CORRECTIVE MAINTENANCE WORM SCREW PRESS DENGAN KAPASITAS OLAH 10 TON BUAH SAWIT/JAM MENGGUNAKAN MENGGUNAKAN ANALISA KEGAGALAN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
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 “CORRECTIVE kuliah Manajemen Pemeliharaan Pabrik, yaitu 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
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 (040401080)
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.
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
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
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Alasan kerusakan pada 3 daerah ........................................................ 18 Tabel 3.1 Spesifikasi mesin S crew 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
DAFTAR NOTASI
A Aks Ar b BHN d dm dk D, Dr dr F G h H HRC I J Jr
Luas penampang m2 2 Area kontak sebenarnya m Area kontak m2 Lebar screw mm Brinell Hardness Number 1 kgf/mm2 = 9,8 MPa Diameter screw mm Diameter rata-rata mm Diameter titk kritis mm Diameter luar poros berongga mm Diemeter dalam poros berongga mm Gaya N Modulus kekakuan Pa Tinggi screw mm Kekerasan material Pascal Hardness Rockwell grade C 4 Momen inersia mm Momen inersia polar untuk poros pejal mm4 4 Momen inersia polar poros berongga mm
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.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses perawatan mesin produksi tidak mungkin dihindari oleh suatu perusahaan karena hal ini berkaitan erat dengan kelancaran proses produksi dari perusahaan tersebut (Wahjudi, 2000, hlm 50). Konsep dasar dari pemeliharaan ini adalah menjaga atau memperbaiki peralatan maupun mesin hingga jikalau dapat kembali kekeadaan aslinya dengan waktu yang singkat dan biaya yang murah (Hamsi, 2004, hlm 1). PT. Perkebunan Nusantara III (persero) Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Rambutan menggunakan berbagai mesin dan alat-alat lain yang mendukung proses produksinya dalam menghasilkan minyak sawit mentah ( Crude Palm Oil). Minyak sawit mentah ini dihasilkan dari daging buah sawit (dari serabut buah sawit yang mengandung minyak). Buah kelapa sawit setelah dipanen harus segera
itu dimasukkan ke dalam mesin pencacah ( Digester ). Fungsi mesin Digester adalah untuk melumatkan daging buah sawit dengan pisau-pisau pencacah. Sehingga daging buah sawit terlepas seluruhnya dari biji sawit dan tidak boleh ada lagi terdapat buah sawit yang masih utuh, yaitu dimana daging buah masih melekat pada bijinya. Hal ini dikerjakan agar memudahkan proses pengepressan buah sawit. Setelah dilumatkan, buah sawit lalu diperas dengan mesin screw press untuk mengeluarkan minyaknya (CPO) dari daging buah sawit (serabut). Oleh karena adanya tekanan dari worm screw press yang ditahan oleh cone, buah sawit yang telah dilumatkan tersebut diperas. Sehingga melalui lubang-lubang press cage minyak dipisahkan dari serabutnya (ampas). Pada mesin ini terjadi
pemisahan antara minyak sawit dengan serabut kering (ampas) dan biji sawit (nut ). Setelah itu proses selanjutnya adalah pemurnian minyak sawit mentah di Stasiun Klarifikasi (Clarification Station). Sisa pengepresan tadi, dikeringkan dengan menggunakan blower untuk memisahkan biji ( nut ) dengan serabut ( fibre). Biji dikeringkan dan dipecahkan di Stasiun Kernel agar inti sawit ( kernel ) terpisah
PKS Rambutan memiliki 4 buah mesin screw press pada Stasiun Pengepresan dengan kapasitas olah masing-masing 10 Ton/jam. Buah sawit yang telah dilumatkan daging buahnya dari mesin Digester dialirkan ke Screw Press melalui Chute. Didalam screw press terdapat alat worm screw press yang berbentuk ulir. Alat ini dibungkus oleh saringan ( press cage) yang memiliki lubang-lubang kecil dengan diameter ≤ 4 mm (32000 lubang) sebagai jalur minyak hasil perasan mengalir (Operation manual for MJS Screw Press). Worm screw press menekan daging buah dari sisi buah masuk dengan menggunakan
putaran yang berasal dari motor listrik berdaya 22 KW. Lalu pada ujung sisinya ditahan oleh Cone dengan menggunakan daya tekanan hidrolik (30-40 bar). Dengan cara demikian daging buah diperas, sehingga melalui lubang-lubang press cage minyak sawit mentah dipisahkan dari serabut ( Fibre) dan biji ( Nut ).
Alat worm screw press sangat menentukan kualitas hasil pengepresan buah sawit. Masalah keausan dan kerusakan terbesar di dalam pabrik kelapa sawit dijumpai pada alat worm screw press (Okafor, 2007a). Karena bila keausan yang
1.2 Perumusan Masalah Worm screw press yang dipakai pada PKS Rambutan mengalami keausan
setelah sekian waktu pengoperasiannya. Seringkali masa pakai di PKS tidak sesuai dengan masa pakai yang direkomendasikan oleh pabrik pembuatan worm screw press. Hal ini dikarenakan keausan yang terjadi pada worm screw press
sudah besar. Dengan dilandasi kondisi diatas penulis memandang perlu untuk diadakan suatu kajian lebih lanjut untuk mengetahui penyebab kegagalan pada worm screw press tersebut.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah 1. Dapat mengetahui respon worm screw press terhadap tekanan konus. 2. Menganalisa kegagalan atau keausan yang terjadi pada worm screw press yang dapat mengurangi umur pemakaian ( lifetime). 3. Memberikan solusi pemeliharaan korektif ( Corrective Maintenance) untuk
1.6 Metodologi Penulisan
Adapun pelaksanaan penulisan tugas akhir ini melalui tahapan sebagai berikut: 1. Study Literatur Study Literatur
ini
merupakan
studi
kepustakaan
meliputi
pengambilan teori-teori serta rumus-rumus dari berbagai sumber bacaan seperti buku, jurnal ilmiah, skripsi/tesis mahasiswa, dan sumber-sumber dari internet yang berkaitan dengan tugas akhir ini.
2. Survey Lapangan. Melakukan survei lapangan langsung untuk melihat spesifikasi screw press pada PT. Perkebunan Nusantara III (persero) Pabrik Kelapa Sawit
Rambutan yang memiliki kapasitas olah 30 ton TBS/jam.
3. Diskusi
Adapun kerangka konsep yang mencakup permasalahan pada skripsi ini dan solusi yang ditawarkan dapat dilihat pada gambar 1.1 berikut:
Permasalahan: Terjadinya keausan yang besar pada sisi ujung Worm Screw Press sebagai akibat dari gesekan buah sawit pada permukaan Worm Screw Press yang ditekan konus.
