Makalah Mekanika Getaran Hendi Saputra.docx

TUGAS MEKANIKA GATARAN

BAB I PENDAHULUAN Dalam banyak hal orang mengharapkan dapat memperoleh mesin yang ideal dipandang dari sudut vibrasi (getaran), yaitu mesin yang tidak menghasilkan vibrasi sama sekali. Mesin ideal yang demikian akan sangat menghemat energi karena semua energi yang diberikan kepada mesin seluruhnya akan digunakan untuk melakukan pekerjaannya saja, apakah memompa suatu cairan, mengompresi udara, menggilas kertas dll. tanpa menghasilkan produk samping berupa vibrasi. Kelihatannya hal itu sangat mustahil karena dalam hal permesinan sangatlah tidak mungkin mendapatkan material yang sangat homogen, fabrikasi mesin yang tanpa sisa ketidakimbangan (un¬balance residu) dan mesin yang bergerak secara berputar maupun bergerak bolak-balik yang tidak menimbulkan gesekan satu bagian dengan bagian lainnya. Apakah yang kemudian terlihat sebagai akibat timbulnya getaran mesin, tak lain adalah mengakibatkan berbagai keadaan yang abnormal seperti mengendornya baut-baut, bagian-bagian mesin-cepat aus, shaft menjadi misaligned, rotor menjadi unbalance dll. Kondisi tersebut di atas akan menaikkan energi yang terdissipasi karena getaran, menyebabkan resonansi, dan beban dinamis pada bearing. Sebab akibat yang terjadi seterusnya akan menyebabkan mesin segera menuju kepada kerusakan (break down) yang menyebabkan mesin harus dimatikan atau secara otomatis mati dengan sendirinya karena proteksi pada system listrik atau instrumentasinya. Suatu disain dan manufakturing mesin yang sangat baik hanyalah berusaha untuk memperkecil ketidakpresisian sedemikian rupa sehingga mendapatkan mesin-mesin yang tingkat getarannya sangat kecil (halus). Konsekwensinya Konsekwensinya adalah harga mesin akan menjadi lebih mahal dari mesin yang tingkat kepresisiannya "biasa-biasa saja". Bahkan mesin-mesin yang demikian kadang-kadang diproteksi.agar tidak dapat diekspor keluar dari negara penghasilnya sebagai suatu keunggulan karena mempunyai dampak strategic; politic dan keamanan negara. Mesin-mesin yang presisi seperti di atas sangat menentukan di dalam menghasilkan suatu produk berkualitas.Di masa yang lalu (bahkan masih ada saat ini) banyak tenaga teknik lapangan (pabrik) yang dapat menentukan suatu " kesehatan mesin " hanya dengan meraba mesin atau pipa yang tersambung pada mesin tertentu dan mendengarkan suara yang timbul dari getaran mesin tersebut. Cara tersebut juga salah satu cara analisa akan tetapi dilakukan secara individu yang pengukurannya dilakukan dengan alat panca indera. Keadaan seperti di atas mungkin masih banyak terjadi.

INSTRUMEN PENGUKUR GETARAN

1


Tetapi dilihat dari sisi perusahaan untuk jangka panjang mungkin bisa merugikan antara lain disebabkan karena hal-hal sbb. Kesinambungan keahlian dan regenerasi tenaga yang bersifat demikian sangat sulit mengingat pengalaman dan keahlian pribadi tersebut sulit disistimatisasikan dan dipelajari.Bahkan kadang-kadang dengan alasan pribadi keahlian tesebut sengaja tetap diinginkan untuk dimiliki sendiri dan tidak ditularkan kepada personil yang lain. Pengambilan keputusan mengenai kondisi mesin dan perlakuan pemeliharaannya hanya didasarkan kepada keputusan pribadi orang ybs. sehingga tidak terintegrasi dengan rencana pemeliharaan menyeluruh. Data-data tertulis tentang kondisi equipment tidak ada, analisa berdasarkan ilmiah tidak bisa dilakukan, sehingga tidak dapat ditarik kesimpulan dan pengambilan keputusan, serta untuk jangka panjang tidak akan ada equipment history maupun vibration trend record yang bisa digunakan untuk predictive maintenance. Personil dengan keahlian seperti tersebut di atas, jika harus sering berhadapan dengan jenis mesin yang baru yang lebih modem akan lebih sulit menyesuaikan. Hal tersebut mengingat bahwa toleransi vibrasinya lebih kecil, berbeda dari mesin-mesin lama yang toleransi vibrasinya cukup besar dan mudah dirasakan secara f isik. Semakin beratnya pekerjaan personil lapangan untuk selalu mengikuti perkembangan teknologi teknologi baru, yaitu dengan semakin modern-nya permesinan dengan desain yang selalu baru, terutama dalam hal-hal sbb. • Bentuk lebih kompak dan ukurannya lebih kecil. • Efisiensi lebih tinggi, clearance lebih kecil • Alat deteksi dan pengukuran yang dipasang lebih canggih cenderung menuju kepada penggunaan mikroprosesor. • Sifat operasi menuju kepada otomatisasi secara penuh. Disini peranan pendeteksian dari segi vibrasi semakin penting. Dengan perkembangan teknologi yang sangat cepat model yang satu akan segera ketinggalan daripada model yang dikeluarkan berikutnya. Perencanaan dan. pengendalian pemeliharaan equipment pabrik tidak dapat dilakukan dengan oleh pihak manajemen , dampaknya secara ekonomi adalah perencanaan pengeluaran biaya pemeliharaan , down time (berhenti berproduksi) dan perencanaan pemasarannya, serta forecast ing penerimaan uang masuk lebih sulit diperhitungkan. Oleh karena itu diperlukannya alat bantu berupa alat ukur dalam hal ini adalah untuk pengukuran vibrasi, recorder, dan analyzer vibrasi baik yang dioperasikan secara manual maupun yang dipasang secara


2


Tetapi dilihat dari sisi perusahaan untuk jangka panjang mungkin bisa merugikan antara lain disebabkan karena hal-hal sbb. Kesinambungan keahlian dan regenerasi tenaga yang bersifat demikian sangat sulit mengingat pengalaman dan keahlian pribadi tersebut sulit disistimatisasikan dan dipelajari.Bahkan kadang-kadang dengan alasan pribadi keahlian tesebut sengaja tetap diinginkan untuk dimiliki sendiri dan tidak ditularkan kepada personil yang lain. Pengambilan keputusan mengenai kondisi mesin dan perlakuan pemeliharaannya hanya didasarkan kepada keputusan pribadi orang ybs. sehingga tidak terintegrasi dengan rencana pemeliharaan menyeluruh. Data-data tertulis tentang kondisi equipment tidak ada, analisa berdasarkan ilmiah tidak bisa dilakukan, sehingga tidak dapat ditarik kesimpulan dan pengambilan keputusan, serta untuk jangka panjang tidak akan ada equipment history maupun vibration trend record yang bisa digunakan untuk predictive maintenance. Personil dengan keahlian seperti tersebut di atas, jika harus sering berhadapan dengan jenis mesin yang baru yang lebih modem akan lebih sulit menyesuaikan. Hal tersebut mengingat bahwa toleransi vibrasinya lebih kecil, berbeda dari mesin-mesin lama yang toleransi vibrasinya cukup besar dan mudah dirasakan secara f isik. Semakin beratnya pekerjaan personil lapangan untuk selalu mengikuti perkembangan teknologi teknologi baru, yaitu dengan semakin modern-nya permesinan dengan desain yang selalu baru, terutama dalam hal-hal sbb. • Bentuk lebih kompak dan ukurannya lebih kecil. • Efisiensi lebih tinggi, clearance lebih kecil • Alat deteksi dan pengukuran yang dipasang lebih canggih cenderung menuju kepada penggunaan mikroprosesor. • Sifat operasi menuju kepada otomatisasi secara penuh. Disini peranan pendeteksian dari segi vibrasi semakin penting. Dengan perkembangan teknologi yang sangat cepat model yang satu akan segera ketinggalan daripada model yang dikeluarkan berikutnya. Perencanaan dan. pengendalian pemeliharaan equipment pabrik tidak dapat dilakukan dengan oleh pihak manajemen , dampaknya secara ekonomi adalah perencanaan pengeluaran biaya pemeliharaan , down time (berhenti berproduksi) dan perencanaan pemasarannya, serta forecast ing penerimaan uang masuk lebih sulit diperhitungkan. Oleh karena itu diperlukannya alat bantu berupa alat ukur dalam hal ini adalah untuk pengukuran vibrasi, recorder, dan analyzer vibrasi baik yang dioperasikan secara manual maupun yang dipasang secara


