BAB III PROSES PENGUJIAN APU GTCP36-4A 3.1 Teori Dasar APU Auxiliary Power Unit (APU) merupakan mesin turbin gas yang berfungsi sebagai supporting engine pada pesawat. APU tergolong dalam jenis turboshaft, yaitu turbin gas yang hanya menghasilkan daya poros saja, berbeda dengan engine pesawat yang menghasilkan thrust atau daya dorong. Daya poros ini digunakan untuk memutar kompresor dan menjalankan siklus Brayton pada APU. Selain itu, putaran poros juga digunakan untuk memutar generator sehingga dapat menghasilkan listrik selama engine belum menyala. Gambar 3.1 APU GTCP36-4A
3.1.1 Letak APU di Pesawat Terbang Gambar 3.2 Letak APU pada pesawat terbang APU GTCP36 4A Arti symbol GTCP36-4A menunjukkan bahwa APU tersebut adalah termasuk jenis Gas Turbine Compressor Power, artinya turbin gas yang mengompresi udara dan menghasilkan daya poros. Putaran poros ini dapat digunakan untuk memutar generator atau pompa. Sedangkan angka 36 merupakan kode yang menunjukkan kelas engine. Angka 4A menjelaskan bahwa APU tersebut adalah modifikasi dari APU GTCP36, dan juga menjelaskan aplikasi pemakaian APU tersebut pada pesawat terbang. aplikasi penggunaannya adalah pada pesawat Fokker-28.
3.1.2 Beban Kerja APU Gambar 3.3 Skema APU GTCP36-4A Secara garis besar, terdapat dua macam beban yang dikenakan pada APU, yaitu beban putaran (load) dan beban berupa udara yang dialirkan keluar dari bejana penampungan atau plenum. Udara yang dialirkan keluar ini disebut dengan bleed air. Beban putaran terjadi saat APU melakukan akselerasi untuk mencapai putaran operasional dari keadaan idle, sedangkan beban bleed air terjadi saat dibutuhkan suplai udara untuk menyalakan sistem-sistem tertentu yang dibutuhkan, misalnya bleed air untuk menyalakan engine utama, sistem anti-es, sistem pendingin kabin, dan sistem pneumatik.
3.1.3 Proses Kerja APU Gambar 3.4 Sistem Turbin Gas dan Bleed Air pada APU Gambar di atas menunjukkan sistem turbin gas dan saluran udara bleed air. Udara masuk dari saluran intake, kemudian dihisap oleh kompresor dan dinaikkan tekanannya setelah keluaar dari diffuser. Udara bertekanan tinggi ditampung dalam bejana bernama turbine plenum atau biasa disebut plenum. Udara dalam plenum dapat digunakan untuk pembakaran ataupun disalurkan untuk bleed air. Udara untuk pembakaran akan memasuki ruang bakar (combustion liner melalui lubang-lubang kecil pada dinding ruang bakar, sedangkan bleed air dikeluarkan dari plenum melalui katup Load Control Valve (LCV) menuju bleed air duct atau saluran udara. Jika LCV tertutup, semua udara dalam plenum digunakan untuk pembakaran. Sebagian udara memasuki ruang bakar, sedangkan sebagian yang lain mengalir di antara dinding dalam plenum dan dinding luar ruang bakar. Udara yang mengalir di antara dinding ini berfugsi untuk mencegah api pembakaran menjalar keluar dari lubang-lubang combustion liner.
