tribologi

TRIBOLOGI

Studi tentang gesekan, pelumasan, dan keausan yang disebut tribologi, meliputi banyak disipin ilmu, seperti mekanika benda padat, mekanika fluida, ilmu bahan, dan ilmu kimia. Bebeapa spesialis perlu dilibatkan dalam tim perancangan untuk menyelesaikan perancangan umum yang kritis.

1. Gesekan

Tidak semua gesekan merugikan atau tidak diinginkan. Lihat seperti roda penggerak yang menggunakan gesekan untuk membuat gaya dorong terhadap lantai, rel, atau jalan. Kopling tidak tetap dan rem menggunakan gesekan untuk menangani mesin, mempercepat, memperlambat, membuatnya berhenti, atau menahan pada posisinya. Klem dan kolet juga menggunakan gesekan untuk menahan komponen yang sedang dikerjakan selama operasi pemesinan. Dalam aplikasi semacam itu, gaya-gaya gesekan yang besar dan konsisten sangat dibutuhkan.

Fenomena utama yang terlibat dalam terjadinya gesekan adalah adhesi, efek-efek elastis seperti hambatan gelinding, efek viskoelastik, dan hambatan hidrodinamis. Adhesi adalah ikatan antara materi-materi yang berbeda. Kekuatan adhesi bergantung pada struktur dan sifat kimia dari bahan-bahan kimia yang berpasangan. Karakteristik permukaan juga berpengaruh, seperti ketinggian puncak dan lembah (tinggi atau rendahnya) kekerasan bahan, disebut asperities. Kadang aspirities pada komponen-komponen yang berpasangan dipisahkan selama gerakan relatif. Hambatan gelinding disebabkan oleh deformasi elastis dari benda yang bergerak atau permukaan tempat benda itu bergerak. Efek fisko elastikberhubungan dengan gaya-gaya yang disebabkan oleh deformasi bahan-bahan fleksibel, seperti elastomers, elama kontak. Sedangkan hambatan hidrodinamis, yang juga disebut efek fiskos (viscous effect), disebabkan oleh gerakan relatif antar molekul pelumas fluida diantara komponen-komponen berpasangan yang bergerak.

2. Keausan

Keausan adalah pengurangan ketebalan permukaan benda kerja akibat gesekan yang terjadi pada pembebanan dan gerakan.a. Sifat keausan :

- Keausan normal- Keausan tidak normal (akibat penggantian pelumas yang tidak teratur)

b. keausan tergantung pada :

- pembebana - kecepatan

1 | T r i b o l o g i

- jumlah minyak pelumas- jenis minyak pelumas- temperatur- kekerasan permukaan- kehalusan permukaan- adanya benda-benda asing- adanya bahan kimia

2.2 Jenis Keausana. Keausan adhesivb. Keausan abrasivc. Keausan tegangan kontak

a. Keausan Adhesiv

Disebabkan adanya gesekan antara permukaan kerja yang telah keras akibat terjadinya panas apabila lapisan minyak pelumas pecah(putus).

Lapisan film pelumas pecah karena :- kenaikan temperatur tinggi- tekanan kerja tinggi- kecepatan luncur tinggi

Jenis-jenisnya :- kelupas (qalling) pada permukaan roda gigi- gores (scuffing) pada piston- luka-luka gores (scoring) pada bantalan luncur- pelengketan (seizing) pada antara poros engkol dengan bantalan luncur

b. Keausan abrasiveDisebabkan karena adanya partikel-partikel benda asing yang terdapat diantara dua

permukaan yang sedang bergesekan. Partikel ini mula-mula menekan dan masuk kedalam logam kemudian merobek partikel-partikel logam tersebut dalam bentuk goresan-goresan. Partikel-partikel asing tersebut antara lain : Serbuk-serbuk logam, debu oksida logam dan serbuk-serbuk lain.

c. Keausan tegangan kontakDisebabkan karena adanya tegangan kontak bidang yang terjadi secara berulang

antara dua bidang kerja yang berpasangan, seperti roda gigi, bantalan, dan sebagainya.Tegangan kontak dapat menyebabkan keretakan yang memisahkan suatu partikel dari badan utama material tersebut.


