ISSN : 2252-9608
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
ANALISA PENGARUH VISKOSITAS PELUMAS TERHADAP JUMLAH PUTARAN DAN DAYA The Analysis Effect of Lubricant Viscosity to the Number of Rotations and Power Jhonni Rahman Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau Jl. Kaharuddin Nasution 113, Pekanbaru 28284 Riau Telp: 0761-72126 ext. 123, Fax: 0761-674681 E-mail:
[email protected] [Diterima November 2013; Disetujui Januari 2014]
ABSTRACT The objective of using lubricant on the motor bearings is to solve the problems such as, vibration, noise, damage of friction, and others that are occurred because of friction. However, the provision of a lubricant in the bearing will also give effect to the performance of the motor in the form of power, rpm and efficiency, which still need to be investigated to get the information about lubricant type and viscosity that is suitable for use. Thus, this study was conducted to analyze the effect of variation of lubricant viscosity on bearing to the performance of motor. This study uses a motor that is conditioned to work for 20 minutes for each experiment. As for lubricants, this experiment used 5 types of lubricant SAE (Society of Automotive Engineers) with different number of viscosity, and as the bearing used a ball bearing (NTN 6205). The results showed that the higher viscosity of lubricant was used then the number of rotation that occurs was decreased. This experiment also showed that the efficiency was decreased. From the side of generated power, then to obtain the desired power output, motor power input should be increased. So, it can be concluded that the higher number of viscosity of lubricant that was used, then the number of rotation and the output power becoming down. Keywords: Viscosity, lubricant, SAE, power, bearing
http://rat.uir.ac.id
424
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
ISSN : 2252-9608
PENDAHULUAN Dalam dunia industri dan transportasi, sudah menjadi hal yang pasti bahwa didalam sebuah mesin terdapat banyak elemen-elemen mesin yang berkaitan dan saling bergerak satu sama lain baik itu gerakan putar maupun gerakan linear. Gerakan relatif antar komponen/elemen mesin ini dapat menimbulkan terjadinya gesekan yang mengakibatkan timbulnya beberapa masalah
prinsip ilmu tribologi serta berperan penting dalam menanggulangi masalah gesekan antar komponen pada mesin adalah bearing. Bearing biasa digunakan untuk menopang dan mendukung gerakan elemen mesin lainnya. Prinsip kerjanya adalah memindahkan gesekan antar komponen-komponen mesin kepada bearing itu sendiri. Sehingga gesekan langsung antar elemen dapat dihindarkan. Namun penggunaan bearing begitu saja tidaklah cukup
yang harus ditanggulangi. Ilmu yang membahas tentang gesekan dan efek-efek yang diakibatkan oleh gesekan tersebut merupakan bagian dari tribologi. Tribologi berdasarkan Organization for Economic Co-operation and Development (OECD) didefenisikan sebagai “ilmu yang mempelajari hubungan antara dua buah permukaan benda yang saling bekerja dan pengaruhnya yang terjadi akibat hubungan tersebut”. Tribologi dikatakan juga sebagai ilmu yang mempelajari tentang dampak gesekan, keausan dan lubrikasi. Pengaplikasian tribologi dalam perencanaan sebuah mesin dapat menghemat penggunaan energy, memperpanjang umur pemakaian, mengurangi terjadinya kebocoran pada mesin dan lain-lain. Hal inilah yang menjadikan tribologi sebagai sumber penghematan energy dan berhubungan langsung dengan pemberdayaan sumber daya alam (material). Salah satu komponen/elemen mesin yang merupakan applikasi dan bekerja dengan
