Kajian Lintasan Orbit Pada Turbin Angin Savanius Tipe Rotor Helix Dengan Menggunakan Software Matlab 2014

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Turbin Angin
Turbin angin merupakan sebuah alat yang digunakan dalam sistem konversi
energi angin (SKEA). Turbin angin berfungsi merubah energi kinetik angin
menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Putaran poros tersebut kemudian
digunakan untuk beberapa hal sesuai dengan kebutuhan seperti memutar dinamo
atau generator untuk menghasilkan listrik atau menggerakkan pompa untuk
pengairan. [6]. Bagian-bagian turbin dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Konstruksi turbin angin [7].
Keterangan gambar:
1. Arah angin pada HAWT tipe upwind
2. Diameter rotor
3. Hub height
4. Rotor blade
5. Gear box
6. Generator
7. Nacelle
8. Tower pada HAWT

9. Arah angin pada HAWT tipe downwind
10. Tinggi rotor
11. Tower pada VAWT
12. Equator height
13. Fixed-pitch rotor blade

Universitas Sumatera Utara

Pemanfaatan energi angin telah dilakukan sejak lama. Pertama kali
digunakan untuk menggerakkan perahu di sungai Nil sekitar 5000 SM.
Penggunaan kincir sederhana telah dimulai sejak permulaan abad ke-7 dan
tersebar diberbagai negara seperti Persia, Mesir, dan Cina dengan berbagai desain.
Di Eropa, kincir angin mulai dikenal sekitar abad ke-11 dan berkembang pesat
saat revolusi industri pada awal abad ke-19 [7].
Desain dari kincir/turbin angin sangat banyak macam jenisnya,
berdasarkan bentuk rotor, kincir angin dibagi menjadi dua tipe, yaitu turbin angin
sumbu mendatar (horizontal axis windturbine) dan turbin angin sumbu vertikal
(vertical axis wind turbine) [5]
Salah satu komponen utama dari turbin angin adalah rotor. Rotor ini
berfungsi mengkonversi gerak linear angin menjadi gerak putar sudu turbin.

Untuk klasifikasi berdasarkan fungsi gaya aerodinamis, merujuk pada gaya utama
yang menyebabkan rotor berputar. Berdasarkan fungsi gaya aerodinamis, rotor
terbagi menjadi dua, yaitu rotor tipe drag dan rotor tipe lift.
1. Rotor tipe drag, memanfaatkan efek gaya hambat atau drag sebagai gaya
penggerak rotor.
2. Rotor tipe lift, memanfaatkan efek gaya angkat sebagai gaya penggerak rotor.
Gaya ini terjadi akibat angin yang melewati profile rotor.
Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) merupakan turbin angin sumbu tegak
yang gerakan poros dan rotor sejajar dengan arah angin, sehingga rotor dapat
berputar pada semua arah angin. Ada tiga tipe rotor pada turbin angin jenis ini,
yaitu: Savonius, Darrieus, dan H rotor. Turbin Savonius memanfaatkan gaya drag
sedangkan Darrieus dan H rotor memanfaatkan gaya lift. Turbin angin sumbu
vertical dan beberapa aplikasinya dapat dilihat pada Gambar 2.2. dan 2.3.

Gambar 2.2. Turbin angin sumbu tegak [6]

Universitas Sumatera Utara

VAWT awalnya lebih berkembang untuk konversi energi mekanik, tetapi
seiring dengan perkembangan desain, turbin tipe ini banyak digunakan untuk

konversi energi listrik skala kecil.
VAWT

juga

mempunyai

beberapa

kelebihan

dan

kekurangan.

Kelebihannya, yaitu memiliki torsi tinggi sehingga dapat berputar pada kecepatan
angin rendah, dinamo atau generator dapat ditempatkan di bagian bawah turbin
sehingga mempermudah perawatan, tidak bising, dan kerja turbin tidak
dipengaruhi arah angin. Kekurangannya yaitu kecepatan angin di bagian bawah
sangat rendah sehingga apabila tidak memakai tower akan menghasilkan putaran

yang rendah, dan efisiensi lebih rendah dibandingkan HAWT.

