analisis pengaruh variasi viskositas pelumas...

Analisis Pengaruh Variasi Viskositas Pelumas (Komarudin & Razul Harfi) 55

ANALISIS PENGARUH VARIASI VISKOSITAS PELUMASTERHADAP PERUBAHAN TEMPERATUR PADA SIMULATOR

ALAT UJI PELUMAS BANTALAN

KomarudinRazul Harfi

Abstract

Offering lubricants aims to reduce friction and wear between rubbing machine components. Friction and wearthat occurs can cause the temperature to increase the engine. If friction was not revolve, it will affect theperformance of machine that can cause reduced the engine life and the engine failure.The lubricant works is by forming the oil film on rubbing surfaces. Oil film is formed very influential on theresulting temperature. A good lubricant is a lubricant that is not easy to change the viscosity of risingtemperatures.It is therfore necessary to test the lubrication to get a good lubricating characteristics against the formation ofoil film. Lubricant used was lubricant with SAE 30, 40 and 50. The method used is to do a live test in the fieldof variation types of lubricants by providing a variable load on the the simulator’s lubricant and bearing testtool with sliding bearing babbit. Then take measurements, calculations and analysis on the increase intemperature, the formation of oil film and values of bearing characteristics. Lubricants with a viscosity SAE40 which produces a better temperature. Where the temperature lubricants with a viscosity SAE 40 lower thanlubricants SAE 30 and SAE 50.

Keywords:Lubricants, Oil Film, Temperature and Viscosity.

PENDAHULUANPelumasan merupakan aktifitas yang

penting dalam pengoperasian mesin. Pemberianminyak pelumas bertujuan untuk mengurangigesekan dan keausan antar komponen mesinyang saling bergesekan. Gesekan dan keausanyang terjadi dapat menyebabkan temperaturdisekitar mesin meningkat dan akan terusmeningkat. Apabila gesekan ini tidak diatasi,akan mempengaruhi kinerja suatu mesin yangdapat menyebabkan berkurangya umur mesindan kegagalan mesin. Hal ini membawakerugian pada suatu industri karenaberpengaruh pada produktifitasnya danpengeluaran biaya yang besar untuk perbaikanmesin.

Cara kerja pelumas adalah denganmembentuk oil film pada permukaan yangsaling bergesekan. Oil film yang terbentuksangat berpengaruh pada temperatur yangdihasilkan. Pelumas yang baik adalah pelumasyang tidak mudah mengalami perubahanviskositas jika terjadi peningkatan temperatur.

Keberhasilan sistem pelumasan padasuatu mesin sangat diperlukan. Keberhasilanpelumasan ditentukan oleh tiga aspek, yaitujenis pelumas, jumlah pelumas, dan metodepelumasan. Dengan pemilihan dan penggunaanpelumasan yang tepat diharapakan dapatmengatasi gesekan dan keausan yang berlebih

sehingga dapat memperpanjang umur mesindan pengeluaran biaya jadi berkurang.

Oleh karena itu, dilakukan pengujianpada pelumas dengan viskositas yang berbedaterhadap pembentukan oil film sehinggagesekan langsung antara logam dapatterhindarkan. Dimana pengujian ini dilakukanpada simulator alat uji pelumas bantalandengan menggunakan pelumas PertaminaMeditran S SAE 30, SAE 40 dan SAE 50.Bantalan yang digunakan adalah bantalanluncur babbit dan beban yang berikan sebesar40 kg, 60 kg dan 80 kg. Diharapakan denganpengujian ini didapatkan pelumas yang tepatberdasarkan tingkat viskositasnya.

TINJAUAN PUSTAKASimulator Alat Uji Pelumas dan Bantalan

Bantalan LuncurBantalan luncur mampu menumpu

poros berputaran tinggi dengan beban besar.Oleh karenanya penggunaan bantalan luncursangat luas penggunaannya pada mesin-mesinyang memiliki elemen berputar (rotatingmachines), seperti turbin uap, generator,blower, kompresor, motor bakar, poros kapallaut, bahkan sebagai bantalan pada elemenyang seharusnya menggunakan bantalan

gelinding. Bantalan ini sederhanakonstruksinya dan dapat dibuat serta dipasangdengan mudah. Karena gesekannya yang besarpada waktu mulai jalan, bantalan luncurmemerlukan momen awal yang besar. Bantalanluncur lebih baik dari bantalan gelinding (padaparameter yang dapat dianggap sama) dalamhal penyerapan getaran, tahanan terhadap gayakejut, relatif tidak bising, dan umurnya lebihpanjang. Semua karateristik ini disebabkan olehprinsip pelumasan bantalan luncur yangmenggunakan lapisin tipis minyak pelumas saat

menumpu poros. Pembebanan bantalan luncurumumnya merupakan pembebanan radial atauarah beban tegak lurus dengan sumbu poros.

