Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
PENGUKURAN RUGI-RUGI GESEK MOTOR BAKAR
SATU SILINDER DENGAN METODE MOTORING
(STUDI KASUS PENGARUH PELUMAS DENGAN GRADE BERBEDA)
Prawoto
Balai Termodinamika, Motor dan Propulsi, BPPT, Serpong Email: pra_woto@yahoo.com
ABSTRACT
This paper describes a study that compared friction power from a 97 cc small single cylinder gasoline engine using three differences lubricant oil grade (API service). The study is based on the engine test bed results and Pertamina lubricant oil. The test results have shown that the higher oil grade produce slightly lower torque and friction power than the smaller one. For the same oil grade the friction power decrease with increasing engine temperature, but the friction power increase with increasing engine speed.
Kata kunci: motor bensin, motoring, daya gesek, minyak pelumas, Oil grade. PENDAHULUAN
Gesekan merupakan hal yang tidak dapat dipisahkan dalam suatu kerja komponen permesinan, karena hampir satu perlima dari energi yang digunakan dihabiskan untuk gesekan. Gesekan terjadi antara dua bagian yang bergerak (metal dengan metal) dapat menimbulkan kerusakan atau bahkan kehancuran pada komponen bergerak tersebut, atau berakibat kerusakan pada bantalan atau porosnya, yang pada akhirnya akan mempengaruhi unjuk kerja mesin. Oleh karena itu dalam penggunaannya perlu diusahakan untuk memperkecil koefisien gesek, dengan salah satu caranya menggunakan minyak pelumas dengan tingkat kekentalan (viskositas) dan komposisi yang sesuai dengan kondisi kerja.
Pada Prinsipnya fungsi pelumasan adalah mengurangi gesekan dan mencegah keausan disamping sebagai media pendingin. Viscositas minyak pelumas merupakan faktor utama agar pelumas tersebut dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. Sesuai dengan fungsi utama pelumas, kemampuan pelumas untuk membentuk dan memelihara lapisan yang sanggup memperkecil gesekan dan mencegah keausan pada permukaan metal yang terjadi dibawah kondisi lapisan tipis, pelumas tersebut dikatakan mempunyai sifat anti aus yang baik.
Paper ini menyajikan hasil penelitian pengguanaan tiga jenis minyak pelumas dengan API
service/grade berbeda produksi Pertamina, yaitu minyak pelumas dengan grade SF, SG dan SJ terhadap daya gesek yang ditimbulkan pada motor bensin satu silinder kapasitas 97 cc yang umum dipakai pada mesin sepeda motor kelas 100 cc. Penelitian dimaksudkan untuk melihat pengaruh perubahan viskositas minyak pelumas yang disebabkan oleh perubahan temperatur kerja dan putaran mesin terhadap daya gesek yang ditimbulkan.
Alat Uji
Pengujian dilakukan dengan menempatkan mesin di atas bangku uji (test bed) dengan dudukan (mounting) untuk menopang mesin. Keluaran daya poros mesin dihubungkan ke sebuah alat dynamometer arus searah (DC dynamometer) dengan kopling (flexible coupling). Momen puntir/torsi yang ditimbulkan oleh dinamometer terukur oleh strain gauge dalam load cell. Pada saat yang sama putaran dinamometer terukur oleh magnetic pick up. Jenis mesin yang digunakan adalah mesin 97cc, 4 Langkah dengan sistim pendinginan udara.
Parameter pengukuran lain seperti temperatur digunakan termokopel dan PRT (platinum
resistance thermometer). Sementara untuk tekanan digunakan sensor tekanan (pressure transducer).
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
Blower pendingin Gambar 1. Rangkaian alat uji mesin.
Metode Pengujian
Sebelum pengujian, dilakukan persiapan mesin dan sistem uji. Persiapan mesin meliputi: pembuatan dudukan, setting mesin di atas test bed, setting alat ukur dan bukaan throttle serta pengisian pelumas. Persiapan sistem pengujian meliputi: kalibrasi seluruh alat ukur yang digunakan dan pembuatan program pengujian (TMP).
