Abstrak —Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  analisa  thermal stress  pada  body  cylinder  liner  dan  cylinder  head  dari  linier engine  dua  tak  otto  30,55  CC  dengan  variasi  jumlah  kecepatan rata-rata  piston  engine  1.02  m/s  ,  4.07  m/s    ,  4.58  m/s    beban penuh.  Hal  ini  dilakukan  karena  proses  scavenging  tidak  terjadi secara  baik  sehingga  performa  engine  tidak  pada  kondisi optimalnya.  Pada  penelitian  ini  menggunakan  software  yang berbasis  finite  element  untuk  menganalisa  distribusi  panas  dan thermal  stress.  Tahapan  penelitian  meliputi  pemasukan  gambar geometry sylinder liner dan cylinder head ke dalam software dan proses  analisa  distribusi  panas  dan  thermal  stress  analisis .Luaran  dari  penelitian  ini  berupa  gambar  persebaran  thermal expansion,  gambar  dari  persebaran  thermal  stress  analysis,  dan grafik  perbandingan  antar  distribusi  panas  yang  terjadi  ketika engine berada pada kecepatan rata-rata piston engine 1.02 m/s  , 4.07  m/s    ,  4.58  m/s.  Selain  grafik  perbandingan  antar  distribusi panas  pada  tiap  percepatan,  luaran  dari  penelitian  ini  juga menyangkut  grafik  temperature  terendah  pada  masing-masing percepatan.
Kata Kunci —Analisa Thermal Stress pada Cylinder Liner dan Cylinder Head

## I. PENDAHULUAN
ENELITIAN  tentang  engine  gerak  linear  sudah  banyak dilakukan.  Motor  bakar  gerak  linear  adalah  salah  satu alternatif  engine  inovatif  karena  dapat  meningkatkan efisiensi  mesin  sekaligus  dapat  menghemat  bahan  bakar  dan lebih ramah lingkungan. Gerakan liniear ini untuk mengurangi gesekan  mekanis  sekaligus  untuk  merubah  menjadi  daya efektif  engine.  Permasalahan  yang  terjadi  dalam  kajian sebelumnya  yaitu  Analisa  Pengaruh  Disain  Sistem  Pegas Terhadap  Scavenging  pada  engine  gerak  linier  bersilinder tunggal  terdapat  penurunan  performa  engine  pada  kecepatan rata-rata piston  1.02 m/s, 4.07 m/s  , 4.58 m/s. Sehingga perlu adanya  analisa  pengaruhnya  terhadap  thermal  stress  pada dinding  cylinder  linier  engine  bersilinder  tunggal.  Maka  dari itu,  diperlukanlah  sebuah  analisa  thermal  stress  pada  dinding cylinder  linier  engine  bersilinder  tunggal.  Bila  hal  ini  tidak dianalisa,  maka  tidak  diketahui  seberapa  besar  thermal  stress pada  dinding  cylinder  linier  engine  bersilinder  tunggal. Dampak dari thermal stress yang tinggi adalah terjadinya fatiq dan  keretakan  pada  cylinder  linier  engine  tersebut.  Dalam mempelajari  thermal  stress  pada  cylinder  linier  engine bersilinder  tunggal  diperlukan  ilmu  untuk  menentukan seberapa besar thermal stress yang bisa terjadi
T ABEL 2.1 H ASIL A NALISA H EAT T RANSFER DAN T EMPERATURE DARI P ENELITIAN S EBELUMNYA kecepatan rata-rata piston Total Gas- Head Heat Transfer (WATT) Total Gas- Cylinder liner Heat Transfer (WATT) Cylinder Head Gas Temperatur e ( ) Cylinder Liner Gas Temperatur e ( ) 1.02 m/s 99.83 35.485 1552 872 4.07 m/s 93 52.29 11414.5 1354.91 4.58 m/s 38.41 25.84 1099.45 1054.68
pada  linier  engine.  Untuk  menyelesaikan  permasalahan  ini akan  dilakukan  dengan  metode  simulasi  yaitu    thermal  stress analisis.  CFD  berbasis  pada  thermal  stress  akan  digunakan untuk  menganalisis  thermal  stress.  Dengan  menggunakan metode seperti tersebut diatas diharapkan dapat menyelesaikan permasalahan  thermal  stress  pada  dinding  cylinder  Engine Gerak  Linier  Bersilinder  Tunggal  besarnya  kalor  yang  masuk ke cylinder, dan temperature pada dinding cylinder liner. Dari tabel  penelitian  sebelumnya  didapatkan  grafik  kenaikan temperature  gas,  besarnya  kalor  yang  masuk  ke  dinding cylinder,  dan  temperature  pada  dinding  cylinder  liner.  Pada penelitian sebelumnya temperature pada linier engine berkisar antara 126.89 -226.89 .
A. Penentuan Ambient Temperature dan Daya Hantar Kalor pada Udara
Pada  penelitian  ini  nilai  hantar  kalor  pada  udara  di asumsikan sebesar 1 W/ . .

