Pelumasan
Fungsi utama dari pelumas adalah mengurangi gesekan antara
bidang satu dengan bidang lainnya.
Fungsi pelumas
yang lain, yaitu :
-
Membuang kotoran,
-
Mengurangi/ menghilangkan panas dari
bantalan-bantalan dan elemen-elemen mesin lainnya.
Kondisi optimum pelumasan diperoleh pada saat kedua permukaan yang saling
bergesekan dipisahkan secara sempurna oleh lapisan selaput (film) minyak yang
ketebalannya cukup untuk menghindari terjadinya kontak antara logam dengan
logam. Ketebalan minimum lapisan minyak pelumas harus jauh lebih besar dari
kekasaran permukaan logam.
Beberapa sifat yang memberikan sumbangan bagi unjuk kerja
pelumas yang memuaskan :
§
Kemampuan melumas yang baik untuk meningkatkan
gesekan rendah,
§
Viskositas yang memadai sesuai penggunaannya,
§
Penguapan yang rendah dalam kondisi operasi,
§
Karakteristik aliran memuaskan sesuai suhu-suhu
yang dijumpai dalam pemakaiannya,
§
Kondiktivitas panas yang tepat dan panas
spesifik untuk melaksanakan fumgsi pemindahan panas,
§
Stabilitas kimia dan panas yang baik dan
kemampuan mempertahankan karakteristik yang diinginkan,
§
Kecocokan dengan bahan-bahan lain dalam system
seperti bantalan, perapat, dan komponen-komponen mesin, khususnya berkenaan
dengan perlindungan karat dan degradasi,
§
Ramah lingkunagan.
Mekanisme pelumasan
1. Pelumasan
hidrodinamis
-
Terjadi pada pelumasan bantalan luncur
-
Pelumas hidrodinamis ialah pelumas yang
tergantung pada gerak hidrodinamis yang merupakan sifat dari aliran viskos.
-
Minyak pelumas melekat baik pada permukaan yang
bergerak maupun permukaan yang diam dan kemudian diseret (dihisap) masuk
kedalam ruang bebas pada arah putaran disertai tekanan yang cukup besar untuk
mengangkat beban.
Kedua permukaan dipisahkan oleh lapisan
selaput minyak pelumas. Agar permukaan bidang-bidang tetap terpisah pada saat
diberi beban maka tekanan rata-rata dari lapisan selaput harus lebih besar dari
tekanan atmosfir.
-
Kondisi yang diperlukan untuktuk menimbulkan
lapisan selaput tipis yang dapat mengangkat beban karena gerak hidrodinamis
adalah :
a. Gerak
relatif dari permukaan,
b. Lapisan
selaput tipis minyak yang nenyempit karena gerakan.
-
Kapasitas angkat beban tergantung pada :
a. Viskositas, (
η )
b. Kecepatan
gerak, (
V )
c. Luas
permukaan, (
A )
d. Ketebalan
lapisan selaput minyak. (
h )
-
Laminer adalah ketebalan lapisan minyak pelumas
jauh lebih besardari kekasaran permukaan logam dan aliran pelumas. Ketebalan
lapisan berkisar antara 0,0025 mm – 0,076 mm.
2. Pelumasan
non hodridinamis
a. Pelumasan
tipis
Pada beban berat dan kecepatan rendah
serta pelumas yang tidak mencukupi menyebabkan kedua permukaan yang bergesekan
tidak terpisahkan secara sempurna. Hanya sebagian beban yang diangkat oleh gaya
hidrodinamis dan sisanya merupakan kontak dengan logam.
Permukaan yang kasar mengganggu
kondisi aliran laminar (selaput tipis) dan mengakibatkan koefisien gesek naik.
b. Pelumasan
batas
Beban bertambah berat sehingga
tekanaan kontak cukup tinggi, kecepatan cukup rendah dan pengaruh gaya
hidrodinamis diabaikan.
Pelumas masih ada tetapi sifat
viskositas minuak pelumas tidak efektif dan tidak ada aliran pelumas.
Terjadi pelapisan secara kimia pada
permukaan logam yang berbentuk selaput padat grafit.
Seluruh beban diangkat oleh lapisan
yang sangat tipis dan merupakan lapisan multimolekuler.
Terjadi kontak logan dengan logam,
koefisien gesek naik dan nilainya berkisar antara 0,01-0,1.
