Resonansi Vibrasi pada Rotating Equipment

Sebelum membahas lebih jauh tentang resonansi, maka perlu diingat kembali tentang pernyataan.

"Vibrasi adalah fenomena normal yang terjadi di semua rotating equipment saat berputar"

Dari pernyataan di atas bisa ditarik kesimpulan bahwa, berapa pun besarnya vibrasi entah itu besar atau kecil belum bisa dipastikan equipment dalam keadaan rusak. Namun dari nilai vibrasi yang besar akan membuat equipment cepat rusak atau bisa dikatakan mengalami proses percepatan fatigue. 

Jika pernyataan di atas sudah bisa diambil intisarinya. Saatnya membahas tentang Resonansi. 

"Resonansi Vibrasi adalah fenomena ikut bergetarnya suatu part yang terjadi akibat Natural Frequency (F˳) sama atau berdekatan dengan Forcing Frequency (Ff)"

Dari pernyataan resonansi vibrasi di atas ada beberapa istilah yang harus dipahami secara detail. 

- Natural Frequency (F˳) adalah Frequency alami yang dimiliki oleh semua structure equipment. 

Contoh Natural Frequency (F˳) :

    a. Bearing memiliki Natural Frequency (F˳)

    b. Mechanical Seal memiliki Natural Frequency (F˳)

    c. Shaft memliki Natural Frequency (F˳)

    d. Casing memiliki Natural Frequency (F˳)

    e. Coupling memiliki Natural Frequency (F˳)

    f. Baseplate dan Pondasi memiliki Natural Frequency (F˳)

- Sedangkan Forcing Frequency (Ff) adalah Frequency yang terjadi akibat gaya yang diberikan pada equipment. Karena di sini area pengamatan pada rotating equipment maka gaya yang diberikan adalah Gaya putar.

Contoh Gambar Spectrum di atas Forcing Frequency (Ff) terdiri atas :

    a. 1 x RPM

    b. 2 x RPM

    c. 3 x RPM

    d. 4 x RPM

    e. 5 X RPM atau 1 x Blade Pass Frequency

    f.  10 X RPM atau 2 x Blade Pass Frequency

Namun jika diambil dari contoh lain Forcing Frequency (Ff) bisa berasal dari Gear Mesh Frequency (GMF) atau pun Belt Pass Frequency (BPF).

Setelah istilah di atas paham, saatnya mengetahui syarat terjadinya resonansi Vibrasi dimana Natural Frequency (F˳) sama atau berdekatan dengan Forcing Frequency (Ff). Di laboratorium fenomena vibrasi terjadi pada nilai (Hz) yang sama bisa diciptakan. Contoh seperti video berikut, saya ambil dari tik tok milik @Fajar_Agustus :

Tapi di lapangan konsep sama bisa dikatakan hampir tidak mungkin terjadi, sehingga ada istilah zona amplifikasi resonansi (area 20% sebelum dan 20% setelah Natural Freuency (F˳)). Zona amplifikasi jika digambarkan sebagai berikut.

Kenapa di bidang vibration analysis resonansi perlu dipahami?

Karena hampir sebagian besar analyst mampu menemukan problem vibrasi. Tapi sering keliru dalam memberikan rekomendasi perbaikan. Dan kekeliruan itu sering terjadi pada resonansi.

Apakah resonansi memberikan efek besar pada kerusakan rotating equipment?

Untuk menjelaskan efek tersebut, saya akan share video dari youtube dengan nama akun : @ S S R 

Bayangkan video di atas adalah Equipment Turbomachinary ketika start-up. Dari 0 rpm lalu naik sedikit getaran masih stabil, lalu putaran berada pada zona critical speed (+/- 20% amplifikasi Natural Freuency (F˳)) dengan getaran shaft yang cukup besar, bisa saja pada posisi itu terjadi gesekan antara shaft dan journal bearing. Lalu getaran shaft kembali normal pada operasional speed.   

Study Case

Pada sebuah pompa yang baru diinstal terjadi fenomena vibrasi cukup tinggi. Di pompa ini memiliki 5 buah blade dan Speed 2467 rpm atau 41,12 Hz.

Dari kalimat case di atas sudah bisa dilakukan hipotesis terhadap 4 kemungkinan fenomena.

