TEORI VIBRASI

8/19/2019 TEORI VIBRASI

1/74

PT PLN (PERSERO) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHANSURALAYA

ANALISA VIBRASI

II

1. TEORI VIBRASI

Secara visual vibrasi adalah gerakan bolak balik dari suatu mesin, yng dapat dirasa

dengan tangan atau oleh seluruh tubuh kita, yang dikenal sebagai getaran.

Sebagai ilustrasi lihat Gambar 1. Sebuah piringan yang sedang berputar padatepinya ditempeli sebuah pemberat hingga unbalance. Maka timbullah gayasentripetal oleh pemberat tersebut, yang berusaha menarik piringan itu keluar dariperputarannya secara radial.

Gambar 1

Pada posisi A dan C, gaya sentripetal menurut arah vertikal adalah nol. Padaposisi B dan D, gaya sentripetal adalah positif maximum (upper limit) dan negatifmaximum (lower limit).

Lihat Gambar 1. Akibat dari gaya-gaya ini jika kita pandang pada arah vertikal(posisi B dan D), maka t itik putar piringan akan tergeser keatas dan kebawah karenaelastisitasnya, searah dengan gaya yang dideritanya.

Pergeseran ini disebut displacement yang besarnya tergantung dari elastisitasmaterial dan bobot pemberat. Oleh karena piringan terus berputar, maka pergeseranini akan berlangsung terus menerus secara bolak balik yang disebut vibrasi.

Secara matematis vibrasi mempunyai karakteristik yang disebut Parameter-parameter vibrasi.

SGS/MRG/UNJ/2010 1


2/74


ANALISA VIBRASI

II

1.1. Parameter-Parameter Vibrasi.

Parameter-parameter vibrasi ada tiga yaitu :

- Displacement- Velocity- Acceleration

1.1.1. Displacement (Jarak vibrasi),

Adalah jarak yang ditempuh oleh gerakan bolakbalik (getaran) padasuatu periode waktu tertentu.Hal ini jika menurut Gambar 1 adalah jarak pergeseran titik putarpiringan karena gaya sent ri petal .

Rumus : Displacement = A Sin ( 2πft ) (micron)

A = Panjang jarak radius pergeseran. (micron)f = Frekuensi gerakan bolak-balik. (Hertz)t = Waktu. (detik) Dalam

pengukuran vibrasi kita hanya dapat mengukur Peak to PeakDisplacement, yaitu jarak dari positif maximum ke negatif maximum atausama dengan 2 x A.

1.1.2. Veloc ity (Kecepatan vib rasi).

Adalah kecepatan gerakan bolak balik pada suatu periode waktutertentu.

Kecepatan ini selalu berubah sepanjang jarak yang ditempuhnya,dimana pada posisi positif maximum dan negatif maximum kecepatanadalah nol. Pada posisi gerakan melewati daerah netral kecepatanadalah maximum.

Rumus : Velocity = 2πfA Cos (2πft) (mm/s)

Dalam pengukuran vibrasi kita hanya dapat mengukur kecepatanmaximum atau disebut Peak Velocity.

1.1.3. Acc eleration (Percepatan vibr asi).

Adalah percepatan gerak bolak balik pada suatu periode waktutertentu.

Percepatan selalu berubah sepanjang jarak yang ditempuhnya, dimanamaximum pada saat displacement mencapai positif maximum ataumendekati negatif maximum.

SGS/MRG/UNJ/2010 2


3/74


ANALISA VIBRASI

II

Rumus : Acceleration = - (2πf)2 A Sin (2πft) (mm/s2)

Dalam pengukuran vibrasi kita hanya dapat mengukur percepatanvibrasi maximum atau disebut Peak Acceleration.

1.1.4. Hubungan ketiga parameter vib rasi.

Dalam kondisi suatu mesin yang sedang bervibrasi, ketiga parameterini selalu ada dan tidak bisa berdiri sendiri-sendiri. Ketiganyamempunyai hubungan urutan diferensial mulai dari Displacement,Velocity dan Acceleration.

Ketiga rumusan itu telah diuraikan diatas, dan jika digambarkan masing-

masing adalah merupakan kurva sinusoidal seperti pada Gambar 2.

Gambar 2

1.2. Sudut Fase, Frekuensi dan Waktu .

Sudut Fase, Frekuensi dan Waktu adalah menunjukkan .kondisi dari masing -masingketiga parameter vibrasi. Ketiga kondisi ini dapat menentukan berapa besar suatuparameter terjadi.

SGS/MRG/UNJ/2010 3


4/74


ANALISA VIBRASI

II

1.2.1. Sudut Fase.

Sudut fase adalah posisi suatu bagian mesin yang sedang bervibrasi,dibandingkan dengan suatu point yang tetap (fixed point) dalam satuan sudut"derajat". Tanpa adanya fixed point, sudut fase suatu vibrasi tidak dapatdiamati.

Gambar 3.

Lihat Gambar 3. Suatu poros yang sedang berputar mempunyaisebuah pemberat pada tepinya, ditentukan fixed point pada titik A.Pada gambar sebelahnya ditunjukkan posisi pemberat terhadap fixedpoint dalam satu kali putaran.

Sudut fase 0 derajat ketika pemberat melewati titik A. Seterusnya 90,180, 270, dan 360 derajat atau kembali pada titik A.

Displacement terkecil (= 0 ) pada sudut fase 0 dan 180, dan terbesar(positif max/ min) pada sudut fase 90 dan 270.

SGS/MRG/UNJ/2010 4


5/74


ANALISA VIBRASI

II

1.2.2. Frekuensi.

Adalah jumlah gerak bolak balik suatu vibrasi persatuan waktu. Padacontoh poros sedang berputar yang tepinya diberi pemberat(unbalance), frekuensi adalah sama dengan putaran poros.

Satuan frekuensi ialah Cycle per minute (cpm) atau Cycle per detik(Hertz). Hal ini untuk membedakan dengan satuan putaran yaituRotation per minute (rpm).

Pada contoh poros yang berputar ini, frekuensi sama dengan putaran poros(rpm). Hal ini belum tentu sama jika sumber vibrasi bukan dari berputarnyaporos yang unbalance, misalnya misalignment, loosness dan sebagainya.

1.2.3. W a k t u.

Waktu dalam vibrasi adalah, periode waktu yang diperlukan untuk melakukansatu gerakan bolak balik. Pada contoh poros berputar, adalah waktu tempuhyang diperlukan untuk malakukan satu kali putaran.

1.3. Vibrasi bebas.

Vibrasi bebas adalah vibrasi suatu benda yang terjadi tanpa adanya hentakan -

hentakan dari luar benda itu secara terus menerus. Sebagai contoh sederhana adalahsebuah bell yang dipukul sekali saja pada Gambar 4. Vibrasi yang terjadi pada bellsetelah itu adalah vibrasi bebas yang makin lama makin kecil (transient), dimanamempunyai suatu frekuensi tertentu yang disebut "frekuensi diri.

Gambar 4.

SGS/MRG/UNJ/2010 5


6/74


ANALISA VIBRASI

II

1.3.1. Frekuensi diri (Natur al Frequency) .

Vibrasi bebas yang dialami oleh suatu benda, terjadi pada frekuensidiri yang besarnya tergantung dari kekenyalan bahan dan berat bendaitu.

Frekuensi diri, f d = 30/π √981.k /W cpm.

k = kekenyalan (Stiffness factor)W = Berat benda, kg.

Pada rumus di atas tampak bahwa frekuensi diri dapat dirubah olehdua hal yaitu, kekenyalan bahan dan berat benda tersebut.

1.3.2. Damping

Damping adalah daya redam suatu benda terhadap vibrasi. Sepertipada contoh bell di atas, vibrasi bebas padanya akan semakin kecilyang pada akhirnya vibrasi akan berhenti. Hal ini menunjukkan bahwaadanya peredaman oleh bell tersebut terhadap vibrasi. Pada Gambar5, vibrasi pada bell dapat 'digambarkan berupa sinusoidal yangamplitudenya mengecil, tetapi pada frekuensi yang tertentu.

Gambar 5

1.4. Vibrasi paksa

Vibrasi paksa terjadi hampir pada seluruh mesin-mesin yang sedang beroperasi.Pada contoh bell di atas (Gambar 4.), apabila pukulan pada bell dilakukan terusmenerus, maka vibrasi yang terjadi adalah vibrasi paksa. Jika gaya pada pukulan itutetap dan berulang secara sama, maka vibrasi bell akan stabil yaitu besar dan

frekuensinya tetap seperti pada Gambar 1.

SGS/MRG/UNJ/2010 6


7/74


ANALISA VIBRASI

II

1.4.1. Resonansi

Seperti telah diuraikan sebelumnya bahwa setiap benda yang dapatbervibrasi mempunyai frekuensi diri atau natural frequency. Penyebab vibrasi juga mempunyai frekuensi terhadap benda obyek vibrasi. `Pada contoh bell di atas, jika frekuensi pukulan terhadap bell dalam hal inipenyebab vibrasi, sama dengan frekuensi diri bell, maka vibrasi yangditimbulkannya besar. Hal ini dikarenakan arah gerakan bell searah denganarah pukulan, sehingga gaya yang bekerja saling menjumlah. -Inilah yang disebut bell bervibrasi dalam keadaan resonansi.

Sama halnya dengan poros yang berputar. Apabila frekuensi diri porostersebut sama dengan putarannya, maka vibrasi yang terjadi besar.

Untuk itu putaran operasi suatu mesin tidak diperbolehkan sama denganfrekuensi diri poros, atau biasa disebut putaran kritis.

Resonansi pada mesin berputar tidak hanya dapat terjadi pada poros, tapibisa juga pada unsur - unsur mesin itu sendiri, misalnya terhadapsuport/bearing, pondasi dan lain sebagainya.

1.4.2. Putaran kri tis

Setiap poros yang berputar mempunyai putaran kritis yang besarnya samadengan frekuensi diri dari poros tersebut.

Ada beberapa tingkat putaran kr it is, yaitu putaran kr it is tingkatpertama, kedua, ketiga dan seterusnya. Yang akan dibicarakan di siniadalah putaran kritis tingkat pertama, dimana sering dialami olehporos yang berputar.

Lihat Gambar 6. Sebuah poros menopang sebuah disk berputarmempunyai data sebagai berikut :

’

Gambar 6.

SGS/MRG/UNJ/2010 7


8/74


ANALISA VIBRASI

II

W = Berat poros (dan disk), kg.e = Eksentrisitas (jarak titik berat poros/disk dengan titik putarnya),

cm.y = Defleksi karena gaya sentriperal, cm.s = Titik berat poros.ω = Putaran sudut, rad/sec.

Gaya sentripetal berat poros, = m (y + e)ω2 kg.m = massa poros = W/g kg. (g = gravitasi).

Gaya ini akan ditahan oleh poros dengan besar yang sama,

p = k y kg.

k = kekenyalan poros, kg/cm.

maka, m (y + e) ω 2 = p = k y

m ω 2 ey =

k - m W 2

Bila putaran poros (ω) ditambah, maka defleksi y akan bertambahpula. Pada suatu putaran tertentu, y besarnya akan tidak terhinggakarena faktor penyebut ,

k - m ω 2 = 0

Dengan demikian putaran kritis terjadi ketika y mencapai besar yangtidak terhingga, yaitu :

= ω K = √ k / m rad/sec.

'

Atau, nK = 30/π. ω K = 30 / π √981 k/W rpm

Bandingkan dengan rumus frekuensi diri sebelumnya !

