Analisa Pengaruh Variasi Conveying Rate dan Luffing Angle Terhadap Respon Getaran Mekanisme Penggerak Konveyor Boom Pada Stacker Reclaimer PLTU Paiton Baru
Proceeding Seminar Nasional Getaran Akustik 2014
Analisa Pengaruh Variasi Conveying Rate dan Luffing Angle Terhadap
Respon Getaran Mekanisme Penggerak Konveyor Boom Pada Stacker
Reclaimer PLTU Paiton Baru
(Influence of Conveying Rate and Luffing Angle’s Variations to Vibration Response on
Conveyor Drive Mechanisms of Stacker Reckalimer Paiton Baru Power Plant)
1
2 Yanuar Krisnahadi , Harus Laksana Gutur
1 Mahasiswa Program Pascasarjana
2 Lab. Vibrasi dan Sistem Dinamis
Jurusan Teknik Mesin, ITS, Kampus ITS Keputih, Sukolilo, Surabaya,,
60111
Abstract
Stacker Reclaimer (SR) merupakan peralatan utama dalam coal handling system yang memiliki fungsi untuk penataan (stacking) dan pengambilan (reclaiming) batubara di stockpile/coal yard. Kerusakan pada Stacker Reclaimer akan menyebabkan ketidakstabilan dalam proses pada coal
handling system
. Dengan tidak beroperasinya SR akan berimbas terhadap penurunan kapasitas rata-rata coal handling dan pembengkakan biaya produksi. Predictive maintenance dilakukan dengan cara menganalisa spektrum vibrasi dan membandingkan trend yang terjadi, namun hasil pengukuran vibrasi menunjukkan tren yang acak. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik respon getaran sistem pengerak konveyor boom dalam beberapa variasi kondisi operasi. Penelitian ini dilakukan dengan cara melakukan pengukuran vibrasi pada beberapa titik pada equipment, serta melakukan simulasi respon getaran dengan menggunakan software pemodelan dinamis. Mekanisme penggerak konveyor boom dimodelkan sebagai satu kesatuan
rigid body
. Parameter operasi yang divariasikan adalah sudut lengan konveyor boom (luffing
angle)
dan laju pemindahan batu bara (conveying rate). Sumber eksitasi diasumsikan berasal dari tegangan konveyor pada drive pulley akibat dari proses material handling dengan frekuensi 1,217 Hz. Dari hasil pengukuran vibrasi pada setiap titik yang telah ditentukan, didapatkan amplitudo tertinggi terjadi pada frekensi 24,8 Hz, dimana frekuensi tersebut merupakan frekuensi motor penggerak konveyor. Sedangkan amplitudo akibat tegangan konveyor memiliki nilai lebih kecil dibandingkan dengan eksitasi motor, hal ini menunjukkan pada mekanisme penggerak konveyor boom tersebut terdapat sumber eksitasi lain yang sangat dominan dalam mempengaruhi nilai RMS overall. Dari proses simulasi dengan beberapa variasi luffing angle dan conveying rate, terlihat bahwa amplitudo respon getaran lebih tinggi terjadi pada arah sumbu x (horizontal), sedangkan untuk getaran arah sumbu y (vertikal) cenderung lebih kecil. Semakin besar luffing
angle ataupun conveying rate akan menyebabkan terjadinya kenaikan pada nilai amplitudo.
Perubahan luffing angle lebih berpengaruh terhadap perubahan amplitudo respon getaran jika dibandingkan dengan perubahan conveying rate.
Keywords Stacker recklaimer, conveyor, pemodelan sistem dinamis, respon getaran.
