Getaran Struktur dan Rotating Machinery

Getaran

Merupakan adanya gerakan secara kontinyu, acak atau periodik yang tidak diinginkan namun dihasilkan oleh suatu instrument. Getaran pada mesin tidak bisa dicegah, tapi dapat dikurangi sampai sekecil mungkin. Dengan adanya getaran, secara teknis usia dari element mesin seperti bantalan, poros, sistem transmisi dan sebagainya akan berkurang, bahkan jika getaran semakin besar dan tidak ditindak lanjuti, maka kerusakan fatal yang akan terjadi. Monitoring getaran merupakan antisipasi dan proteksi pencegahan kerusakan instrument. Besarnya getaran yang terbaca dapat memberitahu tingkat kestabilan dan reabiliti dari instrument tersebut. Seandainya level getaran sudah mencapai batas tertentu maka secara otomatis sistem akan mematikan instrument atas bekerjanya sistem ESD (Emergency Shutdown) untuk mencegah kerusakan pada instrument. Perancangan purwarupa sistem monitoring getaran rotating equipment dengan sensor (MPU 6050)  bekerja dengan baik dalam membaca getaran yang dihasilkan rotating equipment serta menampilkan pembacaan frekuensi pada LabView dari setiap sumbu sensor dengan metode FFT (Fast Fourier transform). Purwarupa sistem yang dirancang memberikan batasan range getaran dengan nilai batas aman <-150 m/s2 dan >150 m/s2 terdeteksi malfungsi yang apabila getaran telah melewati batas, sistem ESD (Emergency Shutdown) akan bekerja untuk mematikan rotating equipment.

FFT (Fast Fourier Transform)
Merupakan salah satu analisis suatu sinyal yang merubah fungsi domain waktu menjadi domain frekuensi. Frekuensi diartikan sebagai jumlah gelombang yang terjadi dalam satu detik, atau kebalikan dari waktu. Sehingga waktu yang satuannya detik (second) akan menjadi Hertz (1/second) untuk fekuensi. Sinyal yang diperhatikan dalam analisa dengan FFT ini meliputi sinyal dengan komponen sinusoida. FFT juga akan menghasilkan dengan bentuk sinyal dalam domain frekuensi. Dalam FFT sinyal yang berada dalam domain waktu diubah menjadi domain frekuensi. Sehingga sinyal akan dianalisa dengan memperhatikan frekuensi dari sinyal yang dihasilkan. FFT (Fast Fourier Transform) memiliki persamaan umum sebagai berikut :

Dimana X(F) merupakan nilai hasil dari transformasi fourier, x(t) ialah nilai atau fungsi sinyal dalam domain waktu, e^-j2πkFt merupakan persamaan bentuk sinyal eksponensial kompleks dengan nilai k = 0, ±1,±2,.. 

Mesin Ideal

Dalam banyak hal diharapkan mesin tidak menghasilkan getaran sama sekali. Mesin ideal yang demikian akan sangat mengemat energi karena semua energi yang diberikan kepada mesin seluruhnya akan digunakan untuk melakukan pekerjaannya saja. Namun, itu sangat mustahil karena dalam hal permesinan sangatlah tidak mungkin mendapatkan material yang sangat homogen tanpa sisa ketidak seimbangan dan mesin yang bergerak secara berputar maupun bergerak bolak-balik yang tidak menimbulkan gesekan satu bagian dengan bagian lainnya.

Mesin yang Berputar

Mesin-mesin yang berputar atau yang biasa disebut Rotating Equipment adalah peralatan yang sangat vital dalam semua jenis industri, baik yang berfungsi sebagai peralatan pemindahan dan pengiriman. Rotating Equipment tersusun atas dua bagian utama. Yaitu Stator yang merupakan bagian yang diam dan Rotor sebagai bagian yang berputar. Konstruksinya sendiri adalah sebagai berikut:

1. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan dengan bentuk silindris.
2. Rotor adalah bagian dari Rotating Equipment yang berputar pada sumbu rotor. Perputaran disebabkan adanya medan magnet dan lilitan kawat pada rotor.

Sedangkan torsi dari perputaran rotor ditentukan oleh banyaknya lilitan kawat dan juga diameternya. Pada Gambar 2 Konstruksi motor industri [5] adalah contoh konstruksi dari salah satu jenis rotating equipment. Sedangkan penelitian ini menggunakan motor AC karena memiliki prinsip dan konstruksi yang hampir sama dengan motor industri sebagai rotating equipment. Berikut bentuk fisik dari motor AC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

AC

AC

DC

Sensor Accelerometer

Accelerometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran (vibrasi), dan mengukur percepatan akibat gravitasi (inklinasi). Sensor accelerometer mengukur percepatan akibat gerakan benda yang melekat atau menjadi penampang padanya. Percepatan pada accelerometer sendiri merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu. Bertambahnya suatu kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut juga percepatan. Jika kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya, disebut declaration. Percepatan juga bergantung pada arah atau orientasi karena merupakan penurunan kecepatan yang merupakan besaran vector. MPU 6050 module adalah sebuah modul yang berinti MPU 6050 yang memiliki 6 axis motion processing unit dengan penambahan regulator tegangan dan beberapa komponen pelengkap lainnya yang membuat modul ini siap dipakai dengan tegangan supply sebesar 3-5VDC. Modul ini memiliki interface I2C yang
dapat disambungkan langsung ke MCU yang memiliki fasilitas I2C Ditunjukan pada.Gambar 4 berikut ini.