## Karakteristik Penyebaran Panas pada Sistem Transmisi Roda Gigi dengan Termografi
Ali Mahmudi*, Parno Raharjo Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung Jln. Gegerkalong Hilir, Ds Ciwaruga Bandung 40012 Kotak Pos 1234 *E-mail: alimahmudi@polban.ac.id

## Abstract
Heat distribution monitoring (thermography) is one a predictive maintenance technique that can be used to determine the condition of the machine. Thermography has been widely applied, but generally for the thermal engines and heat exchangers purposes. Thermography for condition monitoring purposes of the rotating equipment including the gear transmission system are still small. Therefore further studies and research are required. The object of research is a gear transmission system that driven by an electric motor.  Measurement  and  data  collection  is  done  by  using  an  infrared  camera  to  scan  the  heat distribution on the main components of the gear transmission system for 120 minutes operation under a load, viscosity of the lubricant and a rotation constant. Data is collected every 15 minutes after the first 30 minutes operation. The descriptive analysis and trending analysis are used in the analysis. The test results indicate that there is a significant temperature increasing on the main components of the gear transmission system. The highest temperature occurs on  the driving motor body then followed by on the clutch, drive end motor bearings, drive end gearbox bearings, non drive end  gear box bearings, and on the gear box body.
Keywords: heat distribution, predictive maintenance, thermography, descriptive and trending analysis, infrared.

## Abstrak
Monitoring penyebaran  panas  (termografi)  merupakan  salah  satu  teknik  pemeliharaan  prediktif  yang dapat digunakan untuk menentukan kondisi mesin . Termografi umumnya digunakan untuk keperluan mesin  termal  dan  penukar  panas.  Informasi  termografi  yang  digunakan  untuk  keperluan monitoring kondisi  mesin  rotasi  termasuk  sistem  transmisi  roda  gigi  adalah  sedikit.  Oleh  karena  itu,  kajian  dan penelitian yang lebih lanjut tentang termografi diperlukan untuk monitoring . Obyek penelitian adalah sistem  transmisi  roda  gigi  yang  digerakkan  oleh  motor  listrik.  Pengukuran  dan  pengambilan  data dilakukan dengan menggunakan kamera infra merah untuk memindai penyebaran panas pada komponen utama sistem transmisi roda gigi yang dioperasikan dalam waktu 120 menit dengan viskositas pelumas dan putaran tetap. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit setelah dioperasikan 30 menit pertama. Analisis  yang  digunakan  adalah  analisis  deskriptif  dan  analisis  kecenderungan.  Hasil  pengujian menunjukkan bahwa terjadi kenaikan temperatur yang signifikan pada komponen utama sistem transmisi roda  gigi.  Kenaikan  temperatur  tertinggi  terjadi  pada  badan  motor  penggerak  kemudian  diikuti  oleh kopling, bantalan motor  sisi penggerak,  bantalan kotak roda gigi sisi penggerak, bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak, dan badan kotak roda ggi.
Kata  kunci: penyebaran  panas,  pemeliharaan  prediktif,  termografi,  analisis  deskriptif  dan kecenderungan, infra merah.

## 1. Pendahuluan
Monitoring penyebaran  panas  atau  termografi  merupakan  salah  satu  teknik  pemeliharaan  prediktif  yang  dapat digunakan  untuk  menentukan  kondisi  mesin.  Penyebaran  panas  pada  mesin  yang  tidak  biasa  menunjukkan  adanya gangguan  pada  mesin  tersebut. Monitoring penyebaran  panas  untuk  mesin  termal  dan  penukar  panas  sudah  sering diaplikasikan, sedangkan monitoring penyebaran panas untuk menentukan kondisi mesin rotasi termasuk transmisi roda gigi adalah sangat jarang. Oleh karena itu, diperlukan pengkajian yang lebih detail. Monitoring penyebaran panas dapat dilakukan secara off line . Monitoring penyebaran panas secara off line dilakukan secara serentak dengan cara memindai ( scanning ) pada permukaan mesin dengan alat termografi khusus. Hot spot atau titik penyebaran panas yang tinggi dapat dideteksi menggunakan thermocam dan dapat ditentukan penyebab panas yang terjadi sehingga dapat ditentukan jenis
kerusakan  mesinnya.  Tujuan  dari  penelitian  adalah  menentukan  sumber  kerusakan  mesin  dengan  menggunakan termografi.
