ANALISIS PEMBERIAN VARIASI
RASIO EKSENTRISITAS TERHADAP EDDY VISCOSITY, SURFACE ACOUSTIC POWER LEVEL, DAN
VELOCITY JOURNAL BEARING MENGGUNAKAN METODE CFD FSI
Rendy Reza Putra, Althesa
Androva, Aan Burhanuddin
Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Teknik dan Informatika,
Universitas PGRI Semarang, Indonesia
Email: [email protected], [email protected], [email protected]
Kata kunci: Aliran Fluida, CFD, Journal Bearing, Rasio eksentrisitas, Eddy Viscosity, Surface Acoustic Power Level, Velocity. Keywords: Fluif Flow, CFD, Journal Bearing,
Eccentricity Ratio, Eddy Viscosity, Surface Acoustic Power Level, Velocity. |
|
ABSTRAK |
|
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dan membandingkan hasil
simulasi menggunakan software CFD. Proses yang dilakukan dengan variabel
variasi rasio eksentrisitas 0.0, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0.
Penelitian yang dilakukan yaitu menganalisis eddy vixcosity, surface acoustic
power level, dan velocity yang terjadi pada permukaan housing journal bearing
yang bekerja pada putaran 1500 rpm. Dari hasil simulasi didapatkan nilai
maksimum eddy viscosity terdapat pada variasi rasio eksentrisitas 0,0 dengan
nilai 0.0088114 Pa.s, dan nilai minimum terdapat pada variasi rasio
eksentrisitas 0,9 dengan nilai 0.0042851 Pa.s. Hasil nilai maksimum surface
acoustic power level terdapat pada variasi rasio eksentrisitas 0,9 dengan
nilai 95.9086 Db, dan nilai minimum terdapat pada variasi rasio eksentrisitas
0,0 dengan nilai 90.5196 Db. Dan hasil nilai velocity yang sama pada setiap
variasi rasio eksentrisitas yaitu sebesar 7.8241 m/s. This study aims to
analyze and compare simulation results using CFD software. The process is
carried out with variable variations in eccentricity ratios 0.0, 0.2, 0.3,
0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0. The research conducted analyzed eddy
vixcosity, surface acoustic power level, and velocity that occurs on the
surface of the journal bearing housing that works at 1500 rpm. The result of
simulation is the maximum value of eddy viscosity is found in the variation
of eccentricity ratio 0.0 with a value of 0.0088114 Pa.s, and the minimum
value is found in the variation of eccentricity ratio 0.9 with a value of
0.0042851 Pa.s. The result of the maximum value of the surface acoustic power
level is found in the variation of eccentricity ratio 0.9 with a value of
95.9086 Db, and the minimum value is found in the variation of eccentricity
ratio 0.0 with a value of 90.5196 Db. And the result of the same velocity
value in each eccentricity ratio variation is 7.8241 m / s. |
|
Ini
adalah artikel akses terbuka di bawah lisensi CC BY-SA . This is an open access article under the CC BY-SA license. |
PENDAHULUAN
Journal bearing banyak
digunakan pada mesin-mesin besar seperti turbin, kompresor sentrifugal,
generator dan pompa. Journal bearing mampu memberikan kestabilan posisi
pada bagian yang berputar Journal bearing biasanya memiliki poros yang
berputar di atas rangka, dan fluida pelumasan mengisi celah di antara keduanya.
Journal bearing digunakan untuk menahan beban radial dari suatu
poros yang berputar. Poros berputar tidak selalu tepat berada di rumah bantalan
(Kumar & Satapathy, 2023). Offset
jarak ini, yang dikenal sebagai rasio eksentrisitas bantalan, menciptakan
lokasi yang berbeda, untuk mengurangi ketebalan lapisan minyak. Pelumasan
sangat penting untuk mengurangi gesekan dan keausan antara permukaan yang
bergerak relatif satu terhadap yang lain. Namun, zat yang digunakan tersebut
disebut pelumas� (Tauviqirrahman et al., 2019).
Gesekan antara dua
benda secara terus menerus mengakibatkan timbulnya keausan. Keausan yang terus
menerus terbentuk mengakibatkan adanya kerusakan dan kecacatan pada material
yang terkikis. Dari kedua benda yang saling bergesakan maka partikel dari material
tersebut akan terurai atau mengalami pengikisan secara sedikit demi sedikit (Khristyson et al., 2021).
Performansi dari journal
bearing sangat ditentukan oleh pelumasan, dikarenakan terjadinya gesekan
selama journal bearing bekerja (Quinci et al., 2021). Performansi
pelumasan dipengaruhi oleh kekasaran permukaan pada housing maupun shaft (Li et al., 2024).
