Pengertian Amplitudo Getaran: Metode Kuantifikasi Ukuran Getaran Suatu Benda

Seperti yang telah kita singgung sedikit pada artikel sebelumnya, vibrasi pada suatu partikel atau benda lebih banyak yang bersifat merusak. Getaran dapat membuang energi dan menciptakan ketidakseimbangan, gesekan, dan kegagalan dalam perangkat mekanik. Tak ayal getaran menjadi salah satu permasalahan yang sangat dihindari di dunia industri, terutama pada mesin-mesin yang melibatkan proses putaran tinggi seperti pompa, kipas, kompresor, hingga turbin dan generator. Sebagian peralatan tersebut secara rutin dilakukan pengukuran vibrasi menggunakan sensor vibrasi portabel. Namun pada peralatan yang membutuhkan data vibrasi secara langsung (real time), sensor vibrasi dipasangkan secara permanen untuk terus memonitor nilai vibrasi yang terjadi. Tak jarang nilai vibrasi yang direkam secara langsung tersebut berhubungan langsung dengan sistem proteksi alat terkait.

Sebelum kita beranjak lebih lanjut membahas bagaimana sebuah sensor vibrasi bekerja (kita bahas di artikel selanjutnya), kita harus memahami lebih dahulu beberapa karakteristik getaran. Ada tiga parameter yang dijadikan patokan untuk membedakan antara getaran yang satu dengan yang lainnya, mereka adalah amplitudo, frekuensi, dan fase. Frekuensi getaran adalah jumlah getaran ysng terjadi tiap satuan waktu (detik dalam Standard Internasional). Parameter ini ditunjukkan dengan satuan Hertz (Hz). Fase getaran menunjukkan arah gerakan siklus getaran yang terjadi. Parameter ini membantu kita dalam menentukan lokasi relatif komponen yang bergetar terhadap komponen yang lain.

Sedangkan amplitudo adalah jarak antara titik terjauh gelombang getaran dengan posisi setimbangnya. Amplitudo lebih kita kenal sebagai karakteristik yang menunjukkan seberapa kuat getaran terjadi. Semakin tinggi amplitudo, menunjukkan semakin kuat getaran yang terjadi.

Amplitudo menjadi fokus pembahasan kali ini, karena salah satu metode kuantifikasinya sudah mencakup nilai frekuensi getaran. Berikut adalah metode-metode kuantifikasi amplitudo getaran:

  1. Nilai Puncak-ke-Puncak (Peak-to-Peak)
    Nilai amplitudo puncak-ke-puncak penting karena menunjukkan ekskursi maksimum gelombang. Kuantitas ini berguna untuk, misalnya, mengetahui perpindahan bagian mesin akibat getaran yang sangat penting untuk menghitung tegangan maksimum material mesin.
  2. Nilai Puncak (Peak)
    Nilai puncak sangat berguna untuk menunjukkan tingkat guncangan durasi pendek. Namun, seperti dapat dilihat dari gambar, nilai puncak hanya menunjukkan tingkat maksimum getaran yang terjadi di satu titik waktu tertentu.
  3. Nilai Rata-rata (Average)
    Nilai amplitudo rata-rata sudah memperhitungkan durasi waktu getaran yang terjadi. Tetapi dianggap memiliki fungsi yang terbatas karena pada perhitungannya nilai negatif pada gelombang sinusoidal getaran seakan meniadakan yang positif.
  4. Nilai RMS(Root Mean Square)
    Nilai RMS adalah nilai amplitudo yang paling relevan karena selain saja memperhitungkan waktu, metode perhitungan RMS yang mengkuadratkan nilai negatif gelombang sinusoidal getaran, memberikan nilai amplitudo yang lebih aktual. Nilai amplitudo RMS memberikan informasi nilai kandungan energi pada getaran, sebuah parameter yang berkemampuan destruktif bagi komponen mesin.

Credit: Measuring Vibration, Vibration Amplitude Measurement

Pengertian Vibrasi/Getaran

Pengertian Vibrasi - Vibrasi atau getaran adalah gerakan bolak-balik partikel atau benda dari posisi ekuilibriumnya. Gerakan bolak-balik tersebut bisa secara periodik, atau juga acak. Getaran periodik bisa kita temukan pada pendulum menggantung, yang sekalipun menurut Anda itu hanya goyangan perlahan, gerakan bolak-balik pendulum tersebut sudah masuk ke dalam kategori getaran. Sedangkan getaran acak dapat Anda temukan pada roda mobil yang sedang berjalan di jalanan rusak.

Dalam beberapa kasus, getaran dapat bersifat menguntungkan. Seperti dengan buluh dalam alat musik tiup kayu, atau getaran pegas mobil yang memang didesain untuk menyerap ketidakrataan jalanan, sehingga getaran yang diakibatkan tidak merambat ke komponen mobil yang lain. Namun dalam banyak kasus, getaran itu merusak. Getaran dapat membuang energi dan menciptakan ketidakseimbangan, gesekan, dan kegagalan dalam perangkat mekanik.