Inspeksi  penyebaran  panas  atau  termografi    merupakan  teknik    pemeliharaan  prediktif  yang  bertujuan  untuk menentukan kondisi mesin atau peralatan dengan cara memeriksa atau memonitor kondisi penyebaran panas yang terjadi pada mesin tersebut. Inspeksi penyebaran panas telah banyak diterapkan untuk mesin termal dan penukar panas, tetapi untuk keperluan inspeksi kondisi mesin rotasi khususnya sistem transmisi roda gigi masih sangat sedikit dan terbatas. Higgs dkk. [1] melakukan investigasi tentang penerapan sistem inspeksi kondisi mesin di industri baik di industri minyak dan gas, manufaktur, tambang, transportasi dan pembangkit tenaga listrik di seluruh penjuru dunia. Hasil kajian mereka menunjukkan bahwa inspeksi vibrasi menduduki tingkat pertama diikuti oleh oil analysis , infrared thermography , human senses , motor  current  analysis , dye  penetrant , ultrasonic  crack  detection , magnetic  particle  detection dan acoustic emission.
Termografi infra merah ( infrared thermography) telah banyak digunakan di industri, akan tetapi informasinya masih sedikit. Penerapan termografi infra merah dilakukan dengan cara memindai ( scanning ) distribusi panas atau temperatur di permukaan mesin dengan menggunakan thermocam . Termografi adalah teknik monitoring kondisi yang mengukur pola radiasi  emisi  panas  dari  suatu  benda  yang  berbeda  seperti  mesin  atau  suatu  peralatan  industri  atau  pabrik.  Hal  ini diterapkan untuk menentukan peningkatan atau pengurangan luasan emisi panas yang menunjukkan adanya kerusakan alat atau mesin tersebut. Metode ini dapat mendeteksi suatu masalah atau kerusakan pada tingkat dini atau awal, sehingga dapat membantu mencegah kerusakan peralatan atau mesin lebih lanjut. Termografi dapat digunakan untuk mendeteksi gejala kerusakan sistim kelistrikan, peralatan mekanik, badan makhluk hidup, dan infra struktur teknik sipil.
Temperatur menjadi salah satu sifat fisik yang perlu diukur pada setiap proses yang menghasilkan panas. Pengukuran temperatur secara umum dilakukan dengan peralatan kontak langsung seperti thermometer dan thermocouple yang mana terjadi  perpindahan panas  konduksi  dan konveksi.  Sedangkan  untuk  mengukur  panas  yang  dipindahkan  secara radiasi digunakan alat ukur panas non-contact . Alat ukur non-contact memiliki harga yang lebih mahal, akan tetapi memiliki banyak keuntungan, antara lain non-intrusive , dapat digunakan dari jarak jauh, dapat digunakan pada obyek  atau target yang bergerak,  dan panas listrik. Infrared cameras dan detector adalah peralatan non-contact dan diaplikasikan untuk melihat pada rentang yang luas.
Pada  instalasi  kelistrikan,  panas  dapat  ditimbulkan  oleh  ketidaksempurnaan  sambungan  atau  hubungan  listrik ( improper faulty electrical contact or connections ). Pada mesin putar, panas dapat ditimbulkan oleh  ketidakseimbangan atau kelebihan beban jaringan ( unbalanced or overloaded circuit ) dan  keausan bantalan dan kopling ( bearing coupling wear ). Pada konstruksi bangunan, panas dapat timbul karena kerusakan  isolasi bangunan ( building isolation ) dan pada mesin  penggilingan  bahan  semen,  panas  dapat  ditimbulkan  oleh  melemahnya  lapisan  batu  tahan  api  ( refractory deterioration ) [2]. Pada motor listrik, panas yang berlebihan secara umum disebabkan karena kelebihan beban, kerusakan bantalan, misalignment ,  gesekan  berlebihan,  temperatur lingkungan  yang  berlebihan, kekurangan  ventilasi, rotor  yang terkunci,  ketidaksempurnaan  kesesuaian  beban,  variasi  catu  daya,  motor tiga  dan  satu  fasa dan   siklus start/stop yang berlebihan  [3].  Kad  [4]  menjelaskan  bahwa Infra  Red  Thermography dapat  digunakan  untuk  memonitor  atau mengevaluasi kondisi penyebaran panas dan kerusakan pada printed circuit board , MCB electrical system , transformer radiator dan electrial motor .