untuk mengurangi gesekan secara sempurna, selain itu juga akan mengakibatkan terjadinya aus pada bearing yang pada akhirnya akan menyebabkan terjadinya penurunan ketahanan dan umur penggunaan dari bearing itu sendiri. Oleh karena itu dibutuhkan sistem pelumasan yang bertujuan untuk menurunkan gesekan hingga sekecil mungkin pada bearing. Tetapi, tidak semua pelumas bisa berkerja maksimal pada setiap kondisi. Banyak hal yang harus diperhatikan untuk mendapatkan karakteristik pelumas yang baik dan sesuai untuk digunakan pada kondisi tertentu pula. Diantara hal-hal yang mempengaruhi kinerja pelumas pada suatu elemen mesin adalah temperatur, kekentalan pelumas, jenis pelumas dan lain-lain. Untuk itu diperlukan penelitian untuk mencari tau karakterastik pelumas seperti apa yang baik digunakan pada kondisi-kondisi tertentu, serta efek samping apa yang dapat ditimbulkan akibat penggunaan pelumas tersebut. Dan penelitian ini memerlukan waktu yang cukup lama untuk
http://rat.uir.ac.id
425
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
bisa menguak seluruh mamfaat dan efek samping dari penggunaan pelumas tersebut pada berbagai kondisi. Penelitian ini merupakan penelitian yang menganalisa penggunaan lubricant/pelumas pada bearing. Dalam penelitian ini penulis mengangkat judul “Analisa pengaruh viskositas lubricant terhadap jumlah putaran poros dan daya yang ditransmisikan”. Penelitian ini bertujuan untuk mendeteksi bagaimana pengaruh lubricant terhadap jumlah putaran poros dan bagaimana pula pengaruhnya terhadap daya output yang dapat ditransmisikan. Selain itu juga penelitian ini juga ditujukan untuk melihat bagaimana hubungan antara variasi viskositas pelumas terhadap jumlah putaran, efisiesnsi, dan daya transmisi. BAHAN DAN METODE a. Bahan dan Alat Dalam penelitian ini bahan utama yang digunakan adalah bearing ball radial alur baris tunggal (NTN 6205) seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. Dan pelumas/lubricant yang digunakan sebagai bahan pembanding dalam penelitian ini adalah SAE dengan 5 jenis viskositas yang berbeda, SAE 5, SAE 10, SAE 20, SAE 40, SAE 90. Apparatus yang digunakan untuk menguji pelumas dengan 5 perbedaan viskositas pada bearing adalah perangkat sederhana yang dibuat dengan cara http://rat.uir.ac.id
ISSN : 2252-9608
menghubungkan sebuah bearing pada poros sebagai penopang dalam sebuah wadah sebagai tempat pelumasan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Penelitian pada bearing ini dikondisikan bekerja selama 20 menit untuk setiap experiment.
Gambar 1. Bearing Ball
Gambar 2. Apparatus Pengujian
426
ISSN : 2252-9608
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
3. Kamera untuk melihat kondisi permukaan inner case, ball, dan outer case. b. Langkah-Langkah Pengujian Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan motor listrik yang telah disusun/disetting seperti pada gambar 2. Langkah-langkah pengujian: 1. Pelumas dimasukkan kedalam tempat pada apparatus penelitian sebagai pelumas
2. Gambar 3. grafik perbandingan viskositas 3. Gambar 3 diatas adalah grafik perbandingan beberapa jenis pelumas terhadap nilai viskositas kinematik. Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa peningkatan nilai pada grade SAE menunjukkan peningkatan nilai viskositas. Peralatan pengujian yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Motor listrik yang telah disetting dengan apparatus penelitian lainnya. Dengan spesifikasi sebagai berikut: - Daya = 0,5 HP - Jumlah Putaran = 1500 rpm - Tegangan = 220 V - Arus Listrik = 4,24 A 2. Tachometer digital untuk mengukur kecepatan/jumlah putaran. http://rat.uir.ac.id
4.
5.
bearing sesuai dengan ukuran/jumlah yang telah ditetapkan. Menghidupkan motor listrik dan biarkan beberapa saat sampai keadaan motor konstan. Kemudian dengan menggunakan tachometer hitung kecepatan putaran poros yang sedang bergerak. Pengambilan data ini dilakukan pada saat kondisi putasan mesin sudah stabil sehingga didapatkan hasil perhitungan yang akurat. Data hasil pengujian kemudian dilakukan analisis untuk mendapatkan data penurunan efisiensi dan besar daya yang mampu ditransmisikan.
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Jumlah Putaran Tabel 1 adalah tabel data yang didapatkan dari hasil pengujian pada bearing yang ditunjukkan dalam bentuk jumlah putaran poros pada setiap pelumas yang 427
ISSN : 2252-9608
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
digunakan. Tabel 1. Jumlah Putaran poros No
Jenis Pelumas
Jumlah Putaran (rpm)
Penurunan (%)
1 2 3 4 5
SAE 5 SAE 10 SAE 20 SAE 40 SAE 90
1490 1486 1485 1484 1480
0,67 0,93 1,00 1,07 1,33
*Jumlah putaran tanpa pelumasan 1500 rpm.
Gambar 4. Kurva Jumlah Putaran - Jenis Pelumas
Gambar 5. Kurva Penurunan Jumlah Putaran Gambar 4 menunjukkan kurva hubungan antara jumlah putaran dengan pelumas yang digunakan. Pada kurva di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi nilai SAE pelumas yang digunakan maka jumlah putaran yang dihasilkan pada poros tersebut akan semakin berkurang atau dengan kata lain purunannya akan semakin meningkat seperti yang terlihat pada kurva 5. Hal ini dikarenakan semakin tinggi nilai SAE menunjukkan kekentalan pelumas semakin tinggi pula sebagaimana yang ditunjukkan pada grafik perbandingan viskositas pada gambar 3. Pada pelumasan, viskositas pelumas yang tinggi menunjukkan gaya tahanan pelumas terhadap benda (rotor) yang bergerak adalah tinggi. Sehingga menyebabkan kecepatan benda yang bergerak tersebut menurun. Begitu juga sebaliknya, nilai viskositas pelumas yang rendah menunjukkan sifat tahanan pelumas tersebut benda yang bergerak adalah rendah. Sehingga kemampuannya mengurangi kecepatan benda yang bergerak pun akan menurun. a. Efesiensi Perhitungan efisiensi dilakukan dengan menggunakan rumus: n i 100% ….…………………….(1) no Dimana : : efisiensi bearing ni : Jumlah putaran uji
http://rat.uir.ac.id
(%) (rpm) 428
ISSN : 2252-9608
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
no : Jumlah putaran mesin
(rpm)
Dari perhitungan didapatkan data sebagai berikut: Tabel 2. Efisiensi No
Jenis Pelumas
Jumlah Putaran (rpm)
1 2 3 4 5 6
NP SAE 5 SAE 10 SAE 20 SAE 40 SAE 90
1500 1490 1486 1485 1484 1480
Efiesinsi (%) 100.00 99.33 99.07 99.00 98.93 98.67
*NP : Pengujian tanpa pelumas
Gambar 6. Kurva Efisiensi Akibat Penggunaan Pelumas. Gambar kurva 6 menunjukkan nilai efisiensi mesin yang dihasilkan pada putaran poros. Pada kurva ini terlihat dengan jelas bahwa efisiensinya semakin menurun dengan semakin tingginya nilai SAE (viskositas ) pelumas yang digunakan. Kondisi nilai efisiensi ini menunjukkan bentuk yang sama http://rat.uir.ac.id
dengan grafik jumlah putaran pada gambar 4. Karena memang efisiensi berbanding lurus terhadap jumlah putaran poros seperti yang terlihat pada rumus 1. Sehingga apabila jumlah putaran sebuah mesin berkurang karena suatu hal maka efisiensinya pun akan menurun. b. Daya uji. Perhitungan untuk mencari nilai yang mampu ditransmisikan dapat dilakukan dengan menggunakan rumus jumlah putaran terhdap daya mesin, sebagai berikut:.
