i

DETEKSI KEGAGALAN UNBALANCE DAN LOOSENESS

PADA SISTEM ROTOR DINAMIK MENGGUNAKAN

WAVELET DECOMPOSITION METHOD

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

ABDOLLAH

NIM. I0412001

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

ii

iii

iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa saya

Nama : Abdollah

NIM : I0412001

Program Studi : S-1 Teknik Mesin

Menyatakan dalam skripsi dengan judul “Deteksi Kegagalan Unbalance

dan Looseness pada Sistem Rotor Dinamik Menggunakan Wavelet Decomposition

Method” tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar

kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak

terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain,

kecuali yang tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Jika terdapat hal-hal yang tidak sesuai dengan ini, maka saya bersedia derajat

kesarjanaan saya dicabut.

Surakarta, 18 Juli 2017

Abdollah

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT atas segala nikmat dan karunia yang

diberikan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Dengan mengucapkan rasa

syukur kepada Allah SWT, karya ini saya persembahkan kepada:

Ibuku tersayang Kamiyem yang selalu mendoakan untuk kebaikan anak-anaknya,

serta kasih sayang yang sangat dalam untuk kami semua

Bapakku Marimin yang saya banggakan yang selalu bekerja keras dan selalu

berdoa untuk kebaikan kami sekeluarga

Kakak dan adik sepupuku yang selalu saya sayangi Muslim Mustofa, Siti Rohmah,

Eka Fatimah, Hayyuantika yang selalu memberi motivasi untuk segera

menyelesaikan tugas akhir ini

Serta semua keluarga besar yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu

Bapak R. Lulus Lambang dan Bapak Budi Santoso yang selalu memberikan

bimbingan dan ilmu kepada saya yang InsyaAllah akan bermanfaat bagi saya di

masa depan

Semua sahabat di Teknik Mesin UNS terutama angkatan 2012 (Camro): Agil,

Agung, Aldi, Alfi, Apri, Bayu, Bagus, Bima, Cahyo, Dandy, Dharma, Fachri,

Faishal, Frans, Guntur, Tommy, Baim, Ivan, Olif, Lasikun, Rizqi, Mahfudz, Asfar,

Andy, Mirsa, Oky, Ditya, Afit, Rama, Rezha, Ifa, Ridwan, Syarif, Alam, Vidi,

Wachid, Wahyu, Bilal, Zulfi yang selalu berjuang dari INJEKSI hingga sekarang

yang akan selalu saya rindukan

Teman seperjuangan dan kakak tingkat Tugas Akhir Getaran yang selalu berjuang,

berusaha dan semangat demi terselesaikannnya tugas akhir ini

Rekan di dusun Bulurejo RT 03, alumni SMA Jumapolo kelas ICT, Tim KKN Desa

Nawangan 2016 dan Sahabatku semua yang tidak dapat saya sebutkan satu

persatu yang telah memberikan doa, motivasi dan bantuan dalam segala hal

kepada saya

vi

MOTTO

“ Menuntut ilmu itu wajib atas setiap orang islam, karena sesungguhnya

semua (makhluk), sampai binatang-binatang di laut memohonkan ampun

untuk orang yang menuntut ilmu ” (H.R. Ibnu Abdurrahman)

“ Barang siapa yang menempuh perjalanan untuk mencari ilmu, maka Allah

mudahkan jalannya menuju Surga ” (H.R. Muslim)

“ Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan “ (QS:94:6)

“ Motto ojo akeh-akeh ngko ndak marai bodo ” (Masyarakat Dukuan)