Studi mengenai getaran dan suara sangat erat kaitannya. Gelombang suara dihasilkan oleh struktur yang bergetar. Gelombang tekanan ini juga menginduksi getaran struktur atau sistem. Upaya untuk mengurangi kebisingan yang tidak diinginkan umumnya terkait dengan masalah getaran.

Getaran dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yakni:

  1. Getaran Bebas
    Getaran bebas terjadi ketika sistem mekanis dibuat bergerak (bergetar) dengan hanya dikenai sebuah inputan awal dan dibiarkan bergetar dengan bebas. Contoh dari jenis getaran ini adalah menarik bandul pendulum ke salah satu sisi dan membiarkannya mengayun, atau memukul garpu tala dan membiarkannya berdering. Sistem mekanis bergetar pada satu atau lebih frekuensi alami dan diredam hingga berhenti bergerak.
  2. Getaran Paksa
    Getaran paksa adalah ketika gangguan yang berubah waktu (beban, perpindahan atau kecepatan) diterapkan pada sistem mekanis hingga bergetar. Gangguan dapat berupa input periodik dan steady-state, input transien, atau input acak. Input periodik dapat berupa gangguan harmonik atau non-harmonik. Contoh dari jenis getaran ini adalah mesin cuci yang gemetar karena ketidakseimbangan, getaran transportasi yang disebabkan oleh mesin atau jalan yang tidak rata, atau getaran bangunan selama gempa bumi.
    Untuk sistem linier, frekuensi respon getaran steady-state yang dihasilkan dari aplikasi periodik, masukan harmonik sama dengan frekuensi gaya atau gerakan yang diterapkan, dengan besaran respon bergantung pada sistem mekanis yang sebenarnya.
  3. Getaran Teredam
    Getaran teredam terjadi ketika energi sistem getar secara bertahap dihamburkan oleh gesekan atau resistensi lainnya. Getaran secara bertahap dikurangi atau diubah frekuensinya atau intensitasnya, hingga berhenti dan sistem berada pada posisi kesetimbangannya. Contoh dari jenis getaran ini adalah suspensi kendaraan yang dilengkapi dengan shock absorber.

Credit: Wikipedia: Vibration, The Basic of Vibration

Pengertian Boiler Pipa-Air

Pengertian boiler pipa-air adalah boiler dengan pipa-pipa berisikan air tersirkulasi, yang dipanaskan oleh api di sisi luar pipa. Boiler pipa-air memiliki desain berkebalikan dengan boiler pipa-api. Boiler ini mensirkulasikan air melewati saluran-saluran pipa dengan sumber panas berasal dari ruang bakar (furnace). Pipa-pipa yang menjadi saluran sirkulasi air-uap air ini, berada di dalam selimut api ruang bakar hingga saluran gas panas hasil pembakaran. Pada boiler-boiler pipa-air modern dengan beban produksi besar, ada beberapa bagian pipa-pipa air yang didesain menjadi dinding dari ruang bakar boiler. Pipa-pipa tersebut biasa kita kenal dengan istilah wall-tube.

Pengertian Boiler Pipa-Air
Boiler Pipa-Air Sederhana

Sebuah tanki air yang biasa disebut dengan steam drum, menjadi salah satu karakteristik boiler pipa-air. Steam drum berfungsi sebagai tanki air yang dijaga levelnya untuk memastikan selalu ada air tersirkulasi ke pipa-pipa air. Selain itu steam drum juga berfungsi untuk memisahkan uap air basah dengan air. Uap air basah yang keluar dari steam drum biasanya akan dipanaskan lebih lanjut untuk menghasilkan uap panas lanjut (superheated steam).

Desain boiler pipa-air modern, dilengkapi dengan pipa-pipa air yang didesain menjadi dinding ruang bakar (wall-tube). Air dari steam drum turun melewati pipa bernama downcomer ke sebuah pipa header yang terhubung dengan semua ujung bawah pipa wall-tube. Ujung wall-tube yang lain yang berada di bagian atas ruang bakar terhubung langsung dengan steam drum. Di bagian wall-tube inilah terjadi perubahan fase dari air menjadi uap air. Sistem pipa-air ini menghasilkan sirkulasi air tertutup antara steam drum-downcomer-wall-tube- dan kembali ke steam drum. Dari steam drum hanya uap air basah saja yang akan keluar. Pada boiler superheater, uap air basah keluaran steam drum akan dipanaskan lebih lanjut menjadi superheated steam (uap panas lanjut/kering).

Pengertian Boiler Pipa-Air
Desain Boiler Pipa-Air Superheater Modern

Boiler pipa-air sekalipun memiliki desain yang sedikit lebih kompleks daripada boiler pipa-api, namun boiler pipa-air cenderung lebih mampu menghasilkan kualitas uap air yang lebih tinggi (lebih superheated), serta kapasitas yang jauh lebih besar. Oleh karena itulah boiler pipa-air lebih cocok diaplikasikan pada industri-industri besar yang lebih menuntut kuantitas, sekaligus kualitas uap air tinggi seperti pembangkit listrik tenaga uap.