BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
PEDAHULUAN
Pada Bab II ini akan menjelaskan teori tentang vibrasi, beberapa parameter yang berkaitan
dengan karakteristik getaran menurut illustrated vibration diagnostic chart (technical
associates of charlotte) dan penjelasan mengenai pompa sentrifugal & motor AC.
2.2
PENGERTIAN VIBRASI
Terjadinya getaran pada mesin/alat menunjukan ada sesuatu yang tidak balance pada alat
tersebut. Getaran bisa terjadi baik pada mesin yang memiliki getaran putar maupun yang
memiliki gerakan lurus. Pada gerak putar getaran terjadi karena distribusi gaya sentrifugal
yang tidak merata, sedangkan pada gerakan lurus umumnya disebabkan oleh adanya
gerakan bolak balik.
Gambar 2.1 Getaran yang Mendapat Gaya yang Bersifat Siklus
Sumber: Learning engineering, 2012
http://digilib.mercubuana.ac.id/
6
Getaran hanya terjadi bila terdapat gaya yang bersifat siklus (berulang). Getaran tidak
diharapkan terjadi pada mesin/alat karena banyak akibat yang merugikan bisa terjadi.
Getaran bisa mengakibatkan kelelahan material komponen mesin, mengendorkan alat
pengikat (mur, baut, dan sebagainya), bahkan mempengaruhi kualitas produk yang
dihasilkan oleh mesin/alat.
Vibrasi (getaran) merupakan gerak bolak-balik (oscillation) suatu objek disekitar
titik keseimbangan (lihat gambar 2.2).
Gambar 2.2 Gerak Bolak-Balik
Sumber: Learning engineering, 2012
Disitu terlihat suatu masa tertentu dihubungkan dengan pegas dan damping
(peredam). Pada masa tersebut dipasang piranti penulis yang bersentuhan dengan kertas
diagram.kertas diagram digerakan kearah kanan dengan kecepatan rendah dan tetap.
Apabila masa ditahan dengan satu posisi untuk kemudian dilepas, masa akan
bergerak bolak-balik keatas dan kebawah disekitar posisi awalnya (posisi keseimbangan).
Pengerakan masa pada posisi seimbang satu kali keatas dan satu kali kebawah disebut satu
siklus (cycles) getaran. Waktu yang diperlukan untuk melakukan gerakan satu siklus
disebut satu priode getaran.sedangkan jumlah getaran yang dilakukan dalam satu waktu
tertentu, misalnya dalam satu menit disebut frekuensi getaran. Nilai frekuensi biasanya
dinyatakan dalam siklus permenit (cycles per menute = cpm) atau siklus perdetik (cycles
http://digilib.mercubuana.ac.id/
7
per second = cps), dan untuk menghormati ilmuwan Jerman bernama Hertz maka satuan
siklus perdetik disebut 1 hertz (Hz).
KARAKTERISTIK GETARAN
2.3
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.

Spike energy (Vibration enveloping).
Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari karakteristik suatu
getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi waktu.
Gambar 2.3 Karakteristik Gerakan Terhadap Fungsi Waktu
Sumber: Mobius institute, 2005
http://digilib.mercubuana.ac.id/
8
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).
2.3.1 Frekunsi 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.
Gambar 2.4 Siklus Getaran Dalam Frekuensi
Sumber: Mobius Institute, 2005
Frekuensi dari getaran tersebut biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus getaran
yang terjadi tiap menit (CPM = Cycle Per Minute). Sebagai contoh sebuah mesin bergetar
60 kali (siklus dalam 1 menit maka frekuensi getaran mesin tersebut adalah 60 CPM.
Frekuensi bisa juga dinyatakan dalam Cycles Per Second (CPS) atau Hertz dan putaran
