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

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Analisa Getaran
2.1.1

Getaran
Getaran secara teknik didefinisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek

terhadap posisi awalnya.
Semua mesin memiliki tiga sifat fundamental yang berhubungan untuk
menentukan bagaimana mesin akan bereaksi terhadap kekuatan-kekuatan yang
menyebabkan getaran-getaran, seperti sistem pegas-massa [3], yaitu :
1) Massa (m)
Merupakan inersia untuk tetap dalam keadaan semula atau gerak. Sebuah
gaya mencoba untuk membawa perubahan dalam keadaan istirahat atau
gerak, yang ditentang oleh massa dan satuannya dalam kg.
2) Kekakuan atau stiffnes (k)
Ada kekakuan tertentu yang dipersyaratkan membengkokkan atau
membelokkan struktur dengan jarak tertentu. Ini mengukur gaya yang
diperlukan untuk memperoleh defleksi tertentu disebut kekakuan, satuan

dalam N/m.
3) Damping atau redaman (c)
Setelah memaksa set bagian atau struktur ke dalam gerakan, bagian atau
struktur akan memiliki mekanisme inheren untuk memperlamabat gerak
(kecepatan). Karakteristik ini untuk mengurangi kecepatan gerak disebut
redaman, satuannya dalam N/(m/s).

Lihat Gambar 2.1 dengan menerapkan kekuatan untuk massa, massa
bergerak ke kiri, menekan pegas semi. Ketika massa dilepaskan, bergerak kembali
ke posisi netral dan kemudian perjalanan kanan lanjut sampai ketegangan pegas
berhenti massa. Massa kemudian berbalik dan mulai melakukan perjalanan ke kiri

4

Universitas Sumatera Utara

lagi. Ini lagi melintasi posisi netral dan mencapai batas kiri. Gerakan ini secara
teoritis dapat terus tanpa henti jika tidak ada redaman dalam sistem dan tidak ada
efek eksternal (seperti gesekan). Gerakan ini disebut getaran[3].


Gambar 2.1 Konsep dasar getaran
2.1.2

Dasar-dasar Getaran

1)

Respon Sistem
Pertimbangkan sebuah sistem rotor (Gambar 2.2) yang memiliki massa M

didukung antara dua bantalan. Massa rotor M diasumsikan sebagai terkonsentrasi
antara bantalan[4].
................................................................................... (2.1)
Dan frekuensi lingkaran atau kecepatan sudut dapat dihitung dengan rumus
sebagai berikut :
.................................................................................... (2.2)
dan setiap frekuensi komponen mesin dapat dihitung dengan rumus berikut :
.................................................................................................... (2.3)



.............................................................................................. (2.4)

Dan untuk mendapatkan redaman :


.............................................................................................. (2.5)

5

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2

Respon Sistem pada Benda Berputar

Kekakuan menahan dihasilkan oleh tiga karakteristik system[3] :
....................................................... (2.6)
dimana
= percepatan;
= kecepatan;

x = perpindahan

Hal ini pada gilirannya bervariasi respon sistem (tingkat getaran) kepada
pasukan yang menarik (cacat seperti ketidakseimbangan yang menghasilkan
getaran). Dengan demikian, getaran yang disebabkan oleh ketidakseimbangan
akan lebih tinggi jika jumlah bersih faktor di sisi kanan dari persamaan kurang
dari kekuatan yang tidak seimbang. Dengan cara yang sama, ada kemungkinan
bahwa seseorang mungkin tidak mengalami getaran sama sekali jika jumlah
bersih dari faktor sisi kanan menjadi jauh lebih besar daripada gaya unbalance.
2.1.3

Karakteristik Getaran
Getaran secara teknik didefenisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek

terhadap posisi objek awal/diam, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3[5].

6

Universitas Sumatera Utara


Gambar 2.3

Sistem Getaran Sederhana (Mobley, 2008)

Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah mekanik yang terjadi dapat
diketahui dengan mengukur karakteristik getaran pada mesin tersebut.
Karakteristik getaran yang penting antara lain adalah [5] :
1) Frekuensi adalah karakteristik dasar yang digunakan untuk mengukur dan
menggambarkan getaran.
2) Perpindahan mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar.
3) Kecepatan mengindikasikan berapa cepat objek bergetar.
4) Percepatan mengindikasikan suatu objek bergetar terkait dengan gaya
penyebab getaran.
5) Phase mengindikasikan bagaimana suatu bagian bergetar relatif terhadap
bagian yang lain, atau untuk menentukan posisi suatu bagian yang bergetar
pada suatu saat, terhadap suatu referensi atau terhadap bagian lain yang
bergetar dengan frekuensi yang sama.

