BAB IV ANALISA KERUSAKAN MOTOR LP DRAIN PUMP

Transkripsi

1 BAB IV ANALISA KERUSAKAN MOTOR LP DRAIN PUMP 4.1 Gangguan LP Drain Pump PLTU Suralaya unit 1 pernah mengalami kegagalan motor induksi 3 phasa pada sistem LP drain pump seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.1, yang mengakibatkan pada tanggal 20 september 2010 Motor LP drain pump trip/stop tiba-tiba pada saat beroperasi.. Gambar 4.1 LP drain pump PLTU Suralaya unit 1 46

2 47 Adanya vibrasi yang tinggi pada sisi bearing menyebabkan terjadinya unbalance antara pompa dengan motor sehingga timbul gaya aksial yang besar ke arah rotor yang menyebabkan terjadinya eccentricity antara rotor dengan stator. Untuk mengetahui tingkat kegagalan pada LP drain pump baik dari segi pompa maupun motor induksi, maka dilakukan beberapa pengecekan yang meliputi analisa vibrasi, analisa IR thermography dan analisa MCSA (Motor Current Signature Analisys). Analisa dengan metode MCSA digunakan untuk menindak lanjuti kerusakan motor induksi 3 phasa dari hasil analisa vibrasi dan IR thermography. MCSA digunakan untuk mendeteksi kerusakan di sisi elektrik (electrical problem) dari sebuah motor induksi. Hasil uji vibrasi, IR thermography dan MCSA dapat diperlihatkan seperti dibawah ini : 4.2 Hasil pengukuran dengan metode Vibrasi Metode analisa vibrasi dilakukan sebagai langkah awal untuk mendeteksi kegagalan pada motor. Adanya indikasi vibrasi tinggi inilah yang dapat menyebabkan terjadinya eccentricity pada motor. Berikut hasil pengambilan data vibrasi yang dilakukan dua kali pada tanggal 20 september dan 19 oktober Hasil uji tes vibrasi tanggal 20 september 2010 Pengujian vibrasi ini dilakukan pada keadaan motor berbeban (Load) yang fungsinya untuk mengetahui sumber-sumber penyebab terjadinya kerusakan motor 3 phasa pada LP drain pump. Berikut hasil pengambilan data vibrasi pada saat motor dalam keadaan berbeban (Load) yang ditunjukkan dalam tabel 4.1 :

3 48 Tabel 4.1 Hasil Load test vibrasi tanggal 20 september 2010 LP DRAIN PUMP UNIT 1 DATE MEASUREMENT POINT Overall velocity RMS -(mm/s) MOTOR POMPA 1V 1H 1A 2V 2H 2A 3V 3H 3A 4V 4H 4A 20/09/ : Normal condition : Low condition : Medium condition : High / critical condition Dari pengambilan data vibrasi per tanggal 20 september 2010 dapat diketahui bahwa vibrasi yang paling tinggi (critical condition) terdapat pada sisi Horizontal inboard bearing pompa (3H) yaitu sebesar 7.76 mm/s dan sisi Horizontal outboard bearing pompa (4H) sebesar 4.52 mm/s Dari hasil pengambilan data vibrasi diatas, maka dapat direkomendasikan bahwa : 1. Perlu adanya pengecekan motor (kondisi rotor bar, winding) 2. Perlu adanya pengecekan grease pada bearing. 3. Perlu adanya pengecekan MCSA dan Thermography 4. Perlu adanya pengecekan pondasi dan penguatan struktur 5. Perlu adanya Re-alignment pada motor dan pompa Hasil tes uji vibrasi tanggal 19 oktober 2010 Pengujian vibrasi yang kedua dilakukan pada tanggal 19 oktober 2010, hal ini dimaksudkan untuk pengecekan rutin Predictive Maintenance (PdM) sebagai