Tabel 1. Urutan Pengujian Motoring No Putaran Mesin (rpm) Throttle (%)
1 4000 100 2 4500 100 3 5000 100 4 5500 100 5 6000 100 6 6500 100 7 7000 100 8 7500 100 9 8000 100 10 8500 100 11 9000 100
Pengujian dimulai dengan melakukan pemanasan mesin hingga temperatur pelumas pada bak penampung oli (oil sump) mencapai temperatur uji yang diinginkan. Jenis pengujian yang dilakukan adalah pengujian untuk memperoleh torsi dan daya gesek dalam rentang putaran antara 4000 – 9000 rpm dengan interval 500 rpm pada throttle 100% untuk tiga kondisi temperatur berbeda yaitu: 70 oC, 90 oC dan 110 oC. Pengujian motoring dilakukan menurut urutan sebagaimana tertera pada Tabel 1.
Pengujian motoring ini diperlukan untuk mendapatkan data daya hilang karena gesekan (friction
power).
Dengan diperolehnya daya gesek, maka dengan menambahkan daya poros akan didapat kurva daya terindikasi (indicated power curves) tanpa harus melakukan pengukuran tekanan di dalam silinder. Selama pengujian motoring temperatur minyak pelumas dijaga pada temperatur uji tertentu (70 0C, 90 0C dan 110 0C). Lama pengujian pada setiap kecepetan putaran mesin bergantung pada waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur uji tersebut.
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
HASIL DAN PEMBAHASANHasil pengujian viskositas ditunjukkan pada Tabel 2 dan hasil uji motoring meliputi torsi dan daya ditunjukkan dalam Tabel 3.
Dari Tabel 2 dan Tabel 3 tersebut masing-masing dapat digambarkan dalam bentuk grafik viskositas fungsi tempertaur (Gambar 2) dan grafik daya gesek fungsi putaran untuk berbagai jenis minyak pelumas pada berbagai temperatur seperti diperlihatkan pada Gambar 3 s/d Gambar 5 di bawah.
Dari Tabel 2 dan Gambar 2 terlihat bahwa untuk semua jenis minyak pelumas viskositas akan menurun dengan naiknya temperatur.
Tabel 2. Data pengujian viscositas minyak pelumas pada berbagai temperatur Jenis
pelumas
Temp ( oC)
Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-rata ( 2 2 s mm ) Viscositas (cST) P e l u m a s Grade SJ 30 314.37 314.49 312.6 313.820 0.9698 304.343 40 181.62 181.67 181.68 181.657 0.9698 176.171 50 111.92 111.65 111.66 111.743 0.9698 108.369 60 73.07 72.84 72.85 72.920 0.9698 70.718 70 50.05 50.02 50.01 50.027 0.9698 48.516 80 36.04 35.78 35.82 35.880 0.9698 34.796 90 27.25 26.95 26.79 26.997 0.9698 26.181 100 21.460 110 17.300 P e l u m a s Grade SG 30 305.18 305.18 305.2 305.187 0.9698 295.970 40 178.82 178.75 178.86 178.810 0.9698 173.410 50 110.09 110 110.03 110.040 0.9698 106.717 60 71.7 71.67 71.69 71.687 0.9698 69.522 70 49.68 49.23 49.23 49.380 0.9698 47.889 80 35.38 35.25 35.26 35.297 0.9698 34.231 90 26.71 26.32 26.59 26.540 0.9698 25.738 100 21.240 110 17.140 P e l u m a s Grade SF 30 331.57 331.27 331.57 331.470 0.876 290.301 40 189.78 189.78 189.84 189.800 0.876 166.227 50 117.39 117.69 117.25 117.443 0.876 102.857 60 76.24 76.09 76.08 76.137 0.876 66.680 70 52.23 52.46 52.4 52.363 0.876 45.860 80 37.42 37.78 37.45 37.550 0.876 32.886 90 27.87 27.96 28 27.943 0.876 24.473 100 20.200 110 16.280
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
Jenis pelu mas Putaran (rpm) Temperatur 70 oC Temperatur 90 oC Temperatur 110 oC Torsi(Nm) Daya Gesek (kW) Torsi (Nm) Daya Gesek (kW) Torsi (Nm) Daya Gesek (kW)
