Karakteristik Sinyal Vibrasi Mengacu Energi Eksitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Fluida Heavy Oil

(1)

i

KARAKTERISTIK SINYAL GETARAN MENGACU ENERGI

EKSITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN FLUIDA

HEAVY OIL

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SAKINAH RAHMI

110401038

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

ABSTRAK

Pompa sentrifugal adalah salah satu jenis pompa yang banyak dipakai oleh dunia industri. Analisa getaran digunakan untuk mengidentifikasi masalah berkembang seperti loosness, unbalance dan lain-lain sebelum terjadinya kerusakan serius dan menyebabkan downtime. Semua mesin berputar menghasilkan getaran yang merupakan fungsi dari dinamika mesin, seperti keselarasan dan keseimbangan dari bagian-bagian yang berputar. Mengukur amplitude getaran pada frekuensi tertentu dapat memberikan informasi berharga terhadap mesin tersebut. Tujuan penelitian ini untuk mendapatkan exitasi getaran dan karakteristik sinyal getaran, dari pompa yang digunakan pada perusahaan perminyakan, kemudian hasil analisa dibandingkan dengan standard yang digunakan pada perusahaan tersebut dan menginterpretasikan hasil getaran tersebut. Penelitian ini menggunakan alat CSI 2310 dan pompa yang diukur adalah pompa sentrifugal merek Ingersoll-Dressere. Dari penelitian ini didapati hasil eksitasi getaran yang paling besar berada di titik PIH atau pompa titik horizontal daerah dekat dengan kopling sebesar 4425.42089 N dan titik POA yaitu pompa titik axial daerah jauh dari kopling sebesar 5702.72373 N. Karakteristik getaran yang dihasilkan pada titik PIV, POH, dan POV berubah setelah mendapatkan perawatan dan pada titik PIA, PIH, POA memiliki gelombng yang tinggi yang merupakan terjadinya kerusakan pada pompa tersebut. Pada titik PIA, PIH, POA memiliki gelombng getaran yang melewati batas zona B atau zona kuning atau diatas 0.24 in/sec, sedangkan PIV, POH, POV memiliki getaran di zona A atau zona aman. Getaran di titik inboard atau daerah dekat dengan kopling memiliki getaran yang lebih besar dibandingkan daerah outboard karena daerah inboard lebih sering mengalami loosness, unbalance, dan keausan pada kopling.

(11)

ii ABSTRAK

Centrifugal Pump is one type of a pump which is widely used by industrial world. Vibration analysis is used to identify developed problem such as looseness, unbalance, etc before serious damage happening and causing downtime. All rotating engine generate vibrations which is the function of dynamics of the engine, such as harmony and balance of rotating parts. Measuring the amplitude of vibration at certain frequencies could provide valuable information about the engine. The objective of this research is to obtain the vibrational excitation and the characteristic of vibrations signal, from a pump that is used in the petroleum company, and then the results of analysis is compared with the standard used in the company and interpreted the vibrations result. This research is using CSI 2310 and the measured pump is a centrifugal pump Ingersoll-Dressere. From the result of this research found that the largest vibrational excitation was at the PIH point or horizontal point of pump area close to the coupling is 4425.42089 N and POA point that is axial point of pump away from coupling area is 5702.72373 N. Characteristic vibration that is generated at PIV, POH, and POV point changed after maintenance and at PIA, PIH, POA point has a high wave which means there is a damage to the pump. At PIA, PIH, POA point has a vibrational wave that passing through B zone or yellow zone or higher than 0.24 inch/sec, whereas PIV, POH, POV has a vibrations at A zone or safe zone. Vibrations at inboard point or area close to the coupling has a greater vibration than outboard area since the inboard area is more frequently undergo looseness, unbalance, and wear at the coupling.

(12)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulisa ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia

dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapt

menyelesaikan proposal ini.

Proposal ini adalah salah satu syarat menuju skripsi. Adapun judul proposal

ini adalah "Karakteristik Sinyal Vibrasi Mengacu Energi Eksitasi pada Pompa

Sentrifugal dengan Fluida Heavy Oil".

Selama penulisan proposal ini penulis banyak mendapat bimbingan dan

bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis

menyampaikan banyak terimakasih kepada

1. Kedua orang tua tercinta H. Saherman dan Hj. Risdaneli, yang telah selalu

mendukung dalam doa,dukungan moral, materil, dan selalu memberikan

semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal ini.

2. Bapak Dr. -Ing. Ikhwansah Isranuri selaku dosen pembimbing dan Ketua

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara yang

telah meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat

terselesaikan.

3. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada

penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen

Teknik Mesin.

4. Adidnda Kiki Rizky Andani Nasution dan Ariel Seumupa Damures yang selalu

membantu penulis.

5. Saudara Teguh Imam Widodo, M. Rizky Agustama, Ramadhan Hutagaol,

Rinaldi Simanjuntak, Panji Waskito, dan teman-teman mahasiswa Teknik

Mesin USU khususnya untuk angkatan 2011, yang telah banyak memberikan

(13)

iv 6. Kakak-kakak dan adik penulis. Aisyah Aulia Nisa’, Elsha Witra Sah Putri, dan

Rizky Abdullah Rahman yang terus mendukung baik itu secara moril dan

materi hingga skripsi ini selesai

7. Abangda yang selalu setia mendukung penulis.

Akhirnya penulis mengharapkan kritik dan saran dari rekan mahasiswa

serta para pembaca dalam rangka pengembangan skripsi ini dan akhir kata penulis

mengucapkan terima kasih, semoga Allah SWT selalu menyertai kita.

