PROFOSAL TA MENGANALISA KEBOCORAN MECHANICAL SEAL PADA POMPA GRUNDFOS Di PDAM INTAN BANJAR
Oleh : Nama : Rizky Noor Fatharassukma NIM
: H1F113222
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARBARU 2016 i
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, berkat rahmat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan proposal ini sesuai dengan waktu yang ditentukan.Proposal ini merupakan salah satu tugas matakuliah Metodologi Penelitian Teknik Mesin Universitas Lambung Mangkurat. Paparan dan data yang kami sajikan pada proposal ini merupakan hasil pengamatan lapangan, study literatur dan data lapangan, dengan materi baha san dalam lingkup bidang proses dan teknik. Dengan keterbatasan data dan waktu diharapkan tidak mengurangi maksud dan tujuan yang hendak disampaikan.
Dalam pembuatan proposal ini, penulis mengakui bahwa terdapat banyak kekurangan, baik dari segi ilmu maupun penulisannya. oleh sebab itu semua kritik dan saran yang bersifat membangun akan penulis terima dengan segala senang hati. Akhir kata penulis harapkan semoga laporan ini menjadi suatu hal yang bernilai, dan bermanfaat bagi pembaca maupun penulis sendiri. Amin.
Banjarbaru, 7 November 2016 Penulis
Rizky Noor Fatharassukma NIM H1F11322
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL............................................................................................. i KATA PENGANTAR ........................................................................................ .ii DAFTAR ISI....................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vi BAB I PENDAHULUAN 1.1
LatarBelakang ................................................................................... 1
1.2
Rumusan Maasalah ........................................................................... 1
1.3
Batasan Masalah................................................................................ 2
1.4
Tujuan ............................................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Rotating Equipment .......................................................................... 3
2.2
TeoriDasarPompa.............................................................................. 3
2.3
PrinsipKerjaPompa ........................................................................... 4
2.4
KlasifikasiPompa .............................................................................. 5
2.5
TeoriDasarPompaSentrifugal .......................................................... ..9 2.5.1 Klasifikasi Pompasentrifugal PDAM Intan Banjar............. 10 2.5.2 Bagian-bagian Pompa Sentrifugal ...................................... 12
2.6
2.5.3
Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal......................................... 15
2.5.4
Komponen - komponen Pompa Sentrifugal........................ 16
Mechanical Seal .............................................................................. 18 2.6.1
Fungsi Mechanical Seal ...................................................... 18
2.6.2
Komponen - komponen Mechanical Seal ........................... 20
2.6.3
Cara Kerja Mechanical Seal................................................ 22
BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 24 3.2 Waktu Dan Tempat............................................................................ 24 3.3 Metode Penelitian.............................................................................. 25 3.4 Metode Analisis Kasus ...................................................................... 25
iii
3.5 Spesifikasi Pompa ............................................................................. 25 3.6 Cara Kerja Pompa.............................................................................. 26 3.7 Prosedur Pompa................................................................................. 27 3.8 DAFTAR PUSTAKA
iv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.
a) Pemasukan dengan hisapan dan b) Pemasukkan dengan dorongan/tekanan
Gambar 2.2.
a) Penampang impeler b) Perubahan energi pompa
Gambar 2.3. Klasifikasi Pompa Gambar 2.4. Gear Pump a) Pompa roda gigi luar b) Pompa roda gigi dalam Gambar 2.5.Vane Pump Gambar 2.6.Screw Pump Gambar 2.7 Lobe pump Gambar 2.8.Diaphragm Pump Gambar 2.9 Pompa aliran radial Gambar 2.10 Pompa aliran aksial Gambar 2.11 Pompa aliran campur Gambar 2.12 Pompa Volut Gambar 2.13 Pompa difuser Gambar 2.14 Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal Gambar 2.15 Mechanical Seal Gambar 2.16 Bagian – bagian Mechanical Seal Gambar 2.17 Komponen Mechanical Seal Gambar 2.18 Point Mechanical Seal Gambar 3.1 SkemaPenelitian Gambar 3.2 pompa sentrifugal GRUNDFOS Gambar 3.3 Mechanical Seal Gambar 3.4 Ishikawa Diagram
v
vi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG Pompa adalah suatu mesin konversi energi yang berfungsi memindahkan fluida zat cair dimana dalam prosesnya terjadi perubahan tekanan. Dalam konsep termodinamika pompa merupakan suatu sistem dimana fluida yang mengalir didalamnya mengalami tingkat keadaan berupa peningkatan tekanan,laju aliran dan temperature. PDAM Intan Banjar dalam proses produksinya didukung oleh mesin pompa jenis sentrifugal yang berfungsi untuk memindahkan fluida (air) dari satu tempat ke tempat yang lain, jadi pompa sentrifugal digunakan untuk mensuplai air dari bak penampungan (reservoir) kemudian didistribusikan ke pelanggan. Sebab itu jika peralatan yang menunjang kegiatan untuk mendisribusikan air kepelanggan mengalami masalah, maka di perlukan perawatan terhadap mesin-mesin yang bekerja untuk mengurangi serta mencegah kerusakan fatal agar suplai air kepelanggan bekerja secara maksimal. Sehingga penulis tertarik mengambil judul proposal yang berjudul “Menganalisa Kebocoran Mechanical Seal Pada Pompa GRUNDFOS Di PDAM Intan Banjar”
1.2 RUMUSAN MASALAH Dari permasalahan yang akan dibahas, diberi batasan-batasan pada permasalahan tersebut, guna memperjelas bagian mana dari persoalan yang akan dikaji, agar tidak menyimpang dari topik permasalahan yang utama. Persoalan yang akan dibahas a.
