Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 21 November 2015 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
KAJIAN VIBRASI UNTUK MENDETEKSI KEGAGALAN AWAL PADA MESIN ROTASI DENGAN KASUS MESIN POMPA Arvin Ekoputranto*, Otong Nurhilal, Ahmad Taufik. Prodi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjadjaran Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363 Abstrak. Perawatan mesin sangat penting dilakukan agar menjamin keberlangsungan proses produksi di dalam industri. Untuk mesin berbasis rotasi, perawatan prediktif berbasis analisis vibrasi merupakan salah satu metode yang paling banyak digunakan oleh industri – industri. Salah satu contoh mesin rotasi yang memiliki peran sangat penting dalam proses produksi adalah mesin pompa, sehingga kegiatan memonitor kondisi mesin ini menjadi sangat penting. Untuk menganalisa vibrasi dari mesin pompa dibutuhkan vibration scanner yang terhubung dengan transduser serta program untuk menganalisa data berupa pola vibrasi mesin pompa. Mesin pompa yang dimonitor adalah LP Drain Pump unit 3 yang dimiliki oleh UBP Suralaya, Indonesia Power. Dari hasil monitor mesin, pola vibrasi pada domain waktu yang diplot terhadap ISO 10816-3 menunjukan adanya tingkat vibrasi berbahaya. Kemudian setelah pola vibrasi dalam domain waktu dikonversi kedalam domain frekuensi menggunakan Fast Fourier Transform (FFT) menunjukan adanya jenis kerusakan unbalance dan angular misalignment pada bagian motor penggerak pompa serta jenis kerusakan unbalance dan cavitation pada bagian pompa. Kata kunci : analisis vibrasi, fast fourier transform, unbalance, misalignment, cavitation. Abstract. Engine maintenance is very important in order to ensure the sustainability of production processes in the industry. For rotation-based machines, predictive maintenance based on vibration analysis is one method that is most widely used by industries. One of the rotation machines that have a very important role in the production process is pumping machine, so that monitoring the condition of this machine becomes a very important activity. To analyze the vibration of pump machine takes vibration scanner that connected to transducer and the program that could analyze the data in form of pattern from the engine vibration. Pump machine that monitored is LP Drain Pump unit 3 owned by UPB Suralaya, Indonesia Power. The result from monitoring the vibration pattern in the time domain plotted against ISO 10816-3 shows the presence of dangerous levels of vibration. After the vibration pattern in time domain converted into frequency domain using Fast Fourier Transform (FFT) not only show the type of damage such as unbalance and angular misalignment inside the motor but also the unbalance damage and cavitations inside the pump. Keywords : vibration analysis, fast fourier transform, unbalance, misalignment, cavitation.
1. Pendahuluan Mesin pompa merupakan salah satu mesin yang memiliki peranan vital di industri. Kegagalan dari mesin pompa akan menyebabkan kegagalan sistem produksi yang berujung kepada kerugian yang tidak sedikit.
*
email :
[email protected] FE-28
Kajian Vibrasi untuk Mendeteksi Kegagalan Awal pada Mesin Rotasi dengan.......
FE-29
Vibrasi yang dihasilkan oleh mesin pompa dapat meindikasikan kondisi dari komponen – komponen mesin didalamnya. Saat mesin mengalami gejala kerusakan, maka akan timbul pola vibrasi yang berbeda dari seharusnya. Pola ini kemudian dapat memberikan informasi jenis dan letak kerusakan yang terjadi.[1] Penelitian ini merupakan studi tentang pola kerusakan mesin pompa. Adapun kerusakan yang diamati adalah unbalance, cavitation, dan misalignment. 1.1 Unbalance Ketidakseimbangan (unbalance/imbalance) adalah kondisi dimana terjadi distribusi massa yang tidak seimbang pada komponen yang berotasi. Distribusi massa yang tidak seimbang ini akan mengakibatkan terbentuknya massa lebih di suatu titik (heavy spot) pada komponen. Heavy spot ini akan membentuk gaya sentrifugal pada arah radial yang akan mengakibatkan defleksi pada poros. Pada domain frekuensi sinyal vibrasi yang dihasilkan oleh kerusakan akibat unbalance akan terlihat seperti gambar 1.1 dibawah. [2]
Gambar 1.1 Grafik kerusakan mesin akibat unbalance pada domain frekuensi.[1]
1.2 Misalignment Ketidaksejajaran poros atau misalignment adalah kondisi dimana hubungan poros pada mesin tidak sejajar. Terdapat dua jenis ketidaksejajaran poros yaitu angular misalignment dan parallel misalignment. Angular misalignment adalah ketidaksejajaran poros dimana poros yang satu dengan yang lain akan membentuk sudut tertentu. Sedangkan Parallel misalignment adalah ketidaksejajaran poros dimana sumbu rotasi poros yang satu dengan yang lain tidak sejajar. Grafik pada domain frekuensi akan berbeda antara angular misalignment dan parallel misalignment seperti yang terlihat pada gambar 1.2 dibawah ini:[2]
FE-30
Arvin Ekoputranto, dkk
Gambar 1.2 Pola grafik domain frekuensi pada kejadian angular misalignment (kiri) dan parallel misalignment (kanan).[1]
1.3 Cavitation Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang dipompa akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar dari pada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung akan pecah dan tekanan yang dihasilkan akan menyebabkan shock pada dinding dekatnya.[3] Kavitasi yang terjadi pada mesin ditandai dengan noise seperti kerikil yang menumbuk dinding pompa. Kavitasi memiliki signal pada domain frekuensi berupa amplitudo pada 1x dan 2x frekuensi serta random amplitudo pada frekuensi tinggi seperti yang tampak pada gambar 1.3.
