TUGAS AKHIR – RM 1542
STUDI OPERASI, TROUBLESHOOTING, DAN MAINTENANCE KOMPRESOR SENTRIFUGAL DANIEL PRISWAGIH SUTANTO NRP. 2199 100 074 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. I MADE ARYA DJONI, M.Sc. JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2007
STUDI OPERASI, TROUBLESHOOTING, DAN MAINTENANCE KOMPRESOR SENTRIFUGAL
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Konversi Energi Program Studi S-1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : DANIEL PRISWAGIH SUTANTO Nrp. 2199 100 074
Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir : 1. Prof. Dr. Ir. I Made Arya Djoni, M.Sc ………...(Pembimbing I) 2. Dr. Ing. I Made Londen Batan, ME. ………...(Penguji I) 3. Dr. Ir. Sutardi, MEng.
………...(Penguji II)
4. Ir. Astu Pudjanarsa, MT.
………...(Penguji III)
SURABAYA FEBRUARI, 2007
STUDI OPERASI, TROUBLESHOOTING, DAN MAINTENANCE KOMPRESOR SENTRIFUGAL Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: DANIEL PRISWAGIH SUTANTO : 2199 100 074 : Teknik Mesin FTI-ITS : Prof. Dr. Ir. I MADE ARYA DJONI, MSc.
Abstrak Operasi, troubleshooting, dan maintenance selalu menjadi topik yang menarik untuk dikaji. Pada studi kasus ini, peralatan yang dikaji adalah kompresor sentrifugal CENTAC ® . Studi ini bertujuan untuk memahami prinsip operasi kompresor sentrifugal dan kondisi operasi abnormal, seperti unsteady flow, stall, surge, choke (atau stonewall). Disamping itu untuk mengetahui, mengatasi, dan mengaplikasikan troubleshooting yang terjadi pada kompresor sentrifugal CENTAC ® , seperti surge, vibrasi, malfunction lube oil system. Dan juga untuk menganalisa dan mengaplikasikan prinsip preventif dan predictive maintenance. Hasil yang dicapai dalam studi kasus ini, berdasarkan analisa dan pembahasan, metode maintenance yang diaplikasikan pada kompresor sentrifugal ini adalah preventive maintenance. Pada komponen-komponen yang penting dan kritis khususnya pada impeller, hydrodynamic oil film bearing, dan rotor assemblies diaplikasikan metode predictive maintenance. Maintenance khusus yang kritikal pada impeller, hydrodynamic oil film bearing, dan rotor assemblies, karena peralatan ini berputar dengan putaran yang sangat tinggi dan tingkat kepresisiannya sangat tinggi. Kata kunci : Kompresor sentrifugal, operasi, troubleshooting, maintenance.
OPERATION STUDY, TROUBLESHOOTING, AND MAINTENANCE CENTRIFUGAL COMPRESSORS Student Name : DANIEL PRISWAGIH SUTANTO NRP : 2199 100 074 Department : Mechanical Engineering FTI-ITS Counsellor Lecturer : Prof. Dr. Ir. I MADE ARYA DJONI, MSc. Abstract Operation, troubleshooting, and maintenance are always be an exciting topic to discuss. In the present study case, equipment that being discuss is CENTAC ® centrifugal compressors. The purpose of present study are to understanding operating principal and analysing abnormal operating condition, such as unsteady flow, stall, surge, choke (atau stonewall). Beside that are to knowing, handling, and applicating handle troubleshooting that occurred on CENTAC ® centrifugal compressors, like surge, vibration, malfunction lube oil system.And also to analysing and applicating principal of preventive and predictive maintenance. Study result in the present study case, depends on analyse and discussion, maintenance method that being applied on the centrifugal compressors is preventive maintenance. Important and critical parts specifically on impeller, hydrodynamic oil film bearing, dan rotor assemblies are applied predictive maintenance method. Critical focusing maintenance are on impeller, hydrodynamic oil film bearing, dan rotor assemblies, because this parts are rotating with very high rotation and very high precision equipment. Key word: Centrifugal compressors, operation , troubleshooting, maintenance.
