KARAKTERISTIK BANTALAN LUNCUR MENGGUNAKAN PELUMAS SAE 90

TEMU ILMIAH NASIONAL DOSEN TEKNIK VIII FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TARUMANAGARA

KARAKTERISTIK BANTALAN LUNCUR MENGGUNAKAN PELUMAS SAE 90 Agustinus Purna Irawan dan Safrizal Laboratorium Fenomena Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta 11440 email : [email protected]

Abstrak Bantalan merupakan komponen mesin yang berfungsi menumpu poros yang mempunyai beban tertentu, sehingga gerak berputar atau gerakan bolak balik dapat berlangsung dengan halus, aman dan komponen tersebut dapat tahan lama. Bantalan harus kuat dan kokoh agar komponen mesin lain dapat bekerja dengan baik. Untuk beban yang besar dan putaran yang tinggi biasanya digunakan bantalan luncur atau journal bearing. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan fenomena dan karakteristik bantalan luncur dengan perbandingan L/D = 1,6. Karakteritik yang diamati adalah ketebalan lapisan film dari pelumas dengan variasi putaran 200 r/min, 300 r/min, 400 r/min dan 500 r/min. Pelumas yang digunakan adalah SAE 90. Hasil pengujian dan karakteristik bantalan luncur hasil desain akan dibahas dalam makalah ini. Kata kunci : bantalan lucur, karakteristik, lapisan film.

I. PENDAHULUAN Bantalana luncur (journal bearing) meupakan bantalan yang biasa digunakan untuk menumpu poros berputaran tinggi dengan beban berat. Konstuksi bantalan luncur cukup sederhana, sehingga proses manufaktur dan proses pemasangannya tidak terlalu sulit dan tidak membutuhkan peralatan khusus. Bantalan luncur tidak memerlukan ketelitian yang tinggi sehingga harganya cukup murah. Namun demikian bantalan luncur memiliki sejumlah kelemahan seperti gesekan yang besar, terutama pada saat start sehingga memerlukan torsi awal yang besar. Demikian juga jika dilihat dari sistem pelumasan yang membutuhkan perlakukan khusus dan tidak sederhana. Dalam operasionalnya, bantalan luncur menghasilkan gesekan yang besar antara poros dan bantalan, karena poros langsung diletakkan di atas bantalan dan hanya terlidung oleh lapisan pelumas. Akibat gesekan yang besar, bantalan luncur menghasilkan panas yang cukup tinggi. Dengan sistem pelumasan yang baik, gesekan, panas dan tumbukan serta geteran dapat diredam dengan baik. Makalah ini membahas tentang karakteristik bantalan luncur dilihat dari sisi lapisan ketebalan film (pelumas) yang dihasilkan pada saat beroperasi, dengan variasi putaran, baik ketebalan film maksimum maupun minimum. Dari proses pengujian yang dilakukan, dapat diamati fenomena yang terjadi pada bantalan luncur tersebut. II. DASAR TEORI Secara umum, sistem pelumasan pada batalan luncur merupakan jenis pelumasan hidrodinamik, dengan cara memberikan sejumlah pelumas di antara ruang antar permukaan yang bergerak relatif, sehingga dapat terbentuk lapisan film pelumas. Teknik ini secara efektif digunakan pada bantalan luncur, dimana poros (journal) dan bantalan (bearing) menciptakan rongga tipis di dalam celah sempit yang dapat menjebak pelumas sedemikian hingga poros dapat memompa pelumas untuk mengelilingi rongga tersebut.

PERAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI DI PERGURUAN TINGGI DALAM MENDORONG KEMANDIRIAN BANGSA

III-75


a) Bantalan Luncur Saat Diam

b) Bantalan Luncur Saat Berputar

c) Terminologi Bantalan luncur saat berputar Gambar 1. Skema Bantalan Luncur Tekanan rata-rata yang terjadi pada bantalan dapat dicari dengan menggunakan persamaan : F F (1) pavg A lxd Ketebalan lapisan film merupakan fungsi ș dan dinyatakan dengan persamaan : h cr (1 H cos T )

(2)

Lapisan film h maksimum terjadi pada ș = 0 dan minimum terjadi pada ș = S, sehingga dapat diperoleh persamaan : hmin cr (1 H ) (3)

hmax

cr (1 H )

(4)

Dengan cr : clearance radial (R – r) dan H : rasio eksentrisitas (e/cr) Bearing characteristic number dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan : 2