7

DETEKSI KEGAGALAN UNBALANCE DAN LOOSENESS PADA

SISTEM ROTOR DINAMIK MENGGUNAKAN

WAVELET DECOMPOSITION METHOD

Abdollah

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Indonesia

E-mail : abdoellah001@gmail.com

Abstrak

Mesin rotasi banyak digunakan di industri. Mesin rotasi sangat vital

sehingga kerusakan pada mesin rotasi dan komponen-komponennya dapat

mengganggu produksi dari industri tersebut. Kegagalan yang sering muncul yaitu

unbalance, misalignment, looseness, bearing fault, dan sebagainya. Penelitian ini

bertujuan untuk melakukan deteksi kondisi kegagalan unbalance dan looseness

pada sistem rotor dinamik dengan variasi kecepatan putar 600 rpm, 800 rpm, dan

1000 rpm. Pengambilan data menggunakan data akuisisi dengan sensor

accelerometer yang dipasang pada arah vertikal pada rumah bantalan. Data sinyal

getaran diolah menggunakan program Matlab 2016, dengan wavelet decomposition

method. Untuk diagnosis kegagalan menggunakan spektrum domain frekuensi.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada kondisi unbalance, terdapat puncak

dominan pada frekuensi 1x rpm untuk semua variasi kecepatan. Sedangkan pada

kondisi looseness, terdapat puncak dominan pada frekuensi 2x rpm untuk semua

variasi kecepatan. Pada kondisi kegagalan tersebut, besar amplitudo spektrum

domain frekuensi pada setiap variasi kecepatan putar mengalami kenaikan seiring

bertambahnya kecepatan putarnya.

Kata kunci : rotor dinamik, ketidakseimbangan, kelonggaran, dekomposisi

wavelet.

8

UNBALANCE AND LOOSENESS FAULT DETECTION

IN ROTORDYNAMIC SYSTEM USING WAVELET

DECOMPOSITION METHOD

Abdollah

Mechanical Engineering Department

Engineering Faculty, Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia

E-mail : abdoellah001@gmail.com

Abstract

Rotating machinery is common in industry. Rotating machinery is very

important, so bad engine or parts can distrupting the industry production. Faults that

often in it are unbalance, misalignment, looseness, bearing fault, etc. This paper

purpose about unbalance and looseness fault detection in rotordynamic system with

rotational speed 600, 800, and 1000 cpm. Data collection using acquisition data

with accelerometer sensor in vertical direction on house bearing. Vibration signal

data is processed by Matlab 2016, with wavelet decomposition method. Fault

diagnosis of it using frequency domain spectrum. The result show that in unbalance

condition, there is a dominant peak at frequency of 1x cpm for all speed variations.

While in looseness condition, there is a dominant peak at frequency of 2x cpm for

all speed variations. In both conditions, amplitude of the frequency domain at each

speed variation increase with the rotation speed.

Keywords : rotordynamic, unbalance, looseness, wavelet decomposition.

9

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan

dan menyelesaikan Skripsi “Deteksi Kegagalan Unbalance dan Looseness pada

Sistem Rotor Dinamik Menggunakan Wavelet Decomposition Method” ini dengan

lancar dan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Dalam pelaksanaan hingga penyelesaian skripsi ini tidak mungkin dapat

tercapai tanpa bantuan dari berbagai, baik secara langsung ataupun tidak langsung.

Maka pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada

semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini, terutama

kepada:

1. Bapak R. Lulus Lambang G.H., ST, MT., selaku Pembimbing I yang

senantiasa membimbing, mengarahkan, memberikan nasehat dan

menularkan ilmunya dalam menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Dr. Budi Santoso, ST, MT., selaku Pembimbing II yang turut serta

membimbing dan memberikan arahan berharga bagi penulis.

3. Bapak Ubaidillah, ST, M.Sc, Ph.D., bapak Purwadi Joko Widodo, ST,

M.Kom., dan bapak Dr. Nurul Muhayat, ST, MT, selaku dosen penguji yang

telah memberikan masukan dan saran yang membangun dalam skripsi ini.

4. Bapak D. Danardono, ST, MT, PhD, selaku pembimbing akademik yang

telah membimbing, memberikan nasehat, memotivasi dan memberikan

bekal pengalaman di Universitas Sebelas Maret.

5. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST, MT., selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin yang senantiasa memberikan motivasi lebih pada mahasiswa

dalam perkuliahan maupun aktivitas di luar akademik.

6. Seluruh Dosen serta Staf di Program Studi Teknik Mesin yang turut serta

mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.

