viskositas.pdf
TRANSCRIPT
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
ANALISA TEKANAN PADA BANTALAN LUNCUR
YANG MENGGUNAKAN MINYAK PELUMAS
MULTIGRADE DENGAN DAN TANPA ADITIF
DENGAN VARIASI PUTARAN
SKRIPSI
Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
N I M : 0 4 0 4 0 1 0 4 5
FRANS EDO ADHINATA PASARIBU
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N 2009
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
KATA PENGANTAR
Pujian dan rasa syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa
karena atas berkat karunia-Nya, Skripsi ini dapat selesai dengan baik. Skripsi ini
diajukan untuk melengkapi syarat dan melengkapi studi untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini membahas tentang teknik pelumasan pada bantalan luncur yang
dilumasi dengan minyak pelumas multigrade, berjudul , Analisa Tekanan Pada
Bantalan Luncur Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa
Aditif Dengan Variasi Putaran.
Dengan terselesainya Skripsi ini, pada kesempatan ini Penulis
mengucapkan terima-kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Orang Tua dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan
baik moril maupun materil kepada penulis tanpa pamrih.
2. Bapak Ir. H. A Halim Nasution, M.Sc. selaku dosen pembimbing Skripsi
yang telah meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis
dalam menyelesaikan Skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT selaku Sekretaris Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dan sebagai
dosen penguji 2
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
5. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc, sebagai dosen penguji 1.
6. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Kepada Fransiskus ciscus Purba, Adileo Panjaitan, Fernando Manurung,
Satria Sagala, Marulitua Sidauruk, David Tambunan, Mangatas, Fazar dan
Sura Baik Sitepu yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini.
8. Semua mahasiswa Teknik Mesin umumnya, dan khususnya sesama rekan-
rekan stambuk 2004.
Penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Skripsi ini
dengan baik. Penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang
bersifat membangun. Akhir kata, Penulis mengharapkan semoga Skripsi ini dapat
bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Maret 2009
Penulis
NIM : 040401045 Frans Edo Adhinata Pasaribu
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU M E D A N
TUGAS SARJANA
N A M A : FRANS EDO ADHINATA PASARIBU
N I M : 0 4 0 4 0 1 0 4 5
MATA PELAJARAN : TEKNIK PELUMASAN
SPESIFIKASI :
DIBERIKAN TANGGAL : 27 / 11 / 2008 SELESAI TANGGAL : 06 / 03 / 2009
MEDAN, 27 / 11 / 2008
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,
DR.ING IR.IKHWANSYAH ISRANURI IR.A.HALIM NASUTION, M.Sc
AGENDA : 844/TS/2008 DITERIMA TGL : PARAF :
Buatlah analisa tekanan pada bantalan luncur pada mesin percobaan di Laboratorium Teknik Mesin FT USU dengan menggunakan minyak pelumas multigrade SAE 15W/50 dengan penambahan aditif, kemudian bandingkan dengan percobaan yang menggunakan minyak pelumas SAE 15W/50 tanpa penambahan aditif.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
NIP. 132 018 668 NIP. 130 900 682 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK U.S.U.
KARTU BIMBINGAN MEDAN
No. : 844 / TS / 2008 TUGAS SARJANA MAHASISWA
Sub. Program Studi : Konversi Energi / Teknik Produksi Bidang Studi : Teknik Pelumasan Judul Tugas : Diberikan Tgl. : 27 November 2008 Selesai Tgl: 06 Maret 2009 Dosen Pembimbing : Ir.A.Halim Nasution, M.Sc Nama Mhs:Frans Edo A.P N.I.M : 040401045
NO Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan
Dosen Pemb. 1. 27-11-2008 Konsultasi penetapan tugas 2. 07-01-2009 Perbaiki bab 1 (latar belakang) dan bab 2 3. 23-012009 Perbaiki persamaan tekanan 4. 30-01 2009 Diagram alir pengujian
5. 10-02-2009 Pengujian kekentalan minyak pelumas dan analisa
6. 24-02-2009 Pengujian karakteristik bantalan luncur 7. 03-03-2009 Lanjutkan analisa tekanan 8. 05-03-2009 Penbahasan pada kesimpulan 9. 06-03-2009 ACC diseminarkan 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. CATATAN : Diketahui, 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Ketua Jurusan Teknik Mesin
Pembimbing setiap Asistensi F.T U.S.U 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Jurusan,
bila kegiatan Asistensi telah selesai. Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.132 018 668
.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................... i
SPESIFIKASI TUGAS ................................................................................. iii
KARTU BIMBINGAN ................................................................................. iv
EVALUASI SEMINAR ................................................................................ v
DAFTAR ISI ................................................................................................. viii
DAFTAR GAMBAR..................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ......................................................................................... xvii
DAFTAR NOTASI ....................................................................................... xix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1
1.2 Maksud dan Tujuan ..................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ......................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 5
2.1 Gesekan dan Keausan .................................................................. 5
2.2 Pengertian Pelumasan .................................................................. 5
2.3 Fungsi Bahan Pelumas.................................................................. 6
2.4 Tipe-tipe Pelumasan ..................................................................... 8
2.4.1 Pelumasan hidrodinamis ...................................................... 8
2.4.2 Pelumasan elastohidrodinamis ............................................. 10
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.4.3 Pelumasan bidang batas.......................................................... 10
2.4.4 Pelumasan tekanan ekstrim .................................................. 11
2.4.5 Pelumasan padat .................................................................. 11
2.4.6 Pelumasan hidrostatis........................................................... 13
2.5 Kekentalan (Viscosity) ................................................................. 14
2.5.1 Kekentalan dinamik dan kekentalan kinematik .................... 14
2.5.2 Klasifikasi kekentalan minyak pelumas ............................... 18
2.5.3 Minyak pelumas multigrade ................................................ 21
2.5.4 Pengaruh temperatur dan tekanan terhadap kekentalan ........ 23
2.6 Pengukuran/Pengujian Kekentalan Minyak Pelumas .................... 26
2.6.1 Viskometer bola jatuh (Falling Sphere Viscometers) .......... 26
2.6.1.1 Viscometer Bola Jatuh Yang Memenuhi Hukum
Stokes................................................................... 26
2.6.1.2 Viskometer Bola Jatuh Menurut Hoeppler ............ 28
2.6.2 Viskometer rotasional ......................................................... 29
2.6.3 Viskometer pipa kapiler ...................................................... 30
2.6.4 Viskometer cone and plate .................................................. 31
2.6.5 Viskometer Tipe lain........................................................... 32
2.7 Aditif minyak Pelumas ................................................................. 33
2.7.1 Tujuan penambahan aditif terhadap minyak pelumas .......... 34
2.7.2 Pengaruh penambahan aditif terhadap minyak pelumas ....... 34
2.7.3 Tipe aditif dan penggunaannya ........................................... 35
2.8 Bantalan Luncur dan Pelumasan pada Bantalan Luncur .............. 39
2.8.1 Bantalan Luncur ................................................................. 39
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.8.2 Pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur .................... 41
2.8.2.1 Teori aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat/
permukaan datar ................................................... 41
2.8.2.2 Persamaan tekanan Sommerfeld untuk pelumasan
Hidodinamis pada bantalan luncur ......................... 43
BAB III METODE PENGUJIAN .............................................................. 46
3.1 Diagram Alir Pengujian ............................................................... 46
3.2 Variabel Pengujian ..................................................................... 47
3.3 Peralatan Pengujian .................................................................... 47
3.4 Pengisian Minyak Pelumas dan Pemanasan ................................ 51
3.5 Pengujian Karakteristik Bantalan Luncur .................................... 51
3.6 Pengujian Kekentalan Minyak Pelumas ...................................... 52
3.7 Minyak Pelumas dan Aditif yang Digunakan .............................. 53
BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA .......................................... 54
4.1 Data hasil pengujian kekentalan minyak pelumas ........................ 54
