30 September 2021
5572
5572
Engineering
Fatigue merupakan suatu mode kegagalan pada suatu material/benda, dalam hal ini adalah sudu turbin, yang disebabkan oleh pembebanan yang tidak konstan dan terus menerus (con: pembebanan siklikal) dalam suatu periode tertentu (dalam rentang tahunan). Pembebanan dengan besar yang berubah-ubah tersebut dapat menyebabkan kekuatan material sudu melemah secara bertahap dan progresif yang berujung pada terjadinya fraktur (patah) pada sudu turbin.
Kerusakan akibat fatigue dapat terjadi meskipun besar beban yang ditanggung sudu turbin masih jauh di bawah batas kekuatan tarik (yield stress) dari material tersebut. Fatigue awalnya akan menyebabkan retakan kecil pada suatu daerah dari sudu yang terkena pembebanan paling besar atau di daerah yang memiliki metallurgical atau structural discontinuity. Retakan kecil tersebut, seiring dengan berjalannya waktu dan pembebanan, akan merambat semakin luas sampai waktu tertentu retakan tersebut menyebabkan sudu turbin patah.
Fatigue menjadi salah satu mode kegagalan yang paling umum pada semua jenis turbin. Hal ini disebabkan karena sudu turbin beroperasi pada kecepatan putar yang tinggi sehingga menimbulkan gaya sentrifugal yang tinggi pula. Selain itu, debit aliran air terkadang tidak konstan saat mengalir melalui sudu turbin, sehingga aliran air tersebut memberikan pembebanan yang berubah-ubah pada sudu turbin. Contoh kerusakan sudu turbin air akibat fatigue ditunjukan pada Gambar 1.
Source: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032115009958
Mode kegagalan yang juga cukup sering terjadi pada turbin air adalah kerusakan yang disebabkan oleh kavitasi. Kavitasi merupakan suatu fenomena terbentuknya buih-buih uap air pada aliran air di daerah sudu turbin. Buih-buih ini bergerak dengan kecepatan dan tekanan yang tinggi dan membentur permukaan sudu turbin. Kavitasi dapat terjadi pada turbin air karena air yang melalui turbin air tidak mengalir dengan kecepatan dan tekanan yang konstan. Pada saat aliran air berada di dekat sudu, kecepatan air berubah, aliran air menjadi lebih turbulen. Perubahan aliran air menyebabkan tekanan dinamik air meningkat sedangkan tekanan static air menurun. Penurunan tekanan statik air cukup signifikan hingga lebih rendah dari tekanan uapnya. Pada saat tersebut, terbentuk gelembung uap air yang menabrak permukaan sudu turbin. Gelembung uap air tersebut dapat menyebabkan penetrasi pada permukaan sudu hingga 10 mm per tahunnya. Contoh kerusakan sudu akibat kavitasi ditunjukan pada gambar berikut.
Source: https://repairengineering.com/cavitation.html
Kavitasi dapat terjadi pada turbin air apabila terdapat suatu kesalahan desain pada turbin. Sudu-sudu turbin didesain dengan pola tertentu agar air dapat tetap mengalir dengan mulus saat melewati sudu-sudu turbin, sehingga pola aliran air dapat tetap terjaga dalam bentuk laminar. Namun, apabila sudu turbin menyebabkan aliran air terhambat, maka aliran air akan menjadi turbulen dan memperbesar peluang terjadinya kavitasi pada turbin. Selain itu, kavitasi juga dapat terjadi apabila turbin mengalami perubahan kondisi kerja dengan frekuensi yang tinggi. Perubahan kondisi kerja turbin sering terjadi dengan tujuan untuk mengatur daya listrik yang dihasilkan agar selalu sesuai dengan beban listrik. Perubahan kondisi kerja ini biasanya dilakukan dengan mengubah debit air yang melalui sudu. Dengan demikian, perubahan debit air berdampak pada perubahan kecepatan dan tekanan air yang melalui sudu.
Erosi menyebabkan kegagalan pada permukaan sudu turbin dengan mekanisme yang hampi serupa dengan kavitasi. Secara definisi, erosi merupakan suatu mekanisme penggerusan atau pengikisan suatu permukaan material oleh aliran air yang biasanya mengandung partikel abrasif. Meskipun aliran air sudah melewati suatu filter sebelum memasuki powerhouse, terkadang masih terdapat sedimen seperti pasir yang terbawa oleh aliran air. Aliran air ini melaju dengan kecepatan yang tinggi, sehingga tumbukan antara partikel sedimen dengan sudu turbin tidak terhindarkan. Apabila tumbukan ini terjadi secara terus menerus, maka permukaan sudu akan terkikis seperti halnya pada sudu yang terkena efek kavitasi.
