analisa pengaruh variasi conveying rate dan luffing …
TRANSCRIPT
ANALISA PENGARUH VARIASI CONVEYING RATE DAN LUFFING
ANGLE TERHADAP RESPON GETARAN MEKANISME PENGGERAK KONVEYOR
BOOM PADA STACKER RECLAIMER PLTU PAITON BARU
Yanuar Krisnahadi2112204813
Surabaya, 30 Desember 2014
Pembimbing:Pembimbing: Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. M.Eng
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER TEKNIK MESIN - REKAYASA ENERGI
PENDAHULUANFUNGSI STACKER RECLAIMER
STACKING(Peletakkan batu bara)
1
RECLAIMING(Pengambilan batu bara)
2
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PENDAHULUANSi P k K BSistem Penggerak Konveyor Boom
Tampak atas
Tampak atas-samping Tampak depan Tampak belakang
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
p p g
LATAR BELAKANG
Stacker R kl iRecklaimer merupakan peralatan utama dalam coaldalam coal handling system
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
LATAR BELAKANG
Tren hasilTren hasil pengukuran vibrasi fluktuatif
Base line
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
RUMUSAN MASALAH
Bagaimana pengaruh variasi conveying rate terhadap respon
1Bagaimana pengaruh variasi conveying rate terhadap respon getaran sistem penggerak konveyor boom pada stacker reclaimer.
Bagaimana pengaruh variasi luffing angle terhadap respon getaran sistem penggerak konveyor boom pada stacker
2
reclaimer.
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
TUJUAN
Mengetahui respon getaran sistem penggerak konveyor1
boom pada stacker reclaimer dengan variasi conveying rate.
M t h i t d i t k 2Mengetahui respon getaran pada sistem penggerakkonveyor boom stacker reclaimer dengan variasi luffing angle.
2
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
KONTRIBUSI
Memberikan informasi karakteristik respon getaran sistem penggerak konveyor boom pada stacker reclaimer dengan
1p gg y p gbeberapa variasi conveying rate
M b ik i f i t i t k2
Memberikan informasi respon getaran sistem penggerak konveyor boom pada stacker reclaimer dengan beberapa variasi luffing angle.
Memberikan referensi bagi bagian predictive maintenancePT PJB UBJOM Paiton Baru dalam pemilihan baseline
3
PT. PJB UBJOM Paiton Baru dalam pemilihan baselinevibrasi dan memprediksi respon mekanisme konveyor boom terhadap kondisi operasi yang akan dilakukan
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
BATASAN MASALAH
1. Mesin yang digunakan adalah stacker reclaimer (SR) pada PT. PJB UBJOM Paiton Baru.PJB UBJOM Paiton Baru.
2. Pemodelan hanya dilakukan pada sistem konveyor boom saja.3. Titik yang menjadi pengamatan adalah outboard bearing
drive pulley (DPOB), dan inboard bearing drive pulley (DPIB).
4. Tidak memodelkan dan menganalisa respon getaran pada sumbu z.
5. Respon getaran yang dimati adalah velocity.6. Tidak membahas kerangka struktur konveyor boom.
7 Si t d l k di i id l7. Sistem dalam kondisi ideal.8. Eksitasi hanya disebabkan oleh tegangan belt conveyor akibat
material handling.9 Pengamatan hanya pada mode operasi reclaiming9. Pengamatan hanya pada mode operasi reclaiming.
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PENELITIAN TERDAHULU
• Pemodelan dinamis gearbox penggerak belt konveyor dengan b b i i t ti l d
Walter Bartelmus, dkk (2010)
beberapa variasi non stationary load
• original transmission errormerupakan fungsi dari perubahan technical condition dan variasi beban
• Hasil simulasi menunjukkan bahwa ada hubungan erat antara load values, perubahan kondisi operasi dan diagnostic features yang dih ilkdihasilkan
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PENELITIAN TERDAHULU
• Penelitian tension monitoring in a belt-driven automated material h dli t
M. Musselman, dkk (2011)
handling system
• vibrasi transversal pada belt sangat sensitif terhadap perubahan belt length, belt tension, belt misalignment, d it ti l tidan excitation location.
