29
USULAN PENELITIAN DOSEN PEMULA PENGEMBANGAN SISTEM AKUISISI DATA UNTUK EVALUASI TINGKAT KESEHATAN MESIN DIESEL BERBASIS PADA ANALISA AKUSTIK TIM PENGUSUL Sukma Firdaus, S.Si., M.T (Ketua) NIDN : 1130088701 Marlia Adriana, S.T., M.T (Anggota) NIDN : 1123038202 POLITEKNIK NEGERI TANAH LAUT APRIL 2014 Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau Instrumentasi dan Kontrol)

Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

  • Upload
    others

  • View
    26

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

USULAN

PENELITIAN DOSEN PEMULA

PENGEMBANGAN SISTEM AKUISISI DATA UNTUK EVALUASI TINGKAT

KESEHATAN MESIN DIESEL BERBASIS PADA ANALISA AKUSTIK

TIM PENGUSUL

Sukma Firdaus, S.Si., M.T (Ketua) NIDN : 1130088701

Marlia Adriana, S.T., M.T (Anggota) NIDN : 1123038202

POLITEKNIK NEGERI TANAH LAUT

APRIL 2014

Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau Instrumentasi dan Kontrol)

Page 2: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau
Page 3: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Sampul ..................................................................................................................... i

Halaman Pengesahan ............................................................................................................... ii

Daftar Isi .................................................................................................................................. iii

Ringkasan ................................................................................................................................ iv

Bab 1 Pendahuluan .................................................................................................................. 1

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

1.2 Identifikasi Masalah ................................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ......................................................................................................... 3

1.4 Rumusan Masalah ...................................................................................................... 3

1.5 Tujuan Penelitian ....................................................................................................... 3

1.6 Luaran Penelitian ....................................................................................................... 4

Bab 2 Tinjauan Pustaka ........................................................................................................... 5

2.1 Motor Bakar Diesel .................................................................................................... 5

2.2 Fenomena Akustik Mesin .......................................................................................... 7

2.3 Pemrosesan Sinyal Akustik ........................................................................................ 9

Bab 3 Metode Penelitian ......................................................................................................... 11

3.1 Tahapan Penelitian ..................................................................................................... 11

3.2 Lokasi Penelitian ........................................................................................................ 12

3.3 Parameter Pengamatan ............................................................................................... 13

3.4 Model / Objek Penelitian ........................................................................................... 13

3.5 Rancangan Penelitian ................................................................................................. 13

3.6 Teknik Pengumpulan dan Analisis Data .................................................................... 14

Bab 4 Biaya dan Jadwal Penelitian ......................................................................................... 15

4.1 Anggaran Biaya .......................................................................................................... 15

4.2 Jadwal Penelitian ........................................................................................................ 15

Daftar Pustaka ......................................................................................................................... 16

Lampiran – lampiran ............................................................................................................... 17

Page 4: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

RINGKASAN

Meningkatnya jumlah pengunaan mesin diesel, maka dukungan akan jasa perawatan dan

perbaikannya juga dipastikan mengalami peningkatan. Perawatan dan perbaikan sangat erat

hubungannya terhadap kinerja proses pembakaran yang terjadi. Proses pembakaran memiliki

implikasi terhadap timbulnya efek vibrasi. Efek vibrasi ini yang menimbulkan fenomena akustik

saat mesin sedang bekerja. Fenomena akustik merepresentasikan indikasi-indikasi kejadian pada

kondisi mesin. Dengan bantuan analisis akustik, maka efek akustik tersebut dapat diidentifikasi,

guna memperoleh informasi kondisi saat mesin sedang bekerja. Dalam penelitian ini, akan

dikembangkan konfigurasi akusisi data fenomena akustik yang mampu menangkap efek akustik

pada saat akan terjadinya kerusakan mesin diesel. Konfigurasi tersebut dimulai dengan desain

sensor akustik yang diletakkan dan disusun berdasarkan pada lokasi-lokasi kritis mesin yang

berpotensi mengalami kerusakan. Penelitian ini ditujukan guna dapat menjadi sebuah perangkat

preventive maintenance mesin diesel. Sehingga pada penelitian ini juga dikembangkan metode

analisis sinyal akustik yang menghasilkan parameter-parameter penting dari sebuah fenomena

akustik kerja mesin. Analisis yang dikembangkan, berupa analisis pada domain frekuensi,

dengan menggunakan transformasi fourier. Luaran penelitian ini dapat berlanjut pada penelitian

lanjutan dengan topik seperti ekstraksi fenomena akustik menjadi sebuah ciri untuk identifikasi

cerdas terhadap tingkat kesehatan mesin, pengembanan algoritma identifikasi kerusakan mesin,

dan pengembangan perangkat dalam evaluasi berbasis akustik untuk topik permesinan secara

lebih luas.

Kata kunci : kerusakan mesin diesel, akusisi data, dan analisa akustik

Page 5: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Alat transportasi dengan memanfaatkan mesin diesel sebagai pengerak saat ini sedang

mengalami peningkatan, baik dalam hal kuantitas kendaraan ataupun kompleksitas

mesinnya. Peningkatan juga terjadi pada bidang industri, dimana mesin diesel seringkali

digunakan sebagai penggerak untuk produksi. Meningkatnya kuantitas sangat terasa sekali

untuk daerah pertambangan dan industri seperti yang terjadi di Kab. Tanah Laut. Kab.