Disebut bantalan luncur karena adanyagerakan luncur (sliding) antara permukaan yangdiam dengan permukaan yang bergerak padabantalan tersebut. Dan sering juga disebutjournal bearing karena poros ditumpu olehbantalan pada tempat / daerah yang dinamakantap-poros, dan daerah tap-poros tersebutdinamakan journal seperti terlihat pada gambar2.1

Gambar 1. Journal Bearing atau Bantalan Luncur i

Pelumasan (Lubrication)Pemberian minyak pelumas antara dua

permukaan bantalan, yaitu permukaan yangbersinggungan akibat tekanan, dan salingbergerak satu terhadap yang lain disebutdengan pelumasan (lubrication).Pelumas diklasifikasikan menjadi 3 kelompoksebagai berikut : 1). Cair (liquid), Pelumas cairyang biasa digunakan pada bantalan adalahminyak mineral (mineral oils) dan minyaksintetik (synthetic oils). Minyak mineralpenggunaannya sangat luas atau lebih seringdigunakan karena lebih murah dan stabil.Pelumas cair lebih sering digunakan karenamemiliki keunggulan dibandingkan jenispelumas lainnya; 2). Semi Liquid, Gemuk(Grease) adalah jenis pelumas yang memilkikekentalan lebih tinggi dibandingkan denganminyak pelumas. Gemuk digunakan padabantalan yang dioperasikan dengan kecepatanrendah dan bertekanan besar, dimana tetesanminyak pelumas pada bearing tidak diinginkan,3). Padat (solid), Pelumas padat berguna untukmengurangi gesekan dimana film pelumas tidakdapat dipelihara karena pengaruh tekanan atausuhu. Pelumas padat harus lebih lunak daripadabahan yang akan dilumasi. Pelumas padat pada

umumnya terbuat dari bahan grafit ataucampuran grafit dengan minyak atau gemuk.ii

Prinsip PelumasanGesekan

Bagaimanapun juga halusnya dantepatnya permukaan logam dapat dilihat ataudirasakan, tetapi sebenarnya tidak ratamelainkan terdiri atas titik yang tinggi danrendah. Kalau dilihat dengan pembesaran yangkuat, maka penampang melintangnya sepertiterlihat pada gambar 2. Kalau satu permukaanmeluncur diatas permukaan yang lain dan suatugaya menekannya terhadap permukaan yanglain tersebut, maka titik yang tinggi pada keduapermukaan akan saling mengunci danmenghambat gerak relatif.

Gambar 2. Permukaan Yang Bersinggungan


Dalam meluncur dan mengatasihambatan ini, maka permukaan yang kerasakan melepaskan sebagian dari titik yang tinggidari permukaan yang lunak, tetapi pada saatyang sama dapat kehilangan sebagian dari titiktingginya sendiri. Hambatan untuk melncur inidisebut gesekan (friction), pelepasan titik yangtinggi mengakibatkan aus (wear).

Gambar 3. Gesekan Yang Disebabkan Suatu GayaTegak Lurus

Kalau sebuah beban atau gaya Fn

(gambar 3) yang tegak lurus pada arah gerakanmenekan benda yang bergerak kepada bendayang lain, maka suatu gaya Ft harus dikenakandalam arah gerakan untuk mengatasi gesekanyang dihasilkan dari aksi gaya Fn. Denganangka, maka gesekan diukur dengan angkagesekan (Coefficient of friction) yang disebut fdan dinyatakan sebagai perbandingan dari gayatangensial Ft terhadap gaya tegak lurus Fn :

n

t

F

Ff

Lapisan Minyak (Oil Film)Semua minyak mempunyai

kecenderungan untuk menyebar padapermukaan logam dan melekat kepadanya.

Oleh sebab itu, suatu lapisan minyak yangsangat tipis dapat terbentuk diantara permukaanyang bergerak, misalnya antara poros danbantalannya. Tergantung pada tebal lapisanminyak, maka persinggungan antara permukaanlogam dapat dikurangi atau samasekaliditiadakan.

Tebal lapisan minyak yang akan terjadidiantara permukaan dua logam yang bergerakrelatif tergantung pada beberapa keadaan, yaitutekanan bantalan, viskositas minyak, dankecepatan relatif dari permukaan yangbergerak.

Dalam kasus poros berputar danbantalannya, maka tebal lapisan minyak jugatergantung pada kelonggaran atau perbedaanantara diameter bantalan dan diameter poros,dan bentuk permukaan bantalan, atauperbandingan dari panjang terhadapdiameternya.

Fungsi PelumasFungsi utama dari pelumas yang umum

digunakan pada peralatan permesinan adalahsebagai berikut : 1). Mengurangi Gesekan dankeausan, Mengurangi gesekan dan keausanadalah fungsi primer dari bahan pelumas.Bahan pelumas harus mampu mencegahpersinggungan langsung antara permukaanyang bergesekan pada temperatur kerja, daerahpembebanan dan kondisi lainnya seperti terlihatpada gambar 4. Sifat ini didapat dari kekentalanyang dimiliki minyak pelumas (viscosity).

Gambar 4. Berkurangnya Gesekan Dengan Adanya Pelumas

2). Memindahkan Panas, Panas yangditimbulkan oleh elemen mesin yang bergerak(misalnya: bantalan dan roda gigi) dipindahkanoleh minyak pelumas, asalkan terjadi aliranyang mencukupi; 3). Menjaga sistem tetapbersih, Bahan pelumas harus dapatmenghindarkan kontaminasi sistem darikomponen-komponen bergerak yang bisamerusak sistem tersebut. Partikel-partikellogam akibat keausan, abu yang berasal dariluar dan sisa hasil pembakaran dapat memasukisistem dan menghalangi operasi yang efisien;4). Melindungi system, Karat bisa disebabkankehadiran udara dan air, serta keausan korosif

dapat dikarenakan asam-asam mineral yangterbentuk secara kimiawi selama pembakaranbahan bakar. Karat dapat menyebabkankerusakan komponen, sehingga komponentersebut tidak dapat bekerja sebagaimanamestinya. Karena hal itulah bahan pelumasharus direncanakan untuk melindungi sistemterhadap serangan korosif.

