Studi Kasus_Analisa Derating Pada PLTD

(1)

1 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT

STUDI KASUS

“Studi Analisa Penyebab Penurunan Daya Mampu (derating) pada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel “

Disusun oleh Yuliandra Syarial Nurdin ST MT, Mahasiswa Magister Teknik Mesin ITB – PLN Email ; yuliandra@pln-litbang.co.id, yuliandra1980@gmail.com

I. Pendahuluan I.1 Latar belakang

Dalam usaha penyediaan tenaga listrik di wilayah Indonesia, pembangkit listrik berbahan bakar minyak sering menjadi sorotan nasional karena dari segi operasional memerlukan biaya operasi yang relatif tinggi di bandingkan jenin pembangkit lain, dan kondisi ini didominasi oleh Unit Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Sejumlah Satuan Pembangkit Diesel milik PLN yang tersebar diseluruh wilayah nusantara telah mengalami derating, sehingga mengakibatkan daya yang tersedia tidak mencukupi untuk melayani kebutuhan penyediaan tenaga listrik. Pengelolaan PLTD dengan seksama oleh manajemen PT PLN, mutlak diperlukan agar aset dan performance, keandalan (reliability) dan ketersediaan (availibility) selalu dapat dipertahankan pada kondisi optimum sehingga biaya operasional tidak semakin tinggi.

Sehubungan dengan hal tersebut penulis membuat suatu kajian/analisa dalam bentuk knowledge sharing untuk menganalisa penyebab derating dari PLTD secara sistem sehingga kedepannya dapat diantisipasi untuk tindakan perbaikannya.

Knowledge sharing ini diharapkan dapat menjadi bahan masukan kepada pihak manajemen Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), untuk mengantisipasi lebih dini penyebab terjadinya derating, dan menentukan action plan perbaikan kedepan. Sehingga dapat mempertahankan dan meningkatkan kinerja unit pembangkit thermal (PLTD. Dan juga sebagai sebagai wahana pengembangan ilmu pengetahuan dan penelitian dalam bidang ketenagalistrikan.

I.2 Perumusan Masalah dan Metodologi.

Untuk mengetahui penyebab terjadinya derating pada PLTD, akan diidentifikasi dengan beberapa pertanyaan seperti berikut ini :

(2)

 Komponen apa saja yang dapat menyebabkan terjadinya derating pada PLTD ?  Pada masing-masing komponen, parameter apa saja yang dapat digunakan sebagai

indikator yang menunjukan indikasi penyebab derating ?

Komponen-komponen penyebab derating pada PLTD banyak sekali, tetapi secara umum dapat dikelompokan menjadi 3 bagian , yaitu :

1. Energi Awal (bahan bakar).

2. Komponen mekanik (prime mover). 3. Listrik ( generator).

Pada kajian ini, ruang Iingkup yang dianalisa sebagai sumber penyebab derating dibatasi, hanya pada komponen mekanik mesin itu sendin (prime mover). Selanjutnya untuk meng identifikasi masalah dan ruang lingkup kajian ini, penyebab terjadinya derating pada PLTD dapat dirumuskan sebagai berikut ini :

a) Apakah ada pengaruh sistem pembakaran terhadap derating? b) Apakah ada pengaruh sistem pendingin mesin terhadap derating?

c) Apakah ada pengaruh sistem pengisapan, pembuangan terhadap derating? d) Apakah ada pengaruh undersize crankshaft terhadap derating?

(3)

3 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT II. Kajian Literatur

Sesuai dengan ruang lingkup penelitian, teori yang dikaji adalah teori-teori yang relevan dengan penyebab derating pada PLTD.

II.1 Terminologi derating Daya terpasang :

Daya terpasang adalah besarnya kapasitas produksi terbesar (maximum capacity) yang dapat dibangkitkan oleh PLTD, tanpa dibatasi oleh kondisi mesin dan musim. Daya terpasang tersebut sesuai dengan yang tertulis pada " name plate " mesin.

Daya mampu :

Daya mampu adalah besarnya kapasitas produksi yang tersedia (availibility capacity) yang dapat dibangkitkan oleh PLTD, karena kondisi mesin maupun musim. Daya mampu tersebut biasanya dipikul oleh PLTD pada saat jam pelayanan beban puncak dan daya kritis.

Derating :

Derating adalah pengurangan produksi atau penurunan daya mampu yang dibangkitkan oleh PLTD karena kondisi mesin maupun musim, atau selisih antara daya terpasang dengan daya mampu. Berdasarkan kondisi yang dialami oleh PLTD, derating dapat dibagi menjadi 2 (dua) macam, yaitu derating sementara dan derating permanen.

II.2 Kesetimbangan energi

Sesuai dengan hukum termodinamika pertama (kekekalan energi), energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, hanya dapat berubah dari satu bentuk kebentuk energi yang lain. Terdapat suatu kesetimbangan antara energi masukan dan keluaran. Energi yang dimiliki oleh bahan bakar di dalam ruang bakar mesin selain menghasilkan daya mesin juga menghasilkan energi panas dan energi yang dibuang melalui gas buang,

lihat rumus di bawah ini :

Dimana : EBB = Energi bahan bakar W = Kerja mekanik mein

A = Panas yang diserap oleh sistem pendingin EGB = Energi gas buang

Berdasarkan analisa empiris heat balance pada mesin diesel, komposisi energi mulai dari energi yang dihasilkan oleh bahan bakar dapat diuraikan menjadi :

(4)

4 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT 1) Kerja Mekanik (41%).

2) Kerugian karena gas buang (30%). 3) Kerugian karena pendinginan air (21%).

4) Kerugian karena pendinginan minyak pelumas (oli) (5%)), 5) Kerugian karena radiasi (3%).