1. Pendahuluan
batubara di stockpile/coal yard juga untuk mengambil PLTU Paiton Baru merupakan salah satu dari batubara dari stockpile untuk ditransfer menuju silo beberapa pembangkit listrik dalam proyek percepatan melalui jalur konveyor. Pada saat berporasi, SR dapat dan diversifikasi energi PPDE 10 MW yang terletak di mengatur kapasitas laju aliran batubara sesuai di desa Binor, kecamatan Paiton, kabupaten kebutuhan, juga dapat mengatur sudut lengan boom Probolinggo, Jawa Timur. PLTU Paiton Baru memiliki untuk menyesuaikan dengan ketinggian batubara pada kapasitas 1 x 660 MW dengan bahan bakar batubara stockpile. Kerusakan pada Stacker Reclaimer dapat kalori rendah. Oleh karena itu, untuk menjamin menyebabkan ketidakstabilan dalam proses pada coal
handling system,
kelancaran proses produksi listrik, perlu didukung oleh penurunan kapasitas rata-rata coal
handling
sistem penyimpanan dan suplai batubara (coal dari 1100 ton/jam menjadi 500 ton/jam, dan
handling system ) yang handal. pembengkakan biaya produksi untuk sewa alat berat.
Predictive maintenance
Stacker Reclaimer (SR) merupakan salah satu telah dilakukan peralatan utama dalam coal handling system yang dengan melakukan pengukuran vibrasi secara berkala, memiliki fungsi untuk meletakkan dan menata kemudian menganalisa spektrum vibrasi dan
(Te) pada rangkaian konveyor tersebut, sehingga besar tegangan tarik konveyor terhadap drive pulley dapat diketahui. Besarnya nilai
adalah : T
effective tension
efective tension
yang bekerja pada suatu rangkaian
conveyor system
dapat dihitung berdasarkan standar CEMA (conveyor equipment manufacturers
association)
[3]. Komponen rumus tegangan efektif
belt conveyor
= L x K
material handling.
(K
dan bucket wheel excavator. Hasil dari pemodelan menunjukkan bahwa original transmission
conveyor
pada dua model gearbox (fixed-axis two-stage gearbox dan planetary gearbox) pada sistem mekanis belt
stationary load untuk mendeteksi distributed fault
, Walter Bartelmus [1] melakuan pemodelan dinamis gearbox penggerak belt konveyor dengan beberapa variasi non
belt conveyor
Terkait dengan
Proceeding Seminar Nasional Getaran Akustik 2014 membandingkan trend yang terjadi. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa tren vibrasi yang terbentuk bersifat acak terhadap baseline, dengan nilai fluktuasi yang bervariasi.
Dengan mengetahui luffing angle dan conveying capacity, maka akan didapatkan
- K
- 0.015W
konveyor, gearbox, fluid coupling, motor penggerak, swing arm, dan torque arm. Dimana seluruh bagian tersebut akan dimodelkan sebagai satu kesatuan rigid body.
Dimana : L = panjang conveyor (ft) K = faktor koreksi ambient temperature Kt = faktor gesekan idler (lbs/ft) Ky = faktor untuk menghitung gaya belt dan beban flexure pada idler Wb = berat belt (lbs/ft) Wm = berat material
x W
- H) + T p + T am + T ac (1)
b
b
) + W
m
(L x K
y
= (33,33 x Q) / v (lbs/ft) (2) Q = kapasitas konveyor v = kecepatan belt (fpm) v = kecepatan initial material saat penjatuhan didaerah loading (fpm) H = jarak vertikal material lift atau lower (ft)
x
Pengukuran vibrasi dilakukan pada drive
pulley outboard bearing
dan drive pulley inboard
bearing dengan orientasi arah vertikal dan horizontal.
Data hasil pengukuran akan digunakan sebagai pembanding hasil simulasi.
a)
b) Gambar 1. a) Stacker Recklaimer; b) Mekanisme penggerak boom conveyor.
y
t
error
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik respon getaran sistem pengerak konveyor boom dalam beberapa variasi kondisi operasi. Penelitian ini dilakukan dengan melakukan pengukuran vibrasi pada beberapa titik pada euipment, serta melakukan simulasi respon getaran dengan menggunakan software pemodelan dinamis.