penyebabnya adalah :1. Tegangan bidang kontak yang tinggi secara berulang dan menimbulkan kelelahan.2. Gerakan luncur dengan kecepatan tinggi disertai gerakan menggelinding.

d. Pengaruh keausanJika keausan terjadi pada :1. Bantalan, maka akan menimbulkan getaran dengan amplitudo dan frekuensi yang berlainan2. Alat-alat ukur, akan menguraingi ketelitian3. Alat-alat produksi, akan mengurangi kualitas dan kapasitas4. Silinder motor troak, akan mengakibatkan penurunan daya dan penambahan pemakaian bahan bakar.

3. Pelumasan

Kondisi umum pelumasan diperoleh pada saat kedua permukaan yang saling bergesekan dipisahkan secara sempurna oleh lapisan selaput (film) minyak yang ketebalannya cukup untuk menghindari terjadinya kontak antara logam dan non logam. Ketebalan minimum lapisan minyak pelumas harus jauh lebih besar dari kekasaran permukaan logam.

- Mekanisme Pelumasan 1. Pelumasan Hidrodinamis2. Pelumasan non Hidrodinamis a. Pelumasan tipis b. Pelumasan batas3. Pelumasan Hidrostatis

Pelumasan Hidrodinamis. Pelumas Hidrodinamis ialah pelumas yang tergantung gerak hidrodinamis, merupakan sifat dari aliran viskos. Minyak pelumas melekat baik pada permukaan yang diam kemudian diseret (dihisap) masuk kedalam ruang bebas pada arah tekanan disertai tekanan yang cukup besar untuk mengangkat beban. Kedua permukaan dipisahkan oleh lapisan selaput minyak pelumas agar permukaan bidang bidang tetap terpisah pada saat diberi beban, maka tekanan rata-rata dari lapisan selaput harus lebih besar dari tekanan atmosfir.

Kondisi yang diperlukan untuk menimbulkan lapisan selaput tipis yang dapatmengangkat beban karena gerak dinamisnya adalah :

a. Gerak relatif dari permukaan b. Lapisan selaput tipis minyak yang menyempit kearah gerakan


Kapasitas angkat beban tergantung dari :a. Viskositas (ƞ)b. Kecepatan gerakan (V)c. luas permukaan (A)d. Ketebalan lapisan selaput minyak (h)

Ketebalan lapisan minyak pelumas jauh lebih besar dari kekasaran permukaan logam dan aliran pelumas adalah linier. Ketebalan lapisan berkisar antara : 0,0025mm – 0.076mm.

Pelumas non Hidrodinamisa. Pelumas tipis

Pada beban berat dan kecepatan rendah serta pelumas yang tidak mencukupi menyebabkan kedua permukaan yang tidak mencukupi menyebabkan kedua permukaan yang bergesekan tidak terpisahkan secara sempurna.Hanya sebagian beban yang diangkat oleh gaya hidrodinamis dan sisanya menrupakan kontak dengan logam.permukaan yang kasar mengganggu kondisi aliran laminer (selaput tipis) dan mengakibatkan koefisien gesek naik.

b. Pelumas batasBeban bertambah berat sehingga tekanan kontak cukup tinggi, kecepatan cukup rendah dan pengaruh gaya hidrodinamis diabaikan.pelumas masih ada tetapi sifat viskositas minyak pelumas tidak efektif dan tidak ada aliran pelumas. Terjadi pelapisan secara kimia pada permukaan logam yang berbentuk selaput padat grafit. Seluruh beban diangkat oleh lapisan yang sangat tipis dan merupakan lapisan multi molekuler. terjadi kontak logam dengan logam, koefisien gesek naik dan nilainya berkisar antara 0,01 – 0,1.

c. Pelumas hidrostatisLapisan minyak pelumas tidak tergantung gerak hidrodinamis tetapi tergantung pada tekanan luar dari sistim pembagian minyak pelumas.

