DAMPAK VIBRASI MEKANIK TERHADAP KONSUMSILISTRIK MOTOR INDUKSI POMPA AIR PENDINGIN

Conny K. Wachjoei, Metius Zingiber Sianturi2Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung

email: cwachioe@gmail.com

Abstrak

Pompa air pendingin merupakan komponen pendukung fital pada pembangkit listik lenagaair (PLTA) sehingga pompa air pendingin hants bekerja optimal setiap saat. Penggerqkpompa qir pendingin dihasilkan melalui motor listrik. Pada sistem pompa air dengankqpqsitas besar besar, motor dan pompa air terhubung dengan poros kopling agar selalulurus (align) antar ke duanyo. Keausan pada beaing dan dudukan molor dqn pompa akibalpularan akan meningkatkan vibrasi mekanik. Energi mekanik yang dibangkitkan motor listrikke pompa air dipengaruhi oleh tingkot vibrosi mekanik yang timbul. Dampak vibrasi mekanikterhadap kinerja motor listrik kqpasitas I50 kll dicermati melalui studi kasus yang dilakukanpada Unit I PLTA Cirate. Metode pengamatan dilakukan melalui perangkat vibraliononqly.er terpqsqng dibandingkan dengan standar vibrasi mekanik ISO 10816-3 [j]. Danpakvibrqsi mekdnik terhadap umur mesin dan konsumsi energi listik didekati berdqsqrkanpendekatan empirik pada kondisi misalignment anlara motor dan pompa air fi1. Dampakvibrasi mekqnik terhadap umur mesin menunjukkan bahwa motor listrik masih dapatdioperasikan selama 15o,4 dari umur mesin normal pada kondisi vibrasi mekanik maksimumdengan total offset sebsesar 1.0 mm/s, Sedangkan dampak vibrasi mekanik terhadap konsumsienergi motor listrik meningkat sebesar 6,92 96 pada konsumsi energi sebesar 122 kLV padatotal offset vibrasi mekanik sebesar l,6l mm/s.

Kata hmci: mkalignmenL 'tibrasi mekonik, umur mesin, dan konsumsi listrik

PENDAHULUAN

PLTA Cirata merupakan salah satu PLTA yangsangat penting dalam mendukung beban puncaksistem kelistrikan Jawa-Bali, dan merupzLkan PLTAterbesar di lndonesia dengan kapasitaspembangkitan sebesar 1008 MW. Operasi PLTAsangat bergantung kepada ketersediaan air danperangkat sistem pembangkitan tenaga listriknya.Perangkat pendukung PLTA harus tetap dalamkondisi optimal agar PLTA dapat menyalurkantenaga listrik secara maksimal. Salah satu perangkatpendukung utama, seperti Cooling ll/ater Pump(CWP) harus beroperasi dengan baik untukmendinginkan oli pelumas (Thrust Beaing OilCooler, Turbine Guide Bearing Oil Cooler,Governor Oil Cooler), dan Genetalor Air Cooler.Pompa pada CWP dengan kapasitas sebesar 150 kWadalah tipe pompa sentrifugal yang dihubungkandengan motor listrik sebagai penggeraknya.Pengoperasian CWP ditakukan bersamaan denganprogram perawatan yang telah direncanakan.

Perawatan rutin dan perawatan khus'ts Qredictivemaintenonce dan proaclive mainlenance) bertujuanuntuk dapat mengantisipasi operasi optimal sistemPLTA.

CWP pada PLTA Cirata dirancang denganmenggunakan kopling fleksibel antara motordengan pompanya (Gambar l), sehingga dapatmeredam bila te{adi vibrasi mekanik.

204

Gambar l. CWP pada Unit I PLTA Cirata

I

- .:.i

Vibrasi pada motor dapat di akibatkan olehbebcrapa hal seperti misalignmet danIooseness. misalignment, yaitu ketika dua porosyang dihubungkan tidak lagi berada dalamdalam satu sumbu, sehingga akanmenimbulkan vibrasi yang lebih besar darivibrasi normal pada motor. Untuk itu akandibahas bagaimana hubungan antara, vibrasimekanik dan konsumsi energi listrik padamotor induksi pada CWP.