Menyebabkan: Masa pakai worm screw press sering tidak sesuai dengan masa pakai yang direkomendasikan pabrik pembuatan worm screw press
Dampak: 1. Kinerja mesin menjadi berkurang 2. Kerugian minyak sawit yang dihasilkan besar
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sejarah Singkat PKS Rambutan
PKS Rambutan (gambar 2.1) merupakan salah satu Pabrik dari 11 PKS yang dimiliki PT. Perkebunan Nusantara III (persero). Letak PKS Rambutan berada di Desa Paya Bagas Kecamatan Rambutan, Kotamadya Tebing Tinggi, Propinsi Sumatera Utara. Atau sekitar 85 km kearah Tenggara Kota Medan. PKS Rambutan dibangun pada tahun 1983 dengan kapasitas olah 30 ton/jam. Dimana sumber bahan baku (TBS) berasal dari kebun seinduk, kebun pihak ketiga terutama Perkebunan Inti Rakyat (PIR) yang berada di daerah Serdang Bedagai/Deli Serdang dan sekitarnya .
f. Kebun Silau Dunia. g. Kebun Sei Putih. h. Kebun Gunung Para 2. Pihak III yang terdiri dari : a. PIR b. Pembelian TBS pihak III 2.1.1.2. Sumber Daya Manusia
Untuk mendukung kelancaran pengoperasian, PKS Rambutan mempunyai tenaga kerja sebanyak 223 orang, dengan perincian sebagai berikut : 1. Karyawan Pimpinan
=
2. Karyawan Pengolahan.
=
82 orang (2 Shift)
3. Karyawan Laboratorium / Sortasi
=
32 orang
4. Karyawan Bengkel
=
40 orang
5. Karyawan Dinas Sipil
=
14 orang
6. Karyawan Administrasi
7 orang.
17 orang
8.
Stasiun Water treatment
9.
Stasiun Power Plant
10. Stasiun Boiler fit dan 11. Stasiun Fat - fit dan Effluent
Gambar diagram pengolahan pabrik kelapa sawit secara umum dijelaskan pada lampiran 1. Secara garis besar, skema tersebut menjelaskan seluruh bagian dari pemrosesan TBS kelapa sawit yang ada di pabrik kelapa sawit. Proses dimulai dari buah sawit yang masuk hingga menjadi minyak sawit mentah (CPO). Untuk pembahasan selanjutnya akan fokus pada stasiun pengepressan ( Pressing Station) dan pada alat worm screw press.
2.2. Stasiun Pengepresan ( Pressing Pressing Station)
Pada stasiun pengepresan atau pengempaan terdapat dua unit sistem yang memegang peranan penting dalam operasi pengolahan kelapa sawit, yang terdiri
Daging buah sawit ( pericarp) Inti sawit (kernel) Cangkang sawit sawit (shell)
Gambar 2.3 Buah Kelapa Sawit
2.2.1 Pengadukan ( Digester) Digester berasal berasal dari kata dasar “digest ” yang berarti mencabik. Jadi yang
dimaksud dengan mesin digester adalah suatu mesin yang digunakan untuk mencabik. Dalam hal ini dilakukan pencabikan sambil pengadukan terhadap buah sawit yang telah lepas (rontok) dari tandannya setelah melewati stasiun Threshing.
daging buah ( pericarp) pecah dan terlepas dari biji ( nut ), ), serat-serat buah harus masih jelas kelihatan dan bersifat homogen (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 348).
Untuk lebih jelasnya, Gambar 2.4 menjelaskan tentang instalasi Digester dan Screw Press pada Pabrik Kelapa Sawit.
Penelitian terhadap syarat-syarat diatas adalah penting sekali, sebagian besar diperoleh dari penglihatan dan pengamatan minyak yang keluar dari bejana pengadukan. Untuk mencapai hasil pengadukan yang baik maka pengadukan harus dilakukan pada digester yang berisi 75 persen saja. Jika digester terisi 75 persen, maka tekanan yang ditimbulkan oleh beban berat isian itu sendiri mempertinggi gaya-gaya gesekan yang diperlukan untuk memperoleh hasil yang optimal. Jangka waktu pengadukan yang dialami oleh digester sebelum sebelum dikempa atau di- press juga merupakan faktor yang cukup penting untuk dapat memenuhi syarat-syarat pengadukan yang baik. Semakin banyak isian suatu digester maka semakin lama buah teraduk sebelum masuk ke s crew press. Jadi gabungan kedua faktor diatas dapat disimpulkan bahwa isian digester dan jangka waktu pengadukan harus diusahakan sejauh mungkin untuk dipenuhi secara simultan.
2.2.2 Pengempaan ( Presser Presser)
Pengempaan bertujuan untuk mengambil minyak dari adukan hasil output
b. Worm Screw Press Gambar 2.5 Model mesin screw press (a) dan Worm screw press (b) yang
Digunakan pada Pengolahan Kelapa Sawit Screw press meliputi dua batang screw (ulir) yang berputar saling
berlawanan. Sawit yang telah dilumatkan akan terdorong dan ditekan oleh cone pada sisi lainnya, sehingga buah sawit menjadi terperas (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 348). Melalui lubang-lubang press cage minyak dipisahkan dari daging buah (serabut). Hasil dari proses berupa ampas dan biji yang keluar melalui celah antara
pemisahan ampas dan biji tidak sempurna, bahan bakar ampas basah sehingga pembakaran dalam boiler pun menjadi tidak sempurna. 2.3. Sistem Manajemen Pemeliharaan Pabrik
Menurut BS3811: 1974 menyatakan bahwa pemeliharaan adalah suatu kombinasi dari berbagai tindakan yang dilakukan untuk menjaga suatu barang dalam atau untuk memperbaikinya sampai suatu kondisi yang diterima (Corder A.S, 1992, hlm 1). 2.3.1. Jenis-jenis Manajemen Pemeliharaan Pabrik 2.3.1.1. Pemeliharaan Pencegahan ( Preventive Maintenance)
Sistem pemeliharaan ini adalah melakukan pemeliharaan pada selang waktu yang ditentukan sebelumnya, atau terhadap kriteria lain yang diuraikan dan dimaksudkan untuk mengurangi kemungkinan bagian-bagian lain t idak memenuhi kondisi yang bisa diterima (Corder A.S, 1992, hlm 4). Seperti dalam industri motor masih dikenal istilah ‘servis’. Istilah ini
untuk pembongkaran tahunan tidak ada karena pada saat dilakukan penyetelan dan perbaikan, unit-unit cadanganlah yang dipakai. Sistem Breakdown Maintenance ini sudah banyak ditinggalkan oleh industri-industri karena sudah
ketinggalan zaman karena tidak sistematik secara keseluruhannya dan banyak mengeluarkan biaya (Hamsi, 2004, hlm 1).
