http://dx.doi.org/10.20527/bpi.3i1.76
Cara mensitasi artikel ini: Anhar,  W.,  Kamal,  I.Z.,  Wiranata,  D.W.  (2020)  Investigasi  kerusakan turbocharge pada  unit dump  truck . Buletin Profesi Insinyur 3(1) 045-050

## Investigasi kerusakan
turbocharge pada unit dump truck
Pengamatan visual unit kerusakan HD 785-7 Komatsu (pengamatan  pola  kerusakan),  pengujian  kekerasan, dan pengamatan mikro serta makro dilakukan untuk menemukan penyebab utama kerusakan turbocharge . Berdasarkan hasil pengamataan visual pada sisi intake turbocharge , pola kerusakan yang terjadi disebabkan keausan  pada shaft  turbocharge ,  dan  masuknya partikel  keras  (asing).  Hasil  pengamatan  visual  sisi exhaust  turbocharge menunjukkan  bahwa  terjadi kenaikan  temperatur  di  atas  standar.  Bersesuaian dengan  hasil  pengamatan  mikro  bahwa  sekitar retakan housing turbin menunjukkan oksidasi akibat temperatur  tinggi.  Temperatur  yang  terjadi  pada  sisi exhaust turbocharge berkisar di atas 700 °C. Selain itu, hasil  pengamatan  makro  menunjukkan  bahwa terdapat  pola crazed di  sekitar  permukaan  luar retakan housing  turbine ,  yang  disebabkan  kenaikan temperatur kerja. Hasil pengujian kekerasan potongan  melintang housing  turbine menunjukkan bahwa komponen memiliki kehomogenitasan kekerasan  (tidak  cacat  produksi)  dengan  angka kekerasan 7,3 HRC. Berdasarkan hasil pengamatan dan pengujian  tersebut,  maka  keausan shaft  turbocharge dan  masuknya  partikel  keras  (asing)  pada  sisi intake berdampak  terhadap  retakan housing  turbine dan kerusakan turbine pada sisi exhaust .  Selain itu, tidak ditemukan adanya cacat bahan pada komponen  yang menyebabkan  kerusakan.  Faktor  pemeliharaan  dan perawatan  sangat  berperan  terhadap  kerusakan  yang terjadi pada komponen turbocharge .
Kata  kunci : turbocharge ,  keausan,  partikel  keras, temperatur tinggi
Diajukan: 1 Juni 2020 Direvisi: 16 Juni 2020 Diterima:17 Juni 2020 Dipublikasikan online: 17 Juni 2020
Wahyu Anhar 1 Iskandar Zulkarnain Kamal 1
Dhandi Wahyu Wiranata 1
1 Program Studi Alat Berat, Politeknik Negeri Balikpapan
 wahyu.anhar@poltekba.ac.id

## Pendahuluan
Air induction system (sistem  pemasukan  udara)  harus dapat  menyediakan  masukan  udara  bersih  yang menyebabkan  aliran  udara  masuk  ke  dalam  ruang pembakaran.  Pemasukan  udara  yang  baik,  sempurna dan  seimbang  dengan  jumlah  bahan  bakar  di  dalam ruang bakar menghasilkan pembakaran yang sempurna. Output pembakaran yang sempurna akan menghasilkan tenaga engine yang optimal, yang berdampak terhadap produktivitas unit.
Salah  satu  sistem  pemasukan  udara  adalah menggunakan  komponen turbocharge . Turbocharge berfungsi  untuk  meningkatkan  efektivitas  tekanan terhadap  piston,  yang  selanjutnya  berpengaruh terhadap efisiensi thermal engine (Schobeiri, 2012).
Artikel  ini  disusun  berdasarkan  studi  kasus kerusakan  komponen turbocharge pada unit  dump truck HD  785-7 Komatsu .  Komponen  mengalami kerusakan  pada  pemakaian  3.276  jam.  Gambar  1 menunjukkan  unit  yang  mengalami  permasalahan turbocharge .  Adanya  permasalahan  pada  komponen
turbocharge menyebabkan  pemasukan  udara  tidak maksimal,  yang  akhirnya  menyebabkan  tenaga engine tidak  optimal. Root  cause penyebab  kerusakan turbocaharge harus diketahui, sehingga dapat mencegah terjadinya breakdown unit yang berdampak terhadap produktivitas unit tersebut.
Pengamatan  (baik  secara macro atau micro  visual observation )  dan  analisis  terhadap  bagian  yang mengalami  kerusakan  dapat  membantu  menemukan root  cause kerusakan  komponen.  Analisa  pola kerusakan  dan  patahan  dapat  digunakan  untuk menentukan  pernyebab  kerusakan  (Drastiawati  dan Agustin, 2017; Meitin dan Jablonka, 2018; Rosenbloom dkk, 2016). Oleh karena itu, artikel ini membahas pola- pola kerusakan yang terjadi pada komponen turbocharge sehingga  dapat  diketahui  penyebab kerusakannya.