Selain itu, udara yang mengalir di antara dinding-dinding juga berfungsi sebagai fluida pendingin. Setelah digunakan untuk pembakaran, gas buang dikeluarkan dari ruang bakar melalui saluran yang disebut torus. Fungsi torus adalah untuk mengarahkan gas hasil pembakaran menuju turbine nozzle. Udara yang melalui turbine nozzle ditingkatkan kecepatannya dan diturunkan tekanannya agar saat memasuki turbine wheel, udara berkecepatan tinggi tersebut dapat memutar sudu-sudu turbin. 3.1.4 Siklus Brayton Gambar 3.5 Siklus Brayton pada Turbin Gas Bagian utama dari sistem gas turbin pada APU adalah kompresor, ruang pembakaran,dan turbin. APU dinyalakan oleh motor starter elektrik, yang kemudian menyalurkan putaran motor melalui accessory gear train. Putaran diteruskan sehingga poros kompresor dan turbin dapat berputar dan kompresor mengompresi udara dalam jumlah besar. Udara disalurkan ke ruang pembakaran, kemudian bahan bakar ditambahkan dan campuran dinyalakan. Udara hasil pembakaran diteruskan menuju ke turbin sehingga mengalami ekspansi dan ditingkatkan kecepatannya pada saat melewati nozzle exhaust. Turbin mengkonversikan energi termal dan kinetik dari udara menjadi daya poros yang digunakan untuk memutar kompresor dan accessory gear train. Accessory gear train mereduksi putaran poros sehingga dapat memutar generator dan menghasilkan listrik untuk kebutuhan pesawat. 3.2 Komponen utama APU
1. Kompresor Kompresor yang digunakan pada GTCP36 4A adalah kompresor radial yang terdiri dari dua komponen utama, yaitu impeller dan diffuser. Impeller bergerak rotasional pada porosnya sehingga udara di antara sudu sudu impeller mengalir menjauhi pusat rotasi akibat gaya sentrifugal. Hal ini menyebabkan bagian tengah impeller memiliki kosong dan bertekanan rendah sehingga menarik udara dari lingkungan. Dapat disimpulkan bahwa impeller menghisap udara sekitar untuk memasuki sudu-sudu dengan kecepatan rendah, kemudian meningkatkan udara tersebut sebelum memasuki diffuser. Gambar 3.6 Impeller Diffuser berbentuk seperti saluran udara divergen yang mengelilingi impeller. Saat udara melalui diffuser, kecepatan udara akan menurun akibat efek divergen dari diffuser. Penurunan kecepatan akan berakibat pada peningkatan tekanan statik (persamaan Bernoulli). Selain itu, diffuser juga berfungsi untuk memastikan bahwa udara akan keluar dengan sudut yang tepat. Selama proses kompresi ini, temperatur udara meningkat dan dapat mencapai 400 F pada output diffuser.
Gambar 3.7 Compressor and Turbine Section 2. Turbin Turbin GTCP36-4A terdiri dari turbine wheel dan turbine nozzle. Turbine wheel berbentuk seperti impeller, namun terbuat dari material yang lebih memiliki ketahanan terhadap temperatur tinggi. Sebelum memasuki turbine wheel, udara memasuki suatu bagian yang mengelilingi turbine wheel, disebut plenum. Udara dialirkan menuju turbine nozzle yang meningkatkan kecepatan dan menurunkan tekanan udara. Kemudian, udara diarahkan ke turbine wheel sehingga mengakibatkan turbin berputar. Putaran turbin ini memutar kompresor yang terletak dalam satu poros dengan turbin sehingga kompresor dapat menghisap udara.
Gambar 3.8 Turbine Wheel dan Turbine Nozzle 3. Combustion section Pembakaran terjadi dalam ruang bakar yang disebut combustion liner. Combustion liner terletak di dalam plenum, sedangkan ujung pembuangan gas hasil pembakaran terletak dalam suatu bagian yang disebut torus. Torus disebut juga combustion collector, adalah suatu saluran yang berfungsi mengarahkan gas hasil pembakaran menuju ke turbine nozzle. Gambar 3.9 Perakitan Ruang Plenum