Tanah Laut merupakan daerah yang memiliki bahan tambang yang melimpah, dan

terdapat beberapa industri yang berdiri, seperti pabrik bijih besi dan Pembangkit Listrik

Tenaga Uap (PLTU) Asam-asam. Dengan meningkatnya jumlah pengunaan mesin diesel,

maka dukungan akan jasa perawatan dan perbaikan terhadap mesin diesel juga dipastikan

mengalami peningkatan.

Perawatan dan perbaikan dari sebuah mesin sangat erat hubungannya terhadap kinerja

proses pembakaran yang terjadi. Proses pembakaran memiliki implikasi terhadap

timbulnya efek vibrasi. Efek vibrasi ini yang menimbulkan fenomena akustik pada mesin

saat bekerja. Fenomena akustik seringkali merepresentasikan indikasi-indikasi kejadian

pada kondisi mesin. Ketika proses pembakaran yang terjadi kurang sempurna atau

terdapat beberapa komponen mesin yang mengalami kerusakan, maka kinerja mesin akan

mengalami penurunan, dan bahkan dapat mengakibatkan kerusakan. Dengan bantuan

analisis akustik, maka efek akustik tersebut dapat diidentifikasi, guna memperoleh

informasi kejadian ketika mesin sedang bekerja. Untuk dapat melakukan analisis akustik

dengan baik dan benar serta tepat, maka diperlukan sistem instrumentasi yang dapat

mengakuisisi data dari efek akustik yang dihasilkan oleh mesin.

Untuk mengakuisisi data efek akustik, maka diperlukan sensor yang dapat menangkap

fenomena akustik yang selanjutnya disimpan kedalam bentuk data digital untuk dianalisis.

Fenomena akustik yang muncul disebuah mesin terdapat diseluruh bagian dari mesin.

Sehingga diperlukan beberapa sensor atau serangkaian sensor akustik yang mengelilingi

mesin. Hal ini ditujukan guna mendapatkan efek akustik dari seluruh bagian mesin saat

proses kerja. Pada sistem akuisisi data diperlukan juga data logger yang akan menyimpan

Page 6: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

2

sinyal fenomena akustik ke komputer. Sinyal akustik yang disimpan dikomputer berupa

data digital yang selanjutnya dianalisis guna memperoleh ciri-ciri tertentu dari kerja

mesin. Hasil analisis fenomena akustik inilah, yang menjadi sebuah perangkat yang dapat

digunakan untuk mengidentifikasi bagaimana perawatan harus dilakukan dan

mengidentifikasi kerusakan mesin (D. Sik dan B. Keun, 2011).

Dalam penelitian ini, akan dikembangkan konfigurasi akusisi data fenomena akustik yang

mampu menangkap efek akustik pada saat akan terjadinya kerusakan mesin diesel. Guna

dapat menjadi sebuah perangkat preventive maintenance mesin diesel, maka pada sistem

akuisisi data dikembangkan juga analisis sinyal akustik yang menghasilkan parameter-

parameter penting dari sebuah fenomena akustik kerja mesin. Analisis yang

dikembangkan berupa analisis pada domain waktu dan domain frekuensi. Penelitian ini

merupakan penelitian awal, dalam pengembangan perangkat preventive maintenance

mesin berbasis non invasive. Dimana penelitian lanjutan, seperti ekstraksi fenomena

akustik menjadi sebuah ciri untuk identifikasi, pengembanan algoritma identifikasi

kerusakan mesin, dan pengembangan perangkat dalam evaluasi berbasis akustik dapat

diawali dengan melakukan tahapan penelitian ini. Pada penelitian ini pengembangkan

sistem akuisisi data diharapkan dapat menangkap fenomena akustik kerja mesin secara

lebih rinci dan menyeluruh. Penelitian ini menjadikan penelitian lanjutan pada bidang

perawatan mesin akan menjadi terbuka lebar. Penelitian ini dapat memberikan kontribusi

kepada topik selain mesin diesel, tetapi dapat juga digunakan pada topik-topik mesin

secara lebih luas, khususnya yang berbasiskan pada pengamatan fenomena fisis, dan

secara tidak lansung mampu memberikan sumbangsih pada perkembangan teknologi

permesinan secara menyeluruh.

1.2 Identifikasi Masalah

Guna menjadikan sistem akusisi data dan analisis sinyal akustik pada penelitian ini,

mampu menjadi tools yang dapat mengenali tindakkan perawatan yang harus dilakukan

dan mengenali kerusakan mesin maka, diperlukan faktor-faktor utama dalam

pengembangannya, yaitu :

1. Desain dan konfigurasi sensor akustik yang mampu menangkap fenomena akustik

lebih spesifik dan lebih sensitif.

Page 7: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

3

2. Data logger yang mampu mengkonversi hasil keluaran sensor menjadi data digital,

tanpa harus kehilangan banyak informasi dari fenomena akustik yang direkam.

3. Pengembangan metode preprocessing pada sistem recording data digital yang mampu

menyajikan parameter-parameter penting pada saat mesin bekerja.