Kerusakan pada turbin air juga seringkali terjadi pada poros (shaft) turbin. Penyebab utamanya adalah misalignment dan imbalance pada poros turbin. Misalignment merupakan penyimpangan posisi tumpuan dari kedua ujung poros yang menyebabkan sumbu putar masing-masing ujung poros tidak terletak pada satu koordinat yang sama pada sumbu berdimensi dua. Skema misalignment ditunjukan pada Gambar 3. Imbalance merupakan suatu ketidakseimbangan putaran poros yang disebabkan karena tidak meratanya distribusi beban disekeliling sumbu putar dari poros. Fenomena misalignment dan imbalance dapat ditemui pada turbin yang memiliki tumpuan poros yang tidak sejajar, atau pada poros yang bengkok dan pada turbin yang memiliki bearing yang tidak lagi mampu berfungsi secara normal. Anomali pada bearing biasanya terjadi akibat dari sistem pelumasan yang tidak berjalan dengan baik, sehingga gesekan bearing dengan penutupnya menyebabkan temperature bearing meningkat drastis. Baik misalignment maupun imbalance, keduanya menyebabkan getaran yang berlebihan pada turbin yang berujung pada patahnya poros turbin.
Source: https://accendoreliability.com/shaft-alignment-pumps/
Komponen lain yang cukup besar paparannya terhadap resiko kegagalan adalah saluran pembawa/penstock. Fungsi penstock sangat esensial, yaitu sebagai media aliran air dari reservoir ke power house. Penstock umumnya berupa saluran pipa yang diletakan di atas daratan, tidak seperti pipa saluran air minum yang tertanam di dalam tanah. Karena tidak tertanam, maka penstock cukup terpapar resiko yang disebabkan oleh factor lingkungan maupun manusia. Secara struktur, penstock harus didesain agar dapat menahan tekanan static dan dinamik dari aliran air yang melaluinya. Kegagalan yang seringkali terjadi pada penstock adalah munculnya retakan pada penstock yang menyebabkan kekuatan struktur penstock menurun, sehingga retakan tersebut akan semakin lama semakin lebar dan meluas dan memungkinkan air di dalamnya meluap ke lingkungan sekitar.
Mekanisme Kegagalan Pada Turbin Air
Turbin air merupakan salah satu komponen yang paling esensial pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Selain paling esensial, turbin air juga termasuk dalam komponen yang paling rentan terhadap kerusakan mengingat interaksinya yang intens dengan aliran air. Mayoritas turbin air yang mengalami kerusakan terjadi akibat malfungsi pada sudu-sudu turbin saat beroperasi. Hal ini disebabkan karena sudu-sudu turbin terpapar oleh mechanical stress dan getaran yang tinggi. Beberapa faktor yang dapat memperpendek umur sudu turbin adalah fatigue, kavitasi dan erosi.Fatigue merupakan suatu mode kegagalan pada suatu material/benda, dalam hal ini adalah sudu turbin, yang disebabkan oleh pembebanan yang tidak konstan dan terus menerus (con: pembebanan siklikal) dalam suatu periode tertentu (dalam rentang tahunan). Pembebanan dengan besar yang berubah-ubah tersebut dapat menyebabkan kekuatan material sudu melemah secara bertahap dan progresif yang berujung pada terjadinya fraktur (patah) pada sudu turbin.
Kerusakan akibat fatigue dapat terjadi meskipun besar beban yang ditanggung sudu turbin masih jauh di bawah batas kekuatan tarik (yield stress) dari material tersebut. Fatigue awalnya akan menyebabkan retakan kecil pada suatu daerah dari sudu yang terkena pembebanan paling besar atau di daerah yang memiliki metallurgical atau structural discontinuity. Retakan kecil tersebut, seiring dengan berjalannya waktu dan pembebanan, akan merambat semakin luas sampai waktu tertentu retakan tersebut menyebabkan sudu turbin patah.
