Penyebab Terjadinya Vibrasi

Vibrasi atau getaran didefinisikan oleh Kamus Webster’s New World sebagai “ayunan yang terjadi secara terus menerus; berosilasi”. Sedangkan bagi para enjiner yang berkecipung di bidang industri, mendefinisakan vibrasi sebagai gerakan bolak-balik yang terdapat pada bagian sebuah mesin dari tempat awal kedudukannya, dan dapat diformulasikan sebagai berikut :

Dari persamaan di atas menunjukkan bahwa amplitudo getaran bervariasi sesuai dengan hasil bagi antara dynamic force dengan dynamic resistance. Vibrasi adalah respon dari sebuah sistem menuju ke beberapa stimulus external maupun internal atau gaya yang diaplikasikan ke sebuah sistem. Vibrasi memiliki tiga parameter utama yang dapat diukur yaitu amplitudo, frekuensi, dan fase.

Frekuensi adalah banyaknya getaran yang teradi dalam 1 detik.

Amplitudo adalah jarak titik tertinggi dari titik kesetimbangan.

Fase (Panjang gelombang) adalah jarak ditempati oleh satu gelombang sempurna pada gelombang transversal.

Dalam melakukan pengukuran vibrasi pada sebuah mesin, maka digunakan sebuah sensor yang diletakkan pada rumahan bearing. Sensor tersebut akan mendeteksi vibrasi yang kemudian ditampilkan pada analayzer dalam bentuk sinyal. Gambar di bawah menunjukkan rumahan bearing sebuah mesin yang dimodelkan dengan sebuah massa digantung pada sebuah coil spring.

Massa tersebut akan tetap tergantung pada posisi yang netral sampai dipengaruhi oleh sebuah gaya. Ketika sebuah gaya mempengaruhhi massa (sebagai contoh pada kasus ini adalah vektor gaya ke arah atas) seperti pada gambar di bawah, maka massa akan bergerak ke atas dan pegas akan memberikan gaya untuk memampatkan massa tersebut.

Ketika massa telah mencapai batasan atas maka gaya akan dihilangkan sehingga massa akan begerak ke bawah (jatuh) melewati posisi normal dengan batasan yang lebih rendah (batas bawah), seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah berikut.

Selanjutnya ketika massa telah mencapai batas bawah, maka massa akan behenti dan bergerak kembali lagi menuju batas atas dengan melewati posisi netral, begitu seterusnya selama ada gaya yang mempengaruhi pergerakan massa tersebut.

Apabila sebuah ballpoint diletakkan pada massa yang melakukan gerakan bolak-baik seperti pada penjelasan di atas dan selembar kertas dijadikan sebagai strip chart recorder, maka akan tergambar gelombag sinusoidal yang merupakan efek dari gaya yang mempengaruhi massa tersebut.

Vibrasi adalah gerakan bolak-balik dari sebuah benda yang diakibatkan oleh gaya tertentu. Setiap benda pasti mempunyai vibrasi namun perlu ditentukan seberapa besar vibrasi yang bisa ditoleransi dan yang tidak.

Penyebab terjadinya Vibrasi

Vibrasi atau getaran yang ditimbulkan oleh peralatan yang berputar semisal motor, pompa, fan dan sejenisnya akan memberikan petunjuk tentang kondisi dari peralatan tersebut, apakah berada dalam kondisi yang baik ataukah sebaliknya. Sehingga dengan adanya fenomena ini melalui peralatan yang disebut dengan vibrometer maka akan dapat diketahui detail penyebab terjadinya anomali getaran, tentunya setelah dilakukan analisa gelombang pada data yang telah ditangkap oleh vibrometer. Secara umum penyebab terjadinya anomali getaran pada sebuah peralatan yang berputar adalah sebagai berikut :

Unbalance atau imbalance

Unbalance adalah terjadinya pergeseran titik pusat massa dari titik pusat putarnya sehingga akan menimbulkan getaran yang tinggi. Besarnya amplitudo getaran sebanding dengan besarnya putaran (merupakan kuadrat dari putaranya).

Misalignment

Vibrasi yang disebabkan oleh penyambungan poros yang tidak simetris dan besarannya tergantung dari ketidaksimetrisan penyambunganya, semakin tidak simteris penyambungan poros pada sebuah peralatan maka menyebabkan vibrasi akan semakin tinggi. Gejala vibrasi yang diakibatkan oleh misalignment hampir sama dengan gejala unbalance akan tetapi dengan menggunakan vibrimeter yang memadai akan lebih mudah membedakan antara unbalance dan misalignment yaitu dari analisa sudut fasanya. Terdapat beberapa jenis misalignment seperti misalignment pada sambungan kopling, sabuk, rantai, roda gigi dan lain-lain

Variasi beban

Beban besar (overload) pada mesin dapat menyebabkan vibrasi yang tinggi. Untuk melakukan analisa dari fenomena ini maka karakstristik pengoperasian mesin harus difahami, sehingga dalam mengukur getaran dasar (baseline vibration) sangat penting untuk memperhatikan variasi getaran terhadap beban, tekanan dan temperatur.

Clearance

Kelonggaran clearance (over clearance) mempunyai karakter penampilan vibrasi yang khusus yaitu ketika dilakukan analisa spectrum akan muncul pada 1 x rpm serta harmonic yang tinggi.

Resonansi

Instalasi suatu mesin biasanya terdiri dari rangka, pipa, duct, dan sebagainya, dimana komponen-komponen tersebut mempunyai frekuensi diri (natural frequency), yang didesain besarnya tidak boleh ada yang sama dengan putaran mesin. Jika salah satu atau beberapa komponen yang ada pada mesin itu mempunyai frekuensi diri yang sama besar dengan putaran mesin, maka vibrasi akan menjadi tinggi atau disebut dengan resonansi.

Mechanical looseness

Disebabkan oleh kerenggangan pada suatu mesin yang terjadi karena adanya kerenggangan baut, kerenggangan bearing, keretakan di pondasi, kerenggangan antara rotor dengan poros, dan sebagainya. Pada motor listrik dan generator, kerenggangan dapat terjadi pada rotor bar atau gulungan rotor maupun stator.

Kerusakan pada gigi

Masalah pada roda gigi adalah masalah yang sangat komplek, oleh karena itu untuk menganalisa permasalahn roda gigi diperlukan pengetahuan dan pengalaman yang memadai. Namun biasanya kerusakan gigi dapat disebabkan oleh keausan, sentuhan antar gigi tidak smooth, bentuk gigi yang tidak sesuai, pelumasan yang tidak baik dan eksentrisitas.

Kerusakan pada bearing

Ada dua jenis bearing yang memungkinkan terjadinya kerusakan yaitu anti friction bearing dan sleeve bearing. Keduanya mempunyai karakter vibrasi yang berbeda, dan juga kerusakan yang ditimbulkannya berlainan. Yang termasuk anti friction bearing ialah ball bearing dan roll bearing, sedangkan sleeve bearing adalah journal bearing.

Masalah pada kelistrikan

Vibrasi karena masalah listrik pada mesin-mesin rotasi hanya terjadi pada generator dan motor listrik. Masalah ini biasanya disebabkan oleh ketidakmerataan gaya medan magnet yang bekerja pada rotor atau stator. Hal ini bisa disebabkan karena hubung singkat pada gulungan, kerusakan pada rotor, sumbu rotor dan stator tidak segaris, stator atau rotor tidak bundar benar dan sebagainya.

Gaya Aerodinamis dan Hidrolik

Vibrasi yang disebabkan oleh gaya aerodinamis pada mesin-mesin rotasi sering terjadi pada fan atau blower. Hal ini umumnya dikarenakan adanya turbulensi fluida (udara/gas) yang berlebihan akibat dari pukulan blade dengan fluida tersebut. Sedangkan vibrasi yang disebabkan oleh gaya hidrolik terjadi pada aliran fluida cair seperti pada peralatan pompa, pipa, katup dan sebagainya. Sama seperti pada vibrasi Aerodinamik, vibrasi jenis ini dapat menjadi serius apabila disertai adanya reonansi pada peralatan yang dilalui fluida atau kesalahan desain.

Oil whirl dan oil whip

Vibrasi ini terjadi pada journal bearing yaitu pada mesin-mesin dengan sistem pelumasan minyak bertekanan, serta mesin putaran tinggi (di atas putaran kritis pertama).

Gesekan (rubbing)

Gesekan antara bagian yang berputar dengan bagian yang tetap disebut rubbing. Gesekan ini bisa terjadi secara terputus-putus (intermitent) atau secara terus menerus (continue) selama berputar.

Penambahan (beat)

Vibrasi ini terjadi karena adanya gaya-gaya vibrasi yang saling terakumulasi dan saling mengurangi secara berulang, baik dari dua buah atau beberapa mesin yang berdekatan di atas satu rangka pondasi yang sama. Kejadian ini biasanya terjadi jika putaran dari mesin-mesin tersebut tidak sama, seperti halnya terdapat dua buah pompa di atas satu rangka pondasi mempunyai putaran 3.000 rpm dan 2.500 rpm, berdasarkan fenomena ini maka vibrasi masing-masing pompa akan saling berinteraksi satu sama lain dan akan menyebabkan anomali pada vibrasi.

