PANDUAN JAWAB UJIAN TENGAH SEMESTER KE 2 PROGRAM S1

PANDUAN JAWAB UJIAN TENGAH SEMESTER KE 2 PROGRAM S1

MS 4102 PERAWATAN MESIN DEP. TEKNIK MESIN. FTI-ITB

1.a.Gambar sket suatu piringan yang massanya M, putaran n (rpm) dan eksentrisitasnya e sehingga dapat menggambarkan fenomena unbalance pada piringan tersebut.

Penjelasan tentang fenomena tsb:Merujuk pada bidang referensi vertikal atau horizontal maka pada rotor bekerja gaya FCV atau FCH yang berupa Gaya eksitasi getaran sinusoidal. Sistem merupakan getaran paksa.

Respon getarannya berupa sinyal sinusoidal yang frekuensinya sama dengan frek. Putar rotor.

b. Buktikan bahwa sinyal unbalance yang terjadi pada soal (1.a) di atas adalah sinyal 1xRpm

Perhatikan respon getaran dalam arah vertikal.

Gaya eksitasi : FCV = FC sin (t). ( Respon getaran: x(t) = X0 sin(t-b).

Dalam hal ini: = 2*pi*fp .Sehingga frekuensi respon getaran sama dengan frekuensi putar rotor = 1xRpm.2.Pemakaian Multichannel Spectrum Analyzer (MSA) dengan proses pengukuran biasa (bukan Zoom). Frequency-span adalah 200 Hz. a.Ditinjau dari aspek kesalahan aliasing apakah arti pemilihan frequency span di atas:

Bahwa semua sinyal getaran yang masuk kedalam MSA adalah lebih kecil atau sama dengan 200 Hz. Sinyal getaran yang frekuensinya lebih besar daripada 200 Hz disaring oleh Anti Aliasing Filter (LPF).

b.Sinyal unbalance putaran rotor 3000 rpm. Gambar waveform sinyal unbalance beserta tanda pencuplikannya.

Frekuensi putar rotor: fp = 3000/60 =50 Hz. Periodanya: Tp = 1/50 sec = 20 msec.

Frekuensi span: 200 Hz. Frek.maks= 200 Hz. Teori Shanon: Frek. Cuplik= 2x200= 400 Hz.

Waktu cuplik= 1/400 = 2,5 msec.

3.Gambar sket motor listrik yang menggerakkan pompa dengan menggunakan kopling tetap. Putaran motor listrik 1500 rpm. Terjadi kasus unbalance pada pompa dan kasus misalignment pada kedua poros. a.Gambarkan titik-titik ukur pada bantalan di sisi inboard motor listrik maupun pompa sehingga dapat mendeteksi kedua kasus di atas.

b.Frequency span melibatkan harmonik yang ketiga (selain frekuensi dasar) :

Frekuensi dasar kasus unbalance (1xRpm): 1500/60 = 25 Hz. Frekuensi hamonik 3= 4x25= 100 Hz.

Frekuensi dasar kasus misalignment (2xRpm): 2x(1500/60) = 50 Hz. Frekuensi hamonik 3= 4x50= 200 Hz.

Frequncy span yang dipilih : minimal 200 Hz.4.Direncanakan pengukuran zoom pada motor listrik yang memutar blower dan kedua poros dihubungkan oleh kopling tetap. Pada peralatan ini terjadi kasus misalignment angular. Putaran motor listrik 3000 rpm.a.Frekuensi start 0 Hz. Rentang frekuensi ukur mencakup sinyal harmonik keempat kasus misalignment. Jumlah garis spektrum adalah 800. Hitunglah resolusi frekuensi pengukuran tsb.Frekuensi putaran= 3000/60 = 50 Hz. Frekuensi dasar misalignment (2xRpm)= 2x50= 100 Hz. Rentang frekuensi ukur untuk harmonik misalignment ke4= 5x100 = 500 Hz.

