Apa itu analisis getaran dan bagaimana hal itu dapat membantu mengoptimalkan pemeliharaan prediktif?

Analisis getaran (atau pemantauan getaran) adalah alat diagnostik yang ampuh untuk mengidentifikasi, memantau, dan mencegah kerusakan mekanis pada mesin yang berputar dan melakukan gerakan bolak-balik. Ini adalah komponen penting dari program pemeliharaan prediktif, memungkinkan teknisi mendeteksi masalah yang berkembang pada peralatan sebelum menyebabkan waktu henti tidak terencana yang mahal atau kegagalan katastropik.

Analisis getaran — komponen dari sistem pemantauan kondisi — menggunakan sensor getaran untuk mengukur frekuensi dalam aset dan mendeteksi kelainan yang mungkin mengindikasikan masalah. Pada intinya, analisis getaran adalah studi tentang gerakan osilasi mesin dan komponennya di sekitar titik keseimbangan yang ditetapkan. Osilasi ini dapat diakibatkan oleh sejumlah masalah, termasuk antara lain ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, kelonggaran, poros bengkok, dan cacat bantalan.

Dengan mengukur dan menganalisis getaran mesin, teknisi dapat menilai kesehatan dan kinerja peralatan dengan lebih baik, memungkinkan mereka untuk menentukan masalah dan menerapkan tindakan korektif. Dan karena komponen yang berputar dan bolak-balik (misalnya, motor, kompresor, pompa, dll.) cenderung bergetar lebih intens dan lebih keras seiring bertambahnya usia, menganalisis perubahan getaran dapat membantu manajer pemeliharaan memantau kondisi alat berat secara real-time dan secara proaktif mengidentifikasi keausan dan kerusakan aset.

Getaran bersifat multidimensi, sehingga pengujian getaran membutuhkan pemahaman tentang berbagai parameter. Parameter utama adalah amplitudo, frekuensi, dan fase:

• Amplitudo mengacu pada besarnya getaran, biasanya diukur dalam satuan seperti perpindahan (mil atau mikrometer), kecepatan (inci per detik atau milimeter per detik), atau akselerasi (g).
• Frekuensi mengukur jumlah osilasi per unit waktu, biasanya dinyatakan dalam Hertz (Hz).
• Fase mengacu ke waktu relatif bentuk gelombang getaran, biasanya diukur dalam derajat.

Penganalisis getaran dapat menggunakan semua faktor ini—beserta faktor lain seperti bentuk gelombang dan kandungan harmonik—untuk mengidentifikasi kesalahan mesin tertentu dan tingkat keparahannya. 

Ada juga dua jenis getaran utama:

• Getaran paksa terjadi apabila suatu gaya eksternal diterapkan ke suatu sistem, sehingga menyebabkannya bergetar. Contohnya termasuk getaran yang dihasilkan oleh motor atau pompa yang beroperasi.
• Getaran alami, dikenal juga sebagai resonansi, terjadi ketika sebuah sistem bergetar pada frekuensi alaminya. Jenis getaran ini dapat menjadi masalah jika frekuensi alami mesin bertepatan dengan frekuensi operasi, karena dapat menyebabkan getaran yang berlebihan.

Dalam lingkungan industri yang kompetitif saat ini, memastikan kelancaran operasi dan umur mesin Anda adalah yang terpenting. Mengikuti proses analisis getaran langkah demi langkah dapat membantu Anda memanfaatkan getaran alat berat untuk lebih memahami peralatan dan kesehatan sistem.

Langkah 1. Kumpulkan data awal

Untuk melakukan analisis getaran, mulailah dengan mengumpulkan data tentang peralatan dan/atau struktur yang akan Anda analisis. Pastikan untuk mengidentifikasi lokasi dan jenis sensor yang Anda perlukan untuk pengukuran getaran, termasuk rentang amplitudo dan frekuensi, karena sensor akan berfungsi sebagai pengumpul data selama proses berlangsung. Penting juga untuk mengumpulkan informasi tentang kondisi pengoperasian peralatan, seperti kecepatan, beban, dan suhu.

Langkah 2. Ukur getaran

Langkah selanjutnya dalam proses ini adalah mengukur getaran dari mesin yang dipilih. Analisis getaran biasanya melibatkan pengukuran amplitudo getaran suatu aset atau sistem.

Dalam hal ini, Anda akan mengandalkan akselerometer yang terpasang pada situs getaran utama untuk melakukan pengukuran. Akselerometer (misalnya, akselerometer piezoelektrik, sensor kedekatan, pengukur getaran Laser Doppler, dll.) menggunakan respons frekuensi tinggi untuk mengukur akselerasi objek yang bergetar dalam tiga arah: atas ke bawah, sisi ke sisi, dan depan ke belakang.

