EVALUASI SPEKTRUM VIBRASI KERUSAKAN MISSALIGMENT SHAFT DAN NILAI INVESTASI BALANCING SHAFT PADA BOOSTER PUMP BFP

Transkripsi

1 EVALUASI SPEKTRUM VIBRASI KERUSAKAN MISSALIGMENT SHAFT DAN NILAI INVESTASI BALANCING SHAFT PADA BOOSTER PUMP BFP M. Denny Surindra Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Kotak Pos 6199/SMS, Semarang Telp , (Hunting), Fax Abstrak Bekerjanya booster pump menimbulkan gaya vibrasi. Gaya vibrasi yang berlebihan merupakan permasalahan kontak mekanik diantara elemen-elemen yang bergerak rotasional seperti akibat putaran shaft yang tidak center (missaligment), putaran dari massa yang tidak seimbang (unballance mass), dan juga karena kerusakan bantalan (bearing fault). Tujuan paper ini untuk mendapatkan nilai investasi balancing shaft agar didapatkan analisa perhitungan ekonomi yang menguntungkan tanpa menghilangkan unsur kehati-hatian. Disamping itu sebelum analisis ekonomi dilakukan, tahapan-tahapan investigasi terhadap semua aspek yang dapat menyebabkan vibrasi tinggi pada booster pump dilakukan kajian terlebih dahulu, dimana tahapan investigasi tersebut akan menemukan penyebab yang sebenarnya bagaimana dapat terjadi vibrasi yang sangat tinggi pada booster pump di sistem boiler feed pump. Metode penelitian dengan cara pengambilan data spektrum vibrasi sehingga didapatkan data vibrasi overall dan trending analysis, kemudian menentukan frekuensi vibrasi shaft dan mengukur balancing dengan run-out check. Untuk lebih memfokuskan pada akar permasalahan digunakan fish bone diagram. Penyebab vibrasi booster pump adalah shaft bending dengan bukti data test runout check. Perhitungan analisis NPV dan IRR menunjukan bahwa investasi balancing shaft lebih menguntungkan jika dibandingkan dengan penggantian shaft dan pembelian motor booster pump baru. Keyword: Spektrum vibrasi, Missaligment shaft, Booster pump, BFP. PENDAHULUAN Air pengisi boiler mempunyai dua sumber air pengisi atau air umpan yakni air kondensat atau uap yang mengembun yang kembali dari proses kondensasi di kondesoer dan air makeup (make up water) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses menuju hotwell pada kondensor. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan LPH, HPH, deaerator, economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan gas hasil pembakaran dan ekstraksi uap dari turbin, serta reheater sebagai pemanas ulang uap ekstraksi dari HP Turbin. Pada proses pengisian air di dalam steam drum dibutuhkan pompa yang disebut Boiler Feed Pump (BFP). BFP pada PLTU yang saat ini menjadi topik penelitian mempunyai 3 buah yaitu satu buah Boiler Feed Pump Motor (BFPM) dan dua buah Boiler Feed Pump Turbine (BFPT). BFPM digunakan padaa saat pembangkit start up karena kekuatan yang dihasilkan BFPM hanya 25% beban. BFPT memanfaatkan exhaust steam dari intermeadet Pressure turbine untuk kerjanya, dimana masingmasing BFPT mempunyai kekuatan 50% beban. Booster pump bersama dengan BFP berfungsi untuk menyuplai air ke dalam boiler secara kontinu dan menyuplai air ke attemperator pada superheater, reheater, dan turbin HP-bypass. Fungsi utama booster pump adalah meningkatkan tekanan inlet BFP dan memenuhi Net Pump Suction Head (NPSH) BFP. 18 Vol 10 No. 1 April 2015