2.2.Turbin Angin Savonius
Salah satu jenis turbin angin sumbu vertikal (VAWT) yang dapat
digunakan pada angin dengan kecepatan rendah adalah turbin angin Savonius.
Turbin ini ditemukan oleh sarjana Finlandia bernama Sigurd J. Savonius pada
tahun 1922. Konstruksi turbin sangat sederhana, tersusun dari dua buah sudu
setengah silinder. Pada perkembangannya turbin Savonius ini banyak mengalami
perubahan bentuk rotor, seperti yang terlihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.3. Rotor tipe U dan Helix
Pada gambar 2.6 merupakan penjelasan angin mendorong rotor turbin
angin memutar lengan.

Gambar 2.4 Bentuk dorongan angin memutar rotor turbin[11]

Universitas Sumatera Utara

Turbin angin savonius memili banyak variasi salah satunya tipe rotor helix
seperti di bawah ini

Gambar 2.5 Rotor Savonius berbentuk heliks [12]
Rotor Savonius tipe ini pertama kali dikenalkan tahun 2006 oleh suatu
perusahaan bernama “Helix Wind”. Rotor ini memiliki desain yang tidak biasa,
yaitu berbentuk helix. Namun bentuk helix disini memiliki keuntungan antara lain
memiliki getaran yang halus karena variasi torsinya relatif merata untuk setiap
bucket, dan juga memiliki torsi yang baik. Tetapi rotor tipe ini memiliki geometri
yang relatif rumit, sehingga sulit dalam pembuatan [13].

2.3. Analisa Getaran
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. Sehingga
analisa getaran saat ini menjadi pilihan teknologi predictive maintenance yang
paling sering digunakan [9].
Disamping manfaatnya dalam hal predictive maintenance, teknik analisa
getaran juga digunakan sebagai teknik untuk mendiagnosa, yang dapat
diaplikasikan antara lain untuk: acceptance testing, pengendalian mutu,
mendeteksi bagian yang mengalami kelonggaran, pengendalian kebisingan,
mendeteksi adanya kebocoran, desain dan rekayasa mesin, dan optimasi produksi.

2.3.1. Konsep Analisa Getaran
Data getaran yang biasanya diperoleh dalam bentuk sinyal (analog) listrik
yang kontinu yang dihasilkan dari tranducer, dimana masing-masing sinyal
analog tersebut menunjukan besar regangan, tegangan, gaya, atau parameter

Universitas Sumatera Utara

gerakan sesaat (displacement, velocity, dan acceleration ) sebagai fungsi waktu.
Sinyal yang demikian disebut sebagai time history. Suatu sample data
didefinisikan sebagai time history dari pengukuran getaran tunggal x(t) dalam
durasi tertentu.
Getaran diartikan sebagai gerak osilatif disekitar posisi tertentu. Untuk
getaran sebuah titik akibat operasi mesin, analisa getaran didasarkan pada
peristiwa gerak osilatif yang periodik. Gerak periodik adalah suatu gerak
gelombang yang berulang dalam selang waktu tertentu. Bentuk paling sederhana
dari gerak periodik adalah gerak harmonik. Berikut adalah gerak sederhana
fenomena getaran dapat dilihat pada sebuah pegas yang salah satu ujungnya
dijepit dan ujung lainnya diberi massa M seperti gambar 2.1. berikut.

Gambar 2.6. Getaran pada sistim pegas-Massa sederhana[16].
Mula-mula sistem dalam keadaan setimbang (gambar 2.11.a). Jika massa
diberi gaya F maka massa akan turun sampai batas tertentu (gambar 2.11.b).
Perpindahan maksimum posisi massa bergantung pada besarnya gaya F, massa
dan kekuatan tarik pegas melawan gaya F tersebut. Jika gaya sebesar F tidak
dikenakan lagi pada massa, maka massa akan ditarik ke atas oleh pegas karena
tenaga potensial yang tersimpan dalam pegas (gambar 2.11.c). Massa akan
kembali ke posisi kesetimbangan, selanjutnya bergerak ke atas sampai batas
tertentu. Perpindahan maksimum ke atas dipengaruhi oleh kekuatan tarik pegas
dan massa benda. Proses tersebut akan berulang sampai tidak ada pengaruh gaya
luar pada sistem. Gerakan massa naik turun ini disebut osilasi mekanis. Berkaitan
dengan getaran mesin (machinery vibration) didefinisikan sebagai gerakan bolakbalik dari mesin atau elemen mesin dari posisi setimbang[14]..