Pelumasan memungkinkan akan memperpanjang umur komponen mesin karena ada film
pada pelumas untuk mengurangi kontak permukaan. Pelumasan antara dua permukaan
elemen mesin yang bergerak menciptakan distribusi tekanan yang memungkinkan
timbulnya daya dukung beban sehingga menghindarkan kontak langsung dan gesekan.
Pengaruh kekasaran
permukaan bantalan pada kinerja acoustic belum banyak dipelajari sedangkan
potensi bahaya bagi lingkungan dan pendengaran orang-orang yang ditimbulkan
oleh jurnal yang mengandung kebisingan (50-80 dB) (Zhang et al., 2024), hasil eksperimen
menetapkan bahwa tingkat tekanan suara terkait dengan permukaan kekasaran bahan
yang digunakan. Karena itu, mempelajari efek dari kekasaran permukaan pada
kebisingan journal bearing menjadi perlu dan bermakna. Menurut teori
pelumasan klasik, slider paralel (seperti kondisi konsentris) tidak dapat
mendukung beban karena tidak adanya irisan geometris konvergen untuk
menghasilkan tekanan hidrodinamik yang diinginkan. Dihipotesiskan bahwa dengan
memilih pola zona kasar atau halus, fitur journal bearing yang
ditingkatkan dapat dicapai bahkan ketika irisan efek tidak ada (yaitu rasio
eksentrisitas nol). Studi ini meneliti penggunaan kekasaran permukaan yang
direkayasa untuk meningkatkan kinerja fluid-film bearing
menggunakan computational fluid dynamics (CFD) (Dond et al., 2023). Dengan
merekayasa permukaan journal bearing heterogen dengan kekasaran di
beberapa daerah, pola aliran cairan permukaan pelumas dapat disesuaikan. Konsep
heterogen journal bearing kasar atau halus yang diusulkan di sini
terinspirasi oleh kemampuan journal bearing slip/no-slip heterogen, yang
dapat memberikan tekanan hidrodinamik yang cukup besar bahkan dengan concentri
(Tauviqirrahman et al., 2023).
Metode Fluid-Structure
Interaction (FSI) digunakan untuk memperkirakan
pengaruh kekasaran journal bearing 3D dengan pelumasan
hidrodinamis, dapat dinilai dari aksi deformasi mekanis yang menunjukkan bahwa
regangan mekanik memiliki pengaruh yang signifikan pada
bantalan efisiensi. Bantalan yang menopang beban kecil saat deformasi
struktural diperhitungkan saat menghitung perubahan ketebalan film (lebih
kecil dari 30 sampai 70% tergantung pada nilai kekasaran
permukaan). Dibandingkan dengan kasus dimana distorsi diabaikan, juga
mengurangi kekasaran permukaan tekanan hidrodinamika dan dukungan beban (Androva, 2023).
Fluid Stucture
Interaction
(FSI) adalah perangkat lunak yang menggabungkan Finite Element Method
(FEM) dan perangkat lunak Computational Fluid Dynamics (CFD) (Hirschhorn et al., 2020). Dalam
penelitian ini, deformasi shaft journal dan housing dihitung
untuk analisis FSI (Fluid Structure Interaction). FSI dua arah dapat
membuat hasil analisis yang lebih realistis (Sagaf et al., 2023).
Dari penelitian
terdahulu dapat dijadikan kajian untuk pengembangan penelitian baru yang akan
dilakukan. Oleh karena itu, peneliti tertarik untuk mengembangkan dengan judul
�Analisis Pemberian Slip terhadap Pressure dan Velocity Journal
Bearing Menggunakan Metode CFD FSI Analisis Pemberian Variasi Rasio
eksentrisitas terhadap Eddy Viscosity, Surface Acoustic Power Level,
dan Velocity Journal Bearing Menggunakan Metode CFD FSI�. Dengan
tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemberian variasi rasio
eksentrisitas terhadap performansi journal bearing melalui simulasi software
CFD (computational fluid dynamic). Simulasi numerik dilakukan dengan
menggunakan software fluid flow fluent yang berbasis pada metode
perubahan yang terjadi pada eddy viscosity, surface acoustic power
level, dan velocity. Hasil dari penelitian ini akan berguna dalam
merancang journal bearing yang efisien dengan kinerja yang ditingkatkan (Litwin et al., 2023).
Gambar 1. Flowchart analisis permodelan
METODE
Lokasi untuk penelitian pengaruh pemberian
variasi rasio eksentrisitas pada journal bearing dilaksanakan di Kampus
3 Universitas PGRI Semarang yang beralamat Jalan Pawiyatan Luhur III, Bendan
Duwur Kec. Gajahmungkur, Kota Semarang, Jawa Tengah 50235.���� Alat yang digunakan dalam penelitian ini
yaitu software yang memungkinkan untuk menganalisa pengaruh pemberian
variasi rasio eksentrisitas pada journal bearing terhadap eddy
viscosity, surface acoustic power level, dan velocity journal bearing
menggunakan metode CFD FSI sehingga dapat menyelesaikan persamaan matematika
secara analitis dengan menggunakan model objek yang diuji di laboratorium.
