Corrective Maintenance Worm Screw Press Dengan Kapasitas Olah 10 Ton Buah Sawit/Jam Menggunakan Analisa Kegagalan

(1)

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

(2)

MEDAN

2010

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

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.

(8)

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 )

(9)

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.

(10)

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

(11)

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

(12)

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

(13)

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

(14)

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

(15)

ABSTRAK

Kata kunci : Pemeliharaan korektif, Worm screw press, Keausan.

ABSTRACT

(16)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1Latar 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 diangkut ke PKS untuk segera diolah. Penyimpanan buah kelapa sawit terlalu lama dapat menyebabkan kadar asam lemak bebasnya menjadi tinggi. Pembentukan asam lemak bebas lebih banyak terjadi sebelum buah direbus, yaitu selama pengangkutan dan penimbunan. Hendaknya tandan buah sawit selesai diolah dalam waktu 24 jam setelah dipanen (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 332)

Di pabrik, tandan buah segar (TBS) akan diterima oleh Stasiun Penimbangan lalu ke Stasiun Penerimaan Buah (loading ramp), pada stasiun ini TBS diterima dan diseleksi sesuai mutunya sesuai standar fraksi kematangan, setelah itu TBS dibawa ke Stasiun Sterilisasi (perebusan) dengan menggunakan lori. Pada stasiun ini buah sawit direbus dalam sterilizer dengan uap bertekanan untuk memudahkan proses pengolahan selanjutnya sekaligus menekan laju kenaikan asam lemak bebas (ALB). Proses selanjutnya, TBS yang telah selesai direbus masuk dalam Stasiun Thressing. Pada stasiun ini, tandan buah sawit dipisahkan antara buah sawit (berondolan) dengan tandannya dengan cara dibanting. Proses selanjutnya, berondolan sawit tersebut dikirim ke Stasiun Pengepresan (Pressing Station) dengan menggunakan belt conveyor dan bucket

(17)

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 dari cangkangnya (shell). Dilanjutkan dengan proses pengeringan inti, sampai menjadi inti produksi dengan standar mutu kadar air 8-10 % (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 354). Selanjutnya pada stasiun klarifikasi yaitu tempat untuk proses pemunian minyak kasar. Minyak sawit mentah kasar yang masih mengandung kotoran seperti pasir, serat-serat dan air selanjutnya akan melewati tahap klarifikasi berupa Sand Trap Tank. Proses ini untuk memisahkan pasir dari minyak kasar dan Vibrating Screen untuk memisahkan serat-serat dari minyak kasar tersebut. Sehingga menjadi minyak sawit mentah produksi dengan mutu kadar air 0,08-0,10 % dan kadar kotoran 0,01 % (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 358). Selanjutnya minyak sawit mentah yang telah siap diroses dikirim ke Crude

Oil Tank sebagai tangki penampungan.

Dari penjelasan proses untuk menghasilkan minyak sawit mentah diatas, dapat dikatakan bahwa suatu proses tidak dapat berlangsung secara maksimal bila proses sebelumnya belum berjalan/selesai. Atas dasar inilah perlunya dilakukan perawatan (maintenance) yang baik terhadap setiap peralatan dan mesin yang terdapat di PKS ini, agar proses produksi dapat berjalan dengan baik.

(18)

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 terjadi pada ulir screw press sudah cukup besar, dapat menyebabkan celah atau kerenggangan yang besar pada sisi luar ulir dengan press cage. Hal ini tentunya dapat menurunkan performa pengepressan minyak dan berimbas pada kerugian minyak sawit yang dihasilkan. Ini dapat dilihat dari ampas daging buah (serabut) yang dihasilkan setelah pengepressan masih terlihat basah dan mengandung minyak atau tidak terperas sempurna (Okafor, 2007b) Setiap pabrikan worm screw

press selalu memberikan rekomendasi masa pakai (lifetime) karena alat ini sangat

rentan dengan keausan dan kerusakan. Worm screw press di PKS Rambutan memiliki masa pakai 1000 jam. Namun sering terjadi bahwa masa pakai yang diberikan oleh pabrik pembuatan tersebut tidak sesuai dengan masa pakai worm

screw press yang ada di pabrik kelapa sawit, yaitu sekitar 700-800 jam. Oleh

karena itu diperlukan perawatan/perbaikan yang intensif pada peralatan ini untuk menghindari kejadian yang tidak diinginkan.

(19)

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.

1.3Tujuan 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 meminimalkan keausan.

1.4Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk dapat mengetahui penyebab kegagalan atau kerusakan dan keausan pada worm screw press lalu mencari solusi permasalahan dan dapat diaplikasikan pada pabrik kelapa sawit. Sehingga kedepannya dapat mengefisienkan pergantian screw press baru. Skripsi ini juga dapat sebagai bahan kajian penelitian lebih lanjut lainnya.

1.5Batasan Masalah

Yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah

1. Menghitung respon worm screw press terhadap tekanan konus.

2. Menganalisa kasus kegagalan yang terjadi pada worm screw press yang terjadi setelah 1000 jam waktu pengoperasian (berdasarkan data lapangan). 3. Mencari solusi pemeliharaan korektif (Corrective Maintenance) untuk

(20)

1.6Metodologi 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

Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai penelitian yang dilakukan.

(21)

Adapun kerangka konsep yang mencakup permasalahan pada skripsi ini dan solusi yang ditawarkan dapat dilihat pada gambar 1.1 berikut:

Gambar 1.1 Kerangka konsep

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

Solusi:

Melakukan modifikasi pada permukaan worm

screw press dengan penambahan pelat pelapis

yang telah mengalami proses pengerasan permukaan untuk meningkatkan kekerasan dan umur pemakaian.

Hasil Skripsi:

1. Analisa perhitungan respon pada worm

screw press akibat tekanan konus.

2. Analisa perhitungan keausan dan umur

worm screw press akibat tekanan konus.

