ANALISA DATA VIBRASI UNTUK KLASIFIKASI KERUSAKAN KOMPRESSOR TURBIN GAS PADA PT. PLN SEKTOR PEMBANGKITAN BELAWAN
Hery E.Permana 1* , Ikhwansyah Isranuri 2 , M. Sabri 3 , Mahadi 4 , Dian M. Nasution 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin ,Fakultas Teknik ,Universitas Sumatera Utara E-Mail : heryeggiapermana@hotmail.co.id

## ABSTRAK
Teknik  perawatan  secara  prediktif  banyak  diaplikasikan  di  dunia  industri  yang  salah satunya  adalah  untuk  komponen  mesin  berputar.  Teknik  perawatan  ini  dapat  mendeteksi  jenis kerusakan  pada  suatu  mesin  tanpa  menghentikan  operasi  mesin  tersebut  dengan  cara  analisis getaran melalui identifikasi terhadap sinyal getaran yang dihasilkan. Dalam  penelitian ini akan dianalisis  sinyal  getaran  yang  dibangkitkan  oleh  keadaan  terkini  mesin  melalui  pengambilan data sinyal getaran pada arah radial (horizontal) pada kompressor turbin gas . Dari hasil analisis sinyal  getaran,  dapat  diketahui  jenis  dan  besarnya  tingkat  getaran  yang  dibangkitkan  dalam interval  waktu  oleh  kelonggaran  melalui  perbandingan  nilai  getaran  terhadap  trending  dan dengan  standar  yang  berlaku  memperlihatkan  amplitudo  tinggi  pada  kompressor    horizontal ,vertical  dan aksial kondisi getaran sebesar 11 mm/s, berdasarkan standar ISO 10816.
Kata Kunci : Perawatan, Analisis Getaran, Vibrasi

## ABSTRACT
Predictive  maintenance  techniques  are  widely  applied  in  the  industrial  world,  one  of which  is  for  rotating  machine  components.  This  maintenance  technique  can  detect  the  type  of damage  to  a  machine  without  stopping  the  operation  of  the  engine  by  means  of  vibration analysis  through identification  of the vibration  signals  produced. In this  Final Project  will be analyzed  the  vibration  signals  generated  by  the  current  state  of  the  engine  through  vibration signal  data  retrieval  in the  radial  direction (horizontal)  on  the  gas  turbine  compressor.  From the  results  of  vibration  signal  analysis,  it  can  be  seen  the  type  and  magnitude  of  the  level  of vibration generated in the time interval by leeway through the comparison of vibration values to trending  and  with  applicable  standards  show  high  amplitude  in  horizontal,  vertical  and  axial compressor conditions of vibration of 11 mm / s, based on ISO 10816 standard.
Keywords: Treatment, Vibration Analysis, Vibrations

## 1. Pendahuluan
Pemeliharaan ( maintenance ) berperan penting dalam kegiatan produksi dari suatu perusahaan yang  menyangkut  kelancaran  atau  kemacetan  produksi,  volume  produksi,  serta  agar  produk  dapat diproduksi  dan  diterima  konsumen  tepat  pada  waktunya  (tidak  terlambat)  dan  menjaga  agar  tidak terdapat  sumber  daya  kerja  yang  menganggur  karena  kerusakan  ( downtime )  pada  mesin  sewaktu proses  produksi  sehingga  dapat  meminimalkan  biaya  kehilangan  produksi  atau  bila  mungkin  biaya tersebut dapat dihilangkan.
Pemeliharaan  yang  baik  akan  mengakibatkan  kinerja  perusahaan  meningkat,  kebutuhan konsumen dapat terpengaruhi tepat waktu, serta nilai investasi yang dialokasikan untuk peralatan dan mesin  dapat  diminimalkan.  Selain  itu  pemeliharaan  yang  baik  juga  dapat  meningkatkan  kualitas produk yang dihasilkan dan mengurangi waste yang berarti mengurangi ongkos produksi.

## 2.Pengumpulan Data
Data yang  digunakan  adalah  data hasil  pengukuran  vibration  velocity  titik  2  dan  titik  3  dari turbin gas PT.PLN Persero pembangkit belawan. Data diukur oleh bagian predictive maintenance
Gambar 1 Pengukuran Pada Titik 2 Dan 3

## 3. Standar Analisa
Dalam mengindentifikasi berbagai macam kerusakan pada mesin yang dianalisis berdasarkan getarannya , maka kita menggunakan ISO 10186 dan ISO 2372 dalam prosesnya.
ISO 10186 hanya terbatas untuk memberi standar standar  yang baku untuk sebuah velocity getaran  yang  bersifat  merusak  mesin  ,  namun  tidak  mampu  untuk  dijadikan  acuan  dalam mengidentifikasi  kerusakan  yang  terjadi.  Untuk  itu  kita  menggunakan  ISO  2372  untuk mengidentifikasi kerusakan yang terjadi pada mesin.
Gambar 3. ISO 2372

## 4.Mechanical failure

## a.Misalignment
Misalignment adalah suatu kondisi pada sistem poros-kopling ketika dua sumbu poros yang terhubung tidak berada dalam satu garis sumbu. Misalignment merupakan penyebab utama terjadinya getaran selain dari unbalance (M. Bur, M. Okuma,2005).