3.1. Klasifikasi Minyak Pelumas1. Viskositas

Viskositas adalah hambatan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan cairan yang lain.Viskositas rendah (kecil) : cairan dapat mengalir dengan mudah.Viskositas tinggi (besar) : cairan sulit mengalir.Viskositas sangat tergantung pada temperatur :- temperatur naik, viskositas turun.- temperatur turun, viskositas naik.


ƞ = v.ρ ƞ= viskositas absolut (dinamis) v= viskositas kinematis ρ= massa jenis

Satuan-satuan viskositas :

ρ =kg

m3

v = m2

s

η = kgm3 .

m2

s= kgms2.sm

= Nm2 . s=Pa. s

v = m2

s=106mm

2

s.¿)

1 Pa.s = 1000 mPa.s ( 1mPa.s = 1 cP )

# Keterangan :

- Pa = Pascal- cSt = centi stokes- cP = centi poise- mPa = mili Pascal2. Indeks ViskositasDisingkat IV ; adalah angka empiris yang menyatakan kepekaan suatu minyak

pelumas terhadap temperatur.Jika IV bertambah besar, maka perubahan viskositas terhadap perubahan temperatur semakin kecil.Besar IV antara 0 – 100 (tanpa satuan)SAE 10 : minyak pelumas dengan IV = 10SAE 40 : minyak pelumas dengan IV = 40IV 10, tidak berarti viskositasnya 10IV 40, tidak berarti viskositasnya 40IV merupakan tingkat (grade) viskositas

3. Sistim klasisifikasi minyak pelumas :1. Klasifikasi SAE J 300 d2. Klasifikasi SAE J 306 c3. Klasifikasi standard ASTM

# SAE : Society of Automotive Engineers

ASTM : American Standard of Testing and Material


Viskometer : alat ukur viskositas ( kinematis)

1. Klasifikasi SAE J 300 d- khusus minyak pelumas mesin- disebut minyak pelumas karter

a. Tingakat viskositas diberi tanda W (wintion)- Untuk spesifikasi kondisi temperature lingkungan rendah yaitu daerah

beriklim sedang terutama pada saat musim dingin- Viskositas kinematis diukur pada temperature -18o C dengan CCS ( cold

cranking simulator )- Contoh : SAE 10 W

b. Tingkat viskositas tampa tanda W- Untuk tempratur lingkungan normal- Viskositas kinematis diukur pada temperature 100o C- Contoh : SAE 10

c. Minyak pelumas multigrade- Untuk kondisi musim dingin maupun musim panas- Contoh : SAE 10W – 40 artinya ; batas pengukuran viskositas -18oC

untuk SAE 10 W dan 100oC untuk SAE 40

Minyak pelumas multigrade dapat di gantikan dengan minyak pelumas singelgrade untuk operasi pada temperature normal, misalnya ; SAE 20W – 40 dapat diganti dengan SAE 30 atau SAE 40

2. Klasifikasi SAE J 306- Minyak pelumas transmisi manual dan axel- Disebut minyak pelumas roda gigi- Minyak pelumas dengan tanda W, viskositas maksimum ditentukan 150.000

cP dan temperature maksimum tertentu untuk setiap tingkat viskositas.- Untuk temperature tinggi viskositas diukur pada 100oC dengan metode ASTM

D445 dan dinyatakan dalam cSt.- Tidak ada hubunga antara tingkat viskositas minyak pelumas karakter SAE J

300d dengan minyak pelumas roda gigi SAE J 306 C meskipun kelihatan sama dalam sistim penomeran.