Gambar 1.3 Pola vibrasi kavitasi pada domain frekuensi. [1]
2. Metode Penelitian Metode yang digunakan adalah metode pengukuran onsite dengan menggunakan vibration scanner yang telah menyatu dengan transducer. Hasil dari pengukuran onsite yang berupa grafik pada domain waktu kemudian akan diubah menjadi
Kajian Vibrasi untuk Mendeteksi Kegagalan Awal pada Mesin Rotasi dengan.......
FE-31
domain frekuensi menggunakan FFT sehingga dapat diketahui kondisi dan jenis kerusakan yang terjadi pada mesin. 2.1 Transducer Accelerometer Transducer accelerometer yang digunakan adalah transduser dengan merek VIB 6.142 milik Pruftechnik transduser ini diletakan pada bearing mesin dengan posisi seperti gambar 2.1 berikut:
Gambar 2.1 Posisi Peletakan Transduser
2.2 Standar Vibrasi Vibrasi yang dihasilkan oleh tranduser adalah grafik dalam domain waktu. Dari grafik domain waktu ini, dapat dihitung nilai RMS (root mean square) sebagai besarnya nilai kecenderungan vibrasi mesin. Rumus untuk menghitung RMS mesin adalah: [4] ∑
√
(2.1)
Dengan nilai P adalah nilai sampel vibrasi dan N adalah jumlah sampel vibrasi. Nilai RMS mesin tersebut akan di cocokan kedalam nilai standar vibrasi yaitu ISO 10816-3 yang disajikan dalam gambar 2.2 dibawah ini sehingga diketahui kondisi mesin tersebut.
FE-32
Arvin Ekoputranto, dkk
Gambar 2.2 Standar vibrasi ISO 10816-3[5]
Dari gambar 2.2 dapat dilihat terdapat 4 katagori sesuai dengan zona warna yang berbeda, dimana: Zona A berwarna hijau tua, vibrasi dari mesin sangat baik dan dibawah vibrasi yang diijinkan. Zona B berwarna hijau muda, vibrasi dari mesin baik dan dapat dioperasikan normal karena masih dalam batas yang diizinkan. Zona C berwarna kuning, vibrasi dari mesin dalam batas toleransi dan hanya dapat dioperasikan dalam waktu terbatas. Zona D berwarna merah, vibrasi dari mesin dalam batas berbahaya dan dapat terjadi kerusakan sewaktu-waktu. 2.3 Fast Fourier Transform (FFT) Fast Fourier Transform adalah rumus yang digunakan untuk mentransformasikan grafik pada domain waktu menjadi domain frekuensi. Adapun rumusan dari FFT adalah[6] ( )
∑
( )
( )
∑
( )
( )
(2.2)
Pada matlab penggunaan FFT (Fast Fourier Transform) untuk menkonversikan data sinyal dapat digunakan dengan menuliskan sintaks dalam bentuk variable = FFT (x,N). Namun dikarenakan jumlah sampel yang terlalu banyak dan penelitian yang membutuhkan ketelitian yang tinggi menyebabkan pencuplikan data tidaklah mungkin dilakukan. Sehingga dengan menggunakan rumusan dan algoritma yang sama penelitian ini menggunakan otomatisasi program OMNITREND.
Kajian Vibrasi untuk Mendeteksi Kegagalan Awal pada Mesin Rotasi dengan.......