Dengan mengacu pada gerakan pegas, kita dapat mempelajari karakteristik
suatu getaran dengan memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap fungsi

waktu. Gerakan bandul pegas dari posisi netral ke batas atas dan kembali lagi ke
posisi netral dan dilanjutkan ke batas bawah, dan kembali lagi ke posisi netral,

7

Universitas Sumatera Utara

disebut satu siklus getaran (satu periode). Setiap karakteristik ini menggambarkan
tingkat getaran, hubungan karakteristik ini dapat dilihat pada gambar 2.4 dan
2.5[5].

Gambar 2.4

Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan Getaran

Gambar 2.5

Skematik Phase Getaran

8


Universitas Sumatera Utara

Satuan yang digunakan tiap karakteristik dapat dilihat pada Tabel 2.1

Tabel 2.1

Satuan yang digunakan Tiap karakteristik

Satuan
Karateristik Getaran

Metrik

British

microns peak to peak

mils peak to peak


( 1 µm = 0.001 mm )

(0.001 in )

mm/s

in/s

G

G

( lg = 980 cm/s2 )

( lg = 5386 in/s2 )

Frekuensi

cpm, cps, Hz


cpm, cps, Hz

Pase

derajat

Derajat

Perpindahan
Kecepatan
Percepatan

(Sumber: Maintenance Engineering Handbook, Mobley, 2008)

2.1.4

Parameter Pengukuran
Proses pemilikiah tranduser yang akan digunakan harus mempertimbangkan

parameter apa yang kita inginkan untuk diukur. Biasanya parameter-parameter

tersebut

adalah

displacement

(perpindahan),

velocity

(kecepatan),

dan

acceleration (percepatan). Panduan pemilihan parametr pengukuran dapat di lihat

pada Tabel 2.2

Tabel 2.2


Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran

Parameter

Faktor Pemilihan Parameter Pengukuran
a) Frekuensi rendah, dibawah 600 cpm.

Perpindahan
(displacement)

b) Pengukuran getaran shaft pada mesin berat dengan rotor
yang relatif ringan.
c) Menggunakan transduser velocity dan tranduser

9

Universitas Sumatera Utara

acceleration.

d) Transduser velocity, untuk mengukur displacement
dengan rangkaian single integrator.
e) Transduser accelerometer , dapat digunakan untuk
mengukur diplacement getaran dengan rangkaian double
integrator.
Kecepatan

a) Range frekuensi antara 600 – 100.000 cpm.

(velocity)

b) Pengukuran over all level getaran mesin.
c) Untuk melakukan prosedur analisa secara umum.
a) Pengukuran pada frekuensi tinggi/ultrasonic sampai
600000 cpm atau lebih.

Perpindahan
(acceleration)

b) Untuk pengukuran spike energy pada roll bearing, ball
bearing, gear , dan sumber getaran aerodinamis dengan

frekuensi tinggi.
Sumber : http://vibrasi.wordpress.com/category/teori-vibrasi

2.1.5

Sifat Getaran
Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah mekanik yang terjadi dapat

diketahui dengan mengukur karakteristik getaran pada mesin tersebut.
Karakteristik getaran yang penting antara lain:
1. Frekuensi adalah karakteristik dasar yang digunakan untuk mengukur dan
menggambarkan getaran.
2. Perpindahan mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar.
3. Kecepatan mengindikasikan berapa cepat obek bergetar.
4. Percepatan mengindikasikan suatu objek bergetr terkait dengan gaya
penyebab getaran.
5. Phase mengindikasikan bagaimana suatu bagian bergetar relatif terhadap
bagian yang lain, atau untuk menentukan posisi suatu bagian yang bergetar
pada suatu saat, terhadap suatu referensi atau terhadap bagian lain yang
bergettar dengan frekuensi yang sama.

10

Universitas Sumatera Utara

Gerakan massa dari posisi netral, untuk batas atas perjalanan, kembali
melalui posisi netral, untuk batas bawah perjalanan dan kembali ke posisi netral,
merupakan satu siklus gerak. Ini satu siklus gerak berisi semua informasi yang
diperlukan untuk mengukur getaran dari sistem ini. Gerak terus massa hanya akan
mengulangi siklus yang sama (Gambar 2.6)[3].

