analisa kegagalan lelah

8/12/2019 Analisa Kegagalan Lelah

1/8

ANALISIS KEGAGALAN BAJA TAHAN KARAT 316 L

PADA KOMPONEN TUBE FEED DARI SENTRIFUGE

Hendri Chandra

Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin UNSRI

Kampus Unsri Indralaya gan Ilir! Sum"Sel

Inti Sari

Kegagalan/kerusakan sebuah feed tube terjadi di unit pengolahan bahan dasar

polimer (terepthalic acid). Kegagalan disebabkan oleh pemisahan slury yang tidak

sempurna yang dipicu oleh kebocoran pipa pelarut/pencuci. Akibat dari kebocoran

tersebut cairan pelarut tidak mengalir secara cukup ke dalam rongga centrifuge.

Akibatnya viskostas slury menjadi meningkat sehngga menimbulkan getaran.

Getaran yang ditimbulkan oleh gaya sentrifugal berupa tegangan berulang seperti

tegangan lentur, torsi dan gaya aksial. egangan!tegangan tersebut menimbulkan

efek fatigue. "etak fatigue dimulai dengan pengintian retak di daerah lubang

dimana konsentrasi tegangan terjadi sampai panjang retak kritis. #asil dari

analisis ini membuktikan bah$a kegagalan dri feed tube disebabkan oleh patahfatigue.

Kaya Kunci % &eed tube sentrifuge, tegangan gabungan, fatigue, tegangan terpusat

Abstract

he failure of feed tube centrifuge $as occurred in basic polymer material

(terepthalic acid) treatment unit. 't $as caused by improperly slurry separation

iniated by leakage of the solvent pipe. 't caused the solvent did not fully flo$ to

inside the centrifuge. he effect of this case the viscosity of the slurry increased

and induced the vibration. he vibration induced by centrifugal force also induced

repeated stress such as bending stress, torsion and aial load. he vibration $hich

$as caused by the combine stress induced fatigue effect. &atigue crack $hich

propogated $as initiated at hole one $here stress concentration occured until

critical sie of crack. *hen the critical sie of crack $as reached and all of the

stress supported by the remain cross section, the fracture $as occured in the form

of statical fracture. he result of this analysis proved that the failure of the feed

tube centrifuge $as caused by fatigue fracture.

Keywords% &eed tube centrifuge, combine stress, fatigue, stress

concentration

PENDAHULUAN

T#pik yang diam$il dalam penelitian ini adalah kegagalan%kerusakan yang terjadi di unit

peng#lahan $ahan dasar p#limer &pa$rik terephthalic acid'( Kerusakan terjadi pada feed tube(

Kerusakan yang terjadi dimulai dengan retak yang $era)al di sekitar lu$ang yang $erada pada tu$e

$agian luar! kemudian meram$at hingga tu$e $agian dalam dan akhirnya patah menjadi dua $agian(

&eed tubeadalah se$uah k#mp#nen yang $erada di dalam centrifugeyang $erfungsi se$agai

tempat mengalirnyaslurryyang masuk ke dalam centrifuge.&eed tubeterdiri dari dua $agian tu$e


2/8

luar dan tu$e dalam yang didesain sedemikian rupa( C entrifuge$erfungsi untuk memisahkan atau

mengurangi impuritis yang $er*ampur dengan slurry( Impuritis dapat $erupa gas N + ! dionied

$aterdan katalis(

Pengamatan dilakukan se*ara langsung dengan melakukan pengumpulan data dan spesifikasi

serta data spesimen dengan permukaan patahnya se$agai data pendukung penelitian(

Pemeriksaan la$#rat#rium yang dilakukan adalah pemeriksaan ,isual! pemeriksaan frakt#grafi

yang terdiri dari pem#tretan se*ara makr#! pengamatan dengan mikr#sk#p stere#! dan pengamatan

denganscanning electron microscope! pemeriksaan metal#grafi dan pengujian kekerasan(

