BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Analisa Getaran 2.1.1 Getaran
Getaran secara teknik didefinisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek terhadap posisi awalnya.
Semua mesin memiliki tiga sifat fundamental yang berhubungan untuk menentukan bagaimana mesin akan bereaksi terhadap kekuatan-kekuatan yang menyebabkan getaran-getaran, seperti sistem pegas-massa [3], yaitu :
1) Massa (m)
Merupakan inersia untuk tetap dalam keadaan semula atau gerak. Sebuah gaya mencoba untuk membawa perubahan dalam keadaan istirahat atau gerak, yang ditentang oleh massa dan satuannya dalam kg.
2) Kekakuan atau stiffnes (k)
Ada kekakuan tertentu yang dipersyaratkan membengkokkan atau membelokkan struktur dengan jarak tertentu. Ini mengukur gaya yang diperlukan untuk memperoleh defleksi tertentu disebut kekakuan, satuan dalam N/m.
3) Damping atau redaman (c)
Setelah memaksa set bagian atau struktur ke dalam gerakan, bagian atau struktur akan memiliki mekanisme inheren untuk memperlamabat gerak (kecepatan). Karakteristik ini untuk mengurangi kecepatan gerak disebut redaman, satuannya dalam N/(m/s).
Lihat Gambar 2.1 dengan menerapkan kekuatan untuk massa, massa bergerak ke kiri, menekan pegas semi. Ketika massa dilepaskan, bergerak kembali ke posisi netral dan kemudian perjalanan kanan lanjut sampai ketegangan pegas berhenti massa. Massa kemudian berbalik dan mulai melakukan perjalanan ke kiri
lagi. Ini lagi melintasi posisi netral dan mencapai batas kiri. Gerakan ini secara teoritis dapat terus tanpa henti jika tidak ada redaman dalam sistem dan tidak ada efek eksternal (seperti gesekan). Gerakan ini disebut getaran[3].
Konsep dasar getaran Gambar 2.1
2.1.2 Dasar-dasar Getaran 1) Respon Sistem
Pertimbangkan sebuah sistem rotor (Gambar 2.2) yang memiliki massa M didukung antara dua bantalan. Massa rotor M diasumsikan sebagai terkonsentrasi antara bantalan[4].
... (2.1) Dan frekuensi lingkaran atau kecepatan sudut dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
... (2.2) dan setiap frekuensi komponen mesin dapat dihitung dengan rumus berikut : ... (2.3)
√ ... (2.4)
Dan untuk mendapatkan redaman :
Respon Sistem pada Benda Berputar Gambar 2.2
Kekakuan menahan dihasilkan oleh tiga karakteristik system[3] :
( ̈) ( ̇) ( ) ( ) ... (2.6) dimana
̈ = percepatan; ̇ = kecepatan; x = perpindahan
Hal ini pada gilirannya bervariasi respon sistem (tingkat getaran) kepada pasukan yang menarik (cacat seperti ketidakseimbangan yang menghasilkan getaran). Dengan demikian, getaran yang disebabkan oleh ketidakseimbangan akan lebih tinggi jika jumlah bersih faktor di sisi kanan dari persamaan kurang dari kekuatan yang tidak seimbang. Dengan cara yang sama, ada kemungkinan bahwa seseorang mungkin tidak mengalami getaran sama sekali jika jumlah bersih dari faktor sisi kanan menjadi jauh lebih besar daripada gaya unbalance.
2.1.3 Karakteristik Getaran
Getaran secara teknik didefenisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek terhadap posisi objek awal/diam, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3[5].
Sistem Getaran Sederhana (Mobley, 2008) Gambar 2.3
Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah mekanik yang terjadi dapat diketahui dengan mengukur karakteristik getaran pada mesin tersebut. Karakteristik getaran yang penting antara lain adalah [5] :
1) Frekuensi adalah karakteristik dasar yang digunakan untuk mengukur dan menggambarkan getaran.
2) Perpindahan mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar. 3) Kecepatan mengindikasikan berapa cepat objek bergetar.
