PERHITUNGAN HEAT GENERATION

MECHANICAL SEAL PADA POMPA

SENTRIFUGAL 019P111A JENIS

OVERHUNG

DI PT. PERTAMINA (PERSERO)

REFINERY UNIT IV CILACAP

Nama : Abdi Pangestu

NPM : 20411009

Jurusan : Teknik Mesin

Pembimbing : Iwan Setyawan, ST., MT.

Latar Belakang

Mechanical seal merupakan sistem sealing di dalam pompa karena sangat

menentukan keberhasilan kerja suatu pompa. Kendala yang biasanya terjadi

pada pompa yaitu terdapat di dalam sistem sealing karena pada saat

pengoperasiannya biasanya sering terjadi kegagalan. Penyebab kegagalan pada

pompa yang sering terjadi adalah akibat kebocoran atau kerusakan pada

mechanical seal yang tidak dapat diprediksi karena disebabkan tanda awal

kerusakan tidak dapat diidentifikasi. Kerusakan yang terjadi pada mechanical

seal juga biasanya terjadi akibat adanya panas yang timbul (heat generation) di

bagian mechanical seal karena adanya gaya gesek yang berlebih disebabkan

karena kecepatan putaran dan berpengaruh pada bagian mechanical seal

sehingga mengalami kerusakan.

Tujuan Menghitung panas yang terjadi dan timbul pada mechanical seal agar tidak

sering mengalami kerusakan pada pompa 019P111A di PT. Pertamina RU IV

Cilacap

Produk Cylinder Compressi Type K15

Pompa 019P111A

Pompa 019P111A merupakan salah satu pompa sentrifugal jenis

overhung yang dimiliki oleh PT. Pertamina RU IV Cilacap. Pompa ini

bekerja dengan penggerak motor sebagai penggerak utamanya.

Dilihat dari performanya pompa ini dapat bekerja dengan kecepatan

putaran mencapai sekitar 1460 rpm dan kecepatan putaran motor

mencapai 1500 rpm. Pompa ini bekerja mengalirkan fluida yaitu air.

Data Pompa 019P111A

Ini merupakan data spesifikasi dari pompa 019P111A yang terdapat di PT.Pertamina

RU IV Cilacap : Spesification Pump

Tag no. pump 019P111A

Manufacture Ingersoll - Rand

Type of sealing Mechanical Seal

Service Heater Circulating

Operating Condition

Liquid Water

Capacity 419 m³ / Hours

Temperature Normal : 217o C, Max : 231o C

Performance

RPM 1460 rpm

Rated BHP 145 HP

Material of Construction

Nozzles Size Rating Facing Location

Suction 10 cm 300 R.F End

Discharge 8 cm 300 R.F Top

Impeller type Closed

Bearing type Radial, Thrust

Mfr. Coupling Fast, Spacer type

Mfr. mechanical seal Borg Warner

Flowchart Perhitungan Heat Generation pada Mechanical Seal

Pompa 019P111A

Finish

Perhitungan Seal Balance

Perhitungan Tekanan Pegas

Perhitungan Tekanan Face Total

Perhitungan Diameter Meanface

Perhitungan Torsi Running

Perhitungan Daya

Perhitungan Panas Yang Timbul (Qheat)

Perhitungan Luas Face

Start

Perhitungan Heat Generation pada Mechanical Seal

Pompa 019P111A

Perhitungan untuk menentukan panas yang timbul di dalam mechanical seal

terlebih dahulu melakukan pengukuran komponen mechanical seal pada

bagian seal face menggunakan jangka sorong yang terdapat di gudang PT.

Pertamina RU IV Cilacap. didapat data sebagai berikut :

• Diameter luar pada seal face :

OD = 90,01 mm

• Diameter dalam pada seal face :

ID = 83,63 mm

• Diameter seal balance :

BD = 85,32 mm

Pengukuran Bagian Rotating dari Mechanical Seal

Kemudian pengukuran selanjutnya dilakukan pengukuran pada pegas yang terdapat di

mechanical seal. Dimensi ini didapat dari pengukuran pegas mechanical seal dengan

menggunakan jangka sorong, di dapat data sebagai berikut :

• Diameter kumparan pegas :

D : 5,60 mm

• Diameter kawat pegas :

d : 0,88 mm

• Jumlah Lilitan pegas : 14 lilitan

Pegas Kompresi Helikal

Diameter

Kumparan

Diameter kawat

Jumlah lilitan pegas

Pegas Helikal pada Mechanical Seal

Sebelum menghitung tekanan pegas, pada perhitungan ini diperlukan

nilai gaya pegas untuk mendapatkan nilai ketetapan pegas dan

perpindahan pegas. Menurut teori Castigliano harga ketetapan pegas

dapat diketahui dengan menggunakan rumus sebagai berikut[4] :

Fsp = k x ∆x

Jadi pada perhitungan ini untuk mendapatkan nilai ketetapan pegas

yaitu dengan menentukan material pegas yang digunakan. Berdasarkan

data material pegas, material pegas mechanical seal yang digunakan ini

yaitu dengan kode 316 menggunakan jenis stainless steel. Maka, G

(modulus elastisitas pegas) = 10 Mpsi atau 10x106 Psi = 68948 N/mm2

𝑘 = G × d4

8 × D3 × Jumlah lilitan

Maka nilai ketetapan pegas (k) adalah :

