Select Page

Apakah yang dimaksud critical speed? Apakah ada pada setiap benda berputar?
Ada suatu kasus, dalam turbine ada suatu zona speed yang dinamakan dengan
critical speed, dimana pada saat menaikkan rpm turbin, speed tidak boleh
ditahan pada range critical speed tersebut. Setelah dicek ternyata terdapat
bermacam-macam critical speed untuk setiap komponen. Mulai High Pressure
turbine, Intermediate Pressure turbine, Low Pressure turbine, sampai generator.
Apakah yang dimaksud critical speed? Apakah ada pada setiap benda berputar?

Critical speed adalah kecepatan kritis, dimana terdapat / adanya frekuensi
pribadi. Lalu apakah frekuensi pribadi itu? Pada rotating equipment. Jika
tidak mengenai frekuensi pribadinya maka ia tidak akan bergetar hebat. Maka,
biasanya seorang designer, akan mengeset frekuensi pribadi itu seaman mungkin.

Secara definisi Critical speed : A characteristic speed at which a predominant
response occurs at resonance. (Note : In the case of a rotating system, the
critical speed is the speed that corresponds to a resonance frequency of
the system (it may also include multiples and submultiples of the resonance
frequency); for example, speed in revolutions per unit time is equal to the
resonance frequency in cycles per unit of time).

Dua hal yang biasanya dilakukan. Apakah design dari sistem rotating itu diatas
frekuensi pribadi ataukah dibawah.

Apakah itu ada pada setiap benda berputar? Benda yang berputar akan bergetar
(vibrasi). Karena ia bergerak dan bertumpu pada suatu titik. Dan pada rotating
equipment, bertumpu pada bearing.

Oleh sebab itu Vibration Institute mendefiniskan bahwa ‘Vibrasi adalah gerakan
kontinyu, acak, atau periodik dari suatu objek. Disebabkan oleh natural excitation
dari struktur dan mechanical faults’.

Secara ideal, benda harus didesain agar titik gravitasinya tepat berada di
titik sumbu perputaran sehingga seimbang. Tetapi, kondisi ideal tidaklah
mungkin dicapai, karena tingkat ketidakhomogenan material atau profile benda
tersebut.  Benda  yg berputar akan mengalami getaran jika ada massa
yang tidak seimbang (unbalance). Critical Speed itu berhibungan dengan Frekuensi
Natural (Fn) sebuah benda ‘body’ yang bergetar.  Fn akan mengakibatkan
Amplitudo getaran yang paling besar.  Amplitudo ekivalen dengan defleksi
di dalam mekanika teknik. Jelas defleksi/amplitude yang besar bisa mengakibatkan
‘material failure’.  

Apakah critical speed tersebut ada kaitannya dengan natural frequency yang
dimiliki oleh komponen tersebut mengingat jika terjadi resonansi yang saling
menguatkan maka vibrasi yang dihasilkan oleh rotating equipment cukup besar?

Berikut merupakan informasi tambahan tentang critical speed:

Critical speed (nc) merupakan kecepatan putar yang bersesuaian dengan frekuensi
pribadi (natural frequency, fn) dari suatu sistem. Jadi secara matematik:
nc = 60*fn  (nc dalam rpm, fn dalam Hz).

Jadi suatu benda yang memiliki frekuensi pribadi 16 Hz, misalnya, memiliki
critical speed sebesar 60 *16  = 960 rpm.

Frekuensi pribadi (natural frekuensi) selalu dimiliki oleh benda atau sistem
yang memiliki massa dan kekakuan, tidak perduli sistem/mesin tersebut berputar
atau diam. Secara matematik fn = ((k/m)^0.5)/(2*pi).

Jadi frekuensi pribadi merupakan ‘frekuensi kesukaan benda/sistem untuk bergetar’.
Bila suatu sistem digetarkan dengan gaya pengeksitasi yang memiliki frekuensi
yang sama dengan frekuensi pribadi tersebut, maka amplitudo getaran yang
terjadi akan besar.

