62
4.3. Kriteria Kegagalan Screw Press
Screw Press adalah unit yang berfungsi untuk memisahkan minyak dari buah sawit yang telah direbus dengan sistem penekananpengepresan. Buah sawit ditekan
dengan screw yang berputar 11-12 rpm dan ditahan oleh sliddingadjusting cone.
Gambar 4.8 Screw Press Selama pengepresan berlangsung air panas dengan temperature 90
o
C ditambahkan untuk pengenceran sekaligus memudahkan pelepasan minyak dari daging buah.
Minyak kasar yang diperoleh dari hasil pengepresan keluar melalui lobang-lobang di dinding press cylinder berdiameter
≤ 4 mm, sedangkan ampas press keluar melalui celah antara slidingadjusting cone dan press cylinder. Screw Press seperti terlihat
pada gambar 4.8, mempunyai kapasitas produksi 15 sampai 17 ton Tandan Buah sawit TBS per jam, digerakkan dengan motor 40 HP x 1500 rpm 380 V3 phase,
5060 Hz, dan tekanan adjusting cone antara 60 – 100 bar PKS Rambutan, 2009.
Screw Pres 1 dan 4 dengan merek Maduma Jaya Steel MJS mulai beroperasi sejak
Universitas Sumatera Utara
63
tahun 2005, Screw Press 2 dengan merek STORK mulai beroperasi sejak tahun 1983, dan Screw Press 3 dengan merek Unversal mulai beroperasi sejak tahun 1983.
Komponen-komponen Screw Press subsystem Screw Press yang paling sering mengalami kegagalan komponen kritis adalah; Left Right Handed Worm,
Bushing, Press Cylinder, Rebuil Worm, Bearing SKF 29326, Left Handed Shaft, dan Right Handed Shaft.
4.3.1 Kegagalan Left Right Handed Worm
Left Right Handed Worm ini disebut gagal apabila tidak bisa dioperasikan lagi atau produksinya sudah menurun. Jika alat ini mengalami patah sehingga tidak
bisa beroperasi lagi, maka harus diganti dengan yang baru. Jika sirip screw yang sudah aus sehingga dimensinya berkurang 1 sampai 2 cm, maka produksinya akan
berkurang. Gambar 4.9 memperlihatkan screw yang sudah aus dan porosnya patah.
a Screw aus dan Patah b Rebuild Worm
Gambar 4.9. Left Right Handed Worm Screw yang aus
Poros patah Rebuild worm
Universitas Sumatera Utara
64
Perbaikannya dilakukan dengan penambahan material logam melalui pengelasan pada sirip-sirip screw, yang disebut dengan Rebuld Worm. Apabila rebuild worm
sudah dilakukan sebanyak 2 kali, maka selanjutnya worm screw diganti dengan yang baru.
Untuk mengetahui apakah terjadi kelebihan beban kerja pada Left Right Handed Worm, dilakukan analisis gaya seperti ditunjukkan pada gambar 4.10.
Gambar 4.10 Diagram Benda Bebas Worm Screw
Universitas Sumatera Utara
65
Brondolan ditahan oleh cone dengan tekanan 60 – 100 bar P. Jadi screw menahan
beban dari cone F dan gaya gesekan antara pisau pres dengan brondolan lihat gambar Screw Press pada lampiran 11.
Keterangan: P = tekanan cone terhadap screw sekitar 60
– 100 bar. fN = gaya gesekan antara pisau pres dengan brondolan
Pr = gaya yang bekerja pada arah radial screw press N = gaya normal
f = koefisien gesek Tekanan dari cone sebesar 80 bar menekan permukaan pisau pres dengan penampang
normal seperti pada gambar 4.11.
Gambar 4.11 Penampang Normal Worm Screw D = 27 cm = 0,27 m
Dm = 19 cm = 0,19 m d = 10 cm = 0,1 m
A = 4
2 2
d D
= 4
1 ,
27 ,
2 2
= 0,0494 m
2
Tekanan cone = 80 bar = 80. 10
5
Nm
2
Universitas Sumatera Utara
66
Maka gaya tekan cone :
F = P. A = 80.10
5
.0,0494 = 3,95. 10
5
N
Sudut kemiringan pisau pres λ = atan 90270 = 18,43
o
Koefisien gesek f antara brondolan dengan pisau press diambil 0,7 Jadi gaya yang bekerja pada arah radial screw press menggunakan pers 2.20 adalah:
Pr =
43 ,
18 sin
7 ,
43 ,
18 cos
43 ,
18 cos
7 ,
43 ,
18 sin
10 .