Pada kenyataannya defleksi y tidaklah mencapai harga yang tidakterhingga besarnya. Hal ini dikarenakan setiap benda mempunyai sifatmeredam vibrasi atau disebut Damping. Sifat inilah yang akanmenahan defleksi yang tak terhingga itu, kecuali jika titik UltimateStrength material poros telah dicapai. Hal ini akan mengakibatkanporos patah.

Maka, rumus defleksi dengan adanya damping adalah sebagai berikut .

m e ω 2

y =√ (k - m ω 2 ) 2 + (C ω ) 2.

SGS/MRG/UNJ/2010 8


9/74


ANALISA VIBRASI

II

c = Koefisien damping, kg sec/rad.

Jadi, walaupun pada putaran kritis dimana

k - m 2 = 0

m e ω 2

y =C ω

Pada Gambar 7, diperlihatkan hubungan Amplitude vibrasi denganputaran. Amplitude terbesar ketika putaran melewati putaran kritis.

Sudut fase akan berubah 180° ketika putaran kritis dilewati.

Gambar 2.7

SGS/MRG/UNJ/2010 9


10/74


ANALISA VIBRASI

II

1.5. Filter - Out dan Filter - In.

Setiap getaran yang dapat kita rasakan, kemungkinan terdiri dari satu atau beberapasumber getaran. Tetapi sumber-sumber tersebut dengan tangan tidak dapat kitabedakan, melainkan hanya terasa adanya suatu getaran saja. Apa yang kita rasa ditangan itu adalah getaran total (overall) dari kemungkinan adanya beberapa sumbergetaran. Atau dalam istilah alat pengukur vibrasi hal itu disebut pengukuran secaraFilter - Out.

Gambar 8.

Lihat Gambar 8.

Sebuah alat pengukur vibrasi yang sangat sederhana terdiri dari sebuahpegas, pemberat dan sebuah pinsil. Alat ini diletakkan pada bearing penumpuporos yang sedang berputar. Dimisalkan poros diberi sebuah pemberat yangmenjadikannya tidak balans. Ketika pemberat tersebut berada pada posisi "a",maka gaya sentripetal akan mendesak bearing terdorong ke atas. Gerakan iniditeruskan ke pegas yang akan mendorong pemberat dan pinsil bergerak keatas pula.

SGS/MRG/UNJ/2010 10


11/74


ANALISA VIBRASI

II

Sebaliknya jika pemberat itu berada pada posisi "b", bearing akan tertekan kebawah yang mengakibatkan pemberat dan pinsil juga bergerak ke bawah.

Demikian seterusnya pinsil akan bergerak naik turun selama poros berputar.

Jika gerakan pinsil ini dituliskan pada sebuah kertas yang berjalan dengankonstan, maka pinsil akan menggambarkan sebuah garis berbentuk sinusoidalpada kertas. Dalam hal ini akan terukur sebuah vibrasi Filter - Out dari satusumber getaran yang kita buat yaitu unbalance.

Gambar 9

Apabila sekarang sumber vibrasinya kita tambahkan dengan membuatnyamisalignment pada poros, maka pinsil akan menggambarkan sebuah grafikyang tidak sinusoidal murni, melainkan kemungkinannya akan seperti padaGambar 9. Pada gambar ini pinsil hanya dapat menggambarkan penjumlahandari kedua sumber vibrasi yang mempunyai displacement dan frekuensi yangberbeda yaitu unbalance (kurva 1) dan misalignment (kurva 2). Sekali lagiakan terukur vibrasi Filter - Out yang merupakan total dari sumber-sumbervibrasi yang ada.

Apabila kedua sumber vibrasi di atas kita uraikan masing-masing -menurutamplitude dan frekuensinya, maka dapat digambarkan dalam tiga dimensi

hubungan antara Displacement - Frekuensi - Waktu. Lihat Gambar 10.

SGS/MRG/UNJ/2010 11


12/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 10

Pada gambar ini, kurva 1 adalah unbalance mempunyai frekuensi 1 x rpm;kurva 2 adalah misalignment mempunyai frekuensi 2 x rpm.

Dengan alat pengukur analisa vitirasi, sumber-sumber penyebab vibrasi inidapat diuraikan masing-masing menurut frekuensinya,. dimana pengukuran inidisebut secara Filter - In. Vibrasi yang ditampilkan oleh alat pengukur. iniadalah hubungan antara Amplitude dengan Frekuensi, seperti yang terlihatpada Gambar 11.

Gambar 11

SGS/MRG/UNJ/2010 12


13/74


ANALISA VIBRASI

II

Pada gambar ini ditunjukkan sesuai pada contoh kita, yaitu sumber vibrasinyaada dua buah yaitu unbalance (kurva 1) dan misalignment (kurva 2). Tinggi

kurva sesuai dengan besar displacementnya dan posisi sesuai denganfrekuensinya.

Perlu diketahui bahwa pada pengukuran Filter - In, alat pengukur analisavibrasi tidak terbatas menunjukan hubungan antara Displacement - Frekuensisaja seperti pada contoh, tapi juga Velocity - Frekuensi dan Acceleration -Frekuensi.

SGS/MRG/UNJ/2010 13


14/74


ANALISA VIBRASI

II

2. PENGUKURAN VIBRASI

Vibrasi diukur dengan menggunakan peralatan yang bekerja secara elektronik,dengan kecanggihan tergantung dari display yang dapat ditunjukkan, sertakecepatan dan kemudahan pengoperasiannya.

Di bawah ini akan dikemukakan peralatan-peralatan yang umum digunakan dalampengukuran vibrasi, serta metode-metode pengukurannya.

2.1. Peralatan-peralatan penguku r vibr asi.

Peralatan yang umum digunakan pada pengukuran vibrasi adalah sebagaiberikut :

- Instrumen pengukur vibrasi.- Transducer.- Stroboscope dan keyphasor

2.1.1. Instru men Penguk ur Vibrasi.

Instrumen Pengukur Vibrasi adalah peralatan utama pengukur vibrasi. Alat ini merupakan otak pengolahan data, sekaligus memberikankepada kita data yang diinginkan antara lain : Velocity, Displacement, Acceleration, Frekuensi dan Sudut fase.

Instrumen Pengukur Vibrasi dapat dibagi atas 3 jenis yaitu :

- Vibration Meter.- Vibration Monitor.- Vibration Analyzer.

Vibration Meter, adalah alat pengukur vibrasi yang kecil sederhana,mudah dibawa dan berguna untuk mengukur vibrasi secara rutin. Datayang diukur terbatas pada displacement, velocity dan accelerationsecara "overall" (Filter Out).

Vibration Monitor, adalah alat pengukur vibrasi secara kontinu, sertadapat memberikan tanda, (alarm) jika besar vibrasi telah mencapaibatas maximal. Adakalanya alat ini dirancang dapat mematikan mesinsecara otomatis, jika vibrasi telah mencapai batas berbahaya. Alat initerpasang permanen atau semi permanen dikontrol panel (controlroom).

Vibration Analyzer, adalah alat pengukur vibrasi yang bertujuan untukmencari penyebab kerusakan/ kelainan mesin karena vibrasi.Umumnya alat ini bisa juga digunakan untuk balansing dinamik.

SGS/MRG/UNJ/2010 14


15/74


ANALISA VIBRASI

II

2.1.2. Transducer.

Transducer adalah salah satu unsur peralatan pengukur vibrasi. Alatini diletakkan pada mesin yang hendak diukur vibrasinya, dandihubungkan langsung atau dengan menggunakan kabel ke InstrumenPengukur Vibrasi. Jadi, Transducer merupakan sensor penerimavibrasi.

Sesuai dengan parameter-parameter vibrasi : Displacement, Velocitydan Acceleration, maka Transducer juga ada tiga jenis sesuai denganparameter-parameter tersebut yaitu :

- Proximity transducer- Velocity transducer

- Acceleration transducer

Proximity transducer (Non Contact) :

Alat ini adalah sensor untuk mengukur gerak harmonik poros yangberarti sama dengan mengukur displacement. Ia tidak dapat digunakanuntuk analisa vibrasi (mencari frekuensi sumber-sumber vibrasi),melainkan hanya mengukur tingkat besarnya vibrasi yang dalam hal iniadalah clearance gerakan poros terhadap bearing atau displacement.Lihat Gambar 12.

Gambar 12

SGS/MRG/UNJ/2010 15


16/74


ANALISA VIBRASI

II

Pengukurannya dilakukan langsung ke poros dengan menempatkanbagian ujung alat tersebut pada jarak yang sangat dekat dengan

permukaan poros yang sedang berputar. Medan listrik yangdikeluarkan pada ujung alat ini akan terpengaruh tegangannyaterhadap perubahan-perubahan jarak tadi, dimana efek ini digunakanuntuk menyatakan displacement poros.

Proximity transducer dipasang pada sisi muka atau sisi belakangrumah bearing, atau dengan cara melubangi rumah bearing hinggatembus ke poros agar transducer ini bisa mendekati permukaan poros.Hasil displacement yang didapat adalah relatip terhadap rumahbearing.

Velocity transducer :

Alat ini mengukur kecepatan vibrasi yang bekerja secara elektromekanik. Iadapat digunakan untuk mengukur velocity overall (filter out) dan velocity padamasingmasing frekuensi sumber vibrasi (Filter In), dengan hasil yang didapatadalah bersifat absolut. Selain velocity ia juga bisa digunakan untukmengukur displacement. Pemasangannya diletakkan pada rumah bearingdengan menggunakan magnet, atau sekrup, atau tang jepit, atau dipegangdengan tangan.

Gambar 13

SGS/MRG/UNJ/2010 16


17/74


ANALISA VIBRASI

II

Gerak bolak balik (getaran) rumah bearing diteruskan ke Pickup Case yangdidalam ada Mass yang tidak terpengaruh oleh gerakan tersebut. Tegangan

medan magnet antara Pickup Case dengan Mass akan berubah proporsionaldengan kecepatan gerakan. Maka dengan memanfaatkan perubahantegangan ini, kecepatan Pickup Case yang juga adalah kecepatan gerakbolak balik rumah bearing, akan dapat dideteksi.

Accelerat ion t ransducer.

Alat ini mengukur percepatan vibrasi yang bekerja secara elektromekanik. Iadapat digunakan untuk mengukur tingkat besarnya percepatan overall (filterout) dan acceleration pada masing-masing frekuensi sumber vibrasi ( Filter In), dengan hasil yang didapat adalah bersifat absolut. Pemasangannya

diletakkan pada rumah bearing dengan menggunakan magnet, atau sekrup,atau tang jepit, atau dipegang dengan tangan.Lihat Gambar 14.

Gambar 14

Alat ini menggunakan bahan utama Piezoelectric yang dapat mengeluarkanaliran listrik jika mendapat tekanan. Gerak bolak balik (getaran) rumahbearing diteruskan ke Frame, yang akan menekan Piezoelectric Disks.Dengan demikian bahan ini akan mengeluarkan aliran listrik, yang akanmenyatakan percepatan vibrasi dalam kelipatan gravitasi "g".

Pada masa kini pabrik pembuat alat pengukur vibrasi lebih cenderungmenggunakan bahan Piezoelectric pada satu transducer untuk sluruhpengukuran (displacement, velocity dan acceleration). Hal ini

disebabkan oleh kemajuan teknologi yang memungkinkan transducer

SGS/MRG/UNJ/2010 17


18/74


ANALISA VIBRASI

II

ini dapat bekerja pada daerah frekuensi yang lebih luas, tidak hanyapada frekuensi tinggi saja dapat menjangkau ke frekuensi rendah.

Selain daripada itu kesalahan pengukuran yang ditimbulkannya kecilkarena tidak ada komponen yang bergerak seperti pegas dansebagainya pada velocity/displacement transducer, melainkanmenggunakan Piezoelectric dari bahan kristal.