Medan, Januari 2016

Penulis,

Sakinah Rahmi

(14)

DAFTAR ISI

2.1.3 Karakteristik Getaran ... 6

2.1.4 Parameter Pengukuran ... 9

2.1.5 Sifat Getaran ... 10

(15)

vi 2.3. Menggunakan Teori Getaran Untuk Mendeteksi Kesalahan Pada

Mesin ... 14

2.3.1 Display Data Getaran ... 16

2.3.2 Konvensi Titik Pengukuran ... 17

2.3.3 Klasifikasi Parameter Analisa Getaran ... 18

2.4. Standard Pengukuran Getaran ... 20

2.5. Eksitasi Getaran pada Pompa ... 23

2.6. Pompa ... 25

2.7. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump) ... 26

2.8. Bagian – Bagian Utama Pompa Sentrifugal ... 26

2.9. Kerja Pompa ... 29

2.10. Heavy Oil ... 30

2.11. Maintenance ... 31

2.11.1 Breakdown Maintenance ... 32

2.11.2 Preventive maintenance ... 32

2.11.3 Predictive maintenance ... 32

2.11.4 Condition Monitoring ... 32

BAB III METODE PENELITIAN ... 34

(16)

3.3 Spesifikasi Fluida ... 36

3.4 Titik-titik pengukuran ... 36

3.5 Variabel yang di amati ... 37

3.6 Proses Penelitian ... 37

3.6.1 Pemeriksaan Peralatan ... 37

3.6.2 Mengambil Data Hasil Penelitian ... 37

3.7 Analisa Data ... 38

3.8 Kerangka Konsep Penelitian ... 38

3.9 Pelaksanaan Penelitian ... 39

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40

4.1. Perhitungan Getaran Pompa ... 40

4.2. Karakteristik Getaran pada Pompa ... 41

4.3. Persamaan gerak metode energi ... 44

4.4. Eksitasi Getaraan pada pompa ... 45

4.5. Verifikasi karakteristik getaran ... 46

4.5.1. Getaran daerah inboard ... 46

4.5.2. Getaran daerah outboard ... 57

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 68

5.1. Kesimpulan ... 68

5.2. Saran ... 69

(17)

viii DAFTAR GAMBAR

Konsep dasar getaran ... 5

Gambar 2.1 Respon Sistem pada Benda Berputar ... 6

Gambar 2.2 Sistem Getaran Sederhana (Mobley, 2008) ... 7

Gambar 2.3 Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan Getaran Gambar 2.4 (Mobley, 2008) ... 8

Skematik Phase Getaran (Mobley, 2008) ... 8

Gambar 2.5 Harmonik sederhana gelombang - lokus gerak massa pegas terhadap Gambar 2.6 waktu ... 11

Sifat-sifat gelombang ... 12

Gambar 2.7 Titik pengukuran dengan menggunakan getaran ... 18

Gambar 2.12 Rumah Pompa Sentrifugal ... 26

Gambar 2.13 Pompa Sentrifugal di Gathering Station ... 29

Gambar 2.14 Bagan alir fluida di dalam pompa sentrifugal ... 29

Gambar 2.15 Viskositas minyak ... 31

Gambar 2.17 Gambar 3.1 Pompa sentrifugal... 34

Gambar 3.2 CSI 2130 ... 35

Gambar 3.3 Komputer / Monitor ... 35

Gambar 3.4 Titik pengukuran dengan menggunakan getaran ... 36

(18)

Gambar 3.6 Diagram alir proses pelaksanaan ... 39

Pompa sentrifugal ... 40 Gambar 4.1.

Spesifikasi Pompa ... 41 Gambar 4.2.

(19)

x Velocity vs time dari POH ... 65 Gambar 4.24.

Displacement vs time dari POH ... 65 Gambar 4.25.

(20)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Satuan yang digunakan Tiap karakteristik ... 9

Tabel 2.2 Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran ... 9

Tabel 2.3 Pedoman bagi kelayakan permesinan ISO 10186-1:1995(E) ... 21

Tabel 2.4 Klasifikasi Minyak Bumi Menurut Spesifikasi Gravitasi ... 30

Tabel 4.1. Spesifikasi pompa ... 40

Tabel 4.2. Kecepatan sudut, frekuensi, dan priode ... 41

Tabel 4.3. Rata-rata Amplitudo pada setiap titik ... 42

Tabel 4.4. Karakteristik getaran di daerah inboard ... 43

Tabel 4.5. Karakteristik getaran di daerah outboard ... 44

Tabel 4.6. Nilai kekakuan (k) dan redaman (c) ... 45

Tabel 4.7. Persamaan gerak daerah inboard ... 45

Tabel 4.8. Persamaan gerak daerah Outboard ... 45

Tabel 4.9. Eksitasi getaran daerah inboard ... 46

(21)

xii DAFTAR NOTASI

Simbol Satuan

A Amplitudo (m)

c Redaman / damping (N/(m/s))

F Gaya (N)

f Frekuensi (Hz)

k Kekakuan / stiffness (N/m)

m Massa (kg)

t Waktu (s)

Perioda (s)

Kecepatan sudut (rad/s)

w Berat (N)

Frekuensi natural (rad/s)

Perpindahan / displacement (m)

Kecepatan / velocity (m/s)