95 ,
3
5
= 5,32295. 10
5
N
Dari gambar 4.10 didapat: l = tan
λ x π dm = tan 18,44
o
x π . 0.19 m = 0.199 m
Dimana torsi ini diperlukan untuk menahan beban dan melawan gesekan. Jadi torsi pada screw press dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.21:
fl
dm fdm
l dm
P T
R R
2 = 5,32295. 10
5
x 0,192
199
, 7
, 19
, 7
, 19
, 7
. .
199 ,
x x
x
= 68,15. 10
3
Nm Tegangan geser akibat torsi pada pada bagian poros Screw berdiameter 100 mm
digunakan pers 2.22:
3
16
r R
d T
=
3 3
1 .
10 .
15 ,
68 16
x x
= 3471,26. 10
5
Nm
2
= 347,13 MPa
Tegangan tekan yang terjadi pada screw adalah 80 bar = 8 Mpa, sehingga tegangan prinsipal pada screw dihitung dengan persamaan 2.23:
2 2
2 2
xy y
x y
x
Universitas Sumatera Utara
67
=
2 2
13 ,
347 2
8 2
8
= 351,25 MPa Bahan Worm Screw adalah alloy steel A4140 QT dengan Yield Strength = 1430
Mpa Shigley, 2006. Kekuatan geser izin Ssy = 0,5 Sy = 0,5x 1430 Mpa = 715 MPa.
Kondisi ini cukup aman karena tegangan yang terjadi 351,25 Mpa lebih kecil dari
kekuatan izin. 351,25 Mpa 715 Mpa. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Left Right Handed Worm tidak
akan rusak jika bekerja pada beban normal, tetapi akan rusak jika terjadi kelebihan beban. Kerusakan yang terjadi umumnya adalah karena mata screw yang aus
sehingga menyebabkan produksinya menurun.
4.3.2 Kegagalan Left Handed Shaft, Rigght Handed Shaft
Left Handed Shaft dan Right Handed Shaft adalah sepasang poros yang berfungsi untuk meneruskan putaran motor ke Worm screw. Right Handed Shaft
menerima putaran dari pulley motor dan meneruskannya ke Right Handed Worm dengan putaran searah. Putaran Right Handed Shaft juga ditransmisikan ke Left
Universitas Sumatera Utara
68
Gambar 4.12 Right Handed Shaft dan Left Handed Shaft Handed Shaft melalui roda gigi, sehingga putaran Left Handed Shaft berlawanan
dengan Right Handed Shaft, kemudian meneruskannya ke Left Handed Worm. Jenis kegagalan pada kedua poros ini adalah terjadinya patah pada bagian tingkat
poros seperti terlihat pada gambar 4.12 a, sehingga harus diganti dengan yang baru. Torsi yang terjadi pada Hand Shaft ini sama dengan torsi pada Left Right
Handed Worm, yaitu 68,15. 10
3
Nm.
Gambar 4.13 Dimensi Rght Handed Shaft
Left Handed Shaft
Poros patah
Dudukan Right Handed Shaft
Universitas Sumatera Utara
69
Tegangan geser akibat torsi pada pada bagian poros berdiameter 80 mm seperti terlihat pada gambar 4.13 adalah:
3
16
r R
d T
=
3 3
08 .
10 .
15 ,
68 16
x x
= 677,900585. 10
6
Nm
2
= 677,9 MPa
Tegangan tekan yang terjadi pada Hand Shaft adalah 80 bar = 8 Mpa, sehingga tegangan prinsipal pada screw adalah:
2 2
2 2
xy y
x y
x
=
2 2
9 ,
677 2
8 2
8
= 681,912 MPa Bahan Hand Shaft adalah baja ASSAB 705 Steel dengan Yield Strength = 1360 Mpa
Shigley, 2006. Kekuatan geser izin Ssy = 0,5 Sy = 0,5x 1360 Mpa = 680 MPa.