Gambar 2.1 Diagram Sankey untuk balance energi pada mesin diesel

Apabila daya mampu yang dibangkitkan suatu PLTD menurun (derating) hal tersebut sudah pasti disebabkan karena penurunan kerja mekanik. Bila terjadi penurunan kerja mekanaik, maka akan diiringi dengan peningkatan kerugian. Dengan demikian maka komponen peralatan yang menyebabkan peningkatan kerugian adalah merupakan penyebab menurunnya kerja mekanik atau penyebab terjadinya derating pada PLTD. Secara umum bagan konversi energi sebuah mesin-diesel dapat dilihat pada gambar berikut :

(5)

Pada PLTD, bahan bakar diumpankan ke dalam ruang bakar dan bercampur dengan udara sehingga terbakar, selanjutnya terjadi perubahan energi kimia menjadi energi panas. Energi panas yang terjadi tidak dapat semua digunakan untuk memutar poros engkol karena terdapat kerugian gas buang, pendinginan dan radiasi. Energi yang tersisa yang dikonversi menjadi tenaga sebut tenaga indikatif (indikatif horse power,IHP). Tenaga inilah yang menggerakan piston dan akan mengalami kerugian dalam mentrasmisikannya karena gesekan, pemompaan, dan lain-lain. Jumlah semua kerugian tersebut dikonversikan ketenaga dan disebut tenaga gesek (friction horse power, FHP). Energi yang tersisa adalah energi mekanis yang berguna, yang disebut energi efektif (brake horse power, BHP).

Efisiensi Mesin

Bila unjuk kerja mesin diindikasikan dengan istilah efisiensi (), dan ada lima macam efisiensi yang dapat didefenisikan sebagai berikut :

l. Efisiensi termal indikatif (indicated thermal efficiency), adalah perbandingan energi daya indikatif terhadap energi bahan bakar.



( ₎

2. Efisiensi mekanis (mechanical efficiency) adalah perbandingan daya efektif (daya yang dihasilkan) terhadap daya indikasi (daya yang mengerakan piston)



dan daya gesekan (friction horse pwer) :

fhp= ihp - bhp

3. Efisiensi termal brake (brake thermal efficiency), adalah efisiensi total yaitu perbandingan energi dalam daya brake terhadap energi bahan bakar.

 ( ₎ Dan   

(6)

6 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT 4. Efisiensi Volumetris

Keluaran mesin dibatasi oleh jumlah maksimum udara yang dapat diambil selama langkah isap karena hanya sejumlah tertentu bahan bakar yang dapat terbakar secara efektif dengan jumlah udara yang tersisa. Efisiensi volumetris adalah petunjuk kemampuan mesin dalam menghisap udara dan didefinisikan sebagai perbandingan udara aktual yang terhisap pada kondisi atmosfir terhadap volume langkah mesin. Efisiensi volumetrik dapat dihitung berdasarkan mass atau volume udara.



5. Efisiensi relatif atau perbandingan efisiensi adalah perbandingan efisiensi termal siklus actual terhadap siklus ideal.



II.3 Sistem bahan bakar

Sistem bahan bakar pada gambar 2.3, merupakan rangkaian komponen, tangki, filter, pompa supply, pompa injektor dan pipa saluran untuk dapat menyemprotkan bahan bakar ke ruang bakar dengan waktu (timing) dan jumlah yang tepat.

(7)

Gambar 2.4 Aliran sistem bahan bakar pada PLTD

Komponen - komponen sistem bahan bakar :

 Tangki bahan bakar berfungsi untuk menampung bahan bakar yang akan digunakan untuk proses pembakaran dalam mesin.

 Filter berfungsi untuk menyaring atau membersihkan bahan bakar dari kotoran-kotoran sebelum digunakan untuk proses pembakaran.

 Power supply berfungsi untuk menyemprotkan bahan bakar dari tangki penyimpan ke tangki harian atau langsung ke pompa injeksi melalui filter.

 Pompa injeksi berfungsi untuk memompakan dan menaikkan tekanan bahan bakar ke injektor (20 s/d. 30 kpsi). Parameter tekanan yang kurang tinggi akan mempengaruhi jumlah bahan bakar yang masuk kedalam silinder, hal ini menyebabkan kualitas pembakaran menjadi kurang sempurna. Biasanya ditandai dengan tekanan pembakaran yang lemah jika dibandingkan silinder lainnya. Fungsi lain dari pompa injeksi bahan bakar adalah sebagai pendingin dalam ruang bakar, volume bahan bakar yang kurang dapat menyebabkan temperatur mesin tinggi.

(8)

Prinsip kerja pompa injeksi jenis Bosch sesuai gambar 2.5 ;

 Saat plunyer melangkah turun, bahan bakar masuk ke ruang atas plunyer.

 Plunyer melangkah naik, menutup lubang masuk dan bypass mulai penyemprotan. Plunyer terus melangkah naik, bahan baker diatas plunyer bertekanan tinggi mernbuka katup penutup plunyer (livery valve) melalui pipa tekanan tinggi, bahan bakar menyemprot keruang bakar melalui injector.

 Ketika alur (helix) pada plunyer bertemu dengan tubang bypass, tekanan diatas plunyer hilang karena bahan bakar dibocorkan lewat bypass. Katup penyalur kembali tertutup rapat karena ada pegas, sehingga bahan baker yang ada didalam pipa saluran ke injector tidak bisa kembali ke pompa injeksi.

Gambar 2.5 Pompa injeksi Bosch

 Injektor : berfungsi sebagai alat injeksi dan pengabutan bahan bakar dalam silinder. Kualitas pengabutan yang kurang baik menyebabkan proses pembakaran yang terjadi tidak sempurna. Hal ini biasanya ditandai dengan temperatur exhaust yang tinggi, karena delay time menjadi lebih panjang, ada kemungkinan bahan bakar terbakar pada akhir langkah buang, sehingga bahan bakar terbakar disaluran gas buang. Prinsip kerjanya Injektor yaitu sbb :

1) Kekuatan/tenaga pegas F menekan jarum (needle) sehingga mentup ternpat dudukan jarum di nozzle. Bila pompa injeksi bekerja, tekanan bahan bakar (p) akan naik pada ruang nozzle dan mengangkat jarum keatas.

