Analisis Vibrasi Rotating Equipment

Sebagai laboratorium pengujian material yang terakreditasi KAN dengan nomor LP-1462-IDN , PT Detech Profesional Indonesia kini melengkapi layanannya dengan Analisis Vibrasi untuk mendukung strategi Predictive Maintenance (PdM) bagi pelanggan. Standar utama yang mengatur bidang ini adalah ISO 20816-1:2016, yang memberikan panduan umum untuk pengukuran, pengujian, dan evaluasi getaran pada mesin berputar (rotating equipment).

MENGAPA ANALISIS VIBRASI PENTING ?

Mesin berputar seperti motor, generator, pompa, turbin, dan kompresor merupakan bagian integral dari kehidupan manusia. Meskipun kompleks dan mahal, komponen bergerak (moving parts) pada mesin tersebut rentan terhadap keausan (wear and tear) dan sering mengalami kerusakan.

Kegagalan pada peralatan rotating equipment tugas berat (heavy duty), seperti turbin dan blade, seringkali terjadi, dan terkadang dapat berujung pada konsekuensi bencana (catastrophic consequences).

Pelajaran Berharga dari Bencana PLTA Sayano-Shushenskaya

Contoh paling dramatis mengenai kegagalan untuk mengelola vibrasi yang berlebihan adalah insiden di PLTA Sayano-Shushenskaya di Siberia, Rusia.

Dampak Kurangnya pengawasan Vibrasi Rotating Equipment — Gambar 1. Ilustrasi Sayano-Shushenskaya dam dan efek kerusakan yang terjadi pada turbine unit 2

Kejadian: Pada 17 Agustus 2009, turbin unit #2 mengalami kegagalan dan menyebabkan banjir.
Penyebab Utama: Turbin telah beroperasi untuk waktu yang lama dalam zona yang tidak dapat diterima (unacceptable range), yang memicu vibrasi berlebihan. Hal ini diperparah oleh pemeliharaan dan perbaikan yang buruk, terutama kegagalan dalam menyeimbangkan kembali (rebalance) komponen setelah overhaul, yang menyebabkan vibrasi meningkat dan melemahkan komponen, termasuk baut penutup kepala turbin (head cover bolts) yang mengalami retak lelah (fatigue cracks).
Dampak: Rotor turbin seberat 2.000 ton terlontar, menyebabkan hall turbin kebanjiran, dan korban 75 orang.

Peran Analisis Vibrasi: Jika vibrasi berlebihan terdeteksi dan diatasi lebih awal—seperti yang diatur dalam ISO 20816—bencana semacam ini dapat dicegah. Analisis vibrasi adalah alat diagnostik vital yang memungkinkan deteksi dini kegagalan komponen sebelum menyebabkan breakdown yang mahal.

Eskalasi Vibrasi Unit 2: Peringatan yang Terabaikan

Data log pengoperasian turbin Unit 2 di PLTA Sayano-Shushenskaya menunjukkan adanya peningkatan vibrasi yang stabil (steady increase) selama bulan-bulan menjelang kecelakaan. Eskalasi ini merupakan indikator kritis kegagalan yang sedang berkembang:

Peningkatan Empat Kali Lipat: Antara 21 April 2009 hingga saat kecelakaan, amplitudo vibrasi pada bantalan turbin Unit 2 meningkat hingga empat kali lipat .
Melampaui Batas Toleransi: Pada saat kegagalan, tingkat vibrasi (nilai amplitudo ganda) mencapai 840 µm. Angka ini jauh melampaui batas vibrasi maksimum yang dapat diterima (maximum acceptable vibration value) yang ditetapkan hanya 160 µm.
Operasi di Zona Bahaya: Berdasarkan grafik, Unit 2 telah beroperasi untuk waktu yang lama dengan tingkat vibrasi di atas 600 µm.
o Grafik menunjukkan batas atas zona vibrasi yang dapat diterima (Zone of acceptable vibration values) adalah sekitar 160 µm.
o Tingkat vibrasi tertinggi (garis hitam) terus menembus zona yang mewakili nilai vibrasi berbahaya (dangerous vibration values), di mana pengoperasian unit dilarang keras (strictly prohibited).
Perbandingan Kontras: Unit turbin lainnya pada periode yang sama hanya memiliki vibrasi tidak lebih dari 200 µm, menunjukkan bahwa masalah pada Unit 2 adalah masalah lokal dan terisolasi.

