Karakteristik Sinyal Vibrasi Mengacu Energi Eksitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Fluida Heavy Oil

KARAKTERISTIK SINYAL GETARAN MENGACU ENERGI
EKSITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN FLUIDA
HEAVY OIL

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SAKINAH RAHMI
110401038

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016
i

Universitas Sumatera Utara

ii

Universitas Sumatera Utara

iii

Universitas Sumatera Utara

iv

Universitas Sumatera Utara

v

Universitas Sumatera Utara

vi

Universitas Sumatera Utara

vii

Universitas Sumatera Utara

viii

Universitas Sumatera Utara

ix

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Pompa sentrifugal adalah salah satu jenis pompa yang banyak dipakai oleh dunia
industri. Analisa getaran digunakan untuk mengidentifikasi masalah berkembang
seperti loosness, unbalance dan lain-lain sebelum terjadinya kerusakan 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 amplitude getaran pada frekuensi
tertentu dapat memberikan informasi berharga terhadap mesin tersebut. Tujuan

penelitian ini untuk mendapatkan exitasi getaran dan karakteristik sinyal getaran,
dari pompa yang digunakan pada perusahaan perminyakan, kemudian hasil
analisa dibandingkan dengan standard yang digunakan pada perusahaan tersebut
dan menginterpretasikan hasil getaran tersebut. Penelitian ini menggunakan alat
CSI 2310 dan pompa yang diukur adalah pompa sentrifugal merek IngersollDressere. Dari penelitian ini didapati hasil eksitasi getaran yang paling besar
berada di titik PIH atau pompa titik horizontal daerah dekat dengan kopling
sebesar 4425.42089 N dan titik POA yaitu pompa titik axial daerah jauh dari
kopling sebesar 5702.72373 N. Karakteristik getaran yang dihasilkan pada titik
PIV, POH, dan POV berubah setelah mendapatkan perawatan dan pada titik PIA,
PIH, POA memiliki gelombng yang tinggi yang merupakan terjadinya kerusakan
pada pompa tersebut. Pada titik PIA, PIH, POA memiliki gelombng getaran yang
melewati batas zona B atau zona kuning atau diatas 0.24 in/sec, sedangkan PIV,
POH, POV memiliki getaran di zona A atau zona aman. Getaran di titik inboard
atau daerah dekat dengan kopling memiliki getaran yang lebih besar dibandingkan
daerah outboard karena daerah inboard lebih sering mengalami loosness,
unbalance, dan keausan pada kopling.
Kata kunci : Pompa Sentrifugal, Getaran, Eksitasi Energi, Metode Energi,
Condition Based Maintenance

i

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Centrifugal Pump is one type of a pump which is widely used by industrial world.
Vibration analysis is used to identify developed problem such as looseness,
unbalance, etc before serious damage happening and causing downtime. All
rotating engine generate vibrations which is the function of dynamics of the
engine, such as harmony and balance of rotating parts. Measuring the amplitude
of vibration at certain frequencies could provide valuable information about the
engine. The objective of this research is to obtain the vibrational excitation and
the characteristic of vibrations signal, from a pump that is used in the petroleum
company, and then the results of analysis is compared with the standard used in
the company and interpreted the vibrations result. This research is using CSI
2310 and the measured pump is a centrifugal pump Ingersoll-Dressere. From the
result of this research found that the largest vibrational excitation was at the PIH
point or horizontal point of pump area close to the coupling is 4425.42089 N and
POA point that is axial point of pump away from coupling area is 5702.72373 N.
Characteristic vibration that is generated at PIV, POH, and POV point changed

after maintenance and at PIA, PIH, POA point has a high wave which means
there is a damage to the pump. At PIA, PIH, POA point has a vibrational wave
that passing through B zone or yellow zone or higher than 0.24 inch/sec, whereas
PIV, POH, POV has a vibrations at A zone or safe zone. Vibrations at inboard
point or area close to the coupling has a greater vibration than outboard area
since the inboard area is more frequently undergo looseness, unbalance, and
wear at the coupling.
Keywords : Centrifugal Pump, Vibration, Excitation Energy, Energy Method,
Condition Based Maintenance

ii

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulisa ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia
dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapt
menyelesaikan proposal ini.
Proposal ini adalah salah satu syarat menuju skripsi. Adapun judul proposal

ini adalah "Karakteristik Sinyal Vibrasi Mengacu Energi Eksitasi pada Pompa
Sentrifugal dengan Fluida Heavy Oil".
Selama penulisan proposal ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan banyak terimakasih kepada
1. Kedua orang tua tercinta H. Saherman dan Hj. Risdaneli, yang telah selalu
mendukung dalam doa,dukungan moral, materil, dan selalu memberikan
semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal ini.
2. Bapak Dr. -Ing. Ikhwansah Isranuri selaku dosen pembimbing dan Ketua
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara yang
telah meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat
terselesaikan.
3. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada
penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen
Teknik Mesin.
4. Adidnda Kiki Rizky Andani Nasution dan Ariel Seumupa Damures yang selalu
membantu penulis.
5. Saudara Teguh Imam Widodo, M. Rizky Agustama, Ramadhan Hutagaol,
Rinaldi Simanjuntak, Panji Waskito,

dan teman-teman mahasiswa Teknik

Mesin USU khususnya untuk angkatan 2011, yang telah banyak memberikan
support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.

