Widyanto, dkk./ ROTASI, Vol. 24  No. 1  (Januari  2022) Hal. 58-64
Evaluasi Kinerja Unit Traveling Band Screen dengan Menghitung Ulang Daya Motor Penggerak dan Dampak Tegangan Kerjanya Pada Bucket Chain
Susilo Adi Widyanto*, Ojo Kurdi
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof Soedarto, SH Kampus UNDIP Tembalang Semarang 50239
*E-mail: susiloadiw@gmail.com

## Abstract
Traveling band screen (TBS) of the intake system has an important function in the power plant system operation which directly relates to the condenser efficiency. TBS utilizes to screen seawater debris before pumped into the condenser unit. The driver motor power of TBS must be able to drive the mechanical system in a condition where the screen is covered by debris at a certain level.
This paper presents the evaluation of the driver motor power of TBS which operated in 2x660 MW power plant, where the existing motor (2 hp) often shuts down at the undetermined blockage level of the TBS screen. The calculation results show that the use of 2 HP motor power can only drive the mechanical system at blockage level of 13%. With replacement of the 5 HP motor, the operation limit of the TBS unit can be increased to the blockage level of 36%.  The maximum stress of the bucket chain structure is around of 127 MPa.
Keywords: TBS, motor power, blockage level, screen, intake

## Abstrak
Unit operasi Traveling band screen (TBS) pada sistem intake memegang peranan penting pada sistem pembangkit daya yang secara langsung berkaitan dengan efisiensi unit Condensor . TBS berfungsi untuk menyaring debris air laut sebelum dipompa untuk dialirkan ke dalam unit kondensor. Desain daya motor sebagai unit penggerak TBS selain mempertimbangkan aspek struktur mekanis juga harus ditentukan berdasarkan blockage level sistem screen yang ditetapkan sebagai pembatas sistem operasinya. Paper ini memaparkan  evaluasi  daya  motor  unit  operasi  TBS  pada  sistem  pembangkitan  2x660  MW,  dimana dengan daya motor yang ada (2 hp) unit TBS seringkali mengalami shut down pada kondisi blockage level yang tidak bisa ditentukan. Hasil perhitungan diperoleh bahwa penggunaan daya motor sebesar 2 HP  hanya  mampu  dioperasikan  sampai blockage level 13%.  Dengan  penggantian  motor  5  HP,  batas pengoperasian  unit  TBS  dapat  ditingkatkan  hingga blockage  level 36%,  dalam  kondisi  ini  tegangan maksimum  yang  terjadi  pada  struktur bucket  chain adalah  sekitar  127  Mpa  dari  250  MPa yield strength nya.
Kata kunci: TBS, daya motor, blockage level , screen , intake

## 1. Pendahuluan
Terdapat dua sistem yang bekerja sebagai sistem pendingin pada pembangkit antara lain adalah sistem menyuplai pendingin ke kondensor dan sistem desalinasi. Desalinasi adalah proses untuk menghilangkan garam, mineral-mineral lain dan kontaminan dari air laut atau air payau untuk menghasilkan air bersih. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan,  yaitu  umpan  berupa  air  garam,  produk  bersalinitas  rendah  dan  konsentrat  bersalinitas  tinggi.[1,8]  Sebelum dipompa,  air  laut  dilewatkan  melalui  sistem  penyaring  yang  dikenal  TBS  ( Travelling  Band  Screen ).  TBS  atau  TWS ( travelling water screen ) dalam sistem cooling water adalah salah satu peralatan utama dalam sistem pendingin PLTGU yang memiliki pengaruh besar pada output daya turbin uap dan efisiensi termal pembangkit listrik secara keseluruhan [2]. Alat ini berfungsi sebagai saringan halus untuk menyaring debris/kotoran agar tidak terdistribusi ke bagian sensitif dari pembangkit.[3-6] TBS adalah peralatan yang sangat kritis apabila mengalami gangguan karena dalam kondisi tertentu apabila terdapat gangguan dari peralatan ini, maka dibutuhkan turun beban unit atau bahkan mematikan unit agar dapat dilakukan perbaikan [2].
Sesuai aliran yang terjadi, material debris akan dihalangi oleh sistem screen ( bucket screen ) dalam unit TBS yang berjumlah 24 unit. Dalam operasinya, unit TBS merupakan sistem  pemutar bucket screen (dengan putaran 1 rpm) dimana dalam tiap siklus putarannya debris yang menempel pada screen akan dilepaskan dengan sistem water sprayer [7,9]. Dalam desainnya, sistem penggerak unit TBS bukan hanya harus mampu menahan gaya-gaya operasional struktur mekanisnya, tetapi juga harus mampu melawan peningkatan beban yang terjadi akibat tersumbatnya ( blockage ) sebagian screen oleh debris yang menempel. Kondisi operasi sistem TBS harus dibatasi dengan level penyumbatan (blockage level) screen yang  ditujukan  untuk  mengamankan  struktur  TBS  terhadap  beban  lebih  maupun  menjaga kapasitas  suplai  air pendingin tetap dalam range operasionalnya.[8,9]
Widyanto, dkk./ ROTASI, Vol. 24  No. 1  (Januari  2022) Hal. 58-64
Penggunaan  daya  motor  yang  terlalu  kecil  menyebabkan  TBS  sering  kali  trip  yang  disebabkan  oleh  aspek penyumbatan screen yang terjadi. Kondisi ini menyebabkan proses pembersihan harus sesering mungkin dilakukan yang secara langsung akan berperangaruh pada rendahnya produktivitas sistem pembangkit.[9]
Paper  ini  menyajikan  metode  perhitungan  ulang  daya  motor  penggerak  sistem  TBS  untuk  meningkatkan kinerjanya,  dimana  peningkatan  daya  motor  secara  langsung  berpengaruh  pada  peningkatan  level penyumbatan  yang terjadi pada bucket screen . Pengaruh peningkatan daya motor TBS terhadap aspek pembebanan pada struktur chain juga diamati yang dilakukan dengan analisis FEM.

## 2. Spesifikasi Desain Unit TBS
Dalam operasinya tiap unit TBS dipasangkan dengan 1 unit Water Cooling Pump (WC Pump) dengan kapasitas aliran sekitar 50,777 m 3 /jam, dimana kapasitas aliran tersebut masuk melalui kedua sisi sistem TBS (dual flow- Gambar 1b).[2] Konstruksi sistem TBS desain kondisi operasinya diilustrasikan dalam Gambar 2, dengan spesifikasi teknis yang diuraikan dalam Tabel 1.
(a) (b)
Gambar 1. (a) Unit Traveling Band Screen [10], (b) Konsep pola aliran dual flow pada sistem TBS
Widyanto, dkk./ ROTASI, Vol. 24  No. 1  (Januari  2022) Hal. 58-64
Tabel 1. Spesifikasi Teknis Unit
Traveling Band Screen Spesifikasi Nilai Keterangan Berat total 16.397 kg Dimensi 12246 x 2210 mm Kapasitas total 56250 kg/s pada kecepatan aliran 0,869 m/s 100% clean screen dengan kedalaman air 7298 mm Motor penggerak 3 fase 380 Volt, 50 Hz, 2/1 HP, dual speed 1500/750 RPM Rasio reduksi gear box 1500 : 1 Bobot sistem penggerak 467 kg Bobot mekanisme gerak 5670 kg
Gambar 3. Konstruksi unit bucket screen , total menggunakan 38 unit bucket screen .
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Perhitungan Torsi dan Gaya Tarik Chain
Unit TBS dioperasikan dengan menggunakan motor penggerak berdaya 1,5 HP. Dengan motor penggerak tersebut, torsi yang diberikan untuk memutar poros sprocket dapat dihitung dengan Persamaan 1 sebagai berikut:
𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 (𝐻𝑃) = 𝑇 𝑥 𝑛 5250 (1) dimana: T = Torsi  (lb. ft) N = Putaran  (rpm) Dayar (HP) = 746 watt 5250 = constant
Hasil  perhitungan  torsi  motor  penggerak  adalah  10.500  lb  ft  =  14.236,1  Nm.  Dengan  harga  torsi  tersebut, perhitungan  gaya  tarik chain dapat  dilakukan  dengan  menghubungkan  data  dimensi  sproket  yang  terpasang  pada konstruksi head terminal seperti ditunjukkan dalam Gambar 4, dimana diameter sprocket adalah sebesar 1219 mm.
Widyanto, dkk./ ROTASI, Vol. 24  No. 1  (Januari  2022) Hal. 58-64
Didasarkan pada diagram benda bebas Gambar 5, gaya tarik chain yang terjadi akibat torsi motor penggerak adalah sebesar 23357 N. Jika efisiensi transfer daya pada sprocket adalah sekitar 95%, maka gaya tarik chain mendekati 2.21 ton.
Gambar 5. Diagram benda bebas pada sistem sprocket
Gesekan terjadi antara roller chain (terbuat dari material SS316) dan porosnya (terbuat dari material SS316), maka gaya  tarik  i  digunakan  untuk  mengantisipasi  gaya  gesek  tersebut  ketika  TBS  beroperasi.  Besarnya  gaya  gesek  dapat dihitung dengan Persamaan 2, sedangkan gaya normal (N) diperoleh dari gaya tekan akibat bobot bucket screen (yang terjadi pada permukaan dalam lubang roller chain ) terhadap permukaan porosnya.
𝐹 = 𝜇𝑠. 𝑁 (2) 3.2 Perhitungan Gaya Tarik Chain pada Low Level Water Dengan Kondisi 100% Clean Screen
3.2.1 Perhitungan Luasan Efektif Untuk Masing-Masing Bucket Screen
Perhitungan luasan efektif (luasan yang menghasilkan gaya tekan akibat tekanan kolom) bucket screen didasarkan pada analisis geometri frame dan wire mesh yang digunakan. Prosedur perhitungan luasan efektif tersebut diuraikan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Prosedur perhitungan luasan efektif bucket screen
Jenis Pengukuran Nilai Pengukuran Sample ukuran wire mesh screen 50x50 mm Total luasan lubang 70,60% Total luasan tertutup 29,40% Total luasan lubang untuk 1 unit bucket screen 809774,9 mm2 Total luasan tertutup untuk 1 unit bucket screen 337215,1 mm2 Luasan frame samping 154700 mm2 Luasan frame tengah 14013 mm2 Prosentase luasan lubang 61,55% Prosentase luasan tertutup 38,45%
Kapasitas aliran  TBS pada 100% clean screen dihitung dengan prosedur sebagai berikut:
− Kapasitas aliran pompa  adalah 56,700 m 3 /jam atau 945 m 3 /min dengan efisiensi sebesar 80%
− Massa alir ( 𝑚̇ ) sebesar 14,062.5 kg/s pada kecepatan aliran (v) 0,869 m/s, dimana massa alir tersebut  melalui luasan efektif lubang bucket screen pada kondisi 100% bersih.
3.2.2 Gaya Tekan Total Yang Bekerja Pada Luasan Efektif Screen
Jumlah bucket screen yang berada dibawah low level water adalah 24 unit (nps). Jika korelasi antara massa alir dengan  luasan  penampang ducting dinyatakan  dalam  Persamaan  3, maka  luasan  lubang  untuk  masing-masing  bucket screen dapat dihitung dengan metode yang dinyatakan dalam Persamaan 4.
𝑉̇ = 𝐴 . 𝑣 (3)

## 1219
F T
𝐴 ℎ𝑜𝑙𝑒 = 𝑚 ̇ /(𝜌. 𝑣. 𝑛𝑝𝑠) (4)
= 14062,5 kg/s / (997 kg/m 3 . 0,869 m/s . 24) = 0,68 m 2
Jika luasan total  masing-masing bucket  screen adalah 1,32m 2 ,  sedangkan luasan tertutupnya (A closed ) adalah 0,64 m 2 , maka tekanan yang bekerja pada bucket screen disebabkan oleh tekanan kolom ( hydrostatic , P hydro ) dan tekanan karena aliran. Tekanan kolom dan tekanan karena aliran dapat dihitung dengan Persamaan 5 dan 6.
𝑃 ℎ𝑦𝑑𝑟𝑜 = 𝜌𝑔ℎ (5)
𝜌 𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑦 = 1 2 𝜌𝑣 2 (6)
Dimana h adalah differential head (Dh) antara inlet dan outlet dari sistem TBS, Dh start = 0, 76 m, Dh steady = 0,305 m, sehingga:
Tekanan kolom P hydro = 3040,85 N/m 2 Tekanan aliran P flow velocity = 376,45 N/m 2 Tekanan total yang bekerja pada screen adalah (P total ) = P hydro + P flow
= 3417,3 N/m 2 Gaya akibat tekanan pada bucket screen pada low level water = P total x A closed = 2185,05 N
Sedangkan gaya tekanan total yang bekerja pada seluruh bucket screen pada low level water adalah sebesar
= 2185,05 N x 24 = 52441,12 N
3.2.3 Gaya Tarik Chain Pada 100% Clean Screen
Gaya tarik chain besarnya sama dengan gaya gesek yang terjadi antara roller chain dan porosnya (Persamaan 2). Didasarkan pada literature review , µ s (koefisien gesek statis) antar logam (dalam hal ini stainless steel 316) dalam medium air laut adalah sebesar 0,24 – 0,28[11]. Dengan menggunakan Persamaan 7, hasil perhitungan gaya gesek yang terjadi adalah sebesar 14,683 N. Dengan daya motor yang ada (2HP – dual speed), gaya tarik maksimum chain adalah sebesar 2210 kg pada kondisi 100% clean screen . Kondisi ini menunjukkan bahwa motor masih mampu untuk memutar bucket screen .
3.3 Variasi Gaya Tarik Chain Sebagai Fungsi Dari Level Penutupan Screen . Level  penutupan screen secara langsung berpengaruh pada differential  head antar posisi  sebelum  dan sesudah screen . Basis data untuk menghitung differential head sebagai fungsi variasi prosentase penutupan screen adalah sebagai berikut: pada kondisi low level water dan 100% clean screen , differential head pada kondisi steady state adalah sebesar 0,305 m. Berdasarkan kondisi-kondisi batasnya, estimasi kurva differential head sebagai fungsi dari prosentase penutupan screen ditunjukkan dalam Gambar 6.
Gambar 6. Estimasi differential head pada variasi prosentase penutupan screen
Dengan  menggunakan  prosedur  yang  sama,  kemampuan  motor  untuk  memutar bucket  screen sebagai  fungsi penutupan screen dapat ditentukan. Gambar 7 menunjukkan variasi gaya tarik chain sebagai fungsi penutupan screen . Penggunaan motor penggerak dengan daya sebesar 2 HP hanya akan mampu menggerakkan bucket screen dengan level penutupan screen sebesar 13%. Jika daya motor diperbesar (misalnya 5 HP), maka motor mampu menggerakkan bucket screen hingga level penutupan screen sebesar 36%.
