BAB II LANDASAN TEORI. Vibrasi adalah gerakan, dapat disebabkan oleh getaran udara atau

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Analisa Vibrasi Analisa vibrasi digunakan untuk menentukan kondisi mekanis dan operasional dari peralatan. Vibrasi adalah gerakan, dapat disebabkan oleh getaran udara atau getaran mekanis, misalnya mesin atau alat-alat mekanis lainnya (J.F.Gabriel, 1996:96). Keuntungan utama adalah bahwa analisa vibrasi dapat mengindentifikasi munculnya masalah sebelum menjadi serius dan menyebabkan downtime yang tidak terencana. Hal ini bisa dicapai dengan melakukan monitoring secara regular terhadap getaran mesin baik secara kontinyu maupun pada interval waktu yang terjadwal. Monitoring vibrasi secara regular dapat mendeteksi detorisasi atau cacat pada bantalan, kehilangan mekanis (mechanical looseness) dan gigi-gigi yang rusak atau aus. Analisa vibrasi dapat juga mendeteksi misalignment dan ketidakseimbangan (unbalance) sebelum kondisi ini menyebabkan kerusakan pada bantalan dan poros. Trending terhadap tingkat vibrasi dapat mengindentifikasi praktek pemeliharaan yang buruk seperti instalasi dan penggantian bantalan yang buruk, alignment poros yang tidak akurat, dan balancing rotor yang tidak presisi. Semua mesin yang berputar menghasilkan getaran yang merupakan fungsi dari dinamika permesinan seperti 6

2 7 misalignment dan unbalance dari komponen-komponen rotor. Pengukuran amplitudo getaran pada frekuensi tertentu akan menginformasikan tingkat akurasi dari proses alignment dan balancing, kondisi bantalan atau roda gigi, dan efek mesin yang diakibatkan oleh resonansi dari rumah mesin, pipa dan strukutur lainnya. 2.2 Parameter Getaran Vibrasi adalah gearakan bolak balik dalam suatu interval waktu tertentu yang disebabkan oleh gaya. Vibrasi atau getaran mempunyai tiga parameter yang dapat dijadikan sebgai tolak ukur yaitu : Frekuensi Frekuensi adalah banyaknya periode getaran yang terjadi dalam satu putaran waktu. Besarnya frekuensi yang timbul pada saat terjadinya vibrasi dapat mengdentifikasikan jenis-jenis gangguan yang terjadi. Gangguan yang terjadi pada mesin sering menghasilkan frekuensi yang jelas atau mengasilkan contoh frekuensi yang dapat dijadikan sebagai bahan pengamatan. Dengan diketahuinya frekuensi pada saat mesin mengalami vibrasi, maka penelitin atau pengamatan secara akurat dapat dilakuakan untuk mengetahui penyebab atau sumber dari permasalahan. Frekuensi biasanya ditunjukkan dalam bentuk Cycle per menit (CPM), yang biasanya disebut dengan istilah Hertz ( dimana Hz = CPM ).Biasanya singkatan yang digunakan untuk Hertz adalah Hz. Frequency = 0,25 cycles/s (cps) (ω) = 0,25 x 60 cycles/min = 15 cycles/min (cpm) Fase degree Waktu second

3 Amplitudo Amplitudo adalah ukuran atau besarnya sinyal vibrasi yang dihasilkan. Amplitudo dari sinyal vibrasi mengidentifikasikan besarnya gangguan yang terjadi. Makin tinggi amplitudo yang ditunjukkan menandakan makin besar gangguan yang terjadi, besarnya amplitudo bergantung pada tipe mesin yang ada. Pada mesin yang masih bagus dan baru,tingkat vibrasinya biasanya bersifat relatif. Gambar 2.1 : Dua Gelombang yang Berbeda Amplitudo Sumber: Dua buah gelombang dengan frekuensi yang sama tetapi dengan amplitudo yang berbeda Amplitudo adalah simpangan vibrasi, yaitu seberapa jauh jarak dari titik keseimbangan masa jika dilihat pada gambar pegas dan diagram harmonic diatas. Ada tiga cara untuk menggambarkan besarnya amplitudo yaitu ; 1. Displacement (perpindahan) satuannya adalah mills inch atau micron 2. Velocity (kecepatan) satuannya adalah inch per sekon atau mm/s 3. Accelerations (percepatan) satuannya adalah

4 9 Gambar 2.2: Perbedaan Acceleration, Velocity, dan Displacement Pada Sistem Pegas Sumber: Untuk amplitudo vibrasi (displacement, velocity, accelerations) dapat dinyatakan dalam peak to peak (Pk-Pk), Peak (Pk), Average, dan Root Mean Square (RMS). Angka Peak to Peak tidak selalu bisa ditampilkan oleh setiap alat ukur vibrasi. Gambar 2.3: Peak to Peak, Average, dan RMS Sumber: Pada umumnya Average adalah nilai rata-rata nilai mutlak dari waveform. Dan untuk gelombang sinus besarnya adalah 0,5 Peak. Root Mean Square (RMS) adalah akar kuadrat dari rata-rata nilai kuadrat waveform, untuk gelombang sinus besarnya adalah Peak. Nilai RMS dalam grafik bisa digambarkan seperti dibawah ini

