analisapenyebab terjadinyakeausan pada crank pin bearing …

6
Jurnal Ilmiah WIDYA Eksakta Volume 1 Nomor 1 Januari 2018 70 ISSN ISSNL 23376686 23383321 ANALISA PENYEBAB TERJADINYA KEAUSAN PADA CRANK PIN BEARING MESIN DIESEL HANSHIN MODEL LH36L Didit Sumardiyanto dan Sri Endah Susilowati Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta Email: [email protected] ABSTRAK: Mesin diesel Hanshin Model LH36L adalah mesin yang dipergunakan sebagai mesin penggerak utama kapal. Tujuan penelitian ini dilakukan dikarenakan pada saat mesin diesel Merek HANSHIN tipe LH36L dioperasikan, terdengar getaran yang cukup kencang. Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan melakukan pembongkaran pada elemenelemen penghasil daya dan mengukur massa dari masingmasing elemen yang diperlukan untuk perhitungan. Hasil penelitian menunjukkan dengan asumsi beban maksimal 130% dari daya keluaran mesin, besar daya efektif maksimal, N i = 3,628.00 kW, tekanan indikator, Pi = 307.00 N/cm 2 . Gaya dorong piston, F gh = 313,200.00 N, gaya inersia reciprocating, F j = 62,316.00 N, gaya total yang diterima pin piston, F sum , dan gaya yang diterima crank pin, F cr = 377,341.00 N. Bebanbeban tersebut mengakibatkan tekanan ratarata bidang, k max = 99,40 kg/cm 2 , dan karakteristik kerja bantalan, λ cr = 58.15, yang masih dibawah toleransi. Kerusakan crank pin bearing disebabkan oleh adanya kotoran berupa karbon sisa pembakaran yang masuk ke dalam karter pelumas. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa telah terjadi adanya keausan pada crank pin bearing, yang menyebabkan timbulnya getaran. Perlu untuk diteliti penyebab atas kerusakan tersebut agar bisa dilakukan pencegahan sehingga terhindar dari masalah yang sama. Kata kunci: Mesin diesel, pelumasan, keausan ABSTRACT : HANSHIN diesel engine The LH36L model is a machine used as the main engine of the ship. The purpose of this research is done because at the time of diesel engine Brand HANSHIN, type LH36L operated, with a vibration that is quite fast. The method undertaken in this study is to perform disassembly on power generation elements and measure the mass of each element required for calculation. From the data obtained in the field, assuming a maximum load of 130% of the engine output power, the maximum effective maximum power, Ni = 3,628.00 kW, indicator pressure, Pi = 307.00 N / cm2. The piston thrust force, Fgh = 313,200.00 N, reciprocating inertia force, Fj = 62,316.00 N, the total force received by the piston pin, Fsum, and force received by the crank pin, Fcr = 377,341.00 N. The loads result in the average field pressure, kmax = 99.40 kg / cm2, and bearing work characteristics, λcr = 58.15, which is still below tolerance. So the damage to the crank pin bearing is caused by the presence of dirt in the form of carbon burning that comes into the lubricant charter. From the results of research indicates that there has been wear and tear on the crank pin bearing, which causes the occurrence of vibration. Need to investigate the cause of the damage so that it can be prevented so avoid the same problem. Keywords: Diesel engine, lubrication, wear and tear PENDAHULUAN Latar belakang penulisan makalah ini bahwa motor bakar torak adalah mesin pembakaran dalam yang mengubah gaya translasi dari piston akibat gaya dorong dari hasil pembakaran menjadi gaya putar pada poros engkol. Pertemuan antara lengan ayun yang meneruskan gaya translasi dengan poros engkol terjadi pada crank pin. Untuk menghindari terjadinya gesekan, maka crank pin dipasang/didudukkan pada sebuah bantalan luncur yang diberi pelumas. Mesin diesel Hanshin Model LH36L adalah mesin yang dipergunakan sebagai mesin penggerak utama kapal, timbul getaran yang melebihi kondisi normalnya. Dari hasil pengecekan telah terjadi keausan pada bagian crank pin bearing. Tekanan Maksimum Tingginya tekanan maksimum di dalam ruang bakar, selain tergantung dari perbandingan kompresi juga dipengaruhi oleh tekanan udara pembakaran yang masuk ke dalam ruang bakar. Agar diperoleh tekanan udara yang masuk ke silinder lebih besar, sistem pemasukan udara pada mesinmesin diesel yang besar selalu dilengkapi dengan turbocharger . Gambar 1. ElemenElemen Penerus Gaya Pembakaran Menurut Petrowsky (1976:147) Lonjakan tekanan yang terjadi akibat terbakarnya bahan bakar di dalam silinder seperti terlihat pada Gambar 2