dinyatakan dalam Revolution Per Minute (RPM).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
9
2.3.2 Perpindahan Getaran (Vibration Displacement)
Jarak yang ditempuh dari suatu puncak ke puncak yang lain disebut perpindahan dari
puncak ke puncak (peak to peak displacement). Perpindahan tersebut pada umumnya
dinyatakan dalam satuan micron (μm) atau mils.
Gambar 2.5 Perpindahan dari Objek yang Bergetar
Sumber: Mobius institute, 2005
Satuan yang digunakan adalah mils untuk sistem satuan imperial atau microns untuk
sistem satuan metric.
1 mils = 0.001 inch
1 micron (μm) = 0.001 mm
2.3.3 Kecepatan Getaran (Vibration Velocity)
Sebagian besar kegagalan mesin yang disebabkan oleh masalah getaran gangguan
kelelahan. Dan, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kegagalan kelelahan ditentukan
oleh seberapa jauh suatu objek dibelokkan (perpindahan) dan tingkat di mana objek
tersebut dibelokkan (frekuensi). Tentu saja, perpindahan hanyalah sebuah ukuran dari
jarak yang ditempuh dan frekuensi adalah ukuran dari jumlah kali "perjalanan" diambil
dalam periode waktu tertentu seperti satu menit atau detik. Jika diketahui seberapa jauh
seseorang harus melakukan perjalanan dalam periode waktu tertentu, itu adalah masalah
sederhana untuk menghitung kecepatan atau kecepatan yang diperlukan. Dengan
demikian, ukuran kecepatan getaran adalah ukuran langsung dari kelelahan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
10
Kesimpulan:
Fatigue = Displacement x Frekuensi
Velocity = Displacement x Frekuensi
Demikian: Velocity = Fatigue
Kecepatan getaran adalah pengukuran kecepatan di mana mesin atau mesin
komponen bergerak karena mengalami gerak osilasi. Gambar 2.6 menunjukkan waktu
gelombang dari sistem pegas-massa bergetar dari angka 2-1. Sejak berat bergerak, harus
bergerak pada beberapa kecepatan yang ditentukan oleh displacement dan frekuensi.
Namun, kecepatan berat terus berubah. Pada batas atas dan bawah dari perjalanan,
kecepatan adalah nol (0), karena berat harus berhenti sebelum dapat pergi ke arah yang
berlawanan. kecepatan adalah yang terbesar atau pada puncaknya sebagai objek melewati
posisi netral. Velocity jelas merupakan suatu karakteristik dari getaran, tetapi karena terus
berubah sepanjang siklus, tertinggi atau "puncak" kecepatan yang dipilih untuk
pengukuran.
kecepatan getaran dinyatakan dalam puncak inci-per-detik untuk unit bahasa
Inggris. Di unit Metrik, kecepatan getaran dinyatakan dalam puncak milimeter per detik.
Gamar 2.6 Kecepatan Benda Bergetar
Sumber: Mobius Institute, 2005
http://digilib.mercubuana.ac.id/
11
Fakta bahwa kecepatan getaran merupakan indikator langsung kelelahan dan getaran
keparahan jelas ditunjukkan oleh General Machinery Severity Chart, (lampiran A dan B).
Perhatikan bahwa garis diagonal yang memisahkan berbagai daerah keparahan adalah
nilai-nilai kecepatan konstan. Misalnya, garis membagi wilayah "kasar" dan "sangat
kasar" memiliki nilai kecepatan 0,628 in / sec-peak (16 mm / detik-pk). Dengan demikian,
mesin yang memiliki kecepatan getaran diukur lebih dari 0,628 in / sec-peak (16 mm /
detik-pk), akan dianggap "sangat kasar", terlepas dari frekuensi getaran.
Manfaat dan keuntungan dari pengukuran kecepatan getaran bukannya getaran
perpindahan meliputi:

