ANALISIS PERBANDINGAN TERMAL SEBELUM DAN SESUDAH PERBAIKAN PADA TRANSMISI
DAIHATSU TAFT HILINE SECARA EKSPERIMENTAL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
NIXON RANDY NIM. 120401087
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M EDAN
2016
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk mendapatkan Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah “Analisis Perbandingan Termal Sebelum dan Sesudah Perbaikan Pada Transmisi Daihatsu Taft Hiline Secara Eksperimental”
Selama pengujian dan penulisan skripsi ini penulis ingin berterima kasih banyak kepada:
1. Keluarga tercinta yang selalu memberi segala dukungan tak terkiranya baik moril maupun materil.
2. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing sehingga skripsi ini dapat selesai.
3. Bapak Dr.Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Kolega seperjuangan Nordick Huywen , Surya ,Redman Wijaya , Willy dan Harris Kristanto yang telah memberi semangat, bantuan dan tempat sharing dalam masa-masa sulit dan bahagia.
5. Bapak Atak selaku kepala bengkel yang telah bersedia meluangkan waktu untuk melakukan pembongkaran gearbox sehingga perbaikan gearbox dapat berjalan lancar.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin terkhususnya stambuk 2012 yang sering memberi dukungan, dan sharing ilmu kepada penulis.
7. Kakak kandung tercinta Jesslyne yang sering memotivasi dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Serta kepada teman ataupun saudara-saudara penulis yang tidak dapat diucapkan namanya satu persatu yang juga memberi motivasi dan dukungan hingga sekarang.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna dan terdapat kesalahan. Oleh karena itu, penulis menerima kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk menyempurnakan skripsi ini.
Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.
Medan, 15 Juli 2016 Penulis,
Nixon Randy NIM. 120401087
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR i
DAFTAR ISI ii
DAFTAR TABEL v
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR NOTASI vii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Batasan Masalah Penelitian 2
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Manfaat Penelitian 3
1.5 Sistematika Penulisan 3
1.6 Hipotesa kerusakan 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Objek Penelitian 5
2.2 Latar Belakang 7
2.2.1 Gearbox 7
2.2.2 Perpindahan panas dalam gearbox transmisi 11
2.2.3 Gesekan 13
2.2.4 Serapan panas oleh fluida pelumas 15
2.2.4.1 Viskositas 16
2.2.4.2 Indeks viskositas 18
2.2.5 Hubungan kekentalan dengan temperatur 20
2.3 Metode Dua Titik Pengukuran 23
2.4 Analisa Oli 24
2.5 Konklusi 27
2.5.1 Kelebihan atau pencapaian 27
2.5.2 Kekurangan 27
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Desain Analisa Parameter (Design Of Analysis) 28
3.2 Parameter Desain 29
3.3 Tabel Data Pengukuran 30
3.4 Tempat dan Waktu 31
3.5 Alat dan Objek Eksperimen 31
3.5.1 Alat 31
3.5.2 Objek 32
3.6 Prosedur Pengujian 33
3.7 Tahapan Pengujian 33
3.8 Jadwal Pelaksanaan Penelitian (Schedule) 34
3.9 Biaya Penelitian 35
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Membangun Analisa Desain 37
4.2 Membangun Desain Eksperimen (DoE) 37
4.3 Hasil Eksperimen Termal pada Gearbox 38 4.3.1 Hasil data eksperimen sebelum perbaikan (overhaul) 39 4.3.2 Hasil data eksperimen setelah overhaul 47
4.4 Aktual Kerusakan (Failure) 53
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 57
5.2 Saran 57
DAFTAR PUSTAKA 59
LAMPIRAN
A. Data Eksperimen Sebelum Overhaul 60
B. Data Eksperimen Setelah Overhaul 74
C. Spesifikasi Transmisi 88
D. Log Book 90
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Koefisien Seebeck untuk tipe thermocouple dan rentang suhu
6
Tabe 2.2 Penyebab Kontaminasi Material pada Oli 25
Tabel 3.1 Komponen dan Fungsi Parameter 30
Tabel 3.2 Data Pengukuran 30
Tabel 3.3 Jadwal Penelitian 35
Tabel 3.4 Biaya Penelitian 35
Tabel 4.1 Parameter Analisa Desain 37
Tabel 4.2 Data Eksperimen Sebelum Overhaul Ke-1 60 Tabel 4.3 Data Eksperimen Sebelum Overhaul Ke-2 62 Tabel 4.4 Data Eksperimen Sebelum Overhaul Ke-3 64 Tabel 4.5 Data Eksperimen Sebelum Overhaul Ke-4 66 Tabel 4.6 Data Eksperimen Sebelum Overhaul Ke-5 68 Tabel 4.7 Data Eksperimen Sebelum Overhaul Ke-6 70 Tabel 4.8 Data Eksperimen Sebelum Overhaul Ke-7 72 Tabel 4.9 Data Eksperimen SetelahOverhaul Ke-1 74 Tabel 4.10 Data Eksperimen SetelahOverhaul Ke-2 76 Tabel 4.11 Data Eksperimen SetelahOverhaul Ke-3 78 Tabel 4.12 Data Eksperimen SetelahOverhaul Ke-4 80 Tabel 4.13 Data Eksperimen SetelahOverhaul Ke-5 82 Tabel 4.14 Data Eksperimen SetelahOverhaul Ke-6 84 Tabel 4.15 Data Eksperimen SetelahOverhaul Ke-7 86 Tabel 4.16 Karakteristik Pelumas Transmisi Pertamina 56
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Komponen-komponen gearbox 7
Gambar 2.2 Perbedaan Suhu Sebelum dan Sesudah Pembebanan 10 Gambar 2.3 Aplikasi gesekan dalam kehidupan nyata 13 Gambar 2.4 Proses reaksi endoterm dan eksoterm 16
Gambar 2.5 Definsi Viskositas Hukum Newton 17
Gambar 2.6 Hubungan VI dengan Temperatur 20
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Temperatur dengan Viskositas 22 Gambar 2.8 Grafik Metode Satu Titik Pengukuran 23 Gambar 2.9 Grafik Metode Dua Titik Pengukuran 24
Gambar 3.1 Diagram Desain Penelitian 29
Gambar 3.2 Termokopel Tipe K (2 input) 31
Gambar 3.3 Higrometer 32
Gambar 3.4 Gearbox Daihatsu Hiline GTL 32
Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian 34
Gambar 4.1 Set up Pengujian 38
Gambar 4.2 Acuan Grafik Eksperimental yang Diinginkan 39 Gambar 4.3 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-1 40 Gambar 4.4 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-2 41 Gambar 4.5 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-3 42 Gambar 4.6 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-4 43 Gambar 4.7 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-5 44 Gambar 4.8 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-6 45
Gambar 4.9 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-7 46 Gambar 4.10 Grafik Eksperimental Setelah Overhaul ke-1 47 Gambar 4.11 Grafik Eksperimental Setelah Overhaul ke-2 48 Gambar 4.12 Grafik Eksperimental Setelah Overhaul ke-3 49 Gambar 4.13 Grafik Eksperimental Setelah Overhaul ke-4 50 Gambar 4.14 Grafik Eksperimental Setelah Overhaul ke-5 51 Gambar 4.15 Grafik Eksperimental Setelah Overhaul ke-6 52 Gambar 4.16 Grafik Eksperimental Setelah Overhaul ke-7 53
Gambar 4.17 Bearing 62012RSCM 54
Gambar 4.18 Bantalan 6306N 54
Gambar 4.19 Bantalan 6307RN 54
Gambar 4.20 Bantalan 6308N 55
Gambar 4.21 Bantalan 6007N 55
Gambar 4.22 Oli Transmisi Sebelum Overhaul 56
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
qk Laju Aliran Panas W
k Konduktivitas Termal W/m. K
A Luas Penampang m2
𝑑𝑇
𝑑𝑥 Gradien Suhu pada Penampang K/m
fk Gaya Gesekan Kinetik N
𝜇𝑘 Koefisien Kinetik
N Gaya Normal N
Q Energi Panas J
m Massa kg
c Kalor Jenis J/kg. K
ΔT Perubahan Temperatur K
𝜏 Tegangan Geser Fluida N/m2
𝜂 Viskositas Dinamik P (Poise)
u Kecepatan Relatif Permukaan m/s
h Tebal Lapisan Permukaan m
v Viskositas Kinematik S (Stoke)
ρ Massa Jenis g/cm3
VI Indeks Viskositas
L Viskositas Minyak Pelumas Referensi
U Viskositas Minyak Pelumas Spesimen
H Viskositas Minyak Pelumas Referansi
T Temperatur Pelumas oR atau oC
C,n Konstanta
N1, N2 Kecepatan rpm
ABSTRAK
