A. Judul Proyek
Analisis getaran pada poros turbin gas dengan menggunakan kerangka DAI5
B. Nama Lengkap Penulis
Rakha Janitra Adiwidya(2306247295)
C. Afiliasi
Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia
D. Abstrak
Turbin adalah mesin penggerak mula, dimana fluida kerjanya yang menghasilkan energi kinetis diarahkan langsung ke roda turbin untuk mendapatkan usaha mekanis. Getaran yang terjadi pada mesin khususnya turbin dibangkitkan oleh berbagai komponen dan proses yang terjadi didalamnya. Getaran yang berasal dari beragam sumber tersebut akan bergabung menjadi satu pada alat ukurnya. Pada Turbin sering ditemui kasus vibrasi yang melebihi batas standar yang disebabkan oleh banyak faktor. Untuk itu diperlukan sistem monitoring yang baik untuk mendeteksi kerusakan pada turbin.
Dalam penelitian ini dilakukan analisis penyebab kerusakan pada turbin. Dengan menggunakan metode numerik berbasis Finite Element Method (FEM). Simulasi dilakukan untuk menentukan frekuensi alami (natural frequencies) dan bentuk mode getaran (mode shapes). Laporan ini juga menggunakan pendekatan DAI 5 yang menggabungkan aspek spiritual (kesadaran diri dan niat) dengan langkah-langkah teknik yang sistematis. Pembahasan ini difokuskan pada hubungan antara geometri poros, material properties, dan dinamika getaran. Studi ini memberikan rekomendasi desain untuk menghindari frekuensi resonansi dalam rentang operasi turbin
E. Deklarasi Penulis
1. Deep Awareness (of) I
Saya disini sebagai mahasiswa teknik bersungguh semua ilmu yang saya dapatkan dari penelitian ini atau kreativitas dalam proyek ini berasal dari anugerah Tuhan Yang Maha Esa. Dalam mengerjakan penelitian ini saya berusaha selalu mengingat tuhan sebagai sumber ilmu dan kebijaksanaan. Karena dengan langkah awak ini kita bisa menyelaraskan tindakan kita dengan tujuan utama kita yaitu untuk mengenal dan mengakui tuhan.
2. Niat Kegiatan Proyek
Niat saya dalam penelitian ini adalah untuk menganalisis getaran pada poros turbin gas guna meningkatkan efisiensi kerja dan keselamatan operasional turbin. Penelitian ini juga bertujuan untuk memprediksi potensi kerusakan pada mesin tanpa perlu melakukan pembongkaran, sehingga dapat mengurangi biaya dan risiko downtime. Secara keseluruhan, proyek ini dilaksanakan sebagai bagian dari upaya memahami fenomena getaran mekanis pada sistem energi, dengan tujuan memberikan manfaat bagi masyarakat luas dan memajukan ilmu pengetahuan, sambil tetap menjunjung tinggi nilai-nilai etika, tanggung jawab, serta kesadaran akan pentingnya keselamatan kerja.
F. Pendahuluan
Turbin gas merupakan komponen vital dalam pembangkit listrik dan industri penerbangan, di mana getaran berlebih pada poros dapat menyebabkan kegagalan struktural. Oleh karena itu, analisis getaran dan pemeliharaan mesin menjadi penting untuk menjaga keandalan operasional, mengurangi downtime, menekan biaya produksi, serta memastikan produk dan layanan tetap tepat waktu dan berkualitas.
- Pemikiran Awal (tentang Masalah):
- Menganalisis masalah secara sistematis
Biasanya mesin akan menghasilkan tingkat vibrasi yang rendah apabila berapa pada kondisi yang baik atau dengan desain yang sesuai. Ketika tingkat vibrasi tinggi maka akan memperpendek umur sistem dan juga akan mengalami beberapa kegagalan struktural. Peningkatan level vibrasi diakibatkan oleh lamanya jangka waktu pemakaian dan perubahan bentuk pada komponen – komponen mesin.
- Penelitian sebelumnya dan kesenjangan yang ada
Penelitian sebelumnya telah banyak menganalisis getaran pada mesin berputar, namun masih terdapat kekurangan dalam prediksi frekuensi alami untuk geometri dan material spesifik turbin gas modern. Selain itu, banyak studi tidak mempertimbangkan kompleksitas operasional pada kondisi dinamis aktual.
- Mengurai masalah
Permasalahan getaran dapat dipecah menjadi beberapa tantangan utama, seperti:
- Identifikasi frekuensi alami dan mode bentuk getaran (mode shapes).
- Menghindari kondisi resonansi selama rentang operasi.
- Memperkirakan risiko fatigue akibat getaran jangka panjang.
- Dekonstruksi ke prinsip-prinsip dasar
Masalah getaran dianalisis berdasarkan prinsip dasar mekanika, termasuk:
- Teori getaran bebas dan teredam.