4 49 langkah awal untuk mengetahui kesehatan pada motor 3 phasa. Pada pengecekan kali ini dilakukan dalam kondisi motor berbeban (Load). Berikut hasil pengambilan data vibrasi pada saat motor dalam keadaan berbeban (Load) dalam tabel 4.2 : Tabel 4.2 Hasil Load test vibrasi tanggal 19 oktober 2010 LP DRAIN PUMP UNIT 1 DATE MEASUREMENT POINT Overall velocity RMS -(mm/s) MOTOR POMPA 1V 1H 1A 2V 2H 2A 3V 3H 3A 4V 4H 4A 19/10/ : Normal condition : Low condition : Medium condition : High / critical condition Dari pengambilan data vibrasi per tanggal 19 oktober 2010 diketahui bahwa masih terdapat vibrasi (medium condition) pada inboard bearing pompa, antara lain pada sisi Vertikal (3V) sebesar 3.07 mm/s, Horizontal (3H) sebesar 4.23 mm/s dan Axial (3A) sebesar 3.19 mm/s. Sedangkan pada outboard bearing pompa, vibrasi terdapat pada sisi Vertikal (4V) sebesar 2.84 mm/s dan sisi Axial (4A) sebesar 3.25 mm/s. Hal ini memperlihatkan bahwa kerusakan motor 3 phasa pada LP drain pump salah satunya disebabkan karena adanya vibrasi dibagian mekanik pompa yaitu di sisi inboard bearing pompa dan outboard bearing pompa.

5 Hasil pengukuran dengan IR thermography Pengukuran temperatur pada motor dengan menggunakan metode IR thremography dilakukan untuk mendeteksi besarnya temperatur pada motor ketika motor beroperasi. Berikut hasil pengambilan temperatur motor dengan metode IR thermography yang dilakukan dua kali pada tanggal 20 september dan 19 oktober Hasil uji temperatur tanggal 20 september 2010 Uji IR thermography dimaksudkan untuk mengetahui temperatur motor 3 phasa pada saat kondisi motor abnormal yaitu sesuai dengan hasil tes vibrasi yang tinggi (critical condition). Uji IR thermography dilakukan pada saat kondisi motor tanpa beban (No Load). Hasil pengukuran temperature dengan metode IR thermography pada motor LP drain pump tanggal 20 september 2010 ditunjukkan seperti pada gambar 4.2 sebagai berikut ini :

6 51 Gambar 4.2 Hasil uji temperatur tanggal 20 september 2010 Dari pengecekan dengan metode IR termography yang dilakukan tanpa berbeban (No load) selama ± 2.5 jam menunjukkan bahwa temperatur pada sisi inboard bearing motor mencapai 94.9 C. Dimana untuk keadaan normal, temperatur motor hanya ± 50 C Hasil uji temperatur tanggal 19 oktober 2010 Pengecekan temperatur dengan menggunakan IR Thermography yang kedua dilakukan pada tanggal 19 oktober 2010, hal ini dimaksudkan untuk pengecekan rutin Predictive Maintenance (PdM) sebagai langkah awal untuk mengetahui kesehatan pada motor 3 phasa pada LP drain pump. Pada pengecekan kali ini dilakukan dalam kondisi motor berbeban (Load). Hasil pengukuran temperature dengan metode IR thermography pada motor LP drain pump tanggal 19 oktober 2010 ditunjukkan seperti pada gambar 4.3 sebagai berikut :

7 52 Gambar 4.3 Hasil uji temperatur tanggal 19 oktober 2010 Dari hasil pengecekan temperatur dengan metode IR termography yang dilakukan dengan kondisi motor berbeban (Load) selama ± 2.5 jam menunjukkan bahwa temperatur pada motor 54.4 C (relatif normal) 4.4 Hasil tes Rotor bar dan Eccentricity dengan MCSA Berdasarkan hasil rekomendasi pada pengambilan vibrasi pada tanggal 20 september 2010 dan hasil pengecekan temperatur yang tinggi maka selanjutnya