5 10 Gambar 2.4: Root Maen Square Sumber: Dalam suatu Organisasi Standarisasi Internasional (ISO) yang standarisasinya sudah dikenal dan diterima di dunia internasional menganjurkan untuk memakai RMS sebagai acuan tingkat keparahan vibrasi. Berkaitan dengan RMS dikenal juga parameter penting lainnya yaitu Crest Factor yang besarnya adalah perbandingan antara nilai peak (pk) gelombang terhadap nilai RMS dari gelombang. Crest factor dari gelombang Sinus adalah yaitu nilai Peak (Pk) adalah dikali nilai RMS. Dan Crest Factor adalah salah satu ciri-ciri penting yang dapat digunakan unruk perkembangan kondisi mesin Fase Jika kita perhatikan kedua gelombang seperti yang digambarkan pada gambar 2.8 kita temukan bahwa kedua gelombang vibrasi memiliki amplitude dan frekuensi yang sama tetapi puncak gelombangnya berjarak sekitar T. T adalah priode yaitu waktu yang dibutuhkan untuk mencapai satu gelombang vibrasi sempurna yaitu satu puncak dan satu lembah atau. Perbedaan waktu ini disebut fase dan dapat dinyatakan dengan sudut fase. Jadi dalam gambar 2.8 dibawah waktu wave crest gelombang kedua terlambat (lag) sebesar T/4 dari wave crest gelombang pertama. Waktu keterlambatan T adalah sudut fase sebesar

6 11 sehingga waktu keterlambatan T/4 akan menjadi fase sudut. Dalam hal ini, biasanya kita mengatakan bahwa kedua gelombang tersebut berbeda dase sebesar, sehingga T setara dengan. Gambar 2.5: Fase diantara Dua Gelombang yang Identik Sumber: Harmonik Gambar waveform dibawah ini memberi informasi yang bagus untuk memahami bagaimanakah cara membaca fenomena vibrasi. Sumbu Y adalah displacement (perpindahan) dan sumbu X adalah waktu (Time) dalam skala 1 detik. Gelombang seperti dibawah ini dinamakan juga gelombang time domain (fungsi waktu). Gambar 2.6: Bentuk Gelombang Persegi Sumber:

7 12 Keterangan Gambar 2.6 nomor yang tertera menunjukan nomor dari gelombang sinusnya. Penjelasan dari gambar diatas sebagai berikut : 1. Gelombang pertama yang harus kita amati adalah gelombang (1), gelombang 1 adalah gelombang dengan satu siklus. Karena skala waktunya adalah 1 detik, maka frekuensi dari gelombang 1 adalah 1 Hz. 2. Gelombang berikutnya adalah gelombang (3) dengan priode yang sama dengan gelombang 1, dengan jumlah siklus adalah 3, maka frekuensinya adalah 3 Hz 3. Ketiga adalah gelombang (5) memiliki 5 siklus. Sehingga pada priode yang sama yaitu 1 detik, gelombang 5 mempunyai frekuensi 5 Hz. 4. Berikutnya adalah gelombang (7) mempunyai 7 siklus selama priode 1 detik. Sehingga gelombang ini mempunyai frekuensi sebesar 7 Hz 5. Kemudian dengan cara yang sama gelombang (9) mempunyai 9 Hz Jika semua gelombang pada gambar diatas dijumlahkan, maka akan menghasilkan satu gelombang yang Nampak seperti bentuk kotak yang lebih komplek. Gelombang dalam bentuk yang komplek sangat sulit dibaca dan dianalisa. Bentuk gelombang komplek ini bisa ditransformasi menjadi bentuk yang lebih sederhana dengan menggunakan operasi matematik yang dinamakan Fourier Fast Transform (FFT). Sehingga menghasilkan gambar yang lebih mudah dianalisa. Gambar dibawah ini adalah contoh dari Waveform sebagai fungsi dari waktu (time domain) yang komplek.