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PENELITIAN TERDAHULU
• Pemodelan linear belt-drive system dan mendesain position control
Aleksandra Selezneva (2007)
Skematik diagram
Instalasi penelitian Model matematis
P kPersamaan gerak
Si lif k
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
Simplify persamaan gerak Perbandingan hasil simulasi dan eksperimen
DASAR TEORISi KSistem Konveyor
Stacker reclaimer
Konveyor & carry idler
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
Bagian-bagian konveyorTake up & bend pulley, return idler
DASAR TEORIBELT TENSIONBELT TENSION
TTe
Te = Effective TensionT1 = Max. TensionThp = Belt tension pada head pulleyhp p p y
Te = T1 – T2*
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
*) CEMA Belt Book
DASAR TEORIEFFECTIVE TENSIONEFFECTIVE TENSION
Effective Tension
Te = Tx + Tyc + Tyr + Tym + Tm +Tp + Tam + Tac (lbs)
*) CEMA Belt Book
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
DASAR TEORIS d P k iStandar Pengukuran non‐rotating parts
ISO 10816-7
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
FLOW CHART
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
EKSPERIMENAl UkAlat Ukur
• Mechinary healthanalyzer CSI 2130
• Single chanel
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
30, 300 t/h
30, 500 t/h
Drive Pulley Inboard Bearing - Horizontal
40, 300 t/h
EKSPERIMENHasil Pengukuran
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
30, 300 t/h
30, 500 t/h
Drive Pulley Inboard Bearing - Vertikal
40, 300 t/h
EKSPERIMENHasil Pengukuran
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
30, 300 t/h
30, 500 t/h
Drive Pulley Outboard Bearing - Horizontal
40, 300 t/h
EKSPERIMENHasil Pengukuran
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
30, 300 t/h
30, 500 t/h
Drive Pulley Outboard Bearing - Vertikal
40, 300 t/h
EKSPERIMENHasil Pengukuran
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
EKSPERIMENTrending conveying rate
500 t/h
300 t/h
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
EKSPERIMENRMS velocity pada 1 237 HzRMS velocity pada 1,237 Hz
NoLuffing
angle
Conveying
rate (t/h)
DPIB (mm/s) DPOB (mm/s)
Horizontal Vertikal Horizontal Vertikal
01 30 300 1,122 0,104 0,613 0,046
2 30 500 0,986 0,059 0,614 0,09
3 40 300 0 52 0 072 0 927 0 1273 40 300 0,52 0,072 0,927 0,127
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANM d l M iModel Matematis
a) Gerak Horizontal b) Gerak Vertikal
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANF B d Di (H i l)Free Body Diagram (Horizontal)
FBD 1
FBD 2FBD 3FBD 3
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANF B d Di (V ik l)Free Body Diagram (Vertikal)
FBD 6
FBD 4
FBD 7
FBD 5
FBD 7
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANP G k (H i l)Persamaan Gerak (Horizontal)
Pers. 1
Pers. 2
Pers. 3
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANP G k (V ik l)Persamaan Gerak (Vertikal)
Pers. 4
Pers. 5
Pers. 6
Pers. 7
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANBlok Diagram
Blok Diagram VertikalBlok Diagram Vertikal
Blok Diagram Horizontal
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANParameter Pemodelan
Model Parameter Symbol Nilai Parameter
Massa drive pulley + poros Ma 1130 3 Kg
Model Parameter Symbol Nilai Parameter
Massa drive pulley + poros Ma 1130,3 Kg
Massa transmisi Mb 1298,4 Kg
Inersia drive pulley + poros Ja 781450000
Inersia transmisi Jb 1802146810
K k k b i 1 (DPOB) K1 10000000 (N/ )
Jarak beban (Te) terhadap titik berat L0 0.5057 (m)
Jarak bearing 1 terhadap titik berat Ma L1 1.5307 (m)