Sistem PelumasanPelumasan Hidrodinamika

Yang dimaksud dengan pelumasanhidrodinamika adalah pelumasan dimanalogam-logam yang dilumasi dapat dipisahkan


secara utuh oleh pelumas. Sesuai denganprinsip pelumasan, maka tidak ada kontakantara logam dengan logam yang terjadi padasistem pelumasan ini. Pelumas dapat mengalirdengan aliran laminar diantara dua logam yangdilumasi.

Sistem pelumasan hidrodnamika biasanyaterjadi pada kondisi kerja dengan beban rendahdan kecepatan tinggi. Penggambaran darisistem pelumasan ini nampak pada gambar 5.

Gambar 5. Kondisi Pelumasan Hidrodinamika

Pelumasan Lapisan SelaputPelumasan sistem ini biasanya terjadi

pada kondisi kerja dengan beban tinggi dankecepatan rendah. Pada sistem ini aliranlaminar pelumas terganggu tetapi masih dapat

mengalir. Pada sistem ini terjadi kontak antaralogam dengan logam pada daerah tertentu.Pelumasan sistem ini digambarkan padagambar 6.

Gambar 6. Kondisi Pelumasan Lapisan Selaput

Pelumasan BatasPelumasan batas merupakan sistem

pelumasan dimana permukaan logam satudengan permukaan logam yang lain salingbersentuhan. Sentuhan yang terjadi tersebutdiusahakan untuk tidak menimbulkan keausanpada permukaan logam yang dilumasi. Jikaterjadi keausan diusahakan untuk seminimalmungkin terjadi. Terjadinya sentuhan logamdengan logam merupakan suatu tumbukan

lenting sempurna. Oleh karena itu biasanyapelumas yang digunakan mengandung aditifbahan kimia yang dapat bereaksi denganpermukaan logam yang dilumasi denganmembentuk pelindung. Pelindung ini bersifatseperti pegas jika terjadi sentuhan antara logamyang dilumasi. Dengan demikian terjaditumbukan lenting sempurna jika terjaditumbukan antara logam dengan logam.Pelumasan batas diperlihatkan pada gambar 7

.

Gambar 7. Kondisi Pelumasan Padat


Sistem pelumasan batas ini terjadi ataudigunakan pada kondisi kerja degan bebansangat berat dan kecepatan sangat rendah.Dengan memperkirakan kondisi kerja darisuatu mesin sehubungan dengan sistempelumasannya dapatlah ditentukan jenisminyak pelumas yang akan digunakan.

ViskositasViskositas adalah ukuran tingkat

kekentalan dari cairan. Viskositas adalah sifatfisik minyak yang mampu membentuk,mempertahankan dan menawarkan ketahananterhadap geser sebuah film penyangga dibawahpanas dan tekanan. Semakin besar panas dantekanan, viskositas lebih besar dibutuhkan daripelumas untuk mencegah penipisan danmeremas keluar dari film iii. Viskositas seringdisebut viskositas dinamis dan viskositaskinetis.Viskositas dinamis (Absolute) dapatdidefiniskan dalam istilah yang sederhana yangditunjukan pada gambar 2.8, yangmenggambarkan dua pelat datar sejajar yangdipisahkan oleh jarak (h) ,dengan pelat atasbergerak dengan kecepatan (ub) dan pelatbawah tetap diam. Molekul minyakdivisualisasikan sebagai bulatan kecil yangmelapisi sepanjang lapisan dalam antara pelatdatar. Untuk memindahkan pelat atas daerah(A) pada kecepatan konstan (ub) di seluruhpermukaan minyak dan menyebabkan lapisanyang berdekatan mengalir melewati satu samalain, gaya tangensial harus diterapkan. Karenaminyak akan "basah" dan melekat pada dua

permukaan, lapisan terbawah tidak akanbergerak sama sekali, lapisan paling atas akanbergerak dengan kecepatan sama dengankecepatan pelat atas, dan lapisan antara pelatakan bergerak dengan kecepatan langsungsebanding dengan jarak lapisan antara pelat (z)dari pelat diam. Jenis gerakan teratur dalamlapisan sejajar ini dikenal sebagaimerampingkan, laminar, atau aliran viskos.

Tegangan geser pada minyakmenyebabkan gerakan relatif dari lapisan samadengan (F/A). Laju regangan geser (s) darilapisan tertentu didefinisikan sebagaiperbandingan dari jarak tegak lurus daripermukaan diam (z) dan konstan untuk setiaplapisan.

h

u

z

us b iv (2.1)

Laju regangan geser memiliki unit (s-1)Newton dengan benar menyimpulkan

bahwa gaya yang dibutuhkan untukmempertahankan kecepatan konstan (ub) daripermukaan atas adalah sebanding dengan luasdan laju regangan geser, atau

h

uAF b.

v (2.2)

di mana (μ) = viskositas dinamis, [N.s/m2]Dengan mengatur kembali persamaanviskositas dinamis dapat menjadi,

geserreganganlaju

gesertegangan

hu

AF

b

/

/ (2.3)

Gambar 8. Ilustrasi Viskositas Dinamis Menurut Hukum Newton Tentang AliranViskos

Dalam berbagai situasi akan lebihmudah menggunakan viskositas kinematisdaripada viskositas dinamis. Viskositas

kinematis (μk), [m2/s] didefinisikan sebagaiberikut :


k

vi (2.4)

Dimana :μ = viskositas dinamis, [N.s/m2]ρ = density, [N.s2/m4]

Pengaruh Suhu Pada ViskositasSemakin besar beban yang diberikan

bantalan, maka semakin tinggi pula kenaikansuhu pada pelumas. Kenaikan suhu ini akanberakibat melemahkan ikatan molekul fluidayang kemudian menurunkan viskositasnya.Viskositas semua jenis fluida atau cairan akanmenurun dengan naiknya suhu.