3. Bentuk permukaan worm screw press yang telah dilapisi pelat pelapis dapat mengoptimalkan umur pemakaian.

(22)

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.

Gambar 2.1 Pabrik Kelapa Sawit Rambutan PTPN III.

2.1.1. Profil Pabrik

2.1.1.1. Sumber Bahan Baku dan Realisasi Penerimaan

Sumber bahan baku TBS yang masuk ke PKS Rambutan berasal dari : 1. Kebun Seinduk yang terdiri dari :

a. Kebun Rambutan. b. Kebun Tanah Raja. c. Kebun Gunung Pamela. d. Kebun Gunung Monako. e. Kebun Sarang Giting.

(23)

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 = 7 orang.

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 = 17 orang 7. Karyawan Bagian Umum/Hansip = 23 orang 8. Karyawan Bagian Produksi = 8 orang

2.1.1.3. Kegiatan Usaha

PKS Rambutan mengolah buah sawit dari tandan buah segar (TBS) menjadi minyak sawit mentah (Crude Palm Oil) dan inti sawit (kernel).

2.1.1.4. Stasiun Pengolahan

Untuk mengolah buah sawit menjadi Crude Palm Oil (CPO) dan kernel, PKS Rambutan memiliki 11 stasiun kerja yang saling terkait, yaitu :

1. Stasiun penerimaan TBS sawit dan pengiriman produksi. 2. Stasiun Loading Ramp.

3. Stasiun Rebusan (sterilizer) 4. Stasiun Threshing

5. Stasiun Pressing 6. Stasiun Klarifikasi 7. Stasiun Kernel

(24)

8. Stasiun Water treatment 9. Stasiun Power Plant 10. Stasiun Boiler

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 Station)

Pada stasiun pengepresan atau pengempaan terdapat dua unit sistem yang memegang peranan penting dalam operasi pengolahan kelapa sawit, yang terdiri atas mesin digester dan mesin screw press (gambar 2.2)

Gambar 2.2 Stasiun Pengepresan

Secara umum buah kelapa sawit jenis Tenera (gambar 2.3) terdiri dari daging buah, cangkang dan inti sawit. Tebal daging buah dari buah yang cukup baik atau normal berkisar antara 2 hingga 8 mm sesuai dengan ukuran buahnya. Panjang buah 2-5 cm, beratnya sampai 30 gram, tebal cangkang 0,5-4 mm (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 98-100).

(25)

Gambar 2.3 Buah Kelapa Sawit

2.2.1 Pengadukan (Digester)

Digester 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. Lalu buah sawit yang telah menjadi berondolan tersebut dilumatkan dengan cara disayat-sayat daging buahnya dan diaduk dalam ketel adukan (digester). Buah menjadi hancur akibat adukan pisau-pisau (stirring arm) yang berputar 25-26 rpm. Sehingga buah sawit bergesekan dengan buah sawit lainnya, pisau digester dan juga dinding digester (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 347). Proses pengadukan dalam digester dibantu oleh uap (steam) yang berasal dari

Back Preassure Vessel (BPV) dengan suhu uap sebesar 900C. Uap tersebut dimasukkan kedalam digester dengan cara diinjeksikan menggunakan pipa uap. Uap (steam) tersebut bertekanan 3 kg/cm2. Pengadukan dalam digester berlangsung selama 30 menit supaya daging buah sawit tercabik sempurna. Minyak yang mulai keluar dari bottom bearing digester ditampung ditalang minyak untuk selanjutnya di kirim ke vibrating sceen. Setelah sampai pada tingkat terbawah maka buah sawit selanjutnya di kirim oleh expeller arm ke bagian chute untuk selanjutnya diperas minyaknya di mesin pengempa (screw press). Buah yang diperas berupa lumatan buah sawit yang disayat-sayat dimana struktur jaringan buah telah rusak dan membuka sel sel yang mengandung inti minyak, Daging buah sawit (pericarp)

Inti sawit (kernel)

(26)

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.

Gambar 2.4 Instalasi Digester dan Screw Press pada Pabrik Kelapa Sawit

Tujuan utama dari proses pengadukan adalah untuk mempersiapkan daging buah untuk diperas. Sehingga minyak dengan mudah dapat dipisahkan dari daging buah dengan kerugian yang sekecil-kecilnya. Untuk mencapai tujuan itu diperlukan syarat-syarat sebagai berikut (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 348):

1. Pengadukan harus menghasilkan cincangan yang baik sehingga daging buah terlepas seluruhnya dari bijinya dan tidak boleh ada lagi terdapat buah yang utuh, dimana daging buah masih melekat pada bijinya.

2. Pengadukan harus menghasilkan massa yang sama rata dan biji-biji tidak boleh terpisah dari daging buah dan turun ke bagian bawah ketel.

3. Daging buah tidak boleh teremas terlalu lumat menjadi bubur, harus tampak struktur serabut dari daging buah.

(27)

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 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 screw 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)

Pengempaan bertujuan untuk mengambil minyak dari adukan hasil output

digester, dimana buah sawit yang dilumatkan dengan bantuan pisau-pisau stirring arm di digester dimasukkan ke dalam feed screw conveyor dan mendorongnya

masuk ke dalam mesin pengempa (twin screw press) seperti dijelaskan pada gambar 2.5 berikut.

(28)

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

sliding/adjusting cone dan press cage yang selanjutnya masuk ke Cake Bake Conveyor. Minyak sawit kasar yang masih mengandung kotoran seperti serat-serat

dan air yang selanjutnya akan melewati tahap klarifikasi berupa Sand Trap Tank untuk memisahkan kotoran dari minyak kasar. Lalu ke Vibrating Screen untuk memisahkan serat-serat dari minyak kasar tersebut dan selanjutnya dikirim ke

Crude Oil Tank sebagai tangki penampungan minyak kasar. Pada PKS Rambutan

terdapat 4 unit mesin screw press dan yang beroperasi setiap hari hanya 2 unit mesin, 2 unit lainnya menjadi cadangan dan operasinya bergantian setiap hari.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam proses pengempaan ini antara lain: 1. Ampas kempa (press cake) harus merata keluar di sekitar konus 2. Tekanan hidrolik pada kumulator dijaga 30-40 bar.

3. Bila screw press harus berhenti pada waktu yang lama, screw press harus dikosongkan.

4. Tekanan kempa cone yang terlalu tinggi akan mengakibatkan kadar biji dan inti pecah bertambah. Tentunya kerugian inti bertambah. 5. Tekanan kempa cone yang terlalu rendah akan mengakibatkan cake

masih basah.Kerugian (looses) pada ampas dan biji bertambah, b. Worm Screw Press

(29)

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 tidak memenuhi kondisi yang bisa diterima (Corder A.S, 1992, hlm 4).

Seperti dalam industri motor masih dikenal istilah ‘servis’. Istilah ini meliputi semua pemeriksaan dan penyetelan yang tercakup dalam buku petunjuk pemeliharaan, terutama pelumasan, pengisian kembali, pemeriksaan minor dan sebagainya. Dalam setiap kejadian, pemeliharaan korektif biasanya memerlukan keadaan berhenti, sedangkan pemeliharaan pencegahan (preventive maintenance) dapat dilakukan pada waktu berhenti maupun waktu berjalan (Corder A.S, 1992, hlm 6)

2.3.1.2. Pemeliharaan Setelah Rusak (Breakdown Maintenance)

Pemeliharaan setelah rusak (Breakdown) merupakan pemeliharaan yang dilakukan terhadap peralatan setelah peralatan mengalami kerusakan sehinggga terjadi kegagalan yang menghasilkan ketidaktersediaan suatu alat (Corder A.S, 1992, hlm 4).

Pada mulanya semua industri menggunakan sistem ini. Jika industri memakai sistem ini maka kerusakan mesin akan berulang dan frekuensi kerusakannya sama setiap tahunnya. Industri yang menggunakan sistem ini dianjurkan menyiapkan cadangan mesin (stand by machine) bagi mesin-mesin yang vital. Sifat lain dari sistem ini adalah data dan file informasi, dimana data dan file informasi perbaikan mesin/peralatan harus tetap dijaga. Pada sistem ini

(30)

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 (Emergency 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 reparasi besar dikerjakan (Corder A.S, 1992, hlm 6).

2.3.2. Maksud dan Tujuan Manajemen Pemeliharaan Pabrik

Adapun maksud pemeliharaan adalah untuk meningkatkan efektivitas serta porsi keuntungan bagi perusahaan. Hal ini bisa dimungkinkan karena dengan dilakukannya perawatan maka dapat ditekan ongkos produksi disamping dapat pula ditingkatkan kapasitas produksi suatu mesin.

Adapun tujuan utama dilakukannya pemeliharaan (Corder A.S, 1992, hlm 3) adalah:

1. Untuk memperpanjang usia kegunaan aset yaitu setiap bagian dari suatu tempat kerja, bangunan dan isinya. Hal ini terutama penting di negara berkembang karena kurangnya sumber daya modal untuk penggantinya. Di negara yang sudah maju, lebih murah mengganti daripada memelihara. 2. Untuk menjamin ketersediaan optimum peralatan yang dipasang untuk

produksi atau jasa dan mendapatkan laba investasi (return on investment) semaksimum mungkin.

(31)

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 operasi, para karyawan dan mesin menganggur, produksi terganggu bahkan dapat menghentikan jalannya produksi (Mashar, 2008, hlm 2).

Pemeliharaan korektif merupakan perbaikan peningkatan kemampuan peralatan mesin kedepan karena kegagalan atau pengurangan kemampuan mesin selama pemeliharaan preventive dikerjakan atau sebaliknya, demi perbaikan mesin dan optimal dalam penggunaannya. Pemeliharaan korektif terdiri dari beberapa bagian (Dhillon, 2006, hlm 143) seperti:

1. Perbaikan karena rusak.

Bagian ini fokus dengan perbaikan pada bagian kerusakan peralatan supaya kembali kepada kondisi operasionalnya.

2. Overhaul.

Bagian ini fokus dengan perbaikan atau memulihkan kembali (restoring) peralatan ke keadaan yang semula yang dapat dipergunakan (complete serviceable) untuk seluruh peralatan di pabrik tersebut.

3. Salvage.

Bagian ini fokus dengan pembuangan dari material yang tidak dapat diperbaiki dan pemanfaatan material yang masih bisa dipakai dari

(32)

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.

Gambar 2.6 Grafik Pola Kecenderungan Kerusakan Alat pada Umumnya

Dari gambar 2.6 diatas ada 3 daerah pembagian tentang perbandingan jumlah kerusakan terhadap waktu pemakaian alat. Pada tabel 2.1 berikut menjelaskan tentang alasan kerusakan yang terjadi menurut Dhillon, 2006

Awal Pe-

makaian Pemakaian Normal Alat rusak

X

Titik kritis

Waktu Jumlah Kerusakan

Sumber gambar :Mobley, 2004

Daerah III

(33)

Tabel 2.1 Alasan kerusakan pada 3 daerah gambar 2.6

Daerah Alasan Kerusakan

(Awal Pemakaian)

Manufaktur yang buruk Proses yang buruk

Pengendalian mutu yang buruk Kesalahan manusia (Human error)

Material yang tidak memenuhi syarat dan keahlian

(Pemakaian Normal)

Faktor keamanan yang rendah Cacat yang tidak terdeteksi

Kesalahan manusia (Human error) Penyalahgunaan alat

Kondisi kerja lebih tinggi daripada yang diharapkan Kerusakan alami

III

(Alat Rusak)

Keausan karena gesekan Pemeliharaan yang tidak baik

Pengamalan pemeriksaan yang salah Korosi dan creep

Desain lifetime yang pendek Keausan disebabkan oleh usia alat

Sumber: (Dhillon, 2006, hlm 24)

Dari gambar 2.6 diatas dapat dilihat bahwa suatu peralataan baru mempunyai suatu kemungkinan kegagalan atau kerusakan yang tinggi. Hal ini disebabkan kelalaian pekerja dan atau kerusakan internal komponen dari pabrik pembuat alat (ini disebut kegagalan produk). Tingkat kerusakan alat akan menurun setelah pekerja mulai terbiasa menggunakan alat tersebut. Setelah melewati masa kritis, alat akan semakin sering mengalami gangguan, sehingga perbaikan akan semakin sering dilakukan, sampai masa pakai (lifetime) alat tersebut habis. Pada masa ini artinya alat sudah tidak mungkin diperbaiki lagi (Modul panduan P2K3)

Pada awal periode, kemungkinan terjadinya kerusakan dari peralatan tersebut menjadi tinggi karena masalah instalasi pemakaian di awal minggu. Setelah periode ini kemungkinan kegagalan relatif rendah. Setelah peralatan

(34)

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 menjaditiga tipe bagian besar pemeliharaan, seperti yang dijelaskan pada gambar 2.7 berikut.

Sumber : Mobley, 2004

Gambar 2.7 Struktur dari Maintenance.

Pada gambar 2.7 diatas dapat di lihat bagaimana pembagian pemeliharaan yang cukup lengkap. Pada pembagian sistem pemeliharaan corrective terdapat 1 bagian utama sistem pemeliharaan yang terdiri dari Breakdowns Maintenance,

Emergency Maintenance, Remedial Maintenance, Repairs Maintenance dan Rebuilds Maintenance.

Masalah utama yang dijumpai pada mesin screw press adalah terjadinya keausan pada ulir screw press akibat torsi dan tekanan kerja dari konus yang menekan buah sawit setelah sekian waktu pemakaian. Terkadang masa pakai yang direkomendasikan oleh pabrik pembuatan screw press tersebut tidak sesuai dengan kondisi aktualnya, sehingga menimbulkan kerugian biaya dan waktu. Mekanisme keausan yang disebabkan gesekan sering juga disebut dengan istilah

Tribology. IMPROVEMENT (MI) MAINTENANCE PREVENTIVE (PM) Reliability-driven Modification Retrofit Redesign Change order CORRECTIVE (CM) Predictive Statistical analysis Trends Vibration monitoring Tribology Thermography Ultrasonics Other NDT Time-Equipment Periodic Fixed intervals Hard time limits Specific time Equipment-driven

Self-scheduled Machine-cued Control limits When deficient As required Event-driven Breakdonws Emergency Remedial Repairs Rebuilds

(35)

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.

Aus terjadi karena adanya kontak gesek antara dua permukaan benda dan menyebabkan adanya perpindahan material. Hal ini menyebabkan adanya pengurangan dimensi pada benda tersebut. Defenisi keausan menurut standard Jerman (DIN 50 320) bahwa keausan di artikan sebagai kehilangan material secara bertahap dari permukaan benda yang bersentuhan akibat dari adanya kontak dengan solid (benda padat), liquid (benda cair) atau gas pada permukaanya (Mang, 2007, hlm 17). Keausan yang terjadi pada setiap sistem mekanisme sebenarnya sangat sulit diprediksi secara teori atau perumusannya, karena banyak faktor dilapangan yang menyebabkan kesulitan dan kekeliruan dalam memprediksi keausan tersebut. Faktor itu adalah variasi suhu, variasi kecepatan, variasi jumlah kontaminasi, kecepatan awal-akhir dan faktor lainnya (Ludema, 1996, hlm 140).

Keausan sendiri terbagi dalam bebrapa jenis keausan, seperti keausan abrasif, adesif, korosif, keausan fatik, kimia, erosi dan lain-lain. Keausan yang terjadi pada pembahasan skripsi ini adalan keusan jenis abrasif. Abrasif dan kontak lelah (fatigue cantact) adalah hal yang paling penting dalam perhitungan keausan pada permesinan. Bisa diperkirakan bahwa total keausan yang terjadi

(36)

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).

Berdasarkan hukum keausan Archard tentang hukum keausan (wear law) bahwa persamaan untuk mendapatkan volume keausan diperoleh dari (Stachowiak, hlm 477):

V = K Ar L = K L

H W

... (2.1)

Dimana : V = Volume keausan (m3) L = Jarak lintas meluncur (m) W = Beban (N)

K = Koefisien keausan

H = Kekerasan material (Pascal, N/m2) Ar = Area kontak (m2)

(37)

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

Pada gambar 2.8. terlihat torsi yang bekerja pada ujung poros bulat padat. Serat A-B yang semula lurus akan memuntir menjadi heliks A-C karena poros puntir sebesar θ. Sehingga deformasi total

( )

δ_s sama dengan D-E. Panjang deformasi ini adalah busur lingkaran dengan jari-jari r dan berhadapan dengan sudut θ radian. panjang diberikan oleh (Shigley, 1984, hal 69):

θ =

GJ Tl

... (2.2)

Dimana :

T : Torsi l : Panjang

G : Modulus kekakuan

J : Momen Inersia Polar (sudut) dari penampang.

θ : Sudut puntir untuk batang bulat padat Dimana torsi yang bekerja pada poros bulat padat (T).

T =

l Gθ

(38)

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):

τ max=

J D T

2 1

... (2.4)

Momen inersia polar (J) untuk poros bulat padat adalah (Shigley, 1984, hal 70):

J = 32

π _{... (2.5)}

Sedangkan momen inersia polar (Jr) untuk poros berongga adalah :

Jr =

(

4 4

)

32 D −d

π _{... (2.6)}

Dimana :

D : Diameter luar poros berongga d : Diemeter dalam poros berongga

Dengan mensubtitusikan persamaan (2.6) kedalam persamaan (2.4) maka didapatkan persamaan rumus untuk tegangan geser maksimun terhadap poros berongga, yaitu :

(

16₄ ₄

)

d D

maks

− =

τ ... (2.8)

2.7. Proses Maintenance di PKS Rambutan

Dalam melaksanakan pemeliharaan PKS Rambutan mengacu ke prosedur / Instruksi Kerja (IK) PTP Nusantara III. Adapun sistem pelaksanaan pemeliharaan dilaksanakan secara Corrective, Preventive dan Predictive Maintenance dengan alur proses dapat dilihat pada Gambar 2.9 berikut.

(39)

Gambar 2.9. Skema Alur Proses Kegiatan Pemeliharaan

Untuk pekerjaan corrective maintenance mengacu ke IK 3.02-02 mengenai Pelaksanaan Kegiatan Teknik, dimana setiap pelaksanaan corrective

maintenance yang harus mengacu pada work order yang diminta pengguna alat

(operator). Untuk pekerjaan preventive maintenance mengacu ke IK 3.02 – 02/08 mengenai Pemeliharaan / Perawatan Mesin dan Instalasi PKS dan IK 3.02 – 02/09 mengenai Pemeliharaan / Perawatan Mesin dan Instalasi Listrik. Sedangkan untuk pekerjaan predictive maintenance mengacu ke IK 3.02 – 00/06.

Dalam pelaksanaan pekerjaan corrective dan preventive maintenance yang dilaksanakan secara TS (menggunakan tenaga sendiri) spare part yang digunakan berasal dari gudang, sistim pengadaan terdiri dari 3 kategori, yaitu:

1. Pengadaan lokal (OPL) oleh manajemen unit langsung.

2. Pengadaan di tingkat Distrik Manager (DM) melalui DPBB kewenangan DM.

3. Pengadaan di tingkat Kantor Direksi (Kandir) melalui DPBB kewenangan Kandir.

(40)

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 pengajuannya lebih dari Rp. 250 jt menjadi kewenangan Kandir.

Kegiatan pemeliharaan preventive dapat dipermudah dan berjalan secara efektif dengan menggunakan sistem komputer. Setiap pabrik pasti membutuhkan

sparepart, equipment, tool, material dan consumable dalam proses operasinya.

Semua ini dapat di jadwalkan secara komputerisasi dan ini akan membantu sistem pemeliharaan preventive dalam mengatur workorder, biaya, pembelian dan penjadwalan kegiatan pemeliharaan. Pabrik kelapa sawit Rambutan PTPN III dalam hal ini akan menggunakan sistem komputerisasi (CMMS) dalam membantu proses pemeliharaannya.

(41)

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.

Cone mendapatkan daya tekan dari pompa hidrolik sebesar 30-40 bar (Operation manual for MJS Screw Press).

Tekanan konus yang terlalu besar mengakibatkan presentasi biji pecah menjadi tinggi, tetapi bila tekanan konus terlalu kecil maka presentasi kadar minyak pada ampas buah sawit juga menjadi besar (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 349). Maka diperlukan suatu sistem pengaturan yang baik pada pengaturan tekanan hidrolik konus. Minyak kasar sawit (CPO) dan air mulai keluar saat pengepressan berlangsung melalui 32.000 lubang pada press cage (casing) dan terpisah dari ampasnya yaitu fibre dan nut (gambar 3.1).

Pada pengoperasiaannya, kedalam mesin pengempa ini dimasukkan air panas supaya mempermudah pengeluaran minyak dari daging buah sawit. Mesin ini beroperasi pada putaran rendah, yaitu 9-11 rpm (tergantung kebutuhan). Hal ini bertujuan untuk memberikan waktu yang cukup dalam pengeluaran minyak dari kelapa sawit yang telah dihancurkan hingga tuntas.

(42)

Gambar 3.1 a. Press Cage, b. Cone dan c. Ampas (Nut dan Fibre) a. Press Cage

c. Ampas dari Screw Press (Nut dan Fibre)

(43)

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 pengolahan. Faktor-faktor yang dimaksud adalah:

1. Air dimasukkan dengan temperatur 90˚C yang berguna untuk mengencerkan larutan minyak dan agar lubang-lubang saringan tidak tersumbat.

2. Kadar air tidak lebih dari 20% terhadap buah sehingga tidak sulit diproses di stasiun minyak.

3. Tekanan dipertahankan antara 30-40 bar karena apabila tekanan yang diberikan saat pengempaan (pressing) terlalu kecil, maka angka kehilangan minyak (oil losses) lebih tinggi dan sebaliknya jika tekanan pengempaan terlalu besar menyebabkan persentase biji pecah menjadi tinggi.

4. Buah yang masuk ke dalam screw press telah mengalami proses terdahulu (telah dijelaskan pada Bab 2, point 2.2) sehingga massa buah dari 100% TBS menjadi 66% yang berbentuk brondolan, seperti yang dijelaskan pada gambar 3.2 berikut.

(44)

Gambar 3.2. Material balance pengolahan kelapa sawit

Data-data dari hasil survei mesin screw press pada Pabrik Kelapa Sawit PTPN III Rambutan ditabulasikan pada tabel 3.1 dan gambar worm screw press pada gambar 3.3.

Tabel 3.1 Spesifikasi mesin Screw Press

No Uraian Keterangan

1 Kapasitas (Q) 10 Ton Buah Sawit/Jam

2 Type Continous Double Screw press

3 Tekanan Konus (cone) (P) 30 – 40 Bar

4 Clearance 25 mm

5 Putaran Poros (n) 9-11 rpm

6 Siklus Input Kontiniu

7. Berat Worm Screw (W) 100 kg = 981 N

8 Jumlah Ulir 4,5 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)

(45)

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 monokot il. Bagian-bagian utama (gambar 3.4) yang terdapat pada buah kelapa sawit (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 97-98) adalah sebagai berikut:

1. Lapisan bagian luar (epicarpium) yang disebut sebagai kulit luar.

2. Lapisan tengah (mesocarpium) yang disebut daging buah yang mengandung minyak.

3. Lapisan dalam (endocarpium) yang disebut inti, berada dalam biji dan mengandung minyak. Diantara mesocarpium dengan endocarpium terdapat cangkang (shell) yang keras.

Gambar 3.4. Bagian utama buah kelapa sawit

Massa jenis buah sawit pada suhu 900C, ρ = 641 kg/m3 (Naibaho,1998). 1

(46)

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.

Dengan memperhatikan kondisi diatas, maka kapasitas screw press yang dapat diperoleh berdasarkan data berikut:

1. Kapasitas olah satu buah mesin screw press 10 Ton Buah Sawit/Jam

2. Rasio fruitlet terhadap TBS sebesar 66 persen (gambar 3.2)

Maka fruitlet yang diolah diperoleh dihitung sebagai berikut :

Q =

100 66

x 10 Ton Buah Sawit/Jam ... (3.1)

Q = 6600 Kg/Jam

Harga volume aliran (v) dapat diperoleh bilamana dihubungkan dengan massa jenis bubur buah kelapa sawit yang besarnya ρ = 641 kg/m3. Dengan demikian, volume aliran kelapa sawit adalah sebagai berikut :

ρ Q

v= ... (3.2)

/ 641

/ 6600

m kg

jam kg

(47)

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.

Gambar 3.5 Peristilahan screw press

Daerah paling kritis yang sering menjadi area keausan terjadi pada ujung

screw (dari survei, gambar 3.6). Diasumsikan titk kritis tersebut terjadi pada jarak

maksimal 10 mm dari sisi terluar screw. Maka dk adalah:

dk = 291 - (10 x 2) = 271mm.

Gambar 3.6 Daerah paling kritis yang menjadi area keausan Dr

Dr dm

(48)

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

Dari gambar 3.7 dapat dilakukan perhitungan untuk menentukan daya torsi (T) yang diperlukan untuk memutar poros ulir dan menaikkan beban dari ulir yang berbentuk hipotenusa helix yang dilinierkan pada bidang datar (dapat dilihat pada gambar 3.8). Dari suatu segitiga siku–siku yang alasnya merupakan pitch screw dan tingginya sama dengan keliling dari lingkaran diameter rata–rata screw tersebut.

(49)

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:

∑FH = N.cosλ−F −µN.sinλ =0_{... (3.3 a)}

∑FV = N.sinλ−P+µN.cosλ =0... (3.3 b)

Dengan mengeliminir gaya normal N pada persamaan 3.3a dan 3.3b untuk mendapatkan P, maka :

[

(

)

]

0 1 sin

cos − − =

= ∑

N F N

F_H λ µ λ

(

)

0 sin

cos − − =

N F λ µ

λ ... (3.4 a)

[

(

)

]

0 1 cos

sin + − =

= ∑

N P N

F_V λ µ λ

(

)

0 cos

sin + − =

N P λ µ

λ ... (3.4 b) Dengan mensubtitusi persamaan (3.4a) dan (3.4b) diperoleh gaya (P) ialah:

(

)

λ µ λλ µsin λ cos

cos sin

−+ = F

P ... (3.5)

Persamaan (3.5) dibagi dengan cos λ dan dengan mensubtitusi tan λ =

(50)

(

)

[

]

(

p dm

)

dm p F P

µπ µ

− +

1 ... (3.6)

Torsi merupakan hasil kali gaya P dan radius daerah kritis (T = P dm/2) ,

maka diperoleh persamaan :

    − + = p dm dm p dm F T . . . . 2 . µ

π π µ ... (3.7)

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)

p = Pitch screw (mm)

dm = Harga radius area rata-rata screw =

2 dr d+ = 2 108 291+ =199,5 (mm)

Tabel 3.2 Koefisien Gesekan Material

Material 1 Material 2

Coefficient Of Friction

DRY Greasy

Static Sliding Static Sliding

Aluminum Aluminum 1,05-1,35 1,4 0,3

Aluminum Mild Steel 0,61 0,47

Brake Material Cast Iron 0,4

Brass Cast Iron 0,3

Brick Wood 0,6

Bronze Cast Iron 0,22

Bronze Steel 0,16

Cadmium Cadmium 0,5 0,05

Cadmium Mild Steel 0,46

Cast Iron Cast Iron 1,1 0,15 0,07

Cast Iron Oak 0,49 0,075

Chromium Chromium 0,41 0,34

(51)

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:

2 5

/ 10 40 40

m N x P

Bar P

k k

= =

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).

(a)

(b)

Gambar 3.9 (a) Pembagian penampang screw , (b) sudut helix screw dan panjang

sisi screw.

(52)

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

dengan tan λ =p πdm λ = 17,630 Untuk penampang screw tegak lurus sumbu poros, ialah:

A = (36549,6 × 10-6 ) cos 17,630

= 0,034833 m2

Beban untuk sebuah screw (tekanan hidrolik dibagi oleh 2 konus, sehingga harga P = 4 ×106/2 = 2 ×106) maka persamaan (3.8) menjadi:

Wk = (2 ×106) (0,034833)

= 69666 N

Dengan demikian harga torsi (T) dapat diperoleh dari persamaan (3.7) dgn F = Wk:

    − + = p dm dm p d F T m . . . . 2 . µ

π π µ

T =

    − + ) 185 .( 49 , 0 ) 5 , 199 .( ) 5 , 199 .( 49 , 0 . 185 2 ) 5 , 199 .( 69666 π π

