PENGHUBUNG MESIN PENGGERAK DENGAN GENERATOR
By Paijo
Agar dapat menghasilkan listrik yang berkualitas tinggi ( tegangan dan
frekuensinya stabil ), maka generator harus bekerja pada kecepatan putar
( rpm ) tertentu sesuai rekomendasi pabrik. Agar dapat berputar,
generator harus dihubungkan dengan mesin penggerak yang dapat berupa
motor bakar, turbin air, turbin uap, kincir angin, kincir air, dsb. Agar
pembangkit listrik memiliki kinerja dan efisiensi maksimal, perlu
didesain sedemikian rupa sehingga mesin penggerak maupun generator
bekerja pada kecepatan putar ideal ( peak speed ) masing-masing. Untuk
mencapai keadaan ideal tersebut, diperlukan jenis penghubung yang sesuai
dengan perbandingan kecepatan antara shaft mesin penggerak dengan shaft
generator. Adapun perbandingan kecepatan putar tersebut ada 3 macam
yaitu :
1. Kecepatan putar mesin penggerak sama dengan kecepatan putar generator.
Untuk keadaan ini, dapat digunakan sambungan langsung dimana poros mesin
penggerak tersambung langsung ( coaxis ) dengan poros generator yang
lazim digunakan pada genset motor bensin portable. Alternatif kedua,
dapat digunakan direct couple seperti yang digunakan pada mesin pemotong
rumput. Alternatif ketiga, dapat digunakan sambungan tidak langsung
yaitu sistim pulley-belt atau sistim gear-rantai atau sistim gear to
gear ( diameter kedua pulley atau jumlah gigi kedua gir musti sama ).
2. Kecepatan putar mesin penggerak lebih rendah daripada kecepatan putar generator.
Untuk keadaan ini, diperlukan sistim multiplikasi putaran sebagai
penghubung. Jika perbedaan kecepatan putar tersebut tidak terlalu jauh (
lebih dari 1 : 3 ), dapat digunakan sistim multiplikasi tunggal yang
cukup sederhana. Adapun sistim multiplikasi tersebut dapat berupa sistim
pulley-belt yang terdiri dari sebuah pulley besar pada shaft mesin
penggerak dan sebuah pulley kecil pada shaft generator yang dihubungkan
oleh sebuah belt. Alternatif kedua, dapat berupa sistim gear-rantai yang
terdiri dari sebuah gear ( sproket ) besar pada shaft mesin penggerak
dan sebuah gear ( sproket ) kecil pada shaft generator yang dihubungkan
oleh sebuah rantai. Alternatif ketiga, dapat berupa sistim gear to gear
yang terdiri dari sebuah gear besar pada shaft mesin penggerak dan
sebuah gear kecil pada shaft generator yang saling bersinggungan.
Jika perbedaan kecepatan putar tersebut cukup jauh ( kurang dari 1 : 3
), perlu digunakan sistim multiplikasi bertingkat yang cukup rumit.
Untuk keperluan itu, dapat digunakan gear box type HELICAL sebagai salah
satu alternatif yang banyak dipakai. Sedangkan gear box type WORM tidak
dapat dipakai untuk sistim multiplikasi karena bersifat irreversibel (
tidak dapat dibalik ). Alternatif lain, dapat juga digunakan sistim
pulley-belt bertingkat atau sistim gear-rantai bertingkat. Adapun
banyaknya tingkat, tergantung dari Total Multiplication Ratio ( TMR )
yang diperlukan.
3. Kecepatan putar mesin penggerak lebih tinggi daripada kecepatan putar generator.
Untuk keadaan ini, diperlukan sistim pereduksi putaran sebagai
penghubung. Jika perbedaan kecepatan putar tersebut tidak terlalu jauh (
kurang dari 3 : 1 ), dapat digunakan sistim pereduksi tunggal yang
cukup sederhana. Adapun sistim pereduksi tersebut dapat berupa sistim
pulley-belt yang terdiri dari sebuah pulley kecil pada shaft mesin
penggerak dan sebuah pulley besar pada shaft generator yang dihubungkan
oleh sebuah belt. Alternatif kedua, dapat berupa sistim gear-rantai yang
terdiri dari sebuah gear ( sproket ) kecil pada shaft mesin penggerak
dan sebuah gear ( sproket ) besar pada shaft generator yang dihubungkan
oleh sebuah rantai. Alternatif ketiga, dapat berupa sistim gear to gear
yang terdiri dari sebuah gear kecil pada shaft mesin penggerak dan
sebuah gear besar pada shaft generator yang saling bersinggungan.
Jika perbedaan kecepatan putar tersebut cukup jauh ( lebih dari 3 : 1 ),
perlu digunakan sistim pereduksi bertingkat yang cukup rumit. Untuk
keperluan itu, dapat digunakan gear box baik yang type HELICAL maupun
type WORM sebagai salah satu alternatif yang banyak dipakai. Alternatif
lain, dapat juga digunakan sistim pulley-belt bertingkat atau sistim
gear-rantai bertingkat. Adapun banyaknya tingkat, tergantung dari Total
Reduction Ratio ( TRR ) yang diperlukan.
