Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur yang Menggunakan Minyak Pelumas Oli Drum dan Minyak Pelumas Oli Kemasan Tanpa Aditif dengan Variasi Putaran

(1)

ANALISA TEKANAN MINYAK PELUMAS PADA

BANTALAN LUNCUR YANG MENGGUNAKAN MINYAK

PELUMAS OLI KEMASAN DAN MINYAK PELUMAS OLI

DRUM DENGAN VARIASI PUTARAN

SKRIPSI

YangDiajukanUntukMelengkapi

SyaratMemperolehGelarSarjanaTeknik

NIM : 080401127 NICO ALLANDA

DEPARTEMEN

TEKNIK

MESIN

FAKULTAS

TEKNIK

UNIVERSITAS

SUMATERA

UTARA

(2)

KATA

PENGANTAR

PujiandanrasasyukurpenulisucapkankepadaTuhanYangMahaKuasa

karenaatasberkatkarunia-Nya,Skripsiinidapatselesaidenganbaik.Skripsiini

diajukanuntukmelengkapisyaratdanmelengkapistudiuntukmemperolehgelar

Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum

DepartemenTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSumateraUtara.

Skripsiinimembahastentangteknikpelumasanpadabantalanluncuryang

dilumasidenganminyakpelumasOli kemasan dan Oli drum, yang

berjudul,“Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur yang Menggunakan Oli Drum

dan Oli Kemasan Tanpa Aditif dengan Variasi Putaran”.

DenganterselesainyaSkripsiini,padakesempataniniPenulis

mengucapkanterima-kasihyangsebesar-besarnyakepada :

1. OrangTuadanseluruhkeluargatercintayangtelahmemberikandukungan

baikmorilmaupunmaterilkepadapenulistanpapamrih.

2. BapakIr.H.AHalimNasution,M.Sc.selakudosenpembimbingSkripsi

yang telah meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis

dalammenyelesaikanSkripsiini.

3. BapakDr.Ing.Ir.IkhwansyahIsranuriselakuKetuaDepartemenTeknik

MesinFakultasTeknikUniversitasSumateraUtara.

4. BapakIr. M. Sahril Gultom, MTselakuSekretarisDepartemen

(3)

5. Bapak Ir.Muifi Hazwi M.Sc selaku dosen penguji 1.

6. Bapak Ir.Alfian Hamsi M.Sc selaku dosen penguji 2.

7. SeluruhStafPengajar danPegawaidiLingkunganDepartemenTeknik

MesinFakultasTeknikUniversitasSumateraUtara.

8. SemuamahasiswaTeknikMesinumumnya, dankhususnyasesama

rekan-rekanstambuk2008.

PenulistelahmencobasemaksimalmungkingunatersusunnyaSkripsiini

dengan baik. Penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang

bersifatmembangun.Akhirkata,PenulismengharapkansemogaSkripsiinidapat

bermanfaatbagipembaca.

Medan, 10Maret2012

Penulis

NIM:080401127

(4)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2000 /TS/2012 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /2012

MEDAN PARAF :

TUGAS SARJANA

NAMA

: NICO ALLANDA

NIM

: 080401127

MATA PELAJARAN

: TEKNIK PELUMASAN

SPESIFIKASI

: ANALISA TEKANAN MINYAK

PELUMAS PADA BANTALAN

LUNCUR YANG MENGGUNAKAN

MINYAK PELUMAS OLI DRUM DAN

MINYAK PELUMAS OLI KEMASAN

DENGAN VARIASI PUTARAN

DIBERIKAN TANGGAL : 09 / 02 / 2012

SELESAI TANGGAL : 16 / 05 / 2012

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN, 16 FEBRUARI 2012

DOSEN PEMBIMBING,

(5)

KARTU BIMBINGAN

NO: 2000 / TS / 2012

TUGAS SARJANA MAHASISWA

Sub. Program Studi : Konversi Energi / Teknik Produksi Bidang Tugas : Teknik Pelumasan

Judul Tugas : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur yang Menggunakan Minyak Pelumas Oli Drum dan Minyak Pelumas Oli

Kemasan Tanpa Aditif dengan Variasi Putaran Diberikan Tgl : 09 februari 2012 Selesai Tgl :

Dosen Pembimbing : Ir.A. Halim Nasution. M.sc Nama Mhs : Nico Allanda N.I.M : 080401127

NO Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda tangan Dosen Pemb

1 16-2-2012 Acc eksperimen

2 03-3-2012 Acc Pendahuluan dan Tinjauan Pustaka

3 13-3-1212 Acc Metode Pengujian

4 16-3-2012 Acc Hasil Pengujian

5 20-3-2012 Acc Data Pengujian dan Analisa

6 26-3-2012 Acc Kesimpulan dan Saran

7 03-4-2012 Acc Diseminarkan

8

9

10

Diketahui

Catatan : Ketua Departemen Teknik Mesin

1. Kartu ini harus diperlihatkan pada dosen Pembimbing Setiap asistensi

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi 3. Kartu ini harus dikembalikan ke departemen,

bila kegiatan asistensi telah selesai

(6)

DAFTARISI

KATA PENGANTAR...i

SPESIFIKASITUGAS...iii

KARTUBIMBINGAN...iIV DAFTARISI...iV DAFTARGAMBAR...iX DAFTARTABEL...Xiii DAFTARNOTASI...XV BABI PENDAHULUAN...1

1.1 LatarBelakang...1

1.2 MaksuddanTujuan...3

1.3 BatasanMasalah...4

BABII TINJAUANPUSTAKA...5

2.1 GesekandanKeausan...5

2.2 PengertianPelumasan...5

2.3 FungsiBahanPelumas...6

2.4 Tipe-tipePelumasan...8

2.4.1 Pelumasanhidrodinamis...8

(7)

2.4.3 Pelumasanbidangbatas...10

2.4.4 Pelumasantekananekstrim...11

2.4.5 Pelumasanpadat...11

2.4.6 Pelumasanhidrostatis...13

2.5 Kekentalan(Viscosity)...14

2.5.1 Kekentalandinamikdankekentalankinematik...14

2.5.2 Klasifikasikekentalanminyakpelumas...18

2.5.3 Minyakpelumasmultigrade...21

2.5.4 Pengaruhtemperaturdantekananterhadapkekentalan...23

2.6 Pengukuran/PengujianKekentalanMinyakPelumas...26

2.6.1 Viskometerbolajatuh(FallingSphereViscometers)...26

2.6.1.1 ViscometerBolaJatuhYang MemenuhiHukum Stokes...26

2.6.1.2 ViskometerBolaJatuhMenurutHoeppler...28

2.6.2 Viskometerrotasional...29

2.6.3 Viskometerpipakapiler...30

2.6.4 Viskometerconeandplate...31

2.6.5 ViskometerTipelain...32

2.7 AditifminyakPelumas...33

2.8 BantalanLuncurdanPelumasanpadaBantalanLuncur ...36

2.8.1 BantalanLuncur...36

2.8.2 Pelumasanhidrodinamispadabantalanluncur...37

(8)

2.8.2.2 PersamaantekananSommerfelduntukpelumasan

Hidodinamispadabantalanluncur...40

BABIII METODEPENGUJIAN...43

3.1 DiagramAlirPengujian Tekanan Minyak Pelumas...43

3.2 VariabelPengujian Tekanan Minyak Pelumas...44

3.3 PeralatanPengujian Tekanan Minyak Pelumas...44

3.4 PengisianMinyakPelumasdanPemanasan...48

3.5 PengujianKarakteristikBantalanLuncur...49

3.6 PengujianKekentalanMinyakPelumas...49

3.7 MinyakPelumasdanAditifyangDigunakan...50

BABIV DATAPENGUJIANDANANALISA...51

4.1 Data pengujiankekentalanminyakpelumas...51

4.2 Datapengujiandistribusitekanan...52

4.3 Analisahasilpengujiankekentalanminyakpelumas...58

4.4 Analisa pengujiandistribusitekananpadabantalan...60

4.5 AnalisaTekananpadabantalanmenggunakanpersamaan Sommerfeld...93

4.6 AnalisaBebanBantalanLuncur...96

4.7 PembahasanTerhadapGrafikDistribusiTekanan...100

4.7.1 Pengaruh Putaran Poros Terhadap Tekanan Pada Bantalan Luncur...100

(9)

BABV KESIMPULANDANSARAN...104

5.1 Kesimpulan...104

5.2 Saran...105

DAFTARPUSTAKA...106

(10)