T = 6380707,916 N.mm

3.7.2 Tegangan pada Screw Press

Ada dua bentuk tegangan yang terjadi yaitu tegangan lentur screw dan tegangan geser poros. Pada gambar 3.10 mengilustrasikan gaya yang diterima oleh penampang screw yang menimbulkan respon tegangan pada screw (Shigley, 2008, hlm 407)

(53)

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) :

( ) 16 4 4 d D TD nom − = π τ

Tegangan aksial σ pada dasar screw akibat beban F, dengan Ad = πD2/4,

(Ugural, 2004, hlm 615) dimana D2 untuk poros padat, sedangkan untuk poros berongga adalah ΔD2 = (Dr2 – dr2), maka:

σ =

(

2 2

)

4 r r d D F A F − =

π ... (3.10)

Tegangan lentur σb dapat dihitung dengan menggunakan persamaan beam

cantilever yang diproyeksikan dari dasar batang screw (Shigley, 2008, hlm 86)

σb =

c I

... (3.11)

Momen inersia dihitung dengan persaman (Shigley, 2008, hlm 86):

I =

∫

− 2 / 2 / 2 b b dA

y ... (3.12 a)

Dimana luas penampang pada dasar batang screw (A) (Ugural, 2004, hlm 616): A = πΔDr b n dA = πΔDr n dy

Dengan mensubtitusi dA ke persamaan (3.12a) :

I =

∫

− ∆ 2 / 2 / 2 . . b b r n D

(54)

I =

(

)

2 / 2 / 3 3 . . b b r y n D −       ∆ π

I =

(

)

             − −       ∆ 3 3 2 2 3 1 .

. Dr n b b π

I =

(

)

    ∆ 8 2 3 1 . . 3 b n D_r π

I =

(

. .

)

3 12 1 b n Dr ∆

π ... (3.12 b) Modulus penampang I/c diperoleh dengan mensubtitusi c = b/2 ke persamaan (3.12 b), sehingga :

2 ) . . ( 6 1 b n D c I r ∆

= π ... (3.13) Dengan mensubtitusi persamaan (3.13) dan momen yang bekerja pada

beam cantilever M =

2 .h

ke persamaan (3.11) sehingga diperoleh tegangan

lentur σb:

σb = ₂

. . . 3 b n D Fh r ∆

π dimana ΔDr = Dr – dr σb =

(

)

. . . 3 b n d D Fh r r −

π ... (3.14)

Tegangan geser τ yang bekerja pada dasar screw akibat gaya F ialah (Shigley, 2008, hlm 94) :

(

D d

)

nb F n b D F A V r r . 2 3 . . . 2 3 2 3 − = ∆ = = π

τ ... (3.15) Dari sistem koordinat pada gambar (3.11), dapat dicatat :

σx =

(

)

. . . 3 b n d D Fh r r −

π τxy =0

σy = 0

(

₄ ₄

)

16 r r yz d D TD − = π τ

(

2 2

)

4 r r z d D F − − = π

σ τ_zx =0

(55)

Dari persamaan – persamaan diatas maka dapat diperoleh besar tegangan pada screw, yaitu :

(

4 4

)

49 108 ) 108 )( 6 6380707,91 )( 16 ( − = π τnom

Tegangan geser nominal τ :

nom

τ = 26,95 N/mm2 atau 26,95MPa

(

2 2

)

49 108 ) 69666 )( 4 ( − − = π

Tegangan aksial σ

σ =- 9,5807 N/mm2 atau - 9,58 MPa

(

)

) 40 )( 1 ( 49 108 . ) 5 , 91 )( 69666 )( 3 ( − π

Tegangan lentur σb σb =

σb = 64,515 N/mm2 atau 64,51 MPa

(

108 49

) ( )

.(1).40(3.14) ) 2 ( ) 69666 )( 3 ( − = τ

Tegangan geser τ yang bekerja pada dasar screw

τ 14,1016 N/mm2 atau 14,10 MPa

Perhitungan–perhitungan diatas dimasukkan dalam bentuk tegangan tiga dimensi seperti terlihat pada sistem koordinat dari gambar (3.11) :

σx = 64,515 N/mm2 τxy =0

σy = 0 τyz =20,1377 N/mm 2

(56)

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 mikrostruktur suatu material yang benar-benar rata setelah proses permesinan berlangsung, walaupun itu telah melewati berbagai proses permesinan untuk perataan permukaan (lapping, honing dan lainnya).

Dalam hal ini, keausan terjadi pada permukaan dan diujung sisi worm

screw press (gambar 3.6). Untuk mempermudah perhitungan laju keausan maka

hanya satu ulir saja yang dihitung, yaitu ulir terluar yang mengalami gaya tekan langsung dari konus.

(57)

Gambar 3.11 Mekanisme gesekan dipermukaan ulir dan terjadinya partikel aus.

Kekerasan bahan worm screw press yaitu baja tuang (cast steel) adalah berkisar 200-230 BHN (Tabel 3.3), maka diambil harga kekerasan rata-ratanya yaitu 215 BHN (Brinell Hardness Number).

Uloaded asperity

Concentration of deformation at

deep asperity contact

Sliding

Partikel aus

Shallow asperity

contact Deep

asperity contact

Hard material

(58)

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.

