Analisa Kerusakan Short Drive Shaft Kempa Ulir
Analisa Kerusakan Short Drive Shaft Kempa Ulir
Analisa Kerusakan Short Drive Shaft Kempa Ulir
Kata kunci: Kempa ulir, short drive shaft, konsentrasi tegangan, rotating
bending, kelelahan
BAB I
Pendahuluan
1.1.Latar Belakang
Untuk mendukung hasil yang optimal pada proses pengolahan buah kelapa
sawit maka kondisi Kempa Ulir (Screw Press ) harus di pelihara dengan baik,
sehingga proses aktivitas produksi tidak mengalami gangguan. Terjadinya
gangguan pada unit Kempa Ulir (Screw Press) akan mengakibatkan berhentinya
proses aktivitas pengolahan buah sawit menjadi minyak sawit, yang berimbas
pada berkurangnya stok CPO, dan selanjutnya akan menghambat pengiriman
pesanan konsumen. Hal tersebut menyebabkan turunya keper-cayaan konsumen
akan ketepatan penyediaan bahan baku CPO untuk industri hilir.
Selain itu dampak yang timbul akibat terganggunya proses pengolahan pada
unit Kempa Ulir (Screw Press) adalah menumpuknya tandan buah segar (TBS)
yang sudah siap untuk diolah, sehingga akan mengakibatkan TBS terlalu matang
(bahkan akan mulai membusuk), hal ini sangat merugikan karena akan berakibat
menurunya kualitas dari CPO. Berhentinya proses peng-olahan akibat gangguan
pada unit Screw Press disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya: Kebocoran
pada seal, Kerusakan pada Worm Screw, Keausan pada bantalan, Keausan pada
Conus, Kerusakan pada Poros Penggerak (drive shaft), Kerusakan pada elektro
Motor, Keausan pada Intermidiate Gear, Keruskan Speed Reducer.
Dari beberapa faktor diatas yang menyebabkan Screw Press mengalami
gangguan operasional dan memakan waktu paling lama dalam perbaikan adalah
ketika Poros Penggerak (drive shaft) Worm Screw mengalami kerusakan (patah).
Melihat pentingnya kegunaan dari Poros Penggerak (drive shaft) dan untuk
menghindari kerusakan yang sama, maka dilakukan suatu studi mengenai
penyebab kerusakan. Dengan melakukan kajian keru-sakan diharapakan dapat
diidentifikasi faktor-faktor penyebab dari akar kerusakan Poros Penggerak Kempa
Ulir (drive shaft Screw Press) tersebut, sehingga nantinya dapat diam-bil
kesimpulan yang berguna untuk tindakan pencegahan kerusakan di kemudian hari.
1.2.Studi kepustakaan
Analisa Kerusakan
Analisa kerusakan bertujuan untuk menentukan penyebab utama dari suatu
kerusakan, sehingga kemudian dapat dila-kukan langkah-langkah koreksi/
perbaikan untuk mencegah terjadinya kerusakan yang sejenis dikemudian hari.
Mekanisme kerusakan/kegagalan komponen atau alat dalam operasi yang
mungkin terjadi dapat berupa:
Keausan (wear); Korosi (corrosion); Perubahan bentuk (distorsion); Retak/
patah/pecah akibat: Kelelahan (fatigue), Beban berlebih (overload), Suhu tinggi
(elevated temperature failures), Lingkungan (environmentally affected fractures)
dan Perubahan warna/penampakan
Untuk mencegah kerusakan yang fatal pada komponen dapat dilakukan
tindakan-tindakan sebagai berikut:
Menurunkan
tegangan
kerja
melalui
perbaikan
desain
yang
Kegagalan Lelah
Bila logam mengalami pembebanan yang berubah/ berfluktuasi baik besar
maupun arahnya terhadap waktu operasi (beban dinamik), kerusakan dapat terjadi
pada tingkat beban yang sangat rendah dibandingkan terhadap kondisi statis. Sifat
ini disebut kelelahan (fatigue).Kegagalan lelah adalah kondisi yang sangat
berbahaya, sebab terjadinya tanpa didahului tanda-tanda awal. Sedangkan akibat
kelelahan dapat menyebab-kan patah yang tampak rapuh dengan tidak diawali
deformasi pada patahan tersebut.