8 13 Gambar 2.7: Waveform Sumber: Titik Pengukuran Secara umum dianjurkan untuk mengukur vibrasi dekat dengan sumbernya untuk meminimalisasi pengaruh-pengaruh yang dikhawatirkan akan merubah sinyal vibrasi. Titik pengkuran yang disukai biasanya adalah pada komponen yang kaku, seperti rumah bantalan atau gearbox. Untuk monitoring yang bersifat rutin ISO Sebagai acuan merekomendasikan pengukuran pada arah horizontal saja atau pada arah vertical sudah cukup memadai. Pada poros yang dipasang horizontal, titik pengukuran pada komponen kaku pada arah horizontal akan mendapatkan hasil pengkuran yang paling besar. Tetapi pengukuran vibrasi pada sambungan fleksibel pada mesin akan mendapatkan hasil yang besar pada arah vertikal. Titik pengukuran pada pillow block bearings, harus dilakukan pada ketiga arah sumbu poros, seperti yang ditampilkan pada gambar dibawah ini:

9 14 Gambar 2.8: Titik Pengukuran Pillow Block Bearings Sumber: Demikian juga pengukuran pada rumah motor, dilakukan pada ketiga arah sumbu seperti pada gambar dibawah ini: Gambar 2.9: Titik Pengukuran Rumah Motor Sumber: Pada titik pengukuran secara vertical adalah menempatkan alat pada posisi vertical berbanding dengan arah horizontal pada rumah motor, dan axial sejajar garis lurus dengan poros. Pengambilan pada tiga sumbu berfungsi untuk melihat kondisi vibrasi pada masing-masing sumbu seperti yang sudah dibahas diatas karena disetiap sumbu mempunyai vibrasi yang berbeda. Dan pada setiap kondisi dapat ditentukan karakteristik kerusakan dengan melihat sinyal vibrasi dari masing-masing sumbu pengukuran.

10 Standart ISO Standar ISO dibangun oleh Komite Teknis yang terdiri dari para pakar yang dipinjam dari sector teknis, bisnis dan industry. Para pakar ini berpartisipasi sebagai perwakilan dari negara-negara anggota ISO (sekarang ini beranggota 145 negara). Komite Teknik bertemu,berdiskusi, berdebat, dan berargumentasi hingga mereka menetapkan consensus yang akan menjadi draft kesepakatan. Draft kesepakatan yang biasa dikenal sebagai Draft International Standard (DIS) ini diedarkan kesemua anggota ISO untuk dikomentari seringkali harus dilakukan pemilihan. DIS yang sudah disepakati dan sudah dimodifikasi menjadi draft final yang dikenal sebagai Final Draft International Standard (FDIS). Draft final diedarkan ke semua anggota dan lalu dilakukan pemilihan. Dokumen akhir menjadi International Standard. Hampir semua standar vibrasi pada mesin disusun oleh komite teknis TC108 (Mechanical Vibrations and Shock). TC108 beranggotakan 22 negara dan peninjau dari 25 negara. Hingga bulan Mei 2003, TC108 menerbitkan 98 standar. Berkenaan dengan vibrations severity, ISO mengeluarkan beberapa standar diantara bisa dilihat pada table dibawah ini.

11 16 Tabel2.1: Standart ISO ISO 2372 Standar yang paling banyak digunakan oleh seorang analisis sebagai indikator tingkat vibrasi adalah ISO 2372 (BS 4675). Standard ini dapat digunakan sebagai acuan batasan tingkat vibrasi yang bisa diterima oleh bermacam-macam mesin. Oleh karena itu untuk memakai standar ini harus dimulai dengan mengklasifikasikan terebih dahulu mesin yang akan kita ukur. Standard ini menggunakan parameter velocity-rms untuk mengindikasikan tingkat keparahan vibrasi.

12 17 Tabel2.2: ISO 2372 Sumber: Keterangan gambar diatas : Kelas I : komponen individu dari Engine atau Mesin yang secara integral terhubung dengan sebuah Mesin yang lebih komplek pada kondisi operasi normalnya (missal ; motor produksi dengan daya hingga 15 Kw) Kelas II : Mesin berukuran medium (biasanya motor elektrik dengan kapasitas keluaran Kw), tanpa pondasi special, atau mesin yang terikat kaku pada fondasi special (kapasitas keluaran hingga 300 Kw)

13 18 Kelas III : Pengerak Utama (Prime Mover) besar dan mesin-mesin besar lainnya yang memiliki bagian yang berputar (Rotating Mass) terikat secara kaku pada fondasi berat, yang relative kaku terhadap arah getaran. Kelas IV : Pengerak Utama (Prime Mover) besar dan mesin-mesin besar lainnya yang memiliki bagian yang berputar (Rotating Mass) terikat pada fondasi, yng relative lunak terhadap arah pengukuran vibrasi (sebagai contoh Turbo generator dengan fondasi yang struktur bawahnyaa ringan) ISO Standar ini digunakan untuk mengukur vibrasi pada mesin Reciprocating, seperti mesin bensin atau diesel pada mobil, motor, kompressoer torak, pompa torak dan lain-lain. Parameter yang diukur adalah nilai RMS dari akselerasi, velocity, dan displacement. Besaran ini diambil dengan meletakkan sensor pada ketiga arah sumbu di blok mesin. Jangkauan frekuensi yang dipakai biasanya berkisar antara 2 Hz hingga 1000 Hz. Tabel2.3: ISO Sumber:

14 19 Keterangan untuk table diatas adalah ; A : Mesin baru B : pengoperasian kontinyu tanpa berhenti. C : Tidak memungkinkan untuk pengoperasian kontinyu, kurangi jam operasi hingga dilakukan tindakan perbaikan pada skedul berikutnya. D : vibrasi terlalu tinggi pada mesin. Kerusakan pada mesin tidak dapat dibiarkan ISO Standar ISO adalah salah satu standar turunan dari ISO series diatas yang paling banyak pula digunakan oleh seorang analisis sebagai indicator tingkat vibrasi dan sebagai acuan batasan tingkat vibrasi. Namun sebelum memakai standar ini harus dimulai dengan mengklasifikasikan terebih dahulu mesin yang akan kita ukur. Seperti salah satunya ialah melihat pondasi mesin yang seperti apa untuk mengklasifikasikannya dan type mesin tersebutnya. Tabel2.4: ISO Sumber: D C B A

15 20 Keterangan Tabel di atas sebagai berikut : 1. Zona A berwarna hijau, getaran dari mesin sangat baik dan dibawah getaran yang diijinkan. 2. Zona B berwarna hijau muda, getaran dari mesin baik dan dapat dioperasikan tanpa larangan. 3. Zona C berwarna kuning, getaran dari mesin dalam batas toleransi dan hanya dioperasikan dalam waktu terbatas. 4. Zona D berwarna merah, getaran dari mesin dalam batas berbahaya dan dapat terjadi kerusakan sewaktu-waktu. 2.5 Fourier Fast Transform (FFT) FFT (Fourier Fast Transform) adalah varian tercepat dari pada varian lainnya seperti DFT (Discreete Fourier Transform). Dimana FFT menggunakan algoritma yang canggih untuk melakukan proses yang sama dengan DFT, namun perbedaannya FFT menggunakan waktu yang lebih singkat. Karena kecepatan dan sifat diskritnya inilah yang membuat FFT digunakan pada berbagai pengolahan sinyal digital termasuk yang paling utama kita gunakan adalah pengolahan sinyal vibrasi. Dengan menggunakan Fourier analysis atau spectrum analysis, gelombang berbasis waktu (time domain) dirubah menjadi gelombang sebagai fungsi dari frekuensi. Sehingga jika dilhat pada gambar dibawah ini; gelombang fungsi frekuensi dilihat sebagai fungsi amplitude (sumbu Y) dan frekuensi (sumbu Z).

16 Proses transformasi dari gelombang berbasis waktu ke gelombang berbasis frekuensi dapat dilakukan oleh sebuah alat analyzer. 21 Gambar 2.10: Gelombang Frekuensi Sumber: Gelombang sebagai fungsi frekeunsi (FFT) secara dua dimensi akan terlihat seperti gambar dibawah ini: Gambar 2.11: FFT Dua Dimensi Sumber:

17 Kegunaan FFT Sebagai contoh grafik dibawah ini menunjukkan gambar gelombang fungsi waktu (Time Waveform) dari Turbin Uap berkapasitas 40 MW. Untuk menarik kesimpulan dari grafik ini sangat tidak mudah, kita tidak bisa menjawab pertanyaan apakah yang menyebabkan getaran, meskipun kita mungkin bisa memperoleh informasi tingkat keparahan dari vibrasi pada Turbin ini. Gambar 2.12: Time Waveform Turbin Sumber: Gelombang komplek diatas kita rubah menjadi sinyal yang lebih sederhana dengan proses FFT. Proses penyederhanaan sinyal gelombang ini dilakukan oleh analyzer. Seorang analis yang mempunyai kemampuan matematik bisa melakukannya secara manual, tetapi akan sangat memakan waktu yang jauh lebih lama. Dengan perangkat teknologi sekarang semuanya bisa dilakukan oleh perangkat elektronik. Sinyal yang sudah disederhanakan berupa sinyal fungsi frekuensi seperti pada gambar. Dengan grafik ini kita bisa melakukan analisa spketrum, dengan melihat frekuensi sebagai basis analisa. Frekuensi memberikan informasi apa yang menjadi penyebab vibrasi dan amplitude menunjukkan tingkat keparahannya.