2.3.1.3. Pemeliharaan Darurat (E mergency Maintenance)
Pemeliharaan darurat adalah pemeliharaan yang perlu segera dilakukan untuk mencegah akibat yang serius (Corder A.S, 1992, hlm 4). Misalnya sebuah mesin sedang beroperasi namun tiba-tiba mesin tersebut mati. Berapa kalipun dihidupkan ternyata tidak mau hidup lagi. Ketika tutup mesin dibuka, diketahuilah bahwa air radiator mesin habis. Setelah diperiksa didapat kerusakan di bagian pipa radiator dan ada juga bagian mesin yang retak. Akibat kerusakan tersebut maka diperlukan adanya reparasi besar atau penggantian unit yang mengakibatkan operasi mesin harus terhenti selama
3. Untuk menjamin kesiapan operasional dari seluruh peralatan yang diperlukan dalam keadaan darurat setiap waktu, misalnya unit cadangan, unit pemadam kebakaran dan penyelamat dan sebagainya. 4. Untuk menjamin keselamatan orang-orang yang menggunakan sarana tersebut. 2.4. Pemeliharaan Korektif (Corrective Maintenance)
Pemeliharaan korektif adalah pemeliharaan yang dilakukan untuk memperbaiki suatu bagian (termasuk penyetelan dan reparasi) yang telah terhenti untuk memenuhi suati kondisi yang bisa diterima. Pemeliharaan korektif meliputi reparasi minor terutama untuk rencana jangka pendek (Corder A.S, 1992, hlm 4). Reparasi mesin setelah mengalami kerusakan bukanlah kebijaksanaan pemeliharaan yang paling baik. Biaya pemeliharaan terbesar biasanya bukan biaya reparasi, bahkan bila hal itu dilakukan dengan kerja lembur. Lebih sering unsur biaya pokok adalah biaya berhenti untuk reparasi. Kerusakan-kerusakan yang terjadi pada mesin walaupun reparasi dilakukan secara cepat akan menghentikan
peralatan yang tidak dapat diperbaiki pada overhaul, perbaikan karena rusak dan rebuild programs. 4. Servicing . Tipe bagian pemeliharaan korektif ini mungkin dibutuhkan karena adanya tindakan pemeliharaan korektif, seperti pengelasan, dan lainnya. 5. Rebuild . Bagian ini fokus dengan pemulihkan kembali (restoring) peralatan ke keadaan yang standard sedekat mungkin ke keadaan aslinya berkenaan dengan keadaan fisik, daya guna dan perpanjangan masa pakai. Gambar 2.6 berikut menjelaskan tentang grafik pola kecenderungan kerusakan alat pada umumnya.
Tabel 2.1 Alasan kerusakan pada 3 daerah gambar 2.6 Daerah
Alasan Kerusakan
Manufaktur yang buruk I
(Awal Pemakaian)
Proses yang buruk Pengendalian mutu yang buruk Kesalahan manusia ( Human error ) Material yang tidak memenuhi syarat dan keahlian Faktor keamanan yang rendah Cacat yang tidak terdeteksi
II
(Pemakaian Normal)
Kesalahan manusia ( Human error ) Penyalahgunaan alat Kondisi kerja lebih tinggi daripada yang diharapkan Kerusakan alami Keausan karena gesekan Pemeliharaan yang tidak baik
berjalan dengan normal, maka tingkat kerusakan akan stabil dan meningkat kembali seiring berjalannya waktu (Mobley, 2004, hlm 3). Menurut Mobley dalam bukunya Maintenance Fundamentals Edisi 2, 2004, bahwa pemeliharaan atau maintenance dapat digolongkan menjadi tiga tipe bagian besar pemeliharaan, seperti yang dijelaskan pada gambar 2.7 berikut.
MAINTENANCE
PREVENTIVE (PM)
IMPROVEMENT (MI)
Reliability-driven
Modification
Equipment-driven
Self-scheduled Machine-cued
Predictive
Statistical analysis Trends
CORRECTIVE (CM)
Time-Equipment
Periodic
Event-driven
Breakdonws Emergency
2.5. Mekanisme Tribology
Istilah ini digambarkan pada tahun 1967 oleh Committee of The Organization for Economic Cooperation and Development . Kata Tribology
sendiri diambil dari kata Yunani, “Tribos” yang artinya adalah menggosok atau meluncur. Tribology ini adalah salah satu cabang ilmu dalam bidang engineering yang fokus membahas tentang tiga bagian penting fenomena dalam permesinan yang sangat erat hubungannya satu sama lain. Ketiga bagian tersebut adalah gesekan ( friction), keausan ( wear ) dan pelumasan ( lubrication) (Stachowiak, hlm 2). Ketiga bagian ini pasti terjadi pada permesinan dan amatlah penting untuk dibahas. Jadi dapat disimpulkan pembahasan pada bagian pemeliharaan korektif dan analisa kegagalan ini adalah memperhitungkan terjadinya gesekan dalam setiap komponen permesinan yang dapat menyebabkan keausan. Supaya kedepannya dapat diambil suatu tindakan pencegahan/perbaikan untuk mengatasi keausan tersebut.
pada elemen-elemen mesin antara 80-90% adalah keausan abrasif dan dalam 8% adalah keausan lelah ( wear fatigue). Kontribusi dari jenis keausan yang lain sangatlah kecil. Sebagian besar pengamatan keausan dilakukan secara tidak langsung. Salah satunya adalah dengan menimbang berat spesimen atau benda kerja. Ini adalah cara yang termudah untuk dapat mengukur keausan. Dari menimbang berat benda kerja yang akan dianalisa, dapat diketahui berapa total material yang telah aus dari selisih berat awal benda kerja sebelum operasi dengan berat benda kerja setelah operasi, tetapi distribusi kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan kontak sulit untuk diketahui (Zmitrowicz, 2006). Mempresdiksi keausan yang terjadi pada permesinan cukuplah sulit. Setiap rumus pada literatur yang dapat mengitung laju keausan hanya sebatas prediksi atau pendekatan saja. Pada tahun 1950-an J. F. Archard menemukan suatu hukum yang dapat memprediksi terjadinya keausan pada material yang saling bergesekan. J. F. Archard menamai hukum itu dengan dirinya sendiri, yaitu hukum keausan Archard ( Archard wear law).
2.6. Tegangan Geser Pada Poros Berongga
Perhitungan tegangan geser yang terjadi pada poros akibat torsi yang bekerja pada screw dari worm screw press dapat dilihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.8. Deformasi pada poros
Untuk batang bulat padat, tegangan geser di titik pusat adalah nol, dan maksimum barada dipermukaan. Distribusi tegangan berbanding lurus dengan radius (r = ½ Diameter). Maka untuk tegangan geser meksimum (Shigley, 1984, hal 69):
1 T D 2 .................................................... (2.4) τ max= J Momen inersia polar (J) untuk poros bulat padat adalah (Shigley, 1984, hal 70): J=
π D
4
........................................................ (2.5)
32
Sedangkan momen inersia polar (Jr) untuk poros berongga adalah : Jr =
π 32
( D
4
− d 4 ). ............................................. (2.6)
Dimana : D
: Diameter luar poros berongga
Gambar 2.9. Skema Alur Proses Kegiatan Pemeliharaan
Ketiga jenis kategori ini dibedakan berdasarkan ada atau tidaknya sistim keagenan atas barang/bahan yang akan diadakan. Untuk barang keagenan harus diadakan dengan kewenangan Kandir serta berdasarkan nilai pengajuan. Untuk nilai pengajuan < Rp. 50 jt dapat diadakan secara OPL. Sedangkan yang nilai pengajuannya antara Rp. 50 jt s/d Rp. 200 jt menjadi kewenangan DM sedangkan yang nilai pengajuannya lebih dari Rp. 200 jt menjadi kewenangan Kandir. Untuk pekerjaan corrective maintenance dan preventive maintenance yang dilaksanakan oleh tenaga pemborong (TP) atau outsourcing , pelaksanaanya berdasarkan P4T (Pengajuan Permintaan Pekerjaan Pemeliharaan / Teknik) yang terdiri dari 2 kategori : 1. P4T di tingkat Distrik Manager. 2. P4T di tingkat Kantor Direksi. Kedua jenis kategori ini dibedakan berdasarkan ada atau tidaknya sistim keagenan atas peralatan yang akan diperbaiki, serta berdasarkan nilai pengajuan, untuk nilai pengajuan < Rp. 250 jt menjadi kewenangan DM sedangkan yang nilai
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Cara Kerja Mesin Screw Press
Pada mesin ini worm screw press memiliki peranan utama yang mendorong dan menekan kelapa sawit supaya terjadi pemerasan. Buah sawit yang telah dihancurkan pada digester diperas akibat gaya tekan yang ditimbulkan antara worm screw, casing ( press cage), dan cone (konus). Lampiran 2 menjelaskan sistem kerja screw press ketika terisi buah sawit (keadaan bekerja) serta ketika screw press sedang kosong (tidak bekerja). Screw press mendapatkan tenaga putaran dari motor listrik berdaya 22
KW (29,5 Hp; 380 V, 1450 rpm) yang direduksi melalui gearbox hingga mencapai 9-11 rpm dan disalurkan memalui 2 buah worm screw press. Press cage atau casing memiliki lubang penyaringan sebanyak 32.000 buah diseluruh sisinya.
a. Press Cage
b. Cone
3.2.