10

7. Bapak, ibu, dan seluruh keluarga yang selalu memberikan doa restu,

motivasi dan dukungan secara material maupun spiritual.

8. Teman-teman “CAMRO” Teknik Mesin 2012 senasib seperjuangan yang

telah mendorong penulis untuk lebih maju selama lebih dari empat tahun

menjalani perkuliahan di Program Studi Teknik Mesin.

9. Maftakhur Risqi Ahmadi selaku teman satu penelitian mengenai getaran

yang lebih dari setahun saling bekerjasama dan banyak membantu dalam

penyelesaian skripsi ini.

10. Mas Agil, mas Akbar, mas Fatur, dan mas Wanto yang telah membantu

mengarahkan dalam penggunaan peralatan penelitian getaran.

11. Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun

laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan laporan

skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan adanya masukan dan

saran yang membangun demi tercapainya laporan skripsi yang lebih baik dan

sempurna di kemudian hari.

Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna dan

bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.

Surakarta, Juli 2017

Penulis

11

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i

HALAMAN PENUGASAN ................................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iii

HALAMAN KEASLIAN ...................................................................................... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................. v

ABSTRAK ........................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv

DAFTAR NOTASI ................................................................................................ xv

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2.Perumusan Masalah ......................................................................... 2

1.3.Batasan Masalah .............................................................................. 2

1.4.Tujuan Penelitian ............................................................................. 3

1.5.Manfaat Penelitian ........................................................................... 3

1.6.Sistematika Penulisan ...................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................. 5

2.2. Sistem Rotor Dinamik ..................................................................... 7

2.3. Poros ................................................................................................. 8

2.4. Getaran.............................................................................................. 9

2.4.1. Karakteristik Getaran ........................................................... 10

2.5. Diagnosa Getaran .......................................................................... 12

2.5.1. Unbalance ............................................................................ 13

2.5.2. Looseness ........................................................................... 15

2.6. Sinyal Getaran ................................................................................ 17

2.6.2. Domain Waktu..................................................................... 18

2.6.3. Domain Frekuensi ................................................................ 18

2.7. Transformasi Wavelet.................................................................... 19

2.6.1. Continous Wavelet Transform (CWT) ................................ 19

2.6.2. Multiresolution Analysis (MRA) ........................................ 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................................. 25

3.2. Alat dan Bahan ............................................................................... 27

3.3. Tahapan Peaksanaan Penelitian ..................................................... 28

3.3.1. Tahap Persiapan Alat ........................................................... 29

3.3.2. Tahap Pengambilan Data ..................................................... 29

12

3.3.3. Tahap Pengolahan Data ........................................................ 30

3.3.4. Tahap Deteksi Kegagalan (verifikasi) .................................. 30

BAB IV DATA DAN ANALISIS

4.1. Data Penelitian ............................................................................... 31

4.2. Hasil Pengukuran ........................................................................... 32

4.2.1. Kondisi unbalance ................................................................ 33

4.2.2. Kondisi Looseness ................................................................ 34

4.3. Moving Average Filter ................................................................... 35

4.4. Hasil Dekomposisi Sinyal .............................................................. 36

4.5. Hasil Perhitungan Energi ............................................................... 40

4.6. Analisis Hasil .................................................................................. 41

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan .................................................................................... 50

5.2. Saran ........................................................................................... 50

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 51

LAMPIRAN ........................................................................................................... 53

13

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Spesifikasi Alat .............................................................................. 31

Tabel 4.2 Variasi Pengambilan Data Getaran ................................................ 32

Tabel 4.3 Range Setiap Koefisien Level Dekomposisi .................................. 37

14

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem rotor dengan satu derajat kebebasan .................................... 8

Gambar 2.2 Pergeseran sumbu putar poros ......................................................... 9

Gambar 2.3 Getaran pada sistem pegas-massa sederhana .................................. 9

Gambar 2.4 Karakteristik getaran ..................................................................... 10

Gambar 2.5 Static unbalance ............................................................................ 13

Gambar 2.6 Couple unbalance ......................................................................... 14