Anda juga dapat mengukur getaran menggunakan sensor kecepatan dan sensor perpindahan. Sensor kecepatan mengukur kecepatan objek yang bergetar, menawarkan respons frekuensi menengah yang ideal untuk memantau kesehatan alat berat secara keseluruhan. Sebaliknya, sensor perpindahan, mengukur perpindahan objek yang bergetar, memberikan respons frekuensi rendah yang cocok untuk mendeteksi masalah struktural dan ketidakseimbangan.

Langkah 3. Analisis data

Setelah Anda mengumpulkan semua data yang relevan, saatnya untuk menganalisisnya. Tahap analisis akan mengharuskan Anda menggunakan algoritma dan perangkat lunak komputer untuk mengidentifikasi pola getaran dan tren data, dan Anda harus membandingkan data dengan standar dan pedoman yang telah ditetapkan.

Tim pemeliharaan dapat memanfaatkan berbagai teknik untuk menganalisis data getaran, termasuk yang berikut: 

• Analisis domain waktu: Untuk melakukan analisis domain waktu, Anda akan menganalisis sinyal getaran mentah dari waktu ke waktu. Teknisi dapat mengekstrak dan menilai data (misalnya, amplitudo puncak, faktor puncak, kemiringan, akar rata-rata kuadrat (RMS), dll.) dari sinyal secara langsung dari bentuk gelombang waktu. Teknik ini berguna untuk mendeteksi fenomena sangat cepat seperti benturan atau guncangan. 
• Analisis domain frekuensi: Dengan menggunakan operasi analisis frekuensi matematis yang disebut Fast Fourier Transform (FFT), analisis domain frekuensi melibatkan pengubahan sinyal domain waktu menjadi sinyal domain frekuensi. Spektrum frekuensi yang dihasilkan memudahkan identifikasi frekuensi spesifik yang terkait dengan gangguan mekanis.
• Analisis amplop: Juga dikenal sebagai demodulasi, analisis amplop terutama digunakan untuk mendeteksi kerusakan bantalan tahap awal. Ini melibatkan ekstraksi sinyal benturan frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh bearing yang rusak dari keseluruhan sinyal getaran, yang memungkinkan teknisi mengidentifikasi keberadaan dan tingkat keparahan kesalahan bearing.
• Analisis modal: Analisis modal adalah teknik yang lebih canggih yang berfokus pada identifikasi frekuensi alami mesin, bentuk modus, dan karakteristik redaman. Mempelajari semua sifat ini membantu analis menilai perilaku dinamis mesin dan mengidentifikasi potensi masalah struktural dan/atau kondisi resonansi.

Langkah 4. Interpretasikan hasil

Analisis yang berhasil akan membutuhkan analis getaran untuk memahami frekuensi spesifik yang terkait dengan berbagai masalah mekanis. Beberapa frekuensi kesalahan umum termasuk yang berikut:

• Frekuensi dasar: Frekuensi di mana komponen yang berputar menyelesaikan satu putaran penuh. Penyimpangan dari frekuensi fundamental dasar dapat membantu Anda mengidentifikasi kesalahan spesifik, seperti ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, dan kelonggaran.
• Harmonik: Kelipatan bilangan bulat dari frekuensi fundamental yang sering dikaitkan dengan masalah tautan pada roda gigi atau peristiwa siklus lainnya.
• Sinyal gelombang baru: Hasil modulasi frekuensi dasar oleh frekuensi lain, seperti dalam interaksi antara kesalahan bantalan dan frekuensi komponen yang berputar. Sinyal gelombang baru sering muncul sebagai puncak simetris di sekitar frekuensi fundamental atau harmoniknya dan dapat mengindikasikan adanya masalah bantalan dan/atau gigi roda gigi yang rusak.

Langkah 5. Ambil tindakan korektif

Setelah Anda mengidentifikasi potensi masalah pada tahap interpretasi, tetapkan ambang batas alarm yang memicu respons ketika getaran melebihi ambang batas tersebut. Ambang batas ini dapat didasarkan pada standar industri, data historis, atau rekomendasi produsen. Jenis ambang batas alarm yang paling umum digunakan adalah ambang batas absolut, ambang batas tren, dan ambang batas statistik.

• Ambang batas absolut adalah nilai yang ditetapkan berdasarkan tingkat getaran yang dapat diterima untuk jenis peralatan tertentu. 
• Ambang batas tren adalah nilai dinamis yang berubah dari waktu ke waktu berdasarkan kinerja historis peralatan. Ketika tingkat getaran meningkat tiba-tiba, itu mungkin mengindikasikan masalah yang sedang berkembang.
• Ambang batas statistik diperoleh dari analisis statistik data historis, dengan mempertimbangkan rata-rata dan deviasi standar tingkat getaran.

Ketika sebuah sistem atau aset melebihi ambang batas alarm, manajer pemeliharaan harus mengambil tindakan yang tepat untuk mengatasi masalah tersebut. Hal ini dapat melibatkan penjadwalan pemeliharaan, penyesuaian parameter operasi, atau melakukan analisis lebih lanjut untuk menentukan penyebab masalah.