(59)

Untuk memprediksi terjadinya aus pada permukaan screw press dapat digunakan persamaan (2.1) hukum keausan Archard, yaitu:

V = K L

H W

Dimana : V = Volume keausan (m3)

L = Jarak lintas meluncur πdk= π.271 = 850,95 mm

= 0,85094 m

W = Beban = P x πr2sawit (dgn Dbiji sawit ≈ 20 mm)

Apermukaan ulir = (πr2)ulir - (πr2)poros

Apermukaan ulir = (π. 0,14552 ) – (π. 0,0542 )= 0,057318 m2

Luas buah sawit = πr2= π . 0,0075 2 = 0,000314 m2 Jumlah sawit di permukaan ulir =

0,000314 0,057318

= 182 buah

Maka total tekanan dari konus yang diterima oleh 1 buah sawit

= 182 x10 2 6

= 10989,0101 Pa

W = 10989,0101 x 0,000314 = 3,45055 N

K = Koefisien keausan diambil 10-2 untuk abrasive wear 2 body H = Kekerasan material = 2107 Mpa = 2,107x10 Pascal 9

Maka, volume keausan yang terjadi adalah :

V = K L

H W

= 10-2 x 0,85094 ₉ 2,107x10

3,45055

= 1,39355 x10-11 m3

Keausan yang terjadi sebesar 1,39355 x10-11 m3 untuk setiap satu buah sawit terhadap permukaan worm screw press pada setiap siklus jalannya sepanjang 0,85094 m. Berdasarkan tabel 3.1 worm screw press berputar 9-11 rpm (diambil 10 rpm). Karena 1 putaran worm screw press sama dengan keliling worm

screw press itu sendiri, maka :

(60)

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 m3 = 1,003356 x10-7 m3/hari. Atau sebesar 100,3365 mm3/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):

ka = K ks

HA WL

... (3.16)

Dimana: ka = Kedalaman keausan yang terjadi (m)

Aks = Area kontak sebenarnya (m2)

Untuk menghitung laju pengurangan dimensi karena keausan maka terlebih dahulu dihitung luas area kontak sebenarnya (Aks) dari pergesekan kedua

material tersebut. Bentuk permukaan ulir screw press berbentuk lingkaran, dengan diambil daerah kritis 30 mm dari sisi terluar ulir. Maka untuk menghitung luasnya permukaan kritis ulir yang bergesek, luas permukaan seluruhnya dikurang luas permukaan daerah keausan non kritis (Dnon kritis = 291 mm – 60 mm = 231 mm)

Aks = (πr2)ulir - (πr2)non kritis ... (3.17)

Aks = (π. 0,14552 ) – (π. 0,11552 )

Aks = 0,0245862 m2

Jumlah buah sawit yang terdapat pada daerah kritis ulir:

Jumlah buah =

0,000314 0,0245862

(1)

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.

(2)

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.

Norton, Robert L. 2006. Mechanical Design: An Integrated Approach. 3rd ed. Pearson Prentice Hall. New Jersey.

Ludema, K. C. 1996. Friction, Wear, Lubrication : A Textbook in Tribology. CRC PressLLC. Boca Raton.

Machine Design Databook. 2004. The McGraw-Hill Companies.

Mang, Theo and Wilfried Dresel. 2007. Lubricants and Lubrication. 2nd ed. WILEY-VCH GmbH, Weinheim. Federal Republic of Germany.

Mangoensoekarjo, Soepadiyo dan Haryono Semangun. 2003. Manajemen Agrobisnis Kelapa Sawit. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Mashar, Ali. 2008. Manajemen Operasional Pemeliharaan Fasilitas dan Review. Fakultas Ekonomi Universitas Mercu Buana. Jakarta.

Mobley, R. Keith. 2004. Maintenance Fundamentals. 2nd ed. Elsevier Butterworth-Heinemann. United States of America.

(3)

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.

Pribadi, Bangun, Suprapto dan Dwi Priyantoro. 2008. Pengerasan Permukaan Baja St40 dengan Metode Carburizing Plasma Lucutan Pijar. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN. Yogyakarta.

Saeful, Idad. 2007. Thesis: Perancangan Screw Press Biji Jarak Skala Rakyat Pedesaan. Program Magister Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung. Bandung.

Shigley, Joseph E dan Larry D. Michell. 1984. Perencanaan Teknik Mesin. Edisi 4. Trans. Gandhi Harahap. Erlangga. Jakarta.

Shigley, Joseph E. 2008. Mechanical Engineering Design. 8th ed. The McGraw-Hill Book Company. United States of America.

Stachowiak, Gwidon W. and Andrew W. Batchelor, Engineering Tribology, Australia: Butterworth-Heinemann. The McGraw-Hill Book Company. Susanto, et al. 2005. Analisis Kualitatif Gugus Fungsi Pada Baja Karbon Rendah

Yang Mendapat Perlakuan Nitridasi, Karbonasi dan Quenching NaCl (NiKaNa) Menggunakan Spektroskopi FTIR. Universitas Diponegoro. Semarang.

(4)

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 Fluid-Flow Machinery, Polish Academy of Sciences. Warsaw.

friction. (Diakses tanggal 22 Februari 2010).

26 Mei 2010).

(5)

Boiler

Kernel Station Dust

Feul (Fibre & Shell) Gas

Nut Nut Silo Ripple Mill Clay Bath Kernel Silo Press Digester Threser Sterillizer BPV Turbin Fibre Sparator CPO Vibro Sparator

Crude Oil Tank Low Speed Sparator Oil Tank Oil Purifier Oil Station Water Recourses Eksternal Anion-Kation Dearator Steam Hot Water Water Hot Water Tank Storage Tank

Fat Pit Effluent Treatment Plant Condensate

to Fat Pit

Waste Water Cooler

Condensat Heater Waste to Effluent

Land Application Kernel Oil Recovery Clarifier Tank FFB From Plantation Crude Oil

Sumber: Bagian Perencanaan PTPN 3

CPO Kernel High Pullutan Low Pollutan Raw Water Water

Steam & Hot Water Oil Nut & Kernel FFB

Steam to proces Power Station

Water Treatment Plant

Fibre & shell Lampiran 1 Skematik Diagram Pengolahan Pabrik Kelapa Sawit

30 Ton TBS

19,8 Ton Buah Sawit

(6)

Tekanan hidrolik konus 30-40 bar Lampiran 2 Screw Press pada keadaan operasi (a) dan ketika tidak beroperasi (b) serta layout screw press(c)

(a)

Corrective Maintenance Worm Screw Press Dengan Kapasitas Olah 10 Ton Buah Sawit/Jam Menggunakan Analisa Kegagalan