18 23 Gambar 2.13: Spectrum Data Sumber: Grafik dibawah ini menunjukkan perubahan dari gelombang waveform dari Turbin Uap yang dirubah dengan FFT menjadi gelombang berbasis frekuensi yang lebih sederhana dari bentuk grafik waveform data menjadi spectrum data. 2.6 Sinyal Vibrasi Gambar 2.14: Transform FFT Sumber: Sinyal getaran adalah gambaran (deskripsi) tentang bagaimana suatu parameter mempengaruhi parameter lain. Sinyal yang diperoleh melalui sensor pada pengukuran suatu vibrasi mesin adalah suatu respon gabungan dari suatu mesin terhadap bermacammacam gaya eksitasi, dari dalam maupun dari luar mesin tersebut. Kunci ke arah analisa yang efektif adalah, penguraian sinyal kompleks ini menjadi komponen-komponennya.

19 24 Masing-masing komponen kemudian dikorelasikan dengan sumbernya dimana Analisa vibrasi bertujuan untuk menemukan korelasi antara tingkat vibrasi dengan penyebab vibrasi yang pada akhirnya mengarah kepada menemukan sebuah kerusakan pada komponen. Telah dijelaskan diatas bahwa amplitudo vibrasi menunjukkan tingkat keparahan dari vibrasi dan juga berarti tingkat kerusakan pada mesin. Hanya saja para analis kesulitan dalam menentukan pada tingkat amplitude berapakah yang masih diijinkan bagi mesin yang menimbulkan sinyal vibrasi untuk beroprasi? Yang harus diingat adalah bahwa para analisis bertujuan untuk menetapkan frekuensi pemeriksaan vibrasi terhadap mesin agar bisa mendeteksi kerusakan lebih awal, bukan menentukan berapa banyak getaran yang bisa diterima oleh mesin sebelum rusak. Batasan vibrasi yang absolute akan tidak mungkin untuk didapatkan, sebab munculnya kerusakan pada mesin sangatlah komplek. Tetapi adalah mustahil bagi seorang analis untuk mengimplementasikan kegiatan monitoring vibrasi tanpa suatu petunjuk yang mungkin diperoleh dari pengalaman atau penelitian dari orang-orang yang sudah berpengalaman Sumber Frekuensi Ada beberapa hal yang bisa menyebabkan terjadinya vibrasi, diantaranya karena misalignment poros, pondasi yang kurang kokoh, masalah elektris pada motor, akibat kavitasi, cacat pada bantalan, unbalance pada impeller, ataupun ada benda asing yang menggangu operasi kinerja mesin, Gaya yang menyebabkan vibrasi dihasilkan dari gerak berputar elemen mesin. Gaya tersebut berubah dalam besar dan arahnya

20 25 sebagaimana elemen putar berubah terhadap titik netral. Akibatnya, vibrasi yang dihasilkan akan mempunyai frekuensi yang bergantung pada kecepatan putar element yang telah mengalami kerusakan. Oleh karena itu dengan mengetahui frekuensi vibrasi, akan dapat mengidentifikasi bagian dari mesin yang bermasalah. Vibrasi adalah gearakan bolak balik dalam suatu interval waktu tertentu yang disebabkan oleh gaya, beberapa diantara gaya tersebut adalah Torsi penggerak Gaya reaksi karena adanya beban Gaya tambahan akibat adanya misaligment, unbalance, dll. Dalam terminology dasarnya Vibrasi adalah sebuah gerakan yang kontiyu, random atau periodic dari sebuah objek. Atau sebuah impak dalam suatu durasi waktu tertentu yang singkat. Pemahaman dasar Vibrasi bisa kita proleh dari ilustrasi sederhana mengenai gerakan pegas seperti dibawah ini : Gambar 2.15: Model Vibrasi Sederhana Sumber: Bola (massa) yang terikat ke pegas berada pada titik keseimbangannya di A, dikarenakan gaya luar maka bola akan bergerak ke B kembali ke titik keseimbangan di

21 C dilanjutkan ke C dan kembali ke titik keseimbangan di E. Pergerakan masa dari A ke E dinamakan satu siklus dan dalam contoh diatas 26 membutuhkan waktu 4 detik. Dari pergerakan bolak-balik masa pada pegas diatas terdapat informasi berharga yang bisa kita simpulkan yang sebenarnya menggambarkan kondisi alami dari vibrasi. Pergerakan di atas dinamakan periodic dan harmonic, dimana hubungan antara simpangan (X) dengan massa (m) dan waktu (t) dan hubungan antara perpindahn masa dengan waktu bisa diekspresikan dengan persamaan (Leonard Meirovitch. 1975) berikut:...(2.1) X = perpindahan masa pada waktu tertentu Xo = perpindahan maksimum dari masa...(2.2) f= frekuensi (cycle/s, Hertz, Hz) t=time (second) Kecepatan pergerakan masa dari titik keseimbangan ke titik maksimum (atas atau bawah) bisa dituliskan dengan rumus persamaan (Leonard Meirovitch. 1975):...(2.3) Sedangkan persamaan percepatan bisa diturunkan dari persamaan kecepatan menghasilkan persamaan (Leonard Meirovitch. 1975):