Permasalahan pada Kebocoran Mechanical Seal pada pompa GRUNDFOS.
b.
Bagaimana cara mencegah kerusakan fatal pada pompa GRUNDFOS.
1
c.
Bagaimana cara agar Mechanical Seal bertahan lama atau memperpanjang umur Mechanical Seal.
1.3 BATASAN MASALAH Agar pembahasaan tidak meluas maka batasan masalah penelitian ini adalah menganalisa Kebocoran Mechanical Seal pada pompa GRUNDFOS dan bagaimana perawatan perawatan agar Mechanical seal tidak cepat aus.
1.4 TUJUAN a.
Mengetahui kerusakan pompa GRUNDFOS, yaitu kebocoran pada Mechanical Seal pompa tersebut.
b.
Mengetahui bagaimana mechanical seal dapat bertahan lama.
c.
Mencegah kerusakan fatal pompa akibat Mechanical Seal Aus / Rusak
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Rotating Equipment Rotating Equipment adalah peralatan mekanis yang berfungsi untuk menambahkan energi kinetik pada suatu proses yang bekerja dengan cara berputar. Energi kinetik tersebut digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain. Peralatan rotating banyak digunakan di perindustrian. Secara umum Rotating Equipment terdiri atas : a.
Pompa
b.
Turbin
c.
Kompresor
d.
Blower
e.
Dan lain – lain. Didalam proposal ini hanya akan dijelaskan perihal Pompa
khususnya tipe Pompa Sentrifugal sesuai dengan inti dari laporan ini. 2.2. Teori Dasar Pompa Menurut Samsudin, dkk (2008) pompa adalah mesin konversi energy yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi, atau dari suatu tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi dengan melewatkan fluida tersebut pada sistem perpipaan. Dengan demikian dalam instalasi pompa, peralatan yang diperlukan adalah : 1. Pompa 2. Pipa hisap dan pipa tekan 3. Alat-alat bantu lainnya Menurut Riman Sipahutar (2005) untuk merancang instalasi pompa perlu diperhatikan letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap dan posisi pompa sebisa mungkin tidak terlalu jauh dengan tadah hisap serta tidak memerlukan terlalu banyak belokan. Hal tersebut dilakukan dengan 3
tujuan agar kerugian head hisap dapat dikurangi sehingga kesulitan yang mungkin timbul pada waktu operasi dapat diminimalkan. Pada gambar 2.1. dibawah ini merupakan variasi instalasi pompa menurut tadah hisap.
(a) Gambar 2.1.
(b) a) Pemasukan dengan hisapan dan b) Pemasukkan dengan dorongan/tekanan
Pada gambar 2.1.(a) diatas merupakan instalasi pompa dengan hisapan, dimana untuk operasi pompa ini agak sulit dipakai untuk operasi pompa secara otomatis disebabkan karena saluran hisapannya belum terisi fluida ataupun terjadi kebocoran pada sistem perpipaan di saluran hisap. kecuali dengan pompa vakum untuk memancing fluida. Sedangkan pada gambar 2.1.(b) merupakan kondisi kerja pompa dengan dorongan atau tekanan, dimana operasi pompa ini dapat beroperasi secara otomatis sebab saluran hisap selalu terisi dengan fluida yang dipompakan. 2.3. Prinsip Kerja Pompa Pada gambar 2.2. dibawah ini merupakan prinsip kerja pompa dimana aliran air didalam pompa akan ikut berputar karena gaya sentrifugal dari impeler yang berputar.
4
(a)
(b)
Gambar 2.2. a) Penampang impeler b) Perubahan energi pompa Pada pompa terdapat sudu-sudu impeler yang berfungsi mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ketempat yang lebih tinggi. Impeler dipasang pada poros pompa yang berhubungan dengan motor pengerak, biasanya motor listrik atau motor bakar. Poros pompa akan berputar apabila pengeraknya berputar. Karena poros pompa berputar impeler dengan sudu-sudu impeler berputar zat cair yang ada didalamnya kecepatanya
akan
ikut
berputar
sehingga
tekanan
dan
naik dan terlempar dari tengah pompa ke saluran yang
berbentuk volut atau sepiral dan disalurkan keluar melalui nosel. Jadi fungsi impeler pompa adalah merubah energi mekanik yaitu putaran impeler menjadi energi fluida (zat cair). Jadi, zat cair yang masuk pompa akan mengalami pertambahan energi Pertambahan energi pada zat cair mengakibatkan pertambahan head tekan, head kecepatan dan head potensial. Jumlah dari ketiga bentuk head tersebut dinamakan head total. Head total pompa juga bisa didefinisikan sebagai selisih head total (energi persatuan berat) pada sisi isap pompa dengan sisi keluar pompa.