2


permanen sebagai kelengkapan dari mesin utama. Dengan demikian tujuan untuk mengetahui kondisi mesin / equipment dengan mengetahui tingkat vibrasi dan analisanya dapat diperoleh untuk keperluan jangka pendek maupun jangka panjang. Di sini akan disampaikan bahwa ada 2 (dua) macam pengukuran yang dapat dilakukan sehubungan dengan lebar band dari filter pada alat ukur yang digunakan, yaitu : 1. Pengukuran level vibrasi " overall " (wide-band) Pengukuran ini merupakan pengukuran dengan menggunakan filter dengan band band yang lebar. Sehingga Sehingga semua frekuensi akan terukur, akan tetapi yang ditunjukkan oleh pengukuran adalah "level vibrasi yang terbesar". Kita tidak dapat melihat frekuensi vibrasi berapa yang mempunyai amplitude terbesar seperti ditunjukkan oleh alat ukur, sehingga boleh dikatakan bahwa cara pengukuran ini mengabaikan frekuensi vibrasi yang ada. Kegunaan cara pengukuran ini adalah untuk melihat tingkat vibrasi pads suatu saat dan jika secara berkala pengukuran ini dicatat maka akan diperoleh "trend" vibrasi dari bagian-bagian mesin yang diukur. 2. Pengukuran level vibrasi "pada tiap tiap titik frekuensi" (narrow band). pengukuran ini dilakukan dengan setiap saat memeriksa suatu daerah frekuensi yang sempit sehingga kita dapat melihat pada frekuensi berapa saja terjadi level vibrasi yang meninggi atau peak yang terjadi pada masing-masing komponen frekuensi. Kegunaan cara pengukuran ini adalah. bahwa datanya akan digunakan untuk analisa vibrasi yang terinci terhadap bagian.bagian mesin / equipment. Kegunaan terpenting dari pengukuran menggunakan narrow band dilanjutkan dengan analisanya adalah dapat mengetahui secara "dini" kerusakan suatu komponen mesin. Semakin sempit lebar band yang digunakan dan semakin dapat diperoleh peak pada masing-masing frekuensi maka semakin dini dapat diketahui adanya kemungkinan suatu bagian mesin mengalami "pertumbuhan untuk terjadi kerusakan". Semakin sempit kita gunakan narrow band width maka semakin lama kita akan menganalisanya kecuali dibantu dengan alat yang semakin canggih. Analisa terhadap hasil suatu pengukuran vibrasi akan menghasilkan m enghasilkan kesimpulan berapa alternatif-alternatif', jadi "bukan langsung" menghasilkan kesimpulan menuju satu titik kerusakan pada bagian tertentu dari mesin / equipment. Hal ini disebabkan karena banyak kejadian kerusakan mesin yang berbeda dapat menghasilkan vibrasi dengan pola frekuensi yang mirip


3


antara kejadian kerusakan yang satu dengan lainnya. Dengan demikian diperlukan adanya ketekunan, kejelian, serta kesabaran personil yang terlibat di dalam analisa vibrasi untuk dapat mempersempit masalah sehingga dihasilkan kesimpulan yang mengarah kepada kerusakan sebenarnya dari suatu bagian mesin / equipment. Bahkan untuk mengetahui persisnya kerusakan yang terjadi kadangkadang sesuai dengan alternatif¬-alternatif hasil analisanya harus pula dilakukan "pembongkaran" bagian mesin / equipment untuk mengetahui kenyataan kerusakan yang terjadi. Hal ini lazim dilakukan di dalam memeriksa "kese¬hatan mesin" industri, sehingga untuk keperluan maintenance mesin ybs. perlu disediakan waktu yang cukup untuk membongkar dan melihat "semua bagian mesin" sesuai dengan alternatifalternatif kerusakan sebagai hasil dari analisa vibrasinya. Di dalam proses melakukan analisanya untuk menemukan masalah pada suatu mesin yang berputar terdapat beberapa teknik yang populer yaitu : 1. Analisa Spektrum 2. Analisa Orbit 3. Analisa Fase Masing-masing akan dilakukan pembahasan secara rinci pada bab selanjutnya.


4


BAB II GETARAN

2.1. PENGANTAR Dalam proses industri, banyak dijumpai adanya bermacam bentuk serta ukuran mesin, yang selain kerjanya rumit juga bernilai mahal. Kerusakan yang tedadi secara mendadak dari mesin-¬mesin yang sedang dioperasikan akan berakibat terhentinya proses produksi, terbuangnya jam kerja karyawan serta pengeluaran biaya perbaikan yang mahal. Untuk mengatasi masalah tersebut diatas, diperlukan usaha perawatan serta mengetahui kondisi¬-kondisi dan batas dari mesin yang dioperasikan, sehingga tindakan penyelamatan dapat cepat diambil jika kondisi batas tersebut dicapai dan kerusakan lebih parah dapat dihindari. Sifat-sifat getaran yang ditimbulkan pada suatu mesin dapat menggambarkan kondisi gerakan¬-gerakan yang tidak diinginkan pada komponen - komponen mesin, sehingga pengukuran, dan analisa getaran dapat dipergunakan untuk mendiagnosa kondisi suatu mesin, sebagai contoh - adanya roda gigi yang telah aus akan menimbulkan getaran dengan amplitude yang tinggi pada frekuensi sesuai dengan frekuensi toothmesh (RPM kali jumlah gigi). Adanya unbalance (ketidakseimbangan) putaran akan menimbulkan getaran dengan level tinggi pada frekuensi yang sama dengan rpm poros itu sendiri. Sejak tahun-tahun terakhir ini, teknologi pengukuran getaran telah berkembang dengan pesat dan bisa dipakai untuk menyelidiki dan memonitor kondisi mesin-mesin modern yang mempunyai putaran tinggi. Dengan teknik ini suatu mesin yang berputar dapat dimonitor pada posisi tertentu untuk mengetahui kondisinya. Tujuan utamanya adalah untuk mengamankan mesin dan memprediksi kerusakan yang akan mungkin terjadi. 2.2. Getaran Getaran mesin adalah gerakan suatu bagian mesin maju dan mundur (bolak-balik) dari keadaan diam /netral, (F=0). Contoh sederhana untuk menunjukkan suatu getaran adalah pegas.


5


Gambar 2.1

Gambar 2.2

Pegas tersebut tidak akan bergerak/bergetar sebelum ada gaya yang diberikan terhadapnya. Setelah gaya tarik (F) dilepas maka pegas akan bergetar, bergerak bolak-balik disekitar posisi netral. 2.3. Karakteristik Getaran Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah mekanik yang terjadi dapat diketahui dengan mengukur karakteristik getaran pada mesin tersebut. Karakteristik- karakteristik getaran yang penting antara lain adalah • • • • •

Frekuensi Getaran Perpindahan Getaran. (Vibration Displacement) Kecepatan Getaran (Vibration Velocity) Percepatan Getaran (Vibration Acceleration) Phase Getaran

Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari karakteristik suatu getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi waktu.