Gambar 9. Perubahan Viskositas Dinamis Secara Umum dari Suatu Pelumas yangDisebabkan Pengaruh Kenaikan Suhu

Pada gambar 9 diperlihatkan perubahanviskositas dinamis fluida karena naiknya suhu.Tampak pada gambar tersebut viskositassemakin menurun dengan naiknya suhu yangdiberikan fluida. Perubahan viskositas yangdisebabkan kenaikan suhu merupakan hal yangsangat penting yang harus dipertimbangkan didalam berbagai jenis penerapan minyak lumasdi dalam tugasnya menghadapi jangkauan suhuyang luas.

Klasifikasi Pelumas Berdasarkan ViskositasBerdasarkan viskositasnya pelumas

diklasifikasikan menjadi dua bagian besar,yaitu pelumas industri dan pelumas otomotif.Pelumas industri menurut ISO dan pelumasotomotif menurut SAE.

Klasifikasi Menurut ISOInternational Organization for

Standardization (ISO) mengklasifikasikanpelumas menurut viskositas yang khususdigunakan di dalam industri. Kegunaan sistemISO ini untuk menyeragamkan tingkatviskositas pelumas dalam viskositas kinematisyang diukur pada 40[°C] agar mempermudahdalam memilih viskositas pelumas industriyang sesuai dengan penggunaannya.

Perlu diketahui bahwa klasifikasitingkat viskositas menurut ISO seperti Tabel2.1 tidak berlaku untuk pelumas mesin danpelumas roda gigi transmisi kendaraan.Klasifikasi ini merupakan klasifikasi ASTM D-2422. Sistem klasifikasi ini digunakan untuk

pelumas roda gigi cair dengan jangkauanviskositas antara 2 sampai dengan 1500 [cSt].Pada ASTM D-2422 terdapat 18 tingkatviskositas seperti Tabel 2.1, yang lengkapdengan viskositas Mid-Point. Untukkeseragaman nomenklatur, tingkat viskositaspelumas industri dirancang sebagai ISOviscosity grade (tingkat viskositas ISO) yangdisingkat ISO VG. Tulisan ini akan diikutidengan pernyataan viskositas nominal dalamsentistoke [mm2/s] pada suhu 40[°C].

Klasifikasi Menurut SAEPada umumnya pelumas

diklasifikasikan dalam viskositas untukmemenuhi syarat kebutuhan tiap jenis mesin.Setiap jenis mesin mempunyai syaratkebutuhan viskositas pelumas yang digunakansendiri-sendiri. Yang melakukan penyusunanklasifikasi pertama kali adalah SAE atauSociety of Automotive Engineers dari AmerikaSerikat. Klasifikasi tersebut dapat dilihat padaTabel 2.2.

Pelumas diklasifikasikan dalam 11 klasatau tingkat viskositas SAE, mulai dari SAE0W sampai dengan SAE 60. Urutan tingkatviskositas SAE pada kolom pertama dari atasnilai viskositasnya kecil, semakin ke bawahnilai viskositasnya semakin besar.

Dari kesebelas tingkat viskositas itu,dapat dibagi dalam dua bagian besar, yaitutingkat viskositas yang tandanya diberi hurufW dibelakang nomor tingkat viskositasnya dantandanya tanpa huruf W.


Kelompok pertama merupakankelompok tingkat viskositas pelumas mesinyang digunakan pada musim dingin untukdaerah beriklim sedang yang memiliki emapatmusim.Huruf W yang dicantumkan padatingkat viskositas adalah singkatan dari katawinter atau musim dingin.

Kelompok kedua berjumlah limatingkat viskositas tanpa huruf W, yang

merupakan kelompok tingkat viskositas yangdigunakan pada musim panas, yaitu SAE 20sampai dengan SAE 60. Untuk iklim diIndonesia kita cukup menggunakan pelumasyang klasifikasinya digunakan pada musimpanas, yaitu kelompok pelumas kedua tanpahuruf W.

Tabel 1. Klasifikasi Viskositas Pelumas Industri Menurut International Organization for Standardization(ISO) Yang Merupakan Klasifikasi ASTM D-2422

Sistem Tingkat ViskositasISO Standar 3448

ASTM D-2422

Semua Viskositas Diukur Pada Suhu 40°C, Menggunakan ASTM D-341untuk Konversi Viskositas Pada Suhu Lain