## Metode
Pengamatan  secara  visual  kerusakan  komponen turbocharge meliputi pengamatan bagian intake ( blade
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.3i1.76
compressor dan housing  compressor ),  dan  bagian exhaust ( turbine dan housing turbine ), dan shaft . Pengujian  kekerasan  dilakukan  untuk  menentukan kehomogenitasan  bahan  komponen.  Metode  uji kekerasan yang  digunakan  adalah kekerasan Rockwell . Pengujian  kekerasan  dilakukan  di workshop Jurusan Teknik  Mesin  Politeknik  Negeri  Balikpapan.  Pengujian kekerasan  dilakukan  pada  potongan  melintang  dari bagian  dekat  retakan,  dan  jauh  dari  retakan,  seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.
Gambar 1 Unit dump truck HD 785-7 Komatsu
Gambar 2 Bagian pengujian kekerasan
Pengamatan  struktur  mikro  juga  dilakukan  pada daerah  retakan  (Gambar  2)  untuk  menentukan  apa penyebab  terjadinya  retakan  tersebut.  Pengamatan struktur  mikro  menggunakan  kamera  metalurgi Laboratorium Bahan D3 Teknik Mesin UGM Yogyakarta.

## Hasil Kerja

## Pengamatan Visual
Pengamatan  visual  komponen turbocharge meliputi bagian intake maupun exhaust ,  seperti  ditunjukkan dalam Gambar 3. Bentuk detail kerusakan bagian intake turbocharge ditunjukkan  dalam  Gambar  4.  Terlihat bahwa pada bagian blade compressor baik tampak atas (a),  maupun  tampak  samping  (b)  terdapat  retakan-
retakan pada bagian sisi depan dan sisi samping. Bagian dalam housing  compressor juga  terdapat  goresan  tipis dan dalam.
Gambar 3. Komponen turbocharge sisi intake dan
exhaust
Gambar 4. Bagian intake turbocharge
Retakan pada sisi samping blade dan goresan bagian dalam housing compressor (dekat blade ) menunjukkan bahwa  terjadi  benturan  antara blade compressor dengan housing .  Benturan  dapat  terjadi  karena  jarak spelling yang tidak standar. Jarak spelling menjadi tidak standar karena terjadi keausan pada shaft turbocharge . Terdapat  pelumasan  pada  bagian shaft yang  berguna untuk  mencegah  keausan  terhadap  bagian  yang  saling bergesekan, pembersih dan pendingin komponen (ASM Handbook, 1992).
Gambar  5  menunjukkan  kondisi shaft turbocharge . Terlihat  bahwa  adanya  penghitaman  atau  deposit (pelekatan  kotoran)  di  bagian shaft .  Deposit  ini  dapat terbentuk karena tidak adanya aliran pelumasan. Telah terjadi  kebuntuan  pada  saluran  pelumasan shaft turbocharge .  Tidak  adanya  pelumasan  menyebabkan
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.3i1.76
laju  keausan shaft semakin  tinggi  dan  berdampak terhadap besarnya play rotor , yang akhirnya menyebabkan jarak spelling tidak standar. Masih  pada  pengamatan  visual intake  turbocharge seperti ditunjukkan Gambar 6, terlihat bahwa sisi depan blade compressor juga  terdapat  retakan  yang  lepas. Selain  itu,  bagian  dalam housing  compressor (depan blade )  terlihat  adanya  bekas  benturan-benturan  yang lepas.  Hal  ini  menunjukkan  aliran  udara  yang  masuk mengandung  partikel  keras  (asing).  Partikel  keras tersebut  ikut  membentur  bagian  dalam intake turbocharge .  Akibat  benturan  partikel  keras  tersebut menyebabkan  terjadinya  goresan/pengikisan  bagian dalam intake  turbocharge .  Fenomena  pengikisan  ini dikenal dengan keausan erosi atau solid particle erosion (SPE) (ASM Handbook, 1992).