Hal tersebut disebabkan :
– mesin yang berputar selalu memiliki ketakseimbangan (walaupun telah        
diseimbangkan),
– frekuensi eksitasi yang disebabkan oleh ketidakseimbangan yang berputar         
nilainya sama dengan  frekuensi putar (frekuensi eksitasi akibat unbalance
yang          berputar = kecepatan
putar/60),
– ketakseimbangan adalah penyebab utama getaran yang terjadi pada kebanyakan
mesin, maka fenomena resonansi (dimana amplitudo getaran yang terjadi besar)
akan terjadi ketika (frekuensi pribadi = frekuensi eksitasi = kecepatan putar/60).
Jadi critical speed merupakan kecepatan putar mesin yang menyebabkan amplitudo
getaran besar dan besarnya = nc = 60*fn;

Sistem riil (yang ada di alam) merupakan sistem yang kontinu (massanya terdistribusi)
sehingga memiliki derajat kebebasan tak berhingga (karena itu memiliki critical
speed tak berhingga banyaknya). Namun, mengingat keterbatasan rentang kecepatan
yang dimiliki mesin, pabrik pembuat biasanya hanya menyatakan beberapa buah
critical speed). Untuk mesin-mesin yang beroperasi di bawah 1st critical
speed, maka critical speednya sering tidak disebutkan.

Apabila ada suatu mesin berputar misalkan sebuah pompa yang disambungkan
dengan sistem pemipaan. Pompa akan berputar pada x rpm. Dari perhitungan
stress analysis menggunakan Caesar akan didapat frequency pribadi dari sistem
pemipaan tersebut. Didapat frequency pribadi f1, f2, f3, f4 dan f5. Frequency
pribadi pertama dari sistem pemipaan berada jauh dibawah frekuensi putar
pompa tersebut tetapi frequency pribadi ke dua dan seterusnya mendekati frekuensi
putar pompa tersebut.

Berapa sebaiknya beda/selisih minimum frequency pribadi pertama pipa dengan
frequency putar pompa, untuk menghindari failure pada pemipaan?

Sebenarnya besar selisih frekuensi pribadi pertama dengan frekuensi putar
pompa sangat tergantung dari besar redaman yang ada. Semakin kecil redaman
(damping ratio) yang dimiliki sistem, semakin kecil selisih redaman yang
diperlukan. Struktur baja memiliki damping ratio kira-kira 0,05 sehingga
beda frekuensi sebesar 5%, cukup untuk menghindari resonansi. Untuk struktur
pipa yang memiliki fluida di dalamnya, redaman yang terjadi lebih besar sehingga
selisih frekuensi yang diperlukan juga semakin besar. (Bisa dirujuk kembali
pada buku standar getaran dimana kurva magnification factor semakin gemuk
dengan bertambahnya rasio redaman. Kurva yang gemuk di sekitar resonansi
berarti bahwa walaupun kecepatan putar mesin kita geser menjauhi frekuensi
pribadi, getaran yang terjadi berkurang hanya sedikit. Sebaliknya, kurva
yang tajam berarti sedikit saja kecepatan putar dinaik/turunkan dari frekuensi
pribadi, getaran turun drastis). Dalam praktek, biasanya diambil selisih
frekuensi pribadi dan frekuensi putar minimal 10%.

Apabila frequency pribadi berikutnya dari sistem pipa bergerak mendekati
frekuensi putar pompa, apakah bermasalah karena selisihnya semakin kecil
dan mungkin pada frekuensi pribadi ke-n menjadi hampir sama?

Semakin dekat kecepatan putar mesin mendekati frekuensi pribadi yang ke-n,
semakin besar potensi kita mendapatkan masalah karena getaran yang besar
karena fluktuasi kecepatan putar akibat beban atau berubahnya sifat sifat
karet penumpu dapat menyebabkan resonansi.

Sampai frequency pribadi ke berapa yang harus kita perhatikan agar tidak
sama dengan frekuensi pengeksitasinya?

Semua frekuensi pribadi harus dihindari. Namun kalau kecepatan putar pompa
‘hanya’ 3000 rpm dan gaya eksitasi mesin hanya disebabkan karena masalah
ketakseimbangan (unbalance) saja, maka frekuensi pribadi yang harus diperhatikan
adalah frekuensi pribadi yang nilainya di bawah 3000/60 = 50 Hz. Bila masalah
misalignment juga timbul, dan misalignment tersebut menggunakan kopling yang
menyebabkan frekuensi eksitasi sebesar 2 x running speed saja, maka frekuensi
pribadi yang harus diperhatikan adalah yang nilainya di bawah 2 x 3000/60
= 100 Hz.

