IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
REDESIGN PULVERIZER SHAFT UNIT 2 DI PLTU
SEKTOR BUKIT ASAM 4 X 65 MW
Arief Prakoso H1.
Wiji Mangestiyono2.
Seno Darmanto3.
Murni4 Universitas Diponegoro.
Jl.
Hayam Wuruk No.
4 Pleburan Semarang 50241 Sekolah Vokasi Rekayasa Perancangan Mekanik,Departemen Teknologi Industri UNDIP.
Semarang e-mail: arfprakoso8@gmail.
Abstrak Dalam pengoperasian PLTU Bukit Asam, di semua unit pembangkit banyak mengalami gangguan yang dapat menyebabkan derating unit.
Derating unit bisa terjadi akibat penurunan performa steam turbin, menurunnya keandalan pulverizer, dan juga gangguan pada sistem supply batubara serta berbagai faktorfaktor lainnya.
Berdasarkan data kinerja Sektor Pembangkitan Bukit Asam (Laporan gangguan bulana.
Bulan Januari 2014 tercatat telah terjadi 54 kali gangguan derating.
Dari salah satu penyebab derating tersebut adalah Pulverizer Shaft patah dengan kerugian jam operasi selama 196,78 .
yang menyebabkan kerugian listrik yang tidak tersalur 12,422 [GW.
Dengan direalisasikannya AFI (Action For Improvemen.
dalam penugasan pembuatan tugas akhir ini, bertujuan untuk melakukan redesign pada pulverizer shaft, serta menganalisis penyebab pulverizer shaft patah.
Dengan dilakukannya redesign pulverizer shaft serta menganalisis penyebab pulverizer shaft patah, didapat bahwa penyebab patahnya shaft yang berbahan AISI 1045 dengan desain lama yaitu dari penghitungan nilai tegangan geser sebesar 48,44 x 107 [N/m.
, hasil ini melampaui dari nilai tegangan ijin bahan yakni sebesar 31,8 x 107 [N/m.
, sehingga tidak aman digunakan dan masa pakai yang tidak lama.
Hasil redesign shaft mengubah dimensi dari diameter kepala shaft yang sebelumnya berdiameter 0,174 .
menjadi berdiamater 0,25 .
Hasil penghitungan redesign shaft berbahan AISI 1045 didapat nilai tegangan geser sebesar 16,33 x 107 [N/m.
, hasil ini lebih kecil dari nilai tegangan ijin bahan yakni sebesar 31,8x 10 7 [N/m.
, sehingga lebih aman dengan masa pakai yang relatif lebih lama.
Kata Kunci : Derating.
Pulverizer Shaft, material.
Redesign.
Tegangan Geser Abstract In the operation of the Bukit Asam power plant, in all generating units there are many disturbances that can cause derating the units.
Derating of the unit can occur due to decrease in the performance of the steam turbine, decrease in the reliability of the pulverizer, and also disturbances in the coal supply system and various factors.
Based on the performance data of the Bukit Asam Generation Sector (Monthly disturbance repor.
in January 2014, there were 54 derating disturbances recorded.
One of the causes of the derating was a broken Pulverizer Shaft with a loss of operating hours for 196.
which caused an unallocated electricity loss of 12,422 [GW.
With the realization of AFI (Action For Improvemen.
in this final project creation assignment, it aims to redesign the shaft pulverizer, as well as analyze the causes of the pulverizer shaft break.
By redesigning the pulverizer shaft and analyzing the cause of the pulverizer shaft breaking, it was found that the cause of the fracture of the shaft made from AISI 1045 with the old design was from calculating the shear stress value of 48.
44 x 10 7 [N/m.
, this result exceeded the value of the material permit voltage of 31.
8 x 10 7 [N/m.
, so it was not safe to use and the service life was not long.
The results of the redesign shaft changed the dimensions of the diameter of the shaft head which was 174 .
in diameter to a dwelling of 0.
The results of calculating the redesign shaft made from AISI 1045 obtained a shear stress value of 16.
33 x 107 [N/m.
, this result is smaller than the material clearance voltage value of 31.
8 x 107 [N/m.
, so it is safer with a relatively longer service life.
Keywords: Derating.
Pulverizer Shaft, material.
Redesign.
Shear Stress IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
PENDAHULUAN
Listrik Tenaga Uap (PLTU) Sektor Bukit Asam merupakan salah satu unit PLTU milik PT.