4) Percepatan mengindikasikan suatu objek bergetar terkait dengan gaya penyebab getaran.
5) Phase mengindikasikan 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.
Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari karakteristik suatu getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi waktu. 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). Setiap karakteristik ini menggambarkan tingkat getaran, hubungan karakteristik ini dapat dilihat pada gambar 2.4 dan 2.5[5].
Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan Getaran Gambar 2.4
Skematik Phase Getaran Gambar 2.5
Satuan yang digunakan tiap karakteristik dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Satuan yang digunakan Tiap karakteristik
Karateristik Getaran
Satuan
Metrik British
Perpindahan
microns peak to peak ( 1 µm = 0.001 mm )
mils peak to peak (0.001 in ) Kecepatan mm/s in/s Percepatan G ( lg = 980 cm/s2 ) G ( lg = 5386 in/s2 ) Frekuensi cpm, cps, Hz cpm, cps, Hz
Pase derajat Derajat
(Sumber: Maintenance Engineering Handbook, Mobley, 2008)
2.1.4 Parameter Pengukuran
Proses pemilikiah tranduser yang akan digunakan harus mempertimbangkan parameter apa yang kita inginkan untuk diukur. Biasanya parameter-parameter tersebut adalah displacement (perpindahan), velocity (kecepatan), dan acceleration (percepatan). Panduan pemilihan parametr pengukuran dapat di lihat pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran
Parameter Faktor Pemilihan Parameter Pengukuran
Perpindahan (displacement)
a) Frekuensi rendah, dibawah 600 cpm.
b) Pengukuran getaran shaft pada mesin berat dengan rotor yang relatif ringan.
acceleration.
d) Transduser velocity, untuk mengukur displacement dengan rangkaian single integrator.
e) Transduser accelerometer, dapat digunakan untuk mengukur diplacement getaran dengan rangkaian double integrator.
Kecepatan (velocity)
a) Range frekuensi antara 600 – 100.000 cpm. b) Pengukuran over all level getaran mesin.
c) Untuk melakukan prosedur analisa secara umum.
Perpindahan (acceleration)
a) Pengukuran pada frekuensi tinggi/ultrasonic sampai 600000 cpm atau lebih.
b) Untuk pengukuran spike energy pada roll bearing, ball bearing, gear, dan sumber getaran aerodinamis dengan frekuensi tinggi.
Sumber : http://vibrasi.wordpress.com/category/teori-vibrasi
2.1.5 Sifat Getaran
Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah mekanik yang terjadi dapat diketahui dengan mengukur karakteristik getaran pada mesin tersebut. Karakteristik getaran yang penting antara lain:
1. Frekuensi adalah karakteristik dasar yang digunakan untuk mengukur dan menggambarkan getaran.
2. Perpindahan mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar. 3. Kecepatan mengindikasikan berapa cepat obek bergetar.
4. Percepatan mengindikasikan suatu objek bergetr terkait dengan gaya penyebab getaran.
5. Phase mengindikasikan 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 bergettar dengan frekuensi yang sama.
Gerakan massa dari posisi netral, untuk batas atas perjalanan, kembali melalui posisi netral, untuk batas bawah perjalanan dan kembali ke posisi netral, merupakan satu siklus gerak. Ini satu siklus gerak berisi semua informasi yang diperlukan untuk mengukur getaran dari sistem ini. Gerak terus massa hanya akan mengulangi siklus yang sama (Gambar 2.6)[3].
Gerakan ini disebut periodik dan harmonis, dan hubungan antara perpindahan massa dan waktu dinyatakan dalam bentuk persamaan sinusoidal:
... (2.7) dimana A = Amplitudo ω = 2.π.f f = frequensi t = detik
Harmonik sederhana gelombang - lokus gerak massa pegas terhadap Gambar 2.6
Sebagai massa perjalanan naik dan turun, kecepatan perubahan wisata dari nol sampai maksimum. Velocity dapat diperoleh dengan waktu membedakan persamaan perpindahan:
... (2.8) Demikian pula, percepatan massa juga bervariasi dan dapat diperoleh dengan membedakan persamaan kecepatan:
( ) ... (2.9)
Dalam Gambar 2.7: perpindahan ditampilkan sebagai kurva sinus; kecepatan, sebagai kurva cosinus; percepatan lagi diwakili oleh kurva sinus.
