Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur yang menggunakan Minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 dan Federal SAE 20W/50 dengan Variasi Putaran

(1)

ANALISA TEKANAN PADA BANTALAN LUNCUR

YANG MENGGUNAKAN MINYAK PELUMAS

ENDURO SAE 20W/50 DAN FEDERAL SAE 20W/50

DENGAN VARIASI PUTARAN

SKRIPSI

Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DAVID MANGIHUT HUTABARAT NIM : 100421008

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Pelumasan adalah suatu cara untuk mengurangi dan memperkecil gesekan dan keausan diantara permukaan-permukaan yang bergerak relatif satu sama lain dengan menempatkan bahan pelumas diantara kedua permukaan yang bergerak tersebut.Bahan pelumas yang umum digunakan adalah berupa cairan (liquids) dan semi-liquid, tapi dapat juga berupa padat atau gas, atau kombinasi cair padat dan gas. Bahan pelumas dalam wujud cairan sering disebut dengan minyak pelumas.

Minyak pelumas banyak digunakan pada motor bakar, baik untuk jenis pembakaran dengan busi (siklus otto) maupun untuk jenis pembakaran dengan tekanan (siklus disel dan siklus dual).Minyak pelumas juga digunakan pada sektor industri, misalnya untuk bantalan, roda gigi, pompa maupun kompresor, turbin dan lain-lain.Banyak jenis-jenis minyak pelumas yang beredar di pasaran saat ini sehingga konsumen bebas memilih jenis minyak pelumas yang digunakan sebagai bahan pelumasan. Khusus pada penelitian ini digunakan dua jenis minyak pelumas yaitu minyak pelumas Enduro SAE 20W/40 dan minyak pelumas Federal SAE 20W/40 sebagai perbandingannya. Dalam penelitian dilakukan perbandingan antara minyak pelumas oli kemasan dengan minyak pelumas oli drum untuk mengetahui pengaruh penggunaan oli drum pada bantalan luncur.

Fenomena pelumasan dapat dilihat pada hampir semua jenis bantalan luncur yang berfungsi untuk menumpu poros. Tipe yang paling umum digunakan adalah bantalan gelinding (rooler bearing) dan bantalan luncur (journal bearing), sebab konstruksinya sederhana, mudah dalam pekerjaan bongkar pasang, harga relatif murah, dan mudah dalam pengerjaannya.

(3)

KATA PENGANTAR

Pujian dan rasa syukur penulisan ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa karena atas berkat karunia-Nya, Skripsi ini dapat selesai dengan baik. Skripsi ini diajukan untuk melengkapi syarat dn melengkapi studi untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Skripsi ini membahas tentang teknik pelumasan pada bantalan luncur yang dilumasi dengan minyak pelumas Oli kemasan dan Oli drum, yang berjudul, “Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur yang menggunakan Minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 dan Federal SAE 20W/50 dengan Variasi Putaran”.

Dengan terselesainya Skripsi ini, pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Orang Tua dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil kepada penulis tanpa pamrih.

2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M. Sc selaku dosen pembimbing Skripsi yang telah meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.

(4)

4. Bapak Ir. M. Sahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Semua mahasiswa Teknik Mesin umumnya, dan khususnya sesame rekan-rekan stambuk 2010.

Penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Skripsi ini dengan baik. Penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun. Akhir kata, Penulis mengharapkan semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Medan, 10 April 2014 Penulis

DAVID HUTABARAT

(5)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2000/TS/2014 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /2014

MEDAN PARAF :

TUGAS SARJANA

NAMA : DAVID MANGIHUT HUTABARAT

NIM : 100421008

MATA PELAJARAN : TEKNIK PELUMASAN

SPESIFIKASI : ANALISA TEKANAN MINYAK PELUMAS

PADA BANTALAN LUNCUR YANG MENGGUNAKAN MINYAK PELUMAS OLI ENDURO DAN MINYAK PELUMAS OLI FEDERAL DENGAN VARIASI PUTARAN DIBERIKAN TANGGAL : 27 / 02 / 2014

SELESAI TANGGAL : / / 2014

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN, 27 MARET 2014

DOSEN PEMBIMBING

DR. ING. IR. IKHWANSYAH ISRANURI Ir. MULFI HAZWI, M.SC

(6)

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA

NO: 2000 / TS / 2014

Sub. Program Studi : Teknik Mesin Bidang Tugas : Teknik Pelumasan

Judul Tugas : Analisa Tekanan pada Bantalan Luncur yang menggunakan MInyak Pelumas Oli Enduro dan Minyak Pelumas Oli Federal denganVariasi Putaran

Diberikan Tgl : 27 Februari 2014 Selesai Tgl :

Dosen Pembimbing : Ir. Mulfi Hazwi, M. Sc Nama Mhs : David M Hutabarat

No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan Dosen Pembimbing 1 27-02-2014 Konsultasi penetapan tugas

2 01-03-2014 Survey

3 04-03-2014 Spesifikasi tugas

4 27-03-2014 Pengujian kekentalan minyak pelumas

5 28-03-2014 Perbaiki Bab I dan Bab II / Lanjutkan Analisa 6 28-03-2014 Pengujian karakteristik bantalan luncur 7 18-04-2014 Perbaiki gambar viscometer dan bantalan 8 21-04-2014 Perbaiki gambar grafik dan lanjutkan analisa 9 01-05-2014 Perbaiki grafik sommerfeld

10 03-05-2014 Acc diseminarkan

Diketahui

Catatan : Ketua Departemen Teknik Mesin

1. Kartu ini harus diperlihatkan pada dosen

Pembimbing Setiap asistensi

2. Kartu ini harus bersih dan rapi

(7)

Bila kegiatan asistemsi selesai DR. ING. Ir. Ikhwansyah Isranuri

NIP. 196412241992111001

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……… i

SPESIFIKASI TUGAS……… ii

KARTU BIMBINGAN……… iii

DAFTAR ISI……….……… iv

DAFTAR GAMBAR……….……….v

DAFTAR TABEL………. vi

DAFTAR NOTASI………...………… vii

BAB I PENDAHULUAN……….. 1

1. 1. Latar Belakang………... 1

1. 2. Maksud dan Tujuan………..…… 2

1. 3. Batasan Masalah……… 3

1. 4. Sistematika penulisan………..……. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA……….……….. 4

2. 1. Teknik Pelumasan……… 4

2. 2. Fungsi Bahan Pelumas………..…..… 4

2. 3. Tipe-tipe Pelumasan……….... 5

2. 4. 1. Pelumasan hidrodinamis……….…… 5

2. 4. 2. Pelumasan elastohidrodinamis……….…..……… 6

2. 4. 3. Pelumasan bidang batas……….………. 6

2. 4. 4. Pelumasan tekanan ekstrim……… 7

2. 4. 5. Pelumasan padat………. 7

2. 4. 6. Pelumasan hidrostatis………. 9

(8)

2. 5. 2. Klasifikasi kekentalan minyak pelumas…………....…. 12

2. 5. 3. Minyak pelumas multigrade……….…….. .12

2. 5. 4. Pengaruh temperature dan tekanan terhadap kekentalan.. 12

2. 5. Pengukuran/Pengujian Kekentalan Minyak Pelumas……….… 26

2. 6. 1. Viskometer bola jatuh (Falling Sphere Viscometers)…. 16 2. 6. 1. 1. Viscometer bola jatuh yang memenuhi hikum stokes……….. 16

2. 6. 1. 2. Visckometer bola jatuh menurut hoeppler………..…. 18

2. 6. 2. Viscometer rotasional……….……. 19

2. 6. 3. Viscometer pipa kapiler……….…. 20

2. 6. 4. Viscometer cone and plate……….. 21

2. 6. 5. Viscometer tipe lain……… 21

2. 6. Aditif minyak pelumas……….….. 22

2. 7. Bantalan luncur dan pelumasan pada bantalan luncur…….………….. 22

2. 8. 1. Bantalan luncur……….….. 23

2. 8. 2. Pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur……….. 23

2. 8. 2. 1. Teori aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat/permukaan datar………..…… 24

2. 8. 2. 2. Persamaan tekanan sommerfeld untuk pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur.. 24

BAB III METODE PENGUJIAN……… 27

3. 1. Diagram alir pengujian tekanan minyak pelumas………..…… 27

3. 2. Variable pengujian tekanan minyak pelumas…………..…….. 28

3. 3. Peralatan pengujian tekanan minyak pelumas………. 28

3. 4. Pengisian minyak pelumas dan pemanasan……….…. 31

3. 5. Pengujian karakteristik bantalan luncur……….… 32

3. 6. Pengujian kekentalan minyak pelumas……….…. 32

3. 7. Minyak pelumas dan aditif yang digunakan………. 33

(9)