kecepatan Getaran merupakan indikator langsung dari kelelahan karena
memperhitungkan baik perpindahan dan frekuensi.

Hal ini tidak perlu untuk mengetahui frekuensi getaran untuk mengevaluasi
keparahan kecepatan getaran karena frekuensi sudah menjadi bagian dari
kecepatan.

Sebuah pengukuran kecepatan getaran keseluruhan adalah indikator yang valid
dari kondisi keseluruhan mesin apakah getaran sederhana (satu frekuensi) atau
kompleks (lebih dari satu frekuensi).
Karena alasan yang tercantum di atas, kecepatan getaran telah menjadi standar
industri untuk mengevaluasi kondisi mesin berdasarkan getaran.
Meskipun nilai-nilai kecepatan ditugaskan ke garis diagonal memisahkan zona
keparahan pada General Machinery Severity Chart, memberikan pedoman yang wajar
untuk mengevaluasi kecepatan getaran pengukuran, memberikan panduan yang lebih baik
karena mereka memperhitungkan jenis mesin pertimbangan spesifik, jenis mounting, dan
bagaimana mesin digerakkan (langsung digabungkan, sabuk didorong dan gigi didorong).
Tabel ini dikembangkan oleh Technical Associates Of Charlotte, Inc. (2), dan mewakili
hampir dua dekade pengalaman dengan ribuan mesin.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
12
Grafik ini tidak dimaksudkan untuk digunakan untuk menetapkan kriteria penerimaan
getaran untuk mesin dibangun kembali atau baru diinstal. Mereka yang akan digunakan
untuk mengevaluasi kondisi "keseluruhan" dari mesin yang sudah diinstal umum atau dan
beroperasi. Bagi mereka menyiapkan program pemeliharaan prediktif, kurang
pengalaman atau sejarah data, tabel ini akan berfungsi sebagai panduan yang sangat baik
untuk memulai.
2.3.4 Percepatan Getaran (Acceleration)
Gambar 2.6 menunjukkan bahwa kecepatan atau kecepatan dari objek bergetar terus
berubah. Pada batas ekstrim perjalanan kecepatan adalah nol (0) karena objek harus
berhenti sebentar untuk mengubah arah. Tentu saja, setiap kali objek datang untuk
berhenti di batas perjalanan, ia harus "mempercepat" untuk menambah kecepatan karena
perjalanan menuju batas ekstrim lain dari perjalanan. Getaran percepatan adalah
karakteristik penting dari getaran yang dapat digunakan untuk mengekspresikan
amplitudo atau besarnya getaran. Secara teknis, percepatan hanyalah laju perubahan
kecepatan.
Mengacu plot waktu gelombang dari sistem pegas-massa bergetar pada Gambar
2.7, percepatan berat maksimum atau nilai puncaknya di batas atas dari perjalanan di
mana kecepatan adalah nol (0). Sebagai kecepatan lipatan berat dilaju perubahan
kecepatan atau percepatan menurun. Pada posisi netral, berat badan telah mencapai
kecepatan maksimum atau puncaknya dan pada titik ini, percepatan adalah nol (0).
Setelah berat melewati posisi netral, itu harus mulai memperlambat atau "mengurangi
kecepatan" karena mendekati batas bawah dari perjalanan. Pada batas bawah dari
perjalanan laju perubahan kecepatan (akselerasi), sekali lagi, pada nilai puncaknya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
13
Gambar 2.7 Percepatan Benda Bergetar
Sumber: Mobius institute, 2005
Seperti kecepatan, karena nilai percepatan getaran terus berubah, yang tertinggi atau
puncak percepatan dipilih untuk pengukuran.
Karena percepatan getaran secara teknis laju perubahan kecepatan getaran
(in/sec-peak atau mm/sec-peak), maka bahwa unit percepatan getaran dapat dinyatakan
dalam in/sec/sec-peak atau mm/sec/sec-peak. Ini juga dapat ditulis sebagai:
in/sec/sec = in/sec2 atau mm/sec/sec = mm/sec2
Namun, dengan kesepakatan internasional, tingkat percepatan mesin getaran
yang dinyatakan dalam satuan "G", di mana satu (1) "G" adalah percepatan yang
dihasilkan oleh gaya gravitasi bumi di permukaan laut. Dengan perjanjian internasional,
nilai-nilai 980,665 cm/sec/sec, 386,087 in/sec/sec dan 32,1739 feet/sec/sec telah
ditetapkan sebagai nilai-nilai percepatan standar karena gravitasi bumi di permukaan laut.
Dengan demikian, percepatan getaran diukur dari puncak 1-G akan kira-kira 386
in/sec/sec (980 cm/sec/sec).
Perlu diingat bahwa gaya gravitasi bumi (G) tak ada hubungannya dengan
amplitudo getaran mesin ini. Sebuah mesin dengan masalah nasional mekanis dan / atau
http://digilib.mercubuana.ac.id/
14
operational akan bergetar terlepas dari mana itu terletak-on Earth atau di luar angkasa
gravitasi-bebas. praktek diterima mengungkapkan getaran percepatan amplitudo di G
adalah hanya salah satu kenyamanan dan kebiasaan.
Seperti dengan amplitudo getaran dinyatakan dalam perpindahan dan
kecepatan, beberapa panduan yang diperlukan untuk mengevaluasi amplitudo getaran
diukur dalam timbangkan akselerograf G. Grafik pada lampiran 6 telah dikembangkan
setelah bertahun-tahun experience pada semua jenis mesin industri. Perlu dicatat bahwa
menilai atau mengevaluasi getaran percepatan (G) pengukuran mirip dengan
mengevaluasi pengukuran getaran perpindahan diperlukan untuk mengetahui frekuensi
tertentu dari getaran. Misalnya, dari grafik pada lampiran 6, percepatan getaran 1,0 G
yang terjadi pada frekuensi 18.000 CPM (300 Hz) akan jatuh di kisaran agak kasar,
sedangkan getaran 1,0 G pada frekuensi 600.000 CPM ( 10.000 Hz) akan jatuh antara
daerah baik dan sangat baik dari grafik.
Hal ini juga harus dicatat bahwa percepatan getaran keparahan grafik pada
lampiran 6 hanya mencakup frekuensi getaran yang tinggi-di atas 18.000 CPM.
2.3.5 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.
Dapat dilihat pada grafik di bawah ini dua gelombang yang mempunyai amplitudo
dan frekuensi yang sama tetapi mempunyai perbedaan posisi/timing yang berbeda relatif
satu sama lain.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15
Gambar 2.8 Grafik Amplitudo dan Frekuensi
Sumber: Mobius institute, 2005
Dapat dilihat pada grafik di bawah ini, gelombang hitam mencapai puncaknya
180° setelah gelombang biru. Oleh kaaena itu dikatakan 180° out of phase.
Gambar 2.9 Grafik Out Of Phase 180o
Sumber: Mobius institute, 2005
2.3.6 Spike Energy (Enveloping)
Karakteristik lain dari getaran yang agak khusus adalah pengukuran spike energy.
Besaran dari spike energy 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:

Permukaan yang cacat dari element rolling bearing atau gear.

Rubs, impacts, dan terjadi kontak antara logam dengan logam di dalam mesin
yang berputar.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
16

