SIDANG TUGAS AKHIRSIDANG TUGAS AKHIRStudi Eksperinental Karakteristik Getaran dan Tekanan Ruang Silinder pada Kompresor Torak: Efek Perubahan Profil Valve Seatpada Sisi Buang

Dosen PembimbingIr. Suwarmin, P.E.Dosen PembimbingIr. Suwarmin, P.E.

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

OlehMahmud Alghifari Syamlan

2105100154

OlehMahmud Alghifari Syamlan

2105100154

PendahuluanPendahuluanBAB IBAB I

Latar belakangLatar belakang1. Konsumsi daya oleh kompresor torak di seluruh

dunia mendekati tiga kali lipat konsumsi dayakompresor sentrifugal.

2. Biaya perawatan untuk kompresor torak adalahtiga setengah kali biaya perawatan untukkompresor sentrifugal.

3. Pengeluaran utama pada penggunaan kompresoradalah perawatan dan kegiatan operasional untukperbaikan valve dan downtime yang terkait.

4. Kegagalan valve adalah penyebab utamashutdown tak terjadwal pada kompresor torak, 36% dari penyebab lainnya.

5. Efisiensi kompresor sangat bergantung padaproses buka-tutup valve.

Perumusan MasalahPerumusan Masalah1. Titik berat penelitian adalah pengaruh geometri

valve seat sisi buang terhadap karakteristik polagetaran dan tekanan pada ruang silinder padakompresor torak single stage, single-acting.

2. Geometri valve seat yang berbeda akanmemberikan karakteristik pola getaran dantekanan ruang silinder yang berbeda.

3. Tekanan silinder digunakan sebagai indikatorperforma kompresor.

4. Pola getaran digunakan untuk memperkirakanproses buka-tutup valve.

5. Geometri valve seat normal dijadikan baselineuntuk perbandingan dengan variasi geometrivalve seat.

Tujuan PenelitianTujuan Penelitian1. 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-tutupalvedan 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.

Batasan MasalahBatasan Masalah1. Jenis kompresor torak yang digunakan adalah

single stage, single-acting dengan valve hisap danbuang berbentuk plat datar dan udara sebagaifluida kerja.

2. Parameter analisis adalah pola getaran buka-tutup yang diukur pada cylinder head dantekanan ruang silinder.

3. Variasi yang diinvestigasi adalah perubahangeometri 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, temperaturfluida kerja (udara) dijaga relatif sama.

6. Analisis vibrasi hanya dilakukan padaformatwaveform.

BAB IIBAB II

Dasar TeoriDasar Teori

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

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

Vibrasi pada Kompresor TorakVibrasi 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

Waveform Getaran dan Tekanan dari Pengukuran pada Crosshead

Waveform Getaran dan Tekanan dari Pengukuran pada Crosshead

Komparasi Amplitudo dan Frekuensi antara Acceleration, Velocity, dan Displacement

Komparasi Amplitudo dan Frekuensi antara Acceleration, Velocity, dan Displacement

Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka

John P. Platt, 2005John 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, liftyang 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.

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.

Klaus Marien, 2011Klaus Marien, 2011

Monitoring pada valve dapat dilakukan dengan:

1. Analisis diagram p-V.

2. Analisis vibrasi pada silinder.

3. Analisis temperatur valve.

Steven M. Schultheis, 2007.Steven M. Schultheis, 2007.

Peletakan transducer pada crankcase.

Steven M. Schultheis, 2007.Steven M. Schultheis, 2007.

Peletakan transducer pada crosshead.

Derek Woollat, 2003.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

menempel .

SuwarminSuwarmin

SuwarminSuwarmin

SuwarminSuwarmin

BAB IIIBAB III

MetodologiPenelitianMetodologiPenelitian

PengukuranPengukuran

Pemeriksaan kompresor

Pemeriksaan air kondensat

Pemeriksaan minyak pelumasPemeriksaan minyak pelumas

Pemeriksaan ruang silinderPemeriksaan ruang silinder

Pemeriksaan kekencangan atau tegangan beltPemeriksaan kekencangan atau tegangan belt

Pemeriksaan cylinder headPemeriksaan cylinder head

Kompresor torak yang digunakan sebagai objek eksperimen

Kompresor torak yang digunakan sebagai objek eksperimen

Spesifikasi kompresorSpesifikasi 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

transmisi belt

Variabel analisis yang diukur adalah:Variabel analisis yang diukur adalah:

Akselerasi getaran pada cylinder head Tekanan ruang silinder

Peralatan yang digunakan dalam penelitian iniadalah:

1. Accelerometer, CSi A0760 2. Vibration Analyzer, CSi 2120A 3. Pressure transducer, Fluke PV 350 4. Tachometer Optic, CSi 404B 5. Pressure Regulator

Accelerometer, CSi A0760 dan AdapterAccelerometer, CSi A0760 dan Adapter

Vibration Analyzer, CSi 2120A Vibration Analyzer, CSi 2120A

Pressure transducer, Fluke PV 350Pressure transducer, Fluke PV 350

Tachometer Optic, CSi 404BTachometer Optic, CSi 404B

Pressure Regulator Pressure Regulator

Transmitter untuk Pressure TransducerTransmitter untuk Pressure Transducer

TransmitterTransmitter

Profil Valve SeatProfil Valve Seat

Profil NormalProfil Normal

Profil A (tapered)Profil A (tapered)

Profil B (curved)Profil B (curved)

Profil C (rounded)Profil C (rounded)

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.