METODOLOGI

Secara visual vibrasi mekanik adalah gerakanbolak balik dari suatu mesin, yang dapat dirasadengan tangan atau oleh seluuh tubuh kita,yang dikenal sebagai getaran. Sebagai ilustrasi(Gambar 2), sebuah piringan yang sedangberputar pada tepinya ditempeli sebuahpemberat hingga unbalancet'1. Muku timbullahgaya sentripetal oleh pemberat tersebut, yangberusaha menarik piringan itu keluar darip erputarannya secara radial.

pada posisi positif maksimum dan negatifmaksimum kecepatan adalah nol. Pada posisigerakan melewati daerah netral kecepatanadalah maksimum. Dalam pengukuran vibrasikita hanya dapat mengukur kecepatanmaksimum atau disebtt peak velocity .

Acceleration (Percepatan vibrasi) adalahpercepatan gerak bolak balik pada suatuperiode waktu tsrtentu. Percepatan selaluberubah sepanjang j arak yang ditcmpuhnya,dimana maksimum pada saat displacementmencapai positif maksimum atau mendekatinegatif maksimum. Dalam pengukuran vibrasikita hanya dapat mengukur percepatan vibrasimaksimum atau disebtt peak acceleration.

Berdasarkan Standard Intemasional ISO10816-3, 2003F1, dampak kecepatan vibrasiterhadap kelayakan operasi motor listrikdiperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Dampak Kecepatan Vibrasi padaMotor

Salah satu penyebab terjadinya vibrasi mekanikadalah misalignment, yarl:') kondisi dimanaterjadi penyimpangan pada titik pusat antaradua poros yang dihubungkan (dua porosterletak tidak pada satu stmbtt). Misaligtmentterdiri atas tiga jenis yaitL: Offset/parallelmisalignment, Angular misalignment., &Combination misalignmentLal. Olfset/parallelmisalignment tefadi jika garis sumbu duaporos berputar sejajar tetapi tidak berada dalamsatu garis sumbu. Kondisi ini terjadi akibatkedua garis tengah antara poros tidak dalamkeadaan satu tmbu. Angular misalignmentterjadi jika poros pada kopling tidak segarisdan berpotongan membentuk sudut teficntu.

o

I

Gambar 2. Ilustrasi Vibrasi denganPiringan Hitam

(Sumber: PT PLN, Jasa diklat, 201 1)

Parameter vibrasi mekanik dibedakan dalam 3

kategori yaitu jarak vibrasi, kecepatan vibrasidan percepatan vibrasit2l, Displacement (Jarakvibrasi) adalah jarak yang ditempuh olchgerakan bolakbalik (getaran) pada suatuperiode waktu tertentu. Hal ini j ika mcnurutGambar 2 adalah jarak pergeseran titik putarpiringan karena gaya scntripetal, dalampengukuran vibrasi kita hanya dapat mengukurpeak to peak displacement, yaitu jarak daripositif maksimum ke negatif maksimum atausamadengan2xA.

Velocity (Kecepatan vibrasi) adalah kecepatangerakan bolak balik pada suatu periode waktutertentu. Kecepatan ini selalu berubahsepanjang jarak yang ditempuhnya, dimana

-- nilr+(4!.!!..-.* I dr*

!!ra,! I r.. r

E*".r*r*-*

205

0

B

o6';

!!* at- ,!

Sedangkan Combination misalignment te1adijika dua poros berputar tidak berhadapan.

Menurut kajian yang telah dilakukan olehPRUFTECHNIKT'I mengenai dampakmisalignment terhadap umur mesin dankonsumsi energi listrik, menjelaskan bahwaumur mesin akan berkurang sejalan denganmeningkatnya vibrasi mekanik (Gambar 4).Demikian pula konsumsi energi listrikmeningkat dengan kenaikan vibrasi mekanik(Gambar 5).

u|r00

r{

0.1035,nrn0,002'

1,2mm0.0t0'

,.t rsr0,!00'

Tq ttEalignmenl totat ot!at

Gambar 4. Damprk Misalignntent pad,aIImur Mesin

Dari Cambar 4 terlihat bahwa besamya vibrasimekanik lebih dari 2,5 mm akan berdampakpada penurunan umur mesin hingga O,5oh dariumur mesin normal.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengamatan dampak vibrasi mekanik padamotor CWP dicermati berdasarkan hasilpengukuran yang dilakukan pada bulanAgustus 201 l. Adapun titik pengukuandilakukan sesuai dengan yang digunakan olehPLN (ISO 10816-3, 2003), sebagaimanadiperlihatkan pada Gambar 6.