Pada sebagian besar pembangkit listrik, kecepatan putar mesin penggerak
tidak sama dengan kecepatan putar generator. Oleh karena itu, salah satu
hal yang harus dilakukan dalam perencanaan sistim pembangkit listrik
adalah menjembatani perbedaan kecepatan putar ( rpm ) ideal antara shaft
generator dengan shaft turbin. Untuk itu, perlu dibuat desain suatu
sistim pereduksi atau sistim multiplikasi yang berfungsi mentranformasi
kecepatan putar ideal shaft turbin menjadi kecepatan ideal shaft
generator tanpa banyak kehilangan daya. Secara prinsip, sistim pereduksi
atau sistim multiplikasi adalah semua sistim mekanik mulai dari pulley
atau gear yang terpasang pada shaft turbin, kemudian gear box ( jika
ada ), sampai dengan pulley atau gear yang terpasang pada generator.
Jadi bukan hanya gear box saja yang merupakan bagian dari sistim
pereduksi atau sistim multiplikasi putaran. Demikian juga sebaliknya,
sistim pereduksi atau sistim multiplikasi putaran tidak selalu berupa
gear box.
Adapun perbedaan antara sistim pereduksi dan sistim multiplikasi adalah
pada transformasi kecepatan yang dihasilkannya. Sistim pereduksi
mentransformasikan kecepatan putar tinggi menjadi kecepatan putar yang
lebih rendah. Sedangkan sistim multiplikasi mentransformasikan kecepatan
putar rendah menjadi kecepatan putar yang lebih tinggi. Sistim
pereduksi digunakan jika kecepatan putar mesin penggerak ( termasuk
turbin ) lebih tinggi daripada kecepatan putar generator. Situasi
seperti itu lazim ditemui pada PLTA, PLTU, PLTGU, dan PLTP. Sedangkan
sistim multiplikasi digunakan jika kecepatan putar mesin penggerak lebih
rendah daripada kecepatan putar generator. Situasi seperti itu lazim
ditemui pada PLTMH yang menggunakan kincir lintasan sebagai tenaga
penggerak. Dalam artikel ini hanya akan dibahas tentang sistim pereduksi
saja. Adapun sistim multiplikasi akan dibahas dalam artikel tersendiri
jika ada yang request.
SISTIM PEREDUKSI PUTARAN
Sistim pereduksi putaran yang dibahas di bawah ini dapat diterapkan pada
semua jenis pembangkit listrik maupun pada proyek lainnya yang
memerlukan sistim pereduksi putaran secara umum.
Untuk dapat menentukan jenis pereduksi yang paling tepat dengan
kebutuhan, perlu diketahui dulu data teknis dari mesin penggerak dan
generator yaitu antara lain :
a. Kecepatan putar mesin penggerak ( rpm ) yang memberikan efisiensi
konversi tertingi ( peak speed ). Kalau diinginkan, boleh juga bukan
peak speed ( biasanya diatasnya peak speed ) dengan maksud untuk
memperoleh output daya yang lebih besar namun harus rela mengorbankan
sedikit efisiensi.
b. Kecepatan putar generator ( rpm ) yang direkomendasikan oleh pabrik.
Kecepatan putar generator musti mengikuti standar dengan toleransi
sekitar 2-5 % saja. Jika terlalu tinggi atau terlalu rendah melewati
batas toleransinya, maka kualitas listrik yang dihasilkan akan
berkualitas rendah ( tegangan dan frekuensinya tidak sesuai standar ).
c. Daya yang yang dihasilkan mesin penggerak ( watt atau HP ) pada kecepatan kerja yang ditetapkan pada bagian a di atas
d. Daya dari generator ( watt atau HP ) pada kecepatan kerja yang direkomendasikan pabrik pada bagian b di atas
Setelah semua data bagian a-b-c-d tersebut di atas telah lengkap, maka
langkah selanjutnya adalah melakukan analisis dan kalkulasi dengan
mengikuti langkah-langkah berikut :
1. Memastikan bahwa daya mesin penggerak ( data c ) musti 5-10 % lebih
besar dari pada daya generator ( data d ) agar sistem dapat bekerja
normal sesuai harapan. Hal itu disebabkan oleh kehilangan daya akibat
adanya slip dan atau gesekan pada sistim mekanik seperti bearing, gear,
belt, rantai, dsb. Kehilangan daya tersebut bisa mencapai 5-10 persen
dari daya total. Jika ternyata daya mesin penggerak tidak lebih besar
daripada daya generator, maka musti dilakukan penggantian / perubahan
rencana. Alternatif pertama adalah memperbesar daya mesin penggerak jika
memungkinkan. Alternatif kedua adalah mengganti generator dengan daya
yang lebih kecil.