Aliran steam dengan tekanan tinggi atau kebocoran udara

Kavitasi akibat aliran yang turbulen dalam fluida.
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 energy dinyatakan dalam satuan gSE.
2.4
SATUAN PENGUKURAN SINYAL GETARAN
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.
Gambar 2.10 Amplitudo dalam Grafik Time Waveform
Sumber: Mobius institute, 2005
http://digilib.mercubuana.ac.id/
17
Harga Root Means Square (RMS) 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 .2.1 Konversi Faktor
No.
Conversion Factor
Peak to Peak
Peak
RMS
Average
1
Peak to Peak
1
0.5
0.354
0.318
2
Peak
2
1
0.707
0.637
3
RMS
2.83
1.414
1
0.90
4
Average
3.14
1.571
1.111
1
Tabel 2.2 Satuan Vibrasi
No.
Vibrasi
USA
SI
1
Simpangan (Displacement)
Peak to Peak (mils)
Peak to Peak (micron)
2
Kecepatan (Velocity)
Peak (IPS)
RMS (mm/s)
3
Percepatan (Acceleration)
Peak (g)
RMS (mm/s2)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
18
2.5
TRANSDUCER GETARAN
Mengukur suatu getaran mesin dibutuhkan suatu transducer getaran yang berfungsi untuk
mengolah sinyal getaran menjadi sinyal lain, dalam hal ini sinyal listrik. Transduser
getaran yang umum digunakan adalah Velocity pickup, accelerometer dan non-contact
pickup. Masing-masing transducer tersebut mempunyai keuntungan dan kerugian dalam
aplikasinya. Tidak ada satupun transducer yang dapat memberikan semua kebutuhan
pengukuran yang diperlukan, sehingga kita harus memilih transducer yang paling cocok
untuk pekerjaan yang akan dilakukan.
Gambar 2.11 Measurement Limitations
Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002
http://digilib.mercubuana.ac.id/
19
2.5.1 Velocity Pickup Transducer
Gambar 2.12 Skematiks Velocity Pickup
Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002
a) Prinsip kerja
Gambar 2.12 menunjukan skematik dari velocity pickup dan bagian-bagiannya. Sistem
tersebut terdiri dari velocity pickup dan bagian-bagiannya. Sistem tersebut terdiri dari
masa yang dililiti oleh suatu kumparan yang dihubungkan dengan pegas dan damper, dan
suatu magnet permanen yang memberikan medan magnet yang cukup kuat dipasang
mengelilingi kumparan tersebut.
Pinsip kerja dari transduser ini berdasarkan hokum fisika bahwa ‘’Apabila suatu
konduktor digerakan melalui suatu medan magnet, maka akan timbul suatu tegangan
induksi pada konduktor tersebut. Apabila transducer ini dtempatkan pada bagian mesin
yang bergetar, maka transduser inipun akan ikut bergetar, sehingga kumparan yang ada
didalamnya akan bergerak relatif terhadap medan magnet akan menghasilkan tegangan
listrik pada ujung kawat kumparannya. Sinyal listrik yang dihasilkan sebanding dengan
kecepatan getaran mesin tersebut. Dengan mengolah/ mengukur dan menganalisa sinyal
listrik dari transducer, maka getaran mesin dapat diukur / diketahui karakteristiknya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
20
Velocity transducer biasanya lebh umum digunakan untuk pengukuran maupun analisa
vibrasi. Karena transducer ini cukup kuat, mudah dalam pemakaiannya, dan transducer
ini juga mempunyai level output listrik yang relatif tinggi. Serta tidak membutuhkan daya
listrik untuk mengaktifkannya. Seperti transducer lainnya, velocity transducer
mempunyai batas maksimum dan minimum untuk daerah yang dapat diukur, baik itu
amplitude maupun frekwensi getaran. Dapat dilihat di gambar 2.11 untuk daerah
pengukuran velocity.
b) Aplikasi
Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunak velocity transducer untuk
sistem pengukuran getaran adalah:

Dalam pengoperasiannya transducer ini tidak memerlukan daya dan mempunyai
sinyal output yang cukup kuat.

Dapat dipasang langsung pada rumah bantalan.

Dapat dipegang tangan untuk melakukan suatu pengukuran getaran suatu mesin.
Diamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan velocity
transducer, ada juga beberapa kekurangannya antara lain:

Respon frekuensinya terbatas. Biasanya diguunakan hanya pada daerah frekuensi
600 CPM – 120.000 CPM.

Relatif berat dan besar, sehingga membutuhkan ruang yang cukup untuk
memasangnya. Jika dipasang pada rumah bearing yang kecil dalam meredam
vibrasi.

Harus menggunaka koreksi apabila digunakan pada frekuensi dibawah 600 CPM.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
21
2.5.2 Accelerometer Transducer
Gambar 2.13 Skematiks Accelerometer Transducer
Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002
a) Prinsip Kerja
Gambar 2.13 adalah diagram sederhana dari tipe accelerometer dengan sebuah penguat
didalamnya. Apabila transducer ini ditempelkan pada bagian mesin yang bergetar, maka
getaran mekanis tersebut diteruskan melalui case insulator ke bahan piezoelectric,
sehingga bahan tersebut mengalami tekanan sebanding dengan getarannya.
Bahan piezoelectric tersebut mempunyai kemampuan untuk untuk menimbulkan
muatan listrik sebagai respon terhadap gaya mekanis yang bekerja terhadapnya. Getaran
mekanis yang menghasilkan gaya akan mengenai bahan piezoelectric dan bahan tersebut
akan menimbulkan muatan listrik sebagai yang sebanding dengan besarnya percepatan
dari getaran tersebut. Muatan listrik yang ditimbulkan oleh bahan piezoelectric tersebut
sangat kecil jika dibandingkan dengan output velocity transducer. Karena muatan listrik
http://digilib.mercubuana.ac.id/
22
yang ditimbulkan langsung oleh bahan piezoelectric begitu kecil jika dibandingkan
dengan output velocity transducer. Karena muatan listrik yang ditimbulkan langsung oleh
bahan piezoelectric begitu kecil, maka didalam transducer ini dibuat rangkaian penguat
electronic untuk memperkuat muatan listrik yang dihasilkan piezoelectric, tersebut.
Besarnya muatan yang dihasilkan langsung oleh bahan piezoelectric biasanya dalam
picocolumbs per g. Sedangkan besarnya sinyal yang dihasilkan setelah melalui penguat,
mempunyai sensitifitas 50 mV per g.
b) Karakteristik
Transducer accelerometer umumnya mempunyai bentuk yang cukup kecil dan ringan,
serta range temperature dan frekuensi kerjanya cukup lebar. Accelerometer adalah
merupakan sensor yang dapat digunakan sebagai system monitor getaran maupun untuk
analisis getaran.
Transducer ini mempunyai sensitifitas yang tinggi terhadap getaran dengan
frekuensi tinggi. Ukuran accelerometer cukup kecil dan ringan, sehingga accceloremeter
ini sangat cocok digunakan diokasi yang mempunyai ruang yang sangat terbatas.
c) Aplikasi
Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan transducer accelerometer
untuk system pengukuran getaran adalah:

Mempunyai respon yang baik terhadap frekuensi tinggi. Mempunyai range
frekuensi kurang dari 2 Hz sampai lebih dari 20K Hz.