2 Gaya vibrasi yang merusak dapat ditimbul dari permasalahan kontak mekanik diantara elemen-elemen yang bergerak rotasional seperti akibat putaran shaft yang tidak center (missaligment), putaran dari massa yang tidak seimbang (unballance mass), dan juga karena kerusakan bantalan (bearing fault). Gaya vibrasi tersebut akan berinteraksi satu sama yang lain untuk mentransfer energi gaya melalui elemenelemen mesin yang ada. Gambar 1. Boiler Feed Pump Motor Vibrasi yang muncul dapat menimbulkan kerusakan atau keausan serta deformasi yang akan merubah karakteristik dinamik sistem dan menyebabkan peningkatan energi vibrasi itu sendiri. Surindra, 2014 melakukan investigasi penyebab vibrasi yang sangat tinggi pada motor booter pump. Dengan data spectrum vibrasi untuk mengukur vibrasi yang dipasang pada motor booster pump, Surindra, 2014 mendapatkan nilai vibrasi outboard dengan posisi arah horizontal, vertikal dan axial. Untuk nilai vibrasi inboard dengan posisi arah horizontal, vertikaldan axial. Investigasi lebih lanjut ditemukan shaft bending yang dibuktikan pada data run-out yang tidak balance. Pemanfaatan data spectrum vibrasi juga dilakukan oleh Harjono, et al, 2013 pada bearing motor induksi agar dapat mengindikasi kerusakan motor tersebut. Indikasi awal kerusakan bearing ditandai dengan munculnya spectrum pada frekuensi ultrasonic dan lama kelamaan akan menuju ke frekuensi tingkat rendah apabila bearing sudah masuk dalam kategori rusak. Harjono, et al 2013 menyimpulkan bahwa pada tingkatan kerusakan bearing stage ketiga, perencanaan bearing untuk diganti harus dipersiapkan dalam waktu dekat. Penelitian dengan membangun pemodelan getaran mekanik telah dilakukan oleh Louhenapessy et al, Dalam laporan papernya Louhenapessy, et al 2010 mempunyai tujuan untuk membuat model ciri respon getaran teoritik dan eksperimental berbasis kerja gaya dari komponen dinamik pada reciprocating mesin. Metode yang digunakan adalah menganalisis gaya yang terakumulasi pada main bearing secara teoritik, melakukan rekonstruksi sinyal getaran eksperimental serta validasi. Pemodelan gaya melibatkan proses kompresi yang menyebabkan adanya gaya kompresi dan gaya inersia. Dalam papernya Lebold et al, 2010, telah mereview metode analisis vibrasi untuk diagnostik dan prognostik gearbox. Lebold et al, 2010 menyimpulkan bahwa ada banyak cara untuk memproses data vibrasi dengan tujuan CBM, tetapi yang penting adalah langkah persiapan secara detail harus distandartkan untuk memfasilitasi analisis getaran gearbox guna pembahasan diagnostik dan prognostik. Lebold et al, 2010, memberikan daftar yang mengungkapkan bahwa kebanyakan menggunakan peralatan visual yang tradisional dalam diagnostik dan prognostik gearbox untuk mempresentasikan signal parameter proses yang berpengaruh pada sinsitifitas. Oleh sebab itu harus ditingkatkan pengetahuan dan evaluasi performance peralatan visual dalam diagnostik dan prognostik gearbox untuk menguji dan menelusuri kerusakan. METODE PENELITIAN Problem vibrasi yang tinggi pada booster pump sudah terjadi dengan waktu yang cukup lama dan berkali-kali mendapatkan perhatian yang serius dari tim Vol 10 No. 1 April

3 engineer. Usaha untuk menyelesaikan permasalahan sudah dilakukan tetapi permasahan vibrasi masih muncul. Vibrasi tersebut menyebabkan getaran yang berlebihan, suara yang berisik dan panas. Untuk itu diperlukan metode untuk dapat menemukan permasalahan yang didukung dengan data pengukuran yang valid. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah memonitor kondisi booster pump dengan cara pengambilan data spektrum vibrasi sehingga didapatkan data vibrasi overall dan trending analysis, kemudian menentukan frekuensi vibrasi shaft dan mengukur balancing dengan run-out check. Untuk lebih memfokuskan pada akar permasalahan digunakan fish bone diagram. Berdasarkan hasil pengukuran CBM yang dilakukan oleh tim engineer terhadap booster pump BFP pada saat no-load test didapatkan hasil sebagai berikut : B-BFPTA - BOOSTER BFPT A OVERALL LEVEL MOH mm/sec M1P 484 G-s MOV mm/sec MIH mm/sec M2P 970 G-s MIV mm/sec MIA mm/sec Gambar 3. Spektrum Plot Data Motor Outboard Horizontal (MOH) Gambar 4. Spektrum Plot Data Motor Outboard Vertical (MOV) Sedangkan tampilan spektrum plot data yang memberikan gambaran vibrasi yang terjadi adalah sebagai berikut : Gambar 5. Spektrum Plot Data Motor Inboard Horizontal (MIH) Gambar 2. Spektrum Plot Data Motor Inboard Axial (MIA) Gambar 6. Spektrum Plot Data Motor Inboard Vertical (MIV) Pada route spektrum merupakan pengukur vibrasi overall atau vibrasi velocity dengan 20 Vol 10 No. 1 April 2015