4. 1. Data pengujian kekentalan minyak pelumas……….. 34

4. 2. Data pengujian distribusi tekanan………..…….... 35

4. 3. Analisa hasil pengujian kekentalan minyak pelumas…………. 41

4. 4. Analisa pengujian distribusi tekanan pada bantalan…………... 41

4. 5. Analisa tekanan pada banatalan menggunakan persamaan sommerfeld……… 57

4. 6. Analisa beban bantalan luncur………..……….... 60

4. 7. Pembahasan terhadap grafik distribusi tekanan………..… 63

4. 7. 1. Pengaruh putaran poros terhadap tekanan pada bantalan luncur……… 63

4. 7. 2. Tekanan maksimum dan minimum pada bantalan luncur pada setiap putaran……….. 63

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN……….. 64

5. 1. Kesimpulan ……….. 64

(10)

DAFTAR GAMBAR

HALAMAN Gambar 2.1 Pelumasan hidrodinamis untuk gerakan meluncur

pada bidang rata 6

Gambar 2.2 Pelumasan hidrodinamis pada roller yang bergerak

relatif pada bidang rata 6

Gambar 2.3 Pendefenisian kekentalan dinamik menurut hokum

newton tentang aliran viskos 10

Gambar 2.4 Kekentalan minyak pelumas menurut dokumen

ISO 3448 Pada tekanan atmosfer 13 Gambar 2.5 Viskometer bola jatuh yang memenuhi hukum stokes 17 Gambar 2.6 Viskometer bola jatuh menurut hoeppler 18

Gambar 2.7 Viskometer rotasional 20

Gambar 2.8 Beberapa jenis tipe viskometer pipa kapiler 21

Gambar 2.9 Penampang pipa kapiler 21

Gambar 2.10 Bantalan luncur dan tata namanya 24

Gambar 3.1 Diagram alir penguji 27

Gambar 3.2 Alat uji bantalan luncur tecaumpment TM 25 29 Gambar 3.3 Pandangan assembling bantalan luncur TM 25 30 Gambar 3.4 Viskometer bola jatuh menurut hoeppler merek

HAAKE FISSIONS 33

Gambar 4.1 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur menggunakan minyak

pelumas Enduro SAE 20W/50 38

Gambar 4.2 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur menggunakan minyak

(11)

pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas

Enduro SAE 20W/50 putaran 1000 rpm 46 Gambar 4.4 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen

pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 putaran 1250 rpm 47 Gambar 4.5 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen

Federal SAE 20W/50 putaran 1000 rpm 51 Gambar 4.9 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen

pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50 putaran 1500 rpm 53 Gambar 4.11 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen

(12)

DAFTAR TABEL

HALAMAN Tabel 2.1 Material yang digunakan sebagai bahan pelumas

padat 14

Tabel 2.2 Klasifikasi kekentalan ISO minyak pelumas pada

suhu 400 20

Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin (SAE J300 Engine oil viscosity

classification) 22 Tabel 2.4 Klasifikasi multigrade SAE crankcase oil viscosity 23

Tabel 4.1 Data hasil pengujian masa pengukuran minyak

Tabel 4.2 Data hasil pengujian masa pengukuran minyak pelumas

Federal SAE 20W/50 34

Tabel 4.3 Data hasil pengukuran kekentalan minyak pelumas

Enduro SAE 20W/50 34

Tabel 4.4 Data hasil pengukuran kekentalan minyak pelumas

Tabel 4.5 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas

Tabel 4.6 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas

Tabel 4.7 Data tekanan yang terjadi disekeliling bantalan

menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 44 Tabel 4.8 Data tekanan yang terjadi disekeliling bantalan

(13)

SAE 20W/50 59

Tabel 4.10 Nilai εdan kterhadap minyak pelumas Federal

SAE 20W/50 59

Tabel 4.11 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas

Tabel 4.12 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas

(14)

DAFTAR NOTASI

hm Tebal minimum lepiasn minyak pelumas m K Konstanta bola uji viskometer Haake

k Angka Sommerfeld untuk bantalan luncur Pa

θm Sudut pengukuran radial/angular pada tekanan dera( 0)

u Kecepatan relatif permukaan m/s

µ Kekentalan dinamik Pois(P)

(15)

ABSTRAK

Pelumasan adalah suatu cara untuk mengurangi dan memperkecil gesekan dan keausan diantara permukaan-permukaan yang bergerak relatif satu sama lain dengan menempatkan bahan pelumas diantara kedua permukaan yang bergerak tersebut.Bahan pelumas yang umum digunakan adalah berupa cairan (liquids) dan semi-liquid, tapi dapat juga berupa padat atau gas, atau kombinasi cair padat dan gas. Bahan pelumas dalam wujud cairan sering disebut dengan minyak pelumas.

Minyak pelumas banyak digunakan pada motor bakar, baik untuk jenis pembakaran dengan busi (siklus otto) maupun untuk jenis pembakaran dengan tekanan (siklus disel dan siklus dual).Minyak pelumas juga digunakan pada sektor industri, misalnya untuk bantalan, roda gigi, pompa maupun kompresor, turbin dan lain-lain.Banyak jenis-jenis minyak pelumas yang beredar di pasaran saat ini sehingga konsumen bebas memilih jenis minyak pelumas yang digunakan sebagai bahan pelumasan. Khusus pada penelitian ini digunakan dua jenis minyak pelumas yaitu minyak pelumas Enduro SAE 20W/40 dan minyak pelumas Federal SAE 20W/40 sebagai perbandingannya. Dalam penelitian dilakukan perbandingan antara minyak pelumas oli kemasan dengan minyak pelumas oli drum untuk mengetahui pengaruh penggunaan oli drum pada bantalan luncur.

Fenomena pelumasan dapat dilihat pada hampir semua jenis bantalan luncur yang berfungsi untuk menumpu poros. Tipe yang paling umum digunakan adalah bantalan gelinding (rooler bearing) dan bantalan luncur (journal bearing), sebab konstruksinya sederhana, mudah dalam pekerjaan bongkar pasang, harga relatif murah, dan mudah dalam pengerjaannya.

(16)

ρ Rapat massa kg/m3 Kecepatan putaran poros / journal rpm

BAB I

PENDAHULUAN

1. 1. Latar Belakang

Dalam sistem perawatan elemen mesin telah dikenal luas teknik pelumasan, yang berperan penting dalam mengendalikan gesekan dan keausan. Pada mesin-mesin yang mempunyai bagian-bagian bergerak relatif satu sama lain dan saling bergesekan pasti selalu dibubuhkan minyak pelumas ke bagian yang bergesekan tersebut untuk membuat gesekan dan keausan menjadi sekecil mungkin. Gesekan yang tidak bisa dikendalikan tidak saja memberi kerugian langsung dalam energi dan material, juga dapat berpengaruh langsung pada kinerja mesin. Gesekan dan gerakan yang tidak terkendalikan tersebut dapat menyebabkan temperatur bagian yang bergesekan menjadi lebih tinggi dari lingkungan sekitar dan akan semakin tinggi. Jika gesekan tersebut tidak dikendalikan, akan mengganggu operasi mesin dan dapat berakibat pada kegagalan mesin. Hal tersebut mengakibatkan bertambahnya biaya yang diperlukan untuk mereperasi mesin.

Dengan mengendalikan bagian yang bergerak dan bagian yang bergesekan tersebut diharapkan dapat memperpanjang umur dari elemen mesin dan mencegah kegagalan dari elemen mesin tersebut. Oleh karena itu teknik atau sistem pelumasan harus dipertimbangkan dalam setiap perencanaan mesin khususnya yang memiliki bagian yang bergerak dan bergesekan.

(17)

Pada bantalan luncur, tipe pelumasan yang bias dijumpai adalah pelumasan hidrodinamis. Bantalan luncur merupakan tipe bantalan hidrodinamis yang aling banyak digunakan dalam praktek.