Walaupun pembebanan dinamis itu terjadi pada daerah elastis, akan tetapi
sudah mampu menimbulkan deformasi plastis secara lokal (plastisitas mikro) pada
bagian logam yang lemah. Hal ini berlangsung terus menerus dan berangsurangsur akan mengarah kepada pembentukan retak yang kemudian menjalar
menimbulkan kerusakan pada logam.
(a) Tegangan balik (complete reversal)
Gambar siklus tegangan adalah berbentuk sinusoidal, dimana tegangan
berfluktuasi pada tegangan rata-rata nol dengan amplitudo yang constant,
tegangan maksimum dan minimum adalah sama besar. Tegangan minimum adalah
tegangan terendah pada suatu siklus, tegangan tarik dianggap positif dan tegangan
tekan dianggap negatif.
Proses kerusakan/patah akibat fatik meliputi 3 tahapan, yaitu: permulaan
retak; penjalaran retak dan patah akhir.
Salah satu hal yang terkait dengan patah akibat fatik adalah pembebanan,
ada beberapa kondisi pembebanan yang menye-babkan fatik, yaitu: Fluktuasi
tegangan, mencakup getaran (vibration); Fluktuasi regangan; Fluktuasi temperatur
(thermal fatigue), atauSalah satu dari kondisi di atas di dalam lingkungan korosif
atau pada suhu tinggi.
Sebagai langkah awal perlu menge-tahui bentuk siklus tegangan yang bisa
menyebabkan kelelahan, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Lokasi
terjadinya
patahan
ditentukan
oleh
letak
daerah
kritis
pada
BAB II
ULASAN
2.1. Metode Penelitian
Bahan Penelitian
Didalam penelitian ini bahan yang dipakai adalah materialshort drive shaft
kempa ulir (screw pres) yang mengalami patah, yaitu baja ASSAB 709 (AISI/SAE
4140) dengan komposisi kimia sebagai b erikut:
Dengan sifat mekanik sebagai berikut:
- Kekuatan Luluh (yield strength) : 600 N/mm2
- Kekuatan Tarik (tensile strength): 800-950 N/mm2
- Elongasi (elongation) : 14 %
- Pengurangan Area (reduction of area) : min. 55 %
- Kekuatan Tumbuk (impact strength) : 25 Joule
- Kekerasan (hardness) : 245-290 HB
Gambar 2.1. Short drive shaft kempa ulir (screw pres) yang patah
Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Peralatan pembuatan benda uji, yaitu mesin potong abrasive, mesin poles,
ampelas dan lain-lain yang ada di B2TKS-PusPitek Serpong.
2. Peralatan spectrometer dengan system komputerisasi untuk analisa
komposisi kimia.
3. Peralatan uji fraktografi
Gambar 2.2. a. Lokasi daerah yang mengalami patah pada daerah fillet
b. Permukaan awal patah. Patah terjadi pada poros mengalami rotating
bending, yang mempunyai dua awal patah
Analisa Fraktografi
Daerah yang diperkirakan sebagai awal retak dapat dilihat pada 2.3.Daerah
awal retak (crack initiation) terjadi dari permukaan poros dan daerah penjalaran
retak (crak propagation) terus menjalar ke dalam membentuk beach mark
(gambar 2.2. b). Daerah patah akhir (final fracture) yang terjadi pada akhir siklus
tegangan, pada saat sisa penampang poros tidak mampu lagi menahan beban
poros (gambar 2.2. b).
