Analisa Getaran Ruang Kamar Mesin Pada Kapal Meratus Sumbawa I

(1)

Analisa Getaran Ruang Kamar Mesin

Pada Kapal Meratus Sumbawa I

Ketut Ngurah Putraka

Department Of Marine Engineering, Ocean Engineering Faculty, ITS, Surabaya

knputraka@yahoo.com

ABSTRACT

Vibration analize in engine room is needed to know vibration level in there. Analize execute at Meratus Sumbawa I ship engine room including longitude vibration and torsion vibration. Excessive vibration level at engine room can effecst to crew comfortability and ship structure damage.

Vibration analize process at Meratus Sumbawa I ship engine room execute with manual calculation method at fixed spots. This process is needed to comparing vibration level at ship operation condition with licensed standart. The using standart to execute this analize is ABS (American Bureau Of Shipping).

KEY WORD: Vibration, Main Engine, Standar

I. Latar Belakang PENDAHULUAN

Indonesia merupakan negara maritim yang sebagian besar wilayahnya adalah lautan. Untuk memanfaatkan wilayah lautan Indonesia yang begitu luas maka harus ditunjang dengan adanya sarana transportasi laut yang didukung oleh sektor industri maritim khususnya industri perkapalan. Guna mendukung sektor tersebut, maka beberapa aspek perlu dilakukan, termasuk aspek teknis dalam proses produksi, perawatan dan pengecekan standart terutama dalam mengecek standart resonansi getaran yang terjadi. Tingkat getaran yang terjadi dikapal berubah sesuai dengan kondisi kapal. Penulisan ini bertujuan untuk menganalisa tingkat getaran yang ada di kapal. Kapal yang digunakan untuk penulisan ini adalah kapal Meratus Sumbawa I milik PT. MERATUS LINE. Nilai tingkat getaran yang telah didapatkan akan dibandingkan dengan standart yang berlaku untuk mengetahui tingkat getaran yang terjadi pada kapal Meratus Sumbawa I sudah memenuhi standart atau belum. Disini juga akan dilakukan perhitungan getaran longitudinal dan getaran torsional pada sistem propulsi kapal Meratus Sumbawa I berdasarkan teori.

Secara keseluruhan dari skripsi ini terbagi menjadi beberapa bab. Isi keseluruhan Bab dan synopsis susunan penulisan laporan skripsi ialah sebagai berikut :

METODOLOGI PERENCANAAN

Pada bab ini berisikan tentang proses pengerjaan skripsi mulai dari awal pengerjaan hingga akhir dari pengerjaan skripsi ini ( konsep pengerjaan).

KESIMPULAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan yang didapatkan dari hasil analisa yang telah dilakukan. Pada bab ini juga berisikan beberapa saran - saran dari penyusunan laporan dari skripsi ini.

Dengan penulisan ini diharapkan dapat memberikan manfaat berupa data tingkat getaran pada pondasi kamar mesin, getaran longitudinal, dan getaran torsional di kapal Meratus Sumbawa I. Serta, mengetahui langkah – langkah untuk mengurangi getaran berlebih tersebut.

TINJAUAN PUSTAKA Pengertian Getaran

Getaran merupakan respon dari sebuah sistem mekanik baik yang diakibatkan oleh gaya eksitasi yang diberikan maupun perubahan kondisi operasi sebagai fungsi waktu.

Getaran timbul akibat transfer gaya siklik melalui elemen-elemen mesin yang ada. Kerusakan atau keausan serta deformasi akan merubah karakteristik dinamik sistem dan cenderung meningkatkan energi getaran. Sedangkan gaya yang menyebabkan getaran ini dapat ditimbulkan oleh beberapa sumber kontak/benturan antara komponen yang bergerak/berputar, putaran dari massa yang tidak seimbang (unballance mass), missalignment dan juga karena kerusakan bantalan (bearing fault).

