Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

22
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam proses industri, banyak dijumpai adanya bermacam bentuk serta ukuran mesin, yang selain kerjanya rumit juga bernilai mahal. Kerusakan pada mesin berakibat pada penurunan kinerja, efisiensi bahkan sampai terjadi terhentinya proses produksi. Kerusakan bisa terjadi karena berbagai sebab diantaranya pembebanan berlebih, ketidakseimbangan pembebanan, ketidaksejajaran poros, terjadinya cacat dan lain-lain. 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 sehingga kerusakan lebih parah dapat dihindari serta dapat menjaga kehandalan mesin sehingga efisiensinya tetap terjaga dengan baik. Ada 2 macam metode yang dapat digunakan untuk menganalisa kondisi dari mesin. Metode pertama disebut metode NDT (Non Destruktif Test), metode kedua disebut DT (Destruktif Test). Vibrasi termasuk dalam kelompok metode pertama

description

energi

Transcript of Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

Page 1: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam proses industri, banyak dijumpai adanya bermacam bentuk serta

ukuran mesin, yang selain kerjanya rumit juga bernilai mahal. Kerusakan pada

mesin berakibat pada penurunan kinerja, efisiensi bahkan sampai terjadi

terhentinya proses produksi. Kerusakan bisa terjadi karena berbagai sebab

diantaranya pembebanan berlebih, ketidakseimbangan pembebanan,

ketidaksejajaran poros, terjadinya cacat dan lain-lain. 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 sehingga kerusakan lebih parah

dapat dihindari serta dapat menjaga kehandalan mesin sehingga efisiensinya tetap

terjaga dengan baik. Ada 2 macam metode yang dapat digunakan untuk

menganalisa kondisi dari mesin. Metode pertama disebut metode NDT (Non

Destruktif Test), metode kedua disebut DT (Destruktif Test). Vibrasi termasuk

dalam kelompok metode pertama

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

Page 2: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

suatu mesin yang berputar dapat dimonitor pada posisi tertentu untuk mengetahui

kondisinya. Tujuan utama fisika vibrasi adalah untuk mengamankan mesin dan

memprediksi kerusakan awal dari peralatan rotating machine yang mungkin

terjadi dengan cara mengukur vibrasi baik simpangan, kecepatan maupun

akselerasi yang diukur dengan alat accelerator, di mounting ditempat-tempat

tertentu. Kemudian data yang diperoleh dibandingkan dengan standar, apakah

berada pada keadaan aman, sedang, atau bahaya.

1.2 Tujuan Percobaan

1. Mengenal cara kerja alat vibrasi pada rotating machine yang digunakan untuk

pengenalan kerusakan mesin.

2 Mengukur vibrasi unbalancing, ketidaksejajaran poros pada rotating machine

3 Menganalisa sinyal yang diperoleh untuk mendapatkan kerusakan mesin

1.4 Metoda Percobaan

Untuk memperoleh data yang berhubungan dengan percobaan digunakan

metode kepustakaan (Library research) dan metode lapangan (Field

research).Percobaan kepustakaan (Library research) dilakukan untuk memperoleh

kerangka teori dari beberapa pendapat yang dikemukakan oleh para ahli dan yang

ada hubungannya dengan masalah yang akan dibahas.Sedangkan percobaan

lapangan (Field research) dimaksudkan untuk memperoleh data-data tentang

penelitian yang dikumpulkan dan kemudian dianalisa.

Page 3: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Getaran

Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama

disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga

sebagai gerak harmonik/harmonis. Apabila suatu partikel melakukan gerak

periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut gerak osilasi/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.

Gambar 2.1

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

2.2. 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

Page 4: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

• Frekuensi Getaran

• Perpindahan Getaran. (Vibration Displacement)

• Kecepatan Getaran (Vibration Velocity)

• Percepatan Getaran (Vibration Acceleration)

• Fasa Getaran

Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari karakteristik

suatu getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi

waktu.

Gambar 2.2

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).

2.2.1. Frekuensi Getaran

Gerakan periodik atau getaran selalu berhubungan dengan frekuensi

yang menyatakan banyaknya periode getaran yang terjadi dalam satu putaran

waktu. Hubungan antara frekuensi dan periode suatu getaran dapat

dinyatakan dengan rumus sederhana:

Page 5: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

Besarnya frekuensi yang timbul pada saat terjadinya vibrasi dapat

mengdentifikasikan jenis-jenis gangguan yang terjadi. Gangguan yang terjadi

pada mesin sering menghasilkan frekuensi yang jelas atau mengasilkan

contoh frekuensi yang dapat dijadikan sebagai bahan pengamatan. Dengan

diketahuinya frekuensi pada saat mesin mengalami vibrasi, maka penelitian

atau pengamatan secara akurat dapat dilakukan untuk mengetahui penyebab

atau sumber dari permasalahan. Frekuensi biasanya ditunjukkan dalam

bentuk  Cycle per menit (CPM), yang biasanya disebut dengan istilah Hertz

( dimana Hz = CPM ).