Jarak bearing 2 terhadap titik berat Ma L2 0.6193 (m)
Jarak bearing 3 terhadap titik berat Ma L3 0.578 (m)
Kekakuan bearing 1 (DPOB) K1 10000000 (N/m)
Kekakuan bearing 2 (DPIB) K2 10000000 (N/m)
Kekakuan bearing 3 (gearbox) K3 10000000 (N/m)
Kekakuan bearing 4 (gearbox) K4 10000000 (N/m)
/
Jarak bearing 4 terhadap titik berat Ma L4 1.0953 (m)
Jarak bearing 3 dan 4 terhadap titik berat Mb L5 1,01 (m)
Jarak torque arm terhadap titik berat Mb L6 0.924 (m)
Kekauan torque arm K5 669907673.1 (N/m)
Koefisien redaman bearing 1 C1 5000 (N/ms)
Koefisien redaman bearing 2 C2 5000 (N/ms)
Koefisien redaman bearing 3 C3 5000 (N/ms)
Koefisien redaman bearing 4 C4 5000 (N/ms)
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANGaya Eksitasi
F kt Nil i K tIt Nil i S t
Spesifikasi teknis konveyor. faktor‐faktor koreksi dalam perhitungan
Faktor Nilai Keterangan
Faktor koreksi ambient temperatur (Kt) 1 Gambar 2.23
Ai 2,8 Halaman 33
Si 2 9529
Item Nilai Satuan
Temperatur 30 0C
Panjang konveyor 49 m
Belt ply EP 200‐1400x5 (6+3) Si 2,9529
Berat belt (Wb) 18 lbs/ft Tabel 6.1 CEMA
Berat material (Wm) 16,12 lbs/ft Rumus 2.31
Faktor gesekan idler (Kx) 0,97 lbs/ft Rumus 2.32
Belt ply EP 200 1400x5 (6+3)
Idler diameter 8 in
Belt width 1400 mm
Conveying rate 300 t/h
Faktor untuk menghitung gaya belt dan
beban flexure pada idler (Ky)
0,016 lbs/ft Tabel 2.1
Jarak vertikal material lift (H) 11,161 ft
Faktor skirtboard friction (Cs) 0,0754 Tabel 2.4
Luffing angle ‐ 40 (lift)
( ) ,
Kedalaman material mengenai skirtboard
(Hs)
5,5118 ft 0,1 x lebar belt
Wrap factor (Cw) 0,72 Tabel 2.5
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANGaya Eksitasi
Komponen tegangan Nilai Keterangan
Hasil perhitungan komponen tegangan efektif konveyor
Komponen tegangan Nilai Keterangan
Tahanan akibat gesekan idler (Tx) 468,53 (lbs) Rumus 2.21
Tahanan belt flexure pada carrying idller (Tyc) 138,90 (lbs) Rumus 2.22
Tahanan belt flexure pada return idller (Tyr) 130,22 (lbs) Rumus 2.23
Tahanan material flexure (Tym) 41,48 (lbs) Rumus 2.24
Tahanan material lift atau lower (Tm) 179,97 (lbs) Rumus 2.25
Tahanan akibat nondriving pulley friction (Tp) 700,00 (lbs)
T h kib t Ski tb d i t (T ) 9 90 (lb ) C Lb H 2Tahanan akibat Skirtboard resistance (Tac) 9,90 (lbs) Cs x Lb x Hs2
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANGaya Eksitasi
Perhitungan tegangan efektif
No Luffing angle Conveying
rate
Tegangan efektif
(Newton)
Perhitungan tegangan efektif
1 30 300 t/h 7278,9
2 30 500 t/h 7823,95
3 40 300 t/h 7477,09
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PEMODELANHasil Simulasi
0.04
Horizontal Beban Impuls0,024 m/s
0 02
0
0.02
mpl
itude
(m/s
)
kondisi operasi luffing 0
1,05 s
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-0.04
-0.02Am
time (s)
angle 40 dengan conveying rate 300 t/h
Tex = 7477,09cos(4)V ik l
2
3 x 10-3
/s)
Tex 7477,09cos(4)
Tey = 7477,09sin(4)
Vertikal
0,0034 m/s
0 98 s
-2
-1
0
1
Am
plitu
de (m
/ 0,98 s
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-3
time (s)
PEMODELANHasil Simulasi
Horizontal
Beban Harmonik
2x 10-4
4 x 10-6
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6-2
-1
0
1
2x 10
Am
plitu
de (m
)
ti ( )0 10 20 30 40 50 60
-4
-2
0
2
4 x 10
Am
plitu
de (r
ad)
ti ( )
• Respon getaran pada CGtime (s) time (s)
a) displacement d) angular displacement
-0 5
0
0.5
1
1.5 x 10-3
plitu
de (m
/s)
0
0.5
1 x 10-6
mpl
itude
(m/s
)• kondisi operasi luffing
angle 40 dengan conveying rate 300 t/h
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6-1.5
-1
-0.5
Am
