Balancing

           Sebelum berbicara tentang balancing ada baiknya kita tahu dulu mengenai unbalance / ketidak seimbangan pada suatu rotor yang menjadi alasan utama untuk dilakukan Balancing. Unbalance atau ketidak keseimbangan adalah pusat massa tidak sesumbu pada sumbu rotasi.

* Penyebab Unbalance :

1. Kesalahan ketika proses produksi ataupun perakitan
2. Adanya kotoran ketika proses pengecoran
3. Eksentrisitas komponen
4. Terjadi korosi atau erosi pada sebagian area
5. Terjadi bengkok (temporary bent dapat saja terjadi ketika rotor tersebut pertamakali di jalankan karena efek heating up khususnya pada steam turbine)
6. Distorsi geometri adanya beban thermal dan beban mekanik
7. Terjadi scaling/deposit

* Ciri - ciri unbalance bisa dilihat berdasarkan analisis spectrum, analisis waveform dan analisis data phase.

Analisis Spectrum :

• Amplitudo yang sangat tinggi di 1x RPM
• Rasio amplitudo antara pengukuran arah horizontal dan vertical besar (H/V < 3), kecuali pada kasus khusus yang memiliki kekakuan yang tidak simetris
• Amplitudo yang rendah 1x RPM di arah axial (kecuali pada kasus mesin overhung)

Analisa Waveform :

• Sangat sinusoidal, bentuk waveform simetrik setiap 1x RPM putaran poros

Analisa Data Phase :

• Beda fasa antara pembacaan horizontal dan vertical pada bearing yang sama adalah 90° out of phase (±30°)
• Fasa antara pembacaan horizontal atau vertical pada kedua bearing adalah In phase (±30°)
• Data fasa relatif stabil, perubahannya antara 15% - 20%

Jenis - jenis Unbalance :

1. Static Unbalance
2. Couple Unbalance
3. Overhung Unbalance

* Static Unbalance bisa diketahui dengan melihat ciri -  cirinya seperti ;

• Force unbalance akan berada pada phase dan steady
• Amplitudo yang disebabkan unbalance akan bertambah oleh hasil kali dari kecepatan (3x pertambahan kecepatan = 9x vibrasi yang lebih tinggi)
• Spectrum pada umumnya selalu didominasi oleh 1x RPM

Spectrum                                                                           Phase

        

Cara melakukan koreksi static unbalance bisa dilakukan dengan menempatkan pemberat / pembalance (balance weight) hanya pada satu bidang (satu plane) pada center of gravity dari rotor tersebut.

* Couple Unbalance bisa diketahui dari beberapa ciri - cirinya seperti berikut :

• phase yang cenderung mendekati 180° Out-of-phase pada poros yang sama, namun perlu diketahui bahwa mendekati perbedaan phase 180° seharusnya ada antara outboard dan inboard horizontal seperti outboard dan inboard vertical
• Spectrum pada umumnya selalu didominasi oleh 1x RPM
• Amplitudo bervariasi dengan hasil kali dari bertambahnya kecepatan
• Dalam kasus tertentu sering muncul juga vibrasi aksial yang tinggi seperti pada arah radial

Spectrum                                                                              Phase
           

Cara melakukan koreksi couple unbalance  membutuhkan dua bidang/dua plane untuk meletakkan pemberat (balance weight).
   
* Overhung Unbalance bisa diketahui dari beberapa ciri - cirinya seperti berikut :

• Vibrasi tinggi pada kedua axial maupun radialnya
• Pembacaan axial rata - rata tidak steady
• Sering pula muncul ciri - ciri seperti static unbalance maupun couple unbalance

Spectrum                                                                                   Phase

 

Cara melakukan koreksi overhung unbalance bisa dilakukan dengan menempatkan pemberat/pembalance (balance weight) pada satu bidang (satu plane)

Sekian sharing kali ini perihal pengenalan mengenai balancing. Mengenai cara melakukan koreksi unbalance dan macam - macam balancing akan di bahas di sharing berikutnya. Thanks for reading my article.