Bila pompa dioperasikan di atas frekuensi pribadi yang ke-n dari pipa, maka
biasanya sulit untuk mencapai selisih frekuensi pribadi dan frekuensi putar
sebesar 10%. Bila ini yang terjadi biasanya praktisi industri menerapkan
konsep isolasi getaran yaitu Isolasi di sumbernya. Dengan kata lain antara
pipa dan pompa harus disambung dengan flexible connection sehingga gaya eksitasi
yang berasal dari pompa tidak diteruskan ke pipa.

Parallel misalignment akan menghasilkan vibrasi yang DOMINAN di 2X rpm di
arah radial, angular misalignment di 1X arah aksial. Di lapangan, kebanyakan
campuran parallel dan angular. Hal lain yang bisa digunakan identifikasi
misalignment bisa dengan pengukuran beda fasa dan bentuk time waveform-nya.

Pada vibration monitoring online (ke DCS), kita bisa dapat time waveform-nya.
Bisakah sinyal ini dimanfaatkan untuk analisa kondisi mesin (predictive maintenance),
bagaimanakah caranya?

Pada umumnya vibration monitoring online yg ke DCS lebih dimaksudkan untuk
protection system. Seandainya level vibrasi sudah mencapai alarm tertentu,
mesin akan shut down. Hanya level vibrasi yang ditampilkan ke layar.

Pada dasarnya sinyal tersebut bisa digunakan untuk diagnostic system, baik
untuk menampilkan FFT Spectrum maupun time waveform.

Kalau pada sistem yang terpasang dilengkapi BNC Buffer Output, hubungkan
BNC Buffer port tersebut dengan vibration analyzer dengan kabel BNC – BNC,
setting sensitivitas sensornya. Pada umumnya jika menggunakan proximity probe,
sensitivitasnya 200 mV/mils. Jika memakai sensor lainnya, disesuaikan saja.
Sehingga bisa didapatkan spektrum dan time waveform, fasa (jika ada keyphasor),
orbit, dibuat narrow band alarm, ditrendingkan untuk keperluan diagnostic
(PdM). Pngambilan data vibrasi & keyphasor dari sistem on-line terpasang
bisa dilakukan dengan portable vibration data logger.

Memang benar bahwa manusia memang memiliki beberapa frekuensi pribadi yang
berhubungan dengan tuang belakang, perut,tengkuk dan sebagainya. Artinya
kalau manusia digetarkan pada frekuensi tertentu ia akan merasa mual, pada
frekuensi yang lain akan sakit tengkuk dan sebagainya. Beberapa makalah internasional
telah membahas tentang hal ini.

Walaupun manusia bisa merespon terhadap getaran yang dialaminya, seorang
designer sistem suspensi mobil (misalnya) tetap merancang agar frekuensi
eksitasi ini tidak sampai pada penumpang. Jadi asumsi yang digunakan adalah
tanpa merespon-pun penumpang harus nyaman. Dapat dibayangkan betapa repotnya
bila penumpang mobil  harus bergerak ke-kanan ke-kiri atau berpegangan
tangan untuk menghindari gaya dengan frekuensi eksitasi sama dengan frekuensi
pribadi manusia atau mengubah frekuensi pribadi kita dengan cara jongkok,
berpegangan tangan dan sebagainya.

Sebenarnya, ciri misalignment tidak hanya tergantung pada jenis misalignment
yang terjadi, tetapi juga tergantung pada kopling yang digunakan (Lihat gambar
1 dalam ‘Why Shaft Misalignment Continuous to …….’ oleh John Piotrowski
di www.turvac.com). Hasil penelitian seorang mahasiswa juga telah menunjukkan
bahwa ciri getaran yang dihasilkan oleh misalignment yang sama tetapi menggunakan
jenis kopling yang berbeda akan menghasilkan ciri yang berbeda pula.

Itu sebabnya di software predictive maintenance berdasar sinyal getaran RBM
(AMS) kita harus memasukkan jenis kopling yang digunakan.

Tipe kopling akan berpengaruh ke spektrum getarannya. Melengkapi artikel
tentang misalignment & jenis kopling yang telah disebutkan, bisa dicoba
link berikut :

Characterizing Shaft Misalignment Effects Using Dynamic Measurements http://www.mhm.assetweb.com/drknow/aplpapr.nsf/06b6f5a4de2eae6285256a3f004d9
758/e015168db634c4b2852565a2005e816e ? OpenDocument

Artikel yang lain tentang vibrasi dan lain-lain bisa diakses di http://www.mhm.assetweb.com/drknow/aplpapr.nsf?OpenDatabase&Start=1&Count=50&Expand=10

Share This