(luffing angle)
dan laju pemindahan batu bara
(conveying rate)
. Sumber eksitasi diasumsikan berasal dari tegangan konveyor pada drive pulley akibat proses
pulley
Mekanisme penggerak konveyor boom yang disimulasikan, seperti pada gambar 1, meliputi: drive
Penelitian ini dilakukan secara numerik dengan mensimulasikan model mekanisme penggerak konveyor boom pada software pemodelan dinamis, serta melakukan pengukuran vibrasi pada beberapa titik pada euipment. Diawali dengan studi literatur untuk mendapatkan informasi terkait permasalahan yang ada. Selanjutnya di desainlah model dari mekanisme penggerak konveyor boom
analisa ANOVA sensitivity menunjukkan bahwa vibrasi transversal pada belt sangat sensitif terhadap perubahan belt length, belt tension, belt misalignment, dan excitation location.
Persamaan gerak diturunkan berdasarkan model matematis pada gambar 2. Parameter operasi yang divariasikan adalah sudut lengan konveyor boom
vibrations pada material handling system. Hasil
Penentuan gaya eksitasi merupakan hal yang penting didalam pemodelan respon dinamik, sehingga diperlukan pemahaman terhadap perilaku belt dalam kondisi desain tertentu. M. Musselman [2] melakukan penelitian yang bertujuan untuk mempelajari gerakan dinamis pada belt. Penelitian dilakukan dengan cara memberikan gaya eksitasi untuk menyebabkan belt
yang dihasilkan. Pemahaman terhadap hubungan-hubungan ini akan menjadi kunci dalam pelaksanaan condition monitoring.
diagnostic features
dan variasi beban. Terdapat hubungan erat antara load values, perubahan kondisi operasi dan
condition
e
merupakan fungsi dari perubahan technical
2. Metode
Proceeding Seminar Nasional Getaran Akustik 2014
Gambar 4. Free body diagram bidang zy a) gerak translasi; b) gerak rotasi Gambar 2. Model matematis sistem.
Sedangkan persamaan geraknya adalah:
3. Hasil dan Pembahasan
1 ) − ( + ) −
̇ = {( ̇ + ̇ −
3.1 Persamaan gerak
Berdasarkan model matematis pada gambar 2, ( ) − (
2 2 −
2
2 2 ̇ − 2 ̇ −
3 3 −
maka didapatkan free body diagram dan persamaan (3)
) }
3
gerak dalam bentuk state variable dengan 4 degree of
freedom
sebagai berikut: ) ) −
̇ = {( − ( + ̇
̇ + − ( − ) −
2
2
2
2
̇ (4)
̇ − − ( − ) }
2
2
2
2
3
3
3
3
1 ) − ( + ) − ( ̇ + ) −
̇ = {( ̇ −
( − ) − ̇ − ( −
2
2
2
2
2
2
3
3
(5)
3 ) }
̇ = {( ) − ( + ) − ( ̇ + ) − ( )
2 2 −
2 2 −
2 2 ̇ −
(6) ̇)
− ( − ) }
2
2
3
3
3
3
3.2 Blok diagram
Dari persamaan matematis diatas selanjutnya diterjemahkan kedalam blok diagram yang hasilnya seperti ditunjukan pada gambar 5 berikut ini.
Gambar 3. Free body diagram bidang zx a) gerak translasi; b) gerak rotasi Gambar 5. Blok diagram pemodelan.
3.3 Effectife tension
Besarnya nilai effective tension (Te) yang bekerja pada rangkaian konveyor sangat tergantung pada beban material handling, orientasi konveyor, jumlah dan jenis asesoris yang terpasang pada sistem, dan ketepatan dalam proses pemasangan setiap bagian-
2
- 4
- 2
3.5
3
2.5
2
1.5
1
3.4 Simulasi dengan eksitasi impuls
2
1.8
1.6
1.4
2
1.8
1.6
1.4
inboard bearing pada sudut luffing rate 500 t/h.
Gambar 11. Pengukuran respon getaran ver
dan t/h.
bearing pada sudut luffing -3 o
4 x 10
- -4
1
v e lo c it y (m /s ) time (s)
luffing -3 o
4
3.5
3
5
4.5
4
3.5
dan conveying
dan conveying taran vertikal inboard dan conveying rate 500 gukuran respon getaran vertikal
1.5
luffing -3 o
dan an memasukkan putaran maka didapatkan hasil seperti pada gambar 8 dan hasil pengukuran seperti on getaran horizontal inboard dan conveying rate 500 n getaran horizontal
luffing angle -3 o
kondisi operasi yang
v e lo c it y ( m /s ) time (s) si periodik dan hasil
4 x 10
- -5
2
2.5
2
Gambar 10. Simulasi respon getaran vertikal
Gambar 9. Pengukuran respon getaran horiz
inboard bearing pada sudut luffing rate 500 t/h.