iii

Universitas Sumatera Utara

6. Kakak-kakak dan adik penulis. Aisyah Aulia Nisa’, Elsha Witra Sah Putri, dan
Rizky Abdullah Rahman yang terus mendukung baik itu secara moril dan
materi hingga skripsi ini selesai
7. Abangda yang selalu setia mendukung penulis.
Akhirnya penulis mengharapkan kritik dan saran dari rekan mahasiswa
serta para pembaca dalam rangka pengembangan skripsi ini dan akhir kata penulis
mengucapkan terima kasih, semoga Allah SWT selalu menyertai kita.

Medan,

Januari 2016

Penulis,

Sakinah Rahmi
NIM : 110401038

iv

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...................................................................................................... i
ABSTRAK ...................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR .................................................................................... iii
DAFTAR ISI ................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xi
DAFTAR NOTASI ......................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2. Perumusan Masalah ...................................................................... 2
1.3. Batasan Masalah ........................................................................... 2
1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................... 2
1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................ 3
1.6. Sistematika Penulisan ................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 4
2.1. Analisa Getaran ............................................................................ 4
2.1.1 Getaran ................................................................................ 4
2.1.2 Dasar-dasar Getaran ............................................................ 5
2.1.3 Karakteristik Getaran .......................................................... 6
2.1.4 Parameter Pengukuran ........................................................ 9
2.1.5 Sifat Getaran ....................................................................... 10
2.2. Analisa Getaran ............................................................................ 13

v

Universitas Sumatera Utara

2.3. Menggunakan Teori Getaran Untuk Mendeteksi Kesalahan Pada
Mesin ..................................................................................................... 14
2.3.1 Display Data Getaran .......................................................... 16
2.3.2 Konvensi Titik Pengukuran ................................................ 17
2.3.3 Klasifikasi Parameter Analisa Getaran ............................... 18
2.4. Standard Pengukuran Getaran .................................................... 20
2.5. Eksitasi Getaran pada Pompa ....................................................... 23
2.6. Pompa ........................................................................................... 25
2.7. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump) ........................................ 26
2.8. Bagian – Bagian Utama Pompa Sentrifugal ................................. 26
2.9. Kerja Pompa ................................................................................. 29
2.10. Heavy Oil ...................................................................................... 30
2.11. Maintenance ................................................................................. 31
2.11.1 Breakdown Maintenance .................................................... 32
2.11.2 Preventive maintenance ...................................................... 32
2.11.3 Predictive maintenance ...................................................... 32
2.11.4 Condition Monitoring ......................................................... 32
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 34
3.1

Tempat dan Waktu ....................................................................... 34
3.1.1 Tempat Penelitian ............................................................... 34
3.1.2 Waktu Pelaksanaan ............................................................. 34

3.2

Bahan dan Peralatan ..................................................................... 34
3.2.1 Bahan .................................................................................. 34
3.2.2 Peralatan ............................................................................. 35

vi

Universitas Sumatera Utara

3.3

Spesifikasi Fluida ......................................................................... 36

3.4

Titik-titik pengukuran .................................................................. 36

3.5

Variabel yang di amati ................................................................. 37

3.6

Proses Penelitian .......................................................................... 37
3.6.1 Pemeriksaan Peralatan ........................................................ 37
3.6.2 Mengambil Data Hasil Penelitian ....................................... 37

3.7

Analisa Data ................................................................................. 38

3.8

Kerangka Konsep Penelitian ........................................................ 38

3.9

Pelaksanaan Penelitian ................................................................. 39

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 40
4.1. Perhitungan Getaran Pompa ......................................................... 40
4.2. Karakteristik Getaran pada Pompa ............................................... 41
4.3. Persamaan gerak metode energi ................................................... 44
4.4. Eksitasi Getaraan pada pompa ..................................................... 45
4.5. Verifikasi karakteristik getaran .................................................... 46
4.5.1. Getaran daerah inboard ...................................................... 46
4.5.2. Getaran daerah outboard .................................................... 57
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 68
5.1. Kesimpulan ................................................................................... 68
5.2. Saran ............................................................................................. 69
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... xiii

vii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konsep dasar getaran ........................................................................ 5
Gambar 2.2 Respon Sistem pada Benda Berputar ................................................ 6
Gambar 2.3 Sistem Getaran Sederhana (Mobley, 2008) ...................................... 7
Gambar 2.4 Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan Getaran
(Mobley, 2008)........................................................................................................ 8
Gambar 2.5 Skematik Phase Getaran (Mobley, 2008) ......................................... 8
Gambar 2.6 Harmonik sederhana gelombang - lokus gerak massa pegas terhadap
waktu

......................................................................................................... 11

Gambar 2.7 Sifat-sifat gelombang ...................................................................... 12
Gambar 2.8 Deteksi kesalahan mesin ................................................................. 14
Gambar 2.9 Data overall ..................................................................................... 16
Gambar 2.10

Data spectrum .............................................................................. 17

Gambar 2.11

Data waveform ............................................................................. 17

Gambar 2.12

Titik pengukuran dengan menggunakan getaran ......................... 18

Gambar 2.13

Rumah Pompa Sentrifugal........................................................... 26

Gambar 2.14

Pompa Sentrifugal di Gathering Station ..................................... 29

Gambar 2.15

Bagan alir fluida di dalam pompa sentrifugal ............................. 29

Gambar 2.17

Viskositas minyak ....................................................................... 31

Gambar 3.1 Pompa sentrifugal............................................................................ 34
Gambar 3.2 CSI 2130 ......................................................................................... 35
Gambar 3.3 Komputer / Monitor ........................................................................ 35
Gambar 3.4 Titik pengukuran dengan menggunakan getaran ............................ 36
Gambar 3.5 Kerangka konsep penelitian ............................................................ 38

viii

Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.6 Diagram alir proses pelaksanaan ..................................................... 39
Gambar 4.1.

Pompa sentrifugal ........................................................................ 40

Gambar 4.2.

Spesifikasi Pompa ....................................................................... 41

Gambar 4.3.

Grafik Velocity vs Time Pump Inboard Axial ............................ 47

Gambar 4.4.

Velocity vs time dari PIA ............................................................ 49

Gambar 4.5.

Displacement vs time dari PIA ................................................... 49

Gambar 4.6.

Acceleration vs time dari PIA ..................................................... 50

Gambar 4.7.

Grafik velocity vs time Pump Inboard Vertical ........................... 50

Gambar 4.8.

Velocity vs time dari PIV ............................................................. 52

Gambar 4.9.

Displacement vs time dari PIV .................................................... 53

Gambar 4.10. Acceleration vs time dari PIV ..................................................... 53
Gambar 4.11. Grafik velocity vs time Pump Inboard Horizontal ...................... 54
Gambar 4.12. Velocity vs time dari PIH ............................................................. 55
Gambar 4.13. Displacement vs time dari PIH .................................................... 56
Gambar 4.14. Acceleration vs time dari PIH ..................................................... 56
Gambar 4.15. Grafik velocity vs time Pump Outboard Axial ............................ 57
Gambar 4.16. Velocity vs time dari POA ........................................................... 59
Gambar 4.17. Displacement vs time dari POA .................................................. 59
Gambar 4.18. Acceleration vs time dari POA .................................................... 60
Gambar 4.19. Grafik velocity vs time Pump outboard vertical.......................... 60
Gambar 4.20. Velocity dari POV ........................................................................ 62
Gambar 4.21. Displacement vs time dari POV .................................................. 62
Gambar 4.22. Acceleration vs time dari POV .................................................... 63

Gambar 4.23. Grafik velocity vs time Pump Outboard Horizontal .................. 63

ix

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.24. Velocity vs time dari POH ........................................................... 65
Gambar 4.25. Displacement vs time dari POH .................................................. 65
Gambar 4.26. Acceleration vs time dari POH .................................................... 66

x

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Satuan yang digunakan Tiap karakteristik ............................................ 9
Tabel 2.2 Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran .......................................... 9
Tabel 2.3 Pedoman bagi kelayakan permesinan ISO 10186-1:1995(E) ............. 21
Tabel 2.4 Klasifikasi Minyak Bumi Menurut Spesifikasi Gravitasi ................... 30
Tabel 4.1. Spesifikasi pompa ............................................................................... 40
Tabel 4.2. Kecepatan sudut, frekuensi, dan priode .............................................. 41
Tabel 4.3. Rata-rata Amplitudo pada setiap titik ................................................. 42
Tabel 4.4. Karakteristik getaran di daerah inboard ............................................. 43
Tabel 4.5. Karakteristik getaran di daerah outboard ........................................... 44
Tabel 4.6. Nilai kekakuan (k) dan redaman (c) ................................................... 45
Tabel 4.7. Persamaan gerak daerah inboard ........................................................ 45
Tabel 4.8. Persamaan gerak daerah Outboard ..................................................... 45
Tabel 4.9. Eksitasi getaran daerah inboard .......................................................... 46
Tabel 4.10. Eksitasi getaran daerah Outboard ................................................... 46

xi

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Simbol

Satuan

A

Amplitudo

(m)

c

Redaman / damping

(N/(m/s))

F

Gaya

(N)

f

Frekuensi

(Hz)

k

Kekakuan / stiffness

(N/m)

m

Massa

(kg)

t

Waktu

(s)

Perioda

(s)

Kecepatan sudut

(rad/s)

Berat

(N)

Frekuensi natural

(rad/s)

Perpindahan / displacement

(m)

Kecepatan / velocity

(m/s)

Percepatan / acceleration

(m/s2)

w

xii

Universitas Sumatera Utara