vibration philosophy.pdf
TRANSCRIPT
VIBRATION BASIC
Contents
Definisi Getaran
Fakta Getaran
Sifat Dasar Mesin
Penyebab Getaran
Parameter Getaran
Pengukuran Getaran Mesin
Sensor Getaran
Monitoring dan Instrumentasi Getaran
Vibration Severity
Definisi Getaran
Getaran didefinisikan sebagai suatu gerak bolak-balik dari mesin atau bagian mesin terhadap posisi seimbang. Secara teori jika tidak ada rendaman (damping) dan gesekan, gerakan tersebut akan berlangsung secara kontinyu / tidak akan berhenti.
Gerak osilasi pada pegas dan massa
Definisi Getaran
Getaran juga dapat didefinisikan sebagai suatu gerak harmonik, gerak periodik, gerak random dan gerak transient akibat “impact” yang terjadi pada waktu singkat.
Gerakan tersebut diakibatkan eksitasi / gangguan dari alam terhadap bangunan gedung, eksitasi oleh sesuatu yang dibuat manusia, atau dalam konteks pelatihan ini oleh kegagalan mekanikal pada peralatan mesin
Gerakan Periodic Gerakan Impact
Definisi Getaran
Metoda yang umum dipakai untuk menggambarkan terjadinya suatu getaran pada mesin adalah dengan mendemonsrasikan suatu pegal ulir (coil spring) yang diberi bandul dan digantungkan pada suatu titik, seperti tampak pada gambar dibawah. Jika bandul di angkat dari posisi seimbang kemudian dilepaskan, maka bandul tersebut akan bergerak bolak-balik melalui posisi netral ke batas bawah dan batas atas.
Pemberat yang digantung pada pegas ulir
Fakta Getaran
1. Secara alami semua mesin akan bergetar dan menimbulkan kebisingan. Terjadinya getaran dan kebisingan sangat berkaitan, meskipun suatu mesin yang beroperasi sangat bagus kemungkinan timbulnya getaran dan kebisingan akan tetap muncul.
2. Jika tingkat getaran dan kebisingan pada mesin meningkat, maka hal tersebut dapat mengidentifikasikan terjadinya kerusakan atau kesalahan mekanikal. Getaran dan kebisingan pada mesin tidak akan mengingkat jika tidak ada penyebabnya, yaitu adanya suatu gaya eksitasi. Berdasarkan penalaran ini deteksi dan identifikasi kesalahan-kesalahan mesin dapat dilakukan melalui pengukuran dan analisa getaran/kebisingan.
3. Setiap kerusakan pada mesin rotasi akan menimbulkan karakteristik getaran dan kebisingan yang specifik sehinggga memudahkan untuk diidentifikasi.
Sifat Dasar Mesin
Semua mesin memiliki tiga sifat dasar yang sangat menentukan responsnya terhadap gaya yang menyebabkan getaran. Ketiga sifat tersebut adalah : 1. Kekakuan (Stiffness) – K 2. Massa – m 3. Redaman (Damping) – c Kekakuan (stiffness) adalah sebagai ukuran besar gaya yang diperlukan untuk terjadinya defleksi pada suatu bagian mesin atau struktur sebesar satu satuan panjang, dinyatakan dalam besar gaya besar defleksi. Massa merupakan suatu ukuran berat dari suatu sistem atau benda dibagi dengan gaya gravitasi (acceleration)
Sifat Dasar Mesin
m = 𝒘
𝒈
Dimana, m = massa w = berat g = gaya gravitasi Gaya yang dipengaruhi oleh massa dari suatu sistem adalah gaya inersia (inertia force). Semakin besar massa suatu objek, maka akan diperlukan gaya yang semakin besar untuk dapat mempercepat ayau memperlambat gerakan objek tersebut. Besaran getaran merupakan resultan dari gaya eksitasi akan tergantung pada pengaruh kombinasi dari kekakuan, massa dan redaman
Penyebab Getaran
Karakteristik getaran mesin ditentukan berdasar sumber gaya eksitasinya. Ini adalah suatu alasan mengapa setiap penyebab getaran mempunyai karakteristik masing-masing yang berbeda. Untuk menganalisa getaran mesin, para analis mencoba menghubungkan getaran dengan gaya eksitasinya. Beberapa permasalahan getaran yang umum terjadi pada mesin-mesin rotasi antara lain : 1. Unbalance pada bagian-bagian yang berputar 2. Shaft coupling misalignment 3. Keausan atau kerusakan bearing 4. Shaft bengkok 5. Mechanical looseness 6. Keausan atau kerusakan gear 7. Rubbing 8. Resonansi 9. Gaya elektromagnetik
Parameter Getaran
Getaran mesin umumnya berupa sinyal komplek. Untuk itu memudahkan dalam mempelajari, sinyal tersebut perlu diuraikan atau dipecah menjadi komponennya yang berupa sinyal sederhana (gelombang sinus), menggunakan suatu metode yang dikenal dengan nama Fast Fourier Transform (FFT).