(9)

2) Jarum terangkat keatas sewaktu ada tekanan bahan bakar (p) selama waktu tertentu. 3) Setelah tekanan (p) turun, berarti proses injeksi bahan bakar selesai, maka jarum

bergerak kebawah untuk menutup.

 Injection valve, terdiri dari ;

 Sebuah nozzle (4) dan sebuah nozzle holder (1) dengan pegas beban untuk needle (5) diikat pada bagian bawah oleh tutup (cupment) (6).

 Tenaga pegas (7) dibebankan pada jarum lewat push rod (8). Dimana pengaturan beban tekanan pegas tersebut diatur oleh regulating screw(9).

 Pipa penghubung aliran bahan bakar (2) ditahan atau dirapatkan oreh grand (3) untuk menjaga dari kemungkinan bocor.

 Pendingin mengalir kedalam dan keluar injector rewat lubang pendingin yang ada di nozzle dan nozzle holder, untuk menjaga supaya tepat (presisi) maka dipakai dowel pin (10).

Gambar 2.6 Fuel injection valve

 Ruang bakar

Ruang bakar terdiri dari cylinder liner, piston dan cylinder head. Cylinder liner berpenampang lingkaran, di dalamnya terdapat piston (torak) yang dapat bergerak translasi secara bolak balik dengan leluasa, sedangkan pada cylinder head terdapat katup isap dan katub buang serta perlengkapan penyemprot bahan bakar (injector). Kerapatan gas dalam silinder dijamin oleh cincin torak yang bergerak translasi sesuai dengan gerakan torak itu

(10)

sendiri. Hal tersebut merupakan syarat utama untuk menjamin berlangsungnya proses pembakaran dengan sebaik baiknya.

Proses pembakaran pada ruang bakar mesin diesel 4 langkah mengikuti langkah-langkah berikut :

Prinsip kerja mesin diesel 4 langkah, bila gerakan piston telah mencapai 4 (empat) kali, maka putaran pena engkol terjadi 2 (dua) kali dan menghasilkan 1(satu) kali kerja [3].

Langkah-1 :yaitu langkah pemasukan, pada langkah ini kedua katub masuk membuka dan katub buang tertutup. Udara mengalir kedalam silinder.

Langkah-2 :yaitu langkah kompresi, pada langkah ini kedua katub masuk menutup, piston bergerak dari TMB ke TMA menekan udara yang ada dalam silinder. Sesaat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar diinjeksikan.

Langkah-3 :yaitu langkah ekspansi, pada langkah ini karena bahan bakar yang diinjeksikan kedalam silinder yang bertekanan tinggi maka terjadi pembakaran bahan bakar dan berekspansi menekan piston untuk melakukan kerja sampai piston mencapai TMB, pada langkah ini kedua katub tertutub.

Langkah-4 :yaitu langkah buang, ketika piston hampir mencapai TMB, katub buang terbuka dan katub masuk tetap tertutup. Ketika piston bergerak menuju TMA & gas sisa pembakaran terbuang keluar ruang bakar. Akhir langkah ini adalah ketika piston mencapai TMA. Siklus kemudian berulang lagi.

Kualitas Pembakaran

Kualitas pembakaran sangat tergantung pada timing penyemprotan, tekanan bahan bakar dan suplai udara untuk keperluan pembakaran.

a) Timing Penyemprotan Bahan Bakar

Gambar 2.7 menunjukan profil pembakaran dalam ruang bakar pada beberapa sudut penyemprotan .

 Jika sudut penyemprotan terlalu cepat akan menyebabkan parameter laju kenaikan tekanan pembakaran semakin cepat dan semakin tinggi tekanan pembakaran dalam silinder.

 Jika timing penyemprotan terlambat, maka waktu yang dibutuhkan bahan bakar untuk terbakar menjadi sempit, bahan bakar dapat terbakar pada knalpot atau saluran exhaust.

(11)

Hal ini sering terjadi sehingga menyebabkan pipa exhaust membara karena tinggi temperatur gas buang, sering sekali menjadi penyebab terjadinya derating pada PLTD.

Gambar 2.7 Profil tekanan pembakaran pada berbagai sudut penyemprotan

b) Timing Buka Tutup Katup ; ada 2 jenis katup pada setiap silinder, intake dan exhaust. Intake adalah sebagai saluran masuk udara segar, sedangkan exhaust sebagai saluran keluar gas buang hasil pembakaran.

Gambar 2.8 Timing buka tutup katup

Pada mesin 4 langkah terdapat 2 kali posisi piston pada Top Death Centre (TDC), atau lebih dikenal dengan posisi TMA.

 Pertama ; top pembakaran, yaitu pada saat katup intake dan exhaust sama-sama tertutup.  Kedua ; Top overlap, yaitu pada saat katup intake dan exhaust sama-sama terbuka. Pada

saat top overlap dikenal sebagai proses pembilasan. Proses ini sangat penting untuk mendinginkan temperatur dinding silinder, memang ada akibat yang harus ditanggung

(12)

bahwa adanya aliran udara yang terbuang, sehingga ada kemungkinan mesin kekurangan udara segar untuk proses pembakaran.

Untuk mendeteksi timing buka tutup katup tersebut dengan tepat dapat dilakukan pengukuran vibrasi pada silinder head. Pada hasil pengukuran vibrasi, waktu (timing buka tutup katup) akan dipetakan terhadap sudut crankshaft. Setiap kali katup menutup maka ada spike (lonjakan) pada grafik vibrasi akibat ketukan katup.