2.1.3. Strobo sco pe dan Keyphaso r.

Stroboscope adalah lampu yang dihubungkan ke Instrumen PengukurVibrasi, digunakan untuk melihat sudut fase pada poros dengan caramenyinari poros yang sedang berputar. Lampu ini digunakan untukanalisa vibrasi dan dinamik balansing.

Selain daripada alat ini, ada juga peralatan yang menggunakanKeyphasor, dimana sudut fasenya yang terbaca pada InstrumenPengukur Vibrasi, bukan langsung pada porosnya.

2.2. Pemil ihan penggunaan Disp lacement, Velocit y dan Acceleration.

Sebelum mengukur vibrasi suatu mesin, tentukan dahulu parameter vibrasiapa yang hendak kita inginkan. Hal ini penting, mengingat ada tiga jenisparameter vibrasi yaitu Displacement, Velocity dan Acceleration. Walaupun

ketiganya menunjukkan besaran vibrasi, tapi dalam penggunaannya masing-masing mempunyai specialisasi yang berbeda, tergantung dari apa yanghendak diukur.

2.2.1. Pemilihan pengukuran Displacement.

Displacement sensitif pada pengukuran vibrasi frekuensi rendah.Frekuensi rendah pada setiap merek alat pengukur belum tentu sama.Sebagai contoh pada salah satu merek, batasan frekuensi rendahadalah maximum 600 cpm.

Mengingat keterbatasan daerah frekuensi yang rendah ini, maka untukanalisa vibrasi displacement jarang digunakan. Ia lebih banyakdigunakan untuk mengukur besarnya vibrasi secara overall (Filter Out)dan balansing pada putaran rendah, serta mesin-mesin perkakas yangmemerlukan ketelitian terhadap displacement karena dapatmempengaruhi mutu hasil kerjanya seperti : bubut, gerinda dan bor.

Ada dua jenis pengukuran displacement yai tu :

- Mengukur displacement poros terhadap journal bearing.- Mengukur displacement pada rumah bearing.

SGS/MRG/UNJ/2010 18


19/74


ANALISA VIBRASI

II

Mengukur displacement poros terhadap journal bearing, dilakukan jikarumah bearing sangat rigid dan besar dibanding dengan poros yang

ditumpunya. Sehingga bila getaran pada poros sudah cukup besar,tetapi pada rumah bearing masih terasa kecil. Biasanya proximitydilekatkan pada sisi muka/ belakang rumah bearing, atau melubanginyaagar bisa masuk tembus ke permukaan poros, dengan arah perletakanumumnya radial (vertikal dan horizontal) terhadap sumbu poros.

Pengukuran displacement pada rumah bearing dilakukan pada journalbearing yang flexibel, dan ukuran rumahnya sepadan dengan porosnya.Demikian pula pada roll/ ball bearing, dimana clearance yang terjadirelatif kecil.

Hal ini disebabkan vibrasi pada poros diteruskan ke rumah bearing

tanpa ada peredaman yang berarti, sehingga getaran pada poros danrumah bearing relatif sama. Transducer yang digunakan adalahvelocity transducer dengan arah perletakannya adalah radial dan axialterhadap sumbu poros.

2.2.2. Pemil ihan penguku ran Velocity .

Velocity (Kecepatan) sensitif pada vibrasi frekuensi menengah. Sepertihalnya frekeunsi rendah, frekuensi menengah pada setiap merek alatukur belum tentu sama. Sebagai contoh pada salah satu merek,

frekuensi menengah adalah 600 cpm s.d. 60.000 cpm.

Melihat range frekuensi yang cukup besar itu, velocity banyakdigunakan untuk analisa vibrasi (dengan Filter In), selain untukpengukuran secara overall (Filter out).

Transducer yang digunakan adalah velocity transducer, yangdiletakkan pada rumah' bearing, dengan arah perletakannya adalahradial dan axial terhadap sumbu poros.

2.2.3. Pemil ihan penguku ran Acc eleration.

Acceleration sensitiv pada vibrasi frekuensi tinggi. Frekuensi tinggipada salah satu merek alat ukur adalah di atas 60.000 cpm. Dengandemikian acceleration digunakan untuk analisa vibrasi (dengan FilterIn) pada frekuensi tinggi. Untuk pengukuran secara overall (filter out),acceleration baik digunakan pada roll/ ball bearing dan roda gigi, ataupada mesin - mesin putaran tinggi.

Transducer yang digunakan adalah acceleration transducer yangdiletakkan pada rumah bearing, dengan arah perletakannya adalahradial dan axial terhadap sumbu poros.

SGS/MRG/UNJ/2010 19


20/74


ANALISA VIBRASI

II

2.3. Tingkat besarnya vibrasi.

Tingkat besarnya vibrasi suatu mesin untuk dinyatakan baik, ditentukan olehpabrik pembuatnya sebagai data yang paling akurat. Apabila data ini tidakada, atau timbul permasalahan dalam acceptance test, atau pihak owner(pemilik) menginginkan suatu tingkat vibrasi tertentu dalam pemesanan, makabisa dirujuk dari standard-standard yang berlaku sebagai pedoman.

Ada beberapa lembaga di dunia atau negara yang mengeluarkan standardtingkat vibrasi. Tapi sebagai contoh di sini akan diberikan dua buah, yaituInternational Standard Organization (ISO 3945) dan Canadian GovernmentSpecification. Lihat Gambar 15 dan Gambar 16.

Ketentuan lain yang bukan standard umum dapat disajikan pedoman, antara

lain menurut IRD Mechanalysis. Lihat Gambar 17, 18 dan 19.

Gambar 15

SGS/MRG/UNJ/2010 20


21/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 16

SGS/MRG/UNJ/2010 21


22/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar.17

SGS/MRG/UNJ/2010 22


23/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 18

SGS/MRG/UNJ/2010 23


24/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 19

SGS/MRG/UNJ/2010 24


25/74


ANALISA VIBRASI

II

3. ANALISA VIBRASI

Analisa vibrasi bertujuan untuk mengidentifikasi penyebab - penyebab vibrasi yangbekerja pada suatu mesin.

Pada buku ini pembahasan analisa vibrasi terbatas pada :

- Frekuensi Domain- Analisa Fase- Analisa bentuk mode

Frekuensi Domain adalah salah satu metode mencari penyebab vibrasiberdasarkan frekuensi yang ditimbulkannya. Metode Analisa Fase dan Bentuk

Mode akan dibicarakan pada topik selanjutnya.

Untuk metode-metode analisa vibrasi lainnya, akan dibicarakan pada buku lainyang merupakan kelanjutan daripada buku ini yaitu pada tingkatan "advance"(Tingkat Engineer) meliputi :

- Time Domain- Time Domain vs Frekuensi Domain (Amplitude-Frekuensi- Time)- Time Waveform- Lissajous Patterns (orbit)- Amplitude dan Sudut Fase vs Putaran- Sudut Fase vs Waktu

Lebih kurang 85% masalah-masalah vibrasi dapat dipecahkan dengan metodeFrekuensi Domain. Berarti dengan menguasai metode ini sebagian besar analisavibrasi telah dapat dikuasai, tinggallah sejauh mana ketepatan analisa yangdiambil, akan tergantung kepada nalar dan pengalaman kita sendiri.

3.1. Prinsi p kerja alat ukur analis a vib rasi.

Setiap penyebab vibrasi mesin mempunyai frekuensi yang berbeda namunada pula yang sama. Berdasarkan frekuensi inilah dapat dikenal penyebabvibrasi pada suatu mesin, serta bagian-bagian apa yang menimbulkannya.

Bagaimana membedakan frekuensi-frekuensi vibrasi pada suatu mesin yangsedang beroperasi, hal ini dilakukan oleh alat ukur analisa vibrasi (diagnose)yang bekerja berdasarkan teori Fourier Transformer.

3.1.1. Time Domain dan Frekuensi Domain.

Seperti telah dibicarakan pada bagian sebelumnya, bahwa vibrasidapat digambarkan sebagai bentuk sinusoidal yang berulang olehsebuah alat pengukur vibrasi sederhana pada Gambar 8. Oleh karenasinusoidal tersebut digambar pada kertas yang berjalan selama waktu

tertentu, maka apa yang ditampilkannya menunjukkan hubungan

SGS/MRG/UNJ/2010 25


26/74


ANALISA VIBRASI

II

antara besaran vibrasi (amplitude) versus waktu, atau biasa disebutTime Domain. Apabila vibrasi mesin terdiri dari beberapa sumber penyebab yang

mempunyai frekuensi dengan besar yang berbeda-beda, maka masing-masing vibrasi dapat digambar secara tiga dimensi seperti padaGambar 20. Gambar ini memperlihatkan hubungan antara . Amplitude -Waktu - Frekuensi. Dengan demikian apa yang dimaksud FrekuensiDomain pada gambar tersebut, adalah hubungan antara Amplitudeversus Frekuensi.

Gambar 20.

3.1.2. FourierTransformer .

Umumnya vibrasi yang kita rasakan pada suatu mesin sudahmerupakan penjumlahan dari satu atau beberapa sumber vibrasi yangada pada mesin tersebut. Demikian pula halnya pada Gambar 8 padatopik sebelumnya, hanyalah menggambarkan satu bentuk sinusoidalyang merupakan penjumlahan dari beberapa vibrasi yang ada.Bagaimana cara menguraikan suatu penjumlahan vibrasi itu agarmenjadi komponen-komponen yang membentuknya, hal ini dilakukandengan menggunakan Fourier Transformer.

Fourier Transformer adalah suatu cara perhitungan matematik yang

mentransformasikan vibrasi dari Time Domain ke Frekuensi Domain.

SGS/MRG/UNJ/2010 26


27/74


ANALISA VIBRASI

II

Pada Gambar 20 dapat kita lihat bagaimana hubungan antara timedomain dengan frekuensi domain.

Teori Fourier menyatakan bahwa :

Setiap fungsi periodik dapat diuraikan menjadi beberapa fungsiharmonik sinusoidal, yang mana frekuensi dari setiap fungsi sinusoidalitu mempunyai perkalian bilangan bulat 1, 2, 3.... dan seterusnya.

Gambar 21

Pada Gambar 21a memperlihatkan sebuah komponen vibrasi yangdigambarkan dalam Time Domain dan Frekuensi Domain.

Pada Gambar 21b memperlihatkan sebuah penjumlahan vibrasi (garisputus-putus) dari 2 buah komponen vibrasi yang digambarkan dalam

Time Domain dan Frekuensi Domain. Pada komponen vibrasi A0

mempunyai frekuensi sebesar 1 unit.

(1x). Sedangkan komponen vibrasi A1 mempunyai 1 frekuensi sebesar

2 unit (2x).

Sesuai dengan teori Fourier seperti tersebut di atas, maka vibrasidapat dirumuskan sebagai suatu fungsi sebagai berikut :

f(t) = A1 Sin (ωt + Φ1) + A2 Sin (2 ωt + Φ2) + A3 Sin (3 ωt + Φ3)...

ω = kecepatan sudut (rad/s) yang identik dengan putaran (rpm)ω / 2π = frekuensi; Φ = sudut fase; A = amplitude; t = waktu

SGS/MRG/UNJ/2010 27


28/74


ANALISA VIBRASI

II

f(t) adalah fungsi periodik suatu vibrasi yang merupakan penjumlahandari komponen-komponen penyebab vibrasi yang dinyatakan dalamfungsi harmonik sinusoidal.

Dengan kata lain f(t) adalah vibrasi yang diukur secara Filter - Out.

