## Perancangan poros engkol dan pin pada genset STAR SPG 1600
Dhio Irawan 1 , Iwan Nugraha Gusniar 2 , Kardiman 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
2 Staf Pengajar, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang Jl. H. S. Ronggowaluyo, Telukjambe Timur, Karawang, Jawa Barat 41361 Email korespondensi: 1710631150068@student.unsika.ac.id

## Abstrak
Poros berperan penting sebagai penerus daya melalui putaran mesin. Poros dapat menerima beban lentur, tarikan serta beban puntiran. Poros Genset Star SPG1600 termasuk salah satu jenis poros engkol tunggal yang mendapatkan  beban  lentur  dan  beban  puntir.  Hal  yang  harus  diperhatikan  dalam  perencanaan  poros  yaitu kekuatan, kekakuan poros, putaran kritis, korosi dan bahan poros. Tahapan perencanaan ini dibagi menjadi dua tahanapan,  pertama  adalah  menentukan  dimensi  dan  bahan  yang  digunakan  dengan  menggunakan  tahapan perencanaan  poros  dengan  beban  puntir  dan  lentur  yang  disusun  sularso.  Kajian  ini  bertujuan  untuk merencanakan poros engkol Genset Star SPG 1600 dengan kekuatan 3,0 HP, berdasarkan dari hasil perhitungan perencanaan,  diketahui  besarnya  defleksi  yang  disebabkan  oleh  gaya  puntir  yang  terjadi  sebesar  0,09°  yang artinya poros mengalami defleksi karena beban puntir sebesar 0,09°. Poros engkol tersebut menerima momen lentur  gabungan  2787,8  kg.mm,  sehingga  faktor  keamanan  yang  dipilih  senilai  6,0  berdasarkan  tabel,  dan tegangan  puntir  4,58  kg.mm,  sehingga  menghasilkan  faktor  keamanan  senilai  2,0.  Faktor  keamanan  yang didapatkan lebih dari satu, sehingga aman untuk digunakan. Hasil analisis tersebut dianalisis kembali dengan mencari ukuran diameter ideal, sebesar ø16,7 mm, dengan bahan material S30C.
Kata kunci : perancangan, poros engkol, torsi, poros, genset.

## Abstract
The shaft plays an important role as a power transmission through engine rotation. Shafts can accept bending, tensile and torsional loads. The Star SPG1600 Genset Shaft is one type of single crankshaft that gets flexible loads and torsional loads. Things that must be considered in the design of the shaft are the strength, stiffness of the shaft, critical  rotation,  corrosion,  and  shaft  material.  This  planning  stage  is  divided  into  two  stages,  the  first  is  to determine the dimensions and materials used by using the shaft planning stages with torsional and bending loads arranged by Sularso. This study aims to plan for the crankshaft of the Star SPG 1600 generator with a power of 3.0 HP based on the calculation results of the planning for the amount of deflection caused by the torsional force that occurs 0.09°, which means the shaft is deflected due to torsion 0.09°. The crankshaft receives a combined moment of 2787.8 kg mm, so the safety factor selected is 6.0 based on the table, and the torsional stress is 4.58 Kg/mm, resulting in a safety factor of 2.0. The safety factor obtained is more than one, so it is safe to use. The results of the analysis were re-analyzed by finding the ideal diameter size, which is ø16.7mm, with S30C material.
Keywords: design, crankshaft, torque, axle, generator set.