1. Salah instlasi (Cocked Bearing, Misalignment)

2. Soft Foot

3. Looseness

4. Resonansi

Karena kesimpulan analisis masih sangat melebar, maka perlu dilihat spectrum.

Terlihat vibrasi cukup tinggi di 5 x RPM atau 1 x Blade Pass Frequency nya. Apakah dengan data ini sudah bisa dipastikan ada kerusakan di Blade, tentu tidak.

Kenapa?

1. Karena equipment baru pasti kondisi blade masih sangat bagus.  

2. Kesalahan instalasi blade, tentu tidak. Karena jika terjadi kesalahan instalasi blade maka selain 5 x RPM yang tinggi, 1 X RPM pasti ikut tinggi. Karena blade pasti akan mengeksitasi getaran shaft (1 X rpm). Selain itu juga jika terjadi kesalahan instalasi blade, hanya membutuhkan waktu sekian menit saja untuk bisa menghancurkan blade atau mungkin casing sisi bagian dalam.  

3. Cocked Bearing, Misalignment, Soft Foot, Looseness. Beberapa hal ini mungkin bisa saja terjadi, tapi jika fokus analisis kesana akan membuang banyak waktu. Karena seorang teknisi yang melakukan instalasi pompa pasti sudah mengerjakan sesuai Standard. Tentu saat melakukan pekerjaan sudah diawasi saat FAT serta ketika in-situ Testing and Commisioning. Meski pun harus tetap waspada karena "Faktor-X" bisa saja terjadi. Contohnya : Anomali kualitas produk yang tiba-tiba failure atau pun human error.

4. Dari analisis vibrasi yang pasti bisa dilakukan adalah melakukan Bump-Test. Dari hasil bump - test di area pompa didapatkan data sebagai berikut :

Bump test di atas mengunakan alat ukur vibrasi dari emerson CSI-2140. Didapatkan hasil Natural Frequency (F˳) = 206.875 Hz.

Dari data ini sudah bisa dipastikan terjadi fenomena Resonansi Vibrasi. Dimana :

- Natural Frequency (F˳) = 206.875 Hz

- Forcing Frequency (Ff) = 5 x RPM = 5 x 41,12 Hz = 205,6 Hz

- Forcing Frequency (Ff) berada di zona amplifikasi 20% sebelum Natural Frequency (F˳). Jika digambarkan sebagai berikut :

Rekomendasi Perbaikan :

Untuk memberikan rekomendasi perbaikan, alangkah baiknya meninjau kembali rumus dasar pembentukan Natural Frequency (F˳)

Berdasarkan rumus natural frekuensi di atas cara mengatasi “Resonansi Vibrasi”, bisa dilakukan dengan 2 cara :

    1. Mengurangi nilai Natural Frekuensi (dengan cara menambah massa casing)

Note : dalam penambahan massa perlu dipastikan Degree of Freedom (derajat kebebasan) atau Vibrasi bergerak paling besar ke arah mana. Dari arah vibrasi paling besar itu lah diberikan tambahan pemberat.

   2. Menambah nilai Natural Frekuensi (dengan cara Menambah kekakuan Support Foundation atau memberikan bracing tambahan pada Support Foundation, atau pun memperbesar ukuran support Foundation)

Note : dalam penambahan kekakuan support foundation perlu dipastikan Degree of Freedom (derajat kebebasan) atau Vibrasi bergerak paling besar ke arah mana. Dari arah vibrasi paling besar itu lah diberikan tambahan penguat.

Dari 2 jenis rekomendasi di atas bisa disimpulkan dengan gambar berikut :

Jadi jika diberikan rekomendasi yang paling baik secara teori adalah sebagai berikut :

"Menambah kekakuan pada support casing pompa"

Kenapa hal ini lebih baik dilakukan? Karena cara ini jauh lebih dekat untuk bisa natural frequency keluar dari zona amplifikasi. 

Namun segala bentuk rekomendasi perbaikan harus kembali lagi pada kondisi lapangan. Karena tidak semua equipment mampu diberikan penguatan pada support casing. Maka dalam case ini, rekomendasi yang bisa dilakukan adalah dengan cara memberikan pemberat pada Pompa seperti berikut :

     

Jika ada saran dan kritik, mohon tulis di kolom komentar. Terima Kasih.