6


Gambar 2.3 Gerakan bandul pegas dari posisi netral ke batas atas dan kembali lagi ke posisi netral dan dilanjutkan ke batas bawah, dan kembali lagi ke posisi netral, disebut satu siklus getaran (satu periode). 2.3.1. Frekuensi Getaran Gerakan periodik atau getaran selalu berhubungan dengan frekuensi yang menyatakan banyaknya gerakan bolak-balik (satu siklus penuh) tiap satuan waktu. Hubungan antara frekuensi dan periode suatu getaran dapat dinyatakan dengan rumus sederhana: frekuensi = 1/periode frekuensi dari getaran tersebut biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus getaran yang terjadi tiap menit (CPM = Cycles per minute). Sebagai contoh sebuah mesin bergetar 60 kali (siklus; dalam 1 menit maka frekwensi getaran mesin tersebut adalah 60 CPM. Frekuensi bisa juga dinyatakan dalam CPS (cycles per second) atau Hertz dan putaran dinyatakandalam revolution per minute (RPM). 2.3.2. Perpindahan Getaran ( Vibration Displacement ) Jarak yang ditempuh dari suatu puncak (A) ke puncak yang lain (C) disebut perpindahan dari puncak ke puncak (peak to peak displacement). Perpindahan tersebut pada umumnya dinyatakan dalam satuan mikron (μm) atau mils. 1 μm 0.001 mm 1 mils 0.001 inch


7


2.3.3. Kecepatan Getaran ( Vibration Velocity ) Karena getaran merupakan suatu gerakan, maka getaran tersebut pasti mempunyai kecepatan. Pada gerak periodik (getaran) seperti pada gambar 2.2; kecepatan maksimum terjadi pada titik B (posisi netral) sedangkan kecepatan minimum (=O) terjadi pada titik A dan titik C. Kecepatan getaran ini biasanya dalam satuan mm/det (peak). Karena kecepatan ini selalu berubah secara sinusoida, maka seringkali digunakan pula satuan mm/sec (rms). nilai peak = 1,414 x nilai rms Kadang-kadang digunakan juga satuan inch/sec (peak) atau inch/sec (rms) 1 inch = 25,4 mm 2.3.4. Percepatan Getaran ( Acceleration ) Karakteristik getaran lain dan juga penting adalah percepatan. Pada gambar 1.2, dititik A atau C kecepatan getaran adalah nol tetapi pada bagian-bagian tersebut akan mengalami percepatan yang maksimum. Sedang pada titik B (netral) percepatan getaran adalah nol. Secara teknis percepatan adalah laju perubahan dari kecepatan. Percepatan getaran pada umumnya dinyatakan dalam, satuan "g's' peak, dimana satu "g" adalah percepatan yang disebabkan oleh gaya gravitasi pada permukaan bumi. Sesuai dengan perjanjian intemasional satuan gravitasi pada permukaan bumi adalah 980,665cm/det2 (386,087inc/det2 atau 32,1739 feet/40). 2.3.5. Phase Getaran Pengukuran phase getaran memberikan informasi untuk menentukan bagaimana suatu bagian bergetar relatif terhadap bagian yang lain, atau untuk menentukan posisi suatu bagian yang bergetar pada suatu saat, terhadap suatu referensi atau terhadap bagian lain yang bergetar dengan frekuensi yang sama. Beberapa contoh pengukuran phase :


8


Gambar 2.4. Dua bandul pada Gambar 2.4 bergetar dengan frekuensi dan displacement yang sama, bandul A berada pada posisi batas atas dan bandul B pada waktu yang sama berada pada batas bawah. Kita dapat menggunakan phase untuk menyatakan perbandingan tersebut. Dengan memetakan gerakan kedua bandul tersebut pada satu siklus penuh, kita dapat melihat bahwa titik puncak displacement kedua bandul tersebut terpisah dengan sudut 180 (satu siklus penuh = 360 ). Oleh karena itu kita dapat mengatakan bahwa kedua bandul tersebut bergetar.dengan beda phase 180.

Gambar 2.5 Pada gambar 2.5 bandul A berada pada posisi batas atas dan bandul B pada waktu yang sama berada pada posisi netral bergerak menuju ke batas bawah. Sehingga kita dapat mengatakan bahwa kedua bandul tersebut bergetar dengan beds phase 90.


9


Gambar 2.6 Pada gambar 2.6 pada waktu yang sama kedua bandul A dan B berada pada batas atas. Oleh karena itu kita dapat mengatakan bahwa kedua bandul tersebut bergetar dengan sudut phase 0 atau se-phase. 2.3.6. Spike Energy Karakteristik lain dari getaran yang agak khusus adalah pengukuran SPIKE ENERGY. Besaran dari spike energi ini agak abstrak karena tidak dapat dijelaskan dengan gambar dari getaran bandul. Pengukuran spike energy adalah pengukuran getaran frekuensi tinggi akibat adanya pulsa dari energi getaran. Pulsa dari energi getaran yang terjadi pada mesin sebagai akibat dari: 1. Permukaan yang cacat dari element rolling beraring atau gear. 2. rubs, impacts, dan tedadi kontak antara logam dengan logam di dalam mesin yang berputar. 3. Aliran steam dengan tekanan tinggi atau kebocoran udara 4. Kavitasi akibat aliran yang turbulen dalam fluids Sebelum diperkenalkan pengukuran spike energy, sangat sulit untuk mendeteksi dan menganalisa secara dini kerusakan yang terjadi pada bearing dan gear. Dengan pengukuran spike energy, getaran dengan frekuensi tinggi akibat kerusakan pada bearing dan gear dapat dideteksi dengan mudah. Secara dasar pengukuran spike energy adalah pengukuran percepatan dari suatu getaranf schingga pengukuran ini sangat sensitiv terhadap getaran dengan frekuensi tinggi yang di akibatkan karena terjadi kerusakan pada bearing atau gear. Pengukuran spike energi dinyatakan dalam satuan gSE".


10


2.4. Satuan-satuan Pengukuran Ada beberapa satuan-satuan pengukuran getaran.

yang

digunakan

dalam

suatu

Harga Peak-to-peak : adalah harga amplitudo dari gelombang sinusoida mulai dari batas atas sampai ke batas bawah. Pengukuran displacement suatu getaran biasanya menggunakan harga peak-topeak dengan satuan mils atau mikron. Harga Peak : adalah harga peak-to-peak dibagi dua atau setengah dari harga peak-to-peak. Harga RMS (root-means-square) : harga ini sering digunakan untuk mengklasifikasikan keparahan getaran dari suatu mesin. Harga RMS ini mengukur harga energi efektif yang dipakai untuk menghasilkan getaran pada suatu mesin. Untuk gerak sinusoidal harga RMS adalah 0.707 X peak. Sedangkan Harga Average dari suatu gelombang sinusoidal adalah 0.637 X harga peak.

CONVERSION FACTORS APPLIES ONLY TO SINUSOIDAL WAVEFORM CONVERSION FACTOR

PEAK TO PEAK PEAK RMS AVERAGE

PEAK TO PEAK

1

0.5

0.354

0.318

PEAK

2

1

0.71

0.64

RMS

2.83

1.414

1

0.90

AVERAGE

3.14

1.571 1.111

1

Tabel 2.1


11


BAB III TRANSDUCER GETARAN 3.1. Pendahuluan Untuk mengukur suatu getaran mesin dibutuhkan suatu tranduser getaran yang berfungsi untuk mengolah sinyal getaran menjadi sinyal lain, dalam hal ini sinyal listrik.. Tranduser getaran yang umum digunakan adalah velocity pickups, accelerometer dan non-contact pickups. Masing¬masing tranduser tersebut mempunyai keuntungan dan kerugian dalam aplikasinya. Tidak ada satupun tranduser yang dapat memberikan semua kebutuhan pengukuran yang diperlukan, sehingga kita harus memilih tranduser yang paling cocok untuk pekerjaan yang akan kita lakukan. Karena itu bab ini dimaksudkan untuk mengenal lebih mendalam mengenal tranduser yang secara umum dipakai untuk pengukuran getaran, sehingga dapat membantu kita memilih tranduser mana yang paling cocok untuk pekerjaan yang akan kita lakukan. 3.2. Velocity Pickup

Gambar 3.1 3.2.1.

Prinsip Kerja Gambar 3.1 menunjukkan skematik dari velocity pickups dan bagian-bagiannya. Sistem tersebut terdiri dari massa yang dililiti o1eh suatu kumparan yang dihubungkan dengan pegas dan damper, Dan suatu magnet permanen yang memberikan medan magnet yang cukup kuat dipasang mengelilingi kumparan tersebut. Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa " apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau jika.suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Apabila transducer ini ditempatkan pada bagian mesin yang bergetar, maka tranduser inipun akan ikut bergetar, sehingga kumparan yang ada di dalamnya akan bergerak relatif terhadap medan


12


magnet akan menghasilkan tegangan listrik pada ujung kawat kumparannya. Sinyal listrik yang dihasilkan sebanding. dengan kecepatan getaran mesin tersebut. Dengan mengolah/ mengukur dan menganalisa sinyal listrik dari tranduser, maka getaran mesin dapat diukur / diketahui.3.2.2. Karakteristik Velocity tranduser biasanya lebih umum digunakan untuk pengukuran maupun analisa vibrasi. Karena tranduser ini cukup kuat,.mudah dalam .pemakaiannya, dan tranduser ini juga mempunyai level output listrik yang relatif tinggi. Serta tidak membutuhkan daya listrik untuk mengaktifkannya. Seperti tranduser lainnya,..velocity transducer mempunyai batas maksimum dan minimum untuk daerah yang dapat diukur, baik itu amplitude maupun frekuensi getaran. Gambar 3.2 adalah salah satu contoh daerah pengukuran untuk velocity pickup.