Resolusi frekuensi= 500/800 = 0,625 Hz.

b.Dilakukan pengukuran Zoom yang frekuensi startnya 50 Hz. Frekuensi stop mencakup harmonik kedua sinyal 1xRpm. Jumlah garis spektrum adalah 800.

Hitunglah resolusi frekuensi pengukuran ini.

Frekuensi putaran= 3000/60 = 50 Hz. Frekuensi harmonik kedua sinyal 1xRpm= 3x50= 150 Hz. Frequency span= frek.stop frek,star = 150 50 = 100 Hz.Resolusi frekuensi = 100/800 = 0,125 Hz.5.Suatu motor listrik digunakan memutar suatu gearbox dan kedua poros dihubungkan oleh kopling tetap. Terjadi kasus misalignment paralel pada kedua poros ini.

a.Jelaskan timbulnya gaya eksitasi getaran dalam arah aksial pada bantalannya.

Kasus misalignment paralel : (lebih baik kalau disertakan gambar sket dua poros).

Dua poros yang misalignment paralel bila dihubungkan dengan kopling tetap akan mengakibatkan adanya pertambahan panjang dalam arah aksial.

Penambahan panjang ini mengakibatkan timbulnya gaya aksial yang sama besar dan berlawanan arah pada kedua bantalan.

b.Jarak antar bantalan sisi inboard kedua peralatan ini adalah L0. Penambahan total panjang poros adalah L. Luas penampang poros : A. Modulus elastisitas poros : E.

Buatlah gambar sket kedua poros yang menggambarkan kasus misalignment di atas dan hitung besar gaya eksitasi getarannya menggunakan besaran di atas:

Perumusan gaya aksial adalah:

L = Fa . L0 / (A.E). ( Fa = L.A.E / L0.6.a.Buatlah gambar sket dan jelaskan prinsip pengukuran Receptance suatu struktur mekanik.

b.Apakah tujuan pengukuran Inertace suatu struktur mekanik.

(1). Untuk mengetahui karakteristik dinamik struktur.

(2). Untuk mengetahui frekuensi pribadi, damping ratio dan mode shape nya.

(3). Untuk dapat digunakan meramalkan respon getaran.

7.a.Jelaskan kenapa bump test dapat digunakan untuk mengestimasi frekuensi pribadi suatu struktur mekanik.

Suatu struktur yang mengalami bump-test berperilaku sebagai sistem getaran bebas. Ciri respon getaran bebas adalah adanya kandungan frekuensi pribadi pada respon getarannya yang meluruh. Sehingga waveform respon getaran ini dikonversikan kedoman frekuensi maka terlihat frekuensi pribadi struktur ybs.

b.Jelaskan tujuan utama pengukuran frekuensi pribadi suatu mesin.

Tujuan utama adalah untuk mengetahui kondisi resonansi struktur bila frekuensi eksitasi getaran sama dengan frekuensi pribadi strktur tsb.8.a.Baik pada Time Based Preventive Maintenance maupun pada Predictive Maintenance (PdM) dilakukan pencatatan overall vibration level (OVL).

Merujuk pada kegiatan pencatatan OVL tersebut jelaskan 2 perbedaan utama antara perawatan PM dan PdM.

OVL pada Preventif Mnt (PM).OVL pada Prediktif Mnt. (PdM).

Pencatatan untuk mengetahui level getarannya saja.Pencatatan untuk analisis Trending (kecenderungan) dan penentuan kapan terjadi alarm atau trip

Data OVL ini diacukan pd standar yang tercantum dalam manualData OVL diacukan pada standar ISO yang berlaku.

b.Jelaskan 3 kegiatan utama dalam perawatan prediktif.(1).Koleksi data hasil pengukuran getaran pada berbagai titik ukur pada suau mesin yang sedng beroperasi. Biasanya data tersebut disimpan dalam suatu data-base software yang diguakan dalam PdM.

(2).Analisis data sinyal getaran dalam domain frekuensi dengan bantuan perangkat FFT analyzer. Dalam analisis iini dilakukan pnentuan frekuensi dominan. dalam kegiatan ini termasuk trending analysis untuk menentukan kapan terjadinya alarm atau trip.