Sifat-sifat gelombang Gambar 2.7
Sifat-sifatnya terdiri dari a) Gelombang Fundamental b) Frekuensi
c) Panang Gelombng d) Amplitudo
e) Frekuensi dan waktu f) Langkah
2.2. Analisa Getaran a. Cara Mendeteksi
Analisis getaran digunakan untuk menentukan operasi dan kondisi mesin peralatan. Keuntungan utama adalah bahwa analisis getaran dapat mengidentifikasi masalah berkembang sebelum mereka menjadi terlalu 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 amplitudo getaran pada frekuensi tertentu dapat memberikan informasi berharga tentang kekuatan poros tersebut.
Analisa getaran terdiri dari empat bagian dasar yaitu[3] : 1. Signal jemput (s), juga disebut transduser
2. analisa sinyal
3. Analisis perangkat lunak
4. Sebuah komputer untuk analisis data dan penyimpanan
b. Cara Mendiagnosa
Pengukuran getaran dalam menganalisa getaran bisa menghemat biaya untuk peralatan, teruma jika anggaran atau tenaga yang terbatas. Evektifnya sangat bergantung pada seseorang yang mendeteksi suara yang tidak bisa atau komples.
Sebuah aplikasi analisa getaran sebagai penerima untuk menverifikasi bahwa perbaikan mesin dilakukan dengan benar. Analisa ini dapat memverifikasi apakah perawatan dilakukan dengan tepat. Informasi tambahan dapat diperoleh dengan memantau mesin secara berkala, misalnya perbulan, per tiga bulan, per enam bulan, per tahun, dan lain-lain. Artinya bahwa perbaikan peralatan dapat direncanakan dari mesin mati secara normal hingga mesin mati mendadak.
c. Manfaat
Analisa getaran adalah alat yang sangat penting yang dapat digunakan untuk mengurangi atau menghilangkan masalah mesin yang berulang. Tren tingkat Getaran juga dapat mengidentifikasi praktek produksi yang tidak benar. Pada akhirnya, analisa getaran dapat digunakan pada setiap bagian mesin dari keseluruhan program untuk secara signifikan meningkatkan kehandalan peralatan. Hal ini dapat mencakup penyelarasan lebih tepat dan balancing, instalasi kualitas yang lebih baik dan perbaikan, dan terus menurunkan tingkat getaran rata-rata peralatan di pabrik.
2.3. Menggunakan Teori Getaran Untuk Mendeteksi Kesalahan Pada Mesin Suatu peralatan yang berputar sebaiknya memiliki suatu nilai getaran standar dan batasan getaran yang diperbolehkan (dibuat oleh pabrik) sehingga apabila nilai getaran yang teradi diluar batasan yang diizinkan maka peralatan tersebut harus menalani tindakan perawatan[6].
Pada Gambar 2.8 kereta mesin umum digambarkan. Ini terdiri dari driver atau penggerak utama, seperti motor listrik. Penggerak utama lainnya termasuk mesin diesel, mesin bensin, turbin uap dan turbin gas. Peralatan didorong bisa pompa, kompresor, mixer, agitator, penggemar, blower dan lain-lain. Pada saat-saat ketika peralatan yang digerakkan harus didorong pada kecepatan selain penggerak utama, gearbox atau belt drive yang digunakan[3].
Deteksi kesalahan mesin Gambar 2.8
Masing-masing bagian yang berputar lebih lanjut terdiri dari komponen sederhana seperti:
Stator (volutes, diafragma, diffusers, stator kutub)
rotor (impeller, rotor, lobus, sekrup, baling-baling, penggemar)
Seals
Bearing
kopling
Gears
Sabuk
komponen ini beroperasi terus menerus pada kecepatan tinggi, keausan dan kegagalan sudah dekat. Ketika cacat berkembang di komponen ini, mereka menimbulkan tingkat getaran yang lebih tinggi.
