$1$/,6$ 5(6321 *(7$5$1 75$169(56$/ %2,/(5 )((' 3803 3 ...

TESIS - TM 142501

ANALISA RESPON GETARAN TRANSVERSALBOILER FEED PUMP PADA KONDISI BEBANMAKSIMUM DAN BEBAN SEBAGIAN FEEDWATERSYSTEM PADA PLTU PAITON BARU

YOGO WIJAYANTONRP. 2112 204 802

Dosen PembimbingDr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng

PROGRAM MAGISTERBIDANG STUDI REKAYASA ENERGIJURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA2014

THESIS - TM 142501

VIBRATION RESPONSE ANALYSIS OF BOILERFEED PUMP AT MAXIMUM LOAD AND PARTIALLOAD CONDITION ON FEEDWATER SYSTEMPLTU PAITON BARU

YOGO WIJAYANTONRP. 2112 204 802

Advisor:Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng

MASTER PROGRAMMEFIELD STUDY OF ENERGY ENGINEERINGDEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERINGFACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGYSEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGYSURABAYA2014

ƛ

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah S.W.T, penyusun telah

menyelesaikan tesis yang merupakan persyaratan akademis untuk memperoleh

gelar Magister Teknik di Fakultas Teknik Institut Teknologi Sepuluh November

Surabaya. Pada kesempatan ini penyusun menyampaikan banyak terima kasih

kepada:

1. Bapak Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng. selaku dosen

pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan selama

penyelesaian tesis ini.

2. Seluruh bapak dan ibu dosen yang telah memberi penulis ilmu dan banyak

membantu selama menempuh pendidikan di ITS.

3. Seluruh staf dan pegawai di ITS yang banyak membantu selama

menempuh pendidikan di ITS.

4. Seluruh rekan-rekan mahasiswa yang telah banyak bertukar pendapat dan

ilmu selama pendidikan di ITS.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, untuk itu

saran dan masukan yang bersifat membangun sangat penyusun harapkan.

Surabaya, 12 Januari 2015

Penyusun

ii

ANALISA RESPON GETARAN TRANSVERSAL BOILER FEEDPUMP PADA KONDISI BEBAN MAKSIMUM DAN BEBANSEBAGIAN FEEDWATER SYSTEM PADA PLTU PAITON

BARU

Nama Mahasiswa : Yogo WijayantoNRP : 2112204802Pembimbing : Dr.Eng. Harus Laksana Guntur, ST, M.Eng

ABSTRAK

Boiler Feed Pump Motor merupakan salah satu peralatan utama dalamfeedwater system pada PLTU Paiton Baru yang digunakan untuk mensuplaifeedwater ke boiler dan mensirkulasikan feedwater ke deaerator saat fase start updilakukan, dan dioperasikan hingga beban unit mencapai 30% (190MW). Kondisioperasi ini menunjukkan bahwa boiler feed pump motor ini sering dioperasikanpada kondisi off design. Kondisi operasi off design ini terjadi ketika pompamensirkulasikan feedwater ke deaerator dengan flowrate rendah (kurang dari 60%flowrate total). Informasi dilapangan menunjukkan bahwa pengoperasian padabeban rendah ini menimbulkan noise yang lebih tinggi dibanding saat bebanpenuh.

Penelitian ini dilakukan dengan membuat model dinamis pompa dalam 6derajat kebebasan. Peralatan yang dimodelkan meliputi multistage pump, variablespeed coupling, dan booster pump. Gaya eksitasi yang bekerja berasal dari gayadinamis radial akibat tekanan pada pompa. Simulasi dilakukan denganmenggunakan software simulink untuk mengetahui respon getaran dalam arahtranversal.

Dari hasil eksperimen dan simulasi menunjukkan bahwa respon getaranboiler feed pump lebih tinggi pada beban maksimum dibanding pada beban parsialhal ini disebabkan oleh hydraulic unbalance force yang lebih besar pada bebanmaksimum, namun sebaliknya respon getaran booster pump pada beban parsiallebih tinggi dibanding beban maksimum hal ini disebabkan gaya dinamis boosterpump akibat blade pass force yang lebih besar pada beban parsial. Secara umumgaya dinamis akibat blade pass force pada booster pump lebih besar dibandinggaya dinamis akibat hydraulic unbalance force pada boiler feed pump sehinggarespon getaran pada booster pump lebih besar dibanding boiler feed pump. Padasisi vertikal respon getaran menunjukkan nilai yang lebih besar dibanding sisihorizontal, hal ini disebabkan oleh adanya faktor koreksi gaya dinamis yang lebihbesar 20% lebih besar pada sisi vertikalnya.

Kata kunci: Boiler feed pump, booster pump, off design, simulasi, respon getaran,hydraulic unbalance, blade pass force.

iii

VIBRATION RESPONSE ANALYSIS OF BOILER FEEDPUMP AT MAXIMUM LOAD AND PARTIAL LOAD

CONDITION ON FEEDWATER SYSTEM PLTU PAITONBARU

Name : Yogo WijayantoNRP : 2112204802Supervisor : Dr.Eng. Harus Laksana Guntur, ST, M.Eng

ABSTRACT

Boiler Feed Pump Motor is one of the main equipment in feedwatersystem at PLTU Paiton Baru which is used to supply feedwater to the Boiler andcirculating feedwater to the Deaerator when start up phase, and operated until theload reaches 30% (190MW). This operating conditions shows that the Boiler FeedPump Motor are often operated at off design conditions. Off design operatingcondition occurs when the pump circulate feedwater to the Deaerator with a lowflowrate (less than 60% of total flowrate). Field information indicates that lowload operation cause noise which is higher than full load condition.

This research was done by creating a dynamic model of pump in 6 degreesof freedom. Equipment is modeled include Multistage Pump, Variable SpeedCoupling, and Booster Pump. Excitation force that works derived from the radialdynamic force due to pump pressure. Simulation performed using Simulinksoftware to determine the vibration response in the transverse direction.

From the experimental results and simulations show that the vibrationresponse of the Boiler Feed Pump Motor at maximum load is higher than partialload, this is caused by hydraulic unbalance force which is greater at maximumload, but otherwise a booster pump vibration response at partial load is higherthan maximum load, this is due to blade pass dynamic force which is greater atpartial load. In general Booster Pump blade pass force is greater than dynamicforce due to hydraulic unbalance force on the Boiler Feed Pump so that thevibration response of the Booster Pump is greater than Boiler Feed Pump. Onvertical side, vibration response indicates a grater value than horizontal side, thisis caused by the presence of correction factor of dynamic force that is 20% higherin vertical direction than horizontal direction.

Key words: Boiler feed pump, booster pump, off design, simulation, vibrationresponse, hydraulic unbalance, blade pass force.

iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.............................................................................................................. i

ABSTRAK ............................................................................................................................... ii

ABSTRACT............................................................................................................................ iii

DAFTAR ISI .......................................................................................................................... iv

DAFTAR GAMBAR............................................................................................................. vii

DAFTAR TABEL ................................................................................................................... x

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ............................................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah .......................................................................................................... 3

1.3. Tujuan ............................................................................................................................ 4

1.4. Kontribusi Penelitian..................................................................................................... 4

1.5. Batasan Masalah............................................................................................................. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Terdahulu .......................................................................................................... 6

2.2. Teori Penunjang............................................................................................................... 12

2.2.1. Definisi Getaran........................................................................................................ 12

2.2.2. Klasifikasi Getaran.................................................................................................... 12

2.2.3. Derajat Kebebasan .................................................................................................... 13

2.2.4. Persamaan State Variable ......................................................................................... 16

2.3. Pompa .............................................................................................................................. 18

2.3.1. Sumber Getaran Pada Pompa.................................................................................... 18

2.3.2. Gaya Aksial Impeller ................................................................................................ 19

2.3.3. Radial Dynamic Force .............................................................................................. 22

2.4. Variable Speed Fluid Coupling........................................................................................ 23

2.4.1. Prinsip Kerja Variable Speed Fluid Coupling .......................................................... 23

2.4.2. Transmisi Daya pada Variable Speed Fluid Coupling.............................................. 25

2.5. Simulasi Matlab ............................................................................................................... 26

v

2.6. Standar Pengukuran Vibrasi ............................................................................................ 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Langkah-Langkah Penelitian ....................................................................................... 28

3.1.1. Studi Literatur ........................................................................................................... 29

3.1.2. Pengumpulan Data Teknis Mesin ............................................................................. 29

3.1.2.1. Spesifikasi Booster Pump ............................................................................. 29

3.1.2.2. Spesifikasi Boiler Feed Pump....................................................................... 29

3.1.2.3. Spesifikasi Variable Speed Fluid Coupling .................................................. 30

3.1.2.4. Data Teknis Pemodelan ................................................................................ 30

3.1.3. Eksperimen Pengukuran Getaran Pada Mesin Sebenarnya ...................................... 31

3.1.3.1. Alat Ukur yang digunakan............................................................................ 32

3.1.3.2. Lokasi Pengukuran Vibrasi........................................................................... 33

3.1.4. Pengambilan Data Tekanan Pada Kondisi Beban Sebagian dan Maksimum ........... 34

3.1.5. Pemodelan Dinamis Mesin dan Simulasi dengan Software Simulink ...................... 34

3.1.5.1. Pembuatan Model Matematika Pompa ......................................................... 36

3.1.5.2. Penurunan Persamaan Gerak ........................................................................ 36

3.1.5.3. Penurunan Persamaan State Variable ........................................................... 36

3.1.5.4. Pembuatan Block Diagram dan Simulasi dengan Simulink .......................... 37

3.1.6. Validasi Hasil Simulasi dan Eksperimen .................................................................. 37

3.1.7. Analisa Hasil............................................................................................................. 37

BAB IV HASIL EKSPERIMEN

4.1. Hasil Pengukuran Pada Boiler Feed Pump .................................................................. 38

4.2. Hasil Pengukuran Pada Booster Pump......................................................................... 41

4.3. Analisa dan Pembahasan.............................................................................................. 44

BAB V PEMODELAN MATEMATIS DAN SIMULASI

5.1. Pemodelan Matematis Peralatan ................................................................................. 47

5.1.1. Freebody Diagram ......................................................................................... 52

5.1.2. Persamaan Gerak ............................................................................................ 53

5.1.3. Parameter Model............................................................................................. 58

5.2. Pemodelan pada Simulink ............................................................................................ 60

5.2.1. Block Diagram Boiler Feed Pump................................................................... 61

vi

5.2.2. Block Diagram Booster Pump ......................................................................... 61

5.3. Perhitungan Eksitasi Harmonik Gaya Radial Dinamis ................................................ 62

5.3.1. Gaya Radial Dinamis pada Boiler Feed Pump ................................................ 62

5.3.2. Gaya Radial Dinamis pada Booster Pump....................................................... 63

5.4. Hasil Simulasi ............................................................................................................. 64

5.4.1. Hasil Simulasi Time Respon dengan Eksitasi Impuls ............................. 64

5.4.2. Hasil Simulasi Time Respon BFPM dengan Eksitasi Harmonik ........... 65

5.4.3. Hasil Simulasi Time Respon Booster Pump dengan Eksitasi Periodik 68

5.5. Analisa Hasil................................................................................................................ 71

BAB VI PERBANDINGAN HASIL PENGUKURAN DAN SIMULASI

6.1.Perbandingan Hasil Pengukuran dan Simulasi ............................................................. 74

6.2.Perbandingan Spektrum Boiler Feed Pump.................................................................. 74

6.3.Perbandingan Spektrum Booster Pump ........................................................................ 76

6.4.Perbandingan RMS Velocity Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi ............................ 78

BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN

7.1.Kesimpulan .................................................................................................................. 81

7.2.Saran ............................................................................................................................ 82

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................ 83

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Feedwater system PLTU Paiton Unit 9................................................................. 1

Gambar 1.2 Boiler Feed Pump-Motor PLTU Paiton Baru ....................................................... 3

Gambar 2.1 Lokasi pengukuran tekanan [1]............................................................................. 6

Gambar 2.2 Fluktuasi tekanan pada lokasi 3 dan 7 [1] ............................................................. 7

Gambar 2.3 Fluktuasi tekanan pada discharge pipe [1]............................................................ 7

Gambar 2.4 Fluktuasi tekanan pada suction pipe [1]................................................................ 8

Gambar 2.5 Blade Passing Frekuensi pada 50% dan 100% Load [1]............................... 8

Gambar 2.6 Hubungan radial clearance, flow dan pressure pulsation [2]............................... 9

Gambar 2.7 Hubungan radial clearance, flow dan vibration. [2] ..................................... 9

Gambar 2.8 Axial vibration pada flowrate yang berbeda. [3] ........................................ 10

Gambar 2.9 Kurva karakteristik pompa. [4] ..................................................................... 11

Gambar 2.10 Sistem 1 DOF sistem translasi. [5]............................................................. 14

Gambar 2.11 Sistem pegas 2 DOF. [5] ............................................................................. 14

Gambar 2.12 Model matematika dan freebody diagram. [5] ......................................... 15

