BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PEDAHULUAN Pada Bab II ini akan menjelaskan teori tentang vibrasi, beberapa parameter yang berkaitan dengan karakteristik getaran menurut illustrated vibration diagnostic chart (technical associates of charlotte) dan penjelasan mengenai pompa sentrifugal & motor AC. 2.2 PENGERTIAN VIBRASI Terjadinya getaran pada mesin/alat menunjukan ada sesuatu yang tidak balance pada alat tersebut. Getaran bisa terjadi baik pada mesin yang memiliki getaran putar maupun yang memiliki gerakan lurus. Pada gerak putar getaran terjadi karena distribusi gaya sentrifugal yang tidak merata, sedangkan pada gerakan lurus umumnya disebabkan oleh adanya gerakan bolak balik. Gambar 2.1 Getaran yang Mendapat Gaya yang Bersifat Siklus Sumber: Learning engineering, 2012

2 6 Getaran hanya terjadi bila terdapat gaya yang bersifat siklus (berulang). Getaran tidak diharapkan terjadi pada mesin/alat karena banyak akibat yang merugikan bisa terjadi. Getaran bisa mengakibatkan kelelahan material komponen mesin, mengendorkan alat pengikat (mur, baut, dan sebagainya), bahkan mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan oleh mesin/alat. Vibrasi (getaran) merupakan gerak bolak-balik (oscillation) suatu objek disekitar titik keseimbangan (lihat gambar 2.2). Gambar 2.2 Gerak Bolak-Balik Sumber: Learning engineering, 2012 Disitu terlihat suatu masa tertentu dihubungkan dengan pegas dan damping (peredam). Pada masa tersebut dipasang piranti penulis yang bersentuhan dengan kertas diagram.kertas diagram digerakan kearah kanan dengan kecepatan rendah dan tetap. Apabila masa ditahan dengan satu posisi untuk kemudian dilepas, masa akan bergerak bolak-balik keatas dan kebawah disekitar posisi awalnya (posisi keseimbangan). Pengerakan masa pada posisi seimbang satu kali keatas dan satu kali kebawah disebut satu siklus (cycles) getaran. Waktu yang diperlukan untuk melakukan gerakan satu siklus disebut satu priode getaran.sedangkan jumlah getaran yang dilakukan dalam satu waktu tertentu, misalnya dalam satu menit disebut frekuensi getaran. Nilai frekuensi biasanya dinyatakan dalam siklus permenit (cycles per menute = cpm) atau siklus perdetik (cycles

3 7 per second = cps), dan untuk menghormati ilmuwan Jerman bernama Hertz maka satuan siklus perdetik disebut 1 hertz (Hz). 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. Spike energy (Vibration enveloping). Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari karakteristik suatu getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi waktu. Gambar 2.3 Karakteristik Gerakan Terhadap Fungsi Waktu Sumber: Mobius institute, 2005

4 8 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) Frekunsi 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. Gambar 2.4 Siklus Getaran Dalam Frekuensi Sumber: Mobius Institute, 2005 Frekuensi dari getaran tersebut biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus getaran yang terjadi tiap menit (CPM = Cycle Per Minute). Sebagai contoh sebuah mesin bergetar 60 kali (siklus dalam 1 menit maka frekuensi getaran mesin tersebut adalah 60 CPM. Frekuensi bisa juga dinyatakan dalam Cycles Per Second (CPS) atau Hertz dan putaran dinyatakan dalam Revolution Per Minute (RPM).

5 Perpindahan Getaran (Vibration Displacement) Jarak yang ditempuh dari suatu puncak ke puncak yang lain disebut perpindahan dari puncak ke puncak (peak to peak displacement). Perpindahan tersebut pada umumnya dinyatakan dalam satuan micron (μm) atau mils. Gambar 2.5 Perpindahan dari Objek yang Bergetar Sumber: Mobius institute, 2005 Satuan yang digunakan adalah mils untuk sistem satuan imperial atau microns untuk sistem satuan metric. 1 mils = inch 1 micron (μm) = mm Kecepatan Getaran (Vibration Velocity) Sebagian besar kegagalan mesin yang disebabkan oleh masalah getaran gangguan kelelahan. Dan, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kegagalan kelelahan ditentukan oleh seberapa jauh suatu objek dibelokkan (perpindahan) dan tingkat di mana objek tersebut dibelokkan (frekuensi). Tentu saja, perpindahan hanyalah sebuah ukuran dari jarak yang ditempuh dan frekuensi adalah ukuran dari jumlah kali "perjalanan" diambil dalam periode waktu tertentu seperti satu menit atau detik. Jika diketahui seberapa jauh seseorang harus melakukan perjalanan dalam periode waktu tertentu, itu adalah masalah sederhana untuk menghitung kecepatan atau kecepatan yang diperlukan. Dengan demikian, ukuran kecepatan getaran adalah ukuran langsung dari kelelahan.

