Perhitungan Tekanan Screw Press [PDF]

Citation preview

Psp =



Fsp Asp



Dimana : Fsp = Gaya Beban Screw Press (N) Asp = Luas penampang Screw Press (m2) Data yang di peroleh yaitu : A. Daya yang di pakai pada mesin screw press (N) = AC/DC 190 v : 41800 watt B. Putaran Screw press (n) = 9-11 rpm C. Diameter worm screw press (dws) = 305 mm : 0,305 m D. Diameter poros screw press (dp) = 110 mm : 0,11m E. Diameter rata-rata (dm) = 158 mm : 0,158 m F. Pitch (p) = 220 mm G. Tebal screw (b) = 40 mm H. Diameter rongga poros (dr) = 45 mm I. Tinggi screw (h) = 90 mm J. Berat worm screw (W) = 100 kg K. Jumlah ulir = 5 ulir L. Clereance = 2-3 mm



1. Perhitungan gaya worm screw Press Gaya aksial Yang bekerja pada worm screw merupakan beban yang di akibatkan karena adanya hambatan oleh konus sehingga menimbulkan tekanan, tekanan ini sebesar 50-60 Bar, pada perhitungan di ambil Tekanan terbesar yaitu tekanan 60 Bar ialah : Pk = 60 Pk = 60 x 105N/m2 Wk = Pk x A Dimana luas penampang sebuah screw diperoleh : A = π .d . b . n A = π (305 ) (40)(1)



A = 38308 mm2 = 38308 x 10-6 m2 Dengan Tan λ = p / πdm



λ = 17,63°



A = (38308 x 10-6) cos 17,63° = 0,03650 m2 Beban untuk sebuah screw (tekanan hidrolik dibagi oleh 2 konus, sehingga harga 6 x 106 Pk = = 3 x 106 ) 2 Maka persamaan menjadi : Wk = (3 x 106)(0,03650) = 109500 N Dengan demikian harga P ( gaya yang bekerja untuk memindahkan beban) dapat di peroleh dari persamaan berikut F = Wk , Dimana jarak antara screw ( pitch ), p = 220 mm P =F ¿ ¿ P=



109500 N [0,93] 0,7827



P = 130107,3 N Jadi gaya yang bekerja untuk memindahkan beban/material kelapa sawit (P) sebesar 13107,3 N Gaya yang terjadi pada WS yaitu gaya Sentrifugal diperoleh dari persamaan : T = Fws x rws Fws =



T rws



Menghitung Nilai Moment torsi (T) yang terjadi pada WSP Diperoleh dari persamaan : Analisis torsi dilakukan dengan analitik pada sudut helix (λ) sebagai berikut: ƩFH = N.cos λ – F -µN.sin λ = 0 ƩFV = N.sin λ – P -µN.cos λ = 0 Dengan mengeliminir gaya normal N pada persamaan 3.3a dan 3.3b untuk



mendapatkan P, maka : ∑FH = [ N (cos λ – µ.sin λ ) – F ] (cos λ - µ sin λ) -



F =0 N



∑FV = [ N (sin λ – µ.cos λ ) – P ] (sin λ - µ cos λ) -



1 =0 N



1 =0 N



P =0 N



Dengan mensubtitusi persamaan (3.4a) dan (3.4b) diperoleh gaya (P) ialah P=



F (sin λ+ μ cos λ) cos λ−μ sin λ



Persamaan (3.5) dibagi dengan cos λ dan dengan mensubtitusi Tan λ = P/πdm , sehingga diperoleh: P =F ¿ ¿ T=



F . dm p+ π . μ . d m ( ) 2 π . d m −π . 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 p = Pitch screw (mm) dm = Harga radius area rata-rata screw =



d ws + d p 305+110 = = 360 mm 2 2



P =F ¿ ¿



N=



2π nT 60



T=



60 N 2πn



T=



60 x 41800 2 x 3,14 x 11



T=



2508000 = 36305,7 Nm 69,08



Jadi momen torsi yang terjadi pada worm screw press yaitu : 36305,7 Nm Sehingga Gaya Worm Screw diperoleh dari persamaan di atas, Dimana diameter WS = 305 mm : 0,305 m Jadi rws = 0,1525 m T = Fw x rws Fws =