Gambar 3.2 Tegangan output dari velocity pickup biasanya dinyatakan dalam bentuk millivolts per inch per sec¬ond. sensitivitas dari velocity pickup akan konstan pada daerah.frekuensi operasinya. pada daerah frekuensi getaran yang rendah sensitivitas dari tranduser ini akan menurun, karena pada frekuensi rendah gerakan coil cenderung mengikuti gerakan magnet. Untuk pengukuran amplitudo dengan frekuensi dibawah 600 CPM, biasanya harga pembacaan lebih rendah dari harga sebenarnya. Walaupun sensitivitas transducer tersebut turun pada frekuensi rendah,tetapi kita masih bisa mengambil data pada daerah frekuensi tersebut dengan menggunakan grafik koreksi faktor (Gambar 3.3). Pemakaian grafik ini hanya bisa digunakan,pada pembacaan amplitudo yang telah difilter


13


(amplitudo terhadap frekuensi). Untuk pembacaan overall (amplitudo terhadap fungsi waktu) grafik tersebut tidak dapat digunakan. 3.2.3. Aplikasi Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan velocity tranduser untuk sistem pengukuran getaran adalah Dalam pengoperasiannya tranduser ini tidak memerlukan days dan mempunyai sinyal output yang cukup kuat. Dapat dipasang langsung pada rumah bearing. Dapat dipegang Langan untuk melakukan suatu pengukuran getaran suatu mesin. Disamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan velocity tranduser, ada juga beberapa kekurangannya antara lain Respon frekuensinya terbatas. Biasanya digunakan hanya pada daerah frekuensi 600 CPM - 120.000 CPM. Relatif berat dan besar, sehingga membutuhkan ruangan yang cukup untuk memasangnya. Jika dipasang pada rumah bearing yang kecil dapat meredam vibrasi. Harus menggunakan faktor koreksi apabila digunakan pada frekwensi dibawah 600 CPM. 3.3

Accelerometer Tranduser

Gambar 3.3


14


3.3.1. Prinsip Kerja Gambar 3.3 adalah diagram sederhana dari tipe accelerometer dengan sebuah penguat didalamnya. Apabila tranduser ini ditempelkan pada bagian mesin yang bergetar, maka getaran mekanis tersebut diteruskan melalui Case insulator ke bahan piezoeletric, sehingga bahan tersebut mengalami tekanan sebanding dengan getarannya Bahan piezoelectric tersebut mempunyai kemampuan untuk menimbulkan muatan listrik sebagai respon terhadap gaya mekanis yang bekerja terhadapnya. Getaran mekanis yang menghasilkan gaya akan mengenai bahan piezoeletric dan bahan tersebut akan menimbulkan muatan listrik yang seband¬ing dengan besarnya percepatan dari getaran tersebut. Muatan listrik yang ditimbulkan oleh bahan piezoelectric tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan output velocity tranduser. Karena muatan listrik yang ditimbulkan langsung oleh bahan piezoelectric begitu kecil, maka di dalam tranduser ini dibuat rangkaian penguat electronik untuk memperkuat muatan listrik yang dihasilkan oleh bahan piezoelectric, tersebut. Besarnya muatan yang dihasilkan langsung oleh bahan piezoelectric biasanya dalam picocoulombs per g. Sedangkan besarnya sinyal yang dihasilkan setelah melalui penguat, mempunyai sensitivitas 50 mv per g 3.3.2. Karakteristik Tranduser accelerometer umumnya mempunyai bentuk yang cukup kecil dan ringan, serta range temperatur dan frekwensi kerjanya cukup lebar. Accelerometer adalah merupakan sensor yang dapat digunakan sebagai sistem monitor getaran maupun untuk. analisis getaran. Tranduser ini mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap getaran dengan frekuensi tinggi. Ukuran accelerometer cukup kecil dan ringan, sehingga accelorometer ini sangat cocok digunakan di lokasi yang mempunyai ruang yang sangat terbatas. 3.3.3. Aplikasi Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan tranduser accelerometer untuk sistem pengukuran getaran adalah :


15


Mempunyai respon yang baik terhadap frekuensi tinggi. mempunyai range frekuensi kurang dari 2 Cycle/second sampai lebih dari 20 KHz. Dengan bentuk yang kecil dan ringan dapat digunakan pada posisi dengan ruang yang sangat terbatas. Dapat digunakan pada temperatur tinggi, yaitu sampai temperature kurang lebih 500 derajat C. Disamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan accelerometer transducer, ada jugs beberapa kekurangannya antara lain -

Tranduser accelorometer membutuhkan sinyal penguat external untuk mendapatkan output yang cukup kuat. Sensitiv terhadap dan sinyal noise dengan frekwensi tinggi. Tidak cocok untuk pemakaian handhold, kecuali digunakan dengan low pass fiter.

3.4. Non-Contact pickup (proximitor)

Gambar 3.4 3.4.1. Prinsip Kerja Tidak seperti tranduser velocity dan accelerometer, Tranduser non-contact tidak mempunyai element yang dapat menimbulkan suatu tegangan atau muatan listrik sebagai respon terhadap getaran. Sebagai ilustrasi pada gambar 3.4, sensor non-contact membutuhkan rangkaian elektronik, eksternal untuk membangkitkan suatu sinyal ac dengan frekuensi yang sangat


16


tinggi dan sinyal ac ini yang digunakan untuk mendeteksi getaran. Pada mesin berputar, non-contact pickup digunakan untuk mengukur getaran poros tanpa menyentuh poros tersebut. Sinyal ac dengan frekuensi yang sangat tinggi (disebut carrier sinyal) dikirimkan pada koil. Suatu permukaan logam (dalam hal ini poros) yang dekat dengan koil akan menyerap energi dari medan magnet tersebut dan akan mengurangi amplitude sinyal carrier.

Gambar 3.5 Apabila jarak antara poros dengan ujung koil berubahubah, maka amplitude sinyal carrier juga akan berubah-ubah sebanding dengan jarak antara poros dengan koil tersebut. Tranduser non-contact dipasang pada suatu mesin dengan jarak tertentu, jarak antara ujung tranduser dengan poros dari mesin disebut gap. Gap ini diatur sesuai dengan karakteristik tranduser dan mesin yang akan digunakan. Tranduser ini sangat baik untuk memantau getaran poros pada mesin yang berputar dengan kecepatan tinggi dan menggunakan sleeve bearing. 3.4.2. Aplikasi Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan non-contact pickup untuk sistem pengukuran getaran adalah


17


-

-

-

-

-

-

-

Dengan menggunakan tranduser non-contact dapat dilakukan pengukuran gerakan poros mesin dari kedua arah radial maupun gerakan pada arah axial. Dengan menggunakan dua tranduser non-contact yang dipasang dengan sudut 90, maka dapat dilihat bentuk orbit dari gerakan poros. Dapat digunakan sebagai "keyphasor" untuk pengukuran sudut phase dan kecepatan mesin. Respon frekuensi sampai dengan 5 KHz ( 0-300.000 CPM). Dapat digunakan untuk cek hot alignment mesin. Disamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan non-contact pikup, ada juga beberapa kekurangannya antara lain : Sangat sensitiv terhadap kondukiivitas permukaan logam yang dideteksi. Getaran output sangat terpengaruh oleh mechanical.dan electrical runouts. Pemasangan tranduser pada bearing housing harus benar- benar kuat. Tidak cocok untuk pemakaian handhold. Output dari tranduser dapat terpengaruh bila ujung . probe sensor ter kena oleh kotoran serbuk logam yang terkandung dalam oil. Tranduser tidak dapat menghasilkan sinyal output tanpa bantuan rangkaian elektronik dan catu daya dari luar.

3.5. Teknik Pemilihan Tranduser Seperti yang telah kita ketahui bahwa tidak ada satupun tranduser yang cocok digunakan untuk semua pemakaian, sehingga kita perlu memilih tranduser mans yang paling'cocok yang akan kita gunakan untuk keperluan kita. Ada beberapa hal penting yang perlu dipertimbangkan dalam proses pemilihan transduser ini. Pemilihan transduser ini adalah langkah yang paling penting dalam proses mendapatkan data vibrasi yang benar dan akurat Tiap-tiap mesin mempunyai karakteristik getaran yang berbeda¬beda dan spesifik, sebagai contoh : sebuah gearbox dengan ball bearing akan mempunyai karakteristik getaran pada frekuensi tinggi, hal tersebut jarang tedadi•pada motor yang menggerakkan fan dengan kecepatan rendah. Contoh lain adalah sebuah pompa besar atau kompresor dengan sleeve bearing dimana kita menginginkan meneliti gerakan shaft mesin tersebut. Dari dua contoh diatas terdapat perbedaan parameter yang harus diukur, sehingga dibutuhkan tranduser yang berbeda untuk mendapatkan informasi yang diinginkan.


