sidang tugas akhir -...
TRANSCRIPT
SIDANG TUGAS AKHIR
Studi Eksperimental Profil Getaran dan Tekanan
Ruang Silinder Kompresor Torak Single stage,
Single-acting: Pengaruh Perubahan Profil Valve
Seat pada Sisi Discharge
Nama : David Andreas Siregar
NRP : 2107100172
ABSTRAK
Kompresor torak banyak digunakan dalam dunia industri untuk berbagai keperluan, baik yang digunakan sebagai main unit ataupun auxiliary. Dalam pemanfaatannya, bagian katup kompresor torak adalah yang paling umum mengalami kegagalan. Kegagalan tersebut bisa diminimalisir dengan desain katup yang baik.
Penelitian dilakukan dengan mengidentifikasi karakteristik getaran dan tekanan pada ruang silinder akibat proses buka-tutup valve pada kompresor torak single-stage, single-acting. Pengukuran getaran dan tekanan dilakukan pada crank-angle yang sama, sehingga grafik waveform dari getaran dapat dibandingkan dengan grafik tekanan ruang silinder pada crank-angle yang sama. Variabel yang divariasikan adalah profil valve seat sisi discharge dan tekanan kerja kompresor.
Hasil penelitian menunjukkan pemberian sudut ketirusan pada lubang valve seat sisi discharge akan menurunkan level getaran, terjadinya peningkatan tekanan maksimum ruang silinder, rentang bukaan katup discharge yang lebih lama, perbaikan efisiensi volumetris kompresor, dibandingkan dengan valve seat profil normal.
Peningkatan tekanan kerja kompresor mengakibatkan peningkatan level getaran, penurunan rentang waktu proses buka-tutup katup tekan maupun katup hisap, penurunan efesiensi volumetris.
Kata kunci : Kompresor torak, valve seat, karakteristik getaran dan tekanan
Latar Belakang
• Aplikasi Kompresor torak adalah jenis yang paling umum dijumpai di
dunia industri
• Kegagalan komponen katup adalah bagian dari kompresor torak yang
paling sering mengalami kegagalan
• Kegagalan pada katup discharge adalah yang paling sering dijumpai
Perumusan Masalah
• Kajian penelitian dititikberatkan pada valve seat sisi discharge pada
kompresor torak single stage single acting
• Valve seat profil normal dijadikan baseline pada kajian eksperimental
• Modifikasi geometri akan memberikan pola getaran dan tekanan yang
berbeda
Tujuan Penelitian
• Mengetahui karakteristik getaran dan tekanan ruang silinder jika terdapat
perubahan geometri profil valve seat pada sisi tekan
• Mengetahui pengaruh variasi beban terhadap sinyal getaran dan tekanan
ruang silinder.
• Menghasilkan referensi bagi analis yang berkepentingan untuk mengetahui
karakteristik operasi kompresor torak, jika terjadi perubahan komponen
pada valve seat.
• Pembelajaran aplikasi analisis getaran untuk condition monitoring pada
kompresor torak.
Batasan Masalah
• Kompresor torak yang digunakan adalah jenis single stage, single acting
dengan katup tekan berbentuk pelat datar dengan udara sebagai fluida
kerja.
• Parameter yang dianalisa adalah akselerasi getaran getaran yang diukur
pada bagian luar cylinder head dan tekanan pada ruang silinder.
• Variasi yang diinvestigasi adalah perubahan geometri profi valve seat pada
sisi tekan.
• Percobaan dilakukan untuk tekanan atau beban kerja yang bervariasi yang
disesuaikan dengan spesifikasi kompresor.
• Pada masing-masing kondisi pengujian, temperatur kerja fluida dianggap
sama.