2.2.2. 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.

1 μm 0.001 mm

1 mils 0.001 inch

2.2.3. Kecepatan Getaran ( Vibration Velocity )

Karena getaran merupakan suatu gerakan, maka getaran tersebut pasti

mempunyai kecepatan. Pada gerak periodik (getaran) seperti pada gambar

2.1; 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 rms. Kadang-kadang

digunakan juga satuan inch/sec (peak) atau inch/sec (rms)

1 inch = 25,4 mm

Page 6: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

2.2.4. 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).

2.2.5. Phase Getaran

Phase getaran adalah penggambaran akhir dari pada

karakteristik suatu getaran atau vibrasi yang terjadi pada suatu mesin. Phase

adalah perpindahan atau perubahan posisi pada bagian-bagian yang bergetar

secara relatif untuk menentukan titik referensi atau titik awal pada bagian

yang lain yang bergetar. 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 :

Gambar 2.3.

Page 7: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

Dua bandul pada Gambar 2.3 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 180 (satu

siklus penuh = 360 ). Oleh karena itu kita dapat mengatakan bahwa kedua

bandul tersebut bergetar.dengan beda phase 180.

Gambar 2.4

Pada gambar 2.4 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 90.

Gambar 2.5

Page 8: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

Pada gambar 2.5 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. Getaran adalah gerakan

yang teratur dari benda atau media dengan arah bolak-balik dari kedudukan

keseimbangan. Getaran terjadi saat mesin atau alatdijalankan dengan motor,

sehingga pengaruhnya bersifat mekanis.Getaran ialah gerakan ossilasi

disekitar titik. Vibrasi adalah gerakan, dapat disebabkan oleh getaran udara

atau getaran mekanis, misalnya mesin atau alat-alat mekanis lainnya. Geteran

merupakan efek suatu sumber yang memakai satuan ukuran hertz. Getaran

adalah suatu factor fisik yang menjalar ke tubuh manusia, mulai dari tangan

sampai keseluruh tubuh turut bergetar (oscilation) akibat getaran peralatan

mekanis yang dipergunakan dalam tempat kerja.

2.2.6. Amplitudo

Amplitudo adalah ukuran atau besarnya sinyal vibrasi yang

dihasilkan. Amplitudo darisinyal vibrasi mengidentifikasikan besarnya

gangguan yang terjadi. Makin tinggi amplitudo yang ditunjukkan

menandakan makin besar gangguan yang terjadi, besarnya amplitudo

bergantung pada tipe mesin yang ada. Pada mesin yang masih bagus dan

baru,tingkat vibrasinya biasanya bersifat relatif.

2.3 Persamaan Getaran

1. Persamaan simpangan vibrasi

y = A sin ( ωt + θ0 )

dengan : y = simpangan

A = amplitudo

ω = kecepatan sudut

t = waktu

θ0 = sudut

Page 9: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

2. Persamaan kecepatan vibrasi

Bila persamaan diatas di diferensialkan sekali terhadap waktu diperoleh :

= A sin ( t + )

Dan , maka persamaan di atas berubah menjadi :

v = ω A cos ( ωt + θ0 )

3. Persamaan percepatan vibrasi

Dan bila persamaan simpangan vibrasi diturunkan dua kali terhadap waktu,

maka diperoleh :

= - A sin ( t + )

= - 2 A cos (t + )

Dengan , maka persamaan di atas berubah menjadi :

a = - ω2 A sin ( ωt + θ0 )

2.4 Deret Fourier

Bila f(x) merupakan fungsi periodik dalam interval (-L, L) yaitu periode

2L, maka f(x) dapat dinyatakan dalam bentuk deret yang disebut Deret Fourier:

Page 10: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

Bila f(x) periodik dalam interval (c, 2L), maka koefisien an dan bn dapat ditulis

dalam bentuk :

2.5 Cara Kerja Alat

Alat berikut ini menggambarkan komponen dari miniature rotating

machine yang digunakan di power plant.

Gambar 2.6 alat rotating machine yang akan diukur vibrasinya

Mesin ini digerakkan oleh motor yang kecepatan rotasinya dapat diatur.

Frekuensi rotasi dapat diubah dengan menggunakan pulley atau roda gigi. Energy

rotasi ditransmisikan melalui poros yang digunakan untuk memutar piringan

bearing dan komponen lainnya. Poros dapat disetel, demikian pula pembebanan

pada piringan dapat disetel. Sehingga kondisi tidak normal dapat dikondisikan,

kemudian ditempat-tempat tertentu dipasang alat ukur vibrasi. Besar vibrasi dapat

Page 11: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

diukur dengan menggunakan acceleratometer yang dimounting ditempat-tempat

tertentu sedangkan besar sudut rotasi diukur dengan tachometer.

