BAB IV HERI

BAB IV PEMBAHASANTranducer adalah salah satu alat yang diperlukan untuk mengukur vibrasi dan mengkonversikannya dari gerakan mekanikal ke signal voltage yang mana hanya bisa diproses dengan elektronik instrumentasi. Ada beberapa macam transducer dipakai dengan tipe yang berbeda yang telah dikembangkan untuk sensor getaran dan masing masing mempunyai kelebihan dan batasan batasan. Pada prinsipnya pemilihan transducer tergantung dari amplitudo dan frekuensi getaran yang diukur, oleh karena itu dalam mengukur getaran memungkinkan menggunakan transducer lebih dari satu. Transducer yang umum digunakan adalah :1. Eddy Current Proximity Probe (Displacement)

2. Seismic Sensor (Velocity) 3. Piezoelektrik (Accelerometer)

Gambar 4.1 Respon frekuensi (sensitivitas)

21Pemilihan probe Velocity & Accelerometer

4.1 Seismic Sensor (Velocity) Seismic Sensor (Velocity) adalah transducer untuk mengukur vibrasi bearing housing relative terhadap ruang. Desain Seismic Sensor Velocity mempunyai coil atau lilitan cabel yang dapat bergerak bebas dipegang oleh pegas dikelilingi oleh sebuah permanent magnet. Magnet ini dipegang terhadap bodi dan ketika transducer ditempelkan pada benda yang bergetar, magnet ikut bergetar dan pada waktu itu coil tetap diam dengan referensi ruangan. Sebuah voltage akan dibangkitkan dalam coil sebanding dengan kecepatan getaran. Output voltage seismic sensor velocity cukup besar yang mana membuat harga elektronik meter cukup murah dan sederhana. Seismic sensor velocity hampir banyak digunakan dalam pengukuran getaran, oleh karena ini dapat membaca getaran unfilter simpangan dan kecepatan. Contoh dua kontruksi probe seismic sensor velocity dibawah ini yang pertama adalah magnet bergerak terhadap kumparan yang diam dan yang kedua adalah kumparan bergerak terhadap magnet yang diam.

Gambar 4.2. Kontruksi Seismic Sensor Velocity


4.1.1. Prinsip Kerja Gambar 4.2 menunjukkan skematik dari velocity pickup dan bagianbagiannya. Sistem tersebut terdiri dari massa yang dililiti o1eh suatu kumparan yang dihubungkan dengan pegas dan damper, dan suatu magnet permanen yang memberikan medan magnet yang cukup kuat dipasang mengelilingi kumparan tersebut. Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Apabila transducer ini ditempatkan pada bagian mesin yang bergetar, maka tranduser ini pun akan ikut bergetar, sehingga kumparan yang ada di dalamnya akan bergerak relatif terhadap medan magnet akan menghasilkan tegangan listrik pada ujung kawat kumparannya. Sinyal listrik yang dihasilkan sebanding dengan kecepatan getaran mesin tersebut. Dengan mengolah/ mengukur dan menganalisa sinyal listrik dari tranduser, maka getaran mesin dapat diukur / diketahui. Keuntungan Seismic Sensor Velocity : 1. Tidak perlu sumber tegangan, oleh karena dapat membangkitkan tegangan sendiri cukup kuat. 2. Elektronik meter cukup sederhana. 3. Dapat dipasang langsung pada bearing housing dan tidak selalu permanen.4. Dapat dipasang dengan menggunakan magnet, stick atau dipegang dengan

tangan. 5. Stabil dioperasikan pada temperatur tinggi. 6. Sinyal output kuat. Kekurangan Seismic Sensor Velocity :1. Frekuensi respon terbatas antara 10 Hz 1,5 KHz atau (600 CPM 90.000

CPM). 2. Cukup besar dan agak berat.3. Resonansi probe sekitar 10 Hz (600 CPM).