Gambar 2.9 Pengukuran vibrasi untuk mendeteksi timing buka tutup katup

II.3 Sistem pengisapan pembuangan dan Turbocharger

Pada setiap mesin, lubang isap dan buang terdapat pada cylinder head. Pada mesin-mesin yang bersilinder banyak, lubang-lubang isap dan buang dihubungkan satu sama lain, berturut-turut oleh Intake manifold dan Exhaust Manifold .

Kesempurnaan pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar sangat tergantung pada suplai udara pembakaran. Pada mesin diesel, laju aliran udara (tekanan dan volume) dapat ditingkatkan dengan pemasangan turbin yang digerakan oleh gas buang. Turbin tersebut berfungsi untuk mengurangi kerugian gas buang, karena dimanfaatkan untuk menambah laju aliran udara kompresor yang masuk ruang bakar sehingga bahan bakar akan terbakar lebih banyak dan efisien serta menghasilkan tenaga atau daya yang lebih besar, prosesnya disebut turbocharging dan pesawatnya disebut turbocharger. Dengan turbocharger tersebut 8-10% dari jumlah kalor pembakaran bahan bakar gas buang dapat diselamatkan .

II.4 Sistem Pendingin Mesin

Tujuan pendinginan pada mesin adalah untuk memperpanjang umur mesin, daya tahan, kondisi dan operasi mesin, terutama pada bagian-bagian mesin yang mengalami temperatur tinggi akibat panas pembakaran dan gesekan gesekan pada bagian-bagian yang bergerak dan

(13)

saling bersinggungan. Pada bagian atas silinder (cylinder head) merupakan bagian yang terpanas dan sebagian panas gas pembakaran itu dipindahkan secara langsung ke fluida pendinginnya. Sedangkan untuk bagian bawah silinder, perpindahan panas ke fluida terjadi secara tidak langsung melalui torak dan cincin-cincin torak. Jika pendinginan tidak dapat dilakukan dengan sebaik-baiknya, maka temperatur dari setiap bagian selinder akan naik. Keadaan tersebut akan mengakibatkan kerusakan dinding ruang bakar karena terjadinya tegangan termal, kerusakan katup-katup, puncak torak dan kemacetan cincin torak. Berdasarkan media pendinginnya, pendinginan mesin dapat dibedakan menjadi 2 (dua) bagian, yaitu :

1) Pendinginan dengan pelumasan, dimaksudkan untuk mendinginkan bagian-bagian mesin yang bersentuhan langsung, saling bergesekan, bergerak dan saling bersinggungan. 2) Pendinginan dengan air, dimaksudkan untuk mendinginkan bagian-bagian mesin yang

tidak bersentuhan langsung dengan bagian mesin yang bergerak, dinding cylinder liner, cylinder head, injector, katup isap dan buang.

Pada mesin diesel, sistem air pendingin secara umum dapat dibagi menjadi 2(dua) bagian, yaitu :

1. Raw water

Berfungsi untuk mendinginkan udara pembakaran dan minyak pelumasan (oli mesin).

Gambar 2.10 Sirkulasi pendingin raw water 2. Jacket water

Berfungsi untuk mendinginkan bagian-bagian yang mengalami temperatur tinggi. Namun pada mesin New sulzer Jacket water digunakan juga sebagai udara pembakaran.

Gambar 2.11 Sirkulasi pendingin jacket water

Radiator

Pump

Intercooler

Oil cooler

Expansion

Tank

Makeup

Water Tank

(14)

14 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT Komponen-komponen sistem pendingin air : 1) Thermostat

Dilengkapi peralatan Heat Control Valve yang berfungsi untuk mengatur aliran air pendingin ketika mengalami perubahan temperatur. Prinsip kerja thermostat :

 Pada saat mesin mulai dijalankan, thermostat kondisi tertutup (temperatur air pendingin mesin masih rendah). Sirkulasi air pendingin mesin sebagai berikut : Mesin water manifold - Thermostat - Water pump - intercooler - Mesin.

 Setelah temperatur air pendingin naik (temperatur tertentu), thermostat mulai membuka. Sirkulasi air pendingin menjadi: Mesin Water manifold Thermostat- Radiator Water pump- interooler- Mesin.

2) Charge Air Cooler (CAC)

Komponen yang befungsi untuk mendinginkan udara pembakaran. 3) Cooling Water Pump

Berfungsi untuk memompakan air pendingin mesin ke bagian-bagian mesin yang memerlukan pendinginan.

4) Radiator

(15)

15 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT III. Analisa dan Pembahasan

Untuk memudahkan menganalisa penyebab derating pada PLTD, dibuat paradigma jalur atau kerangka pemikiran seperti gambar 2.13 berikut ini :

Temperatur gas buang naik Exhaust manifold membara

Terjadi detonasi letupan

JCW Temperatur Trip

Lube oil temperatur trip

Kondisi air pendingin

Bearing temperatur trip

Vibrasi & Bising pada turbocharger

Crankpin journal dan atau main journal telah digringding undersize

Kebocoran air pada silinder head

Jam operasi telah melewati jam pemeliharaan

Umur > 10 tahun

Pembakaran Tidak Sempurna

Sistem air pendingin

Turbocharger

Undersize Crankshaft

Degradasi Material

(16)

16 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT Hipotesis ;

Penyebab derating pada PLTD diduga dengan beberapa hipotesis, berikut ini antara lain ; 1) Sistem air pendingin mesin kurang optimal.

2) Sistem pembakaran tidak sempurna.

3) Sistem pengisapan, pembuangan dan furfuharger 4) Undersize Crankshaft.

5) Kondisi material karena degradasi.

6) Poin 1 s/d. 5 secara simultan dapat berpengaruh terhadap derating.

