vibration philosophy.pdf

43
VIBRATION BASIC

Upload: hutapea-herman

Post on 15-Jan-2016

40 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Vibration Philosophy.pdf

VIBRATION BASIC

Page 2: Vibration Philosophy.pdf

Contents

Definisi Getaran

Fakta Getaran

Sifat Dasar Mesin

Penyebab Getaran

Parameter Getaran

Pengukuran Getaran Mesin

Sensor Getaran

Monitoring dan Instrumentasi Getaran

Vibration Severity

Page 3: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 4: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 5: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 6: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 7: Vibration Philosophy.pdf

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)

Page 8: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 9: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 10: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 11: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 12: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 13: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 14: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 15: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 16: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 17: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 18: Vibration Philosophy.pdf

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 :

Page 19: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 20: Vibration Philosophy.pdf

Pengukuran Getaran Mesin

Dimana :

V = Velocity

A = Acceleration

D = Displacement

F = Frequency

Page 21: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 22: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 23: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 24: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 25: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 26: Vibration Philosophy.pdf

Sensor Getaran

Gambar. Prinsip kerja proximity probe

Page 27: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 28: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 29: Vibration Philosophy.pdf

Sensor Getaran

Velocity Probe

Velocity probe terdiri dari beberapa komponen, yaitu • Coil • Magnet • Damper • Spring • Connector

Gambar. Type velocity pick up

Page 30: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 31: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 32: Vibration Philosophy.pdf

Sensor Getaran

Accelerometer Probe

Accelerometer probe terdiri dari beberapa komponen, yaitu • Base • Crystal element • Seismic mass • Pre load spring • Ampifier

Gambar. Type accelerometer probe

Page 33: Vibration Philosophy.pdf

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”

Page 34: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 35: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 36: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 37: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 38: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 39: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 40: Vibration Philosophy.pdf

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

Page 41: Vibration Philosophy.pdf

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.

Page 42: Vibration Philosophy.pdf

Vibration Severity

Gambar. ISO 10816 Severity Chart

Page 43: Vibration Philosophy.pdf

Thank You