atau pensirkulasi minyak pelumas. Pelumasan sedemikian disebut pelumasan hidrostatis Hidrostatic Lubrication.
Pelumasan hidrostatis disebut juga pelumasan tekanan luar externally pressurize 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
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.
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
u
u
h
y
Gambar 2.3 Pendefenisian kekentalan dinamik menurut hukum Newtontentang aliran viskos
Dari gambar 2.3 secara matematis dapat ditulis:
h u
dy du
µ µ
τ
= =
2.1
Dimana : τ = tegangan geser fluida Nm
2
µ = kekentalan dinamik Poise, P u = kecepatan relatif permukaan mdet
h = tebal lapisan pelumasan m
Sehingga kekentalan dinamik dapat ditulis
dy du
τ µ
=
2.2
Sumber : Matakuliah Teknik Pelumasan, Ir. A.Halim Nasution M.Sc, Departemen Teknik Mesin USU
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Kekentalan dinamik disebut juga dengan kekentalan absolut, sementara kadar geseran adalah dudy. Jika kekentalan dinamik dibagi dengan rapat massa pada
temperatur yang sama hasilnya disebut kekentalan kinematik. Secara matematis ditulis:
ρ µ
= v
Dimana : v = kekentalan kinematik Stoker, S ρ = rapat massa gramcm
3
Satuan tegangan geser adalah dalam dynecm
2
dan kadar geseran dalam det
-1
, maka satuan kekentalan dinamik adalah poise disingkat P. Sedangkan satuan rapat massa gramcm
3
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 detm
2
atau kgm det dan satuan kekentalan kinematik adalah m
2
det. Dengan demikian diperoleh hubungan satuan-satuan:
1P = 10
-1
N detm
2
1 Cp = 10
-3
N detm
2
1 St = 10
-4
m
2
det 1cSt
= 10
-6
m
2
det
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Dalam satuan British untuk kekentalan dinamik dikenal satuan lbf.sin2 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.sin
2
= 7,03 kgf.sm
2
1 reyn = 6,9 . 10
6
cP
Kekentalan juga dapatpernah 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.
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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”.
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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
sumber: Prinsip pelumasan dan minyak pelumas mineral,Ir. A.Halim Nasution M.Sc
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
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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.
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Kekentalan pada temperatur rendah diukur sesuaidengan prosedur tertentu. Prosedur ini merupakan versi multi-temperatur dari 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 renda
Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin SAE J300 Engine Oil Viscosity Clasification.
SAE Viscosity
Grade
Viscosity cP
a
at temp °C
max.
Borderline
b
pumping temp
°C
max.
c
Viscosity cSt at 100
°C .
min max
0W 5W
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
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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 .
Tabel 2.4 Klasifikasi Multigarde SAE Crankcase Oil Viscosity
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 20W50, 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. Nomor SAE Ganda
Indeks Kekentalan
10W30 10W40
10W50 20W40
20W50 145
169 190
113 133
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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
keragu-raguan bagi pengguna. Secara teori minyak pelumas SAE 20W50 tersebut dapat diaplikasikandigunakan 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:
p p
e
α
µ µ
. =
2.4
sumber: Literatur 1, bab 4, hal 29
Dimana .
µ dan
p
e
α
adalah kekentalan masing-masing pada tekanan p dan tekanan atmosfir, adalah koefisien tekanan untuk kekentalan.
Koefisien tekanan untuk kekentalan untuk minyak pelumas yang memilikis
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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:
Log 1,200+log µ = log 1,200 + log
µ + z log 1 + 2000
P 2.5
Dimana µ = kekentalan pada tekanan pcP
µ = kekentalan dalam tekanan atmosfer z = konstanta yang harganya bergantung pada jenis minyak
pelumas
Gambar. 2.4 Pengaruh tekanan terhadap , persamaan Barus dan Persamaan Roeland Sumber: Analisa Karakteristik bantalan luncur terhadap minyak pelumasTugas Sarjana,
Departemen Teknik Mesin USU
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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:
Log 1,200+log µ = log b - S log 1 +
135 t
2.6
sumber: Literatur 1, bab 4, hal.36
Dimana : µ = kekentalan cP
t = temperatur C
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Gambar 2.5 pengaruh tempratur terhadap minyak pelumas pada tekanan atmosfer. sumber: Lubrication and Reliability Handbook, by M.J.Neale
2.6 PengukuranPengujian Kekentalan Minyak Pelumas