8 53 dilakukan pengujian tes rotor bar dan eccentricity dengan metode MCSA (Motor Current Signature Analisys) untuk mengetahui kesehatan motor. Hasil pengujian dengan metode MCSA pada motor 3 phasa LP drain pump dapat ditunjukkan pada tabel 4.3 dibawah ini : Tabel 4.3 Hasil pengujian Motor LP drain pump dengan MCSA MEASUREMENT POINT LOW AND HIGH FREQUENCY DATA LP DRAIN PUMP UNIT 1 TANGGAL 20/09/ /09/ /10/ /10/ /01/2011 Power Factor Current OK OK OK Ok Ok Voltage OK OK OK Ok Ok Load 86.7% 4.2% 62.6% 56.65% 69.80% Voltage-GND Ok Ok Ok Ok Ok Connection Ok Ok Ok Ok Ok Rotor RB questionable ( C:5 ) OK ( C:1) OK ( C:1 ) OK ( C:1 ) OK ( C:1 ) Stator OK OK OK OK OK Air Gap Static eccentricity OK OK OK OK Harmonic distortion OK OK OK OK OK Misalignment OK OK OK OK OK Bearing OK OK OK OK OK Bottom line Suspicious operation Abnormal indication OK OK OK Berdasarkan hasil pengujian MCSA pada motor LP drain pump dapat diketahui bahwa pada tanggal 20 september 2010 kondisi motor mengalami indikasi kerusakan rotor bar crack (rotor bar broken) dan terjadi static eccentricity.

9 Hasil Uji MCSA tanggal 20 september 2010 Berdasarkan hasil pengambilan data MCSA sesuai tabel 4.3 pada tanggal 20 september 2010 diatas maka dapat dilakukan analisis perhitungan sebagai berikut : a. Analisis rotor bar degradation (rotor bar broken) Analisis rotor bar degradation dilakukan pada low frekuensi untuk mengetahui tingkat kerusakan pada rotor bar. Spektrum arus pada domain low frekuensi dapat ditunjukkan seperti pada gambar 4.4 sebagai berikut : Gambar 4.4 Spektrum low frekuensi tanggal 20 september 2010 Untuk menghitung analisa rotor (broken rotor bar) terlebih dahulu kita menghitung besarnya frekuensi running speed dengan menggunakan persamaan 2.16 sebagai berikut : 60 /

10 55!! = 50 $% 3000() 60 / Setelah diketahui besarnya Frekuensi running speed sebesar 50 Hz, maka untuk mengetahui besarnya nilai frekuensi synchronous speed (frekuensi slip), digunakan persamaan 2.17, sehingga didapatkan hasil sebagai berikut : & = 2 ( ) *+, & = 2 ( $% 2 & = $% Dengan menghitung besarnya frekuensi running speed dan frekuensi synchronous speed (frekuensi slip) maka dapat ditentukan besarnya frekuensi sideband yang terjadi disekitar line frekuensi dengan menggunakan persamaan 2.15 yang besarnya :./ = (,./ = ( $% 50 $% ) ( = (0.232 $%) ( = $% Berdasarkan nilai frekuensi sideband sebesar Hz, maka dapat diartikan bahwa sideband yang muncul disekitar line frekuensi besarnya adalah : 7 89_<= = ) *+ ± *? / /,...(4.1) 7 89_< = $% $% = $%./_= = $% $% = $% Besarnya nilai frekuensi sideband yang muncul diantara line frekuensi dapat ditunjukkan pada gambar 4.5 sebagai berikut :

11 56 Gambar 4.5 Sideband low frekuensi tanggal 20 september 2010 Sedangkan untuk mengetahui indikasi kerusakan rotor bar (broken rotor bar) dapat dilihat besarnya penurunan (degradation) yang terjadi antara line frekuensi dengan frekuensi sideband. Penentuan ada dan tidaknya rotor degradation harus sesuai dengan tabel severity level chart yang ditunjukkan seperti pada tabel 2.1 Dengan membandingkan hasil analisa pada low frekuensi dengan tabel severity chart dapat dilihat bahwa degradation pada kurva spektrum bernilai db (gambar 4.6) sehingga dapat dikatakan bahwa motor LP drain pump tersebut teridentifikasi adanya kerusakan rotor bar (gambar 4.7) kondisi level tiga ( severity level C : 3)