Gearbox atau transmisi berfungsi sebagai sistem pemindah tenaga dimana memindahkan dan mengubah tenaga dari motor yang berputar. Secara konsep ideal energi mekanik yang dihasilkan oleh transmisi akan diubah seutuhnya menjadi energi mekanik, namun pada faktanya ada energi yang hilang menjadi energi panas meskipun nilainya kecil sebesar 5- 10 %. Menurut penilitan sebelumnya menggunakan perangkat lunak untuk mensimulasi kerja daripada transmisi didapatkan bahwa energi panas yang terbesar dihasilkan oleh gesekan antar roda gigi yang akan ditransmisikan melalui aliran fluida (lubricant).. Metode yang digunakan dengan cara membandingkan suhu transmisi kendaraan sebelum dilakukan perbaikan (overhaul) dengan suhu transmisi kendaraan setelah dilakukan perbaikan (overhaul) dan pergantian lubrikasi. Pengambilan data suhu pada 2 titik berbeda gearbox dilakukan menggunakan termokopel tipe K dengan rentang suhu sebesar -5oC sampai 1300oC disertai dengan higrometer untuk mengukur suhu dan kelembaban lingkungan saat proses pengujian berlangsung yang berperan sebagai variabel bebas. Berdasarkan data eksperimen yang diambil sebelum dilakukan perbaikan ditemukan kejanggalan pada percobaan pertama sebelum perbaikan (overhaul) pada transmisi Netral (N) dengan kecepatan 0 , 600 dan 1000 rpm terjadi kenaikan suhu yang signifikan pada T1 (50- 59- 62)oC dan pada T2 (44 - 49- 58) oC. Selanjutnya, pada perpindahan transmisi dari N ke 1 terjadi penurunan suhu pada T1 (66 - 64) oC dan pada T2 (61 -56) oC dan diteruskan saat perpindahan transmisi dari 1 ke 2 terjadi penurunan suhu yang signifikan pada T1 (67 - 64) oC dan T2 (61 - 54) oC. Bukan hanya pada perpindahan transmisi sebelumnya, tetapi juga disertai penurunan suhu pada perpindahan transmisi dari 4 ke 5 pada T1 (73 -70) oC dan T2 (68 - 65) oC. Selanjutnya dilakukan sebanyak tujuh kali untuk memperoleh variasi data dan dugaan atau hipotesa kerusakaan yang terjadi pada transmisi dibuat sesuai dengan hasil analisa data grafik.
Kata kunci : Thermal, gearbox, termokopel, higrometer, lubricant
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam bidang manufaktur dan industri pada era ini, komponen roda gigi merupakan suatu komponen yang umum digunakan untuk mentransmisikan daya dari satu dengan roda gigi lainnya yang bersinggungan. Keuntungan mekanis yang didapatkan dalam penggunaan roda gigi sesuai dengan perbandingan (rasio) roda gigi yang satu dengan yang berhubungan lainnya.
Dalam bahagian jurnal skripsi ini akan membahas tentang pengaruh termal gearbox pada mobil TAFT Daihatsu Hi-Line dimana transmisi yang digunakan masih bersifat manual. Pengujian yang akan dilakukan ini bertujuan untuk membandingkan termal yang terjadi pada gearbox yang mengalami gejala kerusakan dengan termal yang terjadi pada saat setelah dilakukan perbaikan (overhaul).
Dalam beberapa unit mesin memiliki sistem pemindah tenaga yaitu gearbox yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya mesin ke salah satu bagian mesin lainnya, sehingga unit tersebut dapat bergerak menghasilkan sebuah pergerakan baik putaran maupun pergeseran.
Menurut Carlos Valle (2014) energi kinetik yang ditransmisikan oleh gearbox tidak sepenuhnya ditransfer dalam energi kinetik sebab ada rugi- rugi energi yang muncul seperti energi panas. Viskositas lubrikasi dan suhu mempunyai ikatan dan peran yang sangat kuat dalam proses kehilangan energi dalam bentuk panas. Prediksi suhu pada komponen gearbox menjadi landasannya yang dibagi menjadi empat elemen dasar yaitu optimasi (optimization), analisa kemungkinan atau alternatif, pengurangan panas tanpa adanya pelumas, dan kemungkinan yang dapat terjadi di masa depan.
Selanjutnya menurut Lionel Manin dan Daniel Play (2013) membangun desain metodologi untuk memprediksi sifat panas yang muncul dalam transmisi
dengan menghitung semua komponen mekanikal yang ada dalam transmisi.
Secara keseluruhan membahas hubungan antara ukuran atau dimensi setiap komponen sehingga munculnya panas.dimana dibuat kedalam bentuk matriks untuk proses komputasi dan metode Newton Raphson konvergen sebagai pendekatan.
Dalam pengukuran suhu pada eksperimen menggunakan termokopel tipe K (Matthew Duff dan Joseph Towey, 2010). Adanya keuntungan penggunaan termokopel dari segi rentang suhu, kokoh, respon cepat, dan tidak adanya pemanasan sendiri. Dalam penentuan termokopel yang digunakan harus memperhatikan koefisien Seebeck dikarenakan setiap tipe termokopel memiliki rentang suhu yang berbeda-beda.
Dalam mendesain transmisi memiliki ketentuan dan tetapan dalam perhitungan yang harus diikuti menurut Andrzej Maciejczyk (2010). Kesalahan mendasar dalam mendesain transmisi dapat mengakibatkan kerusakan dan kegagalan pada komponen transmisi saat beroperasi bahkan berakibat fatal yang mempengaruhi keamanan dioperasikan. Pencapaian yang dihasilkan berupa formula dalam mendesain transmisi sehingga setiap komponen dalam transmisi dapat bekerja optimal sesuai dengan motor sebagai alat penggerak.
Pada pengujian eksperimental gearbox pengambilan data suhu menggunakan termokopel yang memiliki dua titik pengukuran dengan bantuan higrometer untuk mengukur kelembaban yang berperan sebagai variabel bebas.
Proses pengambilan data diperuntukan untuk analisa kerusakan pada gearbox dengan hipotesa atau dugaan terlebih dahulu sebelum melakukan perbaikan (overhaul). Hasil hipotesa dan aktual akan memperlihatkan ketepatan metode analisa termal yang digunakan.
1.2 Batasan Masalah Penelitian
1. Analisa yang dilakukan pada parameter pengukuran termal gearbox dimulai pada keadaan netral sampai reverse secara kontinu dengan durasi waktu dan rpm yang ditentukan.
2. Analisis yang dilakukan hanya tertuju pada karakteristik termal yang muncul.
3. Pengambilan data hanya pada saat keadaan tidak ada pembebanan (non load).
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk dapat mengidentifikasi berbagai gejala yang melahirkan panas pada gearbox objek yang diteliti,
2. Untuk dapat mengetahui perbandingan termal yang terjadi pada komponen gearbox yang baik dan yang gagal,
3. Untuk mengidentifikasi pelumas yang sesuai dengan gearbox objek yang diteliti.
1.4 Manfaat Penelitian
1. Secara aspek akademis, penelitian ini berhubungan dengan mata kuliah Dinamika Teknik, Getaran Teknik, FEM, Teknik Pemeliharaan(Condition Monitoring & Assessment, Condition Based Maintenance), Ilmu Logam Fisik, Fatik, sehingga dengan dilakukannya penelitian ini dapat menambah wawasan serta mengembangkan pola pikir tentang Desain konstruksi dan perawatan terhadap suatu komponen pada mesin.
2. Secara aspek praktis, penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan untuk membantu perawatan pada gearbox.
3. Dapat mengetahui faktor-faktor apa yang mempengaruhi kelahiran pengaruh termal pada gearbox.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika yang digunakan pada penulisan skripsi ini dibagi pada 5 bab yang terdiri dari bab 1 yang membahas membahas tentang pendahuluan yang mencakup latar belakang, batasan masalah, manfaat penelitian dan metodologi penulisan skripsi.
Pada bab 2 merupakan tinjauan pustaka yang membahas tentang teori-teori mengenai objek penelitian, dan proses lahirnya panas, kemudian pada bab 3 membahas tentang metodologi penelitian yang mencakup desain parameter analisis, tahapan pengujian, dan jadwal penelitian. Bab 4 berisi tentang hasil dan pembahasan dari hasil eksperimen termal dan bab 5 membahas tentang kesimpulan dan saran dari skripsi.