4. Potensial untuk rusak karena lelah dari pergerakan internal parts. 5. Tidak dapat mengukukur shaft vibrasi dan posisi shaft. 4.1.2. Aplikasi Velocimeter Probe. Salah satu keunggulan velocity probe adalah kemampuanya bekerja dalam temperatur yang cukup tinggi. Hal ini tidak dimiliki oleh probe lain yang umumnya hanya mampu bekerja pada batasan temperatur tertentu. Aplikasi di PT. Pupuk Kaltim sendiri yaitu pada unit gas turbin generator 2010-U, 16-Z001, 16-GE-301. Probe ini digunakan sebagai trip system, start up/shut down dan monitor steady state vibration pada unit-unit tersebut 4.1.3. Jenis-jenis probe velocity. Probe velocity yang sering digunakan di Departemen Istek antara lain IRD & Bently. Masing masing merek meskipun sama jenisnya namun memiliki karakteristik yang beda-beda, sesuai dengan kebutuhan penggunaan. Untuk Bently mempunyai sensitivitas 19.7 mV/mm/sec (500 mV/IPS). 4.2. Piezoelektrik (Accelerometer) Desain Piezoelektrik Accelerometer atau sensor accelaration kristal piezoelektik yang ditempatkan diantara base dan masa akan menghasilkan sebuah muatan (charge) sebanding dengan gaya yang dikenakan padanya. Muatan (charge) yang dihasilkan oleh piezoelektrik ini sangat kecil dan diukur dalam satuan pico coulumb. Oleh karena itu diperlukan conditioning amplifier sebagai penguat signal yang akan dikirim ke elektronik meter atau signal analyzer.


Gambar 4.3. Konstruksi Piezoelektrik Accelerometer.

4.2.1 Prinsip Kerja Gambar 4.4 adalah gambar sederhana dari tipe accelerometer dengan sebuah penguat didalamnya. Apabila tranduser ini ditempelkan pada bagian mesin yang bergetar, maka getaran mekanis tersebut diteruskan melalui Case insulator ke bahan piezoeletric, sehingga bahan tersebut mengalami tekanan sebanding dengan getarannya. Bahan piezoelectric tersebut mempunyai kemampuan untuk menimbulkan muatan listrik sebagai respon terhadap gaya mekanis yang bekerja terhadapnya. Getaran mekanis yang menghasilkan gaya akan mengenai bahan piezoeletric dan bahan tersebut akan menimbulkan muatan listrik yang sebanding dengan besarnya percepatan dari getaran tersebut. Muatan listrik yang ditimbulkan oleh bahan piezoelectric tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan output velocity tranduser. Karena muatan listrik yang ditimbulkan langsung oleh bahan piezoelectric begitu kecil, maka di dalam tranducer ini dibuat rangkaian penguat electronik untuk memperkuat muatan listrik yang dihasilkan oleh bahan piezoelectric, tersebut. Besarnya muatan yang dihasilkan langsung oleh bahan piezoelectric biasanya dalam 25Pemilihan probe Velocity & Accelerometer

picocoulombs per g. Sedangkan besarnya sinyal yang dihasilkan setelah melalui penguat, mempunyai sensitivitas 50 mv per g.

Gambar 4.4 Linearitas accelerometer

Keuntungan Piezoelektrik Accelerometer : 1. Frekuensi response cukup tinggi 10 Hz 20 KHz atau (600 1.200.000 CPM). 2. Ukurannya cukup kecil dibandingkan velocity dan dapat dipasang diatas bearing housing.3. Mampu menganalisa indikasi high frequency.

Kekurangan Piezoelektrik Accelerometer : 1. Perlu conditioning amplifier dan sumber tegangan . 2. Harganya cukup mahal.3. Kabel probe sensitive terhadap noise, getaran frekuensi tinggi dan gangguan

electrical . 4. Sangat sensitive terhadap pemasangan probe. 4.2.2. Aplikasi Accelerometer Probe. Penggunaan accelerometer terutama pada pengukuran vibrasi bearing housing, pengukuran seperti ini lebih akurat dibandingkan dengan pengukuran probe lainnya, karena range frekuensi probe accelerometer yang mampu mengukur hingga frekuansi tinggi. 4.2.3. Jenis-jenis Accelerometer Probe 26Pemilihan probe Velocity & Accelerometer