2.4. Klasifikasi pompa Menurut Samsudin, dkk (2008) klasifikasi pompa dilihat berdasaran head atau berdasarkan debit. Untuk positif displacement pump, yang diinginkan adalah debit dan untuk dynamic pump, yang diinginkan adalah head. Untuk klasifikasi pompa dapat dilihat pada gambar 2.3. dibawah ini.
5
Pumps
Positive
Non Positive Displacement
Displacement
(Dynamic Pumps)
Rotary
Reciprotating
Centrifugal
Gear
Piston
Vane
Diaphragm
SpecialEffect
Screw Lobe
Gambar 2.3. Klasifikasi Pompa
1. Pompa Perpindahan Positif (Positive Displacement Pumps) Pompa ini bekerja dengan mengalirkan fluida dimana fluida dimasukkan dalam sebuah rongga yang dapat mengekspansikan kemudian fluida tersebut dipaksa keluar (diekspansikan) melalui bagian outlet yang berukuran lebih kecil sehingga tekanan fluida menjadi tinggi. Adapun kelebihan dari pompa perpindahan positif yaitu : a.
Performance fleksibilitas yang tinggi.
b.
Ukuran relative kecil.
c.
Efisiensi volumetric yang tinggi.
d.
Menghasilkan tekanan fluida yang tinggi.
Pompa perpindahan positif ini dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu : a.
Rotary Pompa rotary adalah pompa perpindahan positif dimana energi
6
mekanis
ditransmisikan
dari
mesin
penggerak
kecairan
dengan
menggunakan elemen yang berputar (rotor) didalam rumah pompa (casing). Adapun pembagian rotary yaitu :
1) Gear pumps Cara kerja pompa ini secara umum adalah pertama tekanan atmosfir dalam tangki memaksa fluida masuk melalui port inlet dan masuk kedalam selah-selah roda gigi yang berputar kearah luar.Gambar gear pump dapat dilihat pada gambar 2.4. dibawah ini.
(b) (a) Gambar 2.4.Gear Pump a) Pompa roda gigi luar b) Pompa roda gigi dalam 2) Vane pumps Pada pompa vane ini, rotornya berupa elemen berputar yang dipasang eksentrik dengan rumah pompa. Pada keliling rotor terdapat alur-alur yang diisi bilah-bilah sudu yang dapat bergerak bebas. Ketika rotor diputar sudusudu bergerak dalam arah radial gaya sentrifugal sehingga salah satu ujung sudu selalu kontak dengan permukaan dalam rumah pompa membentuk sekat-sekat didalam pompa.Gambar vane pump dapat dilihat pada gambar 2.5. dibawah ini.
Gambar 2.5.Vane Pump 7
3) Screw pumps Pompa skrup ini mempunyai satu, dua, tiga yang berputar dalam rumah pompa yang diam. Tersedia sejumlah besar desain untuk berbagai penggunaan.Gambar screw pump dapat dilihat pada gambar 2.6. dibawah ini.
Gambar 2.6.Screw Pump 4) Lobe pumps Pompa cuping (lobe pumps) ini mirip dengan pompa jenis pompa roda gigi dalam hal aksinya dan mempunyai dua rotor atau lebih dengan dua, tiga, empat kuping atau lebih pada masing-masing rotor. Pompa ini biasa digunakan pada berbagai macam jenis aplikasi industry yang disebutkan tadi karena: -
Memberikan kualitas yang baik dalam kesehatan.
-
Efisiensi tinggi.
-
Tahan uji.
-
Tahan terhadap korosi.
-
Kebersihan ditempat baik.
Untuk gambar lobe pump dapat dilihat pada gambar 2.7. dibawah ini.
Gambar 2.7 Lobe pump
8
b. Reciprotating. Pompa reciprotating adalah
pompa dimana energi mekanik
dari penggerak pompa diubah menjadi energi aliran dari cairan yang dipompa dengan menggunakan elemen yang bergerak bolakbalik di dalam silinder. 1) Diaphragm Pump Pompa diaphragm ini memiliki daya hisap yang
baik,
beberapa diantaranya merupakan pompa bertekanan rendah dengan laju
aliran
yang rendah pula, terdapat pula pompa yang
memungkinkan untuk laju aliran yang tinggi, tergantung diameter kerja efektif diaghragm dan lebar langkah.Gambar diaphragm pump dapat dilihat pada gambar 2.8. dibawah ini.
Gambar 2.8.Diaphragm Pump 2.
Non Positive Displacement Pump (Dynamic Pump) Pompa dinamik atau dynamic pumps merupakan pompa yang bekerja
dengan cara memutar impeler yang akan merubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida. Pompa ini terdiri dari centrifugal pumps (pompa sentrifugal) dan special effect (khusus).
2.5
Teori Dasar Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal adalah pompa yang menggunakan prinsip gaya
sentrifugal dalam operasinya. Tenaga ini bekerja pada semua bagian yang berputar pada suatu sumbu. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeler di dalam fluida. Maka fluida yang ada di dalam
9
impeler oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbulnya gaya sentrifugal maka fluida mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Disini head tekanan fluida menjadi lebih tinggi. Demikian juga head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Fluida yang keluar dari impeler dan disalurkan keluar pompa melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan. Pompa sentrifugal (gambar 2.1)dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Dalam hal ini pompa sentrifugal disebut juga mesin kerja sedangkan impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada fluida sehingga energi yang dikandungnya menjadi tambah besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair antara pipa hisap (suction) dan pipa keluar (discharge) pompa disebut head total pompa.