12 57 Gambar 4.6 Indikasi rotor bar crack tanggal 20 september 2010 Gambar 4.7 Kondisi rotor bar crak pada motor LP drain pump Unit 1 b. Analisis static eccentricity Analisis static eccentricity dilakukan pada high frekuensi untuk mengetahui tingkat kerusakan pada sisi air gap motor. Spektrum arus pada domain high frekuensi dapat ditunjukkan seperti pada gambar 4.8 sebagai berikut :

13 58 Gambar 4.8 Spektrum high frekuensi tanggal 20 september 2010 Untuk menghitung analisa static eccentricity terlebih dahulu kita menghitung besarnya frekuensi running speed dengan menggunakan persamaan 2.19 sebagai berikut :! = () 60 /! 50 $% / Dengan menghitung besarnya frekuensi running speed maka dapat ditentukan besarnya frekuensi static eccentricity dengan persamaan 2.18 yang besarnya adalah sebagai berikut : D9D 2 22D 2 D1 E F G > H F ) G D9D 2 22D 2 D1 28 F 50 $% > H F $% D9D 2 22D 2 D $% > H F $%

14 59 Dimana nilai N adalah bilangan integer bulat, sehingga nilai dari masingmasing frekuensi static eccentricity yang timbul berdasarkan perhitungan adalah sebagai berikut : Frek. SE1 = 1400 Hz ± (1 x Hz) = Hz dan Hz Frek. SE3 = 1400 Hz ± (3 x Hz) = Hz dan Hz Frek. SE5 = 1400 Hz ± (5 x Hz) = Hz dan Hz Frek. SE7 = 1400 Hz ± (7 x Hz) = Hz dan Hz Besarnya nilai frekuensi static eccentricity yang muncul pada center frekuensi dapat ditunjukkan pada gambar 4.9 sebagai berikut : Hz Hz Hz Hz Hz Hz Gambar 4.9 Static eccentricity tanggal 20 september 2010 Dari spektrum static eccentricity pada gambar 4.9 dapat diketahui nilai frekuensi sideband yang timbul diantara center frekuensi (CF) yaitu :

15 60 Frek. SE1 = Hz Frek. SE2 = Hz Frek. SE3 = Hz Frek. SE4 = Hz Frek. SE5 = Hz Frek. SE6 = Hz Dari hasil perhitungan serta hasil spektrum arus pada high frekuensi yang besarnya nilai mendekati sama maka dapat dinyatakan bahwa motor induksi 3 phasa LP drain pump terindikasi adanya kerusakan pada static eccentricity. Untuk mengetahui perbandingan besarnya hasil perhitungan static eccenticity dengan nilai dari spektrum pada high frekuensi yang muncul dapat dilihat pada grafik 4.1 dibawah ini. Frequency september 2010 SE1 SE2 SE3 SE4 SE5 SE6 Spektrum ,5 1245,5 1546,9 1145,1 1647,4 Perhitungan 1349, , , , , ,16 Static eccentricity Grafik 4.1 Perbandingan static eccentricity tanggal 20 september 2010

16 Hasil Uji MCSA tanggal 19 Oktober 2010 Berdasarkan hasil pengambilan data MCSA sesuai tabel 4.4 pada tanggal 19 Oktober 2010 diatas maka dapat dilakukan analisis sebagai berikut : a. Analisis rotor bar degradation (rotor bar broken) Pengujian rotor bar dengan menggunakan metode MCSA yang kedua dilakukan pada tanggal 19 oktober 2010, hal ini dimaksudkan untuk pengecekan rutin Predictive Maintenance (PdM) sebagai langkah awal untuk mengetahui kesehatan pada motor 3 phasa pada LP drain pump. Pada pengujian kali ini dilakukan dalam kondisi motor berbeban (Load). Adapun spektrum arus pada domain low frekuensi dapat ditunjukkan seperti pada gambar 4.10 sebagai berikut : Gambar 4.10 Spektrum low frekuensi tanggal 19 oktober 2010