1.6 Hipotesa kerusakan
Dari data eksperimen sebelum dilakukan perbaikan maka dilakukan dugaan (hipotesa) kerusakan yang terjadi pada objek penelitian sebagai berikut ini :
1. Terjadi kerusakan pada komponen gearbox saat melakukan pergantian transmisi baik saat melakukan pergantian transmisi dari N ke 1, 1 ke 2, 4 ke 5
2. Dalam keadaan netral seringkali mengalami kenaikan suhu yang drastis, dugaan mengalami kerusakan pada komponen input dan output gearbox 3. Kerusakan roda gigi di transmisi ke-4 baik mengalami retakan maupun
sompel akibat gesekan saat mating roda gigi.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Pada studi literatur berikut akan mendeskripsikan landasan teori yang melatarbelakangi terbentuknya topik yang dikaji pada skripsi analisa thermal pada gearbox. Landasan teori yang berasal dari jurnal, buku pengantar, internet, dan lainnya di rangkum dalam suatu batasan dengan tujuan untuk pengembangan dari landasan teori yang telah ada.
2.1 Objek Penelitian
Dalam konversi energi aktual pada komponen mekanika transmisi (gearbox) tidak seluruh energi mekanik diubah menjadi energi mekanik atupun listrik, karena adanya rugi-rugi energi (energy losses) baik hilang menjadi panas akibat gesekan maupun faktor lainnya.
Model analisa gearbox dengan parameter thermal memberikan pemahaman kajian yang lebih complex hubungan antara rugi panas yang terbentuk akibat kontak antar komponen dalam transmisi. Deformasi dari kontak antar roda gigi, konduksi, konveksi, dan radiasi merupakan komposisi tahanan thermal (resistanses) (Carlos, 2014). Dengan tahanan thermal, rugi daya dan inersia thermal pada tiap elemen, perubahan temperatur pada perpindahan yang akan dikaitkan dengan Hukum Termodinamika I.
Hukum termodinamika I adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya.
Selanjutnya, pengukuran temperatur pada gearbox harus menggunakan alat ukur yang tepat dan akurat sebab ketepatan dibutuhkan untuk memperoleh ralat yang kecil. Menurut Duff (2010) memaparkan hal yang sederhana dalam
pengukuran suhu menggunakan thermocouple. Selanjutnya, keuntungan pengukuran suhu dengan thermocouple dirincikan dari jangkauan pengukuran suhu (temperature range), kuat (robust) dari gangguan lingkungan, respon yang cepat (rapid response), dan tidak terjadi pemanasan sendiri (no self heating).
Dalam penentuan thermocouple yang akan digunakan pengukuran dalam pengujian harus memperhatikan koefisien Seebeck yang terlihat pada Tabel 2.1 Tabel 2.1 Kofisien Seebeck untuk tipe thermocouple dan rentang suhu
Tipe Termokopel Koefisien Seebeck (µV/oC)
Rentang Temperatur (oC)
E 61 95 - 900
J 52 95 - 760
K 41 -5 - 1260
N 27 95 - 1260
R 9 870 - 1450
S 6 980 - 1450
T 41 0 - 350
(Sumber : Matthew Duff ,2010) Tipe termokopel yang berbeda mempunyai koefisien Seebeck dan rentang temperatur yang berbeda pula sehingga pemilihan tipe termokopel harus disesuaikan dengan keperluan dari media yang akan dilakukan pengukuran. Untuk beberapa kasus aktual, tipe termokopel yang diproduksi oleh produsen memiliki rentangan yang sedikit berbeda meskipun mencantumkan tipe termokopel yang sama oleh karena itu ketelitian dalam penentuan tipe termokopel perlu diperhatikan.
Menurut Pawan Kumar (2013) melakukan desain dan analisa thermal pada gearbox helical 3 tingkatan. Awalnya, Kumar melakukan perhitungan empiris untuk memperoleh dimensi, pembebanan, torsi dan daya yang kemudian dilanjutkan dengan desain menggunakan perangkat lunak CAD. Analisa thermal dilakukan pada kondisi gearbox tanpa pembebanan dan adanya pembebanan dimana thermal dihasilkan pada saat penggabungan roda gigi.
Prediksi keadaan transmisi akibat panas yang muncul disebabkan oleh beberapa faktor mendasar dalam sistem mekanik (pelumasan, coolant, dimensi, pembebanan statik dan dinamis, dll). Menurut L. Manin (2013) parameter yang mempengaruhi roda gigi adalah durasi berjalannya,jenis dan aliran oli yang akan divalidasi dengan perbandingan numerical dengan eksperimental.
2.2 Latar Belakang
Dalam beberapa unit mesin memiliki sistem pemindah tenaga yaitu gearbox yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya mesin ke salah satu bagian mesin lainnya, sehingga unit tersebut dapat bergerak menghasilkan sebuah pergerakan baik putaran maupun pergeseran.
2.2.1 Gearbox
Gearbox merupakan suatu alat khusus yang diperlukan untuk menyesuaikan daya atau torsi (momen/daya) dari motor yang berputar, dan gearbox juga adalah alat pengubah daya dari motor yang berputar menjadi tenaga yang lebih besar.
Gambar 2.1 Komponen- komponen gearbox (Sumber : https://www.carwow.co.uk)
Pada gambar 2.1 merupakan nomenklatur daripada komponen-komponen yang terdapat dalam suatu gearbox . Berikut merupakan penjelasan daripada masing-masing komponennya.
1. Transmision Input Shaft (poros input transmisi).
Input shaft adalah komponen yang menerima momen output dari unit kopling, poros input juga befungsi untuk meneruskan putaran dari clutch kopling ke main shaft (poros utama), sehingga putaran bisa di teruskan ke gear-gear. Input shaft juga sebagai poros dudukan bearing dan piston ring, selain itu berfungsi juga sebagai saluran oli untuk melumasi bagian dari pada input shaft tersebut.
2. Transmision Gear (gigi transmisi)
Transmisi gear atau roda gigi transmisi berfungsi untuk mengubah input dari motor menjadi output gaya torsi yang meninggalkan transmisi sesuai dengan kebutuhan mesin.
3. Synchronizer (gigi penyesuai)
Synchronizer adalah housing dari pada lever pemindah gigi yang berfungsi untuk mengatur ketepatan perpindahan gigi, apabila gigi sudah dipindahkan maka lever akan terkunci sehingga lever tidak bisa berpindah sendiri pada saat spindel sedang berputar.
4. Shift Fork (garpu pemindah)
Batang untuk memindah gigi (synchronizer) pada porosnya sehingga memungkinkan gigi untuk dipasang atau dipindah.
5. Shift Linkage (tuas penghubung)
Batang atau tuas yang menghubungkan tuas persneleng dengan shift fork.
6. Gear Shift Lever (tuas pemindah persneleng)
Gear shift lever merupakan tuas yang memungkinkan supir memindah gigi transmisi.
7. Transmission Case (bak transmisi)
Sebagai dudukan bearing transmisi dan poros-poros serta sebagai wadah oli /minyak transmisi.
8. Output Shaft (poros output)
Poros yang mentransfer torsi (torque) dan transmisi ke gigi berada pada posisi terakhir.
9. Bearing (bantalan)
Bearing berfungsi untuk menjaga kerenggangan dari pada shaft (poros), agar pada saat unit mulai bekerja komponen yang ada di dalam transmisi tidak terjadi kejutan, sehingga transmisi bisa bekerja dengan smooth (halus).
10. Extension Housing (pemanjangan bak)
Melingkupi poros output transmisi dan menahan seal oli belakang serta menyokong poros output.
11. Clutch (kampas kopling)
Clutch adalah rumah dari clucth kopling yang berfungsi sebagai pelindung clutch kopling, clutch housing juga berfungsi sebagai tempat dudukan dari pada oil pump dan input shaft.