Penelitian mengenai bantalan luncur telah banyak dilakukan, baik analitis dan experimental, untuk mempelajari dan mengetahui karakteristik bantalan luncur. Peneliti pertama yang tercatat dalam sejarah yang meneliti bantalan luncur adalah Beauchamp Tower, saat meneliti bantalan luncur roda kereta api di laboratoriumnya pada awal tahun 1980-an untuk mengetahui metode pelumasan terbaik pada bantalan tersebut. Bermula pada suatu kejadian error, saat melakukan penelitian tersebut Beauchamp Towerterkejut saat minyak pelumas pada bantalan menyembur keluar melalui lubang pada bagian atas yang dibuat sendiri pada peralatan bantalan uji miliknya. Diambil kesimpulan bahwa minyak pelumas di antara poros (journal) dan bantalan berada di bawah tekanan, dan distribusi tekanan tersebut dapat mengangkat/mendukung poros pada bantalan. Tercatat Tower melaporkan hasil penelitiannya empat kali, namun yang paing terkenal adalah pada tahun 1883 dan 1885.

Kemudian hasil eksperimen Beauchamp Tower dianalisa dan dijeaskan secara teoritis oleh OsborneReynolds, yang kemudian melaporkan tulisannya pada tahun 1886.Di dalam laporan tersebut juga dijelaskan mengenai adanya distribusi tekanan pada lapisanpelumas yang memisahkan poros dan bantalan.

Distribusi tekanan yang terjadi pada bantalan luncur juga telah dianalisa A.J.W Sommerfeld, dan solusinya diberikan dalam persamaan Sommerfeld. Persamaan tekanan Sommerfeld juga memberikansolusi dalam bentuk grafik, sehingga mudah dalam menganalisa fenomena tekanan pada bantalan luncur.

Namun untuk memperoleh prediksi yang akurat tentang performa dan karakteristik bantalan luncur di bawah berbagai kondisi operasi sangat sulit diperoleh, hal tersebut terjadi seiring dengan perkembangan teknologi bantalan, variasi kecepatan dan beban serta peningkatan kualitas bahan pelumas, misalnya minyak pelumas multigrade.

(18)

minyak pelumas multigrade. Pada penelitian tersebut Amechrisler Sinurat menggunakan 3 sampel pelumas multigrade. Dari ketiga sampel tersebut tercatat pelumas SAE 15W/50 memilki karakteristik yang lebih baik dari ketiga pelumas tersebut. Oleh karena itu penulis terdorong untuk melakukan penelitian atau pengujian terhadap tekanan minyak pelumas pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas oli kemasan. Penulis menggunakan minyak pelumas oli Federal SAE 20W/50 dan minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50 sebagai perbandingan.

1. 2. Maksud dan Tujuan

Maksud dan tujuan dari penelitian ini adalah:

 Mengetahui distribusi tekanan dan kekentalan minyak pelumas Federal dengan Enduro.

 Mengetahui karakteristik bantalan luncur, yaitu distribusi tekanan pada lapisan minyak pelumas bantalan luncur terhadap perubahan kecepatan poros atau journal.

 Memperoleh karakteristik distribusi tekanan bantalan luncur terhadap minyak pelumas Federal dan Enduro.

 Untuk mengetahui pengaruh penggunaan minyak pelumas terhadap bantalan luncur dan terhadap putarannya.

 Menggambarkan kurva tekanan menurut teori tekanan atau persamaan sommerfeld untuk bantalan luncur.

1. 3. Batasan Masalah

Pembatasan masalah penelitian ini adalah untuk memroleh karakteristik bantalan luncur terhadap perubahan kecepatan poros menggunakan minyak pelumas oli Fedaral dan oli Enduro sebagai perbandingan

(19)

Minyak pelumas yang digunakan dalam percobaan ini adalah minyak pelumas Federal SAE 20W/50.

Sedangkan minyak pelumas yang digunakan sebagai perbandingan adalah minyak pelumas Enduro SAE 20W/50.

Putaran poros yang dipilih pada penelitian ini adalah putaran 1000 rpm. 1250 rpm, 1500 rpm, 1750 rpm dan 2000 rpm. Pemilihan putaran ini didasarkan pada putaran operasi kerja mesin motor bakar ukuran besar dimana prinsip bantalan luncur ini digunakan

1. 4. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan disusun sedemikian rupa sehingga konsep penulisan laporan menjadi berurutan dalam rangka alur pemikiran yang mudah dan praktis. Sistematika tersebut disusun dalam bentuk bab-bab yang saling berkaitan satu sma lain, yaitu:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas akhir yang meliputi, pembahasan tentang latar belakang, perumusan masalah tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang hasil penelitian terdahulu yang dapat diambil dari jurnal, disertasi, tesis dan skripsi yang actual. Selain itu juga berisi landasan teori yang meliputi konsep-konsep yang relevan dengan permasalahan yang akan diteliti.

BAB METODOLOGI PENELITIAN

(20)

BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA

Bab ini berisi tentang data hasil penelitian, analisa serta pembahasannya.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(21)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2. 1. Teknik Pelumasan

Teknik Pelumasan adalah suatu cara untuk mengurangi dan memperkecil gesekan dan keausan dengan menempatkan suatu lapisan tipis (film) fluida di antara permukaan-permukaan yang bergerak atau bergesek yang selanjutnya disebut bahan pelumas. Bahan pelumas yang umum adalah wujud cair seperti minyak mineral mempunyai kekentalan bervariasi tergantung pada pemakaiannya, biasanya digunakan untuk bantalan pada motor bakar atau mesin-mesin industri. Bahan pelumas semi padat seperti minyak gemuk biasanya digunakan untuk bantalan putaran rendah dan padat seperti grafit dan molybdenum biasanya digunakan pada temperature yang sangan tinggi.

Pemakaian bahan pelumas sangat luas pada bidang mekanisme mesin antara lain seperti gerakan berputar poros pada bantalan luncurm, jurnal yang berputar pada bantalan, gabungan dari gerakan gelinding atau luncuran pada gigi-gigi roda gigi-gigi yang berpasangan, gerakan luncur pada piston terhadap silindernya. Semua mekanisme ini memerlukan pelumasan untuk mengurangi gesekan, keausan, dan panas.

2. 2. Fungsi Bahan Pelumas

Fungsi utama dari bahan pelumas yang umum digunakan pada peralatan permesinan adalah sebagai berikut:

a. Mengurangi gesekan dan keausan

(22)

dan kondisi lainnya. Sifat ini didapat dari kekentalan yang dimiliki minyak pelumas (viscosity).

b. Memindahan panas

Panas yang ditimbulkan oleh elemen mesin yang bergerak (misalnya: bantalan dan roda gigi) dipindahkan oleh minyak pelumas, asalakan terjadi aliran yang mencukupi.

c. Menjaga sistem tetap bersih

Bahan pelumas harus dapat menghindarkan kontaminasi sistem dari komponen-komponen bergerak yang bias merusak sistem tersebut. Partikel-partikel logam akibat keausan, abu yang berasal dari luar dan sisa hasil pembakaran dapat memasuki sistem dan menghalangi operasi yang efisien. d. Melindungi sistem

Karat bias disebabkan kehadiran udara dan air, serta kuausan korosif dapat dikarenakan asam-asam mineral yang terbentuk secara kimiawi selama pembakaran bahan bakar. Karat dapat menyebabkan kerusakan komponen, sehingga komponen tersebut tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya. Karena hal itulah bahan pelumas harus direncanakan untuk melindungi sistem terhadap serangan korosif.

2. 3. Tipe-tipe Pelumasan

2. 3. 1.Pelumasan Hidrodinamis

Pelumasan ini adalah bahwa permukaan penerima beban dari bantalan dipisahkan oleh lapisan pelumas yang agak tebal, sedemikian rupa untuk menjaga persinggungan antara dua logam. Pada pelumasan hidrodinamis ini tidak tergantungan pada pemberian pelumasan dengan tekanan, walaupun hal itu mungkin terjadi, tetapi yang jelas ia memerlukan adanya penyediaan pelumas yang cukup setiap waktu. Tekanan pada lapisan tipis pelumas biasanya dibangkitkan oleh gerakan relatif dari kedua permukaan itu sendiri

(23)

sambungan atau kontak langsung melalui lapisan tipis minyak pelumas tersebut. Gerakan rotasi misalnya pada poros dengan menggunakan bantalan luncur (jurnal). Dengan gerakan ini bahan pelumas di tarik dari celah yang lebar pada bagian atas ke bagian yang sempit di sebelah bawah, sehingga membentuk oil wedge yang memisahkan kedua permukaan. Berikut adalah gambar pelumasan hidrodinamis.

Gambar 2.1 Pelumasan hidrodinamis untuk gerakan meluncur pada bidang rata

Gambar 2.2 Pelumasan hidrodinamis pada roller yang bergerak relative pada bidang rata

2. 3. 2.Pelumasan Elastohidrodinamis

(24)

minyak pelumas yang membatasi kedua permukaan itu. Misalkan pada bantalan gelinding (roller bearing), mimis (ball/roller) akan menekan cincin sehingga terjadi deformasi elastis biarpun gaya yang diberikan demikian kecilnya.