Proses pembakaran membutuhkan oksigen yang diperoleh dari suplai udara, yang disebut primary air. Sedangkan udara sisa, yaitu secondary air, mengalir sepanjang dinding combustion liner. Udara yang memasuki combustion liner bercampur dengan bahan bakar yang diinjeksikan dalam butir-butir kecil oleh fuel atomizer ke dalam combustion liner, kemudian sistem ignisi akan menyalakan campuran udara bahan bakar tersebut dan terjadilah pembakaran di tengah combustion liner. 4. Accessory drive Accessory drive terdiri dari kumpulan roda gigi yang mengkonversi kecepatan putar poros menjadi kecepatan tertentu untuk operasional pesawat, misalnya untuk memutar generator yang menyuplai listrik ke pesawat. Selain menghasilkan daya poros, APU juga dapat menghasilkan daya dalam bentuk energi pneumatik. Energi pneumatik dihasilkan dari udara yang dikeluarkan melalui suatu katup yang disebut Load Control Valve (LCV). LCV terletak di antara kompresor dan (LCV). kombustor. Saat LCV dibuka, maka sebagian udara dari kompresor akan keluar dan mengalir melalui duct atau saluran udara. Udara yang mengalir melalui LCV ini disebut bleed air dan digunakan untuk starter engine, sistem pendingin kabin, dan sistem pneumatik. Saat katup LCV dibuka, sebagian udara dari kompresor mengalir keluar. Hal ini menyebabkan udara yang diberikan ke ruang bakar berkurang sehingga daya dan putaran turbin akan menurun. Oleh karena itu, sistem penyaluran bahan bakar akan menambahkan bahan bakar sehingga turbin dapat mempertahankan kecepatan putar dan daya yang dihasilkan tidak berkurang. Hal ini dapat menyebabkan temperatur pembakaran meningkat. Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa penambahan beban dari pembukaan LCV akan mengakibatkan temperatur gas buang meningkat. Exhaust Gas Temperature (EGT) yang terukur tidak boleh melebihi batas yang diizinkan. Beban dari pembukaan LCV (beban bleed air) dimonitor oleh thermostat yang diletakkan di saluran exhaust turbin. Thermostat ini berfungsi untuk mengontrol lebar bukaan LCV agar EGT yang terjadi tidak boleh melebihi batas yang diizinkan. APU dapat menghasilkan daya poros saja, bleed air, ataupun keduanya sekaligus. Saat APU menyalurkan bleed air dalam jumlah besar, sedangkan beban poros dibutuhkan jumlah besar pula, maka thermostat akan mengatur bukaan LCV sehingga LCV akan
menutup dan mengurangi suplai bleed air agar EGT berkurang. Dengan demikian, jika dibutuhkan daya poros yang besar, maka bleed air yang disalurkan semakin sedikit. 3.3 Porses Pengujian APU Setelah mesin diperbaiki, harus dilakukan pengujian sebelum mesin dipasang ke badan pesawat. GMF AeroAsia memiliki fasilitas gedung pengujian untuk engine maupun APU yang disebut Test Cell. Gambar 3.10 Ruang pengujian APU di Test Cell Pengujian ini dilakukan untuk memastikan bahwa APU telah memenuhi standar dan layak terbang. Proses pengujian APU dilakukan dalam empat kondisi kerja APU, yaitu : 1. Run in idle, adalah kondisi saat APU dinyalakan pertama kali tanpa pembebanan. 2. Controlling, yaitu kondisi saat APU dinyalakan dengan pembebanan penuh dari bleed air flow dan dengan menguji controlling thermostat. Pada uji controlling ini, dilakukan pembebanan dengan cara membuka katup LCV sehingga bleed air dapat mengalir. Thermostat akan memonitor EGT yang terjadi dan mengontrol pembukaan LCV sehingga EGT yang terjadi tidak melebihi batas aman. 3. Zero load, yaitu kondisi saat APU dinyalakan tanpa pembebanan, dan setelah dilakukan penyesuaian thermostat dari hasil uji controlling. 4. Performance test, yaitu kondisi saat APU dinyalakan dengan pembebanan penuh setelah
dilakukan penyesuaian dari hasil uji controlling. Dengan demikian, operator akan mengatur pembebanan bleed air secara bertahap sampai pada pembebanan penuh, kemudian kinerja sistem kontrol diobservasi. Untuk mengetahui kinerja sistem kontrol pneumatik pada APU, dilakukan pengukuran terhadap EGT yang terjadi. Terdapat dua macam pengukuran EGT pada uji controlling, yaitu EGT engine dan EGT Test Cell. Pengukuran keduanya menggunakan thermocouple yang dipasang pada turbine exhaust APU untuk mengukur EGT engine dan thermocouple yang terpasang pada exhaust collector untuk mengukur EGT Test Cell. Batas EGT Test Cell adalah 1200 F, sedangkan batas EGT engine adalah ±30 F dari EGT Test Cell. Jika sistem