Gambar 2.13 Fundamental Frequency Getaran. [7]........................................................ 19

Gambar 2.14 Sketsa distribusi tekanan statik untuk single stage pump. [7] ................ 19

Gambar 2.15 Radial flow impeler. [7]............................................................................... 21

Gambar 2.16 Balancing hole pada impeller ..................................................................... 21

Gambar 2.17 Double entry impeller .................................................................................. 21

Gambar 2.18 Susunan back to back impeller ................................................................... 22

Gambar 2.19 Balancing disc pada multistage pump dengan susunan seri ................... 22

Gambar 2.20 Variable speed fluid coupling pada PLTU Paiton Baru. [8]................... 24

Gambar 2.21 Contoh block diagram Simulink matlab. [10]........................................... 26

Gambar 2.22 Batas nilai vibrasi ISO 10816-3. ................................................................ 27

Gambar 3.1. Alat Ukur Vibrasi CSI 2130......................................................................... 32

viii

Gambar 3.2. Lokasi Pengukuran pada BFP ..................................................................... 33

Gambar 3.3. Lokasi Pengukuran pada Booster Pump .................................................... 33

Gambar 3.4. Lokasi Pengukuran Tekanan pada pompa ................................................. 34

Gambar 3.5. Model Matematis Pompa ............................................................................. 36

Gambar 4.1. BFPM Inboard Horizontal ........................................................................... 38

Gambar 4.2. BFPM Inboard Vertikal ................................................................................ 39

Gambar 4.3. BFPM Outboard Horizontal ........................................................................ 40

Gambar 4.4. BFPM Outboard Vertikal ............................................................................. 40

Gambar 4.5. Booster Pump Outboard Horizontal ........................................................... 41

Gambar 4.6. Booster Pump Outboard Vertikal................................................................ 42

Gambar 4.7. Booster Pump Inboard Horizontal .............................................................. 43

Gambar 4.8. Booster Pump Intboard Vertikal ................................................................. 43

Gambar 5.1. Gambar Peralatan Boiler Feed Pump ........................................................ 47

Gambar 5.2. Gambar Peralatan Fluid Coupling dan Booster Pump ............................ 48

Gambar 5.3. Cross Section Pompa ................................................................................... 49

Gambar 5.4. Cross Section Variable Speed Fluid Coupling ......................................... 50

Gambar 5.5. Bearing yang digunakan ............................................................................... 50

Gambar 5.6. Sketsa susunan peralatan Boiler Feed Pump ............................................ 51

Gambar 5.7. Model Matematis Boiler Feed Pump ......................................................... 52

Gambar 5.8. Free Body Diagram BFP ............................................................................. 52

Gambar 5.9. FBD Pinion .................................................................................................... 53

Gambar 5.10. FBD Gear dan Booster ............................................................................... 53

Gambar 5.11. Block Diagram Boiler Feed Pump ........................................................... 61

Gambar 5.12. Block Diagram Booster Pump .................................................................. 61

Gambar 5.13. Grafik Respon Percepatan massa BFPM akibat eksitasi impuls .......... 64

Gambar 5.14. Grafik respon percepatan booster pump akibat eksitasi impuls ........... 64

Gambar 5.15. BFPM Outboard Horizontal (Maksimum Load) ..................................... 65

Gambar 5.16. BFPM Outboard Vertikal (Maksimum Load) ......................................... 65

Gambar 5.17. BFPM Inboard Horizontal (Maksimum load) ......................................... 66

ix

Gambar 5.18. BFPM Inboard Vertical (Maksimum Load) ............................................ 66

Gambar 5.19. BFPM Outboard Horizontal (Parsial Load) ............................................. 66

Gambar 5.20. BFPM Outboard Vertikal (Parsial Load) ................................................. 67

Gambar 5.21. BFPM Inboard Horizontal (Parsial Load)................................................ 67

Gambar 5.22. BFPM Inboard Vertikal (Parsial Load) .................................................... 67

Gambar 5.23. Booster Pump Inboard Horizontal (Maksimum Load)........................... 68

Gambar 5.24. Booster Pump Inboard Vertical (Maksimum Load)............................... 68

Gambar 5.25. Booster Pump Outboard Horizontal (Maksimum Load) ....................... 69

Gambar 5.26. Booster Pump Outboard Vertical (Maksimum Load) ............................ 69

Gambar 5.27. Booster Pump Inboard Horizontal (Parsial Load) .................................. 69

Gambar 5.28. Booster Pump Inboard Vertical (Parsial Load)....................................... 70

Gambar 5.29. Booster Pump Outboard Horizontal (Parsial Load) ............................... 70

Gambar 5.30. Booster Pump Outboard Vertical (Parsial Load) .................................... 70

Gambar 5.31. Gaya dinamis hydraulic unbalance ......................................................... 71

Gambar 5.32. Gaya dinamis blade pass force ................................................................. 72

Gambar 5.33. Hasil Simulasi pada BFPM ....................................................................... 72

Gambar 5.34. Hasil Simulasi pada Booster Pump .......................................................... 73

Gambar 6.1. Perbandingan Spektrum Velocity BFPM Inboard Horizontal ................ 74

Gambar 6.2. Perbandingan Spektrum Velocity BFPM Outboard Horizontal ............. 75

Gambar 6.3. Perbandingan Spektrum Velocity Booster Outboard Vertical ............... 76

Gambar 6.4. Perbandingan Spektrum Velocity Booster Outboard Vertical ................ 77

Gambar 6.5. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran BFPM (Parsial Load) ... 78

Gambar 6.6. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran BFPM (Max Load) ....... 78

Gambar 6.7. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran Booster (Parsial Load) . 79

Gambar 6.8. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran Booster (Max Load) ..... 79

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Hydraulic dynamic coefficient factor (Kd) ............................................................. 23

Tabel 2.2 Bagian – bagian dari variable speed coupling pada Gambar 2.18 ................ 24

Tabel 4.1 RMS Velocity Hasil Eksperimen ....................................................................... 44

Tabel 5.1 Parameter Boiler Feed Pump ............................................................................ 58

Tabel 5.2 Parameter Pinion ................................................................................................ 59

Tabel 5.3 Parameter Gear dan Booster Pump ................................................................. 59

Tabel 5.4 Parameter Perhitungan Gaya Radial Dinamis BFP ........................................ 62

Tabel 5.5 Parameter Perhitungan Gaya Radial Dinamis Booster Pump ....................... 63

Tabel 5.6 Beberapa Variabel BFPM dan Booster Pump.................................................. 71

1

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Feedwater system yang ada di PLTU Paiton Unit 9 terdiri dari tiga buah

Boiler Feed Pump (BFP) seperti ditunjukkan pada gambar 1.1, dimana 2 buah

BFP merupakan Boiler Feed Pump – Turbin (BFPT) yang digerakkan oleh steam

turbine, dan yang lain merupakan Boiler Feed Pump – Motor (BFPM) yang

digerakkan oleh motor. BFPM ini terdiri dari sebuah Booster Pump, motor

elektrik sebagai penggerak, fluid coupling dan high pressure multistage

centrifugal pump. BFPM ini menggunakan variable speed control dimana

kecepatan putaran rotor dapat dirubah sesuai kebutuhan suplai feedwater.

Perubahan kecepatan diatur oleh skup tube pada fluid coupling.

Gambar 1.1. Feedwater system PLTU Paiton Unit 9

Pada PLTU Paiton Unit 9, BFPM ini memiliki fungsi sebagai starting

feedwater system, dimana digunakan untuk mensirkulasikan feedwater ke

deaerator untuk menjaga kualitas air pada saat start up dan dioperasikan hingga

beban unit pembangkit mencapai 30% (190MW), BFPM ini juga dioperasikan

1

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang















1

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang















2

pada saat unit akan di shut down. Selain itu, BFPM ini digunakan sebagai back up

jika salah satu maupun 2 BFPT mengalami masalah.

Untuk menjamin keandalan feedwater system, PLTU Paiton Baru

menerapkan metode predictive maintenance. Salah satu cara dalam predictive

maintenance yang dilakukan yaitu dengan cara menganalisa spektrum vibrasi

yang terjadi. Pengukuran vibrasi dilakukan secara berkala pada saat peralatan

beroperasi. Vibrasi yang terlalu tinggi pada mesin dapat menyebabkan

berkurangnya life time komponen-komponen yang ada pada mesin tersebut antara

lain bearing, gear, poros, dan komponen lainnya.

Berdasarkan kondisi operasi dilapangan menunjukkan bahwa boiler feed

pump ini sering dioperasikan pada kondisi off design atau diluar titik operasi yang

diharapkan. Kondisi operasi off design ini terjadi ketika pompa mensirkulasikan

feedwater ke deaerator dengan flow rendah, maupun saat beban unit belum

mencapai full load. Informasi dilapangan menunjukkan bahwa pengoperasian

pada beban rendah ini menimbulkan noise yang lebih tinggi dibanding saat beban

penuh.

Penelitian mengenai getaran pada pompa telah banyak dilakukan. Amit

Suhane (2012) melakukan eksperimen pada single stage diffuser pump tipe

sentrifugal. Pengamatan dilakukan terhadap flow induced pressure pulsation,

mechanical vibration, dan noise pada lima kondisi flowrate yang berbeda dengan

variasi radial clearance Hasil eksperimen menunjukkan bahwa semakin besar

radial clearance antara impeller dan diffuser maka pressure pulsation, getaran

dan noise akan semakin kecil. Attia khalifa dkk. (2009) melakukan penelitian

mengenai fluktuasi tekanan pada high pressure double volute centrifugal pump

dibawah kondisi separuh beban. Pada pengurangan flowrate, fluktuasi flow dan

pressure didalam pompa menjadi tinggi sementara distribusi tekanan disekitar

impeler bervariasi.

3

Gambar 1.2. Boiler Feed Pump-Motor PLTU Paiton Baru

Dalam tesis ini akan dilakukan penelitian mengenai respon getaran pada

boiler feed pump pada kondisi pembebanan maksimum dan beban sebagian.

Penelitian ini juga memodelkan 6 derajat kebebasan sehingga akan diketahui

respon getaran arah tranversal dan untuk mengetahui bagaimana pengaruh

rambatan getaran antar peralatan. Peralatan yang dimodelkan meliputi multistage

pump, variable speed coupling, dan booster pump. Dalam penelitian ini juga

dilakukan eksperimen pengukuran getaran yang sesungguhnya sehingga bisa

diperoleh perbandingan respon getaran hasil simulasi model yang dibuat dengan

mesin yang sesungguhnya.

1.2. Rumusan Masalah

Penelitian ini memiliki beberapa rumusan masalah, yaitu :

1. Bagaimana respon getaran Boiler Feed Pump - Motor (BFPM) yang ada di

PLTU Paiton Baru dengan kondisi separuh beban dan beban maksimum.

2. Bagaimana memodelkan respon getaran pada Boiler Feed Pump – Motor

(BFPM) yang ada di PLTU Paiton Baru dengan kondisi separuh beban dan

beban maksimum.

4

1.3. Tujuan

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui respon getaran aktual Boiler Feed Pump–motor pada kondisi

pembebanan maksimum dan separuh beban.

2. Memodelkan dan mensimulasikan respon getaran Boiler Feed Pump–motor

pada kondisi pembebanan maksimum dan separuh beban.

1.4. Kontribusi Penelitian

Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah :

1. Memberikan informasi mengenai respon getaran pada Boiler Feed Pump–

Motor (BFPM) melalui studi numerik dan empirik pada kondisi pembebanan

maksimum dan beban sebagian pada feedwater system PLTU Paiton Baru.

2. Dengan pemodelan dan simulasi dapat diketahui tren vibrasi pada peralatan

boiler feed pump motor untuk berbagai kondisi pembebanan.

3. Memberikan metode alternative penyelesaian masalah getaran pada pompa di

area pembangkitan listrik terutama yang berkaitan dengan kondisi

pengoperasian yang bervariasi.

1.5. Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian ini adalah :

1. BFPM yang dimodelkan adalah BFPM pada PLTU Paiton Baru Unit 9.

2. Peralatan yang dimodelkan meliputi Booster pump, variable speed

fluid coupling, dan multistage centrifugal pump.

3. Pompa dan kopling dimodelkan sebagai rigid body.

4. Sistim dianggap dalam kondisi ideal karena tidak adanya kelainan

secara mekanis pada peralatan.

5. Tidak membahas vibrasi torsional disebabkan boiler feed pump

memiliki frekuensi tinggi yang tidak menimbulkan torsi yang besar.

6. Tidak membahas vibrasi akibat mechanical unbalance rotor

disebabkan kondisi peralatan telah dibalancing sesuai standar ISO.

7. Gaya aksial pada boiler feed pump dan booster pump diasumsikan

dalam kondisi setimbang karena adanya mekanisme balance drum

5

pada boiler feed pump dan adanya double entry suction pada booster

pump.

8. Gaya radial pada BFPM merupakan resultan gaya dari masing-masing

impeler.