Dengan bentuknya yang kecil dan ringan dapat digunakan pada posisi dengan
ruang yang sangat terbatas.

Dapat diguanakan pada suhu tinggi, yaitu sampai suhu lebih 500 derajat C.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
23
Disamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan accelerometer
transducer, ada juga beberapa kekurangannya antara lain:

Transducer accelerometer membuthkan sinyal penguat external untuk
mendapatkan output yang cukup kuat.

Sensitif terhadap dan sinyal noise dengan frekuensi tinggi.

Tidak cocok untuk pemakaian handhold, kecuali digunakan low pass filter.
2.5.3 Non Contact Pickup (Proximitor)
Gambar 2.14 Skematiks Non Contact Pickup (Proximitor)
Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002
a) Prinsip kerja
Tidak seperti transducer velocity dan accelerometer, transducer non-contact tidak
mempunyai elemen yang dapat menimbulkan suatu tegangan atau muatan listrik sebagai
respon terhadap getaran.
Sebagai ilustrasi pada gambar 2.14, sensor non contact membutuhkan rangkaian
electronik, eksternal untuk membangkitkan suatu sinyal ac dengan frekuensi yang sangat
tinnggi dan sinyal ac ini yng digunakan untuk mendeteksi getaran.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
24
Pada mesin berputar, non contact pickup untuk mengukur getaran poros tanpa menyentuh
poros tersebut. Sinyal ac dengan frekuensi yang sangat tinggi (disebut carrier sinyal)
dikirimkan pada coil. Suatu permukaan logam (dalam hal ini poros) yang dekat dengan
koil akan menyerap energi dari medan magnet tersebut dan akan mengurangi amplitude
sinyal carrier.
Apabila jarak antara poros dengan ujung koil berubah-ubah, maka amplitude
sinyal carrier juga akan berubah-ubah sebanding dengan jarak antara poros dengan
koiltersebut. Transducer non-contact dipasang pada suatu mesin dengan jarak tertentu,
jarak antara ujung transducer dengan poros disebut gap. Gap ini diatur sesuai dengan
karakteristik transducer dan mesin yang akan digunakan. Transducer ini sangat baik
untuk memantau getaran poros pada mesin mesin yang berputar dengan kecepatan tinggi
dan menggunakn sleeve bearing.
b) Aplikasi
Beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan non-contack pickup untuk
system pengukuran getaran adalah:

Dengan menggunakan transducer non-contact dapat dilakukan pengukuran
gerakan poros mesin dari kedua arah radial maupun gerakan pada arah axial.

Dengan menggunakan dua transducer non-contact yang dipasang dengan sudut
90̊, maka dapat dilihat bentuk orbit dari gerakan poros.

Dapat digunakan sebagai ‘’keyphasor’’ untuk pengukuran sudut phase dan
kecepatan mesin.

Respon frekuensi sampai dengan 5K Hz (0 – 300K CPM)

Dapat digunakan untuk cek hot alignment mesin.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
25
Disamping beberapa keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan non-contact
pickup, ada juga beberapa kekurangannya antara lain:

Sangat sensitif terhadap konduktivitas permukaan logam yang dideteksi.
Tidak cocok untuk pemakaian handhold.

Output dari transducer dapat terpengaruh bila ujung probe terkena oleh
kotoran serbuk logam yang terkandung dalam oli.

Transducer tidak dapat menghasilkan sinyal output tanpa bantuan rangkaian
elektronik dan satu daya dari luar.
2.5.4 Teknik Pemilihan Transducer
Seperti yang telah kita ketahui bahwa tidak ada satupun transducer yang cocok digunakan
untuk semua pemakaian, sehingga kita perlu memahami transducer mana yang paling
cocok yang akan kita gunakan untuk keperluan kita.
Ada beberapa hal penting yang perlu dipertimbangkan dalam proses pemilihan
transducer ini. Pemilihan transducer ini adalah langkah yang paling penting dalam proses
mendapatkan data vibrasi yang benar dan akurat. Tiap-tiap mesin mempunyai
karakteristik getaran yang berbeda-beda dan spesifik, sebagai contoh: sebuah gearbox
dengan ball bearing akan mempunyai karakteristik getaran pada frekuensi tinggi, hal
tersebut jarang didapati pada motor yang menggerakan fan dengan kecepatan rendah.
Contoh lain adalah sebuah pompa besar atau kompresor dengan sleeve bearing dimana
kita menginginkan meniliti gerakan poros mesin tersebut (mobiuse institute, 2005).
Dari dua contoh diatas terdapat perbedaan parameter yang harus diukur, sehingga
dibutuhkan transducer yang berbeda untuk mendapatkan informasi yang diinginkan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
26
Jadi pemilihan transducer tergantung pada beberapa hal yaitu:
2.6

Karakteristik mekanik mesin parameter yang akan diukur.