Dengan sedikit pengecualian, cacat mekanis dalam mesin menyebabkan tingkat getaran yang tinggi. Cacat umum yang menyebabkan tingkat getaran yang tinggi dalam mesin adalah:
Ketidakseimbangan bagian berputar Misalignment kopling dan bantalan Bent shaft
bekas atau rusak gigi dan bantalan sabuk penggerak buruk dan rantai variasi Torque Kekuatan elektromagnetik Gaya aerodinamis Gaya hidrolik Kelonggaran Gesekan Resonansi
Beberapa cacat umum ditunjukkan pada Gambar 2.8. Getaran yang disebabkan oleh cacat terjadi pada frekuensi getaran tertentu, yang merupakan
karakteristik dari komponen, operasi mereka, perakitan dan pakaian. Amplitudo getaran pada frekuensi tertentu adalah indikasi dari keparahan cacat.
Analisis getaran bertujuan untuk menghubungkan respon getaran dari sistem dengan cacat tertentu yang terjadi pada mesin, komponen-komponennya, kereta atau bahkan dalam struktur mekanik.
2.3.1 Display Data Getaran
Pada dasarnya data getaran dapat ditampilkan dalam 3 bentuk grafik yaitu [2]:
1. Data Overall
Data overall adalah Pengukuran yang tidak difilter pada daerah frekuensi tertentu. Tujuannya dalah memperoleh gambaran kondisi mesin secara umum.
Data overall Gambar 2.9
2. Data Spektrum
Data Spektrum adalah usaha menemukan masalah dan penyebabnya dengan mengkaji pola perbandingan besarnya amplitudo getaran pada semua frekuensi yang mungkin terjadi.
Dilihat dari tingkat keberhasilan dalam mendeteksi kelainan dan kerusakan mesin berdasarkan tingkat getarannya maka analisa spektrum merupakan cara yang paling berguna dibandingkan dengan cara analisa orbit maupun analisa fasa. Hal ini juga telah dibuktikan bahwa 85% masalah mekanis pada rotating
machinery dapat diidentifikasi dengan cara melihat pada hasil pengukuran amplitudo getaran vs. frekuensi ini.
Data spectrum Gambar 2.10
3. Data Waveform
Data waveform adalah grafiik Amplitudo Vs Time. Data waveform adalah data gabungan antara beberapa putaran beda yang akan menghasilkan data waveform yang akan menghasilkan grafik yang lebih spesifik, yang akan dibaca dengan FFT (fast fourier transform) yang akan menghasilkan data spectrum.
Data waveform Gambar 2.11
2.3.2 Konvensi Titik Pengukuran
Pengukuran getaran berpengaruh terhadap gerakan berputar pada mesin, untuk mendapatkan data getaran tersebut, pastikan motor dan pompa hidup.
Pada pengambilan data getaran, titik pengukuran pompa dan motor dapat dilihat sebagai berikut:
Titik pengukuran dengan menggunakan getaran Gambar 2.12
keterangan :
1. Motor Outboard Horizontal (MOH), dan Motor Outboard Vertical (MOV) 2. Motor Inboard Horizontal (MIH) dan Motor Inboard Vertical (MIV) 3. Pump Inboard Horizontal (PIH) dan Pump Inboard Vertical (PIV) 4. Pump Outboard Horizontal (POH), dan Pump Outboard Vertical (POV) 5. Pump Outboard Axial (POA)
6. Motor Outboard Axial (MOA)
Inboard = Dekat dari kopling Outboard = Jauh dari kopling
2.3.3 Klasifikasi Parameter Analisa Getaran
Secara garis besar analisa getaran terbagi 3 yaitu parameter Universal, Machine Specific, dan Waveform[7].