Jenis probe yang sering digunakan antara lain ; Bently, Wilcoxon, CTC, CSI & IRD. Untuk Wilcoxon mempunyai sensitifitas 100 mV/gs. Masing masing jenis transducer tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan sendiri sendiri, sehingga penggunaan dari pada masing masing probe tersebut tergantung dari tujuan pengukuran vibrasi dengan tujuan untuk mendapatkan range frequency rendah maka diperlukan eddy current proximity probe (displacement), jika kita ingin melakukan pengukuran vibrasi pada bearing housing untuk mendapatkan frekuensi medium maka akan diperlukan tipe transducer Seismic Sensor (Velocity), dan jika kita ingin melakukan pengukuran vibrasi pada bearing housing untuk mendapatkan frekuensi tinggi maka akan diperlukan tipe transducer probe piezoelektrik (accelerometer). 4.3. Dasar pemilihan probe. Pada bearing housing vibration, kita mengukur getaran absolut mesin dengan meletakan/memasang sensor (accelerometer atau velocity meter) di casing bearing atau tempat lain sesuai kebutuhan. Pada sistem anti friction bearing pengukuran casing vibration ini dapat memberikan gambaran yang cukup lengkap tentang kondisi getaran pada rotor. Hal ini mengingat penerusan getaran dari rotor ke casing terjadi secara efektif karena bearing memiliki kontak langsung serta kekakuan bearing yang tinggi. Dengan demikian getaran pada rotor akan diteruskan pada casing. Sehingga getaran pada rotor dapat terbaca pada casing, selama casing kontak/duduk secara langsung pada bearing atau rumah bearing. Pada sistem sleeve bearing atau bearing fluida (journal,tilt pad, dan lainya) antara bearing dan rotor terdapat clearance yang "besar" serta kontak "hanya" melalui fluida sebagai medianya. Dengan demikian pada sistem bearing ini akan ada getaran relatif antara casing dan rotor, atau dengan kata lain tidak semua getaran pada rotor akan diteruskan ke casing. Dengan demikian pengukuran getaran pada casing tidak dapat menggambarkan kondisi getaran secara lengkap pada rotor. Untuk keperluan ini maka diperlukan pengukuran lain yang bisa mengukur getaran poros relatif terhadap casing yang biasanya menggunakan proximity probe. Pada modus pengukuran ini sering digambarkan orbit poros yang merupakan gambaran 27Pemilihan probe Velocity & Accelerometer

tentang pergerakan relatif pusat getaran rotor relative terhadap casing. Namun, pada beberapa poin pengukuran tertentu tetap perlu menggunakan accelerometer probe, misalnya pada gear box yang ingin kita ketahui adalah danya indikasi high frequency. Jadi kedua pengukuran diatas 1 dan 2 tidak bisa dibandingkan karena mengukur parameter fisik yang berbeda dan memiliki tujuan pengukuran yang berbeda. Selain itu sensitivitas dan range pengukuran sensor accelerometer, velocity meter serta proximity probe memiliki range yang berbeda-beda. Secara sederhana accelerometer secara umum (kecuali yang special desain) akan lebih sensistive terhadap getaran dengan frekuensi tinggi, sedangkan proximity probe hanya sensitive untuk getaran dengan frekuensi Seperti yang telah kita ketahui bahwa tidak ada satupun tranduser yang cocok digunakan untuk semua pemakaian, sehingga kita perlu memilih tranduser mana yang paling cocok yang akan kita gunakan untuk keperluan kita. Ada beberapa hal penting yang perlu dipertimbangkan dalam proses pemilihan transduser ini. Pemilihan transduser ini adalah langkah yang paling penting dalam proses mendapatkan data vibrasi yang benar dan akurat. Tiap-tiap mesin mempunyai karakteristik getaran yang berbeda-beda dan spesifik, sebagai contoh : sebuah gearbox dengan ball bearing akan mempunyai karakteristik getaran pada frekuensi tinggi, hal tersebut jarang terjadi pada motor yang menggerakkan fan dengan kecepatan rendah. Contoh lain adalah sebuah pompa besar atau kompresor dengan sleeve bearing dimana kita menginginkan meneliti gerakan shaft mesin tersebut. Dari dua contoh diatas terdapat perbedaan parameter yang harus diukur, sehingga dibutuhkan tranduser yang berbeda untuk mendapatkan informasi yang diinginkan. Jadi pemilihan tranduser bergantung pada beberapa hal yaitu : - Karakteristik mekanik mesin - Parameter pengukuran - Karakteristik probe - Kondisi lingkungan 4.3.1. Karakteristik Mekanik Mesin