## 1. Pendahuluan
Pada  berbagai  jenis  bidang  pekerjaan,  manusia senantiasa berusaha mempermudah kehidupan sehari- hari dan pekerjaanya untuk mendapatkan target yang diinginkan  dengan  mengeluarkan  usaha  seminimal mungkin.  Demikian  halnya  pula  dalam  dunia keteknikan  atau  permesinan,  untuk  selalu  membuat alat atau mesin yang dapat menunjang pekerjaannya tersebut  dengan  mengeluarkan  upaya,  waktu  serta energi  seminimal  mungkin  untuk  mencapai  target produksi  yang  efisien  [5].  Pada  masa  modern  ini, teknologi  berkembang  pesat,  berbagai  peralatan- peralatan  listrik  berkembang  dari  segi  efisiensi, fungsi, maupun fisik yang mendasari kajian ini agar mendapat  hasil  yang  lebih  efisien  dari  kajian-kajian terdahulu  dan  menemukan  desain  poros  engkol alternatif  berdasarkan  spesifikasi  dari  genset  STAR
SPG  1600  agar  dapat  dijadikan  pembanding  untuk kedepannya.
Perancangan  ini  akan  menganalisa  suatu  elemen mesin  dari generator  set (Genset). Generator  set (Genset) merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, mesin engine ini  menggunakan  bahan  bakar  berupa  solar  (mesin diesel) atau beberapa mesin dapat juga menggunakan bahan  bakar  bensin,  sedangkan  untuk  generatornya sendiri  merupakan  sebuah  gulungan  kawat  yang  di buat  dari  tembaga  yang  terdiri  atas  kumparan  statis atau  stator  dan  dilengkapi  pula  dengan  kumparan yang berputar atau rotor, disebut generator set karena terdapat gabungan dari dua perangkat komponen yang berbeda  yaitu engine dan  generator  atau  alternator [11],  banyak  hal  yang  harus  diperhatikan  dalam komponen genset, hal tersebut antara lain: komponen sesuai fungsi, keamanan, dan keekonomisan.
Komponen genset yang akan dirancang adalah poros. Poros  bisa  menerima  beban  lenturan,  beban  tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri- sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya [3]. Poros  memiliki  beberapa  jenis  salah  satunya  adalah poros engkol yang terbuat dari baja dan terletak pada blok  mesin  tengah,  berfungsi  untuk  mengubah gerakan naik dan turun dari piston di dalam silinder mesin menjadi gerak berputar di dalam silinder serta berfungsi  untuk  menerima  tekanan  gerak  lurus  dari piston  dan  diubah  menjadi  gerak  putar. Crankshaft membutuhkan pin engkol ( crankpin ), sebuah bearing tambahan yang diletakkan di ujung batang penggerak pada  setiap  silindernya,  yang  akhirnya  dapat menggerakkan  roda  gila  ( fly  wheel ).  Poros  engkol terdiri  dari  beberpapa  bagian  atau  komponen. Komponennya memerlukan perhitungan yang matang dalam  perancangannya  dikarenakan  poros  engkol akan mendapat beban puntir dan lentur.

## 2. Metode
Kajian  ini  dilakukan  pada  komponen  poros  engkol Genset STAR SPG 1600 dengan material bahan poros S30C  dan  bahan  bandul  KXB4  dengan  spesifikasi panjang  poros  210  mm  dan  berdiameter  17  mm, seperti  yang  diperlihatkan  Gambar  1  dan  Gambar  2 menunjukan gambar 2 dimensi dari poros engkol dan pin poros engkol, sedangkan Gambar 3 menunjukkan elemen  mesin  poros  engkol  dan  pin  pada  Genset STAR SPG 1600.
Gambar 1. 2D poros engkol.
Gambar 2. 2D pin poros engkol.
Gambar 3. Poros engkol dan pin genset STAR SPG 1600.
Agar kajian ini dapat terarah dengan baik, maka ada beberapa  tahapan  yang  harus  dilakukan  seperti dijelaskan pada Gambar 4 yaitu gambar diagram alir kajian terdapat di bawah ini.
Gambar 4. Diagram alir kajian.
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam kajian ini  adalah  mistar  besi,  jangka  sorong  dan toolbox, selain itu  yakni sebuah poros dan pin. Beberapa hal yang  perlu  diperhatikan  dalam  perencanaan  pada poros yaitu dijelaskan berikut ini.