Gambar 5. Deposit pada bagian shaft turbocharge
Gambar 6. Adanya bekas benturan partikel keras
Pengamatan  detail  bagian exhaust ditunjukkan dalam Gambar 7. Terlihat bahwa terdapat retakan pada housing turbine , dan blade turbine mengalami tekukan. Retakan housing  turbine dan  tekukan blade  turbine disebabkan  adanya  kenaikan  temperatur  diatas standar.  Pembahasan  retakan housing  turbine akan dijelaskan dalam pengamatan struktur mikro.
Gambar 7. Bagian exhaust turbocharge
Selain  itu,  berdasarkan  Gambar  8  bahwa  rambatan retak  yang  terjadi  pada housing  turbine adalah  retak intergranular .  Retak  intergranular  ditandai  dengan adanya pembelokan rambatan retak (Faulkner, 2004).
Gambar 8. Retakan housing turbine
Retakan intergranular dapat  disebabkan  adanya kombinasi  akibat  lingkungan  kerja,  diantaranya  akibat oksidasi  yang  berdampak  terjadi  perubahan  atau penurunan  kekuatan  batas  butir  (ASM  Handbook, 2002).  Adanya  oksidasi  pada  butiran  atom  logam disebabkan  temperatur  tinggi  diatas  standar,  yang dijelaskan pada pengamatan struktur mikro.

## Pengamatan Struktur Mikro
Pengamatan struktur mikro dilakukan pada area sekitar retakan housing  turbine .  Hasil  pengamatan  struktur mikro di sepanjang retakan ditunjukkan dalam Gambar 9.  Sepanjang  retakan  terdapat  bagian  yang  berwarna keabu-abuan (gelap). Bagian berwarna keabu-abuan ini menunjukkan  adanya  oksidasi  di  sepanjang  retakan benda. Pola retak oksidasi terdapat warna keabu-abuan (gelap),  seperti  ditunjukkan  dalam  Gambar  10  (ASM Handbook, 2002).
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.3i1.76
Retak  oksidasi  disebabkan  karena  adanya  pengaruh temperatur tinggi pada komponen, diatas kemampuan bahan  komponen,  dan  disekitar  komponen  tersebut mengandung  gas  oksigen.  Temperatur  yang  terjadi berkisar  diatas  700  °C  (1290  °F)  dengan  kombinasi adanya interval waktu (ASM Handbook, 1987a). Panas yang berlebih menyebabkan terjadinya pelemahan atau penurunan  ikatan  atom  logam  (butiran).  Dengan lemahnya  ikatan  butiran,  dan  di  sekeliling  komponen terdapat  oksigen  maka  atom-atom  oksigen  dengan mudah  terserap  pada  permukaan  logam  (ASM Handbook,  1987b).  Dengan  semakin  penetrasinya atom-atom oksigen tersebut, menyebabkan terputusnya  ikatan  butiran.  Kekuatan  ikatan  butiran menjadi lebih rapuh dan saat mengalami pembebanan (getaran)  dapat  dengan  mudah  mengalami  retakan. Terserapnya  atom  oksigen  ke  dalam  ikatan  butiran komponen yang pada akhirnya menyebabkan pelemahan  butiran,  sehingga  dapat  juga  dikatakan bahwa  butiran  mengalami  korosi  (tersisipi  atom oksigen) temperatur tinggi.