DAFTAR GAMBAR

HALAMAN

Gambar 2.1 Pelumasan hidrodinamis untuk gerakan meluncur pada

bidang rata 9

Gambar 2.2 Pelumasan hidrodinamis pada roller yang bergerak relatif

pada bidang rata 10

Gambar 2.3 Pendefinisian kekentalan dinamik menurut hukum newton

tentang aliran viskos 16

Gambar 2.4 Pengaruh tekanan terhadap kekentalan, persamaan barus

dan persamaan koeland 25

Gambar 2.5 Pengaruh temperatur terhadap minyak pelumas SAE pada

tekanan atmosfer 27

Gambar 2.6 Viskometer bola jatuh yang memenuhi hukum stokes 28

Gambar 2.7 Viskometer bola jatuh menurut hoeppler 29

Gambar 2.8 Viskometer rotasional 31

Gambar 2.9 Beberapa jenis tipe viskometer pipa kapiler 32

Gambar 2.10 Viskometer ferranti-cone and plate viskometer 33

Gambar 2.11 Prinsip kerja cone-and-palte viskometer 33

Gambar 2.12 Viskometer stormer 34

Gambar 2.13 Viskometer saybolt 34

Gambar 2.14 Viskometer mac michael 35

Gambar 2.15 Bantalan luncur 37

Gambar 2.16 Aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat / permukaan

datar 38

Gambar 2.17 Mekanisme pulumasan hidrodinamis pada bantalan luncur 40

Gambar 2.18 Distribusi tekanan dan geometri bantalan luncur 40

Gambar 3.1 Diagram alir penguji 43

Gambar 3.2 Alat uji bantalan luncur tecaupment TM 25 45

Gambar 3.3 Pandangan asembling peralatan bantalan lucnru TM 25 46

Gambar 3.4 Viskometer bolajatuh menurut Hoppler merek

(11)

Gambar 4.1 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas arah

aksial pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas

oli kemasan SAE 20W/40 66

oli kemasan SAE 40W 67

oli drum SAE 20W/40 68

oli drum SAE 40W 69

Gambar 4.5 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada

bantalan luncur menggunakan minyak pelumas oli kemasan

SAE 20W/50 putaran 1000 rpm 71

bantalan luncur menggunakan minyak pelumas oli drum

(12)

SAE 40W putaran 1000 rpm 82

(13)

(14)

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 visccosity clasification) 22

Tabel 2.4 Klasifikasi multigrade SAE crankcase oil viscosity 23

Tabel 4.1 Data hasil pengujian masa pengukuran minyak pelumas

oli kemasan 51

Tabel 4.2 Data hasil pengujian masa pengukuran minyak pelumas

oli drum 51

Tabel 4.3 Data hasil pengukuran kekentalan minyak pelumas oli

kemasan SAE 20W/40 52

kemasan SAE 40W 52

drum SAE 20W/40 52

drum SAE 40W 53

Tabel 4.7 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan

pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas

oli kemasan SAE 20W/40 54

pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumas

oli kemasan SAE 40W 55

pada bantalan luncur yang menggunkan minyak pelumas

(15)

pada bantalan luncur yang menggunkan minyak pelumas

oli drum 40W 57

Tabel 4.11 Data tekanan yang terjadi disekeliling bantalan menggunakan

minyak pelumas oli kemasan SAE 20W/40 62

minyak pelumas oli kemasan SAE 40W 63

minyak pelumas oli drum SAE 20W/40 64

minyak pelumas oli drum SAE 40W 65

Tabel 4.15 Nilai dan k terhadap minyak pelumas oli kemasan

SAE 20W/40 95

SAE 40W 95

Tabel 4.17 Nilai dan k terhadap minyak pelumas oli drum

SAE 20W/40 95

SAE 40W 96

Tabel 4.19 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas

oli kemasan 20W/50 99

oli drum 40W 99

oli drum 20W/40 99

(16)

DAFTAR

NOTASI

Notasi Arti Satuan

A Luaspermukaan m2

D Diameterbantalan m

d Dimeterporos/journal m

e Eksentrisitas m

g gravitasibumi m/s2

h,dy Teballapisanminyakpelumas m

hm Tebalminimumlapisanminyakpelumas m

K KonstantabolaujiviskometerHaake

k AngkaSommerfelduntukbantalanluncur Pa

l Lebarefektifbantalan m

Ob Titikpusatbantalan

-Oj Titikpusatporos

-P Bebanpadabantalan N

p Tekananminyakpelumas Pa

po Tekanansuplai Pa

R Jari-jaribantalan m

r jari-jariporos/journal m

t Waktu detik(s)

฀

(17)

δ Kelonggaranradial m

ε PerbandinganEksentrisitas

-τ Tegangangeserfluida N/m2

θ Sudutpengukuranradial/angular derajat(°)

θm Sudutpengukuranradial/angularpadatekanan derajat(°)

maksimum

u Kecepatanrelatifpermukaan m/s

μ Kekentalandinamik Poise(P)

ν Kekentalankinematik Stokes(S)

Rapatmassa kg/m3

(18)

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 oli kemasan SAE 20W/40,SAE 40W dan minyak pelumas oli drum SAE 20W/40 ,SAE 40W 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.

(19)

BAB

I

PENDAHULUAN

1.1

Latar

Belakang

Dalam sistem perawatan elemen mesin telah dikenal luas teknik

pelumasan,yangberperanpentingdalammengendalikangesekandankeausan.

Pada mesin-mesin yang yang mempunyai bagian-bagian bergerak relatif satu

sama lain dan saling bergesekan pasti selalu dibubuhkan minyakpelumaske

bagian yang bergesekantersebut untuk membuat gesekandankeausan

menjadisekecilmungkin.Gesekanyangtidakbisa dikendalikantidaksajamemberi

kerugianlangsung dalamenergidanmaterial,jugadapat berpengaruh langsung

pada kinerja mesin. Gesekan dan gerakan yang tidak terkendalikan tersebut dapat

menyebabkantemperaturbagianyangbergesekanmenjadilebihtinggi

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

diperlukanuntukmereparasimesin.

Dengan mengendalikanbagian yang bergerak dan bagian yang bergesekan

tersebut diharapkan dapat memperpanjang umurdarielemenmesindanmencegah

kegagalandarielemenmesin tersebut. Olehkarena ituteknik atausistem

pelumasan harusdipertimbangkandalamsetiap perancangan mesinkhususnya

(20)

Fenomenapelumasandapatdilihatpadahampirsemuajenisbantalanyang

berfungsimenumpuporos. Tipeyangpalingumumdigunakanadalahbantalan

gelinding (rollerbearing) dan bantalan luncur (journalbearing), sebab konstruksinyasederhana,mudahdalampekerjaanbongkar-pasang,hargarelatif

murahdanmudahdalampelumasannya.

Pada bantalan luncur, tipe pelumasan yang biasa dijumpai adalah

pelumasanhidrodinamis.Bantalanluncurmerupakantipebantalanhidrodinamis

yangpalingbanyakdigunakandalampraktek.

Penelitianmengenaibantalanluncurtelahbanyakdilakukan,baikanalitis

dan experimental, untuk mempelajari dan mengetahui karakteristik bantalan

luncur.Penelitipertamayangtercatatdalamsejarahyangmenelitibantalanluncur

adalah Beauchamp Tower, saat meneliti bantalan luncur roda kereta api di

laboratoriumnyapadaawaltahun1980-anuntukmengetahuimetodepelumasan

terbaikpadabantalantersebut.Bermulapadasuatukejadianerror,saatmelakukan

penelitiantersebutBeauchampTowerterkejutsaatminyakpelumaspadabantalan

menyembur keluar melalui lubang pada bagian atas yang dibuat sendiri pada

peralatan bantalan uji miliknya. Diambil kesimpulan bahwa minyak pelumas

diantaraporos(journal) danbantalan berada di bawahtekanan, dandistribusi tekanan tersebut dapat mengangkat/mendukung poros pada bantalan. Tercatat

Towermelaporkanhasilpenelitiannyaempat kali, namunyangpalingterkenal

(21)

KemudianhasileksperimenBeauchampTowerdianalisadandijelaskansecara

teoritisolehOsborneReynolds,yangkemudianmelaporkantulisannyapadatahun

1886. Didalam laporan tersebut juga dijelaskan mengenai adanya distribusi

tekananpadalapisanpelumasyangmemisahkanporosdanbantalan.

DistribusitekananyangterjadipadabantalanluncurjugatelahdianalisaA.J.W

Sommerfeld,dansolusinyadiberikandalampersamaanSommerfeld.Persamaan

tekanan Sommerfeld juga memberikan solusi dalam bentuk grafik, sehingga

mudahdalammenganalisafenomenatekananpadabantalanluncur.

Namun untuk memperoleh prediksi yang akurat tentang performa dan

karakteristik bantalan luncur di bawah berbagai kondisi operasi sangat sulit

diperoleh,haltersebutterjadiseiringdenganperkembanganteknologibantalan,

variasikecepatandanbebansertapeningkatankualitasbahanpelumas,misalnya

minyakpelumasmultigrade.

