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

(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.

Dosen Pembimbing

Ir. Suwarmin, P.E.

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh

Mahmud Alghifari Syamlan

2105100154

Oleh

Mahmud Alghifari Syamlan

(2)

Pendahuluan

BAB I

(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

(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 buka-tutup 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

(7)

BAB II

Dasar Teori

(8)

Proses Buka-tutup

Valve

dan Analisis

Diagram

p-V

pada Kompresor Torak

Proses Buka-tutup

Valve

dan Analisis

(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

Waveform

Getaran dan Tekanan dari Pengukuran pada

(11)

Komparasi Amplitudo dan Frekuensi antara

Acceleration, Velocity, dan Displacement

Komparasi Amplitudo dan Frekuensi antara

(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

(14)

Insight Compressor Monitoring, Prognost System,

Technical Note, 2011.

Insight Compressor Monitoring, Prognost System,

Technical Note, 2011.

 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.

(16)

Steven M. Schultheis,

2007.

Steven M. Schultheis,

2007.

(17)

Steven M. Schultheis,

2007.

Steven M. Schultheis,

2007.

(18)

Derek Woollat, 2003.



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

(19)

Suwarmin

(20)

Suwarmin

(21)

Suwarmin

(22)

BAB III

Metodologi

Penelitian

Metodologi

Penelitian

(23)

Pengukuran

Pemeriksaan kompresor

(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

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/cm2

•

Maximum pressure

: 10 kg/cm2

• Penggerak : Motor listrik 380 volt, 1430 rpm, dengan

(30)

Variabel analisis yang diukur adalah:

 Akselerasi getaran pada cylinder head  Tekanan ruang silinder

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini

adalah:

1. Accelerometer,

CSi A0760

2. Vibration Analyzer,

CSi 2120A

3. Pressure transducer,

Fluke PV 350

4. Tachometer Optic,

CSi 404B

(31)

Accelerometer,

CSi A0760 dan

Adapter

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

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 :

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

Analisis Data

dan

Pembahasan

(45)

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil

Normal

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil

(46)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7

kg/cm

2

untuk Profil Normal

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7

(47)

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7

kg/cm

2

_{untuk Profil Normal}

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

Waveform Vibrasi dan Diagram P-

Ѳ

pada

pembeban 5 kg/cm

2

_Normal

Discharge Valve Close Discharge Valve Open Suction Valve Open Suction Valve Close

(49)

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil A

(tapered)

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil A

(50)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7

kg/cm

2

untuk Profil A

(tapered)

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)

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

₎

Waveform Vibrasi dan Diagram P-

Ѳ

pada

pembeban 5 kg/cm

2

_{A (}

_tapered

₎

(53)

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil B

(curved)

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil B

(54)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7

kg/cm

2

untuk Profil B

(curved)

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)

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

₎

Waveform Vibrasi dan Diagram P-

Ѳ

pada

pembeban 5 kg/cm

2

_{B (}

_curved

₎

(57)

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil C

(rounded)

Karakteristik Vibrasi dan

Tekanan pada Profil C

(58)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7

kg/cm

2

untuk Profil C

(rounded)

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)

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)

Waveform Vibrasi dan Diagram P-

Ѳ

pada

pembeban 5 kg/cm

2

_C

_(rounded)

(61)

Pengaruh Variasi Valve Seat

pada Karakteristik Vibrasi

Discharge Line

dan Tekanan

Ruang Silinder Kompresor

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

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

Diagram P-V dengan Variasi Profil

Valve

(64)

BAB V

Kesimpulan

dan

Saran

Kesimpulan

dan

Saran

(65)

Kesimpulan

1. Perubahan geometri

valve seat

pada penelitian

ini menyebabkan

discharge valve

membuka

lebih awal, seperti yang ditunjukkan pada

gambar 4.13.

2. 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

2

_.

6. 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

(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, 2009.

 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, 2009. Reciprocating Compressor Condition

Monitoring, Steven M. Schultheis; Charles A. Lickteig; dan Robert Parchewsky, Proceedings of the Thirty-Sixth

Turbomachinery Symposium, 2007.

 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, 2009.

 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, 2009. Reciprocating Compressor Condition

Monitoring, Steven M. Schultheis; Charles A. Lickteig; dan Robert Parchewsky, Proceedings of the Thirty-Sixth

Turbomachinery Symposium, 2007.

 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, www.netl.doe.gov, 2005.

 Griffith, E. B. dan Flanagan, W. A., Online Continous

Monitoring of Mechanical Condition and Performance for Critical Reciprocating Compressor, Proceedings of the 30th _{Turboamchinery Symposium}_,_{Texas A&M University}_,

2001.

 Foreman, S., Compressor Valves and Unloaders for

Reciprocating Compressors – An OEM’s Perspective, Dresser-Rand, New York, www.dresser-rand.com, 2002.

 Giampaolo, Tony, Compressor Hnadbook: Principle and

Practice, Fermont Press Inc, Lilburn, 2010.

 Hanlon, Paul, Compressor Handbook, McGraw Hill Company, New York, 2001.

(72)

Daftar Pustaka

 Kelly, Sean, IC Engine Kinematics, expha.com, 2011.  Quach, Quan, MATLAB – Introductory FFT Tutorial,

blingdagger.com, 2008.

 Mobley, R. Keith, Root Cause Failure Analysis, Newnes, Woburn, 1999.

 Barret Jr., Richard M., Low Frequncy Machinery

Monitoring: Measurement Considerations, Wilcoxon Research Inc., www.wilcoxon.com, 1993.

 Marien, Klaus, Insight: Compressor Monitoring, Prognost System, www.prognost.com, 2011.  Schulteis, Steven M., Lickteig, Charles A., dan

Parchewsky, Robert, Reciporcating Compressor Condition Monitoring, Proceedings of The 36th

Turbomachinery Symposium, Shell Global Solution Inc, www.turbolab.tamu.edu, 2007.