22 27...(2.4) Pada gambar dibawah ini perpindahan (displacement) digambarkan dalam kurva sinus, kecepatan dalam cosinus dan percepatan dalam sinus. Gambar 2.16: Waveform dari percepatan, perpindahan dan kecepatan Sumber: Istilah istilah yang terkandung dalam waveform (gelombang) akan sering kita gunakan seperti siklus, panjang gelombang dan fasa merupakan tiga terminology utama untuk menggambarkannya. Frekuensi Siklus perdetik/cycles per second (Hz) Siklus permenit/cycles per minute (CPM) Putaran per menit/ Rotation per minute (RPM) Orders, 1 order sama dengan 1 x RPM (1xputaran poros mesin) Amplitido Displacement/perpindahan (mills,micron) Velocity/kecepatan (ips, mm/s) Accelerations/percepatan (g,, ) 1 g = 9,807 m/ = 386,4 inch/ Fasa Degree (derajat) dimana satu putaran sama dengan Gambar 2.17: Terminologi Utama

23 Displacement, Velocity Atau Accelerations Untuk menentukan tingkat keparahan vibrasi ditentukan dengan seberapa besarnya amplitude. Dan frekuensi menunjukkan sumber atau penyebab dari vibrasi. Secara umum makin besar amplitudo vibrasi dari sebuah mesin maka kondisi getarannya makin parah, berarti kondisi mesin makin buruk. Ada 3 jenis amplitudo yang sudah dikenalkan pda tulisan ini, dan alat ukur hanya mampu melihat satu untuk setiap kali pengukuran, karena masing-masing besaran amplitude membutuhkan sensor yang berbeda. Pertanyaannya adalah mana dari ketiga besaran amplitudo yang akan kita pilih? grafik dibawah ini bisa dijadikan paduan. Pergerakan dibawah 10 Hz (600 cpm), menghasilkan getaran yang sangat kecil dan berarti amplitudonya juga kecil dari sisi accelerations, sedang jika dilihat velocitynya, dan besar jika dilihat Displacement-nya. Kesimpulannya untuk rentang dibawah 10 Hz lebih baik Displacement yang diukur. Gambar 2.18 : Hubungan antara Displacement,Velocity dan Accelaration Sumber:

24 29 Untuk rentang frekuensi tinggi (lebih dari 1000 Hz atau 60 kcpm) akan lebih baik jika accelerations yang diukur. Secara umum disepakati bahwa antara 60 Hz s/d 1000 Hz, velocity adalah parameter terbaik. Karena secara umum Rotating Machine mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 1000 Hz, maka velocity umum digunakan sebagai parameter pengukuran maupun analisa. 2.7 Macam-Macam Kegagalan Untuk beberapa parameter penting yang di analisa pada vibrasi, diantaranya yang paling sering digunakan adalah sebagai berikut: 1. Amplitude versus frequency. 2. Amplitude versus time. 3. Amplitude versus frequency versus time. 4. Time waveform. 5. Lissajous patterns (orbits). 6. Amplitude and phase versus rpm. 7. Phase (relative motion) analysis. 8. Mode shape determination. Dari beberapa parameter yang ada analisa akan lebih mudah jika kita menggunakan Amplitude versus Frequency. Analisa parameter Amplitudi versus frequency dalam prakteknya selalu melibatkan FFT analyzer. Metode ini paling banyak digunakan terutama pada analisa vibrasi Rotating Machine, Motor dan Bearings. Seperti yang sudah dibahas sebeleumnya, besarnya amplitudo berhubungan dengan besarnya tingkat severity dan besarnya frequency mengacu kepada penyebab atau sumber vibrasinya. Sebagai petunjuk table dibawah ini bisa dijadikan acuan dasar.

25 30 Tabel2.5 : Frekuensi Vibrasi dan Frekuensi Penyebabnya Frekuensi dalam Penyebab Utama Kemungkinan Penyebab Lainnya RPM 1 x RPM Unbalance 1. Ekisentrik journal, gigi atau puli. 2. Misaligment atau poros bengkok (bila axial vibration terjadi). 3. Sabuk Buruk. 4. Resonansi. 5. Problema listrik. 2 x RPM Kelonggaran 1. Misaligment bila axial vibration tinggi. 2. Gaya reciprocating. 3. Resonansi 4. Belt buruk bila 2 x RPM belt 3 x RPM Misaligment Pada umumnya kombinasi dari misaligment dan kelonggaran (looseness). Kurang dari 1 x Terjadi pusaran 1. Putaran belt yang tidak teratur. RPM oli 2. Resonansi sub-harmonik. 3. Vibrasi belt. Synkron Problema Secara umum adalah problema elektrikal (Frekuensi A.C.) elektrikal seperti rotor patah, fase yang tidak balance pada sistem poly-phase.