Penelitian ini adalah lanjutan dari penelitian yang dilakukan oleh

AmechrislerSinurat(2003),yangmengujikarakteristikbantalanluncurterhadap

minyak pelumas multigrade. Pada penelitian tersebut Amechrisler Sinurat

menggunakan3sampelpelumasmultigrade.Dariketigasampeltersebuttercatat

pelumasSAE15W/50memilikikarakteristikyanglebihbaikdariketigapelumas

tersebut. Oleh karena itu penulis terdorong untuk melakukan penelitian atau

pengujianterhadaptekanan minyak pelumas pada bantalan luncur yang

menggunakan minyak pelumas oli kemasan dan minyak pelumas oli drum.

(22)

1.2

Maksud

dan

Tujuan

Maksuddantujuandaripenelitianiniadalah:

• Mengetahuiperbedaan tekanan dan kekentalanminyakpelumasoli drum dengan

oli kemasan

• Mengetahuikarakteristikbantalanluncur,yaitudistribusitekananpada

lapisanminyakpelumasbantalanluncurterhadapperubahankecepatan

porosataujournal.

• Memperoleh karakteristik distibusi tekanan bantalan luncur terhadap

minyak pelumas oli kemasan dan minyak pelumas oli drum.

• Untuk mengetahui pengaruh peggunaan oli drum terhadap bantalan luncur

dan terhadap putarannya

•Menggambarkan kurva tekanan menurut teori tekanan atau persamaan tekanan

sommerfeld untuk bantalan luncur

(23)

1.3

Batasan

Masalah

Pembatasanmasalahpenelitianiniadalahuntukmemperolehkarakteristik

bantalan luncur terhadap perubahan kecepatan poros menggunakan minyak

pelumasoli kemasan dan oli drum sebagai perbandingan.

Karakteristikbantalanluncuryangdianalisapadapenelitianiniadalah

distribusitekananlapisanminyakpelumaspadabantalanluncur.

Sifatataukarakteristikminyakpelumasyangdiperlukandalampenelitian

iniadalahsifatfisikayaitukekentalanminyakpelumas.

Minyak pelumas yang digunakan dalam percobaan ini adalah minyak

Pelumas olikemasanSAE20W/40 dan SAE 40W.

Sedangkan minyak pelumas oli drum yang digunakan sebagai perbandingan adalah

SAE 20W/40 dan SAE 40W.

Putaranporosyangdipilihpadapenelitianiniadalahputaran1000rpm.

(24)

BAB

II

TINJAUAN

PUSTAKA

2.1

Gesekan

dan

Keausan

Ketikasuatupermukaanbergerakrelatifterhadappermukaanlainnyadi

bawah pengaruhtekanan yang diberikan maka gaya yang bekerjapada kedua

permukaan bersinggungan tersebut akan timbul tahanan tehadap gerakan,

fenomenainimenunjukkanadanyagesekan.Adatigatipedasargesekanyakni,

gesekanluncur,gesekanmenngelindingdangesekanfluida.Gesekanmeluncur

dan gesekan menggelinding adalah gesekan kering, sedangkan gesekan fluida

adalah gesekan basah. Disebut gesekan basah karena ada lapisan fluida yang

memisahkansecarasempurnapadasalahsatuataukeduapermukaanbergesekan.

Ketikaduaataulebihpermukaanmengalamigesekan,makaadakecenderungan

keduapermukaantersebutakanmengalamikeausan.Gesekanjugadapatmerusak

komponen mesin karena adanyaenergigesekan tersebut yang diubah menjadi

kalor. Fenomena tersebut banyak ditemukan pada elemen-elemen mesin, baik

yang bergerak translasi, rotasi maupun gabungan keduanya. Ring piston dan

slinder,porosdanbantalan,rodagigi,sabukdanpuliadalahcontohelemenmesin

(25)

2.2

Pengertian

Pelumasan

Gesekandankeausandalamelemenmesinharusdikendalikan,supaya

mesintersebutdapatbekerjaoptimalbaikpadasaatstasionermaupunpadasaat

beban puncak/maksimum. Dengan mengendalikan gesekan pada elemen juga

dapat memperpanjang masa hidup atau masapakaimesintersebut. Cara yang

paling efektif dan banyak digunakan untukmengendalikan gesekan tersebut

adalahdengansuatuteknikyangdisebutpelumasan.

Pelumasan adalah suatu cara untuk mengurangi dan memperkecil

gesekandankeausandiantarapermukaan-permukaanyangbergerakrelatifsatu

samalaindenganmenempatkanbahanpelumasdiantarakeduapermukaanyang

bergeraktersebut.Bahanpelumasyangumumadalahberupacairan(liquids)dan

semi-liquid, tapidapatjugaberupapadatataugas,ataukombinasicair,padatdan

gas.Bahanpelumasdalamwujudcairanseringdisebutdenganminyakpelumas.

2.3

Fungsi

Bahan

Pelumas

Bahanpelumasbanyakdigunakansepertipadamotorbakar,baikuntuk

pembakarandenganbusi(siklusOtto)maupununtukpembakarandengantekanan

(siklusDieseldansiklusDual).

Bahanpelumas juga digunakanpadasektor industri, misalnyauntuk bantalan,

rodagigipompamaupunkompresor,turbindanlain-lain.Dalamhalinitermasu

pemanasan dan pendinginan pada industribaja, pertambangan, industrikertas,

industritekstil, dan sebagai pendingin dan pelumas untuk mata pahat mesin

(26)

Padabeberapapenggunaandiperlukanminyakpelumasyangdapatbekerjapada

intervaltemperatur yang besar, dengankata laindiperlukan indekskekentalan

minyakpelumasyangbesar,misalnyapadaturbingas.

Bahanpelumasumumnyamempunyaikekentalanyangrelatiftinggi,karenanya

fluiditas atau kemampuannya untuk mengalir relatifrendah. Dengan demikian

sifatinidapatdimanfaatkanuntukmelindungisistemdarikontaminasiudaraluar.

Dengankatalain,bahan pelumasdapatberperansebagaipaking(seal).

2.4

Tipe-Tipe

Pelumasan

2.4.1

Pelumasan

Hidrodinamis

Pelumasan hidrodinamis (HydrodynamicLubrication) adalah tipe pelumasandimanagerakanrelatifdarigerakanmeluncurpadasebuahpermukaan

menyebabkan formasi tekanan lapisan pelumas memisahkan sepenuhnya

permukaanyangbergesekan.Dengankatalainlapisantipispelumasdibangkitkan

oleh gerakan relatif dari salah satu atau kedua permukaan itu sendiri.

Penggambarandariprinsippelumasanhidrodinamisdapatdilihatpadagambar2.1.

Padagambar2.1,salahsatupermukaan(slider)bergerakrelatifterhadapsuatu permukaan yang diam, gerakannya disebut gerakan meluncur. Lapisan tipis

minyakpelumas(oilfilm)terbentukakibatadanyagerakanmeluncurdarislider

terhadap permukaan yang diam yang membangkitkanpressurewedge. Begitu juga halnya dengan roller yang bergerak pada relatif pada permukaan rata

(27)

Pelumasanhidrodinamisumumnyadiaplikasikanpadapermukaanbidangdengan

gerakanmeluncur,misalnyaporosyangmenggunakanbantalanluncur(journal

bearing).

Teoripelumasanhidrodinamisyangsekarangberkembang adalahhasilpenelitian

BeauchampTowerpadaawaltahun1880-andiInggris,yangmenyelidikigesekan

padabantalanluncurpadarodakeretaapidanmempelajaritipepelumasanyang

terbaik pada bantalan luncur tersebut. Hasil yang diperoleh oleh Beauchamp

Tower mempunyai keteraturan dan kesamaan karakteristik seperti yang

disimpulkan Osborne Reynolds bahwa harus ada persamaan defenitif yang

terbatasdalamhubungangesekan,tekanandankecepatan.Berdasarkanpenelitian

BeauchampTowertersebut,OsborneReynoldsmengembangkanteorimatematis

untuk menjelaskan eksperimen yang dilakukan Beauchamp Tower, dan

dipublikasikanpadatahun1886.

(28)

Gambar2.2 Pelumasanhidrodinamispadarolleryangbergerakrelatifpadabidangrata

2.4.2

Pelumasan

Elastohidrodinamis

Pelumasanelastohidrodinamis(ElastohydrodynamicLubrication) juga merupakan bentuk dari pelumasan hidrodinamis, tetapi pada pelumasan

elastohidrodinamis deformasi elastis dari permukaan yang dilumasi menjadi

sangatbesar.Artinyaterjadikontakbidangpermukaanyangbergesekansangat

kecil,sehingga timbultekananyangdemikianbesarpada lapisantipisminyak

pelumasyangmembatasikeduapermukaanitu. Misalnyapadabantalangelinding

(29)

2.4.3

Pelumasan

Bidang

Batas

Pelumasanbidangbatas(BoundaryLubrication)mengacupadasituasi kombinasi geometri kontak, beban relatif besar, kecepatan rendah , kuantitas

pelumasyangtidakcukupsehinggatidakdimungkinkanuntukmembangkitkan

lapisantipisminyakpelumasyangsempurnapadabagianyangbersinggungan.