1.3 Batasan Masalah

Guna memfokuskan penelitian ini dan untuk dapat memperoleh hasil yang optimal maka,

pada penelitian ini, dibatasi kepada permasalahan berikut ini :

1. Mesin Diesel yang digunakan adalah mesin diesel engine stand.

2. Preprocessing hanya melakukan proses pemfilteran saja.

3. Bagian analisis hanya dibatasi sampai analisa domain frekuensi.

4. Kerusakan yang diberikan kedapa mesin hanya terbatas pada kerusakan pada bagian

mekanik mesin, dan tidak yang disebabkan oleh proses kimiawi ketidak normalan

bahan bakar.

1.4 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang ada maka, diperoleh rumusan masalah pada penelitian

ini, adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana mengkonfigurasi dan mendesain sensor akustik agar mampu menangkap

fenomena akustik sebuah mesin diesel.

2. Bagaimana sistem akuisisi data sinyal akustik mesin diesel.

3. Bagaimana penerapan preprocessing data digital fenomena akustik dan proses analisis

domain frekuensinya.

1.5 Tujuan Penelitian

Pada penelitian ini, tujuan yang ingin dicapai adalah sebagai berikut :

1. Membuat susunan konfigurasi dan desain sistem sensor akustik yang mampu

menangkap fenomena akustik pada mesin diesel.

2. Membat sistem akuisisi data untuk merekam sinyal akustik mesin diesel.

3. Menerapkan proses preprocessing untuk sinyal digital dari fenomena akustik mesin

diesel dan memperoleh hasil dari analisis domain frekuensinya untuk dapat

diidentifikasi lebih lanjut.

Page 8: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

4

1.6 Luaran Penelitian

Luaran yang diharapkan pada penelitian ini adalah terciptanya sebuah sistem akuisisi data

yang mampu menangkap fenomena akustik kerja sebuah mesin diesel dan menghasilkan

parameter-parameter penting pada analisis akustiknya. Sehingga parameter tersebut

mampu untuk menghasilkan identifikasi pada saat perawatan dan perbaikan mesin diesel.

Selain itu luaran dari penelitian ini adalah sebagai tools dalam penelitian lanjutan pada

topik pengembangan sistem cerdas dalam melakukan pendeteksian kerusakan mesin

ataupun topik penelitian lanjutan lainnya yang berbasiskan kepada akustik mesin. Selain

berupa tools penelitian, luarannya berupa publikasi pada seminar nasional dan publikasi

pada jurnal nasional terakreditasi.

Page 9: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Motor Bakar Diesel

Secara umum konstruksi motor diesel mirip dengan konstruksi pada motor bensin.

Keduanya merupakan kelompok mesin pembakaran dalam (internal combustion

engine), dan menggunakan piston sebagai media untuk mengkonversi energi panas hasil

pembakaran menjadi energi mekanik berupa gerak lurus yang selanjtnya menggunakan

mekanisme poros engkol dikonversi menjadi gerak rotasi. Ukuran motor diesel sangat

variatif dari yang berukuran kecil sampai dengan yang sangat besar dan berbagai

pertimbangan yang salah satunya adalah pada gaya kesamping oleh masa piston,

menyebabkan perkembangan desain dan konstruksi motor diesel hingga saat ini.

Kondisi tersebut menyebabkan bervariasinya desain konstruksi, khususnya konstruksi

piston yang dipergunakan. Piston merupakan komponen penting dari sebuah motor

diesel, sebab komponen tersebut sebagai alat konversi energi. Selain itu, piston juga

berfungsi untuk melakukan siklus motor diesel, dan karena ia selalu berhubunan dengan

panas dan tekanan, maka piston perlu didesain seemikian rupa selain kuat dan juga

tahan terhadap perubahan panas (sukoco dan arifin, 2013).

Motor diesel disebut juga compression ignition engine, karena proses penyalaannya

terjadi karena proses penyalaan sendiri. Motor diesel berbeda dengan motor bakar

piston lainnya, misalnya: motor bensin dimana dalam proses penyalaannya terjadi

karena loncatan bunga api listrik dari busi. Pada motor diesel saat langkah isap yang

dihisap ke dalam silinder hanya udara segar saja, kemudian pada akhir langkah

kompresi bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Karena suhu di dalam ruang

bakar telah mencapai sekitar 450-600o C dimana suhu tersebut telah melebihi titik nyala

bahan bakar, maka bahan bakar yang disemprotkan tersebut akan langsung terbakar

dengan sendirinya (proses pembakaran), sehingga terjadilah proses usaha atau kerja. Hal

ini akan terjadi apabila dipergunakan perbandingan kompresi yang tinggi berkisar 14-

25. Perbandingan kompresi yang rendah biasanya dipergunakan pada motor diesel yang

berukuran besar dengan putaran yang rendah. Sedangkan perbandingan kompresi yang

tinggi banyak digunakan pada motor diesel berukuran kecil dengan putaran yang tinggi

± 4000 Rpm (Daryanto, 1984).

Page 10: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

6

Motor diesel 4 langkah adalah motor diesel yang setiap kali proses pembakaran

memerlukan empat langkah kerja torak atau dua putaran poros engkol. Adapun proses

yang terjadi pada motor diesel empat langkah adalah :

1. Langkah Isap

Pada saat langkah isap, katup buang tertutup. Piston bergerak dari TMA ke TMB

dengan menyedot udara segar masuk ke dalam silinder melalui katup isap yang terbuka.