Gearbox atau transmisi adalah salah satu komponen utama motor yang disebut sebagai sistem pemindah tenaga, transmisi berfungsi untuk memindahkan dan mengubah tenaga dari motor yang berputar, yang digunakan untuk memutar spindel mesin maupun melakukan gerakan feeding. Transmisi juga berfungsi untuk mengatur kecepatan gerak dan torsi serta berbalik putaran, sehingga dapat bergerak maju dan mundur. Transmisi manual atau lebih dikenal dengan sebutan gearbox, mempunyai beberapa fungsi antara lain :
1. Merubah moment puntir yang akan diteruskan ke mesin / output shaft.
2. Memungkinkan ratio yang tepat sesuai yang di inginkan.
3. Menghasilkan putaran mesin tanpa slip.
Pada percobaan simulasi yang dilakukan oleh Pawan Kumar (2013), terjadi perbedaan suhu yang sangat signifikan antara roda gigi yang tidak ada pembebanan (no load) dan adanya pembebanan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Perbedaan Suhu Sebelum dan Sesudah Pembebanan (Sumber : Pawan Kumar ,2013)
Suhu pada gesekan antara roda gigi dari hasil simulasi Pawan Kumar menunjukkan dua kondisi dimana kondisi tanpa pembebanan memiliki suhu sebesar 45,352 oC sedangkan kondisi dengan pembebanan sebesar 101,19 oC hampir mencapai dua kali hasil dari tanpa pembebanan (no load). Kondisi tanpa pembebanan dapat dijadikan sebagai acuan dalam hasil pengambilan dan analisa data.
2.2.2 Perpindahan panas dalam gearbox transmisi
Bila dalam suatu sistem terdapat gradien suhu atau dua sistem yang suhunya berbeda disinggungkan, maka akan terjadi perpindahan energi baik secara langsung maupun tidak langsung. Proses dengan transpor energi itu yang berlangsung disebut sebagai perpindahan panas. Perpindahan yang berupa panas (heat) tersebut tidak dapat diukur atau diamati secara langsung atau dengan mata telanjang, tetapi pengaruhnya dapat diamati dan diukur. Aliran panas seperti halnya pelaksanaan kerja adalah suatu proses dengan mana energi dalam suatu sistem berubah.
Perpindahan panas teknik dari titik pandang perekayasaan (engineering), masalah kunci adalah penentuan laju perpindahan panas pada beda suhu yang ditentukan. Untuk menaksir biaya, kelayakan dan besarnya peralatan yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah panas tertentu dalam waktu yang ditentukan, harus diadakan analisa perpindahan panas yang terperinci. Dalam perpindahan panas, sebagaimana dalam cabang perekayasaan lainnya, penyelesaian yang baik terhadap suatu soal memerlukan asumsi dan idealisasi.
Hampir tidak mungkin menguraikan fenomena fisik secara tepat, dan untuk merumuskan suatu soal dalam bentuk persamaan yang dapat diselesaikan kita perlu mengadakan beberapa perkiraan. Contoh dalam perhitungan rangkaian listrik, misalnya, biasanya diasumsikan bahwa nilai tahanan, kapasitansi, dan induktansi tidak tergantung pada arus yang mengalir melaluinya. Asumsi ini menyederhanakan analisanya, tetapi dalam hal – hal tertentu dapat sangat membatasi ketelitian hasilnya.
Bilamana diperlukan untuk membuat asumsi atau pengiraan dalam penyelesaian suatu soal, maka perekayasaan harus mengandalkan akal dan pengalamannya di masa lampau. Tidak ada panduan sederhana bagi soal yang baru dan belum pernah dijamah, dan suatu asumsi yang benar bagi sebuah soal mungkin menyesatkan dalam soal yang lain. Namun pengalaman menunjukkan, bahwa syarat pertama dan utama untuk membuat asumsi atau pengiraan perekayasaan yang baik adalah pengertian fisik yang menyeluruh dan mendalam terhadap soal yang dihadapi. Di bidang perpindahan panas hal ini memerlukan
tidak hanya hukum – hukum dan mekanisme fisik dari aliran panas, tetapi juga dari mekanika fluida, fisika dan matematika.
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah tersebut. Secara umum perpindahan panas terbagi 3 yaitu radiasi, konduksi dan konveksi, tetapi dalam eksperimen termal ini laju perpindahan yang terjadi dalam proses pengukuran hanyalah berupa konduksi disebabkan pengukuran transmisi hanya dilakukan pada cangkang (casing) daripada gearbox, hanya saja peristiwa radiasi dan konveksi akan dibahas oleh Surya (2016) pada Analisa Thermal Secara Simulasi.
Konduksi adalah proses dengan mana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair, dan gas) atau antara medium – medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Konduksi adalah adalah satu – satunya mekanisme dengan mana panas dapat mengalir dalam zat padat yang tidak tembus cahaya. Konduksi penting pula dalam fluida, tetapi di dalam medium yang bukan padat biasanya tergabung dengan konveksi, dan dalam beberapa hal juga dengan radiasi.
Hubungan dasar untuk perpindahan panas dengan cara konduksi diusulkan oleh ilmuwan Perancis, J. B. J. Fourier, dalam tahun 1882. Hubungan ini menyatakan bahwa qk, laju aliran panas dengan cara konduksi dalam suatu bahan, sama dengan hasil kali dari 3 buah besaran berikut yang dapat dilihat pada persamaan 2.1:
𝑞𝑘 = −𝑘. 𝐴.𝑑𝑇 𝑑𝑥
(2.1) Keterangan:
qk = laju aliran panas.
k = konduktivitas termal.
A = luas penampang.
𝑑𝑇
𝑑𝑥 = gradien suhu pada penampang tersebut, yaitu laju perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran panas x.
Konduktivitas atau keterhantaran termal adalah suatu besaran intensif bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas.
Konduksi termal adalah suatu fenomena transpor dimana perbedaan temperatur menyebabakan transfer energi termal dari satu daerah benda panas ke daerah yang sama pada temperatur yang lebih rendah. Panas yang di transfer dari satu titik ke titik lain melalui salah satu dari tiga metode yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
2.2.3 Gesekan
Ketika dua benda atau lebih saling bersinggungan satu dengan yang lainnya, jika diamati pergerakannya dengan seksama maka akan tampak seperti dilawan oleh suatu gaya. Fenomena ini merupakan gesekan (friction), sedangkan gaya yang bekerja di dalamnya disebut gaya gesek (friction force). Gesekan adalah bentuk dari hilangnya energi diantara dua permukaan yang saling kontak dan bergerak relatif, dan sering dinyatakan sebagai gaya yang melawan. Koefisien gesek (μ) merupakan suatu fungsi area kontak antara dua permukaan, sifat dan kekuatan yang saling mempengaruhi satu dengan lainnya. Adapun mekanisme gesekan antara dua permukaan dapat diilustrasikan pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Aplikasi gesekan dalam kehidupa nyata (Sumber : http://eprints.undip.ac.id/41594/3)
Gesekan juga dipengaruhi oleh beban dan kondisi permukaan. Topografi permukaan suatu material sebenarnya jika dilihat secara mikro adalah tidak rata melainkan bergelombang. Koefisien gesek antara permukaan secara normal meningkat dengan meningkatnya temperatur dan menurunnya beban. Hilangnya energi pada gesekan dapat mendorong kearah meningkatnya temperatur atau
deformasi kontak area. Pada hampir semua kasus koefisien gesek rendah akan mendorong ke arah menurunnya laju keausan disebabkan gaya gesekan yang terjadi menjadi rendah. Jika ditelusuri The Laws of Friction (Hukum Amonton) dapat dibagi menjadi tiga kategori sebagai berikut :
1. Gaya gesek (tangential) secara langsung sebanding gaya normal.
2. Gaya gesek tidak tergantung kontak area.
3. Gesekan kinetis tidak tergantung kecepatan sliding.
Traksi adalah gaya gesek maksimum yang bisa dihasilkan antara dua permukaan tanpa mengalami slip. Definisi lain dari traksi adalah gaya tangensial yang ditransmisikan secara melintang terhadap dua permukaan melalui gesekan atau lapisan fluida yang menghasilkan gerakan, memberhentikan laju, atau transmisi daya. Satuan traksi adalah Newton atau sebuah rasio jika diekspresikan sebagai koefisien traksi.
Dalam mendesain suatu sistem traksi terdapat hal-hal yang perlu diperhatikan untuk apa sistem traksi tersebut diperlukan sehingga bisa diketahui seberapa besar traksi yang diperlukan. Misal, pemilihan jenis ban untuk traktor, di mana traksi yang tinggi lebih disukai dibandingkan traksi yang rendah. Untuk itu, digunakan ban dengan luas permukaan yang besar dan beralur yang sedemikian rupa, atau menggunakan ban tipe track. Satu pengecualian penggunaan traksi yang sengaja dibuat minimum, yaitu dalam olahraga balap mobil offroad atau yang lainnya, di mana dalam kondisi membelok, digunakan teknik drifting sehingga roda belakang memiliki traksi yang rendah untuk mempercepat waktu belok dan mengurangi kemungkinan mobil terjungkal ke samping.