10
CY
LIN
DE
R P
RE
SS
UR
E
Ps
Pd
VOLUME
SUCTION VALVE
DISCHARGE VALVE
Udara luar
Tangki penampung
PV Diagram
11
•
Pd
CY
LIN
DE
R P
RE
SS
UR
E
SUCTION VALVE
DISCHARGE VALVE
Udara luar
Ps
Tangki penampung
PV Diagram
VOLUME
12
CY
LIN
DE
R P
RE
SS
UR
E
• Ps
Pd
PV Diagram
Udara luar
Tangki penampung
VOLUME
compression
COMPRESSION
•
• CY
LIN
DE
R P
RE
SS
UR
E
Udara luar
Tangki penampung
Pd
Ps
PV Diagram
VOLUME
DISCHARGE
VALVE OPENS
14
•
•
•
CLEARANCE VOLUME
CY
LIN
DE
R P
RE
SS
UR
E
Udara luar
Tangki penampung
VOLUME
Pd
Ps
PV Diagram
STROKE VOLUME
DISCHARGE
DISCHARGE
VALVE CLOSES
16
•
•
•
• CY
LIN
DE
R P
RE
SS
UR
E
Tangki penampung
Pd
Ps
PV Diagram
VOLUME
Udara luar
SUCTION
VALVE OPEN
17
•
•
•
• CY
LIN
DE
R P
RE
SS
UR
E
Pd
Ps
PV Diagram
Tangki penampung
Udara luar
SUCTION
VOLUME SUCTION
VALVE CLOSE
METODOLOGI PERCOBAAN
Variable yang diukur adalah:
• Akselerasi getaran pada cylinder head
• Tekanan ruang silinder
Optical tachometer
Pressure transducer
accelerometer
Profil Valve Seat
Modifikasi profil
Profil A, sudut 10° dengan ¼ t, ½ t , ¾ t, dimana t = 8 mm
Profil B, sudut 20° dengan ¼ t, ½ t , ¾ t, dimana t = 8 mm
Profil C, sudut 30° dengan ¼ t, ½ t , ¾ t, dimana t = 8 mm
Profil D, sudut 40° dengan ¼ t, ½ t , ¾ t, dimana t = 8 mm
θ
Diagram Alir Penelitian
START
Memasang sensor getaran
dan tekanan di cylinder head
Menjalankan kompresor dan
memastikan temperatur kerja
relatif sama
Mengambil data getaran dan
tekanan kerja yang sesuai
dengan variasi
Valve seat sisi normal dan yang
dimodifikasi telah diuji semua
Rekam data getaran dan
tekanan untuk setiap valve
seat
Analisa data getaran dan
tekanan dari hasil
pengukuran
END
Mengganti valve seat sisi
tekan dengan profil
modifikasi yang lain
1. Studi Pustaka dan Setting
Perangkat Lunak
2. Memasang Profil Normal dan
Menyiapkan Kompresor
Y
N
Waveform getaran dan P-θ diagram, valve seat profil normal (3 bar)
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Getaran dan tekanan untuk profil normal
6 bar
5 bar
4 bar
3 bar
2 bar
LMF - Comp Recip
CPV - PTS=CV2 CV3 CV4 CV5 CV6
Revolution Number
Acc
ele
ra
tio
n i
n G
-s
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Plot
Span
-6
6
07-MAY-12 13:51:26
CPV -CV2
07-MAY-12 13:53:10
CPV -CV3
07-MAY-12 13:55:04
CPV -CV4
07-MAY-12 13:56:49
CPV -CV5
07-MAY-12 14:09:10
CPV -CV6
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 45 90 135 180 225 270 315 360
cyli
nd
er p
ress
ure
(k
Pa)
crank angle (degree)
P - θ diagram (normal)
2 bar
3bar
4bar
5bar
6bar
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 100 200 300 400 500 600 700
cyli
nd
er p
ress
ure
(k
Pa)
cylinder volume (cc)
P - V diagram (normal)
2 bar
3bar
4bar
5bar
6bar
Pengaruh Sudut Ketirusan LMF - Comp Recip
CPV - PTS=CV1 CV2 CV3 CV4 CV5
Revolution Number
Acc
ele
rati
on
in
G-s
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Plot
Span
-6
6
16-JUN-12 23:07:08
CPV -CV1
16-JUN-12 23:07:40
CPV -CV2
16-JUN-12 23:09:16
CPV -CV3
16-JUN-12 23:10:28
CPV -CV4
16-JUN-12 23:14:56
CPV -CV5
Waveform getaran, α = 30o, ½ t
2 bar
3 bar
4 bar
5 bar
6 bar
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 45 90 135 180 225 270 315 360
cyli
nd
er p
ress
ure
(k
Pa)
crank angle (degree)
P - θ diagram (30, 1/2t)
2bar
3bar
4bar
5bar
6bar
Pengaruh Kedalaman Ketirusan
LMF - Comp Recip
CPV - PTS=CV1 CV2 CV3 CV4 CV5
Revolution Number
Acc
ele
ra
tio
n i
n G
-s
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Plot
Span
-6
6
17-JUN-12 02:59:13
CPV -CV1
17-JUN-12 02:59:50
CPV -CV2
17-JUN-12 03:06:07
CPV -CV3
17-JUN-12 03:01:44
CPV -CV4
17-JUN-12 03:03:18
CPV -CV56 bar
5 bar
4bar
3 bar
2 bar
Waveform getaran, ½ t, α=40o
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 45 90 135 180 225 270 315 360
cy
lin
der
pre
ssu
re (
kP
a)
crank angle (degree)
P - θ diagram (P =4 bar)
1/4t, 20
1/2t, 20
3/4t,20
normal
Pengaruh Tekanan Kerja
Tekanan kerja yang semakin tinggi
Level getaran
Buka tutup katup discharge
Efisiensi volumetris
KESIMPULAN
• Pada umumnya, terjadi perbaikan pola getaran dengan pemberian ketirusan pada
lubang valve seat sisi tekan. Perbaikan akan berkurang jika pemberian ketirusan
ditingkatkan dari 30o menjadi 40o.