Analisa ini didasarkan atas kerangka pemikiran gambar dan disesuaikan dengan hasil identifikasi dan pengelompokan indikasi penyebab derating, dengan uraian sebagai berikut ini :

a) Sistem air pendingin mesin

Penyebab derating tersebut adalah karena menurunnya kemampuan dari sistem air pendingin mesin. Bila kemampuan sistem air pendingin mesin menurun maka kemampuan untuk proses perpindahan panas akan menurun, sehingga terjadi overheating. Menurunnya kemampuan sistem air pendingin mesin dapat disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya :

 Rendahnya level coolant.

 Konduktivitas panas dalam jacket water menurun karena banyak deposit.

 Kerusakan pada thermostat, sehingga tidak dapat membuka.

 Buruknya aliran udara melalui radiator, mampet karena banyak kotoran

 Motor radiator tidak befungsi dengan baik

 Kebocoran-kebocoran pada tube cooler radiator

 Pompa air pendingin tidak berfungsi dengan baik.

Untuk mengetahui komponen peralatan yang mana penyebab utamanya, maka harus dilakukan pemeriksaan, kemudian dilakukan pemeliharaan sampai kerja sistem air pendingin mesin tersebut dapat optimal kembali.

Komponen peralatan yang harus diperiksa adalah : a). Thermostat

Kerja thermostat berfungsi normal apabila thermostat dapat membuka untuk mengalirkan air ke radiator, dapat dilakukan dengan sederhana, yaitu dengan menyentuh pipa keluaran thermostat ke radiator pada saat PLTD beroperasi. Kondisi pipa pada saat itu seharusnya

(17)

panas dan thermometer menunjukkan kenaikan temperatur, menunjukan bahwa thermostat sudah membuka dengan normal.

b). Kebocoran pada sistem pendingin

Kebocoran pada sistem pendingin mesin dapat saja terjadi diluar maupun didalam mesin atau pun pada radiator. Untuk mengetahui ada tidaknya kebocoran tersebut dapat dilakukan pemeriksaan visual pada pipa-pipa saluran air pendingin diluar mesin dan pada radiator atau penurunan level air pada expansion tank.

Seperti yang sering kita dapati di lokasi PLTD, tube cooler sudah kurang optimal karena dari sebagian dari tube telah disumbat karena bocor. Solusi untuk menanggulangi tube-tube cooler yang bocor harus dilakukan re-tubing.

c). Kipas dan motor radiator

 Pemeriksaan terhadap kipas-kipas radiator dan sistem proteksinya, sehingga jika terdapat salah satu kipas radiator yang trip dapat segera diketahui.

 Melakukan pengukuran terhadap nilai ampere motor-motor radiator untuk memastikan befungsi normal, bila sudah tidak berfungsi atau tidak normal maka harus segera diperbaiki atau diganti.

Fungsi radiator kurang optimal, karena beberapa motor fan radiator tidak berfungsi karena mengalami kerusakan (terbakar). Solusi untuk mengatasinya harus segera diperbaiki atau diganti dengan yang baru.

d). Pompa air

Melakukan pemeriksaan terhadap pompa air untuk memastikan berfungsi normal. Indikasi kenormalan dapat terukur dari nilai tekanan sirkulasi air pendingin, yang dilengkapi dengan sistem proteksi untuk memonitor tekanan air pendingin, sehingga jika terjadi kondisi yang tidak normal, segera terjadi alarm, untuk emergensi stop.

e). Radiator

Berdasarkan pengalaman teknisi pemeliharaan PLTD, penyebab terjadinya overheating adalah karena masalah pada radiator. Memburuknya penyerapan dan pembuangan panas pada radiator adalah karena sirip-sirip radiator terhalang dan dilapisi oleh debu dan kotoran-kotoran lainnya. Melakukan perbersihan pada sirip sirip radiator memang mengalami kesulitan, terlebih menyangkut kontruksi fin yang berlapis, sulit untuk dibesihkan dan

(18)

membutuhkan waktu yang cukup lama. Karena kesulitan pembersihan pada radiator dan jadwal pemeliharaan agak pendek, maka sering terlewati, sehingga walaupun telah dilakukan penggantian suku cadang dan pemeliharaan pada sistem yang lain, PLTD tetap mengalami derating.

Oleh karena itu pemeliharaan dan perawatan pada radiator (sistem pendingin mesin) harus dilakukan pada saat pemeliharaan Major Overhaul dengan waktu yang lebih panjang. Beberapa kesulitan dalam pelaksanaan pembersihan pada radiator antara lain :

 Konstruksi kisi-kisi radiator berlapis, dan pada bagian tengah tidak memungkinkan dilakukan pembersihan.

 Tube cooler lube oil kotor.  Tube cooler jacket water kotor.

 Pelaksanaan pembersihan cooler tidak memungkinkan karena jika unit distop maka pada sistem kelistrikan wilayah terjadi pemadaman/penambahan pemadaman.

f). Kuantitas air pendingin

Kuantitas atau banyaknya air yang diperlukan sebagai air pendingin mesin pada PLTD sudah tertentu, tergantung pada kapasitas produk PLTD tersebut. Bila kuantitas air pendingin tersebut tidak terpenuhi maka secara tidak langsung akan menpengaruhi daya mampu yang akan dibangkitkan oleh PLTD.

Pada beberapa PLTD, terjadinya penurunan daya mampu adalah karena kuantitas air pendingin yang diperlukan pada sistem air pendingin, tidak cukup, diantaranya : kuantitas air pendingin pada raw water kurang, karena sebagai sumber air pendingin yang digunakan pada PLTD tersebut diambil dan dipompakan dari Sungai/danau yang rentan terpengaruh oleh musim kemarau. Level permukaan air sungai pada mulut pipa isap (intake pipe ) menurun, maka debit air yang dibutuhkan untuk keperluan sistem air pendingin PLTD terganggu. Solusi mengantisipasi surutnya level sungai pada musim kemarau untuk kebutuhan air pendingin pada unit PLTD dapat dilakukan dengan memperpanjang pipa dan menempatkan mulut pipa isap (intake pipe ) lebih jauh dari tepi sungai (kearah tengah sungai).