Universitas Sumatera Utara

2.3.2. Karakteristik Getaran
Kondisi mesin dan kerusakan mekanis dapat diketahui dengan
mempelajari

karakteristik

getarannya.

Pada

suatu

sistem

pegas-massa,

karakteristik getaran dapat dipelajari dengan membuat grafik pergerakan beban
terhadap waktu, seperti terlihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.7. Karakteristik getaran[14].
Gerak beban dari posisi netralnya ke batas atas kemudian kembali ke
posisi netral (kesetimbangan) dan bergerak lagi ke batas bawah kemudian kembali
ke posisi kesetimbangan, menunjukkan gerakan satu siklus. Waktu untuk
melakukan gerak satu siklus ini disebut periode, sedangkan jumlah siklus yang
dihasilkan dalam satu interval waktu tertentu disebut frekuensi. Dalam analisis

getaran mesin, frekuensi lebih bermanfaat karena berhubungan dengan putaran
(rpm) suatu mesin.

2.3.3. Frekuensi Getaran
Frekuensi adalah jumlah siklus pada tiap satuan waktu. Besarnya dapat
dinyatakan dengan siklus per detik (cycles per second/cps) atau siklus per menit
(cycles per minute/cpm). Frekuensi getaran penting diketahui dalam analisis
getaran mesin untuk menunjukkan masalah yang terjadi pada mesin tersebut.
Dengan mengetahui frekuensi getaran, akan memungkinkan untuk dapat
mengidentifikasikan bagian mesin yang salah (fault) dan masalah yang terjadi.
Gaya yang menyebabkan getaran dihasilkan dari gerak berputar elemen
mesin. Gaya tersebut berubah dalam besar dan arahnya sebagaimana elemen putar
berubah posisinya terhadap titik netral. Akibatnya, getaran yang dihasilkan akan
mempunyai frekuensi yang bergantung pada putaran elemen yang telah
mengalami trouble. Oleh karena itu, dengan mengetahui frekuensi getaran akan
dapat diidentifikasi bagian dari mesin yang bermasalah.

Universitas Sumatera Utara

2.3.4. Amplitudo (Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan)

Perpindahan

(displacement),

kecepatan

(velocity),

dan

percepatan

(acceleration) diukur untuk menentukan besar dan kerasnya suatu getaran.
Biasanya diwakili dengan pengukuran amplitudo getaran.
Gambar 2.13. adalah model amplitude yang memperlihatkan hubungan
dari gerakan poros yang berputar dengan amplitude r.

Gambar 2.8 Model amplitudo
Perpindahan (displacement) adalah gerakan suatu titik dari suatu tempat ke
tempat lain yang mengacu pada suatu titik tertentu yang tidak bergerak (tetap).

Dalam pengukuran getaran mesin, sebagai standar digunakan jarak perpindahan
puncak ke puncak (peak to peak displacement), seperti terlihat pada gambar 2.14.
Contohnya adalah perpindahan poros karena gerak putarnya. Jika perpindahan
poros terlalu besar sampai melebihi batas “clearance” bantalan akan
mengakibatkan rusaknya bantalan.
Kecepatan (velocity) merupakan perubahan jarak per satuan waktu.
Kecepatan gerak mesin selalu dinyatakan dalam kecepatan puncak (peak velocity).
Kecepatan puncak gerakan terjadi pada simpul gelombang. Dalam getaran,
kecepatan merupakan parameter penting dan efektif, karena dari data kecepatan
akan dapat diketahui tingkat getaran yang terjadi.
Percepatan (acceleration) adalah perubahan kecepatan per satuan waktu.
Percepatan berhubungan erat dengan gaya. Gaya yang menyebabkan getaran pada
bantalan mesin atau bagian-bagian lain dapat ditentukan dari besarnya getaran.
Hubungan antara perpindahan dan waktu untuk gerak harmonik dapat
dinyatakan secara matematik sebagai berikut :
=

�

� � ......................................................................................(2.1)

Dimana perpindahan maksimum diekspresikan sebagai X0, yang juga
disebut sebagai amplitudo, sedang ω adalah frekuensi angular yang umumnya
dinyatakan dalam rad/det. Dalam analisa getaran dikenal pula definisi lain untuk

Universitas Sumatera Utara

frekuensi, yang diberi notasi f dan didefinisikan sebagai jumlah siklus per satuan
waktu. Satuan yang umum digunakan untuk f adalah siklus per menit (cpm) atau
siklus per detik (cps, Hz).