time (s)0 10 20 30 40 50 60
-1
-0.5Am
time (s) b) velocity e) angular velocity
0.01
2) 2
4 x 10-6
2)
rate 300 t/h
• Tex = 7477,09cos(4)sin(ωt) = 7458,88sin(ωt)
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
-0.01
-0.005
0
0.005
Am
plitu
de (m
/s2
time (s) 0 10 20 30 40 50 60-4
-2
0
2
Am
plitu
de (r
ad/s
2
time (s) c) acceleration f) Angular acceleration
• RMS velocity 0,8561 mm/s
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
c) acceleration f) Angular acceleration
PEMODELANHasil Simulasi
Vertikal
Beban Harmonik
x 10-5
3 x 10-7
• Respon getaran pada CG2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
-1
0
1
Ampl
itude
(m)
time (s)0 10 20 30 40 50 60
-3
-2
-1
0
1
2
3
Am
plitu
de (r
ad)
time (s)
• kondisi operasi luffing angle 40 dengan conveying rate 300 t/h
time (s) time (s) a) displacement d) angular displacement
0
1x 10-4
plitu
de (m
/s)
0
5
x 10-8
plitu
de (m
/s)
conveying rate 300 t/h
• Tey = 7477,09sin(4) sin(ωt) = 521,58sin(ωt)
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
-1
Am
p
time (s)0 10 20 30 40 50 60
-5
Am
p
time (s) b) velocity e) angular velocity
2 x 10-3
) 2
3 x 10-7
2)
• RMS velocity 0,07647 mm/s
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6-2
-1
0
1
Am
plitu
de (m
/s2)
time (s)0 10 20 30 40 50 60
-3
-2
-1
0
1
2
Ampl
itude
(rad
/s2
time (s) ) l ti f) l ti
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
c) acceleration f) acceleration
PEMODELANHasil Simulasi
Beban Harmonik
Luffing l
Conveying t
CGDPIB
h i t lDPOB
h i t lCG
DPIB tik l
DPOB tik l
RMS velocity hasil simulasi
angle rate horizontal horizontal vertikal vertikal
‐3 300 0,8342 0,8341 0,8344 0,0559 0,0559 0,0559
‐3 500 0,8967 0,8966 0,897 0,0601 0,0601 0,0601
‐4 300 0,8561 0,8556 0,8563 0,07647 0,07646 0,07647
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PERBANDINGANPerbandingan Grafik Respon Getaran
DPIB Horizontal DPIB Vertikal
0 5
1
1.5 x 10-3
m/s
)
1x 10-4
m/s
)
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6-1.5
-1
-0.5
0
0.5
Amplitu
de (m
time (s)2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
-1
0
Am
plitu
de (m
time (s)
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
*) Luffing angle 40, Conveying rate 300 t/h*) Luffing angle 40, Conveying rate 300 t/h
PERBANDINGANPerbandingan Grafik Respon Getaran
DPOB Horizontal DPOB Vertikal
1x 10-4
m/s
)
0 5
1
1.5 x 10-3
m/s
)
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
-1
0
Am
plitu
de (m
time (s)2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
Am
plitu
de (m
time (s)
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
*) Luffing angle 40, Conveying rate 300 t/h*) Luffing angle 40, Conveying rate 300 t/h
PERBANDINGANPerbandingan RMS velocity
L ffi C i DPIB DPOB DPIB DPOBLuffingangle
Conveyingrate
CGDPIB
horizontalDPOB
horizontalCG
DPIB vertikal
DPOB vertikal
‐3 300 ‐ 1 122 0 613 ‐ 0 104 0 0463 300 1,122 0,613 0,104 0,046
0,8342 0,8341 0,8344 0,0559 0,0559 0,0559
‐3 500 ‐ 0,986 0,614 ‐ 0,059 0,09
0 8967 0 8966 0 897 0 0601 0 0601 0 06010,8967 0,8966 0,897 0,0601 0,0601 0,0601
‐4 300 ‐ 0,52 0,927 ‐ 0,072 0,127
0,8561 0,8556 0,8563 0,07647 0,07646 0,07647
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
PENUTUPKesimpulan
1) Pemodelan respon getaran sistem penggerak konveyor boom pada stacker reclaimer dengan variasi luffing angle dan conveying rate dapat dilakukan dengan menggunakan eksitasi berupa effective tension dari belt conveyor.g gg p y
2) Luffing angle dan conveying rate berpengaruh terhadap respon getaran yang dihasilkan oleh sistem mekanisme penggerak konveyor boom.