17 62 Untuk menghitung analisa rotor (broken rotor bar) terlebih dahulu kita menghitung besarnya frekuensi running speed dengan menggunakan persamaan 2.16 sebagai berikut :! = () 60 /! =! = 50 $% 3000() 60 / Setelah diketahui besarnya Frekuensi running speed sebesar 50 Hz, maka untuk mengetahui besarnya nilai frekuensi synchronous speed (frekuensi slip), digunakan persamaan 2.17, sehingga didapatkan hasil sebagai berikut : & = 2 ( ) *+, & = 2 ( $% 2 & = $% Dengan menghitung besarnya frekuensi running speed dan frekuensi synchronous speed (frekuensi slip) maka dapat ditentukan besarnya frekuensi sideband yang terjadi disekitar line frekuensi dengan menggunakan persamaan 2.15 yang besarnya adalah :./ = ! 6 (, 7 89 = ( $% 50 $% ) ( = (0.195 $%) ( = 0.39 $% Berdasarkan nilai frekuensi sideband sebesar 0.39 Hz, maka dengan menggunanakan persamaan 4.1 akan didapatkan nilai sideband yang muncul disekitar line frekuensi yang besarnya :

18 _<= ) *+ > *? / /, 7 89_< $% C 0.39 $% $% 7 89_= $% $% $% Besarnya nilai frekuensi sideband yang muncul diantara line frekuensi dapat ditunjukkan pada gambar 4.11 sebagai berikut : Gambar 4.11 Sideband low frekuensi tanggal 19 oktober 2010 Sedangkan untuk mengetahui indikasi kerusakan rotor bar (broken rotor bar) dapat dilihat besarnya penurunan (degradation) yang terjadi antara line frekuensi dengan frekuensi sideband. Penentuan ada dan tidaknya rotor degradation harus sesuai dengan tabel severity level chart yang ditunjukkan seperti pada tabel 2.1

19 64 Dengan membandingkan hasil analisa pada low frekuensi dengan tabel severity chart pada tabel 4.5 dapat dilihat bahwa degradation pada kurva spektrum bernilai (gambar 4.12) sehingga motor LP drain pump tersebut dalam kondisi normal level satu (severity level C : 1) Gambar 4.12 Rotor bar normal tanggal 19 oktober 2010 b. Analisis static eccentricity Pengujian static eccentricity dengan menggunakan metode MCSA yang kedua dilakukan pada tanggal 19 oktober 2010, hal ini dimaksudkan untuk pengecekan rutin Predictive Maintenance (PdM) sebagai langkah awal untuk mengetahui kesehatan pada motor 3 phasa pada LP drain pump. Pada pengujian kali ini dilakukan dalam kondisi motor berbeban (Load). Adapun spektrum arus pada domain high frekuensi dapat ditunjukkan seperti pada gambar 4.13 sebagai berikut :

20 65 Gambar 4.13 Spektrum high frekuensi tanggal 19 oktober 2010 Untuk menghitung analisa static eccentricity terlebih dahulu kita menghitung besarnya frekuensi running speed dengan menggunakan persamaan 2.19 sebagai berikut :! = () 60 /! 50 $% / Dengan menghitung besarnya frekuensi running speed maka dengan menggunakan persamaan 2.18 dapat ditentukan besarnya frekuensi static eccentricity yang besarnya : D9D 2 22D 2 D1 E F G > H F ) G 22D 2 D1 28 F 50 $% > H F $% D9D $% > H F $%

21 66 Dimana nilai N adalah bilangan integer bulat, sehingga nilai dari masingmasing frekuensi static eccentricity yang timbul adalah : Frek. SE1 = 1400 Hz ± (1 x Hz) = Hz dan Hz Frek. SE3 = 1400 Hz ± (3 x Hz) = Hz dan Hz Frek. SE5 = 1400 Hz ± (5 x Hz) = Hz dan Hz Frek. SE7 = 1400 Hz ± (7 x Hz) = Hz dan Hz Besarnya nilai frekuensi static eccentricity yang muncul pada center frekuensi dapat ditunjukkan pada gambar 4.14 sebagai berikut : Hz Hz Hz Hz Hz Hz Gambar 4.14 Static eccentricity tanggal 19 oktober 2010 Dari spektrum static eccentricity pada gambar 4.14 dapat diketahui nilai frekuensi sideband yang timbul diantara center frekuensi (CF) yaitu : Frek. SE1 = Hz Frek. SE2 = Hz Frek. SE3 = Hz