2.5.1 1. a.
Klasifikasi Pompa Sentrifugal Berdasarkan bentuk impelernya Pompa aliran radial Pompa aliran radial mempunyai impeller yang membuang cairan ke dalam rumah spiral yang secara berangsur – angsur berkembang. Hal ini bertujuan untuk mengurangi kecepatan cairan sehingga dapat dirubah
menjadi tekanan statis. Pompa radial mempunyai kontruksi
yang mengakibatkan zat cair keluar dari impeler arah alirannya akan tegak lurus dengan poros pompa
Gambar 2.9 Pompa aliran radial
10
b.
Pompa aliran aksial Pompa aliran aksial menghasilkan tekanan tinggi oleh propeller akibat
aksi pengangkatan baling – baling pada cairan. Diameter sisi buang sama besar dengan diameter sisi masuk. Pompa aksial mempunyai kontruksi yang mengakibatkan zat cair keluar dari impeler arah alirannya akan sejajar dengan poros pompa.
Gambar 2.10 Pompa aliran aksial c.
Pompa aliran radial dan axial ( aliran campur) Pompa aliran campuran menghasilkan tinggi tekanan atau head
sebagian oleh pengangkatan baling-baling pada cairan. Arah aliran berbetuk kerucut mengikuti bentuk impelernya. Diameter sisi buang baling-baling lebih besar dari diameter sisi masuk.
Gambar 2.11 Pompa aliran campur d.
Peripheral Cairan pada jenis ini diatur oleh baling-baling impeller dengan
kecepatan yang tinggi selama hampir satu putaran di dalam saluran yang berbentuk cincin. Energi ditambahkan ke cairan dalam sejumlah impuls.
11
2.
Berdasarkan bentuk rumah pompa 1. Pompa volut, pompa dengan rumah berbentuk volut Pada pompa ini diperlihatkan sebuah impeller mengeluarkan cairan
ke dalam rumah berbentuk spiral, untuk mengurangi secara proporsional kecepatan cairan. Dengan demikian, sebagian energi kecepatan cairan diubah ke bentuk energi tekanan.
Gambar 2.12 Pompa Volut
2.
Gambar 2.13 Pompa difuser
Pompa difuser, pompa dengan rumah berbentuk diffuser Sudu-sudu pengaur stasioner mengelilingi impeler dalam pompa
jenis diffuser. Saluran yang membesar bertahap ini mengubah arah aliran cairan dan mengubah energy kecepatan kepada head tekan.
2.5.2 Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat sepert gambar berikut :
Gambar 2.14 Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal 12
A.
Stuffing Box Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah
dimana poros pompa menembus casing.
B.
Packing Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari
casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon. C.
Shaft (poros) Poros adalah alat yang berfungsi untuk menyalurkan momen putar
atau gaya putar dari penggerak pompa kepada impeler. Poros harus berukuran cukup guna menahan beraneka macam beban yang disalurkan oleh penggerak, impeler packing dan lain-lain. Sumbu pompa dibuat sebagai sumbu sambungan tunggal dan sambungan ganda. Sumbu sambungan ganda menjorok melalui kedua bantalannya melalui pompa rumah belah horizontal dan diputar dari salah satu penggerak utama.
D.
Shaft sleeve Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan
keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.
E.
Vane Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
F.
Casing Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai
pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single
13
stage). Rumah pompa biasanya terbuat dari besi tuang. Rumah pompa sentrifugal berupa terbelah horizontal (aksial), vertikal (radial). Rumah belah horizontal disebut juga rumah belah aksial. Kedua model pengeluaran dan hisapannya biasanya ada pada bodi rumah yang bawah. Belahan yang atas untuk memudahkan inspeksi. Rumah belah vertikal juga dinamakan rumah belah radial, digunakan pada pompa jenis sambungan tertutup juga pada rancangan bagian hisap yang dipasang pada rangka. Pompa rumah dinding diklasifikasikan sebagai rumah belah vertikal untuk pompa multi tingkat (multistage) yang digunakan untuk pompa tekanan tinggi.
G.
Eye of Impeller Merupakan Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
H.
Impeller Impeler biasanya terbuat dari besi cor. Untuk fluida-fluida khusus,
impeler ini dapat dibuat dari baja tahan karat, timah hitam, kaca atau bahanbahan sesuai dengan keperluannya. Macam-macam impeler yaitu :
Impeler terbuka yaitu impeler yang mempunyai baling-baling yang dipasang pada pusat poros dengan dinding yang relatif kecil.
Impeler semi terbuka, yaitu impeler yang mempunyai selubung atau dinding pada satu sisi saja
Impeler tertutup, yaitu impeler yang mempunyai selubung atau dinding pada kedua sisinya untuk menutup aliran fluida Disamping diklasifikasikan sesuai dengan kecepatan spesifik (analisis
pompa), jenis impeler dan bagaimana fluida masuk, detail dari sudu-sudu vanes dan kegunaannya. Impeler yang terbuka dilengkapi dengan sudu-sudu pada map pusat dengan selubung yang relatif kecil. Impeler semi terbuka mempunyai selubung atau dinding hanya pada satu segi. Impeler terbuka digunakan untuk menangani fluida yang berisi padat, seperti saluran kotoran danlimbah. 14
I.