ViskositasMid-Point

cSt

Batas Viskositas Kinematika, cSt KlasifikasiTingkatAGMA

Minimum Maksimum

ISO VG 2 2,2 1,98 2,42 ..ISO VG 3 3,2 2,88 3,52 ..ISO VG 5 4,6 4,14 5,06 ..ISO VG 7 6,8 6,12 7,48 ..ISO VG 10 10,0 9,0 11,0 ..ISO VG 15 15,0 13,5 16,5 ..ISO VG 22 22,0 19,8 24,2 ..ISO VG 32 32 28,8 35,2 ..ISO VG 46 46 41,4 50,6 1ISO VG 68 68 61,2 74,8 2 EPISO VG 100 100 90,0 100,0 3 EPISO VG 150 150 135,0 165,0 4 EPISO VG 220 220 198,0 242,0 5 EPISO VG 320 320 288,0 352,0 6 EPISO VG 460 460 414,0 506,0 7 Comp, 7 EPISO VG 680 680 612,0 748,0 8 Comp, 8 EPISO VG 1000 1000 900,0 1100,0 8A CompISO VG 1500 1500 1350,0 1650,0 9 EP.. 3200 .. .. 10 EP.. 4600 .. .. 11 EP.. 6800 .. .. 12 EP.. 32000 .. .. 13 EP

Tabel 2. Klasifikasi Viskositas SAE Untuk Pelumas Mesin SAE J300Tingkat

ViskositasSAE

Cranking

Viskositas [cP]pada suhu rendah

[°C]PumpabilitasMaksimum

Viskositas [cP]pada suhu rendah

[°C]Tanpa Yield Stress

Maksimum

ViskositasKinematika [cSt]

Pada 100°C

Min Max

Viskositas [cP]pada suhu tinggi

Shear TinggiPada 150°C

dan 10s-1

Minimum0 W 3250 pada -30 30000 pada -35 3,8 .. ..5 W 3500 pada -25 30000 pada -30 3,8 .. ..

10 W 3500 pada -20 30000 pada -25 4,1 .. ..15 W 5000 pada -15 30000 pada -20 5,6 .. ..20 W 4500 pada -10 30000 pada -15 5,6 .. ..25 W 6000 pada -5 30000 pada -10 9,3 .. ..

20 .. .. 5,6 kurang dari 9,3 2,630 .. .. 9,3 kurang dari 12,5 2,940 .. .. 12,5 kurang dari 16,3 2,9(tingkat 0W-40)

5W-40, 10W-403,7(tingkat 15W-40)


20W-40,4050 .. .. 16,3 kurang dari 21,9 3,760 .. .. 21,9 kurang dari 26,1 3,7

Hubungan Antara Variabel – VariabelAngka Sommerfeld

Angka karakteristik bantalan (bearingcharacteristic number) atau angka sommerfeld,ditetapkan oleh persamaan:

P

N

c

rS

.2

vii

(2.5)

dimana: S = angka karakteristikbantalan

r = jari-jari poros [mm]c = ruang bebas arah

radial [mm]μ = viskositas dinamis

[cP]P = tekanan bantalan

[N/mm2]

Angka Sommerfeld mengandungsemua variable yang biasanya ditetapkan olehperencana angka ini adalah tak berdimensi, dandipakai sebagai absis grafik kecuali pada grafikviskositas.

Grafik ViskositasSalah satu pengandaian yang penting

yang dibuat dalam analisa Raimond-Boyd

adalah bahwa viskositas dari pelumas adalahkonstan selama melalui bantalan. Dalammencari viskositas yang akan dipakai padalampiran 2 kita akan menggunakan suatu suhuyang merata-ratakan suhu masuk dan keluar,dengan persamaan:

21

TTTAV

viii

(2.6)

dimana, T1 = suhu masuk pelumas[°C]

ΔT = kenaikan suhupelumas dari masuk ke keluar [°C]

Tebal Lapisan MinimumPada gambar 2.10 dijelaskan , dimensi

c adalah kelonggaran radial (radial clearance).Jarak antara pusat jurnal O dan pusat bantalanO’ adalah eksentrisitas (eccentricity) dandinyatakan dengan e. Tebal lapisan minimum(minimum film thickness)dinyatakan dengan ho.

Dimana besaran ho/c disebut variabel ketebalanlapisan minimum ( minimum film thicknessvariable). Besaran ini didapat dengan melihatgrafik pada lampiran 3.

c

ho ix (2.7)

Gambar 10. Tata Nama Suatu Bantalan Luncur


METODOLOGI PENGUJIAN DANPENGOLAHAN DATA

Diagram Alir Pengujian

Pada gambar 11 merupakan diagramalir pengujian yang menggambarkan kegiatanpenulis dalam melaksanakan pengujian untukmenunjang penulisan tugas akhir.

Gambar 11. Diagram Alir Pengujian

Pada gambar 11 merupakan diagramalir pengujian yang menggambarkan kegiatanpenulis dalam melaksanakan pengujian untukmenunjang penulisan tugas akhir.

Persiapan Alat dan Objek PengujianSimulator Alat Uji Pelumas Bantalan

Alat ini adalah alat atau mesin yangdigunakan penulis dalam melakukan pengujian.Namun sebelum melakukan pengujian

diperlukan pemeriksaan terhadap alat yang akandigunakan. Seperti perbaikan pada sistempelumasan, mekanisme pembebanan dankelistrikan. Tempat penulis melakukanpengujian adalah di bengkel las Politeknik xxxpada tahun 2011. Pada gambar 12 adalahbagian-bagian dari simulator alat uji pelumasdan bantalan :

Gambar 12 : Simulator Alat Uji Pelumasan Bantalan

1) Motor listrik : Teco 3 – phase Motor1.5 [Hp], 1.1 [KW], 50 [Hz], 1400 [Rpm]. Padapengujian ini putaran motor yang digunakan

adalah 1000 rpm. Untuk mendapatan putaranmotor tersebut diperlukan alat bantu, yaitu LGStarvert-i (inverter) dan Irtek seperti pada

Persiapan alat / mesin danobjek yang akan diuji

Pelaksanaan pengujian danpengambilan data

Hasil dan pembahasan

Kesimpulan

Analisis data

a b c

D1

e

f


gambar 13 (a) dan (b) dibawah ini. Dimana LGStarvert-i (inverter) digunakan untukmenentukan frekuensi putaran motor yang

kemudian diukur menggunakan Irtek untukputaran motor.