Gerakan ini disebut periodik dan harmonis, dan hubungan antara
perpindahan massa dan waktu dinyatakan dalam bentuk persamaan sinusoidal:
.................................................................. (2.7)

dimana
A = Amplitudo
ω = 2.π.f
f = frequensi
t = detik

Gambar 2.6

Harmonik sederhana gelombang - lokus gerak massa pegas terhadap
waktu

11

Universitas Sumatera Utara

Sebagai massa perjalanan naik dan turun, kecepatan perubahan wisata dari
nol sampai maksimum. Velocity dapat diperoleh dengan waktu membedakan
persamaan perpindahan:
............................................................. (2.8)
Demikian pula, percepatan massa juga bervariasi dan dapat diperoleh
dengan membedakan persamaan kecepatan:
..................................... (2.9)

Dalam Gambar 2.7: perpindahan ditampilkan sebagai kurva sinus;
kecepatan, sebagai kurva cosinus; percepatan lagi diwakili oleh kurva sinus.

Gambar 2.7

Sifat-sifat gelombang

Sifat-sifatnya terdiri dari
a) Gelombang Fundamental
b) Frekuensi
c) Panang Gelombng
d) Amplitudo
e) Frekuensi dan waktu
f) Langkah
g) Bentuk Gelombng

12

Universitas Sumatera Utara

2.2. Analisa Getaran
a.

Cara Mendeteksi
Analisis getaran digunakan untuk menentukan operasi dan kondisi mesin

peralatan.

Keuntungan

utama

adalah

bahwa

analisis

getaran

dapat

mengidentifikasi masalah berkembang sebelum mereka menjadi terlalu 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 amplitudo getaran pada frekuensi tertentu dapat memberikan
informasi berharga tentang kekuatan poros tersebut.
Analisa getaran terdiri dari empat bagian dasar yaitu[3] :
1. Signal jemput (s), juga disebut transduser
2.

analisa sinyal

3. Analisis perangkat lunak
4. Sebuah komputer untuk analisis data dan penyimpanan

b.

Cara Mendiagnosa
Pengukuran getaran dalam menganalisa getaran bisa menghemat biaya

untuk peralatan, teruma jika anggaran atau tenaga yang terbatas. Evektifnya
sangat bergantung pada seseorang yang mendeteksi suara yang tidak bisa atau
komples.
Sebuah aplikasi analisa getaran sebagai penerima untuk menverifikasi
bahwa perbaikan mesin dilakukan dengan benar. Analisa ini dapat memverifikasi
apakah perawatan dilakukan dengan tepat. Informasi tambahan dapat diperoleh
dengan memantau mesin secara berkala, misalnya perbulan, per tiga bulan, per
enam bulan, per tahun, dan lain-lain. Artinya bahwa perbaikan peralatan dapat
direncanakan dari mesin mati secara normal hingga mesin mati mendadak.

13

Universitas Sumatera Utara

c.

Manfaat
Analisa getaran adalah alat yang sangat penting yang dapat digunakan untuk

mengurangi atau menghilangkan masalah mesin yang berulang. Tren tingkat
Getaran juga dapat mengidentifikasi praktek produksi yang tidak benar. Pada
akhirnya, analisa getaran dapat digunakan pada setiap bagian mesin dari
keseluruhan program untuk secara signifikan meningkatkan kehandalan peralatan.
Hal ini dapat mencakup penyelarasan lebih tepat dan balancing, instalasi kualitas
yang lebih baik dan perbaikan, dan terus menurunkan tingkat getaran rata-rata
peralatan di pabrik.

2.3. Menggunakan Teori Getaran Untuk Mendeteksi Kesalahan Pada Mesin
Suatu peralatan yang berputar sebaiknya memiliki suatu nilai getaran
standar dan batasan getaran yang diperbolehkan (dibuat oleh pabrik) sehingga
apabila nilai getaran yang teradi diluar batasan yang diizinkan maka peralatan
tersebut harus menalani tindakan perawatan[6].
Pada Gambar 2.8 kereta mesin umum digambarkan. Ini terdiri dari driver
atau penggerak utama, seperti motor listrik. Penggerak utama lainnya termasuk
mesin diesel, mesin bensin, turbin uap dan turbin gas. Peralatan didorong bisa
pompa, kompresor, mixer , agitator, penggemar, blower dan lain-lain. Pada saatsaat ketika peralatan yang digerakkan harus didorong pada kecepatan selain
penggerak

utama,

gearbox

Gambar 2.8

atau

belt

drive

yang

digunakan[3].