Gambar 1. Skema langkah isap dan langkah kompresi

2. Langkah Kompresi

Pada saat langkah kompresi katup masuk tertutup dan katup buang tertutup sehingga

udara tidak bisa keluar silinder. Piston bergerak dari TMB ke TMA yang memampatkan

udara segar hingga tekanan ± 35 atm. Pada akhir kompresi bahan bakar disemprotkan ke

dalam ruang silinder sehingga pembakaran akan terjadi karena secara otomatis suhunya

juga meningkat.

3. Langkah Usaha

Dengan terjadinya pembakaran yang katup-katupnya masih tertutup maka piston akan

mendorong kembali titik TMB, langkah ini dinamakan langkah usaha. Tekanan yang

terjadi saat pembakaran meningkat sekitar ±50 atm.

Page 11: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

7

Gambar 2. Skema langkah usaha dan Buang

4. Langkah Buang

Katup buang terbuka yang mengakibatkan gas sisa buang keluar dengan dorongan

piston yang bergerak dari TMB ke TMA.

2.2. Fenomena Akustik Mesin

Ada berbagai sumber yang bisa menyebabkan getaran pada engine. Tiga faktor utama

adalah pertama, dari pembakaran pada engine, yang lain dari inertia force komponen

yang berputar dan gerak pada sistim dinamis seperti piston, connecting rod, crankshaft,

dan lainnya. Getaran dari engine besarnya sama dengan tekanan dari pembakaran itu

sendiri. dan, engine dengan compression ratio dan performance yang tinggi akan

menghasilkan lebih banyak noise. Vibration oleh turbo engine 20~50% lebih noise

dibandingkan dengan NA engine. Dalam hal ini, dipakai beberapa komponen utnuk

meredam noise, dan dipasang perangkat tambahan pada beberapa bagian untuk

mengurangi pengaruh vibration. Selain dari itu, dengan mengubah posisi engine

mounting atau mengadopsi vibration absorber dengan menggunakan mounting,

vibration tidak dapat diteruskan ke body secara langsung.

Page 12: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

8

Gambar 3. Proses inertia force pada piston

Inertia force adalah salah satu penyabab terjadinya vibration. Ketika piston bergerak

dari titik atas menuju titik bawah dengan kecepatan yang berbeda. Crankshaft membuat

gelombang vibration dan inertia force dari putaran crank pin. Connecting rod membuat

inertia force dari gerakan kombinasi naik turun dan berputar. Pada multi cylinder

engine, pistons tersambung ke crank shaft, sehingga masing masing inertia akan saling

menunda. Hal ini sangatlah rumit dengan jumlah cylinders, susunannya dan waktu

pembakaran pada masing masing cylinder. Karena itu, dengan menggunakan counter

weight, inertia force dapat diseimbangkan dengan total beratnya. Akan tetapi sangat

sulit untuk bisa menyeimbangkan inertia force dengan sempurna (Albarbar. A, et al ,

2010).

Inertia force akan berkurang ketika komponen dinamis seperti piston dan Connecting

rod lebih ringan. Dengan displacement volume yang sama, engine dengan jumlah

cylinder lebih banyak akan mempunyai sedikit inertia force karena komponennya lebih

kecil dan ringan. Ketika inertia force kecil, kemungkinan terjadinya vibration akan

sedikit dan dapat berputar pada kecepatan tinggi dengan kekuatan yang sama. Dengan

komponen yang lebih ringan, inertia force pada masing masing komponen akan kecil.

Dengan rpm yang sama, kekuatan dari komponen tersebut tidak akan dapat tahan lama.

Umumnya, komponen yang kurang kuat lebih ringan dibanding dengan komponen yang

lebih kuat. Untuk menciptakan komponen lebih ringan adalah merupakan suatu yang

penting untuk meningkatkan performa juga mencegah dari vibration.

Noises berasal dari noise karena pembakaran dan suara mekanis. Suara yang berasal

dari mekanis karena adanya gesekan antar komponen. Ketika engine berputar dengan

Page 13: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

9

cepat, noise yang ditimbulkan semakin keras. Ketika pengendara memindahkan

kecepatan naik atau turun, pada dasarnya pengendara memilih gear yang tepat dengan

engine noise. Sehingga, suara dari engine membantu pengendara dalam pengendaraan.

Karena itu suara dari engine harus ada tetapi tidak menimbulkan noise. Mechanical

noise terjadi kerena vibration pada cylinder dan cylinder head karena combustion force.

Ketika jumlah campuran bahan bakar meningkat atau tekanan pembakaran menjadi

tinggi, maka noise akan semakin keras. Seseorang mungkin merasakan pada turbo

engine noise yang ditimbulkan lebih kecil dibanding dengan NA engine. Alasannya

adalah turbine merendam energy exhaust dan variasi tekanan pembakaran kecil.

Mechanical sounds berasal dari gesekan dan tumbukan dynamic parts seperti gear,

chain, dan valves. Sebagai contoh, cam menumbuk valve lifter, rocker arm dan

camshaft menumbuk valve, valve bertumbukan dengan valve seat dan seterusnya.

Resonansi noise dari vibration lebih besar dibanding dengan mechanical noise langsung.

Sehingga, penyebab dari noise karena engine tidak dapat ditemukan dengan pasti.