Daerah frekuensi getaran yang akan diukur.

Pertimbangan pemasangan. Kondisi lingkungan dll.
ANALISA SINYAL GETARAN DAN IDENTIFIKASI PENYEBABNYA
Pada mesin yang beroperasi dalam kondisi paling baik sekalipun, pemantauan sinyal
getaran akan memunculkan amplitudo, meskipun berada pada tingkat getaran yang dapat
diterima. Suatu perubahan adalah dampak yang wajar dari adanya perubahan kondisi
operasi, misalnya: perubahan suhu, perubahan beban, keausan, dan fluktuasi dari
lingkungan mesin. Dan pada saat amplitudo berada diatas baseline, maka trend perlu
dicermati oleh teknisi agar tetap secara kontiniu menguji kebutuhan potensial terhadap:

Adanya perubahan kondisi operasi mesin yang sementara

Penjadwalan dini terhadap tindakan perbaikan

Penghentian segera operasi mesin oleh karena adanya kenaikan yang signifikan
dari amplitudo getaran mesin.
Kenaikan amplitudo sinyal getaran terhadap waktu dapat dilihat pada gambar 2.14
sebagai berikut.
Gambar 2.15 Trend Kenaikan Amplitudo Sinyal Getaran Terhadap Waktu
Sumber: Technical of associates of charlotte NC, 2002
http://digilib.mercubuana.ac.id/
27
Ketika tingkat getaran mesin mulai bertambah melampaui tingkat baseline, seperti yang
dapat dilihat pada Gambar 2.15, hal ini menandakan masalah pada mesin mulai timbul,
dan pertambahan pada tingkat getaran seringkali bukan merupakan gejala dari masalah
tersembunyi. Perhatian diberikan pada mesin yang mulai menunjukkan kenaikan pada
tingkat getarannya.
Data baseline yang dimaksud adalah sekumpulan data yang diukur atau
diobservasi pada saat mesin beroperasi dan dapat diterima dan stabil. Hasil pengukuran
dapat dibandingkan dengan nilai baseline untuk mendeteksi adanya perubahan. Data
baseline hendaknya secara akurat mendefinisikan kondisi stabil dari mesin, terutama
kondisi operasi normalnya. Oleh karena itu pada mesin dengan kondisi operasi berbeda,
baseline untuk perbedaan kondisi ini juga berbeda. Untuk mesin baru atau telah
diperbaiki, maka akan ada periode keausan. Sehingga, umumnya akan terlihat perubahan
nilai yang diukur selama beberapa hari atau minggu selama beroperasi. Maka, perlu
diberikan waktu untuk terjadinya keausan sebelum data baseline diambil.
Sedangkan untuk mesin yang telah beroperasi pada periode waktu yang cukup
lama, dan baru pertama kali dipantau, baseline dapat diambil sebagai titik referensi
adanya trend. Untuk mengevaluasi tingkat keparahan (severity) dari sinyal getaran pada
mesin berputar. International Organization for Standardization (ISO) telah menerbitkan
suatu standar untuk mengevaluasi berdasarkan kelas dan tipe dari mesin yang disajikan
pada Tabel 2.3 sebagai berikut:
Tabel 2.3 Kriteria Zona Evaluasi Tingkat Getaran Tipikal (ISO 10816-1)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
28
Pada standar tersebut, parameter yang diukur adalah kecepatan getaran dan dibandingkan
nilai RMS kecepatan berdasarkan klasifikasi daya mesin yaitu:
a) Kelas I (Class I) untuk mesin dengan daya dibawah 15 kW
b) Kelas II (Class II) untuk mesin dengan data diantara 15 – 75 kW
c) Kelas III (Class III), untuk mesin rigid dengan daya diatas 75 kW
d) Kelas IV (Clas IV), untuk mesin fleskibel dengan daya diatas 75 kW
Sedangkan A, B, C, D pada Tabel 2.3 menunjukkan zona kriteria evaluasi yaitu:
a) Zona A, yaitu getaran pada mesin yang baru dipasang dan akan diserah terimakan.
b) Zona B, yaitu getaran pada mesin yang dapat diterima dengan syarat mesin tidak
boleh dioperasikan secara terus-menerus/lama.
c) Zona C, yaitu getara pada mesin yang dianggap tidak memuaskan untuk
pengoperasian terus menerus untuk waktu yang lama. Umumnya mesin
dioperasikan untuk waktu yang terbatas pada kondisi ini. Sampai kesempatan
untuk tindakan perbaikan dilakukan.
d) Zona D, yaitu nilai getaran yang dapat mengakibatkan kerusakan pada mesin.
Untuk mesin-mesin yang didesain dengan jam operasi yang panjang/lama maka
diberikan secara praktis ISO 10816-3 yang memberikan batasan getaran operasional,
yaitu alarms dan trips. Alarms merupakan nilai batas dari getaran yang ditentukan untuk
memberikan peringatan dini bahwa getaran sudah mencapai ataupun ada perubahan yang
signifikan. Apabila batas alarms terjadi, pengoperasian mesin dapat dilanjutkan untuk
sementara waktu sambil dilakukan investigasi untuk mengidentifikasi penyebab
perubahan getaran dan menentukan tindakan perbaikannya. Nilai batas alarm pada
standar adalah 1,25 kali di atas batas zona B.
Trips merupakan batasan getaran mendekati tingkat getaran yang dapat
menyebabkan kerusakan pada mesin. Apabila batasan trip sudah dicapai, maka tindakan
perbaikan harus segera dilaksanakan untuk mengurangi getaran dan mesin dihentikan
pengoperasiannya. Nilai batas trip pada standar adalah 1,25 kali di atas batas zona C.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