Deteksi kesalahan mesin
14

Universitas Sumatera Utara

Masing-masing bagian yang berputar lebih lanjut terdiri dari komponen
sederhana seperti:




Stator (volutes, diafragma, diffusers, stator kutub)



Seals



kopling



rotor (impeller , rotor, lobus, sekrup, baling-baling, penggemar)



Bearing



Gears
Sabuk
komponen ini beroperasi terus menerus pada kecepatan tinggi, keausan dan

kegagalan sudah dekat. Ketika cacat berkembang di komponen ini, mereka
menimbulkan tingkat getaran yang lebih tinggi.
Dengan sedikit pengecualian, cacat mekanis dalam mesin menyebabkan
tingkat getaran yang tinggi. Cacat umum yang menyebabkan tingkat getaran yang
tinggi dalam mesin adalah:

 Ketidakseimbangan bagian berputar
 Misalignment kopling dan bantalan
 Bent shaft

 bekas atau rusak gigi dan bantalan
 sabuk penggerak buruk dan rantai
 variasi Torque

 Kekuatan elektromagnetik
 Gaya aerodinamis
 Gaya hidrolik
 Kelonggaran
 Gesekan

 Resonansi
Beberapa cacat umum ditunjukkan pada Gambar 2.8. Getaran yang
disebabkan oleh cacat terjadi pada frekuensi getaran tertentu, yang merupakan

15

Universitas Sumatera Utara

karakteristik dari komponen, operasi mereka, perakitan dan pakaian. Amplitudo
getaran pada frekuensi tertentu adalah indikasi dari keparahan cacat.
Analisis getaran bertujuan untuk menghubungkan respon getaran dari sistem
dengan cacat tertentu yang terjadi pada mesin, komponen-komponennya, kereta
atau bahkan dalam struktur mekanik.

2.3.1

Display Data Getaran

Pada dasarnya data getaran dapat ditampilkan dalam 3 bentuk grafik yaitu
[2]:
1.

Data Overall
Data overall adalah Pengukuran yang tidak difilter pada daerah frekuensi

tertentu. Tujuannya dalah memperoleh gambaran kondisi mesin secara umum.

Gambar 2.9
2.

Data overall

Data Spektrum
Data Spektrum adalah usaha menemukan masalah dan penyebabnya dengan

mengkaji pola perbandingan besarnya amplitudo getaran pada semua frekuensi
yang mungkin terjadi.
Dilihat dari tingkat keberhasilan dalam mendeteksi kelainan dan kerusakan
mesin berdasarkan tingkat getarannya maka analisa spektrum merupakan cara
yang paling berguna dibandingkan dengan cara analisa orbit maupun analisa fasa.
Hal ini juga telah dibuktikan bahwa 85% masalah mekanis pada rotating

16

Universitas Sumatera Utara

machinery dapat diidentifikasi dengan cara melihat pada hasil pengukuran
amplitudo getaran vs. frekuensi ini.

Gambar 2.10 Data spectrum
3.

Data Waveform
Data waveform adalah grafiik Amplitudo Vs Time. Data waveform adalah

data gabungan antara beberapa putaran beda yang akan menghasilkan data
waveform yang akan menghasilkan grafik yang lebih spesifik, yang akan dibaca

dengan FFT (fast fourier transform) yang akan menghasilkan data spectrum.

Gambar 2.11 Data waveform

2.3.2

Konvensi Titik Pengukuran
Pengukuran getaran berpengaruh terhadap gerakan berputar pada mesin,

untuk mendapatkan data getaran tersebut, pastikan motor dan pompa hidup.
Pada pengambilan data getaran, titik pengukuran pompa dan motor dapat
dilihat sebagai berikut:

17

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.12 Titik pengukuran dengan menggunakan getaran
keterangan :
1. Motor Outboard Horizontal (MOH), dan Motor Outboard Vertical (MOV)
2. Motor Inboard Horizontal (MIH) dan Motor Inboard Vertical (MIV)
3. Pump Inboard Horizontal (PIH) dan Pump Inboard Vertical (PIV)
4. Pump Outboard Horizontal (POH), dan Pump Outboard Vertical (POV)
5. Pump Outboard Axial (POA)
6. Motor Outboard Axial (MOA)

Inboard = Dekat dari kopling
Outboard = Jauh dari kopling

2.3.3

Klasifikasi Parameter Analisa Getaran
Secara garis besar analisa getaran terbagi 3 yaitu parameter Universal,

Machine Specific, dan Waveform[7].

