Abstrak —Berawal  dari  kegagalan  baut  piston  VVCP  gas kompresor  Gemini  DS-504  maka  dilakukan  penelitian  yang bertujuan  untuk  mengetahui  penyebab  terjadinya  kegagalan tersebut. Tahapan investigasinya meliputi pengamatan makro, uji SEM, uji tarik, uji hardness, uji komposisi dan uji metalography selain  itu  dilakukan  perhitungan  manual  analisa  tegangan  yang diterima  baut.  Dari  pengamatan  makro  terlihat  indikasi retak,daerah  perambatan  retak  dan  daerah  patah  akhir.  Dalam uji komposisi terdapat beberapa unsur yang seharusnya tidak ada dalam  baut.  Hasil  pengujian  tarik  menunjukkan  bahwa  baut mempunyai  kekuatan  tarik  yang  tinggi  melebihi  spesifikasi  yang seharusya  begitupun  dari  hasil  uji  hardness  nilai  kekerasannya juga  lebih  tinggi  dari  yang  seharusnya.  Hasil  metalography menunjukkan bahwa struktur mikro yang terbentuk yaitu temper martensit  hal  ini  sesuai  dengan  standardnya  sedangkan  hasil  uji SEM  menunjukkan  di  daerah  perambatan  retak  terdapat  striasi dan  di  daerah  patah  akhir  morfologinya  terlihat  kasar.  Dalam perhitungan  analisa  tegangan  menunjukkan  baut  masih  aman terhadap kriteria kegagalan fatigue akibat beban kompresi tetapi dalam  perhitungan  teori  buckling    baut  tidak  sesuai.  Dari  hasil investigasi  baut  mengalami  kegagalan  dengan  tipe  patahan unidirectional  bending,    disebabkan  tidak  mampunya  baut menerima  beban  kompresi  sehingga  terjadi  buckling  dan mnyebabkan baut mengalami kegagalan.
Kata Kunci —Baut,  kegagalan,  buckling,  unidirectional bending.

## I. PENDAHULUAN
MP  Malacca  Strait  SA  merupakan  perusahaan  eksplorasi minyak  dan  gas  yang  berkantor  pusat  di  Jakarta.  Dalam menjalankan usahanya EMP Malacca Strait SA mengutamakan keselamatan, kesehatan dan pengelolaan lingkungan yang baik demi menjadi perusahaan eksplorasi dan produksi minyak dan gas terkemuka di Asia.
Dalam  suatu  eksplorasi  dan  produksi  minyak  dan  gas keandalan fasilitas pendukungnya, seperti kompresor, pressure vessel ,    pipa  dan  sebagainya  mutlak  dibutuhkan.  Kompresor merupakan  salah  satu  jenis  komponen  yang  berfungsi  untuk meningkatan  tekanan  fluida  ( compressible  fluid )  dengancara mengurangi  volumenya.  Naiknya  tekanan  memberikan  energi kepada  fluida  sehingga  mampu  mengalir  dari  suatu  tempat ketempat  yang  lain  secara  kontinu.  Namun  demikian kompresor  juga  memiliki  resiko  kegagalan  yang  harus
diperhitungkan  sehingga  perlu  adanya  pemeriksaan  yang berbasis keandalan.  Kegagalan  dalam  sebuah  komponen industri seperti kompresor merupakan hal yang sangat penting untuk  diantisipasi  agar  tidak  terjadi.  Secara  umum,  sebuah komponen  industry  mempunyai  desain  waktu  yang  telah ditentukan  dengan  kondisi  kerja  dan  perawatannya.Walaupun umur komponen industry terbatas namun merupakan hal wajib bagi  industry  untuk  menjaga  seluruh  komponen  agar  dapat berfungsi  dengan  baik  dan  dapat  mencapai  umur  yang  telah ditargetkan.
Salah satu permasalahan yang terjadi di EMP Malacca strait SA  adalah  patah  pada  baut  piston  VVCP  gas  kompresor gemini DS-504. Tidak dapat dipastikan penyebab kegagalannya  karena  banyak  faktor  yang  mempengaruhinya. Penyebab  utama  diindikasikan  adanya  beban  secara  terus menerus yang mengenai sambungan baut sehingga menyebabkan  adanya  retak,  dengan  adanya  retak  akan  terjadi konsentrasi  tegangan  yang  membuat  retak  tersebut  tumbuh menjadi besar dan akhirnya baut akan mengalami kegagalan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  penyebab terjadinya  kegagalan.  Diharapkan  penelitian  ini  bermanfaat bagi  mahasiswa,  perusahaan  dan  semua  pihak,  selain  itu penelitian ini juga dapat dijadikan referensi  untuk mengembangkan teori analisa kegagalan terkait.