Fatigue menjadi salah satu mode kegagalan yang paling umum pada semua jenis turbin. Hal ini disebabkan karena sudu turbin beroperasi pada kecepatan putar yang tinggi sehingga menimbulkan gaya sentrifugal yang tinggi pula. Selain itu, debit aliran air terkadang tidak konstan saat mengalir melalui sudu turbin, sehingga aliran air tersebut memberikan pembebanan yang berubah-ubah pada sudu turbin. Contoh kerusakan sudu turbin air akibat fatigue ditunjukan pada Gambar 1.
Source: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032115009958
Mode kegagalan yang juga cukup sering terjadi pada turbin air adalah kerusakan yang disebabkan oleh kavitasi. Kavitasi merupakan suatu fenomena terbentuknya buih-buih uap air pada aliran air di daerah sudu turbin. Buih-buih ini bergerak dengan kecepatan dan tekanan yang tinggi dan membentur permukaan sudu turbin. Kavitasi dapat terjadi pada turbin air karena air yang melalui turbin air tidak mengalir dengan kecepatan dan tekanan yang konstan. Pada saat aliran air berada di dekat sudu, kecepatan air berubah, aliran air menjadi lebih turbulen. Perubahan aliran air menyebabkan tekanan dinamik air meningkat sedangkan tekanan static air menurun. Penurunan tekanan statik air cukup signifikan hingga lebih rendah dari tekanan uapnya. Pada saat tersebut, terbentuk gelembung uap air yang menabrak permukaan sudu turbin. Gelembung uap air tersebut dapat menyebabkan penetrasi pada permukaan sudu hingga 10 mm per tahunnya. Contoh kerusakan sudu akibat kavitasi ditunjukan pada gambar berikut.
Source: https://repairengineering.com/cavitation.html
Kavitasi dapat terjadi pada turbin air apabila terdapat suatu kesalahan desain pada turbin. Sudu-sudu turbin didesain dengan pola tertentu agar air dapat tetap mengalir dengan mulus saat melewati sudu-sudu turbin, sehingga pola aliran air dapat tetap terjaga dalam bentuk laminar. Namun, apabila sudu turbin menyebabkan aliran air terhambat, maka aliran air akan menjadi turbulen dan memperbesar peluang terjadinya kavitasi pada turbin. Selain itu, kavitasi juga dapat terjadi apabila turbin mengalami perubahan kondisi kerja dengan frekuensi yang tinggi. Perubahan kondisi kerja turbin sering terjadi dengan tujuan untuk mengatur daya listrik yang dihasilkan agar selalu sesuai dengan beban listrik. Perubahan kondisi kerja ini biasanya dilakukan dengan mengubah debit air yang melalui sudu. Dengan demikian, perubahan debit air berdampak pada perubahan kecepatan dan tekanan air yang melalui sudu.
Erosi menyebabkan kegagalan pada permukaan sudu turbin dengan mekanisme yang hampi serupa dengan kavitasi. Secara definisi, erosi merupakan suatu mekanisme penggerusan atau pengikisan suatu permukaan material oleh aliran air yang biasanya mengandung partikel abrasif. Meskipun aliran air sudah melewati suatu filter sebelum memasuki powerhouse, terkadang masih terdapat sedimen seperti pasir yang terbawa oleh aliran air. Aliran air ini melaju dengan kecepatan yang tinggi, sehingga tumbukan antara partikel sedimen dengan sudu turbin tidak terhindarkan. Apabila tumbukan ini terjadi secara terus menerus, maka permukaan sudu akan terkikis seperti halnya pada sudu yang terkena efek kavitasi.
Kerusakan pada turbin air juga seringkali terjadi pada poros (shaft) turbin. Penyebab utamanya adalah misalignment dan imbalance pada poros turbin. Misalignment merupakan penyimpangan posisi tumpuan dari kedua ujung poros yang menyebabkan sumbu putar masing-masing ujung poros tidak terletak pada satu koordinat yang sama pada sumbu berdimensi dua. Skema misalignment ditunjukan pada Gambar 3. Imbalance merupakan suatu ketidakseimbangan putaran poros yang disebabkan karena tidak meratanya distribusi beban disekeliling sumbu putar dari poros. Fenomena misalignment dan imbalance dapat ditemui pada turbin yang memiliki tumpuan poros yang tidak sejajar, atau pada poros yang bengkok dan pada turbin yang memiliki bearing yang tidak lagi mampu berfungsi secara normal. Anomali pada bearing biasanya terjadi akibat dari sistem pelumasan yang tidak berjalan dengan baik, sehingga gesekan bearing dengan penutupnya menyebabkan temperature bearing meningkat drastis. Baik misalignment maupun imbalance, keduanya menyebabkan getaran yang berlebihan pada turbin yang berujung pada patahnya poros turbin.