4.2 Data pengujian distribusi tekanan ................................................ 55
4.3 Analisa hasil pengujian kekentalan minyak pelumas .................... 58
4.4 Analisa pengujian distribusi tekanan pada bantalan ..................... 59
4.5 Analisa Tekanan pada bantalan menggunakan persamaan
Sommerfeld ................................................................................ 71
4.6 Analisa Beban Bantalan Luncur ................................................... 88
4.7 Pembahasan Terhadap Grafik Distribusi Tekanan ........................ 90
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 93
5.1 Kesimpulan ................................................................................ 93
5.2 Saran ........................................................................................... 95
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 96
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
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 9
Gambar 2.3 Pendefenisian kekentalan dinamik menurut hukum Newton
tentang aliran viskos 15
Gambar 2.4 Pengaruh tekanan terhadap kekentalan, persamaan Barus
dan persamaan Roeland 24
Gambar 2.5 Pengaruh temperatur terhadap minyak pelumas SAE pada
tekanan atmosfer 25
Gambar 2.6 Viskometer bola jatuh yang memenuhi hukum Stokes 27
Gambar 2.7 Viskometer bola jatuh menurut Hoeppler 28
Gambar 2.8 Viskometer rotasional 29
Gambar 2.9 Beberapa jenis tipe viskometer pipa kapiler 30
Gambar 2.10 Viskometer Ferranti Cone and Plate 31
Gambar 2.11 Prinsip kerja cone and plate viscometer 31
Gambar 2.12 Viskometer Stormer 32
Gambar 2.13 Viskometer Saybolt 32
Gambar 2.14 Viskometer MacMichael 33
Gambar 2.15 Bantalan luncur 40
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Gambar 2.16 Aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat/permukaan
datar 41
Gambar 2.17 Mekanisme pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur 43
Gambar 2.18 Distribusi tekanan dan geometri bantalan luncur 44
Gambar 3.1 Diagram alir Pengujian 46
Gambar 3.2 Alat uji Bantalan Luncur TecQuipment TM25 48
Gambar 3.3 Pandangan assembling peralatan bantalan luncur TM25 49
Gambar 3.4 Viskometer HAAKE Fissons 52
Gambar 3.5 Minyak pelumas yang miltigrade SAE 15W/50 53
Gambar 3.6 Aditif yang digunakan 53
Gambar 4.1 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas pada
bantalan luncur menggunakan minyak pelunas multigrade
SAE 15W/50 tanpa aditif 63
Gambar 4.2 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas pada
bantalan luncur menggunakan minyka pelumas multigrade
SAE 15W/50 dengan penambahan aditif 64
Gambar 4.3 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas pada arah
aksial bantalan luncur menggunakan minyak pelumas
multigrade SAE 15W/50 tanpa aditif 65
Gambar 4.4 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas pada arah
aksial bantalan luncur menggunakan minyak pelumas
multigrade SAE 15W/50 dengan penambahan aditif 65
Gambar 4.5 Grafik perbandingan distribusi tekanan lapisan pada bantalan
luncur menggunakan minyak pelumas multigrade dengan dan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
tanpa aditif pada 1000 rpm 66
Gambar 4.6 Grafik perbandingan distribusi tekanan lapisan pada bantalan
luncur menggunakan minyak pelumas multigrade dengan dan
tanpa aditif pada 1250 rpm 67
Gambar 4.7 Grafik perbandingan distribusi tekanan lapisan pada bantalan
luncur menggunakan minyak pelumas multigrade dengan dan
tanpa aditif pada 1500 rpm 68
Gambar 4.8 Grafik perbandingan distribusi tekanan lapisan pada bantalan
luncur menggunakan minyak pelumas multigrade dengan dan
tanpa aditif pada 1750 rpm 69
Gambar 4.9 Grafik perbandingan distribusi tekanan lapisan pada bantalan
luncur menggunakan minyak pelumas multigrade dengan dan
tanpa aditif pada 2000 rpm 70
Gambar 4.10 Prosedur penggambaran kurva teoritis Sommerfeld pada
putaran 1000 rpm 73
Gambar 4.11 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade tanpa aditif pada putaran 1000 rpm 78
Gambar 4.12 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade dengan penambahan aditif pada putaran
1000 rpm 79
Gambar 4.13 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
pelumas multigrade tanpa aditif pada putaran 1250 rpm 80
Gambar 4.14 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade dengan penambahan aditif pada putaran
1250 rpm 81
Gambar 4.15 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade tanpa aditif pada putaran 1500 rpm 82
Gambar 4.16 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade dengan penambahan aditif pada putaran
1500 rpm 83
Gambar 4.17 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade tanpa aditif pada putaran 1750 rpm 84
Gambar 4.18 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade dengan penambahan aditif pada putaran
1750 rpm 85
Gambar 4.19 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
pelumas multigrade tanpa aditif pada putaran 2000 rpm 86
Gambar 4.20 Grafik perbandingan distribusi tekanan teoritis Sommerfeld
dan hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
pelumas multigrade dengan penambahan aditif pada putaran
2000 rpm 87
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Material yang digunakan sebagai bahan pelumas padat 13
Tabel 2.2 Klasifikasi kekentalan ISO minyak pelumas pada suhu 40 C 19
Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin
(SAE J300 Engine Oil Viscosity Clssification) 21
Tabel 2.4 Klasifikasi SAE Crankcase Oil Viscosity 22
Tabel 4.1 Data pengujian rapat massa minyak pelumas SAE 15W/50 54
Tabel 4.2 Data hasil pengujian kekentalan minyak pelumas SAE 15W/50
tanpa aditif 54
Tabel 4.3 Data hasil pengujian kekentalan minyak pelumas SAE 15W/50
dengan penambahan aditif. 55
Tabel 4.4 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada
bantalan luncur menggunakan minyak pelumas SAE 15W/50
tanpa aditif 56
Tabel 4.5 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada
bantalan luncur menggunakan minyak pelumas SAE 15W/50
Dengan penambahan aditif 57
Tabel 4.6 Data tekanan yang terjadi di sekeliling bantalan dengan minyak
pelumas multigrade SAE 10W/50 tanpa aditif 61
Tabel 4.7 Data tekanan yang terjadi di sekeliling bantalan dengan minyak
pelumas multigrade SAE 10W/50 dengan penambahan aditif 62
Tabel 4.8 Nilai eksentrisitas( ) dan bilangan Sommerfeld (k) terhadap
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
minyak pelumas multigrade tanpa aditif 75
Tabel 4.9 Nilai eksentrisitas dan bilangan Sommerfeld terhadap minyak
pelumas multigrade dengan penambahan aditif 75
Tabel 4.10 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas
multigrade tanpa aditif 90
Tabel 4.11 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas 90
multigrade dengan aditif
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR NOTASI
Notasi Arti Satuan
A Luas permukaan m2
D Diameter bantalan m
d Dimeter poros/journal m
e Eksentrisitas m
g gravitasi bumi m/s2
h, dy Tebal lapisan minyak pelumas m
hm Tebal minimum lapisan minyak pelumas m
K Konstanta bola uji viskometer Haake
k Angka Sommerfeld untuk bantalan luncur Pa
l Lebar efektif bantalan m
Ob Titik pusat bantalan -
Oj Titik pusat poros -
P Beban pada bantalan N
p Tekanan minyak pelumas Pa
po Tekanan suplai Pa
R Jari-jari bantalan m
r jari-jari poros / journal m
t Waktu detik (s)
t Waktu rata-rata detik (s)
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Kelonggaran radial m
Perbandingan Eksentrisitas -
Tegangan geser fluida N/m2
Sudut pengukuran radial/angular derajat ( )
m Sudut pengukuran radial/angular pada tekanan derajat ( )
maksimum
u Kecepatan relatif permukaan m/s
Kekentalan dinamik Poise (P)
Kekentalan kinematik Stokes (S)
Rapat massa kg/m3
Kecepatan putaran poros / journal rpm
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam sistem perawatan elemen mesin telah dikenal luas teknik
pelumasan, yang berperan penting dalam mengendalikan gesekan dan keausan.
Pada mesin-mesin yang yang mempunyai bagian-bagian bergerak relatif satu
sama lain dan saling bergesekan hampir selalu dibubuhkan bahan pelumas ke
bagian yang bergesekan tersebut untuk membuat gesekan dan keausan sekecil
mungkin. Gesekan yang tidak dikendalikan tidak saja memberi kerugian langsung
dalam energi dan material, juga karena kerja gesekan yang terjadi diubah menjadi
kalor, yang menyebabkan temperatur bagian yang bergesekan menjadi lebih tinggi
dari lingkungan sekitar dan akan semakin tinggi. Jika gesekan tersebut tidak
dikendalikan, akan mengganggu operasi mesin dan dapat berakibat pada
kegagalan mesin. Hal tersebut mengakibatkan bertambahnya biaya yang
diperlukan untuk mereparasi mesin.
Dengan mengendalikan gesekan dan keausan tersebut diharapkan dapat
memperpanjang umur dari elemen mesin dan mencegah kegagalan dari elemen
mesin tersebut. Oleh karena itu teknik atau sistem pelumasan harus
dipertimbangkan dalam setiap rancangan mesin khususnya yang memiliki bagian
bergerak atau bergesekan.
Fenomena pelumasan dapat dilihat pada hampir semua jenis bantalan yang
berfungsi menumpu poros. Tipe yang paling umum digunakan adalah bantalan
gelinding (roller bearing) dan bantalan luncur (journal bearing), sebab
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
konstruksinya sederhana, mudah dalam pekerjaan bongkar-pasang, harga relatif
murah dan mudah dalam pelumasannya.