Wear Ring Wear ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang
melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller. J.
Bearing Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari
poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
2.5.3 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal Dalam aplikasinya digunakan tekanan atmosfer, atau tekanan lainnya, untuk memberi gaya pada fluida yang kemudian impeller akan mengeluarkan fluida dengan kecepatan keluar yang lebih tinggi. Kecepatan ini kemudian dikonversi ke energi tekanan. Pompa sentifugal meningkatkan tekanan dengan mempercepat fluida kerja lalu memperlambatnya. Fluida masuk melalui suction pompa ke impeller, lalu terperangkap di antara sudu impeller. Impeller yang berputar membuat fluida bergerak cepat dan terjadi peningktan kecepatan. Dengan Hukum Bernoulli di mana ketika kecepatan meningkat maka terjadi penurunan tekanan, dan dengan adanya daerah bertekanan-rendah di
impeller, maka fluida
yang
meninggalkan diameter luar impeller akan menghantam dinding dalam volute. Dengan begitu kecepatan akan menurun dan terjadi peningkatan tekanan, yang berarti kecepatan kini dikonversi menjadi head atau tekanan di discharge. Karena diameter impeller dan kelajuan motor cenderung konstan maka pompa sentrifugal tergolong ke mesin dengan head (tekanan) konstan.
15
2.5.4 Komponen-komponen Pompa Sentrifugal 1.
Impeller Impeller mengkonversi putaran mekanis ke kecepatan fluida, yang
beroperasi seperti roda berputar. Impeller biasa dibentuk dengan proses casting, sangat jarang melalui proses fabrikasi dan pengelasan. Beberapa impeller dilengkapi balance hole dan back vane untuk mereduksi beban aksial yang diakibatkan tekanan hidraulik. Untuk mereduksi losses akibat resirkulasi dan untuk meningkatkan efisiensi volumetrik maka ditambahkan wearing ring. Impeller dibedakan dalam tiga jenis, seperti yang sudah disebutkan, closed, open, dan semi-open. Closed impeller terdiri dari radial vane yang tertutup dari kedua sisi oleh dua disk yang disebut shroud, di mana jenis ini memiliki wear ring pada suction eye dan bisa juga memilikinya pada discharge eye. Semi-open impeller merupakan yang paling efisien dilihat dari pengeliminasian gesekan disk, namun beban aksial dari impeller ini umumnya lebih besar dari closed impeller. Open impeller memiliki tiga jenis shroud: fully-calloped, partially shroud, dan vortex.
2. Poros (Shaft) Pasangan rotor pompa meliputi poros, impeller, sleeve, seal, bearing¸dan coupling halve, di mana poros kemudian menjadi kunci utama rotor pompa. Poros menjadi bagian yang terkena beban selama operasi yang dapat berupa tension, compression, bending, dan torsi, yang dapat mengakibatkan kegagalan lelah (fatigue).
3. Rumah Pompa Pada keluaran impeller kecepatan fluida dapat mencapai 30-40 m/s yang lalu akan direduksi hingga 3-7 m/s di discharge. Reduksi ini terjadi di pump casing oleh recuperator, di mana energi kinetik fluida dikonversi ke energi tekanan. Konversi energi ini diharuskan memiliki loss yang rendah
16
agar tidak banyak mempengaruhi efisiensi pompa. Berbagai jenis recuperator adalah vaneless guide ring, concentric casing, volute casing, diffuser ring vanes, diagonal diffuser vanes, dan axial diffuser vane.
4. Bantalan (Bearing) Fungsi bearing pada pompa sentrifugal adalah menahan poros atau rotor untuk tetap berada pada garis arah (alignment) yang benar terhadap bagian stationary di bawah beban radial dan aksial. Maka itu terdapat dua bearing, yaitu radial bearing yang memposisikan secara radial dan thrust bearing yang memposisikan secara aksial.
5. Mechanical Seal Mechanical seal dilengkapi oleh dua permukaan lekat yang sempurna, satu diam (bagian stationary) dan lainnya bergerak (bagian rotary). Ketahanan kebocoran, yang pada gland packing berada di sepanjang axis dari poros, berada pada sumbu ortogonal. Permukaan seal tidak dapat saling bekerja tanpa adanya pelumas karena dapat mengakibatkan keausan dengan cepat dan malah dapat mengakibatkan kebocoran. Biasanya fluida sealant akan diinjeksi ke seal housing pada tekanan tertentu, yang mana akan melubrikasi dan mendinginkan face.
Gambar 2.15 Mechanical Seal
17
2.6 Mechanical Seal Adalah suatu alat mekanis yang berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida dari ruang/wadah yang memiliki poros berputar. Pengesilan terjadi karena alat mekanis tersebut memiliki 2 buah komponen muka akhir (end faces) pada posisi 90° terhadap sumbu poros yang senantiasa kontak satu dengan lainnya, karena adanya gaya axial dari pegas/spring. Mechanical seal umumnya terpasang pada bermacam jenis pompa seperti, centrifugal pump, gear pump, screw pump. Juga bisa dipasang pada peralatan mixer/agitator serta centrifugal/screw compressor. Dengan demikian bisa diambil simpulan definisi Mechanical Seal adalah Sebuah alat pengeblok cairan/gas pada suatu rotating equipment. Mechanical Seal yang terpasang pada peralatan pompa desainnya disesuaikan dengan kondisi operasi pompa tersebut, biasanya tergantung dengan faktor – faktor berikut: a.