Permodelan objek dilakukan pada domain fluida,
dimana fluida dipakai dalam bentuk slip yang direpresentasikan sebagai tegangan
geser dan kemudian diberikan kondisi dimana fluida berada dalam journal
bearing dengan variasi eksentrisitas (Quinci et al., 2021).
Gambar
2. Analisis permodelan
Tabel 1. Karakteristik geometri dan cairan pelumasan journal
bearing
Parameter |
Symbol |
Value |
Bearing width |
|
100 mm |
Shaft radius |
|
50 mm |
Housing radius |
|
50.145 mm |
Radial clearance |
|
0.145 |
Eccentricity ratio |
|
0.0, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, dan 0.9. |
Eccentricity |
|
0.0 (0.145) = 0.0000 mm |
|
|
0.2 (0.145) = 0.0290 mm |
|
|
0.3 (0.145) = 0.0435 mm |
|
|
0.4 (0.145) = 0.0580 mm |
|
|
0.5 (0.145) = 0.0725 mm |
|
|
0.6 (0.145) = 0.0870 mm |
|
|
0.7 (0.145) = 0.1015 mm |
|
|
0.8 (0.145) = 0.1160 mm |
|
|
0.9 (0.145) = 0.1305 mm |
Lubricant density |
|
840 kg/m3 |
Lubricant viscosity |
|
0.0127 Pa.s |
Vapour density |
|
1.2 kg/m3 |
Vapour viscosity |
|
2x10-5 |
Saturated pressure |
|
20,000 Pa |
Shaft rational speed |
|
0.04 mm |
HASIL DAN
PEMBAHASAN
Hasil pengukuran eddy viscosity
Hasil pengukuran pengaruh pemberian rasio eksentrisitas journal bearing terhadap eddy viscosity dapat dilihat pada tabel dimana menunjukkan ada penurunan besaran viskositas beriring dengan semakin besarnya rasio eksentrisitas (Shende et al., 2021).
Tabel 2. Hasil pengukuran eddy viscosity
Eccentricity |
Eddy viscosity (Pa.s) |
0.0 |
0.0088114 |
0.2 |
0.0085664 |
0.3 |
0.0085644 |
0.4 |
0.0077923 |
0.5 |
0.0074630 |
0.6 |
0.0068324 |
0.7 |
0.0055919 |
0.8 |
0.0047950 |
0.9 |
0.0042851 |
Grafik
1.
Hasil pengukuran eddy viscosity
Hasil pengukuran surface acoustic power level
Hasil pengukuran pengaruh
pemberian rasio eksentrisitas journal bearing terhadap surface acoustic
power level dapat dilihat pada tabel dimana menunjukkan semakin besar rasio
eksentrisitas maka semakin besar juga nilai surface acoustic power leve (Pahamli et al., 2016)l.
Tabel
3.
Hasil pengukuran surface acoustic power level
Eccentricity |
Surface acoustic power lever (Db) |
0.0 |
90.5196 |
0.2 |
90.6313 |
0.3 |
90.6313 |
0.4 |
90.9493 |
0.5 |
91.1812 |
0.6 |
91.4672 |
0.7 |
92.5967 |
0.8 |
94.0578 |
0.9 |
95.9086 |
Grafik 2. Hasil pengukuran surface acoustic power level
Hasil pengukuran
velocity
Hasil pengukuran pengaruh pemberian rasio eksentrisitas journal bearing terhadap velocity dapat dilihat pada tabel dimana menunjukkan nilai velocity sama di setiap variasi rasio eksentrisitas (Guha, 2000).