## Kekuatan poros
Poros transmisi akan menerima beban puntir ( twisting moment ),  beban  lentur  ( bending  moment )  ataupun gabungan  antara  beban  puntir  dan  lentur.  Di  dalam perancangan  poros  perlu  memperhatikan  beberapa
faktor, misalnya: kelelahan, tumbukan dan pengaruh konsentrasi  tegangan  bila  menggunakan  poros bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban-beban tersebut [1].

## Kekakuan poros
Meskipun  sebuah  poros  mempunyai  kekuatan  yang cukup  aman  dalam  menahan  pembebanan  tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran  mesin  ( vibration )  dan  suara  ( noise ).  Oleh karena  itu,  di  samping  memperhatikan  kekuatan poros,  kekakuan  poros  juga  harus  diperhatikan  dan disesuaikan  dengan  jenis  mesin  yang  akan ditransmisikan dayanya dengan poros tersebut [1].

## Putaran kritis
Bila putaran mesin dinaikan maka akan menimbulkan getaran ( vibration ) pada mesin tersebut. Batas antara putaran  mesin  yang  mempunyai  jumlah  putaran normal  dengan  putaran  mesin  yang  menimbulkan getaran  yang  tinggi  disebut  putaran  kritis.  Hal  ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar, motor listrik, dan  sejenisnya.  Selain  itu,  timbulnya  getaran  yang tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan poros perlu  mempertimbangkan  putaran  kerja  dari  poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya [1].

## Korosi pada poros
Apabila terjadi kontak langsung antara poros dengan fluida korosif, maka dapat mengakibatkan korosi pada poros  tersebut,  misalnya  13 propeller shaft pada pompa  air.  Oleh  karena  itu,  pemilihan  bahan-bahan poros  dari  bahan  yang  tahan  korosi  perlu mendapatkan prioritas utama [1].