- Hukum Newton dalam dinamika rotasi.
- Analisis state of the art
Kemajuan dalam analisis getaran mencakup penggunaan metode numerik seperti Finite Element Method (FEM) untuk prediksi mode getaran dan frekuensi alami. Namun, masih terdapat tantangan dalam meningkatkan akurasi model simulasi, khususnya terkait non-linearitas material dan boundary condition aktual.
G. Metode & Langkah-langkah Solusi
- Idealisasi:
- Modelkan poros turbin sebagai shaft dengan massa terdistribusi merata dan boundary condition sederhana (seperti bearing kaku di kedua ujung).
- Abaikan efek non-linier kecil dan asumsikan operasi steady-state.
- Gunakan teori getaran sederhana dan pendekatan beam theory.
Persamaan dasar:
Frekuensi alami sederhana (mode pertama) dari poros:
dengan:
- f = frekuensi alami (Hz)
- k = kekakuan sistem (N/m)
- m = massa efektif (kg)
Critical Speed (kecepatan kritis) dengan rumus Campbell Diagram:
- Instruksi (Set):
Langkah desain dan analisis:
- Tentukan dimensi poros, massa rotor, dan lokasi bearing.
- Hitung kekakuan poros dan massa efektif sistem.
- Hitung critical speed dan bandingkan dengan kecepatan operasi.
- Simulasikan respons frekuensi menggunakan perangkat lunak seperti ANSYS Mechanical atau MATLAB.
- Validasi desain dengan safety margin terhadap critical speed minimal 20% di atas kecepatan operasi.
H. Hasil dan Diskusi
Contoh hasil analisis:
- Dimensi Poros: diameter 80 mm, panjang 1,2 m.
- Massa Rotor: 50 kg.
- Kekakuan Efektif: 2 x 10^6 N/m
Jika kecepatan operasi turbin adalah 1500 RPM, maka sistem aman karena N_operasi jauh di bawah N_c.
Diskusi:
- Getaran pada kecepatan operasi tidak mencapai resonansi.
- Safety margin cukup besar.
- Asumsi linearitas dan idealisasi bearing perlu dikaji lebih lanjut untuk sistem nyata.
I. Kesimpulan, Penutup, Rekomendasi
kesimpulan
Kerangka DAI5 membantu menyusun analisis getaran pada poros turbin gas secara sadar, sistematis, dan terstruktur. Pendekatan ini meningkatkan kualitas desain dengan memperhatikan faktor-faktor teknis sekaligus etis dalam pengambilan keputusan. Analisis menunjukkan bahwa sistem berhasil menghindari resonansi berbahaya, dengan kecepatan operasi aman jauh di bawah kecepatan kritis.
Penutup
Studi ini menegaskan pentingnya integrasi prinsip kesadaran dan niat dalam perancangan teknik, terutama untuk sistem berputar berkecepatan tinggi seperti turbin gas. Pendekatan berbasis DAI5 membuka jalan bagi desain yang tidak hanya optimal secara teknis, tetapi juga lebih bertanggung jawab secara etis.
Rekomendasi
Untuk pengembangan lebih lanjut, disarankan:
- Menggunakan model analitis dan numerik yang lebih rinci untuk menangkap dinamika sistem secara lebih akurat.
- Menerapkan sensor monitoring getaran secara real-time guna mendeteksi dini potensi kegagalan.
- Mempertimbangkan penggunaan active magnetic bearing untuk meningkatkan kontrol getaran dan memperpanjang umur layanan sistem.
J. Ucapan Terima Kasih
Puji dan syukur saya ucapkan kehadiran Allah SWT, atas segala berkah, rahmat, dan karunia-Nya yang telah memberikan ilmu pengetahuan, pengalaman, kekuatan, kesabaran, dan kesempatan kepada saya sehingga mampu menyelesaikan tugas besar ini. Selain itu, saya berterimakasih kepada Prof. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara selama bimbingannya selama ini.
K. Referensi yang Dikutip
- Rao, S. S. (2011). Mechanical Vibrations (5th ed.). Prentice Hall.
- Blevins, R. D. (2001). Formulas for Natural Frequency and Mode Shape.
- Rarianto, E. (2016). Analisis Vibrasi untuk Mendeteksi Kerusakan Pada Turbin Uap UBB Pabrik III di PT. Petrokimia Gresik
- Therelim, E., Isranuri, I., Sabri, M., Muhammad, M., Siregar, A. H. (2019). Analisa Data Vibrasi untuk Mengidentifikasi Kondisi dan Symtom Pada Turbin Gas Siemens V 94.2 Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap
- Ahmad Indra. (2024). Framework DAI5: Deep Awareness-based Problem Solving. Jakarta: Penerbit DAI Institute.
L. Lampiran
