ANALISA TEKANAN PADA BANTALAN LUNCUR YANG MENGGUNAKAN MINYAK PELUMAS ENDURO SAE 20W50 DAN FEDERAL SAE 20W50 DENGAN VARIASI PUTARAN
ANALISA TEKANAN PADA BANTALAN LUNCUR YANG MENGGUNAKAN MINYAK PELUMAS ENDURO SAE 20W/50 DAN FEDERAL SAE 20W/50 DENGAN VARIASI PUTARAN SKRIPSI
Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DAVID MANGIHUT HUTABARAT NIM : 100421008
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK
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 digunakan 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.
Minyak pelumas banyak digunakan pada motor bakar, baik untuk jenis pembakaran dengan busi (siklus otto) maupun untuk jenis pembakaran dengan tekanan (siklus disel dan siklus dual).Minyak pelumas juga digunakan pada sektor industri, misalnya untuk bantalan, roda gigi, pompa maupun kompresor, turbin dan lain-lain.Banyak jenis-jenis minyak pelumas yang beredar di pasaran saat ini sehingga konsumen bebas memilih jenis minyak pelumas yang digunakan sebagai bahan pelumasan. Khusus pada penelitian ini digunakan dua jenis minyak pelumas yaitu minyak pelumas Enduro SAE 20W/40 dan minyak pelumas Federal SAE 20W/40 sebagai perbandingannya. Dalam penelitian dilakukan perbandingan antara minyak pelumas oli kemasan dengan minyak pelumas oli drum untuk mengetahui pengaruh penggunaan oli drum pada bantalan luncur.
Fenomena pelumasan dapat dilihat pada hampir semua jenis bantalan luncur yang berfungsi untuk menumpu poros. Tipe yang paling umum digunakan adalah bantalan gelinding (rooler bearing) dan bantalan luncur (journal bearing), sebab konstruksinya sederhana, mudah dalam pekerjaan bongkar pasang, harga relatif murah, dan mudah dalam pengerjaannya. Kata kunci : Pulumasan, Bantalan Luncur, lubrication, Journal Bearing.
KATA PENGANTAR
Pujian dan rasa syukur penulisan ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa karena atas berkat karunia-Nya, Skripsi ini dapat selesai dengan baik.
Skripsi ini diajukan untuk melengkapi syarat dn 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 Oli kemasan dan Oli drum, yang berjudul, “Analisa Tekanan Pada Bantalan Luncur yang menggunakan Minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 dan Federal SAE 20W/50 dengan Variasi Putaran”.
Dengan terselesainya Skripsi ini, pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terimakasih 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. Mulfi Hazwi, 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.
Bapak Ir. M. Sahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Semua mahasiswa Teknik Mesin umumnya, dan khususnya sesame rekan- rekan stambuk 2010.
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, 10 April 2014 Penulis
DAVID HUTABARAT NIM : 100421008 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2000/TS/2014 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /2014 MEDAN PARAF :
TUGAS SARJANA
NAMA : DAVID MANGIHUT HUTABARAT NIM : 100421008 MATA PELAJARAN : TEKNIK PELUMASAN SPESIFIKASI : ANALISA TEKANAN MINYAK PELUMAS
PADA BANTALAN LUNCUR YANG MENGGUNAKAN MINYAK PELUMAS OLI ENDURO DAN MINYAK PELUMAS OLI FEDERAL DENGAN VARIASI PUTARAN DIBERIKAN TANGGAL : 27 / 02 / 2014 SELESAI TANGGAL : / / 2014 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN, 27 MARET 2014
DOSEN PEMBIMBING DR. ING. IR. IKHWANSYAH ISRANURI Ir. MULFI HAZWI, M.SC NIP. 196412241992111001 NIP. 194910121981031002 KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
NO: 2000 / TS / 2014
Sub. Program Studi : Teknik Mesin Bidang Tugas : Teknik Pelumasan Judul Tugas : Analisa Tekanan pada Bantalan Luncur yang menggunakan MInyak Pelumas Oli Enduro dan Minyak
Pelumas Oli Federal denganVariasi Putaran Diberikan Tgl : 27 Februari 2014 Selesai Tgl : Dosen Pembimbing : Ir. Mulfi Hazwi, M. Sc Nama Mhs : David M Hutabarat
Tanda Tangan No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN
Dosen Pembimbing 1 27-02-2014 Konsultasi penetapan tugas 2 01-03-2014 Survey 3 04-03-2014 Spesifikasi tugas 4 27-03-2014 Pengujian kekentalan minyak pelumas 5 28-03-2014 Perbaiki Bab I dan Bab II / Lanjutkan Analisa 6 28-03-2014 Pengujian karakteristik bantalan luncur 7 18-04-2014 Perbaiki gambar viscometer dan bantalan 8 21-04-2014 Perbaiki gambar grafik dan lanjutkan analisa 9 01-05-2014 Perbaiki grafik sommerfeld
10 03-05-2014 Acc diseminarkan Diketahui
Catatan :
Ketua Departemen Teknik Mesin 1.