Pada beberapa kasus pelumasan bidang batas masih terjadi kontakasperity

(permukaankasarpadasuatupermukaanyangdilihatdibawahmikroskop). Pada situasinormal,asperity setiaplogamdilapisiolehlapisanoksida,misalnyabesi oksida pada besi atau baja, aluminium oksida (alumina) pada aluminium dan

sebagainya. Ketikaasperities tersebut saling bergesekan, kecenderungan

asperities tersebut untuk melekat relatif lembut. Namun, bila lapisan oksida tersebutaus/habis akibatgesekanyangberatmakapermukaan-permukaanyang

bersinggunganmemilikikecenderunganuntukmelakukankontaklangsung.Maka

sangat penting untuk mempertahankan lapisan oksida tersebut, agar terjadi

gesekan yang relatif lembut. Dan jika permukaan logam tersebut kehilangan

lapisanoksidanyamakaakanterjadigesekandankeausanyangparah.Danpada

kasus tersebut diatas pelumasan bidang batas dapat mengurangi gesekan dan

keausan yang terjadi. Mekanisme dari pelumasan bidang batas sendiri adalah

(30)

2.4.4

Pelumasan

Tekanan

Ekstrim

Pelumasantekananekstrimmengacupadakondisiapabilakontakyang

terjadidibawahpengaruhkerjapalinghebat/ekstrim,sepertipadapemotongan

logamataurodagigiyangmengalamibebankejut,sehinggaaditiftekananekstrim

(EPadditive) digunakanuntukmelumasi.EP (ExtreemPressure)additive ini

merupakan sennyawa minyak yang dapat larut dan biasanya mengandung zat

belerang, chlorin atau fosfor yang bereaksi dengan permukaan bantalan pada

temperatur tinggi yang timbul dimana lapisan tipis minyak pelumas pecah,

membentuk zat lapisan tipis yang titik cairnya tinggi antara

permukaan-permukaanyangberkontak.

2.4.5

Pelumasan

Padat

Pelumasanpadat(SolidLubrication)adalahsistempelumasandimana diantara permukaan kontak saling melumasi sendiri oleh bahan padat yang

dilapisidan kadangmenyatupadaelementersebut.

Pelumasanpadat dapat dipahamimisalnyapadasebuahcontoh,misalnyadebu

pasirdankerikilpada permukaanjalandapatmenyebabkankendaraantergelincir

karenadebu,pasir dankerikil mengurangigesekanantarabandanpermukaan

jalan. Teknisnya, debu, pasir dan kerikil tersebut bertindak sebagai pelumas,

namun tentu saja tidak ada yang merekomendasikan debu, pasir dan kerikil

(31)

Walaupuntelahbanyakdikembangkanbahaninorganikuntukpelumasanpadat,

seperti misalnyamica,talc, danchalk namun sangat sedikit yang digunakan secara umum untuk permesinan. Bahan-bahan yang umumdan paling banyak

digunakansebagaipelumaspadat adalahgrafit danmolybdenumdisulfidadan

PTFE(Polytetrafluoroethylene)/teflon.

Adapunkarakterisitikbahanyangbaikdigunakansebagaipelumaspadatadalah

sebagaiberikut:

• Mempunyaikoefisiengesekrendahnamunkonstandanterkendali

• Memilikistabilitaskimiayangbaiksepanjangtemperaturyangdiperlukan

• Tidakmemilikikecenderunganuntukmerusakpermukaanbantalan

• Lebih diutamakan yang memiliki daya adhesi yang kuat terhadap

permukaan bantalan, sehingga tidak mudah hilang/aus dari permukaan

bantalan.

• Memilikidayatahanterhadapkeausandanumuryangrelatifpanjang

• Mudahdiaplikasikanpadapermukaanyangbergesekanterutamabantalan

• Tidakberacundanekonomis

Bahaninorganiksepertigrafitdanmolybdenumdisulfidamemilikisifatmampu

membentuklapisantipispadapermukaanlogamyangbergeserdenganmudahdan

menahanpenetrasiolehpermukaan-permukaanyangbergesek.Senyawa-senyawa

demikiandapatdigunakansendiri-sendiriataudisuspensikandalamtempatcairan

atauminyakgemuk.Jenisplastik/polimersepertiPTFEdapatdigunakansebagai

permukaanbantalan yang dalam penggunaan tidakmenggunakan atau

(32)

Beberapabahanyangdigunakasebagaipelumaspadatdapatdilihatpadatabel2.1

(sumber:LubricationandLubricantSelection:APracticalGuide,ThirdEditionbyA.R.Lansdow)

2.4.6

Pelumasan

Hidrostatis

Padapelumasanhidrodinamis,sepertipadapenjelasandiataspermukaan

yangbergesekandipisahkansecarasempurnaolehlapisantipispelumas.Lapisan

tipis pelumasntersebutdicapaidengan akibat gerakan luncuran yang

membangkitkan lapisan baji minyak pelumas (oil-wedge) untuk membangkitkan tekananminyak pelumasdidalambantalanmisalnya.Namunpada mesin-mesin

yang mempunyai beban besardankecepatanputaranrendahtidakdimungkinkan

lagiterjadipelumasanhirodinamispadasaatstart.Untukitudiperlukantekanan

yang lebih besar agar terjadi lapisan tipis minyak pelumas diantaraporos dan

bantalan misalnya. Tekanan demikian diperoleh dengan menggunakan pompa

tekanantingiyangakanmenekanminyakpelumaskebagian-bagianyangbergesek,

bukansekedarpompatekananrendahyangberfungsihanyasebagaipendistribusi

Kelompok

Bahan

Nama

Bahan

Layer-latticecompounds

Molybdenumdisulphide Graphite

Tungstendiselenide Tungstendisulphide Niobiumdiselenide Tantalumdisulphide Calciumfluoride Graphitefluoride

Polymers

PTFE Nylon PTFCE Acetal PVF2 Polyimide

FEP Polyphenylenesulphide PEEK

Metals Lead Tin

Gold Silver Indium

OtherInorganics Molybdicoxide Borontrioxide

(33)

atau pensirkulasi minyak pelumas. Pelumasan sedemikian disebut pelumasan

hidrostatis(HidrostaticLubrication).

Pelumasanhidrostatisdisebutjugapelumasantekananluar(externallypressurize) karenatekananyang timbuldiakibatkanpengaruhkerjadariluarsistem.Dalam

beberapakasus,setelahporosberputardengankecepatantinggibiasanyapompa

tekanantinggiyangdigunakandapatdihentikansementarapompatekananrendah

sebagaipensuplaiminyakpelumastetapdifungsikan.Dalamkasusini,padaoperasi

normal yang terjadi bukan pelumasan hidrostatis lagi, melainkan pelumasan

hidrodinamis.

2.5

Kekentalan

Minyak

Pelumas(

Viscosity

)

2.5.1

Kekentalan

Dinamik

dan

Kekentalan

Kinematik

Dalamindustriperminyakankhususnyaminyakpelumasdikenalistilah

kekentalan, karena kekentalan merupakan sifat paling penting bagi minyak

pelumaskhususnyadanbahanpelumasumumnya,karenasifatinimenunjukkan

kemampuan untuk melumasi sesuatu dan kemampuan suatu fluida untuk

mengalir. Pada gambar 2.3 menunjukkan pendefenisian kekentalan dinamik

menurutHukumNewtontentangaliranviskos.Suatupermukaanbergerakrelatif

dengankecepatanuterhadappermukaanlaindimanadiantarakeduapermukaan

ditempatkansuatulapisantipisfluida.Kekentalandidefenisikansebagaibesarnya

tahanan

fluida

untuk

mengalir

di

bawah

pengaruh

tekanan

yang

dikenakan

dan besarnya

harga

kekentalan

merupakan

perbandingan

antara

tegangan

(34)

u

h

y

Gambar2.3PendefenisiankekentalandinamikmenuruthukumNewtontentangaliranviskos

Darigambar2.3secaramatematisdapatditulis:

h u dy du _µ

µ

τ = = (2.1)

Dimana : τ = tegangan geser fluida (N/m2)

µ = kekentalan dinamik (Poise, P)

u = kecepatan relatif permukaan (m/det)

h = tebal lapisan pelumasan (m)

Sehinggakekentalandinamikdapatditulis

dy du

τ

µ= (2.2)

(Sumber : Matakuliah Teknik Pelumasan, Ir. A.Halim Nasution M.Sc, Departemen Teknik

(35)

Kekentalan dinamik disebut juga dengan kekentalan absolut, sementara kadar

geseranadalahdu/dy.Jikakekentalandinamikdibagidenganrapatmassapada

temperaturyangsamahasilnyadisebutkekentalankinematik.Secaramatematis

ditulis:

ρ µ =

v

Dimana : v = kekentalan kinematik (Stoker, S)

ρ= rapat massa (gram/cm3)

Satuan tegangan geser adalah dalam dyne/cm2_dan_kadar_geseran

dalamdet-1_,_maka_satuan_kekentalan_dinamik_adalah_poise_disingkat_P._Sedangkan

satuanrapatmassagram/cm3_sehingga_satuan_kekentalan_kinemati_adalah_stokes

disingkatSt.