Bagaimanapun, jika terjadi noise maka hal tersebut tidak baik karena beberapa part dari

engine bertabrakan satu dengan yang lainnya dan hal ini tidak baik untuk ketahanan

komponen. Jika terdeteksi noise yang tidak normal, silakhan check sistimnya secepat

mungkin.

Jika dibandingkan noise yang ditimbulkan oleh combustion dengan mechanical, pada

kecepatan rendah, noise yang ditimbulkan oleh combution lebih keras. Jika rpm nya

melebihi 3000rpm, inertial force nya akan lebih besar dan mechanical noise akan besar.

Noise dari engine room akan diredam dengan memasang absorbing materials dibawah

hood dan didepan dashboard, mengelilingi engine room dan cabin. Bahan yang bisa

dipakai untuk meredam noise adalah glass wool, felt dan lainnya (Tim Hyundai, 2009).

2.3. Pemprosesan Sinyal Akustik

Untuk dapat menganalisa sinyal akustik kedalam domain frekuensi, sinyal terlebih

dahulu harus ditransformasi menggunakan Fourier. Transformasi Fourier (TF)

direpresentasikan kedalam persamaan matematis seperti pada persamaan 2.1. TF

berjalan sesuai dengan translasi suatu fungsi dalam domain waktu kedalam fungsi dari

domain frekeunsi. Hasil perhitungan dari transformasi fourier dapat dijadikan bahan

dalam menganalisa sinyal akustik, karena nilai-nilai dari koefisien fourier merupakan

hasil dari frekuensi-frekuensi sinus dan cosinus yang digunakan dalam TF (D. Zhen, T.

Et al, 2013). Untuk data diskrit, TF disebut sebagai Discrite Fourier Transform (DFT).

Page 14: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

10

DFT direpresentasikan kedalam matematis, seperti pada persamaan 2.2. Pada proses

perhitungan menggunakan DFT akan memakan proses komputasi yang sangat banyak

dan menghabiskan waktu yang panjang jika jumlah datanya besar. Sehingga untuk

membantu proses perhitungan, digunakan algoritma cepat dalam menghitung TF, yaitu

dengan algoritma Fast Fourier Transform (FFT).

Parameter yang dapat dibentuk pada domain frekuensi salah satunya adalah Mean

Power Frekuensi (MPF). MPF merupakan hasil dari penjumlahan bobot magnitudo

disetiap frekuensi yang dibagi dengan jumlah magnitudo. MPF dirumuskan seperti pada

persamaan 2.3 (J. Jiang, F. Gu et al, 2008).

F X j tx t x t e dt

21

0

DFT x nN

j knN

n

X k x n e

N

2i 1

N

2i 1

f i mag iMPF  

mag i

2.1

2.2

2.3

Page 15: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

11

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tahapan Penelitian

Penelitian ini dilakukan berdasarkan tahapan-tahapan penting yang dikerjakan dengan

berorientasikan kepada indikator keberhasilan dalam merekam fenomena akustik kerja

mesin diesel dan mampu untuk menghasilkan parameter-parameter penting dari sinyal

akustik yang dapat diidentifikasi berdasarkan setiap kondisi mesin. Untuk dapat mencapai

indikator tersebut, maka tahapan-tahapan dalam penelitian ini tergambar pada gambar 4,

dengan tahapan adalah sebagai berikut :

1. Tahapan desain dan konfigurasi sistem sensor akustik untuk menangkap fenomena

akustik kerja mesin

2. Membuat sistem akuisisi data untuk merekam sinyal akustik yang terbaca oleh sensor

ke media penyimpanan di komputer.

3. Mengembangkan perangkat lunak komputer untuk menyimpan data digital dari sinyal

akustik tersebut dan mengembangkan metode preprocessing serta metode analisis

domain frekuensi untuk sinyal tersebut.

4. Melakukan desain kondisi mesin dengan berbagai kerusakan, kerusakan yang

dilakukan adalah yang berkaitan pada bagian mekanik mesin dan perubahan kondisi

Oli mesin

5. Melakukan preprocessing pada sinyal akustik mesin, preprocessing pada penelitian

ini hanya sebatas untuk menghasilkan dan memastikan sinyal yang direkam tidak

termasuk noise pengukuran ataupun noise akustik lain pada saat perekaman

berlangsung. Metode preprocesing yang digunakan adalah dengan menggunakan filter

digital.

6. Melakukan analisis domain frekuensi, analisis ini digunakan untuk mengekstrak

sinyal untuk memperoleh parameter frekuensi sinyal akustik. Parameter frekuensi ini

lah yang digunakan dalam melakukan identifikasi kerusakan mesin. Analisis domain

frekuensi ini, menggunakan transformasi fourier dengan algoritma Fast Fourier

Transform (FFT)

7. Setelah melakukan analisis, maka diperlukan penyimpulan hasil analisis domain

frekeunsi dengan menggunakan metode statistik. Hal ini diperlukan guna memperoleh

parameter frekuensi yang lebih tepat.