## Pengamatan Makro
Pengamatan  makro  dilakukan  pada  retakan housing turbine .  Gambar  11  merupakan  hasil  pengamatan makro di area sepanjang retakan housing turbine . Pada permukaan  luar housing  turbine terdapat  pola crazed . Pola crazed pada permukaan luar menunjukkan bahwa rambatan retak terjadi akibat adanya high-cycle thermal fatigue (ASM  Handbook,  2002).  Pola crazed ini terbentuk karena permukaan luar mengalami pendinginan  akibat  udara  luar,  sedangkan  permukaan bagian  dalam  tidak.  Panas  permukaan  luar  diserap udara  luar  dan  menguap,  sehingga  temperatur permukaan  luar  kembali  normal  dan  tegangan permukaan  hilang.  Proses  ini  terus  berulang-ulang (siklus), sehingga permukaan luar mengalami kontraksi berupa biaxial tensile stresses .
Gambar 9. Hasil pengamatan struktur mikro di sepanjang retakan housing turbine
Gambar 10. Retakan akibat oksidasi (a) 30x; (b) 60x (ASM Handbook, 2002)
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.3i1.76
Hal  ini  juga  bersesuai  dengan  pola  rambatan  retak yang  berupa  retakan intergranular . Thermal  fatigue dapat  menyebabkan  terjadinya  retakan intergranular . Pengaruh  kombinasi  lingkungan  kerja  yakni  adanya kenaikan temperatur kerja di atas standar menyebabkan  ikatan  butiran  mengalami  pelemahan akibat tersisipi atom oksigen (ASM Handbook, 2002).

## Pengujian Kekerasan
Berdasarkan  hasil  pengujian  kekerasan  dari  beberapa titik  di  bagian housing  turbine didapatkan  angka kekerasan  yang  sama  dan  identik.  Angka  kekerasan housing  turbine adalah  berkisar  7,3  HRC.  Angka kekerasan  yang  sama  dan  identik  untuk  di  beberapa bagian  komponen  menunjukkan  bahwa  komponen, khususnya  unsur  penyusun  adalah  homogen  (ASM Handbook,  2000).  Hal  ini  menunjukkan  bahwa komponen housing turbocharge yang  mengalami kegagalan tidak memiliki cacat produksi.
Gambar 11. Pola crazed pada permukaan luar housing turbine

## Analisa Kerusakan
Kerusakan intake turbocharge ( blade dan bagian dalam housing compressor ) disebabkan karena keausan shaft , yang  menyebabkan play rotor diatas standar. Keausan shaft disebabkan tidak adanya pelumasan pada bagian shaft .  Selain  itu,  partikel  keras  (asing)  juga  ikut  masuk kedalam sistem pemasukkan udara. Tidak seimbangnya putaran blade  compressor dan  ikut  masuknya  partikel keras  menyebabkan  jumlah  pemasukkan  udara  tidak sesuai dan kotor. Perbandingan udara dan bahan bakar yang  tidak  sesuai  dalam  ruang  bakar  menyebabkan pembakaran menjadi tidak sempurna. Dengan kurangnya  suplai  udara  ke  ruang  bakar  menyebabkan pada  saat  langkah  kompresi  bahan  bakar  tidak  ikut terbakar  semua.  Bahan  bakar  yang  tidak  terbakar  di dalam ruang bakar akan ikut keluar pada saat  langkah buang, dan terbakar diluar ruang bakar yakni di exhaust.
Pembakaran yang terjadi di bagian exhaust ( housing turbine )  menyebabkan exhaust mengalami  kenaikan temperatur di atas standar. Hal inilah yang menyebabkan housing  turbine mengalami  oksidasi (akibat temperatur tinggi) sehingga  mudah  mengalami retakan ketika ada getaran (efek ledakan pembakaran). Selain  itu,  akibat  temperatur  kerja  yang  tinggi  juga menyebabkan blade turbine mengalami tekukan.

