Aliran Fluida Aliran fluida cairan atau gas di dalam sebuah saluran tertutup atau pipa Getaran Mekanis

2.5.3 Pola aliran Von Karman’s

Theodore von Karman, 1963, telah menguji aliran fluida disekitar silinder dengan menggunakan serbuk aluminium. Dia mendapatkan di belakang silinder terbentuk wake, dan peluruhan vorteks, yaitu dua baris 0vortex yang berlawanan arah terbentuk dibelakang silinder. Dia menyatakan bahwa peluruhan vortex tersebut tidak stabil sehingga menimbulkan fluktuasi aliran, fenomena tersebut dinyatakan sebagai wake drag. Bila bilangan Reynolds bertambah maka wake cendrung tidak stabil dimana akan berlanjut terjadinya fenomena vortex pusaran air. Gambar 2.8 Pola aliran Von Karman’s

2.6 Aliran Fluida Aliran fluida cairan atau gas di dalam sebuah saluran tertutup atau pipa

sangat penting di dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa komponen dasar yang berkaitan dengan sistem perpipaan adalah meliputi pipa-pipa itu sendiri, sambungan pipa fitting yang digunakan untuk menyambung masing-masing pipa guna membentuk sistem yang diinginkan, peralatan pengatur laju aliran katup- Universitas Sumatera Utara katup dan pompa-pompa atau turbin-turbin yang menambah energi atau mengambil energi dari fluida. Pada aliran fluida di dalam pipa, lapisan fluida pada dinding mempunyai kecepatan nol. Lapisan fluida pada jarak yang semakin jauh dari dinding pipa mempunyai kecepatan yang semakin besar, dengan kecepatan maksimum terbesar terjadi pada pusat pipa. Gambar 2.9 Daerah masuk aliran sedang berkembang dan aliran berkembang penuh di dalam sebuah sistem pipa.

2.6.1 Aliran Laminar dan Turbulen

Perbandingan gaya-gaya yang disebabkan oleh gaya inersia, grafitasi dan kekentalan dikenal sebagai bilangan Reynolds ditulis sebagai berikut: µ ρ D V . . Re = Dimana : V = Kecepatan rata-rata aliran ms D = Diameter pipa m ρ = Massa jenis fluida kgm 3 µ = Viscositas dinamik m 2 s Universitas Sumatera Utara Aliran fluida mengikuti bentuknya, sewaktu mengalir aliran fluida membentuk suatu jenisbentuk jenis dan bentuk dari pergerakan fluidanya. Dalam hal ini, jika nilai Re kecil, partikel-partikel fluida bergerak sepanjang lintasan-lintasan yang halus atau lapisan-lapisan dengan satu lapisan meluncur secara mulus pada lapisan yang bersebelahan yang dikenal sebagai aliran laminar, sedangkan jika partikel- partikel fluida bergerak secara acak random baik arahnya maupun kecepatannya tidak terdapat garis edar tertentu yang dapat dilihat, aliran ini disebut aliran turbulen. a b Gambar 2.10 a Aliran laminer, b Aliran turbulen

2.7 Getaran Mekanis

Analisa getaran merupakan salah satu alat yang sangat bermanfaat sebagai prediksi awal terhadap adanya masalah pada mekanikal, elektrikal dan proses pada peralatan, mesin-mesin dan sistem proses yang kontinu di pabrik atau industri. Indikator yang baik untuk menentukan apakah suatu peralatan yang berputar dalam kondisi baik adalah vibrasi, semangkin kecil nilai suatu vibrasi semakin baik peralatan tersebut, sebaliknya apabila suatu peralatan yang berputar mempunyai getaran vibrasi yang besar atau tinggi maka kondisi peralatan tersebut cukup rawan. Oleh karena itu, suatu peralatan yang berputar sebaiknya memiliki suatu nilai getaran standart dan batasan getaran yang diperbolehkan dibuat oleh pabrik pembuatan peralatan tersebut, sehingga apabila nilai getaran yang terjadi diluar batasan yang diizinkan maka peralatan tersebut harus menjalani tindakan perawatan perbaikan. Universitas Sumatera Utara