Secara Universal Sub-synchronous
Contoh yang terjadi secara umum adalah dimana kemungkinan terjadi karena kondisi belt yang tidak pas dengan kondisi yang sesungguhnya. Bisa juga getaran tersebut terjadi karena adanya kelonggaran, baik itu kelonggaran terhada baut-baut dan lain-lain.
Ruang lingkup indikasi : o Kondisi bealt
o Looseness
o kecepatan (Speed) o kondisi pelumasan
o Bearing yang bermasalah o Gesekan yang terjadi o Getaran akibat resonansi
1 x RPM
Gaya yang menyebabkan getaran biasanya dihasilkan melalui gerakan berputar dari bagian mesin. Karena gaya-gaya ini mengubah arah atau amplitudo sesuai dengan kecepatan rotasi ( RPM ) dari komponen mesin, sehingga sebagian besar masalah getaran akan memiliki frekuensi yang secara langsung terkait dengan kecepatan rotasi.
Ruang lingkup indikasi :
o Ketidak sejajaran (misalignment): amplitudo dipengaruhi oleh tipe kopling
o Soft foot : 1 x biasanya lebih besar di arah horizontal
o Un-Balance : akibat dirt, erosi, kerusakan, dan poros yang bengkok o Resonance : Selalu membentuk modulasi dekat running speed o Pondasi : 1x biasanya lebih besar di arah vertical
o Beban Pipa : 1x lebih tinggi di arah pipa
o Struktur : akibat gesekan dan beban yang berlebihan
o Gesekan : Komponen yang terkena akibat dari komponen yang berputar o Pembengkokan : Terjadi akibat panas yang berlebihan dan poros yang
2 x RPM
Ruang lingkup indikasi : o Kelonggaran
o Bantalan yang tidak seragam o Adanya distorsi pada pondasi o Tidak akurasi / rusak pada kopling o Ketidaksejajaran
o Tidak akurasi / rusak o pada gear
3 x RPM
Ruang lingkup indikasi :
o bermasalahnya kopling terhentinya kopling) o Kelonggaran
o Terjadinya gesekan o Sudu yang telah rusak
2.4. Standard Pengukuran Getaran
Standar indicator yang digunakan untuk pengukuran getaran dalam penelitian ini adalah ISO 10186-1:1995(E). Standard ini dapat digunakan untuk menentukan tingkat getaran yang dapat diterima bagi berbagai kelas permesinan. Dengan demikian, untuk menggunakan standard ini, pertama-tama perlu mengklasifikasikan permesinan yang akan diuji sesuai Tabel 2.3. yang menunjukkan pedoman bagi kelayakan permesinan ISO 10186-1:1995 [3].
Tabel 2.3 Pedoman bagi kelayakan permesinan ISO 10186-1:1995(E) Nilai batas Keparahan
Getaran
Kualitas untuk Tingkat Kelas Permesinan Kecepatan (in/s)-Peak Kecepatan (mm/s)-rms Kelas I Kelas II Kelas III Kelas IV 0,015 0,28 0.025 0,45 0,039 0,71 0,062 1,12 0,099 1,8 0,154 2,8 0,248 4,5 0,392 7,1 0,617 11,2 0,993 18 1,540 28 2,48 45 3,94 71
Dengan membaca Tabel 2.3. dapat mengkaitkan kondisi kerusakan permesinan dengan getaran sebagai monitoring perawatan berbasis kondisi. Standar yang digunakan adalah parameter kecepatan (rms) untuk mengindikasikan
A
B
C
kerusakan. Huruf A,B,C,D seperti terlihat pada Tabel 2.3. mengklasifikasikan tingkat keparahan sesuai dengan kelas permesinan, sebagai berikut:
1. Zona A
Zona hijau, getaran dari mesin sangat baik dan dibawah getaran yang diizinkan.
2. Zona B
Zona kuning, getaran dari mesin baik dan dapat dioperasikan karena masih dalam batas yang diizinkan.
3. Zona C
Zona orange, getaran dari mesin dalam batas toleransi dan hanya dioperasikan dalam waktu terbatas.