Ada juga beberapa PLTD tersebut menggunakan sistem air pendingin dengan 1 cooling tower yang sama. Dengan menggunakan kapasitas hanya 1 (satu) cooling tower tersebut, maka air yang dapat ditampung pada cooling tower, kuantitasnya tidak mencukupi (terbatas) dan tidak mampu melakukan pendinginan tehadap Jacket Cooler Water ke tiga PLTD tersebut, sehingga PLTD tersebut mengalami derating.

(19)

Sebagai solusi sistem air pendingin pada PLTD tersebut, perlu penambahan cooling tower dengan kapasitas yang sesuai sehingga kuantitas air yang dapat ditampung oleh cooling tower sebagai pendingin Jacket Cooler Water pada ke 3 PLTD tersebut dapat terpenuhi.

f). Kualitas air pendingin

Baik atau buruknya sIstem air pendingin mesin pada PLTD juga tergantung kualitas air pendingin yang digunakan. Syarat air pendingin dalam mesin harus memenuhi standar kualitas sesuai dengan klasifikasi mesinnya. Beberapa parameter yang berpengaruh terhadap kualitas air pendingin adalah :

 Kandungan yang mempengaruhi derajat keasaman (pH) air, sepefti Sulfat, Nitrit, Ammonia, chlorida, dsbnya.

 Kandungan kesadahan seperti Calsium(Ca), Magnesium (Mg), dsbnya.  Kandungan Silika.

Adanya kandungan ion-ion tersebut dalam air menimbulkan masalah yang merugikan. Air yang derajat keasamannya tinggi akan mempercepat proses korosi pada pipa-pipa sistem pendinginan, dan bila tidak diantisipasi maka akan terjadi korosi, penipisan dan bocor. Sedangkan air yang kandungan kesadahannya tinggi akan menyebabkan kerak (scale) pada pipa sistem air pendingin, sehingga semakin lama kerak tersebut semakin tebal, dan mengakibatkan terjadi overheating karena perpindahan panas tidak optimal. Disamping itu juga kerak yang terbentuk berada pada elemen-elemen radiator akan menyebabkan penyumbatan sehingga proses pendinginan oleh radiator tidak optimal. Oleh karena itu kualitas air pendingin mesin perlu penanganan dan perhatian yang khusus sehingga dapat menghasilkan air pendingin yang lebih sesuai (standar) mesin.

secara umum dengan melihat kondisi dan masalah sistem air pendingin yang digunakan pada PLTD tersebar, solusi yang paling tepat untuk menanganinya adalah dengan cara pengolahan air pendingin.

Beberapa metode pengolahan air pendingin yang digunakan untuk sistem air pendingin mesin, diantaranya adalah :

i). Pengolahan air pendingin dengan metode inhibitur, yaitu penambahan bahan kimia kedalam system air pendingin, yang bertujuan untuk metarutkan kandungankandungan yang terdapat dalam air sehingga tidak menimbulkan korosi dan tidak membentuk kerak (scale). ii)' Pengolahan air pendingin dengan metode water treatment plant, yaitu bertujuan untuk mengatur keseimbangan kadar asam dan basa, sehingga tidak bersifat korosif dan tidak membentuk scale.

(20)

Salah satu metode pengolahan air dengan water treatment yang cocok digunakan di PLTD adalah metode ion exchanger dengan jenis water softener, karena biaya investasi dan biaya operasi tidak terlalu besar, pemasangannya cepat dan mudah serta air olahan yang dihasilkan memenuhi standar untuk digunakan sebagai air pendingin pada mesin-mesin PLTD.

iii). Pengolahan air sederhana, yaitu dengan cara membuat bak-bak pengendapan sebelum digunakan menjadi air pendingin, yaitu bertujuan untuk mengendapkan kandungan kandungan yang dapat membentuk korosi dan kerak. Dan untuk mengatasi masalah kerak yang sudah ada terbentuk dapat dilakukan dengan chemical cleaning terhadap sistem air pendingin mesin tersebut, yaitu dengan cara mensirkulasikan bahan kimia tertentu kedalarn system air pendingin secara kontinyu dalam waktu tertentu. Setelah dilakukan pembersihan kerak dengan chemical cleaning terhadap sistem air pendingin mesin tersebut, lalu gunakan air pendingin meiin dari hasil olahan.

b) Vibrasi dan bising tinggi pada Turbocharger

PLTD sering mengalami gangguan vibrasi dan bising tinggi pada turbocharger, sehingga daya mampu PLTD harus diturunkan, hal ini disebabkan oleh beberapa hal diantaranya adalah sbb :

 Blade turbin turbocharger banyak yang mengalami kerusakan, akibat terkena sepihan exhaust valve yang pecah.

 Bushing turbocharger mengalami over clearance.

Solusi untuk mengantisipasi dan tindakan perbaikannya adalah melakukan reblading pada blade turbo yang mengalami kerusakan (gompal), atau mengganti dengan turbocharger yang baru. Bila hal tersebut dibiarkan maka dapat mengakibatkan kondisi turbocharger lebih fatal dan derating PLTD akan semakin besar, karena tenaga penggerak kompressor pengisap udara akan semakin kecil. Disamping itu bila blade yang telah gompal mengalami retak dan patah maka patahannya dapat membentur blade yang lain sehingga kondisinya dapat semakin buruk (parah).

c) Pembakaran tidak sempurna

Temperatur gas buang naik dan berwarna kehitaman, exhaust manifold membara dan terjadi suara detonasi letupan, ini merupakan indikasi derating yang dialami pada unit PLTD, hal ini disebabkan karena didalam ruang bakar (Cylinder Head) terjadi pembakaran tidak sempurna, masih ada sisa bahan bakar yang belum terbakar dan terbuang melalui gas buang (temperatur

(21)

gas buang tinggi) dan terbakar pada exhaust manifold. Beberapa faktor yang dapat menyebabkan terjadinya pembakaran tidak sempurna pada ruang bakar, diantaranya adalah :

 Filter udara kotor, sehingga menghambat udara masuk (O2) yang diperlukan untuk pembakaran, sehingga terjadi suara detonasi letupan.