Bagian Sistem Screw Press yang Mendapat Perawatan Rutin
Berisi tentang bagian-bagian pada mesin srew press yang akan dilakukan perawatan rutin, meliputi 1. Digester 2. Motor listrik 3. Gear Box 4. Kopling Flens Kaku 5. Gear Pentransfer Putaran Worm 6. Poros Gear Box 7. Saringan (Chute) 8. Worm Screw Press 9. Penahan ( Cone) 3.3.
Pengambilan Data dan Pengukuran
Sebagai dasar perhitungan analisa respon pada worm screw press terdapat beberapa faktor yang harus diperhatikan, sebagaimana yang terjadi pada proses
TBS 100%
EMPTY BUNCH / Tandan Kosong (22%)
FRUITS /Berondolan (66%)
EVA PORATION (12%)
CRUDE OIL (41%)
NOTTEN /BIJI (12%)
PERICARP / Ampas Kempa (13%)
SLUDGE (19%)
PURE OIL (22%)
SHELL /(Cangkang) (7%)
KERNEL/(Inti Sawit) (6%)
(Sumber : Data sesuai dengan buku operasi proses pengolahan kelapa sawit )
Gambar 3.2. Material balance pengolahan kelapa sawit
Gambar 3.3 Worm Screw Press pada PKS PTPN III Rambutan 3.4. Bahan Baku ( Raw Material )
Bahan baku yang diolah dalam mesin screw press adalah buah kelapa sawit yang telah diaduk dan dihancurkan daging buahnya dalam ketel adukan (digester ). Keadaan awal buah sawit adalah berkumpul dalam satu tandan. Buah kelapa sawit ini termasuk jenis tumbuhan monokotil. Bagian-bagian utama
3.5. Laju Aliran Volume (Kapasitas)
Dalam menentukan kapasitas screw press yang digunakan terdapat beberapa hal yang perlu menjadi perhatian, antara lain: 1. Sebelum kelapa sawit masuk ke dalam digester dan screw press, massa awal buah kelapa sawit telah berkurang. Kondisi ini disebabkan karena pada proses penebahan pada mesin thresser buah sawit telah terpisah dari tandannya. Tandan kosong tersebut dipindahkan melalui belt conveyor ke lokasi penampungan tandan kosong. 2. Untuk memperoleh hasil pressan yang baik, yaitu minyak sawit yang keluar semuanya, maka perlu diperhatikan bahwa screw press harus dalam keadaan selalu terisi penuh. Kondisi ini dibutuhkan untuk memperoleh efisiensi yang lebih baik dari penekanan yang dilakukan, sebab jika banyak ruang kosong pada saat penekanan, maka penekanan yang terjadi tidak maksimal.
3.6. Analisa Gaya pada Screw Press 3.6.1
Gaya Torsi
Screw Press berguna untuk memeras buah sawit hasil pencabikan
(digester ) ke arah keluar ( outlet ). Dengan adanya penyempitan yang diakibatkan konus, maka akan terjadi pemerasan pada buah tersebut sehingga minyak keluar dari daging buah sawit. Gambar 3.5 menerangkan ukuran screw.
d dm Dr
Dr
Gambar 3.5 Peristilahan screw press
Daerah paling kritis yang sering menjadi area keausan terjadi pada ujung
Pada gambar 3.7 dibawah ini, dapat dilihat gaya–gaya yang bekerja pada screw. Gaya maksimum yang bekerja terletak pada bagian seksi penyumbatan
( plug section) yang terletak pada ujung worm screw press. Dimana jarak antara screw (Pitch) ialah p = 185 mm.
Gambar 3.7 Gaya-gaya yang bekerja pada worm screw press
Gambar (3.8) menunjukkan kondisi pembebanan rata-rata pada jarak r dari sumbu poros. Gaya F merupakan penjumlahan gaya aksial berupa gaya tekan yang terjadi pada screw. P adalah gaya yang bekerja untuk memindahkan beban (material kelapa sawit). Gaya N adalah gaya normal, sebagai akibat dari gaya tekan material terhadap screw. Gaya µN adalah gaya gesek yang terjadi pada permukaan kontak material kelapa sawit dan permukaan screw. Gaya normal dihitung dengan mempertimbangkan faktor pembebanan yang mengindikasikan jumlah total permukaan kontak screw dengan material. Analisis torsi dilakukan dengan analitik pada sudut helix ( λ ) sebagai berikut:
∑ F H = N . cos λ − F − µ N . sin λ = 0 ................................ (3.3 a)
∑ F V = N . sin λ − P + µ N . cos λ = 0 ................................ (3.3 b) Dengan mengeliminir gaya normal N pada persamaan 3.3a dan 3.3b untuk
P=
F [( p π dm ) + µ ]
1 − (µ p π dm )
.................................................. (3.6)
Torsi merupakan hasil kali gaya P dan radius daerah kritis (T = P d m /2) , maka diperoleh persamaan : T =
F .dm p + π .µ .dm
2
.........................................(3.7) π . µ . − dm p
Dimana : T = Torsi yang bekerja pada screw (N.mm) F
= Gaya aksial yang bekerja pada screw (N)
µ
= Koefisien gesek sliding kering antara material dengan screw = 0,49 koefisien gesekan antara Besi Tuang dengan kayu Oak (tabel 3.2)
Gaya aksial yang bekerja pada screw merupakan beban yang diakibatkan oleh adanya hambatan oleh konus sehingga menimbulkan tekanan. Tekanan ini sebesar 30 – 40 Bar. Pada perhitungan diambil tekanan maksimal sebesar 40 Bar ialah: Pk
= 40 Bar
Pk
= 40 x105 N / m2 = 4 MPa
Perhitungan beban (Wk ) yang terjadi pada screw adalah sebagai berikut: Wk = Pk × A ..................................................... (3.8) dimana
A = luas penampang screw tegak lurus terhadap poros Menurut (Saeful, 2007, hlm 77-78) mekanisme pengempaan pada worm
screw press terbagi atas tiga bagian, yaitu: seksi pengisian ( feed scetion), seksi
pemadatan ( ram scetion) dan seksi penyumbatan ( plug section). Pada bagian plug section akan mengalami proses penekan yang paling besar oleh karena adanya
tahanan lawan yang diberikan oleh konus, dapat dilihat pada gambar 3.9 (a).
Dimana luas penampang sebuah screw diperoleh (Ugural, 2004, hlm 616): A = π d b n ....................................................... (3.9) A = π (291) (40) (1) A = 36549,6 mm2
= 36549,6 × 10 -6 m2 λ = 17,63 0
dengan tan λ = p π dm
Untuk penampang screw tegak lurus sumbu poros, ialah: -6
A = (36549,6 × 10 ) cos 17,63
0
2
= 0,034833 m
Beban untuk sebuah screw 6
(tekanan hidrolik dibagi oleh 2 konus,
6
sehingga harga P = 4 ×10 /2 = 2 ×10 ) maka persamaan (3.8) menjadi: Wk = (2 ×10 6) (0,034833)
Gambar 3.10 Geometri dari screw press yang digunakan untuk menentukan
tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada dasar screw.
Tegangan geser nominal τ dimana torsi bekerja pada dasar screw (poros screw) dapat dihitung dengan persamaan (2.8) :
τ nom =
16TD 4 4 π ( D − d )
Tegangan aksial σ pada dasar screw akibat beban F, dengan A d = πD2 /4,
b / 2
y 3 I = (π .∆ Dr .n ) 3 −b / 2 1 b b I = (π .∆ Dr .n ) − − 3 2 2 3
1 2b
3
3 8
I = (π .∆ Dr .n) I=
1 12
(π .∆ Dr .n)b3
3
............................................... (3.12 b)
Modulus penampang I/c diperoleh dengan mensubtitusi c = b/2 ke persamaan (3.12 b), sehingga : I c
1
= (π .∆ Dr .n)b2 ........................................(3.13) 6
Dengan mensubtitusi persamaan (3.13) dan momen yang bekerja pada beam cantilever M =
F .h 2
ke persamaan (3.11) sehingga diperoleh tegangan
Dari persamaan – persamaan diatas maka dapat diperoleh besar tegangan pada screw, yaitu : Tegangan geser nominal τ : τ nom =
(16 )( 6380707,91 6 )(108 )
(
4 4 π 108 − 49
τ nom = 26,95 N/mm
2
)
atau 26,95MPa
Tegangan aksial σ σ =−
( 4 )( 69666)
(
2 2 π 108 − 49
)
σ = - 9,5807 N/mm2 atau - 9,58 MPa
Tegangan lentur σb
(3)( 69666)(91 5)
3.7. Perhitungan Keausan pada Worm Screw Press. 3.7.1. Laju Volume Keausan
Keausan terjadi karena adanya gesekan antara permukaan suatu material. Untuk lebih mempermudah mengerti tentang terjadinya gesekan dan keausan pada mesin screw press atau yang biasa disebutkan sebagai mekanisme tribology seperti yang telah dijelaskan pada bab 2, maka mari perhatikan gambar 3.11. Pada gambar 3.11 dijelaskan secara sistematis bagaimana terjadinya gesekan material yang terjadi antara permukaan ulir screw press dengan material lain yang dalam hal ini dimaksudkan dengan buah sawit yang sedang diperas. Kondisi permukaan material yang bergesek terlihat dengan perbesaran kondisi permukaan. Terjadinya gesekan antara kedua permukaan tersebut dapat menyebabkan perpindahan material yang aus ( chips) yang terjadi diantara kedua permukaan material yang bergesekan. Bila melihat suatu permukaan material dengan bantuan mikroskop dengan pembesaran tertentu, dapat dilihat bagaimana keadaan mikrostuktur permukaan material tersebut. Hampir tidak ada permukaan
Tabel 3.3 Kekerasan bahan Cast Stell
Sumber : Machine Design Databook
1 BHN = 1 kgf/mm2 = 9,8 Mpa. Maka 215 BHN = 215 x 9,8 = 2107 Mpa.
Sedangkan nilai koeffisien keausan K yang diambil untuk abrasive wear pada 2 body, didapat dari gambar 3.12 (Norton, 2006, hlm 427) berikut.
Untuk memprediksi terjadinya aus pada permukaan screw press dapat digunakan persamaan (2.1) hukum keausan Archard, yaitu: V=KL Dimana : V L
W H
3
= Volume keausan (m ) = Jarak lintas meluncur π d k =
π
.271 = 850,95 mm
= 0,85094 m W
= Beban = P x
π
2
r
sawit (dgn
Dbiji sawit ≈ 20 mm)
Apermukaan ulir = ( π r 2 )ulir - ( π r 2 )poros Apermukaan ulir = ( π . 0,14552 ) – (π . 0,0542 ) = 0,057318 m2 2
2
Luas buah sawit = π r 2 = π . 0,0075 = 0,000314 m Jumlah sawit di permukaan ulir =
0,057318 = 182 buah 0,000314
Maka total tekanan dari konus yang diterima oleh 1 buah sawit =
2 x10 6
= 10989,0101 Pa
Untuk masa waktu pemakaian 1 hari kerja mesin screw press, dapat dihitung laju keausan yang terjadi pada worm screw press , yaitu sebesar : 1 hari = 12 jam kerja = 720 menit Dalam 1 menit, worm screw press berputar 10 kali (10 rpm), maka: 720 menit x 10 rotasi = 7200 siklus rotasi/hari. Maka jumlah prediksi keausan yang terjadi dalam 1 hari sebesar : 7200 siklus/hari x 1,39355 x10
-11
3
-7
3
m = 1,003356 x10 m /hari.
Atau sebesar 100,3365 mm 3 /hari
3.7.2. Pengurangan Dimensi pada Worm Screw Press
Laju keausan atau kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan worm screw press dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut (Norton, 2006,
hlm 425): k = K
WL
(3.16)
Beban yang dialami oleh seluruh buah sawit dan ulir screw press adalah : W = 78 sawit x 3,45055 N = 269,1429 N Maka prediksi kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan worm screw press dapat dihitung dengan rumus (3.17):
k a = K
WL HAks -2
= 10 x
269,1429 x 0,85094 (2,107x10 9 ) x 0,0245862 -8
= 4,421055 x 10 m Prediksi kedalaman keausan yang dihitung diatas merupakan prediksi kedalaman keausan yang terjadi pada daerah kritis worm screw dalam satu siklus putaran ulir. Dalam satu hari kerja mesin screw press, terdapat 7200 siklus putaran, sama seperti perhitungan sebelumnya. Maka didapat harga prediksi kedalaman keausan dalam 1 hari sebesar :
BAB 4 HASIL PEMBAHASAN
4.1. Masalah yang Terjadi
Aus dapat terjadi karena adanya gesekan antara dua permukaan benda dan menyebabkan adanya perpindahan material serta pengurangan dimensi pada benda tersebut. Defenisi keausan dan mekanisme keausan telah dijelaskan pada bab 2 dan keausan yang terjadi pada worm screw press telah dijelaskan pada bab 3. Laju pengurangan material yang terjadi pada ulir worm screw press terletak pada bagian sisi screw yang langsung mendapat gaya tekan dari konus (gambar 3.7). Adapun yang menjadi penyebab utama terjadinya keausan pada worm screw press adalah akibat dari tekanan yang terjadi pada permukaan ulir screw tersebut.
Laju kenaikan ulir screw ( pitch) karena putaran screw menyebabkan buah sawit yang ada di dalam sisi screw terdorong dan dari sisi lainnya tekanan hidrolik dari konus menekan buah sawit yang telah di hacurkan tersebut. Hal ini tentu membuat
4.2. Pemeliharaan Perbaikan ( Repair Maintenance) pada Worm Screw
Press yang dikejakan oleh Bagian Teknik (Bengkel) Karena keausan yang terjadi pada worm screw press di pabrik PTPN III Rambutan tidak sesuai dengan rekomendasi waktu pemakaian dari pabrik pembuatannya membuat jadwal pembelian spare part atau worm screw press baru menjadi tidak stabil. Hal ini dapat membuat terganggunya proses produksi pabrik karena kerusakan atau keausan pada worm screw press tidak dapat diperkirakan. Hal ini membuat bagian teknik, terkhusus bengkel reparasi mengerjakan perbaikan sementara terhadap worm screw press yang sudah aus tersebut, menunggu kedatangan worm screw press yang baru. Adapun perbaikan yang dikerjakan oleh karyawan bengkel adalah mengelas (menambah ketebalan/ Rebuild ) yang dikerjakan pada permukaan worm screw press yang mengalami
keausan paling besar, yaitu pada ulir terluar dengan menggunakan las listrik. Perbaikan tersebut dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut.
Penambahan ketebalan worm screw press dengan metode pengelasan listrik ini hanya dikerjakan pada bagian ulir terdepan saja. Karena ulir ini yang mengalami keausan terbesar, tidak pada keseluruhan ulir. Hasil worm screw press setelah mengalami perbaikan penambahan ketebalan oleh bengkel reparasi dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut.
proses produksi pabrik. Hal ini sesuai dengan sistem Corrective Maintenance yang telah dijelaskan pada Bab 2, poin 2.4. Ada banyak studi literatur dari buku teknik metalurgi dan juga penelitian yang telah dikerjakan oleh para ahli untuk dapat mengurangi terjadinya keausan pada permesinan. Penelitian ini dikerjakan karena keausan ini dianggap penting untuk diatasi atau dikurangi, demi kelancaran kerja mesin. Ada banyak cara yang dapat dikerjakan untuk mengurangi terjadinya keausan pada permesinan, seperti merubah sifat permukaan material yang bergesek untuk menambah kekerasan dan ketangguhannya sehingga dapat mereduksi keausan dan juga dengan modifikasi ukuran. 4.3.1. Pengerasan Permukaan Logam (Surface Hardening)
Pengerasan permukaan atau dikenal dengan surface hardening, umumnya dilakukan pada material baja karbon rendah. Ada dua cara yang biasanya dilakukan untuk pengerasan pada bagian permukaannya saja, yaitu dengan: 1. Merubah mikro struktur permukaan logam.
Kekerasan suatu logam sangat bergantung pada temperatur pemanasan, lama penahanan pada temperatur tertentu ( holding time), laju pendinginan, komposisi kimia logamnya, kondisi permukaan, ukuran dan berat benda kerja. Kemampuan baja untuk dapat dikeraskan sering disebut dengan hardenability. Kekerasan maksimum baja didapatkan dari pembentukan fase martensit atau fase karbida pada struktur mikro baja tersebut (Mubarok, 2008, hlm 9). 4.3.1.1. Penelitian Kromisasi
Kromisasi adalah proses penjenuhan lapisan permukaan baja dengan menggunakan Cr ( Chromium saturated cases). Tujuan utamanya adalah untuk mendapatkan permukaan yang keras, tahan aus dan tahan terhadap korosi. Proses kromisasi terdiri dari tiga tahap, yaitu: 1. Dissosiasi gas dengan pelepasan Cr atomik. 2. Adsorbsi atom-atom Cr pada permukaan baja. 3. Difusi atom Cr kedalam baja. Kecepatan difusi sangat dipengaruhi oleh temperatur. Jika temperatur
Dari pengamatan visual, permukaan benda kerja berubah warna menjadi putih keabu-abuan, hal ini menunjukkan bahwa telah terbentuk lapisan krom. Kedalaman lapisan dan kekerasan permukaan (ketahanan aus) terbesar diperoleh dari waktu pemanasan 8 jam dengan suhu pemanasan 950 oC dan didapat kedalaman lapisan pengerasan krom sebesar 1,43 mm dari permukaan spesimen dengan kekerasan telah meningkat menjadi 270 VHN dari spesimen standar tanpa kromisasi sebesar 119 VHN ( Vickers Hardness Number ). Untuk ketahanan terhadap keausan diuji dengan mengukur kehilangan berat spesimen setelah pengujian. Pengujian keausan menggunakan abrasive paper (ampelas) dengan kekasaran 240 mesh, putaran 470 rpm dan beban 2 kg. Dari pengujian tersebut didapatkan ketahanan aus (kehilangan berat) meningkat menjadi 0,04 gram (untuk spesimen dengan waktu penahanan 5 jam dan suhu pengerjaan 950 oC) dari kondisi spesimen standarnya yang memiliki ketahanan aus (kehilangan berat) sebesar 5,20 gram. Berdasarkan foto mikro struktur penampang melintang dari penelitian
3. Karburasi padat ( solid carburizing), adalah suatu cara karburasi yang menggunakan bahan karbon berbentuk padat. 4. Karburisasi cair (liquid carburizing), adalah suatu cara karburisasi dengan menggunakan bahan karbon berbentuk cair. 5. Karburisasi gas ( gas carburizing), adalah suatu cara karburisasi dengan menggunakan bahan karbon berbentuk gas.
Dengan masuknya atom-atom karbon ke permukaan material maka akan terbentuk larutan padat. Karena atom-atom karbon yang larut mempunyai ukuran (jari-jari) atom yang jauh lebih kecil dari pada ukuran atom besi, maka atom-atom karbon akan masuk ke permukaan baja dan mengisi ruang-ruang kosong di antara atom-atom besi secara interstisi (sisipan), sehingga akan terbentuk larutan padat interstisi karbon dalam besi/baja. Terbentuknya larutan padat interstisi ini akan menyebabkan peningkatan kekerasan dari baja. Selain terbentuknya larutan padat interstisi, atom-atom karbon yang masuk ke permukaan akan berikatan kuat
Pada saat proses carburizing dengan waktu pendeposisian kurang dari 120 menit, atom-atom karbon belum secara maksimal mengisi ruang di antara atomatom Fe, sehingga pada permukaan subtrat masih banyak terdapat ruang sisipan yang belum terisi oleh atom-atom karbon, akibatnya kekerasan belum maksimal. Pada saat proses carburizing dengan waktu pendeposisian lebih dari 120 menit, atom-atom karbon yang terdeposisi ke dalam permukaan subtrat akan semakin banyak seiring dengan lamanya waktu pendeposisian. Hal ini akan menyebabkan terjadinya penumpukan atom-atom karbon pada permukaan subtrat sehingga yang terbentuk bukan lagi sebagai ikatan karbida besi, melainkan hanya merupakan tumpukan atom-atom karbon. Jika waktu yang diberikan untuk proses carburizing plasma lucutan pijar semakin lama, maka kekerasan subtrat akan semakin turun. Hal ini berarti bahwa penambahan waktu hanya akan menyebabkan pemborosan waktu dan biaya (Pribadi dkk, 2008). 4.3.1.3. Penelitian NiKaNa
Sejak tahun 2001 telah ditemukan metode baru untuk mengeraskan