Secara umum model matematik daripada gaya gesekan yang terjadi dapat dituliskan menjadi berikut, yaitu :
𝑓𝑘 = 𝜇𝑘 . 𝑁
(2.2)
dimana :
fk = gaya gesekan kinetik (Newton) μk = koefisien kinetik
N = gaya Normal (Newton)
Persamaan 2.1 menunujukkan hubungan antara kalor dengan perubahan suhu yang sangat erat. Energi panas (kalor) akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu, begitu juga sebaliknya. Jika kita melihat rumus kalor berikut ini :
𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇
(2.3) dimana Q merupakan energi panas (Joule) yang akan seiring meningkat dengan peningkatan "m" yang merupakan massa (kg) dan juga "∆𝑇" adalah perubahan suhu (K), tetapi kalor jenis (J/kg. K) atau "c" tergantung daripada material yang digunakan dari suatu komponen. Pada persamaan 2.1 dan 2.3 dapat ditarik kesimpulan seperti berikut :
𝑚 ∝𝑑𝑇 𝑑𝑥
(2.4) Selanjutnya dikaitkan dengan persamaan 2.2 dengan 2.4
∴ 𝑓𝑘 ∝𝑑𝑇 𝑑𝑥
(2.5) dengan berikut kenaikan suhu pada peristiwa konduksi juga diiringi dengan kenaikan gesekan kinetik pada uji coba gearbox yang dilakukan.
2.2.4 Serapan panas oleh fluida pelumas
Panas atau kalor adalah salah satu bentuk energi, yaitu energi panas. Jika suatu benda melepaskan kalor pada benda lain maka kalor yang diterima benda
lain sama dengan kalor yang dilepas benda itu. Pernyataan ini disebut juga sebagai Asas Black, yaitu jumlah kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima.
Secara garis besar reaksi perpindahan panas dapat dibagi menjadi dua yaitu reaksi endoterm dan eksoterm. Pada reaksi endoterm, terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem sehingga suhu lingkungan turun dan menjadi lebih dingin. Reaksi endoterm menyerap sejumlah energi sehingga energi sehingga energi sistem bertambah. Sedangkan reaksi eksoterm melepaskan sejumlah energi sehingga terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan yang mengakibatkan suhu lingkungan naik dan menjadi lebih panas. Pada Gambar 2.4 dapat diilustrasikan proses reaksi endoterm dan eksoterm bekerja.
Gambar 2.4 Proses reaksi endoterm dan eksoterm (Sumber :http://gultomzogi.blogspot.co.id/)
Parameter yang mempengaruhi daya serapan panas pelumas transmisi dapat dibagi menjadi dua kategori secara umum untuk dibahas yaitu viskositas dan indeks viskositas itu sendiri.
2.2.4.1 viskositas
Viskositas merupakan sifat yang paling utama dari sebuah bahan pelumas karena sifat ini secara garis besar menunjukkan kemampuan melumasi sesuatu . Atau dengan kata lain bahwa viskositas adalah kemampuan dari bahan pelumas
untuk melawan tegangan geser yang terjadi pada waktu bergerak. Viskositas minyak pelumas berubah-ubah menurut perubahan temperatur. Dengan sendirinya minyak pelumas yang baik tidak terlalu peka terhadap perubahan temperatur, sehingga dapat berfungsi sebagaimana mestinya, baik dalam keadaan dingin pada waktu mesin mulai bekerja maupun pada saat temperatur kerja. Bahan harus mengalir ketika suhu mesin atau temperatur yang berubah-ubah. Mengalir secara cukup agar terjamin pasokannya ke komponen-komponen yang bergerak.
Semakin kental bahan pelumas, maka lapisan yang ditimbulkan menjadi lebih kental. Lapisan halus pada pelumas kental memberi kemampuan ekstra menyapu atau membersihkan permukaan logam yang terlumasi. Sebaliknya pelumas yang terlalu tebal akan memberi resistensi berlebih mengalirkan pelumas pada temperatur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, pelumas harus memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi atau temperatur terendah ketika mesin dioperasikan.
Hukum Newton tentang aliran viscous menyatakan bahwa tegangan geser di dalam fluida adalah berbanding lurus dengan perubahan kecepatan. Gambar 2.5 menunjukkan penjelasan dari definisi viskositas melalui hukum Newton.
Gambar 2.5 Definisi Viskositas Hukum Newton (Sumber : http://eprints.undip.ac.id/41594/3)
Jadi viskositas menurut hukum Newton dapat definisikan sebagai berikut:
𝜏 = 𝜂 𝑑𝑢
𝑑𝑦= 𝜂 𝑢
(2.6) dimana:
τ = tegangan geser fluida (N/m2) 𝜂 = viskositas dinamik (Poise, P) u = kecepatan relatif prmukaan (m/s) h = tebal lapisan pelumasan (m)
Sehingga viskositas dinamik dapat ditulis:
𝜂 = 𝜏 𝑑𝑢 𝑑𝑦
(2.7)
Viskositas dinamik disebut juga dengan viskositas absolut, sementara kadar geseran adalah du/dy. Jika viskositas dinamik dibagi dengan rapat massa pada temperatur yang sama hasilnya disebut viskositas kinematik. Secara matematis ditulis:
𝑣 = 𝜂 𝜌
(2.8)
dimana:
v = viskositas kinematik (Stoke, S) ρ = rapat massa (gram/cm3)
2.2.4.2 Indeks viskositas
lndeks viskositas adalah suatu tanda perubahan dari perubahan ratarata viskositas fluida sesuai dengan perubahan pada suhu tertentu. Suatu fluida yang mempunyai viskositas secara relatif stabil pada perbedaan suhu yang besar, fluida
tersebut mempunyai indeks viskositas yang tinggi. Oli hidrolik harus mempunyai indeks viskositas sekitar 100. Dan hampir semua jenis oli mempunyai bahan- bahan tambah yang disebut “penambah indeks viskositas” untuk meningkatkan angka indeks viskositas lebih dari 100. Akhir-akhir ini, pemberian bahan tambahan secara kimia melalui penyulingan telah terbukti meningkatkan indeks viskositas berjenis-jenis oli hingga mencapai di atas angka 100. lndeks viskositas sangatlah diperlukan apabila perangkat hidrolik beroperasi pada suhu-suhu yang sangat ekstrim.
Kemampuan minyak pelumas untuk mengatasi perubahan nilai viskositas terhadap perubahan suhu dikenal dengan istilah indeks viskositas, yaitu menyatakan perbandingan relatif antar minyak pelumas yang dinyatakan dengan persen. Menurut Halim (2000) Nilai indeks viskositas yang tinggi menyatakan bahwa minyak pelumas tersebut mengalami perubahan nilai viskositas yang kecil pada rentang suhu tertentu, yang berarti bahwa mutu minyak pelumas tersebut semakin baik. Indeks Viskositas dapat dicari dengan rumus berikut :
𝑉𝐼 = (𝐿 − 𝑈)
(𝐿 − 𝐻)× 100
(2.9)
dimana:
VI = indeks viskositas
L = viskositas minyak pelumas referensi (100oC) U = viskositas minyak pelumas spesimen (40oC) H = viskositas minyak pelumas referansi (100oC)
Penentuan Viskositas Indeks (VI) menggunakan referensi grafik dengan penetapan sesuai dengan Gambar 2.6 berikut ini
Gambar 2.6 Hubungan VI dengan Temperatur (Sumber : Ir. Halim Nasution, M.T , 2000)
2.2.5 Hubungan kekentalan dengan temperatur
Pada temperatur rendah molekul-molekul pada cairan sangat rapat sekali satu sama lainnya, dengan kata lain volume bebas terbatas. Pada daerah ini tahanan cairan untuk mengalir (kekentalannya) bergantung secara kritis pada ukuran, bentuk dan fleksibilitas dari molekul-molekul dan gaya tarik molekul- molekul tersebut. Pada temperatur tinggi volume bebas bertambah, kekentalan
fluida turun dan ukuran, bentuk molekul-molekul dan sebagainya tidak begitu penting. Kenaikan tekanan pada cairan mengurangi volume bebas dan menghasilkan akibat yang sangat sama dengan pengurangan temperatur.
Pada minyak pelumas dengan ukuran molekul-molekulnya bertambah akan sekaligus menaikkan titik didih, titik beku, rapat massa dan kekentalannya sementara volatilitasnya menurun.