Sedangkan komponen - komponennya : A1 , A2 , A3 dan seterusnya

dengan frekuensi 1x, 2x, 3x dan seterusnya adalah vibrasi yang dapatdiukur secara Filter - In atau pada analisa vibrasi biasa disebutfrekuensi 1x rpm, 2x rpm, 3x rpm dan seterusnya.

Jadi, dengan mem "breakdown" getaran pada suatu mesin menjadikomponen-komponen vibrasi yang mempunyai frekuensi berkelipatansatu dengan lainnya, serta mempelajari sifat-sifat dari pada penyebab-penyebab vibrasi yang ada pada mesinmesin rotasi, maka penyebab

vibrasi dapat ditentukan.

3.2. Pengum pul an data sejarah operasi mesin dan pros edur analisa.

Analisa vibrasi di lakukan jika data harian mesin menunjukkan kecenderunganmeninggi. Atau jika timbulnya alarm yang menunjukkan batas vibrasi telahdilampaui. Untuk mesin-mesin perkakas hal ini ditandai oleh kurangsempurnanya hasil kerja mesin tersebut berproduksi, seperti kurang halusnyapermukaan benda kerja, dimensi benda kerja melebihi dari toleransi, dan lainsebagainya. Setelah adanya tanda-tanda tersebut, maka analisa vibrasi untukmencari penyebab . kerusakan dilakukan. Data vibrasi pada waktu kondisimesin masih normal, atau data garansi merupakan sasaran dari usaha -usaha kita dalam memperbaiki mesin. Data tersebut disebut "baseline data".

Setelah diputuskan untuk diadakan adalah analisa vibrasi, maka langkah yangdiambil selanjutnya adalah pengumpulan data operasi sebelum mesindinyatakan rusak.

Data tersebut adalah :

- Data vibrasi rutin.Data vibrasi dari pengukuran rutin selama beberapa waktu terakhir hingga

terjadinya kerusakan. Data ini secara pengukuran Filter-Out dengan arahradial dan axial pada setiap bearing, dimaksudkan untuk mengetahuigejala vibrasi dan pada bearing mana yang vibrasinya tinggi.

- Data kerusakan.Data operasi tentang kejadian-kejadian yang pernah dialami oleh mesintersebut, berupa data gangguan/ kerusakan atau perbaikan yang disertaidengan perubahan atau penambahan pada bagian-bagian tertentu, yangdiperkirakan dapat mempengaruhi vibrasi mesin.

- Data vibrasi terakhir.Data ini ditulis lengkap baik data vibrasi maupun data mesin yang

digambarkan secara sketsa.

SGS/MRG/UNJ/2010 28


29/74


ANALISA VIBRASI

II

Lihat contoh tabel data pada Gambar 22.

Gambar.22

SGS/MRG/UNJ/2010 29


30/74


ANALISA VIBRASI

II

Setelah data-data di atas terkumpul, langkah selanjutnya adalah Interpretasi

data. Memasuki langkah berikut ini diperlukan penalaran dan jugapengalaman kita sebagai pelengkap dalam menganalisa vibrasi suatu mesin.

3.3. Penguk uran vib rasi

Data vibrasi rutin seperti tersebut diatas diperlukan untuk diperbandingkankecenderungannya dari waktu ke waktu, agar dapat diketahui pada bearingmana dari mesin tersebut yang menonjol kenaikan vibrasinya. Sedangkandata operasi mengenai kejadian-kejadian apa yang pernah dialami dandiperkirakan dapat mempengaruhi vibrasi, diperlukan untuk mengetahuikemungkinan penyebab vibrasi. Adakalanya dari kedua data ini kesimpulan

penyebab vibrasi dapat langsung diketahui.

Data vibrasi terakhir yang diukur baik dengan Filter-Out maupun Filter-In,sangat diperlukan untuk mendiagnose penyebab kerusakan mesin yangmengakibatkan kenaikan vibrasi. Bagaimana interpretasi data tersebutdilakukan, akan dibicarakan lebih detail pada berikut ini.

3.3.1. Data vibrasi Filter - Out.

Langkah pertama pada pengukuran vibrasi adalah pengambilan datavibrasi dengan Filter-Out. Pengukuran ini dilakukan pada setiap

bearing dan pada arah radial maupun axial, berguna untuk mencaripada bearing mana terjadi vibrasi terbesar, agar menjadi pusatperhatian kita untuk melakukan langkah analisa selanjutnya. LihatGambar 23 kolom Filter Out. Pada gambar tersebut amplitude vibrasiyang diukur adalah Displacement, Velocity dan Acceleration.

SGS/MRG/UNJ/2010 30


31/74


ANALISA VIBRASI

SGS/MRG/UNJ/2010 31

II

Gambar 23


32/74


ANALISA VIBRASI

II

Jika jarum penunjuk (digital display) amplitude pada instrument vibrasibergoyang (maju-mundur), catatlah angka terendah dan tertinggi dan

jangan dirata-ratakan. Hal ini berarti vibrasi yang terjadi cukupkompleks, sehingga besarnya tidak tetap melainkan bervariasi naikturun.

Jika jarum penunjuk (digital display) frekuensi tidak menunjuk padaangka yang tetap (unsteady), berarti vibrasi yang terjadi tidakmempunyai frekuensi dominan. Untuk itu frekuensi dicatat denganlambang cacing (N).

Dari pengukuran ketiga arah (horizontal, vertikal dan axial) pada setiapbearing, perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

- Adakah vibrasi arah axial besarnya lebih dari 50% terhadap arahhorizontal maupun vertikal pada suatu bearing ?

Jika ada, kemungkinan penyebab vibrasi ialah misalignment atauporos bengkok.

- Adakah vibrasi arah horizontal jauh lebih besar terhadap arahvertikal pada suatu bearing ? Vibrasi arah horizontal adalah wajar jika lebih besar dari arah vertikal dengan perbandingan 2:1 s.d. 5:1.

Tapi jika perbandingannya lebih daripada itu, makakemungkinannya adalah terjadi resonansi pada support structure

terhadap putaran poros.

- Adakah vibrasi arah vertikal 2 kali atau beberapa kali lebih besarterhadap arah horizontal pada suatu bearing ?

Jika ada, kemungkinannya adalah clearance bearing terlalu besar,atau terjadi gesekan langsung antara poros dengan bearing, atauada looseness (kerenggangan) pada bagian-bagian di daerahsekitar bearing/support.

3.3.2. Data Vibrasi Filt er In

Pengukuran vibrasi dengan Filter In dimaksudkan untuk mencarivibrasi-vibrasi yang mempunyai frekuensi yang berbeda-beda. Ataudengan kata lain, menguraikan vibrasi Filter Out menjadi komponen-kompenen vibrasi yang membentuknya, menurut frekuensi yangdimiliki pada masingmasing komponen tersebut.Dengan demikian berarti penjumlahan amplitudeamplitude pada FilterIn akan sama dengan amplitude pada Filter Out, yang mana hal inidapat dijadikan pengecekan'terhadap kelengkapan komponen-komponen vibrasi pada Filter In.

SGS/MRG/UNJ/2010 32


33/74


ANALISA VIBRASI

II

Pengecekan Filt er In.

Sebagai contoh lihat Gambar 4.4 pada bearing A posisi horizontal.Penjumlahan velocity pada kolom Filter In adalah sebagai berikut : 0,4+ 0,10 + 0,06 = 0,56 in/sec. Pada kolom Filter Out, velocity = 0,54in/sec. Secara teoritis hasilnya sama. Tapi karena akurasi alat, hal inibisa terjadi walau tidak menjadikan permasalahan. Dari contohtersebut berarti sudah semua komponen vibrasi terdeteksi.Masalahnya apabila penjumlahan komponen-komponen vibrasi padaFilter In itu lebih kecil dari pada Filter Out, berarti masih adakomponen vibrasi pada Filter In yang belum terdeteksi. Makapencarian vibrasi pada frekuensi yang lebih tinggi perlu dilanjutkan.

Pemil ihan parameter vibr asi pada Filt er In.

Seperti telah dikemukakan pada sebelumnya, pemilihan parametervibrasi (displacement, Velocity dan acceleration) ditentukan oleh padafrekuensi berapa yang menjadikan perhatian kita.

Frekuensi sampai dengan 600 cpm digunakan displacement, 600 cpms.d. 60.000 cpm digunakan velocity, lebih dari 60.000 cpm digunakanacceleration. Batasan ini belum tentu sama pada setiap produk alatukur tapi sudah dapat memberikan gambaran mengenai penggunaanparameter vibrasi menurut tingkatan frekuensi.

Mencari kemungkinan-kemungkinan penyebab vibrasi. Data vibrasipada kolom Filter In yang melebihi batas ketentuan diberikanlingkaran. Batas ketentuan ini boleh kita ambil menurut ketentuanGambar 17 untuk displacement atau velocity dan Gambar 19 untukacceleration.

Dari data yang diberi lingkaran ini, kita cocokkan frekuensinya padagambar 4.1 untuk mencari kemungkinan-kemungkinan apa vibrasi itudisebabkan.

SGS/MRG/UNJ/2010 33


34/74


ANALISA VIBRASI

II

SGS/MRG/UNJ/2010 34


35/74


ANALISA VIBRASI

SGS/MRG/UNJ/2010 35

II

Tabel 4.1


36/74


ANALISA VIBRASI

II

Tabel 4.2

SGS/MRG/UNJ/2010 36


37/74


ANALISA VIBRASI

II

Pengukuran Filter In dapat pula dilakukan dengan alat X-Y Recorder secarasemi otomatis seperti terlihat pada Gambar 24.

Dengan menggunakan alat ini, amplitude yang ada pada setiap frekuensiakan digambarkan secara spektrum tidak perlu dicatat pada Data Sheet.

Gambar 24

3.4. Mencari penyebab kerusakan mesin

Penyebab tingginya vibrasi yang terjadi dapat dikenal, melalui karakternya.Setiap penyebab vibrasi mempunyai karakter yang berbeda, dimana haltersebut masing-masing dapat dilihat pada tabel 4.2. Tabel ini membantu kita

untuk membedakan masing-masing karakter penyebab vibrasi, walaupunadakalanya perlu beberapa penambahan pembuktian.

SGS/MRG/UNJ/2010 37


38/74


ANALISA VIBRASI

II

3.4.1. Ketidak balans (unbalance)

Ketidak balans adalah hal yang sering terjadi pada mesin-mesin rotasi,mempunyai beberapa karakter yang hampir mirip dengan misalignmentatau poros bengkok.

Penyebab ketidak balans antara lain :

- Ada rongga atau kerapatan yang tidak merata pada bahan poros/rotor.

- Pemasangan pasak pada poros.- Distorsi : Yaitu perubahan bentuk poros / rotor karena pemuaian

yang tidak merata (tidak simetris), atau terjadi kecenderunganperubahan kebentuknya semula karena pengerjaan penempaan

yang diderita poros / rotor sebelumnya.- Kotor, deposit dan robekan pada poros / rotor.

Karakter ketidak balans adalah sebagai berikut :

- Lihat tabel 4.2.- Amplitude arah radial tinggi, sedangkan arah axial tidak melebihi 50

% dari arah radial. Hal ini tidak berlaku jika unbalance yang terjadiadalah jenis Couple (Kopel), yang bisa terjadi pada poros/rotorpanjang seperti turbin beberapa tingkat, generator, pompabeberapa tingkat dan sebagainya.

- Frekuensi 1x rpm.

- Perpindahan transducer dari arah vertikal ke horizontal atausebaliknya akan merubah sudut fase sebesar 90 derajat.

- Kenaikan amplitude vibrasi pada putaran dari 0 rpm sampai denganputaran kritis sangat mendaki.