1
angle dan conveying rate, seperti pada ta
dan t/h.
Tabel 1. Effective tension (Te) pada bebera
a m p lit u d o time (s)
5 x 10
- -4
1.2
0.8
Proceeding Seminar Nasional Getaran Akustik 2014 bagian tersebut. Namun, dalam diasumsikan bahwa sistem dalam kondisi memperhitungkan sumber eksitasi tarik pada pulley akibat effectife tension
0.6
0.4
0.2
luffing angle dan conveyi
Gambar 6. Respon getaran vertikal (su beban impuls.
Dari grafik kecepatan massa gambar 6 dan 7 terlihat bahwa nilai pada arah vertikal sebesar 0,000043 untuk nilai peak amplitudo pada sebesar 0,0081 m/s. Namun pada k memiliki waktu stabil yang hampir detik ke 0,9. Perbedaan nilai peak amplitu disebabkan oleh perbedaan nilai eksita pada arah vertikal dan horizontal.
dan 500 t/h. Nilai eksitasi impuls yang diberika horizontal sebesar 7823,95cos(3) N, arah vertikal sebesar 7823,95sin(3) dan 7 berikut ditampilkan respon sistem akibat eksitasi impuls.
Berdasarkan persamaan 1 dan dihitung besar Te pada beberapa variasi
o
Kondisi impuls disimulasi saat bekerja pada luffing angle -3
Gambar 8. Simulasi respon getaran horiz
Akustik 2014 dalam penelitian ini dalam kondisi ideal tanpa eksitasi selain tegangan
fe tension .
1 dan 2, maka dapat variasi sudut luffing erti pada tabel 1 . pada beberapa variasi
conveying rate mpuls
disimulasikan untuk sistem dan conveying rate ls yang diberikan pada arah os(3) N, sedangkan untuk
(3) N. Pada gambar 6 on kecepatan massa massa sistem pada nilai peak amplitudo
0,000043 m/s, sedangkan pada arah horizontal kedua arah tersebut pir sama, yaitu pada peak amplitudo tersebut eksitasi yang bekerja
bearing pada sudut luffing -3 o
3.5 Simulasi dengan eksitasi periodik pengukuran getaran
Pada eksitasi periodik, kondisi disimulasikan tetap pada pada luffing
conveying rate 500 t/h. Dengan memasukkan
kerja pulley sebesar 73 rpm, maka simulasi respon kecepatan seperti pada
10. Sedangkan spektrum hasil pengukur terlihat pada gambar 9 dan 11.
- 4
- 2
- 5
0.01 a m p lit u d o time (s)
(sumbu y) terhadap n horizontal (sumbu x) n impuls.
- 0.01
- 0.005 0.005
Gambar 7. Respon getaran horizontal (sumb terhadap beban impuls.
0.2
0.6
0.8
1
1.2
0.4 Proceeding Seminar Nasional Getaran Akustik 2014 Akustik 2014
Pada gambar 12 menunju unjukkan tren vibrasi Nilai RMS dari hasil hasil simulasi dan yang cenderung meningkat seiring den ing dengan peningkatan pengukuran langsung dapat dilihat dilihat pada tabel 2 . Peningkatan secara secara signifikan terjadi
luffing angle o
berikut: pada luffing angle di bawah -4 4 . Sedangkan pada
o
Tabel 2. Perbandingan RMS (mm/s) (mm/s) hasil simulasi dan gambar 13 menunjukkan pada sud sudut luffing 1 tren pengukuran pada inboard bearing de ing dengan luffing angle vibrasi juga mengalami peningkata peningkatan dengan
o
- 3 dan conveying rate 500 t/h 500 t/h. bertambahnya conveying rate, , namun kenaikan tersebut terlalu kecil sehingga seaka gga seakan-akan grafik berupa garis lurus. Untuk luffing angle ing angle dengan sudut lebih besar menunjukkan tren yan yang serupa seperti gambar 13, tetapi dengan perubaha han nilai vibrasi yang
o lebih signifikan, terutama untuk sudut di atas 4 .