Widyanto, dkk./ ROTASI, Vol. 24  No. 1  (Januari  2022) Hal. 58-64
Gambar 7. Korelasi antara gaya tarik chain dan level penutupan screen

## 3.4 Pengaruh  Peningkatan  Daya  Motor  Penggerak  Terhadap  Kondisi  Deformasi  Dan  Distribusi  Tegangan Pada Struktur Chain
Apakah  dengan  meningkatkan  daya  motor  yang  digunakan  konstruksi chain masih  aman  dioperasikan?  Hal tersebut  dibuktikan  dengan  mengobservasi  distribusi  tegangan  pada  struktur  chain  dengan  pemodelan  FEM.  Dengan pembebanan  yang  berupa  gaya  aksial  sebesar  4600  kg  pada  struktur  chain,  distribusi  tegangan  struktur chain seperti ditunjukkan dalam Gambar 8.
Gambar 8. Kondisi deformasi side bar chain akibat pembebanan 36% penyumbatan screen , Dengan deformasi maksimum 2,33 mm.
Gambar 9. Distribusi tegangan pada struktur chain dengan pembebanan gaya aksial sebesar 4600 kg dengan menggunakan pemodelan FEM, dengan tegangan maksimum 1270 Mpa, sekitar 50% dari yield strength nya.

## 4. Kesimpulan
Penggantian unit motor penggerak TBS dari 2 HP menjadi 5 HP terbukti mampu meningkatkan kinerja TBS yang ditunjukkan dengan peningkatan kemampuan operasinya terhadap level penutupan screen dari 13% menjadi 36%. Pada kondisi  operasi  tersebut,  struktur chain mengalami  peningkatan  beban  tarik  dari  2210  kg menjadi  4600  kg,  sehingga tegangan kerja pada struktur chain menjadi 127 Mpa, dimana nilai ini sekitar 50% dari nilai yield strength nya.

## Daftar Pustaka
[1] Alimah, S., Parapak, B., 2008, “ Studi Teknologi Intake Untuk Pendingin Kondensor dan Instalasi Desalinasi Pada PLTN ”, Jurnal Pengembangan Energi Nuklir, 10(1).
[2] Wicaksono, A., 2018, “ Optimalisasi Penggantian Komponen Travelling Water Screen (TWS) di Sistem Cooling Water (Studi Kasus pada PLTGU Muara Tawar Blok 1) ”, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya.
[3] Hubert  Water  Treatment  Installation ,  “ Travelling  Band  Screen-Quality ”, https://hubert.nl/water-intake- systems/travelling-band-screen/, diakses : 8 Maret 2022.
[4] Anonymous ,  “ Travelling  Band  Screen ”, http://charlyengineering.blogspot.com/2015/01/travelling-band- screen.html, diakses : 8 Maret 2022.
[5] Beaudrey , “ Travelling Band Screens ”, https://www.beaudrey.com/travelling-band-screens, diakses: 8 Maret 2022.
[6] PT.  Menara  Alfasemesta, “ Dual  Flow  Traveling  Band  Screen ”, http://pt-mas.com/dual-flow-traveling-band- screen/, diakses : 8 Maret 2022.
[7] Beaudrey, 2008, “ Beaudrey Screens, Debris Filters and Condenser Tube-Cleaning Systems ” . E. Beaudrey & Cie, Paris.
[8] Basuki, RR., 2015, “ I dentifikasi Kerusakan dan Perawatan Desalination Plant pada Cooling System PLTGU PT. PJB UP Gresik ”, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya.
[9] Thomas, DL., 1979, “ A Review of Water Intake Screening Options for Coastal Water Users with Recommendations for Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) Plants ” , Argonne National Laboratory, Illinois.
[10]  EIMCO  Water  Technologies, 2006,  “ Brackett  Green  ®  Travelling  Band  Screens  Fine  screening  for  Water Intakes ”, Eimco Water Technologies, Essex.
[11]  Miura, K., Takata, K., Fujiwara, K., Shimosako, Y., 2005, “ Characteristics of Static Friction in Sea Water on Universal Joint Member Materials ”, J. Soc. Mat. Sci., Japan, 54(5).