divpenhmtmulm.files.wordpress.com… · Web view · 2016-12-29Alhamdulillah puji dan syukur...
Transcript of divpenhmtmulm.files.wordpress.com… · Web view · 2016-12-29Alhamdulillah puji dan syukur...
ANALISA KEGAGALAN KATUP BUANG PADA SEPEDA MOTOR SUZUKI SATRIA F
SKRIPSIUntuk Memenuhi Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana S-1
Disusun Oleh:NAMA : IRIANSYAH MAULANANIM : H1F112003
PROGRAM STUDI TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBANJARBARU
2016
i
ANALISA KEGAGALAN KATUP BUANG PADA SEPEDA MOTOR SUZUKI SATRIA F
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh:NAMA : IRIANSYAH MAULANANIM : H1F112003Prodi : Teknik Mesin
MenyetujuiKomisi Pembimbing
Ketua Anggota
Dr. Abdul Gofur, MT Hajar Isworo, S.Pd., M.T.NIP. 19700717 199802 1 001 NIDN. 1124128102
Mengetahui Ketua Program Studi Teknik Mesin
Ach. Kusairi S, S.T., M.T., M.M. NIP. 19780415 201212 1 001
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
i i
2016KATA PENGANTAR
Alhamdulillah puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu
Wa Ta’ala, karena berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Analisa Kegagalan Katup
Buang Pada Sepeda Motor Suzuki Satria F”. Tugas akhir ini adalah salah satu
syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Lambung Mangkurat.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun
demi penyempurnaan kedepannya.
Akhir kata, penulis mengucapkan permohonan maaf sebesar-besarnya
apabila ada kekurangan dan kekhilafan. Semoga Tugas Akhir ini dapat
memberikan manfaat dan masukan bagi pembacanya.
Banjarbaru, Oktober 2016
Iriansyah Maulana
H1F112003
ii i
BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Katup atau bisa disebut valve adalah suatu bagian dari mesin motor
yang bersifat dinamis yang terpasang pada kepala silinder. Fungsi katup
adalah untuk membuka dan menutup pintu saluran masuk gas baru dari
karburator keruang bakar dan silinder (Intake), sementara Exhaust berfungsi
untuk membuka dan menutup saluran gas buang. Katup hanya digunakan
pada motor 4 tak saja, dimana pada setiap kepala silinder mempunyai 2
buah klep. Katup ini terdiri dari katup masuk yang memiliki seting lebih
besar / lebar, dan katup buang yang setingnya lebih kecil.
Penelitian ini dilatar belakangi karena ada kerusakan pada sepeda
motor Suzuki Satria F. Setelah diperiksa oleh mekanik ternyata terdapat
komponen yang patah yaitu pada bagian katup buang. Sedangkan pada
katup masuk tidak mengalami kerusakan.
Mekanisme kegagalan katup buang ini pada umumnya dapat berasal
dari beberapa penyebab seperti karena overheat, kekurangan oli dan
sebagainya. Tapi pada kasus ini kegagalan akibat kelelahan sangat mungkin
karena mesin dimodifikasi untuk balapan. Dengan uraian diatas maka
penulis mengambil judul pada penelitian ini dengan judul “Analisa
Kegagalan Katup Buang pada Sepeda Motor Suzuki Satria F”.
1.2. Rumusan Masalah
Pentingnya meneliti kerusakan Katup Buang dirumuskan sebagai
berikut: Apa penyebab kegagalan pada Katup Buang ?
1
2
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian dilakukan untuk :
1. Mengetahui retakan patahan pada Katup Buang.
2. Mengetahui nilai tingkat kekerasan bahan.
3. Mengetahui tegangan yang terjadi pada katup buang.
1.4. Batasan Masalah
Tujuan pembatasan masalah pada penelitian ini agar tidak biasa
dalam memecahkan persoalan, serta dapat fokus menuju ke sasaran yang
ingin dicapai, maka batasan masalah adalah sebagai berikut: “Menganalisis
gagalnya Katup Buang pada sepeda motor Suzuki Satria F“.