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## I. Tahapan investigasi
Dilakukan  dengan  pengujian  langsung  sesuai  dengan prosedur  dan  metode  yang  ada.  Adapun  pengujian  yang diperlukan  dalam  eksperimen  ini  yaitu:  uji  komposisi  kimia, uji  tarik,  uji hardness ,  uji  SEM  dan  metalography.  Uji SEM/EDX    ini  dilakukan  untuk  mengetahui  komposisi  kimia dan  morfologi  dari  material  baut  kompresor  yang  mengalami kegagalan.  Spesimen  diletakkan  di  atas  holder  yang sebelumnya telah dilekatkan pada carbon tape. Carbon tape ini berfungsi untuk melekatkan holder dengan smapel. Selanjutnya holder dimasukkan ke dalam mesin dan siap untuk diamati.  Uji  metalography  digunakan  untuk  mengetahui struktur mikronya. Pemotongan dilakukan dengan

## Analisa Kegagalan Baut Piston Vvcp Gas Kompresor Gemini Ds-504 Emp Malacca Strait Sa
Ilham Khoirul Ibad dan Rochman Rochiem Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Kampus ITS, Keputih, Surabaya 60111 E -mail : rochman@mat-eng.its.ac.id
E
menggunakan  gergaji  manual/mesin  dengan  pendinginan  air. Sampel  dimounting  untuk  mempermudah  pengampelasan. Jenis  mounting  yang  digunakan  adalah  resin  acrylic. Pengampelasan  dilakukan  menggunakan  amplas  silikon karbida  sampai  grade  2000.  Pemolesan  dilakukan  dengan menggunakan  pasta  poles  alumina.  Pengetesan  dilakukan dengan  menggunakan  larutan  nital  kemudian  dibersihkan dengan  air  mengalir  lalu  dikeringkan  dengan hair  dryer . Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik. Pada  layar  computer  akan  tampak  permukaan  specimen dengan  berbagai  perbesaran  yang  bias  diatur.  Pengujian kekerasan  dilakukan  dengan  menggunakan  alat  uji  kekerasan Rockwell  C  dengan  indentor  terbuat  dari  intan.  Pengujian  ini menggunakan  standard  ASTM  E18.Untuk  rockwell  C  atur total gaya yang diberikan sebesar 150 kgf dan akan didapatkan nilai  kekerasan  dalam  satuan  HRc.  Pengujian  tarik  dilakukan untuk  memperoleh  sifat  mekanik  dari  material  baut,  sehingga dapat  diketahui  penyebab  kegagalan  yang  terjadi  dengan membandingkan  dan  menganalisa  beban  yang  diterima  baut dengan  hasil  pengujian  tarik..  Uji  komposisi  kimia  dilakukan untuk  mengetahui  komposisi  kimia  dari  material  baut  yang patah untuk dikonfirmasi dengan spesifikasi yang tertera dalam manual  book  gas  kompresor  yang  diberikan.  Pengujian  ini menggunakan optical emission spectrometer.

## 2.  Analisa tegangan
Perlu  diakukan  analisa  pembebanan  dan  tegangan  yang diterima  baut  piston  VVCP  gas  kompresor  untuk  mengetahui apa sebenarnya penyebab kegagalan pada komponen tersebut. Berdasarkan  yang  didapat  dari  data  operasional  standard dilakukan  analisa  kegagalan  pada  baja  akibat  beban  dinamik dengan  tiga  metode  yaitu  Gerber  method,  Goodman  method dan  soderberg  selain  itu  dilakukan  analisa  tegangan  akibat buckling karena berdasarkan pengalaman menunjukkan bahwa pada  kondisi  tertentu  komponen  yang  mengalami  beban kompresi  tidak  gagal  dengan  crushing  akan  tetapi  gagal dengan beban bending hal ini biasa disebut Buckling.