4. Zona D
Zona merah, getaran dari mesin dalam batas berbahaya dan kerusakan dapat terjadi pada mesin.
5. Kelas I
Bagian mesin secara integral dikaitkan sebagai permesinan lengkap dalam kondisi pengoperasian normal (motor listrik sampai 15 kW).
6. Kelas II
Peralatan permesinan berukuran sedang (motor listrik dengan output 15-75 kW) tanpa fondasi khusus, mesin terpasang mati (hingga 300 kW) dengan fondasi khusus.
7. Kelas III
Mesin dengan penggerak utama yang lebih besar dan mesin-mesin besar
lainnya dengan rotating masses terpasang mati pada fondasi padat dan fondasi berat yang indikatornya sulit bagi penjalaran getaran.
8. Kelas IV
Mesin dengan penggerak utama yang lebih besar dan mesin-mesin besar lainnya dengan rotating masses-terpasang pada fondasi yang indikatornya
mudah bagi pengukuran getaran (sebagai contoh: turbo generator terutama dengan substruktur yang ringan).
2.5. Eksitasi Getaran pada Pompa
Persamaan gerak suatu system konservatif dapat diperoleh dari pertimbangan energi. Total energi sistem tersebut adalah jumlah energi kinetik dan energy potensial. Energi kinetik T dikarenakan oleh kecepatan massa, dan energy potensial dikarenakan energi regangan pegas U pada saat mengalami deformasi. Untuk sistem yang konservatif, energi mekanik akan tetap konstan dan turunan terhadap waktu harus bernilai nol[8].
T+U= (Energi total) = konstan ... (2.10) d/dt (T+U)=0 ... (2.11) Untuk menurunkan persamaan gerak untuk sistem. x(t) diasumsikan perpindahan massa, diukur dari posisi kesetimbangannya dengan mengabaikan massa pegas. Oleh sebab itu energy kinetik sistem adalah[6]:
̇ ... (2.12) Energi potensial yang terkait dengan persamaan 2.9 adalah regangan pegas yang diakibatkan oleh perpindahan massa. Maka energi potensial neto sistem terhadap keseimbangan statik adalah :
∫ ( ) ... (2.13) Subsitusi persamaan 2.11 dan 2.12 ke persamaan 2.10 menghasilkan :
( ̇ ) ( ̈ ) ̇ ... (2.14) Karena kecepatan ̇(t) tidak berharga nol maka diperoleh persamaan gerak:
̈ ... (2.15) ̈ ... (2.16) Dimana
Solusi persamaan 2.15 adalah
Dimana A1 dan A2 adalah konstanta sembarangan yang diperoleh dengan mengevaluasi kondisi awal, yaitu simpangan x(0) dan kecepatan awal ̇(0). Persamaan 2.16 juga dapat disederhanakan menjadi :
( ) ... (2.18) Dimana
√ ( )
Dari persamaan 2.17 terlihat jelas bahwa ketika sistem sudah bergetar maka sistem tersebut akan bergetar harmonik, amplitude A tidak berkurang dengan berjalannya waktu. Sistem tetap bergetar berdasarkan hukum kekelan energi, yang mana energi tersebut tidak berkurang tetapi tersimpan pada komponen massa dan pegas.
Untuk gaya luar harmonik. ( )
Dimana F adalah amplitude gaya dan ω adalah frekuensi gaya F dalam rad/s yang juga merupakan frekuensi system angular. Persamaan 2.6 menjadi[8]:
̈ ̇ ... (2.19) Solusi khususu atau solusi dalam keadaan stedi adalah :
( ) ... (2.20) Dimana A adalah amplitude getaran dalam keadaan stedi. Dengan demikian diperoleh
̇ ( ) ... (2.21) ̈ ( ) ... (2.22) Subsitusi persamaan 2.19, 2.20 dan 2.21 ke persamaan 2.18 sehingga diperoleh :
( ) ( ) ( ) ... (2.23) Persamaan itu dapat diuraikan menjadi :
[ ( ) ]
[( ) ] ... (2.24) Dari persamaan 2.23 untuk sembarang waktu t, diperoleh:
( ) ... (2.25) [( ) ] ... (2.26) Dari persamaan 2.24 dapat diperoleh :
... (2.27) Subsitusikan persamaan 2.26 ke persamaan 2.25, sehingga diperoleh :
( ) ... (2.28) Dimana F, A dan (k-mω2)2+c2ω2adalah besaran positif.