6 10 Kesimpulan: Fatigue = Displacement x Frekuensi Velocity = Displacement x Frekuensi Demikian: Velocity = Fatigue Kecepatan getaran adalah pengukuran kecepatan di mana mesin atau mesin komponen bergerak karena mengalami gerak osilasi. Gambar 2.6 menunjukkan waktu gelombang dari sistem pegas-massa bergetar dari angka 2-1. Sejak berat bergerak, harus bergerak pada beberapa kecepatan yang ditentukan oleh displacement dan frekuensi. Namun, kecepatan berat terus berubah. Pada batas atas dan bawah dari perjalanan, kecepatan adalah nol (0), karena berat harus berhenti sebelum dapat pergi ke arah yang berlawanan. kecepatan adalah yang terbesar atau pada puncaknya sebagai objek melewati posisi netral. Velocity jelas merupakan suatu karakteristik dari getaran, tetapi karena terus berubah sepanjang siklus, tertinggi atau "puncak" kecepatan yang dipilih untuk pengukuran. kecepatan getaran dinyatakan dalam puncak inci-per-detik untuk unit bahasa Inggris. Di unit Metrik, kecepatan getaran dinyatakan dalam puncak milimeter per detik. Gamar 2.6 Kecepatan Benda Bergetar Sumber: Mobius Institute, 2005

7 11 Fakta bahwa kecepatan getaran merupakan indikator langsung kelelahan dan getaran keparahan jelas ditunjukkan oleh General Machinery Severity Chart, (lampiran A dan B). Perhatikan bahwa garis diagonal yang memisahkan berbagai daerah keparahan adalah nilai-nilai kecepatan konstan. Misalnya, garis membagi wilayah "kasar" dan "sangat kasar" memiliki nilai kecepatan 0,628 in / sec-peak (16 mm / detik-pk). Dengan demikian, mesin yang memiliki kecepatan getaran diukur lebih dari 0,628 in / sec-peak (16 mm / detik-pk), akan dianggap "sangat kasar", terlepas dari frekuensi getaran. Manfaat dan keuntungan dari pengukuran kecepatan getaran bukannya getaran perpindahan meliputi: kecepatan Getaran merupakan indikator langsung dari kelelahan karena memperhitungkan baik perpindahan dan frekuensi. Hal ini tidak perlu untuk mengetahui frekuensi getaran untuk mengevaluasi keparahan kecepatan getaran karena frekuensi sudah menjadi bagian dari kecepatan. Sebuah pengukuran kecepatan getaran keseluruhan adalah indikator yang valid dari kondisi keseluruhan mesin apakah getaran sederhana (satu frekuensi) atau kompleks (lebih dari satu frekuensi). Karena alasan yang tercantum di atas, kecepatan getaran telah menjadi standar industri untuk mengevaluasi kondisi mesin berdasarkan getaran. Meskipun nilai-nilai kecepatan ditugaskan ke garis diagonal memisahkan zona keparahan pada General Machinery Severity Chart, memberikan pedoman yang wajar untuk mengevaluasi kecepatan getaran pengukuran, memberikan panduan yang lebih baik karena mereka memperhitungkan jenis mesin pertimbangan spesifik, jenis mounting, dan bagaimana mesin digerakkan (langsung digabungkan, sabuk didorong dan gigi didorong). Tabel ini dikembangkan oleh Technical Associates Of Charlotte, Inc. (2), dan mewakili hampir dua dekade pengalaman dengan ribuan mesin.

8 12 Grafik ini tidak dimaksudkan untuk digunakan untuk menetapkan kriteria penerimaan getaran untuk mesin dibangun kembali atau baru diinstal. Mereka yang akan digunakan untuk mengevaluasi kondisi "keseluruhan" dari mesin yang sudah diinstal umum atau dan beroperasi. Bagi mereka menyiapkan program pemeliharaan prediktif, kurang pengalaman atau sejarah data, tabel ini akan berfungsi sebagai panduan yang sangat baik untuk memulai Percepatan Getaran (Acceleration) Gambar 2.6 menunjukkan bahwa kecepatan atau kecepatan dari objek bergetar terus berubah. Pada batas ekstrim perjalanan kecepatan adalah nol (0) karena objek harus berhenti sebentar untuk mengubah arah. Tentu saja, setiap kali objek datang untuk berhenti di batas perjalanan, ia harus "mempercepat" untuk menambah kecepatan karena perjalanan menuju batas ekstrim lain dari perjalanan. Getaran percepatan adalah karakteristik penting dari getaran yang dapat digunakan untuk mengekspresikan amplitudo atau besarnya getaran. Secara teknis, percepatan hanyalah laju perubahan kecepatan. Mengacu plot waktu gelombang dari sistem pegas-massa bergetar pada Gambar 2.7, percepatan berat maksimum atau nilai puncaknya di batas atas dari perjalanan di mana kecepatan adalah nol (0). Sebagai kecepatan lipatan berat dilaju perubahan kecepatan atau percepatan menurun. Pada posisi netral, berat badan telah mencapai kecepatan maksimum atau puncaknya dan pada titik ini, percepatan adalah nol (0). Setelah berat melewati posisi netral, itu harus mulai memperlambat atau "mengurangi kecepatan" karena mendekati batas bawah dari perjalanan. Pada batas bawah dari perjalanan laju perubahan kecepatan (akselerasi), sekali lagi, pada nilai puncaknya.