Setiap mesin mempunyai karakteristik yang berbeda-beda. Untuk pemilihan probe maka parameter yang harus diketahui antara lain : Jenis bearing yang digunakan. Shaft speed. Indikasi pembacaan yang ingin kita peroleh.

4.3.2. Parameter Pengukuran Pertama yang harus dipertimbangkan dalam proses pemilihan tranduser yang akan digunakan adalah parameter apa yang kita inginkan untuk diukur. Parameter-parameter tersebut adalah displacement (perpindahan), Velocity (kecepatan) dan acceleration (percepatan). Displacement: Displacement dapat diukur dengan tranduser velocity dan tranduser acceleration. Hal ini dilakukan dengan cara mengintegralkan hasil pengukuran dari kedua tranduser tersebut dengan rangkaian integrator yang biasanya sudah ada pada alat pengukur getaran. Tranduser jenis non-contact mengukur langsung displacement getaran tanpa memerlukan proses integrasi. Tranduser velocity, dapat digunakan untuk mengukur displacement dengan rangkaian single integrator, tetapi apabila kita akan bekerja pada frekuensi rendah, kita harus mempertimbangkan bahwa tranduser velocity akan kurang sensitif apabila digunakan pada frekuensi dibawah 600 CPM. Akibat adanya proses integrasi akan menimbulkan juga noise elektronik pada pengukuran frekuensi rendah tersebut. Tranduser accelerometer, dapat digunakan untuk mengukur diplacement getaran dengan rangkaian double integrator. Seperti halnya tranduser velocity, menggunakan tranduser accelerometer untuk mengukur displacement getaran akan memberikan attenuasi dan noise pada pengukuran frekuensi rendah. 29Pemilihan probe Velocity & Accelerometer

Velocity: Velocity dapat juga diukur dengan transducer velocity dan accelerometer. Sensor velocity dapat mengukur langsung kecepatan getaran tanpa proses integrasi. Sensor accelerometer untuk mendapatkan kecepatan getaran membutuhkan rangkain single integrator, dan dapat mengukur frekuensi getaran sampai dengan kira-kira 3 Hz, atau 180 CPM. Acceleration: Acceleration sebaiknya diukur hanya dengan accelerometer. Secara teoritis memungkinkan untuk mengukur acceleration menggunakan tranduser velocity dengan menambah rangkain difrensiator yang biasanya juga sudah ada di dalam alas pengukuran getaran. Yang paling baik dalam pemilihan tranduser adalah tranduser yang akan mengukur secara langsung. Tranduser displacement untuk mengukur displacement, tranduser velocity untuk mengukur kecepatan getaran dan accelorometer untuk mengukur percepatan getaran. 4.3.3. Karakteristik probe Setiap probe memiliki karakteristik yang berbeda-beda antara lain : sensitivitas, frekuensi response & ketahanan terhadap panas (suhu) 4.3.4. Kondisi lingkungan Tidak semua equipment yang menggunakan sleeve bearing diukur dengan menggunakan probe eddy current, ada beberapa pertimbangan diantaranya temperatur kerja dari alat yang cukup tinggi dan pemasangan yang permanen membuat transduser tidak bisa bertahan lama. Tentu diperlukan transduser yang mempunya karakteristik tertentu, misalnya tahan panas yang tinggi dalam waktu yang lama. Transduser yang memiliki ketahanan panas cukup tinggi adalah velocity probe, sebagai contoh aplikasi di Pupuk Kaltim adalah pada unit gas turbin generator 2010-U, 16-Z-001,


16-GE-301 yang menggunakan transduser velocity sebagai monitoring vibrasi. 4.4. Pemasangan probe velocity dan accelerometer. Pengukuran vibrasi pada setiap lokasi bearing housing mesin akan dilakukan dalam tiga arah yaitu horizontal, vertikal, dan axial. Oleh karena pada masing masing arah nilai vibrasinya belum tentu sama walaupun dalam satu bearing housing yang mengindikasikan hal yang berbeda pula.

