FAILURE ANALYSIS RANCANGAN TURBIN GAS BERDASARKAN HASIL UJI PROTOTIPE
Tugas Akhir II
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1 Program Studi Teknik Mesin
Bidang Ilmu Teknik
Diajukan Oleh:
Agus Rendi Herpangga NIM: 210015125
Kepada
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKARTA 2020
ii Tugas Akhir 2
FAILURE ANALYSIS RANCANGAN TURBIN GAS BERDASARKAN HASIL UJI PROTOTIPE
Yang diajukan oleh : Agus Rendi Herpangga
210015125
telah disetujui oleh:
Pembimbing Pertama
Ir. Y. Agus Jayatun, M.T. tanggal ...
NIK.1973 0091 Pembimbing Kedua
Dr. Daru Sugati, ST., M.T. tanggal …...
NIK.1973 0125
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Dipertahankan didepan Dewan Penguji Skripsi Program Studi Teknik Mesin S1 Institut Teknologi Nasional Yogyakarta dan diterima sebagai
salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin (S-1)
Tanggal : 7 Februari 2020 Pukul : 13.30 WIB – Selesai
Tempat : Ruang Sidang Teknik Mesin Lantai IV, ITNY, Jl Babarsari Caturtunggal, Depok, Sleman, Yogyakarta
Disahkan Oleh Dewan Penguji : Tanda tangan
1. Ketua
Ir.Y. Agus Jayatun, M.T. ...
NIK. 1973 0091
2. Anggota I
Dr. Daru Sugati, S.T., M.T. ...
NIK. 1973 0125
3. Anggota II
Ir. Harianto, M.T. ...
NIK. 1973 0052
Mengetahui
Dekan Fakultas Teknologi Industri
Dr. Daru Sugati, S.T., M.T.
NIK. 1973 0125
Menyetujui,
Ketua Prodi Teknik Mesin S1
Ir. Wartono, M.Eng.
NIP. 19621115199403 1001
iv
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKARTA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN S-1
SOAL SKRIPSI
No : 29/ITNY/Prodi.TM-S1/TGA/IV/2019
Nama Mahasiswa : Agus Rendi Herpangga Nomor Mahasiswa : 210015125
Soal : Failure Analysis Rancangan Turbin Gas Berdasarkan Hasil Uji Prototipe
Yogyakarta, 9 Desember 2019 Dosen Pembimbing I
Ir. Y. Agus Jayatun, M.T.
NIDN. 0524116201
v
HALAMAN PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah di tulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis bahan acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 9 Desember 2019
Agus Rendi Herpangga 210015125
vi MOTTO
Waktu bagaikan pedang. Jika engkau tidak memanfaatkannya dengan baik (untuk memotong), maka ia akan memanfaatkanmu (dipotong).
(HR. Muslim)
Dunia ini ibarat bayangan. Kalau kau berusaha menangkapnya, ia akan lari. Tapi kalau kau membelakanginya, ia tak punya pilihan selain mengikutimu.
(Ibnu Qayyim Al Jauziyyah)
I am indebted to my father for living, but to my teacher for
living well.
(Alexander the Great)
If you're afraid - don't do it, if you're doing it - don't be
afraid.
(Genghis Khan)
Jangan kejar nilai yang berwujud nominal, kejarlah nilai kehidupan.
(Penulis)
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Hanyalah untuk Allah SWT, sebagai wujud ibadahku sebagai mahluk ciptaan-Nya, dengan mengucap Alhamdullilah dan dengan segenap kerendahan hati kupersembahkan Skripsi ini kepada :
1. Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmad dan karunia- Nya kepada setiap mahkluk-Nya tanpa terkecuali.
2. Rasulullah SAW, tauladan yang mulia, yang telah menuntun umatnya ke jalan yang benar.
3. Kedua orang tua serta keluarga tercinta yang telah membesarkan serta mendidik saya supaya menjadi manusia yang bisa bermanfaat di dunia maupun di akhirat. Saya ucapkan terimakasih yang sebesar besarnya.
4. Bapak Ir. Y. Agus Jayatun, M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Dr. Daru Sugati, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, semangat, motifasi dan segala pengorbanannya hingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Dosen-dosen di Departemen Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Yogyakarta yang luar biasa. Terima kasih semua atas jasa, ilmu, dan motivasinya.
6. Sahabat-sahabat seperjuanganku (Irsyad, Fatih, Umam, Alvin, Wahyu, Wisnu, Qori), teman-teman anggota HMTM, terima kasih atas doa, bantuan dan dorongan semangatnya.