Fidali [5] melakukan penelitian dengan cara mengamati sebuah test rig yang terdiri dari motor yang menggerakkan cakeram melalui poros dan bantalan yang dilengkapi dengan sistem pengereman. Dari percobaan tersebut didapati bahwa thermography image dapat digunakan untuk mengidentifikasi kondisi atau keadaan suatu mesin dengan efisiensi sangat tinggi dan memungkinkan juga untuk mengklasifikasikan tingkatannya. Chirila dkk. [6] melakukan penelitian atau studi penyebaran pada yang mengenai rotating electric machine dengan cara melakukan pembuatan pemodelan penyebaran panas  pada  motor  listrik.  Pemodelan  tersebut  dapat  menentukan  koefisien  pemindahan  panas  secara  konveksi  ke lingkungan jika radiasinya dipertimbangkan sebagai panas. Selain itu, koefisien konveksi tidak terjadi perubahan secara significant .  Raj  dkk.  [7] melakukan  pengukuran  penyebaran  panas pada motor  bearing dan high  temperature  cracker furnace dan menyimpulkan bahwa thermography memiliki perbedaan yang khusus diantara NDT technique. Berdasarkan penelitian mereka didapai bahwa  perbedaan diantara NDT technique yaitu hasilnya cepat, mudah diadaptasikan, bebas dari radiasi yang tidak aman, berkemampuan penuh menghasilkan image dan menyajikan informasi hasil inspeksi secara kualitatif dan kuantitatif .
Moussa [8] melakukan pengujian penyebaran panas pada rolling bearing dengan thermografy pada test rig yang digerakkan  oleh  motor  listrik  melalui  poros.  Pengujian  dilakukan  dengan  memvariasikan  kondisi bearing mulai  dari bearing yang  baik  dan bearing yang  mengalami  kerusakan  lintasan  luarnya,  kerusakan  lintasan  dalamnya,  masalah pelumas dan kerusakan seal . Hasil pengujian menunjukkan bahwa pengukuran penyebaran panas dengan thermography dapat digunakan untuk monitoring kondisi bearing . Percobaan menunjukkan bahwa dengan lima kondisi bearing yang diteliti  hasilnya  bahwa  metode  tersebut  potensial  untuk  digunakan  untuk  mendeteksi  kerusakan  fisik bearing dan mendeteksi  umur pelumas.

## 2. Material dan Metode Penelitian
Kotak  roda  gigi helix HD  58  dengan  ratio  1:5  digerakkan  dengan  motor  listrik  1.5  Hp  dan  dilengkapi  dengan frequency regulator digunakan dalam penelitian ini. Percobaan dilakukan pada beban, pelumas, dan putaran tetap. Obyek penelitian ditunjukkan pada  Gambar 1.
Gambar 1. Sistem transmisi roda gigi
Pengujian dilakukan dengan memindai penyebaran panas menggunakan FLIR i5 Thermal Imaging Camera dengan spesifikasi temperature range -4°F to 482°F (-20°C to 250°C), thermal sensitivity (N.E.T.D): <0.1°C at 25°C, spectral range 7.5  to  13μm, field  of view 29°  x 29°, minimum  focus  distance 0.6  m   [9].  Pengambilan  data  penyebaran  panas dengan menggunakan Flir i5 dengan cara memindai ( scanning ) sebaran panas pada bagian-bagian utama sistem transmisi roda gigi. Pengujian dilakukan selama 120 menit dan penyimpanan data dilakukan setiap 15 menit setelah dioperasikan selama 30 menit. Pengujian sistem transmisi roda gigi  dioperasikan pada putaran 300 rpm, menggunakan pelumas EP 90, beban 2,850 kg dan radial misalignment arah vertikal 0.5 mm.  Analisis data dilakukan dengan analisis deskriptif dan kecenderungan. Analisis deskriptif yaitu analisis dengan cara menjelaskan fenomena penyebaran panas yang terjadi pada sistem transmisi roda gigi tersebut yang meliputi motor penggerak, kopling, dan bantalan.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pengujian dilakukan pada kotak roda gigi, dengan beban cakeram 2,85 kgf (28,5N), dengan putaran input 300 rpm, putaran out put 50 rpm. Pelumas yang digunakan EP 90, dengan radial misalignment arah vertikal 0.5 mm. Pengujian dilakukan selama 120, pengambilan data dilakukan setiap 15 menit setelah 30 menit operasi dilakukan.