BentukGetaran

Secara umum ada 2 kelompok getaran yaitu getaran bebas dan getaran paksa. Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (inherent) dan jika tidak ada gaya luar yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergetar pada satu atau lebih frekuensi naturalnya yang merupakan sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekakuannya. Sedangkan getaran paksa adalah getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar artinya rangsangan dari luar berisolasi dengan sistem sehingga sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi rangsangan. Bila sebuah sistem dipengaruhi oleh eksitasi harmonik paksa, maka respon getarannya akan berlangsung pada frekuensi yang sama dengan frekuensi eksitasinya.

(2)

mesin yang bertumpu di atasnya bergetar. Apabila frekuensi rangsangan sama dengan frekuensi natural sistem maka akan menimbulkan resonansi.

Pengukuran Getaran

Penyelidikan langsung melalui pengukuran tentang perilaku getar mesin-mesin struktur, model eksperimental, atau benda yang sedang dalam taraf pengembangan sangat diperlukan untuk keperluan sehari-hari. Alat ukur untuk keperluan ini sudah cukup tersedia di mana-mana. Pengertian dasar tentang alat ukur getaran

sangat diperlukan bagi setiap orang yang bekerja di bidang getaran. Alat-alat utama yang dipakai untuk mengukur dan menganalisa getaran-getaran mencakup alat pengukur tingkat getaran, perekam tingkat, perekam audio dan alat analisa frekuensi.

Sebelum dilakukan pengukuran getaran terlebih dahulu ditentukan daerah yang mengalami getaran dan perambatan getaran tersebut. Daerah inilah yang nantinya akan dilakukan pengukuran getaran dengan menggunakan suatu alat ukur getaran. Sebagai contoh tipe alat untuk mengukur suatu getaran adalah sebagai berikut :

Accelerometer

Accelerometer ini akan memproduksi semacam sinyal. Ukuran sinyal tersebut sangatlah proporsional untuk diaplikasikan di dalam mengukur perlajuan daripada getaran. Frequency Analyzer

Pada alat ini akan didapatkan distribusi daripada perlajuan getaran frekuensi yang berbeda.

Frequency weighting network

Alat ini menirukan sensitif pada manusia terhadap getaran pada frekuensi yang berbeda. Dengan menggunakan alat ini dalam mengukur dan mengekspresikan paparan getaran akan diberikan angka tunggal yang dinyatakan dalam m/s2 (satuan perlajuan)

Aturan Biro Klasifikasi

Standar ABS

Salah satu pasal pada Standar ABS menyatakan bahwa : “Getaran longitudinal sistem propulsi dianggap berlebihan apabila Root Mean Square (RMS) amplitudo percepatannya lebih besar dari 0.25 gravitasi”.

Dalam banyak kasus amplitudo diasumsikan konstan sehingga

………( 1 ARMS < 0.25 g

Standar ISO

Aturan ISO terhadap getaran longitudinal lebih menekankan pada kenyamanan dan keamanan personil yang ada di kapal. Orang yang terkena getaran yang melampaui batas secara kontinyu akan merasakan kelelahan (fatique) sehingga mempengaruhi produktivitas kerja. Aturan ISO memberikan hubungan antara frekuensi dan besarnya amplitudo getaran yang diijinkan untuk lama exposure 8 jam.

Menurut standart ISO, tubuh akan merasa sangat tidak nyaman ketika magnitude diatas 0.8 m/s². Tabel mengenai level kenyamanan tubuh ketika terpapar getaran menurut ISO2631-1 (1997) adalah:

Tabel 1. Tingkat getaran ISO

Keputusan Menteri Tenaga Kerja

Berdasarkan Keputusan Menteri Tenaga Kerja No. Kep. 51/Men/1999 Tanggal 16 April 1999 tentang nilai ambang batas faktor fisika di tempat kerja yang memuat tentang NAB (Nilai Ambang Batas) getaran sebagai berikut:

Tabel 2. Tingkat kenyamanan

Nilai ambang batas terebut merupakan besar magnitude getaran yang bisa diterima oleh tubuh dalam jangka waktu tertentu.