Kenaikan vibrasi yang teramati jelas menempatkan unit dalam kondisi yang tidak aman, menegaskan bahwa kegagalan tersebut bersifat progresif dan dapat dideteksi melalui monitoring vibrasi yang ketat.

Gambar 2. Data log vibrasi pada turbin unit 2

Analisis Vibrasi Rotating Equipment Berdasarkan Panduan Umum ISO 20816-1:2016

ISO 20816-1 adalah standar dasar yang menetapkan pedoman umum untuk pengukuran dan evaluasi getaran mesin. Ini adalah standar payung yang menetapkan prinsip-prinsip, sementara standar lanjutan (seperti ISO 20816-3 atau ISO 10816-6) memberikan batasan numerik spesifik.

Cakupan: Standar ini berlaku untuk pengukuran yang dilakukan pada bagian berputar (rotating) dan bagian tidak berputar (non-rotating atau casing) dari mesin.
Tujuan Utama: Pedoman ini diberikan untuk menjamin operasi mesin yang andal, aman, dan berjangka panjang sambil meminimalkan efek buruk pada peralatan terkait.

Tipe Mesin	Nomor Standar	Deskripsi
Umum	ISO 20816-1:2016	Vibrasi mekanik — Pengukuran dan evaluasi vibrasi mesin — Bagian 1: Panduan umum
Set Generator yang beroperasi pada 1500, 1800, 3000, dan 3600 RPM	ISO 20816-2:2017	Vibrasi mekanik — Pengukuran dan evaluasi vibrasi mesin — Bagian 2: Turbin gas darat, turbin uap, dan generator lebih dari 40 MW, dengan anti-friction metal bearings dan kecepatan terukur 1500 r/min, 1800 r/min, 3000 r/min, dan 3600 r/min
Umum	ISO 20816-3:2022	Vibrasi mekanik — Pengukuran dan evaluasi vibrasi mesin — Bagian 3: Mesin industri dengan daya di atas 15 kW dan kecepatan operasi antara 120 r/min hingga 30000 r/min
Turbin Gas dengan lebih dari 3 MW	ISO 20816-4:2018	Vibrasi mekanik — Pengukuran dan evaluasi vibrasi mesin — Bagian 4: Turbin Gas di atas 3 MW, dengan anti-friction metal bearings
Set Generator untuk PLTA (hydroelectric power plants)	ISO 20816-5:2018	Vibrasi mekanik — Pengukuran dan evaluasi vibrasi mesin — Bagian 5: Set mesin di pembangkit listrik tenaga air dan fasilitas pump storage

Istilah dan Definisi Kunci dalam Pengukuran

Untuk menghindari kebingungan, ISO 20816-1 mendefinisikan beberapa besaran pengukuran utama:

Besaran Pengukuran	Deskripsi	Kuantitas Utama
Vibrasi Casing	Getaran yang diukur pada bagian struktur stasioner, seperti bearing housing.	Kecepatan RMS () dalam mm/s. Umumnya cukup untuk menilai kondisi operasional tanpa masalah.
Vibrasi Relatif Shaft	Perpindahan getar yang diukur antara poros dan struktur penopangnya (misalnya bearing housing).	Perpindahan Peak-to-Peak dalam . µm. Penting untuk mesin dengan rotor fleksibel (turbin, kompresor turbo).
Vibrasi Absolut Shaft	Perpindahan getar poros relatif terhadap kerangka acuan inersia yang tetap di ruang angkasa.	Perpindahan Peak-to-Peak. Diperoleh dengan menggabungkan pengukuran relatif poros dan vibrasi casing.
Vibration Severity	Nilai magnitudo pita lebar (broad-band magnitude) maksimum yang diukur dalam kondisi operasi yang disepakati, yang mencirikan kondisi getaran mesin.	Dinilai menggunakan Kecepatan RMS.