Silahkan baca juga ; Teori dasar mekanika fluida, Sistem kontrol pembangkit listrik, Masalah - masalah operasional umum pada gas turbine,

Governor

              Governor adalah suatu alat yang sangat fital sebagai pengendali pengoperasian pada Satuan Pembangkit (Turbine Generator ataupun Diesel) yang dapat diatur baik secara manual atau secara automatis dengan prinsip kerjanya adalah mengatur kecepatan pada putaran tetap (isochonous) dan pengatur beban secara automatis melalui Speed Droop, dengan mengatur jumlah Uap yang masuk pada steam chamber atau pemakaian bahan bakar fuel rack Unit Pembangkit (primover). Perlu kita akui bahwa sebagian besar dari kalangan pengelola Satuan Pembangkit maupun seorang teknisi yang melakukan trouble shooting beranggapan governor masih dianggap sebagai alat yang sakral untuk disentuh, sehingga sampai saat ini pemeliharaan governor sepertinya masih merupakan hak paten pabrikan melalui sub agennya, termasuk gangguan pada governor yang ringan sekalipun harus dikirim ke agen service station khusus, tentunya dengan biaya yang tidak sedikit, karena apa??? setiap governor yang bermasalah kita tidak pernah tahu alat apa yang rusak pada governor tersebut kita percaya apapun yang diinformasikan oleh servicer, selain itu petugas pemeliharaan kita selama ini masih sedikit sekali yang mau memberanikan diri mempelajari tentang governor tersebut, hal ini karena kurangnya dukungan dari Manajemen dalam memberikan kesempatan untuk mempelajari atau memberikan kursus tentang governor.Padahal apabila dipelajari via buku petunjuk, governor tidaklah serawan yang kita bayangkan selama ini untuk disentuh dan juga dibongkar sekalipun asal memang terlebih dahulu dipelajari dengan benar dari prinsip kerjanya, penyetelan-penyetelan, pemeliharaan, pengoperasian, serta pengenalan fungsi pada masing-masing bagian pada governor tersebut. Dalam pemeliharaan governor akan menjadi kendala apabila terjadi kerusakan pada bagian-bagian yang fital, karena selama ini berdasarkan pengalaman saya diskusi langsung dengan beberapa satuan pembangkit belum pernah mengadakan penggantian suku cadang governor yang dilakukan oleh petugas pemeliharaan secara langsung, paling tidak sebelum governor yang terganggu dikirim ke service station, terlebih dahulu sudah bida diidentifikasi kerusakan suku cadangnya, atau kalau perlu dapat diusahakan terlebih dahulu dengan memperbaiki dan mengganti suku cadang (kanibal) dari bagian-bagian governor type yang sama yang sudah tidak berfungsi lagi. Dengan kursus ini diharapkan dapat memberikan pengetahuan yang benar bagian mengoperasikan, memelihara, mengenal bagian-bagian secara menyeluruh tentang governor atau paling tidak dapat memicu keinginan petugas pemeliharaan untuk mengenal lebih jauh tentang governor guna menghindari karena tidak tahunya petugas tentang governor didalam pengoperasian sistem pembangkit menjadikan suatu penghalang atau penghambat dalam mengatasi maupun menganalisa masalah / gangguan yang terjadi pada sistem pembangkit tersebut.

Governor digunakan sebagai ‘interface’ antara turbin penggerak dan generator. Pengaturan putaran turbin sejak turbin mulai bergerak sampai steady state dilakukan oleh governor, jadi bukan diambil alih oleh governor. Fungsi utama pengaturan putaran ini adalah untuk menjaga kestabilan sistem secara keseluruhan terhadap adanya variasi beban atau gangguan pada sistem.

Ada dua mode operasi governor, yaitu droop dan isochronous. Pada mode droop, governor sudah memiliki “setting point” Pmech (daya mekanik) yang besarnya sesuai dengan rating generator atau menurut kebutuhan. Dengan adanya “fixed setting” ini, output daya listrik generator nilainya tetap dan adanya perubahan beban tidak akan mengakibatkan perubahan putaran turbin (daya berbanding lurus dengan putaran).

Sedangkan pada mode isochronous, “set point” putaran governor ditentukan berdasarkan kebutuhan daya listrik sistem pada saat itu (real time). Kemudian melalui internal proses di dalam governor (sesuai dengan kontrol logic dari manufaktur), governor akan menyesuaikan nilai output daya mekanik turbin supaya sesuai dengan daya listrik yang dibutuhkan sistem. Pada saat terjadi perubahan beban, governor akan menentukan setting point yang baru sesuai dengan aktual beban sehingga dengan pengaturan putaran ini diharapkan frekuensi listrik generator tetap berada di dalam “acceptable range” dan generator tidak mengalami “out of synchronization”.