Pengurai sinyal getaran komplek menjadi sinyal sederhana
Parameter Getaran
Pada dasarnya suatu sinyal getaran memiliki 3 parameter yaitu amplitudo, frekuensi dan fasa.
Amplitudo
Amplitudo menyatakan besar simpangan dari suatu sinyal getaran seperti pada gambar dibawah.
Amplitudo dan frekuensi getaran
Parameter Getaran
Amplitudo getaran dapat diukur dalam 3 cara : 1. Displacement (mils, micron) 2. Velocity (Inch/sec, mm/sec) 3. Acceleration (g, mm/s2, inch/s2)
Hubungan antara berbagai cara menyatakan intensitas getaran
Besarnya intensitas getaran dapat dinyatakan dalam berbagai cara, yaitu peak to peak (Pk-Pk), peak (Pk), Root Mean Sqare (RMS), yang hubungan satu dengan lainnya ditunjukan pada gambar dibawah
Parameter Getaran
Frekuensi
Frekuensi getaran menyatakan jumlah siklus (jumlah pengulangan) untuk tiap satuan waktu.
Frekuensi (f) = 𝟏
𝑻
Besarnya frekuensi getaran dapat dinyatakan dalam satuan :
Siklus per detik / cycles per second (Hz)
Siklus per menit / cycles per minute (CPM)
Putaran per menit / Rotation per minute (RPM)
Irders, 1 order sama dengan 1xRPM (1xputaran poros mesin
1 RPM = 1 CPM
Parameter Getaran
Fasa
Fasa adalah perbedaan posisi dari getaran sebuah titik relatif terhadap referensi yang diam (fasa absolute) atau relatif terhadap titik lain yang bergetar (fasa relative).
Fasa relative sebenarnya adalah perbedaan timing, dimana satu event muncul relatif terhadap event yang lainnya. Jika suatu event terjadi pada waktu yang sama maka disebut in-phase jika tidak maka disebut out of phase.
Fasa Relatif
Pengukuran Getaran Mesin
Pengukuran getaran pada mesin-mesin rotasi dapat dilakukan memakai 3 (tiga) sistem pengukuran yang paling umum dipakai, yaitu pengukuran displacement, velocity dan acceleration. Pengukuran Displacement
Displacement merupakan jarak perpindahan sebuah obyek yang bergetar terhadap titik referensi. Pengukuran displacement yang sering dijumpai misalnya pengukuran gerak shaft relatif poros. Pada jenis pengukuran ini yang diukur adalah besarnya simpangan atau total jarak perpindahan poros terhadap rumah bantalan (bearing housing). Pada sistem pengukuran displacement menggunakan sensor proximity probe atau Eddy current probe dan satuan yang umum digunakan adalah mils untuk sistem imperial atau micron untuk sistem satuan metric.
Pengukuran Getaran Mesin
Keterangan : 1 mil = 0.001 inch, 1 micron = 0.001 mm
Pengukuran displacement peak-peak
Pengukuran Velocity
Velocity (kecepatan) didefinisikan sebagai kecepatan sebuah obyek dalam melakukan perpindahan. Pengukuran velocity adalah untuk mengukur berapa besar kecepatan gerakan perpindahan suatu mesin.
Pengukuran Getaran Mesin
Pengukuran velocity ini disebut juga sebagai pengukuran casing, dimana pada pengukuran ini sensor atau probe dipasang pada casing untuk mengukur getaran mesin yang di transmisikan melalui bearing ke bagian casing (rumah bearing). Satuan yang umum digunakan adalah inches per second (ips) untuk sistem satuan imperial atau mm/s untuk sistem satuan matric.