T rw



Fws =



36305,7 Nm 0,1525 m



Fws = 238070,16 N Karna terdapat 2 buah Worm Screw maka besar gaya pada WS diperoleh dari persamaan : Fws = 2 x Fws Fws = 2 x 238070,15 N Fws = 476140,32 N Jadi gaya yang terjadi yang terjadi pada worm screw press (Fws) Sebesar : 476140,32 N



2. Perhitungan gaya pada bubur buah Gaya pada bubur buah diperoleh dari persamaan : Persamaan perhitungan Fbb = mbb . g Menghitung massa bubur buah yang masuk ke dalam press cage (mbb). Mbb =kapasita SP x Waktu penekanan (t) Putaran poros screw adalah 11 rpm, jumlah blade = 5 blade Maka waktu penekanan membutuhkan 5 kali putaran, maka waktu penekanan (tp) : 5 x 60 11



Tp



=



Tp



= 27,27 s Sehingga diperoleh massa bubur buah yaitu :



mbb



= 15000 kg/jam x 27,27 s



mbb



= 4,16 kg/s x 27,27 s



mbb



= 113,4 kg



Sehingga diperoleh gaya pada bubur buah yaitu : Fbb



= mbb x g



Fbb



= 113,4 kg x 9,8 m/s2



Fbb



= 1111,3 N



Diperoleh gaya pada SP yaitu penjumlahan dari gaya WSP dengan gaya pada bubur buah Fsp



= Fws + Fbb



Fsp



= 476140,3 + 1111,3



Fsp



= 477251,6 N Jadi besar gaya yang terjadi pada SP sebesar 477251,6 N



3. Perhitungan luas penampang Screw Press



Aws



Ap



Asp poros Asp Asp Asp



Luas penampang pada Blade worm screw press = π/4 x dws2 = 3,14/4 x (0,305m)2 = 0,0730 m2



Luas penampang pada poros Worm Srew Press = π/4 x dp2 = 3,14/4 x (0,11)2 = 0,00949 m2 Jadi luas penampang pada Screw Press adalah : = luas penampang pada blade – luas penampang pada = Aws – Ap = 0,0730 m2 – 0,00949 m2 = 0,06351 m2



Jadi luas penampang pada 2 batang Worm Screw Press yaitu : = 2 x Asp = 2 x 0,0635 m2 = 0,127 m2 Di dapat luas penampang pada Screw Press diperoleh sebesar ( 0,127m2) Asp Asp



4. Perhitungan tekanan screw press Psp Psp Psp



= Fsp/Asp 477251,6 N = 0,127 = 3757886 N/m2



Sehingga di peroleh tekanan yang terjadi pada screw press adalah : 3757886 N/m2 1 kg/cm 2 Psp = 3757886 N/m2 x 980665 N /m2 Psp = 38,31 kg/cm2 ¯¿ ¿ Psp = 38,31 kg/cm2 x 1 1,0197 kg /cm 2 Psp = 38,31 Bar



5. Perbandingan antara screw press dengan hidrolik dengan Tekanan Screw press Adapun tekanan hidrolik yang digunakan pada PT.Sandabi Indah Lestari adalah 50-60 Bar. 1. perbandingan tekanan 50 bar Perbandingan antara tekanan screw press dengan tekanan hidrolik pada tekanan 50 Bar yaitu : 38,31 1 = = 1 : 1,3 Bar 50 1,3



2. perbandingan tekanan 60 bar Perbandingan antara tekanan screw press dengan tekanan hidrolik pada tekanan 60 Bar yaitu : 38,31 1 = = 1 : 1,5 Bar 60 1,5 Dari hasil Analisa dan perhitungan, Diperoleh perbandingan antara tekanan screw press dengan tekanan hidrolik yang berfungsi sebagai penahan yaitu 1:1,3 Bar pada penahan tekanan hidrolik 50 Bar dan 1:1,5 Bar pada penahan tekanan hidrolik 60 Bar



