Resonance Combined with Bearing Frequencies

Air cooled heat exchangers, atau Fin Fan Coolers, adalah salah satu jenis heat exchanger yang menggunakan media udara sebagai pendingin. Fin fan cooler memerlukan area permukaan yang luas untuk perpindahan panas, dimana diterapkan pada tabung bersirip untuk meningkatkan permukaan perpindahan panas dan desain area konstruksi yang kompak.

Heat exchanger jenis ini biasa digunakan dalam penerapan yang memerlukan perpindahan panas dalam jumlah besar. Industri yang biasa menggunakan fin fan cooler diantaranya ialah industri kimia dan petrokimia, pembangkit listrik, pembangkit panas bumi, fasilitas konversi limbah-energi serta pabrik baja.

Tim TVP mengambil dan menganalisis data vibrasi pada suatu fin fan cooler dan menduga bahwa sumber masalah berasal dari salah satu fin fan yang memiliki frekuensi natural yang berdekatan dengan frekuensi bearing.

Gambar 1. Konfigurasi Equipment

Fin Fan Cooler pada studi kasus ini terpasang dengan konfigurasi seperti gambar berikut:

Gambar 2. Konfigurasi Fin Fan Air Cooler

Data historis Fin Fan ini menunjukkan masalah structure resonance. Sedangkan hasil bump test pada fin fan menunjukkan bahwa masing-masing memiliki frekuensi natural yang berbeda-beda. Umumnya, fin fan yang terletak dalam satu baris memiliki frekuensi natural yang sama.

Dari sejumlah cooler tersebut, beberapa diantaranya adalah fin fan cooler #25, #26 dan #27. Tiga unit dan ini terletak dalam satu baris dan dari hasil pengukuran diketahui memiliki nilai vibrasi yang tinggi, terutama pada point F1Y.

Tabel 1. Abbreviated measurement fin fan cooler #25, #26, dan #27

Dari Tabel 1 diketahui nilai vibrasi pada F1Y berbeda-beda. Pengukuran vibrasi pada fin fan menunjukkan adanya kerusakan bearing. Jika dilihat nilai vibrasi dan bentuk spektrumnya, dapat disimpulkan bahwa ketiga fin fan sama-sama memiliki masalah bearing fault.

Gambar 3.1. Spektrum Vibrasi Bearing Fault (Fin fan cooler #25)

Gambar 3.2. Spektrum Vibrasi Bearing Fault (Fin fan cooler #26)

Gambar 3.3. Spektrum Vibrasi Bearing Fault (Fin fan cooler #27)

Hasil bump test menunjukkan bahwa frekuensi natural ketiga fin fan tersebut berkisar 90-110 Hz. Ternyata frekuensi naturalnya berhimpit dengan frekuensi bearing fault.

Analisis dan Pembahasan

Maka dari itu, dapat diduga bahwa sebenarnya hanya salah satu fin fan saja yang mengalami bearing fault, namun karena bearing fault frequencies berhimpit dengan frekuensi natural maka fin fan yang bearingnya masih bagus ikut menglami resonansi dan mengalami vibrasi tinggi.

Gambar 4. Trend F1Y #25, #26, dan #27

Namun fin fan nomer berapakah yang mengalami kerusakan bearing? Manakah yang harus diganti bearingnya? Ketiganya sama-sama menunjukkan nilai vibrasi yang tinggi. Sejauh ini, ketika ditemui kasus serupa, maka keputusan yang diambil adalah ketiga Fan Cooler sama-sama diganti bearingnya.

Fin fan pertama yang dilakukan penggantian bearing adalah Fin fan #26, yang kemudian kembali dilakukan pengecekan vibrasi.

Gambar 5. Spektrum vibrasi fin fan #25, #26, #27 setelah dilakukan penggantian bearing

Dapat dilihat bahwa vibrasi tidak berubah, nilai nya tetap tinggi dan kemungkinan masalahnya masih ada.  Maka dua fin fan lain terpaksa harus diganti bearing-nya. Tim TVP kemudian mencoba untuk mematikan salah satu fan cooler dengan bantuan operator. Trial pertama, salah satu fin fan, yaitu #27, dimatikan. Hasilnya adalah sebagai berikut:

Gambar 6. Spectral vibrasi saat #27 mati

Gambar 7. Trend vibrasi saat #27 mati

Maka dapat diduga bahwa sebenarnya sumber vibrasinya adalah fin fan #27 (yang bearing-nya memang gagal). Rekomendasi baru pun diisukan untuk segera mengganti bearing #27. Adapun hasilnya adalah sebagai berikut:

Gambar 8. Vibrasi setelah bearing fin fan #27 diganti

Nilai vibrasi overall pada masing-masing fin fan adalah:\

Tabel 2. Overall vibrasi

Saran dan Kesimpulan

1. Sumber masalah sebenarnya adalah bearing problem pada fan #27.
2. Fin fan cooler tersebut diduga memiliki frekuensi natural yang berdekatan dengan frekuensi bearing. Akibatnya frekuensi natural dieksitasi oleh frekuensi bearing, mengakibatkan vibrasi tinggi.
3. Beberapa fin fan memiliki frekuensi natural yang sama, namun karena nomor 25, 26, dan 27 berada dalam satu baris, yang berarti terpasang dalam satu bank/beam, maka ketiganya akan saling memengaruhi lebih kuat dibanding fin fan lainnya.
4. Dugaan lainnya adalah factor beating, namun saat ini belum sempat dikonfirmasi.
5. Terdapat opportunity untuk menghemat maintenance cost (dalam hal ini bearing spare dan man-hour) dengan cara menambah prosedur konfirmasi terhadap bearing yang gagal, sebagaimana yang dilakukan tim sebelumnya. Diharapkan corrective action hanya dilakukan pada Fan Cooler yang benar-benar rusak.