Gambar 4.5 Pemasangan bearing housing vibration .

Gambar 4.6 Transducer Measuring Convention

4.5. Transducer Mounting. Untuk mendapatkan hasil yang akurat, tidak hanya pemilihan probe saja yang perlu diperhatikan, namun pemilihan transducer mounting merupakan hal


penting didalam pengukuran vibrasi. Berikut kami sajikan grafik jenis-jenis transducer mounting dan sensitivitasnya.

Gambar 4.7 Tansducer Mounting.

Pada pengukuran sampai dengan frequency 0-100 Hz adalah sensitifitas probe itu sendiri. Namun, ketika frequency lebih besar dari 100 Hz maka akan menimbulkan rosonansi sehingga diperlukan transducer mounting yang riggid (menempel) dengan baik sehingga timbulnya resonansi yang berakibat pada buruknya pembacaan sinyal dapat dihindari. Untuk itu disinilah peran transducer mounting untuk menghindari timbulnya resonansi. 4.6 Perbandingan hasil pengukuran velocity dan accelerometer Berikut ini kami sajikan perbandingan spektrum hasil pengukuran meggunakan velocity probe dan acceleration probe.


Gambar 4.8. Pengukuran menggunakan velocity probe pada saat start up 16-Z-001 (GTG Alsthom) tanggal 11 Juni 2010 posisi gear box vertical.

Pada gambar spectrum diatas adalah pengukuran menggunakan velocity probe. Pengukuran pada poin tersebut tidak terlihat adanya indikasi adanya high frequency karena keterbatasan probe velocity untuk sensitifitas 600 - 90.000 CPM.


11 .

1 Z1 1 -CV 1 1

UT - GTG ALSTHOM Y GEARBOX OUTPUT SIDE VERT SCREW Route Spectrum 11 11 : 11 -Jun11 : 11 OVERALL= 111 . A-DG RMS = 1 .11 LOAD = 11 . RPM = 11111 Hz) . (1 .11

11 .

RMS Acceleration in G-s

11 .

11 .

11 .

11 .

1 1 1 1 11 1 11 1 11 1 Frequency in kCPM 11 1 11 1 11 1

Freq: 111 .11 Ordr: 11 .11 Spec: 1 .111

Gambar 4.9 Pengukuran menggunakan acceleration probe pada saat start up 16-Z-001 (GTG Alsthom) tanggal 11 Juni 2011 posisi gear box vertical. (acceleration view).UT - GTG ALSTHOM Y GEARBOX OUTPUT SIDE VERT SCREW Route Spectrum 11 11 : 11 -Jun11 : 11 OVERALL= 111 . A-DG PK = 111 . LOAD = 11 . RPM = 1111. 11 . (11 Hz)

1

1 Z1 1 -CV 1 1

1

PK Velocity in mm/Sec

1

1

1

1 1 1 1 11 1 11 1 11 1 Frequency in kCPM 11 1 11 1 11 1 Freq: Ordr: Spec:

1 .111 1 .111 1 .111

Gambar 4.10 Pengukuran menggunakan acceleration probe pada saat start up 16-Z-001 (GTG Alsthom) tanggal 10 Juni 2011 posisi gear box vertical. (velocity view).


Gambar spectrum diatas adalah hasil pengukuran menggunakan probe accelerometer, dalam spectrum terbaca indikasi high frequency sampai 300 kCPM dengan overall value 1.94 gs. hal ini membuktikan bahwa untuk pengukuran high frequency probe accelerometer adalah yang paling baik pembacaannya.


BAB IV HERI

Documents