1. Diagnosa Performance Mesin Diesel(Rev)

PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN DIAGNOSA KINERJA MESIN DIESEL

Pendahuluan

Adanya tuntutan efisiensi di bidang penggunaan energi bahan bakar minyak, dalam

BPP ( Biaya Pokok Produksi ) pembuatan kWh pada SPD, bahan bakar solar

merupakan komponen biaya yang paling besar, yaitu diatas 66 %.

Menyiapkan SPD untuk melakukan perobahan pemakaian bahan bakar, dari solar ke

bahan bakar lainnya, seperti : MFO-nisasi, Gasifikasi, Biodiesel dan lainnya, agar tidak

terjadi penurunan performance yang signifikan

MANFAAT PERFORMANCE TEST SPD

Latar Belakang

Banyak SPD yang mengalami derating daya mampu, sehingga konsumsi BBM naik,

dan tentu BPP nya pun naik

Untuk melakukan up-grade / meningkatkan performance mesin agar dapat mencapai

seperti spesifikasi awal, memerlukan biaya yang sangat besar.

Contoh : Rehabilitasi, Oret-nisasi, dll

- Kesiapan cadangan daya pembangkit terbatas, bila ada SPD yang akan

direhabilitasi dan memerlukan waktu lama untuk tidak beroperasi.

- Kesiapan jumlah tenaga kerja / SDM yang minim untuk melakukan rehabilitasi

- Kondisi data tentang sejarah mesin saat ini.

- Data tentang data tertulis riwayat pemeliharaan / riwayat “kesehatan” SPD mulai

sejak awal beroperasi sangat minim.

- Standard / acuan : Factory test report dan Commissioning test di beberapa PLTD

banyak yang tidak lengkap

Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

1


Mesin merupakan benda yang “bisu dan tuli“ , untuk mengetahui kondisi kesehatan

mesin secara lebih akurat, maka diperlukan pengetahuan dan keterampilan, serta

kelengkapan alat ukur yang memadai untuk menditeksi kondisi, sebelum mengambil

langkah improvisasi

Solusi teknis

Perkembangan Teknologi memungkinkan untuk memonitor dalam melakukan up -

grade performance yang terukur, agar kondisi mesin menjadi selalu prima, dan

pemakaian bahan bakar ( sfc ) nya yang paling optimal sesuai spesifikasi awal.

Mendapatkan data yang presentatif, akurat, dan mudah untuk dianalisis sehingga dapat

digunakan sebagai pedoman bagi pengambil keputusan ( decision maker )

Melakukan “kaji hasil” ( verifikasi ) kegiatan improvement ( termasuk ) kegiatan

pemeliharaan routine dan periodik/overhaul )

Sehingga sebelum dan sesudah melakukan kegiatan Improvement/ Pemeliharaan

dapat terukur dan terarah hasilnya

Data hasil kegiatan diagnosa tersebut, juga digunakan untuk membantu mencegah

terjadinya kerusakan.

Kesimpulan

Efisiensi hanya mungkin dilakukan dengan menjaga agar kondisi mesin SPD tetap

yang selalu optimal, yaitu mendekati atau sesuai dengan desain awal nya

Kondisi yang optimal dapat diperoleh dengan menjalankan kegiatan pemeliharaan

yang tepat dan terukur, serta selalu dipantau hasil kegiatan pemeliharaan tersebut

Hal ini dapat dimungkinkan dengan selalu mengevaluasi performance mesin SPD

dengan menerapkan kegiatan analisisdiagnosa SPD secara periodik / routine


2


PROSES KERJA MESIN DIESEL 4 LANGKAH

Diagram P - V Motor Bakar 4 Langkah

Titik Mati Atas-Awal Langkah Isap

Udara Masuk


3


Awal Langkah Kompresi

Akhir Langkah Kompresi, bahan bakar di-injeksi kan


4


Titik Mati Atas (Combustion)

Kenaikan Tekanan Akibat Proses Pembakaran


5


Langkah Kerja (Ekspansi)

Titik Mati Bawah


6


Langkah Buang (exhaust)

Akhir Siklus


7


DASAR – DASAR ANALISIS VIBRASI

Apa itu Vibrasi?

Vibrasi didefinisikan sebagai gerakan/ perpindahan massa terhadap sebuah

referensi akibat gaya-gaya yang bekerja.

Contoh :

Getaran pada poros disebabkan karena poros bergerak disekitar pusat bantalan

(bearing)

Parameter Penting Vibrasi

• Frekuensi, dinyatakan sebagai jumlah siklus yang terjadi dalam satu detik

(hertz).