Amplitude vibrasi pada putaran krit is lebih tinggi dari padabiasanya, sedangkan penurunan vibrasi setelah melewati putarankritis tidak seberapa besar.

Sebagai contoh karakteristik ketidak balans yang digambarkan secaraspektrum, lihat Gambar 24.

Pada frekuensi 1x rpm (2200 cpm) amplitude arah horizontal (radial)lebih tinggi dari arah axial. Hal ini berarti unbalance terjadi pada Fan. Amplitude pada frekuensi lainnya (2x, 3x, 4x rpm) tidak menjadikanmasalah, selama besarnya tidak melebihi 50 % dari amplitude 1x rpm.Jika melebihi, kemungkinannya adalah looseness, clearance bearingterlalu besar, pondasi retak. Dengan demikian balansing hasilnya sulitdicapai sebelum kerusakan tersebut diatasi.

Pada overhung rotor, ketidak balans terjadi pada frekuensi 1x rpm,tetapi amplitude arah axial tinggi bahkan dapat melebihi arahamplitude arah radial. Overhung rotor adalah rotor yang letaknya tidak

berada diantara kedua bearing penumpu, melainkan berada tergantungdiluar daripadanya.

SGS/MRG/UNJ/2010 38


39/74


ANALISA VIBRASI

II

3.4.2. Misalignment.

Jenis-jenis misalignment adalah sebagai berikut :

- Misalignment kopling (Sudut, Ketidak Sejajaran atau kombinasikeduanya).

- Torque Lock.- Misalignment bearing.

Misalignment kopl ing.

Karakteristik misalignment bearing adalah sebagai berikut :- Lihat tabel 4.2.- Amplitude pada arah radial dan axial tinggi, tapi arah axial

besarnya lebih dari 50% arah radial.- Frekuensi 1x rpm, jika cukup besar, 2x atau 3x rpm.- Jika amplitude pada frekuensi 2x atau 3x rpm besarnya 30% s.d.

75% dari amplitude pada frekuensi 1x rpm, maka mesin masih bolehdijalankan. Jika amplitudenya antara 75% s.d. 150%, maka mesinharus diamati dengan cermat selama beroperasi, dan diadakanperbaikan hingga ada kesempatan untuk stop. Jika amplitudetersebut lebih dari 150%, maka kerusakan telah terjadi dan mesinharus segera distop untuk diperbaiki.

- Terjadi kenaikan temperatur dan tekanan minyak pelumas di bearing.Hal ini merupakan pengaruh; tidak langsung dari misalignmentterhadap minyak pelumas.

Adakalanya gaya misalignment yang bekerja pada kopling dapatdiredam karena kekarnya kopling tersebut. Tetapi reaksi daripada gayaini akan timbul pada bagian poros diluar kedua bearing penumpu, dandapat merusak peralatan yang ada disana.

Poros bengkok mempunyai karakter yang sama dengan misalignmentkopling. Jika kebengkokan itu tidak terlalu parah cukup diatasi denganmembalans. Membedakan masalah misalignment dengan porosbengkok dibahas pada Bab 5 Analisa Fase.

Torque Lock.

Misalignment dapat terjadi pada roda gigi yang mengkopel mesinpenggerak dengan mesin yang digerakkan, misalnya reduction gearpada PLTG. Misalignment ini terjadi akibat gaya torsi yang bekerja padaporos, sehingga salah satu poros roda gigi akan terangkat ke atas danyang lainnya tertekan ke bawah (Apabila kedudukan kedua porostersebut sejajar horizontal).

Hal ini terjadi apabila poros roda gigi terlalu panjang atau material poroskurang kuat, sehingga poros mudah melengkung akibat momen yangdideritanya, atau pelumasan pada bearing-bearing tidak baik, sehingga

clearance padanya tidak terisi minyak melainkan terisi oleh poros.

SGS/MRG/UNJ/2010 39


40/74


ANALISA VIBRASI

II

Kejadian ini dapat diidentifikasi dengan cara mengukur amplitude vibrasidan sudut fase pada arah axial dibearing penumpu roda gigi. Setelah itu

mesin dimatikan hingga putaran berhenti. Kemudian mesin dihidupkanlagi hingga mencapai pada kondisi sebelum dimatikan tadi (putaran,temperatur, beban dan sebagainya), lalu pengukuran vibrasi sepertisebelumnya diulang kembali. Apabila amplitude vibrasi dan sudut fasetidak sama dengan pengukuran pada saat sebelumnya, maka berartiterjadi "Torque Lock".

Misalignment bearing.

Misalignment bukan saja dapat terjadi dikopling tapi bisa juga padaposisi bearing penumpu poros. Lihat Gambar 25a dan 25b.

Gambar 25a Gambar 25b

Pada sleeve bearing gambar 25a, karakter yang diberikan hanyalahgejala unbalance (Frek. 1x rpm) tapi vibrasi radial dan axial besarnyatidak jauh berbeda. Masalah ini dapat diatasi dengan membalans rotordimana vi.brasi radial maupun axial akan mengecil setelah rotorbalans.

Pada anti-friction bearing gambar 25b, karakter yang diberikan adalahfrekuensi 1x, 2x, 3x rpm atau pada frekuensi sebesar perkalian jumlahroll/ ball dengan rpm. Sedangkan vibrasi axialnya besar walaupunporos/ rotor telah dibalans. Untuk mengatasinya ialah denganmemperbaiki posisi bearing tersebut.

Bearing misalignment bisa terjadi bukan saja karena kesalahanpemasangan bearing yang tidak benar posisinya, tapi bisa juga karenadistorsi (penyimpangan bentuk) pada alas kaki suport (baseplate)akibat kencangnya tekanan salah satu atau beberapa baut pengikatterhadap baseplate, sehingga posisi support/ bearing menjadi miring.Untuk itu baut pengikat perlu direnggangkan agar bagian suport yang

miring tersebut terangkat dan posisinya menjadi rata. Ketikamerenggangkan baut yang terlalu kencang itu, sebaiknya mesin dalam

SGS/MRG/UNJ/2010 40


41/74


ANALISA VIBRASI

II

keadaan beroperasi sambil vibrasinya dipantau apakah terjadipenurunan. Jika turun berarti baut itulah yang mengakibatkan distorsi

pada kaki suport/ baseplate.Kejadian diatas biasanya disebut "SoftFoot".

3.4.3. Kerusakan bearing

Ada dua jenis bearing yang dibahas pada bagian ini yaitu Anti Frictionbearing dan Sleeve bearing. Keduanya mempunyai karakter vibrasiyang berbeda, dan juga kerusakan yang ditimbulkannya berlainan. - Yang termasuk Anti Friction bearing ialah ball bearing dan roll bearing,sedangkan Sleeve bearing adalah Journal bearing.

Ant i Fr ict ion bearing.

Kerusakan pada bearing jenis ini dapat terjadi pada salah satu ataulebih daripada elemenelemennya, yaitu pada ball/ roll, alur luar ataudalam dan sangkar.

Karakteristik kerusakan Anti Friction bearing sebagai berikut :- Lihat tabel 4.2.- Vibrasi terjadi pada frekuensi tinggi tapi tidak pada angka yang

tetap, demikian pula dengan amplitudenya.

Hal ini disebabkan kemungkinan kerusakan lebih dari satu elemen

yang terjadi secara bersamaan. Lihat Gambar 26.

Gambar 26

SGS/MRG/UNJ/2010 41


42/74


ANALISA VIBRASI

II

Secara pendekatan, frekeunsi vibrasi dapat dihitung dengan rumus

seperti yang tampak pada Gambar 27. Hal ini untuk lebih meyakinkanapakah frekuensi yang ditunjukkan pada X-Y Recorder adalah benardisebabkan oleh kerusakan bearing. Apabila ukuran elemen-elemenbearing tidak diketahui, maka rumus untuk kerusakan pada Inner Race(alur dalam) dan Outer Race (alur luar) dapat dihitung denganmengalikan faktor 0,6 dan 0,4.

Gambar. 27

- Jika bearing menerima vibrasi akibat ketidak balans rotor, makakerusakan pertama terjadi pada alur dalam.

- Jika bearing menerima vibrasi akibat misalignment, maka kerusakanpertama terjadi pada alur luar. Frekuensi terjadi sebesar jumlahball/ roll kali rpm

- Jika kerusakan pertama terjadi di ball/ roll, maka penyebabnyaadalah pelumasan yang tidak baik, overheating, atau ada arus listrikyang melewati bearing tapi pentanahannya (ground) tidak baik.

SGS/MRG/UNJ/2010 42


43/74


ANALISA VIBRASI

II

Adakalanya kerusakan bearing disertai dengan resonansi. ' Jika hal initerjadi, frekuensi besarnya sangat tinggi dan bukan merupakan fungsi

dari putaran.

Dengan demikian frekuensi tidak dapat dirumuskan, karena resonansiterjadi terhadap komponenkomponen mesin seperti : rumah bearing,poros, ball/ roll, alur dalam, alur luar, sangkar dan lain-lain, yang manamasing-masing mempunyai frekuensi pribadi berbeda-beda.

Sleeve b earin g.

Kerusakan pada sleeve bearing umumnya adalah clearance terlalubesar, beban yang ditumpu terlalu besar dan pelumasan yang tidakbaik. Karakteristik kerusakan sleeve bearing adalah sebagai berikut :

- Frekuensi vibrasi terjadi pada 2x, 3x atau beberapa kali putaran.- Clearance yang terlalu besar biasanya disertai dengan agak tidak

balans, misalignment, looseness pada bagian-bagian sekitarbearing atau rubbing.

- Jika antara poros dengan bearing terjadi kontak langsung tanpapelapisan minyak, amplitude vibrasi arah vertikal umumnya lebihbesar dari arah horizontal. Hal ini bisa disertai dengan clearanceyang terlalu besar.

3.4.4. Kerus akan gig i.

Kerusakan gigi dapat disebabkan oleh keausan, sentuhan antar gigitidak smooth, bentuk gigi yang tidak sesuai, pelumasan yang tidak baikdan eksentrisitas.

Karakteristik kerusakan gigi sebagai berikut :

- Lihat tabel 4.2.- Frekuensi terjadi umumnya pada frekuensi gear mesh, yaitu

frekuensi sebesar perkalian jumlah gigi dengan putaran (rpm).

SGS/MRG/UNJ/2010 43


44/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 28

Hal ini terjadi jika kerusakan karena keausan gigi, sentuhan danbentuk gigi yang tidak tepat atau pelumasan yang tidak baik. Apabilakeausan gigi yang terjadi mengakibatkan kerenggangan yang cukupbesar, maka frekuensi dapat terjadi pada 2x atau 3x frekuensi gearmesh bahkan bisa lebih daripada itu.

- Jika kelainan yang terjadi disebabkan misalignment ataueksentrisitas, maka akan muncul frekuensi "side band" padasebelum dan sesudah frekuensi gear mesh, yaitu munculnya 2 buahamplitude dengan frekuensi yang mengapit frekuensi gear meshsebesar plus dan minus dari 1x rpm gigi.

Jika kelainan yang dominan adalah misalignment atau porosbengkok pada frekuensi 2x rpm, maka frekuensi side band adalahplus dan minus 2x rpm gigi.

Dalam menentukan gigi mana yang berkelainan (driver atau driven),adalah yang mempunyai putaran yang sama dengan selisih gearmesh dengan salah frekuensi side band.

SGS/MRG/UNJ/2010 44


45/74


ANALISA VIBRASI

II

- Jika kerusakan gigi karena patah atau retak sebanyak satu ataubeberapa buah, maka frekuensi yang terjadi adalah perkalian

antara jumlah gigi yang rusak tersebut dengan rpm.