Kartu ini harus diperlihatkan pada dosen Pembimbing Setiap asistensi
2. Kartu ini harus bersih dan rapi 3.
Kartu ini harus dikembalikanke departemen,
Bila kegiatan asistemsi selesai
NIP. 196412241992111001
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR…………………………………………………… i SPESIFIKASI TUGAS…………………………………………………… ii KARTU BIMBINGAN…………………………………………………… iii DAFTAR ISI……………………………………………….……………… iv DAFTAR GAMBAR………………………………………….…………….v DAFTAR TABEL…………………………………………………………. vi DAFTAR NOTASI……………………………………………...………… vii
BAB I PENDAHULUAN………………………………………………….. 1 1. 1. Latar Belakang……………………………………………………... 1 1. 2. Maksud dan Tujuan…………………………………………..…… 2 1. 3. Batasan Masalah…………………………………………………… 3 1. 4. Sistematika penulisan………………………………………..……. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA………………………………….……….. 4 2. 1. Teknik Pelumasan………………………………………………… 4 2. 2. Fungsi Bahan Pelumas……………………………………..…..… 4 2. 3. Tipe-tipe Pelumasan…………………………………………….... 5 2. 4. 1. Pelumasan hidrodinamis…………………….…… 5 2. 4. 2. Pelumasan elastohidrodinamis……….…..……… 6 2. 4. 3. Pelumasan bidang batas…………….……………. 6 2. 4. 4. Pelumasan tekanan ekstrim……………………… 7 2. 4. 5. Pelumasan padat…………………………………. 7 2. 4. 6. Pelumasan hidrostatis……………………………. 9 2. 4. Kekentalan (Viscosity)……………………………….……..……. 9
2. 5. 1. Kekentalan dinamik dan kekentalan kinematic…. 9
2. 5. 3. Minyak pelumas multigrade…………………….…….. .12 2. 5. 4. Pengaruh temperature dan tekanan terhadap kekentalan.. 12 2. 5. Pengukuran/Pengujian Kekentalan Minyak Pelumas……………….… 26
2. 6. 1. Viskometer bola jatuh (Falling Sphere Viscometers)…. 16 2. 6. 1. 1. Viscometer bola jatuh yang memenuhi hikum stokes…………………………………………….. 16 2. 6. 1. 2. Visckometer bola jatuh menurut hoeppler……………………………………………..…. 18
2. 6. 2. Viscometer rotasional…………………………….……. 19 2. 6. 3. Viscometer pipa kapiler…………………………….…. 20 2. 6. 4. Viscometer cone and plate…………………………….. 21 2. 6. 5. Viscometer tipe lain…………………………………… 21 2. 6. Aditif minyak pelumas…………………………………………….….. 22 2. 7. Bantalan luncur dan pelumasan pada bantalan luncur…….………….. 22
2. 8. 1. Bantalan luncur…………………………………….….. 23 2. 8. 2. Pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur……….. 23 2. 8. 2. 1.
Teori aliran hidrodinamis fluida diantara dua plat/permukaan datar……………………..…… 24 2. 8. 2. 2.
Persamaan tekanan sommerfeld untuk pelumasan hidrodinamis pada bantalan luncur.. 24 BAB III METODE PENGUJIAN……………………………………………… 27
3. 1. Diagram alir pengujian tekanan minyak pelumas………..…… 27 3. 2. Variable pengujian tekanan minyak pelumas…………..…….. 28 3. 3. Peralatan pengujian tekanan minyak pelumas…………………. 28 3. 4. Pengisian minyak pelumas dan pemanasan……………….…. 31 3. 5. Pengujian karakteristik bantalan luncur…………………….… 32 3. 6. Pengujian kekentalan minyak pelumas…………………….…. 32 3. 7. Minyak pelumas dan aditif yang digunakan……………………. 33
BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA…………………………….... 34
4. 2. Data pengujian distribusi tekanan……………………..…….... 35 4. 3. Analisa hasil pengujian kekentalan minyak pelumas…………. 41 4. 4. Analisa pengujian distribusi tekanan pada bantalan…………... 41 4. 5. Analisa tekanan pada banatalan menggunakan persamaan sommerfeld……………………………………………………………… 57 4. 6. Analisa beban bantalan luncur……………………..……….... 60 4. 7. Pembahasan terhadap grafik distribusi tekanan……………..… 63
4. 7. 1. Pengaruh putaran poros terhadap tekanan pada bantalan luncur…………………………………………………………… 63 4. 7. 2. Tekanan maksimum dan minimum pada bantalan luncur pada setiap putaran…………………………………………….. 63
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………….. 64 5. 1. Kesimpulan …………………………………………………….. 64 5. 2. Saran……………………………………………………………. 65
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
HALAMAN
Gambar 2.1 Pelumasan hidrodinamis untuk gerakan meluncur pada bidang rata6 Gambar 2.2 Pelumasan hidrodinamis pada roller yang bergerak relatif pada bidang rata