18


Jadi pemilihan tranduser bergantung pads beberapa hal yaitu : - Karakteristik mekanik mesin Parameter yang akan diukur - Daerah ftekwensi getaran yang akan diukur - Pertimbangan pemasangan. Kondisi lingkungan dll 3.5.1.

KarakteristikMekanikMesin Untuk mengukur clearances bearing, posisi rotor atau getaran shaft dibutuhkan pengukuran displacement dengan menggunakan tranduser non-contact. Tranduser non-contact mengukur getaran relatif shaft terhadap rumah bearing. Tranduser ini bisa dikombinasi dengan tranduser velocity yang mengukur getaran relatif shaft dengan casing. Untuk mesin-mesin yang besar dan berat dengan rotor yang relatif lebih ringan dan bekerja pads RPM tinggi tranduser non-contact, adalah yang paling cocok untuk pengukuran dis¬placement/getaran porosnya.

3.5.2. Parameter Pengukuran Pertama yang harus dipertimbangkan dalam proses pemilihan tranduser yang akan digunakan adalah parameter apa yang kita inginkan untuk diukur. Biasanya parameterparameter tersebut adalah displacement (perpindahan), Velocity (kecepatan) dan acceleration (percepatan). a). Displacement: Displacement dapat diukur dengan tranduser velocity dan tranduser acceleration. Hal ini dilakukan dengan cara mengintegralkan hasil pengukuran dari kedua tranduser tersebut dengan rangkaian inte¬grator yang biasanya sudah ada pada alat pengukur getaran. Tranduser jenis non-contact mengukur langsung displacement getaran tanpa memerlukan proses integrasi. Tranduser velocity, dapat digunakan untuk mengukur displacement dengan rangkaian single integra¬tor, tetapi apabila kita akan bekerja pada frekuensi rendah, kita harus mempertimbangkan bahwa tranduser velocity akan kurang sensitif apabila digunakan pada frekuensi dibawah 600 CPM. Akibat adanya proses integrasi akan menimbulkan juga noise elektronik pada pengukuran frekuensi rendah tersebut. Tranduser accelerometer, dapat digunakan untuk mengukur diplacement getaran dengan rangkaian double integrator. Seperti halnya tranduser velocity,


19


menggunakan tranduser accelorometer untuk mengukur displacement getaran akan memberikan attenuasi dan noise pada pengukuran frekuensi rendah. b). Velocity : Velocity dapat juga diukur dengan transducer velocity dan accelerometer. Sensor velocity dapat mengukur langsung kecepatan getaran tanpa proses integrasi. Sensor accelerometer untuk mendapatkan kecepatan getaran membutuhkan rangkain single integrator, dan dapat mengukur frekuensi getaran sampai dengan kira-kira 3 Hz, atau 180 CPM .

c). Acceleration : Acceleration sebaiknya diukur hanya dengan accelerometer. Secara teoritis memungkinkan untuk mengukur acceleration menggunakan tranduser velocity dengan menambah rangkain difrensiator yang biasanya juga sudah ada di dalam alas pengukuran getaran. Yang paling baik dalam pemilihan tranduser adalah tranduser yang akan mengukur secara langsung. Tranduser displacement untuk mengukur displacement, tranduser velocity untuk mengukur kecepatan getaran dan accelorometer untuk mengukur percepatan getaran. 3.4.3. Daerah Frekuensi Daerah frekuensi getaran yang ditimbulkan oleh suatu mesin akan berpengaruh pada pemilihan tranduser. Secara umum petunjuk untuk pemilihan tranduser berdasar daerah frekuensi adalah (a) Penggunaan sensor displacement : 1. Frekuensi rendah, dibawah 600 CPM 2. Untuk pengukuran getaran shaft pada mesin berat dengan rotor yang relatif ringan. (b) Penggunaan sensor velocity 1. Daerah frekwensi adalah 600 – 100.000 cpm 2. Pengukuran over all level getaran Mesin 3. Untuk melakukan prosedur analisa secara umum (c) Penggunaan sensor accelerometer 1. Daerah frekuensi pengukuran 600 - 600.000 CPM atau lebih. 2. Untuk pengukuran pada frekuensi tinggi/ultrasonic 3. Untuk pengukuran spike energy pada roll bearing, ball bearing, gear, dan sumber getaran aerodinamis dengan frekuensi tinggi


20


BAB IV PENGUKURAN GETARAN 4. 1. TUJUAN PENGUKURAN Pada saat dilakukan pengukuran getaran suatu mesin, maka akan timbul suatu pertanyaan,untuk apa sebenarnya dilakukan pengukuran tersebut. Dalam suatu pengukuran jelas bahwa tujuannya adalah untuk mendapatkan data, tetapi selanjutnya untuk apa data tersebut diambil. Ada beberapa tujuan pengambilan data getaran suatu mesin, tujuan tersebut adalah : Pengukuran rutin Pengukuran referensi (Baseline Measurement) Pengukuran sebelum dan sesudah perbaikan Trouble Shooting 4.1.1 Pengukuran Rutin: Pengukuran yang dilakukan secara rutin dan periodik bertujuan untuk dapat mengetahui kerusakan yang terjadi pada suatu mesin secara dini, sehingga dengan informasi tersebut kita dapat menyusun jadual perbaikan dari suatu mesin. 4.1.2 Pengukuran Referensi: Suatu pengukuran yang diambil pada saat suatu mesin dalam kondisi baik, kesetimbangannya maupun kelurusannya ataupun bagian-bagiannya yang lain, serta beroperasi dalam kondisi normal. Getaran hasil pengukuran tersebut sebagai acuan dan pembanding bagi pengukuran-pengukuran selanjutnya 4.1.3 Pengukuran Sebelum dan Sesudah Perbaikan: Pengukuran yang dilakukan sebelum perbaikan sehingga dapat memberikan informasi pada kita mesin mana yang membutuhkan perbaikan dan mana yang tidak. Pengukuran yang dilakukan setelah perbaikan sehingga dapat memberikan informasi pada kita bahwa masalah yang terjadi pada mesin tersebut telah selesai, hal tersebut sekaligus juga memberikan informasi pada kita bahwa pekerjaan perbaikan yang kita lakukan berhasil dengan baik. 4.1.4 Trouble Shooting: Pengukuran getaran dilakukan pada suatu mesin yang mempunyai level getaran cukup tinggi, yang diperkirakan terjadi akibat adanya kelainan pada mesin tersebut. Pengukuran getaran ini mempunyaj tujuan untuk menganalisa


21


bagian mana dari mesin tersebut yang me . ngalami kelainan kerusakan. 4.2.

ALAT PENGUKUR GETARAN Dalam pengambilan data suatu getaran agar supaya informasi mengenai data getaran tersebut mempunyai arti, maka kita harus mengenal dengan baik alat yang akan kita gunakan. Ada beberapa alat standard yang biasanya digunakan dalam suatu pengukuran getaran antara lain Vibration meter Vibration analyzer Shock Pulse Meter Osiloskop Pemilihan dari tipe instrumen-instrumen tersebut bergantung pada kemampuan dari instrumen itu terhadap tujuan kita melakukan pengukuran dan persyaratan personal yang menggunakannya.    

4.2.1.

Vibration meter Vibration meter biasanya bentuknya kecil dan ringan sehingga mudah dibawa dan dioperasikan dengan battery serta dapat mengambil data getaran pada suatu mesin dengan cepat. Pada umumnya terdiri dari sebuah probe, kabel dan meter untuk menampilkan harga getaran. Alat ini juga dilengkapi dengan switch selector untuk memilih parameter getaran yang akan diukur. Vibration meter ini hanya membaca harga overall (besarnya level getaran) tanpa memberikan informasi mengenai frekuensi dari getaran tersebut. Pemakaian alat ini cukup mudah sehingga tidak diperlukan seorang operator yang harus ahli dalam bidang getaran. Pada umumnya alat ini digunakan untuk memonitor "trend getaran" dari suatu mesin. Jika trend getaran suatu mesin menunjukkan kenaikan melebihi level getaran yang diperbolehkan, maka akan dilakukan analisa lebih lanjut dengan menggunakan alat yang lebih lengkap.