## B. Penentuan Material dari Cylinder Head dan Cylinder Liner
Pada penelitian ini engine yang di pakai adalah engine otto dua tak 30.55 CC.
Engine ini mempunyai material head dan cylinder liner yang sama  yaitu  berupa  material  aluminium  Si  alloy  (campuran antara  aluminium  dengan  silicon).  Berikut  ini  adalah  gambar geometry cylinder  dari engine tersebut.

## C. Pendefinisian Jenis dan Sifat Material pada Geometry Cylinder Head
Pada  subab  sebelumnya  telah  diterangkan  mengenai  jenis material  yang  akan  di  gunakan  untuk  mendefinisikan  jenis material pada geometry.

## Analisa Thermal Stress Pada Dinding Silinder Linier Engine Bersilinder Tunggal
Syaiful Wijayantara, Tjoek Soeprajitno, dan Aguk Zuhdi M.F Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 e -mail: syaifulwijayantara@ymail.com
P
Gambar 2.1 Gambar Geometry dari Cylinder Engine
T ABEL 2.2
T ABEL P ROPERTIS DARI M ESH Relevance Center Coarse Element size 3 mm Smoothing Low Transition Fast Span Angle Center medium Minimum Edge Length 3.0728e-003 mm
Pendefinisian jenis material pada geometry dapat dilakukan pada  software  di  bagian  engineering  data.  Propertis  material dapat dilihat pada table 2.1

## D. Pendefinisian Jenis Meshing  yang  Akan di Gunakan
Mesh yang di gunakan adalah Hexagonal berikut ini adalah spesifikasi dari mesh yang akan digunakan untuk mengenalisa
E. Inisialisasi Temperature Awal pada Geometry
Pada  penelitian  ini  temperature  mula-mula  ditentukan sebesar 22 derajat celcius.
1. Inisialisasi Heat Convection pada Geometry ke udara luar Besarnya  daya  hantar  kalor  pada  convection  bebas  udara berkisar  antara  1-25  W/m^2.C  .  pada  penelitian  ini  diambil nilai daya hantar sebesar 1 W/m^2.C .
2. Inisialisasi Wall Temperature pada Cylinder Liner Wall  temperature  telah  ditentukan  terlebih  dahulu.  Hal  ini dikarenakan  untuk  menentukan  wall  temperature  yang  ideal pada  engine  2  tak    otto  30,55  CC.  Pada  cylinder  head  dibagi menjadi  empat  zona  yaitu  inlet,  outlet,  cylinder  liner,  dan cylinder  head.  Masing-masing  zona  mempunyai  temperature yang  berbeda.  Untuk  kecepatan  rata-rata  piston  1.02  m/s , 4.07 m/s , 4.58 m/s mempunyai wall temperature yang sama 3.   Inisialisasi  Besarnya  Kalor  yang  mengalir  pada  Cylinder Liner
Besarnya kalor yang masuk ke cylinder liner dan cylinder head dapat di lihat  pada table 2.1
Dari  perhitungan  finite  element  pada  software  dan simulasi software  di  dapatkan  gambaran  persebaran  temperature  pada geometry.  Setelah  mengetahui  hasil  dari  perhitungan  dan simulasi  software  maka  didapatkan  table  perbandingan  antara kenaikan kecepatan rata-rata piston  engine, temperature
Gambar 2.2 Flow Chart Langkah Pengerjaan penelitian
terendah,  dan  temperature  tertinggi.  Berikut  ini  adalah  table dari kenaikan temperature terendah dan tertinggi.

