1

MONITORING/INSPEKSIMONITORING/INSPEKSIGETARAN MESINGETARAN MESIN

A. Pengantar

Dalam proses industri, banyak dijumpai adanya bermacam bentuk serta ukuran mesin, yang selain kerjanya rumit juga bernilai mahal. Kerusakan yang terjadi secara mendadak dari mesin-mesin yang sedang dioperasikan akan berakibat terhentinya proses produksi, terbuangnya jam kerja karyawan serta pengeluaran biaya perbaikan yang mahal.

Untuk mengatasi masalah tersebut diatas, diperlukan usaha perawatan serta mengetahui kondisi-kondisi dan batas dari mesin yang dioperasikan, sehingga tindakan penyelamatan dapat cepat diambil jika kondisi batas tersebut dicapai dan kerusakan lebih parah dapat dihindari.

Sifat-sifat getaran yang ditimbulkan pada suatu mesin dapat menggambarkan kondisi gerakan-gerakan yang tidak diinginkan pada komponen – komponen mesin, sehingga pengukuran, dan analisa getaran dapat dipergunakan untuk mendiagnosa kondisi suatu mesin, sebagai contoh – adanya roda gigi yang telah aus akan menimbulkan getaran dengan amplitude yang tinggi pada frekuensi sesuai dengan frekuensi toothmesh (RPM kali jumlah gigi). Adanya unbalance (ketidakseimbangan) putaran akan menimbulkan getaran dengan level tinggi pada frekuensi yang sama dengan rpm poros itu sendiri.

Sejak tahun-tahun terakhir ini, teknologi pengukuran getaran telah berkembang dengan pesat dan bisa dipakai untuk menyelidiki dan memonitor kondisi mesin-mesin modern yang mempunyai putaran tinggi. Dengan teknik ini suatu mesin yang berputar dapat dimonitor pada posisi tertentu untuk mengetahui kondisinya. Tujuan utamanya adalah untuk mengamankan mesin dan memprediksi kerusakan yang akan mungkin terjadi.

B. Getaran

Getaran mesin adalah gerakan suatu bagian mesin maju dan mundur (bolak-balik) dari keadaan diam /netral, (F=0). Contoh sederhana untuk menunjukkan suatu getaran adalah pegas.

Pegas tersebut tidak akan bergerak/bergetar sebelum ada gaya yang diberikan terhadapnya. Setelah gaya tarik (F) dilepas maka pegas akan bergetar, bergerak bolak-balik disekitar posisi netral.

Gambar 2.1 Gambar 2.2

C. Karakteristik Getaran

Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah mekanik yang terjadi dapat diketahui dengan mengukur karakteristik getaran pada mesin tersebut. Karakteristik- karakteristik getaran yang penting antara lain adalah:

Frekuensi Getaran Perpindahan Getaran. (Vibration Displacement) Kecepatan Getaran (Vibration Velocity) Percepatan Getaran (Vibration Acceleration) Phase Getaran

Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari karakteristik suatu getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi waktu.

Gerakan bandul pegas dari posisi netral ke batas atas dan kembali lagi ke posisi netral dan dilanjutkan ke batas bawah, dan kembali lagi ke posisi netral, disebut satu siklus getaran (satu periode).

Gambar 2.3

1. Frekuensi Getaran

Gerakan periodik atau getaran selalu berhubungan dengan frekuensi yang menyatakan banyaknya gerakan bolak-balik (satu siklus penuh) tiap satuan waktu. Hubungan antara frekuensi dan periode suatu getaran dapat dinyatakan dengan rumus sederhana:

frekuensi = 1/periode

Frekuensi dari getaran tersebut biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus getaran yang terjadi tiap menit (CPM = Cycles per minute). Sebagai contoh sebuah mesin bergetar 60 kali (siklus; dalam 1 menit maka frekwensi getaran mesin tersebut adalah 60 CPM. Frekuensi bisa juga dinyatakan dalam CPS (cycles per second) atau Hertz dan putaran dinyatakandalam revolution per minute (RPM).

