CORRECTIVE MAINTENANCE WORM SCREW PRESS
DENGAN KAPASITAS OLAH 10 TON BUAH
SAWIT/JAM MENGGUNAKAN
ANALISA KEGAGALAN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
RUBEN NOVIAN NADAPDAP NIM. 040401080
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
MEDAN
2010
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
Tugas Sarjana ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata
kuliah Manajemen Pemeliharaan Pabrik, yaitu “CORRECTIVE
MAINTENANCE WORM SCREW PRESS DENGAN KAPASITAS OLAH 10
TON BUAH SAWIT/JAM MENGGUNAKAN ANALISA KEGAGALAN”. Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua yang tercinta, Ayahanda A. S. Nadapdap dan Ibunda E. D. Butarbutar, adik-adik tersayang (Dina, Mikha dan David) atas doa, kasih sayang, pengorbanan dan teguran yang selalu menyertai penulis dan memberikan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin
Sitorus, ST, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkan waktunya, membimbing dan memotivasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
4. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak David Christian Lumban Tobing, ST, MT selaku kepala bagian perencanaan PTPN III Rambutan yang telah membantu penulis.
6. Bapak Abner Butarbutar dan karyawan PTPN III PKS Rambutan lainnya yang telah memberikan bantuan bimbingan lapangan.
7. Rekan satu tim riset, Ady Putra Sinambela, ST (Mesin’05) atas kerja sama yang baik dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini
8. Kepada teman-teman dari UKM KMK USU Unit Pelayanan Fakultas Teknik terkhusus kepada teman-teman Tim Regenerasi UP FT 2010,
Koordinasi UP FT, KTB Narwastu VR3S2 (Verawati, ST, Rendra, ST,
Rendy, ST, Surabaik, ST dan Surendra, ST), KTB Jehova Rohi (Herbet Siregar, ST, Immanuel, ST, Mikael Jakson, ST dan Alexander, ST), adik-adik KK RV3 (Efrata, Rio, Nehemia, Ferdinan), KK PMJ (Frans), Rudolf,
ST serta Yayang Naibaho, SS yang selalu memberikan dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis.
9. Teman-teman dari Unit Pelayanan Fakultas lain yang tak dapat disebutkan namanya satu persatu, terimakasih atas dukungan dan semangatnya.
10. Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya sesama rekan-rekan stambuk 2004 yang sesalu memberikan dorongan kepada penulis.
Dalam penulisan ini, dari awal sampai akhir penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Skripsi ini. Namun Penulis masih menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Skripsi ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Skripsi ini.
Akhir kata, dengan kerendahan hati penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua.
Medan, 21 Juni 2010 Penulis
Ruben Novian Nadapdap ( 0 4 0 4 0 1 0 8 0 )
ABSTRAK
Worm screw press adalah salah satu komponen utama mesin pengekstraksi minyak kelapa sawit mentah (Crude Palm Oil) yang sangat rentan dengan keausan. Masa pakai worm screw press di pabrik kelapa sawit PTPN III Rambutan (700-800 jam) sering tidak sesuai dengan rekomendasi pabrik pembuatannya (1000 jam). Keausan yang terjadi ini perlu di minimalkan, karena menggangu kinerja mesin screw press dan kerugian minyak sawit. Pemeliharaan korektif perlu diterapkan pada worm screw press untuk memberi perbaikan. Pemeliharaan korektif sementara yang dikerjakan karyawan pabrik adalah dengan mengelas kembali (rebuild) permukaan yang aus tersebut. Analisa awal dilakukan dengan menghitung respon yang bekerja pada worm screw press akibat tekanan konus. Dari survei didapat bahwa keausan terbesar terletak pada bagian ujung worm screw press yang mendapat tekanan langsung dari konus. Didapat laju kedalaman keausan worm screw press sebesar 0,636 mm/hari dengan kekerasan material cast steel 215 BHN. Pada bagian ujung worm screw press dimodifikasi dengan menambahkan pelat pelapis yang telah mengalami pengerasan permukaan NiKaNa, sehingga keausan akan terjadi pada pelat dan lebih mudah penggatiannya. Kekerasan pelat meningkat menjadi 490 BHN dan laju kedalaman keausan menurun menjadi 0,279 mm/hari.
Kata kunci : Pemeliharaan korektif, Worm screw press, Keausan.