Pemindaian temperatur dilakukan pada  permukaan  badan motor  penggerak  (MB),  bantalan motor  sisi  penggerak (BMDE), kopling (CPL), bantalan kotak roda gigi sisi penggerak (BGDE), bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak (BGNDE) dan badan roda gigi (GAMBARB). Pemindaian temperatur pada keseluruhan sistem transmisi roda gigi setelah dioperasikan 30 dan 120 menit  ditunjukkan seperti pada G ambar 2. Dari Gambar 2 didapati bahwa rentang temperatur keseluruhan  berkisar  dari  27 o C  sampai  dengan  38 o C.  Gambar  3  menunjukkan  temperatur  badan  motor  (MB)  yang dioperasikan pada 30 menit dan 120 menit. Dari Gambar 3 teramati bahwa temperatur pada badan motor masing masing 32.9 o C pada operasi 30 menit dan 38.8 o C pada operasi 120 menit.
Gambar 2. Pemindaian temperatur  pada keseluruhan sistem transmisi setelah  operasi 30 menit dan 120 menit
Gambar 3. Pemindaian temperatur badan motor (MB) pada operasi 30 dan 120 menit
Temperatur bantalan pada bantalan motor sisi penggerak (BMDE) yang dioperasikan pada 30 menit dan 120 menit ditunjukkan seperti pada Gambar 4. Dari Gambar 4 teramati bahwa temperatur pada bantalan motor sisi penggerak 32.8 o C  pada  operasi  30  menit  dan  37.1 o C  pada  operasi  120  menit.  Pemindaian  temperatur  pada  kopling  (CPL)  yang dioperasikan pada 30 menit dan 120 menit ditunjukkan seperti pada Gambar 5. Dari Gambar 5 temperatur pada kopling masing masing 32.7 o C pada operasi 30 menit dan 35.2 o C pada operasi 120 menit. Pemindaian temperatur pada bantalan kotak roda gigi sisi penggerak (BGDE) yang dioperasikan pada 30 menit dan 120 menit ditunjukkan seperti pada Gambar 6.
Gambar 4 . Pemindaian temperatur bantalan motor sisi penggerak (BMDE) pada  operasi 30 dan 120 menit
Gambar 5. Pemindaian temperatur  kopling (CPL) pad operasi 30 dan 120 menit
Gambar 6. Pemindaian temperatur bantalan kotak roda gigi sisi penggerak (BGDE) pada operasi 30 dan120 menit
Temperatur pada bantalan kotak roda gigi sisi penggerak masing masing  33.0 o C pada operasi 30 menit dan 33.1 o C pada  operasi  120 menit.  Pemindaian  temperatur pada  bantalan  kotak roda  gigi  sisi non  penggerak  (BGNDE)  yang dioperasikan pada 30 menit dan 120 menit ditunjukkan seperti pada Gambar 7. Temperatur pada bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak (BGNDE) adalah 29.8 o C pada operasi 30 menit  dan 37.1 o C  pada 120 menit. Pemindaian temperatur pada  badan  kotak roda  gigi  (GAMBARB)  pada  operasi  30 menit  dan  120 menit  ditunjukkan  seperti pada  Gambar  8  . Temperatur badan kotak roda gigi (GAMBARB) yang dioperasikan pada 30 menit  dan 120 menit  selama 30 menit dan 120 menit masing masing 30.3 o C dan 29.6 o C.
Gambar 7. Pemindaian temperatur bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak  (BGNDE) pada operasi 30 menit dan 120 menit
Gambar 8. Pemindaian temperatur  badan kotak roda gigi (GAMBARB) operasi 30 menit dan 120 menit
Dari hasil pemindaian temperatur teramati bahwa pola penyebaran panasnya tetap dominan terjadi pada badan motor penggerak  (MB),  bantalan  motor  sisi  penggerak  penggerak  (BMDE),  kopling  (CPL),  bantalan  kotak  roda  gigi  sisi penggerak (BGDE), bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak (BGNDE) dan badan kotak roda gigi (GAMBARB). Temperatur tertinggi mencapai  38.5 o C terjadi pada badan motor penggerak. Kecenderungan kenaikan temperatur pada badan motor penggerak, bantalan motor sisi penggerak, kopling, bantalan kotak roda gigi sisi penggerak, bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak dan badan kotak roda gigi ditunjukkan seperti pada Gambar 9.