Pada bantalan luncur, tipe pelumasan yang biasa dijumpai adalah
pelumasan hidrodinamis. Bantalan luncur merupakan tipe bantalan hidrodinamis
yang paling banyak digunakan dalam praktek.
Penelitian mengenai bantalan luncur telah banyak dilakukan, baik analitis
dan experimental, untuk mempelajari dan mengetahui karakteristik bantalan
luncur. Peneliti pertama yang tercatat dalam sejarah yang meneliti bantalan luncur
adalah Beauchamp Tower, saat meneliti bantalan luncur roda kereta api di
laboratoriumnya pada awal tahun 1980-an untuk mengetahui metode pelumasan
terbaik pada bantalan tersebut. Bermula pada suatu kejadian error, saat melakukan
penelitian tersebut Beauchamp Tower terkejut saat minyak pelumas pada bantalan
menyembur keluar melalui lubang pada bagian atas yang dibuat sendiri pada
peralatan bantalan uji miliknya. Diambil kesimpulan bahwa minyak pelumas
diantara poros (journal) dan bantalan berada di bawah tekanan, dan distribusi
tekanan tersebut dapat mengangkat/mendukung poros pada bantalan. Tercatat
Tower melaporkan hasil penelitiannya empat kali, namun yang paling terkenal
adalah pada tahun 1883 dan 1885.
Kemudian hasil eksperimen Beauchamp Tower dianalisa dan dijelaskan secara
teoritis oleh Osborne Reynolds, yang kemudian melaporkan tulisannya pada tahun
1886. Didalam laporan tersebut juga dijelaskan mengenai adanya distribusi
tekanan pada lapisan pelumas yang memisahkan poros dan bantalan.
Distribusi tekanan yang terjadi pada bantalan luncur juga telah dianalisa A.J.W
Sommerfeld, dan solusinya diberikan dalam persamaan Sommerfeld. Persamaan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
tekanan Sommerfeld juga memberikan solusi dalam bentuk grafik, sehingga
mudah dalam menganalisa fenomena tekanan pada bantalan luncur.
Namun untuk memperoleh prediksi yang akurat tentang performa dan
karakteristik bantalan luncur di bawah berbagai kondisi operasi sangat sulit
diperoleh, hal tersebut terjadi seiring dengan perkembangan teknologi bantalan,
variasi kecepatan dan beban serta peningkatan kualitas bahan pelumas, misalnya
minyak pelumas multigrade.
Penelitian ini adalah lanjutan dari penelitian yang dilakukan oleh
Amechrisler Sinurat (2003), yang menguji karakteristik bantalan luncur terhadap
minyak pelumas multigrade. Pada penelitian tersebut Amechrisler Sinurat
menggunakan 3 sampel pelumas multigrade. Dari ketiga sampel tersebut tercatat
pelumas SAE 15W/50 memiliki karakteristik yang lebih baik dari ketiga pelumas
tersebut. Oleh karena itu penulis terdorong untuk melakukan penelitian atau
pengujian terhadap karakteristik bantalan luncur terhadap kecepatan putaran poros
dan minyak pelumas multigrade dengan dan tanpa aditif tambahan (oil additives /
oil treatment). Penulis juga menggunakan persamaan tekanan Sommerfeld untuk
menganalisa hasil percobaan secara teoritis.
1.2 Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan dari penelitian ini adalah:
Mengetahui perubahan kekentalan minyak pelumas terhadap penambahan
aditif.
Mengetahui karakteristik bantalan luncur, yaitu distribusi tekanan pada
lapisan minyak pelumas bantalan luncur terhadap perubahan kecepatan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
poros atau journal.
Memperoleh karakteristik distibusi tekanan bantalan luncur terhadap
minyak pelumas multigrade dengan dan tanpa penambahan aditif (oil
additives / oil treatment).
Menggambarkan kurva tekanan menurut teori tekanan atau persamaan
tekanan Sommerfeld untuk bantalan luncur.
1.3 Batasan Masalah
Pembatasan masalah penelitian ini adalah untuk memperoleh karakteristik
bantalan luncur terhadap perubahan kecepatan menggunakan minyak pelumas
multigrade. Karakteristik bantalan luncur yang dianalisa pada penelitian ini adalah
distribusi tekanan lapisan minyak pelumas pada bantalan luncur.
Sifat atau karakteristik minyak pelumas yang diperlukan dalam penelitian
ini adalah sifat fisika yaitu kekentalan minyak pelumas.
Minyak pelumas yang digunakan dalam percobaan ini adalah minyak
pelumas multigrade SAE 15W/50. Sedangkan zat aditif tambahan yang digunakan
dalam penelitian ini adalah zat aditif tipe viscosity index improver, sebagai sifat
utamanya, yang dapat meningkatkan kekentalan dan lapisan tipis minyak pelumas
pada bantalan (increase oil film thickness). Selain itu zat aditif ini juga
ditambahkan sifat anti-wear oleh produsennya.
Putaran poros yang dipilih pada penelitian ini adalah putaran 1000 rpm.
1250 rpm, 1500 rpm, 1750 rpm dan 2000 rpm.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gesekan dan Keausan
Ketika suatu permukaan bergerak relatif terhadap permukaan lainnya di
bawah pengaruh tekanan yang diberikan maka gaya yang bekerja pada kedua
permukaan bersinggungan tersebut akan timbul tahanan tehadap gerakan,
fenomena ini menunjukkan adanya gesekan. Ada tiga tipe dasar gesekan yakni,
gesekan luncur, gesekan menngelinding dan gesekan fluida. Gesekan meluncur
dan gesekan menggelinding adalah gesekan kering, sedangkan gesekan fluida
adalah gesekan basah. Disebut gesekan basah karena ada lapisan fluida yang
memisahkan secara sempurna pada salah satu atau kedua permukaan bergesekan.
Ketika dua atau lebih permukaan mengalami gesekan, maka ada kecenderungan
kedua permukaan tersebut akan mengalami keausan. Gesekan juga dapat merusak
komponen mesin karena adanya energi gesekan 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, poros dan bantalan, roda gigi, sabuk dan puli adalah contoh elemen mesin
yang saling bergesekan.
2.2 Pengertian Pelumasan
Gesekan dan keausan dalam elemen mesin harus dikendalikan, supaya
mesin tersebut dapat bekerja optimal baik pada saat stasioner maupun pada saat
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
beban puncak/maksimum. Dengan mengendalikan gesekan pada elemen juga
dapat memperpanjang masa hidup atau masa pakai mesin tersebut. Cara yang
paling efektif dan banyak digunakan untuk mengendalikan gesekan tersebut
adalah dengan suatu teknik yang disebut pelumasan.
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 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.
2.3 Fungsi Bahan Pelumas
Bahan pelumas banyak digunakan seperti pada motor bakar, baik untuk
pembakaran dengan busi (siklus Otto) maupun untuk pembakaran dengan tekanan
(siklus Diesel dan siklus Dual).
Bahan pelumas juga digunakan pada sektor industri, misalnya untuk bantalan,
roda gigi pompa maupun kompresor, turbin dan lain-lain. Dalam hal ini termasuk
pemanasan dan pendinginan pada industri baja, pertambangan, industri kertas,
industri tekstil, dan sebagai pendingin dan pelumas untuk mata pahat mesin
perkakas.
Pada beberapa penggunaan diperlukan minyak pelumas yang dapat bekerja pada
interval temperatur yang besar, dengan kata lain diperlukan indeks kekentalan
minyak pelumas yang besar, misalnya pada turbin gas.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Fungsi utama dari bahan pelumas yang umum digunakan peralatan
permesinan adalah sebagai berikut :
a. Mengurangi gesekan dan keausan
Mengurangi gesekan dan keausan adalah fungsi primer dari bahan
pelumas. Bahan pelumas harus mampu mencegah persinggungan langsung
antara permukaan yang bergesekan pada temperatur kerja, daerah pembebanan
dan kondisi lainnya. Sifat ini didapat dari kekentalan yang dimiliki minyak
pelumas (viscosity)
b. Memindahkan panas
Panas yang ditimbulkan oleh elemen mesin yang bergerakan (misalnya:
bantalan dan roda gigi) dipindahkan oleh minyak pelumas, asalkan terjadi
aliran yang mencukupi.
c. Menjaga sistem tetap bersih
Bahan pelumas harus dapat menghindarkan kontaminasi sistem dari
komponen-komponen bergerak yang bisa merusak sistem tersebut. Partikel-
partikel logam akibat keausan, abu yang berasal dari luar dan sisa hasil
pembakaran dapat memasuki sistem dan menghalangi operasi yang efisien.
d. Melindungi sistem
Karat bisa disebabkan kehadiran udara dan air, serta keausan korosif
dapat dikarenakan asam-asam mineral yang terbentuk secara kimiawi selama
pembakaran bahan bakar. Karat dapat menyebabkan kerusakan komponen,
sehingga komponen tersebut tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya.