1.5. Manfaat Penelitian
Diharapkan setelah penelitian ini selesai dapat memberikan manfaat :
1. Bagi peneliti, penelitian ini dapat digunakan sebagai bahan referensi
untuk penelitian lebih lanjut terutama bagi pihak yang berkepentingan.
2. Bagi perusahaan atau bengkel yang bersangkutan, dari hasil penelitian ini
dapat menghasilkan rekomendasi pencegahan dan pengendalian
kerusakan komponen mesin Satria F.
3. Bagi Universitas, dari hasil penelitian ini dapat menjadi masukan yang
berguna bagi pengembangan ilmu pengetahuan khususnya bidang studi
teknik mesin.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian Terdahulu
Dalam penelitian ini penulis memaparkan tiga penelitian terdahulu
yang berkaitan dengan permasalahan yang akan diteliti tentang analisa
perpatahan pada logam.
1. Goli Udaya Kumar (2014) dalam penelitiannya yang berjudul “Failure
Analysis Of Internal Combustion Engine Valves By Using Ansys”
memaparkan intake dan exhaust katup komponen mesin yang sangat
penting yang digunakan untuk mengontrol aliran dari intake dan exhaust
Gas dalam mesin pembakaran internal. Mereka digunakan untuk menutup
ruang kerja di dalam silinder terhadap manifold dan dibuka dan ditutup
dengan cara apa yang dikenal sebagai katup kereta. Katup ini mengalami
kegagalan karena kelelahan, efek suhu tinggi, dan kegagalan karena
beban dampak yang tergantung pada beban dan waktu. Untuk
mempelajari kehidupan kelelahan, gabungan SN (max. Stres v/s jumlah
siklus) kurva disiapkan. Kurva seperti membantu dalam membandingkan
kegagalan kelelahan untuk berbeda bahan pada suhu tinggi yang
berbeda dan juga dapat membantu para peneliti dalam mengembangkan
bahan katup dengan berkepanjangan waktu.
2. Yuvraj K Lavhale (2014) dalam penelitiannya yang berjudul “Overview
Of Failure Trend Of Inlet & Exhaust Valve” memaparkan Mesin diesel
terdiri dari sejumlah komponen penting yang melakukan berbagai fungsi
dan dikenakan kekuatan yang berbeda, beban termal dan tekanan. Inlet &
katup buang yang paling komponen penting dari mesin diesel. Fungsi
katup Inlet adalah untuk memberikan jalan bagi diinginkan aliran udara ke
3
4
ruang bakar. Fungsi katup buang adalah untuk memberikan pembukaan,
untuk lulus gas terbakar melalui silinder. Pembukaan dan penutupan inlet
dan exhaust katup dikontrol oleh katup Mekanisme selama operasi mesin.
Katup dikenai pembebanan termal karena tinggi temperatur dan tekanan
dikembangkan di dalam silinder. Makalah ini berfokus pada kegagalan
tren inlet dan katup buang. Kegagalan berlangsung dari inlet dan katup
buang dengan cara yang berbeda karena kelelahan, pemuatan termal,
memakai, korosi dan erosi yang menyebabkan hilangnya sifat mekanik
material dan performa mesin dll .
3. Nurten Vardar (2010) dalam penelitiannya yang berjudul “Investigation
of Exhaust Valve Failure in Heavy – duty Diesel Engine” Katup buang
dari mesin diesel yang terkena overstress termal dan mekanik yang
mungkin sumber kegagalan katup. Katup exhaust biasanya gagal sebagai
akibat dari kegagalan mode yang berbeda seperti memakai, kelelahan
dan korosi. Dalam rangka untuk menggambarkan mode ini sebuah katup
buang gagal yang milik tugas berat mesin diesel diselidiki. Penyelidikan
kegagalan itu dilakukan dengan menggunakan beberapa tes
eksperimental termasuk spektroskopi emisi optik, mikroskop optik,
mikroskop elektron SEM dan EDX. Saya ditemukan bahwa kandungan
karbon dari bahan katup gagal menurun. Fase titanium sudut yang
ditemukan dalam struktur mikro dari bahan katup gagal. BBM kelahiran
vanadium dan kromium karbida yang terdeteksi pada permukaan katup.