Pembangkit PLN (Perser.
yang menghasilkan daya listrik sebesar 4 x 65 [MW] untuk memasok keandalan listrik di Wilayah Sumatera Bagian Selatan .
Produksi listrik yang dihasilkan oleh PLTU berasal dari uap kering yang memutar sudu-sudu turbin yang dikopel terhadap generator sehingga menghasilkan energi listrik.
Uap kering yang dihasilkan berasal dari pemanasan air demin di dalam sistem boiler dengan menggunakan bahan bakar batu bara sebagai bahan utama dan minyak HSD (High Speed Diese.
sebagai bahan Uap kering digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin yang dikopel terhadap generator sehingga menghasilkan listrik .
Dalam rangka memenuhi visi PLTU Sektor Bukit Asam untuk menjadi perusahaan pembangkit yang terkemuka dan unggul di Indonesia dengan kinerja kelas dunia .
, maka PLTU Sektor Bukit Asam memaksimalkan kinerja dalam memproduksi listrik.
Salah satu cara adalah dengan bersinergi dalam bekerja, menjaga kebersihan dalam hal pengelolaan emisi gas buang, keandalan menjaga kualitas peralatan sehingga mampu bertahan dalam rentang waktu yang lama, dan melayani konsumen dengan pelayanan yang terbaik.
PLTU Sektor Bukit Asam menggunakan bahan bakar batu bara untuk mengoperasikan pembangkitnya dan dengan dibantu bahan bakar HSD (High Speed Diese.
sebagai start-up awal Tapi belakangan ini di tahun 2014.
PLTU Sektor Bukit Asam Unit 2 banyak mengalami gangguan terutama pada bagian peralatan Coal Pulverizer.
Peralatan Pulverizer atau Mill mengalami banyak gangguan, salah satu penyebab utama derating yang paling besar berasal dari Pulverizer Shaft patah, sehingga aliran batu bara ke boiler terhambat.
Untuk menjaga kerja peralatan agar terus dapat berproduksi, unit menggunakan bahan bakar HSD (High Speed Diese.
yang seharusnya dihindari untuk mengurangi kerugian biaya produksi pada saat penggunaan HSD (High Speed Diese.
Selain itu pemakaian HSD (High Speed Diese.
yang berlebihan dapat mengurangi efisiensi energi dalam memproduksi listrik, di mana pembangkit seharusnya menggunakan bahan bakar utama yaitu batu bara.
Oleh karena itu tujuan dari Tugas Akhir ini adalah melakukan redesign pulverizer shaft sebagai solusi untuk terjadinya shaft patah yang berulang.
Untuk itu akan dilakukan identifikasi terhadap beban atau gaya yang terjadi pada pulverizer shaft untuk mendapatkan tegangan kombinasi yang terjadi.
Perlu diketahui juga kekuatan dari shaft yang ada.
Setelah dilakukan redesign shaft maka lakukan perbandingan dengan tegangan kombinasi yang terjadi untuk memastikan bahwa kekuatan shaft dengan design yang baru itu lebih baik .
Material Pulverizer Shaft yang digunakan pada unit 2 PLTU Sektor Bukit Asam memiliki bahan material AISI 1045, dengan tegangan (E yiel.
sebesar 530 [MP.
Metodologi Dalam pelaksanaan Tugas Akhir Redesign Pulverizer Shaft ini disusun berdasarkan diagram alir pelaksanaan Tugas Akhir ini, sebagai berikut :
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Gambar 1.
Diagram alir pelaksanaan tugas akhir IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Hasil Dan Pembahasan Analisis Pembebanan Pulverizer Shaft Pembebanan yang terjadi pada pulverizer shaft di antaranya adalah berat dari grinding table .
aya aksia.
, gaya puntir, dan gaya sentrifugal.
Lalu akan menghasilkan tegangan kombinasi, berikut ini Dimensi dalam satuan .
Gambar 2.
Pembebanan & dimensi pada pulverizer shaft Penghitungan Torsi dan Gaya Fd Berikut ini penjabaran penghitungan torsi dan gaya Fd yang dihasilkan :
Diketahui :
Daya motor (P) : 260 [K.
: 26 x 104 .
motor : 985 .
pulverizer shaft : 55,5 .