Karena hal itulah bahan pelumas harus direncanakan untuk melindungi sistem
terhadap serangan korosif.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Bahan pelumas umumnya mempunyai kekentalan yang relatif tinggi, karenanya
fluiditas atau kemampuannya untuk mengalir relatif rendah. Dengan demikian
sifat ini dapat dimanfaatkan untuk melindungi sistem dari kontaminasi udara luar.
Dengan kata lain, bahan pelumas dapat berperan sebagai paking (seal).
2.4 Tipe-Tipe Pelumasan
2.4.1 Pelumasan Hidrodinamis
Pelumasan hidrodinamis (Hydrodynamic Lubrication) adalah tipe
pelumasan dimana gerakan relatif dari gerakan meluncur pada sebuah permukaan
menyebabkan formasi tekanan lapisan pelumas memisahkan sepenuhnya
permukaan yang bergesekan. Dengan kata lain lapisan tipis pelumas dibangkitkan
oleh gerakan relatif dari salah satu atau kedua permukaan itu sendiri.
Penggambaran dari prinsip pelumasan hidroinamis dapat dilihat pada gambar 2.1.
Pada gambar 2.1, salah satu permukaan (slider) bergerak relatif terhadap suatu
permuakan yang diam, gerakannya disebut gerakan meluncur. Lapisan tipis
minyak pelumas (oil film) terbentuk akibat adanya gerakan meluncur dari slider
terhadap permukaan yang diam yang membangkitkan pressure wedge. Begitu
juga halnya dengan roller yang bergerak pada relatif pada permukaan rata
(gambar 2.2)
Pelumasan hidrodinamis umumnya diaplikasikan pada permukaan bidang dengan
gerakan meluncur, misalnya poros yang menggunakan bantalan luncur (journal
bearing).
Teori pelumasan hidrodinamis yang sekarang berkembang adalah hasil penelitian
Beauchamp Tower pada awal tahun 1880-an di Inggris, yang menyelidiki gesekan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
pada bantalan luncur pada roda kereta api dan mempelajari tipe pelumasan yang
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
terbatas dalam hubungan gesekan, tekanan dan kecepatan. Berdasarkan penelitian
Beauchamp Tower tersebut, Osborne Reynolds mengembangkan teori matematis
untuk menjelaskan eksperimen yang dilakukan Beauchamp Tower, dan
dipublikasikan pada tahun 1886.
Gambar 2.1 Pelumasan hidrodinamis untuk gerakan meluncur pada bidang rata
Gambar 2.2 Pelumasan hidrodinamis pada roller yang bergerak relatif pada bidang rata
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.4.2 Pelumasan Elastohidrodinamis
Pelumasan elastohidrodinamis (Elastohydrodynamic Lubrication) juga
merupakan bentuk dari pelumasan hidrodinamis, tetapi pada pelumasan
elastohidrodinamis deformasi elastis dari permukaan yang dilumasi menjadi
sangat besar. Artinya terjadi kontak bidang permukaan yang bergesekan sangat
kecil, sehingga timbul tekanan yang demikian besar pada lapisan tipis minyak
pelumas yang membatasi kedua permukaan itu. Misalnya pada bantalan gelinding
(roller bearing), mimis (ball/roller) akan menekan cincin sehingga terjadi
deformasi elastis biarpun gaya yang diberikan demikian kecilnya.
2.4.3 Pelumasan Bidang Batas
Pelumasan bidang batas (Boundary Lubrication) mengacu pada situasi
kombinasi geometri kontak, beban relatif besar, kecepatan rendah , kuantitas
pelumas yang tidak cukup sehingga tidak dimungkinkan untuk membangkitkan
lapisan tipis minyak pelumas yang sempurna pada bagian yang bersinggungan.
Pada beberapa kasus pelumasan bidang batas masih terjadi kontak asperity
(permukaan kasar pada suatu permukaan yang dilihat di bawah mikroskop). Pada
situasi normal, asperity setiap logam dilapisi oleh lapisan oksida, misalnya besi
oksida pada besi atau baja, aluminium oksida (alumina) pada aluminium dan
sebagainya. Ketika asperities tersebut saling bergesekan, kecenderungan
asperities tersebut untuk melekat relatif lembut. Namun, bila lapisan oksida
tersebut aus/habis akibat gesekan yang berat maka permukaan-permukaan yang
bersinggungan memiliki kecenderungan untuk melakukan kontak langsung. Maka
sangat penting untuk mempertahankan lapisan oksida tersebut, agar terjadi
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
gesekan yang relatif lembut. Dan jika permukaan logam tersebut kehilangan
lapisan oksidanya maka akan terjadi gesekan dan keausan yang parah. Dan pada
kasus tersebut diatas pelumasan bidang batas dapat mengurangi gesekan dan
keausan yang terjadi. Mekanisme dari pelumasan bidang batas sendiri adalah
misalnya dengan physical adsorption, chemical adsorption, maupun chemical
reaction.
2.4.4 Pelumasan Tekanan Ekstrim
Pelumasan tekanan ekstrim mengacu pada kondisi apabila kontak yang
terjadi di bawah pengaruh kerja paling hebat/ekstrim, seperti pada pemotongan
logam atau roda gigi yang mengalami beban kejut, sehingga aditif tekanan ekstrim
(EP additive) digunakan untuk melumasi. EP (Extreem Pressure) 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-
permukaan yang berkontak.
2.4.5 Pelumasan Padat
Pelumasan padat (Solid Lubrication) adalah sistem pelumasan dimana
diantara permukaan kontak saling melumasi sendiri oleh bahan padat yang
dilapisi dan kadang menyatu pada elemen tersebut.
Pelumasan padat dapat dipahami misalnya pada sebuah contoh, misalnya debu
pasir dan kerikil pada permukaan jalan dapat menyebabkan kendaraan tergelincir
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
karena debu, pasir dan kerikil mengurangi gesekan antara ban dan permukaan
jalan. Teknisnya, debu, pasir dan kerikil tersebut bertindak sebagai pelumas,
namun tentu saja tidak ada yang merekomendasikan debu, pasir dan kerikil
sebagai pelumas padat pada elemen mesin.
Walaupun telah banyak dikembangkan bahan inorganik untuk pelumasan padat,
seperti misalnya mica, talc, dan chalk namun sangat sedikit yang digunakan
secara umum untuk permesinan. Bahan-bahan yang umum dan paling banyak
digunakan sebagai pelumas padat adalah grafit dan molybdenum disulfida dan
PTFE (Polytetrafluoroethylene) / teflon.
Adapun karakterisitik bahan yang baik digunakan sebagai pelumas padat adalah
sebagai berikut :
Mempunyai koefisien gesek rendah namun konstan dan terkendali
Memiliki stabilitas kimia yang baik sepanjang temperatur yang diperlukan
Tidak memiliki kecenderungan untuk merusak permukaan bantalan
Lebih diutamakan yang memiliki daya adhesi yang kuat terhadap
permukaan bantalan, sehingga tidak mudah hilang/aus dari permukaan
bantalan.
Memiliki daya tahan terhadap keausan dan umur yang relatif panjang
Mudah diaplikasikan pada permukaan yang bergesekan terutama bantalan
Tidak beracun dan ekonomis
Bahan inorganik seperti grafit dan molybdenum disulfida memiliki sifat mampu
membentuk lapisan tipis pada permukaan logam yang bergeser dengan mudah dan
menahan penetrasi oleh permukaan-permukaan yang bergesek. Senyawa-senyawa
demikian dapat digunakan sendiri-sendiri atau disuspensikan dalam tempat cairan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
atau minyak gemuk. Jenis plastik/polimer seperti PTFE dapat digunakan sebagai
permukaan bantalan yang dalam penggunaan tidak menggunakan atau
membutuhkan pelumasan lanjutan ataupun lainnya.