Kecepatan dan percepatan gerak harmonik dapat

diperoleh dengan differensiasi. Dengan menggunakan notasi titik untuk
turunannya, maka didapat :
Kecepatan (Velocity) mm/s
=

�

��

=

� � cos �

......................................................................... (2.2)

Percepatan (Acceleration) mm/s2
=

�2

�� 2

= −

1g= 9,807m/s2

��

sin � .................................................................(2.3)

Dengan amplitudo dapat terbaca indikasi beratnya kerusakan pada mesin
dan dapat digunakan untuk mengukur beberapa masalah getaran. Bagaimanapun
unit yang pasti mengacu pada respon getaran frekuensi. Gambar 2.14.
menunjukkan Displacement dan Frequency.

Gambar 2.9. Displacement dan Frequency
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.

2.3.5. Fasa (phase)
Fasa didefinisikan sebagai posisi elemen getaran terhadap titik tertentu
atau elemen getaran lainnya. Fasa menunjukkan perbedaan awal siklus terjadi.
Hubungan fasa antara perpindahan, kecepatan, dan percepatan diilustrasikan pada
Gambar 2.15, kecepatan puncak maju (peak forward velocity) terjadi pada 900
sebelum puncak perpindahan positif (peak positive displacement). Dengan kata

Universitas Sumatera Utara

lain, kecepatan mendahului
0

tertinggal

0

terhadap perpindahan, sedangkan percepatan

terhadap perpindahan.

Gambar 2.10. Beda fasa antara perpindahan, percepatan,
Dan percepatan
Pengukuran fasa memberikan cara untuk menentukan bagaimana suatu
elemen bergetar relatif terhadap elemen lain. Pembandingan gerak relatif dari dua
atau lebih elemen mesin sering diperlukan dalam diagnosis kerusakan spesifik
suatu mesin. Sebagai contoh, bila analisis menyatakan bahwa getaran suatu mesin
tidak sefasa dengan getaran base-nya, maka mungkin terjadi kelonggaran baut
atau kelonggaran mesin dari base-nya.
Jadi kecepatan dan percepatan juga harmonik dengan frekuensi osilasi
yang sama, tetapi memiliki beda phasa terhadap perpindahan, berturut-turut
dengan

�

dan π radian. Gambar 2.16 adalah hubungan displecemen, velocity dan

acceleration.

Gambar 2.11. Hubungan phasa perpindahan, kecepatan, dan
percepatan pada gerak harmonik
Analisa getaran merupakan cara yang paling handal untuk mendeteksi
awal gejala kerusakan mekanik, elektrikal pada peralatan, sehingga analisa
getaran ini menjadi pilihan teknologi predictive maintenance yang paling sering
digunakan[13]. Satuan yang sering digunakan terdapat pada tabel 2.1

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1. Satuan yang digunakan tiap karakteristik
Karateristik

Satuan
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

Getaran
Perpindahan
Kecepatan
Percepatan

Sumber: Maintenance Engineering Handbook, Mobley

2.4. Rotor Orbit Trajectories
Rotor orbit trajectories secara khusus digunakan untuk analisa pada
lateral rotor vibration (LRV), yang memberikan tambahan informasi diagnosa
komponen mesin yang bermanfaat untuk analisa trouble shooting. Hal ini
terutama untuk mengindentifikasi penyebab natural dari masalah getaran pada
mesin-mesin berputar. LRV, juga disebut transverse rotor vibration adalah gerak
orbit pada bidang radial terhadap sumbu putar rotor. Model sederhana dari LRV
yaitu gerakan orbit rotor yang memiliki dua derajat kebebasan (degree of
freedom), seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.12. Pada model ini, masa rotor
m, dapat berubah posisi pada bidang radial x-y. Massa ini terhubung dengan
struktur melalui pegas dan peredam yang tereksitasi oleh gaya radial yang
berubah terhadap waktu, misalnya gaya akibat massa unbalance[13]

Gambar 2.12. Model LRV sederhana dua derajat kebebasan[16]