Dengan menggunakan persamaan identitas :
Dan dari persamaan 2.24 dan 2.25 diperoleh :
√( ) ... (2.29)
2.6. Pompa
Pompa adalah jenis mesin fluida yang digunakan untuk mentransferkan fluida inkompresibel atau fluida cair dengan menambahkan energi ke dalam fluida tersebut. Sesuai hukum kekekalan, energi tidak dapat diciptakan atau di musnahkan, energi hanya dapat berubah. Pompa mengubah energi kinetik atau putaran ini menjadi tekanan yang dibuktikan dengan fluida yang keluar dari pompa memiliki tekanan lebih besar dari saat masuk. Energi yang ada didalam fluida dapat berupa [9]:
Head static (Tekanan)
Head kinetic (kecepatan)
2.7. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump)
Pompa sentrifugal adalah salah satu peralatan yang sering digunakan pada berbagai proses dalam suatu pabrik. Pompa sentrifugal ini mempunyai tujuan untuk mengubah energi dari suatu pemindah utama (motor Electric atau turbin) menjadi kecepatan atau energi kinetik dan kemudian menjadi energi tekanan dari suatu fluida yang dipompakan. Perubahan energi terjadi melalui sifat dari kedua bagian utama, Impeller dan volute atau diffuse. Impeller adalah bagian yang berotasi (berputar) yang mengubah energi menjadi energi kinetik. Volute dan diffuser adalah bagian yang stationer (tidak bergerak) yang mengubah dari energi kinetik menjadi energi tekanan[10].
2.8. Bagian – Bagian Utama Pompa Sentrifugal
Dalam pengoperasian pompa sentrifugal ada beberapa bagian yang perlu diperhatikan agar pompa dapat bekerja dengan baik dan dapat bertahan lama. Adapun bagian–bagian utama pompa sentrifugal tersebut antara lain:
Rumah Pompa Sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.13
Rumah Pompa Sentrifugal Gambar 2.13
Keterangan Gambar 2.13 :
A. Stuffing Box (Mechanical Seal)
Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.
B. Packing
Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.
C. Shaft (poros)
Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.
D. Shaft-sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.
E. Vane
Vane impeller berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller. F. Casing
Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozzel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).
G. Eye of Impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller. H. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontiniu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
I. Wearing Ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.
J. Bearing
Bearing (bantalan) berfungsi untuk menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari:
1. Proteksi terhadap aliran balik. Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah dengan arah aliran keluaran pompa.
2. Proteksi terhadap overload. Beberapa alat seperti pressure switch low, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload.
3. Proteksi terhadap getaran. Getaran yang berlebihan akan menggangu kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk menghindari getaran berlebihan ialah vibration switch dan vibration monitor.
4. Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow.
5. Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida
terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan pada sistem pompa ialah Level Switch Low (LSL) dan Pressure Switch Low (PSL).
Pompa Sentrifugal di Gathering Station Gambar 2.14
2.9. Kerja Pompa
Pompa sentrifugal seperti diperlihatkan dalam gambar 2.15, mempunyai sebuah impeller untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi.
Bagan alir fluida di dalam pompa sentrifugal Gambar 2.15
Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran antara sudu-sudu. Disini head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah karena zat
cair mengalami percepatan. Zat cair yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) dikelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nosel. Didalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.
Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandung menjadi flens isap dan flens keluar pompa disebut head total pompa.
Dari uraian diatas jelas bahwa 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 zat cair yang mengalir secara kontiniu[10].