Dari hasil simulasi respon respon kecepatan getaran Karakteristik ini memberikan informasi informasi bahwa secara menunjukkan nilai RMS pada frekuensi frekuensi 1,22 Hz yang umum nilai respon getaran yang yang terjadi dipengaruhi mendekati nilai RMS pengukuran langsun uran langsung baik pada oleh kondisi operasi yang berlangsung, berlangsung, dan perubahan getaran arah horizontal maupun arah pun arah vertikal. Pada
luffing angle lebih dominan terhada rhadap perubahan respon
keduanya tampak bahwa getaran pada aran pada arah horizontal getaran. memiliki nilai yang lebih tinggi dibandin ggi dibandingkan pada arah vertikal, hal ini merupakan dampak dampak dari proyeksi
4. Kesimpulan
eksitasi akibat effective tension yang ang terjadi pada arah dan eksperimen yang Dari proses simulasi dan horizontal lebih besar dibandingkan arah verti ngkan arah vertikal. telah dilakukan pada stacker recklai klaimer, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
3.6 Simulasi pada beberapa variasi l ariasi luffing angle dan
1. Kondisi operasi sangat berpengaru berpengaruh terhadap
conveying rate
respon getaran yang terjadi jadi pada mekanisme Untuk mengetahui karakteristi karakteristik respon penggerak boom conveyor. getaran pada berbagai kondisi operasi, operasi, maka dengan
2. Dengan menggunakan effecti ctive tension sebagai persamaan matematis yang sama sama akan dilakukan sumber eksitasi, vibrasi dominan dominan terjadi pada arah simulasi dengan beberapa variasi luffing angle dan horizontal.
conveying rate. Gambar 12 menunjukkan menunjukkan hasil
3. Luffing angle memiliki pengar pengaruh lebih besar simulasi pada conveying rate 300 300 t/h dengan variasi terhadap perubahan respon getaran getaran dibandingkan
o o o o o luffing angle
1 , -1 , -4 , -8 , dan -12 12 . Sedangkan pada conveying rate . gambar 13 menunjukkan hasil simul simulasi pada luffing
4. Kenaikan respon getaran pada pada arah horizontal dan
o angle
1 dengan variasi conveying rate ng rate 300, 500, 750, vertikal secara signifikan te terjadi pada luffing 1000, 1250 t/h.
o angle di atas 4 .
Daftar pustaka
Modelling Of Gearbox [1] Bartelmus, Walter. 2010, Modelling
Dynamics Under Time-Varying Varying Nonstationary Load For Distributed Fault Fault Detection And Diagnosis. European Journal Journal of Mechanics A/Solids, Vol. 29, hal. 637-646. 646.
[2] M. Musselman dan D. Djurdjan Djurdjanovic. 2012.
Tension monitoring in a belt belt-driven automated Gambar 12. Hasil simulasi dengan v n variasi luffing angle material handling system. m. CIRP Journal of
Manufacturing Science and Technology and Technology , Vol. 5, hal 67–76.
[3] Conveyor Equipment Manufac nufacturers Association, 2002. Belt Conveyors for Bulk Mate Bulk Materials.
Engineering Conference: Unite rence: United States of America
[4] Frederick, Close. 1995. Modeling and A Modeling and Analysis of Dynamic System . John Wiley & Sons: USA. y & Sons: USA. [5] Kelly, S Graham. 2000. Funda Fundamental of
Mechanical Vibrations. McGraw-Hill McGraw
International Editions.: Ohio, USA ons.: Ohio, USA [6] Rao, Singiresu S. 2004. Mechanical Vibr Mechanical Vibration . Gambar 12. Hasil simulasi dengan ngan variasi conveying Prentice Hall PTR: Singapore. pore. rate Proceeding Seminar Nasional Getaran Akustik 2014
Jurusan Teknik Mesin dan Industri FT UGM
ISBN : XXXX