Page 16: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

12

MulaiMulai

Desain dan

Konfigurasi

Sensor

Desain dan

Konfigurasi

Sensor

Pengembangan

Sistem Akuisisi

Data

Pengembangan

Sistem Akuisisi

Data

Pengembangan

Software Rekaman

Data Digital

Pengembangan

Software Rekaman

Data Digital

Mendesain Kondisi

Kerusakan Mesin dan

melakukan perekaman

sinyal akustik

Mendesain Kondisi

Kerusakan Mesin dan

melakukan perekaman

sinyal akustik

Melakukan

Preprocessing dan

Analisis Domain

Frekuensi

Melakukan

Preprocessing dan

Analisis Domain

Frekuensi

Uji Statistik dan

Penyimpulan hasil

pengolahan data

Uji Statistik dan

Penyimpulan hasil

pengolahan data

SelesaiSelesai

Gambar 4. Tahapan Penelitian

3.2. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dikerjakan di Laboratorium Mesin Otomotif Program Studi Mesin Otomotif

Politeknik Tanah Laut. Mesin diesel yang digunakan adalah engine stand yang ada di

laboratorium tersebut.

Page 17: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

13

3.3. Parameter Pengamatan

Penelitian memiliki tujuan akhir dan jangka panjang untuk dapat menghasilkan dan

menjadi sistem preventive maintenance untuk mesin diesel berbasis fenomena akustik

mesin. Sehingga untuk dapat mewujudkan hal tersebut, maka pada penelitian awal ini,

parameter yang menjadi fondasi penting dalam mendukung tujuan tersebut adalah

mampu mendapatkan ekstraksi sinyal berdasarkan domain frekuensi. Parameter frekuensi

merupakan parameter pengamatan yang dilakukan pada penelitian ini. Hal ini diperoleh

berdasarkan studi pendahuluan yang menyatakan bahwa setiap mesin memiliki fenomena

akustik yang berbeda-beda untuk setiap kondisi kerusakan. Untuk dapat menjadikan

sesuatu hal yang dapat terukur dengan empiris, maka fenomena akustik tersebut dapat

diamati berdasarkan warna dari frekuensinya.

3.4. Model / Objek Penelitian

Penelitian ini menggunakan engine stand sebagai objek penelitian, engine stand tersebut

dikondisikan terhadap beberapa gejala kerusakan yang dibedakan menjadi dua jenis

kerusakan, yaitu :

1. Kerusakan yang disebabkan oleh malfunction bagian mekanik mesin akibat beban

2. Kerusakan yang disebabkan oleh keausan bagian mekanik mesin akibat penggunaan

yang terus menerus.

3.5. Rancanan Penelitian

Adapun konfigurasi dari penelitian ini terhadap objek adalah seperti pada gambar 5.

Gambar 5. Konfigurasi Objek Penelitian

Analog To Digital Converter

Unit Pemroses Dan Perekam Sinyal Akustik

Page 18: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

14

3.6. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data

Pengumpulan data dikerjakan menggunakan perangkat lunak yang dikembangkan untuk

merekam sinyal akustik yang dihasilkan oleh sensor, data disimpan kedalam bentuk data

digital. Konfigurasi pensampilangan data menjadi data digital dengan frekuensi sampling

sebesar 44 KHz, yakni dua kali dari frekuensi yang terdengar oleh manusia. Hal ini

dilakukan untuk menghindari terjadinya aliasing dan kehilangan informasi dari sinyal

yang dikeluarkan oleh sensor. Sedangkan untuk melakukan analisis data menggunakan

analisa domain frekuensi dengan metode transformasi fourier. Sebelum melakukan

analisis data, hasil rekaman terlebih dahulu dilakukan proses pemfilteran dengan

menggunakan filter digital butterworth orde 2. Setelah menghasilkan data-data berupa

parameter frekuensi, maka parameter tersebut dilakukan uji statistik untuk memperoleh

ketepatan dalam menentukan ciri khusus disetiap kondisi mesin untuk setiap parameter

frekuensinya.

Page 19: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

15

BAB 4

BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN

4.1. Anggaran Biaya

Pengerjaan penelitian ini, memerlukan biaya sebesar Rp. 14.995.500,- (empat belas juta

sembilan ratus sembilan puluh lima ribu lima ratus rupiah). Adapun ringkasan anggaran

biaya penelitian terdapat pada tabel dibawah ini.

No Jenis Pengeluaran Biaya yang diusulkan

(Rp.)

1 Gaji dan upah 3,000,000

2 Bahan habis pakai dan peralatan 8,395,500

3 Perjalanan 1,500,000

4 Lain-lain (publikasi, seminar, dan laporan) 2,100,000

Jumlah 14,995,500

4.2. Jadwal Penelitian

Pengerjaan penelitian ini, dilakukan selama 20 minggu dengan rincian pekerjaan

terdapat pada tabel dibwah ini.

No Kegiatan

Bulan ke 1 Bulan ke 2 Bulan ke 3 Bulan ke 4

Minggu ke-

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Desain dan konfigurasi sensor

2 Perancangan sistem akusisisi data

3 Pengembangan software rekaman data digital

4 Desain kondisi kerusakan mesin dan pengambilan data

5 Melakukan preprocessing terhadap Raw data

6 Melakukan pengolahan data pada domain frekuensi

7 Melakukan identifikasi parameter frekuensi terhadap kondisi kerusakan mesin

8 Melakukan uji statistik terhadap parameter sinyal

9 Penyusunan manuscript untuk jurnal terakreditasi

10 Penyusunan manuscript untuk seminar nasional

11 Penyusunan laporan akhir

Page 20: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

16

DAFTAR PUSTAKA

Albarbar. A,Gub. F, Ball. A.D, Starr. A, 2010, “Acoustic monitoring of engine fuel injection

based on adaptive filtering techniques”, Applied Acoustics.