2.7.1 Karakterisristik getaran

Getaran secara teknis didefinisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek terhadap posisi awaldiam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 jika suatu massa digerakkan, maka benda tersebut akan bergerak keatas dan ke bawah secara berulang diantara batas atas dan bawah. Gerakan massa dari posisi awal menuju atas dan bawah lalu kembali keposisi semula, dan akan melanjutkan geraknya disebut sebagai satu siklus getar. Waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus disebut sebagai periode getaran. Jumlah siklus pada suatu selang waktu tertentu disebut sebagai frekuensi getaran dan dinyatakan dalam Hertz Hz. Gambar 2.11 Sistem getaran sederhana Frekuensi adalah salah satu karakteristik dasar yang digunakan untuk mengukur dan menggambarkan getaran. Karakteristik lainnya yaitu perpindahan, kecepatan dan percepatan. Setiap karakteristik ini menggambarkan tingkat getaran, hubungan karakteristik ini dapat dilihat pada Gambar 2.12. Perpindahan displacement mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar, kecepatan velocity mengindikasikan berapa cepat objek bergetar dan percepatan acceleration suatu objek bergetar terkait dengan gaya penyebab getaran. Satuan yang digunakan tiap karakteristik dapat dilihat pada Tabel 2.4. Untuk keperluan pemantauan kondisi dan diagnosis, pengolahan sinyal getaran dilakukan dalam time domain dan frekuensi domain. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.12 Hubungan antara perpindahan, kecepatan dan percepatan getaran Tabel 2.1 Karakteristik dan satuan getaran Karakteristik Getaran Satuan Metrik British Percepatan microns peak-to peak mils peak-to-peak 1µm=0.001mm 0.001 in Kecepatan mms ins Percepatan G G 1g = 980 cms 2 1g = 5386 ins 2 Frekuensi cpm, cps, Hz cpm, cps, Hz Sumber: Maintenance Engineering Handbook Pada beberapa kasus seperti getaran pipa aliran akibat turbulensi yang terhantam dinding pipa, maka gaya yang timbul akibat fluida tidak tergantung dari perubahan kecil dari posisi strukturnya terhadap fluida. Dalam permasalahan getaran akibat aliran fluida pola aliran , faktor kondisi aliran dan kondisi struktur sangat berpengaruh terhadap bentuk getaran yang terjadi. Universitas Sumatera Utara

2.7.2 Sinyal Getaran Vibrasi

Indikator yang baik untuk menentukan apakah suatu peralatan yang berputar dalam kondisi baik adalah vibrasi, semakin kecil nilai suatu vibrasi semakin baik peralatan tersebut, sebaliknya apabila suatu peralatan yang berputar mempunyai getaran vibrasi yang besar atau tinggi maka kondisi peralatan tersebut cukup rawan. Oleh karena itu, suatu peralatan yang berputar sebaiknya memiliki suatu nilai getaran standart dan batasan getaran yang diperbolehkan dibuat oleh pabrik pembuatan peralatan tersebut, sehingga apabila nilai getaran yang terjadi diluar batasan yang diizinkan maka peralatan tersebut harus menjalani tindakan perawatan perbaikan.

2.7.3 Gerak harmonik

Gerak osilasi dapat berulang secara teratur. Jika gerak itu berulang dalam selang disebut waktu yang sama, maka geraknya disebut gerak periodik. Waktu pengulangan τ disebut dengan periode osilasi dan kebalikannya, f = 1 τ disebut frekuensi. Jika gerak dinyatakan dalam fungsi waktu xt, maka setiap gerak periodik harus memenuhi hubungan t = x 1+ τ . Secara umum, gerak harmonik dinyatakan dengan persamaan: τ π t Sin A x 2 . = dimana A adalah amplitudo osilasi yang diukur dari posisi setimbang massa, dan τ adalah periode dimana gerak diulang pada t = τ. Gerak harmonik sering dinyatakan sebagai proyeksi suatu titik yang bergerak melingkar dengan kecepatan tetap pada suatu garis lurus, seperti terlihat pada Gambar 2.14. Dengan kecepatan sudut garis OP sebesar ω, perpindahan simpangan x dapat dituliskan sebagai: t Sin A x ϖ . = Besaran ω biasanya diukur dalam radian per detik dan disebut frekuensi lingkaran. Oleh karena gerak berulang dalam 2π radian, maka didapat hubungan: f t π π ϖ 2 2 = = Universitas Sumatera Utara dengan τ dan f adalah periode dan frekuensi gerak harmonik berturut-turut dan biasanya diukur dalam detik dan siklus per detik. Kecepatan dan percepatan gerak harmonik dapat diperoleh secara mudah dengan diferensiasi simpangan gerak harmonik. Dengan menggunakan notasi titik untuk turunannya, maka didapat: Gambar 2.13 Gerak Harmonik Sebagai Proyeksi Suatu titik yang bergerak pada Lingkaran

2.7.4 Gerak periodik

Pada getaran biasanya beberapa frekuensi yang berbeda ada secara bersama-sama. Sebagai contoh, getaran dawai biola terdiri dari frekuensi dasar f dan semua harmoniknya 2f, 3f, dan seterusnya. Contoh lain adalah getaran bebas sistem dengan banyak derajat kebebasan, dimana getaran pada tiap frekuensi natural memberi sumbangannya. Getaran semacam ini menghasilkan bentuk gelombang kompleks yang diulang secara periodik seperti Gambar 2.14. Gambar 2.14 Gerak Periodik dengan Periode τ 2 sin cos π ϖ ϖ ϖ ϖ + = = t A t A x sin sin 2 π ϖ ϖ ϖ ϖ + = − = t A t A x  Universitas Sumatera Utara