2. 3. 3.Pelumasan Bidang Batas

Pelumasan bidang batas (Boundary Lubrication) mengacu pada situasi kombinasi geometri kontak, beban relatif besar, kecepatan rendah, kuantitas pelumas yang tidak cukup sehingga tidak dimungkinkan untuk membangkitkan lapisan tipis minyak pelumas yang sempurna pada bagianyang bersinggungan. Pada beberapa kasus pelumasan bidang batas masih terjadi kontak asperity (permukaan kasar pada suatu permukaan yang dilihat di bawah mikroskop). Pada situasi normal, asperity setiap logam dilapisi oleh lapisan oksida, misalnya besi oksida pada besi atau baja, aluminium oksida (alumina) pada aluminium dan sebagainya. Ketika asperities tersebut untuk melekat relative lembut. Namun, bila lapisan oksida tersebut aus/habis akibat gesekan yang berat maka permukaan-permukaan yang bersinggungan memiliki kecenderungan untuk melakukan kontak langsung. Maka sangat penting untuk mmepertahankan lapisan oksida tersebut, agar terjadi gesekan yang relatif lembut. Dan jika permukaan logam tersebut kehilangan lapisan oksidanya maka akan terjadi gesekan dan keausan yang parah. Dan pada kasus tersebut di atas pelumasan bidang batas dapat mengurangi gesekan dan keausan yang terjadi. Mekanisme dari pelumasn bidang batas sendiri adalah misalnya dengan physical adsorption, chemical adsorption, maupun chemical reaction.

2. 3. 4.Pelumasan Tekanan Ekstrim

(25)

additive inin merupakan senyawa minyak yang dapat larut dan biasanya mengandung zat belerang, chlorin atau fosfor yang bereaksi dengan permukaan bantalan pada temperature tinggi yang timbul dimana lapisan tipis minyak pelumasd pecah, membentuk zat lapisan tipis yang titik cairnmya tinggi antara permukaan-permukaan yang berkontak.

2. 3. 5.Pelumasan Padat

Pelumasan padat (Solid Lubrication) adalah sistem pelumasan dimana diantara permukaan kontak saling melumasi sendiri oleh bahan padat yang dilapisi dan kadang menyatu pada elemen tersebut. Pelumasan padat dapat dipahami misalnya pada sebuah contoh, misalnya debu pasir dan keriil pada permukaan jalan dapat menyebabkan kendaraan tergelincir karena debu, pasir dan kerikil mengurangi gesekan antara ban dan permukaan jalan. Teknisnya, debu, pasir dan kerikil tersebut bertindak sebagai pelumas, namun tentu saja tidak ada yang merekomendasikan debu pasir debu, pasir dan kerikil sebagai pelumas padat pada elemen mesin.

Walaupun telah banyak dikembangkan bahan inorganic untuk pelumasan padaT, seperti misalnya mica, talc, dan chalk namun sangat sedikit yang digunakan secara umum untuk permesinan. Bahan-bahan yang umum dan paling banyak digunakan sebagai pelumas adalah grafit dan molybdenum disulfide dan PTFE (polytetraflouroethylene)/ Teflon.

Adapun karakterisatik bahan yang baik digunakan sebagai pelumas padat adalah sebagai berikut:

 Mempunyai koefisien gesek rendah namun konstan dan terkendali  Memiliki stabilitas kinia yang baik sepanjang temperatu yang

diperlukan

 Tidak memiliki kecenderungan untuk merusak permukaan bantalan  Lebih diutamakan yang memiliki daya adhesi yang kuat terhadap permukaan bantalan, sehinngga tidak mudah hilang/aus dari permukaan bantalan

(26)

 Mudah diaplikasikan pada permukaan yang bergesekann terutama bantalan

 Tidak beracun dan ekonomis

Bahan inorganic seperti grafit dan molybdenum disulfide memiliki sifat mampu membentuk lapisan tipis pada permukaan logam yang bergeser dengan mudah dan menahan penetrasi oleh permukaan-permukaan yang bergesek. Senyawa-senyawa demikian dapat digunakan sendiri-sendiri atau disuspensikan dalam tempat cairan atau minyak gemuk. Jenis plastic/polimer seperti PTFE dapat digunakan sebagai permukaan bantalan yang dalam penggunaan tidak menggunakan atau

membutuhkan pelumasan lanjutan ataupunb lainyya.

Beberapa bahan yang digunakan sebagai pelumas padat dapat dilihat pada table 2.1

Table 2.1 Beberapa material yang digunakan sebagai bahan pelumas padat

Kelompok

Bahan

Nama

Bahan

Layer-lattice compounds Molybdenum disulphide Graphite

Tungsten diselenide Tungsten disulphide Niobium diselenide Tantalum disulphide Polymers PTFE Nylon

PTFCE Acetal PVF2 Polyimide Metals Lead Tin

Gold Silver

Other Inorganics Molybdic oxide Boron trioxide

L d id B it id

(sumber : Lubrication and Lubricant Selection: A Practical Guide, Third Edittion by A.R.Lansdown)

2.3.6 Pelumasan hidrostatis

(27)

tipis pelumas tersebut dicapai dengan akibat gerakan luncuran lapisan minyak pelumas (oil-wedge) untuk membvangkitkan tekanan minyak pelumas didalam bantalan. Namun pada mesin-mesin yang mempunyai beban besar dan kecepatan putaran rendah tidak dimungkinkan lagi terjadi pelumasan hidrodinamis pada saat start. Untuk itu diperlukan tekanan yang lebih besar agar terjadi lapisan tipis minyak pelumas diantara poros dan bantalan. Tekanan demikian diperoleh dengan menggunakan pompa tekanan tinggi yang akan menekan minyak pelumas ke bagian-bagian yang bergesek, bukan sekedar pompa tekanan rendah yang berfungsi hanya sebagai pendistribusi atau pensirkulasi minyak pelumas. Pelumasan sedemikian disebut pelumasan hidrostatis (hydrostatic lubrication). Pelumasan hidrostatis disebut juga pelumasan tekanan luar (externally pressurized) karena tekanan yang timbul diakibatkan pengaruh kerja dari luar sistem. Dalam beberapa kasus, setelah poros berputar dengan kecepatan tinggi biasanya pompa tekanan tinggi yang digunakan dapat dihentikan, sementara pompa tekanan rendah sebagai pensuplai minyak pelumas tetap difungsikan. Dalam kasus ini, pada operasi normal yang terjadi vukan pelumasan hidrostatis lagi, melainkan pelumasan hidrodinamis.

2.4 Kekentalan minyak pelumas (Viscosity)

2.4.1 Kekentalan dinamik dan kekentalan kinamatik

(28)

Gambar 2.3 Pendefenisian kekentalan dinamik menurut hukum Newton tentang aliran viskos

Dari gambar 2.3 secara matematis dapat ditulis:

du u

dy h

   (2.1)

dimana:  tegangan geser fluida (N/m2)  kekentalan dinamik (Poise, P)

u = kecepatan relatif permukaan (m/det) h = tebal lapisan pelumasan (m)

Sehingga kekentalan dinamik dapat ditulis:

/ du dy



  (2.2)

(29)

v   

dimana: v = kekentalan kinematik (Stokes, S) = rapat massa (gram/cm3)

Dalam satuan cgs, tegangan geser adalah dalam dyne/cm2 dan kadar geseran dalam det-1, maka satuan kekentalan dinamik adalah poise disingkat P. Sedangkan satuan rapat massa gram/cm3 sehingga satuan kekentalan kinematik adalah stokes disingkat St.

Satuan yang paling umum dalam industri perminyakan adalah centipoise disingkat cP dan centistoke disingkat cSt, dimana 1 P = 100 cP dan 1 St = 100 cSt. Dalam satuan SI, untuk kekentalan dinamis adalah N det/m2 atau kg/m det dan satuan kekentalan kinematik adalah m2/det. Dengan demikian diperoleh hubungan satuan-satuan:

1 P = 10-1 N det/m2 1 cP = 10-3 N det/m2 1 St = 10-4 m2/det 1cSt = 10-6 m2/det

Dalam satuan British untuk kekentalan dinamik dikenal satuan lbf.s/in2 (pound force second per square inch) yang disebut juga dengan reyn, yang diberikan untuk penghormatan terhadap Sir Osborne Reynolds.