- Contoh : i. m. pelumas karter SAE 50 tidak sama dengan m. pelumas roda gigi

SAE 50, tetapi minyak pelumas karter SAE 50 sesuai/sama dengan m. pelumas roda gigi SAE 90


ii. m. pelumas karter SAE 40 merupakan bagian dari minyak pelumas roda gigi SAE 90

3. Klasifikasi ASTM D2422-57- Viskositas ditentukan antara 2-1500cSt, dengan pengukuran pada 40oC- Ada 18 tingkat viskositas menurut ASTM D2422- Tingkat viskositas dengan identifikasi ISO VG ( International

Organization for Standardization Viscosity Grade )Contoh :

ISO VG 10 : viskositas nominal 10 cSt pada temperature 40oCISO VG 100 : viskositas nominal 100 cSt pada temperature 40oC

Macam-macam pelumas

1. Pelumas Gemuk2. Pelumas Cair :

a. Pelumas konvensional b. Pelumas sintetis

1. Peluma Gemuk / Grease / Vaselin Merupakan minyak pelumas berbentuk padat atau setengah padat tetapi

lembut.Terdiri dari minyak mineral tebal ditambah dengan sabun logam. Kadang-kadang minyak mineral ditambah bahan-bahan kimia lain agar tidak terjadi pemisahan antara minyak dengan sabunnya.

Bagian yang diberi gemuk biasanya tertutup dan disekat, biasanya tidak perlu lagi diberi gemuk sampai saat turun mesin atau dapat jga diberi lg secara periodic.

Fungsi gemuk :1. Dapat digunakan pada semua bagian mesin yang bergerak2. Bersifat sebagai penyekat untuk menahan masuknya kotoran3. Menahan kebocoran dan penetesan dari permukaan yang di lumasi4. Melindungi terhadap terjadinya korosi5. Memberikan tahanan pada kerja mekanis yang didukung.

Keuntungan gemuk :

Lebih praktis dan ekonomis Tidak sering mengganti pelumas Melekat lebih baik pada permukaan logam yang dilumasi Dapat digunakan pada kondisi :

Temperature tinggi


Tekanan tinggi Kecepatan remdah Operasi periodik Mesin yang sudah tua umurnya

Kekurangan gemuk :

Bukan pendingin yang baik Dalam penggantian pelumas gemuk lebih sulit debersihkan Harga pergalon lebih mahal dari minyakcair

Macam-macam gemuk :

Gemuk sabun kalsium Gemuk sabun natrium Gemuk sabun litium Gemuk sabun campuran

2. Pelumas konvensional (m. mineral)Adalah minyak pelumas yang berbentuk cairan (likuid) yang terdapat didalam

dan merupakan hasil produksi dari proses pengilangan secara normal dari industry perminyakan.

Kualitas minyak dicapai dengan cara pemurnian dan proses pengolahan ditambah bahan-bahan kimia tertentu yang disebut aditif.Aditif yang ditambahkan kedalam minyak pelumas mempunyai bermacam-macam tujuan dan peranan yang sebagian besar untuk memperbaiki mutu minyak pelumas yang berasal dari alam dan dari proses pengolahan terhadap :

a. Unjuk kerja mesin dalam kondisi beratb. Temperature operasi yang luasc. Kecepatan luncur yang lebih tinggi

Jenis-jenis aditif :

1. Deterjen2. Dispersan3. Pelindung korosi4. Pelindung tekanan ekstrem

3. Minyak pelumas sintetis (tiruan)


Adalah minyak pelumas yang tidak terdapat di alam dan bukan merupakan hasil produksi langsung dari prose pengilangan secara normal dari industry perminykan.

Minyak pelumas sintetis adalah hidrokarbon yang telah mengalami proses khsus, yaitu ;

- Dibentuk sama dengan minyak pelumas konvensional- Mempunyai kemampuan melebihi munyak pelumas konvensional- Dibuat menggunakan fluida-fluida yang sesuai dengan tujuan

penggunaanya

Bahan-bahan kimia yang ditambahkan antara lain :

- Estersam- Ester fosfat- Ester silikat

Keuntungan minyak pelumas sintetis :

a. Mempunyai kualitas yang baikb. Mempunyai unjuk kerja yang lebih baikc. Mempunyai gesekan yang lebih kecild. Mempunyai umur yang lebih baik, yaitu penggantian minyak pelumas

lebih lama

Kekurangan minyak pelumas sintetis :

a. Harga lebih mahalb. Tidak dapat digunakan untu semua mesin.


tribologi

Documents