 Temperatur udara luar panas sehingga kerapatan molekul oksigen merenggang atau Charge Air Cooler (CAC) tidak optimum.

 Pengabutan bahan bakar pada nozzle kurang baik sehingga tidak semua bahan bakar terbakar diruang bakar, sisanya yang tidak terbakar terbuang bersama gas buang dan terbakar pada exhaust manifold mengakibatkan exhaust manifold temperaturnya menjadi tinggi dan membara.

 Timing penginjeksian dari nok pompa bahan bakar kurang tepat, terjadi penggeseran / penundaan penginjeksian bahan bakar, akhir dari peng-injeksian terlambat hampir mendekati pembukaan exhaust valve, sehingga sebagian bahan bakar tidak terbakar dan ikut terbuang dan terbakar pada exhaust manifold mengakibatkan asap berwarna hitam.

 Adanya kebocoran air pada cylinder head dan masuk ke ruang bakar sehingga memperlambat proses pembakaran.

Solusi untuk menanggulangi kejadian temperatur gas buang naik exhaust manifold membara dan suara detonasi letupan, dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :

 Melaksanakan pemeliharaan / pembersihan pada filter udara masuk.  Melaksanakan pemeliharaan pada sistem Cooler.

 Memperbaiki penyetelan timing injeksi bahan bakar.  Memperbaiki pengabutan bahan bakar dari Nozzle Injector.  Perbaiki kebocoran udara kompresi ( ring piston)

 Mengantisipasi kebocoran air pada ruang bakar.

d) Bearing temperatur tinggi

Bila bearing temperatur naik dari kondisi operasi normal dan secara keseluruhan bearing mengalami hal yang sama, hal ini dapat disebabkan oleh 2 faktor, yaitu sistem pelumasan mengalami gangguan atau Lube Oil Temperatur naik karena menurunnya kemampuan sistem pendinginan mesin tersebut.

Dapat juga terjadi karena tebal bearing yang terpasang lebih tebal dari bearing yang lain, sehingga clearance pada bearing tersebut terlalu kecil, berada pada batas minimum/normal clearance. Solusi untuk mengantisipasi dan tindakan perbaikannya adalah dilakukan

(22)

penurunan beban agar temperatur bearing tersebut tidak trip, dan pada saat pemeliharaan dilakukan penggantian bearing dengan ukuran yang sesuai.

e) Degradasi material

Degradasi adalah pengurangan atau menurunnya kegunaan (fungsi) material. Pada beberapa PLTD, pembebanan terpaksa dibatasi karena kondisi material telah mengalami degradasi, seperti kebocoran air pada cylinder head, exhaust valve, rocker arm aus dan retak yang dialami PLTD. Terjadinya kebocoran pada cylinder head, disebabkan oleh exhaust valve, rocker arm, dan silinder head yang seharusnya sudah diganti karena degradasi tetapi karena spare part pengganti belum tersedia, maka pembebanan pada PLTD harus diturunkan.

Terjadinya degradasi pada exhaust valve, rocker arm, silinder head, camshaft, exhaust manifold dan pada komponen yang lain dapat disebabkan karena beberapa hal diantaranya :

 Keausan.

 Kelelahan material (fatique).  Thermal cracking stress.  Corosion.

 Deformasi.

Disamping itu, degradasi material juga dipengaruhi deh pola operasi PLTD, bila pola operasinya PLTD sering start-stop atau PLTD sering black out, maka hal ini pun akan dapat mempercepat laju degradasi.

Selain penyebab diatas, kebocoran air pada silinder head dapat juga disebabkan karena retak akibat kesalahan pemasangan, misalnya :

 Pengikatan baut cylinder head (valve houshing) tidak seimbang.  Momen ikat baut tidak sesuai dengan instruksi buku manual.

Solusi tindakan perbaikan bila penyebabnya degradasi material adalah mengganti dengan sparepart yang baru dengan spesifikasi yang sama. Tetapi bila penyebab kebocoran air pada silinder head adalah retak karena kesalahan pemasangan, maka solusi untuk mengantisipasinya adalah:

 Menjaga keseimbangan ikatan baut pengikat cylinder head.

 Besar momen ikatan harus disesuaikan dengm instruksi buku manual.

 Mengkalibrasi pressure gauge jika pengikatan baut menggunakan hidroulik pressure.  Menjaga temperatur air pendingin pada JCW, tetap normal.

(23)

23 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT f) Undersize Crankshaft

Pada beberapa PLTD, bila crankshaftnya (crankpin journal atau main journal), telah di grinding undersize dengan ukuran undersize yang berbeda-beda, maka pihak manajemen PLTD mengoperasikan PLTD dengan pembebanan selalu lebih rendah dari pembebanan sebelum crankshaft di undersize, hal ini dilakukan karena ada kekhawatiran terhadap kondisi crankshaft akan patah. Berdasarkan buku panduan pemeliharaan mesin (PLTD) dan Service bulletin : ABC Engineering PTE Singapore, Grinding Techique Crankshaft, dan New Sulzer Diesel Undersize Bearings and Reconditioning of Crankshafts, tidak terdapat suatu kalimat yang menyatakan hubungan antara pengurangan diameter crankshaft (undersize) dengan penurunan daya mampu yang dibangkitkan, tetapi karena kekhawatiran tersebut maka pada pembebanan PLTD selalu dikurangi untuk menghilangkan kekhawatiran tersebut, maka perlu dikaji lebih mendalam hubungan antara pengurangan diameter crankshaft (undersize) dengan pengurangan beban.

g) Jam operasi PLTD melewati jam pemeliharaan

Berdasarkan buku standar pemeliharaan PLTD, SPLN No.20/SPLN/1976, jenis pemeliharaan PLTD telah ditetapkan berdasarkan jam operasinya, yaitu :

 Pemeliharaan Top Overhaul (TO), setelah jam operasi 6000 jam.  Pemeliharaan Semi Overhaul (SO), setelah jam operasi 12000 jam.  Pemeliharaan Major Overhaul (MO), setelah jam operasi 18000 jam.

