Jenis-jenis Mesin Berputar dan Klasifikasi Getaran: Panduan Komprehensif

I. Jenis Umum Mesin Berputar

Mayoritas mesin menggabungkan komponen yang berputar.

Mesin berputar mengacu pada mesin yang fungsi utamanya dipenuhi melalui gerakan rotasi, khususnya mesin yang komponen utamanya berputar pada kecepatan tinggi.

Jenis mesin berputar beragam dan mencakup turbin uap, turbin gas, kompresor sentrifugal, generator, pompa, turbin air, kipas angin, dan motor listrik.

Komponen utama mesin ini terdiri dari rotor, sistem bantalan, stator, dan selubung unit, serta kopling.

Kecepatan putaran mesin ini dapat berkisar dari beberapa lusin hingga beberapa ratus ribu putaran per menit. Beberapa contoh mesin berputar yang umum dijelaskan di bawah ini.

1. Turbin uap

Turbin uap adalah mesin tenaga berputar yang mengubah energi uap menjadi kerja mekanis, juga dikenal sebagai rotor uap.

Ini terutama digunakan sebagai penggerak utama untuk pembangkit listrik, tetapi juga dapat secara langsung menggerakkan berbagai pompa, kipas angin, kompresor, dan baling-baling kapal.

Selain itu, gas buang atau ekstraksi antara dari turbin uap dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan pemanasan baik di lingkungan manufaktur maupun rumah tangga.

2. Kompresor Sentrifugal

Kompresor sentrifugal bekerja dengan mentransfer energi ke gas melalui rotor, sehingga meningkatkan tekanannya.

Kompresor ini dapat terdiri dari satu atau beberapa tahap. Jenis kompresor ini termasuk dalam kategori kompresor sudu putar, yang juga dikenal sebagai kompresor turbo.

Di dalam kompresor sentrifugal, putaran rotor berkecepatan tinggi memberikan gaya sentrifugal pada gas, dan ekspansi di saluran diffuser semakin meningkatkan tekanan gas.

3. Generator listrik

Generator listrik adalah perangkat mekanis yang mengubah berbagai bentuk energi menjadi energi listrik.

Berasal dari Revolusi Industri Kedua, mesin ini pertama kali dikembangkan oleh insinyur Jerman, Siemens, pada tahun 1866.

Didukung oleh turbin air, turbin uap, mesin diesel, atau perangkat mekanis lainnya, generator mengubah energi yang dihasilkan dari aliran air, aliran udara, pembakaran bahan bakar, atau fisi nuklir menjadi energi mekanik.

Energi mekanik ini kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator. Generator memiliki berbagai aplikasi dalam produksi industri dan pertanian, pertahanan, teknologi, dan kehidupan sehari-hari.

4. Pompa Air

Pompa air adalah perangkat mekanis yang dirancang untuk mengangkut atau memberi tekanan pada cairan.

Alat ini mentransfer energi mekanis dari penggerak utama atau sumber energi eksternal lainnya ke cairan, sehingga meningkatkan energinya.

Ini terutama digunakan untuk mengangkut berbagai cairan, termasuk air, minyak, larutan asam-basa, emulsi, suspensi, dan logam cair.

Pompa ini juga dapat menangani campuran cairan dan gas, serta cairan yang mengandung padatan tersuspensi.

5. Penggemar

Kipas angin adalah perangkat mekanis yang mengandalkan input energi mekanis untuk meningkatkan tekanan gas dan mengeluarkan gas.

Ini adalah jenis mesin fluida yang digerakkan, dengan tekanan gas buang kurang dari 1,5×10⁵Pa. Kipas angin banyak digunakan untuk ventilasi, ekstraksi debu, dan pendinginan di pabrik, tambang, terowongan, menara pendingin, kendaraan, kapal, dan bangunan.

Mereka juga digunakan untuk ventilasi dan pengaliran udara di boiler dan tungku industriuntuk pendinginan dan ventilasi pada perangkat pendingin udara dan peralatan rumah tangga, untuk pengeringan dan pemilihan biji-bijian, serta untuk aliran udara terowongan angin dan pemompaan serta penggerak pesawat terbang layang.

6. Motor Listrik

Motor listrik adalah perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor ini dirancang berdasarkan fenomena kumparan listrik yang berputar di bawah gaya di dalam medan magnet.

Tergantung pada sumber daya yang digunakan, motor dikategorikan ke dalam motor arus searah dan motor arus bolak-balik.