2. Perpindahan Getaran ( Vibration Displacement )

Jarak yang ditempuh dari suatu puncak (A) ke puncak yang lain (C) disebut perpindahan dari puncak ke puncak (peak to peak displacement).

Perpindahan tersebut pada umumnya dinyatakan dalam satuan mikron (μm) atau mils.

3. Kecepatan Getaran ( Vibration Velocity )

Karena getaran merupakan suatu gerakan, maka getaran tersebut pasti mempunyai kecepatan. Pada gerak periodik (getaran) seperti pada gambar 2.2; kecepatan maksimum terjadi pada titik B (posisi netral) sedangkan kecepatan minimum (=O) terjadi pada titik A dan titik C.

Kecepatan getaran ini biasanya dalam satuan mm/det (peak). Karena kecepatan ini selalu berubah secara sinusoida, maka seringkali digunakan pula satuan mm/sec (rms). nilai peak = 1,414 x nilai rmsKadang-kadang digunakan juga satuan inch/sec (peak) atau inch/sec (rms)

4. Percepatan Getaran ( Acceleration )

Karakteristik getaran lain dan juga penting adalah percepatan. Pada gambar 1.2, dititik A atau C kecepatan getaran adalah nol tetapi pada bagian-bagian tersebut akan mengalami percepatan yang maksimum. Sedang pada titik B (netral) percepatan getaran adalah nol.

Secara teknis percepatan adalah laju perubahan dari kecepatan. Percepatan getaran pada umumnya dinyatakan dalam, satuan “g’s’ peak, dimana satu “g” adalah percepatan yang disebabkan oleh gaya gravitasi pada permukaan bumi. Sesuai dengan perjanjian intemasional satuan gravitasi pada permukaan bumi adalah 980,665cm/det2(386,087inc/det2 atau 32,1739 feet/40).

5. Phase Getaran Pengukuran phase getaran memberikan informasi untuk

menentukan bagaimana suatu bagian bergetar relatif terhadap bagian yang lain, atau untuk menentukan posisi suatu bagian yang bergetar pada suatu saat, terhadap suatu referensi atau terhadap bagian lain yang bergetar dengan frekuensi yang sama.

Beberapa contoh pengukuran phase :

Dua bandul pada Gambar 2.4 bergetar dengan frekuensi dan displacement yang sama, bandul A berada pada posisi batas atas dan bandul B pada waktu yang sama berada pada batas bawah. Kita dapat menggunakan phase untuk menyatakan perbandingan tersebut. Dengan memetakan gerakan kedua bandul tersebut pada satu siklus penuh, kita dapat melihat bahwa titik puncak displacement kedua bandul tersebut terpisah dengan sudut 90 (satu siklus penuh = 360 ). Oleh karena itu kita dapat mengatakan bahwa kedua bandul tersebut bergetar.dengan beda phase 90.

Gambar 2.4

Pada gambar 2.5 bandul A berada pada posisi batas atas dan bandul B pada waktu yang sama berada pada posisi netral bergerak menuju ke batas bawah. Sehingga kita dapat mengatakan bahwa kedua bandul tersebut bergetar dengan beds phase 180.

Gambar 2.5

Pada gambar 2.6 pada waktu yang sama kedua bandul A dan B berada pada batas atas. Oleh karena itu kita dapat mengatakan bahwa kedua bandul tersebut bergetar dengan sudut phase 0 atau se-phase.

Gambar 2.6

6. Spike Energy

Karakteristik lain dari getaran yang agak khusus adalah pengukuran SPIKE ENERGY. Besaran dari spike energi ini agak abstrak karena tidak dapat dijelaskan dengan gambar dari getaran bandul.