Hubungan paling berguna yang mana dapat digunakan pada minyak mineral dengan daerah temperatur yang besar adalah :
log10log10 𝑣 + 0,6 = 𝑛 log10𝑇 + 𝐶
(2.10) dimana :
v = viskositas kinematik (cSt) T = temperatur pelumas (oR)
C, n = konstanta (nilainya bergantung pada jenis minyak pelumas)
Untuk keperluan interpolasi dan ekstrapolasi dari kekentalan bila diketahui kekentalan minyak pelumas pada dua temperatur maka untuk pengujian dan bahan menggunakan standar ASTM dengan grafik kekentalan - temperatur untuk hasil minyak cairan (D.341 - 39). Pada gambar 2.7 didapatkan hubungan temperatur dengan kekentalan untuk setiap tipe pelumas.
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Temperatur dengan Viskositas (Sumber : http://forums.tdiclub.com/)
Untuk tipe pelumas pada transmisi yang digunakan terdapat beberapa karakteristik dari PT. Pertamina Pelumas yaitu SAE 90 dan SAE 140. Pada Gambar 2.7 ditunjukkan bahwa rentangan suhu atau temperatur dengan viskositas kinematik yang bekerja. Pada SAE 90, suhu minimum kerja sekitar 45 oF serta diikuti juga viskositas kinematik sebesar 10.000 cSt dengan suhu maksimum kerja
400 oF dimana pada suhu tersebut viskositas kinematik sebesar 3 cSt. Selanjutnya pada SAE 140 memiliki suhu minimum kerja 50oF dengan viskositas kinematik 10.000 cSt dan suhu maksimum kerja sekitar 400oF dengan viskositas kinematik 4cSt. Selain itu, kekentalan kinematik atau viskositas kinematik semakin tinggi memiliki temperatur yang rendah sedangkan viskositas kinematik semakin rendah mengakibatkan temperatur semakin tinggi sehingga dapat disimpulkan kekentalan memiliki hubungan berbanding terbalik dengan temperatur pelumas.
2.3 Metode Dua Titik Pengukuran
Dalam menganalisa data pengukuran termal diperlukan ketepatan dalam memprediksi gejala-gejala yang timbul dari kejanggalan yang tampak pada grafik.
Kesulitan untuk penarikan kesimpulan kerusakan (failure) sering terjadi dikarenakan minimnya pengambilan data disertai sampel atau titik pengambilan hanya di satu tempat. Pada Gambar 2.8 ditunjukkan grafik pengambilan data satu titik analisa.
Gambar 2.8 Grafik Metode Satu Titik Pengukuran
Dengan metode satu titik pengukuran akan mempengaruhi hasil analisa yang kurang tepat dikarenakan tidak adanya parameter pembanding untuk penarikan kesimpulan analisa sebagai contoh pada Gambar 2.8 terlihat pada menit
59 62
64 66
64 65 65
67
54 56 58 60 62 64 66 68
1 2 3 4 5 6 7 8
Suhu (oC)
Waktu (menit) Grafik Suhu vs Waktu
Titik 1
yang menunjukkan kebenaran dari data tersebut apakah terjadi kesalahan pada saat pengukuran atau penyebab lainnya. Berbeda halnya dengan metode dua titik pengukuran akan menunjukkan perbandingan satu dengan yang lainnya sehingga hasil analisa akan lebih akurat. Metode dua titik pengukuran dapat dilihat pada Gambar 2.9
Gambar 2.9 Grafik Metode Dua Titik Pengukuran
Dengan metode dua titik pengukuran tampak jelas bahwa penurunan suhu pada Gambar 2.9 sebenarnya terjadi secara aktual dikarenakan pada titik pertama dengan kedua menunjukkan hal yang sama. Penarikan kesimpulan dari hasil analisa akan lebih tepat sehingga hasil yang diharapkan tidak jauh berbeda dengan keadaan aktual dari kerusakan (failure) yang terjadi.
2.4 Analisa Oli
Program analisa oli atau dikenal oil sampling mengidentifikasi dan mengukur berbagai partikel pencemar di dalam oli yang mengakibatkan kerusakan mesin.
Secara tidak langsung oil sampling memberi peluang untuk meneliti kondisi masing-masing komponen dan jika diperlukan mengambil tindakan untuk mencegah kerusakan lebih parah. Berikut ini beberapa contoh partikel pencemaran yang dapat terjadi dan apa akibat yang ditimbulkan pada kondisi mesin.
59 62 64 66 64 65 65 67
49
58 60 61
56 58 61 61
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1 2 3 4 5 6 7 8
Suhu (oC)
Waktu (menit) Grafik Suhu vs Waktu
Titik 1 Titik 2
Tabel 2.2 Penyebab Kontaminasi Material pada Oli
Penyebab Akibat
Silikon Ukuran silikon diatas normal menunjukkan adanya masalah besar. Oli yang mengandung silikon dapat mengakibatkan timbulnya gumpalan pengikis yang akan mengikis permukaan logam sejumlah komponen selama mesin beroperasi
Sodium Peningkatan sodium secara tiba-tiba dapat mengakibatkan kebocoran pada inhibitor dari sistem pendinginan. Inhibitor mungkin menunjukkan antibeku di dalam sistem yang akan menyebabkan oli menjadi encer dan berlumpur dan selanjutnya menimbulkan regangan pada ring piston serta sumbatan pada filter
Silikon, Kromium, Besi
Perpaduan dari masuknya gejala-gejala kotoran ini melewati sistem induksi, dapat dipakai sebagai petunjuk adanya keausan pada ring dan liner.
Silikon, Besi, Aluminium
Kombinasi partikel ini menunjukkan terjadinya pengotoran dalam porsi rendah pada mesin dan dapat dipakai sebagai petunjuk adanya keausan pada poros engkol (crankshaft) dan bearing
Aluminium Konsentrasi kandungan aluminium mengarah ke keausan bearing. Meskipun relatif kecil peningkatan kandungan elemen ini harus segera diperhatikan, sebab sekali keausan menggoroti crankshaft akan menimbulkan partikel logam dalam jumlah besar yang tertangkap pada filter oli
Besi Beso dapat berasal dari berbagai sumber. Besi bisa berkarat ketika penyimpan di kelembaban yang tidak sesuai. Apabila disertai dengan kelalaian mengontrol oli, peningkatan kontaminasi besi akan memperburuk keausan liner.
Jelaga Kandungan jelaga dalam kadar tinggi biasanya tidak langsung menyebabkan kerusakan mesin, tetapi partikel ini
tidak mudah terurai, sehingga dapat menyumbat filter oli dan menyusutkan bahan aditif dispersan. Jelaga terlihat pada terjadinya akselerasi kotoran dari gumpalan asap akibat penyetelan kurang pas. Hal ini juga menunjukan pemakaian bahan bakar berkualitas rendah
Produk-produk oksidasi
Oksidasi merupakan reaksi kimiawi antara oli dan oksigen, sama seperti pengkaratan akibat reaksi kimiawi antara besi dan oksigen. Proses oksidasi oli terkendali oleh bahan aditif penahan oksidasi. Tetapi oksidasi dapat pula terjadi kapan saja jika oli berhubungan dengan udara.
Pengoksidasian timbul dari unsur-unsur dalam gas pembakaran pada mesin diesel, tinggi rendahnya temperatur, serta partikel-partikel pencemar tertentu (seperti tembaga dan glycol) sehingga menimbulkan oksidasi. Meningkatnya proses oksidasi oli menurunkan daya pelumasan oli, akibatnya oli akan mengental, membentuk asam organik, menyumbat filter dan pada akhirnya meregangkan ring, menumpukan deposit serta lapisan lain pada piston
Produk-produk nitrasi
Nitrasi terjadi di semua jenis mesin dan menjadi masalah besar terutama pada mesin berbahan bakar gas alam. Bahan- bahan campuran nitrogen berasal dari proses pembakaran, oli menjadi encer, kehilangan daya pelumasan dan cenderung menimbulkan sumbatan pada filter, penumpukan deposit dalam jumlah besar serta lapisan-lapisan tertentu Air Air yang tercemar dengan oli akan membentuk emulsi yang
akan menyumbat filter. Air dan oli dapat pula membentuk asam penggerogot logam yang berbahaya. Pada kebanyakan kontaminasi air mengakibatkan pemampatan di dalam bak engkol. Kontaminasi lebih gawat lagi terjadi jika ada kebocoran pada sistem pendinginan yang mengakibatkan air masuk kebagian luar sistem oli mesin
(Sumber : Hendarto Wijaya, 2008)
2.5 Konklusi
Maka terapan dari proses lahirnya termal dari mekanisme gearbox adalah sebagai berikut ∆𝑇 = 𝑇𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑛 − 𝑇𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘𝑎𝑛 . Perbedaan suhu atau temperatur (∆𝑇) merupakan selisih antara temperatur serapan pada pelumas transmisi yang digunakan dengan temperatur gesekan yang terjadi secara aktual pada gearbox.