6

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Terdahulu

Attia khalifa, dkk (2009) melakukan penelitian mengenai fluktuasi tekanan

high pressure centrifugal pump pada kondisi separuh beban. Pada pengurangan

flowrate, fluktuasi flow dan pressure didalam pompa menjadi tinggi sementara

distribusi tekanan disekitar impeler bervariasi. Hal tersebut juga terjadi pada sisi

suction dimana dengan pengurangan flowrate maka fluktuasi tekanan dan FFT

magnitude akan semakin tinggi. Hal yang berbeda pada sisi discharge yaitu

dengan penurunan flowrate, fluktuasi tekanan dan FFT magnitude akan semakin

menurun. Lokasi 3 dan 7 memperlihatkan fluktuasi tekanan terbesar khususnya

pada low flowrate. Mereka berada disekitar zona interaksi yang terletak diantara

rotating impeler blade dan volute stationary vane. Daerah ini adalah faktor kunci

didalam analisa flow induced vibration untuk pompa ini. Pada lokasi 3 dan 7 ini

meskipun memiliki geometri yang simetri dan hampir mempunyai tekanan statis

rata – rata yang hampir sama namun tekanan fluktuasi tidak sama

Gambar 2.1 Lokasi pengukuran tekanan. [1]

7

Gambar 2.2 Fluktuasi tekanan pada lokasi 3 dan 7. [1]

Pada Gambar 2.3 secara umum fluktuasi tekanan dan FFT magnitude

menurun dengan penurunan pump flowrate pada sisi discharge. Hal ini penting

untuk diamati bahwa respon fluktuasi tekanan dengan perubahan flowrate pada

sisi discharge berlawanan dengan fluktuasi tekanan didalam pompa. Berlawanan

dengan sisi discarge, pada sisi suction seperti pada gambar 2.4 FFT magnitude

dan fluktuasi tekanan meningkat dengan penurunan flowrate pada frekuensi 5x

rpm, ini memberi bukti bahwa pengurangan flowrate akan meningkatkan reverse

flow didalam pompa pada impeller suction.

Gambar 2.3 Fluktuasi tekanan pada discharge pipe. [1]

8

Gambar 2.4 Fluktuasi tekanan pada suction pipe. [1]

Gambar 2.5 Blade Passing Frekuensi pada 50% dan 100% Load [1]

Gambar 2.5 menunjukkan bahwa pada kondis flowrate 50% load

menimbulkan blade passing frequency yang 2 kali lebih tinggi amplitudonya

daripada flowrate 100% load.

Amit Suhane (2012) melakukan eksperimen pada single stage diffuser

pump tipe sentrifugal. Pengamatan dilakukan terhadap flow induced pressure

pulsation, mechanical vibration, dan noise pada lima kondisi flowrate yang

berbeda dengan variasi radial clearance 6,8mm (case 1), 3,7mm (case 2), 1,5mm

(case 3). Untuk masing-masing kasus radial clearance dan flow untuk semua

level dan spektrum frekuensi untuk range frekuensi yang lebar, vibrasi dan noise

secara dominan disebabkan oleh pengaruh hidrolik. Impeler vane pass frequency

mendominasi spektrum. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa semakin besar

9

radial clearance antara impeller dan diffuser maka pressure pulsation, getaran

dan noise akan semakin kecil.

Gambar 2.6 Hubungan radial clearance, flow dan pressure pulsation. [2]

Gambar 2.7 Hubungan radial clearance, flow dan vibration. [2]

Stefan Berten (2010) dalam penelitiannya pengoperasian pompa

centrifugal berenergi tinggi pada separuh beban berhubungan dengan kenaikan

level vibrasi. Sumber vibrasi berasal dari kelakuan hidrodinamik fluida

diantaranya yaitu adanya interaksi antara aliran rotating dan stationary yang

menyebabkan fluktuasi tekanan, selain itu separasi aliran lokal mempengaruhi

struktur aliran yang menciptakan gaya hidrolik. Penelitian ini melakukan

eksperimen pada separuh beban dimana fenomena hidrolik sebagai sumber

excitasi yang menyebabkan fluktuasi tekanan unsteady pada kecepatan rotasi dan

operasi yang berbeda. Adanya stationary stall yaitu daerah bertekanan tinggi yang

tidak berotasi pada antar permukaan rotor stator menghasilkan fluktuasi tekanan

tambahan pada frekuensi rotasi dan harmoniknya. Gangguan distribusi tekanan

disekelilingnya menghasilkan net radial force yang mengakibatkan vibrasi pada

10

poros arah radial. Stall yang terjadi mempengaruhi aliran pada side room impeller

sehingga mempengaruhi disribusi tekanan yang pada akhirnya juga berpengaruh

terhadap net axial force. Adanya variasi axial force pada impeler menimbulkan

axial shaft vibration.

(a) Axial vibration pada q=0,8

(b) Axial Vibration pada q=0,9

(c) Axial Vibration pada q=1

Gambar 2.8 Axial vibration pada flowrate yang berbeda. [3]

Pada gambar 2.8 amplitudo hingga harmonik ketiga dari frekuensi rotasi

tidak dipengaruhi oleh pengurangan flowrate, tetapi dengan munculnya zona

11

resirkulasi pada diffuser, tambahan vibrasi pada impeler blade passing frequency

terjadi. Amplitudo terbesar ketika stall bersifat stationary pada flow = 0,9.

Dr. Elemer Makay melakukan penelitian permasalahan yang ada pada

boiler feed pump, dimana penyebab utama ketidakstabilan rotor pompa dapat

disebabkan oleh mekanisme ketidakstabilan hidrolik diantaranya disebabkan oleh

secondary flow, stall, leakage flow melalui wear ring, fluktuasi unsteady flow,

blade passing frequency, turbulensi, kavitasi, dan hydraulic unbalance.

Gambar 2.9 Kurva karakteristik pompa. [4]

Beberapa penelitian tersebut mengkaji mengenai pengaruh beban pompa

terhadap fluktuasi tekanan dan vibrasi, namun masih belum ada penelitian yang

menyangkut pemodelan sistem dinamis pompa dengan metode numerik.

12

2.2. Teori Penunjang

2.2.1. Definisi Getaran

Gerakan bolak-balik suatu benda dari posisi awal melalui titik

keseimbangannya dalam interval waktu disebut dengan getaran. Pada umumnya,

sistem getar terdiri atas elemen penyimpan energi potensial (pegas atau

elastisitas), elemen penyimpan energi kinetis (massa atau inersia), dan elemen

yang berfungsi untuk mendisipasi energi (peredam).

Getaran suatu sistem mencakup transfer energi potensial ke energi kinetis, energi

kinetis ke energi potensial secara bergantian. Jika sistem teredam, sejumlah energi

akan terdisipasi pada setiap siklus getaran

2.2.2. Klasifikasi Getaran

Getaran bisa dibedakan atas beberapa jenis, diantaranya adalah getaran

bebas dan getaran paksa, getaran tanpa peredam dan getaran dengan peredam,

getaran linier dan non linier, getaran deterministic dan random.

Getaran bebas terjadi jika sistem diberi gangguan mula kemudian sistem

dibiarkan berosilasi, atau dengan kata lain sistem tidak diberi gaya eksternal.

Sistem yang bergetar bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi

naturalnya, yang merupakan sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi

massa dan kekuatannya. Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat

mengalami getaran bebas atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.

Getaran paksa adalah getaran yang terjadi karena adanya gayaeksternal.

jika gaya eksternal yang bekerja pada frekuensi tertentu, maka sistem dipaksa

untuk bergetar pada frekuensi gaya eksternal tersebut. Resonansi terjadi ketika

frekuensi gaya eksternal yang bekerja pada sistem sama dengan frekuensi natural

sistem tersebut akibatnya osilasi sistem semakin lama semakin membesar.

Resonansi dapat mengakibatkan kegagalan struktur dari sistem dinamis.Jika

frekuensi rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka akan

didapatkan keadaan resonansi dan osilasi yang besar dan beresiko

membahayakan.

13

Getaran tanpa peredam terjadi pada sistem dinamis yang selama periode

getarnya tidak ada energi terdisipasi atau hilang. Sebaliknya jika terdapat energi

yang hilang selama periode osilasi maka disebut getaran dengan peredam.

Jika komponen dari sistem getaran seperti massa, pegas dan peredam

bersifat linier maka sistem ini disebut dengan sistem getaran linier. Sebaliknya

pada sistem yang komponen massa, pegas dan peredamnya tidak bersifat linier

maka sistem ini disebut sistem getaran non linier.

Pada sistem getaran yang magnitudo gaya eksitasinya diketahui disepanjang

waktu maka sistem ini dikategorikan sebagai sistem getaran deterministik. Pada

sistem gaetaran yang magnitudenya tidak bisa diprediksi sepanjang waktu maka

disebut dengan sistem getaran random.

2.2.3. Derajat KebebasanSistem yang bergetar terkadang memiliki arah getaran yang bermacam-

macam sehingga koordinat yang dimiliknya pun lebih dari satu. Banyaknya

koordinat dari gerakan getaran inilah yang disebut sebagai derajat kebebasan.

Sistem satu derajat-kebebasan

Jika sebuah sistem hanya dapat bergerak dalam satu kejadian atau apabila

hanya satu koordinat bebas dibutuhkan untuk menunjukkan kedudukan massa

sistem dalam ruang secara lengkap, maka sistem tersebut disebut sistem satu

derajat kebebasan.

Pada sistem massa-pegas seperti terlihat pada Gambar 2.10, apabila massa

m dibatasi bergerak secara tegak maka hanya satu koordinat , x (t) , yang

dibutuhkan untuk mendefinisikan kedudukan massa pada waktu tertentu dari

kedudukan statis. Berarti sistem tersebut memiliki satu derajat kebebasan.

14

Gambar 2.10 Sistem 1 DOF sistem translasi. [5]

Sistem multi derajat kebebasan

Sistem multi derajat kebebasan adalah sistem yang membutuhkan dua

buah atau lebih koordinat bebas untuk menentukan kedudukannya. Dalam

melakukan analisa pada sistem multi derajat kebebasan, perlu dipahami terlebih

dahulu analisa pada sistem yang memiliki dua derajat kebebasan karena

sebenarnya konsep yang digunakan sama. Dalam sistem massa pegas seperti

terlihat pada Gambar 2.11, bila gerakan massa m1 dan m2 secara horisontal

dibatasi paling sedikit dibutuhkan satu koordinat x(t) untuk menentukan

kedudukan massa pada berbagai waktu. Berarti sistem membutuhkan dua buah

koordinat bersama-bersama untuk menentukan kedudukan massa yaitu kedudukan

massa satu pada waktu tertentu (x1) dan kedudukan massa dua pada waktu tertentu

(x2). Sistem yang seperti ini dinamakan sistem dua-derajat- kebebasan. Sistem

pegas dua dof yang dimaksud bisa dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Sistem pegas 2 DOF. [5]

Penyelesaian sebuah permasalahan mengenai sistem multi derajat

kebebasan dapat dilakukan dengan cara seperti dibawah ini:

15

1. Mengatur koordinat untuk mendeskripsikan posisi dari berbagai massa

dan rigid body yang ada pada sistem.

2. Menentukan konfigurasi kesetimbangan statis dari sistem.

3. Menggambar free body diagram dari setiap massa pada sistem sehingga

gaya-gaya yang bekerja pada massa tersebut dapat terlihat setelah massa

diberi perpindahan dan kecepatan.

4. Menggunakan hukum II Newton untuk setiap free body diagram yaitu. = ∑ . F untuk massa i (2.1)

Atau. = ∑ .M (2.2)

Dimana ∑ F merupakan jumlah dari seluruh gaya yang bekerja pada

massa , sedangkan M merupakan jumlah dari momen dari semua gaya

yang bekerja pada rigid body pada massa inersia .

5. Persamaan gerak dapat diselesaikan dengan bantuan simulink Matlab

dengan menggunakan metode variable state.

Berikut ini adalah contoh penurunan persamaan gerak sistem dengan

beberapa derajat kebebasan.

Gambar. 2.12 Model matematika dan freebody diagram. [5]

16

Persamaan gerak untuk gambar (a) dengan menggunakan koordinat x(t) dan θ(t)

dijelaskan berikut ini. Persamaan kesetimbangan gaya arah vertikal adalah : = − ( − ) − ( + ) (2.3)

Dan persamaan kesetimbangan momen terhadap pusat massa (CG) adalah : = ( − ) − ( + ) (2.4)

Persamaan – persamaan diatas dalam bentuk matrik dinyatakan sebagai berikut :00 + ( + ) −( − )−( − ) ( − ) = 00 (2.5)

Sedangkan untuk gambar (b) persamaan gerak menggunakan koordinat y(t) dan

θ(t) sebagai berikut : = − ( − ) − ( + ) − (2.6) = ( − ) − ( + ) − (2.7)

Persamaan – persamaan diatas dalam bentuk matrik dinyatakan sebagai berikut : + ( + ) −( − )−( + ) ( + ) = 00 (2.8)

Pada kebanyakan kasus umumnya sistem dua derajat kebebasan dengan redaman

viscous mempunyai persamaan gerak dalam bentuk umum sebagai berikut : + + = 00 (2.9)

2.2.4. Persamaan State Variable

Pendekatan secara umum untuk menurunkan persamaan matematika

dalam bentuk state variable adalah sebagai berikut :

1. Identifikasi state variabel dan tulis persamaan state variabel tersebut yang

tidak membutuhkan suatu diagram benda bebas, seperti persamaan yang

berbentuk = .