BAB IVBAB IV

Analisis Data dan

Pembahasan

Analisis Data dan

Pembahasan

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil

Normal

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil

Normal

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil Normal

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil Normal

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil Normal

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil Normal

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm2 Normal

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm2 Normal

Discharge Valve Close

Discharge Valve Open

SuctionValve Open

SuctionValve Close

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil A

(tapered)

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil A

(tapered)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil A (tapered)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil A (tapered)

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil A (tapered)

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil A (tapered)

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm2 A (tapered)

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm2 A (tapered)

Discharge Valve Close

Discharge Valve Open

SuctionValve OpenSuction

Valve Close

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil B

(curved)

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil B

(curved)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil B (curved)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil B (curved)

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil B (curved)

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil B (curved)

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm2 B (curved)

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ pada pembeban 5 kg/cm2 B (curved)

Discharge Valve Close

Discharge Valve Open

SuctionValve Open

SuctionValve Close

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil C

(rounded)

Karakteristik Vibrasi dan Tekanan pada Profil C

(rounded)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil C (rounded)

Waveform Vibrasi pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil C (rounded)

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil C (rounded)

Diagram P-Ѳ pada Pembebanan 1-7 kg/cm2 untuk Profil C (rounded)

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ padapembeban 5 kg/cm2 C (rounded)

Waveform Vibrasi dan Diagram P-Ѳ padapembeban 5 kg/cm2 C (rounded)

Discharge Valve Close

Discharge Valve Open

SuctionValve Open

SuctionValve Close

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

Waveform pada Pembebanan 5 kg/cm3

dengan Variasi Profil Normal, A, B, dan CWaveform pada Pembebanan 5 kg/cm3

dengan Variasi Profil Normal, A, B, dan C

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

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

BAB VBAB V

Kesimpulan dan

Saran

Kesimpulan dan

Saran

KesimpulanKesimpulan1. 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 waveformvibrasi.

4. Pergeseran waveform ke kanan pada profil normal yang berarti keterlambatan pembukaan valve terjadi lebih smooth daripada profil variasi yang lain.

KesimpulanKesimpulan

5. Pergeseran waveform ke kanan (keterlambatan pembukaan valve) pada profil A (tapered) dan B (curved) tampak signifikan mulai pembebanan 4 kg/cm2.

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.

SaranSaran1. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini

mengunakan profil tapered dengan beberapavariasi diameter dan sudut ketirusan.

2. Studi eksperimen serupa dengan penelitian inimengunakan profil rounded dengan beberapavariasi diameter.

3. Studi eksperimen serupa dengan penelitian inimengunakan profil curved dengan beberapavariasi diameter dan lengkungan.

4. Studi eksperimen serupa dengan penelitian inimenggunakan kombinasi profil normal dantapered dengan beberapa variasi kedalamannormal dan ketirusan, serta variasi sudutketirusan.

SaranSaran5. Studi eksperimen serupa dengan penelitian ini

menggunakan kombinasi profil normal dan curveddengan beberapa variasikedalaman normal dankelengkungan.

6. Studi eksperimen serupa dengan penelitian inimenggunakan valve seat yang diberi goresan yang cukup dalam, baik dengan goresan berpola maupuntidak.

7. Penelitian dengan metode simulasi denganmenggunakan software ansys fluent terhadappengaruh perilaku aliran fluida melalui valve seatdengan berbagai variasi geometrid an dimensi.

8. Penelitian dengan metode simulasi denganmenggunakan software ansys autodyne untukmengetahui pengaruh gaya impact akibat udara yang lewat pada valve terhadap komponen valve.

Daftar PustakaDaftar 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.

Daftar PustakaDaftar 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.

Daftar PustakaDaftar 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.

Daftar PustakaDaftar 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.

Daftar PustakaDaftar 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, www.swri.org, 2005.

Bloch, Heinz P. dan Hoefner, John J., Reciprocating Compressor Operation and Maintenance, Butterworth-Heinemann, Houston, 1996.

Woollat, Derek, Reciprocating Compressor Valve Design: Optimizing Valve Life and Reliability, Dresser-Rand, New York, www.dresser-rand.com, 2003.

Terima Kasih Mohon Saran dan Koreksi

Terima Kasih Mohon Saran dan Koreksi