DATA DAN SPESIFIKASI

Data feed dan Kondii Ke!"a

Kerusakan%kegagalan tu$e feed terjadi pada k#mp#nen mesin sentrifuge yang $erfungsi

memisahkanslurryp#limer seperti yang ditunjukkan pada -am$ar . $erikut ini(

+uci Uap

masuk

+entrifuge

thstage

keluar

-am$ar .( +entrifuge slurryp#limer /01

Ta$el .( 2atafeed tubedan k#ndisi kerja /01

3eed &slurry'

masuk keluar

kg%hr kg%hr

erephthalic acid

4sam asetatKatalis

4ir

+5..67!0

7.085!+.7!9

+5:9!7

+::;7!7

90;7!+7!7

9+7!;

2ensitas &kg%m7'

Tekanan

&kg%*m+(g'

Temperatur C'

..78

.!6

.6;!+

"

.7+0

atm

.6;!+

"


3/8

S#eifi$ai Centrifuge

+entrifuge slurryp#limer memiliki kapasitas .+0 t#n%hari( Ke*epatan putar centrifuge+.66

rpm( +entrifugedigerakan #leh m#t#r listrik 7 fase dengan daya .86 kaja tahan

karat ? u

& @.666' psi

6!+A? y

&@.666' psi

e&A'

+ in R A >HN B

&A' &A' -Pa

Tipe 7.8=

9 9: 76 00

880 .;0 .57

Ta$el 7( K#mp#sisi kimia &A $erat' /01

>aja tahan

karat

C Si Mn P S Ni Cr M#

Tipe

7.8 =

6!67

Maks

.!6 +!6

maks

6!6;0

maks

6!67 .+".0 .8".: +"7

maks

Data Geo&et!i

-e#metri dari feed tube centrifugedalam -am$ar terpasang seperti yang ditunjukkan pada

-am$ar +(

-am$ar +( K#nstruksifeed tube centrifuge/01

&eed tube

-ang mengalami

patah

slurrycentrifuge


4/8

Data Pe!&'$aan Pata(

>agian k#mp#nen yang patah diam$il dari l#kasi kejadian yaitu dengan *ara melakukan

pem#t#ngan( Kemudian dilakukan pem#tretan pada permukaan patah feed tube( Seperti yang

ditunjukkan pada -am$ar 7&a'(

Data Ta&)a(an

2isamping data"data di atas ada data lain yang sangat mem$antu penelitian ini yang diper#leh

dari keterangan para #perat#r yaitu adanya ke$#*#ran pipa *airan pelarut%solvent &asam asetat'(

K#mp#nen terse$ut telah disam$ung kem$ali dengan *ara dilas setelahfeed tubepatah(

PROSEDUR PENELITIAN

2alam penelitian ini dilakukan $e$erapa pemeriksaan la$#rat#rium! yaitu pemeriksaan ,isual!

pemeriksaan frakt#grafi! pemeriksaan metal#grafi dan pengujian kekerasan(

Pe&e!i$aan *i'a%

Pengamatan langsung dilakukan di daerah sekitar kerusakan untuk men*ari adanya *a*at"

*a*at di permukaan material yang menjadi penye$a$ tim$ulnya kegagalan(

2ari hasil pengamatan ,isual terlihat adanya lu$ang yang $erfungsi se$agai saluran masuk

pelarut $erupa asam asetat yang dip#mpakan melalui pipa saluran masuk ke r#ngga antara tu$e luar

dan tu$e dalam( Seperti yang ditunjukan pada -am$ar 7 &a' dan &$'(

&a' &$'

-am$ar 7( &a' Permukaan patahfeed tube! &$' >agian tu$e yang patah

=u$ang

Tu$eluar

Tu$edalam


5/8

Cairan asam asetat terse$ut harus disuplai se*ara k#ntinyu agar supaya pr#ses pemisahan

dapat $erlangsung dengan $aik( =u$ang *airan asam asetat terse$ut menye$a$kan daerah a)al

kerusakan yaitu dimulai pada daerah sekitar lu$ang dimana k#nsentrasi tegangan terjadi(

Pe&e!i$aan F!a$to+!afi

Pemeriksaan frakt#grafi terdiri dari pemeriksaan makr#! pemeriksaan dengan mikr#sk#p

stere# dan pemeriksaan dengan mikr#sk#p elektr#n (canning lectron 0icroscope,0)(

Pemeriksaan makro

2ilihat dari $entuk permukaan patahnya! dapat diamati daerah"daerah patahan se$agai

