Mesin turbin, baik turbin uap, turbin gas, maupun turbin angin, adalah mesin berputar kompleks yang beroperasi pada kecepatan tinggi dan suhu ekstrem. Karena sifat operasionalnya, getaran adalah fenomena yang tidak terhindarkan.

Namun, getaran berlebihan dapat menjadi indikator awal masalah serius yang berpotensi menyebabkan kerusakan fatal, downtime yang mahal, dan bahkan bahaya keselamatan. Oleh karena itu, analisis getaran pada mesin turbin adalah disiplin ilmu krusial dalam pemeliharaan prediktif (predictive maintenance) dan diagnostik kondisi.

Pentingnya Analisis Getaran pada Turbin

Analisis getaran pada turbin memiliki peran vital dalam memastikan operasi yang aman, efisien, dan andal:

• Deteksi Dini Kerusakan: Getaran abnormal adalah salah satu sinyal paling awal dari masalah yang berkembang pada komponen internal turbin, seperti ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, kerusakan bantalan, atau keretakan bilah.
• Pemeliharaan Prediktif (Predictive Maintenance / PdM): Dengan memantau tren getaran dari waktu ke waktu, teknisi dapat memprediksi kapan suatu komponen kemungkinan besar akan gagal dan menjadwalkan perawatan sebelum terjadi kerusakan katastropik. Ini mengubah perawatan dari reaktif menjadi proaktif.
• Peningkatan Keandalan dan Ketersediaan: Mengidentifikasi dan mengatasi masalah sebelum menyebabkan kegagalan total membantu meningkatkan waktu operasi (uptime) turbin dan mengurangi downtime yang tidak terencana.
• Optimalisasi Umur Pakai Komponen: Dengan menjaga getaran dalam batas yang dapat diterima, beban pada komponen berkurang, sehingga memperpanjang umur pakai bantalan, poros, dan bilah turbin.
• Pengurangan Biaya Operasional: Mencegah kegagalan besar, mengurangi frekuensi perbaikan darurat, dan mengoptimalkan jadwal perawatan dapat menghasilkan penghematan biaya yang signifikan.
• Keselamatan: Getaran yang tidak terkendali dapat menyebabkan kegagalan struktural yang berbahaya, analisis getaran membantu mitigasi risiko ini.

Penyebab Umum Getaran Berlebihan pada Turbin

Memahami akar penyebab getaran adalah kunci untuk diagnosis yang akurat. Beberapa penyebab umum meliputi:

• Ketidakseimbangan (Unbalance): Ini adalah penyebab paling umum, di mana massa poros atau rotor tidak terdistribusi secara merata di sekitar sumbu rotasinya. Dapat disebabkan oleh akumulasi kotoran, kerusakan bilah, atau kesalahan manufaktur/perbaikan. Menghasilkan getaran dengan frekuensi putaran (1X RPM).
• Ketidaksejajaran (Misalignment): Terjadi ketika poros turbin tidak sejajar sempurna dengan poros komponen yang terhubung (misalnya, generator). Dapat menyebabkan getaran aksial dan radial pada frekuensi 1X dan 2X RPM.
• Kerusakan Bantalan (Bearing Defects): Kerusakan pada bantalan (bearing) gelinding (bola/rol) atau bantalan jurnal (plain bearing) dapat menghasilkan getaran dengan frekuensi spesifik yang terkait dengan elemen yang rusak (outer race, inner race, rolling element, cage).
• Kelonggaran Mekanis (Mechanical Looseness): Adanya komponen yang longgar, seperti baut penahan yang kendur, foundation yang tidak stabil, atau clearance berlebihan pada bantalan, dapat menyebabkan getaran impulsif atau sub-harmonic (misalnya, 0.5X RPM).
• Gesekan (Rubbing): Kontak fisik antara komponen berputar dan stasioner (misalnya, rotor dengan casing atau seal). Menghasilkan broadband getaran dan terkadang high-frequency spike.
• Oil Whirl / Oil Whip: Fenomena tidak stabil pada bantalan jurnal hidrodinamik di mana film oli mulai berputar di sekitar poros pada sekitar setengah kecepatan poros. Ini menyebabkan getaran pada sekitar 0.42-0.48X RPM (oil whirl) atau resonansi pada frekuensi alami poros (oil whip).
• Kavitasi: Pembentukan dan keruntuhan gelembung uap dalam fluida (misalnya, pada pompa atau sistem pelumas) dapat menghasilkan getaran broadband dan noise.
• Rotor Bow (Bending Poros): Pembengkokan permanen atau sementara pada poros akibat masalah termal (misalnya, thermal bowing dari pendinginan tidak merata) atau overload mekanis.
• Masalah Aerodinamika/Hidrodinamika: Aliran fluida yang tidak stabil atau vortex shedding pada bilah turbin atau komponen aliran lainnya.

Metode Analisis Getaran

Analisis getaran melibatkan pengukuran dan interpretasi data getaran.

1. Pengukuran Getaran

• Sensor Getaran: Menggunakan akselerometer, velocity transducer, atau proximity probe yang dipasang secara strategis pada bearing housing, casing turbin, atau poros (untuk relative displacement).
• Parameter Getaran:
  • Amplitudo: Besarnya gerakan getaran. Dapat diukur dalam displacement (perpindahan, biasanya dalam mikrometer), velocity (kecepatan, mm/s), atau acceleration (percepatan, G). Masing-masing parameter sensitif terhadap jenis masalah yang berbeda.
  • Frekuensi: Seberapa cepat getaran terjadi (Hz atau CPM - Cycles Per Minute). Frekuensi getaran adalah kunci untuk mendiagnosis akar penyebab.
  • Fase: Hubungan temporal antara getaran pada dua titik atau antara getaran dan titik referensi pada putaran poros. Penting untuk diagnosis ketidakseimbangan dan ketidaksejajaran.
• Sistem Akuisisi Data: Data dari sensor dikumpulkan oleh sistem akuisisi data (DAQ) yang dapat berupa portable collector atau sistem online monitoring berkelanjutan.

