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
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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. 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 berselancarmeluncur bebas diatas air, demikian juga dengan poros yang dapat meluncur dengan mudah pada bantalan dengan
bantuan lapisan tipis minyak pelumas.
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Dalam bahasa Inggris disebut journal bearings karena poros ditumpu oleh
bantalan pada tempatdaerah yang dinamakan tap-poros atau leher-poros neck, dan daerah leher-poros tersebut dinamakan journal.
Gambar 2.15 Bantalan luncur
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.
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
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
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:
y v
F
δ µδ
=
2.11
Dimana µ = koefisien kekentalan dan v = kecepatan pada arah x
Anggap elemen dx.dy.dz berada dalam gerakan seragam pada arah x dan
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
p adalah independent terhadap y, sehingga solusi gaya: .
, .
, =
+ −
+
−
+ dz
dx dx
x p
p p
dz dx
F dy
y F
F δ
δ δ
δ 2.12
y F
δ δ
=
x p
δ δ
Substitusi nilai F:
y F
δ δ
= =
2 2
y v
δ µ
x p
δ δ
2.13
Integral persamaan 2.10 terhadap y: 2.14
Lalu kita tentukan kondisi v=V ketika y=0 dan v=0 ketika y=h, didapat:
hy h
y x
p h
y V
v
− −
−
= 1
2 1
1
µδ δ
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
2 1
2
2 1
C y
C y
x p
v +
+ =
µδ δ
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Atau tanda
y F
δ δ
dibuat negatif dan persamaan kecepatan menjadi :
hy h
y x
p h
y V
v
− +
−
= 1
2 1
1
µδ δ
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
Gambar 2.18 Distribusi tekanan dan geometri bantalan luncur
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Pada tahun 1904, A.J.W. Sommerfeld 1869-1951 menemukan suatu persamaan yang dapat menganalisa tekanan pada lapisan tipis minyak pelumas
pada bantalan luncur, yang dikenal dengan persamaan Sommerfeld, yaitu:
2 2
2 2
cos 1
2 cos
2 sin
6 P
r p
+
+
+ +
= θ
ε ε
θ ε
θ ε
δ ϖ
µ 2.17
Dapat juga ditulis:
+ +
+ =
−
2 2
2 2
cos 1
2 cos
2 sin
6 θ
ε ε
θ ε
θ ε
δ ϖ
µr p
p
o
2.18
Dimana: p
= tekanan suplai Pa ω = kecepatan putaran poros journal rpm
R = radius bantalan m r = radius poros m
δ = kelonggaran radial R-r e = eksentrisitas
ε = perbandingan eksentrisitas =
e
δ μ = viskositas minyak pelumas
h = tebal lapisan minyak pelumas θ = posisi angular °
sumber : Matakuliah Teknik Pelumasan,Ir.A.Halim Nasution.M.Sc. Departemen Teknik Mesin USU
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
dimana lapisan film minyak pelumas minimum adalah: cos
. 1
θ ε
δ − =
m
h
Sommerfeld juga memberikan solusi untuk beban total P di sepanjang bantalan , yaitu sebagai berikut:
1 2
. .
. 12
3 2
2 3
ε ε
δ ε
µ ϖ
µ
− +
= l
r P
Jika :
; 2
. .
. 6
2 2
ε δ
π ϖ
µ
+ =
r k
Maka :
1 .
. 2
2
ε π
− =
r l
k P
2.19
Sumber : Matakuliah Teknik Pelumasan,Ir.A.Halim Nasution.M.Sc. Departemen Teknik Mesin USU
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Minyak Pelumas
Pengujian Karakteristik Bantalan Luncur
Pengisian Minyak dan Pemanasan Warm up
Putaran 1500 rpm
Putaran 1750 rpm
Putaran 2000 rpm
Putaran 1250 rpm
Putaran 1000 rpm
Pencatat Data
Analisa Hasil Pengujian
Pengujian Kekentalan minyak
pelumas
BAB III METODE PENGUJIAN
3.1 Diagram Alir Pengujian
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
3.2 Variabel Pengujian
Pada pengujian ini variabel pengujian untuk mendapatkan karakteristik tekanan bantalan luncur adalah kekentalan minyak pelumas
µ
dan kecepatan putaran poros
ω
.
3.3 Peralatan Pengujian
Pengujian dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Alat yang digunakan
adalah Alat Uji Bantalan Luncur TM25 buatan TecQuipment Ltd, Inggris. Spesifikasi Alat Uji Bantalan Luncur adalah sebagai berikut:
• Dimensi Alat Uji: 990 mm x 970 mm x 2850 mm dan 68 kg
• Kondisi operasi: Pada temperatur +5 °C sampai +40 °C
Pada jangkauan kelembaban relatif setidaknya 80 pada temperatur 31 °C dan 50 pada temperatur 40°C.
• Suplai energi listrik: Single-phase 230 VAC 50 Hz atau 110 VAC 60 Hz.
• Spesifikasi Bantalan Luncur: Diameter journal
: 50 mm Diameter bantalan : 55 mm
Lebar efektif bantalan : 70 mm Lebar bantalan sepenuhnya : 80 mm
Vol ume minyak pada bantalan : 65,5 cm
3
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Gambar 3.2 Alat Uji Bantalan Luncur TecQuipment TM25
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Gambar.3.3 Pandangan asembling peralatan bantalan luncur TM25
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Keterangan gambar 3.3 : A
: Poros journal B
: Poros motor penggerak C
: Bantalan luncur D
: Karet diafragma Flexible rubber diaphragm E
: Piringan penutup bantalan F
: Penunjuk kesimbangan bantalan G
: Fixed frame H
: Beban I
: Batang beban Peralatan pengujian TM25 memiliki bantalan acrylic dan papan
manometer yang besar, sehingga tekanan minyak pelumas pada bantalan dapat diobservasi dengan jelas. Poros motor penggerak dan journal memiliki putaran
yang sama. Peralatan ini juga dilengkapi dengan variabel kecepatan putaran pada unit kontrol dan sensor kecepatan pada motor untuk melakukan percobaan pada
kecepatan yang bervariasi. Pada bantalan terdapat 16 enam belas titik observasi untuk mengukur
besarnya tekanan pada bantalan luncur. Dua belas titik berada di sekeliling equispaced bantalan, yang masing-masing berjarakmembentuk sudut 30°, yaitu
titik observasi yang bernomor 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, dan 16. Sedangkan empat titik berada pada arah aksial lebar bantalan, yaitu titik 1, 2, 4
dan 5. Titik 3 dapat juga dianggap berada pada arah aksial lihat gambar 3.3.
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Masing-masing titik pengujian dihubungkan ke tabung pada papan manometer dengan pipa plastik fleksibel, sehingga distribusi tekanan pada sekeliling bantalan
dapat diobservasi pada manometer tersebut. Pada papan manometer terdapat 16 tabungpipa yang menunjukkan nilai tekanan untuk masing-masing titik tersebut,
dan nilainya dalam satuan mm oil.
3.4 Pengisian Minyak Pelumas dan Pemanasan