Fungsi Governor Mesin Kapal Untuk ME dan AE

Perubahan beban pada mesin kapal merupakan kondisi sering terjadi misalnya Main engine mengalami perubahan beban akibat perubahan kondisi laut, manuver dan lainnya. Sementara itu, auxiliary engine yang menghadapi perubahan beban listrik ketika berbagai peralatan di kapal dihidupkan atau dimatikan.

Jika jumlah bahan bakar yang masuk ke mesin tidak disesuaikan dengan perubahan beban tersebut, putaran mesin dapat berubah sehingga mengganggu mesin bahkan menyebabkan kerusakan apabila terjadi overspeed. 

Nah untuk mengatasi hal seperti ini mesin kapal harus dilengkapi dengan governor yang berfungsi untuk mengontrol suplai bahan bakar agar kecepatan putaran mesin tetap berada pada nilai yang diinginkan meskipun beban berubah.

Pada kapal, prinsip governor pada main engine dan auxiliary engine pada dasarnya sama, yaitu mengontrol kecepatan mesin. Namun, karakteristik pengoperasian dan sistem kontrol keduanya berbeda karena fungsi main engine dan auxiliary engine juga berbeda.

Apa Itu Governor pada Mesin Kapal?

Governor adalah perangkat yang berfungsi untuk mengendalikan kecepatan mesin secara otomatis dengan menyesuaikan jumlah bahan bakar atau energi masuk ke mesin berdasarkan perubahan beban.

Tujuan utamanya adalah menjaga putaran mesin agar tetap berada pada nilai yang sesuai dengan setting yang telah ditentukan.

Sebagai contoh, sebuah auxiliary engine menggerakkan generator pada putaran tertentu. Ketika beban listrik bertambah, generator memberikan tahanan elektromagnetik yang lebih besar terhadap penggerak utama. Akibatnya, jika suplai bahan bakar tidak ditambah, putaran mesin akan turun.

Governor mendeteksi penurunan kecepatan tersebut dan memberikan perintah agar suplai bahan bakar meningkat. Dengan bertambahnya energi pembakaran, torsi mesin meningkat dan putaran kembali menuju nilai yang ditetapkan.

Sebaliknya, ketika beban berkurang, governor mengurangi suplai bahan bakar agar mesin tidak mengalami kenaikan putaran yang berlebihan.

Secara sederhana, prinsip kerjanya dapat digambarkan sebagai:

Perubahan beban - perubahan RPM - governor mendeteksi perubahan - fuel command berubah - torsi mesin berubah - RPM dikoreksi.

Pada sistem modern, governor dapat berupa mechanical-hydraulic governor, electronic governor, atau electronic control system, tergantung desain mesin.

Mengapa Governor Sangat Penting pada Kapal?

Mesin kapal tidak bekerja pada kondisi beban yang selalu sama, pada main engine, beban dapat berubah karena:

• perubahan kecepatan kapal
• manuver
• perubahan pitch propeller pada CPP
• kondisi gelombang
• perubahan draft
• kondisi angin dan arus
• perubahan tahanan lambung
• perubahan kondisi operasi propulsi

Sementara itu, pada auxiliary engine, perubahan beban terutama disebabkan oleh kebutuhan listrik kapal.

Contohnya ketika beberapa peralatan seperti:

• cargo pump
• ballast pump
• seawater pump
• air compressor
• HVAC
• refrigeration
• crane
• deck machinery

Tanpa sistem pengaturan kecepatan yang baik, perubahan beban dapat menyebabkan RPM dan frekuensi generator berubah secara signifikan.

Karena frekuensi generator AC berhubungan langsung dengan kecepatan putar alternator, kestabilan RPM sangat penting untuk menjaga kualitas suplai listrik kapal.

Fungsi Utama Governor pada Mesin Kapal

1. Menjaga Kecepatan Mesin

Fungsi utama governor adalah mempertahankan kecepatan mesin pada nilai yang diinginkan.

Pada auxiliary engine, hal ini sangat penting karena generator harus menghasilkan listrik dengan frekuensi yang sesuai.

Misalnya, pada sistem generator 60 Hz, perubahan RPM yang terlalu besar dapat menyebabkan frekuensi keluar dari batas yang diizinkan.

2. Menyesuaikan Suplai Bahan Bakar

Governor mengatur fuel rack, fuel actuator, atau fuel command sesuai desain sistem mesin. Ketika beban meningkat, suplai bahan bakar dapat dinaikkan. 

Ketika beban turun, suplai bahan bakar dikurangi. Dengan demikian, mesin dapat menghasilkan torsi yang sesuai dengan kebutuhan beban.

3. Mencegah Overspeed

Governor juga berperan dalam menjaga agar mesin tidak berputar melebihi batas yang ditentukan. Overspeed merupakan kondisi serius karena komponen mesin mengalami gaya sentrifugal yang semakin besar.

Jika terjadi overspeed yang tidak terkendali, kerusakan pada komponen mesin dapat terjadi dan pada kondisi ekstrem dapat menimbulkan bahaya keselamatan.

Namun, perlu dibedakan antara governor dan independent overspeed trip. Pada banyak mesin, overspeed protection merupakan sistem proteksi tersendiri yang akan menghentikan mesin jika RPM mencapai batas trip.

4. Membantu Menjaga Stabilitas Operasi

Governor membantu mesin merespons perubahan beban secara otomatis.

Respons yang baik sangat penting untuk mencegah:

• RPM hunting
• frequency fluctuation
• engine instability
• overload
• gangguan pada sistem tenaga listrik

Jenis Governor Berdasarkan Karakteristik Pengoperasian

1. Constant-Speed Governor

Constant-speed governor dirancang untuk mempertahankan mesin pada kecepatan tertentu meskipun terjadi perubahan beban. Jenis ini sangat umum digunakan pada auxiliary engine yang menggerakkan generator.

Sebagai contoh, generator harus beroperasi pada RPM tertentu untuk menghasilkan frekuensi listrik yang sesuai.

Ketika beban listrik meningkat, RPM mesin cenderung turun. Governor kemudian meningkatkan fuel command untuk mengembalikan RPM.

Ketika beban turun, governor mengurangi fuel command.

Jadi:

Beban naik - RPM cenderung turun - fuel bertambah - RPM kembali naik.

Sebaliknya:

Beban turun - RPM cenderung naik - fuel dikurangi - RPM dikendalikan.

2. Variable-Speed Governor

Variable-speed governor digunakan pada mesin yang memang dirancang beroperasi pada berbagai tingkat kecepatan. Jenis ini banyak digunakan pada main engine kapal.

Perwira atau operator dapat memberikan perintah kecepatan melalui sistem remote control atau engine control system.

Governor kemudian berusaha mempertahankan RPM pada nilai yang diperintahkan meskipun beban berubah. Contohnya, ketika kapal meningkatkan kecepatan, RPM main engine dinaikkan sesuai perintah.

Governor pada Main Engine

Governor pada main engine harus mampu mengikuti perubahan perintah kecepatan sekaligus merespons perubahan beban propulsi.

Pada mesin diesel marine, sistem kontrol dapat bekerja bersama berbagai perangkat pembatas untuk mencegah mesin menerima bahan bakar yang tidak sesuai dengan kondisi operasinya.

Beberapa sistem yang dapat ditemukan pada main engine antara lain:

1. Variable Speed Control

Kecepatan main engine dapat diubah sesuai kebutuhan propulsi. Perintah kecepatan dapat berasal dari:

• bridge control
• engine control room
• local control
• remote control system.

2. Scavenge Air/Fuel Limitation

Pada mesin diesel dua langkah berdaya besar, jumlah bahan bakar yang dapat diberikan dapat dikaitkan dengan kondisi udara scavenging.

Tujuannya adalah mencegah pemberian bahan bakar berlebihan ketika udara yang tersedia untuk pembakaran belum mencukupi.

Dengan demikian, risiko pembakaran tidak sempurna dan thermal loading berlebihan dapat dikendalikan.

3. Torque atau Fuel Limiter

Fuel limiter dapat digunakan untuk membatasi jumlah bahan bakar berdasarkan kondisi tertentu. Tujuannya antara lain mencegah mesin menerima beban atau torsi melebihi batas yang ditentukan.

Sistem limiter sangat penting terutama ketika mesin mengalami perubahan beban atau ketika mesin sedang melakukan akselerasi.

4. Overspeed Protection

Main engine juga memiliki perlindungan terhadap kondisi overspeed. Jika RPM mencapai batas tertentu, sistem proteksi dapat mengaktifkan tindakan shutdown sesuai desain mesin.

Governor pada Auxiliary Engine

Berbeda dengan main engine, auxiliary engine biasanya harus bekerja pada kecepatan yang relatif konstan karena terhubung dengan alternator.

Hubungan antara RPM dan frekuensi listrik sangat penting.

Untuk generator sinkron, secara sederhana hubungan frekuensi dengan kecepatan dapat dinyatakan:

f = (P × N) / 120

di mana:

• f = frekuensi listrik dalam Hz;
• P = jumlah kutub alternator;
• N = kecepatan putar dalam RPM.

Sebagai contoh, alternator 4 pole yang beroperasi pada 1.800 RPM akan menghasilkan frekuensi nominal 60 Hz.

Karena itu, governor harus merespons perubahan electrical load dengan cepat.

Ketika beban meningkat:

Electrical load - engine load - RPM cenderung turun - governor menambah fuel - RPM dipulihkan.

Ketika beban turun:

Electrical load - engine load -  RPM cenderung naik - governor mengurangi fuel - RPM dikendalikan.

Mengapa Governor Generator Membutuhkan Droop?

Droop adalah karakteristik pengaturan governor yang memungkinkan perubahan kecil kecepatan atau frekuensi seiring dengan perubahan beban.

Mengapa hal ini dibutuhkan? Karena ketika dua atau lebih generator bekerja paralel, masing-masing generator harus mengetahui seberapa besar beban yang harus ditanggung.

Jika semua generator berusaha mempertahankan frekuensi secara sempurna tanpa koordinasi yang tepat, pembagian beban dapat menjadi tidak stabil.

Dengan droop control, perubahan frekuensi menjadi bagian dari karakteristik pengaturan sehingga generator dapat berbagi beban secara lebih stabil.

Dalam mode droop control, peningkatan beban pada generator menyebabkan kecenderungan penurunan speed/frequency, dan governor merespons dengan meningkatkan fuel untuk menaikkan output daya.

Namun, governor tidak berusaha mengembalikan frekuensi secara sempurna ke nilai nominal pada setiap perubahan beban.

Sebagai ilustrasi, sebuah governor dengan droop 5% memiliki karakteristik bahwa perubahan dari kondisi tanpa beban menuju beban penuh berkaitan dengan perubahan speed/frequency sekitar 5% dari nilai nominal, tergantung definisi dan setting sistem.

Dalam praktik generator kapal, nilai droop dan karakteristik respons ditentukan berdasarkan desain governor, generator, dan sistem kontrol.

Droop control sangat berguna ketika:

• beberapa generator bekerja paralel
• generator harus berbagi beban
• sistem membutuhkan load sharing yang stabil
• terjadi perubahan beban secara bertahap.

Misalnya terdapat dua diesel generator yang bekerja paralel. Ketika beban kapal meningkat, kedua generator dapat menaikkan output daya sesuai karakteristik droop sehingga beban terbagi di antara keduanya.

Apa Itu Isochronous Control?

Isochronous control merupakan mode pengaturan yang berusaha mempertahankan kecepatan atau frekuensi pada nilai konstan meskipun terjadi perubahan beban.

Misalnya generator ditetapkan pada 60 Hz. Ketika beban bertambah, governor segera meningkatkan input energi ke prime mover sehingga frekuensi kembali ke sekitar 60 Hz.

Ketika beban berkurang, input energi dikurangi agar frekuensi tetap terjaga. Karena itu, isochronous control sangat cocok untuk:

• generator yang bekerja sendiri
• isolated power system
• satu generator sebagai unit pengatur frekuensi utama.

Namun, jika beberapa generator identik semuanya dioperasikan dalam mode isochronous tanpa sistem load-sharing yang tepat, dapat terjadi load hunting atau ketidakstabilan pembagian beban.

Pada sistem multi-generator modern, load sharing dan kontrol digital dapat memungkinkan strategi pengaturan yang lebih kompleks.

Apa yang Terjadi Jika Governor Mengalami Gangguan?

1. RPM Hunting

RPM naik dan turun secara berulang tanpa kestabilan. Penyebabnya dapat berasal dari setting governor, sensor, actuator, fuel system, atau masalah kontrol lainnya.

2. Speed Tidak Stabil

Mesin sulit mempertahankan RPM yang diperintahkan. Pada auxiliary engine, kondisi ini dapat menyebabkan frekuensi generator tidak stabil.

3. Respons Lambat terhadap Perubahan Beban

Ketika beban meningkat, governor terlambat menambah fuel. Akibatnya RPM dapat turun cukup besar sebelum kembali stabil.

4. Overspeed

Jika governor gagal mengontrol suplai bahan bakar, RPM dapat meningkat melebihi batas. Karena overspeed merupakan kondisi berbahaya, mesin juga dilengkapi dengan sistem proteksi independen sesuai desainnya.

5. Load Sharing Tidak Stabil

Pada generator yang bekerja paralel, masalah governor atau setting droop dapat menyebabkan pembagian beban antar-generator menjadi tidak sesuai.

Salah satu generator dapat mengambil beban terlalu besar sementara generator lainnya menerima beban lebih kecil.

Perawatan Governor di Kapal

Governor harus dimasukkan dalam Planned Maintenance System (PMS) sesuai rekomendasi manufacturer. Jenis pemeriksaan tergantung pada tipe governor yang digunakan.

Beberapa pemeriksaan yang umum meliputi:

• pemeriksaan linkage
• pemeriksaan actuator
• pemeriksaan sensor speed
• pemeriksaan fuel command
• pemeriksaan hydraulic pressure jika menggunakan sistem hidrolik
• pemeriksaan electrical connection
• pemeriksaan setting speed
• pemeriksaan droop
• pemeriksaan alarm
• pemeriksaan overspeed protection
• pemeriksaan respons terhadap perubahan beban
• pengujian sistem setelah maintenance.

Pada governor elektronik, pemeriksaan juga dapat mencakup speed pickup, wiring, controller, actuator, parameter setting, dan komunikasi dengan engine control system.

Engineer tidak boleh mengubah parameter governor sembarangan karena kesalahan setting dapat memengaruhi performa dan keselamatan mesin.

Lokasi: Jakarta, Daerah Khusus Ibukota Jakarta, Indonesia

Yakob Taruklangi I am Yakob Taruklangi, a professional seafarer as a Deck Officer on tanker ship and offshore vessel. Throughout my career, I have gained valuable knowledge and experience in the maritime industry, which I am passionate about sharing with others. Writing allows me to reflect on my journey at sea and provide insights into shipping, seamanship, and life onboard, with the hope of contributing to the wider maritime community.

Share :