9 13 Gambar 2.7 Percepatan Benda Bergetar Sumber: Mobius institute, 2005 Seperti kecepatan, karena nilai percepatan getaran terus berubah, yang tertinggi atau puncak percepatan dipilih untuk pengukuran. Karena percepatan getaran secara teknis laju perubahan kecepatan getaran (in/sec-peak atau mm/sec-peak), maka bahwa unit percepatan getaran dapat dinyatakan dalam in/sec/sec-peak atau mm/sec/sec-peak. Ini juga dapat ditulis sebagai: in/sec/sec = in/sec 2 atau mm/sec/sec = mm/sec 2 Namun, dengan kesepakatan internasional, tingkat percepatan mesin getaran yang dinyatakan dalam satuan "G", di mana satu (1) "G" adalah percepatan yang dihasilkan oleh gaya gravitasi bumi di permukaan laut. Dengan perjanjian internasional, nilai-nilai 980,665 cm/sec/sec, 386,087 in/sec/sec dan 32,1739 feet/sec/sec telah ditetapkan sebagai nilai-nilai percepatan standar karena gravitasi bumi di permukaan laut. Dengan demikian, percepatan getaran diukur dari puncak 1-G akan kira-kira 386 in/sec/sec (980 cm/sec/sec). Perlu diingat bahwa gaya gravitasi bumi (G) tak ada hubungannya dengan amplitudo getaran mesin ini. Sebuah mesin dengan masalah nasional mekanis dan / atau

10 14 operational akan bergetar terlepas dari mana itu terletak-on Earth atau di luar angkasa gravitasi-bebas. praktek diterima mengungkapkan getaran percepatan amplitudo di G adalah hanya salah satu kenyamanan dan kebiasaan. Seperti dengan amplitudo getaran dinyatakan dalam perpindahan dan kecepatan, beberapa panduan yang diperlukan untuk mengevaluasi amplitudo getaran diukur dalam timbangkan akselerograf G. Grafik pada lampiran 6 telah dikembangkan setelah bertahun-tahun experience pada semua jenis mesin industri. Perlu dicatat bahwa menilai atau mengevaluasi getaran percepatan (G) pengukuran mirip dengan mengevaluasi pengukuran getaran perpindahan diperlukan untuk mengetahui frekuensi tertentu dari getaran. Misalnya, dari grafik pada lampiran 6, percepatan getaran 1,0 G yang terjadi pada frekuensi CPM (300 Hz) akan jatuh di kisaran agak kasar, sedangkan getaran 1,0 G pada frekuensi CPM ( Hz) akan jatuh antara daerah baik dan sangat baik dari grafik. Hal ini juga harus dicatat bahwa percepatan getaran keparahan grafik pada lampiran 6 hanya mencakup frekuensi getaran yang tinggi-di atas CPM 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. Dapat dilihat pada grafik di bawah ini dua gelombang yang mempunyai amplitudo dan frekuensi yang sama tetapi mempunyai perbedaan posisi/timing yang berbeda relatif satu sama lain.

11 15 Gambar 2.8 Grafik Amplitudo dan Frekuensi Sumber: Mobius institute, 2005 Dapat dilihat pada grafik di bawah ini, gelombang hitam mencapai puncaknya 180 setelah gelombang biru. Oleh kaaena itu dikatakan 180 out of phase. Gambar 2.9 Grafik Out Of Phase 180 o Sumber: Mobius institute, Spike Energy (Enveloping) Karakteristik lain dari getaran yang agak khusus adalah pengukuran spike energy. Besaran dari spike energy 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: Permukaan yang cacat dari element rolling bearing atau gear. Rubs, impacts, dan terjadi kontak antara logam dengan logam di dalam mesin yang berputar.

12 16 Aliran steam dengan tekanan tinggi atau kebocoran udara Kavitasi akibat aliran yang turbulen dalam fluida. 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 getaran sehingga pengukuran ini sangat sensitiv terhadap getaran dengan frekuensi tinggi yang di akibatkan karena terjadi kerusakan pada bearing atau gear. Pengukuran spike energy dinyatakan dalam satuan gse. 2.4 SATUAN PENGUKURAN SINYAL GETARAN Ada beberapa satuan-satuan yang digunakan dalam suatu pengukuran getaran. 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-to-peak dengan satuan mils atau mikron. Harga Peak adalah harga peak-to-peak dibagi dua atau setengah dari harga peak-to-peak. Gambar 2.10 Amplitudo dalam Grafik Time Waveform Sumber: Mobius institute, 2005

13 17 Harga Root Means Square (RMS) 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 X peak. Sedangkan Harga Average dari suatu gelombang sinusoidal adalah X harga peak. Tabel.2.1 Konversi Faktor No. Conversion Factor Peak to Peak Peak RMS Average 1 Peak to Peak Peak RMS Average Tabel 2.2 Satuan Vibrasi No. Vibrasi USA SI 1 Simpangan (Displacement) Peak to Peak (mils) Peak to Peak (micron) 2 Kecepatan (Velocity) Peak (IPS) RMS (mm/s) 3 Percepatan (Acceleration) Peak (g) RMS (mm/s 2 )

14 TRANSDUCER GETARAN Mengukur suatu getaran mesin dibutuhkan suatu transducer getaran yang berfungsi untuk mengolah sinyal getaran menjadi sinyal lain, dalam hal ini sinyal listrik. Transduser getaran yang umum digunakan adalah Velocity pickup, accelerometer dan non-contact pickup. Masing-masing transducer tersebut mempunyai keuntungan dan kerugian dalam aplikasinya. Tidak ada satupun transducer yang dapat memberikan semua kebutuhan pengukuran yang diperlukan, sehingga kita harus memilih transducer yang paling cocok untuk pekerjaan yang akan dilakukan. Gambar 2.11 Measurement Limitations Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002

15 Velocity Pickup Transducer Gambar 2.12 Skematiks Velocity Pickup Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002 a) Prinsip kerja Gambar 2.12 menunjukan skematik dari velocity pickup dan bagian-bagiannya. Sistem tersebut terdiri dari velocity pickup dan bagian-bagiannya. Sistem tersebut terdiri dari masa yang dililiti oleh suatu kumparan yang dihubungkan dengan pegas dan damper, dan suatu magnet permanen yang memberikan medan magnet yang cukup kuat dipasang mengelilingi kumparan tersebut. Pinsip kerja dari transduser ini berdasarkan hokum fisika bahwa Apabila suatu konduktor digerakan melalui suatu medan magnet, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Apabila transducer ini dtempatkan pada bagian mesin yang bergetar, maka transduser inipun akan ikut bergetar, sehingga kumparan yang ada didalamnya akan bergerak relatif terhadap medan 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 transducer, maka getaran mesin dapat diukur / diketahui karakteristiknya.

16 20 Velocity transducer biasanya lebh umum digunakan untuk pengukuran maupun analisa vibrasi. Karena transducer ini cukup kuat, mudah dalam pemakaiannya, dan transducer ini juga mempunyai level output listrik yang relatif tinggi. Serta tidak membutuhkan daya listrik untuk mengaktifkannya. Seperti transducer lainnya, velocity transducer mempunyai batas maksimum dan minimum untuk daerah yang dapat diukur, baik itu amplitude maupun frekwensi getaran. Dapat dilihat di gambar 2.11 untuk daerah pengukuran velocity. b) Aplikasi Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunak velocity transducer untuk sistem pengukuran getaran adalah: Dalam pengoperasiannya transducer ini tidak memerlukan daya dan mempunyai sinyal output yang cukup kuat. Dapat dipasang langsung pada rumah bantalan. Dapat dipegang tangan untuk melakukan suatu pengukuran getaran suatu mesin. Diamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan velocity transducer, ada juga beberapa kekurangannya antara lain: Respon frekuensinya terbatas. Biasanya diguunakan hanya pada daerah frekuensi 600 CPM CPM. Relatif berat dan besar, sehingga membutuhkan ruang yang cukup untuk memasangnya. Jika dipasang pada rumah bearing yang kecil dalam meredam vibrasi. Harus menggunaka koreksi apabila digunakan pada frekuensi dibawah 600 CPM.

17 Accelerometer Transducer Gambar 2.13 Skematiks Accelerometer Transducer Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002 a) Prinsip Kerja Gambar 2.13 adalah diagram sederhana dari tipe accelerometer dengan sebuah penguat didalamnya. Apabila transducer ini ditempelkan pada bagian mesin yang bergetar, maka getaran mekanis tersebut diteruskan melalui case insulator ke bahan piezoelectric, sehingga bahan tersebut mengalami tekanan sebanding dengan getarannya. Bahan piezoelectric tersebut mempunyai kemampuan untuk untuk menimbulkan muatan listrik sebagai respon terhadap gaya mekanis yang bekerja terhadapnya. Getaran mekanis yang menghasilkan gaya akan mengenai bahan piezoelectric dan bahan tersebut akan menimbulkan muatan listrik sebagai yang sebanding dengan besarnya percepatan dari getaran tersebut. Muatan listrik yang ditimbulkan oleh bahan piezoelectric tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan output velocity transducer. Karena muatan listrik