Disimpulkan bahwa katup rusak sebelum nya diharapkan kehidupan
pelayanan.
5
2.2 Kegagalan Elemen Mesin
Elemen mesin dikatakan gagal atau mengalami kegagalan jika elemen-
elemen mesin tersebut menujukkan gejala yang menyebabkan tidak dapat
lagi melakukan fungsinya. Kegagalan elemen mesin tersebut dapat
disebabkan oleh beban statik ataupun beban dinamik yang melebihi
kekuatan elemen mesin. Kegagalan suatu komponen atau bagian dari
peralatan sewaktu dipergunakan biasanya dapat berakibat fatal.
Selain resiko yang berkaitan dengan keselamatan manusia, mungkin
pula menyangkut masalah ekonomi. Kegagalan elemen mesin dapat
dikategorikan menjadi 3 kelompok yaitu :
1. Perubahan bentuk atau deformasi yang terlalu besar yang mungkin
terjadi berupa :
a. Deformasi plastis atau deformasi permanen
b. Buckling
c. Deformasi elastisitas yang terlalu besar sehingga mengganggu kerja
elemen mesin lainnya.
2. Patah atau fracture yang dapat berupa :
a. Patah akibat dilampauinya tegangan batas kekuatan.
b. Patah berkeping-keping akibat impact.
c. Retak, yaitu retak kecil merambat pada sebagian elemen mesin, jika
dibiarkan terus akan mengakibatkan patah.
3. Kerusakan permukaan, yaitu dapat berupa :
a. Aus yang melebihi aus yang di ijinkan.
b. Permukaan terkelupas dan berlubang-lubang.
c. Korosi yang menyebabkan patah atau kerusakan permukan.
elemen mesin.
6
Penyebab kegagalan mekanisme metalurgi kelelahan logam
disebabkan oleh beban berulang . Kerusakan lokal progresif akibat tekanan
dan berfluktuasi strain pada bahan. Retakan kelelahan logam memulai dan
menyebar ke daerah di mana tekanan yang paling parah. Proses kelelahan
terdiri dari 3 (tiga ) tahap yaitu :
1. Retak awal inisiasi.
2. Progresif pertumbuhan retak di bagian tersebut.
3. Final tiba-tiba fraktur penampang yang tersisa.
Logam yang sebagian besar mengandung bahan rekayasa
diskontinuitas, maka kelelahan dan keretakan logam biasanya dimulai dari
diskontinuitas di daerah yang sangat menekan komponen, kegagalan ini
mungkin disebabkan oleh : diskontinuitas, desain, salah perawatan atau
penyebab lain.
Metode yang paling efektif untuk meningkatkan kinerja dan mencegah
kegagalan adalah dengan :
1. Mendesain ulang produk yang gagal.
2. Menghilangkan atau mengurangi stress pengumpulan oleh perampingan
bagian.
3. Hindari permukaan tajam akibat geser atau proses lain.
4. Mengurangi tegangan sisa tarik yang disebabkan oleh manufaktur.
5. Mencegah perkembangan diskontinuitas permukaan selama pemrosesan.
6. Meningkatkan rincian pabrikasi dan prosedur manufaktur.
Korosi secara kimiawi disebabkan kerusakan pada bahan yang
mengakibatkan kerusakan pada material dan propertinya. Korosi ini dapat
disebabkan kegagalan dari komponen. Beberapa faktor yang harus
dipertimbangkan saat analisis suatu kegagalan untuk menentukan dan
mempengaruhi korosi dalam suatu kegagalan adalah :
7
1. Jenis korosi
2. Tingkat korosi
3. Luasnya korosi dan
4. Interaksi antara korosi dan mekanisme kegagalan.
Korosi adalah suatu proses alamiah, korosi jarang bisa dicegah, tetapi
dapat diminimalkan atau dikendalikan oleh materi pilihan yang tepat, desain,
pelapisan dan kadang-kadang dengan mengubah lingkungan. Berbagai jenis
logam dan bukan logam pelapisan secara teratur digunakan untuk
melindungi bagian logam dari korosi.
