123dok Corrective Maintenance Worm Screw Press Dengan Kapasitas Olah 10 Ton Buah Sawitjam Menggunakan Anal

 

  CORRECTIVE MAINTENANCE WORM SCREW PRESS DENGAN KAPASITAS OLAH 10 TON BUAH SAWIT/JAM MENGGUNAK MENGGUNAKAN AN ANALISA KEGAGALAN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RUBEN NOVIAN NADAPDAP NIM. 040401080

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Universitas Sumatera Utara

 

  MEDAN 2010

Universitas Sumatera Utara

 

 

Universitas Sumatera Utara

 

 

Universitas Sumatera Utara

 

 

Universitas Sumatera Utara

 

 

Universitas Sumatera Utara

 

  KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata “CORRECTIVE kuliah Manajemen Pemeliharaan Pabrik, yaitu   MAINTENANCE  MAINTENAN CE WORM SCREW PRESS P RESS DENGAN KAPASITAS OLAH 10 TON BUAH SAWIT/JAM MENGGUNAKAN ANALISA KEGAGALAN”. Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Bapak Prof. Dr. Ir. Ir . Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :  1.  Kedua orang tua yang tercinta, Ayahanda A. S. Nadapdap dan Ibunda E. D. Butarbutar, adik-adik tersayang (Dina, Mikha dan David) atas doa, kasih sayang, pengorbanan dan teguran yang selalu menyertai penulis dan memberikan semangat semangat sehing sehingga ga penulis dapat menyelesaik menyelesaikan an skripsi ini. 2.  Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara 3.  Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkan waktunya, membimbing dan memotivasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 4.  Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 5.  Bapak David Christian Lumban Tobing, ST, MT selaku kepala bagian perencanaan PTPN III Rambutan yang telah membantu penulis. 6.  Bapak Abner Butarbutar dan karyawan PTPN III PKS Rambutan lainnya yang telah memberikan bantuan bimbingan lapangan. 7.  Rekan satu tim riset, Ady Putra Sinambela, ST (Mesin’05) atas kerja sama yang baik dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini 8.  Kepada teman-teman dari UKM KMK USU Unit Pelayanan Fakultas Teknik terkhusus kepada teman-teman Tim Regenerasi UP FT 2010, Koordinasi UP FT, KTB Narwastu VR3S2  (Verawati, ST, Rendra, ST, Rendy, ST, Surabaik, ST dan Surendra, ST), KTB Jehova Rohi (Herbet Siregar, ST, Immanuel, ST, Mikael Jakson, ST dan Alexander, ST), adikadik KK RV3 (Efrata, Rio, Nehemia, Ferdinan), KK PMJ (Frans), Rudolf, ST serta Yayang Naibaho, SS yang selalu memberikan dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis. 9.  Teman-teman dari Unit Pelayanan Fakultas lain yang tak dapat disebutkan namanya satu persatu, terimakasih atas dukungan dan semangatnya.

Universitas Sumatera Utara

 

10. Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya sesama rekan-rekan stambuk 2004 yang sesalu memberikan dorongan kepada penulis.   Dalam penulisan ini, dari awal sampai akhir penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Skripsi ini. Namun Penulis masih menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Skripsi ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Skripsi ini. Akhir kata, dengan kerendahan hati penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua.

Medan, 21 Juni 2010 Penulis

Ruben Novian Nadapdap ( 0 4 0 4 0 1 0 8 0 ) 

Universitas Sumatera Utara

 

ABSTRAK

Worm screw press adalah salah satu komponen utama mesin pengekstraksi minyak kelapa sawit mentah (Crude Palm Oil) yang sangat rentan dengan keausan. Masa pakai worm screw press di pabrik kelapa sawit PTPN III  Rambutan (700-800 jam) sering tidak sesuai dengan rekomendas rekomendasii pabrik  pembuatannya  pembuatanny a (1000 jam). Keausan yang terjadi ini perlu di minimalkan, karena menggangu kinerja mesin screw press dan kerugian minyak sawit. Pemeliharaan korektif perlu diterapkan pada worm screw press untuk memberi perbaikan. Pemeliharaan korektif sementara yang dikerjakan karyawan pabrik adalah dengan mengelas kembali (rebuild) permukaan yang aus tersebut. Analisa awal dilakukan dengan menghitung respon yang bekerja pada worm screw press akibat tekanan konus. Dari survei didapat bahwa keausan terbesar terletak pada bagian ujung worm screw press yang mendapat tekanan langsung dari konus. Didapat laju kedalaman keausan worm screw press sebesar 0,636 mm/hari dengan kekerasan material cast steel 215 BHN. Pada bagian ujung worm screw press dimodifikasi dengan menambahkan pelat pelapis yang telah mengalami  pengerasan  penger asan permukaan NiKaNa, sehingga keausan akan terjadi pada pelat dan lebih mudah penggatiannya. Kekerasan pelat meningkat menjadi 490 BHN dan laju kedalaman keausan menurun menjadi 0,279 mm/hari. Kata kunci : Pemeliharaan korektif, Worm screw press, Keausan.

ABSTRACT

Worm screw press is one of the primary component of engine to extract crude  palm oil who very susceptible susceptible with wear. Lifetime of w worm orm screw press at palm o oil il mill’s PTPN III Rambutan (700-800 hour) often disagree with the pruducer  factory recomme recommendation ndation (1000 hours). This wear is necessary to minimize, because it could harry the screw press’s engine performance and palm oil loss. Corrective maintenance is necessary applied in this worm screw press to give a repair. Temporary corrective maintenance that is done by factory’s worker with welding to rebuild that surface’s wear. The first analysis is to count response in worm screw press in consequence of cone pressure. From survey is got that the biggest wear is found in end part of worm screw press. This end part gets direct  pressuree from cone. The depth of rapid wear  pressur wear from worm screw press as big as 0,636 mm/day for hardness of cast steel material’s at 215 BHN. In this end part of worm screw press is modified with add a lamelli that has been treatment with  NiKaNa’s surface treatment, so that wear will happen in lamelli and easier replaced with new lamelli. Hardness of new lamelli increases to be 490 BHN and depth of rapid wear decrease to be 0,279 mm/day. Keyword: Corrective maintenance, Worm screw press, Wear.

Universitas Sumatera Utara

 

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................ ................................. ................................. ................................ ................................. .......................i ......i  LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING ................................. ..................................ii .ii LEMBARAN PERSETUJUAN DARI PEMBANDING PEM BANDING ............... ............................... .................iii .iii SPESIFIKASI TUGAS ............... ............................... ................................. ................................. ................................ ....................iv ....iv LEMBARAN EVALUASI SEMINAR SKRIPSI................ ................................ ............................v ............v KATA PENGANTAR .............. ............................... ................................. ................................ ................................ .......................vi .......vi ABSTRAK ............... ............................... ................................. ................................. ................................ ................................ ..................... ..... viii  DAFTAR ISI ............... ............................... ................................ ................................. ................................. ................................ ....................ix ....ix DAFTAR TABEL  ................................. ................................................. ................................ ................................. ..........................xi .........xi DAFTAR GAMBAR ............... ................................ ................................. ................................ ................................. .......................xii ......xii DAFTAR NOTASI ................ ................................ ................................ ................................. ................................. ....................... ....... xiii BAB 1 PENDAHULUAN PENDAHULUAN............... ............................... ................................ ................................. ................................. .................1 .1 1.1. Latar Belakang ................................................................................1 1.2. Perumusan Masalah .........................................................................4 1.3. Tujuan Penelitian .............................................................................4 1.4. Manfaat Penelitian ...........................................................................4 1.5. Batasan Masalah ..............................................................................4 1.6. Metodologi Penelitian ......................................................................5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ................ ................................ ................................ ................................ .......................7 .......7 2.1. Sejarah Singkat PKS Rambutan .......................................................7 2.1.1. Profil Pabrik ...........................................................................7 2.1.1.1. Sumber Bahan Baku dan Realisasi Penerimaan.........7 ......... 7 2.1.1.2. Sumber Sumber Daya Manusia................... ......... ................... ................... ..................8 ........8 2.1.1.3. Kegiatan Usaha ........................................................8 2.1.1.4. Stasiun Pengolahan ...................................................8 2.2. Stasiun Pengempaan (Pressing Station) ............................... ...........................................9 ............9 2.2.1. Pengadukan ( Digester   Digester ) ............................... ............................................... ............................1 ............10 0 2.2.2. Pengempaan (Presser ) ............................... ............................................... ............................1 ............12 2 2.3. Sistem Manajemen Pemeliharaan Pemeliharaan Pabrik ................... ......... ................... ...........14 ..14 2.3.1. Jenis-jenis Jenis-jenis Manajemen pemeliharaan pemeliharaan pabrik........... pabrik..................... ................14 ......14 2.3.1.1. Pemeliharaan Pencegahan (Preventive  Maintenance)................ )................................ ................................. ..........................14 .........14

Universitas Sumatera Utara

 

2.3.1.2. Pemeliharaan setelah rusak ( Breakdow  Breakdown n  Maintenance) ................................ ................................................ ............................1 ............14 4 2.3.1.3. Pemeliharaan Pemeliharaan darurat ( Emergency  Emergency Maintenance) ......15 2.3.2. Maksud dan Tujuan Manajemen Manajemen Pemeliharaan Pabrik...........15 ......... ..15 2.4. Pemeliharaan Korektif ( Corrective Maintenance  Maintenance) ............................1 ............................16 6 2.5. Mekanisme Tribology ............... ............................... ................................ ................................. .......................20 ......20 2.6. Tegangan Geser Geser Pada Poros Berongga .......... ................... ................... ................... ................22 .......22 2.7. Proses Maintenance di PKS Rambutan ............................................23 BAB 3 METODOLOGI M ETODOLOGI PENELITIAN ................ ................................ ................................. ..........................26 .........26  3.1. Cara Kerja Mesin Screw  Press ............... ............................... ................................. ..........................26 .........26 3.2. Bagian Sistem Screw Press yang Mendapat Perawatan Rutin......... Rutin...........28 ..28 3.3. Pengambilan Pengambilan Data dan Pengukuran.................. ......... ................... ................... ................... .............28 ...28 3.4. Bahan Baku ( Raw Material) ................................ ................................................ ............................3 ............30 0 3.5. Laju Aliran Volume (Kapasitas) ......................................................31 3.6. Analisa Gaya Pada Screw Press ................ ................................ ................................ .......................32 .......32 3.6.1.   Gay Gayaa Torsi .............................. ............................................... ................................. ............................3 ............32 2 3.6.2.   Tegangan pada Screw Press ............... ................................ ................................. .................37 .37 3.7. Perhitungan Keausan pada Worm Screw Press ................ ................................ .................41 .41 3.7.1. Laju Volume Keausan ............................................................41 3.7.2. Pengurangan Dimensi pada Worm Screw Press ............... ......................45 .......45 BAB 4 HASIL PEMBAHASAN ............... ............................... ................................ ................................ .......................47 .......47  4.1. Masalah yang Terjadi ......................................................................47 4.2. Pemeliharaan Perbaikan ( Repair Maintenance Maintenance) pada Worm Screw Press yang dikerjakan oleh Bagian Teknik (Bengkel) .................. ......... ..............48 .....48 4.3. Corrective Maintenance untuk Masalah Keausan Keausan................... .......... ................... ..........49 49 4.3.1. Pengerasan Permukaan Logam (Surface Hardening) ...............50 ...............50 4.3.1.1. Penelitian Kromisasi ..................................................51 4.3.1.2. Penelitian Karburasi ..................................................52 4.3.1.3. Penelitian NiKaNa .....................................................54 4.3.2. Metode Pelapisan Pelapisan Permukaan................... ......... ................... ................... ................... ...........57 ..57 4.3.3. Redesign atau Modifikasi .......................................................60

4.3.3.1. Pelat Pelapis ..............................................................62 4.3.4. Perhitungan Pengurangan Dimensi pada Worm Screw  Press Setelah Modifikasi ......................................................65 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................ ................................. ................................. ............................ ............68  5.1. Kesimpulan ................... ......... ................... ................... ................... ................... ................... ................... ..................68 ........68 5.2. Saran ............................... ................................................ ................................. ................................ ...............................6 ...............69 9 DAFTAR PUSTAKA ............... ................................ ................................. ................................ ................................ .......................70 .......70 LAMPIRAN ............... ............................... ................................ ................................. ................................. ................................ ....................73 ....73

Universitas Sumatera Utara

 

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Alasan kerusakan pada 3 daerah ................... .......... ................... ................... ................... .................. ........ 18 Tabel 3.1 Spesifikasi mesin Screw Press ............... ............................... ................................ ............................ ............ 29 Tabel 3.2 Koefisien Gesekan Material ............................................................... 35 Tabel 3.3 Kekerasan bahan Cast Stell ................. ................................. ................................ ............................... ............... 43 Tabel 3.4 Hasil perhitungan laju kedalaman keausan berdasarkan waktu operasii ................................ operas ................................................. ................................. ................................ ............................... ............... 46 Tabel 4.1 Kadar Karbon Cast Steel  ............................... ............................................... ................................ .................... .... 6 60 0 Tabel 4.2 Hasil perbandingan perhitungan laju kedalaman keausan berdasarkan waktu operasi ................... ......... ................... ................... ................... ................... .................. ........ 67

Universitas Sumatera Utara

 

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Kerangka Konsep .......................................................................... 6 Gambar 2.1. Pabrik Kelapa Sawit Rambutan PTPN III....................................... 7 Gambar 2.2. Stasiun Pengepresan ...................................................................... 9 Gambar 2.3. Buah Kelapa Sawit ........................................................................10 Gambar 2.4. Instalasi Digester  dan  dan Screw  Press pada Pabrik Kelapa Sawit ........11 Gambar 2.5. Model Screw Press yang Digunakan pada Pengolahan Kelapa Sawitt ................................ Sawi ................................................. ................................. ................................ ............................1 ............13 3 Gambar 2.6. Grafik Pola Kecenderungan Kerusakan Alat pada Umumnya ........17 Gambar 2.7. Struktur dari Maintenance Maintenance................................. ................................................. ............................1 ............19 9 Gambar 2.8. Deformasi pada poros ....................................................................22 Gambarr 2.9. Skema Gamba Skema Alur Proses Kegiatan Pemeliharaan .................. ......... ................... ..................24 ........24 Gambarr 3.1. a. Press Cage, b. Cone dan c. Ampas ( Nut  Gamba  Nut  dan  dan Fibre) ..................27  Gambar 3.2. Material balance pengolahan kelapa sawit .....................................29 Gambarr 3.3. Worm Screw Press pada PKS PTPN III Rambutan ................... Gamba ......... ................30 ......30 Gambar 3.4. Bagian utama buah kelapa sawit ....................................................30 Gambar 3.5. Peristilahan screw press ............... ............................... ................................. ................................. .................32 .32 Gambarr 3.6. Daerah paling Gamba paling kritis yang menjadi area keausan ................... .......... ................... ..........32 32 Gambar 3.7. Gaya-gaya yang bekerja pada worm screw press ................ ............................3 ............33 3  Gambar 3.8. Ilustrasi pembebanan pada Screw Press ................................ .........................................33 .........33 Gambar 3.9. (a) Pembagian penampang screw , ((b) b) Sudut helix screw dan panjang sisi screw ................ ................................ ................................. ................................. .................. 36 Gambar 3.10. Geometri dari screw press yang digunakan untuk menentukan tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada dasar screw ............... ............................... ................................. ................................. ................................ ....................38 ....38 Gambar 3.11 Mekanisme gesekan dipermukaan dipermukaa n ulir dan terjadinya terjad inya  partikel parti kel aus ............................... ................................................ ................................. ................................ ....................42 ....42 Gambar 3.12 Wear Coefficient  K ................ ................................ ................................ ................................. .......................43 ......43  Gambarr 4.1. Perbaikan Gamba Perbaikan yang dikerjakan oleh Mekanik Bengkel Reparasi ......... ...........48 ..48 Gambarr 4.2. Hasil perbaikan worm screw press yang telah dikerjakan oleh Gamba Bengkel Reparasi ...........................................................................49 Gambar 4.3. Contoh Flame Spray Gun model serbuk serbuk dan kawat .......... ................... ..............59 .....59 Gambar 4.4. Proses Metal Spraying .............. ............................... ................................. ................................ ....................59 ....59 Gambar 4.5. Ulir paling depan ...........................................................................61 Gambarr 4.6. Ulir yang Gamba yang telah di lubangi lubangi................... ......... ................... ................... ................... ................... ................62 ......62 Gambar 4.7. Pelat bundar untuk pelat pelapis .....................................................62 Gambarr 4.8. a) Dimensi 1 buah pelat pelapis, Gamba pelapis, b) Dimensi lubang pembautan .....63 Gambar 4.9. Baut pada penampang pelat pelapis dengan ulir screw press ..........64 Gambarr 4.10. Pelat pelapis yang telah terpasang Gamba terpasang pada ulir depan ............... .......................64 ........64 Gambarr 4.11. Grafik konversi satuan kekerasan material ............................... Gamba ...............................66 Gambar 4.12. Grafik Hasil perhitungan laju kedalaman keausan worm screw press sebelum dan setelah modifikasi berdasarkan waktu operasi ............................................................................. 67

Universitas Sumatera Utara

 

DAFTAR NOTASI

m2  2 m 

A Aks

Luas penampang Area kontak sebenarnya

Ar b BHN d dm  dk   D, Dr dr F G h H HRC I J Jr k a  K l L P p Q T V W Wk

Area kontak m  Lebar screw mm  Brinell  Hardness Hardness  Number Number 1 kgf/mm2 = 9,8 MPa Diameter screw  mm Diameter rata-rata mm Diameter titk kritis mm Diameter luar poros berongga mm Diemeter dalam poros berongga mm Gaya N Modulus kekakuan Pa Tinggi screw  mm Kekerasan material Pascal  Hardness Rockwell grade C   4 Momen inersia mm Momen inersia polar untuk poros pejal mm4  4 Momen inersia polar poros berongga mm   Kedalaman keausan yang terjadi m Koefisien keausan Panjang m Jarak lintas meluncur m Gaya untuk untu k memindahkan beban N Jarak antar screw ( pitch) mm Kapasitas Kapasitas Ton/Jam, Kg/Jam Torsi N.mm 3 Volume keausan m  Beban N Beban N

θ   θ     ρ   ρ    v   µ τ  max τ  nom σ  σb  τ 

Sudut puntir untuk batang bulat padat Massa jenis buah sawit Volume aliran kelapa sawit Koefisien gesek sliding Tegangan geser maksimum Tegangan geser nominal akibat puntir Tegangan aksial Tegangan lentur Tegangan geser pada dasar screw akibat F

2

o

  kg/m3 m3 /jam Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa

Universitas Sumatera Utara

 

ABSTRAK

Worm screw press adalah salah satu komponen utama mesin pengekstraksi minyak kelapa sawit mentah (Crude Palm Oil) yang sangat rentan dengan keausan. Masa pakai worm screw press di pabrik kelapa sawit PTPN III  Rambutan (700-800 jam) sering tidak sesuai dengan rekomendas rekomendasii pabrik  pembuatannya  pembuatanny a (1000 jam). Keausan yang terjadi ini perlu di minimalkan, karena menggangu kinerja mesin screw press dan kerugian minyak sawit. Pemeliharaan korektif perlu diterapkan pada worm screw press untuk memberi perbaikan. Pemeliharaan korektif sementara yang dikerjakan karyawan pabrik adalah dengan mengelas kembali (rebuild) permukaan yang aus tersebut. Analisa awal dilakukan dengan menghitung respon yang bekerja pada worm screw press akibat tekanan konus. Dari survei didapat bahwa keausan terbesar terletak pada bagian ujung worm screw press yang mendapat tekanan langsung dari konus. Didapat laju kedalaman keausan worm screw press sebesar 0,636 mm/hari dengan kekerasan material cast steel 215 BHN. Pada bagian ujung worm screw press dimodifikasi dengan menambahkan pelat pelapis yang telah mengalami  pengerasan  penger asan permukaan NiKaNa, sehingga keausan akan terjadi pada pelat dan lebih mudah penggatiannya. Kekerasan pelat meningkat menjadi 490 BHN dan laju kedalaman keausan menurun menjadi 0,279 mm/hari. Kata kunci : Pemeliharaan korektif, Worm screw press, Keausan.