2. Teknik Analisis Data

• Time Waveform (Bentuk Gelombang Waktu): Plot amplitudo getaran terhadap waktu. Berguna untuk mengidentifikasi spikes impulsif (misalnya, dari kerusakan gigi atau bantalan), beating (dua frekuensi yang dekat), atau random noise.
• Spektrum Frekuensi (Fast Fourier Transform - FFT): Ini adalah alat diagnostik paling kuat. FFT mengubah data time waveform menjadi frequency spectrum (spektrum frekuensi), menunjukkan amplitudo getaran pada setiap frekuensi. Ini memungkinkan insinyur untuk melihat "sidik jari" getaran dan mengidentifikasi frekuensi yang terkait dengan komponen spesifik.
  • Misalnya, spike pada 1X RPM menunjukkan ketidakseimbangan, sedangkan spike pada frekuensi yang terkait dengan bearing element menunjukkan kerusakan bantalan.
• Overall Vibration Level (Tingkat Getaran Keseluruhan): Nilai tunggal yang mewakili tingkat getaran total pada suatu titik pengukuran. Berguna untuk trending umum, tetapi tidak diagnostik untuk masalah spesifik.
• Trending: Memplot parameter getaran (amplitudo keseluruhan, amplitudo frekuensi spesifik) terhadap waktu. Peningkatan yang stabil atau tiba-tiba menunjukkan perkembangan masalah.
• Bode Plot & Nyquist Plot: Digunakan untuk analisis getaran poros pada turbin besar, menunjukkan amplitudo dan fase terhadap kecepatan putaran. Penting untuk mengidentifikasi resonansi dan critical speed.
• Waterfall Plot: Serangkaian frequency spectrum yang diplot seiring waktu atau perubahan kecepatan, memberikan gambaran visual tentang bagaimana pola getaran berubah.
• Orbit Plot: Digunakan dengan proximity probe untuk memvisualisasikan jalur pergerakan poros di dalam bantalan. Berguna untuk mendiagnosis oil whirl, rubbing, dan ketidakseimbangan.

Peran dalam Pemeliharaan Prediktif (PdM)

Analisis getaran adalah inti dari program PdM pada turbin:

1. Baseline Data: Mengumpulkan data getaran saat turbin beroperasi normal (kondisi "sehat") untuk menjadi referensi.
2. Monitoring Rutin/Kontinu: Melakukan pengukuran getaran secara berkala (misalnya, bulanan) dengan portable collector atau secara online 24/7 dengan sistem continuous monitoring.
3. Analisis Tren: Membandingkan data terbaru dengan baseline dan tren historis. Peningkatan amplitudo pada frekuensi tertentu menunjukkan perkembangan masalah.
4. Diagnostik: Jika ada anomali, insinyur analisis getaran menggunakan teknik seperti FFT dan fraktografi spektrum untuk menentukan akar penyebab masalah.
5. Rekomendasi Tindakan: Berdasarkan diagnosis, direkomendasikan tindakan perbaikan yang spesifik (misalnya, balancing rotor, alignment poros, penggantian bantalan, pembersihan komponen).
6. Penjadwalan Perbaikan: Perbaikan dijadwalkan secara proaktif pada waktu yang optimal, meminimalkan downtime dan mencegah kerusakan lebih lanjut.

Mitigasi Getaran pada Turbin

Setelah penyebab getaran teridentifikasi, langkah-langkah mitigasi dapat dilakukan:

• Balancing (Penyeimbangan): Menambahkan atau mengurangi massa pada rotor untuk mengkompensasi ketidakseimbangan. Ini adalah perbaikan paling umum untuk masalah 1X RPM.
• Alignment (Penyelarasan): Memastikan bahwa poros turbin dan komponen yang terhubung sejajar sempurna untuk mengurangi ketidaksejajaran.
• Penggantian Komponen Aus/Rusak: Mengganti bantalan yang rusak, bilah yang retak, atau seal yang aus.
• Pengencangan Mekanis: Mengencangkan baut yang longgar atau memperbaiki foundation yang goyah.
• Redesain Komponen: Dalam kasus getaran berulang yang disebabkan oleh desain yang tidak optimal (misalnya, konsentrasi tegangan), redesain mungkin diperlukan.
• Optimasi Pelumasan: Memastikan jenis pelumas yang tepat, kebersihan, dan tekanan/aliran yang memadai untuk mencegah oil whirl dan keausan.
• Perbaikan Fenomena Resonansi: Jika turbin beroperasi dekat dengan frekuensi alami struktur, modifikasi kekakuan atau massa sistem mungkin diperlukan.

Praktik Esensial

Analisis getaran adalah praktik esensial dalam manajemen aset untuk mesin turbin. Dengan kemampuannya untuk mendeteksi masalah secara dini, mengidentifikasi akar penyebab, dan memungkinkan pemeliharaan proaktif, analisis getaran tidak hanya memperpanjang umur pakai turbin tetapi juga secara signifikan meningkatkan keselamatan, keandalan, dan efisiensi operasional. Menginvestasikan dalam program analisis getaran yang kuat adalah keputusan strategis yang menguntungkan bagi setiap operasi yang bergantung pada mesin turbin.