maupun oleh ion nitrogen yang menempati letak interstisi. Sehingga akan terbentuk struktur baja baru yang mempunyai kekerasan lebih baik dibandingkan material aslinya. Bila ion-ion nitrogen ditembakkan pada besi (Fe) pada kondisi tertentu ion-ion nitrogen tersebut akan membentuk fase baru yaitu fase Fe-N. Karbonasi adalah proses pendeposisian unsur karbon ke dalam permukaan logam. Pada pendeposisian ini dimaksudkan agar terjadi peningkatkan kekerasan lebih besar dibandingkan sebelum dilakukan proses karbonasi. Pada karbonasi baja karbon rendah ( < 0,3 % C ) akan terjadi peningkatan kekerasan lebih besar dibandingkan dengan karbon medium ( 0,3 %C – 0,7 %C ) atau tinggi ( 0,7 %C – 1,7 %C ). Kekerasan maksimum suatu logam besi dapat terjadi dengan pendinginan secara mendadak ( Quenching) material yang telah dipanaskan sehingga mengakibatkan perubahan struktur mikro. Kenaikan kekerasan berbeda-beda pada beberapa kandungan karbon. Media pendingin yang digunakan secara umum adalah hidrokarbon (oli bekas). Laju quenching tergantung pada beberapa faktor
menit, yaitu sebesar 44,3 HRC untuk waktu pemanasan 30 menit dan 22,3 HRC untuk waktu pemanasan 45 menit. Penelitian ini dilakukan dalam 3 tahap, yaitu tahap treatment awal, tahap treatment NiKaNa dan tahap pengujian sampel. Tahap treatment awal adalah
pengampelasan dan pemanasan. Sampel baja dipanaskan dalam Furnace dengan melakukan variasi suhu dan waktu pemanasan. Tahap treatment NiKaNa memiliki 3 bagian secara berurutan yaitu nitridasi, karburasi dan quenching NaCl. Gas nitrogen disemprotkan langsung (nitridasi) pada sampel baja yang telah dipanaskan dengan suhu dan waktu pemanasan yang telah ditentukan, lalu sampel dipanaskan kembali dengan suhu dan waktu pemanasan yang sama dengan awal dan dicelupkan secara cepat ke dalam cairan oli bekas konsentrasi jenuh (karburasi), lalu sampel baja dipanaskan kembali pada suhu dan waktu pemanasan yang sama dengan awal dan dicelupkan mendadak ke dalam larutan garam dapur (NaCl) jenuh (Quenching). Pada proses nitridasi dilakukan pendeposisian atom-atom nitrogen pada
bahan logam jadi memiliki batas butir yang lebih kecil, sehingga mikro sturktur permukaan bahan logam menjadi lebih halus dan padat (Susanto dkk, 2005). 4.3.2. Metode Pelapisan Permukaan
Proses Metal Spraying merupakan salah satu cara alternatif proses perlindungan permukaan logam dari kerusakan. Proses metal spraying dapat juga digunakan untuk proses perbaikan ( repair ), misalnya membuat lapisan keras pada permukaan untuk perkakas, mempertebal bagian-bagian permukaan yang telah mengalami keausan dan lain-lain. Sifat-sifat yang diinginkan dari proses metal spraying antara lain adalah ketahanan terhadap keausan, ketahanan terhadap
korosi, ketahanan terhadap temperatur tinggi dan lain-lain. Penelitian yang dikerjakan oleh Mochamad Ichwan dan Dikdik Iskandar tentang karateristik keausan abrasif dari lapisan Aluminium-Bronze pada baja St 37 didapatkan bahwa nilai ketahanan keausan abrasif material hasil proses metal spraying kawat Aluminium-Bronze yang mengalami perlakuan panas lebih tinggi
bila dibandingkan dengan material tanpa perlakuan panas ( Heat Treatment ).
Aluminium-Bronze. Kekerasan tertinggi terjadi pada daerah antar permukaan (interface) antara Aluminium-Bronze dengan logam dasar baja St 37, yaitu o
sebesar 247 VHN dengan temperatur kerja 650 C dengan penahanan waktu selama 3 jam. Hal ini disebabkan karena terjadinya peningkatan konsentrasi atom, baik pada material dasar maupun pada logam pelapis akibat terjadinya proses difusi yang semakin jauh, sehingga ikatan antar atomnya akan terbentuk dengan mudah. Untuk ketahanan terhadap keausan abrasif diuji dengan mengikuti standar pengujian ASTM D 3389 Abrasive Resistance . Pengujian keausan menggunakan Test Equipment tipe Taber , Abraden tipe H 10 Calibrade, beban 500 gr, lama
pengujian 30 menit dan putaran 5000 rpm. Dari pengujian tersebut didapatkan ketahanan aus tertinggi pada spesimen percobaan meningkat menjadi 0,34 % berat awal (untuk spesimen dengan waktu penahanan 3 jam dan suhu pengerjaan o
650 C) dari kondisi spesimen standarnya yang memiliki ketahanan aus sebesar 0,57 % berat awal. Peningkatan ketahanan abrasif juga dikarenakan oleh semakin
4.3.3. Redesign atau Modifikasi
Beberapa penjelasan tentang proses pengerasan permukaan ( Surface Hardening) diatas dapat menjadi solusi untuk mengurangi keausan yang terjadi
pada permukaan baja karbon rendah. Bahan worm screw press adalah cast steel dan termasuk dalam golongan baja karbon rendah, karena cast steel tergolong carbon steel yang memiliki kandungan karbon sebesar 0,2 % (lihat tabel 4.1).
Berarti semua contoh penelitian tentang pengerasan permukaan diatas dapat diaplikasikan juga untuk permukaan worm screw press.
Tabel 4.1. Kadar Karbon Cast Steel
4.3.3.1. Pelat Pelapis
Pelat palapis yang digunakan harus memiliki kekerasan yang besar, sehingga tahan terhadap gesekan dan keausan. Ukurannya tentu disesuaikan dengan ukuran utama ulir screw press , supaya pelat tersebut dapat menahan tekanan dari konus secara sempurna. Pelapisan terhadap ulir screw press bisa dikerjakan pada satu pitch saja, yaitu kepada ulir terdepan yang mengalami gaya tekan konus paling besar (gambar 4.5). Pelat yang digunakan dapat berupa baja karbon rendah yang dikeraskan permukaannya, supaya memiliki nilai ekonomis yang tinggi (murah) dan tidak memerlukan keahlian khusus untuk membuatnya.
Gambar 4.6. Ulir yang telah di lubangi
Pelat pelapis yang akan dipakai di bentuk terlebih dahulu berupa sebuah pelat bundar dari baja karbon rendah yang dibagi menjadi 8 bagian dan dilubangi (gambar 4.7) dengan spesifikasi : -
Diameter luar
=
291 mm
Karena keausan yang terjadi terpusat pada daerah pinggir (ujung) dari worm screw press (gambar 3.7), maka untuk ukuran pelat pelapis disesuaikan
dengan kondisi kerja tersebut. Pembautan dilakukan pada jarak 35 mm dari sisi terluar ulir (gambar 4.8.a), hal ini dikerjakan supaya kepala baut tidak mengalami keausan yang signifikan. Untuk lebih menghindari keausan pada kepala baut, maka pada lubang pembautan dibuat lubang tambahan dengan diameter lubang 20 mm dan kedalaman 5 mm (gambar 4.8.b). Lubang ini akan melindungi kepala baut dari gesekan. Karena di khawatirkan apabila kepala baut aus, tentu akan mengurangi ukuran kepala baut (penipisan akibat gesekan dengan buah sawit) dan daya ikat antara pelat pelapis dengan permukaan ulir berkurang atau dapat menyebabkan baut cepat patah sehingga pelat pelapis akan lepas dari permukaan ulir.
mengalami momen puntir lebih kecil. Sedangkan pelat pelapis yang telah dipasang pada ulir screw press dapat dilihat pada gambar 4.10 berikut.