Source: https://accendoreliability.com/shaft-alignment-pumps/
Komponen lain yang cukup besar paparannya terhadap resiko kegagalan adalah saluran pembawa/penstock. Fungsi penstock sangat esensial, yaitu sebagai media aliran air dari reservoir ke power house. Penstock umumnya berupa saluran pipa yang diletakan di atas daratan, tidak seperti pipa saluran air minum yang tertanam di dalam tanah. Karena tidak tertanam, maka penstock cukup terpapar resiko yang disebabkan oleh factor lingkungan maupun manusia. Secara struktur, penstock harus didesain agar dapat menahan tekanan static dan dinamik dari aliran air yang melaluinya. Kegagalan yang seringkali terjadi pada penstock adalah munculnya retakan pada penstock yang menyebabkan kekuatan struktur penstock menurun, sehingga retakan tersebut akan semakin lama semakin lebar dan meluas dan memungkinkan air di dalamnya meluap ke lingkungan sekitar.
Penulis
Maesha Gusti Rianta ST., M.Sc
Email: maesha@indonesiare.co.id
Artikel
- Mengenal Metode Surface Mining pada Pertambangan Batubara
23 Mar 2022
14800 kali - Mengenal Objek Pertanggungan pada Polis PAR dan CMI15 Mar 20222907 kali
- Pengaruh El-Nino Southern Osciliation Terhadap Perubahan Cuaca dan Musim07 Mar 20223654 kali
- Mengenal Tropical Cyclone dan Potensi Kerusakannya21 Feb 20225846 kali
- Kilas Balik Fenomena Banjir Besar di Tahun 2021 Akibat dari Perubahan Iklim14 Feb 20223307 kali
- Energi Dalam Kaidah Ilmu Termodinamika31 Jan 202215239 kali
- Kegagalan Pada Transformer24 Jan 20223909 kali
- Mengenal Lebih Dekat Intergovernmental Panel on Climate Change09 Dec 20219702 kali
- Apa Sih Isi dari Glasgow Climate Pact?26 Nov 20213162 kali
- Mengenal COP26 di Glasgow18 Nov 20213194 kali
- Mitigasi dan Adaptasi Indonesia dalam Pencegahan Perubahan Iklim03 Nov 20214536 kali
- Paris Agreement Sebagai Upaya Untuk Mencegah Kenaikan Temperatur Global25 Oct 20214620 kali
- Mengenali Contoh-contoh Kerusakan Fisik pada Turbin Angin13 Oct 20214773 kali
- Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) dan Mekanisme Kegagalan pada Turbin Angin06 Oct 202171925 kali
- Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)22 Sep 2021111031 kali
- Mengenal Smart Grid sebagai Sistem Jaringan Listrik di Masa Depan17 Sep 20219710 kali
- Masa Depan PLTN di Indonesia06 Mar 20215385 kali
- Pengenalan Sistem Transmisi dan Distribusi Listrik08 Feb 202178426 kali
- London Market Defect Exclusion (DE) Untuk Menjamin Faulty Design, Bad Workmanship dan Defective Material27 Jan 20212096 kali
- Mengenal London Engineering Group Defects Clause18 Aug 20203775 kali
- Asuransi Properti dan COVID-19: Apakah kerugian bisnis dapat ditanggung oleh pihak asuransi?30 Mar 20205183 kali
- Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)20 Feb 202059124 kali
- Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) atau Gas Power Plant13 Feb 202079195 kali
- Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)04 Feb 2020189008 kali
- Mekanisme Pembangkitan Listrik Pada Generator28 Jan 202041064 kali
- A Brief History of Music Episode 1: Masa Pra-sejarah sampai Masa Abad Pertengahan09 Sep 201922598 kali
- Pemanasan Global Adalah Sebuah Mimpi Buruk!01 Apr 20195669 kali
- Yuk, Kenali Bagaimana Listrik Dapat Dihasilkan06 Mar 201919657 kali
Follow Us