Upload: others

Post on 30-Oct-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Jurnal Ilmiah WIDYA Eksakta Volume 1 Nomor 1 Januari 201870

ISSNISSN­L

2337­66862338­3321

ANALISA PENYEBAB TERJADINYA KEAUSAN PADA CRANK PINBEARING MESIN DIESEL HANSHIN MODEL LH36L

Didit Sumardiyanto dan Sri Endah SusilowatiUniversitas 17 Agustus 1945 Jakarta

E­mail: [email protected]

ABSTRAK: Mesin diesel Hanshin Model LH36L adalah mesin yang dipergunakan sebagai mesin penggerak utama kapal. Tujuanpenelitian ini dilakukan dikarenakan pada saat mesin diesel Merek HANSHIN tipe LH36L dioperasikan, terdengar getaran yang cukupkencang. Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan melakukan pembongkaran pada elemen­elemen penghasil daya danmengukur massa dari masing­masing elemen yang diperlukan untuk perhitungan. Hasil penelitian menunjukkan dengan asumsi bebanmaksimal 130% dari daya keluaran mesin, besar daya efektif maksimal, Ni = 3,628.00 kW, tekanan indikator, Pi = 307.00 N/cm2. Gayadorong piston, Fgh = 313,200.00 N, gaya inersia reciprocating, Fj = 62,316.00 N, gaya total yang diterima pin piston, Fsum, dan gayayang diterima crank pin, Fcr = 377,341.00 N. Beban­beban tersebut mengakibatkan tekanan rata­rata bidang, kmax = 99,40 kg/cm2, dankarakteristik kerja bantalan, λcr = 58.15, yang masih dibawah toleransi. Kerusakan crank pin bearing disebabkan oleh adanya kotoranberupa karbon sisa pembakaran yang masuk ke dalam karter pelumas. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa telah terjadi adanyakeausan pada crank pin bearing, yang menyebabkan timbulnya getaran. Perlu untuk diteliti penyebab atas kerusakan tersebut agar bisadilakukan pencegahan sehingga terhindar dari masalah yang sama.

Kata kunci: Mesin diesel, pelumasan, keausan

ABSTRACT: HANSHIN diesel engine The LH36L model is a machine used as the main engine of the ship. The purpose of this researchis done because at the time of diesel engine Brand HANSHIN, type LH36L operated, with a vibration that is quite fast. The methodundertaken in this study is to perform disassembly on power generation elements and measure the mass of each element required forcalculation. From the data obtained in the field, assuming a maximum load of 130% of the engine output power, the maximum effectivemaximum power, Ni = 3,628.00 kW, indicator pressure, Pi = 307.00 N / cm2. The piston thrust force, Fgh = 313,200.00 N, reciprocatinginertia force, Fj = 62,316.00 N, the total force received by the piston pin, Fsum, and force received by the crank pin, Fcr = 377,341.00N. The loads result in the average field pressure, kmax = 99.40 kg / cm2, and bearing work characteristics, λcr = 58.15, which is stillbelow tolerance. So the damage to the crank pin bearing is caused by the presence of dirt in the form of carbon burning that comes intothe lubricant charter. From the results of research indicates that there has been wear and tear on the crank pin bearing, which causesthe occurrence of vibration. Need to investigate the cause of the damage so that it can be prevented so avoid the same problem.

Keywords: Diesel engine, lubrication, wear and tear

PENDAHULUANLatar belakang penulisan makalah ini bahwa

motor bakar torak adalah mesin pembakaran dalamyang mengubah gaya translasi dari piston akibat gayadorong dari hasil pembakaran menjadi gaya putarpada poros engkol. Pertemuan antara lengan ayunyang meneruskan gaya translasi dengan poros engkolterjadi pada crank pin. Untuk menghindari terjadinyagesekan, maka crank pin dipasang/didudukkan padasebuah bantalan luncur yang diberi pelumas.

Mesin diesel Hanshin Model LH36L adalahmesin yang dipergunakan sebagai mesin penggerakutama kapal, timbul getaran yang melebihi kondisinormalnya. Dari hasil pengecekan telah terjadikeausan pada bagian crank pin bearing.