## III. HASIL DAN DISKUSI
Semua  baut  dibuat  sesuai  dengan  standard  SAE  grade  5 ditunjukkan  oleh  Gambar  1  dan  berdasarkan  deutschman (1975)  dalam  standard  amerika  mengacu  pada  ASTM  A449 yaitu  quenched  and  tempered  medium  carbon  steel  dengan kadar  karbon  0,25  hingga  0,58.  Material  ini  memang dikhususkan  untuk  baut  yang  membutuhkan  kekuatan  tarik yang tinggi.

## A. Hasil pengujian komposisi
Hasil  pengujian  komposisi  kimia  menggunakan  optical emission spectrometer ditunjukkan pada Tabel 1.

## Tabel 1. Perbandingan komposisi kimia standard ASTM A449 dengan hasil uji
komposisi
Dari  hasil  pengujian  komposisi  didapatkan  beberapa  unsur yang  tidak  terdapat  dalam  standard  ASTM  A449  seperti vanadium,  molibdenum,  kromium  dll.  Besar  persentase  unsur unsur tersebut relaitif kecil.

## B. Hasil pengamatan makro
Dari hasil pengamatan visual secara makro dengan bantuan kamera ditunjukkan pada Gambar 1 berikut ini:
Gambar 1. Permukaan patahan baut

## C. Hasil pengujian kekerasan
Pengujian  kekerasan  menggunakan  metode  Rockwell  C dengan  standard  ASTM  E  18,  indentor  berupa  intan  dengan distribusi  dari  pusat  diameter  menuju  ke  luar  diameter  dan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai Kekerasan di daerah dekat patahan
Berikut  ini  adalah  hasil  uji  kekerasan  pada  bagian  yang jauh dari permukaan patahan ditunjukkan Tabel 3 dibawah ini.
Tabel 3. Nilai kekerasan di daerah jauh dari patahan

## D. Hasil pengujian tarik
Pengujian tarik menggunakan mesin uji tarik sesuai dengan sandard  ASTM  E8  dan    hasil  pengujian  tarik  baut  patah ASTM A449 ditunjukkan oleh Gambar 2 berikut ini.
Gambar 2. Grafik tegangan-regangan baut patah
Dari hasil pengujian terik tersebut dapat dibuat perbandingan  mechanical  properties  dari  baut  yang  patah dengan spesifikasi asli dari standard ASTM A449 seperti yang ditunjukkan Tabel 4 dibawah ini :
Tabel 4. Perbandingan Sifat mekanik

## E. Hasil pengujian strukturmikro
Dilakukan  pengujian  strukturmikro  untuk  mengetahui fasa  pada  baut  patah  ASTM  A449  dalam  pengujian  ini menggunakan  standard  ASTM  E3-95  dan  didapatkan  hasil seperti Gambar 3 berikut ini.
Gambar 3. Temper martensit perbesaran 1000 didekat patahan

## F. Hasil uji SEM
Setelah  dilakukan  pengamatan  makro  kemudian  perlu dilakukan  analisa  secara  mikro  dengan  bantuan  scanning electron  microscope  pada  permukaan  patahannya,  mulai  dari indikasi  retak  ditunjukkan  Gambar  4,  daerah  perambatan Gambar  5  dan  daerah  patah  akhir  pada  Gambar  6.  Hasil  dari pengamatan tersebut ditunjukkan pada  berikut ini.
Gambar 4. Hasil SEM didaerah indikasi awal retak

## Gambar 6. Hasil SEM di daerah patah akhir
Pengujian EDX dilakukan untuk mengetahui apa saja unsur yang  ada  dalam  permukaan  patahannya.  Hasil  dari  pengujian SEM dengan EDX ditunjukka Gambar 7 berikut ini.