ABSTRACT

Worm screw press is one of the primary component of engine to extract crude  palm oil who very susceptible susceptible with wear. Lifetime of w worm orm screw press at palm o oil il mill’s PTPN III Rambutan (700-800 hour) often disagree with the pruducer  factory recomme recommendation ndation (1000 hours). This wear is necessary to minimize, because it could harry the screw press’s engine performance and palm oil loss. Corrective maintenance is necessary applied in this worm screw press to give a repair. Temporary corrective maintenance that is done by factory’s worker with welding to rebuild that surface’s wear. The first analysis is to count response in worm screw press in consequence of cone pressure. From survey is got that the biggest wear is found in end part of worm screw press. This end part gets direct  pressuree from cone. The depth of rapid wear  pressur wear from worm screw press as big as 0,636 mm/day for hardness of cast steel material’s at 215 BHN. In this end part of worm screw press is modified with add a lamelli that has been treatment with  NiKaNa’s surface treatment, so that wear will happen in lamelli and easier replaced with new lamelli. Hardness of new lamelli increases to be 490 BHN and depth of rapid wear decrease to be 0,279 mm/day. Keyword: Corrective maintenance, Worm screw press, Wear.

Universitas Sumatera Utara

 

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses perawatan mesin produksi tidak mungkin dihindari oleh suatu perusahaan karena hal ini berkaitan erat dengan kelancaran proses produksi dari perusahaan perusaha an tersebut (Wahjudi, 2000, hlm 50). Konsep dasar dari pemeliharaan ini adalah menjaga atau memperbaiki peralatan maupun mesin hingga jikalau dapat kembali kekeadaan aslinya dengan waktu yang singkat dan biaya yang murah (Hamsi, 2004, hlm 1).   PT. Perkebunan Nusantara III (persero) Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Rambutan menggunakan berbagai mesin dan alat-alat lain yang mendukung proses produksinya dalam menghasilkan minyak sawit mentah ( Crude Palm Oil). Minyak sawit mentah ini dihasilkan dari daging buah sawit (dari serabut buah sawit yang mengandung minyak). Buah kelapa sawit setelah dipanen harus segera diangkut ke PKS untuk segera diolah. Penyimpanan buah kelapa sawit terlalu lama

dapat

menyebabkan

kadar

asam

lemak

bebasnya

menjadi

tinggi.

Pembentukan asam lemak bebas lebih banyak terjadi sebelum buah direbus, yaitu selama pengangkutan dan penimbunan. Hendaknya tandan buah sawit selesai diolah dalam waktu 24 jam setelah dipanen (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 332) Di pabrik, tandan buah segar (TBS) akan diterima oleh Stasiun Penimbangan lalu ke Stasiun Penerimaan Buah ( loading ramp), pada stasiun ini TBS diterima dan diseleksi sesuai mutunya sesuai standar fraksi kematangan, setelah itu TBS dibawa ke Stasiun Sterilisasi (perebusan) dengan menggunakan lori. Pada stasiun ini buah sawit direbus dalam sterilizer  dengan   dengan uap bertekanan untuk memudahkan proses pengolahan selanjutnya sekaligus menekan laju kenaikan asam lemak bebas (ALB). Proses selanjutnya, TBS yang telah selesai direbus masuk dalam Stasiun Thressing . Pada stasiun ini, tandan buah sawit dipisahkan antara buah sawit (berondolan) dengan tandannya dengan cara dibanting. Proses selanjutnya, berondolan sawit tersebut dikirim ke Stasiun Pengepresan (Pressing  Station) dengan menggunakan belt conveyor   dan bucket conveyor . Pada stasiun pengepresan, buah sawit yang telah lepas dari tandannya

Universitas Sumatera Utara

 

itu dimasukkan ke dalam mesin pencacah ( Digester   Digester ). ). Fungsi mesin  Digester   adalah untuk melumatkan daging buah sawit dengan pisau-pisau pencacah. Sehingga daging buah sawit terlepas seluruhnya dari biji sawit dan tidak boleh ada lagi terdapat buah sawit yang masih utuh, yaitu dimana daging buah masih melekat pada bijinya. Hal ini dikerjakan agar memudahkan proses pengepressan buah sawit. Setelah dilumatkan, buah sawit lalu diperas dengan mesin screw  press press  untuk mengeluarkan minyaknya (CPO) dari daging buah sawit (serabut). Oleh karena adanya tekanan dari worm screw press yang ditahan oleh cone, buah sawit yang telah dilumatkan tersebut diperas. Sehingga melalui lubang-lubang  press cage  minyak dipisahkan dari serabutnya (ampas). Pada mesin ini terjadi

pemisahan antara minyak sawit dengan serabut kering (ampas) dan biji sawit (nut )).. Setelah itu proses selanjutnya adalah pemurnian minyak sawit mentah di Stasiun Klarifikasi (Clarification  Station). Sisa pengepresan tadi, dikeringkan dengan menggunakan blower untuk memisahkan biji (nut ) dengan serabut ( fibre  fibre). Biji dikeringkan dan dipecahkan di Stasiun Kernel agar inti sawit (kernel ) terpisah dari cangkangnya (shell). Dilanjutkan dengan proses pengeringan inti, sampai menjadi inti produksi dengan standar mutu kadar air 8-10 % (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 354). Selanjutnya pada stasiun klarifikasi yaitu tempat untuk proses pemunian minyak kasar. Minyak sawit mentah kasar yang masih mengandung kotoran seperti pasir, serat-serat dan air selanjutnya akan melewati tahap klarifikasi berupa Sand Trap Tank. Proses ini untuk memisahkan pasir dari minyak kasar dan Vibrating Screen  untuk memisahkan serat-serat dari minyak kasar tersebut. Sehingga menjadi minyak sawit mentah produksi dengan mutu kadar air 0,08-0,10 % dan kadar kotoran 0,01 % (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 358). Selanjutnya minyak sawit mentah yang telah siap diroses dikirim ke Crude   sebagai tangki penampungan. Oil Tank  sebagai Dari penjelasan proses untuk menghasilkan minyak sawit mentah diatas, dapat dikatakan bahwa suatu proses tidak dapat berlangsung secara maksimal bila proses sebelumnya belum berjalan/selesai. Atas dasar inilah perlunya dilakukan perawatan (maintenance) yang baik terhadap setiap peralatan dan mesin yang terdapat di PKS ini, agar proses produksi dapat berjalan dengan baik.

Universitas Sumatera Utara

 

PKS Rambutan memiliki 4 buah mesin screw press pada Stasiun Pengepresan dengan kapasitas olah masing-masing 10 Ton/jam. Buah sawit yang telah dilumatkan daging buahnya  dari mesin  Digester   dialirkan ke Screw Press melalui Chute. Didalam screw   press  terdapat alat worm screw press yang berbentuk ulir. Alat ini dibungkus oleh saringan ( press cage) yang memiliki mm  (32000 lubang) sebagai jalur lubang-lubang kecil dengan diameter ≤ 4 mm  minyak hasil perasan mengalir (Operation manual for MJS Screw Press). Worm screw press menekan daging buah dari sisi buah masuk dengan menggunakan

putaran yang berasal dari motor listrik berdaya 22 KW. Lalu pada ujung sisinya ditahan oleh Cone  dengan menggunakan daya tekanan hidrolik (30-40 bar). Dengan cara demikian daging buah diperas, sehingga melalui lubang-lubang  press cage minyak sawit mentah dipisahkan dari serabut ( Fibre) dan biji ( Nut   Nut ))..

Alat worm screw press sangat menentukan kualitas hasil pengepresan buah sawit. Masalah keausan dan kerusakan terbesar di dalam pabrik kelapa sawit dijumpai pada alat worm screw press (Okafor, 2007a). Karena bila keausan yang terjadi pada ulir  screw press sudah cukup besar, dapat menyebabkan celah atau kerenggangan yang besar pada sisi luar ulir dengan  press cage. Hal ini tentunya dapat menurunkan performa pengepressan minyak dan berimbas pada kerugian minyak sawit yang dihasilkan. Ini dapat dilihat dari ampas daging buah (serabut) yang dihasilkan setelah pengepressan masih terlihat basah dan mengandung minyak atau tidak terperas sempurna (Okafor, 2007b) Setiap pabrikan worm screw  press selalu memberikan rekomendasi masa pakai ( lifetime) karena alat ini sangat

rentan dengan keausan dan kerusakan. Worm screw press  di PKS Rambutan memiliki masa pakai 1000 jam. Namun sering terjadi bahwa masa pakai yang diberikan oleh pabrik pembuatan tersebut   tidak sesuai dengan masa pakai worm screw press  yang ada di pabrik kelapa sawit, yaitu sekitar 700-800 jam. Oleh

karena itu diperlukan perawatan/perbaikan yang intensif pada peralatan ini untuk menghindari menghinda ri kejadian yang tidak diinginkan.

Universitas Sumatera Utara

 

1.2 Perumusan Masalah Worm screw press yang dipakai pada PKS Rambutan mengalami keausan

setelah sekian waktu pengoperasiannya. Seringkali masa pakai di PKS tidak sesuai dengan masa pakai yang direkomendasikan oleh pabrik pembuatan worm screw press. Hal ini dikarenakan keausan yang terjadi pada worm screw press 

sudah besar. Dengan dilandasi kondisi diatas penulis memandang perlu untuk diadakan suatu kajian lebih lanjut untuk mengetahui penyebab kegagalan pada worm screw press tersebut.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah 1.  Dapat mengetahui respon worm screw press terhadap tekanan konus. 2.  Menganalisa kegagalan atau keausan yang terjadi pada worm  screw press  yang dapat mengurangi umur pemakaian (lifetime). 3.  Memberikan solusi pemeliharaan korektif ( Corrective Maintenance) untuk meminimalkan keausan.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk dapat mengetahui penyebab kegagalan atau kerusakan dan keausan pada worm screw press  lalu mencari solusi permasalahan dan dapat diaplikasikan pada pabrik kelapa sawit. Sehingga kedepannya dapat mengefisienkan pergantian screw press  baru. Skripsi ini juga dapat sebagai bahan kajian penelitian lebih lanjut lainnya.

1.5 Batasan Masalah

Yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah 1.  Menghitung respon worm screw press terhadap tekanan konus.  2.  Menganalisa kasus kegagalan yang terjadi pada worm screw press yang terjadi setelah 1000 jam waktu pengoperasian (berdasarkan data lapangan). 3.  Mencari solusi pemeliharaan korektif (Corrective Maintenance) untuk meminimalkan keausan.

Universitas Sumatera Utara

 

1.6 Metodologi Penulisan 

Adapun pelaksanaan penulisan tugas akhir ini melalui tahapan sebagai berikut: 1.  Study Literatur Study  Literatur

ini

merupakan

studi

kepustakaan

meliputi

pengambilan teori-teori serta rumus-rumus dari berbagai sumber bacaan seperti buku, jurnal ilmiah, skripsi/tesis mahasiswa, dan sumber-sumber dari internet yang berkaitan dengan tugas akhir ini.

2.  Survey Lapangan. Melakukan survei lapangan langsung untuk melihat spesifikasi screw  press  pada PT. Perkebunan Nusantara III (persero) Pabrik Kelapa Sawit

Rambutan yang memiliki kapasitas olah 30 ton TBS/jam.

3.  Diskusi Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai penelitian yang dilakukan. 

Universitas Sumatera Utara

 

Adapun kerangka konsep yang mencakup permasalahan pada skripsi ini dan solusi yang ditawarkan dapat dilihat pada gambar 1.1 berikut:

Permasalahan: Terjadinya keausan yang besar pada sisi ujung Worm Screw Press sebagai akibat dari gesekan buah sawit pada permukaan Worm Screw Press yang ditekan konus.

Menyebabkan: Masa pakai worm screw press sering tidak sesuai dengan masa pakai yang direkomendasikan pabrik pembuatan worm screw press 

Dampak: 1.  Kinerja mesin menjadi berkurang 2.  Kerugian minyak sawit yang dihasilkan besar

Solusi: Melakukan modifikasi pada permukaan worm screw press  dengan penambahan pelat pelapis yang telah mengalami proses pengerasan permukaan untuk meningkatkan kekerasan dan umur emakaian.

Hasil Skripsi: 1.  Analisa perhitungan respon pada worm screw press akibat tekanan konus. 2.  Analisa perhitungan keausan dan umur t ekanan konus. konus. worm screw press akibat tekanan 3.  Bentuk permukaan worm screw press  yang telah dilapisi pelat pelapis dapat mengoptimalkan mengoptimalk an umur pemakaian.

Gambar 1.1 Kerangka konsep

Universitas Sumatera Utara

 

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 

2.1. Sejarah Singkat PKS Rambutan

PKS Rambutan (gambar 2.1) merupakan salah satu Pabrik dari 11 PKS yang dimiliki PT. Perkebunan Nusantara III (persero). Letak PKS Rambutan berada di Desa Paya Bagas Kecamatan Rambutan, Kotamadya Tebing Tinggi, Propinsi Sumatera Utara. Atau sekitar 85 km kearah Tenggara Kota Medan. PKS Rambutan dibangun pada tahun 1983 dengan kapasitas olah 30 ton/jam. Dimana sumber bahan baku (TBS) berasal dari kebun seinduk, kebun pihak ketiga terutama Perkebunan Inti Rakyat (PIR) yang berada di daerah Serdang Bedagai/Deli Bedagai/De li Serdang dan sekitarnya .  

Gambar 2.1 Pabrik Kelapa Sawit Rambutan PTPN III.

2.1.1. Profil Pabrik 2.1.1.1. Sumber Bahan Baku dan Realisasi Penerimaan

Sumber bahan baku TBS yang masuk ke PKS Rambutan berasal dari : 1.  Kebun Seinduk yang yang terdiri dari dar i : a.  Kebun Rambutan. b.  Kebun Tanah Raja. c.  Kebun Gunung Pamela. d.  Kebun Gunung Monako. e.  Kebun Sarang Giting.

Universitas Sumatera Utara

 

f.  Kebun Silau Dunia. g.  Kebun Sei Putih. h.  Kebun Gunung Para 2.  Pihak III yang terdiri dari : a.  PIR b.  Pembelian TBS pihak III 2.1.1.2. Sumber Daya Manusia

Untuk mendukung kelancaran pengoperasian, PKS Rambutan mempunyai tenaga kerja sebanyak 223 orang, dengan perincian sebagai berikut : 1. Karyawan Pimpinan Pimpina n

=

7 orang.

2. Karya Karyawan wan Pengolahan.

=

82 orang (2 Shift)

3. Karya Karyawan wan Laboratorium / Sortasi

=

32 orang

4. Karyawan Bengkel

=

40 orang

5. Karyawan Dinas Sipil

=

14 orang

6. Karyawan Administrasi Administ rasi

=

17 orang

7. Karya Karyawan wan Bagian Umum/Hansip

=

23 orang

8. Karyawan Bagian Produksi Prod uksi

=

8 orang

2.1.1.3. Kegiatan Usaha

PKS Rambutan mengolah buah sawit dari tandan buah segar (TBS) menjadi minyak sawit mentah (Crude Palm Oil) dan inti sawit (kernel). 2.1.1.4. Stasiun Pengolahan

Untuk mengolah buah sawit menjadi Crude Palm Oil  (CPO) dan kernel, PKS Rambutan memiliki 11 stasiun kerja yang saling terkait, yaitu : 1.  Stasiun penerimaan TBS sawit dan pengiriman pe ngiriman produksi. 2.  Stasiun Loading Ramp. 3.  Stasiun Rebusan (sterilizer ) 4.  Stasiun Threshing   5.  Stasiun Pressing   6.  Stasiun Klarifikasi 7.  Stasiun Kernel

Universitas Sumatera Utara

 

8.  Stasiun Water treatment   9.  Stasiun Power Plant   10.  Stasiun Boiler   11.  Stasiun Fat - fit   fit  dan  dan Effluent  

Gambar diagram pengolahan pabrik kelapa sawit secara umum dijelaskan pada lampiran 1. Secara garis besar, skema tersebut menjelaskan seluruh bagian dari pemrosesan TBS kelapa sawit yang ada di pabrik kelapa sawit. Proses dimulai dari buah sawit yang masuk hingga menjadi minyak sawit mentah (CPO). Untuk pembahasan selanjutnya akan fokus pada stasiun pengepressan ( Pressing Station) dan pada alat worm screw press.  