Daryanto, 1984 ,“Perencanaan Motor Diesel dan Bensin 4 Langkah”, Tarsito.

D. Sik and B. Keun, 2011, “Machinery Faults Detection Using Acoustic Emission Signal,” in

Acoustic Waves - From Microdevices to Helioseismology, M. G. Beghi, Ed. InTech.

D. Zhen, T. Wang, F. Gu, and A. D. Ball, 2013, “Fault diagnosis of motor drives using stator

current signal analysis based on dynamic time warping,” Mech. Syst. Signal Process., vol. 34,

no. 1–2, pp. 191–202.

J. Jiang, F. Gu, R. Gennish, D. J. Moore, G. Harris, and A. D. Ball, 2008 , “Monitoring of

diesel engine combustions based on the acoustic source characterisation of the exhaust

system,” Mech. Syst. Signal Process., vol. 22, no. 6, pp. 1465–1480.

Tim Hyundai, 2009 ,“Prinsip dasar engine”, Pusat pelatihan Hyundai,

Sukoco, Arifin. Zainal, 2013, “Teknologi Motor Diesel”, Alfabeta.

Page 21: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

17

Lampiran 1. Justifikasi Anggaran Penelitian

1. Honor

Honor Honor / Jam (Rp.) Waktu

(jam/minggu)

Minggu Honor (Rp.)

Ketua 15,000 6 20 1,800,000

Anggota 1 12,000 5 20 1,200,000

SUB TOTAL (Rp.) 3,000,000

2. Peralatan Penunjang

Material Justifikasi Pemkaian Kuantitas Harga Satuan

(Rp.)

Harga Peralatan

Penunjang (Rp.)

Sensor Akustik

Peralatan untuk

menangkap fenomena

akustik

6 150,000 900,000

Data Logger Peralatan untuk

akuisisi data 1 2,000,000 2,000,000

Unit Pemroses

Sinyal Digital

Peralatan untuk

memproses (peralatan

analisis)dan

menyimpan sinyal

digital

1 5,000,000 5,000,000

SUB TOTAL (Rp.) 7,900,000

3. Bahan Habis Pakai

Material Justifikasi Pemkaian Kuantitas Harga Satuan

(Rp.) Biaya (Rp.)

Solar

Bahan bakar untuk

menjalankan mesin

diesel (dalam liter)

27 6,500 175,500

Oli Mesin Diesel Pelumas untuk mesin

diesel (dalam liter 8 40,000 320,000

SUB TOTAL (Rp.) 495,500

4. Perjalanan

Material Justifikasi Pemakaian Kuantitas Harga Satuan Biaya

Biaya perjalanan

mengikuti

seminar nasional

Biaya tiket pesawat

PP (Banjarmasin -

Surabaya)

1 1,500,000 1,500,000

SUB TOTAL (Rp.) 1,500,000

5. Lain-lain

Material Justifikasi Pemakaian Kuantitas Harga Satuan Biaya

kepersertaan

Seminar Nasional

Biaya pendaftaran

seminar nasional 1 500,000 500,000

Biaya Publikasi di

Jurnal nasional

terakreditasi

Biaya submit artikel

ke jurnal nasional

terakreditasi

1 1,500,000 1,500,000

Biaya pembuatan

laporan

Biaya pengandaan dan

jilid laporan 1 100,000.00 100,000.00

SUB TOTAL (Rp.) 2,100,000

TOTAL ANGGARAN YANG DIPERLUKAN SELURUH TAHUN

(Rp.) 14,995,500

Page 22: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

18

Lampiran 2. Susunan Organisasi Tim Peneliti dan Pembagian Tugas

No Nama /

NIDN

Institusi

Asal Bidang Ilmu

Alokasi

Waktu

(jam/minggu)

Uraian tugas

1 Sukma

Firdaus /

113088701

Politeknik

Tanah Laut

Mekatronika 6 Membbuat kondisi

kerusakan mesin dan

pengambilan data

Melakukan analisa domain

frekuensi

Melakukan ui statistik

Membuat manuscript jurnal

terakreditasi

Membuat manuscript paper

untuk seminar nasional

Membuat laporan

2 Marlia

Adriana /

112303820

2

Politeknik

Tanah Laut

Teknik

Desain (Ilmu

Gambar)