4.2.2 Vibration Analyzer Alat ini mempunyai kemampuan untuk mengukur amplitude dan frekuensi getaran yang akan dianalisa. Karena biasanya sebuah mesin mempunyai lebih dari satu frekuensi getaran yang ditimbulkan, frekuensi getaran yang timbul tersebut akan sesuai dengan kerusakan yang tedadi pada mesin tersebut. Alat ini biasanya dilengkapi dengan meter untuk membaca amplitudo getaran yang biasanya juga menyediakan beberapa pilihan skala. Alat ini juga memberikan


22


informasi mengenai data spektrum dari getaran yang terjadi, yaitu data amplitudo terhadap frekuensinya, data ini sangat berguna untuk analisa kerusakan suatu mesin. Dalam pengoperasiannya vibration analyzer ini membutuhkan seorang operator yang sedikit mengerti mengenai analisa vibrasi. 4.2.3. Shock Pulse Meter Shock pulse meter adalah , alat yang khusus untuk memonitoring kondisi antifriction bearing yang biasanya sulit dideteksi dengan metode analisa getaran yang konvensional. Prinsip kerja dari shock pulse meter ini adalah mengukur gelombang kejut akibat terjadi gaya impact pada suatu benda, intensitas gelombang kejut itulah yang mengindikasikan besarnya kerusakan dari bearing tersebut. Pads sistem SPM ini biasanya memakai tranduser piezo-electric yang telah dibuat sedemikian rupa sehingga mempunyai frekwensi resonansi sekitar 32 KHz. Dengan menggunakan probe tersebut maka SPM ini dapat mengurangi pengaruh getaran terhadap pengukuran besarnya impact yang terjadi Pemilihan titik ukur pada rumah bearing adalah sangat penting karena gelombang kejut ditransmisikan dari bearing ke tranduser melalui dinding dari rumah bearing, sehingga sinyal tersebut bisa berkurang karena terjadi pelemahan pada saat perjalanan sinyal tersebut. Beberapa prinsip yang secara umum bisa dipakai sebagi acuan dalam menentukan titik ukur adalah 1. Jejak sinyal antara bearing dengan probe harus sedekat mungkin. 2. Probe harus ditempatkan sedekat mungkin terhadap daerah beban dari bearing. 3. Lintasan sinyal harus terdiri dari satu sistem mekanis antara bearing dengan rumah bearing. Sebagai contoh, apabila pada rumah bearing digunakan cover sebagai sistem mekanis kedua, maka titik ukur tidak boleh diambil pada posisi ini. 4.2.4. Osciloskop Osciloskop adalah salah satu peralatan yang berguna untuk melengkapi data getaran yang akan dianalisa. Sebuah osciloskop dapat memberikan sebuah informasi mengenai bentuk gelombang dari getaran suatu mesin. Beberapa kerusakan mesin dapat diiden-tifikasi dengan melihat bentuk gelombang getaran yang dihasilkan, sebagai contoh, kerusakan akibat unbalance atau misalignment akan menghasilkan bentuk gelombang yang spesifik, begitu juga


23


apabila terjadi kelonggaran mekanis (mechanical looseness), oil whirl atau kerusakan pada anti friction bearing dapat menghasilkan gelombang dengan bentuk-bentuk tertentu. Osiloskop juga dapat memberikan informasi tambahan yaitu : untuk mengevaluasi data yang diperoleh dari tranduser non- contact (proximitor). Data ini dapat memberikan informasi pada kita mengenai posisi dan getaran shaft relatif terhadap rumah bearing, ini biasanya digunakan pada mesin- mesin yang besar dan menggunakan sleeve bearing (bantalan luncur) Disamping itu dengan menggunakan dual osciloscop (yang memberikan fasilitas pembacaan vertikal maupun horizontal), dan minimal dua tranduser non-contact pada posisi vertikal dan horizontal maka kita dapat menganalisa kerusakan suatu mesin ditinjau dari bentuk "orbit"nya. 4.3. TEKNIK PENGUKURAN GETARAN MESIN 4.3.1. Posisi dan Arah Pengukuran Pengukuran getaran pada suatu mesin secara normal diambil pada bearing dari mesin tersebut. Tranduser sebaiknya harus ditempatkan sedekat mungkin dengan bearing mesin karena melalui bearing tersebut gaya getaran dari mesin ditransmisikan. Gerakan bearing adalah merupakan hasil reaksi gaya dari mesin tersebut: Disamping karakteristik getaran seperti : Amplitudo, frekuensi dan phase, ada karakteistik lain dari getaran yang juga mempunyai arti yang sangat penting yaitu arah dari gerakan getaran, hingga perlu bagi kita untuk mengukur getaran dari berbagai arah. Pengalaman menunjukkan bahwa ada tiga arah pengukuran yang sangat penting yaitu horizontal, vertikal, dan axial.Arah horizontal dan vertikal bearing disebut dengan arah radial. Arah pengukuran ini biasanya didasarkan pada posisi sumbu tranduser terhadap sumbu putaran dari shaft mesin. Arah ini juga sangat penting artinya dalam analisa suatu getaran. 4.4. Standard Dalam membicarakan getaran kita harus mengetahui batasan - batasan level getaran yang menunjukkan kondisi suatu mesin, apakah mesin tersebut masih baik (layak beroperasi) ataukah mesin tersebut sudah mengalami suatu masalah sehingga memerlukan


24


perbaikan. Dalam sub bab ini disajikan beberapa macam standard mengenai batasan-batasan level getaran yang umum digunakan.


25


BAB V ANALISA VIBRASI

Langkah awal pengukuran vibrasi pada mesin-mesin industri pada umumnya adalah melakukan pengukuran "overall" yaitu pengukuran yang tidak difilter pada daerah frekuensi tertentu. Tujuannya dalah memperoleh gambaran kondisi mesin secara umum. Cara melakukan pengukurannya sudah isampaikan pada pembahasan sebelumnya.Sebelum kita melaksanakan analisa terhadap hasil pengukuran vibrasi suatu mesin selalu disarankan ntuk memperhatikan hal-hal yang menyangkut mesin dan skala pengukuran yang digunakan sebagai berikut ; 1.

SEJARAH OPERASI MESIN Seandainya banyak keluhan mengenai vibrasi di mana suatu mesin selalu naik dengan cepat vibrasinya, maka keluhan ini sebaiknya ditampung dan dijadikan sebagai catatan tersendiri di dalam sejarah operasi mesin tersebut. Sebagai contoh adalah bahwa penggantian suatu part dari suatu mesin dapat mempengaruhi - kondisi balans maupun alignment. Demikian juga adanya tambahan mesin-mesin baru dapat pula merubah natural frequency dari suatu mesin dan struktur yang sebelumnya sudah terpasang di sekitar lokasi tersebut. Demikian juga perubahan terhadap suatu parameter operasi suatu mesin misalnya perubahan beban, perubahan kecepatan kerja, perubahan tekanan operasi, atau perubahan temperatur operasipun dapat merubah kondisi vibrasi suatu mesin terutama yang berasal dari kondisi unbal¬ance, kavitasi, aerodinamika / hidrolika dll. Instalasi grounding terhadap struktur dan kelistrikan yang ada dapat juga mempengaruhi umur bearing atau kopling, bahkan dapat merusak dengan cepat pada saat ada pengelasan yang mana


26


sebagai groundnya diambil dari struktur yang berkaitan dengan listrik catu daya untuk motor penggerak pompa dll. Kadang - kadang perhatian kita hanya tertuju pada vibrasi yang dianggap sebagai akibat dari rusaknya komponen-komponen mesin tertentu atau perubahan-perubahan terhadap mesin atau struktur di sekitar mesin tersebut. Padahal kadang - kadang masalah yang ditemukan justru diakibatkan oleh kejadian-kejadian lainnya yang hanya dapat ditemukan kalau kita mau kembali sejenak menengok sejarah operasi mesin tersebut. 2.