## b.Looseness
Looseness atau yang biasa disebut mechanical looseness (Kelonggaran mekanik) adalah salah satu jenis kerusakan pada mesin yang menyebabkan terjadinya getaran. Kelonggaran mekanik dapat terjadi  apabila  tutup  bantalan  longgar  atau  ikatan mesin  ke  pondasi  tidak  kuat. Gejala  kerusakan  ini ditandai dengan adanya frekuensi getaran dominan pada ½ , 1, 1 ½ , 2, dst x rpm atau n x rpm pada domain frekuensinya (V.Wowk,1991).

## C.Unbalance
Unbalance adalah suatu kondisi dimana pusat massa rotor tidak berimpit dengan pusat massa poros,  sehingga  ketika  elemen  ini  berputar  akan  menimbulkan  gaya  sentrifugal.  Gaya  sentrifugal meng-eksitasi  sistem  selama  sistem  berputar,  sehingga  menimbulkan  getaran.  Unbalance  bisa disebabkan oleh penyebaran massa rotor yang tidak merata atau pemasangan poros yang tidak tepat pada pusatnya . Pada Rotor turbin, unbalance juga bisa disebabkan oleh sudut-sudunya yang terkikis akibat pengikisan oleh fluida.

## d.Bearing defect
Bantalan  adalah  komponen  yang  kritis  pada  mesin  rotasi  karena  bertugas  sebagai  tumpuan beban. Penelitian  secara  berkelanjutan  dilakukan  untuk  menghitung  umur  bantalan  dengan beberapa faktor ketelitian, sehingga mampu mengetahui umur bantalan dan umur dengan lebih akurat (Fariha et al, 2008). Tetapi, bantalan tidak berumur sesuai dengan perhitungan.
Fatique  di  permukaan  bantalan  terjadi  sehingga  membatasi  kelayakan  bantalan  beroperasi (Kapidzic et al., 2015). Pada umumnya kegagalan disebabkan kerusakan permukaan bantalan berupa micro-pitting,  smearing,  indentation,  deformasi  plastis  dan  korosi.  Akibatnya  bantalan  mengalami
kegagalan  dan  mesin  mengalami  kerusakan  (breakdown)  secara  mendadak  (Purnama  dan  Ariosuko, 2014).

## 5.Hasil Analisa

## a.Time and frequency domain plotting
Data  yang  dikumpulkan  diplot  menjadi  grafik  berdomain  waktu  ,  dari  grafik  kita  akan mengetahui  waktu  waktu  tertentu  dimana  compressor  mengalami  getaran  yang  merusak  ataupun sebaliknya ketika getaran kompresor masih dalam batas yang dapat ditoleransi.
Pengukuran dan plotting grafik dilakukan pada 3 sumbu di tiap titik yang ada. Plotting grafik dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 4. Time Domain Titik 2 Sumbu Horizontal
Gambar5. Time Domain Titik 2 Sumbu Vertikal
Gambar 6. Time Domain Titik 2 Sumbu Axial
Gambar 7. Time Domain Titik 3 Sumbu Horizontal
Gambar 8. Time Domain Titik 3 Sumbu Vertikal

## Gambar 9. Time Domain Titik 3 Sumbu Axial
Setelah  mendapatkan  grafik  dengan  domain  waktu  ,  data  di  plot  menjadi  grafik  frequency domain.  Data  plotting  frequency  domain  didapat  dari  pengolahan  data  menggunakan  Ms.Excel  > Data> Data Analysis>Fourrier Analysis
Data  yang  dihasilkan  adalah  data  imaginary  number  ,data  ini  diolah  dengan  fungsi (imabs: number : number )  sehingga  dihasilkan  angka  rill  yang  dapat  diplot  menjadi  grafik  dengan frequency domain.
Hasil daripada data frequency domain dapat dilihat pada gambar dibawah

## Gambar 10. Perbandingan Frequency Domain Titik 2 Dan Titik 3 Sumbu Horizontal
Pada titik 2 dan 3 terdapat velocity tinggi pada frequency yang rendah , namun semakin tinggi nilai frequencynya tingkat velocity getaran juga ikut turun . hal ini adalah hal dini yang menandakan adalah gejala kerusakan pada titik 2 dan 3