3. Pelumasan
hidrostatis
-
Tidak ada gerakan sama sekali.
-
Tergantung pada tekanan luar dari system
pembagian minyak pelumas.
Klasifikasi minyak pelumas
1. Viskositas
(kekentalan)
-
yaitu hambatan aliran fluida yang merupakan
gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lainnya
-
2 macam viskositas, yaitu :
§
Viskositas Rendah ( kecil ), yaitu cairan yang
dapat mengalir dengan mudah.
§
Viskositas Tinggi ( Besar ), yaitu cairan yang
sulit mengalir.
-
Viskositas tergantung pada temperatur.
“ Jika
temperature naik, maka viskositasnya menurun
,dan jika temperatur turun,
maka viskositasnya naik”.
Keterangan
:
η = υ.ρ η = viskositas absolute (dinamis)
υ
= viskositas kinematis
ρ
= masa jenis (kg/mᶾ)
2. Indeks
Viskositas (IV)
-
Indeks viskositas adalah angka empiris yang
menyatakan kepekaan suatu minyak pelumas terhadap temperatur.
-
Jika IV bertambah besar, maka perubahan
viskositas terhadapperubahan temperature semakin kecil.
-
Besar IV antar 0-100 (tanpa satuan)
-
SAE 10 = Minyak pelumas dengan IV =10
-
SAE 40 = Minyak pelumas dengan IV = 40
IV 10, tidak berarti
viskositasnya 10
IV 40, tidak berarti
viskositasnya 40. IV merupakan tingkatan (grade) viskositas.
Catatan :
SAE
: Society of Automative Engineers
ASTM : American Standard of Testing and
Material
Viskometer
: Alat untuk mengukur viskositas (kinematis)
3. Sistem
klasifikasi minyak pelumas
a) Klasifikasi
SAE J 300 d
o
Disebut minyak pelumas karter
o
Klasifikasi ini khusus minyak pelumas mesin
1) Tingkat
viskositas diberi tanda W (winter)
§
Untuk spesifikasi kondisi temperature lingkungan
rendah yaitu daerah beriklim sedang terutama pada saat musim dingin.
§
Viskositas kinematis diukur pada temperature
-18º C dengan CCS (cold cranting
simulator)
§
Contoh : SAE 10 W
2) Tingkat
viskositas tanpa tanda W
§
Pada tingkat ini digunakan untuk temperature
lingkungan normal.
§
Viskositas kinematis diukur pada temperature
100º C
§
Contoh : SAS 10
3) Minyak
pelumas multigrade
§
Minyak pelumas ini digunakan untuk kondisi musim
dingin maupun musim panas
§
Contoh SAE 10W-40 artinya:
“ Pelumas multigrade yang batas
pengukuran viskositasnya -18ºC untuk SAE 10W dan 100ºC untuk SAE 40”.
§
Minyak pelumas ini sulit ditemukan di Indonesia,
karena Indonesia adalah negara beriklim tropis, maka tidak memerlukan minyak
pelumas dengan tanpa W.
§
Minyak pelumas multigrade dapat diganti dengan
minyak pelumas single grade untuk operasi pada temperature normal. Misalnya SAE
20W-40 dapat diganti dengan SAE 30 atau SAE 40.
b) Klasifikasi
SAE J 306 c
o
Merupakan minyak pelumas transmisi manual dan
axel.
o
Klasifikasi SAE J 306 C disebut minyak pelumas
roda gigi.
o
Minyak pelumas dengan tanda W, viskositas
maksimum ditentukan 150.000 CP dan temperature maksimum tertentu untuk setiap
tingkat viskositas.
o
Untuk temperature tinggi, viskositas di ukur
pada 100º C dengan metode ASTM D445 dan dinyatakan dalam CSt.
o
Tidak ada hubungan antara tingkat viskositas
minyak pelumas karter SAE J 300 d dengan minyak pelumas roda gigi SAE J 306 C
meskipun kelihatan sama dalam system penomeran.
o
Contoh :
Ø
Minyak pelumas karter SAE 50 tidak sama
dengan minyak pelumas roda gigi SAE 50,
tetapi minyak pelumas karter SAE 50 sesuai/ sama dengan minyak pelumas roda
gigi SAE 90.