5 Mendesain sensor dan

mengkonfigurasinya

Mengembangkan sistem

akuisisi data

Mengembangkan software

perekaman data digital

Melakukan preprocessing

untuk Raw Data

Membuat manuscript jurnal

terakreditasi

Membuat manuscript paper

untuk seminar nasional

Membuat laporan

Page 23: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

19

Lampiran 3. Biodata Ketua Peneliti

A. Identitas Diri

1 Nama Lengkap (denan gelar) Sukma Firdaus, S.Si., MT

2 Jenis Kelamin Laki-laki

3 Jabatan Funsional -

4 NIP / NIK / Identitas lainnya 12090581

5 NIDN 1130088701

6 Tempat dan Tanggal Lahir Rantau dan 30 Agustus 1987

7 E-mail [email protected]

8 Nomor Telepon / HP 081232502555

9 Alamat Kantor Jl. A Yani Km 6 Desa Panggung, Kec

Pelaihari

10 Nomor Telepon / Faks 0512 21537

11 Lulusan yang Telah

Dihasilkan D3 = 4 Orang

12 Mata Kuliah yang diampu 1. Pengenalan Dasar Komputer

2. Teknik Elektronika Kendaraan

3. Teknik Interfacing dan Mikrokontroller

4. Sistem Sensor Kendaraan

5. Mekatronika

B. Riwayat Pendidikan

S1 S2 S3

Nama Perguruan

Tinggi

Universitas Lambung

Mangkurat

Institut Teknologi Sepuluh

Nopember Surabaya -

Bidang Ilmu Fisika Instrumentasi Elektronika -

Tahun Masuk-

Lulus 2005 - 2009 2009 - 2012 -

Judul Skripsi /

Tesis

Audiometer menggunakan

bahasa pemrograman Java

dan Database MySQL

Analisis Nonstasioner Pada

Auditory Evoked Responses -

Nama

Pembimbing

1. Nurma Sari, S.Si., M.Si 1. Achmad Arifin, S.T.,

M.Eng., Ph.D - 2. Ichsan Ridwan, S.Si.,

M.Kom

C. Pengalaman Penelitian dalam 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta Rp.)

1

2

3

Page 24: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

20

D. Pengalaman Pengabdian kepada Masyarakat dalam 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta Rp.)

1

2

3

E. Publikasi Artikel Ilmiah dalam Jurnal dalam 5 Tahun Terakhir

No. Judul Artikel Ilmiah Nama Jurnal Volume/Nomor/Tahun

1

2

3

F. Pemakalah Seminar Ilmiah dalam 5 Tahun Terakhir

No. Nama Pertemuan

Ilmiah / Seminar Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat

1 Simposium Fisika

Nasional XXIV

Analisis Nonstasioner

pada Sinyal Auditory

Evoked Responses

ITB, Bandung 10-11 Nopember

2011

2

3

G. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir

No. Judul Buku Tahun Jumlah

Halaman Penerbit

1

2

3

H. Perolehan HKI dalam 5-10 Tahun Terakhir

No. Judul/Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID

1

2

3

I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial lainnya dalam 5

Tahun Terakhir

No.

Judul/Tema/Jenis

Rekayasa Sosial

Lainnya

Tahun Tempat

Penerapan

Respon

Masyarakat

1

2

3

Page 25: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau
Page 26: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

22

Lampiran 3. Biodata Anggota Peneliti

A. Identitas Diri

1 Nama Lengkap (denan gelar) Marlia Adriana, S.T., MT

2 Jenis Kelamin Perempuan

3 Jabatan Funsional -

4 NIP / NIK / Identitas lainnya 090801007

5 NIDN 1123038202

6 Tempat dan Tanggal Lahir Bati-Bati, 23 - 03 - 1982

7 E-mail [email protected]

8 Nomor Telepon / HP 08125124007

9 Alamat Kantor Jl. A Yani Km 6 Desa Panggung, Kec

Pelaihari

10 Nomor Telepon / Faks 0512 21537

11 Lulusan yang Telah

Dihasilkan D3 = 7 Orang

12 Mata Kuliah yang diampu 1. CAD/CAM

2. Menggambar Teknik

3. Lingkungan, Keselamatan dan Kesehatan

Kerja

4. Etika Profesi

5. Kewirausahaan

B. Riwayat Pendidikan

S1 S2 S3

Nama Perguruan

Tinggi

Universitas Brawijaya

Malang

Institut Teknologi Bandung

-

Bidang Ilmu Teknik Arsitektur Teknik Arsitektur -

Tahun Masuk-

Lulus 1999-2004 2005-2007 -

Judul Skripsi /

Tesis

Revitalisasi Taman Rekreasi

Chandra Kirana di Banjarbaru

Kalimantan Selatan

Transformasi Morfologi

Permukiman Di Tepian

Sungai Martapura

-

Nama

Pembimbing -

C. Pengalaman Penelitian dalam 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta Rp.)

1

2

3

Page 27: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau

23

D. Pengalaman Pengabdian kepada Masyarakat dalam 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta Rp.)

1

2

3

E. Publikasi Artikel Ilmiah dalam Jurnal dalam 5 Tahun Terakhir

No. Judul Artikel Ilmiah Nama Jurnal Volume/Nomor/Tahun

1

2

3

F. Pemakalah Seminar Ilmiah dalam 5 Tahun Terakhir

No. Nama Pertemuan

Ilmiah / Seminar Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat

1

2

3

G. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir

No. Judul Buku Tahun Jumlah

Halaman Penerbit

1

2

3

H. Perolehan HKI dalam 5-10 Tahun Terakhir

No. Judul/Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID

1

2

3

I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial lainnya dalam 5

Tahun Terakhir

No.

Judul/Tema/Jenis

Rekayasa Sosial

Lainnya

Tahun Tempat

Penerapan

Respon

Masyarakat

1

2

3

Page 28: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau
Page 29: Kode/Nama Rumpun Ilmu : 455/Teknik Kendali (Atau