18 22 yang ditimbulkan langsung oleh bahan piezoelectric begitu kecil jika dibandingkan dengan output velocity transducer. Karena muatan listrik yang ditimbulkan langsung oleh bahan piezoelectric begitu kecil, maka didalam transducer ini dibuat rangkaian penguat electronic untuk memperkuat muatan listrik yang dihasilkan piezoelectric, tersebut. Besarnya muatan yang dihasilkan langsung oleh bahan piezoelectric biasanya dalam picocolumbs per g. Sedangkan besarnya sinyal yang dihasilkan setelah melalui penguat, mempunyai sensitifitas 50 mv per g. b) Karakteristik Transducer accelerometer umumnya mempunyai bentuk yang cukup kecil dan ringan, serta range temperature dan frekuensi kerjanya cukup lebar. Accelerometer adalah merupakan sensor yang dapat digunakan sebagai system monitor getaran maupun untuk analisis getaran. Transducer ini mempunyai sensitifitas yang tinggi terhadap getaran dengan frekuensi tinggi. Ukuran accelerometer cukup kecil dan ringan, sehingga accceloremeter ini sangat cocok digunakan diokasi yang mempunyai ruang yang sangat terbatas. c) Aplikasi Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan transducer accelerometer untuk system pengukuran getaran adalah: Mempunyai respon yang baik terhadap frekuensi tinggi. Mempunyai range frekuensi kurang dari 2 Hz sampai lebih dari 20K Hz. Dengan bentuknya yang kecil dan ringan dapat digunakan pada posisi dengan ruang yang sangat terbatas. Dapat diguanakan pada suhu tinggi, yaitu sampai suhu lebih 500 derajat C.

19 23 Disamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan accelerometer transducer, ada juga beberapa kekurangannya antara lain: Transducer accelerometer membuthkan sinyal penguat external untuk mendapatkan output yang cukup kuat. Sensitif terhadap dan sinyal noise dengan frekuensi tinggi. Tidak cocok untuk pemakaian handhold, kecuali digunakan low pass filter Non Contact Pickup (Proximitor) Gambar 2.14 Skematiks Non Contact Pickup (Proximitor) Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002 a) Prinsip kerja Tidak seperti transducer velocity dan accelerometer, transducer non-contact tidak mempunyai elemen yang dapat menimbulkan suatu tegangan atau muatan listrik sebagai respon terhadap getaran. Sebagai ilustrasi pada gambar 2.14, sensor non contact membutuhkan rangkaian electronik, eksternal untuk membangkitkan suatu sinyal ac dengan frekuensi yang sangat tinnggi dan sinyal ac ini yng digunakan untuk mendeteksi getaran.

20 24 Pada mesin berputar, non contact pickup untuk mengukur getaran poros tanpa menyentuh poros tersebut. Sinyal ac dengan frekuensi yang sangat tinggi (disebut carrier sinyal) dikirimkan pada coil. Suatu permukaan logam (dalam hal ini poros) yang dekat dengan koil akan menyerap energi dari medan magnet tersebut dan akan mengurangi amplitude sinyal carrier. Apabila jarak antara poros dengan ujung koil berubah-ubah, maka amplitude sinyal carrier juga akan berubah-ubah sebanding dengan jarak antara poros dengan koiltersebut. Transducer non-contact dipasang pada suatu mesin dengan jarak tertentu, jarak antara ujung transducer dengan poros disebut gap. Gap ini diatur sesuai dengan karakteristik transducer dan mesin yang akan digunakan. Transducer ini sangat baik untuk memantau getaran poros pada mesin mesin yang berputar dengan kecepatan tinggi dan menggunakn sleeve bearing. b) Aplikasi Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan non-contack pickup untuk system pengukuran getaran adalah: Dengan menggunakan transducer non-contact dapat dilakukan pengukuran gerakan poros mesin dari kedua arah radial maupun gerakan pada arah axial. Dengan menggunakan dua transducer 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 5K Hz (0 300K CPM) Dapat digunakan untuk cek hot alignment mesin.

21 25 Disamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan non-contact pickup, ada juga beberapa kekurangannya antara lain: Sangat sensitif terhadap konduktivitas permukaan logam yang dideteksi. Tidak cocok untuk pemakaian handhold. Output dari transducer dapat terpengaruh bila ujung probe terkena oleh kotoran serbuk logam yang terkandung dalam oli. Transducer tidak dapat menghasilkan sinyal output tanpa bantuan rangkaian elektronik dan satu daya dari luar Teknik Pemilihan Transducer Seperti yang telah kita ketahui bahwa tidak ada satupun transducer yang cocok digunakan untuk semua pemakaian, sehingga kita perlu memahami transducer mana yang paling cocok yang akan kita gunakan untuk keperluan kita. Ada beberapa hal penting yang perlu dipertimbangkan dalam proses pemilihan transducer ini. Pemilihan transducer 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 didapati pada motor yang menggerakan fan dengan kecepatan rendah. Contoh lain adalah sebuah pompa besar atau kompresor dengan sleeve bearing dimana kita menginginkan meniliti gerakan poros mesin tersebut (mobiuse institute, 2005). Dari dua contoh diatas terdapat perbedaan parameter yang harus diukur, sehingga dibutuhkan transducer yang berbeda untuk mendapatkan informasi yang diinginkan.