Daya yang ditransmisikan oleh motor ke roda gigi pada shaft menghasilkan torsi sebesar yaitu dengan penghitungan rumus daya .
yuU .
ycu ycEaycayceyc .
ycN ycE .
26 x 104 .
cO].
= 44.
758,133 [N.
yuU .
ycu ycEaycayceyc 2 .
yuU .
55,5 .
Sehingga gaya puntir (F.
yang dihasilkan menggunakan rumus gaya puntir adalah .
T = Fd .
Keterangan :
Fd : gaya [N] T : torsi [N.
r : Jarak dari sumbu pusat ke titik paling luar .
alam hal ini jari-jari worm gea.
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
ycN yc Fd = = 44758,133 [N.
= 63.
940,19 [N]
0,7 .
Penghitungan Gaya Fc (Aksia.
Gaya aksial yang ditanggung pulverizer shaft sebesar :
Fc = massa grinding table massa batubara Diketahui :
Massa grinding table : 4.
500 [K.
Massa batubara .
ada beban maksima.
:26 [Ton/ja.
Total massa : 30.
500 [K.
Sehingga berat total .
W = m.
Keterangan :
W : Gaya berat [N] m : Massa [K.
g : Gaya gravitasi [N/K.
W / Fc = 30500 [K.
9,81 [N/K.
= 299.
205 [N]
Penghitungan Momen Kesetimbangan Gambar 3.
Pembebanan & dimensi pada pulverizer shaft Oc Momen Horizontal a Fd .
Ae Fb .
) .
Fd .
= Fb .
63940,19 [N] .
= Fb .
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Fb = 31842214,62 .
cAycoyc.
= 33.
731,159 [N]
Oc Fx Fa - Fd Fb = 0 = Fd Ae Fb Fa = 63940,19 [N] Ae 33731,159 [N] = 30.
209,031 [N]
Oc MomenVertikal a Fc .
205 [N] .
= 285.
570 [Nm.
Penghitungan Diagram Momen dan Momen Bending Maksimal pada Shaft Gambar 4.
Diagram momen kesetimbangan Keterangan :
MH : Momen Kesetimbangan Horizontal MV : Momen Kesetimbangan Vertikal Pilih momen yang terbesar antara MH1 dan MH2 MH1 = Fa .
= 30.
209,031 [N] .
= 15.
097,44 [Nm.
MH2 = Fb .
= 33.
731,159 [N] .
) .
= 15.
096,914 [Nm.
MV1 = Fc .
= 299.
205 [N] .
= 285.
570 [Nm.
Sehingga Momen Resultan / Momen Bending .
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
M = Ooycycyaya ycycyaya M = Oo15.
097,442 285.
= 285.
742 [Nm.
= 285.
837,742 [N.
Penghitungan Momen Equivalent Twisting Dan Torsi Dengan Pendekatan Tegangan Geser / Tekanan Bidang Dengan sudah diketahuinya torsi pada shaft dan momen resultan pada shaft maka momen equivalent yang dihasilkan menggunakan rumus .
yuU Te = OoycA2 ycN 2= 16 .
E .
ycc 3 Keterangan :
Te : Momen equivalent twisting [N.
M : Momen bending / Resultan [N.
T : Torsi [N.
E : Tegangan geser / Tekanan Bidang yang dihasilkan [N/m.
d : Diameter poros bagian kepala shaft .
agian shaft yang sering mengalami patah terjadi pada bagian kepala shaft 20 .
dari bagian atas, memiliki diameter sebesar .
,174 .
) Namun karena pembebanan pada shaft berubah-ubah .
luctuating load.
, dengan mempertimbangkan jenis beban, sifat beban, dll.
Maka ASME (American Society Of Mechanical Engineer.
menganjurkan perlu memperhitungkan pengaruh kelelahan karena beban berulang.
Dalam hal ini untuk momen puntir digunakan faktor koreksi AuKtAy dan untuk momen bending digunakan faktor koreksi AuKmAy sehingga persamaan untuk Te (Momen Equivalent Twistin.
Te = Oo.
ayco ycu ycA2 ) .
ayc ycu ycN 2 ) Te = Oo.
x yaynye.
ynycyi, yiyeya 2 ) .
758,133 2 )
= 501.
118,26 [N.
Keterangan:
Kt (Faktor kejut dan lelah momen punti.