Satuan yang paling umum dalam industri perminyakan adalah centipoise

disingkatcPdancentistokedisingkatcSt,dimana1P=100cPdan1St=100cSt.

DalamsatuanSI,untukkekentalandinamisadalahNdet/m2_atau_kg/m_det_dan

satuankekentalankinematikadalahm2_/det._Dengan_demikian_diperoleh_hubungan

satuan-satuan:

1P =10-1_N_det/m2

1Cp =10-3_N_det/m2

1St =10-4_m2_/det

(36)

DalamsatuanBritishuntukkekentalandinamikdikenalsatuanlbf.s/in2(pound-

forcesecondpersquareinch) yangdisebut jugadenganreyn, yang diberikan

untukpenghormatanterhadapSirOsborneReynolds.

Hubunganantarareyndancentipoise:

1reyn =1lbf.s/in2₌_7,03_kgf.s/m2

1reyn =6,9.106_cP

Kekentalanjugadapat/pernah dinyatakandenganunitsebagaiberikut:

• KekentalanRedwood(Redwoodviscosity)

Secara teknisRedwoodviscosity bukanlah satuan untuk kekentalan melainkan waktu alir. Itu adalah jumlah waktu yang diperlukan50 ml

minyak untuk mengalir melalui cerobong saluran berbentuk mangkuk

(cup-shapedfunnel)akibatgayaberatnyasendiri.

• KekentalanSaybolt(Sayboltviscosity)

Sayboltviscosity secarateknisadalahwaktualirdanhaltersebutjuga

bukansatuankekentalan,karenamemilikicarayangsamadalam

pengukurannyadenganRedwoodviscosity. Metodeinipernahmenjadi metodestandarpadaASTM.

• KekentalanEngler(Englerviscosity)

Englerviscosity jugamerupakanwaktualirdenganmetodehampirsama

denganRedwoodviscosity, tetapi hasilnya dinyatakan dengan derajat, waktu alir sampel minyak terhadap yang diukur air pada temperatur

yangsama.HaliniditerapkanhanyadihampirseluruhEropa,tetapisecara

(37)

2.5.2

Klasifikasi

Kekentalan

Minyak

Pelumas

Kekentalanminyakpelumasperludistandarkandandiklasifikasikanagar

penggunaannya sesuai dengan kebutuhan. Kekentalan minyak pelumas untuk

keperluan teknik dan industri telah diklasifikasikan oleh beberapa organisasi

standarisasi seperti ISO, SAE, ASTM, DIN, AGMA, dan lain sebagainya.

Klasifikasiyangpalingbanyakdigunakandalamduniaindustriadalahklasifikasi

menurutISOdanSAE.

1.Klasifikasi

Kekentalan

Menurut

ISO

Sistemklasifikasi kekentalan minyak pelumas menurut ISO

(InternationalStandardOrganization)adalahberdasarkankekentalankinematik,

dalamsatuancentistokes(cSt),padadaerah(range)kekentalanpadatemperatur 40°C .SetiapdaerahkekentalandiidentifikasidenganangkaISOVG(Viscosity Grade) atau derajat kekentalan ISO, dimana kekentalan tersebut merupakan

kekentalan kinematik rata-rata pada daerah tersebut (midpointkinematic

viscosity).Untukmendapatkannilaikekentalannya,harusdihitung10%darinilai

rata-ratakekentalankinematiknya.MisalnyaISOVG100mempunyaikekentalan

rata-rata100cSt,dimanabataskekentalannyaadalah90cStuntukminimumdan

110cStuntukmaksimum.

NilaikekentalanmenurutISOuntukminyakpelumasdapatdilihatpadagambar

grafikdantabelberikut,yangdikutipdaridokumenISO3448”IndustrialLiquid

(38)

Nilai kekentalan standar ISO dapat dilihat pada tabel di bawah, untuk nilai

kekentalan pada suhu 40 °C. Nilai untuk harga kekentalan kinematik minyak

pelumaspada40°CmenurutdokumenISO3448.

Tabel 2.2 KlasifikasikekentalanISOminyakpelumaspadasuhu40°C

(sumber:Prinsippelumasandanminyakpelumasmineral,Ir.A.HalimNasution M.Sc )

Angkaderajat kekentalanISO

Hargatengah kekentalan,cSt pada40°C

Bataskekentalankinematik,cStpada40

[image:38.595.84.491.211.715.2]

(39)

2.Klasifikasi

Kekentalan

Menurut

SAE

Sistem klasifikasi ini disusun oleh SAE (Society of Automotive

Engineers),dalamSAEJ300SEP80pertamakalidilaporkanDivisiAnekaragam

(MiscellaneousDivision), disetujui pada Juni 1911, dan direvisi kembali oleh suatukomiteSeptember1980.WalaupunsistemkekentalaninidisusunolehSAE,

klasifikasikekentalanminyakpelumasbukanhanyauntukotomotif,melainkan

ssemua tipe penggunaan minyak pelumas termasuk industri, kapal laut dan

pesawat udara. Klasifikasi SAE merupakan klasifikasi untuk minyak pelumas

mesin-mesinsecararheologisaja.Karakteristiklaindariminyakpelumastidak

termasuk.Praktekyangdianjurkaniniditujukanuntukpenggunaanolehpabrik

pembuat mesin-mesin dalam menentukan derajat kekentalan minyak pelumas

yang akandirekomendasikanuntuk penggunaan mesin-mesin yang diproduksi,

dan oleh perusahaan minyak dalam merumuskan dan memberi label produksi

mereka.

Dua seri derajat kekentalan diberikan pada tabel 2.2, dimana salah satu

mengandungletter W dan lainnya tidak. Derajat kekentalan denganletter W didasarkanataskekentalan maksimumpada temperaturrendahdantemperatur

pemompaanbatasmaksimum,sebagaimanakekentalanminimumpada100 °C.

Minyakpelumastanpaletter Wdidasarkanataskekentalanpada100°C.Minyak yang diklasifikasikan kekentalannya pada temperatur rendah dan temperatur

pemompaan memenuhi persyaratan untuk derajat W, danyang mana

kekentalannyapada100°C beradadalamdaerahyangtelahditentukandarisalah

(40)

Kekentalanpadatemperaturrendahdiukursesuaidengan prosedur tertentu.

Prosedur ini merupakan versi multi-temperatur dari ASTM D 2602.

Metode Pengujian Kekentalan Nyata Minyak Pelumas Mesin

padaTemperaturRendahdenganmnggunakanSimulatorPengengkolanDingin

(MethodofTestforApparentViscosityof MotorOilsatLowTemperatureUsing

the Cold Crancing Simulator), dan hasilnya dilaporkan dalamcentipoise (cP).

Kekentalan diukur dengan metode ini dan telah ditemui hubungannya dengan

kecepatanputaranyangdiberikanselamapengengkolantemperaturrenda

[image:40.595.155.483.391.628.2]

Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin (SAE J300 Engine Oil Viscosity Clasification).

SAE Viscosity

Grade

Viscosity(cP)a

at temp (°C) max.

Borderlineb

pumping

temp(°C)

max.

c

Viscosity (cSt) at100°C.

min max 0W 5W 10W 15W 20W 25W 20W 30W 40W 50W 60W

3250 at -30 3250 at -30 3250 at -30 3250 at -30 3250 at -30

(41)

2.5.3

Minyak

Pelumas

Multigrade

Minyak pelumas multigrade sering menimbulkan keraguan. Pada

dasarnyajenisinimerupakansalahsatuyangmempunyaiindekskekentalanyang

bersesuaiandenganpersyaratanpada100°C dan-18°C .

Tabel2.4KlasifikasiMultigardeSAECrankcaseOilViscosity

MinyakpelumasmesinotomotifdiklasifikasikanolehSAEsepertitercantumpada

tabel2.4. Tabel2.4khususmenunjukkankekentalanminyakpelumasmultigrade. Ternyata bahwa minyak pelumas jenis ini mempunyai indeks kekntalan yang

tinggi.