3) Semakin besar luffing angle yang digunakan akan menyebabkan respon getaran yang terjadi semakin besar, baik pada arah horizontal maupun vertikal.
4) Semakin besar conveying rate yang digunakan akan menyebabkan respon getaran yang terjadi semakin besar, baik pada arah horizontal maupun vertikalvertikal.
5) Respon getaran pada arah horizontal memiliki RMS velocity yang lebih besar dibandingkan respon getaran pada arah vertikal akibat dari proyeksi
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
tegangan efektif yang bekerja terhadap sumbu geraknya.
PENUTUPSaran
1) Perlu adanya penelitian lanjutan untuk memodelkan mekanisme penggerak k b d k k it i kt l d ikonveyor boom dengan menggunakan eksitasi aktual yang dominan.
2) Perlu adanya pemodelan terhadap mekanisme penggerak konveyor boom dengan menggunakan eksitasi random.g gg
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abrate, Serge. 1991, Vibrations Of Belts And Belt Drives. Mech. Mach. Theory,Vol. 27, hal. 645-659.
[2] Bartelmus, Walter. 2010, Modelling Of Gearbox Dynamics Under Time-VaryingNonstationary Load For Distributed Fault Detection And DiagnosisNonstationary Load For Distributed Fault Detection And Diagnosis.European Journal of Mechanics A/Solids, Vol.29, hal.637-646.
[3] Budio, Sugeng. 2010. Dinamika. Lecture handout: Civil Engineering, FakultasTeknik Universitas Brawijaya: Malang.
[4] Conveyor Equipment Manufacturers Association, 2002. Belt Conveyors forBulk Materials Engineering Conference: United States of AmericaBulk Materials. Engineering Conference: United States of America
[5] European Association Of Pump Manufacturers. 2013. Pump VibrationStandards Guidelines. Europump.
[6] M. Musselman dan D. Djurdjanovic. 2012. Tension monitoring in a belt-drivenautomated material handling system.CIRP Journal of ManufacturingScience and Technology Vol 5 hal67 76Science and Technology, Vol. 5, hal67–76.
[7] Frederick, Close. 1995. Modeling and Analysis of Dynamic System. JohnWiley & Sons: USA.
[8] Kelly, S Graham. 2000. Fundamental of Mechanical Vibrations. McGraw-HillInternational Editions.: Ohio, USA
[9] R Si i S 2004 M h i l Vib ti P ti H ll PTR Si[9] Rao, Singiresu S. 2004. Mechanical Vibration. Prentice Hall PTR: Singapore.[10] Selezneva, Aleksandra. 2007. Modeling and Synthesis of Tracking Control for
the Belt Drive System, Mechanical Engineering Project, LappeenrantaUniversity of Technology: Finland.
[11] Ghalamchi, Behnam, dkk. 2013, Simple and Versatile Dynamic Model ofS h i l ll i l l f h
TEKNIK MESIN REKAYASA ENERGI
Spherical Roller Bearing. International Journal of Rotating Machinery,vol. 2013, hal. 13.
Terima Kasih