## Gambar 7. Hasil EDX permukaan baut

## G. Analisa tegangan dan pembebanan
Perlu  diakukan  analisa  pembebanan  dan  tegangan  yang diterima  baut  piston  VVCP  gas  kompresor  untuk  mengetahui apa sebenarnya penyebab kegagalan pada komponen tersebut. Hasil  dari  perhitungan  beban  dan  tegagan  yang  diterima  baut ditunjukkan oleh Tabel 5 berikut ini.
Dari  hasil  perhitungan  beban  yang  dilakukan  sederhana seperti tabel  5 didapatkan tegangan terbesar berdasarkan teori soderberg  yaitu  sebesar  250,4689  MPa  nilai  ini  masih  jauh dibawah  tegangan  yang  diijinkan  yaitu  sebesar  587,5  MPa. Meskipun nilai konsentrasi tegangan sudah dimasukkan dalam perhitungan  untuk  ketiga  kriteria  baik  Gerber  mothod, Soderberg  Method  maupun  Goodman  method  basar  tegangan maksimumnya  tidak  ada  yang  melebihi  besar  tegangan maksimum yang diijinkan sehingga material baut piston VVCP tersebut  dapat  dikategorikan  aman terhadap kegagalan fatigue akibat tegangan kompresi berdasarkan ketiga kriteria tersebut.
Ketika komponen menerima beban kompresi ada kemungkinan  selain  fatigue  yaitu  terjadinya  bending  akibat beban  kompresi  atau  yang  biasa  disebut buckling .  Berikut  ini adalah  hasil  perhitungan  desain  baut  piston  VVCP  gas kompresor ditujukkan oleh Tabel 6.
Tabel 6. Hasil perhitungan desain baut
Dari hasil perhitungan sederhana buckling seperti pada tabel 6  didapatkan  bahwa  besar  diameter  baut  minimum  sebesar 54,59210526  mm  bila  kondisinya  adalah  Both  ends  fixed. Besar  diameter  baut  yang  ada  adalah  1,5  inch  atau 38,1mm,berdasarkan  perhitungan  desain  baut  dari  keempat asumsi  yang  diberikan  nilai  ini  masih  jauh  dari  desain minimum  dengan  asumsi  Both  ends  fixed  yaitu  sebesar 54,59210526  mm  dengan  demikian  bagaimanapun  jenis tumpuan  yang  ada  pada  baut  piston  VVCP  gas  kompresor dapat  dikategorikan  tidak  aman  untuk  kegagalan  yang disebabkan oleh buckling.

