Studi Eksperimental Profil Getaran dan Tekanan
Ruang Silinder Kompresor Torak Single stage,
Single-acting: Pengaruh Perubahan Profil Valve
Seat pada Sisi Discharge
Nama : David Andreas Siregar NRP : 2107100172
Kompresor torak banyak digunakan dalam dunia industri untuk berbagai keperluan, baik yang digunakan sebagai main unit ataupun auxiliary. Dalam pemanfaatannya, bagian katup kompresor torak adalah yang paling umum mengalami kegagalan. Kegagalan tersebut bisa diminimalisir dengan desain katup yang baik.
Penelitian dilakukan dengan mengidentifikasi karakteristik getaran dan tekanan pada ruang silinder akibat proses buka-tutup valve pada kompresor torak
single-stage, single-acting. Pengukuran getaran dan tekanan dilakukan pada crank-angle yang sama, sehingga grafik waveform dari getaran dapat dibandingkan
dengan grafik tekanan ruang silinder pada crank-angle yang sama. Variabel yang divariasikan adalah profil valve seat sisi discharge dan tekanan kerja kompresor.
Hasil penelitian menunjukkan pemberian sudut ketirusan pada lubang valve
seat sisi discharge akan menurunkan level getaran, terjadinya peningkatan tekanan
maksimum ruang silinder, rentang bukaan katup discharge yang lebih lama, perbaikan efisiensi volumetris kompresor, dibandingkan dengan valve seat profil normal.
Peningkatan tekanan kerja kompresor mengakibatkan peningkatan level getaran, penurunan rentang waktu proses buka-tutup katup tekan maupun katup hisap, penurunan efesiensi volumetris.
• Aplikasi Kompresor torak adalah jenis yang paling umum dijumpai di
dunia industri
• Kegagalan komponen katup adalah bagian dari kompresor torak yang
paling sering mengalami kegagalan
• Kajian penelitian dititikberatkan pada valve seat sisi discharge pada
kompresor torak single stage single acting
• Valve seat profil normal dijadikan baseline pada kajian eksperimental
• Modifikasi geometri akan memberikan pola getaran dan tekanan yang
berbeda
• Mengetahui karakteristik getaran dan tekanan ruang silinder jika terdapat
perubahan geometri profil valve seat pada sisi tekan
• Mengetahui pengaruh variasi beban terhadap sinyal getaran dan tekanan
ruang silinder.
• Menghasilkan referensi bagi analis yang berkepentingan untuk mengetahui
karakteristik operasi kompresor torak, jika terjadi perubahan komponen
pada valve seat.
• Pembelajaran aplikasi analisis getaran untuk condition monitoring pada
kompresor torak.
• Kompresor torak yang digunakan adalah jenis single stage, single acting
dengan katup tekan berbentuk pelat datar dengan udara sebagai fluida
kerja.
• Parameter yang dianalisa adalah akselerasi getaran getaran yang diukur
pada bagian luar cylinder head dan tekanan pada ruang silinder.
• Variasi yang diinvestigasi adalah perubahan geometri profi valve seat pada
sisi tekan.
• Percobaan dilakukan untuk tekanan atau beban kerja yang bervariasi yang
disesuaikan dengan spesifikasi kompresor.
• Pada masing-masing kondisi pengujian, temperatur kerja fluida dianggap
sama.
CY L IND E R P RE S S UR E Ps Pd VOLUME SUCTION VALVE DISCHARGE VALVE Tangki penampung
11
•
Pd CY L IND E R P RE S S UR E SUCTION VALVE DISCHARGE VALVE Udara luar Ps Tangki penampung VOLUMECY L IND E R P RE S S UR E
•
Ps Pd Tangki penampung VOLUME compression COMPRESSION•
•
CY L IND E R P RE S S UR E Udara luar Tangki penampung Pd Ps VOLUME DISCHARGE VALVE OPENS•
•
•
CLEARANCE VOLUME CY L IND E R P RE S S UR E Tangki penampung VOLUME Pd Ps STROKE VOLUME DISCHARGE DISCHARGE VALVE CLOSES15
•
•
•
CY L IND E R P RE S S UR E Pd Ps VOLUME Udara luar EXPANSION•
•
•
•
CY L IND E R P RE S S UR E Tangki penampung Pd Ps VOLUME SUCTION VALVE OPEN17
•
•
•
•
CY L IND E R P RE S S UR E Pd Ps Tangki penampung Udara luar SUCTION VOLUME SUCTION VALVE CLOSEValve seat Valve head valve plate Discharge port Stop plate (guard)
Variable yang diukur adalah:
• Akselerasi getaran pada cylinder head • Tekanan ruang silinder
Optical tachometer Pressure transducer
Modifikasi profil
Profil A, sudut 10° dengan ¼ t, ½ t , ¾ t, dimana t = 8 mm Profil B, sudut 20° dengan ¼ t, ½ t , ¾ t, dimana t = 8 mm Profil C, sudut 30° dengan ¼ t, ½ t , ¾ t, dimana t = 8 mm
START
Memasang sensor getaran dan tekanan di cylinder head