2. Gambarkan diagram benda bebas untuk masing – masing massa bebas dan

titik penghubung yang dapat bergerak dengan gerakan yang tidak

diketahui. Tentukan gaya-gaya pada masing-masing diagram benda bebas

secara terpisah untuk menentukan satu set persamaan diferensial.

3. Buat persamaan-persamaan dalam bentuk state variabel. Untuk masing-

masing state variabel harus merupakan persamaan yang menyatakan

turunannya sebagai suatu fungsi aljabar dari state variabel dan input.

17

4. Buat variabel-variabel output sebagai fungsi aljabar dari state variabel dan

input.

Untuk sistem fixed linear, bentuk persamaan state variable dan persamaan

output nya adalah sebagai berikut: = Aq + Bu (2.10)

y = Cq + Du (2.11)

dengan:

q = vektor kolom dani n state variable, = turunan pertama dari elemen q,

u = vektor dari m input,

y = vektor dari p output,

masing-masing dari vektor tersebut adalah sebagai berikut:

= ⎣⎢⎢⎢⎡ ⋮ ⎦⎥⎥⎥⎤; = ⎣⎢⎢

⎢⎡ ⋮ ⎦⎥⎥⎥⎤ ; = ⎣⎢⎢⎢

⎡ ⋮ ⎦⎥⎥⎥⎤

; y= ⎣⎢⎢⎢⎡ ⋮ ⎦⎥⎥⎥⎤

(2.12)

Sedangkan A adalah matrix koefisien n x n, B adalah matrix koefisien n x m, C

adalah matrix koefisien p x n dan D adalah matrix koefisien p x m. Masing-

masing sebagai berikut:

= …⋮ ⋮ … ⋮… ; = …⋮ ⋮ … ⋮…= …⋮ ⋮ … ⋮… : = …⋮ ⋮ … ⋮… (2.13)

18

2.3. Pompa

2.3.1. Sumber Getaran pada Pompa

Getaran pada pompa dapat disebabkan oleh:

a. Ketidaktepatan didalam instalasi atau pemeliharaan, diantaranya :

Mechanical Unbalance,

Ketidaksejajaran poros,

Seal rub,

Distorsi case karena beban pipa,

Respon dinamik pipa pada suportnya,

Respon struktur fondasi,

Assembly yang tidak tepat.

b. Pengoperasian pompa yang tidak tepat

Pompa dioperasikan jauh dari titik operasi yang direkomendasikan,

NPSH yang tidak sesuai.

c. Interaksi hidrolik dengan sistem perpipaan

Ketidakstabilan hidrolik,

Water hammer,

Resirkulasi,

High flow velocity,

Flow induced excitasi (turbulensi).

d. Faktor desain maupun fabrikasi

Hydraulic Unbalance akibat proses casting pada impeller,

Gap antara rotor dan stator.

Gambar 2.13 menunjukkan beberapa fundamental frequency sebagai

penyebab getaran. Untuk range frekuensi sub-synchronous antara 0.45-0.95

frekuensi putaran poros getaran dapat disebabkan oleh ketidakstabilan rotor,

dimana ketidakstabilan ini dapat disebabkan oleh keausan pada seal, clearance

radial bearing yang terlalu besar. Sedangkan untuk range frekuensi 0.5-0.95

getaran dapat disebabkan oleh rotating stall atau adanya resirkulasi pada impeller

inlet, resirkulasi pada difusser. Untuk 1x frekuensi putaran poros getaran dapat

19

disebabkan oleh hydraulic unbalance, dimana gaya dinamis disebabkan oleh

ketidaksempurnaan casting pada impeller. Besarnya hydraulic unbalance force

akan sangat dominan dibandingkan dengan mechanical unbalance force terutama

pada head 400 m keatas. Untuk blade pass frequency disebabkan oleh gaya

dinamis akibat interaksi rotor dan stator pada pompa. Amplitudo pada blade pass

frekuency akan minimum pada flow 80-100%, dan akan menjadi dominan dengan

semakin rendahnya flow dan flow yang melebihi 100%.

Gambar 2.13. Fundamental Frequency Getaran. [7]

2.3.2. Gaya Aksial Impeller

Gambar menunjukkan penjabaran gaya – gaya aksial yang bekerjapada impeller.

Gambar 2.14 Sketsa distribusi tekanan statik untuk single stage pump. [7]

19












19












20

Perhitungan gaya aksial dapat dilakukan sebagai berikut := − − − (2.14)

dengan:

Fbs = Gaya aksial yang bekerja pada impeller sisi back shroud,

Ffs = Gaya aksial yang bekerja pada impeller sisi front shroud,

Fi = Impulse thrust,

Fch = Gaya akibat perbedaan distribusi tekanan statik pada hub dan shroud,

Dimana komponen aksial thrust dapat dihitung sebagai berikut := . ( − ). , − 0,5 . . . − 0.5( + )= ( − ). , − 0.5 . . − 0.5( + ) + . .= . . (2.15)

Untuk Fch pada pompa radial sangat kecil sehingga bisa diabaikan.

, = , = − 0,25. ∆ (2.16)

dengan:

Pd2,bs = initial pressure pada impeller outer periphery sisi back shroud,

Pd2,fs = initial pressure pada impeller outer periphery sisi front shroud,

Pd = discharge pressure,

Δptot = perbedaan tekanan total pompa,

Untuk perhitungan koefisien pada front shroud dan back shroud= (2.17)= (2.18)

dengan:

β = fluid angular speed,

ω = impeler shroud angular speed,

Jika data – data yang ada tidak lengkap maka perhitungan gaya aksial dapat

diprediksi menggunakan persamaan sebagai berikut:= (0,7~0,9). ∆ . . ( − ) (2.19)

21

Gambar 2.15 Radial flow impeler. [7]

Pada pompa terdapat disain yang memungkinkan gaya aksial yang bekerja

dalam kondisi minimum seperti ditunjukkan pada gambar 2.16 sampai gambar

2.19.

Gambar 2.16. Balancing hole pada impeller.[7]

Gambar 2.17. Double entry impeller.[7]

22

Gambar 2.18. Susunan back to back impeller.[7]

Gambar 2.19. Balancing disc multistage pump dengan susunan impeler seri [7]

2.3.3. Radial Dynamic Force

Gaya radial dinamis pada pompa dapat disebabkan oleh hydraulic

unbalance dan blade passing dynamic force. Untuk hydraulic unbalance yang

disebabkan oleh deviasi geometri antara individual impeler channel menimbulkan

distribusi tekanan non-uniform pada impeler outlet yang berotasi pada rotor speed

dan menyebabkan synchronous vibration yang menghasilkan radial hydraulic

force yang memiliki efek yang sama dengan mechanical unbalance. Sedangkan

blade passing dynamic force disebabkan perubahan tiba-tiba distribusi tekanan

pada impeller outlet ketika melalui diffusser blade. Frekuensi blade passing force

ini adalah kelipatan putaran poros terhadap jumlah blade pada impeller.

Radial dynamic force ini dapat dihitung sebagai berikut:= . . . . . (2.20)

dengan:

Fd = impeller dynamic force,

kd = hydraulic dynamic coefficient factor,

ρ = fluid density,

H = Head,

23

d2 = impeler outlet diameter,

B2 = Impeler outlet width (termasuk shroud).

Tabel 2.1. Hydraulic dynamic coefficient factor (Kd). [11]

2.4. Variable Speed Fluid Coupling

2.4.1. Prinsip Kerja Variable Speed Fluid Coupling

Primary shaft dan primary wheel terhubung secara permanen satu sama

lain. Demikian juga untuk secondary shaft dan secondary wheel. Primary shaft

terhubung ke mesin penggerak dalam hal ini berasal dari motor elektrik melalui

transmisi roda gigi. Sedangkan secondary shaft terhubung ke mesin yang

digerakkan, dalam hal ini adalah boiler feed pump. Ada dua sirkuit dalam sistim

ini yaitu working oil dan lube oil, dimana sirkuit dua saluran tersebut terpisah satu

sama lain. Working oil bersirkulasi didalam working chamber. Untuk lube oil

bersirkulasi melumasi radial bearing dan thrust bearing. Working oil pump dan

lube oil pump digerakkan secara mekanis oleh input shaft melalui mekanisme

gear variable speed coupling. Juga terdapat auxiliary lube oil pump yang

digerakkan oleh motor elektrik, dimana berfungsi pada saat start up, shut down

maupun pada saat fungsi pelumasan sendiri tidak dapat bekerja dengan optimal.

24

Gambar 2.20 Variable speed fluid coupling pada PLTU Paiton Baru. [8]

Tabel 2.2 Bagian – bagian dari variable speed coupling pada Gambar 2.20.

1. Housing with oil

reservoir

11. Thrust bearing 21. Pressure relieve valve

(working oil)

2. Input shaft 12. Radial bearing 22. Pressure relieve valve

control and lube oil

3. Gear dan Pinion 13. Mech oil pump 23. Duplex oil filter

4. Primary shaft 14. Mech lube oil pump 24. HE (lube oil)

5. Primary wheel 15. Aux lube oil pump with

electric motor

25. Heat exchanger

(working oil)

6. Secondary shaft 16. Scoop tube 26. Instruments

7. Secondary wheel 17. VHES position control unit 27. Check valve

8. Shell 18. Positioning cylinder 28. Adjustable orifice

9. Working

chamber

19. Position sensor (scoop

tube)

10. Scoop chamber 20. Oil circulation valve

25

2.4.2. Transmisi Daya pada Variable Speed Fluid Coupling

Prinsip kerja transmisi daya pada geared variable speed coupling adalah :

1. Menghubungkan coupling antara mesin penggerak (motor elektrik) dan

geared variable speed coupling.

2. Melalui step-up gear unit antara input shaft dan primary shaft.

3. Secara hidrodinamis melalui working oil antara primary wheel dan

secondary wheel.

4. Melalui coupling penghubung antara mesin penggerak dan geared

variable speed coupling.

Daya dari mesin penggerak (motor elektrik) ditransmisikan ke primary

wheel (berfungsi sebagai pompa) ke working oil, working oil ini akan dipercepat

di primary wheel, dimana energi mekanik dikonversikan ke energi aliran fluida.

Secondary wheel (berfungsi sebagai turbin) menerima energi dari aliran fluida dan

mengkonversikannya ke dalam energi mekanik. Energi ini yang ditransmisikan ke

mesin yang digerakkan dalam hal ini adalah boiler feed pump. Torsi dari primary

wheel identik dengan torsi pada secondary wheel. Dikarenakan adanya slip,

kecepatan pada secondary wheel lebih rendah daripada primary wheel, sebesar= 1 − . 100% (2.21)

Dengan:

n2 = kecepatan secondary wheel,

n1 = kecepatan primary wheel.

Daya yang hilang akibat slip ini akan menghasilkan panas yang akan

diserap oleh working oil, working oil ini akan didinginkan oleh cooler.

Working oil akan mengalir kedalam working chamber melalui oil

circulation valve dan menghasilkan gaya sentrifugal, posisi pada scoop tube akan

menentukan besarnya gaya sentrifugal yang dihasilkan. Besarnya gaya sentrifugal

ini akan menentukan besaranya putaran yang dihasilkan.

26

2.5. Simulasi Matlab

Simulink pada Matlab adalah salah satu fitur dari Matlab untuk

mensimulasi suatu desain atau model yang bersifat dinamis, simulasi ditujukan

untuk mengukur kinerja dari suatu desain atau model sistem yang telah dirancang

yang sesuai hasil yang diinginkan.

Proses simulasi dengan menggunakan Simulink diawali dengan membuat

persamaan matematika dari model. Hasil dari persamaan matematika tersebut

diubah kedalam bentuk state variable. Selanjutnya state variable diterjemahkan

kedalam block diagram pada Simulink matlab. Berikut ditampilkan gambar

contoh block diagram.

Gambar 2.21 Contoh block diagram Simulink matlab. [10]

Setelah state variable diterjemahkan ke dalam block diagram, seluruh

parameter yang diketahui di input dan di running agar respon pada model dapat

dilihat hasilnya.

2.6. Standar Pengukuran Vibrasi

Standar untuk pengukuran dan evaluasi mechanical vibration pada mesin

menggunakan standar ISO 10816-3. Standar ini menyediakan panduan vibration

saverity untuk menentukan batasan-batasan toleransi vibrasi yang diijinkan saat

beroperasi.