KATA PENGANTAR Segala puji, hormat, syukur, dan kemuliaan bagi Tuhan yang Maha Kasih karena hanya dengan karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir berjudul : “STUDI OPERASI, TROUBLESHOOTING, DAN MAINTENANCE KOMPRESOR SENTRIFUGAL” Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa Strata-1 (S1) dalam menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. Atas terselesaikannya Tugas Akhir ini, Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Prof. Dr. Ir. I Made Arya Djoni, MSc. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak memberikan bimbingan dengan penuh pengertian dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 2. Dr. Ing. I Made Londen Batan, ME., Dr. Ir. Sutardi, MEng., dan Ir. Astu Pudjanarsa, MT. selaku Dosen Penguji Tugas Akhir atas saran dan kritik yang diberikan. 3. Ir. Jongki Sumarhadi selaku Kepala Cabang P.T. Fajar Mas Murni Surabaya yang telah memberikan kesempatan mengambil data-data yang diperlukan dalam Tugas Akhir ini. 4. Bambang Suripto Haryadi, Acil Eka Endiarto, ST., Toga Simangunsong, Tri Handoko, Ir. Kurnia KP. Pratomo selaku Pembimbing Lapangan yang telah menyediakan waktu untuk berdiskusi dan bertukar pikiran dalam melakukan studi kasus ini. 5. Arief Wahjudi, ST.,MT. selaku Dosen Wali yang telah memberikan dorongan kepada penulis selama kuliah di Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya. 6. Ibunda Vivi dan Ayahanda Agus serta adik-adikku atas perhatian, kasih sayang, dan doa yang dipanjatkan.
7. Teman-teman seperjuangan: Hendra Gunawan, Firdaus, Johan, Eko, dan Bayu. 8. Teman-teman brotherhood Siklus: sinChan, Jagger, Tembol, simBood, Bagonk, Pentol, Itenk, Ivana, Ditha, Dian, Amal, Kadal, Ciprut, Aris, dan all sikluser atas semangat dan motivasi pantang menyerah yang diberikan. 9. Teman-teman komsel: Syuman, John, Yonathan, Hellen, Grace, Christine, Ronny, Anton, Paulus, Kurniawan, HanHan, Susan, Robert, dan rekan yang lain atas dukungan yang diberikan. 10. Dan semua pihak yang turut membantu, tetapi tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya, Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi Ilmu Pengetahuan. Amin. Surabaya, Februari 2007 Penulis
DAFTAR ISI Abstrak (Indonesia) Abstract (English) Halaman Pengesahan Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang …......................................................... 1.2 Perumusan Masalah ……………………………......... 1.3 Batasan Masalah …………………………………….. 1.4 Tujuan ……………………………………………….. 1.5 Manfaat …………………………………………..…..
1 2 3 4 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu ………………………………… 5 2.2 Dasar Teori ………………………………………….. 7 2.2.1 Kompresor Sentrifugal ……………………… 7 2.2.2 Kurva Karakteristik Kompresor Sentrifugal .... 9 2.2.3 Surge ………………………………………... 13 2.2.4 Choke dan Stonewall ……………………….. 16 2.2.5 Efek dari Densitas Udara ………………….... 17 2.2.6 Efek Perubahan Tekanan dan Temperatur Udara 2.2.7 Kurva Performansi …………………………. 23 2.2.8 Katup Masuk Sebagai Kendali Daerah Throttle ........................................................................ 25 2.2.9 Kontrol katup bypass dari Kebutuhan Aliran Sistem ............................................................. 29 2.2.10 Kontrol Starting, Stopping dan Un-loading ... 30 2.2.11 Fungsi dari Sudu Pengarah Aliran Masuk ...... 32 2.2.12 Lubrikasi ……………………………………. 34
2.2.13 Sistem Pendinginan ………………………… 2.2.14 Maintenance ………………………………... 2.2.15 Reactive Maintenance ………………………. 2.2.16 Preventive Maintenance ……………………. 2.2.17 Predictive Maintenance ……………………. 2.2.18 Reliability Centered Maintenance …………. BAB III 3.1 3.2 3.3
36 37 38 39 39 40
