Studi Eksperinental Karakteristik Getaran dan Tekanan Ruang Silinder pada Kompresor Torak: Efek Perubahan Profil Valve Seat pada Sisi Buang

Transkripsi

1 SIDANG TUGAS AKHIR Studi Eksperinental Karakteristik Getaran dan Tekanan Ruang Silinder pada Kompresor Torak: Efek Perubahan Profil Valve Seat pada Sisi Buang Dosen Pembimbing Ir. Suwarmin, P.E. Oleh Mahmud Alghifari Syamlan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2 BAB I Pendahuluan

3 Latar belakang 1. Konsumsi daya oleh kompresor torak di seluruh dunia mendekati tiga kali lipat konsumsi daya kompresor sentrifugal. 2. Biaya perawatan untuk kompresor torak adalah tiga setengah kali biaya perawatan untuk kompresor sentrifugal. 3. Pengeluaran utama pada penggunaan kompresor adalah perawatan dan kegiatan operasional untuk perbaikan valve dan downtime yang terkait. 4. Kegagalan valve adalah penyebab utama shutdown tak terjadwal pada kompresor torak, 36% dari penyebab lainnya. 5. Efisiensi kompresor sangat bergantung pada proses buka-tutup valve.

4 Perumusan Masalah 1. Titik berat penelitian adalah pengaruh geometri valve seat sisi buang terhadap karakteristik pola getaran dan tekanan pada ruang silinder pada kompresor torak single stage, single-acting. 2. Geometri valve seat yang berbeda akan memberikan karakteristik pola getaran dan tekanan ruang silinder yang berbeda. 3. Tekanan silinder digunakan sebagai indikator performa kompresor. 4. Pola getaran digunakan untuk memperkirakan proses buka-tutup valve. 5. Geometri valve seat normal dijadikan baseline untuk perbandingan dengan variasi geometri valve seat.

5 Tujuan Penelitian 1. Mengetahui karakteristik pola getaran buka-tutup valve dan tekanan ruang silinder jika terdapat perubahan geometri valve seat, pada sisi buang untuk profil valve seat A, B, dan C. 2. Mengetahui pengaruh variasi beban terhadap karakteristik pola getaran penutupan valve dan tekanan ruang silinder, pada valve seat normal dan tiga variasi valve seat lainnya. 3. Komparasi karakteristik pola getaran buka-tutupalve dan tekanan ruang silinder antara valve seat normal, profil A, B, dan C. 4. Menghasilkan referensi bagi analis yang berkepentingan untuk mengetahui karakteristik operasi kompresor torak, jika terjadi perubahan pada komponen valve seat. 5. Pembelajaran aplikasi analisis getaran untuk condition monitoring bagi peneliti.

6 Batasan Masalah 1. Jenis kompresor torak yang digunakan adalah single stage, single-acting dengan valve hisap dan buang berbentuk plat datar dan udara sebagai fluida kerja. 2. Parameter analisis adalah pola getaran bukatutup yang diukur pada cylinder head dan tekanan ruang silinder. 3. Variasi yang diinvestigasi adalah perubahan geometri profil valve seat, pada sisi tekan. 4. Percobaan dilakukan untuk tekanan kerja yang berbeda-beda, dari 1 s/d 7 bar. 5. Pada masing-masing kondisi uji, temperatur fluida kerja (udara) dijaga relatif sama. 6. Analisis vibrasi hanya dilakukan padaformat waveform.

7 BAB II Dasar Teori

8 Proses Buka-tutup Valve dan Analisis Diagram p-v pada Kompresor Torak

9 Vibrasi pada Kompresor Torak Fenomena vibrasi pada kompresor berasal dari dinamika gerak dalam mekanisme kerja kompresor. Mekanisme utama dalam kompresor adalah mekanisme slider-crank. Piston-slab. Gerak landasan. Gerak transmisi belt. Dan lain-lain

10 Waveform Getaran dan Tekanan dari Pengukuran pada Crosshead

11 Komparasi Amplitudo dan Frekuensi antara Acceleration, Velocity, dan Displacement

12 Tinjauan Pustaka

13 John P. Platt, 2005 Dua faktor utama penyebab kegagalan valve adalah faktor lingkungan dan mekanikal Faktor lingkungan dapat berupa zat pencemar korosif, impurities dalam fluida kerja, slug, pelumasan yang tidak tepat. Pencegahan terhadap faktor lingkungan dapat dilakukan dengan pemilihan material valve yang tepat dan pengkondisian aliran fluida kerja kompresor Faktor mekanikal dapat berupa fatigue cycle yang tinggi, gerakan mekanikal valve yang tidak normal, lift yang terlalu besar pada valve, pulsasi, dan ketaknormalan spring. Pencegahan terhadap faktor mekanikal dapat dilakukan dengan desain yang bagus pada komponen valve dan pengoperasian kompresor sesuai desain.

14 Insight Compressor Monitoring, Prognost System, Technical Note, Valve kompresor harus memenuhi lima kriteria, yaitu: 1. Kebocoran minimum, 2. Proses buka-tutup mudah, 3. Tahanan aliran rendah, 4. Ketahanan terhadap keausan yang tinggi, dan 5. Volume clearance tinggi.

15 Klaus Marien, 2011 Monitoring pada valve dapat dilakukan dengan: 1. Analisis diagram p-v. 2. Analisis vibrasi pada silinder. 3. Analisis temperatur valve.

16 Steven M. Schultheis, Peletakan transducer pada crankcase.

17 Steven M. Schultheis, Peletakan transducer pada crosshead.

18 Derek Woollat, Valve Seat tidak akan rusak jika didesain dan digunakan dengan tepat, dan valve seat tidak akan rusak karena fatigue jika beroperasi pada kondisi normal. Seat bisa gagal akibat overstress karena kompresor dihantam fluida cair yang lewat bersama gas. Seat akan selalu aus bila moving parts menempel.

19 Suwarmin

20 Suwarmin

21 Suwarmin

22 BAB III Metodologi Penelitian

23 Pengukuran Pemeriksaan kompresor Pemeriksaan air kondensat

24 Pemeriksaan minyak pelumas

25 Pemeriksaan ruang silinder

26 Pemeriksaan kekencangan atau tegangan belt

27 Pemeriksaan cylinder head

28 Kompresor torak yang digunakan sebagai objek eksperimen

29 Spesifikasi kompresor Merk : PUMA, PU-32 (tipe), single stage, single acting Daya : 2 Hp Working Pressure : 7 kg/cm 2 Maximum pressure : 10 kg/cm 2 Penggerak : Motor listrik 380 volt, 1430 rpm, dengan transmisi belt

30 Variabel analisis yang diukur adalah: Akselerasi getaran pada cylinder head Tekanan ruang silinder Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Accelerometer, CSi A Vibration Analyzer, CSi 2120A 3. Pressure transducer, Fluke PV Tachometer Optic, CSi 404B 5. Pressure Regulator

31 Accelerometer, CSi A0760 dan Adapter

32 Vibration Analyzer, CSi 2120A

33 Pressure transducer, Fluke PV 350

34 Tachometer Optic, CSi 404B

35 Pressure Regulator

36 Transmitter untuk Pressure Transducer

37 Transmitter

38 Profil Valve Seat

39 Profil Normal

40 Profil A (tapered)

41 Profil B (curved)

42 Profil C (rounded)

43 Langkah-langkah pengambilan data vibrasi dan tekanan : 1. Menyiapkan alat ukur dan setting vibration analyzer. 2. Memasang valve seat normal. 3. Menyiapkan kompresor. 4. Memasang transducer. 5. Mengoperasikan kompresor dan memastikan pengujian dilakukan pada temperatur yang sama. 6. Mengukur getaran dan tekanan ruang silinder, untuk tekanan kerja 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 bar pada profil normal, A, B, dan C 7. Menyatakan hasil pengukuran dalam bentuk grafik akselerasi getaran terhadap sudut poros engkol dan grafik tekanan terhadap sudut poros engkol. 8. Melakukan telaah tentang karakteristik getaran dan tekanan ruang silinder yang terjadi, dengan adanya perubahan geometri profil valve seat.

44 BAB IV Analisis Data dan Pembahasan

45 Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil Normal

46 Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil Normal

47 Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil Normal

48 Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm 2 Normal Discharge Valve Open Discharge Valve Close Suction Valve Close Suction Valve Open

49 Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil A (tapered)

50 Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil A (tapered)

51 Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil A (tapered)

52 Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm 2 A (tapered) Discharge Valve Open Discharge Valve Close Suction Valve Close Suction Valve Open

53 Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil B (curved)

54 Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil B (curved)

55 Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil B (curved)

56 Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm 2 B (curved) Discharge Valve Open Discharge Valve Close Suction Valve Close Suction Valve Open

57 Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil C (rounded)

58 Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil C (rounded)

59 Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm 2 untuk Profil C (rounded)

60 Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm 2 C (rounded) Discharge Valve Open Discharge Valve Close Suction Valve Close Suction Valve Open

61 Pengaruh Variasi Valve Seat pada Karakteristik Vibrasi Discharge Line dan Tekanan Ruang Silinder Kompresor

62 Waveform pada Pembebanan 5 kg/cm 3 dengan Variasi Profil Normal, A, B, dan C

63 Diagram P-V dengan Variasi Profil Valve Seat Normal, A, B, dan C

64 BAB V Kesimpulan dan Saran

65 Kesimpulan 1. Perubahan geometri valve seat pada penelitian ini menyebabkan discharge valve membuka lebih awal, seperti yang ditunjukkan pada gambar Peningkatan pembebanan kompresor menyebabkan keterlambatan pembuakaan valve. 3. Langkah-langkah pada kompresor dalam satu siklus dapat dijabarkan dengan waveform vibrasi. 4. Pergeseran waveform ke kanan pada profil normal yang berarti keterlambatan pembukaan valve terjadi lebih smooth daripada profil variasi yang lain.