Pada setiap jenis pemeliharaan tersebut sudah pasti dilakukan pembersihan, penyetelan dan penggantian suku cadang (spare part) karena telah mengalami degradasr. Bila penggantian tidak dilakukan maka PLTD akan tetap mengalami derating. Sebagai solusinya dilakukan pemeliharaan TO, SO, dan MO tepat waktu, dan penggantian suku cadang yang telah mengalami degradasi, sehingga keandalan PLTD dan ketersediaan tenaga listrik tetap terjamin.

(24)

24 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT IV Kesimpulan Dan Saran

Dari hasil tinjauan data dan analisa, dapat disimpulkan bahwa penyebab derating pada PLTD adalah :

a) Penurunan kemampuan sistem air pendingin mesin (penyebab yang paling dominan), hal ini disebabkan oleh salah satu atau beberapa hal, berikut ini :

 Rendahnya level coolant.

 Konduktivitas panas dalam jacket water menurun karena banyak deposit.  Kerusakan pada thermostat, sehingga tidak dapat membuka.

 Buruknya aliran udara melalui radiator, mampet karena banyak kotoran.  Motor radiator tidak berfungsi dengan baik.

 Kebocoran-kebocoran pada tube cooler radiator.

 Pompa air pendingin tidak befungsi dengan baik, dan lain sebagainya.

b) Vibrasi dan bising tinggi pada turbocharger karena blade turbo banyak yang rusak (gompal) akibat benturan serpihan exhaust valve yang pecah dan bushing turbocharger mengalami over clearance.

c) Pembakaran tidak sempurna, masih ada sisa bahan bakar yang belum terbakar dan terbuang melalui gas buang (temperatur gas buang tinggi) dan terbakar pada exhaust manifold.

d) Clearance bearing terlalu kecil, sehingga menimbulkan temperatur bearing naik.

e) Undersize crankshaft (crankpin journal dan atau main journal), yang telah mengalami undersize dengan ukuran yang berbeda-beda sehingga dikhawatirkan akan patah.

f) Degradasi material, penurunan kemampuan atau fungsi material, sehingga memerlukan penggantian.

g) Jam operasi PLTD sudah tinggi serta jam pemeliharaan terlewati dan ketidak-tersediaan sparepart pengganti. PLTD mengalami satu atau lebih penyebab dari pada butir (a) s/d (f) atau terjadi secara simultan.

(25)

25 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT Saran

Berdasarkan analisa dan kesimpulan di atas, untuk mengatasi terjadinya derating pada PLTD perlu dilakukan hal-hal berikut ini.

a) Pada saat pemeliharaan Major Overhaul (MO), melakukan pemeliharaan pada sistem air pendingin secara komprehensif dan tidak ada yang terlewatkan.

b) Melakukan pemeliharaan terhadap tube-tube cooler yang telah mengalami pengerakan dengan chemical cleaning atau sejenisnya.

c) Menjaga kualitas air sistem pendinginan mesin yang dilengkapi sistem pengolah air dengan metode yang sesuai.

d) Sebelum melakukan pemeliharaan, disiapkan spare part pengganti material yang telah mengalami degradasi.

e) Memisahkan kebutuhan ketersediaan listrik dan kebutuhan pemeliharaan mesin sehingga jadwal pemeliharaan TO, SO maupun MO dapat dilakukan tepat waktu, tidak terlewati oleh jam operasi mesin (PLTD). Sering terjadi karena kebutuhan tenaga listrik kritis, jam operasi mesin melewati jam pemeliharaan, sehingga kerusakan mesin menjadi lebih parah dan bahkan setelah terjadi gangguan yang fatal baru dilakukan pemeliharaan, akibatnya waktu dan biaya pemeliharaan menjadi lebih tinggi.

f) Perlu analisa kekuatan bahan terhadap crankshaft yang telah di undersize untuk membuktikan apakah crankshaft tersebut masih mampu pada beban penuh atau tidak.

(26)

26 Yuliandra Syahrial Nurdin ST MT DAFTAR PUSTAKA

 Ir. Astu Pudjanarsa, MT, Prof. Ir. Djati Nursuhud, MSME, Mesin Konversi Energi, Andi Yogyakarta; 2006.

 Prof. Dr. Wiranto, Arismunandar, Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi. Cetakan Kesepuluh, PT Pradnya Paramita, Jakarta; 2004.

 Drs. Boentarto, Mengatasi Kerusakan Mesin Diesel. Pustaka Pembangunan Swadaya Nusantara, Jakarta ; Puspa Swara, 2004.

 Garnida, PLTD dan Permasalahannya, Seminar Pembangkitan Tenaga Listrik Indonesia, PLN Kantor Pusat, 2002.

 Standar Jam Pemeliharaan PLTD, SPLN No. 20/SPLN/1976.

 Service Buletin : ABC Enginering PTE Singapore, Grinding Tshique Crankshafr, Wartsila Diesel (S) PTE. LTD, Singapore 2262, 1986.

 Service Buletin : New Sulzer Diesel Service Buletin, undersize Bearings and Reconditioning of Crankshaft, CH 8401 Wintefthur, Swizerland,1986.