(a) (b)Gambar 13 (a) dan (b) : LG Starvert-i (inverter) dan Irtek

2) Kopling fleksibel yang menghubungkanmotor dengan poros. Dimana denganmenggunakan kopling fleksibel dapatmemudahkan dalam proses alignment; 3). Porosdengan material S45C sebagai pentransmisidaya; 4). Dua bantalan gelinding (rollingbearing) yang berfungsi untuk menumpu porossehingga poros berada tepat pada posisinya dansebagai penstabil saat poros berputar; 5).Mekanisme pembebanan. Pada mekanismepembebanan yang gunakan pada alat iniditentukan oleh banyaknya putaran yang ada di

clamp-c. Dimana clamp-c ini menjepit lenganayun yang berada dibawah dan diatas bantalan.Kemudian lengan ayun diatas bantalanmemberikan sinyal kepada loadcell yangditampilkan pada display terlihat pada gambar14 (a) dan (b). Pada mekanisme pembebananini beban yang diterima bantalan dua kali lebihbesar dari hasil yang ada di display.

(a) (b)Gambar 14 (a) dan (b) : Load Cell dan Display

6). Sistem pelumasan, Cara pelumasan yangdigunakan pada alat uji ini adalah dengan carapelumasan gravitasi, dimana pelumasditampung pada tabung yang terbuat dari bahanacrylic seperti pada gambar 3.5. Sisi atas danbawah tabung ini ditutup oleh plat yang terbuatdari bahan duralium, pemilihan duraliumdimaksudkan untuk menghindari terjadinyaproses oksidasi antara minyak pelumas denganlogam. Posisi tabung harus lebih tinggidibandingkan posisi bantalan, sehingga pelumasmengalir dengan gaya beratnya. Minyakpelumas mengalir melalui nipel yangdihubungkan dengan selang plastik selanjutnyaakan diteruskan ke lubang nipel pada bantalan.Dimana pada bantalan dan rumah bantalansudah dibuat alur masuk pelumas (oil groove),

sehingga pelumas akan disebarkan melalui alurminyak tersebut.

Gambar 15. Tabung Pelumasan

Objek PengujianObjek pengujian yang akan digunakan

dalam pengujian ini adalah sebagai berikut :


1). Pelumas Pertamina Mediteran S (gambar3.6) dengan Viskositas SAE 30, SAE 40 danSAE 50.

Gambar 16. Pelumas Pertamina Meditran S

2). Bantalan luncur yang terbuat dari bahanbabbit (gambar 3.7) dengan ukuran panjang (l)= 60 [mm] dan diameter (d) = 35 [mm].

Gambar 17. Bantalan Luncur Babbit

Pengambilan DataPengambilan data dilakukan dengan

pengukuran suhu pelumas dan suhu bantalan.Suhu diukur selama satu jam dengan selangwaktu lima menit. Pengukuran suhu inimenggunakan thermometer dimana suhu diukur pada pelumas yang keluar dari sistem danlangsung pada dinding bantalan (gambar 3.8).Pengambilan data juga dibantu denganstopwatch / jam untuk menentukan waktu.

Gambar 18. Pengukuran Suhu MenggunakanThermometer

Pengolahan DataData Hasil Pengujian

Dibawah ini adalah tabel-tabel hasilpengujian dengan beban bervariasi, yaitu: 40[kg], 60 [kg] dan 80 [kg].

Tabel 3. Data Hasil Pengujian Pelumas SAE 30 Beban 40 [kg]Suhu awal pelumas : 29,5[°C]Suhu awal bantalan : 29,6[°C]

Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 30,5 31,3 33,1 34,7 35,9 36,8 37,3 38,4 39,2 40,1 40,6 41,2

SuhuBantalan 35,5 37,5 38,2 39,0 40,1 41,8 43,8 45,2 46,0 47,6 48,1 49,3


Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 30,8 32,8 34,0 35,4 36,1 37,1 37,9 39,2 39,6 40,5 41,3 41,6

SuhuBantalan 34,6 36,3 37,3 38,9 39,7 41,2 42,0 42,6 42,9 43,6 43,9 44,2



Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 31,1 32,8 34,3 35,7 36,3 36,8 37,2 37,9 38,9 39,4 39,2 39,7

SuhuBantalan 36,8 38,5 40,5 41,8 43,2 43,9 44,8 45,7 46,2 46,1 46,4 46,7


Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 30,9 32,9 35,0 36,4 38,0 39,0 39,6 40,8 41,6 40,3 40,7 41,8

SuhuBantalan 35,9 39,0 38,8 38,9 43,7 44,7 45,9 48,4 50,9 48,3 51,7 50,8


Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 30,4 32,0 33,4 34,9 36,1 37,3 38,0 38,7 39,3 39,9 40,2 41,0

SuhuBantalan 34,5 36,8 39,5 40,5 42,4 43,6 44,7 43,3 42,7 44,4 46,5 43,6


Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 31,8 33,1 34,4 36,4 37,1 37,6 38,2 39,6 40,3 40,9 41,9 40,9