Tekanan MaksimumTingginya tekanan maksimum di dalam ruang

bakar, selain tergantung dari perbandingan kompresijuga dipengaruhi oleh tekanan udara pembakaranyang masuk ke dalam ruang bakar. Agar diperoleh

tekanan udara yang masuk ke silinder lebih besar,sistem pemasukan udara pada mesin­mesin dieselyang besar selalu dilengkapi dengan turbocharger.

Gambar 1. Elemen­Elemen Penerus GayaPembakaran

Menurut Petrowsky (1976:147) Lonjakantekanan yang terjadi akibat terbakarnya bahan bakardi dalam silinder seperti terlihat pada Gambar 2

Didit Sumardiyanto danSri Endah Susilowati,70 ­ 75

Analisa Penyebab Terjadinya KeausanPada Crank Pin Bearing Mesin Diesel

HANSHIN Model LH36L

Jurnal Ilmiah WIDYA Eksakta Volume 1 Nomor 1 Januari 201871

Gambar 2. Peningkatan Tekanan pada BerbagaiSudut Poros Engkol

Dinamika dalam Mekanisme Penghasil DayaAkibat terjadinya reaksi kimia antara bahan

bakar dengan udara pembakaran, maka terjadilonjakan tekanan di dalam ruang bakar. Tekanantersebut memberikan gaya dorong terhadap piston,sehingga menyebabkan piston menuju Titik MatiBawah (TMA). Gerakan translasi piston tersebutdiubah menjadi gaya rotasi pada poros engkol (crankshaft) dan menghasilkan torsi. Distribusi gaya padamesin seperti terlihat pada Gambar 3.

Tekanan Indikator

Dimana:Pi = Tekanan indikasi (kg/cm2)Vd = Volume langkah piston

D = Diameter silinderL = Panjang langkah Torak

= Kecepatan putar poros engkol, rpm= Jumlah silinder= Rasio siklus, untuk mesin

Penyebab Terjadinya Kerusakan Lebih AwalBantalan Crank Pin

Penyebab terjadinya kerusakan pada bantalanadalah berbagai macam. Dari hasil penelitian oleh“Clevitte 77”, penyebab terjadinya kerusakan lebihawal (rusak sebelum waktu normalnya) dari sebuahbantalan adalah:

MAJOR CAUSES OF PREMATURE BEARINGFAILUREDirt 45,4%Misassembly 12,8%Misalignment 12,6%Insufficient Lubrication 11,4%Overloading 8,1%Corrosion 3,7%Improper Journal Finish 3,2%Other 2,8%

Gambar 3. Diagram Gaya­gaya yang Terjadi padaElemen Penerus Gaya

......................................... 1atau

......................................... 2Dimana:Pg = Pmax = Tekanan maksimum di dalam ruang

bakar (kgf/cm2)Fgh = Gaya dorong yang diterima piston (kgf)A = Luas penampang melintang piston (cm2)

Fgh = FgpFgp = Gaya yang diteruskan oleh pin piston (kgf)

Didit Sumardiyanto danSri Endah Susilowati,70 ­ 75

Analisa Penyebab Terjadinya KeausanPada Crank Pin Bearing Mesin Diesel

HANSHIN Model LH36L

Jurnal Ilmiah WIDYA Eksakta Volume 1 Nomor 1 Januari 201872

Gaya inersia reciprocating adalah:

.................................. 3Dimana:

= massa piston + massaconnecting rod

= percepatan piston (m/s)

.............................. 4Dimana:

= ½ panjang langkap piston= Panjang connecting rod= Kecepatan sudut poros engkol (rad/s)= Sudut pergerakan crank

Untuk perhitungan diambil beban maksimum,

.............................. 5Total keseluruhan gaya yang diterima oleh crank pin:

.............................. 6

Tekanan Rata­rata Bidang

.............................. 7Dimana:F = gaya/beban (Newton)A = luas bidang penahan, yaitu:

d = Diameter jurnalL = Tebal connecting rod (panjang jurnal)

Menurut Petrovsky (1976:355) batasan untukbeban pada bantalan crank pin adalah:­ 90 – 120 kg/cm2 untuk low speed diesel­ 200 – 220 kg/cm2 untuk high speed diesel

Karakteristik Kondisi Kerja Bantalan, menurutPetrovsky (1976:360):

.............................. 8Dimana:

= Karakteristik kondisi kerja bantalan, batasan

= Viskositas dinamis untuk SAE 10W­50Tujuan dari penelitian ini adalah untuk

mengetahui penyebab terjadinya kerusakan padabantalan crank pin. Apakah gaya yang diterimamelampaui kekuatan materialnya atau ada penyebablainnya.