SepertidiungkapkansebelumnyabahwanomorSAEyangdiikutidenganletter W (Winter) ditunjukkan sebagai minyak pelumas yang dimaksudkan untuk

kemudahandalammenghidupkanmesinselamakondisicuacadingin.Misalnya

SAE20W/50,artinyabahkanpadasaatmusimdingin(ataupadapagiharisaat

bukanmusimdingin)nilaikekentalannyaakansamasepertiSAE20,danpada

saat udara panas (kondisi operasi) atau bukan musim dingin kekentalan

maksimalnyaadalahakansamasepertiSAE50.

NomorSAEGanda IndeksKekentalan

10W/30 10W/40 10W/50 20W/40 20W/50

(42)

Minyak pelumas multigrade pada awalnya dibuat khusus untuk daerah yang

memiliki empat musim (iklim) dalam satu tahun, termasuk didalamnya musim

dingin, agar memudahkan pemilihan minyak pelumas untuk pengoperasian mesin

pada keempat musim tersebut. Namun dalam perkembangannya penggunaan

minyak pelumas multigrade tidak hanya digunakan pada wilayah yang memiliki

musim dingin, tetapi juga yang beriklim tropis, sehingga sering menimbulkan

keragu-raguan bagi pengguna. Secara teori minyak pelumas SAE 20W/50 tersebut

dapat diaplikasikan/digunakan pada sistem yang memerlukan minyak pelumas

SAE 20, SAE 30, SAE 40 dan SAE 50.

2.5.4 PengaruhTekanandanTemperaturTerhadapKekentalan

Tekanan memiliki pengaruh yang kuat terhadap kekentalan pelumas.

Hal ini sangat penting dalam pelumasan tipe elastohidrodinamis dan bidang

hidrolika. Minyak pelumas yang menunjukkan perubahan kekentalan yang besar

terhadap temperatur juga akan menunjukkan perubahan yang besar dengan

perubahan tekanan.

Persamaan Barus memberikan solusi hubungan kekentalan dan tekanan, yaitu:

p

p e

α

µ

µ = 0. (2.4)

(sumber: Literatur1,bab4,hal29)

Dimana µ₀. dan p

eα adalahkekentalanmasing-masingpadatekananpdantekanan

atmosfir, adalahkoefisientekananuntukkekentalan.

(43)

indeks viskositas rendah dan menengah lebih tinggi daripada untuk minyak

pelumasdenganindeksviskositastinggi.

Persamaan kekentalan-tekanan Roeland merupakan persamaan alternatif untuk

menentukan kekentalan minyak pelumas terhadap perubahan tekanan yang

dinyatakandengan:

Log (1,200+log µ) = log (1,200 + log µ₀) + z log (1 + 2000

P

) (2.5)

Dimana

µ = kekentalan pada tekanan p(cP)

0

µ = kekentalan dalam tekanan atmosfer

[image:43.595.131.464.431.670.2]

z = konstanta yang harganya bergantung pada jenis minyak pelumas

Gambar.2.4 Pengaruhtekananterhadap ,persamaanBarusdanPersamaanRoeland

(44)

Temperatur memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap kekentalan

minyak pelumas. Pada temperatur rendah molekul-molekul pada cairan sangat

rapatsekalisatusamalain;dengankatalainvolumebebasterbatas.Padadaerah

ini tahanan cairan untuk mengalir (kekentalan) bergantung secara kritis pada

ukuran,bentukdanfleksibilitasdarimolekul-molekuldangayatarik

molekul-molekultersebut. Pada temperaturtinggi volumebebas bertambah, kekentalan

fluidaturundanukuran,bentuk,molekul-molekuldansebagainyatidak begitu

penting.

PersamaanRoeland,BlokdanVlugtermemberikanhubunganantarakekentalan

minyakpelumasdengantemperatur,dinyatakansebagaiberikut:

Log (1,200+log µ) = log b - S log (1 + 135

t

) (2.6)

(sumber:Literatur1,bab4,hal.36)

Dimana :

µ = kekentalan (cP)

(45)

Gambar2.5 pengaruh tempratur terhadap minyak pelumas pada tekananatmosfer.

(sumber:LubricationandReliabilityHandbook,byM.J.Neale)

2.6

Pengukuran/Pengujian

Kekentalan

Minyak

Pelumas

Kekentalanfluida/minyakpelumasdapatdiukurdenganberbagaimetode

denganprinsip-prinsip yang berbeda.Misalnyadenganprinsipbolajatuh yang

memenuhi hukum Stokes atau menurut Hoeppler. Pengujian minyak pelumas

biasanya dilakukan pada temperatur yang konstan misalnya 40°C. Alat untuk

[image:45.595.133.487.70.437.2]

(46)

2.6.1

Viskometer

Bola

Jatuh

(

Falling

Sphere

Viscometer

)

2.6.1.1

Viskometer

Bola

Jatuh

Yang

Memenuhi

Hukum

Stokes

Menurut hukumStokes,sebuahboladenganjari-jarir yang bergerak

dengankecepatanrendahvdidalamfluidaakanmengalamigayagesekanyang

melawan arah gerakannya akibat kekentalan fluida, dengan suhu dan tekanan

konstandigambarkansepertipadagambardibawah.

Dalam metode bola jatuh sebuah bola jatuh dijatuhkan ke dalam tabung

transparan yang berisi fluida. Kecepatan bola jatuh mula-mula rendah, tetapi

percepatangravitasimenyebabkankecepatanbertambahsehinggagayagesekan

fluidasemakinbesar.Gayayangdialamibolaadalahgayagravitasigayaapung

(arahnya ke atas), dan gaya gesekan (arahnya ke atas). Pada suatu kecepatan

terentuakanterjadikeseimbangan.

Tabungatauslinderyangdigunakandalampengujianbolajatuhyangmemenuhi

hukum Stokes ini haruslah tabung transparan, sehingga dapat dengan mudah

diamatidandicatatwaktujatuhbolauji.

(47)

Makadiperolehkekentalandinamik(μ)minyakpelumas(fluida)yangdiuji:

g v

r

f b r

). (

9

2 2 _ρ _ρ

µ = − (2.7)

Dimana :

µ = kekentalan dinamik (N.s/m2)

v r2

= perbandingan kuadrat jari-jari bola baja dengan kecepatan rata-rata (m/det).

b

ρ = rapat massa bola baja (kg/m3)

f

ρ = rapat massa fluida (kg/m3)

g = gaya gravitasi = 9,81 (m/s2)

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

2.6.1.2

Viskometer

Bola

Jatuh

Menurut

Hoeppler

[image:47.595.115.486.504.718.2]

(48)

Viskometer bola jatuh menurut Hoeppler dapat dilihat pada gambar

diatas. Pengaturan suhu dapat dilakukan dengan menaikkan atau menurunkan

selimut air (waterbath) pada tabung viskometer. Formula untuk pengukuran viskositasmenurutHoeppleradalah:

µ =K(ρ₁−ρ₂).t (2.8)

Dimana : µ = kekentalan dinamik (Poise)

1

ρ = massa jenis bola uji (kg/m3)

2

ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

K = Konstanta bola uji viskometer

t

. = waktu rata-rata

(Sumber : Fisika untuk Universitas edisi ke-7 jilid 1)

2.6.2

Viskometer

Rotasional

Viskometerrotasional(RotationalCylindricalViscometer)sepertipada gambar2.2terdiridariduaslinderkonsentrisdenganfluidayangterdapatdiantara

keduanya.Slinderterluardiputardantorsidiukurpadaslinderyangterdapatdi

dalam.

Jika : ri = jari-jarislinderbagiandalam

ro = jari-jarislinderbagianluar

la = panjangtabung/slinder

 =radialclearence

Didapatkekentalandinamik/absolut:

a i o q o l r r t 2 2πϖ δ

µ = (2.9)

(49)

Gambar2.8.ViskometerRotasional

2.6.3

Viskometer

Pipa

Kapiler

Pengukuran kekentalan pada viskometer pipa kapiler (Capillary

Viscometers)didasarkanpadapengukuranrata-rataaliranfluidamelaluitabung

berdiameterkecil/pipakapiler.

Ada banyak tipe/varian viskometer yang menggunakan prinsip aliran fluida

melaluipipa kapiler, dan viskometer pipakapiler merupakanviskometer yang

memilikivarianpalingbanyakdibandingkandengantipeviskometeryanglain.

(50)

Gambar2.9Beberapajenistipeviskometerpipakapiler

Jika µ_k_,_o=

o o

ρ µ

adalah kekentalan kinematik pada ρ = 0 dan tempratur tetap,

Serta A* = 8 ₄ a g

lt

π , dan mengingat q t

1

α , maka

B t

q A

ht o

k *

*

, = =

µ

DimanaB*adalahkonstantadarifungsialatujitersebut.