22 26 Jadi pemilihan transducer tergantung pada beberapa hal yaitu: Karakteristik mekanik mesin parameter yang akan diukur. Daerah frekuensi getaran yang akan diukur. Pertimbangan pemasangan. Kondisi lingkungan dll. 2.6 ANALISA SINYAL GETARAN DAN IDENTIFIKASI PENYEBABNYA Pada mesin yang beroperasi dalam kondisi paling baik sekalipun, pemantauan sinyal getaran akan memunculkan amplitudo, meskipun berada pada tingkat getaran yang dapat diterima. Suatu perubahan adalah dampak yang wajar dari adanya perubahan kondisi operasi, misalnya: perubahan suhu, perubahan beban, keausan, dan fluktuasi dari lingkungan mesin. Dan pada saat amplitudo berada diatas baseline, maka trend perlu dicermati oleh teknisi agar tetap secara kontiniu menguji kebutuhan potensial terhadap: Adanya perubahan kondisi operasi mesin yang sementara Penjadwalan dini terhadap tindakan perbaikan Penghentian segera operasi mesin oleh karena adanya kenaikan yang signifikan dari amplitudo getaran mesin. Kenaikan amplitudo sinyal getaran terhadap waktu dapat dilihat pada gambar 2.14 sebagai berikut. Gambar 2.15 Trend Kenaikan Amplitudo Sinyal Getaran Terhadap Waktu Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002

23 27 Ketika tingkat getaran mesin mulai bertambah melampaui tingkat baseline, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.15, hal ini menandakan masalah pada mesin mulai timbul, dan pertambahan pada tingkat getaran seringkali bukan merupakan gejala dari masalah tersembunyi. Perhatian diberikan pada mesin yang mulai menunjukkan kenaikan pada tingkat getarannya. Data baseline yang dimaksud adalah sekumpulan data yang diukur atau diobservasi pada saat mesin beroperasi dan dapat diterima dan stabil. Hasil pengukuran dapat dibandingkan dengan nilai baseline untuk mendeteksi adanya perubahan. Data baseline hendaknya secara akurat mendefinisikan kondisi stabil dari mesin, terutama kondisi operasi normalnya. Oleh karena itu pada mesin dengan kondisi operasi berbeda, baseline untuk perbedaan kondisi ini juga berbeda. Untuk mesin baru atau telah diperbaiki, maka akan ada periode keausan. Sehingga, umumnya akan terlihat perubahan nilai yang diukur selama beberapa hari atau minggu selama beroperasi. Maka, perlu diberikan waktu untuk terjadinya keausan sebelum data baseline diambil. Sedangkan untuk mesin yang telah beroperasi pada periode waktu yang cukup lama, dan baru pertama kali dipantau, baseline dapat diambil sebagai titik referensi adanya trend. Untuk mengevaluasi tingkat keparahan (severity) dari sinyal getaran pada mesin berputar. International Organization for Standardization (ISO) telah menerbitkan suatu standar untuk mengevaluasi berdasarkan kelas dan tipe dari mesin yang disajikan pada Tabel 2.3 sebagai berikut: Tabel 2.3 Kriteria Zona Evaluasi Tingkat Getaran Tipikal (ISO )

24 28 Pada standar tersebut, parameter yang diukur adalah kecepatan getaran dan dibandingkan nilai RMS kecepatan berdasarkan klasifikasi daya mesin yaitu: a) Kelas I (Class I) untuk mesin dengan daya dibawah 15 kw b) Kelas II (Class II) untuk mesin dengan data diantara kw c) Kelas III (Class III), untuk mesin rigid dengan daya diatas 75 kw d) Kelas IV (Clas IV), untuk mesin fleskibel dengan daya diatas 75 kw Sedangkan A, B, C, D pada Tabel 2.3 menunjukkan zona kriteria evaluasi yaitu: a) Zona A, yaitu getaran pada mesin yang baru dipasang dan akan diserah terimakan. b) Zona B, yaitu getaran pada mesin yang dapat diterima dengan syarat mesin tidak boleh dioperasikan secara terus-menerus/lama. c) Zona C, yaitu getara pada mesin yang dianggap tidak memuaskan untuk pengoperasian terus menerus untuk waktu yang lama. Umumnya mesin dioperasikan untuk waktu yang terbatas pada kondisi ini. Sampai kesempatan untuk tindakan perbaikan dilakukan. d) Zona D, yaitu nilai getaran yang dapat mengakibatkan kerusakan pada mesin. Untuk mesin-mesin yang didesain dengan jam operasi yang panjang/lama maka diberikan secara praktis ISO yang memberikan batasan getaran operasional, yaitu alarms dan trips. Alarms merupakan nilai batas dari getaran yang ditentukan untuk memberikan peringatan dini bahwa getaran sudah mencapai ataupun ada perubahan yang signifikan. Apabila batas alarms terjadi, pengoperasian mesin dapat dilanjutkan untuk sementara waktu sambil dilakukan investigasi untuk mengidentifikasi penyebab perubahan getaran dan menentukan tindakan perbaikannya. Nilai batas alarm pada standar adalah 1,25 kali di atas batas zona B. Trips merupakan batasan getaran mendekati tingkat getaran yang dapat menyebabkan kerusakan pada mesin. Apabila batasan trip sudah dicapai, maka tindakan perbaikan harus segera dilaksanakan untuk mengurangi getaran dan mesin dihentikan pengoperasiannya. Nilai batas trip pada standar adalah 1,25 kali di atas batas zona C.