Tabel 4. Hasil pengukuran velocity
Eccentricity |
Velocity (m/s) |
0.0 |
7.8241 |
0.2 |
7.8241 |
0.3 |
7.8241 |
0.4 |
7.8241 |
0.5 |
7.8241 |
0.6 |
7.8241 |
0.7 |
7.8241 |
0.8 |
7.8241 |
0.9 |
7.8241 |
Grafik 3. Hasil pengukuran velocity
KESIMPULAN
Setelah dilakukan penelitian dan pengujian pengaruh rasio eksentrisitas
pada permukaan� journal bearing
menggunakan software CFD didapatkan hasil nilai
maksimum eddy viscosity terdapat pada variasi rasio eksentrisitas 0,0
dengan nilai 0.0088114 Pa.s, dan nilai minimum eddy viscosity terdapat
pada variasi rasio eksentrisitas 0,9 dengan nilai 0.0042851 Pa.s. Nilai eddy
viscosity semakin kecil seiring dengan meningkatnya variasi rasio
eksentrisitas. Sedangkan pengaruh rasio eksentrisitas pada permukaan� journal bearing menggunakan software
CFD didapatkan hasil nilai maksimum surface acoustic
power level terdapat pada variasi rasio eksentrisitas 0,9 dengan nilai
95.9086 Db, dan nilai minimum surface acoustic power level terdapat pada
variasi rasio eksentrisitas 0,0 dengan nilai 90.5196 Db. Nilai surface
acoustic power level semakin besar seiring dengan meningkatnya variasi
rasio eksentrisitas. Dan pengaruh rasio eksentrisitas pada permukaan slip journal
bearing menggunakan software CFD didapatkan hasil
nilai velocity yang sama pada setiap variasi rasio eksentrisitas yaitu
7.8241 m/s.
REFERENSI
Androva, A. (2023). Analysis
of Hydrophobic Coating on Load Carrying. May 2008, 8�13.
Dond, D. K.,
Suryawanshi, S. R., & Nagare, P. N. (2023). Computational fluid dynamics
study to investigate the performance of fluid film journal bearings with
different geometries. Materials Today: Proceedings.
Guha, S. K. (2000).
Analysis of steady-state characteristics of misaligned hydrodynamic journal
bearings with isotropic roughness effect. Tribology International, 33(1), 1�12.
Hirschhorn, M.,
Tchantchaleishvili, V., Stevens, R., Rossano, J., & Throckmorton, A.
(2020). Fluid�structure interaction modeling in cardiovascular medicine�A
systematic review 2017�2019. Medical Engineering & Physics, 78, 1�13.
Khristyson, S. F.,
Said, S. D., Wahid, M. A., Khoeron, S., Mesin, D. T., Teknik, F., Diponegoro,
U., Industri, D. T., Vokasi, S., Diponegoro, U., Undiptembalang, K., &
Tengah, S. J. (2021). Keausan Poros Propeller Yang Berlebihan Akibat. 11(1),
67�73.
Kumar, N., &
Satapathy, R. K. (2023). Bearings in aerospace, application, distress, and
life: a review. Journal of Failure Analysis and Prevention, 23(3), 915�947.
Li, X., Shao, W.,
Tang, J., Zhang, D., Chen, J., Zhao, J., & Wen, Y. (2024). Multi-physics
field coupling interface lubrication contact analysis for gear transmission
under various finishing processes. Engineering Failure Analysis, 165, 108742.
Litwin, W.,
Wasilczuk, M., Wodtke, M., & Olszewski, A. (2023). The influence of polymer
bearing material and lubricating grooves layout on wear of journal bearings
lubricated with contaminated water. Tribology International, 179, 108159.
Pahamli, Y.,
Hosseini, M. J., Ranjbar, A. A., & Bahrampoury, R. (2016). Analysis of the
effect of eccentricity and operational parameters in PCM-filled single-pass
shell and tube heat exchangers. Renewable Energy, 97, 344�357.
Quinci, F., Litwin,
W., Wodtke, M., & van Den Nieuwendijk, R. (2021). A comparative performance
assessment of a hydrodynamic journal bearing lubricated with oil and
magnetorheological fluid. Tribology International, 162, 107143.
Sagaf, M., Sinaga,
N., Tauviqirrahman, M., Khafidh, M., & Androva, A. (2023). Analysis of the
journal bearing performance considering artificial surface roughness and
cavitation using CFD FSI method. AIP Conference Proceedings, 2706(May).
https://doi.org/10.1063/5.0120464
Shende, T., Niasar,
V. J., & Babaei, M. (2021). An empirical equation for shear viscosity of
shear thickening fluids. Journal of Molecular Liquids, 325, 115220.
Tauviqirrahman, M.,
Muchammad., & Andhika, M. M. (2019). EFEK PEMBERIAN RECTANGULAR TEKSTUR
TERHADAP PERFORMASI PELUMASAN JOURNAL BEARING. 211�216.
Tauviqirrahman, M.,
Yohana, E., Paryanto, Jamari, Muslim, F. S., & Anggoro, P. W. (2023).
Investigation on acoustic, thermal, and tribological properties of hydrodynamic
journal bearing with heterogeneous rough/smooth surface. Results in Engineering,
18(January), 101112. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101112
Zhang, C., Wang, X.,
Han, P., Zhang, T., Zhang, L., & Wang, F. (2024). Acoustic emission and
splitting surface roughness of sandstone in a Brazilian splitting test under
the influence of water saturation. Engineering Geology, 329, 107369.