• Periode, dinyatakan sebagai waktu yang diperlukan untuk melakukan satu

siklus penuh (detik/siklus).

• Amplitudo, simpangan terbesar yang pernah terjadi.


8


• Fasa, menggambarkan hubungan antar vibrasi yang satu dengan yang

lainnya (rad).

Ilustrasi Vibrasi

Gambar dibawah merupakan pemodelan sederhana (massa dan pegas) untuk

mengilustrasikan vibrasi

Ilustrasi Vibrasi

Gambar disamping menunjukkan posisi massa pada berbagai posisi, posisi

upper, posisi tergantung bebas, dan posisi lower


9


Ilustrasi Vibrasi

Jika pada massa dikaitkan sebuah pensil dan pada ujung pensil diberi kertas

yang bergerak, maka akan tampak plot kurva seperti disamping

Ilustrasi Vibrasi

Plot kurva akan terlihat sebagai berikut


10


Frekuensi dan Periode

Cara Menentukan Frekuensi

Misalkan sebuah mesin beroperasi dengan putaran 720 rpm.

Maka Frekuensi (Herzt) :

Fasa pada Vibrasi

Gambar di bawah berikut plot kurva vibrasi dua buah massa yang bergerak

dengan fasa yang sama (nol beda fasanya).


11


TWO MASSES WITH ZERO PHASE DIFFERENCE

Fasa pada Vibrasi

Gambar dibawah berikut plot kurva vibrasi dua buah massa yang bergerak

dengan fasa yang berbeda 90 derajad.

TWO MASSES WITH 90o PHASE DIFFERENCE

Fasa pada Vibrasi

Gambar dibawah berikut plot kurva vibrasi dua buah massa yang bergerak

dengan fasa yang berbeda 180 derajad.


12


TWO MASSES WITH 180o PHASE DIFFERENCE

Aplikasi Beda Fasa

Sensor Vibrasi Displacement (Perpindahan)


13


Sensor Vibrasi Velocity (Kecepatan)

Sensor Vibrasi Accelerometer (Percepatan)


14


Hubungan Kecepatan, Perpindahan, dan Percepatan

Perpindahan

A.sin(ωt)

Kecepatan

A.ω.cos(ωt)

Percepatan

-A.ω2.sin(ωt)

dimana:

ω=rad

frekuensi=2πf

Dari grafik tampak bahwa:

• Percepatan (accelerometer) peka untuk sinyal frekuensi tinggi.

• Kecepatan (velocity) cukup baik untuk frekuensi tinggi dan rendah.

• Perpindahan (displacement) baik untuk frekuensi rendah


15


Contoh 1 :

Sebuah vibrasi terukur dengan kecepatan 4 mm/s.

Tentukan perpindahan (displacement) jika frekuensinya:

a)10 Hz

Perpindahan = Kecepatan / 2.π.f

= (4) / 2.π.(10)

= 0,063 mm

= 0,126 mm (peak to peak)

b)1000 Hz

dengan cara yang sama didapatkan

= 0,00063 mm (peak to peak)

Perpindahan tidak sensitif / baik di frekuensi tinggi

Contoh 2 :

Sebuah vibrasi dengan kecepatan 4 mm/s.

Tentukan percepatannya jika frekuensinya :

a. 1000 Hz

Percepatan = 2.π.f.V

= 2.π.(1000).(4)

= 25.120 mm/s2 (1 g = 9800 mm/s2 )

= 2,56 g.

b. 10 Hz

dengan cara yang sama didapatkan


16


= 0,0256 g

Percepatan tidak sensitif / baik di frekuensi rendah

Satuan Amplitudo Vibrasi

Amplitudo Vibrasi dapat diukur dengan 3 parameter, yaitu :

Perpindahan; mils (1 mils = 1000 inch), mm

Kecepatan; in/detik (IPS), mm/s

Percepatan, g (386,4 in/ s2 = 9800 mm/s2 = 1 g)

Gerakan Vibrasi

Parameter Amplitudo yang Umum Digunakan


17


Bagaimana mengukur dan menjelaskan vibrasi

• Peak – to – Peak

– Biasanya digunakan untuk pengukuran displacement

– Sama dengan 2x Peak

• Peak (zero to peak)

– Digunakan untuk menunjukkan Velocity & Acceleration (US)

• RMS (root mean square)

– Sama dengan 0.707 x peak

– Dapat digunakan untuk menunjukkan Velocity & Acceleration (Europe)

• Average

– 0.637 x peak

Akuisisi Signal


18


Tiga Aturan untuk diagnosa

Setiap jenis kegagalan mesin memiliki pola vibrasi yang spesifik.

Frekuensi vibrasi ditentukan oleh geometri mesin dan kecepatan operasi

Satu vibrasi yang terukur dapat memberikan informasi untuk berbagai

komponen

Bagaimana Vibrasi dapat digunakan untuk analisis kondisi?

Mesin reciprocating memiliki profil vibrasi standar.

Dibandingkan dengan kondisi pengukuran dari beberapa selang waktu.

Vibrasi berdasar pada siklus yang sedang terjadi

Bagaimana Vibrasi dapat digunakan untuk analisis kondisi?


19


Pressure dan Vibrasi Motor Bakar 4 Langkah

Awal Langkah Ekspansi (Peak Firing Pressure)

Langkah Ekspansi (Kerja)


20


Langkah Buang (Blowdown)

Langkah Isap (Udara masuk)


21


Awal Langkah Kompresi (Katup Intake Menutup)

Akhir Langkah Kompresi (Siklus Lengkap)


22


Akhir Siklus

Sequence of events for a 4 – stroke engine

VT : crosstalk


23


Pengenalan Analisis Mesin Reciprocating (Motor Bakar Torak)

Internal PLN

» Termasuk unsur Utama Pemeliharaan Prediktive (Pemeliharaan

Generasi ke III yang sudah dimulai sejak 1970 an dimana

pemeliharaan menganut Condition Maintenance (PLN terlambat

melakukannya, sampai saat ini masih menganut Preventive

Maintenance berdasarkan Time Base Maintenance yang merupakan

paradigma pemeliharaan Generasi ke II 1950 an s/d 1970 an )

» Saran Dari Auditor Internasional Arhur Andersen Tahun 2000 agar PLN

menerapkan Predictive Maintenance untuk meningkatkan keandalan

dan efisiensi.

Bencmarking Ke PT. Caltex Pacific Indonesia

1. Perusahaan Swasta Asing di Indonesia yang telah menerapkan

filosofipemeliharaan Condition Maintenance (paradigma pemeliharaan

Generasi III).

2. Dalam struktur organisasi pada suatu Department yang menangani mesin-

mesin penggerak (prime mover) menempatkan Seorang Supervisor

dengan seperangkat alat diagnosis nya, khusus sebagai Engine Analyst

Internal Prime Mover/ Power Plant

Agar tercapai tujuan perawatan

Mengetahui kondisi sekarang

Keinginan untuk melakukan improvement

Peralatan mesin dan perlengkapannya (SPD)


24


Menghindari kerusakan fatal dan tak terduga

Meningkatkan jam availability / jam siap operasi

Meningkatkan performance

» Program kerja

Memperoleh pekerjaan perawatan yang efisien

» Masalah polusi, emisi dan kelestarian alam

Tujuan Melakukan Pekerjaan Analisis

Meningkatkan performance (prestasi)

Menghindari pekerjaan perawatan (pemeliharaan dan koreksi) yang mahal,

fatal dan sebenarnya dapat dihindari

Menghemat biaya perawatan

Meningkatkan availability

Mengurangi down-time

Mengurangi emisi/polusi

Latar belakang

Tujuan Perawatan tercapai

Kondisi operasi setiap saat dapat diketahui

Untuk melaksanakan improvement

Peralatan mesin dan perlengkapannya (SPD)

Menghindari kerusakan fatal dan tak terduga

Meningkatkan jam availability / jam siap operasi

Meningkatkan performance

Program kerja

Memperoleh pekerjaan perawatan yang efisien

Masalah polusi, emisi dan kelestarian alam

Ukuran Kinerja


25


Daya mampu

SFC (pemakaian bahan bakar)

AF (faktor ketersediaan / kesiapan unit)

CF (faktor kapasitas)

Biaya O&M

Pengelompokan Analisis

Analisis Kondisi Mekanis

» Mendapatkan data kondisi terkini

» Menyimpulkan kondisi yang ditemukan (berbahaya, normal, warning)

» Melaporkan dan follow-up

Analisis Performance

» Mengetahui parameter prestasi/performance pada unit yang

bersangkutan (engine, diesel engine, compressor, dll)

» Mengetahui batasan pabrikan

» Mengetahui batasan normal (ideal)

» Menyimpulkan kondisi performance

» Melaporkan dan follow-up

Urutan Melakukan Analisis

Mengumpulkan data mesin

» Spesifikasi teknis

» Test report

» Laporan pemeliharaan

» Masukan dari bagian operasi dan pemeliharaan

» Mengumpulkan data lapangan

Menyimpulkan untuk mengetahui kondisi mekanis dan kondisi performance

» Temuan berbahaya, warning.

Melaporkan dengan baik

» Menjabarkan temuan-temuan


26


» Mengurangi data yang begitu banyak

» Memberikan catatan atau tanda

Menyimpulkan kondisi akhir

» Biasa

» Perlu segera ditindaklanjuti

Menindaklanjuti (memonitor proses tindak lanjut)

Menindaklanjuti 2

Masalah Utama

Kondisi Mekanis

» Keausan

» Vibrasi

» Kondisi komponen utama

Performance / prestasi

» Daya mampu

» Specific fuel consumption

» Kondisi pembakaran

Bagaimana Kondisi Mekanis Diketahui ?

Keausan

» Degradasi kemampuan kerja komponen

» Tidak semua komponen mengalami keausan (mempunyai mode

kegagalan yang berbeda)

» Faktor yang mempengaruhi: beban, temperatur, tekanan, pelumas dll

Vibrasi

» Gerakan/ perpindahan sebuah referensi akibat gaya-gaya yang bekerja

» Analisis vibrasi telah berkembang sangat maju, bukan hanya untuk

analisis kondisi mekanis komponen mesin rotasi, struktur, gedung dll,

tetapi juga sudah berkembang pada analisis pada komponen mesin

reciprocating seperti diesel engine (motor bakar).

Komponen utama yang dilihat


27


» Mekanisme intake dan exhaust katup (valve)

» Charge air

» Cooling water

» Pelumas

Bagaimana Kondisi Performance Diukur ?

Daya Mampu

» Diagram indikator tekanan pembakaran

Specific Fuel Consumption

» Flow-meter bahan bakar

Kondisi Pembakaran

» Proses pembakaran adalah komplek, melibatkan banyak proses antara

bagian-bagian yang terlibat

» Mesin (motor bakar) mengubah energi kimia menjadi panas (heat) yang

kemudian menjadi energi mekanis (putaran)

» Pembakaran tidak selalu berlangsung tepat sama dari waktu ke waktu

» Masalah pada motor bakar, sering dimulai (diawali) oleh pembakaran

tidak baik.

Contoh Kasus Kebocoran Exhaust Valve


28

1A

2A 3A

4A

5A

6A7A

8A

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720

ENGINE 2 11/27/2004 3:15:48 PMAll cylinders - In Bank O rder

Pr

es

su

re

(b

ar

g)

C rank Angle (deg)

Tekanan pembakaran #5A

sangat rendah




29

380

200

110

290

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

0 90 180 270 360 450 540 630 720

ENGINE 2 11/27/2004 3:15:48 PMEngine Cylinders: Phased Vibration VT4:

5A (M

ed 6)6A

(Med 4)

7A (M

ed 4)8A

(Med 9)

Vibrasi akibat kebocoran exhaust valve

Vibrasi normal akibat intake menutup




30

450

270

180

360

-20

0

20

-20

0

20

-20

0

20

-20

0

20

0 90 180 270 360 450 540 630 720

ENGINE 2 11/27/2004 3:15:48 PMEngine Cylinders: Phased Ultrasonic VT5:

5A (M

ed 6)6A

(Med 6)

7A (M

ed 9)8A

(Med 6)

Vibrasi frekuensi tinggi akibat kebocoran exhaust valve




31

392

212

122

302

-25

0

25

-25

0

25

-25

0

25

-25

0

25

0 90 180 270 360 450 540 630 720

ENGINE 2 11/27/2004 3:15:48 PMEngine Cylinders: Phased Acceleration VTM:

5A (M

ed 6)6A

(Med 5)

7A (M

ed 8)8A

(Med 2)





32

Vibrasi frekuensi rendah akibat kebocoran exhaust valve

Data tekanan pembakaran menunjukkan harga sangat rendah



Contoh Kasus Ketidakbalans-an Tekanan Pembakaran


33

1L 2L3L 4L

5L6L

1R2R 3R 4R 5R 6R

0

25

50

75

100

125

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720

Engine 6 22/10/2004 13:56:03All cylinders - In Bank Order

Pr

es

su

re

(

ba

rg

)

Crank Angle (deg)