Secara Universal

 Sub-synchronous
Contoh yang terjadi secara umum adalah dimana kemungkinan terjadi

karena kondisi belt yang tidak pas dengan kondisi yang sesungguhnya. Bisa juga
getaran tersebut terjadi karena adanya kelonggaran, baik itu kelonggaran terhada
baut-baut dan lain-lain.

18

Universitas Sumatera Utara

Ruang lingkup indikasi :
o Kondisi bealt

o Bearing yang bermasalah

o Looseness

o Gesekan yang terjadi

o kecepatan (Speed)

o Getaran akibat resonansi

o kondisi pelumasan
 1 x RPM
Gaya yang menyebabkan getaran biasanya dihasilkan melalui gerakan
berputar dari bagian mesin. Karena gaya-gaya ini mengubah arah atau amplitudo
sesuai dengan kecepatan rotasi ( RPM ) dari komponen mesin, sehingga sebagian
besar masalah getaran akan memiliki frekuensi yang secara langsung terkait
dengan kecepatan rotasi.

Ruang lingkup indikasi :
o Ketidak sejajaran (misalignment): amplitudo dipengaruhi oleh tipe
kopling
o Soft foot : 1 x biasanya lebih besar di arah horizontal
o Un-Balance : akibat dirt, erosi, kerusakan, dan poros yang bengkok
o Resonance : Selalu membentuk modulasi dekat running speed
o Pondasi : 1x biasanya lebih besar di arah vertical
o Beban Pipa : 1x lebih tinggi di arah pipa
o Struktur : akibat gesekan dan beban yang berlebihan
o Gesekan : Komponen yang terkena akibat dari komponen yang berputar
o Pembengkokan : Terjadi akibat panas yang berlebihan dan poros yang
membengkok

19

Universitas Sumatera Utara

 2 x RPM
Ruang lingkup indikasi :
o Kelonggaran
o Bantalan yang tidak seragam
o Adanya distorsi pada pondasi
o Tidak akurasi / rusak pada kopling
o Ketidaksejajaran
o Tidak akurasi / rusak
o pada gear
 3 x RPM
Ruang lingkup indikasi :
o bermasalahnya kopling terhentinya kopling)
o Kelonggaran
o Terjadinya gesekan
o Sudu yang telah rusak

2.4. Standard Pengukuran Getaran
Standar

indicator

yang

digunakan

untuk

pengukuran

getaran

dalam penelitian ini adalah ISO 10186-1:1995(E). Standard ini dapat digunakan
untuk menentukan tingkat getaran yang dapat diterima bagi berbagai kelas
permesinan. Dengan demikian, untuk menggunakan standard ini, pertama-tama
perlu mengklasifikasikan permesinan yang akan diuji sesuai Tabel 2.3. yang
menunjukkan pedoman bagi kelayakan permesinan ISO 10186-1:1995 [3].

20

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.3

Pedoman bagi kelayakan permesinan ISO 10186-1:1995(E)

Nilai batas Keparahan

Kualitas untuk Tingkat Kelas

Getaran

Permesinan

Kecepatan

Kecepatan

Kelas

Kelas

Kelas

Kelas

(in/s)-Peak

(mm/s)-rms

I

II

III

IV

0,015

0,28

0.025

0,45

0,039

0,71

0,062

1,12

0,099

1,8

0,154

2,8

0,248

4,5

0,392

7,1

0,617

11,2

0,993

18

1,540

28

2,48

45

3,94

71

A

B
C
D

Dengan membaca Tabel 2.3. dapat mengkaitkan kondisi kerusakan
permesinan dengan getaran sebagai monitoring perawatan berbasis kondisi.
Standar yang digunakan adalah parameter kecepatan (rms) untuk mengindikasikan