Gambar 9. Kenaikan temperatur pada komponen sistem transmisi kotak roda gigi selama 120 menit
Dari Gambar 9 teramati bahwa grafik kenaikan temperatur pada komponen sistem transmisi  kotak roda gigi yang dioperasikan selama 120 menit menunjukkan bagian yang penting seperti badan motor penggerak (MB),  bantalan motor penggerak (BMDE), kopling (CPL), bantalan kotak roda gigi sisi penggerak (BGDE), bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak  (BGNDE),  dan  badan  kotak  roda  gigi  (GAMBARB)  menunjukkan  kenaikan  yang  signifikan.  Grafik  juga menunjukkan  bahwa  temparatur  tertinggi  terjadi  pada  badan  motor,  diikuti  bantalan  motor  sisi  penggerak,  kopling, bantalan kotak roda gigi sisi penggerak, badan kotak roda gigi dan bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak. Selain itu, grafik juga menunjukkan bahwa pada kopling, bantalan kotak roda gigi sisi penggerak, badan kotak roda gigi dan bantalan  kotak  roda  gigi  sisi  non  penggerak,  temperatur  maksimumnya  terjadi  ketika  dioperasikan  pada  75  menit. Sedangkan pada badan motor penggerak dan bantalan motor sis penggerak terus mengalami kenaikan.

## 4. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa pola penyebaran panas tertinggi terjadi pada badan motor listrik penggerak diikuti bantalan  motor sisi penggerak, kopling, bantalan kotak roda gigi sisi penggerak, badan kotak roda gigi dan bantalan kotak roda gigi sisi non penggerak. Temperatur tertinggi yaitu 38.5 o C terjadi pada badan motor listrik. Selain dari pada itu temperatur maksimumnya terjadi ketika dioperasikan pada 75 menit, kecuali pada badan motor penggerak dan bantalan motor sisi penggerak yang terus mengalami kenaikan.

## Daftar Pustaka
[1]   Higgs, P. A., Parkin, R., Jackson, M.,   2004, “ A Survey on Condition Inspections System in Industry” , Proceeding of ESDA 2004 , 7 th Biennual ASME Conference [2]  Raharjo, P, 2014, “ Teknik Pemeliharaan, Teknik Monitoring Kondisi Mesin” ,  UPT Penerbit Politeknik Negeri Bandung, Bandung.
[3]  Newport, R, 2002, “ Improving Motor Reliability With Infrared Condition Monitoring”, Electrical Line, Circle 40, Reader Service Card.
[4]  Kad,  R,  S,  2013,  “ IR  thermography  is  a  Condition  Monitor  Technique  in  Industry” ,  International  Journal  of Edvanced Reseach in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Volume 2, Issue 3, March, ISSN On Line 2278-8875.
[5]  Fidali, M, 2008, “ An Idea of Continuous Thermographic Monitoring of Machinery” , 9 th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, Juli 2-5, Krakow,  Poland.
[6]  Chirila, A, I, Ghita, C, Craciunescu, A, Deaconu, L,D, Navrapescu, V, Catrinoiu, 2011, “ Rotating Electric Machine Thermal Study , International Conference on Renewable Energies and Power Quality”, Las Palmas de Gran Canaria, Spain, 13 th - 15 th April.
[7]  Maria Michael Raj, I, Patel R, D, 2013,  “ Thermography Excellent Tool for Condition Monitoring in Industries”, Heavy Water Plant, India, https://www.ndt.net/article/apcndt2013/papers/097.pdf
[8]  Moussa,  W,  2017,  “ A  Passive  Thermography  Approach  to  Bearing  Condition    Monitoring” ,  Journal  Material Science, Volume 1, Issue 4, May, Juniper On Line, ISSN: 2575-856X, Pharos University, Alexandria, Egypt.
[9]  Flir i5, FLIR i5 Compact Infrared Camera, “ Manual Operation ”. .