Memahami Gesekan pada Mesin Berputar
Gosokan adalah kontak gesekan dan gerakan luncur relatif antara komponen yang berputar dan yang diam pada sebuah mesin. Istilah ini menekankan aspek gesekan yang berkelanjutan dari kontak rotor-ke-stator, membedakannya dari kontak ringan yang terputus-putus atau benturan tunggal yang juga dapat terjadi. Rubbing menghasilkan gaya gesek, melepaskan panas yang signifikan melalui kerja gesekan, dan menghasilkan suatu getaran signature yang didominasi oleh whirl mundur, sub-sinkron komponen dan efek termal yang khas. Ini merupakan salah satu kerusakan paling berbahaya yang dapat dialami mesin berputar, karena dapat meningkat menjadi kegagalan dalam hitungan menit.
“Rubbing” dan “rotor rub” sering digunakan secara bergantian. Dalam praktiknya, rubbing cenderung menekankan sisi gesekan dan termal dari kontak tersebut, sementara rotor rub merupakan istilah payung yang lebih luas yang mencakup setiap bentuk kontak — mulai dari goresan ringan hingga benturan keras.
1. Mekanika Gesekan dari Rubbing
Model Gesekan Coulomb
Rubbing mematuhi prinsip-prinsip gesekan kering (Coulomb):
- Gaya gesek: F = μ × N, di mana μ adalah koefisien gesek dan N adalah gaya normal yang menekan kedua permukaan agar saling bersentuhan.
- Arah: gaya gesek selalu berlawanan dengan gerakan relatif antara permukaan-permukaan yang bersentuhan.
- Koefisien tipikal: baja terhadap baja μ ≈ 0,3–0,5; baja terhadap material seal μ ≈ 0,2–0,4.
- Pembangkitan panas: pada dasarnya seluruh kerja gesekan diubah menjadi panas pada titik kontak.
Gaya Tangensial dan Normal
Selama kontak, dua komponen gaya bekerja pada rotor:
- Gaya normal: mendorong rotor secara radial ke dalam pada titik gesekan.
- Gaya gesek: bekerja secara tangensial, menentang rotasi.
- Gaya resultan: kombinasi tersebut cenderung memperlambat rotor dan membelokkannya ke belakang, berlawanan dengan arah putaran.
- Peningkatan torsi: gesekan tersebut menghamburkan daya, sehingga meningkatkan torsi penggerak yang harus disuplai mesin.
2. Pola Getaran Karakteristik
Putaran Mundur
Ciri paling khas dari gesekan adalah whirl mundur (terbalik) pusaran:
- Gaya gesekan menciptakan komponen tangensial yang menggerakkan gerak orbit ke belakang.
- Poros orbit menelusuri jalur berlawanan dengan arah putaran poros.
- Frekuensi whirl umumnya sub-sinkron — kurang dari 1× kecepatan operasi.
- Frekuensi umum muncul pada orde pecahan: 0,5×, 0,33×, 0,25×.
- Bentuk orbit sering kali tidak beraturan atau tampak terdistorsi.
Karakteristik Spektrum
- Puncak sub-sinkron: puncak ganda di bawah 1×, sering terjadi pada harmonik fraksional.
- Komponen sinkron: 1× sinkron puncak dapat meningkat seiring gaya gesekan yang menambah padanya.
- Harmonisa yang lebih tinggi: 2×, 3×, 4× harmonik muncul dari nonlinearitas gesekan yang terputus-putus.
- Kebisingan pita lebar: noise floor di seluruh spektrum terangkat.
- Spektrum tidak stabil: puncak muncul dan menghilang atau bergeser frekuensinya dari satu pengukuran ke pengukuran berikutnya.
Fitur Bentuk Gelombang Waktu
- Kejadian impulsif atau lonjakan setiap kali kontak dimulai, terlihat dalam bentuk gelombang waktu.
- Pemotongan (clipping) atau perataan pada defleksi puncak, di mana stator secara fisik membatasi pergerakan.
- Bentuk keseluruhan yang tidak teratur dan non-sinusoidal.
- Pola denyut yang dihasilkan oleh beberapa frekuensi yang ada bersama.
3. Efek Termal dari Gesekan
Pembangkitan Panas
Gesekan mengubah energi mekanik secara langsung menjadi panas:
- Kecepatan: daya yang terdisipasi sama dengan gaya gesek × kecepatan luncur.
- Besarnya: gesekan ringan dapat melepaskan 10–100 watt; gesekan berat, kilowatt.
- Konsentrasi: panas tersebut dibuang ke area kontak yang sangat kecil.
- Kenaikan suhu: suhu permukaan lokal dapat melampaui 500 °C dalam kasus yang parah.
Pengembangan Busur Termal
Bahaya gesekan terletak pada lingkar umpan balik panas–getaran:
- Gesekan awal menumpukkan panas pada satu sisi poros.