kontrol bekerja dengan baik, maka EGT Test Cell yang terukur tidak boleh melebihi 1200 F. Namun jika EGT yang terjadi melebihi 1200 F, maka perlu dilakukan penyesuaian pada sistem yang mempengaruhi EGT tersebut, antara lain thermostat dan Air Pressure Regulator. prosedur pengujian Auxiliary Power Unit (APU) sesuai dengan standar yang dipakai oleh Test Cell GMF AeroAsia, yaitu standar Honeywell OHM 49-21-55, REV. 06; Nov. 30, 2000 (Doc. No. 13983).APU yang diuji adalah tipe GTCP36-4A dari pesawat Fokker-28. Pengujian dilakukan di ruang uji Test Cell GMF AeroAsia 3.4 Prosedur Pengujian APU Untuk pengujian APU, terdapat prosedur operasional standar (SOP/Standard) (Operational Procedure) yang harus dipenuhi.berikut ini adalah langkah-langkah untukmelakukan pengetesan APU di Test Cell : 1. Incoming Merupakan tahapan saat APU masuk ke Test Cell setelah menjalani perbaikan di engine shop. Pada tahap ini, dilakukan dua jenis pengecekan : a. Visual check Merupakan proses pengecekan APU melalui pandangan mata. Pada tahap ini dilakukan pengecekan terhadap kelengkapan ini, komponen yang terpasang dan pemasangan komponen tersebut. b. Document check Merupakan pengecekan dokumen yang dibutuhkan dalam pengujian APU,
antara lain : a. Release for Test documen, yaitu dokumen yang berisi izin untuk melakukan test dokumen ini dikeluarkan oleh Quality Assurance (QC). b. Job Card, yaitu dokumen yang berisi perintah kerja (engine work order) segala hal yang dilakukan terhadap APU tersebut dicatat pada job card. 2. Tahap persiapan Sebelum APU diuji, perlu dilakukan persiapan, antara lain pemasangan alatalat pada APU. Berikut adalah beberapa penjelasan mengenai tahapan-tahapan dalam proses persiapan : a. APU dipasang pada dudukan, kemudian diletakkan di ruang uji. Gambar 3.12 Pemasangan APU pada kedudukan di ruang uji b. Melakukan penyambungan APU dengan sistem suplai bahan bakar, yaitu dengan menyambungkan fuel boost pump, pressure regulator, shutoff valve, fuel filter, fuel flow meter, fuel solenoid shutoff valve, valve fuel inlet connection, fuel bypass valve, dan pressure gage untuk mengukur inlet fuel pressure. Sambungkan fuel bypass valve diantara koneksi high pressure fuel dan fuel inlet line agar dapat dilakukan kontrol secara manual pada kecepatan putar APU. c. Melakukan penginstalan sistem pelumasan, yaitu dengan cara melakukan menyambungkan pressure gage pada oil pressure connection dan menyambungkan indicator temperature pada temperature bulb. d. Menyambungkan sistem elektrik.
e. Menyambungkan sistem untuk pengukuran getaran mesin. f. Memasang saluran udara dan peralatan untuk mengukur laju aliran bleed air dan thermocouple untuk mengukur exhaust gas temperature (EGT). g. Selain itu, perlu dipersiapkan dokumen untuk mencatat hasil pengujian, antara lain log sheet, APU condition test sheet, engine planning data sheet APU test and preparation, dan APU test report. 3. Memastikan semua persyaratan untuk pengujian telah dipenuhi, antara lain : a. Mengecek semua saluran dan kabel telah terpasang pada tempat semestinya. b. Mengecek semua koneksi, polaritas, dan sambungan pada APU. c. Memastikan semua switch dalam posisi OFF. d. Mencatat barometric pressure. e. Mengecek sistem pelumasan, apakah sudah bekerja dengan baik dan mengecek persediaan pelumas di dalam oil tank. 4.Motoring Setelah APU terpasang dengan alat alat pada Test Cell, maka langkah berikutnya adalah melakukan motoring. Motoring adalah proses starter APU sehingga poros utama berputar, namun pembakaran tidak dilakukan. Proses motoring bertujuan untuk memastikan oil pump dan seluruh sistem pelumasan bekerja dengan baik. Selain itu, motoring juga berfungsi untuk melumasi seluruh bagian engine sebelum APU diuji. 5.APU test Berikut ini adalah prosedur pengujian APU secara keseluruhan yang meliputi empat tahapan pengetesan, yaitu Run in Idle, Controlling, Zero Load,dan Performance Test. a. Menyalakan APU, kemudian APU dibiarkan dalam kondisi idle. Catat data kondisi idle pada APU condition test sheet. b. Menyalakan APU dan meningkatkan kecepatan sampai 17760 rpm, kemudian APU dimatikan kembali. Nyalakan kembali APU sampai 32560 rpm kemudian matikan kembali. Nyalakan APU sampai 59200 ±100 rpm. Biarkan