Km (Faktor kejut dan lelah momen bendin.
= 3 .
eban kejut bera.
= 3 .
eban kejut bera.
Sehingga Tegangan Geser / Tekanan Bidang yang dihasilkan adalah .
yuU Te= 16 .
E .
E =
Te .
118,26 [N.
yuU .
ycc3 yuU .
0,1743 .
co3 ] IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
= 346.
452,12 [N/m.
= 48,44 x 107 [N/m.
Penghitungan Tegangan Izin Dan Perbandingannya Dengan Tegangan Geser / Tekanan Bidang Berdasarkan Americans Society Of Mechanical Engineers (ASME) untuk poros yang digunakan sebagai transmisi, besar tegangan izin poros (E izi.
tidak boleh melebihi 60% dari tegangan elastis bahan (E e.
atau 36% dari tegangan tarik maksimal (E ultimat.
Berikut ini adalah rumus tegangan izin .
Eizin = 0,6 Eel = 0,36 Eu Pada unit 2 PLTU Sektor Bukit Asam, shaft yang digunakan pada pulverizer menggunakan bahan AISI 1045, sehingga perbandingan tegangan yang terjadi dengan tegangan izin material sebagai berikut :
Material shaft berbahan AISI 1045, dengan E yield = 530 [MP.
= 53 x 10 7 [P.
Sehingga .
E izin = 0,6 .
x 107 [P.
) = 31,8 x 107 [P.
Sehingga perbandingan antara tegangan geser / Tekanan Bidang yang dihasilkan : tegangan / tekanan bidang izin E :E izin 48,44 x 107 [N/m.
> 31,8x 107 [N/m.
(Tidak Ama.
Simulasi Pembebanan Desain Awal A A A A A Data yang dibutuhkan dalam simulasi pembebanan sebagai berikut :
pulverizer shaft : 55,5 .
T (Tors.
yang ditransmisikan motor ke roda gigi : 44.
758,133 [N.
Te (Momen Equivalent Twistin.
: 501.
118,26 [N.
Temperatur kerja pulverizer : 85 .
C] Gravitasi : 9,81 .
/s.
Sehingga didapat simulasi pembebanan sebagai berikut :
Daerah kritis dari penyebaran tegangan ada pada kepala shaft dan bagian bawah di mana terdapat Tegangan tertinggi mencapai 11.
958,5 [MP.
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Gambar 4.
Hasil penyebaran tegangan desain shaft awal Untuk factor of safety yang paling rentan ada di daerah pasak, salah satunya berada di kepala shaft, dengan nilai rentang FOS 0,04 Ae 1,52.
Untuk bagian selain adanya pasak, itu relatif lebih aman dengan FOS Gambar 5.
Hasil penyebaran FOS desain shaft awal Untuk nilai fatique (Lela.
dengan pengujian 1000 .
, didapat hasil yang paling rentan ada di daerah pasak, salah satunya berada di kepala shaft, dengan nilai rata rata fatique di 100 .
Untuk bagian selain daerah pasak, relatif lebih aman dengan fatique bisa mencapai 1.
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Gambar 6.
Hasil penyebaran fatique desain shaft awal Redesign Pulverizer Shaft Dan Analisisnya Perubahan desain dari pulverizer shaft ini mengubah ukuran diameter dari kepala shaft di mana bagian ini sering terjadi patah, desain yang baru sebagai berikut :
Gambar 7.
Redesign pulverizer shaft Berdasarkan gambar di atas perubahan terjadi pada diameter kepala shaft yang ukurannya yaitu dengan r = 0,125 .
yang sebelumnya ukurannya mengecil di bagian atas atau sekitar berdiameter 0,174 .
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Dengan perubahan ini akan mempengaruhi besarnya nilai tegangan yang diterima shaft yang nilainya akan lebih kecil dari desain sebelumnya sehingga akan meningkatkan life time, meningkatkan nilai FOS dan meningkatkan kekuatan dari shaft dikarenakan nilai tegangan akan menjadi kecil Berikut ini analisis penghitungan tegangan geser / tekanan bidang yang diterima shaft dengan mengambil material AISI 1045 sebagai berikut .
yuU Te= 16 .
E .
ycc 3 Keterangan :
Te : Momen equivalent twisting [N.
E : Tegangan geser yang dihasilkan [N/m.
d : Diameter poros bagian kepala shaft .