Tekanan cairan (Pressure)
b.
Suhu cairan (Temperatur)
c.
Jenis cairan, Vapour pressure
d.
Ukuran poros (Shaft size)
e.
Kecepatan putaran (Spead atau RPM)
2.6.1 Fungsi Mechanical Seal Fungsi dari Mechanical Seal yaitu untuk mencegah terjadinya kebocoran fluida yang mengalir padanya. Mechanical Seal juga fungsi sebagai pengganti dari Gland Packing yang fungsinya sama untuk mencegah ke bocoran Fluida, namun Gland Packing terlalu sederhana untuk mencegah terjadinya kebocoran dan bila terjadi kerusakan pada Gland packing kita harus menggantinya dengan yang baru, beda halnya dengan Mechanical Seal, kita bisa merekondisi kembali Mechanical Seal tersebut dengan hanya Misalnya mengganti Seal Facenya saja, atau Melapping ulang Seal Facenya saja.
18
Seal faces adalah bagian paling penting, paling utama dan paling kritis
dari
sebuah Mechanical
sealing. Terbuat pencampuran,
dari atau
bahan
Seal dan Carbon
keramik
merupakan
dengan
titik primary
serangkaian
teknik
atau Ni-resist, atau Silicone
Carbide atau Tungsten Carbide. Seal faces berarti ada 2 sealface. Yang satu diam dan melekat pada dinding pompa, dan yang lainnya berputar, melekat pada shaft. Yang berputar biasanya terbuat dari bahan yang lebih lunak. Kombinasinya bisa berupa carbon versus silicone carbide, carbon vs ceramic, carbon vs tungten carbide, silicone carbide vs silicone carbide, silicone carbide vs tungsten carbide.
Gambar 2.16 Bagian - bagian Mechanical Seal Setelah memahami bagian-bagian yang menyusun Mechanical Seal, maka bisa dilanjutkan bahwa MechanicalSeal adalah suatu sealing device yang merupakan kombinasi menyatu antara sealface yang melekat pada shaft yang berputar dan sealface yang diam dan melekat pada dinding statis casing/housing pompa/tangki/vessel/kipas. Sealface yang ada pada shaft yang berputar seringkali disebut sebagai Rotary Face/Primary Ring. Sedangkan Sealface yang diam atau dalam kondisi stasioner sering disebut sebagai StationaryFace / Mating Ring / Seat.
19
Dengan demikian bisa diambil simpulan definisi Mechanical Seal adalah Sebuah alat pengeblok cairan/gas pada suatu rotating equipment, yang terdiri atas:
2.6.2
1.
Dua buah sealface yang bisa aus, dimana salah satu diam dan satunya lagi berputar, membentuk titik pengeblokan primer (primary sealing).
2.
Satu atau sekelompok o-ring/bellows/PTFE wedge yang merupakan titik pengeblokan sekunder (secondary sealing).
3.
Alat pembeban mekanis untuk membuat sealface saling menekan.
4.
Asesoris metal yang diperlukan untuk melengkapi rangkaian Mechanical Seal.
Komponen – komponen Mechanical Seal
Gambar 2.17 Komponen Mechanical Seal Komponen-komponen mechanical seal dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu bagian yang berputar dan bagian yang stasioner. 1. KomponenBerputar Bagian dari mechanical seal yang berputar, terkoneksi secara langsung ke poros pompa dan ikut berputar pada saat pompa bekerja. Komponen
yang
terhubung
langsung
dengan shaft adalah rubber
20
bellows (8). Tekanan dari pegas (6) yang diteruskan oleh torque transmission ring (7), menjaga agar rubber bellows selalu menempel ke sisi shaft dan ikut berputar. Pegas (6) berfungsi untuk mentransfer tekanan ke torque transmission ring sisi atas dan bawah (5 dan 7). Tekanan yang didistribusikan melalui torque transmission ring sisi atas (5) akan diteruskan ke rotating seal ring (4). Rotating seal ring adalah komponen mechanical seal yang terpasang dan ikut berputar bersama rubber bellows. Komponen ini bergesekan langsung dengan bagian yang stasioner. Sifat rubber bellows yang elastis dan fleksibel secara aksial, berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida kerja di antara shaft (9) dengan rotating seal ring (4). Tekanan dari pegas serta sifat rubber bellows yang dapat berdeformasi secara aksial, akan menjaga semua komponen seal saling menekan sehingga tidak terjadi kebocoran pada saat pompa beroperasi maupun tidak. 2. KomponenStasioner Komponen-komponen mechanical
seal yang
diam
terkoneksi
dengan casing/housing pompa (1). Komponen tersebut terdiri atas sebuah dudukan/stationery seat (3) dan secondary rubber seal (2). Secondary rubber seal berfungsi untuk mencegah terjadinya kebocoran di antara dudukan
dengan casing pompa.