METODOLOGI PENELITIANMetoda yang dilakukan dalam penelitian ini

adalah dengan melakukan pembongkaran padaelemen­elemen penghasil daya dan mengukur massadari masing­masing elemen yang diperlukan untukperhitungan. Dari data­data yang diperoleh dilapangan, dengan asumsi beban maksimal 130% daridaya keluaran mesin, besar daya efektif maksimal, Ni

= 3.628,00 kW, tekanan indikator, Pi = 307,00 N/cm2.Gaya dorong piston, Fgh = 313.200,00 N, gaya inersiareciprocating, Fj = 62.316,00 N, gaya total yangditerima pin piston, Fsum, dan gaya yang diterimacrank pin, Fcr = 377.341,00 N. Beban­beban tersebutmengakibatkan Tekanan rata­rata bidang, kmax =99,40 kg/cm2, dan karakteristik kerja bantalan, λcr =58,15, yang masih dibawah toleransi. Sehinggakerusakan crank pin bearing disebabkan oleh adanyakotoran berupa karbon sisa pembakaran yang masukke dalam karter pelumas.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data Hasil Penelitian

Spesifikasi Mesin1. Merek : HANSHIN2. Type : LH36L, 4 stroke

engine, in­line3. Diameter silinder : 360 mm4. Panjang Langkah : 670 mm5. Jumlah silinder : 66. Putaran : 270 rpm7. Kecepatan piston rata­rata : 6,03 m/s8. Daya keluaran : 1912 kW

Dari hasil penelitian diperoleh seperti terlihatpada Tabel 1 berikut:

Tabel 1. Data Hasil Pengukuran

Perhitungan

Daya Efektif MaksimumDaya keluaran mesin,

Didit Sumardiyanto danSri Endah Susilowati,70 ­ 75

Analisa Penyebab Terjadinya KeausanPada Crank Pin Bearing Mesin Diesel

HANSHIN Model LH36L

Jurnal Ilmiah WIDYA Eksakta Volume 1 Nomor 1 Januari 201873

Daya maksimum mesin 120% dari dayaoptimum mesin. Dalam perhitungan ini dipergunakandaya maksimum 130%, sehingga:Daya Efektif,

Daya IndikatorDaya indikator adalah daya yang dihasilkan dari

proses pembakaran di dalam silinder, nilainya adalah:

Dimana:Ne = 2486 kW

= efisiensi mekanis, untuk mesin 4 tak denganturbocharger berkisar menurut Petrovsky(1976:61) 0,80 sampai 0,88, diambil nilaimaksimal.

Maka:

Tekanan Indikator

Dimana:Pi = Tekanan indikator, kg/cm2

Vd = Volume langkah pistonD = 360 mm,L = 670 mm

= 270 (rpm)= 6 buah= rasio siklus, untuk mesin 4 tag = 2

Maka tekanan indikator maksimum:

Gaya Dorong terhadap Piston

Dimana:Fgh = Gaya dorong yang diterima pistonPgp = Pi­max = 307 N/cm2

A = Luas penampang melintang pistonD = 0,36 m

Maka,

Fgh = FgpFgp = gaya yang diteruskan oleh pin piston ke

connecting rod

Gaya Inersia Reciprocating

Dimana:= massa piston + massa

connecting rod = 186 kg= percepatan piston, m/s2

Dimana:

= ½ panjang langkah piston = 0,670/2 = 0,335 m= Panjang connecting rod = 1,34 m

Maka

= Kecepatan sudut poros engkol

= Sudut pergerakan crank

Atau

Dimana:Untuk , dengan sudut engkol ,

Nilai

= 0,355 m= 28,27 m/s2

Maka:

Sehingga gaya inersia reciprocating:

Dengan menggunakan cara yang sama, makauntuk sudut engkol yang lain diperoleh hasil sepertiterlihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil Perhitungan untuk Fj

Ternyata nilai maksimum terjadi pada sudutengkol 0o dan 360o, yaitu Fj = 62316 N. Untukperhitungan selanjutnya diambil beban maksimum.