29
2.7
SPEKTRUM FREKUENSI
Ide dasar dari transformasi Fourier adalah fungsi suatu sinyal domain waktu dapat
dibangun dari penjumlahan fungsi sinus dengan distribusi berkelanjutan dari frekuensi,
mulai dari nol sampai kepada frekuensi yang diinginkan. Pada sinyal getaran periodic
yang berulang atau pada periode tertentu, deret Fourier dapat diaplikasikan dan jumlah
komponen sinus hanya pada frekuensi diskrit yang merupakan perkalian integer, n = 1,
2, dst. dari frekuensi dasar. Meskipun getaran mesin sering memiliki jumlah komponen
harmonik signifikan yang terbatas, frekuensi tersebut sering pula bukan merupakan
perkalian integer dari frekuensi dasar, dan oleh karena itu transformasi Fourier, dan
bukan deret Fourier, adalah alat yang memadai untuk melacak sinyal getaran mesin dari
domain waktu menjadi domain frekuensi.
Hubungan antara sinyal fungsi waktu, X (t) dan spektrum frekuensi atau transformasi
Fourier, dapat dilihat pada Gambar 2.16. Dengan mentransformasikan sinyal domain
waktu menjadi domain frekuensi, komponen yang mempengaruhi sinyal getaran tersebut
dapat diidentifikasi.
Gambar 2.16 Ilustrasi dari Spektrum Frekuensi Sinyal yang Berosilasi
Sumber: Mobius institute, 2005
http://digilib.mercubuana.ac.id/
30
Analisa spektrum sinyal berbasis waktu digunakan untuk kebutuhan berbagai investigasi,
terutama untuk mendiagnosa dan menyelesaikan masalah getaran seperti dapat dilihat
pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Kegagalan Pada Elemen Mesin Akan Memunculkan Amplitudo Pada
Frekuensi Tertentu
Sumber: Mobius institute, 2005
2.8
PERMASALAHAN UMUM TERJADI DI ANALISA VIBRASI
Frekuensi vibrasi yang biasa muncul dan kemungkinan penyebabnya untuk masingmasing frekuensi indetifikasi vibrasi. Berikut ini akan dibahas mengenai pemasalahan
yang dapat dilihat dari vibrasi:
2.8.1 Ketidakseimbangan (Unbalance)
Kondisi dimana pada suatu piringan yang seimbang terdapat masa tak seimbang yang
terletak diluar sumbu putar. Kondisi dimana pusat masa benda terletak diluar sumbu
putar.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
31
Kerusakan lain yang sering diduga sebagai unbalance adalah misalignment, poros
bengkok atau bantalan yang tidak mapan dan bagian kendor atau kurang kencang sering
ditandai dengan munculnya harmonik 1x Rpm yang dominan.
Gambar 2.18 Karakteristik Untuk Spectrum Unbalance
Sumber: Mobius institute, 2005
2.8.2 Misalignment
Misalinment pada mesin dapat terjadi akibat poros bengkok (bent shaft) dan sumbu poros
pada kopling tidak segaris.
Gambar 2.19 Karakteristik Untuk Spectrum Misalignment
Sumber: Mobius institute, 2005
http://digilib.mercubuana.ac.id/
32
2.8.3 Kelonggaran Mekanik (Mechanical Loseness)
Kelonggaran mekanik dapat terjadi bila tutup bantalan tidak kencang (longgar) ataupun
ikatan mesin kepondasi tidak kokoh.
Gambar 2.20 Karakteristik dari Mechanical Loseness di Spectrum
Sumber: Mobius institute, 2005
2.8.4 Kerusakan Bantalan Gelinding (Bearing Defects)
Cacat pada bantalan gelinding dapat dikelompokan dalam dua kategori yaitu cacat lokal
dan cacat terdistribusi.
Jenis cacat yang termasuk dalam cacat lokal adalah adanya getaran, keausan
ataupun pecah pada lintasan dalam, lintasan luar dan bola. Sinyal yang dibangkitkan
karena cacat lokal ini berupa impuls, yaitu pada saat elemen rotasi bersentuhan dengan
cacat lokal tersebut.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
33
Gambar 2.21 Karakteristik dari Spectrum Bearing Defects
Sumber: Mobius institute, 2005
Gambar 2.22 Elemen Bantalan Gelinding
Sumber: Elemen-mesinblog, 2014
a. Cacat lokal pada lintasan dalam (iner race)
Frekuensi eksitasi impuls akibat adanya cacat lokal pada lintasan dalam bantalan disebut
Ball Pass Frequency Inner Race (BPFI), yang dinyatakan dalam persamaan sebagai
berikut:
BPFI =
(1 +
x cos α ) x
http://digilib.mercubuana.ac.id/
(2.1)
34
Dimana:
Gambar 2.23 Bagian Bantalan
Sumber: Mobius institute, 2005
Nb
= Jumlah bola (Number of balls),
Fr
= Frekuensi putaran kerja pompa (Hz),
Bd
= Diameter bola (Ball diameter) mm,
Pd
= Diameter pitch (pitch diameter) mm,
α
= Sudut kontak (Contact angle) derajat.
b. Cacat lokal pada lintasan luar (outer race)
Frekuensi eksitasi impuls akibat adanya cacat lokal pada lintasan luar bantalan disebut
Ball Pass frequency Outer Race (BPFO), yang dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut:
BPFO =
(1 -
x cos α ) x
(2.2)
c. Cacat lokal pada bola (rolling element)
Bila terdapat cacat pada bola, maka frekuensi impuls yang terjadi disebut Ball Spin
Frequency (BSF). Besarnya data dihitung dengan persamaan berikut:
BSF =
[1–(
)2 (cos α )2 ] x
http://digilib.mercubuana.ac.id/
(2.3)
35
d. Cacat lokal pada pemisah (cage)