Ø
Minyak pelumas karter SAE 40 merupakan bagian
dari minyak pelumas roda gigi SAE 90.
c) Klasifikasi
standard ASTM D 2 422-75
o
Viskositasnya ditentukan antara 2-1500 cSt
dengan pengukuran pada 40ºC.
o
Ada 18 tingkat viskositas menurut ASTM D2422
o
Tingkat viskositas dengan identifikasi ISO VG
(International Organization for Standardization Viscosity Grade)
o
Contoh :
Ø
ISO VG 10 : artinya viskositas nominal 10 cSt
pada temperature 40ºC
Ø
ISO VG 100 : artinya viskositas nominal 100 cSt
pada temperature 40ºC
Ø
ISO terdiri dari Negara-negara dengan organisasi
standard:
§
British standard BS 4231
§
German Engineering Standard DIN 51519
§
American National Standard Z 11.232
Macam-macam pelumas :
1. Pelumas
gemuk
o
Merupakan pelumas berbentuk padat atau setengah
padat tetapi lembut
o
Terdiri dari minyak mineral tebal ditambah
dengan sabun logam.
o
Kadang-kadang minyak mineral ditambah
bahan-bahan kimia lain agar tidak terjadi pemisahan antara minyak dengan
sabunnya. Bagian yang diberi gemuk biasanya tidak memerlukan lagi diberi gemuk
sampai saat turun mesin atau dapat juga diberi lagi secara periodic.
o
Fungsi Pelumas Gemuk :
1)
Dapat digunakan untuk semua bagian mesin yang
bergerak
2)
Bersifat sebagai penyekat untuk menahan masuknya
kotoran
3)
Menahan kebocoran dan penetesan dari permukan
yang dilumasi
4)
Melindungi terhadap terjadinya korosi
5)
Memberkan tahanan pada kerja mekanis yang di
dukung.
o
Keuntungan Pelumas Gemuk :
1) Lebih
praktis dan ekonomis
2) Tidak
sering mengganti pelumas
3) Melekat
lebih baik pada permukaan logam yang dilumasi
4) Dapat
digunakan pada kondisi :
a. Temperature
tinggi
b. Tekanan
tinggi
c. Kecepatan
rendah
d. Operasi
periodic
e. Mesin
yang sudah tua umurnya
o
Kerugian/ Kekurangan Pelumas Gemuk :
1) Bukan
pendingin yang baik
2) Dalam
penggantian pelumas gemuk lebih sulit dibersihkan.
3) Harga
pergalon lebih mahal dari minyak cair
o
Macam-macam Pelumas Gemuk :
1) Gemuk
sabun Kalsium
2) Gemuk
sabun natrium
3) Gemuk
sabun litium
4) Gemuk
sabun campuran
2. Pelumas
cair
a) Pelumas
konvensional (minyak mineral)
o
Pelumas konvensional adalah minyak pelumas yang
berbentuk cairan (liquid) yang terdapat di alam dan merupakan hasil produksi
dari proses pengilangan (pengelolahan) secara normal dari idustri perminyakan.
o
Kwalitas minyak pelumas dicapai dengan cara
pemurnian dan proses pengelolahan ditambah bahan-bahan kimia tertentu yang
disebut aditif.
o
Aditif yang ditambahkan kedalam minyak pelumas
mempunyai bermacam-macam tujuan dan peranan yang sebagian besar untuk
memperbaiki mutu minyak pelumas yang berasal dari alam dan dari proses
pengolahan terhadap :
b) Pelumas
sintetis (tiruan)
o
Merupakan pelumas yang tidak terdapat di alam
dan bukan merupakan hasil produksi langsung dari industri perminyakan.
o
Minyak pelumas sintetis adalah hdropelumas
sintetis adalah hidrokarbon yang telah mengalami proses khusus, yaitu :
Ø
Dibentuk sama dengan minyak pelumas konvensional
(dari alam dan adiktif)
Ø
Mempunyai kemampuan melebihi minyak pelumas
konvensional
Ø
Dibuat menggunakan fluida-fluida yang sesuai
dengan tujuan penggunaannya
o
Bahan-bahan yang ditambahkan antara lain :
Ø
Ester asam,
Ø
Ester fosfat, dan
Ø
Ester silikat.
o
Keuntungan Minyak Pelumas Sintetis :
1) Mempunyai
kwalitas lebih baik
2) Mempunyai
unjuk kerja yang lebih baik
3) Mempunyai
gesekan lebih baik
4) Mempunyai
umur lebih baik, yaitu penggantian minyak pelumas lebih lama.
o
Kerugian Minyak Pelumas Sintetis :
1) Harga
lebih mahal
2) Tidak
dapat digunakan untuk semua mesin
3. Pelumas
padat
Beberapa aplikasi tidak dpat menggunakan minyak atau pun minyak gemuk
karena kontaminasi dari komponen – komponen yang lain dari sitem. Dalam keadaan
demikian maka perancang dapat menentukan bahan –bahan padat yang memiliki sifat
– sifat pelumas yang baik atau menambahkan pelumas padat pada permukaan yang
kritis.