SuhuBantalan 36,1 39,2 41,6 42,1 43,5 44,4 45,8 46,2 48,2 48,1 48,9 48,7


Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 31,3 33,6 35,2 37,2 38,2 39,3 39,8 41,0 42,0 42,4 42,3 42,5

SuhuBantalan 35,3 38,2 39,7 40,9 43,5 45,0 46,5 48,1 48,5 49,0 49,8 50,3



Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 31,0 33,2 35,0 36,3 37,0 37,8 38,3 38,9 39,5 40,1 40,9 41,4

SuhuBantalan 35,4 37,3 39,6 41,0 41,7 43,0 43,4 43,6 44,2 43,9 44,3 45,0


Suhu[°C]

Waktu (Menit)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

SuhuPelumas 33,2 34,4 36,0 37,2 37,8 38,4 38,9 40,2 40,8 41,4 42,1 42,0

SuhuBantalan 37,0 39,6 42,0 42,7 43,7 44,9 46,3 46,8 47,7 48,3 49,0 49,2

Perhitungan Tebal Lapisan MinimumUntuk mencari tebal lapisan minimum

diperlukan data-data sebagai berikut :Suhu masuk pelumas (t1) = 30 [°C]Suhu keluar pelumas (t2) = 41 [°C]Beban bantalan (W) = 60 [kg]Diameter poros (d) = 35 [mm]Panjang bantalan (l) = 60 [mm]Oil groove (ro) =2,5[mm]

Putaran motor (N) = 1000 [rpm]Radial clearance (c) = 0,001r(pada lampiran 2)

= 0,001(17,5)= 0,0175 [mm]

Suhu rata-rata pelumas (TAV)

][5,35

2

304130

21

C

TTTAV

Viskositas dinamis (absolute) SAE 40 pada35,5[°C] = 165 [cP] (diperoleh dari hasilinterpolasi pada lampiran 1), dimana:

165170355,353540

170120

120

][40

170

][35

][5,35

1112

12

2

2

1

1

yxxxx

yyy

y

Cx

y

Cx

Cx

Tabel 12. Hasil Interpolasi Viskositas Dinamispada 35,5[°C]

Viskositas Viskositas Dinamis(μ)

SAE 30 97,8SAE 40 165SAE 50 165

Tekanan pada bantalan

]/[029,0

)5,2.(2)3560(

60

)(2)3560(

60

)(2)(

2

2

2

mmkgP

xP

rxP

grooveoillxd

WP

o


Angka karakteristik bantalan (Sommerfeld)

)3(7,135

60

7,9

8,9029,0

1

60

1000

10

165

0175,0

5,17

.

9

2

2

lampiranpadad

l

x

P

N

c

rS

Dilihat pada grafik ketebalan lapisan minimumpada lampiran 3 dengan S = 9,7 dan l/d => ∞,nilai ketebalan lapisan minimum (ho) untukSAE 40 dengan perhitungan sebagai berikut:

][0175,00175,01

,1

0

0

mmxhc

h

Tabel 13. Hasil Perhitungan Ketebalan LapisanMinimum

Viskositas ho [mm]

SAE 30 0,0175SAE 40 0,0175SAE 50 0,0175

Nilai μN/P (Karakter Bantalan)Nilai μN/P minimum untuk SAE 40 denganperhitungan sebagai berikut:

26

/

.1069,5

029,0

1000165.

mmkg

rpmcPx

x

P

N

Tabel 14. Hasil Perhitungan μN/P

Viskositas μN/P

SAE 30 4,25 x 106

SAE 40 5,69 x 106

SAE 50 5,69 x 106

Nilai μN/P minimum untuk bantalan babbitsebesar 28000 (lampiran 4) dengan dikalikanfaktor keamanan sebesar 3 dimana nilai μN/Ppada tabel 3.12 lebih besar daripada nilai μN/Pminimum untuk bantalan babbit, maka kondisiini dapat diterima. Dimana gesekan langsungantara logam dengan logam dapat terhindarkan.

HASIL DAN PEMBAHASANMetode Analisis Data

Dalam penelitian ini kamimenggunakan metode deskriptif (MetodeAnalistik). Metode deskriptif tertuju padapemecahan masalah yang ada pada masasekarang yang berdasarkan data-data yang telahdikumpulkan. Data dikumpulkan denganmenggunakan alat yang sudah ada kemudiandata dianalisa sehingga didapat kesimpulan.

Analisis DataDibawah ini adalah grafik-grafik hasil

pengujian dengan beban bervariasi, yaitu: 40[kg], 60 [kg] dan 80 [kg].

010203040506070

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

T [°

C]

t [menit]

SAE 30

SAE 40

SAE 50

Gambar 19. Grafik Suhu Terhadap Waktu Viskositas SAE 30, SAE 40 dan SAE 50 Beban 40 [kg]


010203040506070

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60T

[°C]

t [menit]

SAE 30

SAE 40

SAE 50


010203040506070

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

T [°

C]

t [menit]

SAE 30

SAE 40

SAE 50


Dari data hasil pengujian pelumas Meditran Sdengan viskositas SAE 30, SAE 40 dan SAE 50pada simulator alat uji pelumas dan bantalandengan variasi beban sebesar 40 [kg], 60 [kg]dan 80 [kg] dengan putaran motor 1000 [rpm],maka penulis dapat melakukan analisis yaitu:

Jika dilihat pada gambar 19, 20 dan 21,pada beban 60 [kg] dan 80 [kg] pelumas denganvisksitas SAE 40 menghasilkan suhu yang lebihbaik dibandingkan SAE 30 dan SAE 50.Namun pada beban 40 [kg] pelumas denganSAE 40 menghasilkan suhu yang lebih panastetapi jika dilihat dari suhu yang dihasilkanpada bantalan, pelumas dengan viskositas SAE40 ini sudah melakukan perannya untukmeredam panas dengan membentuk oil film

secara sempurna. Dimana stabilitas viskositaspelumas SAE 40 lebih baik dibandingkan SAE30 dan SAE 50.