25 SPEKTRUM FREKUENSI Ide dasar dari transformasi Fourier adalah fungsi suatu sinyal domain waktu dapat dibangun dari penjumlahan fungsi sinus dengan distribusi berkelanjutan dari frekuensi, mulai dari nol sampai kepada frekuensi yang diinginkan. Pada sinyal getaran periodic yang berulang atau pada periode tertentu, deret Fourier dapat diaplikasikan dan jumlah komponen sinus hanya pada frekuensi diskrit yang merupakan perkalian integer, n = 1, 2, dst. dari frekuensi dasar. Meskipun getaran mesin sering memiliki jumlah komponen harmonik signifikan yang terbatas, frekuensi tersebut sering pula bukan merupakan perkalian integer dari frekuensi dasar, dan oleh karena itu transformasi Fourier, dan bukan deret Fourier, adalah alat yang memadai untuk melacak sinyal getaran mesin dari domain waktu menjadi domain frekuensi. Hubungan antara sinyal fungsi waktu, X (t) dan spektrum frekuensi atau transformasi Fourier, dapat dilihat pada Gambar Dengan mentransformasikan sinyal domain waktu menjadi domain frekuensi, komponen yang mempengaruhi sinyal getaran tersebut dapat diidentifikasi. Gambar 2.16 Ilustrasi dari Spektrum Frekuensi Sinyal yang Berosilasi Sumber: Mobius institute, 2005

26 30 Analisa spektrum sinyal berbasis waktu digunakan untuk kebutuhan berbagai investigasi, terutama untuk mendiagnosa dan menyelesaikan masalah getaran seperti dapat dilihat pada Gambar Gambar 2.17 Kegagalan Pada Elemen Mesin Akan Memunculkan Amplitudo Pada Frekuensi Tertentu Sumber: Mobius institute, PERMASALAHAN UMUM TERJADI DI ANALISA VIBRASI Frekuensi vibrasi yang biasa muncul dan kemungkinan penyebabnya untuk masingmasing frekuensi indetifikasi vibrasi. Berikut ini akan dibahas mengenai pemasalahan yang dapat dilihat dari vibrasi: Ketidakseimbangan (Unbalance) Kondisi dimana pada suatu piringan yang seimbang terdapat masa tak seimbang yang terletak diluar sumbu putar. Kondisi dimana pusat masa benda terletak diluar sumbu putar.

27 31 Kerusakan lain yang sering diduga sebagai unbalance adalah misalignment, poros bengkok atau bantalan yang tidak mapan dan bagian kendor atau kurang kencang sering ditandai dengan munculnya harmonik 1x Rpm yang dominan. Gambar 2.18 Karakteristik Untuk Spectrum Unbalance Sumber: Mobius institute, Misalignment Misalinment pada mesin dapat terjadi akibat poros bengkok (bent shaft) dan sumbu poros pada kopling tidak segaris. Gambar 2.19 Karakteristik Untuk Spectrum Misalignment Sumber: Mobius institute, 2005

28 Kelonggaran Mekanik (Mechanical Loseness) Kelonggaran mekanik dapat terjadi bila tutup bantalan tidak kencang (longgar) ataupun ikatan mesin kepondasi tidak kokoh. Gambar 2.20 Karakteristik dari Mechanical Loseness di Spectrum Sumber: Mobius institute, Kerusakan Bantalan Gelinding (Bearing Defects) Cacat pada bantalan gelinding dapat dikelompokan dalam dua kategori yaitu cacat lokal dan cacat terdistribusi. Jenis cacat yang termasuk dalam cacat lokal adalah adanya getaran, keausan ataupun pecah pada lintasan dalam, lintasan luar dan bola. Sinyal yang dibangkitkan karena cacat lokal ini berupa impuls, yaitu pada saat elemen rotasi bersentuhan dengan cacat lokal tersebut.