[image:50.595.105.505.84.378.2]

(51)

2.6.4

Viskometer

Cone

and

Plate

Gambar 2.10 ViskometerFerranti-ConeandPlateViscometers

[image:51.595.209.396.136.398.2]

(52)

2.6.5

Viskometer

tipe

lain

Selaindariviscometerdiatas,masihbanyak lagiviscometertipe lain,

beberapadiantaranyadapatdilihatpadagambardibawahini.

Gambar 2.12 ViskometerStormer

(53)

[image:53.595.217.404.81.304.2]

Gambar 2.14 Viskometer MacMichael

2.7

Aditif

minyak

pelumas

Aditif minyak pelumas (oiladditives) atau bahan tambahan minyak pelumas,yangseringdisebutjugaoiltreatment,adalahsejeniszatkimiayangjika ditambahkankedalamminyakpelumasbaikyangmemilikibahandasar(baseoil) minyakbumimaupunsintetisakanmempertinggiataumemperbaikisifat yang

adadariminyakpelumastersebut.Ataudapatjugamemberikansifatyangbaru

padaminyakpelumas,yangtidakdimilikisebelumnya.

Minyakpelumasawalnyaadayangdiberikanaditif,namundalamjumlahyang

sangatsedikit,agarterjagakeseimbangankomposisikimiadalampelumas.

Penambahan aditif haruslah dalam takaran yang sesuai dengan rekomendasi

(54)

2.8

Bantalan

Luncur

dan

Pelumasan

pada

Bantalan

Luncur

2.8.1

Bantalan

Luncur

Bantalan luncur (journalbearings) sangat luas penggunaannya pada mesin-mesinyangmemilikielemenberputar(rotatingmachines),sepertiturbin uap,generator,blower,kompresor,motorbakar,poroskapallaut,bahkansebagai

bantalanpadaelemenyangseharusnyamenggunakanbantalangelinding(rolling

elementsbearing).Haltersebutkarenabantalanluncurlebihbaikdaribantalan

gelinding (pada parameter yang dapat dianggap sama) dalam hal penyerapan

getaran, tahanan terhadap gaya kejut, relatif 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

pemilihanmaterialyangterusdikembangkan.

Bantalanluncurtermasukdarijenisbantalanyang arah pembebanan normalnya

padaarahradialataulebihbanyakmengarahtegakluruspadagarissumbuporos.

Makabantalanluncurtermasukkedalamjenisplainbearing ataukadangdisebut denganslidingbearing.

Disebutbantalanluncur(dalambahasaIndonesia)adalahkarenaadanya gesekan

luncurdangerakanluncuran(sliding)yangterjadipadabantalan,akibatadanya lapisanfluidatipisdiantarabantalandanporostersebut.Dapatjugadibandingkan

sepertiatlet selancar air yang berselancar/meluncurbebasdiatasair, demikian

jugadenganporosyang dapat meluncur dengan mudahpada bantalandengan

(55)

Dalam bahasa Inggris disebutjournalbearings karena poros ditumpu oleh bantalanpadatempat/daerahyangdinamakantap-porosatauleher-poros(neck), dandaerahleher-porostersebutdinamakanjournal.

Gambar2.15 Bantalanluncur

2.8.2

Pelumasan

hidrodinamis

pada

bantalan

luncur

Adaberbagaijenisbantalanluncur,danbantalan-bantalantersebutdapat

dilumasidenganminyakpelumas,gasbahkandenganminyakgemuk.Namuntipe

pelumasan yang paling efektif dan paling banyak digunakan adalah dengan

minyakpelumasdengantipepelumasanhidrodinamis.

Sepertiyangtelahdijelaskandiatas,teoripelumasanhidrodinamisiniberasaldari

(56)

2.8.2.1 Teorialiranhidrodinamisfluidadiantaraduaplat/permukaandatar

Gambar 2.16 Aliranhidrodinamisfluidadiantaraduaplat/permukaandatar

LihatlapisanminyakpelumasdiantaraduaplatABdanCD,salahsatupermukaan

bergerakdengankecepatanV,danpermukaanyangsatunya(CD)diam,seperti

padagambar2.14.KecepatanminyaksaatkontakdenganCDadalahnolsaatCD

diam.Gayapadaminyakyangdigambarkandalamelemenkubusdx.dy.dzpada

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:

y v F

δ µδ

= (2.11)

Dimanaµ=koefisienkekentalandanv=kecepatanpadaarahx

Anggapelemendx.dy.dzberadadalamgerakanseragampadaarahxdan

(57)

(padalahindependentterhadapy),sehinggasolusigaya: 0 . , ( . , =     ₋ ₊ +       −

+ dx dxdz

x p p p dz dx F dy y F F δ δ δ δ (2.12) y F δ δ = x p δ δ

SubstitusinilaiF:

y F

δ δ

= 2 = 2 y v δ µ x p δ δ (2.13)

Integralpersamaan(2.10)terhadapy:

(2.14)

Lalukitatentukankondisiv=Vketikay=0 dan v=0ketikay=h,didapat:

hy h y x p h y V v       − −       − = 1 2 1 1 µδ δ (2.15)

catatan:KondisiyangditerapkanuntukmenentukankonstantaC1danC2adalah

karenaydiukurberlawanandenganarahyangdiindikasikan.

Dari sini fungsi internalpada persamaan (2.9) harus bernilai

2 1 2 2 1 C y C y x p

v= + +

µδ δ

(58)

Atau tanda y F

δ δ

dibuat negatif dan persamaan kecepatan menjadi :

hy h y x p h y V v       − +       − = 1 2 1 1 µδ δ (2.16)

2.8.2.2 PersamaantekananSommerfelduntukpelumasanhidrodinamispada

bantalanluncur

Mekanismepelumasanhidrodinamispadabantalanluncurdapatdilihat

padagambardibawahini:

Gambar2.17 Mekanismepelumasanhidrodinamispadabantalanluncur

(59)

Pada tahun 1904, A.J.W. Sommerfeld (1869-1951) menemukan suatu

persamaanyangdapatmenganalisatekananpadalapisantipisminyakpelumas

padabantalanluncur,yangdikenaldenganpersamaanSommerfeld,yaitu:

0 2 2 2 2 ) cos 1 )( 2 ( cos 2 ( sin 6 P r

p _+

     + + + = θ ε ε θ ε θ ε δ ϖ µ (2.17)

Dapatjugaditulis:

_      + + + =

− 2₂ ₂ ₂

) cos 1 )( 2 ( ) cos 2 ( sin 6 θ ε ε θ ε θ ε δ ϖ µr p

p _o (2.18)

Dimana:

p0 =tekanansuplai(Pa)

ω=kecepatanputaranporos/journal (rpm)

R=radiusbantalan(m)

r=radiusporos(m)

δ=kelonggaranradial(R-r)

e= eksentrisitas

ε =perbandinganeksentrisitas

= e δ

μ=viskositasminyakpelumas

h=teballapisanminyakpelumas

θ=posisiangular(°)

(sumber : Matakuliah Teknik Pelumasan,Ir.A.Halim Nasution.M.Sc. Departemen Teknik Mesin

(60)

dimanalapisanfilmminyakpelumasminimumadalah:

h_m =δ −(1 ε.cosθ)

Sommerfeldjugamemberikansolusiuntukbebantotal(P)disepanjang

bantalan,yaitusebagaiberikut:

)

1

(

)

2

(

.

12

3 2 2 3

ε

δ

ε

µ

ϖ

µ

−

+

=

r

l

P

Jika : ; ) 2 ( . . . 6 2 2 ε δ π ϖ µ + = r k Maka : ) 1 ( . . 2 2 ε π −

=k lr

P (2.19)

(Sumber : Matakuliah Teknik Pelumasan,Ir.A.Halim Nasution.M.Sc. Departemen Teknik

Mesin USU)

(61)

Minyak Pelumas

Pengujian Karakteristik Bantalan Luncur Pengisian Minyak dan Pemanasan (Warm up)

Putaran 1500 rpm

Putaran 1750 rpm

Putaran 2000 rpm Putaran

1250 rpm Putaran

1000 rpm

Pencatat Data

Analisa Hasil

Pengujian

Pengujian Kekentalan minyak

pelumas

BAB

III

METODE

PENGUJIAN

3.1

Diagram

Alir

Pengujian

(62)

3.2

Variabel

Pengujian

Padapengujianinivariabelpengujianuntukmendapatkankarakteristik

tekananbantalanluncuradalahkekentalanminyakpelumas(

µ

)dankecepatan putaranporos(

ω

).

3.3

Peralatan

Pengujian

Pengujian dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida Departemen

TeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSumateraUtara.Alatyangdigunakan

adalahAlatUjiBantalanLuncurTM25buatanTecQuipmentLtd,Inggris.