27

Gambar 2.22. Batas nilai vibrasi ISO 10816-1. [12]

28

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Langkah – Langkah Penelitian

Penelitian ini dilakukan di PLTU Paiton Baru. Berikut ini diagram alir

penelitian secara umum.

Ya

Validasi Tren hasilSimulasi danEksperimen

Tidak

Pemodelan dinamisBoiler feed pump motor

Pengumpulan DataTeknis Mesin

Eksperimen PengukuranGetaran pada Mesin

Sebenarnya pada kondisiBeban Sebagian dan beban

maksimum

Simulasi denganSoftware Simulink

Pengambilan DataTekanan pada Kondisi

beban sebagian dan bebanmaksimum

A

Studi Literatur

Mulai

29

3.1.1. Studi Literatur

Langkah yang dilakukan adalah mengumpulkan literatur dari penelitian

sebelumnya, melakukan observasi di lapangan dalam hal ini di PLTU Paiton

Baru, kemudian merumuskan permasalahan yang ada dan mencari solusi dari

penelitian terbaru dan teori yang terkait dengan permasalahan yang ada.

3.1.2. Pengumpulan Data Teknis Mesin

3.1.2.1. Spesifikasi Booster Pump

Item Unit Spesifikasi

Manufaktur N/A Shenyang Blower (Group) Co. Ltd

Structure Type N/A Single Stage, double suction volute pump

Flow Rate Ton/Jam 686

Head Meter 106

Speed RPM 1480

Inlet Temperature °C 174,5

Inlet Pressure Mpa 1,144

Efisiensi % 79

3.1.2.2. Spesifikasi Boiler Feed Pump


Manufaktur N/A Shenyang Fan Machinery Inc.

Structure Type N/A Double Casing, multistage pump

Analisis Hasil

Kesimpulan

A

Mulai

30

Flow Rate M3/Jam 613

Head Meter 2100

Shaft Power kW 4690

Speed RPM 6110

Inlet Temperature °C 174,5

Inlet Pressure Mpa 1,529

Outlet Pressure Mpa 20,79

Efisiensi % 80,8

3.1.2.3. Spesifikasi Variable Speed Fluid Coupling


Input Speed r/men 1480

Output Speed r/men 6250

Regulation range % 25 ~ 100%

3.1.2.4. Data Teknis Pemodelan

Properties Satuan Nilai

Boiler feed pump

Diameter Poros mm 11

Lebar Shroud mm 4,4

Diameter Impeler mm 31,4

Variable speed coupling

Diameter Poros Input cm 11,9

Diameter gear cm 63,8

Tebal gear cm 28,1

Diameter Wheel cm 49,7

Lebar Wheel cm 16,2

Diameter Pinion cm 19,5

Tebal Pinion cm 28,1

Diameter Poros Gear cm 10,3

31

Booster pump

Diameter Poros cm 8,1

Diameter Impeler cm 40,1

Lebar Shroud cm 7,5

3.1.3. Eksperimen Pengukuran Getaran Pada Mesin Sebenarnya

Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen yaitu dengan mengukur

getaran yang terjadi pada boiler feed pump motor. Data dari hasil eksperimen ini

kemudian dibandingkan dengan data hasil simulasi software simulink.

Vibration Meter,Boiler feed pump

Penyetingan Probe Vibration Meterpada posisi pengukuran yang benar

(arah Vertikal, Horisontal)

Pengambilan Data Getaran Padakondisi pembebanan separuh dan

beban maksimum feedwater system

Menentukan TitikPengukuran Getaran

pada Bearing

A B

Mulai

32

3.1.3.1. Alat Ukur Yang digunakan

Gambar 3.1 menunjukkan alat ukur yang digunakan pada penelitian ini.

Gambar 3.1. Alat Ukur Vibrasi CSI 2130

Hasil Pengukurankonsisten untuk 5 kali

pengambilan data

Tidak

Ya

Data Pengukuran

A B

Selesai

33

3.1.3.2. Lokasi Pengukuran Vibrasi

Lokasi pengukuran vibrasi ditunjukkan pada gambar 3.2 dan gambar 3.3.

Gambar 3.2. Lokasi Pengukuran pada BFP

Gambar 3.3. Lokasi Pengukuran pada Booster Pump

Suction

Discharge

VertikalVertikal

HorizontalHorizontal

HorizontalHorizontal

VertikalVertikal

34

3.1.4. Pengambilan Data Tekanan Pada Kondisi Beban sebagian dan Beban

Maksimum

Pengambilan tekanan pada sisi discharge dan sisi suction masing – masing

pompa, data yang diambil meliputi tekanan maksimum dan minimum pompa,

jumlah frekuensi putaran poros masing – masing pompa.

Gambar 3.4. Lokasi Pengukuran Tekanan pada pompa

3.1.5. Pemodelan Dinamis Mesin dan Simulasi dengan Software Simulink

Pemodelan dinamis pompa diperlukan untuk mengetahui respon getaran

terhadap gaya eksitasi yang terjadi. Pemodelan dinamis dilakukan menggunakan

software simulink. Langkah – langkah pemodelan dinamis seperti digambarkan

pada diagram alir berikut ini.

Model Fisik,Spesifikasi Pompa

PIPI

Suction

Discharge

Alat Ukur

Alat Ukur

A

Mulai

35

Pembuatan ModelMatematika Pompa

Penurunan PersamaanGerak

Penurunan PersamaanState Variable

PembuatanBlok Simulink

Simulasi

Respon GerakTranslasi Radial

Vertikal dan horisontal

A

Validasi dengan hasileksperimen

Selesai

36

3.1.5.1 Pembuatan Model Matematika Pompa

Model matematika pompa dibuat untuk menurunkan persamaan gerak

pada mesin tersebut. Dalam penelitian ini model matematika dibuat seperti yang

ditunjukkan pada gambar berikut.

(a). Top View

(b). Front View

Gambar 3.5. Model Matematis Pompa

3.1.5.2. Penurunan Persamaan Gerak

Untuk menurunkan persamaan gerak perlu dibuat diagram benda bebas

yang menggambarkan massa – massa yang terlibat, gaya – gaya eksternal yang

bekerja, gaya reaksi dan gaya inersia. Kemudian diturunkan persamaan gerak

sistem berdasarkan hukum kedua Newton mengenai gerak yaitu:= = 3.1.5.3. Penurunan Persamaan State Variable

Dari persamaan gerak tersebut kemudian dibuat persamaan state variable

yaitu suatu set persamaan dimana persamaan tersebut dalam bentuk persamaan

diferensial ordo satu yang mana sisi kanan persamaan tersebut adalah fungsi

aljabar dari state variable dan input. Kemudian dari state variable bisa ditentukan

37

juga persamaan output sistem. Persamaan state variable ini akan digunakan untuk

membuat blok diagram pada software simulink.

3.1.5.4. Pembuatan Block Diagram dan Simulasi dengan Simulink

Setelah mendapatkan state variable dari setiap free body diagram, maka

selanjutnya dapat membangun block diagram pada simulink.

Dengan memasukkan nilai koefisien dan gaya eksitasi ke dalam blok

diagram yang telah dibangun pada simulink, selanjutnya dapat kita eksekusi untuk

mendapatkan respon getaran sistem. Respon getaran yang didapatkan berupa

velocity.

3.1.6. Validasi Hasil Simulasi dan Eksperimen

Pada tahap ini respon getaran yang dihasilkan dari simulasi dibandingkan

trennya dengan hasil eksperimen. Tren yang dibandingkan adalah tren terhadap

kondisi pembebanan, tren arah horizontal dan arah vertikal, serta tren sisi

outboard dan sisi inboard, Kesesuaian tren hasil simulasi dan eksperimen

menunjukkan validitas hasil penelitian.

3.1.7. Analisa Hasil

Dari hasil simulasi numerik akan didapatkan data mengenai respon getaran

sistim. Output respon getaran sistim akan bergantung dari kondisi pembebanan

sistim. Dari grafik respon getaran dianalisis dan disimpulkan.

38

BAB IV

HASIL EKSPERIMEN

4.1. Hasil Pengukuran Pada Boiler Feed Pump

Pengukuran pada peralatan dilakukan pada 2 kondisi beban, yaitu pada

kondisi beban parsial dan kondisi beban maksimum. Pengambilan data pada

beban parsial dilakukan pada tanggal 4 Agustus 2014, sedangkan untuk beban

maksimum dilakukan pada tanggal 5 Agustus 2014. Untuk beban maksimum

tekanan discharge Boiler Feed Pump sebesar 15.31 Mpa (153.1 bar) dan flowrate

sebesar 570.95 ton/jam, untuk beban parsial tekanan discharge Boiler Feed Pump

sebesar 2.97 Mpa (29.72 bar) dan flowrate 208.57 ton/jam. Besarnya frekuensi

putaran poros pada beban maksimum Boiler Feed Pump adalah 5082 rpm atau

sebesar 84.7Hz, pada beban parsial besarnya frekuensi putaran poros Boiler Feed

Pump adalah 1715 rpm atau sebesar 28.58 Hz.

a. Beban Maksimum

b. Beban Parsial

Gambar 4.1. BFPM Inboard Horizontal

39

a. Beban Maksimum

b. Beban Parsial

Gambar 4.2. BFPM Inboard Vertikal

a. Beban Maksimum

40

b. Beban Parsial

Gambar 4.3. BFPM Outboard Horizontal

a. Beban maksimum

b. Beban Parsial

Gambar 4.4. BFPM Outboard Vertical

41

4.2. Hasil Pengkuran Pada Booster Pump

Waktu pengambilan data pada booster pump sama dengan boiler feed

pump yaitu dilakukan pada 2 kondisi beban, yaitu beban minimum pada tanggal 4

Agustus 2014 dan beban maksimum pada tanggal 5 Agustus 2014. Untuk beban

maksimum tekanan discharge Booster Pump sebesar 1.27 Mpa (12.69 bar) dan

flowrate sebesar 570.95 ton/jam, untuk beban minimum tekanan discharge

Booster Pump sebesar 1.46 Mpa (14.646 bar) dan flowrate 208.57 ton/jam.

Besarnya frekuensi putaran poros pada beban maksimum dan minimum Booster

Pump adalah 1494 rpm atau sebesar 24.9 Hz.

a. Beban Maksimum

b. Beban Parsial

Gambar 4.5. Booster Pump Outboard Horizontal

42

a. Beban Maksimum

b. Beban Parsial

Gambar 4.6. Booster Pump Outboard Vertical

a. Beban Maksimum

43

b. Beban Parsial

Gambar 4.7. Booster Pump Inboard Horizontal

a. Beban Maksimum

b. Beban Parsial

Gambar 4.8. Booster Pump Inboard vertical

44

4.3. Analisa dan Pembahasan

Dari spektrum pada gambar 4.1 sampai gambar 4.4 menunjukkan bahwa

terdapat kecenderungan makin dominannya frekuensi pada 1x putaran (84.7 Hz)

pada beban maksimum dibanding pada beban parsial untuk semua titik

pengukuran. Sedangkan dari spektrum pada gambar 4.5 hingga gambar 4.8,

frekuensi pada spektrum didominasi oleh frekuensi pada 4x, 8x, dan 12x putaran

poros. Karakteristik harmonik pada frekuensi ini mengindikasikan frekuensi blade

passnya.

Tabel 4.1. RMS Velocity Hasil Eksperimen

Gambar 4.9. Grafik RMS velocity hasil eksperimen BFPM

Keterangan gambar :OH = Outboard HorizontalOV = Outboard VertikalIH = Inboard HorizontalIV = Inboard Vertical

Frekuensi Velocity (mm/s) Frekuensi Velocity (mm/s)Horizontal 1x (28.58 Hz) 0.1 1x (84.7 Hz) 0.37Vertikal 1x (28.58 Hz) 0.1 1x (84.7 Hz) 0.38Horizontal 1x (28.58 Hz) 0.05 1x (84.7 Hz) 0.3Vertikal 1x (28.58 Hz) 0.06 1x (84.7 Hz) 0.37Horizontal 4x (99.6 Hz) 1.9 4x (99.6 Hz) 1Vertikal 4x (99.6 Hz) 8.5 4x (99.6 Hz) 3.8Horizontal 4x (99.6 Hz) 0.75 4x (99.6 Hz) 0.7Vertikal 4x (99.6 Hz) 3.05 4x (99.6 Hz) 1.65

Maksimum LoadParsial Load

BoosterPump

BFPMOutboard

Inboard

Outboard

Inboard

OH OV IH IV

Parsial Load 0.1 0.1 0.05 0.06

Maximum Load 0.37 0.38 0.3 0.37

0.1 0.10.05 0.06

0.37 0.38

0.3

0.37

00.05

0.10.15

0.20.25

0.30.35

0.4

RMS

(mm

/s)

Hasil Pengukuran (BFPM)

45

Dari Tabel 4.1. dan Gambar 4.9 menunjukkan trend nilai rms velocity

Boiler Feed Pump pada beban maksimum lebih besar daripada saat beban

minimum, hal ini disebabkan oleh gaya radial dinamis akibat hidraulic unbalance

yang makin dominan jika head impeler mendekati kisaran 400m atau lebih [11].