Hubungan antara reyn dan centipoise:

(30)

1 reyn = 6,9 . 106 cP

Kekentalan juga dapat/pernah dinyaatakan dengan unit sebagai berikut:  Kekentalan Redwood (Redwood viscosity)

Secara teknis Redwood viscocity bukanlah satuan untuk kekentalan melainkan waktu alir. Itu adalah jumlah waktu yang diperlukan 50 ml minyak untuk mengalir melalui cerobong saluran berbentuk mangkuk (cuo-shaped funnel) akibat gaya beratnya sendiri.

 Kekentalan Saybolt (Saybolt viscosity)

Saybolt viscosity secara teknis adalah waktu alir dan hal tersebut juga bukan satuan kekentalan, karena memiliki cara yang sama dalam pengukurannya dengan Redwood Viscosity. Metode ini pernah menjadi metode standar pada ASTM.

 Kekentalan Engler (Engler viscosity)

Engler viscosity juga merupakan waktu alir dengan metode hampir sama dengan Redwood Viscosity, tetapi hasilnya dinyatakan dengan derajat, waktu alir sampel minyak terhadap yang diukur air pada temperatur yang sama. Hal ini ditetapkan hanya di hampir seluruh Eropa, tetapi seara berangsur-angsur mulai ditinggalkan.

2.4.2 Klasifikasi Kekentalan Minyak Pelumas

(31)

keperluan teknik dan industry telah diklasifikasikan seperti ISO, SAE, ASTM, DIN, AGMA dan lain sebagainya. Klasifikasi yang paling banyak digunakan dalam dunia industri adalah klasifikasi menurut ISO dan SAE.

1. Klasifikasi kekentalan menurut ISO

(32)

Gambar 2.4 Kekentalan minyak pelumas menurut dokumen ISO 3448 pada

(33)

Nilai kekentalan pada ganbar diatas dapat dilihat pada table dibawah, untuk nilai kekentalan pada suhu 400C. Nilai untuk harga kekentalan kinematic minyak pelumas pada 400C menurut dokumen ISO 3448.

Tabel 2.2 Klasifikasi kekentalan ISO minyak pelumas pada suhu 400C

Angka derajat kekentalan ISO

Harga tengah kekentalan, cSt

pada 40°C

Batas kekentalan kinematik, cSt pada 40

(34)

2. Klasifikasi kekentalan menurut SAE

Sistem kjlasifikasi disusun oleh SAE (Society of Automotive Engineers), dalam SAE J300 SEP80 pertama kali dilaporkan Divisi Anekaragam (Miscellaneous Division), disetujui pada Juni 1911, dan direvisi kembali oleh suatu komite pada September 1980. Walaupun sistem kekentalan ini disusun oleh SAE, klasifikasi kekentalan minyak kekentalan minyak pelumas bukan hanya untuk ootomatif, melainkan semua tipe penggunaan minyak pelumas termasuk industry, kapal laut dan dan pesawat udara. Klasisikasi SAE merupakan klasifikasi untuk minyak pelumas mesin-mesin secara rheology saja. Karakteristik lain dari minyak pelumas tidak termasuk. Praktek yang dianjurkan ini ditunjukkan penggunaan oleh penggunaan pabrik pembuat mesin-mesin dalam menentukan derajat kekentalan minyak pelumas yang akan direkomendasikan untuk penggunaan mesin-mesin yang diproduksi, dan oleh perusahaan minyak dalam merumuskan dan memberi label produksi mereka.

(35)

hubungannya denga kecepatan putaran yang diberikan selama pengengkolan temperature rndah.

Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin (SAE J300

Engine Oil Visccosity Classification)

SAE

(sumber: Prinsip pelumasan dan minyak pelumas mineral, A.Halim Nasution)

2.5 Pengukuran/Pengujian Kekentalan Minyak Pelumasan

Kekentalan fluida/minyak pelumas dapat diukur dengan berbagai metode dengan prinsip-prinsip yang berbeda. Pengujian minyak pelumas biasanya dilakukan pada temperatur yang konstan, misalnya -180C, 100C, 280C, 400C, 500C atau 1000C. Alat untuk mengukur kekentalan minyak pelumas disebut dengan viskometer (viscometer)

2.5.1 Viskometer Bola Jatuh (Falling Sphare Viscometer)

2.5.1.1 Viskometer Bola Jatuh Yang Memenuhi Hukum Stokes

(36)

melawan arah gerakannya akibat kekentalan fluida, dengan suhu dan tekanan konstan yang besarnya dirumuskan sebagai berikut:

6. . . .

Fv  r v (2.4)

Dimana:

Fv = gaya yang melawan gerakan (kg m/det) r = jari-jari bola (m)

v = kecepatan bola relatif (m/det)  = kekentalan fluida (N det/m2)

Gambar 2.5 Viskometer bola jatuh ayang memenuhi hukum Stokes

(37)

0

F 



Fg = Fb + Fv (2.5)

Maka kecepatan bola tidak berubah lagi melainkan tetap pada nilai maksimum atau nilai akhir yang ditulis dengan kecepatan v. Gaya Fg dan Fb dapat ditulis sebagai fungsi jari-jari bola r, rapat massa bola _bdan rapat massa fluida _f:

Fg = 4/3..r3. _b.g (2.6) Maka diperoleh kekentalan dinamik () minyak pelumas (fluida) yang diuji:

2

(38)

2.5.1.2 Viskometer Bola Jatuh Menurut Hoeppler

Gambar 2.6 Viskometer bola jatuh menurut Hoeppler

Viskometer bola jatuh menurut Hoeppler dapat dilihat pada gambar diatas. Salah satu keuntungan viskometer bola jatuh menurut Hoeppler dibandingkan dengan menurut hukum Stokes adalah peralatan yang relatif lebih kecil dan adanya kontrol temperatur, artinya pengukuran dapat dilakukan dengan temperatur yang bervariasi.

Formula untuk pengukuran viskometer menurut Hoeppler adalah :

1 2

( ).

K t

    (2.10)

Dimana:  = kekentalan dinamik (cP)

1

 = massa jenis bola uji (gram/cm3)

2

(39)

2.5.2 Viskometer Rotasional

Viskometer Rotasional (Rotational Cylindrical Viscometer) seperti pada gambar 2.2 terdiri dari dua silinder konsentris dengan fluida yang terdapat diantara keduanya. Silinder terluar diputar dan torsi diukur pada silinder yang terdapat di dalam.

Jika: ri = jari-jari silinder bagian dalam ro = jari-jari silinder bagian luar



a = panjang tabung/silinder c = radial clearence

 = kecepatan sudut Maka berdasarkan postulat Newton:

o

Catatan: _o merupakan konstanta proporsional, disebut juga kekentalan absolut ().

Maka atorsi yang terjadi pada silinder bagian dalam adalah: 2

(40)

0 2 0 2

q i a

t c r r l 



 (2.13)

Gambar 2.7 Viskometer Rotasional 2.5.3 Viskometer Pipa Kapiler

Pengukuran kekentalan pada viscometer pipa kapiler (Capillary Viscometers) didasarkan pada pengukuran rata-rata aliran fluida melalui tabung berdiameter kecil/pipa kapiler.

(41)

Gambar 2.8 Beberapa jenis tipe viscometer pipa kapiler

Gambar 2.9 Penampang pipa kapiler

Secara umum perhitungan viskositas pada viskometer pipa kapiler: Berdasarkan aliran fluida pada pipa bundar:

0 4 8

4 q dp

dx a



(42)

Jika ₁ adalah tekanan masuk dari fluida dan l_t adalah panjang pipa kapiler, pada =0 dan temperatur konstan. Maka dapat dituliskan:

0

Dimana B* adalah konstanta dari fungsi alat uji tersebut.

2.5.4 Viskometer Cone and Plate

(43)

0

Maka torsi yang terjadi:

2

(44)

Gambar 2.11 prinsip kerja cone-and-plate viscometer

2.5.5 Viskometer tipe lain

Selain dari viscometer diatas, masih banyak lagi viscometer tipe lain, beberapa diantaranya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

(45)

Gambar 2.13 Saybolt Viscometers

(46)

2.6 Bantalan Luncur dan Pelumasan pada Bantalan Luncur

2.6.1 Bantalan Luncur

Jenis bantalan luncur (journal bearings) sangat luas penggunaannya pada mesin-mesin yang memiliki elemen berputar (rotating machines), seperti turbin uap, generator, blower, kompresor, motor bakar, poros kapal laut, bahkan sebagai bantalan pada elemen yang seharusnya menggunakan bantalan gelinding (rolling elements bearing). Hal tersebut karena bantalan luncur lebih baik dari bantalan gelinding (pada parameter yang dianggap sama) dalam hal penyerapan getaran, tahapan terhadap gaya kejut, relative tidak bising dan umurnya lebih panjang. Semua karakteristik ini disebabkan oleh prinsip pelumasan bantalan luncur yang menggunakan lapisan tipis minyak pelumas saat menumpu poros, misalnya. Tentu saja hal tersebut tidak lepas dari teknik desain dan pemilihan material yang terus dikembangkan.