METODOLOGI

Pengumpulan Data Kapal Meratus Sumbawa I UKURAN UTAMA KAPAL Loa : 98 m Lpp : 92.8 m B : 16.5 m H : 7.8 m T : 5.4 m Vs : 11 knot

Daya Mesin Utama : 1650 HP Sarana Angkut : 168 Teus 6606 M³ Grain Gross Tonnage : 3256 GT

Owner : PT. MERATUS LINE Class : BKI

Designer : PT. Dok dan Perkapalan Jakarta

MAIN ENGINE

Merk : MAN B&W

Type : 4L 35 MCE

Tenaga Penggerak : 1650 HP RPM : 155 RPM

No. of set : 1 set

X

nZ

A

RMS RMS 2

60

2 







=

π

(3)

Alat Ukuran Getaran

Alat ukur getaran digunakan untuk mengetahui besarnya tingkat getaran yang ada.

Alat ukur getaran yang dipilih adalah menggunakan suatu alat yaitu FFT (Fast Fourier Transform) Analyzer. Dari adanya alat ukur getaran FFT Analyzer yang ada dipilih diantara dua alat, yaitu FFT Analyzer tipe TVT 3000 dan FFT Analyzer tipe Pl 20 merk inmarsat. Alat ini dapat menganalisa domain frekuensi dan domain waktu. Input pada alat ini berupa gelombang yang kontinyu. Dengan mempertimbangkan waktu pengukuran, yaitu pada pelayaran selama ±1 jam dan banyaknya titik yang akan dilakukan pengukuran maka dipilih alat FFT Analyzer tipe Pl 20 merk inmarsat karena alat ini lebih akurat dan tahan lebih lama ketika dilakukan pengukuran.

Penentuan Titik Getaran

Dalam melakukan pengukuran getaran maka harus ditentukan titik pengukuran terlebih dahulu. Menentukan titik pada pondasi mesin induk dan sistem propulsi pada kapal Meratus Sumbawa I. Pada sistem propulsi kapal dilakukan pengukuran pada pondasi gear box karena nilai yang dicari adalah nilai getaran longitudinal.

Gambar 1. Titik-titik pengukuran

Perhitungan Getaran Longitudinal dan Torsional

Perhitungan getaran dilakukan pada getaran longitudinal dan getaran torsional yang terjadi pada kapal Meratus Sumbawa I. Adapun langkah-langkah dalam melakukan perhitungan adalah sebagai berikut:

Getaran Longitudinal

- Perhitungan frekuensi eksitasi (ω) - Perhitungan frekuensi natural (ωn) - Perhitungan Steady Thrust (To)

- Perhitungan amplitudo eksitasi getaran pada kecepatan penuh ( F )

- Perhitungan amplitudo getaran pada system (X) Getaran Torsional

- Perhitungan frekuensi eksitasi (ω) - Perhitungan frekuensi natural (ωn) - Perhitungan Osilasi torsi

Pengecekan Standar

Acuan dalam toleransi pada pengukuran getaran dilakukan monitoring kondisi dan diagnosa permesinan dan propeller (frekuensi eksitasi). Monitoring kondisi resonansi getaran berlebih dalam prosedur teknis dalam analisa getaran, sehingga memberikan petunjuk umum batasan-batasan dalam pengukuran getaran permesinan untuk mengontrol kondisi gaya eksitasi yang terjadi. Sehingga dalam peraturan ISO dan ABS diberikan batasan range getaran yang diijinkan sesuai

dengan kondisi struktur yang dianalisa. ANALISA DATA

Pengukuran dilakukan pada titik-titik yang telah ditentukan dengan keadaan kapal beroperasi. Dari pengukuran yang telah dilakukan pada titik-titik yang telah ditentukan sebelumnya pada kapal Meratus Sumbawa I maka didapatkan data getaran.

