nurhadiyanto, Getaran Struktur, Yogyakarta: K-Media, 2015.
[7]   I. K. Swandono, Karakteristik Getaran Pada 3 Piringan Akibat perubahan Putaran Poros, Medan, 2019.
[8] M. T. S. A. Abbood, “A New Mathematical Analysis of Tw o – Plane Balancing for Long Rotors without Phase Data,” Association of Arab Universities Journal of Engineering Sciences, pp. 44-18, 2019.
[9]   Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Jakarta: Pradnya Pramita, 2004.
[10] ISO 21940-12 Procedure & Tolerance For Rotor With Flexible Behaviour, 2016.