Pengukuran spike energy adalah pengukuran getaran frekuensi tinggi akibat adanya pulsa dari energi getaran. Pulsa dari energi getaran yang terjadi pada mesin sebagai akibat dari:

o Permukaan yang cacat dari element rolling beraring atau gear.o rubs, impacts, dan tedadi kontak antara logam dengan logam di dalam

mesin yang berputar.o Aliran steam dengan tekanan tinggi atau kebocoran udarao Kavitasi akibat aliran yang turbulen dalam fluids. Sebelum diperkenalkan pengukuran spike energy, sangat sulit

untuk mendeteksi dan menganalisa secara dini kerusakan yang terjadi pada bearing dan gear. Dengan pengukuran spike energy, getaran dengan frekuensi tinggi akibat kerusakan pada bearing dan gear dapat dideteksi dengan mudah.

Secara dasar pengukuran spike energy adalah pengukuran percepatan dari suatu getaran sehingga pengukuran ini sangat sensitiv terhadap getaran dengan frekuensi tinggi yang di akibatkan karena terjadi kerusakan pada bearing atau gear. Pengukuran spike energi dinyatakan dalam satuan gSE”.

D. Satuan-satuan Pengukuran

Ada beberapa satuan-satuan yang digunakan dalam suatu pengukuran getaran.

Harga Peak-to-peak : adalah harga amplitudo dari gelombang sinusoida mulai dari batas atas sampai ke batas bawah.

Pengukuran displacement suatu getaran biasanya menggunakan harga peak-to-peak dengan satuan mils atau mikron.

Harga Peak : adalah harga peak-to-peak dibagi dua atau setengah dari harga peak-to-peak.

Harga RMS (root-means-square) : harga ini sering digunakan untuk mengklasifikasikan keparahan getaran dari suatu mesin.

Harga RMS ini mengukur harga energi efektif yang dipakai untuk menghasilkan getaran pada suatu mesin.

Untuk gerak sinusoidal harga RMS adalah 0.707 X peak. Sedangkan Harga Average dari suatu gelombang sinusoidal adalah 0.637 X harga peak.Tabel. Conversion Factors Applies Only To Sinusoidal Waveform

E. E. Penyebab Terjadinya Getaran Berlebihan Ketidak seimbangan ( unbalanace) Ketidaksatusumbuan ( misalignment) Kekurangan pelumas ( lack of lubrication ) Kendor ( loosness ) Kerusakan bantalan ( bad bearing ) Kerusakan transmisi penggerak ( bad driver) Kerusakan roda gigi ( bad gear ) Kavitasi Tegangan berlebihan Frekuensi Listrik

F. Akibat Getaran Berlebihan Meningkatkan beban Meningkatkan tegangan Meningkatkan pemakaian energi Umur mesin menurun Biaya perawatan meningkat

G. Macam Getaran

Dilihat dari arah :Getaran longitudinalGetaran tranversalGetaran puntir

Dilihat dari sistem :Getaran takterredam (undamped)Getaran terredam (damped )

Dilihat dari derajat kebebasan :Getaran derajat kebebasan tunggalGetaran derajat kebebasan ganda

Dilihat dari gaya :Getaran bebas ( free)Getaran paksa (forced )

Dalam mesin terjadi getaran paksa derajat kebebasan ganda dan terredam

H. GAMBAR GETARAN

Getaran dapat digambarkan sebagai pegas ulir berbeban

Getaran takterredam

Getaran terredam

Dasar Getaran Getaran pada pegas ulir

)}t.m

k(cos{.Yy

t)}mk().sin{

mk( Y

dtdy

)}t.m

k(cos{).

m

k.(Y

2dt

y2d

Parameter Getaran Simpangan ( displacement ) (mm, mils ) Kecepatan ( velocity ) (mm/s, mils/s) Percepatan ( acceleration ) (mm/s2, mil/s2, g )

 

 