Pelumas padat adalah lapisan padat tipis yang mengurangi gesekan dan
keausan. Beberapa pelumas digunakan dalam bentuk bubuk dengan cara penggosokan,
penyemprotan, atau perendaman, dan kemudian menempel pada permukaan yang
berpasangan. Bahan pengikat (Binder) sering
dicampur dengan bahan dasar untuk mempermudah aplikasi dan meningkatkan daya
rekat nya. Biasanya diperlukan pengeringan di udara atau dengan
pembakaran.
Molydenum disulfida (MoS4) dan grafit adalah dua jenis pelumas
padat yang serung digunakan. Jenis lainnya adalah lead iodide (Pbl2), silfer
sulfad (AgSO4), tungsten
ddisulfide, dan stearic-acid.
Contoh efektifitasnya adalah dalam penurunan koefisien gesek geser untuk baja
pada baja kira-kira 0,50 untuk permukaan-permukaan bersih kering hingga kisaran
0,03 hingga 0,06.
Daerah pelumasan terbagi
dalam 3 bagian. Yaitu:
1.
(Elasto) Hydrodynamic Lubrication ((E)HL);
2.
Boundary Lubrication (BL);
3.
Mixed Lubriation (ML).
Uraian
berikut ini akan membahas tentang ketiga daerah tersebut berdasar hasil
penemuan Stribeck dan pengembangan oleh peneliti lainnya.
1.
(Elasto) Hydrodynamic Lubrication ((E)HL)
Di daerah ini tidak ada
kontak antar permukaan. Beban yang ada ditahan semuanya oleh lapisan pelumas
diantara dua permkaan yang bersinggungan. Koefisien gesek (μ) bernilai 0,01.
Untuk kasus ini, penggunaan teori tentang dinamika fluida bisa diterapkan,
diantaranya dengan persamaan Navier-Stokes atau persamaan Reynolds (1886) untuk
menghitung tekanan dan ketebalan lapisan pelumas. Banyak peneliti telah
mengembangkan tentang pengujian algoritma untuk memecahkan persamaan dalam
semua model yang berhubungan dengan masalah lapisan pelumas. Pelumasan
hidrodinamik pada pelat dengan proses pengerjaan dingin diselidiki oleh Cheng
(1970), Atkins (1970), Wilson and Walowit (1971) dan Lught (1992). Garis kontak
dan titik kontak pada pelumasan hidrodinamik diselidiki oleh Lubrecht (1987)
dan Venner (1991). Bagaimanapun, masih banyak masalah praktek di lapangan yang
harus dilakukan dengan kontak fisik secara eksperimental yang tidak dapat
diselesaikan dengan teknik yang berdasar pada pelumasan lapisan secara penuh
(full film lubrication).
2.
Boundary Lubrication (BL)
Pada daerah ini terjadi
kontak fisik antara permukaan yang saling berinteraksi. Beban yang ada
ditanggung oleh puncak dari kekasaran permukaan atau asperiti yang saling
bersinggungan. Koefisien gesek di rejim BL dengan besaran 0.1< μ<0.3.
Pada daerah ini aus akan terjadi.
3.
Mixed Lubrication (ML)
Rejim ML adalah daerah
yang terletak antara BL dan (E)HL. Beban kontak ditanggung sebagian oleh
pelumas dan sebagian lagi oleh interaksi puncak kekasaran permukaan. Besaran
koefisien gesek yaitu 0,01 < μ<0,1. Di tahun 1988 Schipper telah membuat model
berdasar daerah mixed lubrication. Kebanyakan model adalah kombinasi dari dua
daerah/rejim walaupun dalam kenyataannya prediksi gesekan dari operasi yang
bekerja di bawah kondisi ML masih perlu
@septianws