Gambar 2.7 Quasi Static unbalance .................................................................. 14

Gambar 2.8 Dynamic unbalance ....................................................................... 15

Gambar 2.9 Internal assembly looseness ......................................................... 15

Gambar 2.10 Kelonggaran pada rumah bantalan ................................................. 16

Gambar 2.11 Hubungan sinyal domain waktu dan domain frekuensi ................. 17

Gambar 2.12 Vektor x, vektor 1 dan vektor 2 pada bidang yang sama ........... 20

Gambar 2.13 Dekomposisi sinyal / analisis multiresolusi pada level 3 ............... 22

Gambar 3.1 Skema dan setup alat penelitian ..................................................... 25

Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ................................................................... 26

Gambar 4.1 Alat simulator poros-piringan single plane .................................... 31

Gambar 4.2 Sinyal domain waktu unbalance 600 rpm ...................................... 33

Gambar 4.3 Sinyal domain waktu looseness 600 rpm ....................................... 34

Gambar 4.4 (a)Sinyal sebelum melalui filter moving average

(b)Sinyal setelah melalui filter moving average ............................. 35

Gambar 4.5 Hasil dekomposisi pada sinyal unbalance – 600 rpm .................... 38

Gambar 4.6 Hasil dekomposisi pada sinyal looseness – 600 rpm...................... 39

Gambar 4.7 Hasil perhitungan energy pada sinyal unbalance ........................... 40

Gambar 4.8 Hasil perhitungan energy pada sinyal looseness ............................ 41

Gambar 4.9 Sinyal rekonstruksi dengan kegagalan unbalance

(a)600 rpm (b)800 rpm (c)1000 rpm .............................................. 42

Gambar 4.10 Domain frekuensi sinyal unbalance pada 600 rpm ........................ 43

Gambar 4.11 Domain frekuensi sinyal unbalance pada 800 rpm ........................ 43

Gambar 4.12 Domain frekuensi sinyal unbalance pada 1000 rpm ...................... 43

Gambar 4.13 Sinyal rekonstruksi dengan kegagalan looseness

(a)600 rpm (b)800 rpm (c)1000 rpm .............................................. 45

Gambar 4.14 Domain frekuensi sinyal looseness pada 600 rpm ......................... 46

Gambar 4.15 Domain frekuensi sinyal looseness pada 800 rpm ......................... 46

Gambar 4.16 Domain frekuensi sinyal looseness pada 1000 rpm ....................... 46

Gambar 4.17 Perbandingan sinyal domain frekuensi kondisi balance dan

unbalance (600 rpm) ...................................................................... 48

Gambar 4.18 Perbandingan sinyal domain frekuensi kondisi balance dan

unbalance (800 rpm) ...................................................................... 48

Gambar 4.19 Perbandingan sinyal domain frekuensi kondisi balance dan

unbalance (1000 rpm) .................................................................... 49

15

DAFTAR NOTASI

f = frekuensi (Hz)

T = Periode (s)

ω = Kecepatan putar (rad/s)

𝑐 = Fungsi analisis wavelet

𝑥 = Fungsi sintesis wavelet

P = Periode gelombang

L = 1 puncak gelombang

= Fungsi wavelet

𝐶 = Konstanta

j = Parameter dilatasi

k = Parameter pergeseran

= Fungsi penskalaan

𝐴 = Koefisien aproksimasi

D = Koefisien detil

h = lowpass filter

g = highpass filter

s = Energi total sinyal

𝑐𝐴1 = Koefisien Aproksimasi

𝑐𝐷1 = Koefisien detail

𝐹𝑠 = Frekuensi sampling

16

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Grafik hasil run up test ................................................................ 53

Lampiran 2 Sinyal Getaran time domain ........................................................ 54

Lampiran 3 Hasil dekomposisi sinyal unbalance ........................................... 56

Lampiran 4 Hasil dekomposisi sinyal looseness ............................................ 58

Lampiran 5 Hasil perhitungan energi tiap sinyal ........................................... 60

Lampiran 6 Script Matlab .............................................................................. 61