$erikut

.( >agian permukaan patah yang mem$entuk $idang patah 566 terhadap sum$u aksial!

artinya $idang patahnya rata &flat' /71( >agian ini terletak pada tu$e $agian luar(

+( >agian sisa ! daerah ini merupakam daerah peram$atan retak yang *epat (fast crack)

yang dikenal dengan daerah patah stati* /71( >agian ini di*irikan dan mem$entuk sudut

;06(

Pemeriksan dengan mikroskop stereo

2ari pengamatan dengan menggunakan mikr#sk#p stere# terlihat $ah)a a)al retakan

$era)al pada daerah sekitar lu$ang! kemudian meram$at sampai $atas tertentu! kemudian

disusul dengan patah statik( Seperti yang ditunjukkan pada -am$ar ;(

-am$ar ;( Pemeriksaan mikr#sk#p stere# di sekitar lu$ang

dari permukaan patah tu$e luar

4)alretak

lu$ang

4rahram$atanretak

. Dm


6/8

Pemeriksaan Dengan Scanning Electron Microscope (SEM

Hasil Pemeriksaan dengan mikr#sk#p elektr#n &SBM' menunjukkan adanya striasi yang

merupakan *iri peram$atan patah lelah &fatigue)( Seperti yang ditunjukkan pada -am$ar 0 &a'(

Pe&e!i$aan Meta%o+!afi

Pemeriksaan metal#grafi adalah $ertujuan untuk melihat apakah material yang digunakan

sesuai dengan spesifikasi( 2ari hasil pemeriksaan struktur mikr# terlihat $ah)a jenis material yang

digunakan adalah $aja tahan karat jenis austenitik( Hal ini diperkuat dengan sifatnya yang

n#nmagnetik $ila didekatkan dengan magnet( Struktur mikr# terlihat pada -am$ar 0&$'(

&a' &$'

-am$ar 0( &a'( -aris"garis striasi hasil pengamatan pada SBM &:66@'( &$'( Struktur mikr# $aja

tahan karat 7.8 = &7+6@' &Btsa 0 g CuCl + ! .66 ml HCl dan .66 ml ethan#l'

Pen+'"ian Ke$e!aan

Hasil uji kekerasan ditunjukkan pada Ta$el ; ( >e$an yang di$erikan se$esar 6!7 kg &766

gram'(

Ta$el ; Nilai kekerasan mikr#Ei*kers

Nod. ,-

&.

d + ,-&

.

d !ata/

!ata ,-&.*HN

BHN

$on0e!i

.

+

7

;

0

86

8.

86

8.

05

05!0

05

05!90

05

05!0

05!90

86

05!56

86

05!+0

.08

.00

.00!0

.00

.0:!0

.;;

.;7

.;7!0

.;7

.;8!0

3asa

austenit &F'-arisstriasi

.66 Dm06 Dm


7/8

EHN rata"rata .08! >HN rata"rata G .;;

Menurut literatur /+1 kekerasan material $aja tahan karat austenitik tipe 7.8 = adalah EHN rata"

rata G .09! >HN rata"rata G .;0

Jadi material terse$ut adalah $aja tahan karat austenitik tipe 7.8 =(

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

2ari pr#sedur penelitian yang dilakukan di atas! pada pemeriksaan ,isual terlihat $ah)a a)al

retak $ermula dari daerah sekitar lu$ang pada tu$e luar! hal ini ditunjukkan #leh pemeriksaan

makr# dan dengan menggunakan mikr#sk#p stere#( Peram$atan retak yang $era)al pada tepi

lu$ang tu$e luar juga tampak dari hasil pemeriksaan dengan mikr#sk#p stere#( 3akt#r desain dan

manufaktur di dalam pem$uatan lu$ang seperti yang ditunjukkan pada -am$ar 7 &$' yang