Beberapa bahan yang digunakasebagai pelumas padat dapat dilihat pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Beberapa material yang digunakan sebagai bahan pelumas padat
Kelompok Bahan Nama Bahan
Layer-lattice compounds
Molybdenum disulphide Graphite Tungsten diselenide Tungsten disulphide Niobium diselenide Tantalum disulphide Calcium fluoride Graphite fluoride
Polymers
PTFE Nylon PTFCE Acetal PVF2 Polyimide FEP Polyphenylene sulphide PEEK
Metals Lead Tin Gold Silver Indium
Other Inorganics Molybdic oxide Boron trioxide Lead monoxide Boron nitride
(sumber : Lubrication and Lubricant Selection :A Practical Guide, Third Edition by A.R. Lansdown)
2.4.6 Pelumasan Hidrostatis
Pada pelumasan hidrodinamis, seperti pada penjelasan diatas permukaan
yang bergesekan dipisahkan secara sempurna oleh lapisan tipis pelumas. Lapisan
tipis pelumasn tersebut dicapai dengan akibat gerakan luncuran, yang
membangkitkan lapisan baji minyak pelumas (oil-wedge) untuk membangkitkan
tekanan minyak pelumas di dalam bantalan misalnya. Namun pada mesin-mesin
yang mempunyai beban besar dan kecepatan putaran rendah tidak dimungkinkan
lagi terjadi pelumasan hirodinamis pada saat start. Untuk itu diperlukan tekanan
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
yang lebih besar agar terjadi lapisan tipis minyak pelumas diantaraporos dan
bantalan misalnya. Tekanan demikian diperoleh dengan menggunakan pompa
tekanan tingi yang akan menekan minyak pelumas ke bagian-bagian yang bergesek,
bukan sekedar pompa tekanan rendah yang berfungsi hanya sebagai pendistribusi
atau pensirkulasi minyak pelumas. Pelumasan sedemikian disebut pelumasan
hidrostatis (Hidrostatic Lubrication).
Pelumasan hidrostatis disebut juga pelumasan tekanan luar (externally pressurized)
karena tekanan yang timbul diakibatkan pengaruh kerja dari luar sistem. Dalam
beberapa kasus, setelah poros berputar dengan kecepatan tinggi biasanya pompa
tekanan tinggi yang digunakan dapat dihentikan sementara pompa tekanan rendah
sebagai pensuplai minyak pelumas tetap difungsikan. Dalam kasus ini, pada operasi
normal yang terjadi bukan pelumasan hidrostatis lagi, melainkan pelumasan
hidrodinamis.
2.5 Kekentalan Minyak Pelumas(Viscosity)
2.5.1 Kekentalan Dinamik dan Kekentalan Kinematik
Dalam industri perminyakan khususnya minyak pelumas dikenal istilah
kekentalan, karena kekentalan merupakan sifat paling penting bagi minyak
pelumas khususnya dan bahan pelumas umumnya, karena sifat ini menunjukkan
kemampuan untuk melumasi sesuatu dan kemampuan suatu fluida untuk
mengalir. Pada gambar 2.3 menunjukkan pendefenisian kekentalan dinamik
menurut Hukum Newton tentang aliran viskos. Suatu permukaan bergerak relatif
dengan kecepatan u terhadap permukaan lain dimana diantara kedua permukaan
ditempatkan suatu lapisan tipis fluida. Kekentalan didefenisikan sebagai besarnya
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
tahanan fluida untuk mengalir di bawah pengaruh tekanan yang dikenakan dan
besarnya harga kekentalan merupakan perbandingan antara tegangan geser yang
bekerja dengan kadar geseran (rate of shear).
diam
y
uh
u
Gambar 2.3 Pendefenisian kekentalan dinamik menurut hukum Newton tentang aliran viskos
Dari gambar 2.3 secara matematis dapat ditulis:
hu
dydu == (2.1)
dimana: = tegangan geser fluida (N/m2)
= kekentalan dinamik (Poise, P)
u = kecepatan relatif permukaan (m/det)
h = tebal lapisan pelumasan (m)
Sehingga kekentalan dinamik dapat ditulis:
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
dy
du = (2.2)
Kekentalan dinamik disebut juga dengan kekentalan absolut, sementara kadar
geseran adalah du/dy. Jika kekentalan dinamik dibagi dengan rapat massa pada
temperatur yang sama hasilnya disebut kekentalan kinematik. Secara matematis
ditulis:
= (2.3)
dimana: = kekentalan kinematik (Stokes, S)
= rapat massa (gram/cm3)
Dalam satuan cgs, tegangan geser adalah dalam dyne/cm2 dan kadar geseran
dalam det-1, maka satuan kekentalan dinamik adalah poise disingkat P. Sedangkan
satuan rapat massa gram/cm3 sehingga satuan kekentalan kinemati adalah stokes
disingkat St.
Satuan yang paling umum dalam industri perminyakan adalah centipoise
disingkat cP dan centistoke disingkat cSt, dimana 1 P = 100 cP dan 1 St =100 cSt.
Dalam satuan SI, untuk kekentalan dinamis adalah N det/m2 atau kg/m det dan
satuan kekentalan kinematik adalah m2/det. Dengan demikian diperoleh hubungan
satuan-satuan:
1 P = 10-1 N det/m2
1 cP = 10-3 N det/m2
1 St = 10-4 m2/det
1cSt = 10-6 m2/det
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Dalam satuan British untuk kekentalan dinamik dikenal satuan lbf.s/in2 (pound-
force second per square inch) yang disebut juga dengan reyn, yang diberikan
untuk penghormatan terhadap Sir Osborne Reynolds.
Hubungan antara reyn dan centipoise:
1 reyn = 1 lbf.s/in2 = 7,03 kgf.s/m2
1 reyn = 6,9 . 106 cP
Kekentalan juga dapat/pernah dinyatakan dengan unit sebagai berikut:
Kekentalan Redwood (Redwood viscosity)
Secara teknis Redwood viscosity bukanlah satuan untuk kekentalan
melainkan waktu alir. Itu adalah jumlah waktu yang diperlukan 50 ml
minyak untuk mengalir melalui cerobong saluran berbentuk mangkuk
(cup-shaped funnel) akibat gaya beratnya sendiri.
Kekentalan Saybolt (Saybolt viscosity)
Saybolt viscosity secara teknis adalah waktu alir dan hal tersebut juga
bukan satuan kekentalan, karena memiliki cara yang sama dalam
pengukurannya dengan Redwood viscosity. Metode ini pernah menjadi
metode standar pada ASTM.
Kekentalan Engler (Engler viscosity)
Engler viscosity juga merupakan waktu alir dengan metode hampir sama
dengan Redwood viscosity, tetapi hasilnya dinyatakan dengan derajat,
waktu alir sampel minyak terhadap yang diukur air pada temperatur
yang sama. Hal ini diterapkan hanya di hampir seluruh Eropa, tetapi secara
berangsur-angsur mulai ditinggalkan.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.5.2 Klasifikasi Kekentalan Minyak Pelumas
Kekentalan minyak pelumas perlu distandarkan dan diklasifikasikan agar
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.
Klasifikasi yang paling banyak digunakan dalam dunia industri adalah klasifikasi
menurut ISO dan SAE.
1.Klasifikasi Kekentalan Menurut ISO
Sistem klasifikasi kekentalan minyak pelumas menurut ISO
(International Standard Organization) adalah berdasarkan kekentalan kinematik,
dalam satuan centistokes (cSt), pada daerah (range) kekentalan pada temperatur
40 C . Setiap daerah kekentalan diidentifikasi dengan angka ISO VG (Viscosity
Grade) atau derajat kekentalan ISO, dimana kekentalan tersebut merupakan
kekentalan kinematik rata-rata pada daerah tersebut (midpoint kinematic
viscosity). Untuk mendapatkan nilai kekentalannya , harus dihitung 10% dari nilai
rata-rata kekentalan kinematiknya. Misalnya ISO VG 100 mempunyai kekentalan
rata-rata 100 cSt, dimana batas kekentalannya adalah 90 cSt untuk minimum dan
110 cSt untuk maksimum.
Nilai kekentalan menurut ISO untuk minyak pelumas dapat dilihat pada gambar
grafik dan tabel berikut, yang dikutip dari dokumen ISO 3448 Industrial Liquid
Lubricants ISO Viscosity Classification.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Nilai kekentalan standar ISO dapat dilihat pada tabel di bawah, untuk nilai
kekentalan pada suhu 40 C. Nilai untuk harga kekentalan kinematik minyak
pelumas pada 40 C menurut dokumen ISO 3448.