Seperti halnya peralatan listrik yang lain, governor juga memiliki keterbatasan kemampuan. Parameter- parameter governor, seperti daya mekanik, gas producer, speed droop, dll… umumnya memiliki nilai batas atas dan batas bawah sesuai spesifikasi dari pabrik.

Governor's Isochronous

Silahkan baca juga ; - Sistem kontrol pada Pembangkit Listrik ( jilid 1 )              
                                        - Cara Pengoperasian Boiler                                    
                                        - Cara Mengoperasikan Turbine                                   
                                        - Alignment

Teori Dasar Mekanika Fluida

a.         Hukum Bernoulli

Pada aliran fluida inkompresibel satu dimensi (one dimensional incompressible flow) tekanan total (p_t) yang terjadi adalah konstan sepanjang aliran tersebut. Tekanan total adalah hasil penjumlahan dari tekanan statik (p_s) dan tekanan dinamik (p_d)

                                                                              p_t = p_s + p_d9

b.        Tekanan

            Tekanan total (p_t), tekanan statik (p_s) dan tekanan dinamik (p_d) bisanya dinyatakan dalam hubunganya dengan tekanan atmosfir yaitu tekanan absolut dan tekanan vakum (over pressure and depression)

c.   Hukum St. Venant

            Hukum Bernoulli hanya dapat diaplikasikan pada aliran inkompresibel (M ≤ 0.3). Saat aliran adalah kompresibel (M ≥ 0.3) missal aliran udara pada kecepatan supersonik, maka hukum St. Venant yang harus diaplikasikan untuk perhitungannya :

                                                          C_p.T + ½ ρ V² = konstan

                                                          dimana:

                                                          C_p = koefisien panas spesifik pada tekanan konstan

                                                          T   = temperatur absolut (^oC + 273)

                                                          C_p.T₁ = C_p.T₀ + ½ ρ V²      sehingga  T₁ = T₀ + ρ V²/ 2 C_p

                                                          Mach Number = M = Vi/20.05√ T₀

                                                          Rumus empiris = T₁ = T (1 + 0.2 M²)

d.        Aliran melewati tabung

            Pada aliran subsonik, aliran fluida/udara yang melewati tabung divergen (divergent duct) maka tekanan statik (p_s) akan naik dan kecepatan aliran V akan turun Sebaliknya aliran fluida/udara yang melewati tabung konvergen (convergent duct) maka tekanan statik (p_s) akan turun dan kecepatan aliran V akan naik.

e.         Jenis Aliran

            Pada aliran laminar vektor kecepatan pada setiap garis arusnya adalah sejajar. Kecepatan aliran bertambah secara bertahap mulai dari nol sepanjang dinding. Pada aliran turbulen, pada setiap garis arusnya terjadi gerakan yang tidak beraturan. Nilai Reynolds number (Re), tergantung dari kecepatan aliran, diameter tabung dan viskositas fluida 

f.         Laju Aliran

            Besarnya volume aliran tergantung dari luas permukaan S dan kecepatan aliran V : Q=S.V

Jika berat jenis aliran adalah ρ maka besarnya debit aliran menjadi Q=ρ.S.V

Dari perbedaan tekanan (ΔP) aliran masuk (upstream) dan aliran keluar (downstream) dan perbedaan luas penampangnya maka kita dapat menghitung kecepatan aliran sebagai berikut: V=K√ΔP, dimana K adalah koefisien yang nilainya tergantung dari harga massa spesifik fluida dan jenis aliran

Baca juga : - Kapitasi
                   - Sistem Kontrol Pembangkit Listrik

Sistem Kontrol pada Pembangkit Listrik ( Jilid 2 )