$erfungsi untuk mengalirkan *airan pen*u*i ke dalam centrifugeterletak pada p#sisi yang sangat

kritis dimana m#men lentur maksimum dan t#rsi terjadi di daerah sekitar lu$ang terse$ut( >ila

terjadi getaran akan $eraki$at terjadinya tegangan terpusat di sekitar lu$ang terse$ut( Hal ini dapat

menjadikan penye$a$ a)al keretakan &crack initiation'( -etaran yang tim$ul dise$a$kan #leh

meningkatnya ,isk#sitas slurry yang dise$a$kan #leh suplai pelarut yang kurang aki$at $#*#rnya

pipa saluran masuk pelarut ke dalam centrifuge( -etaran menye$a$kan m#men lentur dan t#rsi

yang $erpengaruh kepadafeed tube( M#men lentur dan t#rsi yang tim$ul terse$ut akan kritis pada

daerah pangkal feed tube( =u$ang dimana terjadinya a)al keretakan terletak pada daerah kritis

terse$ut sehingga k#nsentrasi tegangan terjadi( Kemudian pada pemeriksaan dengan SBM terlihat

$ah)a adanya ram$atan retak lelah &crack propagation'! hal ini ter$ukti dengan adanya garis"garis

halus%striasi se$agai *iri dari ram$atan retak lelah%fatigue( 2ari pemeriksaan metal#grafi dan uji

kekerasan tidak ada indikasi yang menunjukkan kesalahan didalam pemilihan material( Jadi

materialfeed tube sesuai dengan spesifikasi yaitu $aja tahan karat austenitik tipe 7.8 = seperti

yang ditunjukkan pada -am$ar 0&$'! dimana adanya fasa asutenit( Hal ini diperkuat juga dengan

nilai kekerasan hasil pengujian yang sesuai dan sangat mendekati dengan spesifikasi(

KESIMPULAN

2ari analisis yang telah diuraikan di atas! maka dapat disimpulkan se$agai $erikut

.( Kegagalanfeed tube centrifugedise$a$kan #leh $ergetarnya feed tube yang diaki$atkan #leh

gumpalan slurry( 4ki$at dari getaran terse$ut feed tubemengalami kelelahan &fatigue' pada

tu$e luar( Setelah tu$e luar patah lelah disusul #leh tu$e $agian dalam(


8/8

+( M#dus patahnya adalah fatigueyang $era)al dari daerah sekitar lu$ang penyempr#t

*airan pen*u*i pada tu$e luar( 4ki$at $#*#rnya *airan pen*u*i terse$ut menye$a$kan slurry

menggumpal dan menim$ulkan fluktuasi m#men lentur sehingga menim$ulkan tegangan

terk#nsentrasi di sekitar lu$ang( 4ki$atnya mun*ul a)al retak di sekitar lu$ang yang akhirnya

meram$at $aik pada tu$e luar maupun tu$e dalam dan akhirnya patah statis(

DAFTAR PUSTAKA

.( 2ieter! -(B(! Me2(ani2a% Meta%%'!+! 7th editi#n! M* -ra)"Hill! Ne) #rk! .5:8(

+( Metals Hand$##k E#l I! :th editi#n! P!o#e!tie and Se%e2tion of Meta% ! 4meri*an S#*iety

3#r metals! hi#! .59;(

7( Metals Hand$##k E#l I(! :th editi#n! F!a2to+!a#( and At%a of F!a2to+!a#( !

4meri*an S#*iety 3#r Metals! hi#! .59;(

;( Metals Hand$##k E#l (! :thediti#n! Fai%'!e Ana%i and P!e0ention! 4SMB! hi#! .59;(

0( Manap(T(!Husin!M(! Pe!&aa%a(an dan Pe!)ai$an 4ent!if'+e di Unit TA dan PTA

UP/III P%a"'! PBM"II Teknik Pemeliharaan! Plaju! .556(

8( Parker!BR(! Mate!ia% Data Boo$ Fo! En+inee! and S2ientit! M* -ra)"Hill!Ne)

#rk!.589(

9( Sis)#su)arn# ! M(! Pene!a#an F!a2t'!e Me2(ani2 Pada P!edi$i U&'!

Ke%e%a(an5=a$#rat#rium 4er#dinamika P4U Ilmu Rekayasa IT>! .5:9(

analisa kegagalan lelah

Documents