SpesifikasiAlatUjiBantalanLuncuradalahsebagaiberikut:

•DimensiAlatUji:

 990mmx970mmx2850mmdan68kg

•Kondisioperasi:

 Padatemperatur+5°Csampai+40°C

 Padajangkauankelembabanrelatifsetidaknya80%padatemperatur

<31°Cdan50%padatemperatur 40°C.

•Suplaienergilistrik:

Single-phase 230VAC50Hz atau110VAC60Hz.

•SpesifikasiBantalanLuncur:

 Diameterjournal : 50mm

 Diameterbantalan : 55mm

 Lebarefektifbantalan : 70mm

 Lebarbantalansepenuhnya : 80mm

(63)

(64)

(65)

Keterangangambar3.3:

A : Poros/journal

B : Porosmotorpenggerak

C : Bantalanluncur

D : Karetdiafragma(Flexiblerubberdiaphragm) E : Piringanpenutupbantalan

F : Penunjukkesimbanganbantalan

G :Fixedframe

H : Beban

I : Batangbeban

Peralatan pengujian TM25 memiliki bantalan acrylic dan papan

manometeryang besar,sehinggatekananminyakpelumaspadabantalandapat

diobservasidenganjelas.Porosmotorpenggerakdanjournal memilikiputaran yangsama. Peralataninijugadilengkapidenganvariabelkecepatanputaranpada

unitkontroldansensorkecepatanpadamotoruntukmelakukanpercobaanpada

kecepatanyangbervariasi.

Padabantalanterdapat16(enambelas)titikobservasiuntukmengukur

besarnya tekanan pada bantalan luncur. Dua belas titik berada di sekeliling

(equispaced)bantalan,yangmasing-masingberjarak/membentuksudut30°,yaitu

titik observasi yang bernomor 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, dan 16.

Sedangkanempattitikberadapadaarahaksial(lebarbantalan),yaitutitik1,2,4

(66)

Masing-masing titik pengujiandihubungkanketabung padapapan manometer

denganpipaplastikfleksibel,sehinggadistribusitekananpadasekelilingbantalan

dapatdiobservasipadamanometertersebut.Padapapanmanometerterdapat16

tabung/pipayangmenunjukkannilaitekananuntukmasing-masingtitiktersebut,

dannilainyadalamsatuanmmoil.

3.4

Pengisian

Minyak

Pelumas

dan

Pemanasan

Peralatan pengujian bantalan luncur TecQuipment TM25 memiliki

reservoir sebagaipenampung minyak pelumas. Reservoir dihubungkandengan

duasaluransebagaipintu masukminyakpelumaskedalambantalan.Resrvoir

juga dilengkapi dengan keran untuk membuka dan menutup aliran minyak

pelumaskebantalan.

Sebelum melakukan pengujian tekanan pada enam belas titik pengujian harus

samaagarterjadikeseimbangantekanan.Caranyadenganmembukakeranmasuk

minyakpelumas.

Saat pengujian gelembung-gelembung udara harus dikeluarkan agar

tidakterjadikesalahanpembacaantekanan.Salahsatucaranyaadalahdengancara

melakukanpemanasanatau warm up.Pemanasandilakukandengan

menghidupkan motor dan meningkatkan kecepatan putaran secara bertahap

sampai 1500 rpm, kemudian dibiarkan sampai satu jam. Setelah satu jam

kecepatanputarandikurangi hinggastabilpada 1000 rpmselama kira-kira10

(67)

3.5

Pengujian

Karakteristik

(Distribusi

Tekanan)

Bantalan

Luncur

Pengujian untukmendapatkan karakteristikbantalanluncurini

menggunakan minyak pelumas oli kemasan SAE 20W/40 dan SAE 40W, serta

minyak pelumas oli drum dengan SAE 20W/40W dan SAE 40W tanpa penambahan

adatif. Padapengujianiniditetapkanlimavariasikecepatanputaran,

yaitu: 1000 rpm, 1250 rpm, 1500 rpm, 1750 rpm, 2000 rpm. Putaran poros

ditetapkansearahjarumjam(clockwise).

Setelahdilakukanpemanasan(warmup),kemudianputaranporosditetapkanpada kecepatanputaranpengujianterendah,yaitu1000rpm,laludibiarkanstabilpada

putarantersebutselama10(sepuluh)menit,kemudiandilakukanpembacaanpada

papanmanometer.Demikianjugauntukputaran1250,1500,1750dan2000rpm

untukmasing-masingminyakpelumas.

3.6

Pengujian

Kekentalan

Minyak

Pelumas

Pengujiankekentalankekentalan minyak pelumaspadapercobaan ini

menggunakanviskometerbolajatuhmenurutHoeppler,merekHAAKEFissons,

buatan Jerman, yang terdapat pada Laboratorium Fisika Lanjutan Universitas

SumateraUtara.Pengujiankekentalandilakukanpadatemperaturruang28°Cdan

pada40°C.Namundalamanalisanilaikekentalanyangdigunakanadalahdata

percobaanpadatemperatur40°C,karenakondisitemperaturoperasiperalatan

bantalanadalahberkisar40°C.

MenurutbukumanualHAAKEFissons,pengujiankekentalaninisesuaidengan

(68)

Gambar3.4 Viskometer Bola Jatuh Menurut Hoepper Merek HAAKEFISSONS

3.7

Minyak

Pelumas Yang

Digunakan

Sampel minyak pelumas yang digunakan dalam penelitian ini adalah

minyakpelumaskemasan SAE 20W/40 danSAE40W.

(69)

Gambar

Tabel 2.2 Klasifikasi kekentalan ISO minyak pelumas pada suhu 40 °C

Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin (SAE J300 Engine Oil Viscosity Clasification)

Gambar. 2.4 Pengaruh tekanan terhadap , persamaan Barus dan Persamaan Roeland

Gambar 2.5 pengaruh tempratur terhadap minyak pelumas pada tekanan atmosfer.

+7

Referensi

Unduh sekarang ( PDF - 124 Halaman - 4.74 MB )

Garis besar

Analisa pengujian distribusi tekanan pada bantalan Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur yang Menggunakan Minyak Pelumas Oli Drum dan Minyak Pelumas Oli Kemasan Tanpa Aditif dengan Variasi Putaran

Dokumen terkait

Referat RDS

Hyaline Membrane Disease (HMD) disebut juga respiratory distress syndrome (RDS) atau Sindroma Gawat Nafas yaitu gawat napas pada bayi kurang bulan atau premature yang

SURAT TUGAS NOMOR :007 -DFl Kom-Untarl 12017

Menilai hasil penelitian atau hasil pemikiran dosen yang diterbitkan pada Majalah llmiah Nasional dan lnternasional.. Menilai'hasil penelitian'atau hasil pemikiran berdasarkan

Laporan Praktikum Uji Karbohidrat (1)

Pada percobaan ini, diperoleh data bahwa suatu monosakarida dapat dibedakan dengan disakarida yang dapat diamati dari terbentuknya endapan merah bata pada senyawa glukosa,

ANALISIS TINGKAT KETAHANAN PANGAN RUMAH TANGGA DI KELURAHAN REJOSARI KECAMATAN PANGKAL BALAM KOTA PANGKALPINANG

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi ketahanan pangan rumah tangga di Kelurahan Rejosari Kecamatan Pangkal Balam Kota Pangkalpinang, mengetahui tingkat

Keadilan Jender Dalam Koran Lokal Sumatera Barat - Universitas Negeri Padang Repository

"...dengan langkah gemulai, perempuan langsing berbaju seksi itu melewati jembatan yang diujungnya banyak ditongkrongi an& muda.. dara manis warga bypasss itu

Fixed Income Daily Notes

 Yield 10-years US Treasury note pada Senin, 01 Oktober ditutup naik ke level 3,09% akibat pindahnya investor ke pasar saham yang didorong oleh meredanya tensi

PENGARUH PEMAHAMAN PROSEDUR DAN SANKSI PAJAK TERHADAP KEPATUHAN WAJIB PAJAK ORANG PRIBADI DALAM MEMENUHI KEWAJIBAN PAJAK PENGHASILAN DI KPP PRATAMA SURABAYA RUNGKUT

Berdasarkan tabel di atas dapat diketahui bahwa target penerimaan pajak dengan pajak yang diterima oleh KPP Rungkut untuk pajak orang pribadi pada tahun 2010

GAMBIT ANALYSIS ON THE SCRIPT OF DRAMA “THE DIFFERENT STYLE PHENOMENON IN TEACHING”

Hasil analisis menunjukkan gambit dalam naskah teks drama inggris yang berjudul “Fenomena Perbedaan Gaya Mengajar” terdapat tipe dari gambit yaitu: ekpresi Opening gambit