SEMINAR NASTONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNM 6) 20,10

SEMINAR

NASTONAL

MESIN

DAN INDUSTRI

(SNM|6)

20,10

"Peran Riset Bidang Teknik Mesin dan Teknik Indushi Dalan Mendtkung Pengembangan Industri dan Mengatasi Kekurangan Energi di Indonesia'

Prognm StudlTeknlk Mesln dan Teknlk IndustrlJurusan Tcknlk Mesln Fakultas Teknlk Unlversltas Tarumanagara

STTIDI PENGART]H KENAIKAI\ PUTARAN

TERIIADAP TEI(ANAI\T PELI]MAS PADA BANTALAN LTINCT]R Agustinus Purna Irawan dan Syafrizal

Laboratorium Fenomena Mesin

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jl. Let. Jend. S. Parman No. I Jakartp 11440

e-mail: agustinus0 _{I @yahoo.com}

Abstrak

Bantalan lurrcur atau journal bearing banyak digunakan pado mesin-mesin dengan putaran tinggi, suhu tinggi dan kondisi beban yang bertlulduasi. Bantalan luncur memerlukan pelumasan yang baik untuk mengurangi terjadinya gesekan antara poros dengan bantalan. Ketebalan lapisanfilm pelumas dan teleanan pelumas berbeda-beda dari satu posisi ke posisi lain dari bantalan luncur.

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatlcan hubungan antara tekanan pelumas pada bantalan lurrcur dari beberapa titik pengamatan dengan putaran dari poros. Bantalan luncur yang diuji dengan perbandingan UD : 1,6. Karakteritik yang diamati adalah tekanan lapisanfilm pelumas dengan variasi putaran 200 r/min 300 r/min, 400 r/min dan 500 r/min. Pelumas yang digunakan adalah SAE 90. Hasil pengujian memrnjuk*an bahwa peninglratan putaran meningkatkan tekanan pelumas, dengan titik lritis terjadi Wda daerah dengan ketebalan lapisan film minimum. Hasil pengujian selanjutnya akan dibahas dolam malwlah ini.

Kato kunci: bantalan lucur, tekanan pelumas, putaran.

Pendahuluan

Elemen mesin yang berputar, membutuhkan bantalan sebagai penumpu sehingga elemen mesin tersebut dapat.berputar dengan baik. Salah satu jenis bantalan yang biasa digunakan untuk meildukung mesin-mesin putaran tinggi adalah bantalana luncur (ournal bearing). Desain konstuksi dari bantalan luncur cukup sederhana dan proses pemasangannya tidak sulit dan tidak membutuhkan peralatan khusus. Ketelitian bantalan luncur tidak perlu tinggi dan sudah dapat bekerja dengan baik, sehingga harganya cukup murah. Beberapa kelemahan bantalan luncur adalah gesekan yang terjadi cukup besar, membutuhkan pelumasan yang baik dengan lapisan film dan viskositas yang tepat dan menghasilkan panas yang tinggi, sehingga perlu usaha untuk memindahkan panas yang dihasilkan.

Penelitian ini membahas hubungan antara tekanan minyak pelumas dengan putaran yang dihasilkan oleh bantalan luncur. Pengamatan juga dilakukan untuk mengetahui tekanan tertinggi dan tekanan terendah yang dihasilkan oleh bantalan luncr/r pada saat dioperasikan. Fenomena ini perlu diamati supaya dapat diberikan pelumasan yang tepat pada bantalan luncur.

Dasar Teori

Pelumasan yang digunakan dalam bantalan luncur biasanya menggunakan sistem pelumasan hidrodinamik. Pelumasan ini dilakukan dengan cara memberikan sejumlah pelumas di antara ruang antar permukaan yang bergerak relatif, sehingga dapat terbentuk lapisan film pelumas. Teknik ini secara efektif digunakan pada bantalan luncur, dimana poros $ournal) dan bantalan (bearing) menciptakan rongga tipis di dalam celah sempit yang dapat menjebak pelumas sedemikian hingga poros dapat memompa pelumas untuk mengelilingi rongga tersebut.

Beberapa asumsi dalam pelumasan pada banta luncur yaitu: l). Pelumas mematuhi hukum aliran viskos atau Newton; 2). Gaya inersia pelumas diabaikan; 3).Pelumas dianggap

it'r

SEMINAR

NASTONAL

MESTN

DAN |NDUSTR|

(SNMf6),2010

"Peran Riset Bidang Teknik Meein d"n Teknik Indushi Dalam Mendukung Pengembangan Indushi dan , Mengatasi Kekurangan Energt dl Indonesia'

Program StudiTeknlk Mesln dan Teknlk lndustrl Jurusan Teknlk Mesln Fakultas Teknlk Unlvensitas Tarumanagara

incompressible; _{4). Viskositas dianggap konstan .sepanjang} lapisan pelumas tersebut; 5). Tekanan tidak berubah _{dalam arah aksial [l].}

a) Bantalan Luncur Saat Kering b) Bantalan Luncur Saat Basah Gambar l. Skema Bantalan _{Luncur []}

-7/:-a;KJ

i{:lffii\

\ \

ll

{. |x" \

il

(+$-i,l

_/

Gambar 2. Terminologi Bantalan _{Luncur Saat Berputar [l]}

Dimensi bantalan luncur yang penting adalah pemilihan,Lld. Beberapa hal penting berkaitan dengan Lld dari bantalan luncur adalah sebagai berikut: makin kecil Ud maka makin rendah pula kemampuan bantalan menahan beban, makin besar L/d makin besar pula panas yang timbul, makin besar L/d maka kebocoran pelumas di ujung bantalan dapat diperkecil, makin besar Lld akan menyebabkan tekanan tidak merata, jika pelumas tidak merata maka L/d diperkecil, makin besar temperatur makin tinggi, L/d harus ditentukan berdasarkan lokasi yang tersedia, Lld tergantung dari jenis bahan bantalan makin lunak maka Ltrd makin besar [2].

Persamaan dasar dalam desain bantalan luncur sebagai _{berikut: f1,2,3,4)}

Tekanan rata-rata yang terjadi pada bantalan dapat dicari dengan menggunakan persamaan: F F

P * s =

A = L d ( l )

Ketebalan lapisan film merupakan fungsi 0 dan dinyatakan dengan persamaan:

h = c,(l + e cos g) (2)

IN

{i"#

SEMINAR

NASTONAL

MESTN

DAN INDUSTR|

(SNM|6)

2010

'Peran

_Riset,Bidans

_reknik

_{tff"T#rl;.ffi*l;X'J",ffiXnf;$pr}

_Pensembansan

_Industri

_dan

Program StudlTeknlk Mesln dan Teknlk Indus(dJurusan Teknlk Mesln Fakultas Teknlk Unlversltas Tarumanagara

Lapisan film h maksimum _{terjadi pada 0 : 0 dan minimum terjadi pada 0 : n, sehingga dapat} diperoleh persamaan:

h^in = c,(l- e) (3)

h^o = c,(l + e) (4)

Dengan c, : clearance _{radial (R - r) dan e : rasio eksentrisitas} (e/cr)

Bearing characteristic number dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:

:|

!

_t

s = f3'l' t*

\ C / P

(s)

Dengan R: jari-jari bantalan, c : clearanc€, p: viskositas pelumas, n : putaran poros (r/min) p : tekanan pada bantalan.

it'. revls

Gambar 3. Skema L/D Bantalan _{Luncur [l]} Metode Penelitian

1. Bahan dan Alat Uji

Tabel 1abel l. tsahan dan Alat [4

No. Spesifikasi Keterangan

I Diameter poros 47,5 mm

2 .

Diamater bantalan 5 1 , 8 m m

3 .

Panjang efektif bantalan 85 mm

4 . Lld

_{1 , 6}

5 .

Massa bantalan

950

e

6 . Clearance 2 , 1 5 m m

7. Pelumas

_{SAE 90}

8 . Viskositas absolut 70oC, 130 mPa.s

2. Prosedur Pengujian

. Mempersiapkan alat uji dan memastikan _{bahwa pelumas sudah terisi dengan baik di} bantalan luncur.

o Menjalankan motor penggerak dan mengatur putaran _{motor dengan} kecepatan 200 r/min, 300 r/min, 400 r/min dan 500 r/min.

o a

SEMINAR

NASTONAL

MESTN

DAN TNDUSTRI

(SNMf6I2010

oPeran _{Riset Bidang Teknik Mesin dan Teknik Industri Dalam Ifendukung Pengembangan Indushi dan}

program

_Studrreknrk

_*.,,,

_{o#fr11ff:ffffn:ilffi$.f"Ti:il:T;*- unrversrtas}

_Tarumanasara

Mengambil data tekanan pelumas di setiap titik yang tersedia. ,

Data diambil setelatr motor berputar selama (15 - 30) menit dengan asumsi proses pelumasan sudah berjalan dengan baik dan stabil.

Prosedur ini dilakukan untuk setiap tingkatan putaran motor dan jumlah data setiap putaran diambil beberapa kali sehingga diperoleh data yang valid.

Menganalisis data dengan bantuan grafik hubungan antara minimum film thickness variable (h/c), eccentricity ratio (e/c) dan bearing chapcteristic number (S).

Gambar 4. Sketsa Penampang Bantalan Luncur Yang Diuji

Pengukurui rrkurran pada bantalan dilakukan pada saat putaran nonnal dengan antara waktu (10 - 15) menit. Tekanan dihitung dengan cara menjumlahkan tekanan rata - rata normal bantalan pada saat diam dengan tekanan hidrostatis bantalan pada saat mendapat beban putar. Nilai tekanan aktual yang diperoleh dapat dihitung dengan persamaan: _[1,2]

F, = 4 *Pn Dengan:

o P1 : adalah tekanan total bantalan o Po : tekana awal (l Atm)

o P6 : tekanan hidrostatis bantalan

(6)

(N/m2)

,

(N/rt), dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut:

o Pr, : p.g.h (7)

p : masa jenis pelumas SAE 90, dengan temperature kerja 60oC h : tinggi kenaikkan fluida ukur karena penkanan (m)

. g : percepatan grafitasi (9,81 m/s') Hasil Pengujian Dan Pembahasan

Pengujian bantalan luncur dilakukan dengan variasi putaran 200 rlmin, 300 r/min, 400 r/min, dan 500 r/min, selanjutnya hasil tebal lapisan film pelumas dan perhitungan tekanan pada masing-masing putaran sebagai berikut.

Sampel pengukuran

tekana n hldrostatis bantalan denganmanometer

F

:

SEMINAR

NASIONAL

MESIN

DAN INDUSTRI

(SNM|6)

2010

operan

_Riset

_Bidang

_reknik

TnTj[XI;.H,IlHtr#X*X*pt

Pengembansan

Indusbi

dan

Program StudlTeknlk Mesln dan Teknlk InduqtrlJurusrn Teknlk Mesln Fakultas Teknlk Unlvenltas Tarumanagara

Tabel l. Tebal Lapisan Film Pelumas [4]'

No.

Putaran

_(r/min)

Tebal Lapisan Film

0

S e 6 h-r" (mm) h-"' (mm) I

200

0,301

3,999

15Y

0,02

1,849

0,86

2

300

0,387

3,913

10"

0,03

|,763

0,82

3

400

0,537

3,762

5"

0,04

1,612

0,7

5

4

s00

0,645

3,655

a v r J r

0,05

1 , 5 0 5

0,70

Tabel 2. Hasil Pengukuran Tekanan Total Bantalan No

Urut

Tekanan total (Pa) masing -masing kecepatan

200 r/min

300 r/min

400 r/min

500 r/min I

1 0 1 5 4 8

1 0 1 5 4 9

101349

1 0 1 5 0 9

2

1 0 1 4 8 2

1 0 1 4 8 4

1 0 1 r 7 5

1 0 1 5 0 9

3

101268

l0l27r

100899

100981

4

100684

100688

100321

99977

5

100727

100732

100685

100536

6

1 0 r 8 9 3

1 0 1 8 9 9

t01326

101752

7

102008

102015

1 0 1 8 5 9

r02189

I

1 0 1 8 8 7

1 0 1 8 9 5

101974

102054

9

101707

1 0 1 7 1 6

1 0 1 8 5 0

1 0 1 8 6 2

l 0

r 0 1 5 5 3

1 0 1 5 6 3

1 0 1 6 8 1

rOt677

l t

1 0 1 4 1 5

t01426

1 0 r 5 2 6

1 0 1 5 0 9

t2

t0t293

1 0 1 3 0 5

I 0 1409

1 0 1 3 8 3

l3

L0tl74

l 0 l 1 8 7

l 0 l 3 l 7

1 0 1 2 8 3

l 4

l 0 l 0 l 3

t0t027

1 0 r 2 0 6

I 0l 149

l 5

10082r

100836

1 0 1 0 7 6

t00972

16

1 0 0 7 1 6

100732

100923

100796

Tabel 3. Perbedaan Tekanan Total Bantalan No. Uji Tekanan Aktual

Bantalan (Pt) Perbedaan Putaran (r/min) 7 Pmax

102008

t323

,

200

4 Pmin

100684

7

Pmax

1 0 2 0 1 5

1326

300

4 Pmin

100688

7

Pmax

1,0197

4

1 6 5 3

400

4 Pmin

100321

7 Pmax

1 0 2 1 8 9

_22tr

₅₀₀

4 Pmin

99977

SEMTNAR

NASTONAL

MESTN

DAN INDUSTR|

(SNM|6),2010

oPeran Riset BidangTeknik Mesin danTeknik Indushi Dalamltfendukung Pengembangan Indushi dan

program

_studrreknrk

_*,,,,

_{o#;lk:il;:fiffn:il,ffiff.1#flil:T;,'-}

_unhersrtas

_Tarumanasara

I 1o2soo 5 rozooo_(! c 3 101sq, |! 6 1o1ooo F ! roosoo o J g 1000(X, 995(x'

f t *

-ril=a

ffi

f f r r r i F E - B - S r e - r

_'$4

Ets

V I

98500 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 Lubang Pengukuran Tekanan