Bantalan luncur termasuk dari jenis bantalan yang arah pembebanan normalnya pada arah radial atau lebih banyak mengarah tegak lurus pada garis sumbu poros. Maka bantalan luncur termasuk ke dalam jenis plain bearing atau kadang disebut dengan sliding bearing.

Disebut bantalan luncur (dalam bahasa Indonesia) adalah karena adanya gesekan luncur dan gerakan luncur (sliding) yang terjadi pada bantalan, akibat adanya lapisan fliuda tipis diantara bantalan dan poros tersebut. Dapat juga dibandingkan seperti atlit selancar air yang berselancar/meluncur bebas diatas air, demikian juga dengan poros yang dapat meluncur dengan mudah pada bantalan dengan batuan lapisan tipis minyak pelumas.

(47)

Gambar 2.15 Bantalan luncur

2.6.2 Pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur

Ada berbagai jenis bantalan luncur dan bantalan-bantalan tersebut dapat dilumasi dengan minyak pelumas, gas bahkan dengan minyak gemuk. Namun tipe pelumasan yang paling efektif dan paling banyak digunakan adalah dengan minyak pelumas dengan tipe pelumasan hidrodinamis.

(48)

2.6.2.1 Teori aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat/permukaan

datar

Gambar 2.16 Aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat/permukaan datar

Lihat lapisan minyak pelumas diantara dua plat AB dan CD, salah satu permukaan bergerak dengan kecepatan V, dan permukaan yang satunya (CD) diam, seperti pada gambar 2.16. kecepatan minyak saat kontak dengan CD adalah nol saat CD diam. Gaya pada minyak yang digambarkan dalam elemen kubus dx, dy, dz pada Setiap titik (xyz) seperti pada diagram, dimana F adalah gaya yang terjadi pada gesekan internal dan p adalah tekanan pada titik tersebut (xyz).

Berdasarkan hukum Newton:

F = v y 

(49)

Dimana  = koefisien kekentalan dan v = kecepatan pada arah x. Anggap elemen

dx.dy.dz berada dalam gerakan seragam pada arah x dan p 0 y   

(p adalah independent terhadap y), sehingga solusi gaya:

(F Fdy) F dx dz. p (p pdx) dy dz. 0

Sehingga hasilnya: F p

y x

 

  

Substitusi nilai F: v

Kemudian kita Integralkan persamaan (2.21) sehingga kita mendapatkan persamaan (2.22):

Lalu kita tentukan kondisi v=V ketika y=0 dan v=0 ketika y=h, didapat: 1

(50)

Dari sini fungsi internal pada persamaan (2.20) harus bernilai

,

F F

F dy pengganti F dy

y y

 dibuat negatif dan persamaan kecepatan menjadi:

1

2.6.2.2 Persamaan Tekanan Sommerfeld untuk Pelumasan Hidrodinamis

pada Bantalan Lucur

Gambar 2.17 Bantalan luncur dan tata namanya

Pada tahun 1904, A. J. W. Sommerafeld (1869-1951) menemukan suatu persamaan yang dapat menganalisa tekanan pada lapisan tipis minyak pelumas pada bantalan luncur, yang dikenal dengan persamaan Sommerfeld, yaitu:

(51)

Dapat juga ditulis:

p = tekanan pada minyaka pelumas (Pa)

0

p = tekanan suplai (Pa)

 = kecepatan putaran poros / journal (rpm) R = radius bantalan (m)

r = radiaus poros (m)

 = kelonggaran radiala (R-r) e = eksentrisitas

= perbandingan eksentrisitas

= e



 = viskositas minyak pelumas

h = tebal lapisan minyak pelumas  = posisi angular (o)

Dimana lapisan film minyak pelumas minimum adalah: h = (1.cos )

Sommerfeld juga memberikan solusi untuk beban total di sepanjang bantalan, yaitu sebagai berikut:

(52)

P=

2 2 . . (1 )

l r

k 



 (2.27)

Dimana:

P = Beban total di sepanjang bantalan (N) k = angka sommerfeld (Pa)

l = panjang bantalan (m) r = jari-jari poros (m)

(53)

BAB III

METODE PENGUJIAN

3.1 Diagram Alir Pengujian

Minyak Pelumas

Pengisian Minyak dan Pemanasan (warm up)

Pengujian Karakteristik Bantalan Luncur

Putaran 1500 rpm Putaran 1750 rpm Putaran 2000 rpm Putaran 1000 rpm Putaran 1250 rpm

Pencatatan Data

AnalisaHasilPengujian

Pengujian kekentalan_minyak pelumas

(54)

3.2 Variabel Pengujian

Pada pengujian ini variable pengujian untuk mendapatkan karakteristik tekanan bantalan luncur adalah kekentalan minyak pelumas (µ) dan kecepatan putaran poros (ω).

3.2 Peralatan Pengujian

Pengujian dilakukan di laboratorium Teknik Pelumasan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Alat yang digunakan adalah Alat uji Bantalan Luncur TM25 buatan TecQuipment Ltd, Inggris. Spesifikasi Alat Uji Bantalan Luncur adalah sebagai berikut:

 Dimensi Alat Uji:

 990 mm x 970 mm x 2850 mm dan 68 kg  Kondisi operasi:

 Pada Temperatur +50C sampai +400C

 Pada jangkauan kelembaban relative setidaknya 80% pada temperature <310C dan 50% pada temperature 400C

 Suplai energy listrik:

 Single phase 220 VAC 50 Hz  Spesifikasi Bantalan Luncur:

(55)

(56)

Gambar 3.3 Pandangan assembling peralatan bantalan luncur TM25

Keterangan gambar 3.3: A : Poros / journal

(57)

C : Bantalan luncur

D : Karet diafragma (Flexible rubber diaphragm) E : Piringan penutup bantalan

F : Petunjuk keseimbangan bantalan

H : Beban

I : Batang beban

Peralatan pengujian TM25 memiliki bantalan acrylic dan papan manometer yang besar, sehingga tekanan minyak pelumas pada bantalan dapat diobservasi dengan jelas. Poros motor penggerak dan journal memiliki putaran yang sama. Peralatan ini juga dilengkapi dengan variable kecepatan putaran pada unit control dan sensor kecepatan pada motor untuk melakukan percobaan pada kecepatan yang bervariasi.

Pada bantalan terdapat 16 (enam eblas) titik observasi untuk mengukur besarnya tekanan pada bantalan luncur. Dua belas titik berada di sekeliling (equispaced) bantalan, yang masing-masing berjarak/membentuk sudut 300, yaitu titik observasi yang bernomor 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, dan 16. Sedangkan empat titik berada pada arah aksial (lihat bantalan), yaitu titik 1, 2, 4 dan 5. Titik 3 dapat juga dianggap berada pada arah aksial (lihat gambar 3.3). Masing-masing titik pengujian dihubungkan ke tabung pada papan manometer dengan pipa plastic fleksibel, sehingga distribusi tekanan pada sekeliling bantalan dapat diobservasi pada manometer tersebut. Pada papan manometer terdapat 16 tabung/pipa yang menunjukan nilai tekanan untuk masing-masing titik tersebut, dan nilainya dalam satuan mm oil.

3.4 Pengisian Minyak Pelumas dan Pelumasan

(58)

dengan dua saluran sebagai pintu masuk minyak pelumas ke dalam bantalan. Reservoir juga dilengkapi dengan keran untuk membuka dan menutup aliran minyak pelumas ke bantalan.

Sebelum melakukan pengujian tekanan pada enam belas titik pengujian harus sama agar terjadi keseimbangan tekanan. Caranya dengan membuka keran masuk minyak pelumas.

Saat pengujian gelembung-gelembung udara harus dikeluarkan agar tidak terjadi kesalahan pembacaan tekanan. Salah satu caranya adalah dengan cara melakukan pemanasan atau warm up. Pemanasan dilakukan dengan menghidupkan motor dan meningkat kecepatan putaran secara bertahap sampai 1500 rpm, kemudian dibiarkan sampai satu jam setelah satu jam kecepatan putaran dikutangi hingga stabil pada 1000 rpm selama kira-kira 10 menit.