Universitas Sumatera Utara

Dua persamaan gerak dari model ini yang dipengaruhi oleh gaya eksitasi yang
berasal dari F = ma , maka diperoleh,
+

+�

+

+�

= �0 cos � .............................................................(2.4)
= �0 sin �

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

Pada kondisi isotropik, yaitu � = � ≡ � dan

=

persamaan 2.4 dan 2.5 dapat di tulis dalam bentuk matrix,
]{ }+ [

]{ } +[

[

�

�

]{ } = {

�
�

≡ , maka
} ......................(2.6)

Untuk menggambarkan resultan dari perpindahan sistem pada persamaan

(2.6) yang bergetar pada sumbu x dan y dengan frekuensi yang sama � , maka

setiap gerak harmonik dapat disajikan sebagai vektor dan berlaku penjumlahan

vektor. Apabila dianggap bahwa massa m dari kondisi unbalance dianggap
berosilasi secara simultan dengan gerak harmonik sederhana yang memiliki
frekuensi yang sama menurut sumbu x dan y. Maka perpindahan dari partikel
dapat dituliskan:
=

=

sin � + �

...........................................................................(2.7)

sin ωt + �

.........................................................................(2.8)

Dengan mengambil waktu t pada persamaan 2.7 dan 2.8, maka variabel
yang tersisa adalah hanya x dan y, sementara X, Y, �

dan, � merupakan

konstanta, Dengan mengembangkan argumen dari sinus, maka diperoleh :

dan

= sin � � +

� sin �

maka,

= sin � � +

� sin �

sin � − sin � = sin �

cos � sin � − cos � sin � ......... (2.9)

cos � − cos � = cos �

cos � sin � − cos � sin � ..... (2.10)

dan

Dengan melakukan perkalian kuadrat dan penjumlahan terhadap persamaan
(2.9) dan (2.10) maka,
in (� − � ) =

2

2 +

2
2

−

cos(� − � ) ............................ (2.11)

Universitas Sumatera Utara

yang merupakan persamaan umum sebuah lingkaran elips
Biasanya sumbu utama dari elipse akan menunjuk terhadap sumbu x dan
y, tetapi hal ini akan menjadi sumbu utama ketika ada perbedaan fase � − � =

�/ maka persamaan (2.11) menjadi bentuk yang lebih dikenal,
2

+
2

2
2

=

................................................................................ (2.12)

Jika X=Y=A, maka persamaan (2.12) menjadi

+

=

� = , �. 4 �. Dan seterusnya, maka akan diperoleh persamaan

. Saat � −

=

yang merupakan suatu garis lurus yang memiliki kemiringan Y/X. Kembali lagi
untuk � − � = �, �, � dan seterusnya, akan diperoleh:
=

yang merupakan suatu garis lurus namum dengan kemiringan yang berlawanan.
Lintasan jejak partikel ini dapat dilihat pada Gambar 2.11 dan secara mudah dapat
digambarkan dengan menggunakan program simulasi matematika Matlab versi
6.1.
Untuk menggambarkan kurva dua dimensi dari fungsi x dan y dengan
menggunakan Matlab versi 6.1. digunakan perintah ”ezplot”. Berdasarkan fungsi
dasar pada persamaan (2.7 dan 2.8), maka kurva koordinat diketahui:
(x, y) = sin(t),sin(t +�),
� �

Dimana � = , , ,

�

, �,

�

,

�

,

�

, �

Dengan memberikan perintah kedalam MatLab versi 6.1 untuk tiap φ , yaitu:

>> ezplot('sin(t)','sin(t+� )')
Maka diperoleh kurva untuk masing-masing φ seperti pada Gambar 2.13.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.13 Berbagai lintasan orbit dalam sistem getaran yang simultan pada
sumbu yang tegak lurus dimana gerak harmonik sederhana
memiliki frekuensi yang sama[8].
Untuk menggambarkan gerak partikel unbalance dalam ruang tiga
dimensi, persamaan fungsi ditambahkan dalam arah sumbu z. sehingga ada
persamaan gerak harmonik sederhana ketiga, yaitu:
= sin � + �

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

Apabila X=Y=Z=A, maka kurva koordinat dalam dimensi ruang adalah:
(x, y, z) = sin(t),sin(t +δ ),sin(t) ,
perintah yang dituliskan kedalam MatLab versi 6.1 untuk φ\� =π/2 , yaitu:
>> ezplot3(’sin(t)’,’sin(t+π 2 )’,’sin(t)’)
akan menghasilkan lintasan orbit dalam dimensi ruang dengan pada frekuensi
yang sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12.