Hubungan antara kecepatan dan perpindahan
Pengukuran Getaran Mesin
Pengukuran Acceleration
Acceleration (percepatan) didefinisikan sebagai perubahan kecepatan persatuan waktu. Percepatan maksimum suatu obyek terjadi pada saat perpindahan berubah arah (ketika perpindahan maksimum dan kecepatan nol). Pengukuran acceleration adalah mengukur besarnya perepatan gerakan perpindahan dari suatu mesin atau objek, seperti juga pada pengukuran velocity pengukuran acceleration ini juga disebut sebagai pengukuran casing. Ketiga sistem pengukuran getaran seperti diuraikan sebelumnya, antara satu sistem dengan sistem lainnya mempunyai relasi. Hubungan ketiga sistem pengukuran tersebut daat dituliskan sebagai berikut :
Pengukuran Getaran Mesin
Hubungan antara percepatan dan perpindahan
Satuan getaran dan sistem konversi
Displacement, velocity dan acceleration dapat dikonversikan dari satu ke yang lainnya, memakai rumus berikut (untuk gelombang sinusoidal).
Velocity → 𝑽 = 𝟐𝝅𝒇𝑫
Acceleration → 𝑨 = 𝟐𝝅𝒇𝑽 , 𝑨 = 𝟐𝝅𝒇 𝟐 𝑫
Pengukuran Getaran Mesin
Dimana :
V = Velocity
A = Acceleration
D = Displacement
F = Frequency
Sensor Getaran
Untuk mengukur getaran pada mesin dan struktur digunakan tranducer atau vibration pick up. Transducer merupakan suatu alat untuk mengkonversikan suatu energy kedalam bentuk lainnya, dalam hali ini energi getaran mekanik dikonversikan kedalam bentuk lain menjadi suatu bentuk energi listrik. Transducer yang umum dipakai dalam pengukuran getaran mesin atau struktur, umumnya adalah eddy current atau proximity probe, velocity pick up dan accelerometer. Setiap transducer memiliki kelebihan masing-masing untuk suatu aplikasi tertentu, tetapi juga mempunyai keterbatasan. Tidak ada satu transducer yang dapat memenuhi semua kebutuhan pengukuran.
Sensor Getaran
Suatu cara yang terbaik untuk memilih transducer atau probe adalah dengan menentukan range dari frekuensi seperti gambar dibawah :
Frekuensi range dari berbagai macam transducer
Sensor Getaran
Secara garis besar tranducer dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, seperti :
1) Non contact probe → ∎ 𝑃𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑖𝑡𝑦 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑒𝑑𝑑𝑦 𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒
2) Contact probe (seismic)→ ∎ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑦 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒
∎𝐴𝑐𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒
Displacement Probe (Eddy Current Transducer)
Eddy current system terdiri dari tiga komponen, yaitu • Probe yang terbuat dari kabel koil yang dibungjus oleh plastik
non conductive atau material keramik. • Extention cable dengan suatu panjang (electrical length)
tertentu. • Proximitor yang didalamnya terdapat suatu oscillator dan
demodulator.
Sensor Getaran
Prinsip kerja eddy current • Probe yang terbuat dari kabel koil yang dibungjus oleh plastik
non conductive atau material keramik. • Extention cable dengan suatu panjang (electrical length)
tertentu. • Proximitor yang didalamnya terdapat suatu oscillator dan
demodulator.
Gambar. Komponen proximity tranducer
Sensor Getaran
Prinsip kerja eddy current adalah sebagai berikut • Suatu sinyal radio frekuensi (RF) dengan frekuensi tinggi pada
1,5 MHz (sebagai carrier signal) dibangkitkan oleh oscillator, dikirimkan ke probe melalui extension cable kemudian dipancarkan dari ujung probe dan menghasilkan magnetic field pada ujung probe.
• Ketika shaft mendekati probe, maka terbentuklah eddy current pada shaft.
• Dengan terbentuknya eddy current, energi yang dibangkitkan proximitor diabsorbsi/diserap dan amplitudo carrier signal akan berkurang.