KARAKTERISTIK MESIN Disarankan agar dilakukan suatu tinjauan terhadap karakteristik operasi suatu mesin seperti: 1. RPM 2. Tipe bearing yang digunakan 3. Jumlah gigi masing-masing bagian pada gearbox dan kecepatan kerjanya. 4. Dll. Hal tersebut akan sangat membantu dalam mengindentifikasi frekuensi vibrasi yang terlihat di dalam spektrumnya. Demikian juga hal tersebut dapat membantu pemilihan instrumen dan transduser yang harus digunakan. Seperti kita ketahui bahwa pemakaian transduser untuk displacement, velocity, maupun acceleration berbeda dalam pemakaiannya, terutama berdasarkan perbedaan speed/frekuensi dari mesin/ bagian mesin yang akan diukur vibrasinya (dapat dilihat pada bab Pengukuran Vibrasi).

3.

PENGGUNAAN SKALA LINIER DAN LOGARITMIK Bagi kebanyakan tenaga teknik di lapangan skala pada suatu pengukuran yang paling sering dijumpai adalah skala linier. Pada skala linier dijumpai bahwa jarak garis skala yang satu dengan yang lain tetap dan mempunyai penambahan nilai yang tetap pula. Lain halnya dengan skala logaritmik, di mana akan dijumpai jarak garis skala yang satu dengan lainnya tidak tidak tetap karena dihitung dengan rumusan logaritmik yaitu logaritma dengan bilangan dasar 10 tehadap suatu angka. Hasilnya adalah bahwa pertambahan jarak yang sama diperoleh jika angka yang lebih besar merupakan kelipatan 10 dari angka yang lebih kecil pada skala di bawahnya. Ada beberapa skala yang sering digunakan di dalam pengukuran amplitudo vs. frekuensi yaitu Yaitu


27


a. Skala linier-linier. Yaitu balk amplitudo maupun frekuensi diplot pada kertas skala linier (gambar 5.1) b. Skala linier-logaritmik. Amplitude pada skala linier dan frekuensi pada skala logaritmis (gambar 5.2.), atau sebaliknya amplitudo pada skala logaritmik sedangkan frekuensi pada skala linier c. Skala logaritmik-logaritmik. Baik amplitudo maupun frekuensi keduanya diplot pada skala logaritmik

Gambar 5.1 Contoh plotting amplitudo vs. Frekuensi pada skala linier-linier

Gambar 5.2 Contoh plotting amplitudo vs. frekuensi pada skala logaritmik-logaritmik Arti secara visual dari pernilihan skala logaritmik untuk amplitudo ini adalah bahwa hasil pengukuran ini akan dapat mengesankan adanya penonjolan / pembesaran ukuran bagi amplitudo yang keeil ,dan pengecilan ukuran bagi amplitudo yang besar. Hal ini dapat diperlihatkan pada gambar diwah ini, bagaimana plotting amplitudo pada skala linier dan bedanya jika dilakukan plotting pada skala logaritmik.


28


5.1. LANGKAH-LANGKAH PENGOLAHAN DATA VIBRASI 1. Langkah untuk melakukan pengukuran atau secara umum memdapatkan data-data vibrasi mesin yang akan dianalisa kerusakannya menggunakan salah satu atau lebih cara yang dapat mencirikan hubungan amplitudo dengan frekuensi, amplitude vibrasi arah vertikal dan horisontal, amplitudo dengan fase, dll. 2.

Langkahuntuk melakukan interpretasi data. Di dalam Langkah melakukan pengukuran.vibrasi.untuk analisa terutama akan berkaitan dengan persyaratan penggunaan transduser dan instrumentasinya serta pada operasinya akan banyak berkaitan dengan filter frekuensi dan spektrum frekuensi, sedangkan untuk langkah interpretasi data akan banyak berkaitan dengan tabel perbandingan amplitudo pada berbagai frekuensi (pada spektrumnya) dengan berbagai kemungkinan penyebabnya, dll. Jika diperlukan untuk lebih mempersempit masalah dapat pula digunakan analisa dengan metoda lainnya secara bersamaan yaitu metoda orbit (Lissayous) dan metoda pengukuran fasa pada bagian-bagian mesin tersebut.

5.2. ANALISA SPEKTRUM Yang dimaksudkan dengan analisa spektrum disini adalah usaha menemukan masalah dan penyebabnya dengan mengkaji pola perbandingan besarnya amplitudo vibrasi pada semua f rekuensi yang mungkin terjadi Dilihat dari tingkat keberhasilan dalam mendeteksi kelainan dan kerusakan mesin berdasarkan tingkat vibrasinya maka analisa spektrum merupakan cara yang paling berguna dibandingkan dengan cara analisa orbit maupun analisa fasa. Hal ini juga telah dibuktikan bahwa 85% masalah mekanis pada rotating machinery dapat diidentifikasi dengan cara melihat pada hasil pengukuran amplitudo vibrasi vs. frekuensi ini. Keberhasilan analisa menggunakan cara ini kadang-kadang untuk selanjutnya perlu didukung dengan melakukan kedua cara analisa lainnya. Yang tak kurang pentingnya urituk diperhatikan adalah kelengkapan data serta sistimatika yang balk dalam pengukuran vibrasi atau pengambilan data. Sebagai contoh melakukan pengukuran atau pengambilan data vibrasi yang baik adalah melakukan pengukuran vibrasi pada daerah rurnah bearing secara vertikal, horisontal, dan axial. Di bawah ini diperlihatkan contoh pengukuran pada arah radial (hotisontal dan vertikal) dan pada arah axial pada suatu mesin


29


Pada pembahasan selanjutnya akan terlihat bahwa suatu masalah (kelainan) pada mesin (unbal-ance dll.) ternyata dapat dibedakan satu dari lainnya dengan melihat arah vibrasi yang dominan (vertikal, horisontal, axial, atau kombinasi dari ketiga unsur pengukuran tsb.). Kasus yang dapat dikemukakan sebagai contoh adalah: 1. Suatu kejadian unbalance, mis-alignment, dan bent shaft pada rotary mesin (bukan over hung rotor) hampir selalu menghasilkan amplitudo vibrasi yang tinggi pada arah radial (horisontal dan vertikal) pada frekensi 1 x RPM, dan aplitudo vibrasi yang rendah pada arah axial. 2. Misalignment pada kopling dan bearing (atau bent shaft) akan menghasilkan aplitudo vibrasi yang tinggi pada arah axial dan juga pada arah radial. Secara umum jika amplitudo vibrasi axial lebih dari 50% dibandingkan amplitudo vibrasi arah radial maka dapat dicurigai telah terjadi misalignment atau bent shaft. 5.3. INTERPRETASI DATA Pada bagian ini akan diterangkan bagaimana suatu data dari hasil pengukuran diartikan dan bagaimana karakteristik tiap-tiap keadaan perulangan frekuensi dihubungkan dengan gejala terjadinya masalah / kelainan pada bagian mesin sebagai sumber penyebabnya. Setelah suatu hasil pengukuran didapat, langkah selanjutnya adalah membandingkan hasil pembacaan dari data-data pengukuran yang mempunyai makna berupa karakteristik vibrasi yang berkaitan dengan adanya berbagai macam masalah / kelainan pada bagianbagian mesin. Kunci dari langkah membandingkan hasil pengukuran ini adalah pembacaan pada frekuensi¬frekuensi yang paling berkaitan dengan RPM mesin dan yang tidak berkaitan dengan RPM. Identifikasi. terhadap amplitudo yang tinggi yang terjadi pada hasil pengukuran spektrumnya (amplitudo vs. frekuensi) dan kemungkinan penyebabnya dapat dilihat pada tabel 5.1. dibawah ini


30


VIBRATION FREQUENCIES AND THE LIKELY CAUSES Frequency in Term of RPM

Most Likely Causes

Other Possible Causes & Remark

Un-balance

1) Eccentric journal, gears or pulleys 2) Misalignment or bent shaft-if high axial vibration 3) Bad belt if RPM of belt 4) Resonance 5) Reciprocating forces 6) Electrical problems

2 x RPM

Mechanical Looseness

1) Misalignment if high axial vibration 2) Reciprocating forces 3) Resonance 4) Bad belts if 2x RPM 0f belt

3 x RPM

Misalignment

Usually a combination of misalignment and excessive axial clearances (looseness)

Less than 1 x RPM

Oil Whirl (Less than 1/2 RPM)

1) Bad drive belts 2) Background vibration 3) Sub-harmonic resonance 4) "Beat" Vibration

Synchronous (A.C.Line Frequency)

Electrical Problems

UCommon electrical problems include broken rotor bars, eccentric rotor, unbalanced phase system, unequal air gap