Gambar 2.14. Lintasan orbit perpindahan partikel dalam dimensi ruang [8]

Universitas Sumatera Utara

2.5.Metode lintasan Orbit (Pola Lissajous)
Sebagai metode analisa tambahan kadang-kadang diterapkan analisa orbit
(pola Lissajous) karena pada umumnya pada instalsai non-contact pickup untuk
suatu pengukuran pada daerah bearing yang mendeteksi tingkat vibrasi pada arah
axial.[18]
Sehingga rekomendasi pengukuran yang lengkap dengan arah vibrasi axial
tidak dapat dilakukan. Untuk non-contact pick-up pada umumnya dipasang
permanen untuk mendeteksi vibrasi langsung pada shaft mesin-mesin yang
penggunaannya cukup kritis, instalasinya berupa probe pada arah radial
(horisontal dan vertikal) yang keduanya dipisahkan oleh sudut 90 derajat.[18]
Di sini analisa orbit dapat dilakukan, sebagai tambahan untuk analisa
spektrum. Para praktisi telah melakukan penelitian mengenai kegunaan metoda
orbit (pola Lissajous) dan berhasil mendapat kesimpulan terhadap bentuk bentuk
orbit dalam hubungannya dengan kerusakan bagian-bagian mesin yang diukur dan
dianalisa vibrasinya. Bentuk karakteristik pola Lissajous sebagai berikut:

1. Unbalance
Suatu keadaan unbalance pada rotary machine ditunjukkan oleh pola
Lissajous sebagai vibrasi yang besar pada frekuensi 1×RPM dengan menganggap
bahwa vibrasi pada frekuensi yang lain sangat kecil dan tidak berarti.[18]
Bentuknya dapat betul-betul bulat atau sedikit lonjong (elips) dan di dalam
pola yang terbentuk akan terlihat satu bush spot yang menunjukkan bahwa vibrasi
yang besar hanya terjadi pada frekuensi 1×RPM. Gambar pola Lissajousnya
diberikan di bawah ini.[18]

Gambar 2.15. Pola Lissajous pada rotary machine yang
mengalami unbalance.[18]

Universitas Sumatera Utara

2. Misalignment
Misalignment yang terjadi pada rotary machine akan menyebabkan vibrasi
yang utama pada frekuensi 1×RPM yaitu sekitar yang diikuti dengan munculnya
vibrasi pads 2×RPM, 3×RPM, dan harmonik yang lebih tinggi lagi. Di dalam
gambar pola Lissajousnya akan memberikan bentuk elips pipih seperti pisang atau
bahkan bentuk pisang yang melengkung.[18]
Bentuk elips pipih selain memberikan kemungkinan vibrasi yang disebabkan
oleh keadaan Misalignment, tetapi juga dapat disebabkan oleh kerusakan bearing
atau kemungkinan terjadinya resonansi.[18]

Gambar 2.16. Pola Lissajous pads rotary machine yang
mengalami Misalignment[18]

3. Oil Whirl
Misalignment akan menyebabkan vibrasi yang utama pada frekuensi di
bawah 1×RPM. Di dalam gambar pola Lissajousnya akan memberikan bentuk dua
buah lingkaran atau elips yang ditandai dengan adanya dua buah blank spot.
Bahkan karena kejadian oil whirl yang di bawah 1×RPM tidak persis 1/2×RPM,
maka lingkaran atau ellips yang lebih kecil akan bergerak dan ditandai dengan
bergeraknya blank spot yang ada pada lingkaran atau elips yang kecil.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.17. Pola Lissajous pads rotary machine
yang mengalami oil whirl.[18]