- Pemanasan asimetris membengkokkan poros menjadi busur termal.
- Lengkungan termal meningkatkan defleksi poros’.
- Defleksi yang lebih besar mendorong gesekan yang lebih parah.
- Gesekan yang lebih banyak menghasilkan lebih banyak panas.
- Umpan balik positif ini dapat menyebabkan kegagalan yang cepat dan tak terkendali.
Karena setiap putaran lingkar ini memperdalam putaran berikutnya, gesekan dianggap sebagai suatu bentuk getaran yang tereksitasi sendiri dan jalur menuju ketidakstabilan rotor.
Efek Termal Sekunder
- Pemanasan bantalan: panas merambat di sepanjang poros menuju bantalan.
- Degradasi oli: suhu yang berlebihan merusak pelumas.
- Perubahan material: Transformasi fase atau perubahan metalurgi di zona yang terkena panas
- Tegangan termal: dapat memicu retakan pada area yang mengalami tegangan termal.
4. Mendeteksi Gesekan di Lapangan
Pemantauan Getaran
- Alarm sub-sinkron: memberi peringatan pada puncak di 0,3–0,5× kecepatan putar.
- Pemantauan orbit: analisis orbit otomatis menandai munculnya pusaran balik (backward whirl).
- Perubahan spektral: algoritma mendeteksi kemunculan mendadak banyak harmonik.
- Pemotongan bentuk gelombang: deteksi distorsi non-sinusoidal yang dihasilkan oleh kontak.
Mengenali pola-pola ini adalah justru fungsi dari sebuah penganalisis portabel. Bekerja pada bantalan mesin itu sendiri pada kecepatan operasi, instrumen dua kanal seperti Balanset-1A menangkap bentuk gelombang waktu serta amplitudo dan fase 1×, sehingga seorang teknisi dapat melihat pemotongan impulsif dan energi orde pecahan yang menandai adanya gesekan (rub), lalu memeriksa apakah ketidakseimbangan sisa atau ketidaksejajaran merupakan pemicu yang mendasarinya sebelum dilakukan pembongkaran apa pun.
Pemantauan Suhu
- Tekan Tumpu sensor suhu dengan alarm kenaikan cepat.
- Pemantauan suhu inframerah pada bagian poros yang terbuka
- Pemantauan diferensial suhu — bagian atas dibandingkan bagian bawah suatu bantalan.
- Alarm laju perubahan, misalnya lebih dari 5 °C per menit.
Indikator Tambahan
- Peningkatan torsi: konsumsi daya meningkat seiring gesekan membebani penggerak.
- Fluktuasi kecepatan: variasi kecepatan kecil akibat torsi gesekan yang berubah-ubah.
- Emisi akustik: suara berfrekuensi tinggi dari kontak tersebut, yang dapat dideteksi oleh emisi akustik sensor.
- Inspeksi visual: serpihan aus, perubahan warna, dan goresan yang terlihat.
5. Menanggapi Gesekan (Rub)
Tindakan Segera
- Kurangi tingkat keparahan: kurangi kecepatan atau beban jika aman untuk dilakukan.
- Pantau dengan cermat: pantau getaran dan suhu secara terus-menerus.
- Bersiaplah untuk mematikan: memiliki kondisi darurat penghentian siap.
- Pemberhentian darurat: hentikan mesin jika getaran atau suhu terus meningkat.
- Biarkan mendingin: jalankan turning gear atau biarkan mesin mendingin secara alami sebelum inspeksi, agar lengkungan termal (thermal bow) dapat mereda.
Penyelidikan
- Periksa bukti fisik adanya kontak.
- Ukur celah (clearance) pada lokasi yang diduga mengalami gesekan.
- Periksa adanya lengkungan termal (thermal bow) atau busur poros.
- Identifikasi akar penyebabnya — getaran berlebih, celah yang tidak memadai, dan sebagainya.
Tindakan Korektif
- Tingkatkan celah: mesin keluar area yang rusak atau ganti komponen.
- Atasi akar penyebabnya: menyeimbangkan rotor, perbaiki kelurusan (alignment), atasi masalah bantalan yang memungkinkan terjadinya kontak.
- Ganti suku cadang yang rusak: seal, komponen bantalan, dan bagian poros sesuai kebutuhan.
- Verifikasi celah: konfirmasi celah yang memadai di setiap lokasi sebelum memulai kembali.
Gesekan (rubbing) merupakan salah satu kerusakan terkait getaran yang paling serius pada mesin berputar. Kemampuannya untuk berkembang dengan cepat melalui umpan balik termal menuntut pengenalan segera, respons yang cepat dan disiplin, serta koreksi yang menyeluruh — karena alternatifnya, pada peralatan kritis, adalah kegagalan yang katastrofik.