22 67 Frek. SE4 = Hz Frek. SE5 = Hz Frek. SE6 = Hz Dengan melihat hasil perhitungan serta hasil spektrum arus pada high frekuensi yang besarnya nilai static eccentricity tidak sama maka dapat dinyatakan bahwa motor induksi 3 phasa LP drain pump tidak terindikasi adanya kerusakan pada static eccentricity. Untuk mengetahui perbandingan besarnya hasil perhitungan static eccenticity dengan nilai dari spektrum pada high frekuensi yang muncul dapat dilihat pada grafik 4.2 dibawah ini : Frequency oktober 2010 SE1 SE2 SE3 SE4 SE5 SE6 Spektrum 1320,8 1420,4 1221, ,6 1619,6 Perhitungan 1350, , , , , ,025 Static eccentricity Grafik 4.2 Perbandingan static eccentricity tanggal 19 oktober Dampak gangguan Dari gangguan motor induksi 3 phasa pada LP drain pump unit 1 PLTU Suralaya, dampak langsung yang terjadi yaitu losses panas yang terbuang di

23 68 dalam LP Heater terutama pada beban diatas 50% MCR sangat besar. Apabila motor LP drain pump mengalami gangguan/trip, maka LP drain pump perlu di outservicekan untuk dilakukan perbaikan. Jika perbaikan LP drain pump tersebut bisa diselesaikan dalam waktu 10 jam/hari (tergantung tingkat kerusakannya) maka akibatnya kerugian yang terjadi adalah kurang efektifnya perpindahan panas pada LP heater 2 dan LP Heater 3 dapat dihitung sebagai berikut : Looses pada LP Heater 2 : Looses pada LP Heater 2 adalah looses (kehilangan) panas yang diserap oleh feedwater. Besarnya panas yang terbuang di LP heater 2 = Q out - Q in = (16, , ) kcal/hour = 1, kcal/hr Maka untuk menghasilkan panas yang terbuang diperlukan batubara sebanyak : Q = G x LHV, Jika nilai kalori batubara = 5300 kcal/kg 6 1,903 x10 kcal / hour G = = 359,06 kg/hour 5300kcal / kg Sehingga jika dihitung kerugian panas dalam rupiah adalah : = 359,06 kg/hour x Rp 400,-/kg = Rp ,-/hour x 10 jam/hari = Rp ,-/hari Looses pada LP Heater 3 : Sama halnya dengan LP Heater 2, looses yang terjadi pada LP Heater 3 adalah kehilangan kalor (panas) yang diserap oleh feedwater. Besarnya panas yang terbuang di LP heater 3 = Q out - Q in = (30, , ) kcal/hour = 3, kcal/hr

24 69 Maka untuk menghasilkan panas yang terbuang diperlukan batubara sebanyak : Q = G x LHV, Jika nilai kalori batubara = 5300 kcal/kg 6 3,472 x10 kcal / hour G = = 655,09 kg/hour 5300kcal / kg Sehingga jika dihitung kerugian panas dalam rupiah adalah : = 655,09 kg/hour x Rp 400,-/kg = Rp ,-/hour x 10 jam/hari = Rp ,-/hari Jadi biaya akibat panas yang terbuang selama 10 jam pada LP Heater 2 dan LP Heater 3 adalah sebagai berikut : Total biaya akibat looses kalor = Rp ,-/hari + Rp ,-/hari = Rp ,-/hari Biaya yang timbul diatas belum termasuk adanya biaya penggantian motor 3 phasa yang baru apabila diperlukan.