Sensor Getaran
Gambar. Prinsip kerja proximity probe
Sensor Getaran
Eddy current transducer atau proximity probe effektif digunakan untuk memonitor getaran pada mesin besar dan relatif lebih berat yang menggunakan oil film bearing seperti pada turbin / generator, kompresor, motor-motor besar, dll. Proximity transducer digunakan untuk mengukur jarak perpindahan (displacement) dari poros atau shaft relative vibration measurement (perpindahan relatif poros terhadap rumah bearing). Eddy current transducer dapat digunakan baik pada pengukuran getaran pada arah radial maupun pengukuran jarak seperti axial thrust position dan shaft position.
Gambar. Radial dan axial shaft vibration and position
Sensor Getaran
Kelebihan eddy current probe : • Dapat merespon frekuensi yang sangat rendah dengan baik
(sampai 0 Hz). • Menampilkan getaran dalam pergerakan relatif shaft yang
sebenarnya. • Data output dapat ditampilkan dalam perpindahan (micron
atau mils) secara langsung. • Pembacaan sangat reliable karena permanently installed (jika
instalasi benar).
Kekurangan eddy current probe : • Sulit dan mahal dalam instalasi • Tidak dapat digunakan pada pengukuran frekuensi tinggi
diatas 1000 Hz. • Pengukuran tergantung oleh material shaft. • Runout dan cacat pada permukaan menghasilkan sinyal yang
salah.
Sensor Getaran
Velocity Probe
Velocity probe terdiri dari beberapa komponen, yaitu • Coil • Magnet • Damper • Spring • Connector
Gambar. Type velocity pick up
Sensor Getaran
Prinsip kerja velocity pick up: • Tranduser dipasang pada bearing housing/casing yang
bergetar. • Getaran pada casing menyebabkan tranduser ikut bergetar,
sedangkan massa pemberat yang dililiti oleh koil cenderung mempertahankan posisi.
• Pada kabel koil, karena mengalami perubahan magnet, akan timbul beda potensial (voltage) yang berubah-ubah yang proposional dengan getaran yang terjadi pada casing.
Penggunaan velocity probe : • Mengukur level getaran absolute pada casing atau bearing
housing. • Pengukuran getaran secara langsung dalam satuan kecepatan. • Range pengukuran 10 Hz – 2000 Hz
Sensor Getaran
Kelebihan Velocity Probe : • Merupakan tranduser self-excited, sehingga tidak
membutuhkan power supply. • Pemasangan mudah • Mempunyai sinyal yang kuat pada rentang frekuensi
menengah.
Kekurangan Velocity Probe : • Seismic transducer tidak sensitif terhadap mounting problem
karena casing vibration yang signifikan berat. • Cenderung relatif besar, berat dan mahal. • Hasil kalibrasi mungkin bergeser karena keausan dan fluktuasi
temperatur. • Mempunyai frekuensi respon yang sempit. • Sensitif terhadap medan magnet.
Sensor Getaran
Accelerometer Probe
Accelerometer probe terdiri dari beberapa komponen, yaitu • Base • Crystal element • Seismic mass • Pre load spring • Ampifier
Gambar. Type accelerometer probe
Sensor Getaran
Prinsip kerja accelerometer : • Ketika terjadi penekanan, kristal akan membangkitkan muatan
listrik. • Sinyal getaran kecil (yang terjadi pada sebuah equipment),
maka butuh diamplifikasi, dan sebuah power supply untuk membangkitkan amplifier
Gambar. Accelerometer probe “compression type”
Sensor Getaran
Keuntungan Accelerometer Probe : • Relatif murah dibandingkan dengan velocity dan displacement
probe. • Range frekuensi kerja sangat luas dibandingkan velocity dan
displacement. • Sangat sederhana dalam instalasi atau mounting pada
equipment.
Accelerometer yang sering digunakan berupa “piezoelectric” accelerometer yakni terdiri dari : • Kristal piezoelectric (seperti quartz atau ceramic) • Sebuah massa yang digunakan untuk menekan kristal
piezoelectric
Monitoring dan Instrumen Getaran
On line Monitoring
Online monitoring adalah sistem monitoring secara online, dimana sistem peralatan getaran dihubungkan dengan mesin yang dimonitor melalui suatu perangkat network. Sehingga monitoring getaran dapat dilakukan secara kontiyu atau real time.