66 Kesimpulan 5. Pergeseran waveform ke kanan (keterlambatan pembukaan valve) pada profil A (tapered) dan B (curved) tampak signifikan mulai pembebanan 4 kg/cm Pembukaan valve paling awal terjadi pada profil C (rounded), kemudian berturut-turut profil B (curved), C (tapered), dan normal. 7. Analisis diagram P-V sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 4.14 menyakinkan atau memvalidasi kesimpulan dari analisis waveform vibrasi tentang karakteristik vibrasi pada discharge line.

67 Saran 1. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini mengunakan profil tapered dengan beberapa variasi diameter dan sudut ketirusan. 2. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini mengunakan profil rounded dengan beberapa variasi diameter. 3. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini mengunakan profil curved dengan beberapa variasi diameter dan lengkungan. 4. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini menggunakan kombinasi profil normal dan tapered dengan beberapa variasi kedalaman normal dan ketirusan, serta variasi sudut ketirusan.

68 Saran 5. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini menggunakan kombinasi profil normal dan curved dengan beberapa variasikedalaman normal dan kelengkungan. 6. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini menggunakan valve seat yang diberi goresan yang cukup dalam, baik dengan goresan berpola maupun tidak. 7. Penelitian dengan metode simulasi dengan menggunakan software ansys fluent terhadap pengaruh perilaku aliran fluida melalui valve seat dengan berbagai variasi geometrid an dimensi. 8. Penelitian dengan metode simulasi dengan menggunakan software ansys autodyne untuk mengetahui pengaruh gaya impact akibat udara yang lewat pada valve terhadap komponen valve.

69 Daftar Pustaka Nugroho, Ardi, Karakteristik Getaran dan Tekanan Ruang Silinder pada Kompresor Torak: Efek Perubahan Profil Valve Seat pada Sisi Hisap dan Tekan, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, Ryadin, Fahmi, Profil Getaran dan Tekanan Ruang Silinder pada Single-Stage Single-Acting Reciprocating Compressor Akibat Ketaknormalan Katup, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, Reciprocating Compressor Condition Monitoring, Steven M. Schultheis; Charles A. Lickteig; dan Robert Parchewsky, Proceedings of the Thirty-Sixth Turbomachinery Symposium, Daryanto W., Bambang dan Suwarmin, Operation Abnormality Identification of A Reciprocating Compressor Based on Pressure and Vibration Signals, Proceedings: International Conference on Risk Technology and Management ITB, Bandung, 2007.

70 Daftar Pustaka Nugroho, Ardi, Karakteristik Getaran dan Tekanan Ruang Silinder pada Kompresor Torak: Efek Perubahan Profil Valve Seat pada Sisi Hisap dan Tekan, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, Ryadin, Fahmi, Profil Getaran dan Tekanan Ruang Silinder pada Single-Stage Single-Acting Reciprocating Compressor Akibat Ketaknormalan Katup, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, Reciprocating Compressor Condition Monitoring, Steven M. Schultheis; Charles A. Lickteig; dan Robert Parchewsky, Proceedings of the Thirty-Sixth Turbomachinery Symposium, Daryanto W., Bambang dan Suwarmin, Operation Abnormality Identification of A Reciprocating Compressor Based on Pressure and Vibration Signals, Proceedings: International Conference on Risk Technology and Management ITB, Bandung, 2007.

71 Daftar Pustaka Deffenbaugh, Danny M., Brun, Klaus, Harris, Ralph E., Advanced Reciprocating Compression Technology, U.S. Department fo Energy, Pittsburgh, Griffith, E. B. dan Flanagan, W. A., Online Continous Monitoring of Mechanical Condition and Performance for Critical Reciprocating Compressor, Proceedings of the 30 th Turboamchinery Symposium, Texas A&M University, Foreman, S., Compressor Valves and Unloaders for Reciprocating Compressors An OEM s Perspective, Dresser-Rand, New York, Giampaolo, Tony, Compressor Hnadbook: Principle and Practice, Fermont Press Inc, Lilburn, Hanlon, Paul, Compressor Handbook, McGraw Hill Company, New York, 2001.

72 Daftar Pustaka Kelly, Sean, IC Engine Kinematics, expha.com, Quach, Quan, MATLAB Introductory FFT Tutorial, blingdagger.com, Mobley, R. Keith, Root Cause Failure Analysis, Newnes, Woburn, Barret Jr., Richard M., Low Frequncy Machinery Monitoring: Measurement Considerations, Wilcoxon Research Inc., Marien, Klaus, Insight: Compressor Monitoring, Prognost System, Schulteis, Steven M., Lickteig, Charles A., dan Parchewsky, Robert, Reciporcating Compressor Condition Monitoring, Proceedings of The 36 th Turbomachinery Symposium, Shell Global Solution Inc,

73 Daftar Pustaka Brun, Klaus, Nored, Marybeth G., Gernentz,Ryan Z., dan Platt, John P., Reciprocating Valve Plate Life and Performance Analysis, Gas Machinery Conference, Southwest Research Institute, Bloch, Heinz P. dan Hoefner, John J., Reciprocating Compressor Operation and Maintenance, Butterworth-Heinemann, Houston, Woollat, Derek, Reciprocating Compressor Valve Design: Optimizing Valve Life and Reliability, Dresser-Rand, New York,

74 Terima Kasih Mohon Saran dan Koreksi