Sedangkan trend vibrasi pada arah vertikal lebih besar daripada arah horizontal

dan juga trend vibrasi pada sisi outboard lebih tinggi daripada sisi inboard. Secara

umum menurut standar ISO 10816-7 rms velocity pada boiler feed pump masih

dibawah ambang batas yang diijinkan yaitu 11mm/s dengan kategori A.

Gambar 4.10. Grafik RMS velocity hasil eksperimen booster pump.

Keterangan gambar :OH = Outboard HorizontalOV = Outboard VertikalIH = Inboard HorizontalIV = Inboard Vertical

Dari Tabel 4.1. dan gambar 4.10 menunjukkan bahwa trend vibrasi

booster pump pada beban parsial (flowrate feedwater minimum) nilai rms

velocitynya secara keseluruhan lebih tinggi daripada saat beban maksimum. Nilai

maksimum terdapat pada beban minimum untuk sisi vertikal outboard sebesar 8.5

mm/s. Sedangkan trend vibrasi pada arah vertikal secara umum lebih besar

daripada arah horizontal dan juga trend vibrasi pada sisi outboard lebih tinggi

daripada sisi inboard. Nilai vibrasi yang lebih besar pada arah vertikal

OH OV IH IV

Parsial Load 1.9 8.5 0.75 3.05

Maximum Load 1 3.8 0.7 1.65

1.9

8.5

0.75

3.05

1

3.8

0.71.65

0123456789

RMS

(mm

/s)

Hasil Pengukuran (Booster Pump)

46

dibandingkan pada arah horizontal disebabkan karena fluktuasi tekanan pada sisi

vertikal yang lebih tinggi dibanding sisi horizontal [1].

Berdasarkan standar ISO 10816-7 nilai maksimum rms booster pump

sebesar 8.5 mm/s masih dibawah ambang batas aman yaitu 11mm/s dengan

kategori C yaitu masih dapat ditoleransi.

47

BAB V

PEMODELAN MATEMATIS DAN SIMULASI

5.1. Pemodelan Matematis Peralatan

Sistem yang dimodelkan terdiri dari 1 buah boiler feed pump (ditunjukkan

pada gambar 5.1b dan gambar 5.3a), 1 buah variable speed fluid coupling

(ditunjukkan pada gambar 5.2a dan gambar 5.4), 1 buah motor, dan 1 buah

booster pump tipe double entry (gambar 5.2b dan gambar 5.3b).

Gambar 5.1 hingga gambar 5.4 menunjukkan model fisik peralatan yang akan

dimodelkan.

a. Gambar Seluruh Peralatan

b. Boiler Feed Pump

Gambar 5.1. Gambar Peralatan Boiler Feed Pump

BFPMFluid Coupling

Motor

48

Boiler feed pump merupakan variable speed pump, dimana putaran pompa

mengikuti kebutuhan beban (flowrate) dari feedwater system. Makin tinggi

flowrate yang dibutuhkan maka putaran pompa akan semakin cepat. Kendali dari

kecepatan pompa dilakukan oleh variable speed fluid coupling dimana makin

penuh minyak yang mengisi primary dan secondary wheel maka kecepatan output

putaran akan semakin tinggi.

a. Variable Speed Fluid Coupling

b. Booster Pump

Gambar 5.2. Gambar Peralatan Fluid Coupling dan Booster Pump

49

a. Boiler Feed Pump

b. Booster Pump

Gambar 5.3. Cross Section Pompa. [9]

Boiler feed pump pada gambar 5.4 terdiri dari 4 buah impeller, dengan 2

buah journal bearing pada sisi outboard dan inboard, untuk Booster pump terdiri

dari single impeller double suction yang ditumpu oleh sebuah ball bearing pada

sisi inboard dan 2 buah ball bearing pada sisi outboard.

50

Gambar 5.4. Cross Section Variable Speed Fluid Coupling. [8]

Gambar 5.5 menunjukkan bentuk fisik bearing yang digunakan, dimana

spesifikasi journal bearing adalah radial bearing 95 (5105 x 12P25) dengan

diameter 92 mm dan lebar 93 mm. Untuk ball bearing memiliki spesifikasi 7314

BECBP Angular dengan inner diameter 70 mm, outer diameter 150 mm,

thickness 35 mm.

a. Journal Bearing b. Ball Bearing

Gambar 5.5. Bearing yang digunakan.

51

Gambar 5.6. Sketsa susunan peralatan Boiler feed pump front view.

Gambar 5.6 menunjukkan sketsa susunan peralatan boiler feed pump yang

akan dimodelkan secara matematis. Model matematis sistim dibuat dalam satu

pandangan saja yaitu pandangan atas (arah horizontal pada bidang XZ) karena

untuk pandangan depan (arah vertikal pada bidang YZ) memiliki inersia yang

sama dengan bidang XZ. Sistem dibagi menjadi 2 bagian terpisah yaitu bagian

boiler feed pump dan yang lainnya adalah pinion, gear, booster pump yang

menjadi satu kesatuan dimana masing-masing terdiri dari 2 degree of freedom

(D.O.F). Sistem dipisah menjadi 2 bagian tersebut karena gaya eksitasi pada

impeller boiler feed pump tidak mempengaruhi pinion karena secara mekanisme

variable speed fluid coupling hanya meneruskan gaya torsional akibat tekanan

minyak pada fluid coupling. Sedangkan gaya eksitasi pada booster pump

mempengaruhi respon getaran pada gear dan pinion hal ini disebabkan karena

coupling bersifat rigid serta adanya gaya kontak gear dan pinion.

Untuk bagian boiler feed pump ditumpu oleh 3 buah journal bearing,

bagian pinion ditumpu oleh 2 buah journal bearing, untuk motor ditumpu oleh

ball bearing, untuk booster pump ditumpu oleh 1 buah angular ball bearing pada

sisi inboard dan 2 buah angular ball bearing pada sisi outboard.

Model matematis peralatan dalam pandangan atas dan pandangan depan

ditunjukkan pada gambar 5.7.

51





















51





















52

a. Top View

b. Front View

Gambar 5.7. Model Matematis Boiler Feed Pump

5.1.1. Free Body Diagram

5.1.1.1. Top View BFP

Gambar 5.8. Free Body Diagram BFP

53

5.1.1.2. Top View Pinion

Gambar 5.9. FBD Pinion

5.1.1.3. Top View Gear dan Booster Pump

Gambar 5.10. FBD Gear dan Booster

5.1.2. Persamaan Gerak

5.1.2.1. Persamaan Gerak BFP Arah Sumbu-X= − − − 2 − − − 2 − = 0

54

− ( + ) − ( + ) − 2 ( − ) −− + − + − 2 − − = 0 (5.1)

Persamaan state Variabel : = = = − ( + ) − ( + ) − 2 ( −) − + − + − 2 − (5.2)

5.1.2.2. Persamaan Gerak BFP terhadap Pusat Massa∑ = − ( + ) − ( + ) − 2 ( − ) − + − + − 2 − − = 0(5.3)

State variable: = = − ( + ) − ( + ) −( − ) − + − + − −) (5.4)

5.1.2.3. Persamaan Gerak Pinion Arah Sumbu-X= 0+ + + + − = 0( − ) + ( + ) + − + + + − = 0 (5.5)

Persamaan state variabel, = =

55

= − ( − ) − ( + ) − − − + (5.6)

Besarnya gaya kontak Frcx pada pinion akibat gaya kontak dari

gear booster pump adalah,= ( − ) + ( − ) + ( − ) +( + ) + ( + ) + ( + ) + − + − + − + + + + + + + − (5.7)

Sehingga persamaan gerak pinion terhadap sumbu-x menjadi,

= ( − ) + ( − ) + ( − ) +( + ) + ( + ) + ( + ) + − + − + − + + + + + + + − − ( − ) −( + ) − − − + (5.8)

5.1.2.4. Persamaan Gerak Pinion terhadap Pusat Massa∑ = − − ( − ) − ( + ) − − − + = 0 (5.9)

State variable: = = − ( − ) − ( + ) − − − + (5.10)

Besarnya gaya kontak Frcx pada pinion akibat gaya kontak dari

gear booster pump terhadap pusat massanya adalah,

56

= − − ( − ) −( − ) − ( − ) − ( + ) − ( +) − ( + ) − − − − − − − + − + − + (5.11)

Sehingga persamaan gerak pinion terhadap sumbu-x menjadi,

= − − − ( − ) −( − ) − ( − ) − ( + ) − ( +) − ( + ) − − − − − − − + − + − + − ( − ) − ( + ) − − − + (5.12)

5.1.2.5. Persamaan Gerak Booster Pump Terhadap Sumbu-X= + − − − − − −− − − − − − − = 0 + − ( − ) − ( − ) − ( − ) −( + ) − ( + ) − ( + ) − − − − − − − + − + − + − = 0 (5.13)

State variable: = =

57

= + − ( − ) − ( − ) −( − ) − ( + ) − ( + ) − ( + ) − − − − − − − + − + − + (5.14)

Besarnya gaya kontak Frcx pada Gear akibat dari gaya kontak

Pinion adalah= ( − ) + ( + ) + − + + + (5.15)

Sehingga persamaan gerak massa booster pump menjadi

= + ( − ) + ( + ) + − + + + − ( − ) −( − ) − ( − ) − ( + ) − ( + ) −( + ) − − − − − − − + − + − + (5.16)

5.1.2.6. Persamaan Gerak Booster pump terhadap Pusat Massa∑ = 0 + ( − ) + ( − ) + ( − ) +( + ) + ( + ) + ( + ) + − + − + − + +) + + + + + −= 0 (5.17)

State variable: = = − − ( − ) −( − ) − ( − ) − ( + ) − ( +) − ( + ) − − − − −

58

− − + − + − + (5.18)

Besarnya gaya kontak Frcx pada Gear akibat dari gaya kontak

Pinion adalah= + ( − ) + ( + ) + − + + (5.19)

Sehingga persamaan gerak massa booster terhadap pusat massanya = − + ( − ) +( + ) + − + + − ( −) − ( − ) − ( − ) − ( + ) −( + ) − ( + ) − − − − − − − + − +) − + (5.20)

5.1.3. Parameter Model

Tabel 5.1. Menunjukkan parameter yang diinputkan kedalam block

diagram.

Tabel 5.1. Parameter Boiler Feed Pump

Model Parameter Symbol Nilai Parameter

Frekuensi (Max/Min) Rpm 5082 / 1715

Frekuensi (Max/Min) Hz 84.7 / 28.58

Frekuensi (Max/Min) Rad/detik 531.916 / 179.503

Massa M 424.573 Kg

Inersia I 239011.923

Jarak Outboard JB thd CG L1 1.447 m

Jarak Inboard JB thd CG L2 0.10628 m

Jarak JB FC thd CG L3 0.82365 m

59

Jarak Fr thd CG LA 0.75004 m

Kekakuan Journal Brg BFP K1 900,000,000 N/m

Kekakuan Journal Brg BFP K2 900,000,000 N/m

Kekakuan Journal Brg FC K3 900,000,000 N/m

Damping Coef Journal Brg B1 10,000 Ns/m



Tabel 5.2. Parameter Pinion


Massa m 201.587 Kg

Inersia I 2912.3034



Jarak Gaya Kontak thd CG LB 0.19366 m

Kekakuan Journal Brg K4 900,000,000 N/m




Tabel 5.3. Parameter Gear dan Booster Pump


Frekuensi (Max/Min) Rpm 1494

Frekuensi (Max/Min) Hz 24.9

Frekuensi (Max/Min) Rad/detik 156.372

Massa M 1673.55 Kg

Inersia I 1603170.448

Jarak JB Outboard thd CG L6 1.9286 m

Jarak Gaya Kontak thd CG L7 1.45808

Jarak JB Inboard thd CG L8 0.3501 m

Jarak Ball Brg thd CG L9 2.43177 m

60

Jarak Ball Brg thd CG L10 3.30985 m

Jarak Ang Ball Brg Inboard thd CG L11 4.22783 m

Jarak Gaya Radial thd CG LC 1.67125 m

Jarak Ang Ball Brg Outboard thd CG LD 3.76622 m



Kekakuan Ball Brg K8 600,000,000 N/m






Damping Coef Ball Brg B8 11,000 Ns/m




5.2. Pemodelan Pada Simulink

Persamaan gerak yang telah dibuat dibuat dalam bentuk block diagram,

dalam hal ini terdapat 2 buah block diagram. Block diagram yang pertama adalah

memodelkan respon getaran yang terjadi pada boiler feed pump akibat excitasi

harmonik yang disebabkan oleh hydraulic unbalance pada impeller boiler feed

pump. Hydraulic unbalance ini bekerja pada frekuensi 1 kali putaran porosnya.

Untuk block diagram yang kedua adalah memodelkan respon getaran yang terjadi

pada booster pump akibat excitasi harmonik yang disebabkan oleh blade pass

force pada impeller booster pump. Antara block diagram pada boiler feed pump

dan block diagram pada booster pump dibuat terpisah karena tidak saling

mempengaruhi satu sama lainnya.