## Gambar 11. Perbandingan Frequency Domain Titik 2 Dan Titik 3 Sumbu Horizontal
Pada sumbu vertical persebaran velocity titik 2 lebih merata daripada titik 3. Titik 3 konsisten dengan velocity getaran tinggi pada domain frequency.
Melalui  sumbu  vertical  kita  mendapatkan  indikasi  bahwa  titik  2  dan  titik  3  memiliki  jenis kerusakan yang berbeda atau memiliki tingkat kerusakan yang berbeda.
Gambar 12.  Perbandingan Frequency Domain Titik 2 Dan Titik 3 Sumbu Horizontal
Grafik Sumbu axial menunjukkan perbedaan yang sangat contrast antara kedua titik. Titik 3 mencatat velocity getaran  sangat tinggi hampir pada setiap frequensi sementara pada titik 2 velocity getaran sangat rendah pada setiap domain frekuensinya.

## b.Vibration characters
Setiap  getaran memiliki  karakter terukur melalui  gelombang  sinusoidal  waveform.  Dibawah kita memliki sinusoidal waveform dari titik 2 dan titik 3
Gambar 13. Sinusoidal waveform titik 2

## Gambar 14. Sinusoidal waveform titik 3
Dari sinusoidal waveform diketahui bahwa nilai peak to peak adalah nilai dari  puncak positif ke puncak negatif  sedangkan nilai peak adalah nilai dari satu puncak positif atau satu puncak negatif saja.  Untuk  nilai  efektif  atau root  mean  square sama  dengan peak x  0,707  pada  satuan  waktu  yang sama.
Tabel 1. Vibration Characteristic
Penilaian  akan  sifat  getaran  ditentukan  berdasarkan  6  aspek  yang  meliputi compliance  , mobility, inertance, dynamic, stiffness, impedance, dan dynamic .
Perbandingan  nilai  compliance (displacement /  force)  pada titik 2  dan titik  3  adalah 5:2  per satuan newton dengan compliance titik 2 > compliance titik 3. Perbandingan nilai mobility (velocity / force) pada titik 2 dan titik 3 adalah 16:13 per satuan newton dengan mobility titik 2 > mobility titik 3.  Perbandingan  nilai  inertance  (  acceleration  /  force)  pada  titik  2  dan  titik  3  adalah  1:2  per  satuan
newton  dengan  inertance  titik  2  <  inertance  titik  3.  Perbandingan  nilai  dynamic  stiffness  (1  / compliance)  pada  titik  2  dan  titik 3  adalah  2:5  dengan  dynamic  stiffness  titik  2 <  dynamic stiffness titik  3.  Perbandingan  nilai  impedance  =  (1  /  mobility)  pada  titik  2  dan  titik  3  adalah  4:5  dengan impedance titik  2< impedance titik  3.  Perbandingan  nilai dynamic = (1 / inertance)  pada titik  2  dan titik 3 adalah 2:1 dengan dynamic titik 2< dynamic titik 3.

## c.Mechanichal failure diagnose
Dirujuk melalui ISO 10186 dan ISO 2372 kita dapat mendeteksi gejala awal yang terjadi pada mesin adalah sebagai berikut ,
Tabel 2. Kegagalan titik 2
Tabel 3. Kegagalan titik 3
Berdasarkan ISO 2372 status NO sama dengan level good – satisfactory (0 mm/sec ≤ x < 7.1 mm/sec  )  dalam  ISO  10183  sedangkan  status  YES  sama  dengan unsatisfactory  –  unacceptable (7.1 mm/sec ≤ x < ∞ mm/sec).
Pada  gambar  diatas  telah  ditampilkan  nilai  minimum,  maksimum,  dan  rata-rata  kecepatan getaran yang telah diperoleh dengan pemantauan vibrasi.
Pada beberapa kondisi nilai maksimum bisa saja sangat tinggi namun nilai rata-rata kecepatan berada  di  level  yang  baik  atau  rendah,  hal  ini  tentunya  disebabkan  oleh  frekuensi  data  kecepatan maksimum jauh lebih kecil daripada frekuensi data kecepatan minimum sehngga menyebabkan nilai rata-rata yang kecil. Hal seperti ini dapat dilihat pada sumbu aksial titik 2 dan sumbu horizontal titik 3.