2.2. Stasiun Pengepresan ( Pressing  Pressing Station)

Pada stasiun pengepresan atau pengempaan terdapat dua unit sistem yang memegang peranan penting dalam operasi pengolahan kelapa sawit, yang terdiri atas mesin digester  dan  dan mesin screw pr ess ess (gambar 2.2)

Gambar 2.2 Stasiun Pengepresan

Secara umum buah kelapa sawit jenis Tenera (gambar 2.3) terdiri dari daging buah, cangkang dan inti sawit. Tebal daging buah dari buah yang cukup baik atau normal berkisar antara 2 hingga 8 mm sesuai dengan ukuran buahnya. Panjang buah 2-5 cm, beratnya sampai 30 gram, tebal cangkang 0,5-4 mm (Mangoensoekarjo, (Mangoens oekarjo, 2003, hlm 98-100). 

Universitas Sumatera Utara

 

 

Daging buah sawit ( pericarp)

Inti sawit (kernel) Cangkang sawit sawit (shell)

Gambar 2.3 Buah Kelapa Sawit

2.2.1 Pengadukan ( Digester  Digester)  Digester  berasal   berasal dari kata dasar “digest ” yang berarti mencabik. Jadi yang

dimaksud dengan mesin digester   adalah suatu mesin yang digunakan untuk mencabik. Dalam hal ini dilakukan pencabikan sambil pengadukan terhadap buah sawit yang telah lepas (rontok) dari tandannya setelah melewati stasiun Threshing. Lalu buah sawit yang telah menjadi berondolan tersebut dilumatkan dengan cara disayat-sayat daging buahnya dan diaduk dalam ketel adukan (digester ). ). Buah menjadi hancur akibat adukan pisau-pisau ( stirring   arm) yang berputar 25-26 rpm. Sehingga buah sawit bergesekan dengan buah sawit lainnya, pisau digester dan juga dinding digester (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 347). Proses pengadukan dalam digester dibantu oleh uap ( steam) yang berasal dari 0

 Back   Preassure  Vessel  (BPV) dengan suhu uap sebesar 90 C. Uap tersebut

dimasukkan kedalam digester dengan cara diinjeksikan menggunakan pipa uap. 2 Uap (steam) tersebut bertekanan 3 kg/cm . Pengadukan dalam digester   berlangsung selama 30 menit supaya daging buah sawit tercabik sempurna. Minyak yang mulai keluar dari bottom  bearing digester   ditampung ditalang minyak untuk selanjutnya di kirim ke vibrating sceen. Setelah sampai pada tingkat terbawah maka buah sawit selanjutnya di kirim oleh expeller  arm ke bagian chute  untuk selanjutnya diperas minyaknya di mesin pengempa (screw  press). Buah yang diperas berupa lumatan buah sawit yang disayat-sayat dimana struktur  jaringan buah telah rusak dan membuka sel sel yang mengandung mengandung inti minyak,

Universitas Sumatera Utara

 

daging buah ( pericarp) pecah dan terlepas dari biji (nut ), ), serat-serat buah harus masih jelas kelihatan dan bersifat homogen (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 348).

Untuk lebih jelasnya, Gambar 2.4 menjelaskan tentang instalasi  Digester   dan Screw  Press pada Pabrik Kelapa Sawit.

Gambar 2.4 Instalasi Digester  dan  dan Screw Press pada Pabrik Kelapa Sawit

Tujuan utama dari proses pengadukan adalah untuk mempersiapkan daging buah untuk diperas. Sehingga minyak dengan mudah dapat dipisahkan dipisahkan dari dar i daging buah dengan kerugian yang sekecil-kecilnya. Untuk mencapai tujuan itu diperlukan syarat-syarat syarat-syarat sebagai sebagai berikut (Mangoensoekarjo, (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 348): 1.  Pengadukan harus menghasilkan cincangan yang baik sehingga daging buah terlepas seluruhnya dari bijinya dan tidak boleh ada lagi terdapat buah yang utuh, dimana daging buah masih melekat melekat pada bijinya. 2.  Pengadukan harus menghasilkan massa yang sama rata dan biji-biji tidak boleh terpisah dari daging buah dan turun ke bagian bawah ketel. 3.  Daging buah tidak boleh teremas terlalu lumat menjadi bubur, harus tampak struktur serabut dari daging buah.

Universitas Sumatera Utara

 

Penelitian terhadap syarat-syarat diatas adalah penting sekali, sebagian besar diperoleh dari penglihatan dan pengamatan minyak yang keluar dari bejana pengadukan. Untuk mencapai hasil pengadukan yang baik maka pengadukan harus dilakukan pada digester   yang berisi 75 persen saja. Jika digester   terisi 75 persen, maka tekanan yang ditimbulkan oleh beban berat isian itu sendiri mempertinggi gaya-gaya gesekan yang diperlukan untuk memperoleh hasil yang optimal. Jangka waktu pengadukan yang dialami oleh digester  sebelum   sebelum dikempa atau di- press  press  juga merupakan faktor yang cukup penting untuk dapat memenuhi syarat-syarat pengadukan yang baik. Semakin banyak isian suatu digester   maka semakin lama buah teraduk sebelum masuk ke s crew press. Jadi gabungan kedua faktor diatas dapat disimpulkan bahwa isian digester   dan jangka waktu pengadukan harus diusahakan sejauh mungkin untuk dipenuhi secara simultan.

2.2.2 Pengempaan ( Presser  Presser)

Pengempaan bertujuan untuk mengambil minyak dari adukan hasil output   digester , dimana buah sawit yang dilumatkan dengan bantuan pisau-pisau stirring  arm  di digester   dimasukkan ke dalam  feed screw conveyor   dan mendorongnya

masuk ke dalam mesin pengempa ( twin screw press) seperti dijelaskan pada gambar 2.5 berikut.

a. Mesin Screw Press 

Universitas Sumatera Utara

 

 

b. Worm Screw Press  Gambar 2.5 Model mesin screw press (a) dan Worm screw press  press (b) yang

Digunakan pada Pengolahan Kelapa Sawit Screw press  meliputi dua batang screw  (ulir) yang berputar saling

berlawanan. Sawit yang telah dilumatkan akan terdorong dan ditekan oleh cone pada sisi lainnya, sehingga buah sawit menjadi terperas (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 348). Melalui lubang-lubang  press cage minyak dipisahkan dari daging buah (serabut). Hasil dari proses berupa ampas dan biji yang keluar melalui celah antara sliding/adjusting cone  dan  press  cage  yang selanjutnya masuk ke Cake  Bake  Conveyor . Minyak sawit kasar yang masih mengandung kotoran seperti serat-serat

dan air yang selanjutnya akan melewati tahap klarifikasi berupa Sand   Trap  Tank   untuk memisahkan kotoran dari minyak kasar. Lalu ke Vibrating  Screen  untuk memisahkan serat-serat dari minyak kasar tersebut dan selanjutnya dikirim ke Crude  Oil  Tank   sebagai sebagai tangki penampungan minyak kasar. Pada PKS Rambutan

terdapat 4 unit mesin screw press  dan yang yang beroperasi setiap hari hari hanya 2 unit mesin, 2 unit lainnya menjadi cadangan dan operasinya bergantian setiap hari. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam proses pengempaan ini antara lain: 1.  Ampas kempa ( press  press cake cake) harus merata keluar di sekitar konus 2.  Tekanan hidrolik  pada kumulator dijaga 30-40 bar. 3.  Bila screw press  harus berhenti pada waktu yang lama, screw  press  harus dikosongkan. 4.  Tekanan kempa cone yang terlalu tinggi akan mengakibatkan kadar biji dan inti pecah bertambah. Tentunya kerugian inti bertambah. 5.  Tekanan kempa cone yang terlalu rendah akan mengakibatkan cake  masih

basah.Kerugian basah.Kerugia n (looses) pada ampas dan biji bertambah,

Universitas Sumatera Utara

 

pemisahan ampas dan biji tidak sempurna, bahan bakar ampas basah sehingga pembakaran dalam boiler  pun   pun menjadi tidak sempurna. 2.3. Sistem Manajemen Pemeliharaan Pabrik

Menurut BS3811: 1974 menyatakan bahwa pemeliharaan adalah suatu kombinasi dari berbagai tindakan yang dilakukan untuk menjaga suatu barang dalam atau untuk memperbaikinya sampai suatu kondisi yang diterima (Corder A.S, 1992, hlm 1). 2.3.1. Jenis-jenis Manajemen Pemeliharaan Pabrik 2.3.1.1. Pemeliharaan Pencegahan ( Preventive Maintenance Maintenance)

Sistem pemeliharaan ini adalah melakukan pemeliharaan pada selang waktu yang ditentukan sebelumnya, atau terhadap kriteria lain yang diuraikan dan dimaksudkan dimaks udkan untuk mengurangi mengurangi kemungkinan bagian-bagian lain tid t idak ak memenuhi kondisi yang bisa diterima (Corder A.S, 1992, hlm 4). Seperti dalam industri motor masih dikenal istilah ‘servis’. Istilah ini meliputi semua pemeriksaan dan penyetelan yang tercakup dalam buku petunjuk pemeliharaan, terutama pelumasan, pengisian kembali, pemeriksaan minor dan sebagainya. Dalam setiap kejadian, pemeliharaan korektif biasanya memerlukan keadaan berhenti, sedangkan pemeliharaan pencegahan ( preventive maintenance) dapat dilakukan pada waktu berhenti maupun waktu berjalan (Corder A.S, 1992, hlm 6)  2.3.1.2. Pemeliharaan Setelah Rusak ( Breakdown  Breakdown Maintenance)

Pemeliharaan setelah rusak ( Breakdown) merupakan pemeliharaan yang dilakukan terhadap peralatan setelah peralatan mengalami kerusakan sehinggga terjadi kegagalan yang menghasilkan ketidaktersediaan suatu alat (Corder A.S, 1992, hlm 4). Pada mulanya semua industri menggunakan sistem ini. Jika industri memakai sistem ini maka kerusakan mesin akan berulang dan frekuensi kerusakannya sama setiap tahunnya. Industri yang menggunakan sistem ini dianjurkan menyiapkan cadangan mesin ( stand by machine) bagi mesin-mesin yang vital. Sifat lain dari sistem ini adalah data dan file informasi, dimana data dan file informasi perbaikan mesin/peralatan harus tetap dijaga. Pada sistem ini

Universitas Sumatera Utara

 

untuk pembongkaran tahunan tidak ada karena pada saat dilakukan penyetelan dan perbaikan, unit-unit cadanganlah yang dipakai. Sistem  Breakdown   Maintenance  ini sudah banyak ditinggalkan oleh industri-industri karena sudah

ketinggalan zaman karena tidak sistematik secara keseluruhannya dan banyak mengeluarkan biaya (Hamsi, 2004, hlm 1).

2.3.1.3. Pemeliharaan Darurat (E mergency Maintenance Maintenance) 

Pemeliharaan darurat adalah pemeliharaan yang perlu segera dilakukan untuk mencegah akibat yang serius (Corder A.S, 1992, hlm 4). Misalnya sebuah mesin sedang beroperasi namun tiba-tiba mesin tersebut mati. Berapa kalipun dihidupkan ternyata tidak mau hidup lagi. Ketika tutup mesin dibuka, diketahuilah bahwa air radiator mesin habis. Setelah diperiksa didapat kerusakan di bagian pipa radiator dan ada juga bagian mesin yang retak. Akibat kerusakan tersebut maka diperlukan adanya reparasi besar atau penggantian unit yang mengakibatkan operasi mesin harus terhenti selama reparasi besar dikerjakan (Corder A.S, 1992, hlm 6).

2.3.2. Maksud dan Tujuan Manajemen Pemeliharaan Pabrik

Adapun maksud pemeliharaan adalah untuk meningkatkan efektivitas serta porsi keuntungan keuntungan bagi bagi perusahaan. Hal ini bisa dimungkinkan dimungkinkan k karena arena dengan dilakukannya perawatan maka dapat ditekan ongkos produksi disamping dapat pula ditingkatkan kapasitas produksi suatu mesin. mesin. Adapun tujuan utama dilakukannya pemeliharaan (Corder A.S, 1992, hlm 3) adalah: 1.  Untuk memperpanjang usia kegunaan aset yaitu setiap bagian dari suatu tempat kerja, bangunan dan isinya. Hal ini terutama penting di negara berkembang karena kurangnya sumber daya modal untuk penggantinya. Di negara yang sudah maju, lebih murah mengganti daripada memelihara. 2.  Untuk menjamin ketersediaan optimum peralatan yang dipasang untuk produksi atau jasa dan mendapatkan laba investasi (return on investment ) semaksimum mungkin.

Universitas Sumatera Utara

 

3.  Untuk menjamin kesiapan operasional dari seluruh peralatan yang diperlukan dalam keadaan darurat setiap waktu, misalnya unit cadangan, unit pemadam kebakaran dan penyelamat dan sebagainya. 4.  Untuk menjamin keselamatan orang-orang yang menggunakan sarana tersebut. 2.4. Pemeliharaan Korektif  (Corrective Maintenance) 

Pemeliharaan korektif adalah pemeliharaan yang dilakukan untuk memperbaiki suatu bagian (termasuk penyetelan dan reparasi) yang telah terhenti untuk memenuhi suati kondisi yang bisa diterima. Pemeliharaan korektif meliputi reparasi minor terutama untuk rencana jangka pendek (Corder A.S, 1992, hlm 4). Reparasi mesin setelah mengalami kerusakan bukanlah kebijaksanaan pemeliharaan yang paling baik. Biaya pemeliharaan terbesar biasanya bukan biaya reparasi, bahkan bila hal itu dilakukan dengan kerja lembur. Lebih sering unsur biaya pokok adalah biaya berhenti untuk reparasi. Kerusakan-kerusakan yang terjadi pada mesin walaupun reparasi dilakukan secara cepat akan menghentikan operasi,, para karyawan dan mesin menganggu operasi menganggur, r, produksi terganggu terganggu bahkan dapat menghentikan jalannya produksi (Mashar, 2008, hlm 2). Pemeliharaan korektif merupakan perbaikan peningkatan kemampuan peralatan mesin kedepan karena kegagalan atau pengurangan kemampuan mesin selama pemeliharaan preven  preventive tive dikerjakan atau sebaliknya, demi perbaikan mesin dan optimal dalam penggunaannya. Pemeliharaan korektif terdiri dari beberapa bagian (Dhillon, 2006, hlm 143) seperti: 1. Perbaikan karena rusak. Bagian ini fokus dengan perbaikan pada bagian kerusakan peralatan supaya kembali kepada kondisi operasionalnya. 2. Overhaul. Bagian ini fokus dengan perbaikan atau memulihkan kembali (restoring) peralatan ke keadaan yang semula yang dapat dipergunakan (complete serviceable) untuk seluruh peralatan di pabrik tersebut. 3. Salvage. Bagian ini fokus dengan pembuangan dari material yang tidak dapat diperbaiki dan pemanfaatan material yang masih bisa dipakai dari

Universitas Sumatera Utara

 

peralatan yang tidak dapat diperbaiki pada overhaul, perbaikan karena rusak dan rebuild  programs  programs. 4. Servicing . Tipe bagian pemeliharaan korektif ini mungkin dibutuhkan karena adanya tindakan pemeliharaan korektif, seperti pengelasan, dan lainnya. 5. Rebuild . Bagian ini fokus dengan pemulihkan kembali (restoring) peralatan ke keadaan yang standard sedekat mungkin ke keadaan aslinya berkenaan dengan keadaan fisik, daya guna dan perpanjangan masa pakai. Gambar 2.6 berikut menjelaskan tentang grafik pola kecenderungan kerusakan alat pada umumnya.

Jumlah Kerusakan 

X  Awal  Pemakaian  

Daerah I 

Titik kritis 

Pemakaian Normal 

Alat  rusak 

Daerah II 

Daerah III 

Waktu

Sumber gambar :  Mobley, 2004 

Gambar 2.6 Grafik Pola Kecenderungan Kerusakan Alat pada Umumnya

Dari gambar 2.6 diatas ada 3 daerah pembagian tentang perbandingan  jumlah kerusakan terhadap waktu pemakaian alat. Pada tabel 2.1 berikut menjelaskan tentang alasan kerusakan yang terjadi menurut Dhillon, 2006

Universitas Sumatera Utara

 

Tabel 2.1 Alasan kerusakan pada 3 daerah gambar 2.6 Daerah 

Alasan Kerusakan 

Manufaktur yang buruk   I

(Awal Pemakaian) 

Proses yang buruk Pengendalian mutu yang buruk Kesalahan manusia ( Human  Human error  error ) Material yang tidak memenuhi syarat dan keahlian Faktor keamanan yang rendah Cacat yang tidak terdeteksi

II

(Pemakaian Normal)

Kesalahan manusia ( Human  Human error  error ) Penyalahgunaan Penyalah gunaan alat Kondisi kerja lebih tinggi daripada yang diharapkan Kerusakan alami Keausan karena gesekan Pemeliharaan yang tidak baik

III

(Alat Rusak)

Pengamalan pemeriksaan yang salah Korosi dan creep  Desain lifetime yang pendek Keausan disebabkan oleh usia alat

Sumber: (Dhillon, 2006, hlm 24)

Dari gambar 2.6 diatas dapat dilihat bahwa suatu peralataan baru mempunyai suatu kemungkinan kegagalan atau kerusakan yang tinggi. Hal ini disebabkan kelalaian pekerja dan atau kerusakan internal komponen dari pabrik pembuat alat (ini disebut kegagalan produk). Tingkat kerusakan alat akan menurun setelah pekerja mulai terbiasa menggunakan alat tersebut. Setelah melewati masa kritis, alat akan semakin sering mengalami gangguan, sehingga perbaikan akan semakin sering dilakukan, sampai masa pakai ( lifetime) alat tersebut habis. Pada masa ini artinya alat sudah tidak mungkin diperbaiki lagi (Modul panduan P2K3) Pada awal periode, kemungkinan terjadinya kerusakan dari peralatan tersebut menjadi tinggi karena masalah instalasi pemakaian di awal minggu. Setelah periode ini kemungkinan kegagalan relatif rendah. Setelah peralatan

Universitas Sumatera Utara

 

berjalan dengan normal, maka tingkat kerusakan akan stabil dan meningkat kembali seiring berjalannya waktu (Mobley, 2004, hlm 3). Menurut Mobley dalam bukunya  Maintenance  Fundamentals  Edisi 2, 2004, bahwa pemeliharaan atau maintenance dapat digolongkan menjadi  tiga tipe bagian besar pemeliharaan, seperti yang dijelaskan pada gambar 2.7 berikut.