P 9,74 10 5 ….…………………….(2) T Sehingga dari persamaan 2 diatas didapatkan perbandingan jumlah putaran dengan asumsi nilai torsi sama, sebagai berikut, ni Pi , …………………………………(3) n o Po n
Dimana : ni : Jumlah putaran uji no : Jumlah putaran mesin Po : Daya mesin Pi : Daya hasil perhitungan
(rpm) (rpm) (kW) (kW)
Dari perthitungan didapatkan data sebagai berikut: Tabel 3. Daya yang mampu ditransmisikan No
Jenis Pelumas
Jumlah Putaran (rpm)
Daya Uji
1
NP
1500
367,5
2 3
SAE 5 SAE 10
1490 1486
365,1 364,1 429
ISSN : 2252-9608
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
4 5 6
SAE 20 SAE 40 SAE 90
1485 1484 1480
363,8 363,6 362,6
menggunakan pelumas untuk melihat sejauh dan sebesar apa penurunan daya yang terjadi. NP adalah simbol yang menunjukkan pengujian tanpa menggunakan pelumas apapun. KESIMPULAN Dari penelitian yang dilakukan untuk menganalisa pengaruh kekentalan pelumas terhadap jumlah putaran dan daya yang dapat ditransmisikan, maka dapat disimpulkan
Gambar 7. Kurva Daya Uji Kurva di atas menunjukkan hubungan antara daya uji terhadap pelumas yang digunakan. Kurva pada gambar 7 diatas memperlihatkan bentuk grafik yang mirip dengan kurva pada gambar 4 yang menunjukkan terjadinya penurunan daya terhadap tingkat ketinggian nilai SAE. Karena secara teoritis besar kecilnya daya ditentukan oleh jumlah putaran, sehingga apabila jumlah putaran kecil maka daya hasil uji juga akan menjadi kecil. Dilihat dari segi besar daya yang dapat dihasilkan/ditransmisikan, maka akan lebih menguntungkan apabila menggunakan pelumas yang memiliki nilai viskositas yang rendah. Namun apabila ditinjau dari segi ketahanan dan umur pemakaian bearing maka diperlukan penelitian yang lebih spesifik lagi pada bearing tersebut. Pada kurva gambar 7 ini penulis juga memasukkan hasil pengujian tanpa http://rat.uir.ac.id
beberapa hal sebagai berikut: a) Semakin tinggi nilai viskositas pelumas yang digunakan maka jumlah putaran dan daya yang dihasilkan akan semakin berkurang. b) Semakin tinggi nilai viskositas menunjukkan gaya tahanan yang ditimbulkan pelumas terhadap benda yang bergerak semakin besar. c) Penurunan jumlah putaran menyebabkan penurunan efisiensi. d) Daya yang dihasilkan akan lebih besar pada saat penggunaan pelumas dengan viskositas yang lebih rendah. DAFTAR PUSTAKA Budianto dan Anwar, 2008. Metode Penentuan Koefisiensi Kekentalan Zat Cair dengan menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes. Seminar Nasional IV SDM Teknologi Nuklir Yogyakarta. Khonsari M.M. dan E. Richard Booser, 2011, Applied Tribology – Bearing Design and 430
Jurnal RAT Vol.3.No.1.Januari 2014
ISSN : 2252-9608
Lubrication. Mujiman. 2008. Simulasi Pengukuran Nilai Viskositas Oli Mesran SAE 10-40 Dengan penampil LCD. Telkomnika Vol. 6 (49-56). Muraki S., “ Tribology, friction and lubricant technology ”. (in Japanese) Sularso dan Kyokatsu Suga, 2000. Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin. Jakarta. http://www.kewengineering.co.uk/Auto_oils/oi l_viscosity_explained.htm, diakses 28 Desember 2013
http://rat.uir.ac.id
431