• Terjadi rentang bukaan katup discharge yang lebih lama sebagai akibat pemberian
ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan, utamanya disebabkan oleh proses buka
katup discharge yang berlangsung lebih awal daripada saat buka katup discharge
dari profil normal.
• Pada umumnya, terjadi peningkatan tekanan discharge dengan pemberian ketirusan
pada lubang valve seat sisi tekan.
• Sebagai akibat peningkatan dari beban/tekanan kerja kompresor, terjadi
peningkatan level getaran, penurunan rentang waktu proses buka-tutup katup tekan
maupun katup hisap, dan peningkatan tekanan discharge.
• Secara umum terjadi perbaikan efesiensi volumetris kompresor dibandingkan
dengan valve seat profil normal. Perbaikan akan berkurang jika sudut ketirusan
ditingkatkan dari 30° menjadi 40°, dan tebal ketirusan dari ½ t menjadi ¾ t.
• Tekanan kerja yang semakin tinggi cenderung menurunkan efesiensi volumetris
kompresor.
SARAN
• Pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan yang
disertai dengan penambahan sudut fillet pada ‘ujung’ tirus
(tidak bersudut tajam seperti yang dilaporkan pada T.A. ini).
• Pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan dalam
arah yang ‘terbalik’ dari yang dilaporkan pada T.A. ini.
• Pencarian nilai sudut optimal dan kedalaman optimal pada
pemberian ketirusan pada lubang valve seat sisi tekan.
REFERENSI [1]. Foreman, Skip, "Compressor Valves and Unloders for Reciprocating
Compressors”, Dresser-Rand Technology, pp. 1-19, New York, 2002.
[2]. Lawrence Berkeley National Laboratory, Improving Compressed Air System
Performance, US Department of Energy, Washington, DC., 2003.
[3]. Raju, K. Nagabhushan, Industrial Energy Conservation Techniques : Concepts,
Applications And Case studies, Atlantic Publishers and Distibutors, New Delhi,
2007.
[4]. Sustainable Energy Development Office, “Compressed Air Systems”. Perth 2002.
[5]. Hanlon, P. C, Compressor Handbook, McGraw-Hill Companies, New York, 2001.
[6]. Girdhar, Paresh, Practical Machinery Vibration Analysis and Predictive
Maintenance, Integra Software Services Pvt. Ltd, Pondicherry, India, 2004.
[7]. Bloch, Heinz P, and Hoefner, John J, Reciprocating Compressor Operation and
Maintenance, Gulf Publishing Company, Houston, 1996.
[8]. Rovaris, Joao B., and C.J. Deschamps, ‘’Large Eddy Simulation Applied To
Reciprocating Compressors’’, Journal Of Barzilian Society Of Mechanical Science
& Engineering, vol.XXVIII, no. 2. pp.208-215, 2006.
[9]. Y. Ma, Y.N. Gan, X.Y. Peng, Z.W. Xing, “Experimental investigation of the
discharge valve dynamics in a reciprocating compressor for trans-critical CO2
refrigeration cycle’’, Elsevier Ltd, pp. 1-9, China, 2010.