Sedangkan stationery
seat menjadi
komponen yang bergesekan langsung dengan rotating seal ring. Oleh karena
itu, secondary
rubber (karet) seal juga
berfungsi
untuk
menjaga stationery seat agar tidak berputar mengikuti putaran rotating seal ring tersebut. Pada saat pompa bekerja, di antara dua komponen mechanical seal yang saling bergesekan yakni stationery seat dan rotating seal didesain terbentuk sebuah lapisan film. Lapisan ini terbentuk dari fluida kerja yang sangat
sedikit
jumlahnya
keluar
melalui
sela-sela
komponen-
komponen mechanical seal. Lapisan film tersebut berfungsi sebagai pelumas dan secara alami akan menguap akibat temperatur gesekan yang
21
tinggi. Penguapan tersebut tidak kasat mata, dan karena jumlahnya yang sangat sedikit maka dapat diabaikan. Namun apabila komponenkomponen mechanical seal tidak bekerja dengan baik, maka dapat menimbulkan kebocoran yang lebih besar. 2.6.3 Cara Kerja Mechanical Seal Titik utama pengeblokan dilakukan oleh dua sealfaces yang permukaannya sangat halus dan rata. Gesekan gerak berputar antara keduanya meminimalkan terjadinya kebocoran. Satu sealface berputar mengikuti putaran shaft, satu lagi diam menancap pada suatu dinding yang disebut dengan Glandplate. Meterial dua sealfaces itu biasanya berbeda. Yang satu biasanya bersifat lunak, biasanya carbon-graphite, yang lainnya terbuat dari material yang lebih keras seperti silicone-carbide. Pembedaan antara material yang digunakan pada stationary sealface dan rotating sealface adalah untuk mencegah terjadinya adhesi antara dua buah sealfaces tersebut. Pada sealface yang lebih lunak biasanya terdapat ujung yang lebih kecil sehingga sering dikenal sebagai wear-nose (ujung yang bisa habis atau aus tergesek).
Gambar 2.18 4 Point Mechanical Seal
22
Ada 4 (empat) titik sealing/pengeblokan, yang juga merupakan jalur kebocoran jika titik pengeblokan tersebut gagal. Silakan lihat gambar di atas. Titik pengeblokan utama (primary sealing) adalah pada contactface, titik pertemuan 2 buah sealfaces, lihat Point A. Jalur kebocoran di Point B diblok oleh suatu O-Ring, atau V-Ring atau Wedge (baca: WED). Sedangkan jalur kebocoran di Point C dan Point D, diblok dengan gasket atau O-Ring. ( Point B, C & D disebut dengan secondary sealing).
23
BAB III METODOLOGI
3.1
Diagram Alir Penelitian Langkah-langkah yang dilakukan dalam melakukan penelitian
adalah sebagai berikut : Mulai Studi Literatur Tinjauan Lapangan
Identifikasi Masalah Pengambilan Data Pengolahan Data dan Analisa Data Pembuatan Laporan Seminar Selesai Gambar 3.1 Skema Penelitian 3.2
Waktu Dan Tempat Waktu : 5 Februari s.d 30 Februari 2016 Tempat : PDAM Intan Banjar
24
3.3
Metode Penelitian Metode yang dipakai untuk mendapatkan data-data yang
diperlukan dalam kerja praktek ini adalah sebagai berikut : 1. Mengamati dan melihat langsung proses pengoperasian instalasi pompa. ( mengamati alat ukur RPM pompa ,kinerja dan operasi pompa) 2. Wawancara langsung dengan operator dan Supervesior pompa serta pihak-pihak lain yang berkepentingan. 3. Studi literature dari buku-buku yang terkait dengan kasus ini. 4. Membaca dan melakukan pengolahan data-data lapangan maupun dari log sheet operator.
3.4
Metode Analisis Kasus Studi lapangan dilakukan untuk mengamati secara langsung
instalasi pompa. Pemasangan Mechanical Seal serta perawatan dan data-data lainnya dilakukan di lapangan PDAM Intan Banjar. Adapun
komponen
yang
perlu
diperhatikan
dalam
pengambilan data yaitu pompa GRUNDFOS dan Mechanical Seal. 3.5 Spesifikasi Pompa
25
Gambar 3.2 pompa GRUNDFOS
Voltase
= 380 V
Arus Listrik
= 220 A
Daya motor
= 200 Kw
Bhp
= V x I x Cos ϕ = 380 Volt x 220 A x 0,89 = 74404 watt, atau 74,404 kilo watt
3.6
Cara Kerja Pompa Pada prinsipnya, pompa mengubah energi mekanik motor menjadi
energi aliran fluida. Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi tahanan-tahanan yang terdapat pada saluran yang dilalui. Pompa ini digerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Akibat dari putaran impeler yang menimbulkan gaya sentrifugal, maka zat cair akan mengalir dari tengah impeler keluar lewat saluran di antara sudu-sudu dan meninggalkan impeler dengan kecepatan yang tinggi. Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi kemudian melalui saluran yang penampangnya semakin membesar yang disebut volute, sehingga akan terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. Sedangkan proses pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang diantara sudu-sudu menjadi vakum, sehingga zat cair akan terisap masuk. Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar dan flens masuk disebut sebagai head total pompa. Sehingga dapat dikatakan bahwa pompa sentrifugal berfungsi mengubah energi mekanik
26
motor menjadi energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinu. Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa lain : 1. Pada head dan kapasitas yang sama, dengan pemakaian pompa sentrifugal umumnya paling murah. 2. Operasional paling mudah 3. Aliran seragam dan halus. 4. Kehandalan dalam operasi. 5. Biaya pemeliharaan yang rendah. Agar pompa berjalan dengan baik maka harus dilakukan perawatan dan pemeliharaan terhadap pompa. Pemeliharaan pompa sentrifugal adalah dengan melakukan pemeriksaan harian, bulanan, tahunan, pemeriksaan bagian aus dan penelusuran terhadap gangguan terutama pada bagian mechanical seal.