Contoh Identifikasi Vibrasi pada Gas Turbine

Vibration Measurment

Getaran mesin (Mechanical Vibration) diartikan   sebagai   gerakan bolak -balik   dari komponen  mekanik  dari  suatu  mesin  sebagai reaksi  dari  adanya  gaya  dalam (gaya  yang dihasilkan  oleh  mesin  tersebut)  maupun  gaya luar  (gaya  yang  berasal  dari  luar  atau  sekitar mesin). Kasus  yang  dominan  dalam  getaran permesinan adalah yang disebabkan oleh gaya eksitasi getaran yang berasal dari mesin tersebut.

Contoh sensor vibrasi yang biasa digunakan adalah Velocity Sensor 5485C, dengan menggunakan kumparan suspensi tanpa gesekan, sensor ini memberikan hasil pengukuran vibrasi yang akurat dan dapat diulang-ulang hingga rentang amplitudo dan frekuensi yang luas. Sensor-sensor itu dibuat untuk bekerja terus menerus pada suhu yang tinggi.

Sensor velocity 5485C (375^oC) high temperature

Sensor vibrasi yang digunakan sebanyak 8 buah yang dipasang di bearing sepanjang GTG.

SPEEDTRONICTM Mark V adalah suatu sistem yang dapat digunakan mengontrol dan proteksi Gas Turbin Generator dan telah dikembangkan oleh General Electric (GE) dengan menggunakan software dan hardware yang modern.  System akan melakukan tidakan secara otomatis jika pembacaan sensor vibrasi melebihi setpoint yang telah ditentukan.

Vibration Protection

Proteksi sistem vibrasi adalah suatu system yang berfungsi untuk melindungi engine dari kerusakan fatal dikarenakan terindikasi kerusakan pada komponen yang mengakibatkan terjadinya vibrasi yang tinggi.

Pendeteksian kerusakan sensor vibrasi

Untuk mendeteksi kerusakan ataupun kesalahan pembacaan sensor vibrasi dapat dilakukan beberapa langkah sebagai berikut:

1.    Dengan menggunakan ohmeter, kabel transducer dicek untuk mengetahui bahwa transducer terhubung dengan panel SPEEDTRONICTM Mark V dan hanya terhubung ke panel yang bersesuaian dan tidak terhubung dengan yang lain

2.    Menghubung singkatkan dua input terminal dari sebuah saismic vibration transducer di terminal card, TBQB. kemudian dicek bahwa pada layar tampil pesan peringatan berupa "Vibration Transducer Fault"

3.    Jumper dilepas, reset dan cek bahwa peringatannya sudah tidak tampil kembali.

4.    Salah satu dari ujung vibration transducer tersebut diputuskan (hubung terbuka) dan dicek bahwa pada layar tampil pesan peringatan berupa "Vibration Transducer Fault"

5.    Pasang kembali konektor kemudian reset alarm.

6.    Ulangi langkah 1 hingga 5 untuk sensor vibrasi yang lain.

Pada umumnya turbin dilakukan perawatan secara periodik untuk pemeliharaan berdasarkan jam operasi.  Setelah turbin  yang bersangkutan menjalani jangka waktu operasi tertentu harus dilakukan perbaikan bahkan sampai adanya pergantian pada komponen-komponen turbin. Maintenance ini juga memiliki kelebihan untuk meningkatkan kehandalan dan keamanan.

Time based maintenance akan ditunjang oleh condition base maintenance (berdasarkan pemeliharaan kondisi) atau condition monitoring dengan cara memonitor kondisi turbin secara terus menerus dan melakukan pengamatan. Serta perbaikan apabila semua itu dibutuhkan. Tiga jenis pemeliharaan periodik yang diberlakukan pada turbin, khususnya pada turbin uap:

• Simple Inspection (SI)
  Periodik check Vibrasi Turbin (Turbine Vibration) dilakukan setiap satu tahun operasi (±8000 jam operasi)
• Mean Inspection (ME)
  Periodik check Vibrasi Turbin (Turbine Vibration) dilakukan setiap dua tahun operasi (±16000 jam operasi)
• Serious Inspection (SE)
  Periodik check Vibrasi Turbin (Turbine Vibration) atau overhoul dilakukan setiap empat tahun operasi (±32000 jam operasi)