PERHITUNGAN HEAT GENERATION MECHANICAL SEAL PADA POMPA SENTRIFUGAL 019P111A JENIS OVERHUNG DI PT. PERTAMINA (PERSERO) REFINERY UNIT IV CILACAP
Nama NPM Jurusan Pembimbing
: : : :
Abdi Pangestu 20411009 Teknik Mesin Iwan Setyawan, ST., MT.
Latar Belakang Mechanical seal merupakan sistem sealing di dalam pompa karena sangat menentukan keberhasilan kerja suatu pompa. Kendala yang biasanya terjadi pada pompa yaitu terdapat di dalam sistem sealing karena pada saat pengoperasiannya biasanya sering terjadi kegagalan. Penyebab kegagalan pada pompa yang sering terjadi adalah akibat kebocoran atau kerusakan pada mechanical seal yang tidak dapat diprediksi karena disebabkan tanda awal kerusakan tidak dapat diidentifikasi. Kerusakan yang terjadi pada mechanical seal juga biasanya terjadi akibat adanya panas yang timbul (heat generation) di bagian mechanical seal karena adanya gaya gesek yang berlebih disebabkan karena kecepatan putaran dan berpengaruh pada bagian mechanical seal sehingga mengalami kerusakan.
Tujuan Menghitung panas yang terjadi dan timbul pada mechanical seal agar tidak sering mengalami kerusakan pada pompa 019P111A di PT. Pertamina RU IV Cilacap
Pompa 019P111A Pompa 019P111A merupakan salah satu pompa sentrifugal jenis overhung yang dimiliki oleh PT. Pertamina RU IV Cilacap. Pompa ini
Produk Cylinder Compressi Type K15 bekerja dengan penggerak motor sebagai penggerak utamanya. Dilihat dari performanya pompa ini dapat bekerja dengan kecepatan putaran mencapai sekitar 1460 rpm dan kecepatan putaran motor mencapai 1500 rpm. Pompa ini bekerja mengalirkan fluida yaitu air.
Data Pompa 019P111A Ini merupakan data spesifikasi dari pompa 019P111A yang terdapat di PT.Pertamina RU IV Cilacap : Spesification Pump
Tag no. pump Manufacture Type of sealing Service
019P111A Ingersoll - Rand Mechanical Seal Heater Circulating Operating Condition
Liquid Capacity Temperature RPM Rated BHP Nozzles Suction Discharge Impeller type Bearing type Mfr. Coupling Mfr. mechanical seal
Water 419 m³ / Hours Normal : 217o C, Max : 231o C Performance 1460 rpm 145 HP Material of Construction Size Rating Facing Location 10 cm 300 R.F End 8 cm 300 R.F Top Closed Radial, Thrust Fast, Spacer type Borg Warner
Flowchart Perhitungan Heat Generation pada Mechanical Seal Pompa 019P111A Start
Perhitungan Luas Face Perhitungan Seal Balance
Perhitungan Tekanan Pegas Perhitungan Tekanan Face Total
Perhitungan Diameter Meanface
Perhitungan Torsi Running
Perhitungan Daya
Perhitungan Panas Yang Timbul (Qheat)
Finish
Perhitungan Heat Generation pada Mechanical Seal Pompa 019P111A Perhitungan untuk menentukan panas yang timbul di dalam mechanical seal terlebih dahulu melakukan pengukuran komponen mechanical seal pada bagian seal face menggunakan jangka sorong yang terdapat di gudang PT. Pertamina RU IV Cilacap. didapat data sebagai berikut : •
Diameter luar pada seal face : OD = 90,01 mm
•
Diameter dalam pada seal face : ID = 83,63 mm
• Diameter seal balance : BD = 85,32 mm Pengukuran Bagian Rotating dari Mechanical Seal
Kemudian pengukuran selanjutnya dilakukan pengukuran pada pegas yang terdapat di mechanical seal. Dimensi ini didapat dari pengukuran pegas mechanical seal dengan menggunakan jangka sorong, di dapat data sebagai berikut : • Diameter kumparan pegas : D : 5,60 mm • Diameter kawat pegas : d : 0,88 mm Diameter kawat • Jumlah Lilitan pegas : 14 lilitan Diameter Kumparan Jumlah lilitan pegas
Pegas Helikal pada Mechanical Seal Pegas Kompresi Helikal
Fsp = k x ∆x Sebelum menghitung tekanan pegas, pada perhitungan ini diperlukan nilai gaya pegas untuk mendapatkan nilai ketetapan pegas dan perpindahan pegas. Menurut teori Castigliano harga ketetapan pegas dapat diketahui dengan menggunakan rumus sebagai berikut[4] : G × d4 𝑘 = 8 × D3 × Jumlah lilitan
Jadi pada perhitungan ini untuk mendapatkan nilai ketetapan pegas yaitu dengan menentukan material pegas yang digunakan. Berdasarkan data material pegas, material pegas mechanical seal yang digunakan ini yaitu dengan kode 316 menggunakan jenis stainless steel. Maka, G (modulus elastisitas pegas) = 10 Mpsi atau 10x106 Psi = 68948 N/mm2
Maka nilai ketetapan pegas (k) adalah :
k=
G × d4 8 × D3 × Jumlah lilitan
=
68948
N mm2
× (0,88 mm)4
8 × (5,60 mm)3 × 14
= 2,06
N mm
Nilai ketetapan pegas ini hanya untuk 1 pegas. Pegas yang terdapat di dalam mechanical seal ini ada 8 pegas dan dipasang secara paralel, sehingga untuk mendapatkan nilai ketetapan pegas secara keseluruhan yaitu :
Kparalel = (2,06 N/mm x 8) = 16,48 N/mm Diketahui nilai x1 dan x2 yaitu sebagai nilai perpindahan pegas (∆x) : ∆x = x1 - x2 = (92,08 mm - 88,11 mm) = 3,97 mm Maka nilai gaya pegas yang didapat yaitu : Fsp = k x ∆x = 16,48 N/mm x 3,97 mm = 65,42 N
•
Tekanan pada stuffing box : Dp = 61,21 Psi = 0,422 N/mm2
• Kecepatan putaran face : N = 1460 rpm • Koefisien pressure drop K = 0,5 (asumsi) •
Koefisien friksi f = 0,07
Nilai koefisien friksi ini di dapat dari jenis material primary ring yaitu carbon dan material mating ring yaitu tungsten carbide.