4. Rubbing (Gesekan)

Gambar 2.18 Pola Lissajous pada rotary machine yang
mengalami hit-and-bounce rubbing.[18]
Pola semacam ini mirip dengan pola Lissajous yang terjadi pada peristiwa
terjadinya oil whirl, hanya bedanya dengan peristiwa oil whirl maka di sini
lingkaran yang berada di dalam tidak berputar-putar.[18]
Dengan semakin beratnya kondisi rubbing yang terjadi, yaitu yang
dinamakan heavy rubbing atau full rubbing, dan ditambah lagi dengan frekuensi
resonansi, frekuensi harmonik, serta random frekuensi non-syncronous, maka
akan menghasilkan pola Lissajous yang sangat kompleks.[18]

2.6.Fast Fourier Transform (FFT)
FFT (Fourier Fast Transform) adalah varian tercepat dari pada varian
lainnya seperti DFT (Discreete Fourier Transform). Dimana FFT menggunakan
algoritma yang canggih untuk melakukan proses yang sama dengan DFT, namun
perbedaannya FFT menggunakan waktu yang lebih singkat. Karena kecepatan dan
sifat diskritnya inilah yang membuat FFT digunakan pada berbagai pengolahan
sinyal digital termasuk yang paling utama kita gunakan adalah pengolahan sinyal
vibrasi. Dengan menggunakan Fourier analysis atau spectrum analysis,

Universitas Sumatera Utara

gelombang berbasis waktu (time domain) dirubah menjadi gelombang sebagai
fungsi dari frekuensi. Sehingga jika dilhat pada gambar dibawah ini; gelombang
fungsi frekuensi dilihat sebagai fungsi amplitude (sumbu Y) dan frekuensi (sumbu
Z). Proses transformasi dari gelombang berbasis waktu ke gelombang berbasis
frekuensi dapat dilakukan oleh sebuah alat analyzer.[19]

Gambar 2.10: Gelombang Frekuensi[19]
Sebagai

contoh

grafik dibawah ini

menunjukkan gambar

gelombang fungsi waktu (Time Waveform) dari Turbin Uap berkapasitas 40 MW.
Untuk menarik kesimpulan dari grafik ini sangat tidak mudah, kita tidak bisa
menjawab pertanyaan apakah yang menyebabkan getaran, meskipun kita mungkin
bisa memperoleh informasi tingkat keparahan dari vibrasi pada Turbin ini.[19]

Gambar 2.12: Time Waveform Turbin[19]
Gelombang komplek diatas kita rubah menjadi sinyal yang lebih
sederhana dengan proses FFT. Proses penyederhanaan sinyal gelombang ini
dilakukan oleh analyzer. Seorang analis yang mempunyai kemampuan matematik
bisa melakukannya secara manual, tetapi akan sangat memakan waktu yang jauh
lebih lama. Dengan perangkat teknologi sekarang semuanya bisa dilakukan oleh
perangkat elektronik. Sinyal yang sudah disederhanakan berupa sinyal fungsi
frekuensi seperti pada gambar. Dengan grafik ini kita bisa melakukan analisa
spketrum, dengan melihat frekuensi sebagai basis analisa. Frekuensi memberikan

Universitas Sumatera Utara

informasi apa yang menjadi penyebab vibrasi dan amplitude menunjukkan tingkat
keparahannya. [19]

Gambar 2.13: Spectrum Data

Gambar 2.14: Transform FFT [19]

2.6.1. Unbalance (Sinyal Satu Kali Putaran)
Unbalance dicirikan dengan sinyal yang muncul pada frekuensi tunggal,
dengan amplitude yang sama besar pada keseluruhan arah radial. Pada unbalance
murni, vibrasi akan muncul dalam bentuk gelombang sinus pada kecepatan mesin,
dituliskan sebagai 1×RPM. Vibrasi terjadi ketika pusat masa dari suatu elemen
yang berputar tidak sesumbu dengan susunan elemen putar. Amplitude akan terus
membesar dengan terus bertambahnya kecepatan elemen dan akan mencapai
kecepatan kritis dari elemen putar. Berikut adalah pola spectrum yang akan terjadi
apabila unbalance: [19]

Gambar2.19: Pola Spectrum Unbalance[19]