ABSTRACT
Worm screw press is one of the primary component of engine to extract crude palm oil who very susceptible with wear. Lifetime of worm screw press at palm oil mill’s PTPN III Rambutan (700-800 hour) often disagree with the pruducer factory recommendation (1000 hours). This wear is necessary to minimize, because it could harry the screw press’s engine performance and palm oil loss. Corrective maintenance is necessary applied in this worm screw press to give a repair. Temporary corrective maintenance that is done by factory’s worker with welding to rebuild that surface’s wear. The first analysis is to count response in worm screw press in consequence of cone pressure. From survey is got that the biggest wear is found in end part of worm screw press. This end part gets direct pressure from cone. The depth of rapid wear from worm screw press as big as 0,636 mm/day for hardness of cast steel material’s at 215 BHN. In this end part of worm screw press is modified with add a lamelli that has been treatment with NiKaNa’s surface treatment, so that wear will happen in lamelli and easier replaced with new lamelli. Hardness of new lamelli increases to be 490 BHN and depth of rapid wear decrease to be 0,279 mm/day.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...i
LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING ...ii
LEMBARAN PERSETUJUAN DARI PEMBANDING ...iii
SPESIFIKASI TUGAS ...iv
LEMBARAN EVALUASI SEMINAR SKRIPSI...v
KATA PENGANTAR ...vi
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ...ix
DAFTAR TABEL ...xi
DAFTAR GAMBAR ...xii
DAFTAR NOTASI ... xiii
BAB 1 PENDAHULUAN...1 1.1. Latar Belakang ...1 1.2. Perumusan Masalah ...4 1.3. Tujuan Penelitian ...4 1.4. Manfaat Penelitian ...4 1.5. Batasan Masalah ...4 1.6. Metodologi Penelitian ...5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...7
2.1. Sejarah Singkat PKS Rambutan ...7
2.1.1. Profil Pabrik ...7
2.1.1.1. Sumber Bahan Baku dan Realisasi Penerimaan ...7
2.1.1.2. Sumber Daya Manusia ...8
2.1.1.3. Kegiatan Usaha ...8
2.1.1.4. Stasiun Pengolahan ...8
2.2. Stasiun Pengempaan (Pressing Station) ...9
2.2.1. Pengadukan (Digester) ...10
2.2.2. Pengempaan (Presser) ...12
2.3. Sistem Manajemen Pemeliharaan Pabrik ...14
2.3.1. Jenis-jenis Manajemen pemeliharaan pabrik...14
2.3.1.1. Pemeliharaan Pencegahan (Preventive Maintenance)...14
2.3.1.2. Pemeliharaan setelah rusak (Breakdown
Maintenance) ...14
2.3.1.3. Pemeliharaan darurat (Emergency Maintenance) ...15
2.3.2. Maksud dan Tujuan Manajemen Pemeliharaan Pabrik ...15
2.4. Pemeliharaan Korektif (Corrective Maintenance) ...16
2.5. Mekanisme Tribology ...20
2.6. Tegangan Geser Pada Poros Berongga ...22
2.7. Proses Maintenance di PKS Rambutan ...23
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ...26
3.1. Cara Kerja Mesin Screw Press ...26
3.2. Bagian Sistem Screw Press yang Mendapat Perawatan Rutin...28
3.3. Pengambilan Data dan Pengukuran ...28
3.4. Bahan Baku (Raw Material) ...30
3.5. Laju Aliran Volume (Kapasitas) ...31
3.6. Analisa Gaya Pada Screw Press ...32
3.6.1. Gaya Torsi ...32
3.6.2. Tegangan pada Screw Press ...37
3.7. Perhitungan Keausan pada Worm Screw Press ...41
3.7.1. Laju Volume Keausan ...41
3.7.2. Pengurangan Dimensi pada Worm Screw Press ...45
BAB 4 HASIL PEMBAHASAN ...47
4.1. Masalah yang Terjadi ...47
4.2. Pemeliharaan Perbaikan (Repair Maintenance) pada Worm Screw Press yang dikerjakan oleh Bagian Teknik (Bengkel) ...48
4.3. Corrective Maintenance untuk Masalah Keausan ...49
4.3.1. Pengerasan Permukaan Logam (Surface Hardening) ...50
4.3.1.1. Penelitian Kromisasi ...51
4.3.1.2. Penelitian Karburasi ...52
4.3.1.3. Penelitian NiKaNa ...54
4.3.2. Metode Pelapisan Permukaan ...57
4.3.3. Redesign atau Modifikasi ...60
4.3.3.1. Pelat Pelapis ...62
4.3.4. Perhitungan Pengurangan Dimensi pada Worm Screw Press Setelah Modifikasi ...65