Menjalankan kompresor dan memastikan temperatur kerja
relatif sama
Mengambil data getaran dan tekanan kerja yang sesuai
dengan variasi
Valve seat sisi normal dan yang dimodifikasi telah diuji semua
Rekam data getaran dan tekanan untuk setiap valve
seat Mengganti valve seat sisi
tekan dengan profil modifikasi yang lain
1. Studi Pustaka dan Setting Perangkat Lunak
2. Memasang Profil Normal dan Menyiapkan Kompresor
6 bar 5 bar 4 bar 3 bar 2 bar A cc el e rat io n i n G -s Plot Span -6 6 07-MAY-12 13:51:26 CPV -CV2 07-MAY-12 13:53:10 CPV -CV3 07-MAY-12 13:55:04 CPV -CV4 07-MAY-12 13:56:49 CPV -CV5 07-MAY-12 14:09:10 CPV -CV6
0 100 200 300 400 500 600 700 0 45 90 135 180 225 270 315 360 cy li n d er p re ss u re (k P a )
crank angle (degree)
2 bar 3bar 4bar 5bar 6bar
0 100 200 300 400 500 600 700 cy li n d er p re ss u re (k Pa ) 2 bar 3bar 4bar 5bar 6bar
Revolution Number Ac ce le rat io n in G -s 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Plot Span -6 6 16-JUN-12 23:07:08 CPV -CV1 16-JUN-12 23:07:40 CPV -CV2 16-JUN-12 23:09:16 CPV -CV3 16-JUN-12 23:10:28 CPV -CV4 16-JUN-12 23:14:56 CPV -CV5 Waveform getaran, α = 30o, ½ t 2 bar 3 bar 4 bar 5 bar 6 bar
0 100 200 300 400 500 600 700 800 cy li n d er p res su re (k P a ) 2bar 3bar 4bar 5bar 6bar
CPV - PTS=CV1 CV2 CV3 CV4 CV5 A cc el e rat io n i n G -s Plot Span -6 6 17-JUN-12 02:59:13 CPV -CV1 17-JUN-12 02:59:50 CPV -CV2 17-JUN-12 03:06:07 CPV -CV3 17-JUN-12 03:01:44 CPV -CV4 17-JUN-12 03:03:18 CPV -CV5 6 bar 5 bar 4bar 3 bar 2 bar
100 200 300 400 500 600 700 cy li n d er p re ssu re ( k Pa ) 1/4t, 20 1/2t, 20 3/4t,20 normal
Tekanan kerja yang
semakin tinggi
Level getaran
Buka tutup katup discharge
• Pada umumnya, terjadi perbaikan pola getaran dengan pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan. Perbaikan akan berkurang jika pemberian ketirusan ditingkatkan dari 30o menjadi 40o.
• Terjadi rentang bukaan katup discharge yang lebih lama sebagai akibat pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan, utamanya disebabkan oleh proses buka katup discharge yang berlangsung lebih awal daripada saat buka katup discharge dari profil normal.
• Pada umumnya, terjadi peningkatan tekanan discharge dengan pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan.
• Sebagai akibat peningkatan dari beban/tekanan kerja kompresor, terjadi peningkatan level getaran, penurunan rentang waktu proses buka-tutup katup tekan maupun katup hisap, dan peningkatan tekanan discharge.
• Secara umum terjadi perbaikan efesiensi volumetris kompresor dibandingkan dengan valve seat profil normal. Perbaikan akan berkurang jika sudut ketirusan ditingkatkan dari 30° menjadi 40°, dan tebal ketirusan dari ½ t menjadi ¾ t.
• Pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan yang
disertai dengan penambahan sudut fillet pada ‘ujung’ tirus
(tidak bersudut tajam seperti yang dilaporkan pada T.A. ini).
• Pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan dalam
arah yang ‘terbalik’ dari yang dilaporkan pada T.A. ini.
• Pencarian nilai sudut optimal dan kedalaman optimal pada
pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan.
[1
]. Foreman, Skip, "Compressor Valves and Unloders for Reciprocating Compressors”, Dresser-Rand Technology, pp. 1-19, New York, 2002.[2]. Lawrence Berkeley National Laboratory, Improving Compressed Air System Performance, US Department of Energy, Washington, DC., 2003.
[3]. Raju, K. Nagabhushan, Industrial Energy Conservation Techniques : Concepts, Applications And Case studies, Atlantic Publishers and Distibutors, New Delhi, 2007.
[4]. Sustainable Energy Development Office, “Compressed Air Systems”. Perth 2002. [5]. Hanlon, P. C, Compressor Handbook, McGraw-Hill Companies, New York, 2001. [6]. Girdhar, Paresh, Practical Machinery Vibration Analysis and Predictive
Maintenance, Integra Software Services Pvt. Ltd, Pondicherry, India, 2004. [7]. Bloch, Heinz P, and Hoefner, John J, Reciprocating Compressor Operation and
Maintenance, Gulf Publishing Company, Houston, 1996.
[8]. Rovaris, Joao B., and C.J. Deschamps, ‘’Large Eddy Simulation Applied To Reciprocating Compressors’’, Journal Of Barzilian Society Of Mechanical Science & Engineering, vol.XXVIII, no. 2. pp.208-215, 2006.