3.5 Pengujian Karakteristik (Distribusi Tekanan) Bantalan Luncur

Pengujian untuk mendapatkan karakteristik bantalan luncur ini menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 dan Federal 20W/50. Pada pengujian ini ditetapkan lima variasi kecepatan putaran, yaitu: 1000 rpm, 1250 rpm, 1500 rpm, 1750 rpm, 2000 rpm. Putaran poros ditetapkan searah jarum jam (clock wise).

Setelah dilakukan pemanasan (warm up), kemudian putaran poros ditetapkan pada kecepatan putaran terendah, yaitu 1000 rpm, lalu stabil pada putaran tersebut selama 10 (sepuluh) menit, kemudian dilakukan pembacaan pada papan manometer. Demikian pula untuk putaran 1250, 15000, 1750 dan 2000 rpm untuk masing-masing minyak pelumas.

3.6 Pengujian kekentalan minyak pelumas

(59)

Fissons, buatan Jerman, yang terdapat pada Laboratorium Fisika Lanjutan Universitas Sumatera Utara. Pengujian kekentalan dilakukan pada temperature ruang 280C dan pada 400C, karena kondisi pengujian kekentalan ini adalah berkisar 400C.

Menurut buku manual HAAKE Fissons, pengujian ini sesuai dengan standar DIN 53015.

Gambar 3.4 Viskometer HAAKE Fissons

3.7 Minyak Pelumas Yang Digunakan

(60)

BAB IV

DATA PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Data Pengujian Kekentalan Minyak Pelumas

Berikut adalah data-data hasil pengujian kekentalan minyak pelumas yang dilakukan di Laboratorium Fisika Lanjutan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, pengujian kekentalan pada penelitian ini menggunakan bola jatuh menurut Hoeppler.

Tabel 4.1 Data hasil pengujian massa pengukuran minyak pelumas Enduro SAE 20W/50

Bahan Volume Pengukuran

(cm)3

Masa Pengukuran

(gram)

Minyak Pelumas Enduro

SAE 20W/50 100 86,25

Tabel 4.2 Data hasil pengujian massa pengukuran minyak pelumas Federal

Bahan Volume Pengukuran

(cm)3

Masa Pengukuran

(gram)

Minyak Pelumas Federal

SAE 20W/50 100 85,5

Table 4.3 Data hasil pengukuran kekentalan minyak pelumas Oli Enduro SAE 20W/50 dengan menggunakan Viskometer Bola jatuh Menurut Hoepler

Temperatur Waktu bola jatuh bola baja, t (detik) Pengujian

(61)

= 4,9 detik

Table 4.4 Data hasil pengukuran kekentalan minyak pelumas Oli Federal SAE 20W/50 dengan menggunakan Viskometer Bola jatuh Menurut Hoepler

Temperatur Waktu bola jatuh bola baja, t (detik) Pengujian

5 5 4,9 4,9 4,7 4,7 4,7 4,6 4,5 4,5 47,5

= 4,75 detik

4.2 Data Pengujian Distribusi Tekanan

Pengujian distribusi tekanan pada bantalan luncur dilakukan di laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Alat yang digunakan adalah Alat Uji Bantalan Luncur TM25 buatan TecQuipmant Ltd, Inggris.

Data-data hasil pembacaan tekanaan pada papan manometer peralatan banatalan luncur TecQuipment TM25 menggunakan minyak pelumas Federal Oil SAE 20W/50), serta minyak pelumas oli kemasan Enduro SAE 20W/50.

Perlu diketahui bahwa titik 1.2,3,4 dan 5 berada pada arah aksial (lebar bantalan), sedanakan distribusi tekanan di sekeliling lingkaran (objek utama penelitian ini) ditunjukan oleh titik pengujian 3,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 dan 16. Masing-masing titik pada keliling bantalan

(62)

Tabel 4.6 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50

No.

Kecepatan Poros (rpm)

Titik Awal Pengujian

Pembacaan manometer pada setiap Nomor Pipa

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 1000 650 720 770 780 775 730 760 640 520 480 460 485 480 535 605 680 770

2 1250 650 800 860 875 870 805 870 710 475 325 275 340 410 510 605 700 805

3 1500 650 840 900 920 910 845 920 745 460 255 190 275 365 685 605 715 830

4 1750 650 860 920 940 930 870 945 770 450 215 150 240 345 475 600 720 845

(63)

Tabel 4.7 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas oli Federal SAE 20W/50

No.

Titik Awal Pengujian

Pembacaan manometer pada setiap Nomor Pipa

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 1000 650 760 820 830 835 765 810 640 520 480 460 485 480 535 605 680 770

2 1250 650 835 908 915 905 835 925 710 475 325 275 340 410 510 605 700 805

3 1500 650 870 930 950 940 875 970 745 460 255 190 275 365 685 605 715 830

4 1750 650 880 945 970 955 890 995 810 450 215 150 240 345 475 600 720 845

(64)

4.3 Analisa Hasil Pengijuan Kekentalan Minyak Pelumas

Analisa pengujian kekentalan minyak pelumas dilakukan pada data hasil penujian dengan temperature 400C.

1. Minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50

(7,7-0,8625).12,54 (6,8375).12,54 = 420,137 cP

2. Minyak pelumas oli Federal SAE 20W/50

(7,7-0,855).12,54 (6,845).12,54 = 407,72243 cP Dimana:

Massa jenis bola uji (gram/cm3)

Massa jenis pengukuran minyak pelumas (gram/cm3) Waktu rata-rata jatuhnya bola baja (detik)

K = konstanta bola baja (gram) µ = Kekentalan dinamik (cP)

(sumber : Fisika untuk universitas edisi ke-7 jilid 1)

(65)

Enam belas titik pengujian pada peralatan bantalan luncur Tec Quipment TM25 menunjukkan distribusi tekanan yang terjadi di sekeliling bantalan luncur. Observasi pada manometer akibat adanya tekanan di sekeliling bantalan luncur, sehingga data yang didapat adalah kenaikan permukaan minyak dalam satuan mm oli, oleh karena itu didapat nilai dari tekanan yang terjadi di sekeliling bantalan:

Dimana:

P = Tekanan (Pa)

= massa jenis minyak pelumas (kg/m3) g = gaya gravitasi (9,81 m/det2)

h1 = tinggi permukaan minyak hasil pengamatan (m)

h2 = tinggi mula-mula permukaan minyak pada manometer (m)

(Sumber: Analisa karakteristik bantalan luncur terhadap minyak pelumas, tugas sarjana, departemen teknik mesin USU, Medan 2003)

Pada titik 1.

Menggunakan minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50 putaran 1000 rpm

P = 862,5 . 9,81 (0,720 – 0,65) = 862,5 . 9.81 . (0,07)

= 592,27 Pa

(66)

= 855 . 9.81 (0,11) = 922,63 Pa

(67)

Tabel 4.8 Data tekanan yang terjadi di sekeliling bantalan yang menggunakan minyak pelumas oli kemasan Enduro SAE 20W/50

Distribusi Tekanan Pada Setiap Pengujian pada Bantalan (Pa)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

(68)

Tabel 4.9 Data tekanan yang terjadi di sekeliling bantalan yang menggunakan minyak pelumas oli kemasan Federal SAE 20W/50

Distribusi Tekanan Pada Setiap Pengujian pada Bantalan (Pa)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

(69)

Gambar 4.1 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50

(70)

Gambar 4.2 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50

(71)

Lembar diskusi untuk grafik 4.1 - 4.2

Untuk grafik distribusi tekanan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50 dan minyak pelumas oli Federal SAE 20W/50 adalah sebagai berikut:

1. Pada gambar grafik 4.1 yang menggunakan minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50. Tekanan minyak pelumas pada titik 1 belum sampai pada tekanan 800 Pa. Sedangkan pada pada gambar grafik 4.3 yang menggunakan minyak pelumas oli Federal SAE 20W/50, tekanan minyak pelumas pada titik 1 sudah mencapai tekanan 800 Pa.

2. Pada setiap putaran untuk kedua jenis minyak pelumas, tekanan maksimum terjadi pada titik 3 dan kembali turun sampai ke titik 5.