2.10. Heavy Oil
Heavy oil atau minyak mentah atau minyak berat adalah minyak yang sangat kental dan tidak bias dengan mudah mengalir ke sumur produksi dalam kondisi normal. Disebut minyak berat karena kepadatan atau berat jenis lebih tinggi dari pada minyak mentah[9]. Minyak mentah berat telah didefinisikan sebagai setiap petroleum cair dengan gravitasi API kurang dari 20o [11]
Tabel 2.4 Klasifikasi Minyak Bumi Menurut Spesifikasi Gravitasi Jenis Minyak Bumi Spesific Gravity
(ASTMD-1298) API Ringan <0.830 39 Medium Ringan 0.830-0.850 39-35 Medium Berat 0.850-0.865 35-32.1 Berat 0.965-0.905 32.1-24 Sangat Berat >0.905 24.8 http://riahani.blogspot.co.id/2012/07/spesific-gravity.html
Viskositas minyak[10]. Gambar 2.16
2.11. Maintenance
Untuk memperpanjang umur pakai suatu peralatan dapat dilakukan dengan perbaikan berkala atau perawatan yang sering disebut maintenance. Maintenance dapat diartikan sebagai kegiatan memelihara atau menjaga fasilitas maupun peralatan dan mengadakan perbaikan yang diperlukan agar fasilitas atau peralatan tersebut memiliki lifetime atau waktu operasi yang maksimal. Maintenance juga merupakan suatu fungsi dalam suatu perusahaan yang tidak kalah penting dibanding fungsi-fungsi lain seperti produksi karena fungsi-fungsi tersebut yang saling berkaitan untuk memenuhi tujuan perusahaan itu[3].
2.11.1 Breakdown Maintenance
Breakdown maintenance atau “run to failure maintenance” adalah kegiatan pemeliharaan dan perawatan yang dilakukan setelah terjadinya kerusakan pada perlatan sehingga tidak dapat berfungsi dengan baik atau gagal beroperasi. Breakdown maintenance sering disebut dengan service (perbaikan) atau reparasi.
2.11.2 Preventive maintenance
Preventive maintenance adalah kegiatan pemeliharaan dan perawatan yang dilakukan untuk mencegah timbulnya kerusakan yang tidak terduga dan menemukan kondisi yang dapat menyebabkan peralatan produksi mengalami kerusakan saat digunakan. Selain itu, preventive maintenance merupakan manajemen pemeliharaan yang dilakukan secara periodik pada peralatan seperti inspeksi, lubrikasi, dan penyetelan.
2.11.3 Predictive maintenance
Predictive maintenance adalah suatu pendekatan yang digunakan untuk memonitor akan terjadinya kerusakan pada peralatan dengan menggunakan peralatan khusus (non destructive test instrument) untuk menentukan kapan peralatan tersebut akan terjadi kerusakan dan dilakukan pencegahan sejak dini. Peralatan khusus yang biasanya digunakan misalnya analisis getaran, infra merah, thermographs (alat pengukur panas) atau deteksi ultrasonic.
Predictive maintenance merupakan suatu proses pemeliharaan berdasarkan pendekatan pada pengukuran kondisi peralatan, dengan menilai apakah suatu peralatan akan gagal selama beberapa periode masa yang akan dating dan kemudian mengambil tindakan untuk menghindari konsekuensi dari kegagalan itu.
2.11.4 Condition Monitoring
Condition Monitoring adalah proses memonitor kondisi dari sebuah mesin sehingga bisa diketahui kondisi dari mesin apakah dalam kondisi baik atau mulai ada gejala rusak. Dengan kata lain : Medical Check Up nya Mesin.
Salah satu prinsip dalam dunia maintenance adalah : “kerusakan terburuk adalah kerusakan yang kita tidak siap untuk menghadapinya”. Dengan melakukan Condition monitoring, diharapkan perusahaan/pemilik equipment dapat merencanakan tindakan lebih lanjut sehingga dapat menghindarkan terjadinya kerugian yang tidak perlu.