Didit Sumardiyanto danSri Endah Susilowati,70 ­ 75

Analisa Penyebab Terjadinya KeausanPada Crank Pin Bearing Mesin Diesel

HANSHIN Model LH36L

Jurnal Ilmiah WIDYA Eksakta Volume 1 Nomor 1 Januari 201874

Gaya Keseluruhan yang Diterima oleh Crank Pin

Dimana:

Untuk= 552.640 N= 62.316 N= 186 kg= 9,81 m/s2

Diperoleh:

Total keseluruhan gaya yang diterima oleh crank pin:

pada beban maksimumMaka:

Tanda negatif menunjukkan arah yang berlawanan

Tekanan Rata­Rata Bidang

Dimana:= 616.780 N= luas bidang penahan,

= 215 mm,= 180 mm

Maka:

Sehingga beban (tekanan) yang diterima olehbantalan crank pin:

Masih dalam batasan untuk beban pada bantalancrank pin (Maleev,1973:355)

Karakteristik Kondisi Kerja Bantalan[1,360]

Dimana:= Karakteristik kondisi kerja bantalan= 270 rpm= viskositas dinamis untuk SAE 10W­50,

pada temperatur 60oC,= 162,5 (kg/cm2)

Maka diperoleh:

Masih dalam batasan karakteristik Kondisi KerjaBantalan (Petrovsky,1976:360)

Tabel 3. Hasil Perhitungan

PembahasanDari kondisi di lapangan terdapat serbuk keras

seperti pasir yang diduga berasal dari karbon.Kotoran inilah yang mengabrasi bantalan pada crankpin, seperti terlihat pada Gambar 4 & Gambar 5.

Gambar 4. Serbuk yang Telah Mengeras, Diambildari Celah Bantalan Crank Pin

Gambar 5. Kerusakan Bantalan Crank Pin yangDikarenakan oleh Kotoran yangTerkandung di dalam Minyak Lumas

Didit Sumardiyanto danSri Endah Susilowati,70 ­ 75

Analisa Penyebab Terjadinya KeausanPada Crank Pin Bearing Mesin Diesel

HANSHIN Model LH36L

Jurnal Ilmiah WIDYA Eksakta Volume 1 Nomor 1 Januari 201875

PENUTUP

KesimpulanRusaknya bantalan crank pin diduga karena

adanya kotoran yang terdapat di pelumas. Jadi bukankarena besarnya gaya yang diterima oleh bantalan.Hal tersebut terbukti bahwa: a) Tekanan rata­ratabidang, kmax = 162,5 kg/cm2 masih berada di dalamtoleransi; b) Karakteristik Kondisi Kerja Bantalan =58,15 juga masih berada dalam daerahtoleransi.

Saran­SaranKondisi kerusakan mesin ini diawali dengan

adanya kotoran berupa karbon di dalam karterpelumas, sehingga mengabrasi bantalan crank pin.Untuk menjaga agar usia pakai mesin dapatmaksimal, maka harus dilakukan beberapa halsebagai berikut: a) Jadwal penggantian pelumas harussesuai dengan pengoperasian yang direkomendasi­kan; b) Dilakukan pemanasan awal yang cukupsebelum mesin dibebani, karena hal tersebutberpengaruh pada gesekan antara ring piston dengandinding silinder.

DAFTAR PUSTAKAHenshall. Medium and High Speed Diesel Engines for Marine

Use. The Institute of Marine Engineers. Bristol. 1976.Khovakh. Motor Vehicle Engines. MIR Publisher. Moscow.

1971.Kumar, M.S..” A Study of Crankpin Failure in I.C Engine”.

Mechanical Engineering An International Journal(MEIJ),Vo.1, Mo. 3, November 2014

Maleev. Operasi dan Pemeliharaan Mesin Diesel, terjemahanBambang Priambodo. Erlangga. Jakarta. 1991.

Maleev. Internal Combustion Engines. McGraw­Hill BookCompany. Tokyo. 1973.

Niemen. Elemen Mesin I, terjemahan Anton Budiman, BambangPriambodo. Erlangga. Jakarta. 199.2

Petrowsky. Marine Internal Combustion Engines. Mir Publisher.Moscow. 1976.

Sorte, S.E.. “Stress Analysis and Design Optiization ofCrankpin”. International Journal of Science and ModernEngineering, Vol 1, No.4, 2013.

Wiranto Arismunandar, Koichi Tsuda. Motor Diesel PutaranTinggi. Pradnya Paramita. Jakarta. 2004.

www.marine.man.eu/docs/librariesproviders6/service­letters/s12012.pdf