2.3 Mekanisme Kerja Mesin Satria F
Satria FU adalah motor keluaran Suzuki yang menggunakan mesin
dengan tipe DOHC atau Double Overhead Camshaft tanpa Rocker Arm.
Maksud dari sistem DOHC ini adalah mesin dengan 2 Noken As yang ada di
posisi kepala silinder yang menyebabkan klep keluar atau masuk menjadi
terpisah.
Susunan klep yang ada pada mesin Satria FU itu berbentuk V tanpa
bantuan dari Rocker Arm namun bentuk ruang bakarnya menjadi sangat
sempurna. Ada beberapa keunggulan yang dimiliki mesin DOHC Satria FU,
dan jika anda ingin mengetahuinya lebih lanjut, anda bisa lihat rangkuman
lengkapnya di bawah ini.
8
Gambar 2.1. Mekanisme mesin DOHC
Di bawah ini adalah beberapa keunggulan mesin DOHC Satria FU
1. Karena mesin DOHC tidak menggunakan bantuan Rocker Arm, membuat
mesin DOHC tidak mengalami kehilangan tenaga yang di akibatkan
gesekan antar komponen dari komponen Rocker Arm itu sendiri. Selain
itu, mesin yang menggunakan perangkat Rocker Arm bisa membuat
kerugian tenaga akibat gesekan Rocker Arm, maka dari itu banyak
penambahan Roller pada perangkat Rocker Arm agar bisa mengurangi
kerugian akibat gesekan Rocker Arm itu.
2. Banyak dari mesin motor lain yang bekerja dengan menggunakan proses
Rocker Arm, hal tersebut menyebabkan tenaga yang di hasilkan lebih
lambat, berbeda dengan mesin DOHC yang membuat kinerja mesin lebih
cepat akibat noken as langsung ke bagian klep dan akselerasi motor itu
lebih cepat dan efisien.
3. Mesin DOHC menggunakan 4 klep yang lebih ringan di banding mesin
SOHC 2 klep karena klep yang di aplikasikan di buat lebih halus dan
ringan agar performa mesin DOHC lebih ringan dan cepat.
4. Mesin motor dengan tipe DOHC yang memakai 4 klep lebih baik
penggunaan aliran udaranya di banding mesin dengan 2 klep, bahkan
9
presentase kelebihan penggunaan aliran udara mesin DOHC lebih baik
20 %. itulah yang menyebabkan tenaga motor bermesin DOHC lebih baik
dari SOHC karena aliran udara yang masuk dan keluar dari ruang bakar
lebih baik.
2.4 Mekanisme Kerja Katup Buang
Mekanisme katup adalah suatu mekanisme pengaturan proses
pembukaan dan penutupan katup pada saluran masuk dan buang motor
bakar. Mekanisme tersebut berfungsi untuk membuka dan menutup katup
isap dan katup buang yang sesuai dengan firing order suatu silinder dan
proses pengerjaannya, yang memasukkan campuran bahan bakar dan
udara serta mengeluarkan gas buang sisa pembakaran.