P e l u m a s Grade SJ 4000 -1.44 0.60 -1.26 0.53 -1.19 0.50 4500 -1.57 0.74 -1.40 0.66 -1.33 0.62 5000 -1.71 0.90 -1.52 0.80 -1.46 0.76 5500 -1.82 1.05 -1.65 0.95 -1.52 0.88 6000 -2 1.25 -1.80 1.13 -1.69 1.06 6500 -2.17 1.48 -1.98 1.35 -1.88 1.28 7000 -2.29 1.68 -2.10 1.54 -2.04 1.49 7500 -2.38 1.87 -2.18 1.71 -2.12 1.66 8000 -2.44 2.04 -2.26 1.89 -2.20 1.84 8500 -2.54 2.26 -2.38 2.12 -2.33 2.07 9000 -2.62 2.47 -2.47 2.33 -2.43 2.29 Rata-rata 1.486 1.365 1.315 P e l u m a s Grade SG 4000 -1.51 0.64 -1.33 0.56 -1.26 0.53 4500 -1.63 0.77 -1.43 0.67 -1.40 0.66 5000 -1.74 0.91 -1.54 0.81 -1.50 0.79 5500 -1.86 1.07 -1.70 0.98 -1.64 0.94 6000 -2.03 1.27 -1.86 1.17 -1.76 1.11 6500 -2.2 1.50 -2.02 1.38 -1.87 1.27 7000 -2.33 1.71 -2.16 1.58 -2.05 1.50 7500 -2.45 1.92 -2.26 1.77 -2.16 1.70 8000 -2.51 2.11 -2.34 1.96 -2.25 1.88 8500 -2.62 2.33 -2.46 2.19 -2.36 2.10 9000 -2.7 2.54 -2.56 2.41 -2.47 2.33 Rata-rata 1.524 1.407 1.346 P e l u m a s Grade SF 4000 -1.48 0.62 -1.30 0.54 -1.23 0.51 4500 -1.59 0.75 -1.43 0.67 -1.32 0.63 5000 -1.69 0.89 -1.53 0.80 -1.48 0.77 5500 -1.82 1.05 -1.64 0.95 -1.57 0.90 6000 -1.98 1.24 -1.84 1.16 -1.72 1.08 6500 -2.14 1.46 -2.01 1.37 -1.89 1.29 7000 -2.25 1.65 -2.12 1.55 -2.05 1.50 7500 -2.36 1.85 -2.22 1.74 -2.15 1.69 8000 -2.43 2.04 -2.29 1.92 -2.23 1.87 8500 -2.53 2.25 -2.40 2.14 -2.33 2.07 9000 -2.58 2.43 -2.49 2.35 -2.42 2.28 Rata-rata 1.475 1.381 1.327
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
Gambar Grafik Viscositas Vs Termperatur0 50 100 150 200 250 300 350 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Temperatur ( C) Vis c os ita s (c S t)
Oli SF Oli SG Oli SJ
Gambar 2. Grafik viskositas Vs temperatur minyak pelumas
Daya Gesek Vs Putaran Mesin pd Temperatur 70 oC
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Putaran (rpm) Day a Gese k (kW ) Grade SF Grade SG Grade SJ
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
Daya Gesek Vs Putaran Mesin pd Temperatur 90 oC0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Putaran (rpm) Day a G e se k (kW ) Grade SF Grade SG Grade SJ
Gambar 4. Daya gesek Vs Putaran mesin pada temperatur 90 oC. Daya Gesek Vs Putaran Mesin pd Temperatur 110 oC
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Putaran (rpm) Day a G e sek (k W ) Grade SF Grade SG Grade SJ
Gambar 5. Daya gesek Vs Putaran mesin pada temperatur 110 oC.
Dari Tabel 3 dan Gambar 3 s/d Gambar 5 terlihat bahwa Torsi dan daya gesek akan naik dengan naiknya putaran, karena semakin tinggi putaran maka semakin tinggi frekwensi gesekan antara dua buah komponen yang bergesekan. Ketika putaran mesin mencapai 9000 rpm kenaikannya daya gesek rata-rata sebesar 74 % s/d 78 % dibandingkan dengan putaran 4000 rpm. Untuk kondisi temperatur uji yang terlalu rendah daya gesek menurun dengan naiknya temperatur, hal ini dimungkinkan karena pada kondisi temperatur rendah kekentalan minyak pelumas masih tinggi dan akan menurun dengan naiknya temperatur. Sebaliknya dalam kondisi temperatur di atas temperatur kerja viskositas minyak pelumas menurun dengan cepat dengan naiknya temperatur, yang mengakibatkan meningkatnya gesekan.