Tabel 2.2 Klasifikasi kekentalan ISO minyak pelumas pada suhu 40 C
Angka derajat kekentalan ISO
Harga tengah kekentalan, cSt
pada 40 C
Batas kekentalan kinematik, cSt pada 40 C
Minimum Maksimum
ISO VG2
ISO VG3
ISO VG5
ISO VG7
ISO VG10
ISO VG15
ISO VG22
ISO VG32
ISO VG46
ISO VG68
ISO VG100
ISO VG150
ISO VG220
ISO VG320
ISO VG460
ISO VG680
ISO VG1000
ISO VG1500
2,2
3,2
4,6
6,8
10
15
22
32
46
68
100
150
220
320
460
680
1000
1500
1,98
2,88
4,14
6,12
9
13,5
19,8
28,8
41,4
61,2
90
135
198
288
4174
612
900
1350
2,42
3,52
5,06
7,48
11
16,5
24,2
35,2
50,6
74,8
110
165
242
352
506
748
1100
1650
(sumber: Prinsip pelumasan dan minyak pelumas mineral, A.Halim Nasution)
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.Klasifikasi Kekentalan Menurut SAE
Sistem klasifikasi ini disusun oleh SAE (Society of Automotive
Engineers), dalam SAE J300 SEP80 pertama kali dilaporkan Divisi Anekaragam
(Miscellaneous Division), disetujui pada Juni 1911, dan direvisi kembali oleh
suatu komite September 1980. Walaupun sistem kekentalan ini disusun oleh SAE,
klasifikasi kekentalan minyak pelumas bukan hanya untuk otomotif, melainkan
ssemua tipe penggunaan minyak pelumas termasuk industri, kapal laut dan
pesawat udara. Klasifikasi SAE merupakan klasifikasi untuk minyak pelumas
mesin-mesin secara rheologi saja. Karakteristik lain dari minyak pelumas tidak
termasuk. Praktek yang dianjurkan ini ditujukan untuk penggunaan oleh pabrik
pembuat mesin-mesin dalam menentukan derajat kekentalan minyak pelumas
yang akan direkomendasikan untuk penggunaan mesin-mesin yang diproduksi,
dan oleh perusahaan minyak dalam merumuskan dan memberi label produksi
mereka.
Dua seri derajat kekentalan diberikan pada tabel 2.2, dimana salah satu
mengandung letter W dan lainnya tidak. Derajat kekentalan dengan letter W
didasarkan atas kekentalan maksimum pada temperatur rendah dan temperatur
pemompaan batas maksimum, sebagaimana kekentalan minimum pada 100 C .
Minyak pelumas tanpa letter W didasarkan atas kekentalan pada 100 C . Minyak
yang diklasifikasikan kekentalannya pada temperatur rendah dan temperatur
pemompaan memenuhi persyaratan untuk derajat W, dan yang mana
kekentalannya pada 100 C berada dalam daerah yang telah ditentukan dari salah
satu klasifikasi derajat non-W. Kekentalan pada temperatur rendah diukur sesuai
dengan prosedur tertentu. Porsedur ini merupakan versi multi-temperatur dari
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
ASTM D 2602, Metode Pengujian Kekentalan Nyata Minyak Pelumas Mesin
pada Temperatur Rendah dengan mnggunakan Simulator Pengengkolan Dingin
(Method of Test for Apparent Viscosity of Motor Oils at Low Temperature Using
the Cold Crancing Simulator), dan hasilnya dilaporkan dalam centipoise (cP).
Kekentalan diukur dengan metode ini dan telah ditemui hubungannya dengan
kecepatan putaran yang diberikan selama pengengkolan temperatur rendah.
Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin (SAE J300 Engine Oil Visccosity Classification)
2.5.3 Minyak Pelumas Multigrade
Minyak pelumas multigrade sering menimbulkan keraguan. Pada
dasarnya jenis ini merupakan salah satu yang mempunyai indeks kekentalan yang
bersesuaian dengan persyaratan pada 100 C dan -18 C .
SAE Viscosity
Grade
Viscosity (cP) a at temp ( C ) max.
Borderline b pumping temp ( C ) max.
Viscosityc (cSt) at 100 C .
min max
0 W 5 W 10 W 15 W 20 W 25 W 20 W 30 W 40 W 50 W 60 W
3250 at -30 3250 at -30 3250 at -30 3250 at -30 3250 at -30
- - - - -
-35 -30 -25 -20 -15 -10 - - - - -
3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 5,6 9,3 12,5 16,3 21,9
- - - - - -
9,3 12,5 16,3 21,9 26,1
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Tabel 2.4 Klasifikasi Multigarde SAE Crankcase Oil Viscosity
Nomor SAE Ganda Indeks Kekentalan
10W/30
10W/40
10W/50
20W/40
20W/50
145
169
190
113
133
Minyak pelumas mesin otomotif diklasifikasikan oleh SAE seperti tercantum pada
tabel 2.4. Tabel 2.4 khusus menunjukkan kekentalan minyak pelumas multigrade.
Ternyata bahwa minyak pelumas jenis ini mempunyai indeks kekntalan yang
tinggi.
Seperti diungkapkan sebelumnya bahwa nomor SAE yang diikuti dengan letter W
(Winter) ditunjukkan sebagai minyak pelumas yang dimaksudkan untuk
kemudahan dalam menghidupkan mesin selama kondisi cuaca dingin. Misalnya
SAE 20W/50, artinya bahkan pada saat musim dingin (atau pada pagi hari saat
bukan musim dingin) nilai kekentalannya akan sama seperti SAE 20, dan pada
saat udara panas (kondisi operasi) atau bukan musim dingin kekentalan
maksimalnya adalah akan sama seperti SAE 50.
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
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
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 Pengaruh Tekanan dan Temperatur Terhadap Kekentalan
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:
.0 =p ep (2.4)
(sumber: Literatur 1, bab 4, hal 29)
Dimana p dan 0 adalah kekentalan masing-masing pada tekanan p dan tekanan
atmosfir, adalah koefisien tekanan untuk kekentalan.
Koefisien tekanan untuk kekentalan () untuk minyak pelumas yang memiliki
indeks viskositas rendah dan menengah lebih tinggi daripada untuk minyak
pelumas dengan indeks viskositas tinggi.
Persamaan kekentalan-tekanan Roeland merupakan persamaan alternatif untuk
menentukan kekentalan minyak pelumas terhadap perubahan tekanan yang
dinyatakan dengan:z
log (1,200 + log ) = log (1,200 + log 0 ) + z log (1+ 2000p ) (2.5)
dimana:
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
= kekentalan pada tekanan p (cP)
0 = kekentalan dalam tekanan atmosfer
z = konstanta yang harganya bergantung pada jenis minyak pelumas
Gambar. 2.4 Pengaruh tekanan terhadap kekentalan, persamaan Barus dan Persamaan Roeland
Temperatur memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap kekentalan
minyak pelumas. Pada temperatur rendah molekul-molekul pada cairan sangat
rapat sekali satu sama lain; dengan kata lain volume bebas terbatas. Pada daerah
ini tahanan cairan untuk mengalir (kekentalan) bergantung secara kritis pada
ukuran, bentuk dan fleksibilitas dari molekul-molekul dan gaya tarik molekul-
molekul tersebut. Pada temperatur tinggi volume bebas bertambah, kekentalan
fluida turun dan ukuran, bentuk, molekul-molekul dan sebagainya tidak begitu
penting.
Persamaan Roeland, Blok dan Vlugter memberikan hubungan antara kekentalan
minyak pelumas dengan temperatur, dinyatakan sebagai berikut:
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
log (1,200 + log ) = log b S log (1 + 135
t ) (2.6)
(sumber: Literatur 1, bab 4, hal.36)
dimana:
= kekentalan (cP)
t = temperatur (C)
Gambar 2.5 Pengaruh temperatur terhadap minyak pelumas SAE pada tekanan atmosfer
(sumber: Literatur 1, bab 4, hal.36)
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.6 Pengukuran/Pengujian Kekentalan Minyak Pelumas
Kekentalan fluida/minyak pelumas dapat diukur dengan berbagai metode
dengan prinsip-prinsip yang berbeda. Misalnya dengan prinsip bola jatuh yang
memenuhi hukum Stokes atau menurut Hoeppler. Pengujian minyak pelumas
biasanya dilakukan pada temperatur yang konstan, misalnya -18 C , 10 C ,
28 C , 40 C , 50 C atau 100 C . Alat untuk mengukur kekentalan minyak
pelumas disebut dengan viskometer (viscometers).
2.6.1 Viskometer Bola Jatuh (Falling Sphere Viscometer)
2.6.1.1 Viskometer Bola Jatuh Yang Memenuhi Hukum Stokes
Menurut hukum Stokes, sebuah bola dengan jari-jari r yang bergerak
dengan kecepatan rendah v di dalam fluida akan mengalami gaya gesekan yang
melawan arah gerakannya akibat kekentalan fluida, dengan suhu dan tekanan
konstan digambarkan seperti pada gambar di bawah.