Kondisi ini tidak aman karena tegangan yang terjadi 681,912 Mpa lebih besar dari
kekuatan izin. 681,912 Mpa 680 Mpa. Dengan kondisi ini berarti Left Handed Shaft dan Rght Handed Shaft tidak aman menerima tekanan adjusting cone sebesar 80
bar. Kelonggaran bushing pada ujung Screw juga menimbulkan efek terhadap Hand Shaft, yaitu: getaran, sentakan, unbalance, dan misalignment.
Hal ini menimbulkan fatigue terhadap poros Right handed shaft dan left handed shaft, sehingga mempercepat kegagalan poros dan bearing.
Universitas Sumatera Utara
70
4.3.3 Kegagalan Bearing
Gambar 4.14 Bearing Pecah
Kegagalan pada bearing pendukung kedua poros ini terjadi apabila; bearing telah sangat longgar akibat aus, wearing, pecah pada bola dan casingnya, sehingga
dilakukan penggantian dengan yang baru.
Gambar 4.15 Bearing Aus Pecah
Aus Wiping
Universitas Sumatera Utara
71
Gejala yang Ditemukan pada Saat Inspeksi.
Sewaktu membongkar bearing dan menginspeksi permukaan bearing untuk memastikan apa gejala internal yang terjadi, dapat ditemukan beberapa gejala
kerusakan seperti berikut ini; 1. Wear keausan
Dua permukaan yang bergesekan walaupun dilumasi dengan baik akan menjadi aus. Keausan terjadi akibat kombinasi proses adhesi dan abrasi pada
permukaan yang bergesekan. Seperti erlihat pada gambar 4.15, permukaan bagian dalam dari inner case mengalami aus karena terjadi gesekan antara permukaan
bearing dengan poros. Hal ini terjadi karena terdapat kelonggaran antara kedua permukaan.
2. Fatigue kelelahan Fatigue disebabkan oleh cyclical stressing tegangan putaran akibat fluktuasi
beban yang dapat terjadi ketika beban atau kecepatan meningkat berlebihan. Fatigue ini mengakibatkan inner race maupun outer race menjadi pecah, seperti
terlihat pada gambar 4.14.
3. Scoring Scoring terjadi jika jumlah kotoran belebihan atau adanya partikel besar dan
berkontaminasi dengan pelumas atau disebabkan oleh abrasi keausan. 4. Wiping goresan
Wiping terjadi jika ada kekurangan clearances dalam bearing atau terjadi overheating akibat kekurangan pelumasan, kemudian lapisan tipis permukaan
bearing meleleh dan terjadi suatu aliran material. 5. Pitting lubang-lubang
Kehilangan metal berbentuk lubang dapat ditimbulkan oleh beberapa sebab. Kadang-kadang dapat disebabkan oleh arus listrik yang nyasar melintasi
bearing dan meimbulkan lubang-lubang pada permukaan bearing.
Universitas Sumatera Utara
72
Sebab-sebab kegagalan Bearing
Dari gejala-gejala yang ditemukan pada saat inspeksi bearing dapat ditemukan beberapa sebab kegagalan bearing, diantaranya;
1. Dirt Kotoran Partikel kotoran yang banyak melekat di permukaan bearing akan
menyebabkan wear yang berlebihan dan mengurangi umur bearing. Sejumlah partikel halus akan akan terperangkap antara inner dan housing bearing. Jika
jumlah partikel sudah banyak, akan menyebabkan distorsi pada inner case, mengurangi clearance dan perusakan terhadap perpindahan panas. Akibatnya
terjadi over-heating dan kegagalan fatigue. Partikel kotoran dapat terperangkap selama proses pemasangan dan teknisi
tak mungkin menjamin hal ini tidak akan terjadi. Kontaminasi pelumas mungkin juga sebagai sumber kotoran. jadi sistem sirkulasi harus disaring dan saringan
harus diganti atau dibersihkan pada selang waktu tertentu. 2. Inadequate lubrication Kekurangan Pelumasan
Kekurangan oli pelumas adalah suatu penyebab umum terjadinya kegagalan bearing dan dapat terjadi untuk berbagai alasan. Sistem suply oli adalah sangat
kritis untuk rolling element bearings dan sangat diharuskan dalam sistem maintenance untuk mencukupi kebutuhan pelumasan.
3. Improper Assembly Pemasangan yang tidak benar. Jika pemasangan bearing tidak benartidak tepat, maka kerusakan dengan
cepat akan ditimbulkan dari kelebihan atau kekurangan pembebanan awal, misalignment atau kegagalan untuk menjamin ketepatan inner dan outer rings.