4 satuan RMS (root-mean-square) untuk mengetahui kondisi umum kelayakan booster pump BFP. Trending analysis yang berupa kurva respon getaran diperoleh percepatan amplitudo hasil pengukuran dalam domain frequensi seperti terlihat pada data yang didapatkan. Dimana data tersebut memiliki sifat fisik dan dinamik pada posisi ukur outboard arah horizontal (MOH) dengan amplitudo mencapai 3,85 mm/detik. Adapun pada posisi ukur outboard arah vertikal (MOV) terlihat amplitudo mencapai 3,84 mm/detik. Untuk menganalisis kerusakan atau kesalahan pada komponen bantalan utama, maka pengukuran posisi ukur inboard arah vertikal (MIV) dengan amplitudo mencapai 3,742 mm/detik, sedangkan untuk posisi ukur inboard arah axsial (MIA) dengan amplitudo mencapai 8,259 mm/detik dan posisi ukur inboard arah horizontal (MIH) dengan amplitudo mencapai 3,401 mm/detik. High Vibration Motor BFPT A Bearing Failure Shaft Bending Unbalance Voltage Lossenes Bolt Shaft Bar Failure Unbalance Shaft Telah dilakukan penggantian bearing baru, namun masih vibrasi tinggi Dari hasil pengukuran run-out rotor, terjadi rotor bending Tegangan unbalance tidak terjadi setalah dilakukan pengukuran tegangan Setelah dilakukan pengecekan tidak ditemukan baut kendor Dari hasil pengamatan visual tidak ditemukan shaft bar yang bermasalah Berdasarkan data dari CBM, frekuensi untuk unbalance shaft tidak muncul Abnormal Kemungkinan penyebab vibrasi pada motor booster pump diidentifikasi seperti bearing failure, shaft bending, unbalance voltage, lossness bolt, shaft bar failure, shaft unbalance. Dari hasil diskusi dan ivestigasi dengan teknik menggunakan fish bone diagram agar dapat memfokuskan penyebab vibrasi, ditentukan bahwa permasalahn vibrasi motor adalah adanya rotor bending pada shaft booster pump. Hal ini berdasarkan pengukuran run-out motor pada Gambar 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Evaluasi potensial penyebab vibrasi Analisa penyebab kerusakan berupa vibrasi yang masih tinggi maka dilakukan identifikasi dengan membuat fish bone diagram sebagai berikut ini: Bearing failure CAUSE Overheating EFFECT HIGH VIBRATION MOTOR BOOSTER Looseness bolt Shaft bending Unbalance voltage Gambar 7. Fish Bone Diagram High Vibration Motor Booster BFP Fish bone diagram tersebut memandu untuk mendapatkan permasalahan sebenarnya. Sedangkan untuk time table berdasarkan IEEE bearing failure guide sebagai berikut: Gambar 8. Hasil run-out check shaft motor booster pump BFP. Penemuan shaft bending tersebut mendorong langkah investigasi selanjutnya untuk mendapatkan penyebab terjadinya permasalahan shaft bending. Untuk itu digunakan teknik fish born diagram yang fokus hanya untuk menyelesaikan rotor bending seperti yang terlihat pada Gambar 5. Tabel 1. Potesial penyebab kerusakan shaft motor BFP Detail Action to Confirm Result Cause Vol 10 No. 1 April