Grafik 1. Pengukuran Getaran Pada Titik 1 ME

Grafik 2. Pengukuran Getaran Titik 2 ME

Grafik 3. Pengukuran Getaran Pada Titik 3 ME Titik ME 2 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 V ( m/s ) D u m p Tititk ME 2 Titik ME 3 -3 -2 -1 0 1 2 3 V ( m/s ) D u m p Tititk ME 3 Titik ME 1 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 V ( m/s ) Dump Titik ME 1

(4)

Grafik 7. Pengukuran Getaran Pada TB 1

Grafik 8. Pengukuran Getaran Pada TB 2 Perhitungan Getaran

Perhitungan getaran dilakukan pada getaran longitudinal dan getaran torsional yang terjadi pada kapal Meratus Sumbawa I dengan rute Surabaya – Samarinda. Perhitungan secara teori berdasarkan data-data yang ada di kapal. Adapun langkah-langkah dalam melakukan perhitungan adalah sebagai berikut:

Getaran Longitudinal

Perhitungan frekuensi eksitasi (ω)

)

/

(

60

2 π

RPM

N

rad

dt

ω

=

Perhitungan frekuensi natural (ωn)

)

/

(

2

1 dt

rad

m

k

n

π

ω

=

Perhitungan Steady Thrust (To)

2









=

RPMr

RPM

Tor

To

Perhitungan amplitudo eksitasi getaran pada kecepatan penuh (F)

)

(N

To

F

=

β

×

Perhitungan amplitudo getaran pada system (X)

2 2 2

2

1 /









+

























−

=

n

k

F

X

ω

ς

ω

X = 3.3800E-10 m = 1.423E-06 Getaran Torsional

Perhitungan frekuensi eksitasi (ω)

)

/

(

60

2 π

RPM

N

rad

dt

ω

=

Perhitungan frekuensi natural (ω_n)

)

/

(

2

1 dt

rad

J

K

n

π

ω

=

Perhitungan Osilasi torsi

Titik ME 5 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 V ( m/s ) D u m p Titik ME 5 Titik ME 6 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 V ( m/s ) D u m p Titik ME 6 Titik TB 1 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 V ( m/s ) D u m p Titik TB 1 Titik TB 2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 V ( m/s ) D u m p Titik TB 2

X

nZ

A

RMS RMS 2

60

2 







=

π

Titik ME 4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 V ( m/s ) Dump Titik ME 4

(5)

2 2 2

2

1 











+

























−

=

n

Q

M

o s

ω

ς

ω

β

Ms/Qo = 5.2497E-02 Pengecekan Standar Getaran

Pada tahap ini dilakukan perbandingan antara hasil getaran pondasi mesin dan thrust bearing pada kapal Meratus Sumbawa I dengann standar yang berlaku. Pada tahap ini standar yang digunakan adalah standar ABS (American Bureau of Shipping).

Pasal pada Standar ABS menyatakan bahwa: “Getaran longitudinal sistem propulsi dianggap berlebihan apabila Root Mean Square (RMS) amplitudo percepatannya lebih besar dari 0.25 gravitasi”.

Dalam banyak kasus amplitudo diasumsikan konstan sehingga

ARMS < 0.25 g

Besarnya amplitudo pada sistem untuk getaran longitudinal menurut perhitungan adalah 1.423E-06 m/s2.

Maka: 1.423E-06< 0.25 g

Jadi untuk besarnya amplitudo pada getaran longitudinal menurut perhitungan masih memenuhi standart.

Pada perhitungan terhadap getaran torsional juga dilakukan analisa dengan menggunakan standart ABS, dimana standart ABS menyatakan bahwa torsi getaran atau torsi yang berosilasi yang berlebihan pada sembarang kecepatan adalah torsi getaran atau torsi yang berosilasi yang lebih besar dari 75% torsi steady pada kecepatan yang sama atau lebih besar 10% torsi steady pada kecepatan penuh, diambil yang kecil. Pada sembarang frekuensi diambil:

75 .

0 <

o s

Q

M

Besarnya amplitudo pada sistem untuk getaran torsional menurut perhitungan adalah 5.2497E-02 m/s2.

5.2497E-02< 0.75

Jadi untuk besarnya amplitudo pada getaran torsional menurut perhitungan masih memenuhi standart.

Besarnya amplitudo pada sistem untuk getaran torsional menurut pengukuran adalah sebagai berikut:

Tabel 3 Tabel Perbandingan Getaran torsional dengan Standart ABS Sistem propulsi A rms (g) A ABS (g) ME 1 0,692 0,75 ME 2 0,5604 0,75 ME 3 0,5025 0,75 ME 4 0,5445 0,75 ME 5 0.6186 0,75 ME 6 0,7604 0,75 TB 1 0,2203 0,75 TB 2 0,1574 0,75

Grafik 10. Grafik Perbandingan Antara Getaran Torsional Dengan Standar ABS

Dari pengukuran terdapat 1 komponen yang tidak memenuhi standart ABS, yaitu pada ME 6.