Kemungkinan misalignment pada roda gigi ada dua yaitu :

- Misalignmnet kopling (terjadi di luar gear box)- Misalignment bearing (terjadi di dalam gear box)

Misalignment bearing bisa disebabkan oleh bautbaut pengikat gear boxpada baseplate tidak sama tekanannya, sehingga terjadi kemiringangear box atau terjadi apa yang disebut "soft foot".

Untuk mengatasi ini maka haruslah diperbaiki masalah

misalignmentnya terlebih dahulu, baru diamati lagi adanya kerusakangigi.

3.4.5. Kerenggangan mekanis (Mechanical looseness).

Kerenggangan pada suatu mesin dapat disebabkan oleh kerenggangan baut,kerenggangan bearing, keretakan di pondasi, kerenggangan antara rotordengan poros, dan sebagainya. Pada motor listrik dan generator,kerenggangan dapat terjadi pada rotor bar atau gulungan rotor maupun stator.

Untuk mengetahui pada bagian-bagian mana di pondasi atau di sekitar

mesin yang terjadi kerenggangan mekanis, dapat dilakukan dengancara "analisa fase" seperti yang dikemukakan pada topik berikutnya.

Karakteristik kerenggangan mekanis sebagai berikut :

- Lihat tabel 4.2.- Frekuensi dapat terjadi pada 2x s.d. 6x rpm. Biasanya disertai

dengan unbalance atau misalignment.- Jika balansing atau alignment sulit dicapai hasil yang baik, ada

kemungkinan terjadi kerenggangan mekanis yang cukup berarti.- Apabila amplitude pada frekuensi 2x rpm atau lebih mempunyai

besar yang melebihi setengah dari amplitude pada frekuensi 1xrpm, maka masalah kerenggangan mekanis perlv mendapatperhatian yang lebih serius.

3.4.6. Vibrasi karena lis tri k.

Vibrasi karena masalah listrik pada mesin-mesin rotasi hanya terjadipada generator dan motor listrik. Masalah ini biasanya disebabkanoleh ketidakmerataan gaya medan magnet yang bekerja pada rotoratau stator. Hal ini bisa disebabkan karena hubung singkat padagulungan, kerusakan pada rotor, sumbu rotor dan stator tidak segaris,

stator atau rotor tidak bundar benar dan sebagainya.

SGS/MRG/UNJ/2010 45


46/74


ANALISA VIBRASI

II

Karakteristik vibrasi karena masalah listrik sebagai berikut :

- Lihat Tabel 4.2.- Vibrasi menurun secara drastis jika aliran listrik dimatikan.Untuk ini pengukuran dilakukan secara Filter Out.

- Jika vibrasi menurun secara perlahan setelah aliran listrikdimatikan, penyebabnya bukan masalah listrik tapi masalahmekanis.

3.4.7. Vibrasi karena gaya Aerodi namis

Vibrasi yang disebabkan oleh gaya aerodinamis pada mesin-mesinrotasi sering terjadi pada fan atau blower. Hal ini umumnyadikarenakan adanya turbulensi fluida (udara/gas) yang berlebihan,

akibat pukulan blade dengan fluida tersebut.

Vibrasi karena aerodinamis biasanya kecil dan tidak menimbulkanmasalah yang serius. Tetapi jika vibrasi tersebut besarnya di luarkewajaran, perlu diperhatikan 2 hal yaitu :

- Kemungkinan terjadinya resonansi pada bagianbagian peralatanyang menerima vibrasi dari gaya aerodinamis tersebut.

Untuk ini perlu diadakan pengecekan resonansi pada masing-masing peralatan.

- Kemungkinan adanya halangan yang mengganggu kelancaranaliran fluida. Hal ini perlu pemeriksaan adanya gangguan pada sisialiran masuk maupun keluar fan/blower.Posisi pembukaan damper dan bentuk damper yang kurangaerodinamis juga dapat mengakibatkan gangguan pada aliran fluidaini.

Demikian pula jika ada masalah eksentrisitas pada rotor fansentrifugal, yang mengakibatkan jarak kerenggangan antara bladedengan rumah fan selalu berubah-ubah selama berputar. Perubahan-perubahan ini mengakibatkan aliran udara keluar blade terganggu.

Karakteristik vibrasi aerodinamis :

- Lihat Tabel 4.2.- Frekuensi pada 1x rpm terjadi jika jarak antar blade ada yang tidak

sama.- Frekuensi sebesar perkalian jumlah blade dengan putaran karena

adanya hambatan aliran fluida.- Turbulensi pada duct terjadi pada belokan atau perubahan diameter

penampang yang tiba-tiba. Hal ini dapat menimbulkan vibrasi yangfrekwensinya tidak mempunyai hubungan perkalian dengan putaran,tapi umumnya besarnya antara 50 cpm sampai dengan 2000 cpm.

SGS/MRG/UNJ/2010 46


47/74


ANALISA VIBRASI

II

Vibrasi karena gaya Hidrolik

Vibrasi

hidrolik terjadi pada aliran fluida cair seperti pada peralatanpompa, pipa, katup dan sebagainya. Sama seperti pada vibrasi Aerodinamik, vibrasi ini menjadi serius apabila disertai adanyareonansi pada peralatan yang dilalui fluida atau kesalahan desain.

Penyebab adalah :

• KAVITASI.Terjadi pada :

- Pipa isap pompa- Katup- Perubahan diameter pipa dari kecil ke besar

• ALIRAN BALIK.Terjadi pada pompa ketika beroperasi pada kapasitas rendah.

• TURBULENSI.Terjadi pada belokan tajam pada pipa, gesekan dengan pipa atauadanya hambatan aliran fluida.

Karakteristik vibrasi Hidrolik :Beberapa hal sama dengan karakteristik vibrasi aerodinamis,kecuali : kavitasi, Aliran Balik dan Turbulensi, mempunyai vibrasirandom yang tidak tetap. Lihat Gambar 29

Gambar 29

SGS/MRG/UNJ/2010 47


48/74


ANALISA VIBRASI

II

3.4.8. Vibrasi karena resonansi.

Instalasi suatu mesin biasanya terdiri dari rangka, pipa, duct, dansebagainya, dimana komponen-komponen tersebut mempunyaifrekuensi diri (natural frequency), yang didesain besarnya tidak bolehada yang sama dengan putaran mesin. Jika salah satu atau beberapakomponen yang ada pada mesin itu mempunyai frekuensi diri yangsama besar dengan putaran mesin, maka vibrasi akan meninggi ataudisebut terjadi Resonansi.

Untuk mengetahui apakah terjadi resonansi pada suatu mesin, dapatdilakukan pengukuran amplitude vibrasi secara Filter Out dan sudut fasesecara berasamaan. Pengukuran ini dilaksanakan selama mesin dalamkeadaan rolling ketika start up, mulai dari'putaran nol hingga putaran

kerjanya. Atau dalam kondisi rolling ketika mesin dimatikan dari putarannominal hingga stop.

Apabila pada suatu putaran tertentu dalam keadaan rol ling amplitudenaik dan sudut fase berubah 180 derajat, maka pada komponen mesinyang kita pasang transducer itu terjadi resonansi. Lihat Gambar 30.

Gambar 30

Kejadian ini bisa terjadi beberapa kali selama rolling, tergantung dariberapa banyak komponen yang mempunyai frekuensi diri di bawahputaran nominal mesin; termasuk putaran kritis.

SGS/MRG/UNJ/2010 48


49/74


ANALISA VIBRASI

II

Karakteristik vibrasi resonansi :

- Terjadi perubahan fase sebesar 180° pada amplitude peak ketikarolling.- Rasio perbandingan amplitude pada suatu arah (H atau V atau A)

dengan arah lainnya terlalu besar (lebih dari 5x).Pengukuran ini dilakukan pada putaran kerjanya.

- Frekuensi resonansi tidak merupakan perkalian dari putaran, tetapitergantung dari frekuensi diri pada masing-masing komponen.

- Sudut fase pada pengukuran vertikal dan horizontal adalah sama,atau berbeda 180°.

Cara mencari penyebab resonansi :

Dalam menentukan komponen dari suatu mesin yang beresonansi,adalah dengan mengetahui frekuensi diri dari masing-masing komponentersebut. Apabila frekuensi diri suatu komponen sama besar denganputaran mesin, maka dapat dipastikan terjadi resonansi. Caranya ialahdengan "bumb test", yaitu memukul komponen yang dicurigai denganpalu, sambil diukur frekuensi peaknya secara Filter Out. Transducer(velocity atau acceleration) dipasang pada komponen yang dicurigaitersebut. Jika penunjukan pada frekuensi -meter terlalu cepat,lakukanlah pemukulan beberapa kali agar pembacaan frekuensi mudahdilihat.

Apabila pada beberapa kal i pemukulan frekuensi tidak menunjukkanangka peak yang tetap, maka kemungkinan resonansi pada komponenitu terjadi lebih dari satu frekuensi diri. Untuk ini gunakan Filter In,kemudian lakukan tunning frekuensi dengan menggunakan X-YRecorder sambil pemukulan dilakukan berulang-ulang. Pada X-YRecorder akan tampak pada frekuensi-frekuensi berapa saja terjadiamplitude peak, dimana hal itu menunjukkan frekuensi diri yangdipunyai oleh komponen tersebut.

Cara mencegah vibrasi resonansi :

Mencegah resonansi pada dasarnya adalah menjadikan putaran mesintidak sama besar dengan frekuensi diri pada suatu komponen.

- Rubahlah putaran mesin lebih tinggi atau lebih rendah daripadasemula, agar tidak sama besar dengan frekuensi diri dari komponenyang membuat resonansi. Hal ini bisa dilakukan apabila putaranmesin dapat dirubah.

- Apabila putaran mesin tidak dapat dirubah, maka perkuatlahkomponen dengan menambah kekakuannya (stifness). Penambahanini akan merubah frekuensi diri menjadi lebih besar, sehinggamelebihi putaran mesin.

SGS/MRG/UNJ/2010 49


50/74


ANALISA VIBRASI

II

Cara lain adalah dengan menambah berat komponen tersebut. Halini akan membuat frekuensi diri komponen menjadi lebih rendah dari

putaran mesin.

- Apabila baik putaran mesin maupun frekuensi diri suli-t dirubah,maka bisa dipasang "Dynamic Absorber" pada komponen yangberesonansi tersebut. Dynamic Absorber adalah sebuah batang besiyang di ujungnya mempunyai pemberat, yang disekrup (dilas) padakomponen yang beresonansi, dimana arah getaran padanya akanberlawanan dengan arah getaran komponen yang beresonansi itu.

Hal ini berarti gaya gerak antara Dynamic Absorber dengan komponenakan saling tarik menarik, sehingga dapat mengurangi (menghilangkan)vibrasi resonansi.

Lihat Gambar 31.

Gambar 31

Apabila resonansi ter jadi pada frekuensi sedikit di bawah putaranmesin, maka penambahan stifness akan mengakibatkan kenaikanfrekuensi diri yang dapat memungkinkan frekuensi tersebut menjadisama dengan putaran mesin. Keadaan ini akan mengakibatkan vibrasiresonansi malah menjadi bertambah besar.

Sebaliknya jika resonansi berada pada frekuensi sedikit di atas putaranmesin, maka penambahan berat akan menurunkan frekuensi diri yangdapat memungkinkan menjadi sama dengan putaran mesin. Hal inimalah akan memperbesar vibrasi resonansi. Maka dalam menentukanpenambahan stifness atau penambahan berat suatu komponen yangberesonansi, perlu diketahui terlebih dahulu berapa sesungguhnya

frekuensi resonansi yang terjadi.