## Kesimpulan
Kerusakan intake turbocharge ( blade dan bagian dalam housing compressor ) disebabkan karena  keausan shaft turbocharge .  Keausan shaft  turbocharge dikarenakan tidak  adanya  pelumasan,  yang  akhirnya  berdampak terhadap play rotor diatas standar. Selain itu, kerusakan intake turbocharge juga disebabkan masuknya partikel keras bersama aliran udara.
Kerusakan  yang  terjadi  pada intake turbocharge tersebut  berdampak  terhadap  retaknya housing turbine , dan blade turbine . Kerusakan komponen bagian exhaust turbocharge disebabkan  kenaikan  temperatur kerja  diatas  standar.  Sesuai  dengan  hasil  pengamatan mikro  bahwa  disepanjang  retakan  terdapat  oksidasi akibat  temperatur  tinggi.  Efek  kenaikan  temperatur kerja  menyebabkan  ikatan  butiran  logam  mudah tersisipi  atom  oksigen  sehingga  ikatan  logam  menjadi melemah.  Ikatan  butiran  yang  lemah  akan  mudah mengalami  retakan  jika  ada  getaran  (efek  ledakan pembakaran). Selain  itu, adanya  pengaruh temperatur tinggi diperkuat dengan hasil pengamatan makro pada permukaan luar retakan housing turbine . Terdapat pola crazed pada  permukaan  luar  retakan housing  turbine , dan  rambatan  retak  yang  terjadi  adalah  retak intergranular thermal fatigue .
Berdasarkan  pengujian  kekerasan  tidak  ditemukan adanya  cacat  bahan  pada  komponen  yang  dapat mengakibatkan  kegagalan.  Dibuktikan  dengan  angka kekerasan sebesar 7,3 HRC yang saling sama dan identik pada housing  turbine .  Faktor  pemeliharaan  dan perawatan
sangat
berperan terhadap kerusakan/kegagalan  yang  terjadi  pada  komponen turbocharge .

## Ucapan Terimakasih
Penelitian  dapat  terlaksana  berkat  adanya  kerjasama dan  bantuan  dari  PT.  United  Tractors,  Tbk.  site  Batu Kajang,  Kaltim  dalam  memberikan  kesempatan  untuk melakukan observasi dan pengumpulan data.

## Referensi
ASM  Handbook.  1987a.  Fractography.  Volume  12.  Print Volume. ASM International, hal. 88.
ASM  Handbook.  1987b.  Corrosion.  Volume  13.  Print Volume. ASM International, hal. 122-123.
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.3i1.76
ASM  Handbook.  1992.  Friction,  Lubrication,  and  Wear Technology.  Volume  18.  Print  Volume.  ASM International, hal. 123, 367.
ASM  Handbook.  2000.  Mechanical  Testing  and Evaluation. Volume 8. Print Volume. ASM International, hal. 436.
ASM  Handbook.  2002.  Failure  Analysis  and  Prevention.
Volume  11.  Print  Volume.  ASM  International,  hal. 286, 1355, 1358, 2647.
Drastiawati,  N.S.  dan  Agustin,  H.C.K.  (2017).  Failure analysis of the left waterwall tube of boiler furnace in the  steam  power  plant  based  on  thickness  changes and pressure. MMMS, 13(4), 539-549.
Faulkner,  L.L.  (Ed).  2004.  Practical  Engineering  Failure Analysis. New York: Marcel Dekker, hal. 499.
Meitin, E.G. dan Jablonka, M. (2018). Root cause failure analysis  of polyethylene tubing  utilizing  microscopy. Microsc. Microanal, 24, 1166-1167.
Rosenbloom,  S.N.,  Crowe,  D., Hessler, K. (2016).  Failure analysis of  a  ruptured  cast  aluminum  alloy fire  hose manifold. Microsc. Microanal. 22, 1724-1725.
Schobeiri, M.T. (2012). Turbomachinery Flow Physics and Dynamic Performance. 2 nd ed. Verlag Berlin: Springer, hal. 12.