Gambar 2.5. Patah pada daerah fillet pembesaran 6x, 100 x dan 200x
Elemen
Komposisi Hasil
Komposisi Standar
Uji (% Berat)
96,80
0,35
0,23
0,86
1,05
0,16
0,15
0,29
0,00
0,011
0,047
0,0002
0,0017
0,0001
0,023
0,023
(% Berat)
97,33
0.42
0.25
0.75
1.05
0.20
-
Fe
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Cu
Al
V
W
Ti
Nb
B
S
P
Nilai Kekerasan
HB
293
278
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Rata-rata
Standar
277
262
257
241
286
286
280
313
313
299
293
283
263
250
244
227
270
270
266
294
294
284
278
268
245-290
Penam
Gaya
Gaya
Panjan
Luas
Peruba
Selisih
Tegang
Tegang
Uji
pang
Yield
maks.
g (mm)
Penam
han
Luas
an
an
Benda
(KN)
(KN)
pang
Panjan
(%)
Tarik
Yield
(mm2)
g (mm)
(N/mm
(N/mm
2)
2)
887,78
879,86
883,82
708,67
703,89
706,28
Uji
Bulat(
mm)
12,79
12,62
12,71
1
2
Rata-
91
88
89,5
Rata
Standar
114
110
112
50
50
50
800-950
128,41
125,02
126,72
13
13
13
26
26
26
600
pasak longgar dan terus bergesek. Gesekan antara pasak dan alur pasak
menyebakan benturan yang terus berlanjut hingga terjadi keretakan dan terus
menjalar menjadi patah akhir.
Kekuatan material yang rendah, sehingga pada daerah fillet dan alur pasak
terjadi konsentrasi tegangan yang tidak seban-ding dengan kekuatan
material, di sam-ping itu juga terlihat kekerasan pada permukaan poros
dengan bagian dalam terlihat berbeda dan semakin menurun (tabel 2).
2. Kelelahan pada short drive shaft disebabkan karena pada saat beroperasi
terjadi bending pada worm screw, hal ini dapat dikenali dengan bentuk
permukaan alur pasak yang halus akibat gesekan dengan pasak.
3. Gesekan terjadi karena pasak longgar yang disebabkan pada daerah
stopper/hub worm screw mengalami tekanan yang tidak merata akibat
bending pada worm screw, disamping itu juga menyebabkan stopper retak
dan akhirnya patah.
4. Dari hasil simulasi tegangan maka terlihat bahwa kosentrasi tegangan terjadi
di daerah alur pasak. Gambar tersebut menunjukan bahwa tegangan
maksimum yang terjadi pada daerah alur pasak (terhadap kekuatan pasak)
sebesar 71790872 N/m2 (71,79 N/mm2. Dan untuk tegangan ijin (nominal)
sebesr 76,33 N/mm2 (tegangan yang terjadi lebih besar dari tegangan ijin).
5. Akibat dari poin diatas (4) dan adanya gesekan pasak ditambah lagi dengan
adanya konsentrasi tegangan pada daerah alur pasak menyebabkan
kelelahan pada pada daerah fillet dan terus menjalar seiring dengan beroperasinya short drive shaft, yang selanjutnya permukaan poros mengalami
retak yang pada akhirnya patah.
6. Usaha penanggulangan kerusakan yang sama yaitu dengan melakukan
perlakuan panas terhadap material short drive shaft setelah proses
machining, dengan harapan kekuatan dan ketangguhan bahan akan
meningkat dan aman.
3.2. Saran
Beberapa analisis yang disarankan untuk mengetahui performance short
drive shaftsecara komprehensif antara lain:
1. Perlunya proses perlakuan panas (heat treatment) pada material short drive
shaft.
2. Perlunya control operasi secara ketat untuk mengihindari penurunan putaran
yang tidak seimbang dengan daya terpakai, sehingga putaran terus
dipertahankan seimbang dengan daya yang terpakai.
3. Perlu dilakukan analisis gesekan pada komponen alur pasak pada short
drive shaft dan stopper pada worm screw.
4. Perlu dilakukan analisis gesekan pada komponen alur pasak pada short
drive shaft dan alur pasak pada tooth wheel.
5. Perlu dilakukan analisis getaran pada komponen worm screw.
6. Pengecekan uji tak rusak (penetrant test) terhadap hub worm screw sebelum
dioperasikan dan pada saat pemeliharaan.
7. Perlu dilakukan uji laboratorium terhadap kekuatan material short drive
shaft setelah laku panas.
Daftar Pustaka