Sebagian besar motor dalam sistem tenaga adalah motor arus bolak-balik, yang dapat berupa motor sinkron atau asinkron. Motor listrik pada dasarnya terdiri dari stator dan rotor.

Arah gaya yang diberikan pada kawat beraliran listrik dalam medan magnet terkait dengan arah arus dan garis medan magnet.

Prinsip pengoperasian motor listrik adalah gaya yang diberikan oleh medan magnet pada arus, menyebabkan motor berputar.

II. Klasifikasi Getaran Mesin Rotasi

Fungsi utama mesin rotasi dijalankan oleh komponen-komponen yang berputar, dengan rotor sebagai elemen yang paling penting.

Getaran dan kebisingan yang tidak normal adalah indikator utama kerusakan pada mesin rotasi. Sinyal getaran, yang dimanifestasikan dalam domain amplitudo, frekuensi, dan waktu, mengungkapkan informasi gangguan yang penting tentang mesin.

Oleh karena itu, pemahaman yang komprehensif tentang mekanisme getaran pada mesin rotasi dalam berbagai kondisi gangguan sangat penting untuk pemantauan operasional yang efektif dan meningkatkan keakuratan diagnosis gangguan.

Berdasarkan sifat getaran mekanis, getaran mesin rotasi dapat diklasifikasikan ke dalam tiga kategori yang berbeda:

1. Getaran Paksa

Getaran paksa, yang juga disebut getaran sinkron, dihasilkan dari gaya eksitasi eksternal yang terus menerus dan berkala.

Jenis getaran ini secara terus menerus menarik energi dari lingkungan eksternal untuk mengimbangi kehilangan energi akibat redaman, sehingga mempertahankan amplitudo getaran yang konsisten di dalam sistem.

Khususnya, getaran itu sendiri tidak mempengaruhi gaya yang mengganggu. Penyebab umum getaran paksa termasuk ketidakseimbangan massa rotor, kopling yang tidak sejajar, gesekan statis pada rotor, komponen mekanis yang longgar, dan kerusakan pada elemen atau bantalan rotor.

Frekuensi karakteristik getaran paksa selalu sama dengan frekuensi gaya yang mengganggu. Sebagai contoh, getaran paksa yang disebabkan oleh ketidakseimbangan massa rotor menunjukkan frekuensi getaran yang secara konsisten sesuai dengan frekuensi kecepatan putaran.

2. Getaran yang Terangsang Sendiri

Getaran yang timbul dengan sendirinya muncul dari gaya bolak-balik yang dihasilkan oleh gerakan internal alat berat selama pengoperasian. Gaya bolak-balik ini secara alami berhenti ketika getaran berhenti.

Frekuensi getaran yang dieksitasi sendiri sesuai dengan frekuensi alami (atau kritis) alat berat, tidak tergantung pada frekuensi eksitasi eksternal.

Manifestasi umum dari getaran yang tereksitasi sendiri pada mesin yang berputar meliputi pusaran oli dan osilasi lapisan oli, terutama disebabkan oleh resistansi internal rotor dan gesekan antara komponen statis dan dinamis.

Dibandingkan dengan getaran paksa, getaran yang timbul dengan sendirinya terjadi secara lebih tiba-tiba dan dengan intensitas getaran yang lebih tinggi, sehingga berpotensi menyebabkan kerusakan mesin yang parah dalam jangka waktu yang singkat.

3. Getaran Paksa yang Tidak Stabil

Getaran paksa tidak stabil adalah varian getaran paksa yang dipicu oleh gangguan eksternal.

Getaran ini memiliki frekuensi yang sama dengan gangguan, tetapi uniknya, getaran itu sendiri secara timbal balik memengaruhi besaran dan fase gangguan. Akibatnya, amplitudo dan fase getaran berfluktuasi.

Misalnya, deformasi termal yang tidak merata yang terlokalisasi dalam poros rotor secara efektif menambah massa yang tidak seimbang pada rotor, sehingga menyebabkan variasi amplitudo dan fase getaran.

Perubahan amplitudo dan fase ini, pada gilirannya, memengaruhi besaran dan lokasi deformasi termal yang tidak merata, sehingga menghasilkan variasi yang terus-menerus dalam getaran paksa.

Memahami jenis getaran ini sangat penting untuk menerapkan strategi pemantauan kondisi yang efektif dan mengembangkan algoritme diagnosis kesalahan tingkat lanjut untuk mesin rotasi.