Konfigurasi Tandem Compound

                Untuk mengatur sistem pembangkitan listrik yang kompleks seperti yang pernah dibahas pada artikel sebelumnya "Sistem kontrol pada Pembangkit Listrik ( jilid 1 )", diperlukan sistem instrumentasi dan kontrol yang juga memadai. Sistem instrumentasi utama yang berhubungan langsung dengan generator dan turbin adalah sistem instrumentasi frekuensi dan sistem instrumentasi daya  . Sistem instrumetasi frekuensi diperlukan untuk mengukur frekuensi dari turbin dan generator. Dari hasil pengukuran frekuensi juga dapat diperoleh kecepatan putaran dari turbin dan generator dalam revolusi per menit (rpm). Pengukuran kecepatan pada generator menggunakan magnetic pickup. Magnetic pickup pada prinsipnya merupakan generator listrik AC dengan satu kutub. Generator listrik yang dipakai terdiri dari satu magnet dengan kumparan kawat tembaga pada kutubnya. Magnetic pickup dapat nmengukur frekuensi dari putaran turbin maupun generator memanfaatkan keberadaan dari fluks magnet pada magnet generator. Ketika suatu material magnetik mendekati kutub dari generator, fluks magnetik akan bertambah. Kebalikannya, ketika material magnetik menjauhi generator, fluks magnetik akan berkurang menjadi seperti semula. Gerigi dari gir yang berputar pada generator maupun turbin terbentuk dari material magnetik. Perubahan dari fluks magnetik akan menghasilkan tegangan AC ke kumparan kawat yang ada. Dari tegangan AC yang dihasilkan, dapat dicari frekuensi dari pergerakan turbin dan generator. Namun perlu diperhatikan bahwa bentuk gir an jarak antar gerigi gir juga perlu diperhitungkan dalam pengukuran.

Fluks Magnetik Berkurang

Sistem instrumentasi daya diperlukan untuk mengamati perubahan beban listrik pada generator serta menjadi bagian dari sistem kontrol steam turbine. Instrumen yang dipakai adalah load sensor. Load sensor menggunakan current transformer yang ditempatkan di dekat keluaran generator. Saat generator menghasilkan daya listrik, arus listrik AC akan mengalir dari generator dan menginduksi arus pada current transformer. Arus pada current transformer bersifat linear terhadap beban di generator

Perbandingan arus pada current transformer dengan beban generator

                Dengan adanya sistem instrumentasi, sebagian hal yang diperlukan untuk mengontrol sistem pembangkitan listrik sudah terpenuhi. Hal lain yang diperlukan untuk mengontrol sistem adalah aktuator. Aktuator yang biasa dipakai dalam sistem kontrol pembangkitan listrik adalah governor. Governor merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengatur kecepatan serta keluaran daya dari suatu mesin, turbin, maupun alat penghasil daya (penggerak utama) lainnya. Governor mendeteksi kecepatan atau beban dari suatu alat penghasil daya dan mengatur banyaknya bahan bakar atau steam (uap) yang perlu dialirkan ke alat penghasil daya untuk menjaga beban dan kecepatan dari penggerak utama pada nilai tertentu. Dengan pengaturan tersebut, suatu alat penghasil daya dapat digunakan untuk suatu keperluan berdasarkan keadaan tertentu. Jenis governor pertama adalah centrifugal governor. Centrifugal governor bekerja dengan memanfaatkan gaya sentrifugal untuk membuka atau menutup suatu valve yang berakibat pada perubahan besar aliran bahan bakar atau steam. Sekarang, governor telah berkembang menjadi dua jenis yaitu governor hidromekanik dan governor elektrik. Prinsip kerja kedua governor ini serupa, namun governor hidromekanik menggunakan sinyal hidrolik dan governor elektrik menggunakan sinyal elektrik.

                Agar dapat bekerja, suatu governor harus memiliki lima elemen utama. Kelima elemen tersebut adalah :

1.            Speed setting

Menentukan kecepatan yang tepat adalah suatu hal penting untuk meningkatkan kinerja penggerak utama. Maka dari itu, governor membutuhkan alat untuk menentukan kecepatan yang tepat. Pada governor hydro mechanical digunakan speed springer sebagai penentu kecepatan. Apabila gaya yang diterima speed springer semakin besar, maka semakin tinggi juga kecepatan yang dicapai. Sementara pada governor elektronik, arus dan tegangan dipakai untuk menentukan kecepatan. Semakin tinggi arus atau tegangan masukan maka semakin tinggi kecepatan yang dicapai

2.            Sensing speed

Untuk menentukan kecepatan, pertama-tama governor perlu menerima gaya yang sebanding dengan kecepatan awal dari penggerak utama. Gaya yang diterima ini akan menjadi referensi dari kerja speed setting. Pada governor hydro mechanical digunakan flyweight sebagai elemen sensing speed. Flyweight akan menerima gaya sentrifugal yang terjadi akibat rotasi yang disebabkan gaya aliran steam atau bahan bakar. Gaya aliran ini proporsional dengan kecepatan dari penggerak utama. Sementara pada governor elektronik digunakan instrumen vibrasi atau rotasi. Nilai frekuensi atau rotasi yang diperoleh akan menjadi dasar dari elemen speed setting