Dalam metode bola jatuh sebuah bola jatuh dijatuhkan ke dalam tabung
transparan yang berisi fluida. Kecepatan bola jatuh mula-mula rendah, tetapi
percepatan gravitasi menyebabkan kecepatan bertambah sehingga gaya gesekan
fluida semakin besar. Gaya yang dialami bola adalah gaya gravitasi gaya apung
(arahnya ke atas), dan gaya gesekan (arahnya ke atas). Pada suatu kecepatan
terentu akan terjadi keseimbangan.
Tabung atau slinder yang digunakan dalam pengujian bola jatuh yang memenuhi
hukum Stokes ini haruslah tabung transparan, sehingga dapat dengan mudah
diamati dan dicatat waktu jatuh bola uji.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Gambar 2.6 Viskometer bola jatuh yang memenuhi hukum Stokes
Maka diperoleh kekentalan dinamik () minyak pelumas (fluida) yang diuji:
gvr
fbr
).(92 2 = (2.7)
dimana:
= kekentalan dinamik (N .s/m2)
vr 2 = perbandingan kuadrat jari-jari bola baja dengan kecepatan
rata-rata (m/det)
b = rapat massa bola baja (kg/m3)
b = rapat massa fluida (kg/m3)
g = gaya gravitasi = 9,81 (m/s2)
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.6.1.2 Viskometer Bola Jatuh Menurut Hoeppler
Gambar 2.7 Viskometer bola jatuh menurut Hoeppler
Viskometer bola jatuh menurut Hoeppler dapat dilihat pada gambar
diatas. Pengaturan suhu dapat dilakukan dengan menaikkan atau menurunkan
selimut air (water bath) pada tabung viskometer. Formula untuk pengukuran
viskositas menurut Hoeppler adalah :
= tK ).( 21 (2.8)
Dimana: = kekentalan dinamik (Poise)
1 = massa jenis bola uji (kg/m3)
1 = massa jenis fluida (kg/m3)
K = Konstanta bola uji viskometer
t = waktu rata-rata (s)
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.6.2 Viskometer Rotasional
Viskometer rotasional (Rotational Cylindrical Viscometer) seperti pada
gambar 2.2 terdiri dari dua slinder konsentris dengan fluida yang terdapat diantara
keduanya. Slinder terluar diputar dan torsi diukur pada slinder yang terdapat di
dalam.
Jika: ir = jari-jari slinder bagian dalam
or = jari-jari slinder bagian luar
al = panjang tabung/slinder
= radial clearence
Didapat kekentalan dinamik/absolut:
aio
qo lrr
t22
= (2.9)
Gambar 2.8. Viskometer Rotasional
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.6.3 Viskometer Pipa Kapiler
Pengukuran kekentalan pada viskometer pipa kapiler (Capillary
Viscometers) didasarkan pada pengukuran rata-rata aliran fluida melalui tabung
berdiameter kecil/pipa kapiler.
Ada banyak tipe/varian viskometer yang menggunakan prinsip aliran fluida
melalui pipa kapiler, dan viskometer pipa kapiler merupakan viskometer yang
memiliki varian paling banyak dibandingkan dengan tipe viskometer yang lain.
Beberapa diantaranya dapat dilihat seperti pada gambar di bawah.
Gambar 2.9 Beberapa jenis tipe viskometer pipa kapiler
JikA o
ook
=, adalah kekentalan kinematik pada 0=p dan temperatur tetap,
serta A* = 4
_8
agl t
, dan mengingat q
t1 , maka:
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
tBqA
htok **,
== (2.10)
Dimana B* adalah konstanta dari fungsi alat uji tersebut.
2.6.4 Viskometer Cone and Plate
Gambar 2.7 menunjukkan prinsip kerja viskometer Cone-and-Plate
Viscometer.
Gambar 2.10 Viskometer Ferranti - Cone and Plate Viscometers
Gambar 2.11. Prinsip kerja cone-and-plate viscometer
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.6.5 Viskometer tipe lain
Selain dari viscometer diatas, masih banyak lagi viscometer tipe lain,
beberapa diantaranya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.12 Viskometer Stormer
Gambar 2.13 Viskometer Saybolt
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Gambar 2.14 Viskometer MacMichael
2.7 Aditif minyak pelumas
Aditif minyak pelumas (oil additives) atau bahan tambahan minyak
pelumas, yang sering disebut juga oil treatment, adalah sejenis zat kimia yang jika
ditambahkan ke dalam minyak pelumas baik yang memiliki bahan dasar (base oil)
minyak bumi maupun sintetis akan mempertinggi atau memperbaiki sifat yang
ada dari minyak pelumas tersebut. Atau dapat juga memberikan sifat yang baru
pada minyak pelumas, yang tidak dimiliki sebelumnya.
Minyak pelumas awalnya ada yang diberikan aditif, namun dalam jumlah yang
sangat sedikit, agar terjaga keseimbangan komposisi kimia dalam pelumas.
Penambahan aditif haruslah dalam takaran yang sesuai dengan rekomendasi
pabrikan pembuat aditif tersebut.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.7.1 Tujuan Penambahan Terhadap Minyak Pelumas
Penambahan aditif sering dilakukan pada minyak pelumas, untuk tujuan
tertentu, misalnya adalah:
Memperbaiki kualitas/mutu minyak pelumas yang terlalu lama disimpan di
dalam gudang, sebelum dimasukkan ke dalam mesin atau sistem yang
memerlukan pelumasan.
Untuk meningkatkan kembali performa mesin atau sistem yang sudah tua,
sehingga didapat karakteristik pelumasan yang menuju atau mendekati
kondisi seperti saat mesin/sistem masih baru atau performa yang dianggap
baik.
Memberikan sifat-sifat tertentu pada minyak pelumas awal, yang tidak
dimiliki minyak pelumas itu sebelumnya. Misalnya anti-korosi, demulsifier,
dan pour point depresant.
Manambah daya tahan atau waktu pemakaian minyak pelumas, sehingga
selang waktu pergantian minyak pelumas bertambah, yang menghemat biaya
untuk perawatan.
2.7.2 Pengaruh Penambahan Aditif Terhadap Minyak Pelumas
Secara umum pengaruh penambahan aditif ke dalam minyak pelumas
adalah sebagai berikut:
Peningkatan kekentalan.
Hampir semua tipe aditif yang ditambahkan ke dalam minyak pelumas
mengakibatkan peningkatan kekentalan minyak pelumas tersebut, baik tipe
viscosity index improver, anti-wear, anti-oxidant dll.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Peningkatan yang terjadi berkisar antara 5 % - 35 %, peningkatan
bervariasi tergantung dari jenis bahan dasar pelumas dan komposisi
kimianya.
Perubahan warna dan bau.
Perubahan warna yang terjadi tergantung adalah efek samping dari
penambahan aditif, yang perubahannya tergantung pada warna aditif yang
ditambahkan. Perubahan warna yang terjadi mungkin lebih gelap maupun
lebih terang. Sedangkan perubahan bau yang lebih harum diharapkan
dapat menambah daya jual produk aditif tersebut.
Perubahan komposisi kimia.
Komposisi kimia yang berubah akibat penambahan aditif adalah sangat
penting untuk meningkatkan kemampuan dari minyak pelumas dalam
melindungi minyak pelumas itu sendiri, maupun sistem yang dilumasinya.
Komposisi kimia aditif yang baik dapat merubah komposisi kimia pelumas
tanpa merusak komposisi kimia awal minyak pelumas tersebut.
2.7.3 Tipe Aditif dan Penggunaannya
Beberapa tipe aditif umum yang sering diaplikasikan pada minyak
pelumas adalah sebagai berikut:
Alkaline
Fungsinya adalah mencegah kontaminasi (menetralisir) asam terhadap
minyak pelumas dan sistem yang dilumasi, sehingga tidak bereaksi dengan
minyak pelumas maupun mesin. Kontaminasi asam dapat disebabkan
kontaminasi dari luar sistem maupun akibat dari dalam sistem itu sendiri.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Anti-corrosion
Fungsinya adalah mencegah reaksi kimia yang menyebabkan korosi
terhadap bantalan/mesin. Aditif anti-corrosion akan memebentuk lapisan
pelindung pada permukaan yang dilumasi. Biasanya ditambahkan untuk
sistem yang bekerja pada lingkungan yang korosif.
Anti-foam
Fungsinya adalah mencegah terjadinya pembentukan buih (foam) pada
minyak pelumas saat mesin beroperasi.
Pembentukan buih terjadi akibat minyak pelumas mengikat udara,
misalnya pada bantalan hidrodinamis, sehingga terbentuk gelembung-
gelembung udara. Jika lapisan bagian yang bergelembung tersebut berada
pada elemen mesin yang saling bergesekan, maka gelembung-gelembung
udara pada minyak pelumas tersebut akan pecah dan terjadi kontak
langsung antar elemen. Buih pada minyak pelumas dapat menyebabkan
keluarnya minyak pelumas dari kontainernya (overflow). Overflow dapat
diilustrasikan pada mesin cuci yang tidak menggunakan detergen anti-
foam, dimana jika tidak menggunakan anti-foam pada detergennya maka
cairan detergen/buih akan keluar dari kontainernya.