Pengurangan Tingkat Getaran

Dari informasi yang didapatkan setelah pelayaran, diketahui bahwa holder antara pondasi dengan main engine di titik 6 tidak terlalu kencang. Sehingga main engine tidak berada pada posisi yang sesuai. Hal ini kemudian menyebabkan main engine di titik 6 memiliki tingkat getaran melebihi standar yang berlaku pada saat beroperasi. Kejadian ini dimungkinkan terjadi karena pada saat pemeriksaan ABK tidak terlalu keras mengencangkan holder.

Pengurangan getaran pada titik tersebut dapat dilakukan dengan cara mengencangkan kembali holder pada titik 6 pada main engine tersebut. Pemeriksaan berkala dan seksama perlu dilakukan juga. Ini untuk menghindari terjadinya getaran berlebih terjadi kembali di kemudian hari.

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Dari analisa yang dilakukan didapatkan kesimpulan bahwa sumber nilai hasil perhitungan secara teori terhadap besarnya getaran longitudinal dan getaran torsional menunjukkan besarnya nilai amplitudo percepatan untuk getaran longitudinal sebesar 1.423E-06m/s2. Sedangkan untuk perhitungan secara teori untuk nilai osilasi torsi getaran torsional sebesar 5.2497E-02m/s2.

Dari hasil analisa getaran terhadap kapal Meratus Sumbawa I didapatkan bahwa sumber getaran longitudinal dan getaran torsional terbesar terdapat pada bagian pondasi main engine 1. Hal ini didasarkan bahwa pada bagian pondasi main engine titik 6 nilai osilasi torsinya sangat besar, yaitu 0,7604m/s2. Sedangkan untuk nilai osilasi torsi terkecil dari hasil pengukuran terdapat pada bagian pondasi thrustbearing titik 2. Dengan nilai osilasi torsinya sebesar 0,1574 m/s2.

Pengecekan standart berdasarkan perhitungan secara teori, besarnya getaran longitudinal dan getaran torsional pada kapal Meratus Sumbawa I masih memenuhi standart ABS (American Bureau of Shipping). Sedangkan berdasarkan pengukuran secara langsung pada kapal Meratus Sumbawa I, pada bagian pondasi main engine titik 6 tidak memenuhi standar. Hal ini disebabkan karena holder antara pondasi dengan main engine tidak terlalu kencang. Ini dimungkinkan terjadi karena pada saat pemeriksaan ABK tidak mengencangkan holder cukup kuat.

X

nZ

A

RMS RMS 2

60

2 







=

π

Pengecekan Standar 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1 2 3 4 5 6 7 8 Sistem Propulsi O s il a s i T o rs i (M s /Q o ) Standart ABS Hasil Pengukuran

(6)

Saran

Dengan adanya nilai getaran yang tidak memenuhi standart ABS, maka perlu di lakukan peredaman pada bagian yang mengalami getaran berlebih, yaitu dengan cara pengencangan holder kembali. Pemeriksaan berkala dan seksama perlu dilakukan. Ini untuk menghindari terjadinya getaran berlebih terjadi kembali di kemudian hari.

DAFTAR PUSTAKA

ABS. 2002. “ABS Guide for Passenger Comfort on

Ship”. Houston, USA : ABS Plaza.

Ariana, Made,. Getaran Permesinan Kapal, Surabaya :

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Bruel & Kjaer. Measuring Vibration. Denmark

Harvald Sv, Aa. 1992. ”Tahanan dan Propulsi

Kapal”,

Surabaya: Airlangga University Press.

Kepmenaker No. Kep. 51/Men/1999, www.disnakertransdiy.go.id Materi Kuliah Getaran Sistem Permesinan Munn, Holger. 2001. “Ship Vibration”. Hanburg :