61

5.2.1. Block Diagram Boiler Feed Pump

Gambar 5.11. Block Diagram Boiler Feed Pump

5.2.2. Block Diagram Gear Pinion dan Booster Pump

Gambar 5.12. Block Diagram Booster Pump

62

5.3. Perhitungan Eksitasi Harmonik Gaya Radial Dinamis

Pengambilan data dilakukan di PLTU Paiton Baru (unit 9) pada tanggal 4

Agustus 2014 untuk beban minimum dan pada tanggal 5 Agustus 2014 untuk

beban maksimum.

5.3.1. Gaya Radial Dinamis pada Boiler Feed Pump

Tabel 5.4 dan tabel 5.5 menunjukkan data yang digunakan untuk

perhitungan gaya eksitasi harmonik pada impeller pompa. Gaya radial

pada sisi vertikal memiliki faktor koreksi 20% lebih tinggi dibanding sisi

horizontal [Attia Khalifa (2009)].

Tabel 5.4. Parameter Perhitungan Gaya Radial Dinamis BFP

Parameter Simbol Nilai Parameter

Konstanta Hidrolik (Max/Min) Kd 0.005 / 0.02

Density @153.1 bar; 138.9˚C ρ 931.13 Kg/m3

Density @100˚C Ρ 960 Kg/m3

Gravitasi G 9.8 m/s2

Diameter Impeler BFP D2 0.31375 m

Lebar Shroud BFP B2 0.0441 m

Jumlah Impeler BFP - 4

Suction Pressure (Max/Min) Psuct 12.69 / 14.646 bar

Discharge Pressure (Max/Min) Pdisc 153.1 / 29.72 bar

Head H 1434.62 m

Perhitungan pada beban maksimum sisi horizontal:= . . . . . . ( )= 0,005 . 931,13 . 9,8 . 1434,62 . 0,31375 . 0,0441 . ( )= 3622,66. ( )Perhitungan pada beban maksimum sisi vertikal:= (0,2 . 3622,66) + 3622,66 . ( )= 4347,19. ( )Perhitungan pada beban minimum sisi horizontal:= . . . . . . ( )

63

= 0,02 . 960 . 9,8 . 154,02 . 0,31375 . 0,0441 . ( )= 1603.9. ( )Perhitungan pada beban minimum sisi vertikal:= (0,2 . 1603.9) + 1603,9 . ( )= 1924,68 . ( )

5.3.2. Gaya Radial Dinamis pada Booster Pump

Tabel 5.5. Parameter Perhitungan Gaya Radial Dinamis Booster Pump

Parameter Simbol Nilai Parameter

Konstanta Hidrolik (Max / Min) Kd 0.1 / 0.2

Density @12.69 bar; 138.9˚C ρ 927.361 Kg/m3

Density @100˚C ρ 960 Kg/m3

Gravitasi g 9.8 m/s2

Diameter Impeler Booster D2 0.401333 m

Lebar Shroud Booster B2 0.074667 m

Suction Pressure (Max/Min) Psuct 2.442 / 2.66 bar

Discharge Pressure (Max/Min) Pdisc 12.69 / 14.646 bar

Head (Max/Min) H 104.71 / 122.47 m

Perhitungan pada beban maksimum sisi horizontal:= . . . . . . ( )= 0,1 . 927,361 . 9,8 . 104,71 . 0,40133 . 0,074667 . ( )= 2851,58 . ( )Perhitungan pada beban maksimum sisi vertikal:= (0,2 . 2851,58). 2851,58 . ( )= 3421,89 . ( )Perhitungan pada beban minimum sisi horizontal:= . . . . . . ( )= 0,2 . 960 . 9,8 . 122,47 . 0,40133 . 0,074667 . ( )= 6905,15. ( )Perhitungan pada beban minimum sisi vertikal:

64

= (0,2 . 6905,15) + 6905,15 . ( )= 8286,18. ( )5.4. Hasil Simulasi

5.4.1. Hasil Simulasi Time Respon dengan Eksitasi Impuls

Gambar 5.13 menunjukkan respon percepatan massa BFPM akibat eksitasi

impuls yang diberikan dengan beban 4347,19 N (maksimum load). Dari grafik

tampak bahwa waktu stabil dicapai pada 1.15 detik.

Gambar 5.13. Grafik Respon Percepatan massa BFPM akibat eksitasi impuls

Gambar 5.14. Grafik respon percepatan booster pump akibat eksitasi impuls

Gambar 5.14 menunjukkan respon percepatan massa Booster Pump akibat

eksitasi impuls yang diberikan dengan beban 8286,18 N. Dari grafik tampak

bahwa waktu stabil dicapai pada 1.2 detik.

1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Acce

lera

tion

(m/s

2)

time (s)

Respon Getaran Transient BFPM Acceleration X (Max Load)

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Acc

eler

atio

n (m

/s2)

time (s)

Respon Getaran Transient Booster pump Acceleration X

65

5.4.2. Hasil Simulasi Time Respon Boiler Feed Pump dengan Eksitasi

Harmonik

Gambar 5.14 hingga gambar 5.19 menunjukkan respon getaran boiler feed

pump untuk kondisi flowrate maksimum dengan gaya dinamis 4347,19N arah

vertical dan 3622,66N arah horizontal dengan Head pompa sebesar 1434.62 m

pada frekuensi 84.7 Hz, sedangkan untuk flowrate minimum dengan gaya dinamis

1924,68N arah vertical dan 1603,9N arah horizontal dengan Head pompa sebesar

154.02 m pada frekuensi 28.58 Hz.

Gambar 5.15. BFPM Outboard Horizontal (Maksimum Load)

Gambar 5.16. BFPM Outboard Vertical (Maksimum Load)

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Outboard Horizontal (Max Load)

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Outboard Vertikal (Max Load)

66

Gambar 5.17. BFPM Inboard Horizontal (Maksimum Load)

Gambar 5.18. BFPM Inboard Vertical (Maksimum Load)

Gambar 5.19. BFPM Outboard Horizontal (Parsial Load)

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Inboard Horizontal (Max Load)

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Inboard Vertikal (Max Load)

2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Outboard Horizontal (Parsial Load)

67

Gambar 5.20. BFPM Outboard Vertical (Parsial Load)

Gambar 5.21. BFPM Inboard Horizontal (Parsial Load)

Gambar 5.22. BFPM Inboard Vertical (Parsial Load)

2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Outboard Vertikal (Parsial Load)

2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Inboard Horizontal (Parsial Load)

2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

BFPM Inboard Vertikal (Parsial Load)

68

5.4.3. Hasil Simulasi Time Respon Booster Pump dengan Eksitasi Harmonik

Gambar 5.20 hingga gambar 5.25 menunjukkan respon getaran booster

pump untuk kondisi flowrate maksimum dengan gaya dinamis 3421,89N arah

vertical dan 2851,58N arah horizontal dengan Head pompa sebesar 104.71 m

pada frekuensi 99.6 Hz, sedangkan untuk flowrate minimum dengan gaya dinamis

8286,18N arah vertical dan 6905,15N arah horizontal dengan Head pompa

sebesar 122.47 m pada frekuensi 99.6 Hz.

Gambar 5.23. Booster Pump Inboard Horizontal (Maksimum Load)

Gambar 5.24. Booster Pump Inboard Vertical (Maksimum Load)

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Inboard Horizontal (Max Load)

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Inboard Vertikal (Max Load)

69

Gambar 5.25. Booster Pump Outboard Horizontal (Maksimum Load)

Gambar 5.26. Booster Pump Outboard Vertical (Maksimum Load)

Gambar 5.27. Booster Pump Inboard Horizontal (Parsial Load)

2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9

-1

-0.5

0

0.5

1

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Outboard Horizontal (Max Load)

2.8 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92 2.94 2.96 2.98 3-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Outboard Vertikal (Max Load)

5 5.02 5.04 5.06 5.08 5.1 5.12 5.14 5.16 5.18 5.2

-2

-1

0

1

2

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Inboard Horizontal (Parsial Load)

70

Gambar 5.28. Booster Pump Inboard Vertical (Parsial Load)

Gambar 5.29. Booster Pump Outboard Horizontal (Parsial Load)

Gambar 5.30. Booster Pump Outboard Vertical (Parsial Load)

5 5.02 5.04 5.06 5.08 5.1 5.12 5.14 5.16 5.18 5.2

-3

-2

-1

0

1

2

3

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Inboard Vertikal (Parsial Load)

5 5.02 5.04 5.06 5.08 5.1 5.12 5.14 5.16 5.18 5.2

-2

-1

0

1

2

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Outboard Horizontal (Parsial Load)

5 5.02 5.04 5.06 5.08 5.1 5.12 5.14 5.16 5.18 5.2

-2

-1

0

1

2

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Outboard Vertikal (Parsial Load)

71

5.5. Analisa Hasil

Gambar 5.31 menunjukkan bahwa gaya dinamis akibat hydraulic

unbalance BFPM pada beban maksimum lebih tinggi dibanding pada saat beban

parsial, ini disebabkan BFPM merupakan jenis pompa centrifugal dengan variabel

speed impeller sehingga kenaikan flowrate diikuti dengan kenaikan tekanan dan

head pompa namun sebaliknya, blade pass force pada booster pump menunjukkan

bahwa pada beban parsial gaya dinamis akibat blade pass force lebih tinggi

dibanding pada kondisi beban maksimum, hal ini disebabkan tekanan dan head

booster pump pada beban parsial yang lebih tinggi daripada saat beban

maksimum. Booster pump merupakan jenis pompa centrifugal dengan constant

speed, sehingga kenaikan flowrate akan menurunkan tekanan dan head pompa.

Sedangkan gaya dinamis pada BFPM dan Booster pump pada arah vertikal lebih

lebih besar daripada arah horizontal hal ini disebabkan karena adanya faktor

koreksi sebesar 20% pada arah vertikal. Faktor koreksi ini adalah akibat fluktuasi

tekanan yang lebih besar pada sisi vertikal dibanding sisi horizontalnya [1].

Tabel 5.6. Beberapa Variabel BFPM dan Booster Pump

Gambar 5.31. Gaya dinamis hydraulic unbalance.

Variabel Maksimum Load Parsial Load Maksimum Load Parsial LoadHead 1434.62 m 154.02 m 104.71 m 122.47 mFlowrate 570.95 208.57 570.95 208.57Gaya Dinamis Vertikal 4347.19 N 1924.68 N 3421.89 N 8286.18 NGaya Dinamis Horizontal 3622.66 N 1603.9 N 2851.58 N 6905.15 N

BFPM Booster Pump

Gaya Dinamis Vertikal Gaya DinamisHorizontal

Maksimum Load 4347.19 3622.66

Parsial Load 1924.68 1603.9

4347.193622.66

1924.68 1603.9

0

1000

2000

3000

4000

5000

Fr (N

)

Gaya Dinamis BFPM

72

5.32. Gaya dinamis blade pass force.

Gambar 5.33. Hasil Simulasi pada BFPM

Dari hasil simulasi pada gambar 5.33 menunjukkan bahwa trend vibrasi

BFPM pada beban maksimum lebih tinggi daripada beban minimum, hal ini

disebabkan gaya radial dinamis yang lebih besar pada beban maksimum (BFPM

merupakan variable speed pump). Gaya dynamic radial yang lebih besar

disebabkan oleh semakin tinggi beban (flowrate feedwater) maka head pompa

akan naik karena frekuensi putaran poros mengikuti kebutuhan beban (flowrate).

Sedangkan pada sisi vertikal baik outboard maupun inboard lebih tinggi daripada

Gaya Dinamis Vertikal Gaya DinamisHorizontal

Maksimum Load 3421.89 2851.58

Parsial Load 8286.18 6905.15

3421.892851.58

8286.18

6905.15

0100020003000400050006000700080009000

Fr (N

)

Gaya Dinamis Booster Pump

OH OV IH IV

Parsial Load 0.141 0.157 0.138 0.15

Maximum Load 0.16 0.19 0.15 0.18

0.1410.157

0.1380.150.16

0.19

0.15

0.18

00.020.040.060.08

0.10.120.140.160.18

0.2

RMS

(mm

/s)

Hasil Simulasi (BFPM)

73

sisi horizontal hal ini disebabkan gaya radial dinamis pada sisi vertikal yang lebih

tinggi 20% daripada sisi horizontal [Attia Khalifa (2009)].

Gambar 5.34. Hasil Simulasi pada Booster Pump

Namun sebaliknya trend vibrasi untuk booster pump (seperti pada gambar

5.34) pada beban minimum lebih tinggi dibanding pada beban maksimum. Hal ini

disebabkan kenaikan beban (flowrate) akan menurunkan tekanan discharge

booster pump pada frekuensi yang sama sehingga gaya radial dinamis pada

flowrate yang rendah lebih tinggi, hal ini merupakan karakteristik pompa

centrifugal, bahwa kenaikan flowrate akan menurunkan tekanan untuk frekuensi

putaran yang konstan.

