Laporan Awal Fisika Vibrasi (2)
-
Upload
muhamad-ridwan-hamdani -
Category
Documents
-
view
43 -
download
0
description
Transcript of 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
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.
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
• 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:
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
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.
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
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
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:
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
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
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
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
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.
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