3.            Pembanding antara kecepatan aktual dan kecepatan yang diinginkan

Antara kecepatan aktual dengan kecepatan yang diinginkan perlu dilakukan pembandingan. Dari pembandingan ini, dapat dicari selisih dari kecepatan aktual dan kecepatan yang diinginkan. Apabila selisih kecepatan nol, maka kecepatan yang diinginkan dari penggerak utama telah tercapai. Apabila kecepatan aktual lebih besar dari kecepatan yang diinginkan, maka governor akan mengurangi bahan bakar. Sementara apabila kecepatan aktual lebih kecil dari kecepatan yang diinginkan, maka governor akan menambah bahan bakar. Pada governor hydro mechanical, kecepatan dibandingkan di thrust bearing. Sementara pada governor elektronik, kecepatan dibandingkan pada summing point.

4.            Aktuator pengatur masukan bahan bakar

Untuk menjaga kecepatan pada nilai tertentu yang diinginkan, diperlukan suatu aktuator untuk mengatur masukan bahan bakar. Baik pada governor hydro mechanical maupun governor elektrik, aktuator yang diapakai adalah valve. Namun sistem penggerak valve yang digunakan pada kedua governor berbeda. Pada governor hydro mechanical, sistem hidrolik dipakai sebagai penggerak valve. Pada governor elektrikal, sistem elektrik dipakai sebagai penggerak valve.

5.            Sistem stabilisasi penggerak utama

Kestabilan penggerak utama adalah salah satu hal yang perlu dicapai oleh governor. Untuk mencapai kestabilan tersebut, governor menggunakan sistem feedback. Sinyal feedback akan dikirimkan dari penggerak utama ke thrust bearing atau summing point dari governor. Sinyal feedback yang dikirimkan dapat berupa droop maupun kompensator.

                Apabila sistem instrumentasi serta aktuator untuk sistem kontrol pembangkitan listrik sudah terpenuhi, dibutuhkan metode- metode tertentu untuk sistem kontrol tersebut. Metode pada sistem kontrol pembangkitan listrik bersifat unik, karena tidak lazim dipakai pada sistem lainnya. Isochronous dan droop adalah metode kontrol yang umum dipakai pada sistem kontrol pembangkitan listrik. Pada metode kontrol isochronous, tidak terjadi perubahan frekuensi dari sistem apabila terjadi perubahan beban listrik. Sementara pada metode kontrol droop, perubahan beban listrik akan diikuti dengan perubahan frekuensi dari sistem. Apabila beban listrik bertambah maka frekuensi dari sistem akan berkurang sesuai dengan nilai persentase droop yang telah ditentukan

                Dengan penggunaan metode kontrol isochronous, valve akan terus bergerak untuk melakukan koreksi hingga frekuensi yang diinginkan tercapai. Kebalikannya, pada metode kontrol droop, valve akan berada pada posisi (bukaan) yang tetap yang telah ditentukan berdasarkan nilai persentase droop. Pada suatu sistem pembangkit listrik yang terdiri dari beberapa generator, metode kontrol isochronous dihindari karena dapat menyebabkan hunting. Hunting adalah keadaan dimana masing- masing generator yang terhubung dalam suatu jaringan berupaya untuk menyamakan frekuensi sistem. Adanya hunting dapat menyebabkan osilasi pada frekuensi sistem. Osilasi ini dapat terjadi akibat koreksi frekuensi yang menyebabkan terjadi overshoot. Governor akan berusaha menghilangkan overshoot dengan menurunkan frekuensi sistem, namun undershoot akan terjadi. Koreksi akan terus dilakukan governor hingga overshoot dan undershoot terus terjadi dan semakin kuat, sehingga mengakibatkan osilasi

Grafik metode kontrol isochronous

Grafik metode kontrol droop

Silahkan baca juga ; - Sistem kontrol pada Pembangkit Listrik ( jilid 1 )             
                                     - Cara Pengoperasian Boiler                                    
                                     - Cara Mengoperasikan Turbine Shinko                                   
                                     - Alignment