Grafik variasi dari koefisien gesekandengan karakter bantalan terlihat pada gambar22, sebelah kanan garis BA merupakan lapisantebal dimana kontak langsung antara logamdengan logam terhindarkan karena adanyapembentukan oil film yang sempurna. Padadaerah lapisan tebal ini pelumasan hidrodinamisterjadi. Sebelah kiri garis BA merupakanlapisan tipis dimana kontak logam denganlogam terjadi sehingga terjadi penurunanviskositas. Titik C merupakan awal terjadinyakontak logam dengan logam.

Gambar 22. Grafik Variasi Dari Koefisien Gesekan Dengan Karakter Bantalan


Dari hasil perhitungan tebal lapisanminimum (tabel 13) dan nilai karakter bantalan(tabel 14) pada bab sebelumnya, oil film ataulapisan minyak yang terbentuk pada pelumasdengan viskositas SAE 30 , SAE 40 dan SAE50 sudah sempurna atau terisi penuh dan nilaikarakter bantalan lebih besar dari nilaiminimum karakter bantalan, ini termasuk padalapisan tebal (gambar 22). Namun dari datahasil pengujian stabilitas viskositas daripelumaslah yang berpengaruh terhadap suhuyang dihasilkan.

KESIMPULANDari hasil data dan analisis yang

dilakukan pada pelumas meditran S denganviskositas SAE 30, SAE 40 dan SAE 50, makapenulis dapat menyimpulkan sebagai berikut:1). Variasi beban mempengaruhi pembentukanoil film akibat adanya gaya lempar atau gayasentripetal dari poros yang berputar, 2). Daridata hasil pengujian dengan beban 40 kg, 60 kgdan 80 kg terjadi peningkatan temperatur setiapbeban yang diberikan semakin besar, 3).Pelumas akan mencapai keadaan yang optimumjika bantalan luncur dan poros terpisahkansecara sempurna oleh oil film. Terbentuknya oilfilm ini mencegah kontak langsung antaralogam dengan logam, 4). Dari ketiga jenispelumas yang di uji, yaitu pelumas denganviskositas SAE 30, SAE 40 dan SAE 50 padavariasi beban menghasilkan kondisi teballapisan yang optimum sehingga terhindar darikontak langsung antara logam dengan logam,namun pada pelumas dengan viskositas SAE 40menghasilkan kondisi temperatur yang lebihbaik. Dimana temperatur pelumas denganviskositas SAE 40 lebih rendah dibandingkanpelumas SAE 30 dan SAE 50.

DAFTAR PUSTAKABhandari, V. B, 2007, Design Of Machine

Elements, 2nd Edt, Tata McGraw-HillPublishing Company Limited, 7 WestPatel Nagar, New Delhi 110 008.

Ghandi, H, 1995, Perencanaan TeknikMesin, Edisi Keempat, Jilid 2, Erlangga,Jakarta.

Hamrock, Bernard. J, Schmid, Steven. R. &Jocobson, Bo. O, 2005, FundamentalsOf Machine Elements, 2nd Edt, McGraw Hill Higher Education, New York10020.

Khurmi, R. S. & Gupta, J. K, 2005, ATextbook Of Machine Design, EurasiaPublishing House (P) Ltd, 7361, RamNagar, New Delhi-110055.

Sularso. & Kiyokatsu, S, 1997, DasarPerencanaan Dan Pemilihan ElemenMesin, Pradaya Paramita, Jakarta.

V.L MALEEV, M.E, DR.A.M, 1995,Operasi Dan Pemeliharaan MesinDiesel, Erlangga, Jakarta.

Wartawan, L. Anton, 1998, PelumasOtomotif Dan Industri, Balai Pustaka,Jakarta.

http://isjd.pdii.lipi.go.id/admin/jurnal/20285310.pdfhttp://repository.usu.ac.id.pdfhttp://search.4shared.com/q/150/bearing

i http://search.4shared.com/q/150/bearingii R.S. KHURMI ,J.K. GUPTA, ”Machine Design”,Hal. 970iii R.S. KHURMI ,J.K. GUPTA, ”Machine Design”,Hal. 970iv Hamrock, Schmid, Jacobson, “ Fundamentals OfMachine Elements”, Hal. 345v Hamrock, Schmid, Jacobson, “ Fundamentals OfMachine Elements”, Hal. 345vi Hamrock, Schmid, Jacobson, “ Fundamentals OfMachine Elements”, Hal. 348vii H. Ghandi, “Perencanaan Teknik Mesin”, Hal. 97viii H. Ghandi, “Perencanaan Teknik Mesin”, Hal. 98ix H. Ghandi, “Perencanaan Teknik Mesin”, Hal. 102


analisis pengaruh variasi viskositas pelumas...

Documents