Menerapkan analisis getaran sebagai bagian dari program pemeliharaan prediktif menawarkan banyak manfaat:

• Deteksi kesalahan dini: Analisis getaran dapat deteksi kesalahan yang berkembang pada mesin jauh sebelum kesalahan tersebut terlihat atau terdengar oleh indera manusia. Kemampuan deteksi dini ini membantu tim pemeliharaan menjadwalkan perbaikan atau penggantian sebelum kegagalan terjadi, mengurangi waktu henti dan meningkatkan produktivitas secara keseluruhan.
• Penjadwalan pemeliharaan yang lebih baik: Dengan mengidentifikasi tingkat keparahan kerusakan alat berat, analisis getaran memungkinkan tim pemeliharaan memprioritaskan upaya mereka dan mengalokasikan sumber daya secara lebih efektif. Pendekatan yang ditargetkan ini dapat menghasilkan penghematan biaya yang signifikan dan perbaikan keandalan peralatan.
• Mengurangi biaya pemeliharaan: Menemukan dan memperbaiki kesalahan mesin sebelum menyebabkan kegagalan besar dapat membantu organisasi menghindari perbaikan dan penggantian peralatan yang mahal. Selain itu, pemeliharaan prediktif berdasarkan analisis getaran dapat memperpanjang umur mesin, semakin mengurangi pengeluaran modal jangka panjang. 
• Peningkatan keamanan: Analisis getaran dapat memainkan peran penting dalam menjaga lingkungan kerja yang aman bagi karyawan. Dengan proaktif mendeteksi dan mengatasi potensi kegagalan mekanis secara signifikan mengurangi risiko kecelakaan dan cedera di tempat kerja.
• Peningkatan efisiensi energi: Mesin yang rusak sering kali mengonsumsi lebih banyak energi daripada yang seharusnya, sehingga meningkatkan biaya pengoperasian. Memperbaiki masalah menggunakan analisis getaran membantu organisasi mengoptimalkan efisiensi aset dan mengurangi konsumsi energi.

Keserbagunaan analisis getaran menjadikannya metodologi yang berguna di berbagai jenis industri dan peralatan.

Pabrik manufaktur menggunakan analisis getaran untuk memantau kondisi motor (termasuk motor listrik), kotak roda gigi, konveyor, dan peralatan mesin. Data getaran dapat digunakan untuk mengoptimalkan proses produksi, mengurangi risiko kegagalan peralatan, dan meningkatkan efisiensi pabrik secara keseluruhan.

Dalam industri otomotif, analisis getaran memainkan peran penting dalam mendesain, mengembangkan, dan menguji komponen. Menganalisis karakteristik getaran mesin, transmisi, dan sistem suspensi dapat membantu para insinyur mengoptimalkan desain mereka untuk meningkatkan kinerja dan keandalan di dunia nyata serta meningkatkan kenyamanan penumpang.

Dalam industri, analisis getaran memungkinkan para insinyur untuk mengidentifikasi dan alamat masalah seperti getaran berlebihan, resonansi atau kelelahan material untuk meningkatkan keandalan dan umur panjang sistem pesawat terbang. Dan di sektor tenaga angin, analisis getaran membantu operator turbin memantau kesehatan turbin untuk mengidentifikasi ketidakseimbangan bilah, kegagalan gearbox dan/atau cacat bantalan.

Analisis getaran adalah alat yang tak ternilai dalam dunia pemeliharaan prediktif, memberikan organisasi kemampuan untuk mendeteksi kerusakan mesin lebih awal. Memahami prinsip-prinsip analisis getaran dan menggunakan perangkat lunak canggih seperti IBM Maximo Application Suite dapat membantu tim pemeliharaan secara signifikan meningkatkan keandalan, efisiensi, dan keamanan peralatan mereka.

IBM Maximo adalah platform terintegrasi yang membantu perusahaan manufaktur mengoptimalkan kinerja aset dan merampingkan operasi sehari-hari. Dengan Maximo, tim dapat mengatur meter untuk mengamati dan mengukur kesehatan aset dan menghubungkan meteran tersebut ke sensor getaran yang dipasang pada aset utama, membantu mereka menyimpan dan mengakses data mesin dengan lebih mudah.

Menggunakan platform terintegrasi berbasis cloud yang didukung AI, Maximo menawarkan kemampuan CMMS, EAM, dan APM yang menghasilkan analitik data getaran tingkat lanjut dan membantu manajer membuat keputusan pemeliharaan yang lebih cerdas dan berbasis data.

Ketika industri terus berkembang dan mengadopsi teknologi baru, analisis getaran akan tetap berada di garis depan dalam menjaga kesehatan mesin dan memastikan kinerja yang optimal. Dengan memanfaatkan fitur dan kemampuan canggih IBM Maximo, perusahaan dapat mengubah operasi pemeliharaan menjadi operasi yang mengimbangi lanskap manufaktur yang terus berubah.