5 Missaligment Maintenance failure CAUSE Uneven heating Shaft Unbalance EFFECT SHAFT BENDING Gambar 9. Fish Bone Diagram High Vibration Motor Booster BFP Hasil investigasi penyebab kerusakan shaft bending didapatkan kenyataan sebagi berikut ini : 1. Maintenance dan perbaikan Pada saat pembongkaran dan pemasangan bearing pada motor, tidak ditemukan penyimpangan dalam penggantian bearing atau preventive motor karena telah sesuai dengan instruksi kerja. 2. Shaft Unbalance Berdasarkan data CBM tidak ditemukan adanya shaft unbalance. Frequensi yang diukur tidak menunjukan adanya rotor yang tidak seimbang. 3. Uneven Heating (Pemanasan tidak merata) Berdasarkan informasi yang didapatkan dalam investigasi pihak pemeliharaan listrik bahwa motor booster BFPT A pernah mengalami permasalahan yang serius pada shaft rotor di titik tumpuan bearing pada sisi inboard. Analisis kerusakan pada titik tumpuan tersebut disebabkan oleh karena bearing pada sisi inboard mengalami kekeringan karena pelumas habis tidak ada penambahan pelumas sehingga menyebabkan terjadi bearing stagnant. Bearing yang stag tersebut mengalami kontak mekanik yang menggesek terus menerus dan akhirnya mengakibatkan keausan pada shaft. 4. Missalignment Setelah dilakukan alignment pada motor dan pompa ditemukan missalignment, hal ini dibuktikan dengan hasil data alignment pada Gambar Solusi permasalahan Untuk menangani permasalahan vibrasi yang tinggi karena shaft bending pada booster pump maka dapat dilakukan beberapa alternatif kegiatan yakni: a. Penggantian motor baru b. Penggantian rotor baru c. Perbaikan rotor Dari alternatif kegiatan yang didiskusikan, perbaikan shaft menempati ranking pertama dengan prioritas biaya yang dikeluarkan terendah jika dibandingkan pembelian motor baru dan penggantian shaft baru. Persen gagal mempunyai persentasi dengan besaran yang sama yaitu 10% dikarenakan keyakinan penyelesaian masalah yang besar dari setiap alternative yang menjadi pilihan. Hal ini terlihat penilaian yang sangat subjektif tetapi dikarenakan kontraktor yang melakukan mempunyai pengalaman dan sebagai representative office dari motor booster pump yang digunakan sehingga keputusan seperti yang dituangkan dalam Tabel 2. Tabel 2. Alternative penyelesaian masalah Alternatif Pembelian Motor Baru Penggantian Rotor Baru Perbaikan Shaft % GAGAL COST (Rp) Expected Value Ranking Perbaikan shaft dengan melakukan balancing ini membutuhkan biaya investasi sebesar Rp ,00. Sedangkan untuk biaya preventive maintenance dan corrective untuk operasional setiap hari dibutuhkan biaya investasi sebesar Rp , Vol 10 No. 1 April 2015

6 Tabel 3. Biaya Preventive dan Corrective No Uraian Jumlah 1 BIAYA PREVENTIVE Preventive Material Grease (1 tahun) 4,800,000 Biaya Teknisi (2 orang/tahun) 1,200,000 2 BIAYA CORRECTIVE Material Bearing 21,000,000 Teknisi 4 orang (selama 7 hari) 4,200,000 Material umum dan Tools 3,500,000 Jumlah Total 34,700,000 Usulan untuk keputusan investasi perbaikan shaft tersebut memerlukan dukungan nilai Net Present Value (NPV) dan internal rate of return (IRR). NPV dan IRR ini dipergunakan untuk menilai profitabilitas rencana investasi sebagai metode nonkonvensional untuk mengevaluasi proyek perbaikan balancing shaft. Tabel 4. Social Opportunity Cost of Capital (SOCC) sebagai discount factor TAHUN CASH FLOW DISCOUNT FACTOR I=12% PRESENT VALUE OF CASH FLOW n F P/F; I,n P 0 75,000, ,000, ,700, ,982, ,700, ,662, ,700, ,698, ,700, ,052,477 30,396,022 NPV merupakan selisih antara pengeluaran dan pemasukan yang telah didiskon dengan menggunakan social opportunity cost of capital sebagai diskon faktor, atau dengan kata lain merupakan arus kas yang diperkirakan pada masa yang akan datang yang didiskontokan pada saat ini. Berdasarkan Tabel 4 maka besarnya NPV proyek adalah sebesar Dengan nilai NPV proyek positif, maka proyek harus diterima. IRR adalah merupakan indikator tingkat efisiensi dari suatu investasi. Suatu proyek/investasi dapat dilakukan apabila laju pengembaliannya (rate of return) lebih besar dari pada laju pengembalian apabila melakukan investasi di tempat lain (bunga deposito bank, reksadana dan lain-lain). Adapun nilai IRR yang didapatkan adalah sebesar 12 %. Penerimaan atau penolakan usulan investasi ini adalah dengan membandingkan IRR dengan tingkat bunga yang disyaratkan (required rate of return). Apabila IRR lebih besar dari pada tingkat bunga yang disyaratkan maka proyek tersebut diterima, jadi proyek balancing shaft dapat dilakukan, karena tingkat suku bunga diperkirakan sekitar 5 % sampai 6 %. 3. Analisa Resiko Risiko merupakan perpaduan antara probabilitas terjadi dan akibat yang ditimbulkan. Adapun kemungkinan identifikasi risiko pada kegagalan gas circuit breaker (GCB) sebelum dan sesudah balancing shaft adalah sebagai berikut : Tabel 5. Daftar resiko sebelum balancing rotor DAFTAR RESIKO Unit Kerja : Kegiatan/Proyek : HIGH VIBRATION MOTOR BOOSTER PUMP A : SEBELUM BALNCING Status SHAFT Risiko Sebab Akibat HIGH VIBRATION MOTOR BOOSTER PUMP Uneven heating & kesalahan finishing Deratin g Ratin g Akiba t Rating Kemungkina n 2 3 Level Risiko menenga h Sebelum dilakukan balancing shaft, probabilitas terjadinya kegagalan GCB besar. Tahapan ini memang terkesan subjektif tetapi berdasarkan pengalaman kontraktor dan kontraktor tersebut menjadi representatif resmi dari motor booster pump yang saat digunakan di pembangkit. Selain itu berdasarkan diskusi dengan tim engineer yang mengoperasikan pembangkit, sehingga tidak berlebihan menyajikan daftar resiko dan matriks resiko, karena inilah yang dipergunakan di lapangan. Vol 10 No. 1 April