Gambar 4.9. Baut pada penampang pelat pelapis dengan ulir screw press
4.3.4. Perhitungan Pengurangan Dimensi pada Worm Screw Press Setelah Modifikasi.
Dari semua penelitian pengerasan permukaan diatas, hasil pengerasan permukaan dengan metode NiKaNa meningkat kekerasannya hingga 552%, yaitu dari 8,7 HRC menjadi 48 HRC. Bila dikonversikan kedalam kekerasan BHN (Gambar 4.11) maka didapat: 8,7 HRC ≈ 190 BHN 48 HRC ≈ 490BHN 9
490 BHN x 9,8 = 4802 Mpa = 4,802x10 Pa. Sehingga, bila pelat dikeraskan dengan metode NiKaNa, kekerasan material cast steel diperkirakan akan meningkat dari 215 BHN (tabel 3.3) menjadi
mendekati 490 BHN atau lebih. Untuk memastikannya perlu diadakan penelitian lebih lanjut (penelitian baru). Maka, laju keausan yang terjadi pada permukaan pelat modifikasi worm screw press adalah:
190 BHN
X
X
490 BHN
Dengan cara yang sama, maka dihitung perbandingan laju kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan worm screw press sebelum dan setelah modifikasi berdasarkan waktu operasi, seperti tertera pada tabel 4.2 dan gambar 4.12 berikut: Tabel 4.2 Hasil perbandingan perhitungan laju kedalaman keausan berdasarkan
waktu operasi
Pemakaian (hari)
Jam operasi
1 10 20 30 40 50 60 70 80
12 120 240 360 480 600 720 840 960
Kedalaman keausan yang terjadi/hari sebelum modifikasi (mm) 0,318 3,18 6,36 9,54 12,72 15,9 19,08 22,26 25,44
Kedalaman keausan yang terjadi/hari setelah modifikasi (mm) 0,1395 1,395 2,79 4,185 5,58 6,975 8,37 9,765 11,16
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Didapatkan respon yang terjadi pada worm screw press , berupa tegangan geser nominal pada poros akibat puntir sebesar 26,95 MPa. Tegangan aksial sebesar σ = - 9,58 MPa. Tegangan tarik akibat beban lentur σb = 64,51 MPa. Tegangan geser pada dasar screw akibat tekanan konus sebesar 14,10 Mpa. Semua respon tersebut berpengaruh terhadap ketahanan worm screw press.
2. Keausan worm screw press pada PKS PTPN III Rambutan terjadi pada bagian ujung worm screw press. Bagian ini mengalami tekanan langsung dari konus sebesar 10,98 KPa untuk setiap buah sawit. Volume keausan 3
5.2. Saran
1. Perlu diadakan uji kekerasan, mikrostruktur atom-atom penyusun logam cast steel (metalograpi) pada permukaan logam yang aus. Supaya dapat
diketahui lebih jelas tentang karateristik sifat mekanik permukaan dari bahan worm screw press dan kondisi mikrostruktur permukaan yang aus. 2. Perlu dilakukan penelitian lebih mendalam mengenai karakteristik gesekan antara material buah kelapa sawit yang telah dihancurkan dengan logam cast steel dengan mempertimbangkan kondisi kerja, suhu kerja serta
lubrikasi dari CPO yang diperas. 3. Perhitungan untuk memprediksi keausan yang terjadi ada baiknya dilakukan komparasi dengan laju pengurangan berat worm screw press . Yaitu dengan penimbangan worm screw press sebelum dan sesudah proses pengempaan dengan rentan waktu yang telah ditentukan.
DAFTAR PUSTAKA
Adjiantoro, Bintang. 2000. Peningkatan Sifat Ketahanan Aus Baja Karbon Rendah Melalui Proses Kromisasi. Puslitbang Metalurgi LIPI. Corder, A.S. 1992. Teknik Manajemen Pemeliharaan, Alih Bahasa, Kusnul Hadi. Erlangga. Jakarta. Dhillon, B.S. 2006. Maintainability, Maintenance, and Reliability for Engineers. Taylor & Francis Group LLC. New York. Hamsi, Alfian. 2004. Manajemen Pemeliharaan Pabrik . Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Ichwan, Mochamad dan Dikdik Iskandar. 2003. Penelitian Karateristik Keausan Abrasif dari Lapisan Aluminium Bronze. Pusat Penelitian Informatika LIPI. Bandung.
Modul Panduan Pemeliharaan, Perbaikan, Kesehatan dan Keselamatan Kerja (P2K3). Mubarok, Fahmi. 2008. Lecture XII, Metalurgi I. Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya. Naibaho, P. 1998. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit . Pusat Penelitian Kelapa Sawit. Medan. Okafor, Basil. 2007a. Wear in Screw Presses: A Major Problem in Oil Palm Mills. Medwell Journal of Applied Sciences 2 (1). Owerri-Imo State, Nigeria. Okafor, Basil. 2007b. Modeling of Metal Wear in Screw Presses in Palm Oil MIlls. Medwell Journal of Applied Sciences 2 (3). Owerri-Imo State, Nigeria. Operation Manual & Part List For MJS Screw Press.
Ugural, Ansel C. 2004. Mechanical Design: An Integrated Approach. The McGraw-Hill Book Company. New York. Wahjudi, Didik dan Amelia. 2000. Analisa Penjadwalan dan Biaya Perawatan Mesin Press untuk Pembentukan Kampas Rem. JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 2, No. 1, hlm 50 – 61, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Kristen Petra. Zmitrowicz, Alfred. 2006. Wear Patterns and Laws of Wear-A Review. Journal of Theoretical And Applied Mechanics 44, 2, pp. 219-253. Institute of FluidFlow Machinery, Polish Academy of Sciences. Warsaw. http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Tribology/co_of_frict.htm , coeffisien of friction. (Diakses tanggal 22 Februari 2010). http://boltsmetallizing.com/service.htm (Diakses tanggal 26 Mei 2010).
http://www.americanstrippingsacramento.com/metalSpray.html (Diakses tanggal 26 Mei 2010).
Lampiran 1 Skematik Diagram Pengolahan Pabrik Kelapa Sawit Eksternal
Water Recourses
Water Gas
Power Station
Dust
Anion-Kation Dearator
Boiler FFB From Plantation
Water Treatment Plant
Waste Water Cooler
30 Ton TBS
Turbin
Steam Sterillizer
Condensate to Fat Pit Hot Water Tank
Digester
Hot Water
Steam to proces
BPV
Press
Feul (Fibre & Shell)
Threser
19,8 Ton Buah Sawit
Fibre Sparator
Crude Oil
Kernel Vibro Sparator
Nut
Clarifier Tank Crude Oil Tank Low Speed Sparator
Ripple Mill
Nut Silo
Clay Bath
Kernel Silo
Kernel Station
Oil Recovery Condensat Heater
Kernel Waste to Effluent
CPO
CPO Storage Tank
Oil Tank Oil Purifier
Oil Station
Fat Pit
Effluent Treatment Plant Land Application
Raw Water Water Steam & Hot Water Sumber: Bagian Perencanaan PTPN 3
FFB Oil Nut & Kernel
High Pullutan Low Pollutan Fibre & shell