21

Universitas Sumatera Utara

kerusakan. Huruf A,B,C,D seperti terlihat pada Tabel 2.3. mengklasifikasikan
tingkat keparahan sesuai dengan kelas permesinan, sebagai berikut:
1. Zona A
Zona hijau, getaran dari mesin sangat baik dan dibawah getaran yang
diizinkan.
2. Zona B
Zona kuning, getaran dari mesin baik dan dapat dioperasikan karena masih
dalam batas yang diizinkan.
3. Zona C
Zona orange, getaran dari mesin dalam batas toleransi dan hanya dioperasikan
dalam waktu terbatas.
4. Zona D
Zona merah, getaran dari mesin dalam batas berbahaya dan kerusakan dapat
terjadi pada mesin.
5. Kelas I
Bagian mesin secara integral dikaitkan sebagai permesinan lengkap dalam
kondisi pengoperasian normal (motor listrik sampai 15 kW).
6. Kelas II
Peralatan permesinan berukuran sedang (motor listrik dengan output 15-75
kW) tanpa fondasi khusus, mesin terpasang mati (hingga 300 kW) dengan
fondasi khusus.
7. Kelas III
Mesin dengan penggerak utama yang lebih besar dan mesin-mesin besar
lainnya dengan rotating masses terpasang mati pada fondasi padat dan fondasi
berat yang indikatornya sulit bagi penjalaran getaran.
8. Kelas IV
Mesin dengan penggerak utama yang lebih besar dan mesin-mesin besar
lainnya dengan rotating masses-terpasang pada fondasi yang indikatornya

22

Universitas Sumatera Utara

mudah bagi pengukuran getaran (sebagai contoh: turbo generator terutama
dengan substruktur yang ringan).

2.5. Eksitasi Getaran pada Pompa
Persamaan

gerak

suatu

system

konservatif

dapat

diperoleh

dari

pertimbangan energi. Total energi sistem tersebut adalah jumlah energi kinetik
dan energy potensial. Energi kinetik T dikarenakan oleh kecepatan massa, dan
energy potensial dikarenakan energi regangan pegas U pada saat mengalami
deformasi. Untuk sistem yang konservatif, energi mekanik akan tetap konstan dan
turunan terhadap waktu harus bernilai nol[8].
T+U= (Energi total) = konstan ............................................................. (2.10)
d/dt (T+U)=0......................................................................................... (2.11)
Untuk menurunkan persamaan gerak untuk sistem. x(t) diasumsikan
perpindahan massa, diukur dari posisi kesetimbangannya dengan mengabaikan
massa pegas. Oleh sebab itu energy kinetik sistem adalah[6]:
............................................................................................ (2.12)
Energi potensial yang terkait dengan persamaan 2.9 adalah regangan pegas
yang diakibatkan oleh perpindahan massa. Maka energi potensial neto sistem
terhadap keseimbangan statik adalah :


............................................... (2.13)

Subsitusi persamaan 2.11 dan 2.12 ke persamaan 2.10 menghasilkan :
............................................. (2.14)
Karena kecepatan (t) tidak berharga nol maka diperoleh persamaan gerak:
....................................................................................... (2.15)
.......................................................................................... (2.16)
Dimana
Solusi persamaan 2.15 adalah
.............................................................. (2.17)

23

Universitas Sumatera Utara

Dimana A1 dan A2 adalah konstanta sembarangan yang diperoleh dengan
mengevaluasi kondisi awal, yaitu simpangan x(0) dan kecepatan awal

(0).

Persamaan 2.16 juga dapat disederhanakan menjadi :
............................................................................. (2.18)
Dimana

Dari persamaan 2.17 terlihat jelas bahwa ketika sistem sudah bergetar maka
sistem tersebut akan bergetar harmonik, amplitude A tidak berkurang dengan
berjalannya waktu. Sistem tetap bergetar berdasarkan hukum kekelan energi, yang
mana energi tersebut tidak berkurang tetapi tersimpan pada komponen massa dan
pegas.
Untuk gaya luar harmonik.
Dimana F adalah amplitude gaya dan ω adalah frekuensi gaya F dalam rad/s
yang juga merupakan frekuensi system angular. Persamaan 2.6 menjadi[8]:
................................................................... (2.19)
Solusi khususu atau solusi dalam keadaan stedi adalah :
............................................................................ (2.20)
Dimana A adalah amplitude getaran dalam keadaan stedi. Dengan demikian
diperoleh
......................................................................... (2.21)
.................................................................... (2.22)
Subsitusi persamaan 2.19, 2.20 dan 2.21 ke persamaan 2.18 sehingga
diperoleh :
........................(2.23)

Persamaan itu dapat diuraikan menjadi :

24

Universitas Sumatera Utara

[

]

[

]

........................................................................................................................ (2.24)
Dari persamaan 2.23 untuk sembarang waktu t, diperoleh:
)

(

[

...............................................................(2.25)
]

....................................................(2.26)