selama tiga menit. c. Catat turbine bearing cavity pressure d. Catat accessory gearcase cavity pressure e. Catat kecepatan putar turbin f. Mengecek oil filter g. Mengecek setting Air Pressure Regulator, dengan prosedur : 1.) Saat APU beroperasi pada kecepatan putar idle, tekan tombol bleed valve switch untuk membuka Load Control Valve 2.) Secara perlahan dan bertahap, buka katup bleed-air shutoff valve untuk mencapai temperatur maksimum EGT Test Cell sebesar maksimum 1200 F. 3.) Lakukan pengaturan Air Pressure Regulator (APR) jika EGT yang terjadi melewati batas. 4.) Tutup katup bleed-air shutoff valve dan Load Control Valve. 5.) Biarkan APU pada kecepatan putar operasional selama kurang lebih dua menit. 6.) Shut down APU. h. Mengecek multispeed switch. i. Melakukan setting governor. j. Mengecek dan melakukan setting thermostat dengan cara: 1.) Menaikkan putaran mesin sampai kecepatan putar operasional, yaitu 59200 rpm ± 100 rpm. 2.) Tekan bleed bleed-air switch untuk membuka Load Control Valve (LCV) 3.) Secara bertahap, buka bleed-air shutoff valve sampai membuka air sepenuhnya. 4.) Biarkan selama dua menit agar APU stabil dan exhauset gas temperature (EGT) mencapai nilai stabil tertentu. 5.) Jika exhauset gas temperature (EGT) Test Cell di atas 1200 F, lakukan pengaturan thermostat, yaitu dengan memutar sekrup pengatur atau
menambahkan shim sesuai kebutuhan. Amati EGT yang terjadi setelah thermostat selesai diatur exhauset gas temperature (EGT) Test Cell harus di bawah 1200 F. 6.) Catat exhauset gas temperature (EGT) Test Cell dan exhauset gas temperature (EGT) engine. k. Mengecek Load Control Valve (LCV) dengan prosedur sebagai berikut : 1.) Pastikan kecepatan putar APU 59200 rpm ± 100 rpm. 2.) Tekan bleed-air switch untuk membuka load control valve (LCV). 3.) Secara bertahap, buka bleed-air shutoff valve sampai membuka sepenuhnya. 4.) Amati EGT Test Cell yang terukur untuk memastikan bahwa harga EGT Test Cell di bawah 1200 F. 5.) Tekan tombol bleed valve switch untuk menutup LCV pada APU. 6.) Tekan bleed valve switch ke posisi terbuka dan amati berapa waktu yang dibutuhkan load control valve (LCV) untuk membuka dan kembali menutup saat mencapai bleed load maksimum. 7.) Waktu atau rate LCV membuka dan menutup harus antara 7-10 detik. Jika rate LCV tidak berada dalam rentang tersebut, lakukan pengaturan pada sekrup LCV. Jika sekrup diputar searah jarum jam, waktu aktivasi LCV akan meningkat, demikian pula sebaliknya. l. Melakukan performance test dan mencatat hasil uji performa. m. Melakukan perhitungan untuk menentukan bleed air flow standard, bleed air pressure standard, bleed air temperature standard, dan fuel flow standard. 3.5 Troubleshooting pada Pengujian APU Pada pengujian APU, terjadi beberapa permasalahan, antara lain : 1. No light-off (tidak terjadi pembakaran). 2. Exhaust Gas Temperature (EGT) melebihi 1200 F, artinya fungsi pada APU tidak berjalan dengan baik. 3. Surge valve tidak membuka. 4. Kecepatan putar poros berfluktuasi di luar batas toleransi selama proses
pembebanan. Untuk mengatasi permasalahan di atas, maka selama pengujian, dilakukan perbaikanperbaikan, yaitu: 1. Mengganti exciter dengan yang baru. 2. Untuk mengatasi permasalahan pada sistem kontrol dan Exhaust Gas Temperature (EGT) yang terlalu tinggi, dilakukan tiga tindakan, yaitu : a. Mengganti thermostat sehingga APU dapat melakukan kontrol dengan baik saat EGT meningkat. b. Setting Air Pressure Regulator (APR) sehingga tekanan udara yang melalui Load Control Valve (LCV) tidak terlalu tinggi. c. Menambahkan dua lembar shim dengan ketebalan masing-masing 0.001. 3. Memperbaiki surge valve. 4. Mengganti LCV.