Landasan teori yang terdapat pada jurnal di atas memiliki batasan masalah masing-masing sehingga memunculkan kelebihan dan kekurangan sebagai berikut :
2.5.1 Kelebihan atau pencapaian
Berikut merupakan kelebihan atau pencapaian oleh peneliti dahulu yang telah dilakukan seperti di bawah ini.
1. Analisa thermal sudah menjadi acuan di manufaktur Swedia dalam mengidentifikasi kerusakan pada gearbox.
2. Simulasi 3 dimensi dengan hasil numerik perbedaan suhu antara pembebanan dan tidak ada pembebanan
3. Pengukuran suhu menggunakan termokopel sudah dapat dibedakan berdasarkan koefisien Seeback dan batasan pengukuran
2.5.2 Kekurangan
Berikut kekurangan pada peniliti terdahulu yang dilakukan seperti di bawah ini.
1. Pengukuran secara eksperimental belum pernah dilakukan sebelumnya karena analisa cenderung berpatokan kepada simulasi perangkat lunak CAD.
2. Identifikasi kerusakan gearbox tidak dibandingkan setelah overhaul atau peraikan telah dilakukan.
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
Untuk mengamati perubahan termal yang terjadi pada gearbox Daihatsu Hiline GTL dilakukan pengujian secara eksperimental pada gearbox dengan keadaan sebelum dan setelah dilakukan perbaikan (overhaul). Dalam penilitian ini kedua kaidah tersebut akan ditinjau sehingga validasi untuk parameter- parameter yang ada. Untuk melakukan langkah awal identifikasi masalah, maka akan didesain parameter dari objek yang akan diteliti.
3.1 Desain Analisa Paramater (Design of Analysis)
Dalam mendesain parameter, hal utama yang dilakukan adalah mengidentifikasi parameter masukan (input) dan hasil (output) serta parameter desain yang mengendalikan korelasi antara parameter input maupun output.
Fenomena-fenomena yang terjadi pada gearbox adalah terjadinya perpatahan gear maupun bagian lain yang sebabnya bisa daripada kelelahan atau fatik, transisi ulet rapuh, efek komposisi, ukuran butir maupun perlakuan panas dan perpaduan. Pada struktur rekayasa, khususnya baja dengan perlakuan panas retak bisa saja berasal dari cacat las, inklusi, kerusakan permukaan dan sebagainya. Untuk desain konstruksi perlu diketahui bahwa cacat memang telah ada dan dapat merambat pada tegangan yang lebih rendah dari tegangan mikroskopik yang ditentukan dengan bantuan uji tarik. Ketangguhan perpatahan suatu bahan dapat berubah bergantung pada jenis medan elastik-plastik yang terdapat dimuka retak apakah terdapat medan regangan bidang atau tegangan bidang. Maka untuk itu dilakukukan pengujian getaran pada gearbox untuk mengetahui fenomena fenomena lebih lanjut pada gearbox. Untuk mendapatkan kegagalan maupun masalah masalah yang terjadi gearbox yang akan dianalisis
Pada akhirnya, pengambilan data hasil eksperimental dari pengujian termal dari gearbox yang rusak akan dibandingkan dengan gearbox yang normal. Dari data-data tersebut akan diidentifikasi gejala-gejala yang muncul dari perbedaan
data yang ada. Untuk ringkasnya, desain parameter dirangkum dalam Diagram Desain Penelitian pada gambar 3.1 berikut.
Gambar 3.1 Diagram Desain Penelitian
3.2 Parameter Desain
Tabel 3.1 komponen dan fungsi memaparkan detail bagian penelitian mana yang difokuskan untuk dilakukan peninjauan, hal ini mencakup komponen apa sajakah yang diteliti, fungsi dari komponen dalam sistem, perubahan fenomena fisik yang dialami komponen, parameter yang ditinjau dalam komponen (dimensi, modulus elastisitas dan indeks viskositas) serta menetapkan rumus empirik yang digunakan dalam membahas perubahan parameter yang dialami komponen.
Komponen yang akan dibahas hanya mencakup bagian dalam pada gearbox dikarenakan penelitian akan difokuskan untuk dapat memecahkan
INPUT
(Torsi, Kecepatan, Aliran oli, Temperatur)
PROSES
[K][T] = {Q} – [Cp]{dT/dt}
OUTPUT (Suhu) FAKTOR
YANG DIKENDALI -
KAN (Dimensi dari
komponen gearbox, Indeks
Viskositas (VI) pelumas, diameter komponen,
modulus elastisitas (E),
bahan dasar material)
FAKTOR YANG TIDAK DIKENDA -
LIKAN (suhu lingkungan, kelembaban)
masalah pada saat perpindahhan transmisi mobil ke gigi keempat jadi analisis difokuskan kepada gearbox.
Tabel 3.1 Komponen dan Fungsi Paramater Komponen
Utama yang diteliti
Fungsi komponen
Fenomena perubahan fisik
Rumus empirik yang digunakan
Parameter yang diukur
Gearbox
Untuk mentransmi si daya dari
satu poros ke poros
yang lainnya
Retak (cracking), Aus
pada gerigi gear, Patah
𝑁 = 𝜋𝐷 𝑃𝑐 𝐺𝑒𝑎𝑟 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜
=𝑁1 𝑁2= 𝑇1
𝑇2
Kecepatan roda gigi, jumlah gigi
3.3 Tabel Data Pengukuran
Tabel 3.2 berisi hal atau parameter yang akan diteliti dalam penelitian dan hasil yang akan didapat dalam eksperimen. Tabel ini merupakan rangkuman mengenai parameter apa sajakah yang digunakan atau diteliti dari eksperimen.
Tabel 3.2 Data Pengukuran
jam kelembaban (%)
suhu lingkungan
(oC)
gear lama
rotasi rpm T1(oC) T2 (oC)
_ : _ . . .% . . . . . .
60s 600
60s 1000
60s 1500
60s 2000
3.4 Tempat dan Waktu
Pengujian dilakukan di Medan, Sumatera Utara pada Jalan Tridharma, Universitas Sumatera Utara, Gedung J20 (Gedung Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara) . Estimasi pengujian sebelum dan setelah perbaikan dilakukan sekitar 3 (tiga) bulan.
3.5 Alat dan Objek Eksperimen
Alat eksperimen adalah benda yang digunakan untuk mengerjakan sesuatu yang fungsinya dengan tujuan untuk mempermudah pekerjaan dalam proses pengambilan data secara kuantitatif. Sedangkan objek eksperimen merupakan bahan yang diamati dan diteliti.
3.5.1 Alat
Pada pengujian gearbox dengan parameter menggunakan beberapa alat sebagi berikut :
1. Termokopel
Termokopel yang digunakan merupakan termokopel tipe K yang memiliki rentang (range) suhu -50oC sampai 1300oC . Pemilihan tipe K ini dikarenakan rentangan suhu daripada gearbox yang dikehendaki dan ketersediaan unit produk di pasar (market) yang ada. Dari hasil tinjauan di Kawan Lama terdapat dua jenis termokopel tipe K yang memiliki satu masukan (input) dan dua masukan (input) pengukuran .
Gambar 3.2 Termokopel Tipe K (2 input)
2. Higrometer
Higrometer diperlukan untuk mengukur tingkat kelembaban udara suatu tempat dimana tingkat kelembaban merupakan faktor yang tidak dapat dikendalikan dalam studi eksperimen ini. Penyebab utama terjadinya galat yang cukup besar dalam suatu percobaan termal adalah kelembaban dan suhu lingkungan yang tidak dapat dikendalikan.
Gambar 3.3 Higrometer
3.5.2 Objek
Objek yang digunakan pada penelitian ini adalah gearbox dari Daihatsu Hiline GTL. Pada gambar 3.4 dapat dilihat gambar dari gearbox tersebut.
Gambar 3.4 Gearbox Daihatsu Hiline GTL
3.6 Prosedur Pengujian
Penelitian ini dimulai dengan melakukan studi literatur. Studi literatur dimaksudkan untuk mendapatkan informasi atau landasan teori mengenai penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya untuk identifikasi karakteristik termal pada gearbox.
Kemudian penelitian dilanjutkan dengan proses pengembangan metode uji termal pada gearbox dan melakukan perbandingan termal yang terjadi untuk keperluan analisa dan menemukan penyebab yang melahirkan termal tersebut.