Gambar 3.3 Mechanical Seal 3.7
Prosedur Kerja Penelitian ini dimulai dengan melakukan peninjauan di lapangan untuk
mengetahui kondisi terkini dari pompa dan historisis kerusakan yang selama ini terjadi serta upaya perbaikan yang telah dilakukan. Metode yang digunakan adalah metode visual atau pengamatan langsung pada unit pompa sentrifugal Grundfos dan wawancara di lapangan. Dari peninjauan yang dilakukan, diketahui masalah apa yang terjadi
27
pada pompa tersebut. Salah satu upaya preventive maintenance yang dilakukan pihak PDAM Intan Banjar adalah menganalisa kondisi motor dan pompa (condition monitoring) dengan menggunakan pengamatan secara visual. Pengamatan secara visual dilakukan pada komponen pompa atau motor yang mengalami kerusakan saat pembongkaran berlangsung. kerusakankerusakan yang terjadi pada pompa sentrifugal Grundfos diketahui, selanjutnya dilakukan Root Cause Faure Analysis (RCFA) dengan menngunakan konsep Ishikawa diagram. Konsep Ishikawa diagaram digunakan untuk menetukan akar penyebab dari kerusakan-kerusakan yang terjadi, seperti yang ditampilkan pada gambar dibawah .
Gambar 3.4 Ishikawa diagram Ishikawa diagram dibuat pada keseluruhan komponen yang ada pada pompa sentrifugal dan dianalisa pada komponen yang mengalami kerusakan. Komponen yang mengalami kerusakan ini nantinya akan dianalisa lagi dengan menggunakan Ishikawa diagram yang lebih mendalam pada jenis kerusakan yang terjadi. Langkah seperti ini dilakukan terus hingga didapat akar dari penyebab kerusakan dan gejala kerusakan yang paling dominan. Setelah akar kerusakan dan lokasi kerusakan diketahui, maka selanjutnya adalah merumuskan strategi perbaikan dan perawatan dengan menggunakan konsep Failure Modes and Effect Analysis (FMEA).
28
Dalam perumusan FMEA suatu objek, terdapat beberapa langkah-langkah yang harus dilakukan antara lain: 1. Menentukan objek atau sistem yang akan dianalisa . 2. Membuat hierarki equipment dari objek yang telah dipilih. 3. Merumuskan mode dan penyebab kegagalan. 4. Menganalisa dampak dari kerusakan yang terjadi. 5. Menentukan target yang akan dilindungi. 6. Menetapkan nilai severity. 7. Menetukan probabilitas kerusakan yang terjadi. 8. Menentukan risk code dengan menggunakan risk matrix. 9. Merumuskan langkah perbaikan dari setiap mode kegagalan.
29
DAFTAR PUSTAKA
Anis, Samsudin Dan Karnowo, 2008, Buku Ajar Dasar Pompa, PKUPT UNNES, Universitas Negeri Semarang, Brennen, Christopher E, Hydrodynamics of Pumps, California Institute of Technology Pasadena, California Priyahananda Onny. 2006. Bagian-bagian Pompa Sentrifugal, http://onnyapriyahanda.com/bagian- bagian-pompa-sentrifugal/ Dietzel, Fritz, 1986, Turbin Pompa dan Kompresor, Erlangga, Jakarta Agus suswasono. “Teori dasar pompa sentrifugal” 6 November 2016 http://www.agussuwasono.com/artikel/mechanical/65-teoridasar-pompa-sentrifugal.html?showall=1 Pugh,
M,
2000.
EPRI Technical
Report,
Mechanical
seal
Maintenance and Appli- cation Guide. EPRI, Palo Alto, CA: 2000. 1000987. Metallized Carbon Corp. 2013. Mechani- cal seal primary rings seal lowviscosity liquids. Sealing Technology Magazine, October 2013. Editor: Simon Atkinson. Editorial Office: Elsevier Ltd, Langford Lane Kidlington, Oxford, UK. Cundif, Jhon S, Fluid Power Circuit and Control Fundamentals Aplications, Boca Raton London New York Washington, D.C. Brennen, Christopher E, Hydrodynamics of Pumps, California Institute of Technology Pasadena, California Pruftechnik.1998. VIBROTIP and VIBROCODE Operating Instruction. PRÜFTECHNIK AG Documentation Department. Ismaning, Germany
30
Predicting maintenance of pumps using condition monitoring Ray Beebe, Elsevier, 2004
31