## II. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Dari  perhitungan  finite  element  pada  software  dan simulasi software  di  dapatkan  gambaran  persebaran  temperature  pada geometry.  Setelah  mengetahui  hasil  dari  perhitungan  dan simulasi  software  maka  didapatkan  table  perbandingan  antara kenaikan  kecepatan  rata-rata  piston    engine,  temperature terendah,  dan  temperature  tertinggi.  Berikut  ini  adalah  table dari kenaikan temperature terendah dan tertinggi.
Dari hasil analisa thermal stress intensity, maka di dapatkan table  thermal  intensity  terhadap  kenaikan  percepatan.  Berikut ini adalah table dan grafik hasil analisa thermal stress intensity terhadap  geometry  dan  grafik  thermal  stress  terhadap  kalor pada cylinder head dan cylinder liner.
Grafik  diatas  menunjukan  bahwa  besarnya  thermal  stress tergantung  dari  kenaikan  heat  flow  pada  cylinder  liner  dan cylinder  head.  Thermal  stress  tertinggi  terjadi  pada  saat kecepatan rata-rata piston  engine berada pada kecepatan rata- rata  piston    engine  4.07  m/s,  karena  heat  flow  pada  cylinder liner dan cylinder head lebih besar daripada engine kecepatan rata-rata piston  engine 1.02 m/s dan 4.58 m/s. Hal ini dapat di tunjukan  pada  table  Perbandingan  besarnya  total  heat  flow pada  cylinder  liner  dan  cylinder  head  terhadap  thermal  stress tertinggi
Grafik 3.1 Grafik Perbandingan Temperature Terendah dan Tertinggi Pada Masing-Masing Percepatan Piston Engine
Gambar Hasil Simulasi Distribusi Panas pada Body Cylinder
Gambar Distribusi Panas Terbesar pada Cylinder Head
Grafik Perbandingan Thermal Stress Tertinggi, Terendah, dan Percepatan engine
Grafik  Perbandingan Total Heat Flow pada Cylinder Liner dan Cylinder Head Terhadap Thermal Stress Tertinggi
Gambar Hasil Simulasi Thermal Stress intensity pada Body Cylinder Engine

## Gambar Thermal Stress Terbesar pada Geometry
Total  heat  flow  adalah  total  kalor  yang  masuk  ke  dinding cylinder.  Besarnya  tergantung  dari  penjumlahan  kalor  yang masuk ke cylinder liner dan cylinder head
III. KESIMPULAN DAN SARAN

## A. Kesimpulan
Thermal stress terbesar pada saat kecepatan rata-rata piston engine  1.02  m/s sebesar  145.8  MPa, thermal  stress terbesar pada saat kecepatan rata-rata piston  engine 4.07 m/s sebesar 145.9 MPa,  dan thermal  stress  terbesar  pada  saat kecepatan  rata-rata  piston    engine  4.58  m/s sebesar 144.6

## MPa.
Thermal stress tertinggi berada pada permukaan cylinder head bagian  luar.  Hal  ini  terjadi  karena  perbedaan  temperatur
permukaan  cylinder  head  bagian  luar  dengan  udara sekelilingnya besar.

## B. Saran
Dalam  kenyataannya  stress  yang  terjadi  pada  ruang  bakar adalah  akibat  tingginya  temperature  dan  tekanan.    Untuk  itu perlu  kajian  tentang  stress  total  yang  diakibatkan  karena tekanan dan temperature ruang bakar.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Borman, G., & Nishiwaki, K. (1987). Transient Heat Transfer Analysis of a Diesel Engine Piston. fatiq,crack,growth analysis, 2-3.
[2] Hutton, D. (2004). Fundamentals of Finite Element Analysis . McGraw- Hill. USA: McGraw-Hill.
[3] Lee,  M.  (1973).  Cylinder  Wall  Temperature  Measurement  In  An  Air Cooled Two Stroke Cycle S.I Engine. Ottawa university journal, 150.
[4] Martinez,  I.  (2013).  Heat  and  Mass  Convection  Boundary  Layer  Flow. Heat transfer journal, 5.
[5] Mikalsen,  R.,  &  Roskilly,  A.  (2007).  A  review  of  free  piston  engine history and application. Applied Therm, 7.
[6] Nagalingam,  B.,  &  Gopalakrishnan,  K.  (1994).  Performance  of  Thin- Ceranic-Coated  Combustion  Chamber  With  Gasoline  and  Methanol  as
Fuels in a Two-Stroke SI Engine. Madras University, 8.
[7] Starink,  M.  (2007).  Influence  of  grain  structure  and  slip  planarity  on fatigue  crack  growth  in  low  alloying  artificially  aged  2xxx  aluminium alloys. National University of Malaysia, 14.