Model Getaran Terredam

Model Getaran Terredam Gear Box

Grafik Sinusoida

Unit Pengukuran GetaranPeak : RMS : Avg : 1 : 0.707 : 0.637

Pemilihan Parameter Pengukuran

Displacement mesin dengan putaran < 10 HZ ( 600 rpm) Velocity mesin dengan putaran 10 HZ-1000 HZ ( 600 rpm-60000

rpm) Acceleration mesin dengan putaran >1000 HZ ( 60000 rpm)

Pemeriksaan Getaran

DenganSentuhan

Pemeriksaan Getaran

Dengan Batang

Pemeriksaan Getaran Dengan

Bantu Pendengaran

Pemeriksaan Getaran Dengan

Pen Vibrometer

Pemeriksaan Getaran Dengan

SPM (Shock Pulsa

Methode)

Titik Pengukuran (Pickup Point)

Pada Pompa Sentrifugal :

A

A B

C D

Arah pengukuran : Horisontal (H) Vertikal (V) Aksial (A)

MACAM PENGUKURANMACAM PENGUKURAN Pengukuran amplitudo getaran ( ketinggian getaran ) Pengukuran spektrum getaranContoh spektrum getaran :

Diagnosis

Diagnosis

Vibration InspectionVibration Inspection

Equipment/Machine : …………………………. Power : …………………………. Speed of Driver : …………………………. Speed of Driven Equipment used : …………………………. Location : ………………………….

No Pickup Points & Velocity, RMS, mm/s Limits, RMS Remark

Position I II III IV V Avr Mm/s A AH AV AA

B BH BV BA

C CH CV CA

D DH DV DA

Manfaat Spektrum

Dengan melakukan pengukuran spektrum dapat diketahui besarnya amplitudo dapat juga mengetahui frekuensi amplitudo tertinggi berada.

Dengan mengetahui frekuensi amplitudo berada, dapat didiagnose sumber getaran berasal

Pengukuran Spektrum

KARAKTER SPEKTRUM GETARANKARAKTER SPEKTRUM GETARAN( unbalance )( unbalance )

Amplitudo tertinggi terjadi pada frekuensi 1x putaran mesin,

atau 1x ff ( frequency fundamental )

KARAKTER SPEKTRUM GETARANKARAKTER SPEKTRUM GETARAN( unbalance )( unbalance )

Amplitudo tertinggi terjadi pada frekuensi 1x putaran mesin,

atau 1x ff ( frequency fundamental

Putaran mesin 1450 rpm

Karakter Spektrum Getaran( misalignment)

Amplitudo tertinggi terjadi pada frekuensi 1ff, 2ff, 3 ff

Karakter Spektrum Getaran( misalignment)( misalignment)

Amplitudo tertinggi terjadi pada frekuensi 1ff, 2ff, 3 ff

(3,890 mm/s peak, 23,75 Hz) (6,3101 mm/s peak, 48,75 Hz) (3,935 mm/s peak, 73,7 Hz )

Karakter Spektrum Getaran( Oil Whirl)( Oil Whirl)

Amplitudo tertinggi terjadi pada frekuensi 0.42-0.48 xff

Karakter Spektrum Getaran( roda gigi )( roda gigi )

GMF ( Gear meshing frequency )GMF = Z x Ff

Karakter Spektrum Getaran( roda ( roda gigi )gigi )

GMF ( Gear meshing frequency ) GMF = Z x Ff

Karakter Spektrum Getaran( bantalan gelinding )

BPFI : Ball Pass Frequency ( inner race ) BPFO : Ball Pass Frequency ( outer race ) FFT : Fast Fourer Transform

Karakter Spektrum Getaran( bantalan gelinding )( bantalan gelinding )

Amplitudo tinggi terjadi pada frekuensi tinggi Bentuk spektrum erratic

Karakter Spektrum Getaran( Loosness )( Loosness )

Karakter Spektrum Getaran( Kasus n : 1500 rpm )( Kasus n : 1500 rpm )