## Bahan poros
Bahan poros umumnya dibuat dari baja batang yang ditarik  dingin  dan  difinis,  baja  karbon  konstruksi mesin (s-c) yang dihasilkan dari ingot yang di “ kill ”. Meskipun  demikian,  bahan  ini  kelurusannya  agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang, misalnya bila diberi alur  pasak,  karena  adanya  tegangan  sisa  diterasnya. Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi  dan  beban  berat  umumnya  dibuat  dari  baja paduan  dengan  pengerasan  kulit  yang  sangat  tahan terhadap keausan.
Agar perencanaan ini dapat terarah dengan baik, maka akan dilakukan beberapa tahapan yaitu mencari data daya  yang  ditransmisikan,  faktor  koreksi,  data keadaan beban, data berat masing-masing benda yang berputar.  Menentukan  faktor  koreksi,  faktor  koreksi beban  puntir  dan  beban  lentur  yang  dibutuhkan. Menghitung  daya  rencana,  momen  puntir  rencana, beban  horizontal  dan  vertikal,  gaya  reaksi  engsel, momen  lentur  gabungan,  tegangan  lentur  yang diizinkan, diameter poros, defleksi puntiran, defleksi
maksimum,  putaran  kritis  masing-masing  benda, putaran kritis sistem.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Daya yang ditransmisikan yakni P sebesar 2,237 kW, putaran  Poros, n 1 sebesar  3.600  rpm,  faktor  koreksi yakni fc dengan  nilai  0,8  dan  daya  rencana  yang didapatkan yakni sebesar  1,79 kW, dihitung dengan Persamaan 1 berikut.
Pd = fc . P (1)
Momen puntir rencana yang didapatkan yakni sebesar 484,29 kg.mm, dihitung dengan Persamaan 2 berikut.
T = 9,74 x 105 Pd / n 1 (2)
Tegangan  lentur  ( Bending  Stress )  dihitung  sesuai keadaan  beban  yang  sesuai  ilustrasi  pada  Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Keadaan beban.
Besar Fp yakni 53,1 kW, dihitung dengan Persamaan 3. Besar R v1 dan R v2 didapatkan yakni 26,55 kg untuk keduanya, dengan menggunakan Persamaan 4.
𝐹𝑝 = 𝑃 × (  × D  ) (3) 𝐹 = R + R (4)
Dari  diagram  momen  lentur,  harga-harga  momen adalah:
M v1 = 26,55 × 105 = 2787,8 kg.mm
M v2 = 26,55 × 105 = 2787,8 kg.mm
M h1 = 0 kg.mm
M h1 = 0 kg.mm Sehingga momen lentur gabungan adalah:
M R1 = (278,78) + 0 = 2787,8 kg.mm
M R2 = (278,78) + 0 = 2787,8 kg.mm Bahan poros S30C,  B sebesar 55 kg/mm 2 , Sf 1 sebesar 6,0 dan Sf 2 yakni 2,0. Besar  ba adalah 4,58 kg/mm 2 , besar K m adalah  1,5  dan K t yakni  1,0.  Didapatkan besar d s yakni 16,7 mm.
Konsentrasi tegangan di alur pasak adalah lebih besar dari  pada  di  tangga  poros.  Ukuran  pasak  yang
direncanakan adalah 5 x 5 x 1,0 (1,0 merupakan jari- jari filet ).
Sehingga,  1,0/16,7  =  0,06.  Berdasarkan  Gambar  8, konsentrasi  tegangan  pada  poros  dengan  alur  pasak menunjukkan nilai faktor konsentrasi,  sebesar 1,2.
Gambar 5. Konsentrasi tegangan pada poros dengan alur pasak [1].
Besar τ didapatkan yakni 4,6 kg/mm 2 . Besar 𝜏 . 𝑆𝑓 dibandingkan dengan 𝜏 . ∝ , maka 4,85 x 2 > 4,6 x 1,2 (baik).
Tegangan Puntir ( Torsian ) Perhitungan  defleksi  puntiran,  besar G dengan  nilai 8,3 × 10 3 kg/mm 2 dan 𝜃 sebesar  0,09 o ,  sehingga perbandingan 0,09 o < 0,25 o (baik).
Bantalan  yang  dipakai  pada  kedua  ujung  poros dianggap tipis. Gaya resultant dari komponen vertikal yang bersangkutan adalah 5,06 kg, sehingga  ukuran bantalan yang didapatkan sebesar 105 mm.
Karena  gaya  horizontal  sebesar  0,  maka  gaya horizontal diabaikan. Perhitungan defleksi didapatkan sebesar 0,05 mm/m, sehingga perbandingannya yakni 0,05 < (10,3-0,35) (baik).
Berat benda yang berputar adalah W 1 sebesar 0,84 kg, berat  poros, W s sebesar  8,2  kg.  Setengah  dari  berat tersebut  dianggap  bekerja  di  tengah  poros  sebagai beban terpusat.
Kecepatan  kritis  dari  masing-masing  benda  yang berputar adalah N ci sebesar 21141,3 rpm dan 6747,3 rpm.  Besar N c0 didapatkan  sebesar  15717,16  rpm, sehingga perbandingannya adalah 3.600/15717,16 << (0,6-0,7)  (baik)  dan  didapatkan d s yakni  16,7 mm untuk material S30C.

## 4. Kesimpulan
Dari perhitungan tegangan lentur, didapat nilai faktor konsentrasi  sebesar  1,2  dan  dari  hasil  perbandingan 4,85  × 2 > 4,6 × 1,2 (baik)  dan  dari  perhitungan tegangan puntir, didapat nilai torsi sebesar 15717,16
rpm dan hasil perbandingan dari 3.600/15717,16 << (0,6-0,7)  (baik).  Maka  poros  ini  memenuhi  syarat pakai  karena  memiliki  keadaan  perbandingan  yang aman  dengan  nilai  faktor  keamanan  perancanaan poros.  Setelah  melakukan  perancangan  pada  poros engkol Genset STAR SPG 1600, maka didapat hasil perencanaan poros dengan beberapa parameter yakni daya  yang  ditransmisikan, P sebesar  2,237  kW, putaran  poros, 𝑛 sebesar  0,8,  daya  rencana, 𝑃 sebesar  1,79  kW,  momen  puntir  rencana, T yakni 484,3 kg.mm, jari-jari filet yakni 1 mm, ukuran pasak adalah  5  x  5  x  1,0  dan  diameter  poros, 𝑑  (S30C) sebesar 16,7 mm.

## Daftar Pustaka
[1] Sularso dan K Suga, 1991. “Dasar Perencanaan dan  Pemilihan  ELEMEN  MESIN”,  PT  Pradya
Paramita, Jakarta. [2] M.  Wildan  Firdaus  ,  M.  Ary  Murti,  Ramdhan Nugraha, SISTEM KONTROL DAN MONITORING GENSET MELALUI INTERNET,  e-Proceeding  of  Engineering, 4(1):36-42, April 2017.
[3] YOGA  BAGUS  PRATAMA.  (2018).  Artikel perancangan poros dan. Perancangan Poros Dan Bearing  Pada Mesin Pencacah Tongkol Jagung Dengan Kapasitas 100Kg/Jam.
[4] Daswin B., Stenly T., & Michael R., OPTIMASI DIAMETER  POROS  TERHADAP  VARIASI DIAMETER SPROKET PADA RODA BELAKANG SEPEDA MOTOR, Jurnal Online Poros Teknik Mesin, 3(1):37-51, 2014.
[5] Agustinus  Purna  Irawan,  2009.  “DIKTAT ELEMEN MESIN”, Jakarta.
[6] Popov, E.P. (1989). Mekanika Teknik (Machine Of  Materials).  Edisi  Kedua  (versi  S1).  Jakarta: Erlangga.
[7] Misar, Sudarsono dan Samhuddin, Perencanaan Dan Simulasi Poros Roda Traktor Tangan, Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin,  Vol.3(4):1-8,
2018..
[8] Jatmoko A., & Asroni, ANALISA KEGAGALAN POROS DENGAN PENDEKATAN METODE ELEMEN HINGGA, TURBO, 2(2):39-44, 2013.
[9] Tumilar, G. P., Lisi, F., & Pakiding, M. (2015). Optimalisasi  Penggunaan  Bahan  Bakar  Pada Generator  Set  Dengan  Menggunakan  Proses Elektrolisis.  Jurnal  Teknik  Elektro  Dan Komputer, 4(2), 77–88. https://doi.org/10.35793/jtek.4.2.2015.7938
[10] Augusl, N., & Otto, N. A. (n.d.). TMB V " Vt f Untuk mengetahui pengaruh. 56–64.
[11] Siagian,  P.  Siagian,  L.,  &  Sianturi,  L. Perencanaan  Motor  Bakar  Stasioner  Penggerak Generator  Set  pada  PKS  Kapasitas  12 TON/JAM,  Jurnal  Teknik  Nommensen,  Vol.
III(1), 84-112, 2018.
[12] Mananoma,  F.,  Sutrisno,  A.,  Tangkuman,  S., Teknik,  J.,  Universitas,  M.,  Ratulangi,  S.,  &
Kampus  Unsrat,  J.  (n.d.). PERANCANGAN POROS TRANSMISI DENGAN DAYA 100 HP . [13] Gumilar, A., Tinggi, S., Bandung, T., Soekarno- Hatta,  J.,  &  378  Bandung,  N.  (n.d.). PERENCANAAN POROS PENGADUK BAHAN BAKU  TEGEL  LIMBAH  TEMPURUNG KELAPA . [14] VAN  HARLING,  V.  N.,  &  Apasi,  H.  (2018). Perancangan  Poros  Dan  Bearing  Pada  Mesin Perajang  Singkong. Soscied , 1 (2),  42–48. https://doi.org/10.32531/jsoscied.v1i2.164.