Pengikisan yang tidak normal akan timbul dan juga keagalan fatigue akan meningkat.
4. Misalignment Misaligment pada poros dan housing dapat menjadi kritis pada saat bearing
beroperasi. Roller silidris sangat rentan untuk keluar dan ada batas-batas
Universitas Sumatera Utara
73
penyimpangan keluar untuk tipe-tipe lainnya, kecuali self-alignment ball bearing dan spherical roller bearings.
5. Overload Penurunan umur bearing dapat diperkirakan berbanding dengan pangkat
tiga kenaikan beban. Ini berarti bahwa jika beban dua kali lipat, umur bearing akan berkurang kira-kira 1,8 kali normal. Temperatur yang tinggi berpengaruh
terhadap sifat pelumas dan menyebabkan gaya sentrifugal melempar oli dan gomok keluar. Keausan yang berlebihan akan terjadi ketika keefektifan pelumas
berkurang, dan pada kecepatan tinggi daya tahan fatigue menurun akibat gaya sentrifugal yang tinggi pada rolling elements.
6. Lubricant breakdown Proses oksidasi dari minyak peluas dapat menyebabkan korosi pada
permukaan bearing. Kadang-kadang zat aditive dari pelumas juga bereaksi dengan material bearing dan menibulkan serangan korosi.
7. Shock loading Rolling elements bearing lebih rentan terhadap beban kejut daripada plain
bearing, karena titik kontak dari rolling bearing. Beban kejut menimbulkan alur pada alur lintasan dan menimbulkan efek penggaraman.
Tabel 4.14 Gejala dan Penyebab Kegagalan Bearing Jeffrey, 1991.
Gejala-gejala Operating
Inspection Penyebab
1. Overheating 2. Vibration
3. Noise 4. Seizure
1. Wear
2. Fatigue
3. Fretting
4. Brinelling
5. Pitting fluting.
6. Smearing and
galling 7.
Corrosion 8.
Abnormal wear zone
1. Dirt 2. Inadequate lubrication
3. Impropper assembly 4. Misalignent
5. Overload 6. Moisture
7. Lubricant breakdown 8. Shock loading
9. Electric currents 10. External vibration
Universitas Sumatera Utara
74
4.3.4 Kegagalan Bushing
Bushing digunakan sebagai bantalan untuk mendukung perputaran Worm Screw pada Adjusting Cone, right handed shaft dan left handed shaft. Apabila sudah terjadi
Gambar 4. 16 Penggantian Bushing kelonggaran clearence 2 mm akibat keausan, maka bushing harus diganti, seperti
terlihat pada gambar 4.16. Kelonggaran clearance yang besar pada bushing akan menimbulkan beberapa efek yang berantai terhadap kerusakan sistem, yaitu:
- misalignment pada poros Worm Screw, dan handed shaft
- unbalance pada worm screw
- getaran dan fluktuasi beban akibat sentakan.
- Fatigue pada Worm Screw, dan handed shaft
- Kerusakan yang cepat pada bearing
Bushing
Universitas Sumatera Utara
75
4.3.5 Kegagalan Press Cylinder
Press cylinder adalah komponen dari Screw Press yang berfungsi untuk menyaring ampas sawit sehingga terpisah dari minyak sawit. Press cylinder terbuat
dari carbon steel yang menutupi worm screw dengan jarak 2 mm dari screw, dan mempunyai lubang-lubang berdiameter 4 mm pada dindingnya. Kerusakan press
cylinder terjadi apabila lobang-lobang saringan pecah dan robek, sehingga tidak mampu menyaring ampas sawit. Perbaikan dilakukan dengan pengelasan, tetapi jika
pengelasan sudah terlalu banyak gambar 4.17.a sehingga bisa menghambat penyaringan, maka dilakukan penggantian.
Berhentinya operasi Screw Press downtime bisa diakibatkan oleh kegagalan dari masing-masing komponen ini, atau bisa juga kombinasi dari kegagalan
komponen tersebut.
a Press Cylinder Rusak b Press Cylinder Terpasang
Gambar 4.17 Press Cylinder
Press cylinder Rusak
Universitas Sumatera Utara
76
4.4 Analisis Data
Kategori