Dari persamaan 2.24 dapat diperoleh :
...............................................................................................(2.27)
Subsitusikan persamaan 2.26 ke persamaan 2.25, sehingga diperoleh :
...............................................................................(2.28)
Dimana F, A dan (k-mω2)2+ c2ω2adalah besaran positif.
Dengan menggunakan persamaan identitas :

Dan dari persamaan 2.24 dan 2.25 diperoleh :
.......................................................................................(2.29)



2.6. Pompa
Pompa adalah jenis mesin fluida yang digunakan untuk mentransferkan fluida
inkompresibel atau fluida cair dengan menambahkan energi ke dalam fluida
tersebut. Sesuai hukum kekekalan, energi tidak dapat diciptakan atau di
musnahkan, energi hanya dapat berubah. Pompa mengubah energi kinetik atau
putaran ini menjadi tekanan yang dibuktikan dengan fluida yang keluar dari
pompa memiliki tekanan lebih besar dari saat masuk. Energi yang ada didalam
fluida dapat berupa [9]:






Head static (Tekanan)
Head kinetic (kecepatan)
Head potencial (ketinggian)

25

Universitas Sumatera Utara

2.7. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump)
Pompa sentrifugal adalah salah satu peralatan yang sering digunakan pada
berbagai proses dalam suatu pabrik. Pompa sentrifugal ini mempunyai tujuan
untuk mengubah energi dari suatu pemindah utama (motor Electric atau turbin)
menjadi kecepatan atau energi kinetik dan kemudian menjadi energi tekanan dari
suatu fluida yang dipompakan. Perubahan energi terjadi melalui sifat dari kedua
bagian utama, Impeller dan volute atau diffuse. Impeller adalah bagian yang
berotasi (berputar) yang mengubah energi menjadi energi kinetik. Volute dan
diffuser adalah bagian yang stationer (tidak bergerak) yang mengubah dari energi
kinetik menjadi energi tekanan[10].

2.8. Bagian – Bagian Utama Pompa Sentrifugal
Dalam pengoperasian pompa sentrifugal ada beberapa bagian yang perlu
diperhatikan agar pompa dapat bekerja dengan baik dan dapat bertahan lama.
Adapun bagian–bagian utama pompa sentrifugal tersebut antara lain:
Rumah Pompa Sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.13

Gambar 2.13

Rumah Pompa Sentrifugal

(http://uripgumulya.com/berbagai-komponen-dalam-pompa-sentrifugal)

26

Universitas Sumatera Utara

Keterangan Gambar 2.13

:

A. Stuffing Box (Mechanical Seal)
Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana

poros pompa menembus casing.
B. Packing
Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari

casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.
C. Shaft (poros)
Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama
beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar
lainnya.
D. Shaft-sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan

keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage
joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever .
E. Vane
Vane impeller berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller .
F. Casing
Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai

pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane),
inlet dan outlet nozzel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller

dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis
(single stage).
G. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller .
H. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi

energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontiniu, sehingga
cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan
akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
27

Universitas Sumatera Utara

I. Wearing Ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati

bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller , dengan cara
memperkecil celah antara casing dengan impeller.
J. Bearing
Bearing (bantalan) berfungsi untuk menahan beban dari poros agar dapat

berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga
memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada
tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.

Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi
standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum
paling tidak terdiri dari:
1.

Proteksi terhadap aliran balik. Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan
check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah

dengan arah aliran keluaran pompa.
2.

Proteksi terhadap overload. Beberapa alat seperti pressure switch low, flow
switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem

pompa untuk menghindari overload.
3.

Proteksi terhadap getaran. Getaran yang berlebihan akan menggangu
kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang
ditambahkan untuk menghindari getaran berlebihan ialah vibration switch
dan vibration monitor .

4.

Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high
(PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan
control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari

kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow.
5.

Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki
NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida

28

Universitas Sumatera Utara

terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan
pada sistem pompa ialah Level Switch Low (LSL) dan Pressure Switch Low
(PSL).

Gambar 2.14

Pompa Sentrifugal di Gathering Station

2.9. Kerja Pompa
Pompa sentrifugal seperti diperlihatkan dalam gambar 2.15, mempunyai
sebuah impeller untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke
tempat yang lebih tinggi.

Gambar 2.15 Bagan alir fluida di dalam pompa sentrifugal

Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di
dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeller , oleh dorongan sudusudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari
tengah impeller keluar melalui saluran antara sudu-sudu. Disini head tekanan zat
cair menjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah karena zat
29

Universitas Sumatera Utara

cair mengalami percepatan. Zat cair yang keluar dari impeller ditampung oleh
saluran berbentuk volut (spiral) dikelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa
melalui nosel. Didalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi
head tekanan.

Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga
energi yang dikandung menjadi flens isap dan flens keluar pompa disebut head
total pompa.
Dari uraian diatas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi
mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang
mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial
pada zat cair yang mengalir secara kontiniu[10].

2.10. Heavy Oil
Heavy oil atau minyak mentah atau minyak berat adalah minyak yang

sangat kental dan tidak bias dengan mudah mengalir ke sumur produksi dalam
kondisi normal. Disebut minyak berat karena kepadatan atau berat jenis lebih
tinggi dari pada minyak mentah[9]. Minyak mentah berat telah didefinisikan
sebagai setiap petroleum cair dengan gravitasi API kurang dari 20o [11]
Tabel 2.4

Klasifikasi Minyak Bumi Menurut Spesifikasi Gravitasi

Jenis Minyak Bumi

Spesific Gravity

API

(ASTMD-1298)
Ringan

0.905

24.8

http://riahani.blogspot.co.id/2012/07/spesific-gravity.html

30

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.16 Viskositas minyak[10].

2.11. Maintenance
Untuk memperpanjang umur pakai suatu peralatan dapat dilakukan dengan
perbaikan berkala atau perawatan yang sering disebut maintenance. Maintenance
dapat diartikan sebagai kegiatan memelihara atau menjaga fasilitas maupun
peralatan dan mengadakan perbaikan yang diperlukan agar fasilitas atau peralatan
tersebut memiliki lifetime atau waktu operasi yang maksimal. Maintenance juga
merupakan suatu fungsi dalam suatu perusahaan yang tidak kalah penting
dibanding fungsi-fungsi lain seperti produksi karena fungsi-fungsi tersebut yang
saling berkaitan untuk memenuhi tujuan perusahaan itu[3].

31

Universitas Sumatera Utara

2.11.1 Breakdown Maintenance
Breakdown maintenance atau “run to failure maintenance ” adalah

kegiatan pemeliharaan dan perawatan yang dilakukan setelah terjadinya kerusakan
pada perlatan sehingga tidak dapat berfungsi dengan baik atau gagal beroperasi.
Breakdown maintenance sering disebut dengan service (perbaikan) atau reparasi.
2.11.2 Preventive maintenance
Preventive maintenance adalah kegiatan pemeliharaan dan perawatan yang

dilakukan untuk mencegah timbulnya kerusakan yang tidak terduga dan
menemukan kondisi yang dapat menyebabkan peralatan produksi mengalami
kerusakan saat digunakan. Selain itu, preventive maintenance merupakan
manajemen pemeliharaan yang dilakukan secara periodik pada peralatan seperti
inspeksi, lubrikasi, dan penyetelan.
2.11.3 Predictive maintenance
Predictive maintenance adalah suatu pendekatan yang digunakan untuk

memonitor akan terjadinya kerusakan pada peralatan dengan menggunakan
peralatan khusus (non destructive test instrument) untuk menentukan kapan
peralatan tersebut akan terjadi kerusakan dan dilakukan pencegahan sejak dini.
Peralatan khusus yang biasanya digunakan misalnya analisis getaran, infra merah,
thermographs (alat pengukur panas) atau deteksi ultrasonic.
Predictive maintenance merupakan suatu proses pemeliharaan berdasarkan

pendekatan pada pengukuran kondisi peralatan, dengan menilai apakah suatu
peralatan akan gagal selama beberapa periode masa yang akan dating dan
kemudian mengambil tindakan untuk menghindari konsekuensi dari kegagalan
itu.
2.11.4 Condition Monitoring
Condition Monitoring adalah proses memonitor kondisi dari sebuah mesin

sehingga bisa diketahui kondisi dari mesin apakah dalam kondisi baik atau mulai
ada gejala rusak. Dengan kata lain : Medical Check Up nya Mesin.

32

Universitas Sumatera Utara

Salah satu prinsip dalam dunia maintenance adalah : “kerusakan terburuk
adalah kerusakan yang kita tidak siap untuk menghadapinya”. Dengan
melakukan Condition monitoring, diharapkan perusahaan/pemilik equipment
dapat merencanakan tindakan lebih lanjut sehingga dapat menghindarkan
terjadinya kerugian yang tidak perlu.

33

Universitas Sumatera Utara