MAINTENANCE 

PREVENTIVE  (PM)  

IMPROVEMENT  (MI)  

Equipment-driven

Reliability-driven

Self-scheduled Machine-cued Control limits When   deficient As   required  

Modification Retrofit Redesign Change  order  

Predictive

Statistical  analysis   Trends   Vibration monitoring Tribology  Thermography Ultrasonics  Other NDT  

CORRECTIVE  (CM) 

Time-Equipment

Periodic   Fixed   intervals Hard  time  limits Specific   time  

Event-driven

Breakdonws Emergency Remedial Repairs  Rebuilds  

Sumber : Mobley, 2004 

Gambar 2.7 Struktur dari Maintenance.

Pada gambar 2.7 diatas dapat di lihat bagaimana pembagian pemeliharaan yang cukup lengkap. Pada pembagian sistem pemeliharaan corrective  terdapat 1  Breakdow kdowns ns   Maintenance, bagian utama sistem pemeliharaan yang terdiri dari  Brea  Emergenc  Emerg encyy  Maintenance,  Rem  Remedia ediall  Maintenance,  Rep  Repairs airs   Maintenance  dan  Rebuilds  Rebu ilds  Maintenance. 

Masalah utama yang dijumpai pada mesin screw press adalah terjadinya keausan pada ulir screw press  akibat torsi dan tekanan kerja dari konus yang menekan buah sawit setelah sekian waktu pemakaian. Terkadang masa pakai yang direkomendasikan oleh pabrik pembuatan screw press tersebut tidak sesuai dengan kondisi aktualnya, sehingga menimbulkan kerugian biaya dan waktu. Mekanisme keausan yang disebabkan gesekan sering juga disebut dengan istilah Tribology. 

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

 

 

2.5. Mekanisme Tribology 

Istilah ini digambarkan pada tahun 1967 oleh Committee of The Organization for Economic Cooperation and Development . Kata Tribology 

sendiri diambil dari kata Yunani, “Tribos” yang artinya adalah menggosok atau meluncur. Tribology ini adalah salah satu cabang ilmu dalam bidang engineering  yang fokus membahas tentang tiga bagian penting fenomena dalam permesinan yang sangat erat hubungannya satu sama lain. Ketiga bagian tersebut adalah gesekan ( friction  friction), keausan ( wear ) dan pelumasan ( lubrication) (Stachowiak, hlm 2). Ketiga bagian ini pasti terjadi pada permesinan dan amatlah penting untuk dibahas. Jadi dapat disimpulkan pembahasan pada bagian pemeliharaan korektif dan analisa kegagalan ini adalah memperhitungkan terjadinya gesekan dalam setiap komponen permesinan yang dapat menyebabkan keausan. Supaya kedepannya dapat diambil suatu tindakan pencegahan/perbaikan untuk mengatasi keausan tersebut. Aus terjadi karena adanya kontak gesek antara dua permukaan benda dan menyebabkan adanya perpindahan material. Hal ini menyebabkan adanya pengurangan dimensi pada benda tersebut. Defenisi keausan menurut standard Jerman (DIN 50 320) bahwa keausan di artikan sebagai kehilangan material secara bertahap dari permukaan benda yang bersentuhan akibat dari adanya kontak dengan solid (benda padat), liquid (benda cair) atau at au gas pada permukaanya (Mang, 2007, hlm 17). Keausan yang terjadi pada setiap sistem mekanisme sebenarnya sangat sulit diprediksi secara teori atau perumusannya, karena banyak faktor

dilapangan

yang

menyebabkan

kesulitan

dan

kekeliruan

dalam

memprediksi keausan tersebut. Faktor itu adalah variasi suhu, variasi kecepatan, variasi jumlah kontaminasi, kecepatan awal-akhir dan faktor lainnya (Ludema, 1996, hlm 140). Keausan sendiri terbagi dalam bebrapa jenis keausan, seperti keausan abrasif, adesif, korosif, keausan fatik, kimia, erosi dan lain-lain. Keausan yang terjadi pada pembahasan skripsi ini adalan keusan jenis abrasif. Abrasif dan kontak lelah ( fatigue  fatigue cantact ) adalah hal yang paling penting dalam perhitungan keausan pada permesinan. Bisa diperkirakan bahwa total keausan yang terjadi

Universitas Sumatera Utara

 

pada elemen-elemen mesin antara 80-90% adalah keausan abrasif dan dalam 8% adalah keausan lelah (wear fatigue). Kontribusi dari jenis keausan yang lain sangatlah kecil. Sebagian besar pengamatan keausan dilakukan secara tidak langsung. Salah satunya adalah dengan menimbang berat spesimen atau benda kerja. Ini adalah cara yang termudah untuk dapat mengukur keausan. Dari menimbang berat benda kerja yang akan dianalisa, dapat diketahui berapa total material yang telah aus dari selisih berat awal benda kerja sebelum operasi dengan berat benda kerja setelah operasi, tetapi t etapi distribusi kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan kontak sulit untuk diketahui diketahui (Zmitrowicz, (Zmit rowicz, 2006). Mempresdiksi Mempresdik si keausan yang terjadi t erjadi pada permesinan cukuplah cukuplah sulit. Setiap rumus pada literatur yang dapat mengitung laju keausan hanya sebatas prediksi atau pendekatan saja. Pada tahun 1950-an J. F. Archard menemukan suatu hukum yang dapat memprediksi terjadinya keausan pada material yang saling bergesekan. J. F. Archard menamai hukum itu dengan dirinya sendiri, yaitu hukum keausan Archard ( Archard  Archard wear wear law). Berdasarkan hukum keausan Archard tentang hukum keausan ( wear law) bahwa

persamaan

untuk

mendapatkan

volume

keausan

diperoleh

dari

(Stachowiak, hlm 477): V = K Ar L = K L

Dimana : V

W   H 

  ................................... (2.1)

= Volume keausan (m3)

L

= Jarak lintas meluncur (m)

W

= Beban (N)

K

= Koefisien keausan

H

= Kekerasan material (Pascal, N/m2)

Ar

= Area kontak (m )

2

Universitas Sumatera Utara

 

2.6. Tegangan Geser Pada Poros Berongga  

Perhitungan tegangan geser yang terjadi pada poros akibat torsi yang bekerja pada screw dari worm screw press dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8. Deformasi pada poros

Pada gambar 2.8. terlihat torsi yang bekerja pada ujung poros bulat padat. Serat A-B yang semula lurus akan memuntir menjadi heliks A-C karena poros puntir sebesar

θ  .

Sehingga deformasi total

(δ s )   sama

dengan D-E. Panjang

deformasi ini adalah busur lingkaran dengan jari-jari r dan berhadapan dengan sudut

θ   radian.

panjang diberikan oleh (Shigley, 1984, hal 69): θ   =

Tl GJ 

.............................. .............. ................................. .............................. ............. (2.2)

Dimana : T

: Torsi

l

: Panjang

G

: Modulus kekakuan

J

: Momen Inersia Polar (sudut) dari penampang. penampang.

θ   

: Sudut puntir untuk batang bulat padat

Dimana torsi yang bekerja pada poros bulat padat (T). T=

Gθ   J  ................ ................................ ................................ ........................... ........... (2.3) l

Universitas Sumatera Utara

 

Untuk batang bulat padat, tegangan geser di titik pusat adalah nol, dan maksimum barada dipermukaan. Distribusi tegangan berbanding lurus dengan radius (r = ½ Diameter). Maka untuk tegangan geser meksimum (Shigley, 1984, hal 69): T  1  D 2   .............. ............................... ................................. ..................... ..... (2.4) τ  max=  J  Momen inersia polar (J) untuk poros po ros bulat padat adalah (Shigley, 1984, hal 70): J=

π  D 4 32

 ................ ................................ ................................ ........................ ........ (2.5)

Sedangkan momen inersia polar (Jr) untuk poros berongga adalah : Jr = Dimana : D d

π  32

............................................. ........ (2.6) ( D   − d  ). ..................................... 4

4

: Diameter luar poros berongga : Diemeter dalam poros berongga

Dengan mensubtitusikan persamaan (2.6) kedalam persamaan (2.4) maka didapatkan persamaan rumus untuk tegangan geser maksimun terhadap poros berongga, yaitu : τ maks =

16TD ................................ ............... .............................. ............. (2.8) π ( D 4 − d 4 )

2.7. Proses Maintenance di PKS Rambutan

Dalam melaksanakan pemeliharaan pemeliharaan PKS Rambutan mengacu ke pro prosedur sedur / Instruksi Kerja (IK) PTP Nusantara III. Adapun sistem pelaksanaan pemeliha pemeliharaan raan dilaksanakan secara Corrective , Preventive   dan Predictive   Maintenance  dengan alur proses dapat dilihat pada Gambar 2.9 berikut. 

Universitas Sumatera Utara

 

  Gambar 2.9. Skema Alur Proses Kegiatan Pemeliharaan

Untuk pekerjaan corrective  maintenance  mengacu ke IK 3.02-02 mengenai Pelaksanaan Kegiatan Teknik, dimana setiap pelaksanaan corrective maintenance  yang harus mengacu pada work   order   yang diminta pengguna alat

(operator). Untuk pekerjaan preventive maintenance mengacu ke IK 3.02 – 02/08 mengenai mengen ai Pemeliharaan / Perawatan Mesin dan Instalasi PKS dan IK 3.02 – 02/09 mengenai mengen ai Pemeliharaan / Perawatan Mesin dan Instalasi Listrik. Listr ik. Sedangkan untuk pekerjaan predictive maintenance mengacu ke IK 3.02 – 00/06. Dalam pelaksanaan pekerjaan corrective dan preventive maintenance yang dilaksanakan secara TS (menggunakan tenaga sendiri) spare  part    yang digunakan part  yang berasal dari gudang, sistim pengadaan terdiri dari 3 kategori, yaitu: yaitu: 1.  Pengadaan lokal (OPL) oleh manajemen unit langsung. 2.  Pengadaan di tingkat Distrik Manager (DM) melalui DPBB kewenangan DM. 3.  Pengadaan di tingkat Kantor Direksi (Kandir) melalui DPBB kewenangan kewen angan Kandir.

Universitas Sumatera Utara

 

Ketiga jenis kategori ini dibedakan berdasarkan ada atau tidaknya sistim keagenan atas barang/bahan yang akan diadakan. Untuk barang keagenan harus diadakan dengan kewenangan Kandir serta berdasarkan nilai pengajuan. Untuk nilai pengajuan < Rp. 50 jt dapat diadakan secara OPL. Sedangkan yang nilai pengajuannya antara Rp. 50 jt s/d Rp. 200 jt menjadi kewenangan DM sedangkan pengajuannya yang nilai pengajuannya lebih dari Rp. 200 jt menjadi kewenangan Kandir. Untuk pekerjaan corrective  maintenance dan preventive  maintenance yang dilaksanakan oleh tenaga pemborong (TP) atau outsourcing , pelaksanaanya berdasarkan P4T (Pengajuan Permintaan Pekerjaan Pemeliharaan / Teknik) yang terdiri dari 2 kategori : 1.  P4T di tingkat Distrik D istrik Manager. 2.  P4T di tingkat Kantor Direksi. Kedua jenis kategori ini dibedakan berdasarkan ada atau tidaknya sistim keagenan atas peralatan yang akan diperbaiki, serta berdasarkan nilai pengajuan, untuk nilai pengajuan < Rp. 250 jt menjadi kewenangan DM sedangkan yang nilai pengajuannya lebih dari Rp. 250 jt menjadi kewenangan Kandir. Kegiatan pemeliharaan  preventive  dapat dipermudah dan berjalan secara efektif dengan menggunakan sistem komputer. Setiap pabrik pasti membutuhkan sparepart , equipment , tool, material  dan consumable  dalam proses operasinya.

Semua ini dapat di jadwalkan secara komputerisasi dan ini akan membantu sistem pemeliharaan  preventive  dalam mengatur workorder , biaya, pembelian dan penjadwalan kegiatan pemeliharaan. Pabrik kelapa sawit Rambutan PTPN III dalam hal ini akan menggunakan sistem komputerisasi (CMMS) dalam membantu proses pemeliharaannya. pemeliharaannya.

Universitas Sumatera Utara

 

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 

3.1.  Cara Kerja Mesin Screw  Press Press  Pada mesin ini worm screw press memiliki peranan utama yang

mendorong dan menekan kelapa sawit supaya terjadi pemerasan. Buah sawit yang telah dihancurkan pada digester diperas akibat gaya tekan yang ditimbulkan antara worm screw,  casing  ( press  press cage), dan cone (konus).  Lampiran 2 menjelaskan sistem kerja screw press ketika terisi buah sawit (keadaan bekerja) serta ketika screw press sedang kosong (tidak bekerja). Screw press mendapatkan tenaga putaran dari motor listrik berdaya 22

KW (29,5 Hp; 380 V, 1450 rpm) yang direduksi melalui gearbox  hingga mencapai 9-11 rpm dan disalurkan memalui 2 buah worm screw press. Press cage atau casing memiliki lubang penyaringan sebanyak 32.000 buah diseluruh sisinya. Cone mendapatkan daya tekan dari pompa hidrolik sebesar 30-40 bar ( Operation manual for MJS Screw Press).

Tekanan konus yang terlalu besar mengakibatkan presentasi biji pecah menjadi tinggi, tetapi bila tekanan konus terlalu kecil maka presentasi kadar minyak pada ampas buah sawit juga menjadi besar (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 349). Maka diperlukan suatu sistem pengaturan yang baik pada pengaturan tekanan hidrolik konus. Minyak kasar sawit (CPO) dan air mulai keluar saat pengepressan berlangsung melalui 32.000 lubang pada  press cage (casing) dan terpisah dari ampasnya yaitu fibre dan nut  (gambar  (gambar 3.1). Pada pengoperasiaannya, kedalam mesin pengempa ini dimasukkan air panas supaya mempermudah pengeluaran minyak dari daging buah sawit. Mesin ini beroperasi pada putaran rendah, yaitu 9-11 rpm (tergantung kebutuhan). Hal ini bertujuan untuk memberikan waktu yang cukup dalam pengeluaran minyak dari kelapa sawit yang telah dihancurkan hingga tuntas. z

Universitas Sumatera Utara

 

  a. Press Cage

b. Cone

c. Ampas dari Screw Press ( Nut  Nut dan Fibre) Gambar 3.1 a. Press Cage, b. Cone dan c. Ampas ( Nut   Nut  dan  dan Fibre) 

Universitas Sumatera Utara

 

3.2.  Bagian Sistem Screw Press  Press yang Mendapat Perawatan Rutin

Berisi tentang bagian-bagian pada mesin srew press yang akan dilakukan perawatan rutin, meliputi 1.   Digester   2.  Motor listrik 3.  Gear Box 4.  Kopling Flens Kaku 5.  Gear  Pentransfer  Pentransfer Putaran Worm  6.  Poros Gear Box 7.  Saringan (Chute) 8.  Worm Screw Press 9.  Penahan (Cone)  3.3.  Pengambilan Data dan Pengukuran

Sebagai dasar perhitungan analisa respon pada worm screw press terdapat beberapa faktor yang harus diperhatikan, sebagaimana yang terjadi pada proses pengolahan. peng olahan. Faktor Faktor-faktor -faktor yang dimaksud adalah: 1.  Air

dimasukkan

dengan

temperatur

˚C 90˚C 90

yang

berguna

untuk

mengencerkan larutan minyak dan agar lubang-lubang saringan tidak tersumbat. 2.  Kadar air tidak lebih dari 20% terhadap buah sehingga sehingga tidak sulit diproses di stasiun minyak. 3.  Tekanan dipertahankan antara 30-40 bar karena apabila tekanan yang diberikan saat pengempaan ( pressing) terlalu kecil, maka angka kehilangan minyak (oil losses) lebih tinggi dan sebaliknya jika tekanan pengempaan terlalu besar menyebabkan persentase biji pecah menjadi tinggi. 4.  Buah yang masuk ke dalam screw press telah mengalami proses terdahulu (telah dijelaskan pada Bab 2, point 2.2) sehingga massa buah dari 100% TBS menjadi 66% yang berbentuk brondolan, seperti yang dijelaskan pada gambar 3.2 berikut.

Universitas Sumatera Utara

 

TBS TB S 100 100%

 EMPTY BUNCH   / Tandan Kosong

FRUITS   /Berondolan (66%)

 EVA PORATION (12%)

 NOTTEN   /BIJI (12%)

PERICARP / Ampas Kempa (13%)

(22%)

CRUDE OIL (41%)

SLUDGE (19%)

PURE OIL (22%)

SHELL /(Cangkang) (7%)

KERNEL/(Inti Sawit) (6%)

 

(Sumber : Data sesuai dengan buku operasi proses pengolahan kelapa sawit )

Gambar 3.2. Material balance pengolahan kelapa sawit

Data-data dari hasil survei mesin screw  press  pada Pabrik Kelapa Sawit PTPN III Rambutan ditabulasikan pada tabel 3.1 dan gambar worm screw press pada gambar 3.3. Tabel 3.1 Spesifikasi mesin Screw Press  No

Uraian

Keterangan

1

Kapasitas (Q)

10 Ton Buah Sawit/Jam Sawit/ Jam

2

Type

3

Tekanan Konus (cone) (P)

4

Clearance

5

Putaran Poros (n)

9-11 rpm

6

Siklus Input

Kontiniu

7.

Berat Worm Screw (W)  

8

Jumlah Ulir

Continous Double Screw press

30 – 40 Bar 25 mm

100 kg = 981 N 4,5

Universitas Sumatera Utara

 

  Gambar 3.3 Worm Screw Press pada PKS PTPN III Rambutan Rambutan 3.4. Bahan Baku ( Raw Material  Material )

Bahan baku yang diolah dalam mesin screw press  adalah buah kelapa sawit yang telah diaduk dan dihancurkan daging buahnya dalam ketel adukan (digester )).. Keadaan awal buah sawit adalah berkumpul dalam satu tandan. Buah kelapa sawit ini termasuk jenis tumbuhan monokotil. Bagian-bagian utama (gambar 3.4) yang terdapat pada buah kelapa sawit (Mangoensoekarjo, 2003, hlm 97-98) adalah sebagai berikut: 1.  Lapisan bagian luar (epicarpium ) yang disebut sebagai kulit luar. 2.  Lapisan

tengah

(mesocarpium )

yang

disebut

daging

buah

yang

mengandung minyak. 3.  Lapisan dalam (endocarpium) yang disebut inti, berada dalam biji dan mengandung

minyak.

Diantara

mesocarpium   dengan

endocarpium 

terdapat cangkang (shell) yang keras. 1 2 3

Gambar 3.4. Bagian utama buah kelapa sawit 0

3

Massa jenis buah sawit pada suhu 90 C, ρ = 641 kg/m (Naibaho,1998).

Universitas Sumatera Utara

 

3.5. Laju Aliran Volume (Kapasitas)

Dalam menentukan kapasitas screw press  yang digunakan terdapat beberapa hal yang perlu menjadi perhatian, antara lain:   1.  Sebelum kelapa sawit masuk ke dalam digester dan screw press, massa awal buah kelapa sawit telah berkurang. Kondisi ini disebabkan karena pada proses penebahan pada mesin thresser buah sawit telah terpisah dari tandannya. Tandan kosong tersebut dipindahkan melalui belt conveyor ke lokasi penampungan penampungan tandan kosong. 2.  Untuk memperoleh hasil pressan yang baik, yaitu minyak sawit yang keluar semuanya, maka perlu diperhatikan bahwa screw press harus dalam keadaan selalu terisi penuh. Kondisi ini dibutuhkan untuk memperoleh efisiensi yang lebih baik dari penekanan yang dilakukan, sebab jika banyak ruang kosong pada saat penekanan, maka penekanan yang terjadi tidak maksimal. Dengan memperhatikan kondisi diatas, maka kapasitas screw press  yang dapat diperoleh berdasarkan data berikut: 1.  Kapasitas olah satu buah mesin screw press 10 Ton Buah Sawit/Jam 2.  Rasio fruitlet  terhadap  terhadap TBS sebesar 66 persen (gambar 3.2) Maka fruitlet  yang   yang diolah diperoleh dihitung sebagai berikut: 66

Q=

100

 x 10 Ton Buah Sawit/Jam ................... ......... .......... (3.1)

Q = 6600 Kg/Jam

Harga volume aliran ( v ) dapat diperoleh bilamana dihubungkan dengan 3 massa jenis bubur buah kelapa sawit yang besarnya ρ  = 641 kg/m . Dengan

demikian, volume aliran kelapa sawit adalah sebagai berikut :

v =



Q  ρ 

  ............... ............................... ................................. ............................... .............. (3 (3.2) .2)

6600 kg /  jam

v  = 641 kg / m

3

3

 Jam m    = 7,709 m  /  Ja

Universitas Sumatera Utara

 

3.6. Analisa Gaya pada Screw Press 3.6.1

Gaya Torsi

Screw  Press  berguna untuk memeras buah sawit hasil pencabikan

(digester ) ke arah keluar (outlet ). ). Dengan adanya penyempitan yang diakibatkan konus, maka akan terjadi pemerasan pada buah tersebut sehingga minyak keluar dari daging buah sawit. Gambar 3.5 menerangkan ukuran screw.

d dm Dr

Dr

Gambar 3.5  Peristilahan screw press

Daerah paling kritis yang sering menjadi area keausan terjadi pada ujung screw (dari survei, gambar 3.6). Diasumsi Diasumsikan kan titk kritis tersebut terjadi pada jarak

maksimal 10 mm dari sisi terluar screw. Maka dk  adalah: dk = 291 - (10 x 2) = 271mm.

Gambar 3.6 Daerah paling kritis yang menjadi area keausan

Universitas Sumatera Utara

 

Pada gambar 3.7 dibawah ini, dapat dilihat gaya–gaya yang bekerja pada screw. Gaya maksimum yang bekerja terletak pada bagian seksi penyumbatan

( plug  plug section) yang terletak pada ujung worm screw press. Dimana jarak antara screw (Pitch) ialah p = 185 mm.

Gambar 3.7 Gaya-gaya yang bekerja pada worm screw press

Dari gambar 3.7 dapat dilakuk d ilakukan an perhitungan untuk menentukan menentukan daya torsi (T) yang diperlukan untuk memutar poros ulir dan menaikkan beban dari ulir yang berbentuk hipotenusa helix yang dilinierkan pada bidang datar (dapat dilihat pada gambar 3.8). Dari suatu segitiga siku–siku yang alasnya merupakan  pitch  screw  dan tingginya sama dengan keliling dari lingkaran diameter rata–rata screw  tersebut.

Gambar 3.8 Ilustrasi pembebanan pada Screw Press 

Universitas Sumatera Utara

 

Gambarr ((3.8) Gamba 3.8) menunjukkan kondisi pembebanan pembebanan rata-rata pada jarak r dari sumbu poros. Gaya F merupakan penjumlahan gaya aksial berupa gaya tekan yang terjadi pada screw.  P adalah gaya yang bekerja untuk memindahkan beban (material kelapa sawit). Gaya N adalah gaya normal, sebagai akibat dari gaya tekan material terhadap screw. Gaya µN adalah gaya  gesek yang terjadi pada permukaan kontak material kelapa sawit dan permukaan screw. Gaya normal dihitung dengan mempertimbangkan faktor pembebanan yang mengindikasikan  jumlah total permukaan permukaan kontak screw dengan material. λ ) sebagai Analisis torsi dilakukan dengan analitik pada sudut helix ((λ  berikut:

∑ F  H  =  N . cos λ   − F   −  µ N . sin λ  = 0 ............... ................................ .................(3.3 a)

∑ F V  =  N . sin λ  − P  +  µ N . cos λ  = 0 ................................ (3.3 b) Dengan mengeliminir mengeliminir gaya normal N pada persamaan 3.3a dan 3.3b untuk mendapatkan P, maka :

1 =0   N 

∑ F  H  = [ N (cos λ  − µ . sin  λ ) − F ]

(cos λ  − µ sin  λ ) −

F   N 

........ ................... ................ ....... (3.4 a) = 0  ....................

∑ F  = [ N (sin  λ  + µ . cos  λ ) − P ]

1

= 0 

 N 

V 

(sin λ  + µ cos  λ ) −

P  N 

........ ................... ................ ....... (3.4 b) = 0  ....................

Dengan Deng an mensubtitusi mensubtitusi persamaan (3.4a) dan (3.4b) diperoleh gaya (P) ialah ialah::

P=

 F (sin λ  + µ cos λ )

cos λ  − µ sin λ 

................................. ................ ............................... ..............(3.5)

Persamaan (3.5) dibagi dengan cos λ   dan dengan mensubtitusi tan λ   =  p   π dm , sehingga sehingga diperoleh:

Universitas Sumatera Utara

 

P=

F [( p π dm ) + µ ]

1 − (µ  p π dm )

 

................................. ................. ................................ .................. (3.6)

Torsi merupakan hasil kali gaya P dan radius daerah kritis (T = P dm /2) , maka diperoleh persamaan : T  =

F .dm   p + π .µ .dm 

2

................................ ......................... .........(3.7)     ................ π  . µ  . dm  p −    

Dimana : T = Torsi yang bekerja pada screw (N.mm) F

= Gaya aksial yang bekerja pada screw (N)

µ

= Koefisien gesek sliding kering antara material dengan screw = 0,49 koefisien gesekan antara Besi Tuang dengan kayu Oak (tabel 3.2)

p

= Pitch screw (mm)

dm  = Harga radius area rata-rata screw =

d  +  + dr 

2

=

291 + 108 2

=199,5 (mm)

Tabel 3.2 Koefisien Gesekan Material Coefficient Of Friction Material 1

Material 2

DRY

Greasy

Static

Sliding

Static 0,3

Aluminum

Aluminum

1,05-1,35

1,4

Aluminum

Mild Steel

0,61

0,47

Brake Material

Cast Iron

0,4

Brass

Cast Iron

Brick

Wood

Bronze

Cast Iron

Bronze

Steel

Cadmium

Cadmium

Cadmium

Mild Steel

Cast Iron

Cast Iron

Cast Iron

Oak

Chromium

Chromium

Sliding

0,3 0,6 0,22 0,16 0,5

0,05 0,46

1,1 0,41

Sumber: www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Tribology/co_of_frict.htm www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Tribology/co_of_frict.htm  

0,15

0,07

0,49

0,075 0,34

Universitas Sumatera Utara

 

Gaya aksial yang bekerja pada screw  merupakan beban yang diakibatkan oleh adanya hambatan oleh konus sehingga menimbulkan tekanan. Tekanan ini sebesar 30 – 40 Bar. Pada perhitungan diambil tekanan maksimal sebesar 40 Bar ialah: Pk  Pk 

  = 40 Bar 5 2 40 10  /  =  x  N  m = 4 MPa

Perhitungan beban (Wk ) yang terjadi pada screw adalah sebagai berikut: Wk = Pk  × A ..................................................... (3.8) dimana

A = luas penampang screw tegak lurus terhadap poros Menurut (Saeful, 2007, hlm 77-78) mekanisme pengempaan pada worm

screw press terbagi atas tiga bagian, yaitu: seksi pengisian ( feed scetion), seksi

pemadatan (ram scetion) dan seksi penyumbatan ( plug section). Pada bagian  plug section  akan mengalami proses penekan yang paling besar oleh karena adanya

tahanan lawan yang diberikan oleh konus, dapat dilihat pada gambar 3.9 (a).

(a)

(b) Gambar 3.9 (a) Pembagian penampang screw , (b) sudut helix screw dan panjang

sisi screw.

Universitas Sumatera Utara

 

Dimana luas penampang sebuah screw diperoleh (Ugural, 2004, hlm 616): A = π d b n ....................................................... (3.9) A = π (291) (40) (1) A = 36549,6 mm2  = 36549,6 × 10-6 m2  λ  =  = 17,630

dengan tan λ   = =  p   π dm  

Untuk penampang screw tegak lurus sumbu poros, ialah: -6

0

A = (36549,6 × 10 ) cos 17,63   2

= 0,034833 m   Beban untuk sebuah screw 6

(tekanan hidrolik dibagi oleh 2 konus,

6

sehingga harga P = 4 ×10  /2 = 2 ×10 ) maka persamaan (3.8) menjadi: Wk  = (2 ×106) (0,034833) = 69666 N Dengan demikian harga torsi (T ) dapat diperoleh dari persamaan (3.7) dgn F = Wk :

T  =

    F    .d m  p + π .µ .dm 2

    π  µ  dm  p − . .    

69666 .(199 ,5)   185 + π .0,49 .(199 ,5)   T = 2  π .(199 ,5) − 0,49 .(185 )      T = 6380707,916 N.mm

3.7.2 Tegangan pada Screw Press  Press 

Ada dua bentuk tegangan yang terjadi yaitu tegangan lentur screw dan tegangan geser poros. Pada gambar 3.10 mengilustrasikan gaya yang diterima oleh penampang screw yang menimbulkan respon tegangan pada screw (Shigley, 2008, hlm 407)

Universitas Sumatera Utara

 

  Gambar 3.10 Geometri dari screw press yang digunakan untuk menentukan

tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada dasar screw.

Tegangan geser nominal τ  dimana torsi bekerja pada dasar screw  (poros screw) dapat dihitung dengan persamaan (2.8) :

τ nom

16TD = π ( D 4 − d 4 )  

Tegangan aksial σ  pada dasar screw  akibat beban F, dengan Ad  = πD2 /4, 2

(Ugural, 2004, hlm 615) dimana D untuk poros padat, sedangkan untuk poros 2

2

2

berongga adalah ΔD = (Dr  – dr ), maka: σ  =

F   A

=

4 F 

(

2

2

π  Dr   − d r 

)

 ................. ................................. .................... .... (3.10 (3.10))

Tegangan lentur σb  dapat dihitung dengan menggunakan persamaan beam  cantilever yang diproyeksikan dari dasar batang screw (Shigley, 2008, hlm 86)  M 

................................. ............................... ...............(3.11) σb =  I  c ................. Momen inersia dihitung dengan persaman (Shigley, 2008, hlm 86): b / 2

I=

......... ................... ................... .............. ..... (3.12 a) a) ∫  y dA  .................. 2

−b / 2

Dimana luas penampang pada dasar batang screw (A) (Ugural, 2004, hlm 616): A = π ΔDr b n

dA = π ΔDr n dy

Dengan mensubt mensubtitusi itusi dA ke persamaan (3.12a) : b / 2

 y   π .∆ Dr  .n dy 2

I=

∫

−b / 2

Universitas Sumatera Utara

 

b / 2

 y 3  I = (π .∆ Dr .n )    3   −b / 2 1     b    b  I = (π .∆ Dr .n )   −  −  3  2    2  3

1  2b

3

   

    3   8  

I = (π .∆ Dr .n)  I=

1 12

3

................................ ............................... ............... (3.12 b) (π .∆ Dr .n)b3   ................

Modulus penampang I/c diperoleh dengan mensubtitusi c = b/2 ke persamaan (3.12 b), sehingga :  I  c

1

.............................. .......................... ..........(3.13) =   (π .∆ Dr .n)b2  .............. 6

Dengan mensubtitusi persamaan (3.13) dan momen yang bekerja pada beam  cantilever M =

F .h 2

  ke persamaan (3.11) sehingga diperoleh tegangan

lentur σb:  σb =

3 Fh   π .∆ Dr .n.b 2

σb =

3 Fh  ............................... ................................................ ................... (3.14) π .( Dr   − d r  ).n.b 2

dimana

ΔDr = Dr – dr

Tegangan geser τ  yang bekerja pada dasar screw  akibat gaya F ialah (Shigley, 2008, hlm 94) :

F  3 F    .......... ................... .............. ..... (3.15) τ  = 3V  = 3 = 2 A 2 π .∆ D.b.n 2( Dr  − d r  )n .b π 

Dari sistem koordinat pada gambar (3.11), dapat dicatat dicatat : σx =

3 Fh   π .( Dr   − d r  ).n.b 2

τ  xy = 0   τ  yz =

σy = 0

4 F 

σ  z = − π  D

(

2 r 

2 r 

− d 

 

)

16TD

(

4

4

π  Dr  − d r 

τ  zx = 0  

)

 

Universitas Sumatera Utara

 

Dari persamaan – persamaan diatas maka dapat diperoleh besar tegangan pada screw, yaitu : :  Tegangan geser nominal nominal τ : 

=

(16 )( 6380707,91 6 )(108 )

(

τ nom

π  108 4 − 49 4 2

τ nom  = 26,95 N/mm

)

atau 26,95MPa

Tegangan aksial σ  σ  = −

( 4 )( 69666)

(

)

π  108 2 − 49 2

  σ  = - 9,5807 N/mm2 atau - 9,58 9,58 MPa

Tegangan lentur σb  σb =

(3)( 69666)(91,5) π .(108 − 49 )(1)( 40 ) 2

σb = 64,515 N/mm2

 

atau 64,51 MPa

Tegangan geser τ yang bekerja pada dasar screw  τ  =

(3)( 69666) ( 2)(108 − 49 ).(1).(40 )(3 .14 ) 2

τ  =  14,1016 N/mm

 

atau 14,10 MPa

Perhitungan–perhitungan diatas dimasukkan dalam bentuk tegangan tiga dimensi seperti terlihat pada sistem koordinat koordinat dari dar i gambar gambar (3.11) : σx = 64,515 N/mm2  

τ  xy = 0  

σy = 0

2 τ  yz = 20,1377 N/mm  

σz = - 9,5807 N/mm2  

τ  zx = 0

 

Universitas Sumatera Utara

 

3.7. Perhitungan Keausan pada Worm Screw Press. 3.7.1. Laju Volume Keausan 

Keausan terjadi karena adanya gesekan antara permukaan suatu material. Untuk lebih mempermudah mengerti tentang terjadinya gesekan dan keausan pada mesin screw press atau yang biasa disebutkan sebagai mekanisme tribology seperti yang telah dijelaskan pada bab 2, maka mari perhatikan gambar 3.11. Pada gambar 3.11 dijelaskan secara sistematis bagaimana terjadinya gesekan material yang terjadi antara permukaan ulir screw press dengan material lain yang dalam hal ini dimaksudkan dengan buah sawit yang sedang diperas. Kondisi permukaan material yang bergesek terlihat dengan perbesaran kondisi permukaan. Terjadinya gesekan antara kedua permukaan tersebut dapat menyebabkan perpindahan material yang aus ( chips) yang terjadi diantara kedua permukaan material yang bergesekan. bergesekan. Bila melihat suatu permukaan material dengan bantuan mikroskop dengan pembesaran tertentu, dapat dilihat bagaimana keadaan mikrostuktur permukaan material tersebut. Hampir tidak ada permukaan mikrostruktur suatu material yang benar-benar rata setelah proses permesinan berlangsung, walaupun itu telah melewati berbagai proses permesinan untuk perataan permukaan (lapping, honing dan lainnya). Dalam hal ini, keausan terjadi pada permukaan dan diujung sisi worm screw press (gambar 3.6). Untuk mempermudah perhitungan laju keausan maka

hanya satu ulir saja yang dihitung, yaitu ulir terluar yang mengalami gaya tekan langsung dari konus.

Universitas Sumatera Utara

 

 

Hard materia l 

Shallow asperity contact  

Deep asperity contact  Soft material

Uloaded asperity

Concentration of Concentration deformation deform ation at deep asperity contact

Sliding Sliding  

Partikel aus

Gambar 3.11 Mekanisme gesekan dipermukaan ulir dan terjadinya partikel aus.

Kekerasan bahan worm screw press yaitu baja tuang (cast steel) adalah berkisar 200-230 BHN (Tabel 3.3), maka diambil harga kekerasan rata-ratanya yaitu 215 BHN ( Brinell  Brinell  Hardness Hardness  Number  Number ))..

Universitas Sumatera Utara

 

Tabel 3.3 Kekerasan bahan Cast Stell 

Sumber : Machine Design Databook

1 BHN = 1 kgf/mm2 = 9,8 Mpa. Maka 215 BHN = 215 x 9,8 = 2107 Mpa.

Sedangkan nilai koeffisien keausan K yang diambil untuk abrasive wear   pada 2 body, didapat dari gambar 3.12 (Norton, 2006, hlm 427) berikut.

Gambar 3.12 Wear Coefficient  K  K 

Universitas Sumatera Utara

 

Untuk memprediksi terjadinya aus pada permukaan screw press dapat digunakan digunak an persamaan (2.1) hukum keausan Archard, yaitu: V=KL

W   H 

 

3

Dimana : V L

= Volume keausan (m ) = Jarak lintas meluncur π  d kk  =

π  

.271 = 850,95 mm

= 0,85094 m W

= Beban = P x

π  

2

r

sawit (dgn

Dbiji sawit  ≈  20 mm)

Apermukaan ulir = ( π r 2 )ulir - ( π r 2 )poros  2 Apermukaan ulir = ( π . ( π .. 0,0542 ) = 0,057318 m2  π  . 0,1455 ) – (π  2

2

Luas buah sawit = π r 2 = π . 0,0075  = 0,000314 m Jumlah sawit di permukaan ulir =

0,057318 = 182 buah 0,000314

Maka total tekanan dari konus yang diterima oleh 1 buah sawit 2 x10 6    = 10989,0101 Pa = 182 W = 10989,0101 x 0,000314 = 3,45055 N -2

K

= Koefisie Koefisien n keausan diambil 10  untuk abrasive wear 2 body

H

= Kekerasan material = 2107 Mpa = 2,107x109  Pascal

Maka, volume keausan yang terjadi adalah : V=KL

W 

 

 H  -2

= 10  x 0,85094 -11

3,45055    2,107x10 9 3

= 1,39355 x10  m   Keausan yang terjadi sebesar 1,39355 x10

-11

3

  m   untuk setiap satu buah

sawit terhadap permukaan worm screw press  pada setiap siklus jalannya sepanjang sepanjan g 0,85094 m. Berdasarkan tabel 3.1 worm screw press berputar 9-11 rpm (diambil 10 rpm). Karena 1 putaran worm screw press sama dengan keliling worm screw press itu sendiri, maka :

1,39355 x10-11 m3 = 1 putaran worm screw press (1 keliling screw)

Universitas Sumatera Utara

 

Untuk masa waktu pemakaian 1 hari kerja mesin screw press, dapat dihitung laju keausan yang terjadi pada worm screw press, yaitu sebesar : 1 hari = 12 jam kerja = 720 menit Dalam 1 menit, worm screw press berputar 10 kali (10 rpm), maka: 720 menit x 10 rotasi = 7200 siklus rotasi/hari. Maka jumlah prediksi keausan yang terjadi dalam 1 hari sebesar : 7200 siklus/hari x 1,39355 x10

-11

3

-7

3

m = 1,003356 x10  m  /hari.

Atau sebesar 100,3365 mm3 /hari

3.7.2. Pengurangan Dimensi pada Worm Screw Press  Press

Laju keausan atau kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan worm screw press dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut (Norton, 2006,

hlm 425): k a = K Dimana:

WL  HAks

............................... .............. ................................. .................... .... (3.16)

k a 

= Kedalaman keausan yang ter terjadi jadi (m)

Aks

= Area kontak sebenarnya (m2)

Untuk menghitung laju pengurangan dimensi karena keausan maka terlebih dahulu dihitung luas area kontak sebenarnya (Aks) dari pergesekan kedua material tersebut. Bentuk permukaan ulir screw press berbentuk lingkaran, dengan diambil daerah kritis 30 mm dari sisi terluar ulir. Maka untuk menghitung luasnya permukaan kritis ulir yang bergesek, luas permukaan seluruhnya dikurang luas permukaan daerah keausan non kritis (Dnon kritis = 291 mm – 60 mm = 231 mm)

................................. .................... .... (3.17) Aks = ( π r 2 )ulir - ( π r 2 )non kritis ................. 2 Aks = ( π . ( π .. 0,11552 ) π  . 0,1455 ) – (π 

Aks = 0,0245862 m2 Jumlah buah sawit yang terdapat pada daerah kritis ulir: Jumlah buah = 0,0245862 = 78 buah sawit. 0,000314

Universitas Sumatera Utara

 

Beban yang dialami oleh seluruh buah sawit dan ulir screw press adalah : W = 78 sawit x 3,45055 N = 269,1429 N Maka prediksi kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan worm screw press dapat dihitung dengan rumus (3.17):

k a = K

WL    HAks -2

= 10  x

269,1429  x 0,85094  (2,107x10 9 ) x 0,0245862

 

-8

= 4,421055 x 10  m Prediksi kedalaman keausan yang dihitung diatas merupakan prediksi kedalaman keausan yang terjadi pada daerah kritis worm screw dalam satu siklus putaran ulir. Dalam satu hari kerja mesin screw press, terdapat 7200 siklus putaran, sama seperti perhitungan sebelumnya. Maka didapat harga prediksi kedalaman keausan dalam 1 hari sebesar : -8

k a = 7200 siklus/hari x 4,421055 x 10  m -4

= 3,18315 x10  m/hari Atau sebesar 0,318 mm/hari Dengan cara yang sama, maka dihitung laju keausan untuk beberara jam operasi seperti tertera pada tabel 3.4 berikut: Tabel 3.4. Hasil perhitungan laju kedalaman keausan berdasarkan waktu

Pemakaian (hari) (har i)

operasi Jam Kedalaman keausan yang terjadi/hari operasi (mm)

1

12

0,318

10

120

3,18

20

240

6,36

30

360

9,54

40

480

12,72

50

600

15,9

60

720

19,08

70

840

22,26

80

960

25,44

Universitas Sumatera Utara

 

BAB 4 HASIL PEMBAHASAN

4.1. Masalah yang Terjadi

Aus dapat terjadi karena adanya gesekan antara dua permukaan benda dan menyebabkan adanya perpindahan material serta pengurangan dimensi pada benda tersebut. Defenisi keausan dan mekanisme keausan telah dijelaskan pada bab 2 dan keausan yang terjadi pada worm screw press telah dijelaskan pada bab 3. Laju pengurangan material yang terjadi pada ulir worm screw press  terletak pada bagian sisi screw  yang langsung mendapat gaya tekan dari konus (gambar 3.7). Adapun yang menjadi penyebab utama terjadinya keausan pada worm screw  press adalah akibat dari tekanan yang terjadi pada permukaan ulir screw tersebut.

Laju kenaikan ulir screw  ( pitch  pitch) karena putaran screw menyebabkan buah sawit yang ada di dalam sisi screw terdorong dan dari sisi lainnya tekanan hidrolik dari konus menekan buah sawit yang telah di hacurkan tersebut. Hal ini tentu membuat buah sawit mengalami tekanan yang begitu besar dari dua sisi, sehingga menyebabkan menyeb abkan sisi terluar screw dimana buah sawit berada mengalami gaya tekan seperti yang dialami buah sawit akibat tekanan konus. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya gesekan antara buah sawit dengan sisi ulir screw (gambar 3.11). Keausan yang terjadi sebesar 6,27 x10 -7  m3 /hari. Sehingga dalam waktu tertentu maka permukaan/ujung ulir screw press akan habis karena aus. Keausan yang terjadi ini mendapat perhatian khusus oleh bagian teknik pada pusat bengkel PTPN III Rambutan, karena seperti yang telah dijelaskan pada bab 1 point 1.2 bahwa masa pakai  yang direkomendasikan oleh pabrik pembuatan screw press terkadang tidak tercapai karena keausan yang terjadi sudah besar,

sehingga waktu saat penggantian worm screw press belum tercapai, tetapi worm screw press harus diganti. Saat survei dilapangan, penulis mendapatkan bahwa worm screw press yang dipakai oleh PTPN III rambutan memiliki masa pakai  

yang direkomendasi pabrik selama 1000 jam pemakaian. Namun dari wawancara dengan mekanik di bengkel reparasi, penulis mendapatkan waktu yang terjadi dilapangan hanya mencapai 700-800 jam pemakaian. Ini tentu saja dapat menjadi pembahasan masalah yang menarik untuk dikaji lebih lanjut. 

Universitas Sumatera Utara

 

4.2. Pemeliharaan Perbaikan ( Repair  Repair Maintenance) pada Worm Screw

 Press yang dikejakan oleh Bagian Teknik (Bengkel) Karena keausan yang terjadi pada worm screw press di pabrik PTPN III Rambutan tidak sesuai dengan rekomendasi waktu pemakaian dari pabrik pembuatannya membuat jadwal pembelian spare part  atau  atau worm screw press baru menjadi tidak stabil. Hal ini dapat membuat terganggunya proses produksi pabrik karena kerusakan atau keausan pada worm screw press tidak dapat diperkirakan. Hal ini membuat bagian teknik, terkhusus bengkel reparasi mengerjakan perbaikan sementara terhadap worm screw press yang sudah aus tersebut, menunggu kedatangan worm screw press  yang baru. Adapun perbaikan yang dikerjakan oleh karyawan bengkel adalah mengelas (menambah ketebalan/  Rebuild ) yang dikerjakan pada permukaan worm screw press yang mengalami

keausan paling besar, yaitu pada ulir terluar dengan menggunakan las listrik. Perbaikan tersebut dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut.

Gambar 4.1. Perbaikan yang dikerjakan oleh Mekanik Bengkel Reparasi

Universitas Sumatera Utara

 

Penambahan ketebalan worm screw press  dengan metode pengelasan listrik ini hanya dikerjakan pada bagian ulir terdepan saja. Karena ulir ini yang mengalami keausan terbesar, tidak pada keseluruhan ulir. Hasil worm screw press  setelah mengalami perbaikan penambahan ketebalan oleh bengkel reparasi dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut.

Gambar 4.2. Hasil perbaikan worm screw press yang telah dikerjakan oleh

Bengkel Reparasi Penambahan ketebalan worm screw press berkisar 15 mm. Setelah perbaikan penambahan ketebalan dengan pengelasan listrik ini worm screw press  sudah dapat digunakan di stasiun pengepressan. Berdasarkan hasil wawancara dengan mekanik bengkel, bahwa worm screw press  setelah perbaikan ini dapat bertahan untuk jangka waktu hampir setengah dari masa pakai worm screw press baru dari pabrikan pembuatan screw press atau sekitar sekitar 300-400 jam pemakaian. 4.3. Corrective  Maintenance Maintenance untuk Masalah Keausan.

Setelah diketahui masalah yang terjadi dan penyebab permasalahannya serta perbaikan sementara yang telah dikerjakan pada worm  screw press, tentu diharapkan adanya solusi permasalahan atau pemecahan masalah supaya kedepannya masalah tersebut dapat diminimalkan. Baik itu meminimalkan sumber daya bengkelnya dan juga biaya pemeliharaan. Demi tercapainya kemaksimalan

Universitas Sumatera Utara

 

proses produksi pabrik. Hal ini sesuai dengan sistem Corrective Maintenance yang telah dijelaskan pada Bab 2, poin 2.4. Ada banyak studi literatur dari buku teknik metalurgi dan juga penelitian yang telah dikerjakan oleh para ahli untuk dapat mengurangi terjadinya keausan pada permesinan. Penelitian ini dikerjakan karena keausan ini dianggap penting untuk diatasi atau dikurangi, demi kelancaran kerja mesin. Ada banyak cara yang dapat dikerjakan untuk mengurangi terjadinya keausan pada permesinan, seperti merubah sifat permukaan material yang bergesek untuk menambah kekerasan dan ketangguhannya sehingga dapat mereduksi keausan dan juga dengan modifikasi ukuran. 4.3.1. Pengerasan Permukaan Logam (Surface Hardening)

Pengerasan permukaan atau dikenal dengan surface hardening, umumnya dilakukan pada material baja karbon rendah. Ada dua cara yang biasanya dilakukan untuk pengerasan pada bagian permukaannya saja, yaitu dengan: 1.  Merubah mikro struktur permukaan logam. 2.  Merubah mikro struktur permukaan logam dan komposisinya. Biasanya pengerasan permukaan dengan merubah mikro strukturnya diterapkan pada material baja dengan kandungan karbonnya medium atau tinggi, sedangkan pengerasan yang melibatkan perubahan mikrio struktur dan komposisi kimianya diterapkan pada material baja karbon rendah. Kedua cara tersebut prosesnya tentu berbeda. Untuk merubah struktur mikro baja karbon, cukup dilakukan dengan pemanasan dan pendinginan. Sedangkan untuk merubah struktur mikro dan komposisi kimianya tidak cukup dengan dilakukan pemanasan dan pendinginan saja, melainkan dengan penambahan unsur lain pada permukaan logam yang akan dikeraskan (Adjiantoro, 2000, hlm 58). Proses pengerasan permukaan logam merupakan cara untuk dapat mereduksi keausan. Dengan meningkatkan kekerasan permukaan suatu logam, maka laju keausan yang terjadi dapat berkurang karena permukaan logam yang bergesekan menjadi semakin keras dan permukaan tersebut tidak mudah melepaskan material aus. Ada banyak cara yang dapat dilakukan untuk dapat membuat suatu permukaan logam menjadi lebih keras, diantaranya adalah dengan metode kromisasi, karburasi, nitridasi, karbunitridasi, nitrokarburasi dan lain-lain.

Universitas Sumatera Utara

 

Kekerasan suatu logam sangat bergantung pada temperatur pemanasan, lama penahanan pada temperatur tertentu ( holding  time), laju pendinginan, komposisi kimia logamnya, kondisi permukaan, ukuran dan berat benda kerja. Kemampuan baja untuk dapat dikeraskan sering disebut dengan hardenability. Kekerasan maksimum baja didapatkan dari pembentukan fase martensit atau fase karbida pada struktur mikro baja tersebut (Mubarok, ( Mubarok, 2008, hlm 9). 4.3.1.1. Penelitian Kromisasi

Kromisasi adalah proses penjenuhan lapisan permukaan baja dengan menggunakan Cr (Chromium saturated cases). Tujuan utamanya adalah untuk mendapatkan permukaan yang keras, tahan aus dan tahan terhadap korosi. Proses kromisasi terdiri dari tiga tahap, yaitu: 1. Dissosiasi gas dengan pelepasan Cr atomik. 2. Adsorbsi atom-atom Cr pada permukaan baja. 3. Difusi atom ato m Cr keda kedalam lam baja. Kecepatan difusi sangat dipengaruhi oleh temperatur. Jika temperatur dinaikkan, kecepatan difusi Cr meningkat pula. Tetapi bila temperatur terlalu tinggi akan berpengaruh terhadap terhadap struktur mikro baja yang dapat mempunyai sifat kurang baik. Dalam penelitian yang dikerjakan oleh Bintang Adjiantoro tentang proses kromisasi terhadap pelat baja karbon rendah (AISI 1010) didapatkan bahwa suhu pemanasan sebagai fungsi kecepatan reaksi difusi berpengaruh terhadap peningkatan kedalaman lapisan krom dan kekerasannya. Namun pengaruh waktu penahanan terhadap kedalaman lapisan krom relatif kecil bila dibandingkan dengan pengaruh suhu pemanasan. Penelitian proses kromisasi ini dilakukan dengan menggunakan media campuran campu ran dari serbuk Fe-Cr, Al2O3 dan NH4Cl dengan perbandingan berat 60 : 37 o

o

o

: 3 yang dipanaskan pada suhu 800 C, 850 C dan 900 C serta waktu penahanan selama 5, 6 dan 8 jam. Kegunaan bahan-bahan tersebut adalah : 1.  AL2O3 berfungsi sebagai penghalus butir but ir dan pencegah pertumbuhan butir pada saat pemanasan. 2.  NH4Cl

berfungsi

sebagai

aktivator

pembentuk

gas

mengantarkan meng antarkan atom-atom Cr larut padat dipermukaan baja.

Cr-Cl2  dan

Universitas Sumatera Utara

 

Dari pengamatan visual, permukaan benda kerja berubah warna menjadi putih keabu-abuan, hal ini menunjukkan bahwa telah terbentuk lapisan krom. Kedalaman lapisan dan kekerasan permukaan (ketahanan aus) terbesar diperoleh dari waktu pemanasan 8 jam dengan suhu pemanasan 950 oC dan didapat kedalaman lapisan pengerasan krom sebesar 1,43 mm dari permukaan spesimen dengan kekerasan kekerasan telah meningkat meningkat menjadi 270 VHN dari dar i spesimen standar tanpa kromisasi sebesar 119 VHN ( Vickers Hardness Number ). ). Untuk ketahanan terhadap keausan diuji dengan mengukur kehilangan berat spesimen setelah pengujian. Pengujian keausan menggunakan abrasive paper   (ampelas) dengan kekasaran 240 mesh, putaran 470 rpm dan beban 2 kg. Dari pengujian tersebut didapatkan didapa tkan ketahanan aus (kehilangan berat) meningkat meningkat menjadi menjadi 0,04 gram (untuk spesimen dengan waktu penahanan 5 jam dan suhu pengerjaan 950 oC) dari kondisi spesimen standarnya yang memiliki ketahanan aus (kehilangan berat) sebesar 5,20 gram. Berdasarkan foto mikro struktur penampang melintang dari penelitian proses kromisasi pada baja karbon rendah ini didapatkan bahwa kenaikan kekerasan yang terjadi bukan diakibatkan oleh teransformasi t eransformasi fasa, melainkan oleh terbentuknya senyawa Fe2Cr3  dibagian yang dekat dengan permukaan dan terbentuknya senyawa α-Fe2Cr5 diantara lapisan permukaan dengan logam induknya (Adjiantoro, 2000). 4.3.1.2. Penelitian Karburasi

Karburasi adalah cara pengerasan permukaan dengan memanaskan logam (baja) diatas suhu kritis dalam lingkungan yang mengandung karbon. Atau bisa  juga dikatakan dengan penambahan unsur karbon kedalam permukaan logam (baja) yang dikerjakan diatas suhu kritis. Karbon diabsorbsi kedalam logam membentuk larutan padat karbon-besi dan pada lapisan luar jadi memiliki kadar karbon yang tinggi. Bila cukup waktu, atom karbon akan berdifusi ke bagianbagian sebelah dalam. Tebal lapisan tergantung dari waktu dan suhu yang digunakan. Berdasarkan media yang memberikan karbon, secara umum ada tiga macam metode dalam proses karburasi, yaitu:

Universitas Sumatera Utara

 

3.  Karburasi padat (solid carburizing), adalah suatu cara karburasi yang menggunakan bahan karbon berbentuk padat. 4.  Karburisasi cair (liquid carburizing), adalah suatu cara karburisasi dengan menggunakan bahan karbon berbentuk cair. 5.  Karburisasi gas (gas carburizing), adalah suatu cara karburisasi dengan menggunakan bahan karbon berbentuk gas.

Dengan masuknya atom-atom karbon ke permukaan material maka akan terbentuk larutan padat. Karena atom-atom karbon yang larut mempunyai ukuran (jari-jari) atom yang jauh lebih kecil dari dar i pada ukuran atom besi, maka atom-atom karbon akan masuk ke permukaan baja dan mengisi ruang-ruang kosong di antara atom-atom besi secara interstisi (sisipan), sehingga akan terbentuk larutan padat interstisi karbon dalam besi/baja. Terbentuknya larutan padat interstisi ini akan menyebabkan peningkatan kekerasan dari baja. Selain terbentuknya larutan padat interstisi, atom-atom karbon yang masuk ke permukaan akan berikatan kuat dengan atom-atom permukaan (atom-atom Fe) membentuk fase baru yang disebut fasa karbida besi yang mempunyai sifat yang keras. Dalam penelitian yang dikerjakan oleh Bangun Pribadi dkk tentang proses pengerasan permukaan baja St 40 dengan metode carburizing  plasma lucutan pijar, didapatkan bahwa lamanya waktu pendeposisian mempengaruhi kualitas kekerasan yang dihasilkan, karena menambah jumlah atom karbon yang tersisip ke dalam permukaan atom Fe. Pengujian karburasi ini dikerjakan dengan variasi o

o

o

o

suhu 150 C, 200 C, 250 C dan 300 C serta variasi waktu penahanan 30, 60, 90, 120, dan 150 menit. menit. Hasil dari proses pr oses karburisasi diperoleh peningkatan kekerasan permukaan sebesar 194,51 % yaitu dari 197,54 KHN menjadi 581,78 KHN pada suhu 300oC dan waktu 120 menit. Jika suhu semakin tinggi maka getaran atomatom subtrat (atom-atom Fe) akan tinggi pula dan membuat jarak atom semakin besar, sehingga atom-atom karbon akan lebih mudah berdifusi di antara celahcelah atom Fe. Banyaknya atom-atom karbon yang terdifusi ke permukaan spesimen menjadikan kerapatan permukaan subtrat meningkat, sehingga kekerasan permukaan spesimen pun meningkat.

Universitas Sumatera Utara

 

Pada saat proses carburizing dengan waktu pendeposisian kurang dari 120 menit, atom-atom karbon belum secara maksimal mengisi ruang di antara atomatom Fe, sehingga pada permukaan subtrat masih banyak terdapat ruang sisipan yang belum terisi oleh atom-atom karbon, akibatnya kekerasan belum maksimal. Pada saat proses carburizing dengan waktu pendeposisian lebih dari 120 menit, atom-atom karbon yang terdeposisi ke dalam permukaan subtrat akan semakin banyak seiring dengan lamanya waktu pendeposisian. Hal ini akan menyebabkan terjadinya penumpukan penumpukan atom-atom karbon pada permukaan subtrat sehingga yang terbentuk bukan lagi sebagai ikatan karbida besi, melainkan hanya merupakan tumpukan atom-atom karbon. Jika waktu yang diberikan untuk proses carburizing plasma lucutan pijar semakin lama, maka kekerasan subtrat akan semakin turun. Hal ini berarti bahwa penambahan waktu hanya akan menyebabkan pemborosan waktu dan biaya (Pribadi dkk, 2008). 4.3.1.3. Penelitian NiKaNa

Sejak tahun 2001 telah ditemukan metode baru untuk mengeraskan permukaan baja, baja, yakni metode meto de NiKaNa. Metode NiKaNa ini terdiri terd iri atas gabungan tiga

proses

metalurgi

yaitu

Nitridasi,

Karbonasi,

dan

Quenching

NaCl

(pendinginan mendadak dalam larutan garam dapur), tiga proses yang semula dilakukan secara terpisah. Dengan metode gabungan ini didapatkan baja dengan tingkat kekerasan yang lebih besar. Proses pengerasan ini terjadi karena adanya perubahan fasa atau struktur penyusun atom dari besi baja tersebut. Perubahan fase dilakukan dengan cara memanaskan baja dengan suhu tertentu dan pendinginan dengan kecepatan tertentu pula dengan menambahkan material baru ke dalam baja tersebut. Teknik Nitridasi dilakukan dengan menggunakan gas nitrogen yang disemprotkan langsung pada baja yang sedang membara. Dengan metode tersebut kekosongan pada material akan terisi oleh atom-atom yang bergeser karena penumbukan oleh atom nitrogen maupun oleh atom nitrogen yang menempati letak interstisi. Proses tersebut akan membentuk struktur baru yang mempunyai kekerasan yang lebih baik dibanding material aslinya. Dengan menembakkan atom nitrogen pada material, maka kekosongan yang terdapat pada material akan terisi oleh atom-atom yang bergeser karena penumbukan oleh ion nitrogen

Universitas Sumatera Utara

 

maupun oleh ion nitrogen yang menempati letak interstisi. Sehingga akan terbentuk struktur baja baru yang mempunyai kekerasan lebih baik dibandingkan material aslinya. Bila ion-ion nitrogen ditembakkan pada besi (Fe) pada kondisi tertentu ion-ion nitrogen tersebut akan membentuk fase baru yaitu fase Fe-N. Karbonasi adalah proses pendeposisian unsur karbon ke dalam permukaan logam. Pada pendeposisian ini dimaksudkan agar terjadi peningkatkan kekerasan lebih besar dibandingkan sebelum dilakukan proses karbonasi. Pada karbonasi baja karbon rendah ( < 0,3 % C ) akan terjadi peningkatan kekerasan lebih besar dibandingkan dibanding kan dengan karbon medium ( 0,3 %C – 0,7 %C ) atau tinggi ( 0,7 %C – 1,7 %C ). Kekerasan maksimum suatu logam besi dapat terjadi dengan pendinginan secara mendadak (Quenching) material yang telah dipanaskan sehingga mengakibatkan menga kibatkan perubahan struktur mikro. Kenaikan kekerasan berbeda-bed berbeda-bedaa pada beberapa kandungan karbon. Media pendingin  yang digunakan secara umum adalah hidrokarbon (oli bekas). Laju quenching tergantung pada beberapa faktor di antaranya temperatur medium, panas spesifik, panas pada penguapan, konduktivitas termal medium dan viskositas serta agitasi (pergolakan) adalah laju pergerakan atau aliran media pendingin. Kecepatan pendinginan dengan air lebih besar dibandingkan pendinginan dengan oli. Dan pendinginan oleh udara mempunyai kecepatan yang paling kecil. Dalam penelitian yang dikerjakan oleh Susanto  Susanto  dkk tentang proses pengerasan permukaan pada baja karbon rendah (C 0,18 % dan Silikon 3 %) didapatkan bahwa metode NiKaNa menyebabkan terjadinya penambahan gugus N-H (yang merupakan kontribusi dari proses nitridasi) sehingga hal ini menjadikan susunan atom pada baja karbon rendah menjadi rapat dan padat. Pengujian metode NiKaNa ini dikerjakan dengan variasi suhu 300 oC, 600oC dan o

900 C serta variasi waktu pemanasan 15, 30 dan 45 menit. Hasil dari metode NiKaNa diperoleh peningkatan kekerasan permukaan tertinggi sebesar 552 %, yaitu dari 8,7 HRC menjadi 48,0 HRC pada suhu 900 oC dan waktu pemanasan 15 o

menit. Untuk waktu pemanasan 30 menit dan 45 menit pada suhu 900 C ternyata angka kekerasannya jauh menurun bila dibandingkan dengan waktu pemanasan 15

Universitas Sumatera Utara

 

menit, yaitu sebesar 44,3 HRC untuk waktu pemanasan 30 menit dan 22,3 HRC untuk waktu pemanasan 45 menit. Penelitian ini dilakukan dalam 3 tahap, yaitu tahap treatment  awal,   awal, tahap treatment   NiKaNa dan tahap pengujian sampel. Tahap treatment awal adalah

pengampelasan dan pemanasan. Sampel baja dipanaskan dalam Furnace dengan melakukan melakuk an variasi suhu dan waktu pemanasan. Tahap treatment tr eatment NiKaNa memiliki 3 bagian secara berurutan yaitu nitridasi, karburasi dan quenching NaCl. Gas nitrogen disemprotkan langsung (nitridasi) pada sampel baja yang telah dipanaskan dengan suhu dan waktu pemanasan yang telah ditentukan, lalu sampel dipanaskan kembali dengan suhu dan waktu pemanasan yang sama dengan awal dan dicelupkan secara cepat ke dalam cairan oli bekas konsentrasi jenuh (karburasi), (karburasi ), lalu sampel baja dipanaskan kembali pada suhu dan waktu pemanasan yang sama dengan awal dan dicelupkan mendadak ke dalam larutan garam dapur (NaCl) jenuh (Quenching). Pada proses nitridasi dilakukan pendeposisian atom-atom nitrogen pada baja yang telah mendapat perlakuan panas, yang mengakibatkan peregangan atom-atom material dan mengalami kekosongan, sehingga diisi oleh atom nitrogen tersebut sehingga memunculkan ikatan atom baru yaitu Fe-N. Atom nitrogen yang yang menyusup menyusup

menempati menempati letak interstisi interstisi (sisipan) maupun maupun secara

subtitusi (perpindahan). Dengan masuknya atom nitrogen kedalam substrat mengakibatkan terjadinya perubahan struktur mikro atom yaitu atom-atom penyusun baja menjadi lebih rapat dan padat. Pada proses karbonasi atom-atom karbon mampu berdifusi kedalam material baja, atom karbon sangat mudah menyusup kedalam substrat karena ukuran atom karbon lebih kecil dibandingkan dengan atom Fe. Dengan kadar karbon bertambah maka kekerasannya meningkat. Proses quenching adalah sangat baik pada pengerasan bahan logam. Pada proses pencelupan cepat, suatu bahan logam tidak sempat mengalami difusi dengan atom tetangga sehingga seluruh kekosongan langsung akan terisi oleh o leh media quenching tersebut secara mendadak. Proses ini tentunya menyebabkan kerapatan atom pada permukaan bahan menjadi lebih besar dan tentunya bahan logam menjadi lebih keras. Hal ini terjadi ter jadi karena proses quenching membu membuat at mikro sturktur permukaan

Universitas Sumatera Utara

 

bahan logam jadi memiliki batas butir yang lebih kecil, sehingga mikro sturktur permukaan bahan logam menjadi lebih halus dan padat (Susanto  (Susanto  dkk, 2005). 4.3.2. Metode Pelapisan Permukaan

Proses  Metal Spraying  merupakan salah satu cara alternatif proses perlindungan permukaan logam dari kerusakan. Proses metal  spraying  dapat juga digunakan digunak an untuk proses perbaikan (repair ), ), misalnya memb membuat uat lapisan keras pada pada permukaan untuk perkakas, mempertebal bagian-bagian permukaan yang telah mengalami keausan dan lain-lain. Sifat-sifat yang diinginkan dari proses metal  spraying  antara lain adalah ketahanan terhadap keausan, ketahanan terhadap

korosi, ketahanan terhadap temperatur tinggi dan lain-lain. lain-lain. Penelitian yang dikerjakan oleh Mochamad Ichwan dan Dikdik Iskandar tentang karateristik keausan abrasif dari lapisan Aluminium-Bronze pada baja St 37 didapatkan bahwa nilai ketahanan keausan abrasif material hasil proses metal spraying kawat Aluminium-Bronze yang mengalami perlakuan panas lebih tinggi

bila dibandingkan dengan material tanpa perlakuan panas ( Heat Treatment )).. o

 o

 o

Perlakuan panas dikerjakan dengan variasi temperatur 550 C, 600 C dan 650 C dan waktu penahanan ( Holding  Holding Time) selama 1 jam, 2 jam dan 3 jam. Sebelum proses metal spraying dilakukan, terlebih dahulu dilakukan proses sand blasting  pada permukaan baja St 37. Selanjutnya dilakukan pemanasan awal (umumnya 90oC-150oC) pada material dasar tersebut dengan menggunakan alat Flame Gun. Maksud dari pemanasan awal tersebut adalah untuk menghilangkan air dan menjamin permukaan bebas dari kelembaban dan untuk menghilangkan tegangan sisa dan meminimalkan efek pemuaian material pada saat proses metal spraing dilakukan. Setelah dilakukan proses metal spraying dengan kawat AluminiumBronze, selanjutnya dilakukan proses perlakuan panas pada 3 kondisi temperatur pemanasan dan 3 kondisi waktu penahanan yang berbeda.  Dalam proses metal spraying ikatan yang terjadi antara logam pelapis dengan permukaan logam dasar

adalah karena adanya ikatan adhesi dan kohesi yang menyebabkan ikatan saling mengunci secara mekanik dari pertikel yang disemprotkan dengan permukaan logam dasar yang dikasarkan. Semakin tinggi t inggi temperatur pemanasan dan semakin lama

waktu

penahanaanya

akan

meningkatkan

harga

kekerasan

lapisan

Universitas Sumatera Utara

 

Aluminium-Bronze. Kekerasan tertinggi terjadi pada daerah antar permukaan (interface) antara Aluminium-Bronze dengan logam dasar baja St 37, yaitu o

sebesar 247 VHN dengan temperatur kerja 650 C dengan penahanan waktu selama 3 jam. Hal ini disebabkan karena terjadinya peningkatan konsentrasi atom, baik pada material dasar maupun pada logam pelapis akibat terjadinya proses difusi yang semakin jauh, sehingga ikatan antar atomnya akan terbentuk dengan mudah. Untuk ketahanan terhadap keausan abrasif diuji dengan mengikuti standar pengujian ASTM D 3389  Abrasive Resistance.  Pengujian keausan menggunakan Test Equipment tipe  Taber ,  Abraden  tipe H 10 Calibrade, beban 500 gr, lama

pengujian 30 menit dan putaran 5000 rpm. Dari pengujian tersebut didapatkan ketahanan aus tertinggi pada spesimen percobaan meningkat menjadi 0,34 % berat awal (untuk spesimen dengan waktu penahanan 3 jam dan suhu pengerjaan o

650 C) dari kondisi spesimen standarnya yang memiliki ketahanan aus sebesar 0,57 % berat awal. Peningkatan ketahanan abrasif juga dikarenakan oleh semakin sedikitnya jumlah rongga (porous) pada lapisan hasil proses metal spraying. Rongga (porous) tersebut terbentuk karena adanya gas yang terjebak pada saat proses metal spraying  dilakukan. Melalui proses perlakuan panas dengan temperatur pemanasan yang tinggi dan waktu penahanan yang lama, presentase terjadinya porositas mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena terjadinya difusi volume dari atom-atom yang menuju permukaan rongga gas yang terjebak tersebut dan berdifusi keluar. Sehingga dengan semakin tinggi temperatur pemanasan, maka kecenderungan gas untuk keluar semakin mudah (Ichwan, 2003). Proses metal  spraying ini dapat dikerjakan dengan dua cara berbeda, yaitu dengan material dalam bentuk serbuk atau kawat. Kedua cara ini memiliki perbedaan prinsip pada model Flame Spray Gun-nya. Namun untuk gas pembakarannya sama. Hal ini dijelaskan pada gambar 4.3 berikut.

Universitas Sumatera Utara

 

  Gambar 4.3. Contoh Flame Spray Gun model serbuk dan kawat

Sedangkan gambar 4.4 berikut menerangkan pengerjaan proses metal spraying pada sebuah benda kerja.

Gambar 4.4. Proses Metal Spraying. 

Universitas Sumatera Utara

 

4.3.3. Redesign atau Modifikasi

Beberapa penjelasan tentang proses pengerasan permukaan ( Surface   Hardening)  diatas dapat menjadi solusi untuk mengurangi keausan yang terjadi

pada permukaan baja karbon rendah. Bahan worm screw press adalah  cast steel  dan termasuk dalam golongan baja karbon rendah, karena cast steel tergolong carbon steel yang memiliki kandungan karbon sebesar 0,2 % (lihat tabel 4.1). Berarti semua contoh penelitian tentang pengerasan permukaan diatas dapat diaplikasikan juga untuk permukaan worm screw press.

Tabel 4.1. Kadar Karbon Cast Steel 

Sumber : Machine Design Databook, Chapter 4, P17.

Namun selain metode pengerasan permukaan untuk ulir   screw press,  dapat juga diterapkan metode lain yaitu dengan mendesain ulang ( redesign) atau modifikasi. Yaitu dengan memodifikasi ketebalan ulir yang mangalami keausan paling besar. Modifikasi yang dikerjakan dengan menambahkan pelat pada sisi ulir tersebut dengan pembautan. Dengan demikian, saat mesin screw press bekerja, pelat yang pelapis ulir yang akan mengalami keausan. Dan apabila keausan pelat sudah besar, maka perbaikan hanya dengan mengganti pelat pelapis yang aus dengan pelat pelapis yang baru, sehingga dapat memperkecil biaya perawatan dan pembelian ulir screw press yang baru.