Gambar 3. Vibration severity as per ISO 10816

Instrumentasi dan Pengambilan Data

Kualitas evaluasi berakar pada kualitas pengambilan data.

Kondisi Operasi: Pengukuran vibrasi harus dilakukan setelah tercapainya kondisi operasi normal yang disepakati (kecepatan, beban, suhu, dll.). Pengukuran tambahan dalam kondisi lain tidak berlaku untuk evaluasi berdasarkan Pasal 6 standar ini.
Rentang Frekuensi: Pengukuran harus dalam pita lebar (broad band) untuk mencakup spektrum frekuensi mesin secara memadai. Untuk pengukuran casing pada full-load acceptance testing, pengukuran pita lebar dalam rentang 10 Hz hingga 1.000 Hz adalah metrik yang umum digunakan di masa lalu.
Posisi Pengukuran Casing: Untuk pemantauan operasional, biasanya cukup melakukan satu atau dua pengukuran di arah radial (horizontal melintang dan/atau vertikal). Pengukuran aksial dapat ditambahkan, tetapi harus dievaluasi hanya pada thrust bearing.
Posisi Pengukuran Shaft: Direkomendasikan untuk menempatkan dua transduser non-kontak pada bidang melintang yang sama, terpisah 90 derajat pada setiap bantalan.

Kriteria Evaluasi Vibrasi (Assessment Criteria)

ISO 20816-1 menggunakan dua kriteria untuk menilai keparahan getaran:

A. Kriteria I: Magnitudo Vibrasi (Vibration Magnitude)
Kriteria ini membagi magnitudo getaran mesin ke dalam empat zona evaluasi yang ditetapkan berdasarkan pengalaman internasiona.

Zona ISO	Kualitas Getaran	Tindakan yang Direkomendasikan
Zona A	Getaran mesin yang baru dipasang biasanya berada di zona ini.	Nilai terbaik.
Zona B	Mesin dianggap dapat diterima untuk operasi jangka panjang tanpa batasan.	Normal, operasi terus berlanjut.
Zona C	Mesin dianggap tidak memuaskan untuk operasi kontinu jangka panjang.	Operasi dapat dilanjutkan dalam periode terbatas hingga ada kesempatan perbaikan (remedial action.
Zona D	Nilai getaran dianggap cukup parah untuk menyebabkan kerusakan pada mesin.	Harus segera diambil tindakan untuk mengurangi vibrasi atau mesin harus dimatikan (TRIP).

B. Kriteria II: Perubahan Magnitudo Vibrasi (Change in Vibration)
Kriteria ini memberikan penilaian terhadap perubahan magnitudo vibrasi dari nilai referensi (baseline) yang ditetapkan sebelumnya.

Signifikansi: Peningkatan atau penurunan signifikan yang terjadi secara instan atau progresif dapat mengindikasikan kerusakan yang telah terjadi atau menjadi peringatan dini akan kegagalan yang akan datang.
Tindakan: Perubahan signifikan harus diselidiki, meskipun nilai getaran masih di bawah Zona C.

C. Batas Operasional (ALARM dan TRIP)
Batas operasional didasarkan pada Kriteria I dan II:

ALARM: Batas peringatan yang dicapai, yang memerlukan investigasi untuk mengidentifikasi alasan perubahan. Operasi dapat dilanjutkan sementara investigasi dilakukan.
TRIP: Batas magnitudo yang jika dilampaui, operasi selanjutnya dapat menyebabkan kerusakan, sehingga mesin harus segera dimatikan.

Jasa Analisis Vibrasi Rotating Equipment.

PT Detech Profesional Indonesia (terakreditasi KAN, Cat II & III) siap memberikan penilaian yang independen, akurat, dan berbasis standar internasional untuk menjaga aset kritis Anda dari risiko kegagalan. Silahkan langsung kontak kami dinomor WA 08111445140.