(3).Kegiatan diagnosis untuk menentukan sumber kerusakan ataupun cacat elemen rotasi pada mesin yang dipantau sinyal getarannya.

9.a.Jelaskan 2 perbedaan utama antara akselerometer dengan sensor kecepatan getaran.Sensor AkselerometerSensor Kecepatan getaran

Sensor pasif karena memerlukan catu daya listrik dari luar.Sensor aktif karena langsung menghasilkan tegangan listrik analog tanpa catu daya listrik dari luar.

Frekuensi kerjanya berada di bawah frekuensi pribadinya.Frekuensi kerjanya berada di atas frekuensi pribadinya.

b.Buat gambar sket sensor kecepatan getaran dan prinsip kerjanya.

10.Hasil pengukuran getaran suatu rotor dalam bentuk spektrum frekuensi dan waveform diperlihatkan dalam gambar di bawah ini. Putaran rotor 1800 rpm.

a.Hitunglah amplitudo getaran kasus unbalance pada rotor ini dalam satuan [g]rms .

Jelaskan kenapa sinyal harmonik ketiga dari sinyal unbalance tersebut tidak terlihat dalam spektrum frekuensi di atas. Catatan: 1 g = 9,8 m/s2.Putaran: 1800 rpm. Frekuensi kasus unbalance= 30 Hz. Dari spektrum frekuensi, amplitudonya: 0,75 (ips)p . Amplitudo kecepatan getaran= 2*pi*f*0,75 = 141,4 in/s2p .Amplitudo kecepatan getaran= 141,4 x 0,0254 x 0,707 / 9,8 = 0,26 [g]rms .

Frek.harmonik ke3 unbalance= 4x30 = 120 Hz. Frek span= 100 Hz. ( 120Hz>100Hz

Maka Frek.harmonik ke3 unbalance diluar span frekuensi pengukuran.

b.Apakah penyebab terjadinya sinyal waveform seperti ditunjukkan dalam gambar di atas.

Hitunglah perioda waveform tersebut.Waveform di atas adalah aveform sinyal getaran kasus unbalance : x(t)=X0 sin(wt-phi), yang berbentuk sinusoidal.Periode waveform tsb: Tp = 1 / fu = 1/30 = 33,3 msec.

Frekuensi putar : fp= n/60 [Hz].

Kecepatan angular poros : = 2*pi*fp

Gaya sentrifugal: FC = M.2.e.

Komponen horizontal FC : FCH = FC cos (t).

Komponen vertical FC : FCV = FC sin (t).

>> fp = 50

>> A=2

>> w=2*pi.*fp = 314.1593

>> t=[0:2.5:60]';

>> t=[0:0.0025:0.060]';

>> t0=[0:0.001:0.06]';

> >> xt=A*sin(w.*t);

>> x0t=A*sin(w.*t0);

>> plot(t0,x0t,'k-',t,xt,'bo')

>> grid

>> title('Sinyal Sinus 20ms Dicuplik Setiap 2,5 ms')

>> ylabel('Amplitudo [Simpangan]')

>> xlabel('Waktu [sec]')

MotorL

Pompa

Kopling

A

B

Bantalan Inboard motor listrik : A

Titik ukur Vertikal, Horizontal dan Aksial

Bantalan Inboard pompa : B

Titik ukur Vertikal, Horizontal dan Aksial

L0

L1

Fek

Struktur

Sensor

Struktur dalam keadaan tidak beroperasi digetarkan oleh penggetar (shaker) dan getaran yang terjadi diukur oleh sensor simpangan. Kedua sinyal ini diukur secara simultan dan dimasukkan kedalam DSA/MSA untuk dievaluasi Receptance nya.

Massa seismik berupa kutub-kutub magnit bergerak memotong kumparan listrik sehingga terjadi tegangan listrik yang sebanding dengan kecepatan.

e = BLv

e: tegangan listrik. B: fluks magnit. L: induktansi

v: kecepatan getaran. kumparan.