Universitas Sumatera Utara

 

4.3.3.1. Pelat Pelapis

Pelat palapis yang digunakan harus memiliki kekerasan yang besar, sehingga tahan terhadap gesekan dan keausan. Ukurannya tentu disesuaikan dengan ukuran utama ulir  screw press, supaya pelat tersebut dapat menahan tekanan dari konus secara sempurna. Pelapisan terhadap ulir screw press bisa dikerjakan pada satu  pitch saja, yaitu kepada ulir terdepan yang mengalami gaya tekan konus paling besar (gambar 4.5). Pelat yang digunakan dapat berupa baja karbon rendah yang dikeraskan permukaannya, supaya memiliki nilai ekonomis yang tinggi (murah) dan tidak memerlukan keahlian khusus untuk membuatnya.

Gambar 4.5. Ulir paling depan

Supaya ulir pelapis dapat menempel kuat pada ulir ini, maka disepanjang sisi depan ulir ini harus di bor (diluban ( dilubangi) gi) sesuai dengan ukur ukur an pelat pelapis yang akan dipakai. Jumlah lubang pembautan ada 24 lubang. Geometri ukuran dan letak lubang pada ulir ini disesuaikan dengan geometri ukuran pada pelat pelapis. Pengeboran dilakukan tidak tegak lurus sumbu poros worm screw pess tetapi sejajar dengan sisi tebal dari ulirnya, supaya lubang pada ulir tersebut sejajar dengan lubang pada pelat pelapis. Hal ini tentunya akan membuat pembautan ulir dan pelat pelapis semakin kuat. Ulir yang telah mengalami pengeboran lubang sebanyak 24 buah dijelaskan pada gambar 4.6 berikut.

Universitas Sumatera Utara

 

  Gambar 4.6. Ulir yang telah di lubangi

Pelat pelapis yang akan dipakai di bentuk terlebih dahulu berupa sebuah pelat bundar dari baja karbon rendah yang dibagi menjadi 8 bagian dan dilubangi (gambar 4.7) dengan spesifikasi : -  Diameter luar

=

291 mm

-  Diameter dalam

=

148 mm

-  Tebal pelat

=

10 mm

-  Sudut pembagi lingkaran lingkara n

=

45o 

-  Jumlah lubang tiap pelat

=

3 lubang

Gambar 4.7. Pelat bundar untuk pelat pelapis.

Universitas Sumatera Utara

 

Karena keausan yang terjadi terpusat pada daerah pinggir (ujung) dari worm screw press  (gambar 3.7), maka untuk ukuran pelat pelapis disesuaikan

dengan kondisi kerja tersebut. Pembautan dilakukan pada jarak 35 mm dari sisi terluar ulir (gambar 4.8.a), hal ini dikerjakan supaya kepala baut tidak mengalami keausan yang signifikan. Untuk lebih menghindari keausan pada kepala baut, maka pada lubang pembautan dibuat lubang tambah ta mbahan an dengan diameter lubang 20 mm dan kedalaman 5 mm (gambar 4.8.b). Lubang ini akan melindungi kepala baut dari gesekan. Karena di khawatirkan apabila kepala baut aus, tentu akan mengurangi menguran gi ukuran kepala baut (penipisan akibat gesekan dengan buah sawit) dan daya ikat antara pelat pelapis dengan permukaan ulir berkurang atau dapat menyebabkan baut cepat patah sehingga pelat pelapis akan lepas dari permukaan ulir.

(a)

(b)

Gambar 4.8. a) Dimensi 1 buah pelat pelapis, b) Dimensi lubang pembautan

Setelah ulir screw press di lubangi sesuai dengan letak dan ukuran lubang pembautan pada pelat pelapis dan semua pelat pelapis telah siap dibentuk sesuai dengan ukuran ulir screw press, maka pembautan sudah dapat dikerjakan. Letak kepala baut berada pada bagian sisi ulir yang begesek dengan buah sawit (bagian pelat pelapis) sedangkan bagian mur-nya terletak pada sisi bagian belakang ulir (gambar 4.9). Penguncian dikerjakan pada mur, bukan pada baut. Sehingga baut

Universitas Sumatera Utara

 

mengalami momen puntir lebih kecil. Sedangkan pelat pelapis yang telah dipasang pada ulir screw press dapat dilihat pada gambar 4.10 berikut.

Gambar 4.9. Baut pada penampang pelat pelapis dengan ulir screw press 

Gambar 4.10. Pelat pelapis yang telah terpasang pada ulir depan

Universitas Sumatera Utara

 

4.3.4. Perhitungan Pengurangan Dimensi pada Worm  Screw   Press Setelah Modifikasi.

Dari semua penelitian pengerasan permukaan diatas, hasil pengerasan permukaan dengan metode NiKaNa meningkat kekerasannya hingga 552%, yaitu dari 8,7 HRC menjadi 48 HRC. Bila dikonversikan kedalam kekerasan BHN (Gambar 4.11) maka didapat: 8,7 HRC ≈ 190 BHN 48 HRC ≈ 490BHN 9

490 BHN x 9,8 = 4802 Mpa = 4,802x10 Pa. Sehingga, bila pelat dikeraskan dengan metode NiKaNa, kekerasan material cast steel diperkirakan  akan meningkat dari 215 BHN (tabel 3.3) menjadi

mendekati 490 BHN atau lebih. Untuk memastikannya perlu diadakan penelitian lebih lanjut (penelitian baru). Maka, laju keausan yang terjadi pada permukaan pelat modifikasi worm screw press adalah: k a = K

WL  HAks

= 10-2 x

 

269,1429  x 0,85094  (4,802x109 ) x 0,0245862

 

= 1,93985 x 10-8 m

Prediksi kedalaman keausan yang dihitung diatas merupakan prediksi kedalaman keausan yang terjadi pada daerah kritis worm screw dalam satu siklus putaran ulir. Dalam satu hari kerja mesin screw press, terdapat 7200 siklus putaran, sama seperti perhitungan sebelumnya. Maka didapat harga prediksi kedalaman keausan dalam 1 hari sebesar :

k a = 7200 siklus/hari x 1,93985 x 10 -8 m -4

= 1,39669 x10  m/hari Atau sebesar 0,139669 mm/hari

Universitas Sumatera Utara

 

190 BHN 

X

X

8,7 HRC

490 BHN 

48 HRC  

Sumber : Machine Design Databook     Gambar 4.11 Grafik

konversi satuan kekerasan material 

Universitas Sumatera Utara

 

Dengan cara yang sama, maka dihitung perbandingan laju kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan worm screw press sebelum dan setelah modifikasi berdasarkan waktu operasi, seperti tertera pada tabel 4.2 dan gambar 4.12 berikut: Tabel 4.2 Hasil perbandingan perhitungan laju kedalaman keausan berdasarkan

waktu operasi 

Pemakaian (hari)

Jam operasi

1 10 20 30 40 50

12 120 240 360 480 600

Kedalaman keausan yang terjadi/hari sebelum modifikasi (mm) 0,318 3,18 6,36 9,54 12,72 15,9

60 70 80

720 840 960

19,08 22,26 25,44

Kedalaman keausan yang terjadi/hari setelah modifikasi (mm)   0,1395 1,395 2,79 4,185 5,58 6,975 8,37 9,765 11,16

30

   )   m 25   m    (   n   a 20   s   u   a   e 15    K   n   a 10   m   a    l   a    d 5   e    K

Kedalaman keausan yang terjadi/hari sebelum modifikasi (mm)

0

0

200

400

600

800

1000

1200

Kedalaman keausan yang terjadi/hari setelah modifikasi (mm)

Waktu operasi (jam)

Gambar 4.12 Grafik Hasil perhitungan laju kedalaman keausan worm screw  press sebelum dan setelah modifikasi berdasarkan waktu operasi

 

Dari Tabel 4.2 diatas, didapat perbandingan laju keausan antara worm screw press sebelum dan setelah modifikasi. Berdasarkan tabel tersebut,

disarankan disaran kan pemakaian worm screw press setelah modifikasi hanya pada 70 hari atau 860 jam kerja, karena keausan sudah mencapai 9,765 mm dan dilakukan penggantian pelat pelapis baru.

Universitas Sumatera Utara

 

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1.  Didapatkan respon yang terjadi pada worm screw press, berupa tegangan geser nominal pada poros akibat puntir sebesar 26,95 MPa. Tegangan aksial sebesar σ = - 9,58 MPa. Tegangan tarik akibat beban lentur σb  = 64,51 MPa. Tegangan geser pada dasar screw  akibat tekanan konus sebesar 14,10 Mpa. Semua respon tersebut berpengaruh terhadap ketahanan worm screw press.  

2.  Keausan worm screw press pada PKS PTPN III Rambutan terjadi pada bagian ujung worm screw press. Bagian ini mengalami tekanan langsung dari konus sebesar 10,98 KPa untuk setiap buah sawit. Volume keausan 3

yang terjadi pada permukaan per mukaan worm screw press sebesar 100,336 mm  /hari. Laju kedalaman keausan pada permukaan logam yang bergesek sebesar 0,318 mm/hari untuk kekerasan cast steel 215 BHN dan koefisien keausan 2 body. Untuk 960 jam kerja, telah mengalami keausan sedalam 25,44 mm. Kekerasan logam worm screw press  berpengaruh terhadap laju keausan yang terjadi.

3.  Corrective maintenance yang dapat dikerjakan:  Memodifikasi permukaan ulir screw press dengan penambahan pelat

pelapis yang telah mengalami proses pengerasan permukaan NiKaNa. Proses ini dapat meningkatkan kekerasan pelat menjadi 490 BHN dengan laju keausan menjadi 0,139 mm/hari. Dengan merubah sifat mikrostruktur logam maka dapat meningkatkan kekerasan pada permukaannya. Akibat makin rapatnya atom-atom pada permukaan yang dikeraskan tersebut. Direkomendasikan Direkomendasi kan pemakaian worm screw press sampai 70 hari atau 840  jam kerja karena keausan sudah mencapai mencapai 9,765mm, lalu dilakukan penggantian pelat pelapis pada worm screw press. 

Universitas Sumatera Utara

 

5.2. Saran

1.  Perlu diadakan uji kekerasan, mikrostruktur atom-atom penyusun logam cast steel (metalograpi) pada permukaan logam yang aus. Supaya dapat

diketahui lebih jelas tentang karateristik sifat mekanik permukaan dari bahan worm screw press dan kondisi mikrostruktur permukaan yang aus. 2.  Perlu dilakukan penelitian lebih mendalam mengenai karakteristik gesekan antara material buah kelapa sawit yang telah dihancurkan dengan logam cast   steel  dengan mempertimbangkan kondisi kerja, suhu kerja serta

lubrikasi dari CPO yang diperas. 3.  Perhitungan untuk memprediksi keausan yang terjadi ada baiknya dilakukan komparasi dengan laju pengurangan berat worm screw press. Yaitu dengan penimbangan worm screw press sebelum dan sesudah proses pengempaan dengan rentan waktu yang telah ditentukan.

Universitas Sumatera Utara

 

DAFTAR PUSTAKA

Adjiantoro, Bintang. 2000. Peningkatan Sifat Ketahanan Aus Baja Karbon  Rendah Melalui Proses Proses Kromisasi Kromisasi. Puslitbang Metalurgi LIPI.

Corder, A.S. 1992. Teknik Manajemen Pemeliharaan, Alih Bahasa, Kusnul Hadi. Erlangga. Jakarta. Dhillon, B.S. 2006.  Maintainability, Maintenance Maintenance,, and Reliability for Engineers Engineers. Taylor & Francis Group LLC. New York. Hamsi, Alfian. 2004.  Manajemen Pemeliharaan Pabrik . Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Ichwan, Mochamad dan Dikdik Iskandar. 2003. Penelitian Karateristik Keausan  Abrasif dari Lapisan Aluminium Bronze. Pusat Penelitian Informatika LIPI. Bandung.

Norton, Robert L. 2006.  Mechanical Design: An Integrated Approach.  3rd  ed. Pearson Prentice Hall. New Jersey. Ludema, K. C. 1996. Friction, Wear, Lubrication : A Textbook in Tribology. CRC Press LLC. Boca Raton.  Machine Design  Design Databook   Databook . 2004. The McGraw-Hill Companies.

Mang, Theo and Wilfried Dresel. 2007.  Lubricants and Lubrication. 2nd  ed. WILEY-VCH GmbH, Weinheim. Federal Republic of Germany Ger many.. Mangoensoekarjo, Soepadiyo dan Haryono Semangun. 2003.  Manajemen Yogyakarta. karta.  Agrobisnis Kelapa Kelapa Sawit . Gadjah Mada University Press. Yogya Mashar, Ali. 2008.  Manajemen Operasional Pemeliharaan Fasilitas dan Review.  Fakultas Ekonomi Universitas Mercu Buana. Jakarta. nd

Mobley, R. Keith. 2004.  Maintenance Fundamentals.  2   ed. Elsevier Butterworth-Heinemann. Butterworth-Heineman n. United States of America.

Universitas Sumatera Utara

 

Modul Panduan Pemeliharaan, Perbaikan, Kesehatan dan Keselamatan Kerja (P2K3). Mubarok, Fahmi. 2008.  Lecture XII, Metalurgi I.  Institut Teknologi Sepuluh November. Novembe r. Surabaya. Surabaya. Naibaho, P. 1998. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit . Pusat Penelitian Kelapa Sawit. Medan. Medan. Okafor, Basil. 2007a. Wear in Screw Presses: A Major Problem in Oil Palm  Mills. Medwell Journal of Applied Sciences 2 (1). Owerri-Imo State, Nigeria. Okafor, Basil. 2007b.  Modeling of Metal Wear in Screw Presses in Palm Oil  MIlls. Medwell Journal of Applied Sciences 2 (3). Owerri-Imo State, Nigeria.

Operation Manual & Part List For MJS Screw  Press.  Pribadi, Bangun, Suprapto dan Dwi Priyantoro. 2008. Pengerasan Permukaan  Baja St40 dengan Metode Carburizing Carburizing Plasma Lucutan Pijar. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN. Yogyakarta. Yogyakarta.  Saeful, Idad. 2007. Thesis: Perancangan Screw Press Biji Jarak Skala Rakyat Pedesaan. Program Magister Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung. Bandung. Shigley, Joseph E dan Larry D. Michell. 1984. Perencanaan Teknik Mesin.  Edisi 4. Trans. Gandhi Harahap. Erlangga. Jakarta. th

Shigley, Joseph E. 2008.  Mechanical Engineering Engineering Design.  8   ed. The McGrawHill Book Company. Company. United St States ates of America. Stachowiak, Gwidon W. and Andrew W. Batchelor,  Engineering Tribology,  Australia: Butterworth-Heinemann. Butterworth-Heinemann. The T he McGraw-Hill Boo Book k Company Company.. Susanto, et al. 2005. Analisis Kualitatif Gugus Fungsi Pada Baja Karbon Rendah Yang Mendapat Perlakuan Nitridasi, Karbonasi dan Quenching NaCl (NiKaNa) Menggunakan Spektroskopi FTIR. Universitas Diponegoro. Semarang.

Universitas Sumatera Utara

 

Ugural, Ansel C. 2004.  Mechanical Design: An Integrated Approach. The McGraw-Hill Book Company. New York. Wahjudi, Didik dan Amelia. 2000.  Analisa Penjadwalan dan Biaya Perawatan  Mesin Press untuk Pembentuk Pembentukan an Kampas Rem. JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 2, No. 1, hlm 50 – 61, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Kristen Petra. Zmitrowicz, Alfred. 2006. Wear Patterns and Laws of Wear-A Review. Journal of Theoretical And Applied Mechanics 44, 2, pp. 219-253. Institute of FluidFlow Machinery, Polish Academy of Sciences. Sciences. Warsaw. http://www.roymech.co.uk/Use mech.co.uk/Useful_Tables/Tribology/c ful_Tables/Tribology/co_of_frict.htm o_of_frict.htm   ,, coeffisien of http://www.roy  friction. (Diakses tanggal 22 Februari 2010).   http://boltsmetallizing.com/service.htm  http://boltsmetallizing.com/service.htm (Diakses tanggal 26 Mei 2010). 

http://www.americanstrippingsacr icanstrippingsacramento.com/metalSpr amento.com/metalSpray.html ay.html  (Diakses tanggal http://www.amer 26 Mei 2010).   http://metalogik.co.za/metal_spray.htm (Diakses tanggal 26 Mei 2010).

Universitas Sumatera Utara

 

  Lampiran 1 Skematik Diagram Pengolahan Pabrik Kelapa Sawit

 

 

Eksternal

 

Water 

Water Recourses

 

Gas

Power Station

 

Dust

 

Boiler 

   

FFB From Plantation

 

Turbin

 

Steam

 

 

Feul 

Threser 

  Hot Water  

 

 

 

Condensate  to Fat Pit 

 

Steam to proces 

 

BPV

Sterillizer 

 

Water Treatment   Plant  

 

Waste Water Cooler 

 

30 Ton TBS

Hot Water  Tank

   

Anion-Kation Dearator 

19,8 Ton Buah Saw Sawit

 

Digester 

 

(Fibre & Shell) 

 

 

Press

Fibre Sparator 

 

Crude Oil 

   

Kernel 

   

Vibro Sparator 

 

 

 

Crude Oil Tank

Ripple Mill

Nut Silo

 

   

 

 

Kernel Silo

 

Kernel

 

Condensat Heater 

 

Clay Bath

Kernel Station  

Oil  Recovery 

Low Speed Sparator 

Oil Tank

 

 

Nut 

 

Clarifier Tank

Waste to Effluent 

 

CPO 

CPO

   

Storage Tank

 

 

 

Oil Purifier 

Oil Station  

 

Fat Pit

 

Raw Water  Water  Steam & Hot Water 

 

Effluent Treatment Plant

 

 

       

 

 

 

Land Application

High Pullutan  Low Pollutan  Fibre & shell 

FFB  Oil  Nut & Kernel 

 

Sumber: Bagian Perencanaan PTPN 3 

Universitas Sumatera Utara

 

Lampiran 2 Screw Press pada keadaan operasi (a) dan ketika tidak beroperasi (b) serta layout screw press(c)

 

Tekanan hidrolik konus 30-40 bar

(a)

(b)

(c)

Universitas Sumatera Utara