2x Synchronous Frequency

Torque Pulses

Rare as a problem unless resonance is excited

1 x RPM

Bad Gears Aerodinamic Many times Forces. RPM Hydraulic Forces (Harmonically Mechanical Related Freq.) Looseness Reciprocating Forces

Gear teeth times RPM of bad gear Number of fan blades times RPM Number of Impeller vanes times RPM May accur at 2, 3, 4 and sometimes higher harmonics if severe looseness

High Frequency (Not Harmonically Related

1) Bearing vibration may be unsteadyamplitude and frequency 2) Cavitation, recirculation and flow turbulence cause random, high frequency vibration 3) Improper lubrication of journal bearings (Friction excited vibration) 4) Rubbing

Bad Anti-Friction Bearings

Tabel 5.1 Fekuensi vibrasi yang biasa muncul dan kemungkinan penyebabnya'Untuk masing - masing frekuensi


31


5.4. ANALISA ORBIT Sebagai analisa tambahan kadang-kadang diterapkan analisa orbit (pola Lissajous) karena pada umumnya pada instalsai noncontact pickup untuk suatu pengukuran pada daerah bearing yang mendeteksi tingkat vibrasi pada arah axial. Sehingga rekomendasi pengukuran yang lengkap dengan arah vibrasi axial tidak dapat dilakukan. Untuk non-contact pick up pada umumnya dipasang permanen untuk mendeteksi vibrasi langsung pada shaft mesin-mesin yang penggunaannya cukup kritis, instalasinya berupa probe pada arah radial (horisontal dan vertikal) yang keduanya dipisahkan oleh sudut 90 derajat. Di sini analisa orbit dapat dilakukan, sebagai tambahan untuk analisa spektrum. Para praktisi telah melakukan penelitian mengenai kegunaan metoda orbit (pola Lissajous) dan berhasil mendapat kesimpulan terhadap bentuk bentuk orbit dalam hubungannya dengan kerusakan bagian-bagian mesin yang diukur dan dianalisa vibrasinya. Adapun instalasi untuk cara pengukuran dan analisanya diberikan pernbahasannya di bawah ini

Gambar 5.5

Instalasi untuk pengukuran vibrasi dan analisa orbit (pola Lissajous).

Catatan untuk instalasi non-contact pickup seperti di atas dapat digunakan sebagai sistem yang bersifat redundant (berlebih), failsafe protection (proteksi terhadap kegagalan pada salah satu sensor) dan dapat menghindari shut down mendadak dari suatu mesin karena salah satu sensor rusak dan memberikan sinyal palsu seolah-olah terjadi vibrasi yang levelnya tinggi (dipasang menggunakan logika AND). Dari gambar di atas selain non-contact pickups (sebagai sensor) yang dipasang , maka harus disediakan pula sebuah osiloskop dual input yang dilengkapi dengan "T' axis input. Dengan memasang 'T' axis reference mark ini maka pada gambar Lissajous-


32


nya Akan terlihat suatu "blank" spot pada garis pola Lissajous yang terbentuk. Gambar di bawah ini menunjukkan suatu pola Lissajous yang tergambar pada layar osiloskop .

Gambar 5,6 Contoh Pola Lissajous pada osiloskop

5.4.1. Menginterpretasikan Pola Lissajous dari vibrasi mesin Suatu rotary machine yang "sehat" mempunyai pola Lissajous sebagai titik, atau bulatan kecil, atau ellips kecil (lihat amplitude vibrasi yang dianggap kasar dll. dalam masing-masing Severity Chart) . Dengan metoda ini pula tidaklah mungkin kita melihat semua masalah pada rotary machine dengan pola Lissajous saja. Namun dari hasil penelitian para pakar yang meneliti masalah vibrasi telah dapat disimpulkan beberapa karakteristik pola Lissajous tertentu yang berasal dari masalah tertentu pada rotary machine sebagai berikut di bawah ini. A. UNBALANCE Suatu keadaan unbalance pada rotary machine ditunjukkan oleh pola Lissajous sebagai vibrasi yang besar pada frekuensi 1 X RPM dengan menganggap bahwa vibrasi pada frekuensi yang lain sangat kecil dan tidak berarti. Bentuknya dapat betul-betul bulat atau sedikit 'agak lonjong (elips) dan di dalam pola yang terbentuk akan terlihat satu bush spot yang menunjukkan bahwa vibrasi yang besar hanya terjadi pada frekuensi 1 X RPM.


33


Gambar pola Lissajousnya diberikan di bawah ini UNBALANCE

Gambar 5,8 Pola Lissaj ous pada rotary machine yang mengalami unbalance B.

MISALIGNMENT Misalignment yang terjadi pada rotary machine akan menyebabkan vibrasi yang utama pada frekuensi 1 X RPM yaitu sekitar yang diikuti dengan munculnya vibrasi pads 2 X RPM, 3 X RPM, dan harmonik yang lebih tinggi lagi. Di dalam gambar pola Lissajousnya akan memberikan bentuk elips pipih seperti pisang atau bahkan bentuk pisang yang melengkung. Bentuk elips pipih selain memberikan kemungkinan vibrasi yang disebabkan oleh keadaan misalignment, tetapi jugs dapat disebabkan oleh kerusakan bearing atau kemungkinan ter adinya resonansi.

MISALIGNMENT

Gambar 5.9 Pola Lissajous pads rotary machine yang mengalami misalignment


34


C.

OIL WHIRL Misalignment akan menyebabkan vibrasi yang utama pada frekuensi di bawah I X RPM. Di dalam gambar pola Lissajousnya akan memberikan bentuk dua buah lingkaran atau elips yang ditandai dengan adanya dua buah blank spot. Bahkan karena kejadian oil whirl yang di bawah 1 X RPM tidak persis 1/2 X RPM, maka lingkaran atau ellips yang lebih kecil akan bergerak dan ditandai dengan bergeraknya blank spot yang ada pada lingkaran atau elips yang kecil. OIL WHIRL

Gambar 5.10 Pola Lissajous pads rotary machine yang mengalami oil whirl. D.

RUBBING (GESEKAN)


35


Gambar 5.12 Pola Lissajous pada rotary machine yang mengalami hit-andbounce rubbing. Pola semacam ini mirip dengan pola Lissajous yang terjadi pada peristiwa terjadinya oil whirl, hanya bedanya dengan peristiwa oil whirl maka di sini lingkaran yang berada di dalam tidak berputar¬putar. Dengan semakin beratnya kondisi rubbing yang terjadi, yaitu yang dinamakan heavy rubbing atau full rubbing, dan ditambah lagi dengan frekuensi resonansi, frekuensi harmonik, serta random frekuensi non-syncronous, maka akan menghasilkan pola Lissajous yang sangat kompleks seperti ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Gambar 5.13 Pola Lissajous pada rotary machine. yang full rubbing atau heavy rubbing


36


5.3

ANALISA FASA Teknik lain yang sangat berguna untuk mendeteksi dan mengidentifikasi masalah-masalah problems mesin adalah pengukuran dan analisa fasa (phase analysis). Pengukuran fasa pada umumnya dinyatakan dengan derajat sudut atau radian jika siklus lengkap suatu vibrasi adalah sebesar 360 derajat atau 2 phi radian. Pengertian fasa adalah bagian dari siklus (0 - 360 derajat) yang mana suatu bagian dari mesin telah bergerak relatif terhadap bagian mesin lainnya atau terhadap suatu titik referensi yang tetap. Sebagai -contoh dapat dilihat fasa dari dua benda yang bergerak secara periodik sinusoidal terhadap waktu, di mana dapat diukur masing-masing fasa terhadap waktu dan juga fasa relatif benda satu terhadap lainnya seperti pads gambar dibawah ini.

Gambar 5.14 Gambaran tentang Fasa dan fasa relative antara dua benda yang bergerak periodik sinusoidal Dua buah titik yang bergerak secara periodik yang diakibatkan oleh getaran suatu mesin yang bergerak berputar dapat dilihat perbedaan fasanya relatif yang satu dengan lainnya dengan suatu osiloskop dual trace yang mempunyai dua buah input. Maka secara, visual kedua titik yang bervibrasi tersebut dapat dilihat secara nyata disamping perioda / frekuensi dan ukuran amplitudonya tetapi juga fasa atau perbedaan fasanya, seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini.


37

Makalah Mekanika Getaran Hendi Saputra.docx

Recommend Documents