Untuk menghasilkan satu langkah kerja pada sebuah motor bakar
empat langkah, membutuhkan siklus empat langkah gerakan piston atau dua
langkah putaran crankshaft yang sempurna. Siklus empat langkah ini dikenal
sebagai siklus otto, yang ditemukan oleh Nikolaus August Otto pada tahun
1867. Empat langkah tersebut terdiri dari :
Langkah Isap, adalah langkah piston dari TMA (Titik Mati Atas) dimana
katup buang tertutup dan katup isap terbuka, dan piston begerak menuju
TMB (Titik Mati Bawah) sehingga dapat menghisap campuran bahan bakar
dan udara ke dalam ruang pembakaran melalui katup isap.
1. Langkah Kompresi, adalah langkah piston menekan campuran bahan
bakar dan udara dengan bergerak dari TMB ke TMA, dimana katup isap
dan katup buang sama – sama dalam posisi tertutup. Sehingga campuran
bahan bakar dan udara tadi terkompresi. Kompresi tersebut membuat
tekanan di dalam ruang pembakaran menjadi tinggi. Sesaat piston
mendekati TMA, busi memancarkan percikan api untuk membakar
10
campuran bahan bakar dan udara yang terkompresi tadi. Sehingga
terjadilah ledakan di dalam ruang pembakaran.
2. Langkah Ekspansi, adalah langkah piston yang bergerak turun dari TMA
ke TMB akibat terdorong oleh ledakan di dalam ruang pembakaran
tersebut dan memaksa crankshaft berputar. Posisi katup isap dan buang
masih sama-sama tertutup. Langkah inilah yang dapat menghasilkan
tenaga dan mesin dapat bekerja.
3. Langkah Buang, adalah langkah dimana piston bergerak ke atas dari
TMB ke TMA, dimana katup isap tertutup dan katup buang terbuka.
Sehingga piston dapat membuang sisa pembakaran. Pada saat piston
mencapai TMA maka katup buang tertutup dan katup isap terbuka
sehingga siklus empat langkah dapat dimulai kembali.
Gambar 2.2. Siklus Empat Langkah
2.5 Analisis Tegangan
2.5.1 Gaya Tekan dan Gaya Tarik
Dalam analisis vektor seperti penjumlahan dan perkalian biasanya
keadaan tekan dan tarik bukanlah hal yang begitu penting, namun
demikian dalam ilmu kekuatan bahan merupakan hal yang penting, karena
kemampuan bahan menahan beban dan tarik adalah berbeda.
11
2.5.2 Tegangan Normal
Kita lihat gambar 2.15 dengan asumsi bahwa penampang bahan
seragam. Diagram bebas tersebut menunjukkan sistem dalam keadaan
keseimbangan gaya maupun momen. Artinya pada setiap bagian bahan
dimanapun mengambilnya, bagian tersebut ada dalam keseimbangan
statik. Apabila diambil antara ujung kiri sampai dengan penampang a-a
pada gambar 2.15, maka juga akan terjadi keseimbangan statik.
Gaya P pada penampang a-a tersebut. Terlihat bahwa gaya yang
bekerja arahnya tegak lurus dengan penampang bahan, oleh karena itu
gaya P disebut sebagai gaya normal. Maka resultan gaya yang bekerja
pada penampang A adalah sebesar σA.
Gambar 2.3. Resultan gaya yang bekerja pada penampang A. Timoshenko, (1985)
2.6 Metode Analisis Menggunakan Program ANSYS
ANSYS adalah program paket yang dapat memodelkan elemen hingga
menyelesaikan masalah yang berhubungan dengan mekanika, termasuk di
dalamnya masalah statika, dinamika, analisis struktural (baik linier, maupun
non linier), masalah perpindahan panas, masalah fluida dan juga masalah
yang berhubungan dengan akustik dan elegtromagnetik.
ANSYS workbench adalah salah satu perangkat lunak berbasiskan
metode elemen hingga yang dipakai untuk menganalisis masalah-masalah
rekayasa (engineering). ANSYS workbench juga berintegrasi dengan
12
perangkat lunak CAD sehingga memudahkan pengguna dalam membangun
model geometri dengan berbagai perangkat lunak CAD. Sependek
pengetahuan saya, beberapa perangkat lunak tersebut adalah Catia dan
Solidwork. ANSYS dapat berjalan sistem operasi windows dan Linux.