Nilai ketetapan pegas ini hanya untuk 1 pegas. Pegas yang terdapat di

dalam mechanical seal ini ada 8 pegas dan dipasang secara paralel,

sehingga untuk mendapatkan nilai ketetapan pegas secara keseluruhan

yaitu :

Maka nilai gaya pegas yang didapat yaitu :

Kparalel = (2,06 N/mm x 8) = 16,48 N/mm

Diketahui nilai x1 dan x2 yaitu sebagai nilai perpindahan pegas (∆x) :

∆x = x1 - x2 = (92,08 mm - 88,11 mm) = 3,97 mm

Fsp = k x ∆x = 16,48 N/mm x 3,97 mm = 65,42 N

k = G × d4

8 × D3 × Jumlah lilitan =

68948 N

mm2 × (0,88 mm)4

8 × (5,60 mm)3 × 14= 2,06

N

mm

• Kecepatan putaran face :

N = 1460 rpm

• Koefisien pressure drop

K = 0,5 (asumsi)

• Koefisien friksi

f = 0,07

Nilai koefisien friksi ini di dapat dari

jenis material primary ring yaitu

carbon dan material mating ring

yaitu tungsten carbide.

Koefisien Friksi

• Tekanan pada stuffing box :

Dp = 61,21 Psi = 0,422 N/mm2

Perhitungan :

1. Luas face :

A = π

4 × OD2 − ID2 (mm2)

= 3,14

4 × ( 90,01 mm 2 − 83,63 mm)2

= 869,63 mm2

2. Seal balance :

B = OD2;BD2

OD2;ID2 = (90,01 mm)2 ; (85,32 mm)2

(90,01 mm)2 ; (83,63 mm)2

= 0,742

3. Tekanan pegas :

Psp = 𝐹𝑠𝑝

A (

N

mm2 )

= 65,42 N

869,63 mm2

= 0,075 N

mm2

4. Tekanan face total :

Ptotal = 𝐷𝑝 × 𝐵 − 𝐾 + 𝑃𝑠𝑝 ( N

mm2 )

Ptotal = 0,422 N

mm2 × 0,74 – 0,5 + 0,075 N

mm2

= 0,177 N

mm2

5. Diameter meanface :

MD = (OD:ID)

2 (mm)

MD = (90,01 mm ; 83,63 mm)

2

= 86,82 mm

6. Torsi running :

RT = Ptotal × A × 𝑓 ×MD

2000 (Nm)

RT = 0,177 N

mm2 × 869,63 mm2 × 0,07 × (86,82 mm)

2000

= 0,43 Nm

7. Daya :

P = RT × N

9550 (kW)

P = 0,43 Nm × 1460 rpm

9550

= 0,065 kW

8. Panas yang timbul :

Qheat = P × 3412 (Btu/hours)

Qheat = 0,065 kW × 3412

= 221,78 𝐵𝑡𝑢/ℎ𝑜𝑢𝑟𝑠

Kegunaan Perhitungan Heat Generation

Kegunaan yang didapat setelah menghitung heat generation adalah untuk

menghitung beban panas yang terdapat pada mechanical seal di pompa

019P111A sehingga menyebabkan kerusakan. Material face mechanical seal

untuk pompa 019P111A yaitu jenis material seal face yang digunakan pada

bagian primary ring adalah carbon dan material pada bagian mating ring

adalah tungsten carbide sehingga menimbulkan panas yaitu 221,78 btu/hours.

Material lain yang dapat digunakan dan dapat diganti untuk mengantisipasi

dan mengurangi terjadinya panas berlebih yaitu dapat menggunakan material

pada bagian primary ring yaitu carbon dan pada bagian mating ring yaitu

silicon carbide. Nilai koefisien friksi yang dimiliki material tungsten carbide

yaitu 0,07 dan nilai koefisien friksi yang dimiliki silicon carbide yaitu 0,02.

Nilai koefisien pada material sangat menentukan pada perhitungan panas ini

karna koefisien friksi mempengaruhi gaya gesek material pada bagian face ini.

Jadi material yang lebih baik dan lebih tepat adalah silicon carbide karna

memiliki nilai koefisien friksi yang lebih kecil.

Kesimpulan

1. Sistem sealing pada pompa sering terjadi kebocoran atau kerusakan pada bagian

mechanical seal.

2. Pada pompa 019P111A di bagian mechanical seal sering timbul panas di bagian

seal face.

3. Proses perhitungan heat generation didapatkan panas yang timbul sebesar 221,78

Btu/hours yang dihasilkan oleh mechanical seal pada bagian seal face di pompa

019P111A yang dimiliki oleh PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit IV Cilacap.

4. Hasil perhitungan heat generation yang telah di hitung dapat digunakan untuk

menentukan proses laju pendinginan dan menentukan fluida yang sesuai untuk

proses pendinginan dan pelumasan pada bagian mechanical seal.

5. Material lain yang dapat digunakan dan dapat diganti untuk mengantisipasi dan

mengurangi terjadinya panas berlebih yaitu dapat menggunakan material pada

bagian primary ring yaitu carbon dan pada bagian mating ring yaitu silicon

carbide.

6. Koefisien friksi dapat mempengaruhi gaya gesek material pada bagian face

tersebut.