2. Menghitung Total Reduction Ratio ( TRR ) ideal yang diperlukan berdasarkan data a dan b di atas.
3. Setelah mendapatkan TRR ideal, langkah selanjutnya adalah mendesain
rangkaian sistim pereduksi yang memiliki TRR aktual yang sama dengan TRR
ideal. Jika tidak bisa diperoleh yang betul-betul sama, maka bisa
digunakan TRR aktual sedikit di atas TRR ideal denan toleransi maksimal 5
%. Adapun pemilihan jenis sistim pereduksi yang akan digunakan, perlu
mempertimbangan besar kecilnya TRR dengan pedoman sebagai berikut :
• Jika TRR kurang dari 3, dapat digunakan sistim pereduksi sederhana (
lihat gambar ). Adapun sistim pereduksi tersebut dapat berupa sistim
pulley-belt yang terdiri dari sebuah pulley kecil pada shaft mesin
penggerak dan sebuah pulley besar pada shaft generator yang dihubungkan
oleh belt. Alternatif kedua, dapat berupa sistim gear-rantai yang
terdiri dari sebuah gear ( sproket ) kecil pada shaft mesin penggerak
dan sebuah gear ( sproket ) besar pada shaft generator yang dihubungkan
oleh rantai.
• Jika TRR lebih dari dari 3, perlu digunakan sistim pereduksi
bertingkat yang lebih rumit. Untuk keperluan itu, dapat digunakan sistim
pereduksi bertingkat baik sistim pulley-belt maupun sistim gear-rantai.
Adapun banyaknya tingkat, tergantung dari TRR yang diperlukan. Jika
TRR kurang dari 3, cukup satu tingkat. Jika TRR antara 3 dan 9, bisa 2
tingkat. Jika TRR antara 9 dan 27, bisa 3 tingkat. Dan jika TRR lebih
dari 9, perlu dipertimbangkan penggunaan gear box agar tidak terlalu
rumit. Adapun gear box yang dapat digunakan dapat dipilih yang type
HELICAL maupun type WORM. Selain harus memilih rasio yang tepat,
pemilihan gear box juga wajib memperhitungkan kekuatan yang harus
dipikulnya agar tahan lama dan efisien. Gear box yang terlalu kecil,
akan cepat rusak. Kalau terlalu besar, boros biaya dan tidak efisien
karena banyak kehilangan daya. Mengenai type gear box, yang type HELICAL
relatif lebih aman dari pada type WORM jika digunakan untuk memutar
beban yang mempunyai momentum anguler yang besar seperti generator.
Karena bersifat irreversibel, gear box type WORM bisa rontok jika belt
penghubung turbin dan gear box putus ketika sedang berputar kencang .
Hal itu disebabkan oleh momentum anguler generator yang akan memaksa
bagian output gear box untuk tetap berputar selama beberapa saat sebelum
momentumnya habis dan berhenti. Hal itu tidak akan terjadi pada gear
box type HELICAL jika belt tersebut putus karena bersifat reversible.
Sifat irreversible pada gear box type WORM disebabkan oleh konstruksi
gearnya yang berbentuk seperti mekanik pemutar senar gitar. Dengan
konstruksi seperti itu, pemutar dapat menggerakkan penggulung senar,
tapi penggulung senar tidak bisa menggerakkan pemutar dan jika dipaksa
bisa rontok. Gear box pada mobil apapun, semuanya type HELICAL, jadi
pasti aman dipakai untuk dinamo. Tetapi dapat dipakai hanya jika
rasionya cocok. Rumus untuk menghitung rasio gear box type HELICAL (
jika tidak dicantumkan rasionya ) adalah :
Sedangkan rasio gear box type WORM lebih mudah dihitung karena rasionya sama dengan jumlah gigi pada gear outputnya.
Catatan :
Jika akan menggunakan sistim pulley-belt atau sistim gear-rantai baik
tunggal maupun bertingkat, ada cara menghitungnya tersendiri ( lihat
contoh pada gambar ). Demikian juga jika menggunakan sistim gear-rantai,
TRR aktual bisa dihitung dengan cara yang sama hanya dengan mengganti
diameter pulley menjadi jumlah gigi. Hal itu tidak diuraikan panjang
lebar disini karena pilihan anda sudah mengarah kepada gear box mobil
yang sudah diketahui rasionya. Jika seandainya rasio gear box mobil yang
akan dipakai belum diketahui, bisa dibuatkan sketsanya dan keterangan
jumlah gigi-giginya serta arah putarannya untuk dihitung secara tepat
rasionya. Tentu saja harus dihitung sendiri-sendiri secara terpisah
untuk tiap-tiap nomor speed ( perseneling ) mulai dari perseneling 1
sampai top speed ( perseneling tertinggi ) yang tersedia. Caranya
sederhana asal ada sketsa dan datanya. Saya sendiri tidak punya data
tentang rasio dari gear box mobil sehingga harus menghitungnya dulu
ketika membutuhkan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar