Critical Speed

Ada suatu kasus, dalam turbine ada suatu zona speed yang dinamakan dengan critical speed, dimana pada saat menaikkan rpm turbin, speed tidak boleh ditahan pada range critical speed tersebut. Setelah dicek ternyata terdapat bermacam-macam critical speed untuk setiap komponen. Mulai High Pressure turbine, Intermediate Pressure turbine, Low Pressure turbine, sampai generator. Apakah yang dimaksud critical speed? Apakah ada pada setiap benda berputar?

Critical speed adalah kecepatan kritis, dimana terdapat / adanya frekuensi pribadi. Lalu apakah frekuensi pribadi itu? Pada rotating equipment. Jika tidak mengenai frekuensi pribadinya maka ia tidak akan bergetar hebat. Maka, biasanya seorang designer, akan mengeset frekuensi pribadi itu seaman mungkin.

Secara definisi Critical speed : A characteristic speed at which a predominant response occurs at resonance. (Note : In the case of a rotating system, the critical speed is the speed that corresponds to a resonance frequency of the system (it may also include multiples and submultiples of the resonance frequency); for example, speed in revolutions per unit time is equal to the resonance frequency in cycles per unit of time).

Dua hal yang biasanya dilakukan. Apakah design dari sistem rotating itu diatas frekuensi pribadi ataukah dibawah.

Apakah itu ada pada setiap benda berputar? Benda yang berputar akan bergetar (vibrasi). Karena ia bergerak dan bertumpu pada suatu titik. Dan pada rotating equipment, bertumpu pada bearing.

Oleh sebab itu Vibration Institute mendefiniskan bahwa "Vibrasi adalah gerakan kontinyu, acak, atau periodik dari suatu objek. Disebabkan oleh natural excitation dari struktur dan mechanical faults".

Secara ideal, benda harus didesain agar titik gravitasinya tepat berada di titik sumbu perputaran sehingga seimbang. Tetapi, kondisi ideal tidaklah mungkin dicapai, karena tingkat ketidakhomogenan material atau profile benda tersebut. Benda yg berputar akan mengalami getaran jika ada massa yang tidak seimbang (unbalance). Critical Speed itu berhibungan dengan Frekuensi Natural (Fn) sebuah benda "body" yang bergetar. Fn akan mengakibatkan Amplitudo getaran yang paling besar. Amplitudo ekivalen dengan defleksi di dalam mekanika teknik. Jelas defleksi/amplitude yang besar bisa mengakibatkan "material failure".

Apakah critical speed tersebut ada kaitannya dengan natural frequency yang dimiliki oleh komponen tersebut mengingat jika terjadi resonansi yang saling menguatkan maka vibrasi yang dihasilkan oleh rotating equipment cukup besar?

Berikut merupakan informasi tambahan tentang critical speed:

Critical speed (nc) merupakan kecepatan putar yang bersesuaian dengan frekuensi pribadi (natural frequency, fn) dari suatu sistem. Jadi secara matematik: nc = 60*fn (nc dalam rpm, fn dalam Hz).

Jadi suatu benda yang memiliki frekuensi pribadi 16 Hz, misalnya, memiliki critical speed sebesar 60 *16 = 960 rpm.

Frekuensi pribadi (natural frekuensi) selalu dimiliki oleh benda atau sistem yang memiliki massa dan kekakuan, tidak perduli sistem/mesin tersebut berputar atau diam. Secara matematik fn = ((k/m)^0.5)/(2*pi).

Jadi frekuensi pribadi merupakan 'frekuensi kesukaan benda/sistem untuk bergetar'. Bila suatu sistem digetarkan dengan gaya pengeksitasi yang memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi pribadi tersebut, maka amplitudo getaran yang terjadi akan besar.

Hal tersebut disebabkan :
- mesin yang berputar selalu memiliki ketakseimbangan (walaupun telah diseimbangkan),
- frekuensi eksitasi yang disebabkan oleh ketidakseimbangan yang berputar nilainya sama dengan frekuensi putar (frekuensi eksitasi akibat unbalance yang berputar = kecepatan putar/60),
- ketakseimbangan adalah penyebab utama getaran yang terjadi pada kebanyakan mesin, maka fenomena resonansi (dimana amplitudo getaran yang terjadi besar) akan terjadi ketika (frekuensi pribadi = frekuensi eksitasi = kecepatan putar/60). Jadi critical speed merupakan kecepatan putar mesin yang menyebabkan amplitudo getaran besar dan besarnya = nc = 60*fn;
http://search.conduit.com/ResultsExt.aspx?ctid=CT2369362&SearchSource=2&q=Critical+Speed