SGS/MRG/UNJ/2010 50


51/74


ANALISA VIBRASI

II

Alternati f lain yang tidak langsung dapat mengurangi vibrasi karenaresonansi, ialah dengan melakukan balansing dan atau alignment.Meskipun kedua cara ini tidak langsung mengatasi resonansi, tapi dapat

mengurangi gaya-gaya yang membuat vibrasi resonansi.

Masalahnya apakah hasil vibrasinya cukup memuaskan untuk tidakperlu mengambil cara perbaikan lainnya, tergantung dari besarnyakekakuan komponen dalam meredam vibrasi.

Resonansi s udu .

Pada turbin uap dan turbin gas, resonansi sudu dapat terjadi meskipunagak jarang ditemui. Dalam pendesainan' sudu, frekuensi dirinya tidakboleh sama dengan putaran nominal mesin. Tapi adakalanya setelahsudu-sudu tersebut dipasang, satu atau beberapa grup sudu mengalami

resonansi. Resonansi sudu terjadi pada frekuensi tinggi dengan tidakmempunyai angka tertentu. Penempatan transducer untuk pengambilandata diletakkan pada casing turbin.

Tidak ada cara untuk dapat mengetahui apakah telah terjadi retak ataupatah pada sudu-sudu turbin dalam keadaan beroperasi. Tapi dapatdicurigai apabila vibrasi turbin yang pada mulanya tinggi, setelahbeberapa waktu turun menjadi stabil tanpa dilakukan perbaikan. Makabisa kemungkinan sudu telah retak atau patah, yang mengakibatkanfrekuensi diri berubah tidak lagi sama dengan putaran mesin.

Lihat Gambar 32. Pada gambar atas adalah bentuk spektrum vibrasi

sudu. Sedangkan gambar bawah setelah perbaikan atau penggantiansudu.

Gambar 32

SGS/MRG/UNJ/2010 51


52/74


ANALISA VIBRASI

II

3.4.9. Vibrasi karena put aran minyak pelumas (Oil Whirl )

Vibrasi ini terjadi pada journal bearing, yang hanya terjadi pada mesin-mesin dengan sistem pelumasan minyak bertekanan, serta mesinputaran tinggi (di atas putaran kritis pertama).Lihat Gambar 33.

Gambar 33

Selama berputar, poros di dalam bearing akan bergerak-gerakcenderung terangkat ke atas pada satu sisi rongga bearing.

Makin besar clearance yang terjadi antara poros dan bearing makin jauh

gerakannya. Karena keterangkatannya itu, minyak akan mengisiclearance antara poros dengan linning bearing bagian bawah.

Minyak ini mendapat tekanan dari poros karena beratnya, sehingga adalapisan minyak yang menempel pada poros dan ikut berputar. Olehkarena minyak ini juga melapisi linning yang tidak berputar, makaputarannya adalah putaran rata-rata poros dan linning yaitu 50%putaran poros. Tetapi karena adanya faktor gesekan, maka putarannyaakan kurang sedikit daripada itu. Gaya putaran minyak pelumas ini akanmenimbulkan vibrasi dengan frekuensi antara 43% s.d. 48% rpm poros.Oil Whirl dapat disebabkan oleh :

- Desain bearing tidak sesuai dengan beban statik poros yang terlalukecil.

- Kerenggangan (clearance) antara poros dengan bearing terlalu besardisebabkan keausan bearing.

- Bertambahnya tekanan minyak pelumas.- Bertambahnya viskositas minyak pelumas.

Adakalanya indikasi. vibrasi oil whirl (frekuensi 45% rpm) pada bearingterjadi bukan karena penyebab itu sesungguhnya, tapi disebabkan olehvibrasi "background" sekitar mesin, yang kebetulan frekuensinya samadengan ciri yang dimiliki oleh oil whirl. Misalnya ada mesin di sekitar

yang putarannya setengah daripada putaran mesin yang diamati.

SGS/MRG/UNJ/2010 52


53/74


ANALISA VIBRASI

II

Selain daripada itu, bisa juga terjadi resonansi pada pipa atau pondasimesin yang ditimbulkan oleh turbulensi aliran fluida.

Hal mana secara kebetulan frekuensinya sama dengan frekuensi oilwhirl. Jadi sebelum memutuskan vibrasi karena Oil Whirl, perludilakukan pemeriksaan vibrasi lain di sekitarnya

3.4.10. Vibrasi karena gesekan (rubbin g).

Gesekan antara bagian yang berputar dengan bagian yang tetapdisebut rubbing. Gesekan ini bisa terjadi secara terputus-putus(intermitent) atau secara terus menerus (continue) selama berputar.

Vibrasi yang ditimbulkannya dapat diketahui dengan cara sebagaiberikut :

Misalkan putaran turbin uap pada 3.000 rpm mempunyai amplitude dansudut fase pada besaran tertentu. Jika putaran diturunkan menjadi1.500 rpm, kemudian dinaikkan lagi menjadi 3.000 rpm, makaamplitude dan (atau) sudut fase tersebut besarnya tidak sama lagidengan pengukuran pada putaran 3.000 rpm sebelumnya. Maka dapatdisimpulkan bahwa rotor turbin terjadi gesekan (rubbing) denganstator, atau poros dengan labirin-labirinnya.

Frekuensi vibrasi bisa 2x rpm, atau tinggi sekali jika disertai resonansipada bagianbagian yang bergerak.

3.4.11. Vibr asi karena menamb ahkan (beat).

Vibrasi ini terjadi karena adanya gaya-gaya vibrasi yang salingmenjumlah dan saling mengurangi secara berulang, dari dua buah ataubeberapa mesin yang berdekatan di atas satu rangka pondasi yangsama. Kejadian ini biasanya terjadi jika putaran dari mesin-mesin itutidak sama.

Misalkan ada dua buah pompa di atas satu rangka pondasi mempunyaiputaran 3.000 rpm dan 2.500 rpm. Maka vibrasi masing-masing pompaakan saling berinteraksi satu sama lain.

Gaya sentrifugal kedua pompa pada saat tertentu mempunyai arahyang sama, tapi juga mempunyai arah yang berlawanan pada saatlainnya. Hal ini dikarenakan putaran kedua pompa tersebut tidak samabesar, sehingga pompa yang putarannya lebih tinggi mempunyaiputaran relatif terhadap pompa yang putarannya lebih rendah. Dengandemikian pada posisi putaran rotor tertentu, gaya sentrifugal keduanyaakan searah dan pada posisi lainnya akan berlawanan.

Frekuensi vibrasi yang ditimbulkan oleh masalah ini adalahpenjumlahan kedua putaran (3.000 2.500 = 5.500 cpm) atau selisihnya

(3.000 - 2.500 = 500 cpm.).

SGS/MRG/UNJ/2010 53


54/74


ANALISA VIBRASI

II

4. ANAL ISA FASE

Selain menyatakan kondisi parameter vibrasi, sudut fase juga dapat digunakan untukmengidentifikasi masalah-masalah penyebab vibrasi. Penggunaan sudut fase dalamanalisa vibrasi, lebih ditujukan untuk lebih memperjelas penyebab vibrasi yang telahditentukan, daripada baru mau mencarinya. Pada tabel 4.2 Bagian 3 dapat dilihatpenggunaan sudut fase selain frekuensi dalam meyakinkan penyebab vibrasi. Padabab ini akan dibicarakan penggunaan sudut fase selain dari apa yang tertera padaTabel 4.2.

4.1. Misalignment dan poros bengkok.

Seperti telah dijelaskan pada bab sebelumnya, bahwa karakter vibrasi akibatmisalignment atau poros bengkok adalah vibrasi axial yang besarnya lebih dari

separuh vibrasi radial pada pengukuran di bearing. Untuk lebih mengetahui apapenyebab misalignment atau poros bengkok dan di mana lokasinya, makadigunakan analisa fase sebagai berikut.

4.1.1. Kebengkokan poros yang terjadi di sekitar bearing.

Gambar 34A Gambar 34B

SGS/MRG/UNJ/2010 54


55/74


ANALISA VIBRASI

II

Pada gambar 34A diperlihatkan empat titik pengukuran vibrasi secaraaxial pada suatu rumah bearing. Dengan menggunakan Filter In pada

Frekuensi 1x rpm, sinari poros dengan lampu strobo, agar Mark (tandapanah) yang telah ditandai pada poros tampak berhenti pada suatuposisi; dimana posisi ini menunjukkan besarnya sudut fase. Skalasudut fase dibuat mengelilingi poros dengan menggunakan kertas, nolderajat dimulai dari sisi poros paling atas (titik 1) membesar searah jarum jam.

Apabila posisi Mark pada setiap ti tik pengukuran berbeda-beda, berartibearing mengalami "twisting". Maka dapat disimpulkan bahwa terjadibengkokan poros pada sekitar bearing, yang mengakibatkan bearingterpuntir akibat kelengkungan poros yang berputar tersebut. LihatGambar 34B.

4.1.2. Menentuk an bagian poro s yang bengkok dan mis alignm ent.

Jika poros ditumpu oleh lebih dari dua buah bearing, maka untukmenentukan pada bagian mana jika terjadi kebengkokan dapatdilakukan dengan analisa fase. Demikian juga halnya jika ada dua ataulebih kopling pada suatu poros, maka untuk menentukan pada koplingmana terjadi misalignment dapat ditentukan dengan cara yang sama.

Pengukuran dilakukan pada keempat titik axial pada semua rumah

bearing seperti cara di atas; dan dicatat pada posisi mana Markberhenti (sudut fase) dengan frekuensi 1x rpm.

Apabila arah transducer tidak memungkinkan untuk searah pada setiapbearing melainkan ada yang berlawanan"arah, maka sudut fase yangditunjukkan oleh Mark harus dikoreksi sebesar 180'.

Apabila sudut fase yang didapat kurang dari 180°, maka dikoreksidengan menambah 180°. Sedangkan jika yang didapat lebih besar dari180 °, maka dikoreksi dengan mengurangi 180°.

Misal dari hasil pengukuran Mark berhenti pada posisi-posisi jamseperti pada Gambar 35.

SGS/MRG/UNJ/2010 55


56/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 35

Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa, antara bearing A dan Bhampir tidak terdapat perbedaan fase yang berarti. Juga pada bearingC dan D. Tetapi antara bearing B dan C rata-rata terjadi perbedaanfase yang cukup besar (180°) dimana antara kedua bearing ituterdapat kopling. Maka dapat disimpulkan bahwa kopling yang terletakantara bearing B dan C mengalami misalignment. Jika perbedaansudut fase yang cukup besar terjadi antara bearing A dan B atau C dan

D, maka dapat disimpulkan bahwa terjadi kebengkokan poros antarakedua bearing. Atau kemungkinan lainnya ialah terjadi misalignmentbearing pada salah satu atau kedua bearing tersebut.

Apabila pada semua bearing sudut fasenya relati f sama (tapi vibrasiaxial lebih dari setengah vibrasi radial), maka besar kemungkinanterjadi resonansi pondasi arah axial pada frekuensi 1x rpm, atauunbalance jika rotor ditumpu secara "overhung".

SGS/MRG/UNJ/2010 56


57/74


ANALISA VIBRASI

II

4.2. Menentuk an kerenggangan mekanis (loo seness).

Penggunaan sudut fase dalam menentukan kerenggangan mekanis,khususnya digunakan pada bagian mana distruktur terjadi kerenggangantersebut.

Gambar 36

Lihat Gambar 36. Pengukuran vibrasi dengan Filter In pada frekuensi 1x rpm,dilakukan pada ketiga titik seperti tampak pada gambar. Apabila perbedaansudut fase antara salah satu titik atau ketiganya cukup besar, maka dapatdisimpulkan terjadi kerenggangan antara bagianbagian yang berbeda sudutfasenya tersebut.