Contoh Kasus Valve Clearance Longgar


34

Tekanan pembakaran sisi kiri dan kanan jauh berbeda

0

240

160

-240

-80

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-360 -270 -180 -90 0 90 180 270 360

Engine 2 9TM410 12/10/2004 1:31:48 PMEngine Cylinders: Phased Vibration VT4:

1A (M

ed 1

4)2A

(Med

7)

3A (M

ed 1

4)4A

(Med

18)

5A (M

ed 1

2)



35

0

240

160

-240

-80

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-360 -270 -180 -90 0 90 180 270 360

Engine 2 9TM 410 17/01/2005 12:13:58Engine Cyl inders : Phas ed V ibration VT 4:

1A (

Med

2)

2A (

Med

6)

3A (

Med

7)

4A (M

ed 1

0)5A

(Med

20)

Vibrasi penutupan intake valve sebelum dan sesudah penyetelan valve clearance


Contoh Kasus Keterlambatan Pembakaran



36

1L2L

3L

4L

5L6L

1R

2R

3R

4R5R 6R

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720

Eng 3 Pielstick 06/09/2004 19:59:13All cylinders - In Bank O rder

Pr

es

su

re

(

ba

rg

)

C rank Angle (deg)

Profil tekanan pembakaran menunjukkan keterlambatan penyalaan





37

1L2L 3L 4L

5L6L

1R

2R

3R

4R5R

6R

0

25

50

75

100

125

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720

Eng 3 Pielstick 12/21/2004 3:35:17 PMAll cylinders - In Bank O rder

Pr

es

su

re

(b

ar

g)

C rank Angle (deg)

Profil tekanan pembakaran setelah penyetelan timing pembakaran


Contoh Vibrasi


38

-270

270

180

360

-20

0

20

-20

0

20

-20

0

20

-20

0

20

-360 -270 -180 -90 0 90 180 270 360

Deutz 2 12/2/2004 2:48:57 PMEngine Cylinders: Phased Vibration VT4:

5B (M

ed 8)6B

(Med 3)

7B (M

ed 3)8B

(Med 9)



39

Vibrasi pada silinder #7B sesaat sebelum baut silinder head putus dan sesudah dilakukan penggantian

-270

270

180

360

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-10

0

10

-360 -270 -180 -90 0 90 180 270 360

Deutz 2 12/19/2004 3:09:53 PMEngine Cylinders: Phased Vibration VT4:

5B (M

ed 3)6B

(Med 3)

7B (M

ed 5)8B

(Med 9)


Contoh Pembakaran Tidak stabil

Contoh Pembakaran Tidak stabil


40

1 2 3

4

5 6 7 8

0

25

50

75

100

125

150

175

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720

Deutz 2 12/2/2004 2:48:57 PMAll cylinders - In Bank Order

Pr

es

su

re

(b

ar

g)

C rank Angle (deg)

Pembakaran berlangsung tidak stabil, terkadang tinggi, terkadang rendah


Pembakaran Tidak Balans (30%)

Contoh Pembakaran Tidak Balans


41

1L 2L3L4L 5L 6L1R

2R3R

4R

5R 6R

0

25

50

75

100

125

150

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720

SULZERZV 2/28/2006 13:04:53All cylinders - In Firing Order

Pres

sure

(barg)

Crank Angle (deg)


Contoh Kasus SFC

Contoh Kasus SFC


42


Contoh Kasus SFC

Contoh Kasus SFC


43



44


Contoh Kasus SFC


45


Contoh Kasus Defleksi

Posisi pengukuran vibrasi


46

#6 #5 #4 #3 #2 #1

MB5 MB4 MB3 MB2 MB1


Contoh Kasus Defleksi

Hasil pengukuran defleksi :

Posisi / No.Cyl 1 2 3 4 5 6

A 0 0 0 0 0 0

B -0,75 -1,75 -2,5 1,25 0,25 -2,75

C -0,5 -1,5 -7 -1 0 -5,75

D 0 1 -4 -1,5 0,75 -1

E -0,5 1,5 -1,5 -1 0 1

Hasil pengukuran vibrasi :

PosisiLevel Vibrasi Overall

(mil)

MB1 3,2

MB2 7,5

MB3 12

MB4 7,1

MB5 4,2


47

0

2

4

6

8

10

12

14

MB1 MB2 MB3 MB4 MB5

Posisi Pengukuran

Le

vel V

ibra

si (

mil)


Diagram Aliran Energi


48


HEAT BALANCE

Neraca Daya Pada Mesin Diesel


49



50

1. Diagnosa Performance Mesin Diesel(Rev)

Documents