Kegagalan dalam mesin vibrasi dapat disebabkan karena

ketidakseimbangan beban atau kelebihan beban. Selain itu juga disebabkan karena

ketidaksejajaran poros. Jenis ketidaksejajaran poros ini ada berbagai macam,

yaitu:

1. Vertical/horizontal angular misalignment:

Yaitu karena adanya perbedaan sudut dari dua poros.

2. Vertikal/horizontal offset misalignment :

Yaitu karena adanya perbedaan alur pada dua poros (kedua poros tidak

sejajar).

Gambar 2.7

Page 12: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

TUGAS PENDAHULUAN

1. Apakah gunanya pendeteksian vibrasi pada ratating mesin di mesin dan bagaimana caranya ketika dikerjakan dilapangan?

2. Apakah yang dimaksud dengan :

a. Simpangan spasial

b. Simpangan kecepatan

c. Simpangan percepatan

3. Tuliskan persamaan vibrasi dan jelaskan masing-masing simbolnya?

4. Jika kita fungsi simpangan kontinu sebagai fungsi waktu yang periodic, bagaimanakah cara menguraikan deret Forier?

BAB III

METODA PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan

1. Motor

Page 13: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

2. Pulley berfungsi untuk mengubah kecepatan sudut rotasi

3. Roda gigi

4. Poros transmisi daya berputar akibat putaran turbin

5. Piringan

6. Bearing berfungsi sebagai bantalan, sehingga dapat memperhalus putaran,

memperkecil gesekan dan mengurangi keausan

7. Tempat mounting sebagai tempat pemasangan alat

8. Accelaratometer untuk mengukur kecepatan dan percapatan vibrasi

9. Tachometer untuk mengukur banyaknya putaran mesin

3.2 Prosedur Percobaan

Tahap 1: mesin dalam kondisi normal.

1. Pastikan peralatan terpasang dengan keadaan normal.

2. Set motor pada frekuensi rendah.

3. Pasang accelaratometer ditempat-tempat yang diinginkan.

4. Hidupkan mesin dimulai dengan frekuensi terendah.

5. Ukur rotasi mesin denagn tachometer

6. Amati sinyal yang keluar dari acceleratometer

7. Matikan mesin

8. Ulangi prosedur 1 sampai 7 untuk frekuensi yang lebih tinggi.

Tahap 2: mesin dalam kondisi tidak seimbang

1. Pasang beban pada piringan agar ketika piringan berputar, terjadi ketidak

seimbangan

2. Set motor pada frekuensi rendah.

3. Pasang accelaratometer ditempat-tempat yang diinginkan.

4. Hidupkan mesin dimulai dengan frekuensi terendah.

5. Ukur rotasi mesin denagn tachometer

6. Amati sinyal yang keluar dari acceleratometer

7. Matikan mesin

Page 14: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

8. Ulangi prosedur 1 sampai 7 untuk frekuensi yang lebih tinggi.

Tahap 3: mesin dalam kondisi poros tidak segaris

1. Kondisikan poros dalam keadaan tidak segaris

2. Set motor pada frekuensi rendah.

3. Pasang accelaratometer ditempat-tempat yang diinginkan.

4. Hidupkan mesin dimulai dengan frekuensi terendah.

5. Ukur rotasi mesin denagn tachometer

6. Amati sinyal yang keluar dari acceleratometer

7. Matikan mesin

8. Ulangi prosedur 1 sampai 7 untuk frekuensi yang lebih tinggi.

Tahap 4: kondisi piringan tidak seimbang dan poros tidak segaris

1. Kondisikan poros dalam keadaan tidak segaris

2. Pasang beban pada piringan agar ketika piringan berputar, terjadi ketidak

seimbangan

3. Set motor pada frekuensi rendah.

4. Pasang accelaratometer ditempat-tempat yang diinginkan.

5. Hidupkan mesin dimulai dengan frekuensi terendah.

6. Ukur rotasi mesin denagn tachometer

7. Amati sinyal yang keluar dari acceleratometer

8. Matikan mesin

Ulangi prosedur 1 sampai 7 untuk frekuensi yang lebih tinggi.

Page 15: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)

ABSTRAK

Fisika vibrasi merupakan suatu metode DT (Destruktif Test) yang

digunakan untuk menganalisa kondisi dari mesin. 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.

Adanya unbalance (ketidakseimbangan) putaran akan menimbulkan getaran

dengan level tinggi pada frekuensi yang sama dengan rpm poros itu sendiri. Pada

praktikum ini dilakukan analisa pada rotating machine dengan beberapa perlakuan

sepert diberi pembebanan pada lubang keping atas dan bawah. Data diperoleh

dengan cara mengukur vibrasi baik simpangan, kecepatan maupun akselerasi yang

diukur dengan alat accelerator. Kemudian dilakukan pengolahan data berupa

grafik matlab dan grafik excel lalu dibandingkan dengan standar, apakah berada

pada keadaan aman, sedang, atau bahaya.

Kata kunci : rotating machine, fisika vibrasi, unbalance

Page 16: Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)