29 33 Gambar 2.21 Karakteristik dari Spectrum Bearing Defects Sumber: Mobius institute, 2005 Gambar 2.22 Elemen Bantalan Gelinding Sumber: Elemen-mesinblog, 2014 a. Cacat lokal pada lintasan dalam (iner race) Frekuensi eksitasi impuls akibat adanya cacat lokal pada lintasan dalam bantalan disebut Ball Pass Frequency Inner Race (BPFI), yang dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut: BPFI = (1 + x cos α ) x (2.1)

30 34 Dimana: Gambar 2.23 Bagian Bantalan Sumber: Mobius institute, 2005 Nb Fr Bd Pd α = Jumlah bola (Number of balls), = Frekuensi putaran kerja pompa (Hz), = Diameter bola (Ball diameter) mm, = Diameter pitch (pitch diameter) mm, = Sudut kontak (Contact angle) derajat. b. Cacat lokal pada lintasan luar (outer race) Frekuensi eksitasi impuls akibat adanya cacat lokal pada lintasan luar bantalan disebut Ball Pass frequency Outer Race (BPFO), yang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: BPFO = (1 - x cos α ) x (2.2) c. Cacat lokal pada bola (rolling element) Bila terdapat cacat pada bola, maka frekuensi impuls yang terjadi disebut Ball Spin Frequency (BSF). Besarnya data dihitung dengan persamaan berikut: BSF = [ 1 ( ) 2 (cos α ) 2 ] x (2.3)

31 35 d. Cacat lokal pada pemisah (cage) Frekuensi akibat adanya cacat pada pemisah (cage) disebut Fundamental Train Frequency (FTF). Besarnya FTF dapat dihitung dengan persamaan: FTF = x ( 1 x cos α ) x (2.4) Fundamental Train Frequency ini sama dengan kecepatan putar cage atau sama dengan kecepatan sumbu putar bola terhadap sumbu poros. Jika geometri bantalan tidak diketahui, tetapi jumlah bola dan kecepatan putar mesin diketaui maka dapat digunakan pendekatan sebagai berikut: FTF = fr x ( -. ) (2.5) BPFI = fr x ( ) (2.6) BPFI = f r x ( ) (2.7) Apabila pada bantalan gelinding terdapat cacat terdistribusi, maka gaya kontaknya akan berubah secara periodik. Jenis cacat ang termasuk dalam kategori cacat terdistribusi ini adalah ketidakbulatan lintasan luar dari lintasan luar dan lintasan dalam, ketidaksamaan sumbu (misalignment) antara sumbu lintasan luar dan lintasan dalam, serta ketidaksamaan dimensi.

32 36 Berikut modus kersukan bantalan gelinding: Tahap I Bantalan masih baik namun mulai muncul micropitting terutama di load zone. Tahap ini dapat dikenali dari emisi akustik pada daerah ultarsonik. Inspeksi fisik pada tahap ini mungkin tidak akan ditemukan adanya cacat. Sensor spectral emitted energy (SEE) sangat sesuai untuk mendeteksi tahap ini. Sisa umur bantalan 10% - 20%. Tahap II Tahap ini dapat dikenali dengan munculnya harmonik dari frekuensi dasar kerusakan komponen bantalan. Pada tahap ini laju kerusakan masih linier. Teknik enveloping dan demodulasi sangat berguna untuk mendeteksi kerusakan pada tahap ini. Sisa umur bantalan 5% - 10%. Tahap III Tahap ini dapat dikenali dengan munculnya frekuensi dasar kerusakan komponen beserta harmonik-harmoniknya yang sering disertai dengan side-band dari putaran poros. Sisa umur bantalan 1% - 5% dan bantalan harus segera diganti. Tahap IV Pada tahap ini bantalan membutuhkan penggantian segera. Dikenali dengan adanya broad-band noise di daerah frekuensi cacat bantala. Juga ditandai dengan munculnya side band dari harmonik putaran poros di frekuensi harmonik cacat bantalan. Sisa umur bantalan 1 jam 1% dan dapat terjadi kerusakan fatal bantalan kapan saja.

33 POMPA SENTRIFUGAL Pompa sentrifugal adalah pompa yang memperbesar energi fluida melalui prinsip gaya sentrifugal. Pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan dan head potensial pada fluida yang mengalir kontiniu. Bentuk dari pompa sentrifugal ini dapat dilihat pada gambar 2.23 berikut ini: Gambar 2.24 Komponen Utama Pompa Sentrifugal Sumber: Alkonusa news pengertian pompa sentrifugal Aliran fluida masuk ke sudu yang berputar memiliki percepatan, sehingga aliran fluida tercampak keluar dari sudu-sudu dan berubah menjadi energi tekanan di sudu penyearah (di rumah spiral pompa) dihubungkan ke katup hisap dan katup buang. Proses tercampaknya fluida keluar dari sudu-sudu, mengakibatkan bergeraknya fluida di katup kempa melalui katup hisap dengan arah aliran terus-menerus (tidak terputus-putus).

34 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana dalam berbagai jenis pompa. Gambar 2.25 memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini beroperasi: Cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet pump oleh tekanan buatan; Baling-baling impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi. Impeler dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetic menjadi energi tekanan. Gambar 2.25 Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal Sumber: Alkonusa news prinsip kerja pompa sentrifugal

35 MOTOR AC Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: stator dan rotor seperti ditunjukkan dalam Gambar Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Gambar 2.26 Komponen Motor AC Sumber: Elektro unimal konstruksi motor listrik 3 fasa Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).