Sebelum memasuki tahap pengecekan keruskan (failure) aktual yang terjadi akan dilakukan hipotesa atau dugaan terlebih dahulu dari hasil analisa data termal sebelum dilakukan perbaikan.
3.7 Tahapan Pengujian
Sebelum melakukan pengujian sebaiknya membuat tahapan pengujian untuk meminimalisir langkah-langkah pengujian yang dapat terlewatkan pada saat proses pengujian berlangsung. Kesalahan pengujian dan pengambilan data dapat menyebabkan ralat yang tinggi sehingga tahapan pengujian perlu dilakukan.
Terdapat beberapa tahapan yang perlu diperhatikan dalam pengujian yaitu sebagai berikut :
1. Pembuatan Rancangan (Set-Up) pengujian.
2. Meletakkan Termokopel pada gearbox.
3. Mengambil data yang diperoleh oleh termokopel setiap 1 menit dan higrometer setiap 4 menit pada masa pergantian transmisi.
4. Pengecekan data yang diperoleh, jika tidak cocok dilakukan pengujian kembali.
5. Melakukan pengolahan data.
6. Mengubah data dalam grafik.
7. Pengujian dilakukan sebanyak 7 kali
Setelah perencanaan tahapan pengujian maka untuk lebih ringkasnya, prosedur pengujian termal yang dilakukan dapat dilihat melalui diagram alir pengujian pada Gambar 3.5
Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian
3.8 Jadwal Pelaksaan Penelitian ( Schedule)
Berikut akan diikutsertakan estimasi jadwal penelitian mulai dari pengumpulan ide sampai selesainya sidang tugas akhir. Jadwal penelitian dapat dilihat pada Tabel 3.3
Mulai
Pembuatan Rancangan (Set-Up) pengujian
Apakah data yang didapatkan sudah = 7
kali percobaan?
YA
Pengolahan data
Pengubahan Data Menjadi Grafik
Kesimpulan
Selesai
Peletakan Termokopel pada gearbox
Proses Pengambilan Data
TIDAK DAK
Tabel 3.3 Jadwal Penelitian
3.9 Biaya Penelitian
Dalam mendapatkan parameter pembanding eksperimental sesudah perbaikan (overhaul) terdapat pengeluaran biaya. Pengeluaran biaya dapat digolongkan menjadi jasa maupun material. Biaya yang dikeluarkan selama penelitian dapat dilihat pada tabel 3.4
Tabel 3.4 Biaya Penelitian
No Jenis Pengeluaran Jumlah Biaya
1 Bongkar pasang transmisi - Rp 1.200.000
2 Solar 73 Liter Rp 400.000
3 Bearing 12 buah Rp 587.500
4 Karet tongkat persneleng 1 buah Rp 10.000
5 Seal persneleng tengah 1 buah Rp 17.500
6 Seal persneleng depan/belakang 2 buah Rp 25.000
7 Karet transfer gear 1 buah Rp 2.000
8 Kain Klos 1 buah Rp 265.000
9 Karet penahan gearbox 1 buah Rp 27.500
10 Karet penahan bantu 1 buah Rp 25.000
Lanjutan Tabel 3.4
11 Packing Transmisi 1 set Rp 75.000
12 Needle Roller Gigi 5 1 buah Rp 20.000
13 Seal As Klos 1 Buah Rp 25.000
14 Lahar Klos 1 Buah Rp 150.000
15 Karet Tongkat bantu 1 buah Rp 10.000
16 Lem Gasket 1 buah Rp 20.000
17 Kit tongkat bantu 1 buah Rp 5.000
18 Packing knalpot 1 buah Rp 2.000
19 Oli transmisi (SAE 90) 5 Liter Rp 175.000 Total Rp 3.041.500
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Membangun Analisa Desain
Dalam membangun analisa desain, terdapat parameter masukan (input) dan keluaran (output). Adapun parameter-parameter tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.1
Tabel 4.1 Parameter Analisa Desain
Komponen
Parameter
Input Output
Gearbox Kecepatan (RPM) Torsi
Kecepatan (RPM) Torsi Suhu (2 titik)
4.2 Membangun Desain Eksperimen (DoE)
Pengujian dan pengambilan data dilakukan secara eksperimental untuk memperoleh karakteristik termal pada gearbox Daihatsu Hiline GTL dengan variasi kecepatan (rpm) dan gigi (gear). Data suhu yang terjadi pada gearbox akan dibaca dengan menggunakan termokopel serta kelembaban dan suhu lingkungan diambil menggunakan higrometer yang berperan sebagai variable bebas. Untuk selanjutnya data tersebut disimpan dan direkap sebagai bahan analisa eksperimen.
Set up dari pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.1
Gambar 4.1 Setup Pengujian
4.3 Hasil Eksperimental Termal pada Gearbox
Dari eksperimen yang telah dilakukan maka didapatkan perbedaan kedua suhu di dua titik yang berbeda serta kelembaban dan suhu lingkungan sekitar.
Berikut adalah data dari hasi eksperimen sebelum dan sesudah perbaikan (overhaul).
Berdasarkan hasil simulasi termal oleh Surya acuan peningkatan suhu gearbox seiring dengan waktu secara ideal membentuk garis linier atau lurus seperti pada Gambar 4.2
Gambar 4.2 Acuan Grafik Eksperimental yang Diinginkan (Sumber : Surya, 2016)
Secara simulasi terlihat bahwa pada bagian tengah (titik 1) dinding casing terjadi peningkatan suhu lebih tinggi dibandingkan dengan bagian kiri casing (titik 2). Hal ini terjadi karena pada bagian samping casing tidak terjebak dengan aliran panas sepenuhnya tidak seperti pada bagian tengah yang diapit oleh dua aliran panas.
4.3.1 Hasil data eksperimen sebelum perbaikan (overhaul)
Dari eksperimen yang dilakukan, didapatkan data-data pada Tabel 4.2 - Tabel 4.8 (lampiran) dan dikonversikan ke dalam bentuk grafik untuk mempermudah proses analisa data pada Gambar 4.3 - Gambar 4.9
Pada data eksperimen yang pertama Gambar 4.3 ditemukan kejanggalan pada transmisi Netral (N) dengan kecepatan 0 , 600 dan 1000rpm terjadi kenaikan suhu yang signifikan pada T1 (50- 59- 62)oC dan pada T2 (44 - 49- 58) oC.
Selanjutnya, pada perpindahan transmisi dari N ke 1 terjadi penurunan suhu pada T1 (66 - 64) oC dan pada T2 (61 -56) oC dan diteruskan saat perpindahan transmisi dari 1 ke 2 terjadi penurunan suhu yang signifikan pada T1 (67 - 64) oC dan T2 (61 - 54) oC. Bukan hanya pada perpindahan transmisi sebelumnya, tetapi juga disertai penurunan suhu pada perpindahan transmisi dari 4 ke 5 pada T1 (73 -70)
oC dan T2 (68 - 65) oC
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Suhu (oC)
Waktu (menit)
titik 1 simulasi titik 2 simulasi Suhu vs Waktu
Gambar 4.3 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-1
Lain halnya pada data eksperimen yang kedua Gambar 4.4 menunjukkan kenaikan yang cenderung normal dan tidak ditemukan kejanggalan pada analisa data.
Gambar 4.4 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-2
Pada eksperimen yang ketiga Gambar 4.5 terjadi peningkatan suhu yang tinggi pada saat transmisi Netral 600 rpm pada T1 (37 -41) oC disertai juga penurunan suhu pada saat perpindahan transmisi N ke 1 dengan kondisi T1 (52- 48) oC. Selanjutnya perpindahan transmisi dari 1 ke 2 terjadi penurunan suhu T1 (56- 52) oC.
Gambar 4.5 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-3
Data eksperimen yang keempat Gambar 4.6 menunjukkan kejanggalan pada trasmisi N (600 rpm dan 1000 rpm) dengan kenaikan suhu yang mencolok pada T1 (61 - 68 ) oC dan pada T2 (60- 66) oC serta terjadi penurunan suhu pada
perpindahan transmisi pada N ke 1 dimana T1 (75 - 72) oC
Gambar 4.6 Grafik Eksperimental Sebelum Overhaul ke-4
Pada data eksperimen ke-5 Gambar 4.7, pada titik dua dengan kondisi transmisi Netral 600 rpm meningkat pesat (47 -55) oC dan pada saat transmisi di posisi 4 (1000 rpm - 2000 rpm) T1 dan T2 konstan pada suhu 68 oC.