S

§ R · Pn ¨ ¸ ©C ¹ P


(5)

III-76


Dengan R : jari-jari bantalan, c : clearance, P : viskositas pelumas, n : putaran poros (r/min) p : tekanan pada bantalan. Dalam mendesain bantalan luncur, beberapa persyaratan yang perlu diperhatikan antara lain kekuatan yang baik untuk menahan beban dan kelelahan, mampu menyesuaikan dengan lenturan poros yang kecil, bersifat anti las (tidak menempel ke poros akibat gesekan), sangat tahan karat, tahan aus, dapat menghilangkan/menyerap kotoran, idak terlalu terpengaruh dengan kenaikan temperatur dan harganya murah. Beberapa bahan yang biasa digunakan sebagai bantalan luncur antara lain babbit metal (logam putih) : berdasarkan Sn dan Pb, bronzes (tembaga dan paduannya) : tembaga, perunggu fosfor, perunggu timah hitam, cast iron, silver, non metallic bearings : kayu, karet, plastik. Untuk menentukan dimensi bantalan, terutama berkaitan dengan pemilihan L/d, perlu perhatikan hal-hal sebagai berikut : makin kecil L/d maka makin rendah pula kemampuan bantalan menahan beban, makin besar makin besar pula panas yang timbul, makin besar kebocoran pelumas di ujung bantalan dapat diperkecil, makin besar menyebabkan tekanan tidak merata, jika pelumas tidak merata maka L/d diperkecil, makin besar temperatur makin tinggi, L/d harus ditentukan berdasarkan lokasi yang tersedia, L/d tergantung dari jenis bahan bantalan makin lunak maka L/d makin besar.

Gambar 2. Skema L/D Bantalan Luncur

III. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Spesifikasi bantalan luncur Diameter poros Diameter bantalan Panjang efektif bantalan L/D Massa bantalan Clearance Pelumas Viscositas absolut

: 47.5 mm : 51.8 mm : 85 mm : 1.6 : 950 g : 2.15 mm : SAE 90 : 70oC, 130 mPa.s


III-77


Prosedur Pengujian Menjalankan motor penggerak dan mengatur putaran motor dengan kecepatan 200 r/min, 300 r/min, 400 r/min dan 500 r/min. Untuk setiap tingkatan putaran data yang diambil adalah data tekanan pelumas pada setiap titik yang tersedia. Data dapat diambil dengan membiarkan motor berputar selama 15 – 30 menit sampai cukup stabil dan pemanasan yang cukup. Prosedur ini dilakukan untuk setiap tingkatan putaran motor dan jumlah data setiap putaran diambil beberapa kali sehingga diperoleh data yang valid. Data yang diperoleh kemudian di analisis dengan bantuan grafik hubungan antara minimum film thickness variable (ho/c), eccentricity ratio (e/c) dan bearing characteristic number (S). IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Berdasarkan data tekanan pada masing-masing titik dari bantalan luncur yang diamati dengan mengacu pada putaran motor, dapat dianalisis dan dihitung beberapa besaran utama yang dihasilkan oleh bantalan luncur. Data-data hasil analisis disajikan dalam tabel 1. berikut ini : Tabel 1. Tebal Lapisan Film Pelumas No. 1 2 3 4

Putaran (r/min) 200 300 400 500

Tebal Lapisan Film hmin (mm) hmax (mm) 0.301 3.999 0.387 3.913 0.537 3.762 0.645 3.655

ș 0

15 100 50 30

S

e

H

0.02 0.03 0.04 0.05

1.849 1.763 1.612 1.505

0.86 0.82 0.75 0.7

Gambar 3. Diagram hubungan (ho/c), (e/c) dan bearing characteristic number (S)


III-78


Dari tabel 1 terlihat bahwa harga bearing characteristic number (S) mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan putaran motor. Nilai S sangat berpengaruh terhadap besar eksentrisitas (e) antara sumbu bantalan poros dengan sumbu bantalan. Kenaikan nilai S akan mengurangi nilai rasio eksentrisitas. Nilai-nilai tersebut akan sangat mempengaruhi besar lapisan film pelumas yang terbentuk.