## H. Pembahasan
Didalam  manual  book  gas  kompresor  [9]  yang  diberikan menunjukkan  bahwa  material  yang  digunakan  sebagai  baut piston VVCP gas kompresor adalah SAE grade 5 [5] material
tersebut  ekuivalen  dengan  ASTM  A449  yaitu  quenched  and tempered  medium  carbon  steel  dengankadarkarbon  0,25 hingga 0,58. Material ini memang dikhususkanuntuk baut yang membutuhkan  kekuatan  tarik  yang  tinggi.  Hasil  pengujian komposisi  kimia  menggunakan  Mesin  optical  emission spectrometer ditunjukkan pada Tabel 1 didapatkan bahwa ada beberapa  unsur  kimia  yang  seharusnya  tidak  terdapat  dalam baut  tersebut.  Adanya  unsur-unsur  tersebut  akan  berpengaruh terhadap sifat mekaniknya terutama kekerasan, dengan adanya tambahan unsur paduan akan meningkatkan Hardenability dari material atau sifat mampu dikeraskan dan sifat lainnya sedikit banyak juga akan berubah.
Pengamatan  secara makro permukaan baut dilakukan untuk mengetahui  pola  patahannya.  Hasil  pengamatan  seperti ditunjukkan pada gambar 1 awal indikasi adanya retak berada di  bagian  paling  luar  yang  mengalami  konsentrasi  tegangan kemudian  retakan  tersebut  tumbuh  hingga  akhirnya  tejadi patah  akhir.  Berdasarkan  ciri-ciri  pola  patahan  kegagalan fatigue yang ditunjukkan Gambar 2 patahan tersebut termasuk ciri-ciri patah akibat unidirectional bending. Untuk mengetahui standard  dimensi  pada  baut  dilakukan  pengukuran  dengan menggunakan jangka sorong dapat ditentukan bahwa standard dimensi  yag  digunakan  dalam  baut  tesebut  adalah  standard Amerika
Dari  hasil  pengujian  kekerasan  dari  diameter  dalam  hingga ke luar menggunakan standard ASTM E18 metode Rockwell C didapatkan  bahwa  rata-rata  nilai  kekerasan  di  daerah  yang dekat dengan patahan adalah 36,09778 Hrc nilai ini lebih besar dibandingkan dengan nilai kekerasan di daerah yang jauh dari patahan yaitu sekitar 34,18667 Hrc hal ini bisa saja disebabkan oleh adanya internal stress akibat beban kompresi yang ada di daerah  dekat  dengan  patahan  sehingga  mengakibatkan kekerasannya naik. Sedangkan dari standard ASTM A449 nilai kekerasan yang seharusnya berkisar antara 19 hingga 30 HRc. Baik  di  daerah  dekat  patahan  dan  jauh  dari  patahan  nilai kekerasannya  melebihi  standard  yang  seharusnya  sehingga dapat dikatakan kekerasannya tidak sesuai standard.
Dari hasil pengujian tarik menggunakan standard ASTM E8 nilai  kekuatan  tarik  maksimum  sebesar  1206  MPa  dan  nilai kekuatan  luluhnya  1147  MPa  nilai  ini  sangat  jauh  melebihi dari  standard  yang    diberikan  ASTM  A449  yaitu  kekuatan tarik maksimum 725 MPa  dan kekuatan luluhnya sebesar 560 MPa  hal  ini  bisa  disebabkan  karena  adanya  unsur-unsur  lain yang  seharusnya  tidak  terdapat  dalam  baut  tersebut  dan  juga pengaruh dari internal stress yang menyebabkan nilai kekuatan tariknya  menjadi  lebih  tinggi  dari  spesifikasi  yang  ada  di ASTM A449
Dari  hasil  pengujian  strukturmikro  menggunakan  standard ASTM  E3-98  ditunjukkan  pada  gambar  3  merupakan  ciri-ciri dari  strukturmikro  tamper  martensit  medium  carbon  steel  [3], sehingga  dapat  dikatakan  strukturmikro  baut  patah  sesuai dengan spesifikasi yang diberikan.
Pengamatan  mikro  dilakukan  dengan  bantuan  Scanning electron  microscope  pengujian  SEM  dilengkapi  EDX ditunjukkan  pada  Gambar  7  di  daerah  perambatan  retak
menunjukkan  bahwa  tidak  ada  unsur-unsur  hasil  reaksi  di daerah  tersebut  sehingga  dapat  dikatakan  hampir  tidak  terjadi korosi di daerah tersebut.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  investigasi    yang  telah  dilakukan  maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
1. Berdasarkan  data  yang  didapat  penyebab  terjadinya kegagalan  baut  piston  VVCP  gas  kompresor  akibat  beban kompresi yang menyebabkan bending atau buckling.
2. Awal  retakan  bermula  dari  bagian  yang  mengalami konsentrasi  teganngan  lalu  tumbuh  besar  dan  akhirnya patah,pola patahannya termasuk unidirectional bending.

## SARAN
1. Mengganti dengan material yang mempunyai modulus elastisitas lebih tinggi.
2. Mengurangi jarak antara tumpuan (l) dan memperbesar diameter baut

## DAFTAR PUSTAKA
[1] __.  2002.  ASM  handbook  Vol.  09  Metallography  And Microstructures. Material park. Ohio. USA. ASM international.
[2] __.  2002.  ASM  handbook  Vol.  11  failure  analysis  and prevention. Material park. Ohio. USA. ASM international.
[3] __.  2002.  ASM  handbook  Vol.  12  Fractography.  Material  park. Ohio. USA. ASM international.
[4] __.  2002.  ASM  handbook  Vol.  19  failure  analysis  and prevention. Material park. Ohio. USA. ASM international.
[5] AA D. Deutchman, Walter J. Michels, Charles E. Wilson,. 1975. Machine  Design  –  Theory  and  Practice.  Macmillan  Publishing Co., Inc.
[6] ASTM 2003: Quenched and tempered steel bolt and studs A 449. ASTM International, USA,
[7] ASTM2003.  :  Standard  Test  Method  for  Rockwell  hardness  of metallic materials E18. ASTM International, USA,
[8] ASTM  E8-04,  Standard  Test  Methods  for  Tension  Testing  of Metallic Material. ASTM International, 2004
[9] Houston,  2006  GE  Oil  &  Gas  –  high  speed  reciprocating  gas compressors west loop south, USA.
[10] Khurmi  RS  Gupta,  JK.,  2005,  Text  Book  of  Machine  Design Eurasia , Publising House, ltd Ram Nagar, New Delhi