FE-33
3. Hasil dan Pembahasan Data yang didapat merupakan hasil pengukuran di Indonesia Power UBP Suralaya, dengan objek mesin pompa LP Drain Pump Unit 3 secara on site. Mesin ini bekerja pada 2980 RPM atau 49.67 Hz. Dari hasil pengukuran didapatkan adanya nilai RMS mesin yang berbahaya pada posisi transduser 2 dan posisi 3. Adapun posisi tranduser 2 merupakan bagian motor penggerak pompa sedangkan posisi 3 adalah bagian dari pompa. Berikut ini merupakan data dari nilai velocity RMS (v rms) posisi 2 dan 3 yang diperoleh:
Tabel 3.1 Data v rms objek mesin LP Drain Pump unit 3 Data v rms dari Motor Posisi Pengukuran
:
2V
2H
2A
v rms (mm/s)
:
2,23
6,46
3,63
Data v rms dari Pompa Posisi Pengukuran
:
3V
3H
3A
v rms (mm/s)
:
7,99
8,78
3,75
3.1 Grafik Domain Frekuensi pada motor penggerak pompa pada posisi 2
FE-34
Arvin Ekoputranto, dkk
Gambar 3.1 Grafik domain frekuensi pada posisi 2 motor penggerak pompa (1). bagian 2 V. (2). bagian 2 H. (3). bagian 2 A.
Dari keseluruhan data yang ada didapat bahwa pada posisi 2 vertikal memiliki nilai rms baik, sehingga apapun hasil dari grafik dalam domain frekuensi dapat diabaikan. sedangkan terdapat vibrasi berbahaya pada posisi 2 horizontal dan vibrasi menengah pada posisi 2 aksial. Didapatkan bahwa pada bagian 2 dari objek mesin LP Drain Pump unit 3 yaitu tepatnya bagian motor pompa mengalami jenis kerusakan unbalance yang ditandai oleh adanya puncak amplitudo pada 1x frekuensi pada bagian 2 horizontal dan 2 aksial serta adanya kemungkinan terdapat jenis kerusakan angular misalignment yang ditandai oleh puncak amplitudo di 2x dan 3x frekuensi pada bagian 2 aksial.
Kajian Vibrasi untuk Mendeteksi Kegagalan Awal pada Mesin Rotasi dengan.......
FE-35
3.2 Grafik Domain Frekuensi pada motor penggerak pompa pada posisi 3
Gambar 3.2 Grafik domain frekuensi pada posisi 3 motor penggerak pompa. (1). bagian 3 V. (2). bagian 3 H. (3). bagian 3 A.
FE-36
Arvin Ekoputranto, dkk
Dari keseluruhan data yang ada didapat bahwa pada posisi 3 vertikal dan horizontal memiliki tingkat vibrasi berbahaya dan vibrasi menengah pada posisi 3 aksial. Didapatkan bahwa pada bagian 3 dari objek mesin LP Drain Pump unit 3 yaitu tepatnya bagian motor pompa mengalami jenis kerusakan Unbalance yang ditandai dengan adanya amplitudo pada 1x frekuensi pada seluruh grafik serta adanya cavitation yang ditandai dengan adanya random noise. 4. Kesimpulan Dari hasil studi dan penelitian yang telah didapatkan dapat ditarik simpulan bahwa: 1. Terdeteksinya vibrasi tinggi pada titik tinjauan 2 dan 3 dari objek mesin dimana vibrasi yang tinggi ini dapat berakibat kerusakan pada mesin pompa LP Drain Pump unit 3, Indonesia Power, UBP Suralaya. 2.
Pada titik tinjauan 2 yang merupakan bagian dari motor penggerak pompa didapatkan jenis kerusakan unbalance dan dicurigai memiliki kerusakan angular misalignment yang kecil. Sedangkan pada titik tinjauan 3 yang merupakan bagian dari pompa didapat jenis kerusakan unbalance dan kavitasi.
Ucapan terima kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Cukup Mulyana atas bantuannya dalam eksperimen. Terima kasih juga untuk Indonesia Power Unit Badan Pembangkit Suralaya atas kesempatan mengambil data eksperimen. Daftar Pustaka 1. Gidhar, Paresh. (2004). ”Practical Machinery Vibration Analysis and Predictive Maintenance”. Oxford: Newness. 2. Mobius Institute. (2010). “Vibration Training Course Book : Category I”. 3. Hajar, Ibnu. (2010). "Studi Eksperimental Deteksi Fenomena Kavitasi pada Pompa Sentrifugal Menggunakan Sinyal Getaran untuk Condition Monitoring". Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Taylor, James. (2003). “Vibration Analysis Handbook”. Vibration consultants. 5. Sitorus, Asril. (2010). “Studi Eksperimental Fenomena Kavitasi pada Pompa Sentrifugal Melalui Pengamatan Pola Aliran yang Diinterpretasikan Terhadap Perilaku Sinyal Vibrasi”. Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Boas, Mary L. (2006). “Mathematical Methods in the Physical Sciences”. John Wiley & Sons, Inc : USA.