Universitas Sumatera Utara

2.6.2 Misalignment (Sinyal Pada Dua kali Putaran)
Para ahli sepakat bahwa penyebab dari 70 hingga 75 persen dari getaran
disebabkan oleh Misalignment. Dan seringkali vibrasi yang disebabkan oleh
Misalignment sering disalah artikan sebagai unbalance. Hal ini bisa anda pahami
jika kita mengerti tahap-tahap terjadinya unbalance akibat munculnya
misalignement seperti yang dijelaskan pada tahapan berikut ini :
1. Ciri Misalignment:
a. Mempunyai komponen getaran pada frekuensi 2×putaran poros
b. Menyebabkan getaran dalam arah aksial
2. Misalignment berasal dari:
a. Preload dari poros bengkok atau bantalan yang tidak mapan
b. Sumbu poros pada kopling tidak segaris
3. Misalignment terjadi karena adanya pergeseran atau penyimpangan salah satu
bagian mesin dari garis pusatnya. Misalignment sendiri mengakibatkan getaran
dalam arah axial. Misalignment merupakan penyebab kedua terjadinya vibrasi
meskipun telah digunakan flexible couplings dan self aligning bearing.
4. Setiap elemen berputar (Rotating element) memiliki sejumlah unbalance.
Setiap manufaktur memiliki toleransi terhadap unbalance ini. Untuk mencapai
kondisi keseimbangan yang sempurna adalah sangat sulit dan mahal, yang
hanya dilkukan untuk aplikasi-aplikasi tertentu seperti kapal selam nuklir
misalnya.
5. Ketidak seimbangan yang kecil ini kemudian diredam atau diserap dengan
menggunakan rolling element bearings yang memiliki clearance diantara
bagian yang tetap dan bagian berputarnya sekitar 0.0005 “ atau bahkan untuk
beberapa aplikasi praktis tidak ada clearance sama sekali.
6. Ketika unit-unitnya mengalami kondisi Misalignment, elemen-elemennya
mengalami tarikan dan tekanan melalui kopling dan menghasilkan keausan
yang tidak dinginkan pada bearings. Dengan segera keausan ini akan membuat
clearance antara element putar dan race-nya membesar. Sehingga kemudia
bearings tidak lagi mampu bertindak sebagai damper yang menjaga unbalance
pada tingkat aman.

Universitas Sumatera Utara

Tahap

akhir

dicapai

ketika

seorang

yang

memahami

getaran

menyimpulkan bahwa getaran terjadi akibat adanya unbalance, sehingga
dilakukan langkah koreksi untuk memperbaiki keseimbangan elemen-elemen
putar. Tanpa diagnose yang tepat masalah getaran ini akan kembali muncul,
seperti yang dijelaskan pada tahap sebelumnya, bahwa misalignemet-lah ternyata
yang meneyebabkan timbulnya unbalance. Secara statistic menunjukkan bahwa
sekitar 12% pekerjaan harus diulang dan biaya menjadi naik, karena salah
diagnose. Beberapa gambaran terjadinya misaligment dan pola spektrum yang
terjadi apabila misaligment terjadi pada pompa yang mengalami kerusakan

Gambar2.20: Posisi Misaligment

Gambar2.21: Pola Spektrum Misaligment[19]

Universitas Sumatera Utara

2.7.3. Mechanical looseness
Karakteristik dominan dari kehilangan mekanis adalah munculnya
multiple harmonic pada beberapa kecepatan operasi. Kecepatan operasi dari suatu
komponendituliskan sebagai 1, misalnya adalah 1800 CPM. Harmonic ke-2
adalah 2×(3600 CPM) dan harmonic ke-3 adalah 3×(5400 CPM), dan seterusnya.
Pada kasus kehilangan mekanis, amplitudo terbesar akan terjadi dekat dengan
sumber masalah.[19]

Gambar2.22: Pola Spectrum Mechanical Looseness [17]
Komponen-komponen mesin yang dapat kendor antara lain bantalan
(mount) atau tutup bantalan (bearing cap). Kekendoran ini hampir selalu
menghasilkan sejumlah besar harmonik dalam spektrum frekuensinya, baik
harmonik ganjil maupun tunggal. Komponen getaran yang dengan frekuensi lebih
kecil dari kecepatan putar juga dapat terjadi. Teknik untuk mendeteksi kekendoran
adalah dengan mengukur getaran pada beberapa titik (transducer kecepatan dapat
berfungsi baik). Sinyal yang terukur akan mencapai maksimumnya pada arah
getaran (biasanya arah vertikal memberikan getaranyang lebih besar dari arah
horizontal), atau disekitar lokasi kekendoran.[19]

Universitas Sumatera Utara