Koefisien Friksi
Perhitungan : 1. Luas face : A
=
π 4
=
3,14 4
×
OD2 − ID2 × ( 90,01 mm
(mm2 ) 2
− 83,63 mm)2
= 869,63 mm2 2. Seal balance : B
=
OD2 ;BD2 OD2 ;ID2
= 0,742
=
(90,01 mm)2 ; (85,32 mm)2 (90,01 mm)2 ; (83,63 mm)2
3. Tekanan pegas : Psp = = =
𝐹𝑠𝑝 A
(
N ) mm2
65,42 N 869,63 mm2 0,075
N mm2
4. Tekanan face total : 𝐷𝑝 × 𝐵 − 𝐾 + 𝑃𝑠𝑝
Ptotal
=
Ptotal
= 0,422
N mm2
= 0,177
N mm2
(
N mm2
)
× 0,74 – 0,5 + 0,075
N mm2
5. Diameter meanface : MD =
(OD:ID) 2
MD =
(90,01 mm ; 83,63 mm) 2
=
(mm)
86,82 mm
6. Torsi running : RT
=
Ptotal × A × 𝑓 ×
RT
=
0,177
=
N mm2
0,43 Nm
MD 2000
(Nm)
× 869,63 mm2 × 0,07 ×
(86,82 mm) 2000
7. Daya : P =
RT × N 9550
(kW)
0,43 Nm × 1460 rpm P = 9550
= 0,065 kW 8. Panas yang timbul :
Qheat = P × 3412
(Btu/hours)
Qheat = 0,065 kW × 3412
= 221,78 𝐵𝑡𝑢/ℎ𝑜𝑢𝑟𝑠
Kegunaan Perhitungan Heat Generation Kegunaan yang didapat setelah menghitung heat generation adalah untuk menghitung beban panas yang terdapat pada mechanical seal di pompa 019P111A sehingga menyebabkan kerusakan. Material face mechanical seal untuk pompa 019P111A yaitu jenis material seal face yang digunakan pada bagian primary ring adalah carbon dan material pada bagian mating ring adalah tungsten carbide sehingga menimbulkan panas yaitu 221,78 btu/hours. Material lain yang dapat digunakan dan dapat diganti untuk mengantisipasi dan mengurangi terjadinya panas berlebih yaitu dapat menggunakan material pada bagian primary ring yaitu carbon dan pada bagian mating ring yaitu silicon carbide. Nilai koefisien friksi yang dimiliki material tungsten carbide yaitu 0,07 dan nilai koefisien friksi yang dimiliki silicon carbide yaitu 0,02. Nilai koefisien pada material sangat menentukan pada perhitungan panas ini karna koefisien friksi mempengaruhi gaya gesek material pada bagian face ini. Jadi material yang lebih baik dan lebih tepat adalah silicon carbide karna memiliki nilai koefisien friksi yang lebih kecil.
Kesimpulan 1. 2. 3.
4.
5.
6.
Sistem sealing pada pompa sering terjadi kebocoran atau kerusakan pada bagian mechanical seal. Pada pompa 019P111A di bagian mechanical seal sering timbul panas di bagian seal face. Proses perhitungan heat generation didapatkan panas yang timbul sebesar 221,78 Btu/hours yang dihasilkan oleh mechanical seal pada bagian seal face di pompa 019P111A yang dimiliki oleh PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit IV Cilacap. Hasil perhitungan heat generation yang telah di hitung dapat digunakan untuk menentukan proses laju pendinginan dan menentukan fluida yang sesuai untuk proses pendinginan dan pelumasan pada bagian mechanical seal. Material lain yang dapat digunakan dan dapat diganti untuk mengantisipasi dan mengurangi terjadinya panas berlebih yaitu dapat menggunakan material pada bagian primary ring yaitu carbon dan pada bagian mating ring yaitu silicon carbide. Koefisien friksi dapat mempengaruhi gaya gesek material pada bagian face tersebut.