7 Tabel 6. Daftar resiko setelah balncing rotor DAFTAR RESIKO Unit Kerja : Kegiatan/Proyek Status : HIGH VIBRATION MOTOR BOOSTER PUMP A : SETELAH BALANCING SHAFT Risiko Sebab Akibat KEGAGALAN GCB DC system abnormal Unit Trip Rating Akibat Rating Kemungkinan Level Risiko 1 2 rendah Setelah dilakukan balancing shaft diharapkan terjadinya risiko tersebut menurun. Berdasarkan Tabel 5 dan Tabel 6 diatas, dapat ditentukan perjalanan yang terjadi pada matrix resiko sebagai berikut : Tabel 7. Matriks Risiko Kegagalan GCB Risk Appetitte Risk Appetitte Risk Appetitte Berdasarkan matrik resiko tersebut diperlukan tindakan segera dalam waktu yang singkat. Adapun yang perlu dilaksanakan yaitu : a. Perbaikan shaft b. Review standard job untuk preventive maintenace (pemberian grease dan material grease). Hal ini ditetapkan dalam standart yang harus dikerjakan dengan dimasukan ke dalam prosedure standart preventive maintenance seperti dalam Gambar 10. Gambar 10. Standart prefentive maintenance KESIMPULAN a. Penyebab vibrasi booster pump adalah shaft bending dengan bukti data test runout check. b. Perhitungan analisis NPV dan IRR menunjukan bahwa investasi balancing shaft lebih menguntungkan jika dibandingkan dengan penggantian shaft dan pembelian motor booster pump baru. DAFTAR PUSTAKA Diwakar, G., Satyanarayana, M.R.S., Kumar, P.R., 2012, Detection of Gear Fault Using Vibration Analysis, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, ISSN , Volume 2, Issue 9, September Harjono, R. N., Sukmadi, T., Karnoto, 2013, Pemanfaatan spektrum vibrasi untuk mengindikasikan kerusakan motor induksi di PLTU indramayu 3x330 MW, Transient, Vol.2, No. 3, September 2013, ISSN: , 409. Louhenapessy, F., Ariana, I.M., Zubaydi, A., Masroeri, A.A., Suhardjono, 2010, Pemodelan Ciri Getaran Teoritik dan Eksperimental Berbasis Kerja Gaya pada Mesin Reciprocating, JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 12, No. 2, Oktober 2010: Vol 10 No. 1 April 2015

8 Martianis, E., Isranuri, I., Indra, 2012, Analisa Getaran Pada Pompa Sentrifugal Sistem Penyambungan Kopling Sabuk Untuk Monitoring Kondisi, Jurnal Dinamis, Volume II, No.10, Januari 2012, ISSN Surindra, M.D., 2014, Investigasi penyebab high vibration motor pada booster pump BFP system, Jurnal Eksergy, April 2014, pp. Vol 10 No. 1 April