2.7.5 Getaran bebas free vibration

Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri inherent dan apabila tidak ada gaya luar yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergetar pada satu atau lebih frekuensi naturalnya yang merupakan sifat dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekakuannya. Gambar 2.15 Sistem Pegas-Massa dan Diagram Benda Bebas Hukum Newton kedua adalah dasar pertama untuk meneliti gerak sistem, pada Gambar 2.15 perubahan bentuk pegas pada posisi kesetimbangan adalah Δ dan gaya pegas k Δ adalah sama dengan gaya gravitasi w yang bekerja pada massa m. mg w k = = ∆ Hukum Newton kedua untuk gerak diterapkan pada massa m: x k w F x m + ∆ − = Σ =   dan karena k Δ=w,diperoleh: kx x m − =   frekuensi lingkaran m k n = 2 ϖ , sehingga persamaan dapat ditulis: 2 = + x x n ϖ   sehingga persamaan umum persamaan diferensial linier orde kedua yang homogen: Universitas Sumatera Utara cos sin = + = t B t A x n n ϖ ϖ Perioda natural osilasi dibentuk dari π τ ϖ 2 = n , atau k m π τ 2 = dan frekuensi natural adalah: k m f n π τ 2 1 = =

2.7.6 Getaran paksa forced vibration

Getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar disebut getaran paksa seperti pada Gambar 2.16. Eksitasi ini biasanya dihasilkan oleh ketidak seimbangan pada mesin-mesin yang berputar. Gambar 2.16 getaran paksa Gambar 2.16 Sistem yang Teredam Karena Kekentalan Dengan Eksitasi Harmonik, Persamaan diferensial geraknya adalah: t F kx x c x m ϖ sin = + +    Solusi khusus persamaan diatas adalah keadaan tunak steady state dengan frekuensi ω yang sama dengan frekuensi eksitasi. Solusi khusus dapat diasumsikan berbentuk: sin φ ϖ − = t X x dengan A adalah amplitudo osilasi dan ф adalah beda fase simpangan terhadap gaya eksitasi. Sehingga diperoleh: 2 2 2 ϖ ω c m k Fo A + − = Universitas Sumatera Utara dan 2 1 tan ϖ ϖ φ m k c − = − Dengan membagi pembilang dan penyebut persamaan diatas dengan k, diperoleh: 2 2 2 1 k c k m k Fo A ϖ ω + − = 1 tan 2 k m k c ϖ ϖ φ − = Persamaan-persamaan di atas selanjutnya dapat dinyatakan dalam besaran-besaran berikut: = = m k ϖ frekuensi natural osilasi tanpa redaman = = n e m C ϖ 2 redaman kritis = = e C C ς faktor redaman n e e k C C C k C ϖ ϖ ς ϖ ϖ 2 = = = Jadi persamaan amplitude dan fasa yang non-dimensional menjadi: 2 2 2 2 1 1       +       − = n n o F Xk ϖ ϖ ς ϖ ϖ 2 1 2 tan     −     = n n ϖ ϖ ϖ ϖ ς φ Universitas Sumatera Utara

2.7.7 Standart Vibrasi Pompa Sentrifugal

Sampai saat ini sangat sulit untuk mendapatkan standart vibrasi untuk pompa sentrifugal,bahkan pabrikan pembuat pompa tidak dapat memberikan standar vibrasi dari pompa buatanya.Demikian juga dengan vibrasi yang timbul akibat kesalahan perencanaan dan pengoperasian,seperti tinggi tekan dan kapasitas pompa jauh lebih besar dari tinggi tekan sistem atau instalasi.Sehingga pengoperasian yang dilakukan dengan mengatur secara paksa tinggi tekan dan kapasitas yang akan menimbulkan vibrasi yang besar.Berdasarkan standart ISO 10816-3 untuk standart vibrasi,memberikan batasan-batasan vibrasi berdasarkan kecepatan velocity yang dikategorikan dalam beberapa zona dan warna seperti ditunjukkan pada gambar 2.17. Velocity 10-1000Hz600rpm 2-1000Hz120rpm 11 7.1 4.5 3.5 2.8 ` 2.3 1.4 0.71 x 10 -5 ms Rigid flexible rigid flexible rigid flexible rigid flexible FOUNDATION pumps 15 KW radial,axial,mixed flow medium size machine 15 KWP300KW large machine 300KWP50MW MACHINE TYPE integrated driver external driver motors 160mmH315mm motors 315H Group 4 Group 3 Group 2 Group 1 Group Gambar 2.17 Standart ISO 10816-3 untuk vibrasi Universitas Sumatera Utara Dari gambar 2.17 dapat dilihat bahwa sesuai dengan standart vibrasi ISO 10816-3 untuk vibrasi dikategorikan kepada 4 zona yaitu: a. Zona A berwarna hijau,vibrasi dari mesin sangat baik dan dibawah vibrasi yang diijinkan. b. Zona B berwarna hijau muda,vibrasi dari mesin baik dan dapat dioperasikan karena masih dalam batas yang diizinkan. c. Zona C berwarna kuning,vibrasi dari mesin dalam batas toleransi dan hanya dioperasikan dalam waktu terbatas. d. Zona D berwarna merah,vibrasi dari mesin dalam batas berbahaya dan dapat terjadi kerusakan sewaktu-waktu.

2.8 Pengolahan data vibrasi