Untuk sisi outboard baik pada BFPM maupun Booster Pump lebih tinggi

daripada sisi inboard karena jarak lengan terhadap pusat massa yang lebih

panjang pada sisi outboard. Secara umum tren vibrasi pada booster pump lebih

tinggi daripada BFPM baik untuk kondisi beban maksimum maupun beban parsial

hal ini disebabkan gaya dinamis akibat blade pass force yang lebih besar nilainya

daripada hydraulic unbalance force seperti yang ditunjukkan pada gambar 5.31

dan 5.32.

OH OV IH IV

Parsial Load 1.633 1.74 1.6 1.7

Maximum Load 0.52 0.804 0.5 0.8

1.633 1.741.6 1.7

0.52

0.804

0.5

0.8

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2RM

S (V

eloc

ity)

Hasil Simulasi (Booster Pump)

74

BAB VI

PERBANDINGAN HASIL PENGUKURAN DAN SIMULASI

6.1. Perbandingan Hasil Pengukuran dan Simulasi

Perbandingan hasil simulasi dan pengukuran dilakukan untuk melihat

kesamaan pola spektrum dan trending rms velocity antara hasil eksperimen dan

hasil simulasi. Jika tren yang dihasilkan simulasi berbeda dengan hasil

eksperimen maka kemungkinan besar terjadi kesalahan dalam proses simulasi.

Dalam proses validasi ini spektrum respon getaran hasil eksperimen menjadi

acuan dari hasil simulasi. Titik pengukuran hasil eksperimen yang dibandingkan

dengan hasil simulasi adalah titik yang memiliki frekuensi dominan yang sama

dengan yang digunakan pada simulasi, hal ini bertujuan untuk mempermudah

pembandingan spektrum dan melihat pengaruh eksitasi yang dominan terhadap

bentuk spektrumnya.

6.2. Perbandingan Spektrum Boiler Feed Pump

6.2.1. Perbandingan Spektrum Boiler Feed Pump Beban Maksimum

a. Velocity Hasil Eksperimen

b. Velocity Hasil Simulasi

Gambar 6.1. Perbandingan Spektrum Velocity BFPM Inboard Horizontal

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

Veloc

ity (m

m/s)

time (s)

BFPM Inboard Horizontal (Max Load)

75

Pada gambar 6.1 menunjukkan bahwa spektrum getaran hasil simulasi

secara umum memiliki kesamaan bentuk spektrum hasil eksperimen. Frekuensi

yang dominan adalah frekuensi akibat eksitasi harmonik pada 1 kali putaran poros

sebesar 84.7Hz (17 gelombang selama 0.2 detik). Frekuensi ini merupakan

frekuensi akibat hydraulic unbalance yang semakin dominan dengan semakin

tingginya head pompa. Pada eksperimen frekuensi yang muncul selain 1 kali

putaran poros adalah frekuensi 2 kali putaran poros, frekuensi ini mempengaruhi

bentuk spektrum secara umum, sehingga terlihat adanya bentuk gelombang yang

memiliki perioda 2 kali lebih pendek daripada frekuensi 1 kalinya.

6.2.2. Perbandingan Spektrum Boiler Feed Pump Beban Parsial

Untuk hasil simulasi boiler feed pump pada kondisi beban parsial

menunjukkan bahwa bentuk spektrum simulasi dan eksperimen memiliki

kesamaan namun pada frekuensi yang berbeda. Hal ini disebabkan karena

frekuensi eksitasi yang dimodelkan pada beban parsial tidak muncul dominan,

frekuensi dominan yang muncul pada hasil eksperimen adalah 3.5x putaran poros,

berbeda halnya dengan frekuensi eksitasi putaran poros.



Gambar 6.2. Perbandingan Spektrum Velocity BFPM Outboard Horizontal

2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

Veloc

ity (m

m/s)

time (s)

BFPM Outboard Horizontal (Parsial Load)

76

6.3. Perbandingan Spektrum Booster Pump

6.3.1. Perbandingan Spektrum Booster Pump Beban Maksimum

Pada gambar 6.3 menunjukkan bahwa spektrum getaran hasil

simulasi secara umum memiliki kesamaan bentuk spektrum hasil

eksperimen. Frekuensi yang dominan muncul adalah frekuensi akibat

eksitasi harmonik sebesar 99.6 Hz (4 kali putaran poros). Dengan jumlah

20 gelombang per 0.2 detik untuk amplitudo yang dominan (gelombang

dengan peak to peak besar). Frekuensi ini adalah frekuensi dynamic balde

pass force.



Gambar 6.3. Perbandingan Spektrum Velocity Booster Outboard Vertical.

2.8 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92 2.94 2.96 2.98 3

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Outboard Vertikal (Max Load)

77

6.3.2. Perbandingan Spektrum Booster Pump Beban Parsial

Pada gambar 6.4 menunjukkan bahwa spektrum getaran hasil

simulasi secara umum memiliki kesamaan bentuk spektrum hasil

eksperimen. Frekuensi yang dominan muncul adalah frekuensi akibat

eksitasi harmonik sebesar 99.6 Hz (4 kali putaran poros). Dengan jumlah

20 gelombang per 0.2 detik untuk amplitudo yang dominan (gelombang

dengan peak to peak besar). Frekuensi ini adalah frekuensi dynamic blade

pass force.



Gambar 6.4. Perbandingan Spektrum Velocity Booster Outboard Vertical

5 5.02 5.04 5.06 5.08 5.1 5.12 5.14 5.16 5.18 5.2

-3

-2

-1

0

1

2

3

Velo

city

(mm

/s)

time (s)

Booster pump Outboard Vertikal (Parsial Load)

78

6.4. Perbandingan RMS Velocity Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi

Gambar 6.5. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran pada BFPM

(Parsial Load)

Gambar 6.6. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran pada BFPM

(Maksimum Load)

Pada gambar dan gambar menunjukkan bahwa trend vibrasi hasil

eksperimen dan hasil simulai BFPM pada beban maksimum lebih besar

daripada beban parsial. Demikian juga trend vibrasi untuk sisi vertikal

OH OV IH IV

Simulasi 0.141 0.157 0.138 0.15

Eksperimen 0.1 0.1 0.05 0.06

0.1410.157

0.1380.15

0.1 0.1

0.05 0.06

00.020.040.060.080.10.120.140.160.18

RMS

(mm

/s)

Perbandingan Simulasi & PengukuranParsial Load (BFPM)

OH OV IH IV

Simulasi 0.16 0.19 0.15 0.18

Eksperimen 0.37 0.38 0.3 0.37

0.160.19

0.150.18

0.37 0.38

0.3

0.37

0.000.050.100.150.200.250.300.350.40

RMS

(mm

/s)

Perbandingan Simulasi & PengukuranMaksimum Load (BFPM)

79

memiliki nilai rms velocity yang lebih tinggi dibanding sisi horizontal.

Untuk trend vibrasi sisi outboard horizontal dan outboard vertical

menunjukkan trend yang lebih tinggi dibanding sisi inboard horizontal

dan inboard vertikal.

Gambar 6.7. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran pada Booster

Pump (Parsial Load)

Gambar 6.8. Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran pada Booster

Pump (Maksimum Load)

OH OV IH IV

Simulasi 1.633 1.74 1.6 1.7

Eksperimen 1.9 8.5 0.75 3.05

1.633 1.74 1.6 1.71.9

8.5

0.75

3.05

0123456789

RMS

(mm

/s)

Perbandingan Simulasi & PengukuranParsial Load (Booster Pump)

OH OV IH IV

Simulasi 0.52 0.804 0.5 0.8

Eksperimen 1 3.8 0.7 1.65

0.520.804

0.50.81

3.8

0.7

1.65

00.511.522.533.54

RMS

(mm

/s)

Perbandingan Simulasi & PengukuranMaksimum Load (Booster Pump)

80

Pada gambar dan gambar menunjukkan bahwa trend vibrasi

booster pump hasil eksperimen dan hasil simulai pada beban maksimum

lebih kecil daripada beban parsial. Sedangkan trend vibrasi untuk sisi

vertikal memiliki nilai rms velocity yang lebih tinggi dibanding sisi

horizontal. Untuk trend vibrasi sisi outboard horizontal dan outboard

vertikal menunjukkan trend yang lebih tinggi dibanding sisi inboard

horizontal dan inboard vertikal.

Secara umum baik pada BFPM maupun pada booster pump dari

hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan trend yang sama pada arah

vertikal, horizontal, outboard dan inboard serta pada variasi beban

maksimum dan parsial.

81

BAB VII

KESIMPULAN DAN SARAN

7.1. Kesimpulan

Dari penelitian yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Tren vibrasi boiler feed pump pada beban maksimum lebih tinggi

dibanding beban parsial hal ini disebabkan gaya dinamis akibat hydraulic

unbalance yang lebih tinggi pada beban maksimum dibanding saat beban

parsial, namun tren vibrasi booster pump pada beban maksimum lebih

rendah daripada beban parsial, hal ini disebabkan gaya dinamis akibat

blade pass force pada beban parsial yang lebih tinggi dibanding pada saat

beban maksimum.

2. Gaya dinamis akibat blade pass force pada booster pump lebih tinggi

daripada gaya dinamis akibat hydraulic unbalance pada boiler feed pump

sehingga tren respon getaran pada booster pump lebih tinggi daripada

boiler feed pump baik pada kondisi beban maksimum maupun beban

parsial.

3. Tren respon vibrasi pada arah vertikal lebih tinggi daripada arah horizontal

hal ini disebabkan oleh faktor koreksi sebesar 20% lebih tinggi pada arah

vertikal, untuk semua kondisi pembebanan pada boiler feed pump maupun

pada booster pump.

4. Tren vibrasi pada sisi outboard lebih besar daripada sisi inboard baik pada

boiler feed pump maupun pada booster pump, hal ini disebabkan karena

panjang sisi outboard terhadap titik beratnya yang lebih panjang daripada

sisi inboardnya.

5. Respon getaran pada pompa dapat dimodelkan dengan 6 derajat

kebebasan, dimana spektrum getaran antara hasil simulasi dan hasil

eksperimen boiler feed pump maupun booster pump memiliki kesesuaian

bentuk spektrum dan trend rms velocity menunjukkan trend yang sama

pada sisi horisontal, vertikal, inboard dan outboard.

82

7.2. Saran

1. Perlunya kajian lebih lanjut untuk memodelkan sistem getaran dengan

menggunakan gaya eksitasi akibat fluktuasi tekanan pada sisi discharge

maupun sisi suction pompa.

2. Perlunya kajian lebih lanjut untuk memodelkan sistem getaran dengan

metode elemen hingga untuk mendapatkan hasil simulasi yang lebih

akurat untuk berbagai kondisi pembebanan.

83

DAFTAR PUSTAKA

[1] Attia khalifa, dkk. (2009), “Experiments on Pressure Fluktuations in a HighPressure Double Volute Centrifugal Pump Under Part Load Conditions”.Proceeding of the Fourth International Conference on Thermal Energy:Theory and Application.

[2] Amit Suhane. (2012), “Experimental Study on Centrifugal Pump to Determinethe Effect of Radial Clearance on Pressure Pulsations, Vibration andNoise”. International Journal of Engineering Research and Applications(IJERA), Vol.2.

[3] Stefan Berten. (2010), “Hydrodynamics of High Specific Power Pump for Off-Design Operating Conditions”. Thesis.

[4] Dr. Elemer Makay (1996), “Problems Encounter in Boiler Feed PumpOperation”. Energy Research & Consultans Corporation.

[5] Rao, Singiresu S. (2004). Mechanical Vibration. Prentice Hall PTR:Singapore.

[6] Frederick, Close. (2002). Modeling and Analysis of Dynamic System. JohnWiley & Sons: USA.

[7] Garibotti. (2003). Centrifugal Pump Handbook. TM.P S.p.A TermomeccanicaPompe-La Spezie-Italy.

[8] Technical Documentation Instruction Manual. Geared Variable SpeedCoupling. Voith Turbo.

[9] Feedwater Pump Operating Manual. Shenyang Blower Works (Group) Co,Ltd.

[10] Kaspul Anuar, ST. (2014). Karakteristik Gaya Redaman Dan EnergiBangkitan Dari Regenerative Shock Absorber Dengan Motor Hidrolik.Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

[11] Gulich, Johann Friedrich. (2008). Centrifugal Pumps. Springer.[12] R.B. Randall. (2011). Vibration-based Condition Monitoring, First Edition

John Wiley & Sons, Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, WestSussex, United Kingdom.

[13] U. Werner. (2011). “A Plane Vibration Model for Natural Vibration Analysisof Soft Mounted Electrical Machines”. Advances in Vibration AnalysisResearch. Published by InTech.

$1$/,6$ 5(6321 *(7$5$1 75$169(56$/ %2,/(5 )((' 3803 3 ...

Documents

Transcript of $1$/,6$ 5(6321 *(7$5$1 75$169(56$/ %2,/(5 )((' 3803 3 ...