IIt

MIV

I

g

lE

d

MOTOR

;.tMOH

MOV

MIA

MIH

MIV

Pump In Horizonlo,

Pump In AridlPump Out lprienlalPump Oul Yetiral

PIH

PTV

PIA

POH

POV

Gambar 6. Karakteristik Vibrasi Mekanikpada Motor Pompa

Sumber: ISO 10816-3, 2003

Profil dampak vibrasi mekanik terhadapkonsumsi energi listrik pada setiap titikpengukuran diperlihatkan pada Gambar 7sampai dengan Gambar 1 1.

1l

:16

t]1

DI

u0

11E

116

llllllu0

Its

Ior5 lJ! l.to;"f

ambar 5. Dampak Misalignment padaKonsumsi Energi Listrik

Gambar 5 menunujukkan bahwa pcningkatanvibrasi mekanik sampai dengan 1,5 mm akanmeningkatnya konsumsi energi listrik hingga10olo sebagai rugi-rugi dalam menkompensasivibrasi tersebut.

qto 0.,' r{ *t I, t,t IG r,

3t557Ydodtt(mm/,

Gambar 7, Dampak Yibrasi Mekanikterhadap Konsumsi Listrik pada Titik MOH

206

Keteransan:

L4otor Out Ilolizontal

l4ot r Od tenical

fubtor In AridJ

ltlolo, In Holizonlal

.lt{olor In Yertical

u6

u4

t1)

u0

l1t

116

114

112

110

IG

tJ

i

I126

fl4

122

ln

3'oix5o111

112

110

ffi

I a at a

' ,

005 115 21533.5nhdtyh'r/,

a

)

0t13

0 05 115 22.5 3 3J,r{531vllldry (nm/')

Gambar 8. Dampak Vibrasi Mekanikterhadap Konsumsi Listrik pada Titik MOV

Gambar 9. Dampak Vitlrasi Mekanikterhadap Konsumsi Listrik pada Titik MIA

Gambar 11. Dampak Vibrasi Mekanikterhadap Konsumsi Listrik pada Titik MIV

Berdasarkan gambaran pada profil dampakvibrasi mekanik terhadap konsumsi daya listrikmenunjukkan bahwa te{adi kecenderunganpeningkatan konsums energi listrik akibatmeningkatnya vibrasi mekanik. Sedangkanberdasarkan standard ISO 10816 besarankecepatan vibrasi mekanik yang diperkenankanberkisar 1,25 kali kondisi normal. Disisi laintingkat kecepatan vibrasi untuk kapasitas motorukuran medium (15-300 kW) denganmenggunakan kopling fleksibel, sebesar 7,1

mm,/s dikategorikan pada kondisi vibrasipenyebab kerusakan. Cambaran opcrasi motorini menunjukkan bahwa vibrasi mekaniktertinggi pada MOH dan MIH yakni dalamkondisi C (short term operation) diperlukanperbaikan.

Dampak vibrasi mekanik berpeluangmengurangi umur mesin dan meningkatkankonsumsi energi listridrl. Dengan melakukannormalisasi data pengrkuran konsumsi cncrgilistrik dan vibrasi mekanik, maka dapatdiformulasikan pendekatan sebagaimanatercermin pada Gambar 3. Secara detil dampakvibrasi mekanik terhadap persentasi kenaikankonsumsi energi untuk setiap pengukurandiperlihatkan pada Gambar 12 sampai denganGambar 17.

atxt74

11)

1m

l1l

115

111

112

mffi

;

t*

u6

111

tn

lto

ml16

lllt12

toIts

t

o

Gambar 10. Dampak Vibrasi Mekanikterhadap Konsumsi Listrik pada Titik MIH

201

5189

EE

E

ro,o%

a.Mo

E6.@4.

CA

wo

2.e/o

o.0/o0 0.5 1

ofBet (mm)

Gambar 12. Normalisasi Dampak VibrasiMekanik terhadap Konsumsi Listrik pada

TitikMoH

Dari Gambar 12 pada offset tertinggi sebesar1,48 mm (titik kritis 1,5 mm) mengakibatkanterjadi peningkatan konsumsi energi sebesar7 ,70h.

Gambar 13. Normalisasi Dampak VibrasiMekanik terhadap Konsumsi Listrik pada

TitikMov

Gambar 13 dengan oflset tertinggi sebesar 1,45mm. didapat peningkatan konsumsi energilistrik relatif kecil sebesar 1,8%, hal inimenunjukkan bahwa dampaknya relatif kecilterhadap peningkatan konsumsi energi padatitikMov.

Gambar 14. Normalisasi Dampak YibrasiNlekanik terhadap Konsumsi Listrik pada

TitiKMIA

Pada Gambar 14 dampak vibrasi mekanik dititik MIA sebesar 0,77 menyebabkanpeningkatan mencapai 7 Yo.

Gambar 15, Normalisasi Dampak VibrasiMekanik terhadap Konsumsi Listrik pada

TitiK MIH

Gambar 15 menunjukkan bahwa pengaruhvibrasi mekanik di titik MIH samgat besarmencapai 1,61 mm (dalam kondisi kritis) yangberdampak terhadap peningkatan konsumsienergi listrik sebesar 6,92 Yo.

Gambar 16, Normalisasi Dampak VibrasiMekanik terhadap Konsumsi Listrik pada

TitikMIv

Dari Gambar 16 diperlihatkan bahwapeningkatan konsumsi energi sebesar 7,05 o%

(14 kW) akibat vibrasi mekanik sebesar offset0,9 mm.

Dampak vibrasi mekanik pada motor listrikakan sangat berpengaruh terhdap kinerjapompa, terutama bila vibrasi tinggi pada titikMIV dan MIH. Tingginya vibrasi mekanikpada MOH dan MOV menunjukkan bahwaperlunya perawatan dan perbaikan segeradilakukan.

Sejalan dengan dampaknya tehadap konsumsienergi listrik, umur mesin akan terdipresiasiakibat vibrasi mekanik (Gambar 17).

'aE

E

2.M"

t.5%

t.vo

o.5Yo

O-CP/6

o 0.5 1ofhet lmml

a%tiEa6%E

Fl%F -.,

o%

0.5 offsed{mm) 1.5 20

aoa

6%

.!vo

3r.

o%

%1o,5

ottsettmm)2

8%

6%

g2%

o%

'6E

E

2

oftset(mm)

208

1.5 2

1.5 2

'6E

E

1t)0

!0

0.1O05 mm ?.3,!rm

Gambar 17. Normalisasi Dampak VibrasiMekanik terhadap Konsumsi Listrik pada

Titik MIv

Gambar 17 menunjukkan bahwa vibrasimekanik pada kisaran offset maksimumsebesar 0,8mm sampai dengan 1,61 mmmenyebabkan mur mesin terdipresiasi dengankisaran O,8o/o-l,2o/o dari umur normalnya.

KESIMPULAN

Kajian dampak vibrasi mekanik tehadapkonsumsi energi listrik pada CWP Unit I PLTACirata menghasilkan beberapa temuan pokoksebagai berikut:

1. Operasi motor listrik pada CWP unit Imenunjukkan bahwa motor hanyadiperkenankan beroperasi dalam waktu pendek,kategori C (ISO 10816-3).

2. Dampak vibrasi mekanik pada titik MOH,MOV dan MIH bcrada pada kondisi kritis yaitupada kondisi ojlset di atqs 1,5 mm. Sehinggamotor beroperasi dengan boros energi yangmencapai 6,92Yo

3. Umur motor listrik CWP. bila tidak dilakukanperawatan, akan terdepresiasi sekitar 0,8%-1,2Y. dai umur normalnya. Hal tersebut akibatterjadi vibrasi mekanik pada kisaran offset

maksimum sebssar 0,8 mm sampai dengan 1,61

mm

DAFTAR PUSTAKA

PRLTTECHNIK, Effect of Mis al ignment,2013.(http ://www.pruft echnik. com./erValignment-systems/ali gnmentknowledge/effects-of-misalignment.html diaksestanggal 10 Mei 2013)

Laporan PT PLN Unit Pendidikan danPelatihan Suralaya, 2013.(http ://www. scribd. com/doc/670 1 8

008/TEORI-VIBRASI-OK diaksestanggal 5 Mei 2013)

Intemasional Standart ISO 10816-3, 2003,Mechanical vibrationmeasuremenls on non rotating partsFirst edition.

Wahdiat Deddy, 2005, Basic VibrationAnalysis Course prensentation PT.Tiara Vibrasindo Pratama.

Ulfiana Andi, 2010, Analisis PengaruhMisaligment Terhadap Vibrasi danKinerja Motor Induksi Depok,Universitas Indonesia.

209