7. Almamaterku
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan karunia- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Failure Analysis Rancangan Turbin Gas Berdasarkan Hasil Uji Prototipe”
Penulisan skripsi ini untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Mesin S1 Institut Teknologi Nasional Yogyakarta (ITNY).
Penulisan skripsi ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak.
Oleh karena itu perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. H. Ircham, M.T., selaku Rektor Institut Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta.
2. Bapak Dr. Daru Sugati, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri dan Dosen pembimbing II.
3. Bapak Ir. Wartono, M.Eng., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin S1 Institut Teknologi Nasional Yogyakarta.
4. Bapak Ir. Y. Agus Jayatun, M.T., selaku Dosen pembimbing I.
5. Semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi yang telah terselesaikan ini masih belum sempurna, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan dapat lebih disempurnakan lagi di kemudian hari.
Akhir kata, semoga skripsi ini dapat dijadikan tambahan referensi bagi rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Yogyakarta dan bagi yang memerlukan pada umumnya
Yogyakarta, 9 Desember 2019 Penulis
Agus Rendi Herpangga
ix
Failure Analysis Rancangan Turbin Gas Berdasarkan Hasil Uji Prototipe
Agus Rendi Herpangga ABSTRAK
Mesin turbin gas merupakan sebuah mesin yang menurut Brayton terdiri dari kompresor, ruang bakar, dan turbin. Turbocharger merupakan suatu perangkat yang terdiri dari kompresor, turbin, dan satu buah poros berikut bantalan yang menghubungkan keduanya, dimana kompresor dan turbin berada di dalam volute masing masing. Untuk memenuhi hukum Brayton dalam pembuatan mini turbin gas dibutuhkan ruang bakar yang sesuai untuk turbocharger. Mini turbin gas merupakan mesin thermal dengan sistem pembakaran dalam (internal) yang menggunakan aliran bertekanan untuk menggerakan turbin sehingga dapat menghasilkan daya poros. Pembuatan prototipe mini turbin gas menggunakan kompresor sentrifugal sebagai penghasil udara bertekanan. Kompresor sentrifugal yang mudah didapatkan adalah turbocharger.
Metode.yang digunakan dalam analisa kegagalan prototipe turbin gas ini adalah RCFA. RCFA (Root Cause Failure Analysis) adalah sebuah rangkaian langkah lojik yang menuntun pengamat melalui proses yang memisahkan fakta fakta yang mencakup sebuah kegiatan atau kegagalan. Ketika akar masalah sudah ditemukan langkah selanjutnya adalah menemukan penyebab terjadinya kegagalan menggunakan metode FTA. FTA (Fault Tree Analysis) adalah metode pemecahan masalah secara deduktif dimana kesalahan sistem yang tidak di inginkan di analisa menggunakan logika Boolean untuk menggabungkan beberapa penyebab kejadian. Dengan analisa ini diharapkan prototipe yang dibuat dapat berfungsi dengan baik sebagai alat peraga dalam mata kuliah motor bakar dan propulsi jet.
Kata kunci: Turbin gas, Root Cause Failure Analysis, Fault Tree Analysis
x DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PERSETUJUAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
HALAMAN SOAL... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
MOTO ... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
ABSTRAK ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Tugas Akhir ... 2
1.4. Batasan Masalah ... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1. Landasan Teori ... 3
2.1.1. Mekanisme Mesin Turbo ... 3
2.1.2. Mesin Turbin Gas ... 3
2.1.3. Siklus Mesin Turbin Gas ... 4
2.1.4. Ruang Bakar ... 6
2.1.4.1. Ruang bakar ... 6
2.1.4.2. Jalur bakar ... 6
2.1.5. Sistem Bahan Bakar ... 7
2.1.6. Sistem Pengapian ... 8
2.1.7. Sistem Pelumasan ... 8
2.1.8. Perhitungan Desain ... 9
2.2. Failure Analysis ... 11
xi
2.2.1. Failure cause ... 11
2.2.2. Component Failure / Failure Mode... 11
2.2.3. Failure Scenario ... 11
2.2.4. Jenis-jenis Penyebab Kegagalan ... 12
2.2.5. Failure Pada Turbin Gas ... 13
2.3. Metode Analisa Kegagalan ... 19
2.3.1. Root Cause Failure Analysis (RCFA)... 19
2.3.2. Tahapan RCFA ... 24
2.3.3. Fault Tree Analysis (FTA) ... 25
BAB III METODE PENELITIAN ... 30
4.2. Flow Chart Metodologi Penelitian ... 30
4.2. Uraian Flow Chart Metodologi Penelitian ... 31
3.2.1. Pendahuluan ... 31
3.2.2. Observasi Awal ... 31
3.2.3. Studi Literatur ... 31
3.2.4. Penetapan Tujuan ... 31
3.2.5. Pengumpulan Data ... 31
3.2.6. Identifikasi Masalah ... 32
3.2.7. Memverivikasi Data ... 32
3.2.8. Menentukan Penyebab ... 32
3.2.9. Akar Masalah ... 32
3.2.10. Membuat Pohon Kesalahan ... 32
3.2.11. Menentukan Tindakan Pencegahan ... 32
3.2.12. Pembuktian Masalah ... 33
3.2.13. Implementasi dan follow up ... 33
3.2.14. Solusi ... 33
3.2.15. Kesimpulan dan Saran ... 33
BAB IV ANALISA DAN PENGOLAHAN DATA ... 34
4.2. Tinjauan Rancangan... 34
4.1.1. Detail Rancangan Prototipe ... 34
4.1.1.1. Turbocharger ... 35
4.1.1.2. Ruang Bakar ... 37
xii
4.1.1.3. Komponen Pematik ... 38
4.1.1.4. Komponen Bahan Bakar ... 39
4.1.1.5. Komponen Pelumas ... 40
4.1.1.6. Rangka ... 42
4.1.1.7. Komponen Pendukung ... 43
4.2. Pengujian Tahap 1 ... 43
4.3. Pengujian Tahap 2 ... 47
4.4. Pengujian Tahap 3 ... 51
4.5. Pengujian Tahap 4 ... 54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 60
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Ejector ... 1
Gambar 2.1 Turbocharger... 3
Gambar 2.2 Skematik siklus mesin turbin gas ... 4
Gambar 2.3 Skematik dan termodinamik siklus Brayton ... 5
Gambar 2.4 Ruang bakar dan area pencampuran ... 6
Gambar 2.5 Jalur bakar dan aliran pencampuran ... 7
Gambar 2.6 High Temperature Corrosion... 16
Gambar 2.7 Tip Rubbing ... 17
Gambar 2.8 Foreign-Object Damage ... 18
Gambar 2.9 Contoh FTA... 28
Gambar 3.1 Flow Chart Metodologi Penelitian ... 31
Gambar 4.1 Rancangan Prototipe ... 34
Gambar 4.2 Turbocharger K16 ... 35
Gambar 4.3 Housing dan kombustor ... 37
Gambar 4.4 Pipa penghubung dan corong manifold ... 38
Gambar 4.5 Komponen raket nyamuk ... 39
Gambar 4.6 Posisi pemasangan sparkplug. ... 39
Gambar 4.7 Gas LPG melon ... 40
Gambar 4.8 valve dan input gas ... 40
Gambar 4.9 Reservoir pelumas.1,8l ... 41
Gambar 4.10 Pompa oli elektrik.denso mobil Daihatsu Espass ... 41
Gambar 4.11 Reservoir pendingin.air cooler Bajaj Apache... 41
Gambar 4.12 Kipas pendingin. ... 42
Gambar 4.13 Kipas pendingin ditenagai oleh aki. 12v 5ah ... 42
Gambar 4.14 Rangka. ... 42
Gambar 4.15 Fault tree analysis tahap 1. ... 44
Gambar 4.16 Diagram TTT baja paduan. ... 45
Gambar 4.17 Why-Diagram 1... 45
Gambar 4.18 Rangkaian motor listrik dan pompa power steering.. ... 46
Gambar 4.19 Pipa spring tembaga. ... 47
xiv
Gambar 4.20 Fault tree analysis tahap 2. ... 49
Gambar 4.21 Pompa elektrik dan aki motor. ... 50
Gambar 4.22 Nozzle sebelum revisi. . ... 50
Gambar 4.23 Nozzle setelah revisi. ... 51
Gambar 4.24 Fault tree analysis tahap 3. ... 53
Gambar 4.25 Reservoir pendingin.air cooler Bajaj Apache... 53
Gambar 4.26 Kipas pendingin. ... 54
Gambar 4.27 Fault tree analysis tahap 4. ... 56
Gambar 4.28 Kemungkinan terjadinya turbulen . ... 57
Gambar 4.29 Pembenaran posisi alat ukur. ... 57
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 RCFA tools ... 23
Tabel 2.2 Fault-Tree Symbols ... 27
Tabel 3.2 Teknik Pengumpulan Data... 32
Tabel 4.1 Material Properties Turbocharger ... 36
Tabel 4.2 Material properties ruang bakar ... 38
Tabel 4.3 Spesifikasi alat ukur ... 43
Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Tahap 1 ... 43
Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Tahap 2 ... 47
Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Tahap 3 ... 51
Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Tahap 4 ... 54