E = Te .
118,26 [N.
yuU .
ycc3 yuU .
0,253 .
co3 ] = 163.
157,81[N/m.
= 16,33 x 107 [N/m.
Didesain sebelumnya nilai tegangan yang didapat sebesar E = 48,44 x 107 [N/m.
Selanjutnya menentukan perbandingan tegangan / tekanan bidang yang terjadi dengan tegangan izin material.
Material shaft berbahan AISI 1045, dengan Ey = 530 [MP.
= 53 x 107 [P.
Sehingga :
E izin = 0,6 .
x 107 [P.
) = 31,8 x 107 [P.
Didapat perbandingan antara tegangan / tekanan bidang yang dihasilkan : tegangan / tekanan bidang izin untuk desain shaft yang baru adalah E : E izin 16,33 107 [P.
< 31,8 x 107 [P.
(Ama.
Simulasi Pembebanan Desain Baru Data yang dibutuhkan dalam simulasi pembebanan sebagai berikut :
A n .
pulverizer shaft : 55,5 .
A T (Tors.
yang ditransmisikan motor ke roda gigi : 44.
758,133 [N.
A Te (Momen Equivalent Twistin.
: 501.
118,26 [N.
A Temperatur kerja pulverizer : 85 .
C] A Gravitasi : 9,81 .
/s.
Sehingga didapat simulasi pembebanan sebagai berikut :
Daerah kritis dari penyebaran tegangan ada pada kepala shaft dan bagian bawah di mana terdapat Terjadi penurunan regangan tertinggi dari sebelumnya 11.
958,5 [MP.
681,6 [MP.
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Gambar 8.
Hasil penyebaran tegangan desain shaft baru Untuk factor of safety (FOS) yang paling rentan ada di daerah pasak, salah satunya berada di kepala shaft, dengan nilai rentang FOS 0,08 Ae 1,55.
Terjadi kenaikan FOS 0,04 untuk daerah kritisnya.
Untuk bagian selain adanya pasak, itu relatif lebih aman dengan FOS 3.
Gambar 9.
Hasil penyebaran FOS desain shaft baru Untuk nilai fatique dengan pengujian 1000 .
, didapat hasil yang paling rentan ada di daerah pasak, salah satunya berada di kepala shaft, dengan nilai rata rata fatique di 100 .
Untuk bagian selain daerah pasak, relatif lebih aman dengan fatique bisa mencapai 1.
Terjadi peningkatan dari segi area yang lebih luas yang memiliki life cycle yang lebih lama.
IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Gambar 10.
Hasil penyebaran fatique desain shaft baru Perbandingan Analisis Desain Lama Dan Desain Baru Berikut ini adalah perbandingan analisis yang didapat dari desain pulverizer shaft lama dengan desain pulverizer shaft baru, sebagai berikut.
Aspek Desain Lama Desain Keterangan Baru Analisis Solidwork Tegangan Geser [MP.
(Maksima.
FOS
0,04
(Minima.
Fatique (Minima.
[Mp.
Nilai Berkurang 0,08 Meningkat Makin luas area yang .
life cycle yang lama Analisis Penghitungan Manual
Tegangan Geser
48,44 x
16,33
Nilai (Material Berkurang .
/m.
[N/m.
Shaft AISI IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ISSN: 1978-1520
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Volume 8.
No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498
Kesimpulan Dari hasil penghitungan desain shaft lama berbahan AISI 1045 didapat nilai tegangan geser sebesar 48,44 x 107 [N/m.
, hasil ini melampaui dari nilai tegangan ijin bahan yakni sebesar 31,8x 10 7 [N/m.
, sehingga tidak aman digunakan dan masa pakai yang tidak lama.
Redesign shaft yaitu mengubah dimensi dari diameter kepala shaft yang sebelumnya berdiameter 0,174 .
menjadi berdiamater 0,25 .
Hasil penghitungan redesign shaft berbahan AISI 1045 didapat nilai tegangan geser sebesar 16,33 x 10 7 [N/m.
, hasil ini lebih kecil dari nilai tegangan ijin bahan yakni sebesar 31,8 x 107 [N/m.
, sehingga lebih aman dengan masa pakai yang relatif lebih lama.
Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Fakultas Teknik, program studi Rekayasa Perancangan Mekanik Universitas Diponegoro.
Daftar Pustaka