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 68
5.1. Kesimpulan ...68
5.2. Saran ...69
DAFTAR PUSTAKA ...70
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Alasan kerusakan pada 3 daerah ... 18
Tabel 3.1 Spesifikasi mesin Screw Press ... 29
Tabel 3.2 Koefisien Gesekan Material ... 35
Tabel 3.3 Kekerasan bahan Cast Stell ... 43
Tabel 3.4 Hasil perhitungan laju kedalaman keausan berdasarkan waktu operasi ... 46
Tabel 4.1 Kadar Karbon Cast Steel ... 60
Tabel 4.2 Hasil perbandingan perhitungan laju kedalaman keausan berdasarkan waktu operasi ... 67
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Kerangka Konsep ... 6
Gambar 2.1. Pabrik Kelapa Sawit Rambutan PTPN III... 7
Gambar 2.2. Stasiun Pengepresan ... 9
Gambar 2.3. Buah Kelapa Sawit ...10
Gambar 2.4. Instalasi Digester dan Screw Press pada Pabrik Kelapa Sawit ...11
Gambar 2.5. Model Screw Press yang Digunakan pada Pengolahan Kelapa Sawit ...13
Gambar 2.6. Grafik Pola Kecenderungan Kerusakan Alat pada Umumnya ...17
Gambar 2.7. Struktur dari Maintenance ...19
Gambar 2.8. Deformasi pada poros ...22
Gambar 2.9. Skema Alur Proses Kegiatan Pemeliharaan ...24
Gambar 3.1. a. Press Cage, b. Cone dan c. Ampas (Nut dan Fibre) ...27
Gambar 3.2. Material balance pengolahan kelapa sawit ...29
Gambar 3.3. Worm Screw Press pada PKS PTPN III Rambutan ...30
Gambar 3.4. Bagian utama buah kelapa sawit ...30
Gambar 3.5. Peristilahan screw press ...32
Gambar 3.6. Daerah paling kritis yang menjadi area keausan ...32
Gambar 3.7. Gaya-gaya yang bekerja pada worm screw press ...33
Gambar 3.8. Ilustrasi pembebanan pada Screw Press ...33
Gambar 3.9. (a) Pembagian penampang screw , (b) Sudut helix screw dan panjang sisi screw ... 36
Gambar 3.10. Geometri dari screw press yang digunakan untuk menentukan tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada dasar screw ...38
Gambar 3.11 Mekanisme gesekan dipermukaan ulir dan terjadinya partikel aus ...42
Gambar 3.12 Wear Coefficient K ...43
Gambar 4.1. Perbaikan yang dikerjakan oleh Mekanik Bengkel Reparasi ...48
Gambar 4.2. Hasil perbaikan worm screw press yang telah dikerjakan oleh Bengkel Reparasi ...49
Gambar 4.3. Contoh Flame Spray Gun model serbuk dan kawat ...59
Gambar 4.4. Proses Metal Spraying ...59
Gambar 4.5. Ulir paling depan ...61
Gambar 4.6. Ulir yang telah di lubangi ...62
Gambar 4.7. Pelat bundar untuk pelat pelapis ...62
Gambar 4.8. a) Dimensi 1 buah pelat pelapis, b) Dimensi lubang pembautan ...63
Gambar 4.9. Baut pada penampang pelat pelapis dengan ulir screw press ...64
Gambar 4.10. Pelat pelapis yang telah terpasang pada ulir depan ...64
Gambar 4.11. Grafik konversi satuan kekerasan material ... 66
Gambar 4.12. Grafik Hasil perhitungan laju kedalaman keausan worm screw press sebelum dan setelah modifikasi berdasarkan waktu operasi ... 67
DAFTAR NOTASI
A Luas penampang m2
Aks Area kontak sebenarnya m2
Ar Area kontak m2
b Lebar screw mm
BHN Brinell Hardness Number 1 kgf/mm2 = 9,8 MPa
d Diameter screw mm
dm Diameter rata-rata mm
dk Diameter titk kritis mm
D, Dr Diameter luar poros berongga mm
dr Diemeter dalam poros berongga mm
F Gaya N
G Modulus kekakuan Pa
h Tinggi screw mm
H Kekerasan material Pascal
HRC Hardness Rockwell grade C
I Momen inersia mm4
J Momen inersia polar untuk poros pejal mm4
Jr Momen inersia polar poros berongga mm4
ka Kedalaman keausan yang terjadi m
K Koefisien keausan
l Panjang m
L Jarak lintas meluncur m
P Gaya untuk memindahkan beban N
p Jarak antar screw (pitch) mm
Q Kapasitas Ton/Jam, Kg/Jam
T Torsi N.mm
V Volume keausan m3
W Beban N
Wk Beban N
θ Sudut puntir untuk batang bulat padat o
ρ Massa jenis buah sawit kg/m3
v Volume aliran kelapa sawit m3/jam
µ Koefisien gesek sliding
τ max Tegangan geser maksimum Mpa
τ nom Tegangan geser nominal akibat puntir Mpa
σ Tegangan aksial Mpa
σb Tegangan lentur Mpa
τ Tegangan geser pada dasar screw akibat F Mpa