-+-0 _{r/mln "tlr2O0r/min "Gt-3q, r/mln '#ril)Or/mln} -&=Sfl1r/mln

Gambar 5. Grafik Tekanan Bantalan vs Putaran

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan yang telah dilakukan di atas, terlihat bahwa ketebalan lapisan film minimum terjadi pada putaran 500 r/min dan ketebalan lapisan film maksimum terjadi pada putaran 200 rlmin. Tekanan mulai naik pada titik ke 5 dimana lapisan film pelumas paling tipis, dan pada saat itu pelumasan mendapat tambahan tekanan akibat gaya senhifugal dari journal terhadap pelumasan. Tekanan ini maksimum pada titik 7, dimana posisi journal dan bantalan 90' dan ketebalan lapisan film mulai bertambah. Tekanan jurnal terhadap laplsan film terus menurun pada titik 4 pada deretan berputar. Daerah titik 4

dan 5 dapat dikatakan daerah ambang minimum dan daerah titik 7 dan 8 dikatakan daerah ambang maksimum. Berdasarkan analisa aktual tekanan di atas maka kondisi daerah titik 7 adalah kondisi laitis akibat tekanan. Sedangkan pada daerah dengan ketebalan lapisan pelumas maksimum, tekanan pelumas yang terjadi mendekati tekanan atmosfir. Perbedaan tekanan terendah ada pada putaran poros paling rendah dengan kecepatan 200 rlmin dan perbedaan _{tekanan tertinggi ada pada putaran poros paling tinggi yaitu pada kecepatan} 500 r/min. Secara keseluruhan dari pengamatan diperoleh bahwa perbedaan tekanan maksimum dan minimum pelumas akan makin meningkat jika putaran poros juga meningkat.

Kesimpulan

Telah dilakukan pengujian terhadap tekanan pelumas bantalan luncur dengan 16 posisi pengukuran. Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa tekanan minyak pelumas yang terjadi paling besar terjadi pada daerah dengan lapisan pelumas paling tipis, yaitu titik 7 dan 8 sebagai ambang batas tekanan maksimum. Tekanan ambang batas minimum terjadi pada titik 4 dan 5. Tekanan pelumas batas maksimum dan minimum akan meningkat seiring dengan kenaikan putaran poros. Perbedaan tekanan maksimum dan minimum terbesar terjadi pada putaran yang paling tinggi yaitu 500 r/min. Fenomena ini dapat dijadikan acuan untuk mengantisipasi keausan akibat gesekan pada bagian bantalan dengan lapisan film pelumas paling tipis dengan tekanan yang paling besar.

Daftar Pustaka

F-r'

3 .

4.

5 .

6.

SEMINAR

NASIONAL

MESIN

DAN INDUSTRI

(SNM|6)

2010

"Peran Riset Bidang Teknik Mesin dan Teknik tndustri Dalam Mmdukirng Pengembangan Indusbi dan Mengataei Kekurangan Energi di Indoneeia"

Program StudlTeknlk Mesln dan Teknlk IndustrlJurwan Teknlk llesln Fakultao Teknlk Unlvenltat Tarumanagara

2. Khurmi, R.S. (2004), A turt book of machine desigtt. S.I. Unitsr New Delhi: Eurasia Publishing House (Pvt) LTD.

Sularso (2000), Dasor perencanaan dan pemilihan elemen mesin. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Agustinus P. Irawan dan Syafrizal (2009), Karakteristik bantalan luncur menggunokon pelumas SAE 90. Prosiding Temu Ilmiah Nasional Dosen Teknik VIII 2009. Fakultas

Teknik Universitas Tarumanagara.ISBN: 978-979-99723-+-7 hal.III.75 - III.80. Spotts, M.F. (l9Sl), Design of machine elemenfs. New Dellhi: Prentice Hall.

Ahmed Bouzidane and Marc Thomas (2007), Equivalent stiffness and domping investigation of a hydrostatic journal bearing. Tribology Transactions, Apr-Jun 2007 Vol. 50 No. 2 pp 257 -267.

Ertugrul Durak, Cahit Kurbanoglu and Recai Fatih Tunay (2006), Experimental study of effects of oil odditives into coefficient of friction in journal bearings at dffirent temperatures. Indushial Lubrication and Tribology. 58/6 (2006) pp.288-294.

M. Tnngeya and M. Gadala (2007), Optimization of journal bearings using a hybrid scheme. Journal Engineering Tribology, 221 part J. pp. 591 - 607.

N Tala-Ighil, P Maspeyrot, M Fillonl, and A Bounif (2007), Effects of surface texture on journal-bearing characteristics under steady-state operating conditions. Journal of Engineering Tribology Vol. 221Part J, pp. 623 - 633.

7.

8 . 9 .