METODE STUDI Perencanaan Studi …………………………………... 42 Urutan Langkah Studi ………………………………. 42 Spesifikasi Peralatan ……………………………….. 44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Troubleshooting …………………………………….. 47 4.1.1 Troubleshooting Surge ………………………. 47 4.1.2 Troubleshooting Tekanan Udara Sistem Rendah .................................………………... 50 4.1.3 Troubleshooting Vibrasi yang Tinggi ............. 53 4.1.4 Troubleshooting Kegagalan Start …………... 56 4.1.5 Troubleshooting Kegagalan Melakukan Pembebanan ………………………………... 57 4.1.6 Troubleshooting Tekanan Oli Rendah ……… 58 4.1.7 Troubleshooting Temperatur Oli yang Tinggi .. 60 4.1.8 Troubleshooting Temperatur Udara Kerja Tinggi ......................................................................... 63 4.2 Maintenance ………………………………………... 64 4.2.1 Pemeliharaan Terjadwal ……………………. 64 4.2.2 Jenis Maintenance ………………………….. 67 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ………………………………………… 75 5.2 Saran ………………………………………………... 75 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR GAMBAR HALAMAN 1.1 Penggunaan kompresor sentrifugal pada bidang industri ... 1 2.1 Gambar 2.1 NDE vibrasi vertikal setelah kerusakan bantalan[9] ……………………………………………….. 5 2.2 NDE vibrasi vertikal setelah penggantian bantalan[9] …... 6 2.3 Perbandingan jenis bantalan (pembebanan v putaran)[10] ... 7 2.4 Grafik hubungan antara tekanan, temperatur, dan kecepatan pada kompresor sentrifugal[6] ………................................ 8 2.5 Prinsip kerja kompresor sentrifugal[5] …………............... 9 2.6 Kurva karakteristik ideal tekanan vs kapasitas …........... 10 2.7 Grafik karakteristik teoritis …………............................. 11 2.8 Jangkauan operasi yang bermanfaat[1] ………................. 12 2.9 Grafik iso-efisiensi kompresor sentrifugal[7] ……........... 12 2.10 Pemodelan aliran balik surge ………………….............. 14 2.11 Efek perubahan pada temperatur udara masuk …........... 20 2.12 Efek perubahan tekanan udara masuk[6] ……….............. 21 2.13 Efek kombinasi dari temperatur udara dan air pendingin yang tinggi–rendah ......................................................... 23 2.14 Kurva performansi ………………………….................. 24 2.15 Kompresor tingkat tunggal dengan kontrol katup masuk[6] .. …………………………………………………............. 25 2.16 Kurva Modulasi Daerah Throttle Katup Masuk[6] .......... 27 2.17 Konfigurasi kontrol katup masuk dan bypass[6] .............. 29 2.18 Contoh kurva karakteristik Inlet Guide Vane(I.G.V.)[6] .. 33 2.19 Skema alur lubrikasi oli, pendinginan oli, dan pendinginan udara ............................................................................... 36 2.20 (a) Pendingin udara terintegrasi[5], (b) Internally finned tube[5] ………………………………………………….. 37 3.1 Diagram alir studi ………………………………........... 43 3.2 Kompresor sentrifugal …………………………............ 45 3.3 Sketsa kompresor sentrifugal 2-tingkat[5] ………........... 46
GAMBAR HALAMAN 4.1 Prosedur penanganan surge ……………………............ 50 4.2 Prosedur penanganan tekanan udara sistem rendah ....... 52 4.3 Prosedur penanganan vibrasi yang tinggi ………........... 56 4.4 Prosedur penanganan permasalahan lubrikasi ................ 62 4.5 Impeller (kiri) tergores dengan diffuser (kanan) karena mengalami vibrasi ................................................ 68 4.6 Hydrodynamic journal bearing (kiri) dan hydrodynamic axial thrust bearing (kanan) tergores dengan rotor akibat vibrasi ............................................................................. 69 4.7 Grafik vibrasi pada saat impeller masih bersih dari debu ..... ........................................................................................... 70 4.8 Grafik vibrasi setelah impeller terkotori oleh debu ........ 71 4.9 Pompa oli utama ............................................................. 73 4.10 Grafik vibrasi terjadinya malfunction main oil pump saat starting ............................................................................ 74
DAFTAR TABEL TABEL HALAMAN 2.1 Perbandingan variasi[6] ……………………………........... 19 4.1 Troubleshooting surge ……………………………........... 47 4.2 Troubleshooting tekanan udara sistem rendah .................. 50 4.3 Troubleshooting vibrasi tinggi …………………............... 53 4.4 Troubleshooting kegagalan start ………………………... 56 4.5 Troubleshooting kegagalan melakukan pembebanan …… 58 4.6 Troubleshooting tekanan oli rendah .................................. 59 4.7 Troubleshooting temperatur oli tinggi …………………... 60 4.8 Troubleshooting temperatur udara kerja tinggi …………. 63