## d. Perpindahan kompresor dalam 3D
Kompresor mengalami perpindahan yang sangat kecil ketika terjadi getaran , melalui ploting 3 dimensi kita dapat melihat arah dan besaran perpindahan poros kompresor.
Kita akan melakukan plotting 3D pada MATLAB dengan rumus sebagai berikut : >> t=0:0.25:20; >>X=0.04661*sin(14.63*t);Y=0.0354*sin(11.13*t);Z=0.0168*sin(5.25*t) >>plot3(X,Y,Z)
Gambar  Displacement Pada Titik 2
>> t=0:0.25:20; >>X=0.0182*sin(5.72*t);Y=0.0297*sin(9.31*t);Z=0.0322*sin(10.08*t) >>plot3(X,Y,Z)

## Gambar  Displacement Pada Titik 3
Gambar menunjukkan perubahan displacement titik 2 berdasar pada tiga sumbu pengukuran sekaligus.  Grafik  bergerak  dengan  domain  waktu  yang  mana  pergerakan  dicatat  atau  digambarkan dengan fungsi [ >> t=0:0.25:20; ] artinya setiap perubahan displacement dicatat dalam rentang waktu 20 sekon dengan 4 tangkapan persekonnya .
Gambar 4.26 masih sama dengan gambar 4.25 yang merupakan penggambaran displacement berdasarkan tiga sumbu sekaligus dengan domain waktu.

## 6.Kesimpulan
Setelah  dilakukan  penelitian  tentang  kerusakan  kompressor  turbin  gas  pada  PT.  PLN  (persero) sektor  pembangkitan  belawan  dengan  pendekatan condition  based  maintenanced menggunakan metode fast fourrier transform maka dapat diambil kesimpulannya sebagai berikut:
1. Hasil pengukuran vibrasi pada  Kompresor Titik 2 tercatat dalam   range  sebesar 7.02 mm/sec  – 21.74 mm/sec dengan rata-rata getaran pada 14.63 mm/sec untuk arah horizontal, 7.05 mm/sec - 17.01 mm/sec dengan rata-rata getaran pada 11.13 mm/sec untuk arah vertical dan 3.7 mm/sec - 21.74 mm/sec dengan rata-rata getaran pada 5.2 mm/sec untuk arah axial. Tercatat nilai peak to peak  sebesar  0.036308  mm  pada  sumbu  horizontal,  0.05924  mm  pada  sumbu  vertical,  dan 0.064336  mm  pada  sumbu  aksial.  Karakteristik  kerusakan  pada titik  2 adalah  kerusakan
Mehanical  looseness. Kerusakan  ini  terdeteksi  karena  munculnya  sinyal  amplitude  tinggi  pada arah horizontal dan vertical sedangkan tidak muncul di arah axial ( ISO 10816, ISO 2372 ).
2. Hasil  pengukuran  vibrasi  pada  Kompresor  Titik  3  tercatat  dalam  range  sebesar  4.48  mm/sec  – 14.62  mm/sec  dengan  rata-rata  getaran  pada  5.7  mm/sec  untuk  arah  horizontal,  6.27  mm/sec  - 17.55 mm/sec dengan rata-rata getaran pada 9.31 mm/sec untuk arah vertical dan 1.81 mm/sec – 17.55 mm/sec dengan rata-rata getaran pada 10.08 mm/sec untuk arah axial. Tercatat nilai peak to  peak  sebesar  0.093001  mm  pada  sumbu  horizontal,  0.070706  mm  pada  sumbu  vertical,  dan 0.033442  mm  pada  sumbu  aksial.  Karakteristik  kerusakan  pada titik  3 adalah  kerusakan Misalignment. Kerusakan  ini  terdeteksi  karena  munculnya  sinyal  amplitude  tinggi  pada  arah vertical dan axial  sedangkan tidak muncul di arah horizontal (ISO 10816, ISO 2372 ).

## Daftar pustaka
Fariha, Aidil Othman. Vibration Analysis for Diagnostic of Local Faults in Rolling Element Bearing. Thesis. Universiti Teknikal Malaysia Melaka. 2008.
Kapidzic,  Z.,  H.  Ansell,  J.  Schon  and  K.  Simonsson.  Fatigue  bearing  failure  of  CFRP  composite  in biaxially loaded bolted joints at elevated temperature. Composite Structures. 2015; 127: 298-307.
Lian, X., M. J. Zuo and M. R. Hoseini. Vibration Signal Modeling of a Planetary Gear Set for Tooth Crack Detection. Engineering Failure Analysis. 2015; 48: 185-200.
Purnama,  A.  dan  Ariosuko.  Analisis  Perbandingan  Sifat  Fisis  dan  Mekanis  Bantalan  Peluru  Baru, Telah Dipakai dan Rusak untuk Kendaraan Bermotor Roda Dua. SINERGI. 2014; 18 (2): 92-98.
SKF, 2016, Rolling Bearings in Paper Machines.
Suhardjono, 2004, Analisis Sinyal Getaran untuk Menentukan Jenis dan Tingkat Kerusakan  Bantalan Bola (Ball Bearing), Jurnal Teknik Mesin, Vol. 6, No. 2, Hal. 39-48.
V. Wowk,  Machinery Vibration, New York :McGraw-Hill,Inc., 1991