(72)

(73)

Gambar 4.3 Grafik ditribusi tekanan Sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro 20W/50

(74)

(75)

‐5000

‐4000

‐3000

‐2000

‐1000 0 1000 2000 3000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

oli

enduro

putaran

1750

rpm

oli enduro putaran 1750 rpm

(76)

(77)

(78)

(79)

(80)

Gambar 4.10 Grafik ditribusi tekanan Sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Fedaral 20W/50

(81)

Gambar 4.11 Grafik ditribusi tekanan Sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal 20W/50

(82)

Gambar 4.12 Grafik gabungan ditribusi tekanan Sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Fedaral 20W/50

(83)

Gambar 4.13 Grafik gabungan ditribusi tekanan Sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro 20W/50

(84)

Lembar diskusi untuk grafik 4.8 - 4.12

Untuk grafik distribusi tekanan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50 dan minyak pelumas oli Federal SAE 20W/50 adalah sebagai berikut:

1. Terjadi gerakan penurunan tekanan minyak pelumas terhadap bantalan luncur, penurunan tekanan dimulai dari titik 8 posisi angular 900, sampai titik 14 posisi angular 2700. Untuk minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50 terjadi penurunan tekanan khusus pada putaran 1000 terjadi pada titik 7 posisi angular 600. Penurunan tekanan pada minyak pelumas oli Enduro SAE 20W/50 terjadi sampai titik 14 posisi angular 2700.

2. Sedangkan untuk minyak pelumas oli Federal SAE 20W/50 penurunan tekanan pada grafik terjadi pada titik 8 posisi angular 900 sampai titik 13 posisi angular 2400.

3. Gerakan penurunan tekanan pada grafik terjadi karena pengaruh tekanan atmosfer, yaitu berada di bawah tekanan atmosfer atau berada pada posisi vacuum (kedap uadar). Terjadi vacuum juga bias dipengaruhi oleh titik observasi pada bantalan luncur yaitu titik 8,9,10,11,12 dan 13 posisi angular 900,1200,1500,1800,2100 dan 2400 berada pada bantalan luncur. 4. Grafik kembali naik dimulai dari titik 14 posisi angular 2700 sampai titik 3

(85)

4.5 Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Menggunakan Persamaan

Tekanan Sommerfeld

Hasil percobaan di analisa menggunakan persamaan tekanan Sommerfeld.

Persamaan tekanan Sommerfeld untuk bantalan luncur adalah sebagai berikut

(persamaan 2.26):

Jika nilai diganti dengan K, maka persamaan menjadi:

(Sumber: Mata kuliah teknik pelumasan, A.Halim Nasution.M,Sc.

Departemen Teknik Mesin USU)

Dari grafik ditentukann titik tekanan maksimum max, pada kasus ini adalah

pada max = 1949,9 Pa.

Oleh karena itu:

(Sumber: Mata kuliah teknik pelumasan, A.Halim Nasution.M,Sc.

(86)

Dari kurva pengujian bantalan luncur menggunakan minyak pelumas SAE 20W/50

pada putaran 1000 rpm:

Dimana:

Untuk mendapatkan nilai yang memenuhi, masing-masing harga tersebut

dimasukkan ke dalam persamaan di bawah ini:

(87)

= 0,43

K = 1110,6 P

Dengan cara yang sama nilai dan k dapat diperoleh untuk masing-masing pengujian

dan hasilnya pada table berikut.

Table 4.15 Nilai ( ) dan (k) terhadap minyak pelumas Enduro 20W/50.

Putaran poros

Table 4.15 Nilai ( ) dan (k) terhadap minyak pelumas Federal 20W/50.

(88)

1750 4373,6 0,43 2834,0

2000 4413,0 0,43 2859,6

4.6 Analisa Beban Bantalan Luncur

Beban total sepanjang bantalan luncur sesuai persamaan yang diberikan oleh

Sommerfeld (persamaan 2.27) adalah :

Dimana:

L = panjang efektif bantalan = 0,007

R = jari-jari poros = 0,025 m

K = angka Sommerfeld untuk bantalan luncur

(89)

Beban total yang terjadi pada pengujian bantalan luncur terhadap minyak pelumas

SAE 20W/50:

Pada putaran 1000 rpm:

= 0,43

K = 1110,6

Maka :

= 13,5 N

= 0,43

K = 1464,0

Maka :

= 17,8 N

= 0,43

K = 1613,0

Maka :

= 19,7 N

(90)

= 0,43

K = 1663,4

Maka :

= 20,3 N

= 0,43

K = 1688,6

Maka :

= 20,6 N

Dengan cara yang sama dilakukan perhitungan untuk setiap putaran poros.

Daftar beban total bantalan untuk ke empat Janis minyak pelumas dapat dilihat pada

table berikut:

Table 4.19 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas Enduro SAE

20W/50

Putaran poros (rpm)

K P (Newton)

1000 0,43 1110,6 13,5

1250 0,43 1464,0 17,8

(91)

1750 0,43 1663,4 20,3

2000 0,43 1688,6 20,6

Tabel 4.20 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas Federal SAE

20W/50

1500 0,43 2808,5 34,3

1750 0,43 2834,0 34,6

2000 0,43 2859,6 34,9

4.7 Pembahasan Terhadap Grafik Distribusi Tekanan

4.7.1 Pengaruh putaran poros terhadap tekanan pada bantalan

Berdasarkan hasil percobaan terhadap 2 sampel jenis minyak pelumas Enduro

dan Federal, pada grafik dapat dilihat perbedaan tekanan yang berbeda pada setiap

putaran poros.

Tekanan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 pada bantalan luncur lebih

rendah dibandingkan dengan tekanan minyak pelumas Federal SAE 20W/50.

Pengaruh perbedaan tekanan diantara kedua jenis sampel minyak pelumas ini karena

perbedaan kekentalan, dan penambahan aditif pada oli kemasan yang tidak sesuai

(92)

4.7.2 Tekanan maksimum dan minimum pada bantalan setiap putaran poros

 Minyak pelumas Enduro SAE 20W/50

Putaran 1000 rpm

Pmax = 930,7 (pada titik 6 posisi angular 300) Pmin = -1607,6 (pada titik 10 posisi angular 1500) Putaran 1250 rpm

Pmax = 1861 (pada titik 6 posisi angular 300) Pmin = -3172,9 (pada titik 10 posisi angular 1500) Putaran 1500 rpm

Pmax = 2665 (pada titik 6 posisi angular 300) Pmin = -4399,8 (pada titik 10 posisi angular 1500)

 Minyak pelumas Federal SAE 20W/50

Putaran 1000 rpm

(93)

Pmin = -3858,3 (pada titik 10 posisi angular 1500) Putaran 1750 rpm

(94)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian tekanan minyak pelumas pada bantalan luncur

menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 dan Federal SAE 20W/50

adalah sebagai berikut:

1. Kekentalan (Viscositas) minyak pelumas Enduro dengan Federal berbeda

walaupun memiliki SAE yang sama. Dari hasil penelitian atau pengujian

kekentalan (Viscositas) minyak pelumas Enduro lebih tinggi dibandingkan

dengan Federal.

2. Perbedaan kekentalan antara minyak pelumas Fedderal dengan Endruo terjadi

karena ada kemungkinan penambahan aditif yang terlalu banyak atau

berlebihan yang dilakukan oleh produsen karena penambahan aditifharus

sesuai dengan rekomendasi pabrikan pembuat aditif tersebut.

Karena aditif dapat memberikan sifat yang baru pada minyak pelumas yang

tidak dimikili sebelumnya.

3. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh karakteristik distribusi tekanan minyak

pelumas Enduro dan Minyak pelumas Federal yaitu:

a. Karakteristik distribusi tekanan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50

pada bantalan luncur lebih baik dibandingkan dengan jenis minyak

pelumas yang lainnya yang telah diuji.

b. Tekanan yang semakin kecil akibat putaran poros ditingkatkan

mengakibatkan titik tengah poros ban bantalan semakin memusat.

(95)

tebal, yang mengakibatkan berkurangnya tekanan pada dinding

bantalan luncur.

4. Peningkatan tekanan terjadi pada minyak pelumas Enduro. Dengan

peningkatan tekanan minyak pelumas pada bantalan luncur dapat

mengakibatkan usia bantalan luncur menjadi lebih singkat.

5. Berdasarkan hasil penelitian, dari grafik distribusi tekanan Sommerfield

terlihat jelas bahwa tekanan minyak pelumas Enduro lebih tinggi

dibandingkan minyak pelumas Federal.

5.2 Saran

1. Pengaruh temperatur sangat besar terhadap kekentalan minyak pelumas, oleh

karena itu diperlukan alat untuk mengukur kekentalan minyak pelumas saat

mesin beroperasi.

2. Getaran terjadi pada alat uji dapat mengganggu pembacaan tekanan pada

manometer, oleh karena itu diharapkan pada penelitian selanjutnya diperlukan

analisa untuk mengetahui pengaruh getaran tersebut.

3. Diperlukan penelitian lanjutan pada bantalan luncur untuk mengetahui