Gambar. Sistem online monitoring
Berdasarkan cara sampling data sistem monitoring getaran terbagi dua yaitu on line monitoring dan off line monitoring.
Sistem Monitoring Getaran
Monitoring dan Instrumen Getaran
Keuntungan sistem on line monitoring : • Data dapat diakses setiap saat dalam bentuk real time data. • Mempunyai kemampuan untuk tracking history sesaat
sebelum dan sesudah kejadian getaran tinggi (mesin trip), sehingga sangat membantu dan memudahkan dalam menganalisa dan mengevaluasi problem.
• Dapat diakses dari beberapa tempat (work station).
Kekurangan sistem on line monitoring : • Memerlukan teknologi informasi yang cukup tinggi, sehingga
diperlukan pengetahuan dan ketrampilan yang lebih tinggi untuk mengelola peralatan monitoring.
• Peralatan hard ware dan soft ware relatif mahal.
Monitoring dan Instrumen Getaran
On line Monitoring
Online monitoring adalah sistem monitoring secara online, dimana sistem peralatan getaran dihubungkan dengan mesin yang dimonitor melalui suatu perangkat network. Sehingga monitoring getaran dapat dilakukan secara kontiyu atau real time.
Gambar. Sistem online monitoring
Berdasarkan cara sampling data sistem monitoring getaran terbagi dua yaitu on line monitoring dan off line monitoring.
Monitoring dan Instrumen Getaran
Off line Monitoring
Pada sistem offline monitoring getaran, pengambilan data umumnya dilakukan menggunakan portable vibration analyzer secara terjadwal yang disesuaikan dengan jenis peralatan dan tingkat kritikal peralatan terhadap produksi. Peralatan portable vibration analyzer yang ada saat ini, sebagaian besar telah menggunakan software untuk mengelola data, sehingga histori dan trending data getaran sebagai data analisa dapat dengan mudah diperoleh.
Gambar. Peralatan offline monitoring getaran
Monitoring dan Instrumen Getaran
Beberapa peralatan yang digunakan dalam pekerjaan monitoring
getaran, antara lain :
Instrumentasi dan Alat Monitoring Getaran
1. Vibration and temperature monitoring system
2. ADRE system
3. CSI Analyzer
4. Commtest vb8 vibration analyzer
5. Spectrum Analyzer
6. Osciloscope
7. Tape recorder
8. Signal generator
Vibration Severity
Dalam melakukan monitoring getaran, merupakan salah satu kegiatan predictive maintenance. Oleh karena itu hal penting yang harus dilakukan adalah bagaimana melakukan suatu perawatan dengan tepat, sehingga effektif dan efisien. Pertanyaan yang paling mendasar adalah :
1. Seberapa besar amplitudo getaran yang diijinkan untuk mesin tetap beroperasi sebelum diambil tindakan koreksi terhadap mesin ?
2. Bagaimana memprediksi kegagalan mesin berdasarkan amplitudo getaran ? Pada umumnya semakin tinggi amplitudo getaran semakin buruk
kondisi mesin. Namun untuk menjawab pertanyaan diatas, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan, antara lain :
1. Terdapat berbagai macam tipe mesin 2. Mesin beroperasi pada berbagai macam kondis
Vibration Severity
3. Mesin mempunyai tingkat kekritisan yang berbeda-beda tergantung dari plant yang bersangkutan.
4. Mesin tersusun dari berbagai macam tipe komponen/
Untuk ulasan-ulasan ini maka sangat sulit untuk membuat garis batas dimana mesin mengalami kegagalan. Oleh karena itu telah disediakan beberapa standar yang dapat dipakan sebagai acuan dalam menentukan batas toleransi getaran. Cara yang paling tepat adalah, mengkombinasikan antara standar yang ada dengan trending getaran yang ada dan melakukan evaluasi berdasarkan kondisi mesin selama operasi dan sejarah perawatan mesin. Dengan demikian akan didapatkan nilai batas tingkat getaran yang paling optimum dengan tetap menjaga reliability dan availability nya.
Vibration Severity
Gambar. ISO 10816 Severity Chart
Thank You