6. Dampak Tekanan Pada Proses Pengepressan Pada proses Pengepressan di stasiun press dengan menggunakan mesin screw press, dapat di ketauhi bahwa semakin besar tekanan maka kerugian minyak pada ampas pressan dapat di tekan sekecil mungkin tetapi berdampak pada hasil produksi karnel, dikarenakan banyak buji sawit ( karnel yang pecah ). Sedangkan sebaliknya, jika semakin kecil tekanan pengepressan maka hasil produksi karnel akan meningkat karena biji sawit masih banyak yang utuh, tetapi kerugian minyak kelapa sawit yang ikut terbuang pada ampas kelapa sawit akan semakin tinggi.



Bagian Sistem Screw 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 Putaran Worm 6. Poros Gear Box 7. Saringan (Chute) 8. Worm Screw Press 9. Penahan (Cone)



Analisis torsi dilakukan dengan analitik pada sudut helix (λ) sebagai berikut: ƩFH = N.cos λ – F -µN.sin λ = 0 ƩFV = N.sin λ – P -µN.cos λ = 0 Dengan mengeliminir gaya normal N pada persamaan 3.3a dan 3.3b untuk mendapatkan P, maka : ∑FH = [ N (cos λ – µ.sin λ ) – F ] (cos λ - µ sin λ) -



1 =0 N



F =0 N



∑FV = [ N (sin λ – µ.cos λ ) – P ]



1 =0 N



(sin λ - µ cos λ) -



P =0 N



Dengan mensubtitusi persamaan (3.4a) dan (3.4b) diperoleh gaya (P) ialah P=



F (sin λ+ μ cos λ) cos λ−μ sin λ



Persamaan (3.5) dibagi dengan cos λ dan dengan mensubtitusi Tan λ = P/πdm , sehingga diperoleh: P =F ¿ ¿



DAFTAR NOTASI



A Aks Ar b



Luas penampang m2 Area kontak sebenarnya m2 Area kontak m2 Lebar screw mm



BHN kgf/mm2 = 9,8 MPa



Brinell Hardness Number



d



Diameter screw mm



dm



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



dk D, Dr dr F G h H HRC I J Jr ka K l L P p Q T V W



1



Kekerasan material Pascal Hardness Rockwell grade C Momen inersia mm4 Momen inersia polar untuk poros pejal mm4 Momen inersia polar poros berongga mm4 Kedalaman keausan yang terjadi m Koefisien keausan Panjang m Jarak lintas meluncur m Gaya untuk memindahkan beban N Jarak antar screw (pitch) mm Kapasitas Ton/Jam, Kg/Jam Torsi N.mm Volume keausan m3 Beban



N Beban N Sudut puntir untuk batang bulat padat o Massa jenis buah sawit kg/m3 Volume aliran kelapa sawit m3/jam Koefisien gesek sliding 0,49



Wk



θ ρ v



µ



τ



max



τ



nom



Tegangan geser maksimum Mpa Tegangan geser nominal akibat puntir Mpa Tegangan aksial Mpa Tegangan lentur Mpa Tegangan geser pada dasar screw akibat F Mpa



o σb τ



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. Faktor-faktor yang dimaksud adalah: 1. Air dimasukkan dengan temperatur 90˚C yang



berguna



untuk



mengencerkan



larutan minyak dan agar lubang-lubang saringan tidak tersumbat. 2. Kadar air tidak lebih dari 20% terhadap buah 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



TBS (100%)



FRUITS/Berondolan (66%)



EMPTY BUNCH/ Tandan Kosong (22%)



CRUDE OIL (41%)



SLUDGE (19%)



PERICARP/ Ampas NOTTEN/BIJI Kempa (13%) (12%) SHELL/ (Cangkang) (7%) PURE OIL (22%)



KERNEL/ (Inti Sawit) (6%)



EVA PORATION (12%)