6 Gambar 2.3 Pendefenisian kekentalan dinamik menurut hokum newton tentang aliran viskos
10 Gambar 2.4 Kekentalan minyak pelumas menurut dokumen
ISO 3448 Pada tekanan atmosfer
13 Gambar 2.5 Viskometer bola jatuh yang memenuhi hukum stokes
17 Gambar 2.6 Viskometer bola jatuh menurut hoeppler
18 Gambar
2.7 Viskometer rotasional
20 Gambar 2.8 Beberapa jenis tipe viskometer pipa kapiler
21 Gambar
2.9 Penampang pipa kapiler
21 Gambar 2.10 Bantalan luncur dan tata namanya
24 Gambar
3.1 Diagram alir penguji 27
Gambar 3.2 Alat uji bantalan luncur tecaumpment TM 2529 Gambar 3.3 Pandangan assembling bantalan luncur TM 25
30 Gambar 3.4 Viskometer bola jatuh menurut hoeppler merek HAAKE FISSIONS
33 Gambar 4.1 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50
38 Gambar 4.2 Grafik distribusi tekanan lapisan minyak pelumas arah aksial pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50
39 Gambar 4.3 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen Enduro SAE 20W/50 putaran 1000 rpm
46 Gambar 4.4 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 putaran 1250 rpm
47 Gambar 4.5 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 putaran 1500 rpm
48 Gambar 4.6 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 putaran 1750 rpm
49 Gambar 4.7 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/50 putaran 2000 rpm
50 Gambar 4.8 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50 putaran 1000 rpm
51 Gambar 4.9 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50 putaran 1250 rpm
52 Gambar 4.10 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50 putaran 1500 rpm
53 Gambar 4.11 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50 putaran 1750 rpm
54 Gambar 4.12 Grafik distribusi tekanan sommerfeld hasil eksperimen pada bantalan luncur menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50 putaran 2000 rpm
55
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 2.1 Material yang digunakan sebagai bahan pelumas padat14 Tabel 2.2 Klasifikasi kekentalan ISO minyak pelumas pada suhu 40
20 Tabel 2.3 Derajat kekentalan SAE untuk minyak pelumas mesin (SAE J300 Engine oil viscosity classification) 22
Tabel 2.4 Klasifikasi multigrade SAE crankcase oil viscosity23 Tabel 4.1 Data hasil pengujian masa pengukuran minyak pelumas Enduro SAE 20W/50
34 Tabel 4.2 Data hasil pengujian masa pengukuran minyak pelumas Federal SAE
20W/50 34
Tabel 4.3 Data hasil pengukuran kekentalan minyak pelumasEnduro SAE
20W/50 34
Tabel 4.4 Data hasil pengukuran kekentalan minyak pelumasFederal SAE
20W/50 35
Tabel 4.5 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumasEnduro SAE
20W/50 36
Tabel 4.6 Data pembacaan manometer pengujian distribusi tekanan pada bantalan luncur yang menggunakan minyak pelumasFederal SAE
20W/50 37
Tabel 4.7 Data tekanan yang terjadi disekeliling bantalan menggunakan minyak pelumas Enduro SAE 20W/5044 Tabel 4.8 Data tekanan yang terjadi disekeliling bantalan menggunakan minyak pelumas Federal SAE 20W/50
45 Tabel 4.9 Nilai
ε dan k terhadap minyak pelumas Enduro
Tabel 4.10 Nilai
ε dan k terhadap minyak pelumas Federal
SAE 20W/50
59 Tabel 4.11 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumas Enduro SAE
20W/50 62
Tabel 4.12 Beban total pada bantalan luncur terhadap minyak pelumasFederal SAE
20W/50 62
DAFTAR NOTASI
τ Tegangan geser fluida N/m
Kekentalan kinematik Stok(S)
u Kecepatan relatif permukaan m/s µ Kekentalan dinamik Pois(P) ν
m Sudut pengukuran radial/angular pada tekanan dera( )
θ
θ Sudut pengukuran radial/angular dera( )
2
NOTASI ARTI SATUAN A Luas permukaan m
2 D Diameter bantalan m
δ Kelonggaran radial m
t Waktu rata-rata detik(s)
Tebal minimum lepiasn 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)
m
h, dy Tebal lapisan minyak pelumas m h
2
D Diameter poros/journal m E Eksentrisitas m g gravitasi bumi m/s
ε Perbandingan Eksentrisitas -