Anti-oxidant
Meningkatkan daya tahan minyak pelumas terhadap oksidasi pada
temperatur tinggi. Oksidasi yang terjadi pada minyak pelumas dapat
menyebabkan kerusakan pada komposisi kimia minyak, sehingga dapat
merusak komponen yang dilumasi. Selain temperatur, pengaruh waktu
operasi juga dapat mempengaruhi tingkat oksidasi minyak pelumas.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Anti-Wear
Lebih tepatnya adalah anti-wear improver, fungsinya mengurangi tingkat
keausan pada elemen mesin, khususnya yang berada pada pelumasan
bidang batas (boundary lubrication), seperti kam (cam) dan ring piston.
Demulsifier
Fungsi utamanya adalah mencegah kontaminasi air pada minyak pelumas.
Misalnya pada fluida transmisi, fluida hirolik, maupun roda gigi pada
industri, dimana kandungan air pada pelumas dapat menimbulkan
masalah/kegagalan.
Detergant & Dispersant
Fungsi utamanya adalah membersihkan dan mencegah kontaminasi jelaga.
Detergant berguna dalam membersihkan permukaan yng dilumasi,
sedangkan dispersant mencegah jelaga merusak minyak pelumas, misalnya
jelaga akibat pembakaran pada motor bakar.
Metal-deactivator
Fungsinya mencegah kontaminasi partikel logam merusak permukaan
yang dilumasi. Cara kerja aditif ini adalah dengan membentuk lapisan
pelindung jika beinteraksi dengan partikel logam, misalnya dengan
adsorpsi kimia.
Pour Point Depresant
Pada temperatur rendah, misalnya pada musim dingin, minyak
akan mengental, karena akan terbentuk waxy crystals. Hal tersebut
dikarenakan minyak pelumas umumnya terdiri dari rantai panjang
hidrokarbon parafin, yang akan membentuk waxy crystal pada temperatur
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
rendah, sehingga minyak pelumas akan sulit dituang atau mengalir. Oleh
sebab itu ditambahkan pour point depresant ke dalam minyak pelumas.
Viscosity Index Improver
Pertimbangan utama dalam memilih minyak pelumas adalah adalah
kekentalan dan variasi kekentalan tersebut terhadap temperatur. Semakin
rendah temperatur maka kekentalan akan semakin tinggi (semakin kental),
demikian juga jika semakin tinggi temperatur maka kekentalan akan
semakin rendah (semakin encer). Tujuan dari viscosity index improver ini
adalah memperkecil pengaruh dari temperatur terhadap kekentalan minyak
pelumas.
Selain tipe aditif diatas masih ada lagi aditif khusus yang dapat di tambahkan pada
minyak pelumas, dengan seperti :
Extreme-pressure agents, yang dapat meningkatkan kekuatan lapisan
minyak pelumas pada tekanan yang ekstrim (sangat tinggi).
Viscosity Improver, berfungsi meningkatkan kekentalan secara ekstrim,
biasanya dapat meningkatkan kekentalan diatas 30%.
Colour stabilizers
Minyak pelumas dan minyak gemuk sering ditambahkan dengan colour
stabilizers untuk mencegah minyak pelumas ataupun minyak gemuk
berubah warna (menjadi lebih gelap) dengan cepat, misalnya saat
berinteraksi dengan panas dan oksidasi. Dengan penambahan colour
stabilizers, perubahan warna terhadap pelumas dapat ditekan sedemikian
rupa.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Seal-swell agent
Tujuan utamanya adalah mengisolasi lingkungan yang dilumasi dari
elemen-elemen berpotensi yang merusak minyak pelumas dan lingkungan
yang dilumasi.
Sering ditemukan di pasaran, dalam satu kemasan aditif yang memiliki 2 atau
lebih sifat tambahan sekaligus. Misalnya pada satu kemasan terdapat aditif
alkaline dan detergent/dispersant, VI Improver dan anti-wear, atau anti-oxidant
dan anti-corrosion dan sebagainya.
2.8 Bantalan Luncur dan Pelumasan pada Bantalan Luncur
2.8.1 Bantalan Luncur
Bantalan luncur (journal bearings) sangat luas penggunaannya pada
mesin-mesin yang memiliki elemen berputar (rotating machines), seperti turbin
uap, generator, blower, kompresor, motor bakar, poros kapal laut, bahkan sebagai
bantalan pada elemen yang seharusnya menggunakan bantalan gelinding (rolling
elements bearing). Hal tersebut karena bantalan luncur lebih baik dari bantalan
gelinding (pada parameter yang 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
pemilihan material yang terus dikembangkan.
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Bantalan luncur termasuk dari jenis bantalan yang arah pembebanan normalnya
pada arah radial atau lebih banyak mengarah tegak lurus pada garis sumbu poros.
Maka bantalan luncur termasuk ke dalam jenis plain bearing atau kadang disebut
dengan sliding bearing.
Disebut bantalan luncur (dalam bahasa Indonesia) adalah karena adanya gesekan
luncur dan gerakan luncuran (sliding) yang terjadi pada bantalan, akibat adanya
lapisan fluida tipis diantara bantalan dan poros tersebut. Dapat juga dibandingkan
seperti atlet selancar air yang berselancar/meluncur bebas diatas air, demikian
juga dengan poros yang dapat meluncur dengan mudah pada bantalan dengan
bantuan lapisan tipis minyak pelumas.
Dalam bahasa Inggris disebut journal bearings karena poros ditumpu oleh
bantalan pada tempat/daerah yang dinamakan tap-poros atau leher-poros (neck),
dan daerah leher-poros tersebut dinamakan journal.
Gambar 2.15 Bantalan luncur
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
2.8.2 Pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur
Ada berbagai jenis bantalan luncur, dan bantalan-bantalan tersebut dapat
dilumasi dengan minyak pelumas, gas bahkan dengan minyak gemuk. Namun tipe
pelumasan yang paling efektif dan paling banyak digunakan adalah dengan
minyak pelumas dengan tipe pelumasan hidrodinamis.
Seperti yang telah dijelaskan diatas, teori pelumasan hidrodinamis ini berasal dari
penelitian Beauchamp Tower, yang dianalisa oleh Osborne Reynolds.
2.8.2.1 Teori aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat / permukaan datar
Gambar 2.16 Aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat / permukaan datar
Lihat lapisan minyak pelumas diantara dua plat AB dan CD, salah satu permukaan
bergerak dengan kecepatan V, dan permukaan yang satunya (CD) diam, seperti
pada gambar 2.14. Kecepatan minyak saat kontak dengan CD adalah nol saat CD
diam. Gaya pada minyak yang digambarkan dalam elemen kubus dx.dy.dz pada
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
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:
yvF
= (2.11)
Dimana = koefisien kekentalan dan v = kecepatan pada arah x
Anggap elemen dx.dy.dz berada dalam gerakan seragam pada arah x dan 0=yp
(p adalah independent terhadap y), sehingga solusi gaya:
0.,(., =
++
+ dzdxdx
xpppdzdxFdy
yFF
(2.12)
xp
yF
=
Substitusi nilai F:
xp
yv
yF
== 22
(2.13)
Integral persamaan (2.10) terhadap y:
212
21 CyCy
xpv ++=
(2.14)
Lalu kita tentukan kondisi v=V ketika y=0 dan v=0 ketika y=h, didapat:
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
hyhy
xp
hyVv
= 1
211 (2.15)
catatan: Kondisi yang diterapkan untuk menentukan konstanta C1 dan C2 adalah
karena y diukur berlawanan dengan arah yang diindikasikan.
Dari sini fungsi internal pada persamaan (2.9) harus bernilai
dy
yFF pengganti
+ dy
yFF , sehingga :
xp
yF
=
Atau tanda yF dibuat negatif dan persamaan kecepatan menjadi:
hyhy
xp
hyVv
+
= 1
211 (2.16)
2.8.2.2 Persamaan tekanan Sommerfeld untuk pelumasan hidrodinamis pada
bantalan luncur
Mekanisme pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur dapat dilihat
pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.17 Mekanisme pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur
-
Frans Edo Adhinata Pasaribu : Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur Yang Menggunakan Minyak Pelumas Multigrade Dengan Dan Tanpa Aditif Dengan Variasi Putaran, 2009. USU Repository 2009
Gambar 2.18 Distribusi tekanan dan geometri