Frekuensi akibat adanya cacat pada pemisah (cage) disebut Fundamental Train
Frequency (FTF). Besarnya FTF dapat dihitung dengan persamaan:
FTF = x ( 1 –
x cos α ) x
(2.4)
Fundamental Train Frequency ini sama dengan kecepatan putar cage atau sama
dengan kecepatan sumbu putar bola terhadap sumbu poros.
Jika geometri bantalan tidak diketahui, tetapi jumlah bola dan kecepatan putar
mesin diketaui maka dapat digunakan pendekatan sebagai berikut:
FTF = fr x ( -
.
)
(2.5)
BPFI = fr x (
+ 1.2 )
(2.6)
BPFI = fr x (
- 1.2 )
(2.7)
Apabila pada bantalan gelinding terdapat cacat terdistribusi, maka gaya kontaknya
akan berubah secara periodik. Jenis cacat ang termasuk dalam kategori cacat terdistribusi
ini adalah ketidakbulatan lintasan luar dari lintasan luar dan lintasan dalam,
ketidaksamaan sumbu (misalignment) antara sumbu lintasan luar dan lintasan dalam,
serta ketidaksamaan dimensi.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
36
Berikut modus kersukan bantalan gelinding:
Tahap I
Bantalan masih baik namun mulai muncul ‘micropitting’ terutama di load zone. Tahap
ini dapat dikenali dari emisi akustik pada daerah ultarsonik. Inspeksi fisik pada tahap ini
mungkin tidak akan ditemukan adanya cacat. Sensor spectral emitted energy (SEE) sangat
sesuai untuk mendeteksi tahap ini. Sisa umur bantalan 10% - 20%.
Tahap II
Tahap ini dapat dikenali dengan munculnya harmonik dari frekuensi dasar kerusakan
komponen bantalan. Pada tahap ini laju kerusakan masih linier. Teknik enveloping dan
demodulasi sangat berguna untuk mendeteksi kerusakan pada tahap ini. Sisa umur
bantalan 5% - 10%.
Tahap III
Tahap ini dapat dikenali dengan munculnya frekuensi dasar kerusakan komponen beserta
harmonik-harmoniknya yang sering disertai dengan side-band dari putaran poros. Sisa
umur bantalan 1% - 5% dan bantalan harus segera diganti.
Tahap IV
Pada tahap ini bantalan membutuhkan penggantian segera. Dikenali dengan adanya
‘broad-band noise’ di daerah frekuensi cacat bantala. Juga ditandai dengan munculnya
side band dari harmonik putaran poros di frekuensi harmonik cacat bantalan. Sisa umur
bantalan 1 jam – 1% dan dapat terjadi kerusakan fatal bantalan kapan saja.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
37
2.9
POMPA SENTRIFUGAL
Pompa sentrifugal adalah pompa yang memperbesar energi fluida melalui prinsip gaya
sentrifugal. Pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros
menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekanan,
head kecepatan dan head potensial pada fluida yang mengalir kontiniu. Bentuk dari
pompa sentrifugal ini dapat dilihat pada gambar 2.23 berikut ini:
Gambar 2.24 Komponen Utama Pompa Sentrifugal
Sumber: Alkonusa news pengertian pompa sentrifugal
Aliran fluida masuk ke sudu yang berputar memiliki percepatan, sehingga aliran
fluida tercampak keluar dari sudu-sudu dan berubah menjadi energi tekanan di sudu
penyearah (di rumah spiral pompa) dihubungkan ke katup hisap dan katup buang. Proses
tercampaknya fluida keluar dari sudu-sudu, mengakibatkan bergeraknya fluida di katup
kempa melalui katup hisap dengan arah aliran terus-menerus (tidak terputus-putus).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
38
2.9.1 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana dalam berbagai
jenis pompa. Gambar 2.25 memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini beroperasi:

Cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet
pump oleh tekanan buatan;

Baling-baling impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga
menyebabkan cairan berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan
tinggi.

Impeler dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan
cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi
kinetic menjadi energi tekanan.
Gambar 2.25 Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal
Sumber: Alkonusa news prinsip kerja pompa sentrifugal
http://digilib.mercubuana.ac.id/
39
2.10
MOTOR AC
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara
teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik:
stator dan rotor seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.26. Stator merupakan komponen
listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Gambar 2.26 Komponen Motor AC
Sumber: Elektro unimal konstruksi motor listrik 3 fasa
Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor
AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi
dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus
menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri
karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah
(harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio
daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
http://digilib.mercubuana.ac.id/