a). Putaran 200 r/min

b). Putaran 300 r/min

c). Putaran 400 r/min

d). Putaran 500 r/min

Gambar 4. Posisi hmin dan hmax hasil pengujian Dari hasil pengujian yang telah dilakukan di atas, terlihat bahwa kenaikan putaran motor berdampak pada kenaikan lapisan film minimum yang diperlukan. Hal ini terjadi akibat peningkatan putaran pada poros mendorong pelumas untuk mengisi lebih banyak di daerah sempit antara poros dan bantalan. Dengan bertambahnya pelumas yang terdorong dan mengisi ruang sempit antara poros dan bantalan, menyebabkan lapisan film minimum menjadi bertambah dan mengurangi ketebalan lapisan film di daerah maksimum. Dengan bertambahnya lapisan pelumas di daerah minimum akan berdampak positif terhadap pengurangan tingkat gesekan dan panas yang terjadi. Peningkatan lapisan film di daerah minimum juga berdampak pada pergeseran eksentrisitas (e). Jarak antara sumbu utama poros dan sumbu utama bantalan makin dekat, dengan demikian menurukan besar getaran yang terjadi akibat adanya eksentrisitas. Bantalan luncur akan menghasilkan performa yang makin baik jika eksentrisitas antara sumbu poros dan sumbu bantalan mendekati atau sama dengan nol. Pada kondisi seperti ini, maka gesekan, getaran dan panas yang dihasilkan selama operasional bantalan menjadi kecil.


III-79


Lapisan film yang terjadi juga dipengaruhi oleh viskositas pelumas. Makin tinggi viskositas pelumas, maka minyak pelumas tidak mudah terpengaruh oleh temperatur operasional bantalan, sehingga lapisan film pelumas juga tetap terjaga. Selama beroperasi, terjadi pergeseran antara bantalan dan poros dengan trend makin tinggi putaran, pergeseran sudut mengecil. Terlihat bahwa pada putaran 200 r/min, nilai pergeseran mencapai 150 dan mengalami penurunan pada putaran yang lebih tinggi yaitu 30 pada putaran 500 r/min. Dengan demikian dapat terlihat bahwa, garis sumbu poros dan bantalan mendekati pada satu titik. Kondisi ini sangat baik dan menunjukkan bahwa bantalan luncur dan pelumas bekerja dengan baik, sehingga memghasilkan lapisan ilm dengan ketebalan tertentu untuk mengurangi besar gesekan antara bantalan dan poros. V. KESIMPULAN Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan di atas, dapat disimpulkan bahwa peningkatan putaran poros akan menghasilkan peningkatan lapisan film di daerah minimum, dan mengurangi lapisan film di daerah maksimum. Peningkatan lapisan film di daerah minimum akan mengurangi besar gesekan yang terjadi dan mengurangi panas yang dihasilkan oleh bantalan luncur. Besar lapisan film yang terjadi sangat dipengaruhi oleh jenis pelumas dan viskositas yang digunakan, serta tatacara operasional peralatan tersebut. Secara umum perlu selalu dilakukan pengecekan terhadap pelumas, viskositas dan temperatur yang dihasilkan oleh bantalan, sehingga gejala terjadinya kerusakan pada bantalan dapat dideteksi sedini mungkin. VI. DAFTAR PUSTAKA Ahmed Bouzidane; Marc Thomas (2007) Equivalent Stiffness and Damping Investigation of a Hydrostatic Journal Bearing. Tribology Transactions; Apr-Jun 2007; 50, 2 pp 257 – 267. Ertug˘rul Durak, Cahit Kurbanog˘lu and Recai Fatih Tunay (2006) Experimental study of effects of oil additives into coefficient of friction in journal bearings at different temperatures. Industrial Lubrication and Tribology. 58/6 (2006) pp. 288–294. Khurmi, R.S. (2004) A text book of machine design. S.I. Units. New Delhi : Eurasia Publishing House (Pvt) LTD. M. Zengeya and M. Gadala (2007) Optimization of journal bearings using a hybrid scheme. Journal Engineering Tribology, 221 part J. pp. 591 - 607 N Tala-Ighil, P Maspeyrot, M Fillon1, and A Bounif (2007) Effects of surface texture on journal-bearing characteristics under steady-state operating conditions. Journal of Engineering Tribology Vol. 221 Part J, pp. 623 – 633. Shigly, Joseph Edward. (1989) Mechanical engineering design. Fifth Edition. Singapore : McGraw-Hill Book Co. Sularso. (2000) Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin. Jakarta : PT. Pradnya Paramita.


III-80

KARAKTERISTIK BANTALAN LUNCUR MENGGUNAKAN PELUMAS SAE 90

Recommend Documents