ANSYS workbench berisi beberapa fasilitas diantaranya:
1. Mechanical, untuk analisis struktur (statik) dan thermal (perpindahan
panas).
2. Fluid Flow, yang teridiri dari ANSYS CFX dan Fluent, untuk analisis CFD
(Computationa fluid dynamic).
3. Engineering Data, sebagai database material lengkap dengan
propertisnya.
4. Design modeler, digunakan untuk membangun model geometri yang akan
dianalisis. Juga dapat digunakan untuk memodifikasi hasil gambar dari
perangkat lunak CAD.
5. Meshing Application, fasilitas untuk meshing menjadi bagian kecil-kecil
untuk mencari distribusi tegangan (static structural) dan distribusi
temperatur (heat transfer).
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
c.1 Diagram Alir Penelitian
c.2 Jenis Metode Penelitian
Berdasarkan kasus tersebut, penelitian yang akan dilaksanakan
mencakup bahan/komponen yang diteliti dan cara penelitian. Metode
13
Selesai
Evaluasi Perbandingan Hasil Simulasi
Data Hasil Simulasi
Simulasi
Perhitungan Beban
Desain Model Tiga Dimensi
Menentukan Geometri
Pengumpulan Data Teknis
Studi Literatur
Mulai
14
penilitian yang dilakukan yaitu dengan menggunakan metode stress analysis
dengan dengan menggunakan program ANSYS untuk mengetahui aspek
keamanan suatu komponen dalam kondisi ketika sedang operasi.
c.3 Studi Literatur
Studi literatur merupakan langkah paling awal sebelum memulai suatu
penelitian, studi literatur bertujuan untuk mengumpulkan sejumlah data yang
diperlukan dari berbagai sumber yang berhubungan dengan topik yang
diangkat dalam penelitian. Sumber studi literatur penelitian ini bisa didapat
diantaranya jurnal atau penelitian terdahulu yang berkaitan.
c.4 Pengumpulan Data Teknis
Data teknik (Engineering data) adalah data-data yang berhasil
dihimpun melalui studi literatur. Data teknik yang diperlukan dalam penelitian
ini diantaranya material dan gaya-gaya yang bekerja pada mekanisme katup.
c.4.1 Material Katup
Material yang digunakan adalah stainless steel SUH-35 dengan sifat
mekanik pada tabel dibawah ini (china steel suppliers):
15
c.4.2 Gaya yang Terjadi pada Katup
Gaya yang terjadi pada katup adalah gaya yang tekan (preasure)
yang berasal dari kompresi ruang bakar yang berkisar antara 140 PSI (9,5
BAR) hingga 220 PSI (15 BAR) dengan suhu ruang bakar sekitar 700ºC.
c.5 Variabel penelitian
1. Variabel bebas
Variabel bebas adalah variabel yang dipilih umtuk menentukan adanya
suatu hubungan pada keadaan yang akan diteliti. Dalam penelitisn ini
variabel bebasnya adalah suhu dan tekanan dalam ruang bakar yang
mendorong katup buang pada saat proses pembuangan hasil
pembakaran.
2. Variabel terikat
Variabel terikat adalah variabel yang diteliti apakah menunjukan adanya
pengaruh dari perlakuan variabel bebas. Dalam penelitian ini variabel
terikatnya adalah nilai stress analysis yang terjadi pada katup buang.
3. Variabel kontrol
Variabel kontrol adalah variabel kendali antara variabel bebas dan
variabel terikat, yang artinya variabel ini bersifat netral. Dalam penelitian
ini katup buang menggunakan jenis material yang sama yaitu stainless
steel SUH-35 sebagai variabel kontrol.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Simulasi
Dari hasil menggunakan software Ansys
4.2 Hasil Perbandingan Simulasi
4.3 Pembahasan
4.4 Apa lagi
16