4.3. Menentuk an ketidak balans.

Dalam menentukan ketidak balans, sudut fase digunakan untuk lebih

memastikan adanya indikasi tersebut. Karena dari amplitude yang munculpada frekuensi 1x rpm, maka dari karakteristik ini sesungguhnya hal itu telahdapat diketahui. Hanyalah apakah karakter ini tidak overlaping denganindikasi-indikasi vibrasi lainnya; seperti misalignment yang bisa juga terjadipada frekuensi 1x rpm, maka perlu dicari karakteristik selain daripada itu yangdapat mendukung.

Pengukuran displacement dengan Filter In pada frkuensi 1x rpm pada posisivertikal dan horizontal, dilakukan dengan mencatat besar sudut fasenyamasing-masing. Apabila perbedaan sudut fase tersebut sebesar 90', makadapat disimpulkan bahwa terjadi ketidak balans pada rotor yang diukur. Hal inidisebabkan oleh "heavyspot" (gaya ketidak balans) yang berputar bersamadengan poros, mendorong transducer vertikal dan horizontal dengan bedaposisi 90°.

SGS/MRG/UNJ/2010 57


58/74


ANALISA VIBRASI

II

4.4. Menentuk an adanya resonansi .

Pada bagian sebelumnya telah diuraikan bahwa, pada saat rolling startup danstartdown ketika putaran poros sama dengan frekuensi diri dari salah satukomponen mesin atau struktur, maka sudut fase akan berubah 180° disertai"peak amplitude". Peristiwa ini disebut resonansi.

Apabila putaran kerja mesin sama atau dekat dengan frekuensi diri struktur(pondasi, suport dsb), maka akan terjadi resonansi selama mesin beroperasi.

Indikasi ini dapat diketahui apabila perbedaan amplitude arah vertikal danhorizontal sangat besar (lebih dari 5x), sedangkan arah yang mempunyaiamplitude terbesar adalah menunjukkan arah resonansinya.

Penggunaan sudut fase untuk lebih memastikan gejala resonansi tersebutialah, lakukan pengukuran vibrasi arah vertikal dan horizontal pada komponenmesrn atau struktur yang hendak diamati pada frekuensi 1x rpm. Apabilasudut fase pada kedua pengukuran tersebut relatif sama atau berlawanan180°, maka dapat disimpulkan bahwa putaran mesin beresonansiterhadapnya.

SGS/MRG/UNJ/2010 58


59/74


ANALISA VIBRASI

II

5. ANAL ISA BENTUK MODE

Mode dalam pengertian ini adalah bentuk kelenturan yang diderita oleh suatumesin, pipa, struktur (pondasi), support dan komponen-komponen lainnya yangdibentuk oleh vibrasi mengikuti pola daripada arah gerakan vibrasi tersebut. Analisa Bentuk Mode berguna untuk mengetahui dimana daerah komponen yanglemah, memastikan adanya resonansi dan menentukan dimana Nodal Point (titikdimana terjadi amplitude terkecil).

Berbeda dengan Analisa Fase dimana yang diukur hanya sudut fasenya saja, pada Analisa Bentuk Mode pengukuran meliputi sudut fase dan amplitude.

5.1. Bentuk mode strukt ur (pondasi).

Apabila amplitude vertikal pada bearing jauh melebihi amplitude horizontal,maka kemungkinan yang terjadi adalah melemahnya struktur atau terjadiresonansi struktur. Untuk lebih meyakinkan hal ini, bentuk mode strukturdiperlukan. Pengukuran amplitude dan sudut fase sepanjang struktur,dilakukan pada titik-titik yang kita tentukan dengan selang jarak yang pendek-pendek.

Gambar 37A

SGS/MRG/UNJ/2010 59


60/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 37B

Gambar 37C

Gambar 37D

SGS/MRG/UNJ/2010 60


61/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 37A adalah suatu struktur yang menopang mesin beserta titik -titikpengukuran yang kita tentukan. Lakukan pengukuran amplitude (dipilih

parameter yang sesuai) dan sudut fase dengan Filter In pada frekuensi 1xrpm pada setiap titik-titik pengukuran tersebut. Gambarkan sketsa struktur itudengan suatu skala, dan gambarkan seluruh amplitude yang telah didapatdalam satuan panjang, dengan arah yang telah ditentukan oleh sudut fase(digambarkan arah vertikal).

Lihat Gambar 37B dan 37C. Kedua gambar ini memperlihatkan dua jeniskemungkinan bentuk mode yang dapat terjadi. Arah panah dari amplitude-amplitude itu menunjukkan arah sudut fase. Dengan menghubungkan ujung-ujung panah tersebut, maka akan didapat bentuk mode yang terjadi.

Gambar 37B memperlihatkan dua daerah lenturan terbesar yang masing-

masing membentuk setengah sinusoidal searah. Arah ini ditentukan olehpengukuran sudut fase pada kedua daerah tersebut yang secara keseluruhanarahnya sama. Nodal point berada di tengah memisahkan kedua lenturan itu.Maka dapat dilihat bahwa ada dua daerah lemah pada struktur, yaitu padakedua daerah puncak sinusoidal tersebut.

Gambar 37C memperlihatkan kemungkinan lain dari jenis lenturan yang dapatterjadi. Bentuknya hampir sama dengan gambar 37B, tapi arah sudut fasepada kedua daerah lenturan secara keseluruhan membentuk satu sinusoidalpenuh. Bentuk ini menunjukkan pondasi terjadi resonansi tingkat kedua padaarah vertikal, dimana nodal point terjadi pada daerah yang membagi duasinusoidal tersebut.

Resonansi tingkat pertama terjadi apabila amplitude sepanjang struktur itumembentuk setengah sinusoidal penuh, yang berarti tidak terjadi perubahanarah sudut fase dan tidak ada nodal point. Dengan demikian amplitudeterbesar atau daerah struktur terlemah menerima vibrasi terjadi di tengah,dimana terdapat puncak setengah sinusoidal tersebut.

Nodal point dapat mengarahkan kita dalam melakukan perbaikan ataupenguatan suatu struktur.

Apabila penguatan dilakukan pada daerah nodal point, maka tidak akan terjadiperbaikan yang diharapkan. Pada gambar 37D diperlihatkan kesalahanmemasang rangka penguat pada struktur, karena pemasangannya dilakukanpada nodal point, bukan pada 'daerah-daerah dimana terjadi amplitudemaximum, yaitu daerah dimana struktur mengalami kelemahan.

5.2. Bentuk mode supor t.

Analisa Bentuk Mode pada suport dilakukan jika amplitude horizontal padabearing, jauh melebihi amplitude vertikal. Hal ini menunjukkan melemahnyasuport atau terjadi resonansi suport. Untuk lebih meyakinkannya, bentuk modesuport perlu diketahui.

SGS/MRG/UNJ/2010 61


62/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 38A

Gambar 38B

SGS/MRG/UNJ/2010 62


63/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 38C

Gambar 38A memperlihatkan bentuk mode suport (garis putus-putus) yangdiukur dari permukaan lantai ke atas. Dari permukaan lantai hingga bagian alasrumah bearing, besarnya amplitude sama (sudut fase tidak diukur). Tapi darialas rumah bearing ke atas, amplitude berangsur membesar. Hal inidimungkinkan karena melemahnya rumah bearing atau terjadi resonansi

bearing.

Gambar 38B adalah bentuk mode suport, dimana amplitude dari permukaanlantai hingga alas rumah bearing sama besar. Tapi pada alas rumah bearingmendadak besar hingga ke atas. Hal ini dimungkinkan oleh melemahnya pelatalas dudukan rumah bearing, atau resonansi pada baut pengikat rumahbearing.

Gambar 38C menunjukkan amplitude membesar dari permukaan lantaiproporsional dengan ketinggian pondasi. Kemungkinan hal ini disebabkan olehlemahnya pondasi, atau berkurangnya'daya tahan tanah dalam menopangsuport diatasnya.

5.3. Anali sa bantu k mode mesin .

Mesin-mesin yang dapat diukur bentuk modenya, adalah mesin yang berukuranpanjang dengan tidak ada penopang ditengahnya. Dari segi konstruksi, mesinyang berbentuk demikian mudah terjadi kelemahan pada bagian-bagiantertentu akibat vibrasi. Contohnya adalah pompa-pompa vertikal, mesin roll dansebagainya.

Apabila amplitude horizontal pada bearing jauh melebihi , amplitudevertikalnya, maka Analisa Bentuk Mode diperlukan untuk meyakinkan apakahterjadi resonansi, atau pada bagian mana dari mesin yang terlemah menerimavibrasi.

SGS/MRG/UNJ/2010 63


64/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 39A

Gambar 39B Gambar 39C

SGS/MRG/UNJ/2010 64


65/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 39D Gambar 39E

Pada gambar di atas diperlihatkan satu contoh pompa vertikal (Gambar 39A)beserta kemungkinan-kemungkinan bentuk mode yang dapat terjadi(amplitude dan arah panah sudut fase).

Gambar 39B dan 39C, memperlihatkan bentuk mode yang . menunjukkanterjadi resonansi tingkat pertama dan tingkat kedua pada pompa.

Gambar 39D menunjukkan lemahnya pondasi atau tanah penopang pondasi.

Sedangkan Gambar 39E menyatakan terjadinya resonansi pada pondasi.

SGS/MRG/UNJ/2010 65


66/74


ANALISA VIBRASI

II

6. STUDI KASUS VIBRASI.

Pada bab-bab sebelumnya telah dibahas bagaimana mengenal kerusakan-kerusakan mesin dari karakter vibrasinya. Contohcontoh yang diberikan adalahkejadian-kejadian yang umum sering terjadi rii lapangan. Pada bab ini akandibahas beberapa contoh yang unik dari kejadian-kejadian yang pernah terjadi,yang dapat memperluas pengetahuan kita dalam menganalisa vibrasi mesin.

6.1. Olakan min yak pelumas di bearing (Oil Whirl ).

Permasalahan :

Sebuah turbin uap 500 MW dengan putaran 3600 rpm. Pada waktu startup,

turbin kadangkala trip pada putaran 2880 rpm, disebabkan bekerjanya sensortrip akibat tingginya vibrasi pada bearing sisi generator.

Pengamatan :

Dilakukan pengukuran Amplitude vs Frekuensi pada bearing tersebut di atas.Pada saat putaran mencapai (mendekati) 2880 rpm, spektrum Amplitude vsFrekuensi diambil datanya. Lihat Gambar 40.

Kesimpulan dan Tindakan :

Pada Gambar 40, tampak pada frekuensi 1440 rpm (0,5 x 2880 rpm) terjadiamplitude tinggi sebesar 6,7 mils. Hal ini adalah karakter yang dimiliki olahanminyak pelumas (Oil Whirl) yang terjadi pada bearing. Bearing tersebutditambahkan shim setebal 7 mils agar lebih terangkat. Ternyata vibrasi padafrekuensi 1440 rpm tersebut menjadi 0,2 mils yang berarti sudah cukup aman.Peristiwa ini terjadi berbarengan antara misalignment bearing akibat "softfoot" dengan oil whirl akibat tekanan terhadap poros cukup besar karenamisalignment tersebut.

SGS/MRG/UNJ/2010 66


67/74


ANALISA VIBRASI

II

Gambar 40

6.2. Aliran uap masuk turbin tidak merata (part admission).

Permasalahan :

Ketika over

TEORI VIBRASI

Documents

Transcript of TEORI VIBRASI