26 31 2 x synkron frekuensi N x RPM Pulsa torsi Gigi buruk Gaya aerodinamic Gaya hydraulic Kelonggaran Gaya Reciprocating Problema ini jarang sekali terjadi, kecuali resonansi yang ter-eksitasi. 1. Jumlah gigi x RPM dari gigi yang kurang memadai. 2. Jumlah impeller vanes x RPM. 3. Dapat terjadi pada 2,3,4 x RPM bahkan harmonik tinggi,bila terjadi looseness yang cukup parah. Frekuensi tinggi Bearing dengan 1. Vibrasi bearing yang tidak steady, (Non-Harmonik) anti friksi yang kurang baik yaitu amplitudo dan frekuensi. 2. Cavitasi, sirkulasi, dan aliran tubulen yang menyebabkan random vibrasi dengan frekuensi tinggi. 3. Lubrikasi yang tidak benar pada journal bearings (pendukung blok bantalan). 4. Gesekan. Sumber : Machinery Failure Analysis and Troubleshooting ; Heinz P Bloch, dkk UNBALANCE (Sinyal Satu Kali Putaran) Unbalance dicirikan dengan sinyal yang muncul pada frekuensi tunggal, dengan amplitude yang sama besar pada keseluruhan arah radial. Pada unbalance murni, vibrasi akan muncul dalam bentuk gelombang sinus pada kecepatan mesin, dituliskan sebagai 1x RPM. Vibrasi terjadi ketika pusat masa dari suatu elemen yang berputar tidak

27 32 sesumbu dengan susunan elemen putar. Amplitude akan terus membesar dengan terus bertambahnya kecepatan elemen dan akan mencapai kecepatan kritis dari elemen putar. Berikut adalah pola spectrum yang akan terjadi apabila unbalance: Gambar2.19: Pola Spectrum Unbalance Sumber: Misalignment (Sinyal Pada Dua kali Putaran) Para ahli sepakat bahwa penyebab dari 70 hingga 75 persen dari getaran disebabkan oleh misalignment. Dan seringkali vibrasi yang disebabkan oleh misalignment sering kali disalah artikan sebagai unbalance. Hal ini bisa anda pahami jika kita mengerti tahap-tahap terjadinya unbalance akibat munculnya misalignement seperti yang dijelaskan pada tahapan berikut ini : 1. Ciri misalignment: Mempunyai komponen getaran pada frekuensi 2x putaran poros Menyebabkan getaran dalam arah aksial 2. Misalignment berasal dari: Preload dari poros bengkok atau bantalan yang tidak mapan Sumbu poros pada kopling tidak segaris

28 33 3. Misalignment terjadi karena adanya pergeseran atau penyimpangan salah satu bagian mesin dari garis pusatnya. Misalignment sendiri mengakibatkan getaran dalam arah axial. Misalignment merupakan penyebab kedua terjadinya vibrasi meskipun telah digunakan flexible couplings dan self aligning bearing. 4. Setiap elemen berputar (Rotating element) memiliki sejumlah unbalance. Setiap manufaktur memiliki toleransi terhadap unbalance ini. Untuk mencapai kondisi keseimbangan yang sempurna adalah sangat sulit dan mahal, yang hanya dilkukan untuk aplikasi-aplikasi tertentu seperti kapal selam nuklir misalnya. 5. Ketidakseimbangan yang kecil ini kemudian diredam atau diserap dengan menggunakan rolling element bearings yang memiliki clearance diantara bagian yang tetap dan bagian berputarnya sekitar atau bahkan untuk beberapa aplikasi praktis tidak ada clearance sama sekali. 6. Ketika unit-unitnya mengalami kondisi misalignment, elemen-elemennya mengalami tarikan dan tekanan melalui kopling dan menghasilkan keausan yang tidak dinginkan pada bearings. Dengan segera keausan ini akan membuat clearance antara element putar dan race-nya membesar. Sehingga kemudia bearings tidak lagi mampu bertindak sebagai damper yang menjaga unbalance pada tingkat aman. Tahap akhir dicapai ketika seorang yang memahami getaran menyimpulkan bahwa getaran terjadi akibat adanya unbalance, sehingga dilakukan langkah koreksi untuk memperbaiki keseimbangan elemen-elemen putar. Tanpa diagnose yang tepat masalah getaran ini akan kembali muncul, seperti yang dijelaskan pada tahap sebelumnya, bahwa misalignemetlah ternyata yang meneyebabkan timbulnya

29 unbalance. Secara statistic menunjukkan bahwa sekitar 12 % pekerjaan harus diulang dan biaya menjadi naik, karena salah diagnose. 34 Beberapa gambaran terjadinya misaligment dan pola spektrum yang terjadi apabila misaligment terjadi pada pompa yang mengalami kerusakan. Gambar2.20: Posisi Misaligment Sumber:

30 35 Gambar2.21: Pola Spektrum Misaligment Sumber: Ben Shaft Terjadinya bent shaft juga dapat menimbulkan vibrasi. Phase ketika diukur secara axial disekeliling poros akan berubah kira-kira 180 o, terlebih ketika pembengkokan yang terjadi dekat dengan bearing. Eccentric Journal/Rotor Gejala ini menunjukkan bahwa garis pusat dari poros mesin, journal, rotor atau stator tidak konsentris. Vibrasinya terjadi pada sekali shaft rotational frequency. Pada roda gigi, amplitude terbesar terjadi searah dengan garis pusat. Phase menunjukkan single reference merk

31 36 Tabel2.6: Toleransi Aligment Sumber: MECHANICAL LOOSENESS Karakteristik dominan dari kehilangan mekanis adalah munculnya multiple harmonic pada beberapa kecepatan operasi. Kecepatan operasi dari suatu komponen

32 37 dituliskan sebagai 1X, misalnya adalah 1800 CPM. Harmonic ke-2 adalah 2X (3600 CPM) dan harmonic ke-3 adalah 3X (5400 CPM), dan seterusnya. Pada kasus kehilangan mekanis, amplitudo terbesar akan terjadi dekat dengan sumber masalah. Gambar2.22: Pola Spectrum Mechanical Looseness Sumber: Komponen-komponen mesin yang dapat kendor antara lain bantalan (mount) atau tutup bantalan (bearing cap). Kekendoran ini hampir selalu menghasilkan sejumlah besar harmonik dalam spektrum frekuensinya, baik harmonik ganjil maupun tunggal. Komponen getaran yang dengan frekuensi lebih kecil dari kecepatan putar juga dapat terjadi. Teknik untuk mendeteksi kekendoran adalah dengan mengukur getaran pada beberapa titik (transducer kecepatan dapat berfungsi baik). Sinyal yang terukur akan mencapai maksimumnya pada arah getaran (biasanya arah vertikalmemberikan getaranyang lebih besar dari arah horizontal), atau disekitar lokasi kekendoran.

33 RESONANSI Setiap komponen memiliki sebuah frekuensi natural yang besarnya tergantung pada mounting dari equipment tersebut. Suatu kasus mengenai resonansy ini terjadi ketika sebuah mesin Diesel yang dioperasikan oleh sebuah perusahaan minyak menjalani pengujian, dan mengalami getaran pada semua strukturnya secara hebat, sehingga pengujian tidak mungkin dilakukan. Mesin ini diprogramkan untuk beroperasi pada 2000 RPM selama periode pengujian, dan diperkirakan mengalamai resonansi BEARING (Bantalan) BAGIAN UTAMA ROLLING BEARING OUTER RING ROLLING ELEMENT CAGE / SANGKAR INNER RING 15/11/2010 TEGOEH SATRIYO WIBOWO Semua pompa dan motor menggunakan roller atau ball bearings. Sebuah perusahaan besar yang memproduksi bearing dengan penguasaan pasar sekitar 26 % mampu menjual bearing seharga 3 miliar dolar setahunnya. Bearing ini dibuat untuk bertahan sampai ratusan ribu jam, tetapi begitu keluar dari pabrik dan dipasang pada mesin, usianya bisa saja hanya tinggal beberapa puluh jam saja. Beberapa masalah yang membuat bearing berusia rendah diantaranya adalah kesalahan dalam penanganan,

34 39 kesalahan pemasangan, pelumasan yang buruk, kelebihan beban, overspeed, lingkungan buruk dan yang paling banyak hamper 70 % disebabkan oleh misalignment antara driver dan driven unit. Salah satu alas an utama mengapa pengukuran vibrasi dilakukan pada rumah Bearings adalah karena semua gaya yang bekerja pada elemen berputar akan ditransmisikan melalui Bearings. Semua gaya yang terdeteksi ini pada gilirannya akan mendegradasi Bearings. Degradasi ini akan muncul dalam empat cara: merusak sisi luar dari Race mengacu kepada apa yang dinamakan BPFO (Ball Pass Frequency Outer), merusak sisi dalam dari Race mengacu kepada BPFI (Ball Pass Frequncy Inner), merusak elemen putar mengacu kepada BSF (Ball Spin Frequency), atau merusak Bearings cage mengacu kepada FTF (Fundamental Train Frequency). Catatan : jika inner ring-nya fix (stasioner) sementara outer race-nya bergerak, maka tanda negative pada persamaan empat dalam kurung dirubah menjadi tanda postif. Dan Nb x FTF tidak samadengan BPFI ataupun BPFO, besarnya FTF sekitar RPM. Dimana ; Nb = jumlah bola atau Roller Bd = diameter ball atau Roller (in atau mm) Pd = dimater Bearing Pitch (in atau mm) Θ = sudut kontak (derajat)