TRIBOLOGI Studi tentang gesekan, pelumasan, dan keausan yang disebut tribologi , meliputi banyak disipin ilmu, seperti mekanika benda padat, mekanika fluida, ilmu bahan, dan ilmu kimia. Bebeapa spesialis perlu dilibatkan dalam tim perancangan untuk menyelesaikan perancangan umum yang kritis. 1. Gesekan
Tidak semua gesekan merugikan atau tidak diinginkan. Lihat seperti roda penggerak yang menggunakan gesekan untuk membuat gaya dorong terhadap lantai, rel, atau jalan. Kopling tidak tetap dan rem menggunakan gesekan untuk menangani mesin, mempercepat, memperlambat, membuatnya berhenti, atau menahan pada posisinya. Klem dan kolet juga menggunakan gesekan untuk menahan komponen yang sedang dikerjakan selama operasi pemesinan. Dalam aplikasi semacam itu, gaya-gaya gesekan yang besar dan konsisten sangat dibutuhkan. Fenomena utama yang terlibat dalam terjadinya gesekan adalah adhesi, efek -efek elastis seperti hambatan gelinding, efek viskoelastik, dan hambatan hidrodinamis. Adhesi adalah ikatan antara materi-materi yang berbeda. Kekuatan adhesi bergantung pada struktur dan sifat kimia dari bahan-bahan kimia yang berpasangan. Karakteristik permukaan juga berpengaruh, seperti ketinggian puncak dan lembah (tinggi atau rendahnya) kekerasan bahan, disebut asperities. Kadang asperities. Kadang aspirities pada komponen-komponen yang berpasangan dipisahkan selama gerakan relatif. Hambatan gelinding disebabkan oleh deformasi elastis dari benda yang bergerak atau permukaan tempat benda itu bergerak. Efek fisko berhubungan dengan gaya-gaya yang disebabkan oleh deformasi bahan-bahan elastik berhubungan fleksibel, seperti elastomers, elama kontak. Sedangkan hambatan hidrodinamis, yang juga disebut efek fiskos (viscous effect), disebabkan oleh gerakan relatif antar relatif antar molekul pelumas fluida diantara komponen-komponen berpasangan yang bergerak.
2. Keausan
Keausan adalah pengurangan ketebalan permukaan benda kerja akibat gesekan yang terjadi pada pembebanan dan gerakan. a. Sifat keausan : -
Keausan normal
-
Keausan tidak normal (akibat penggantian pelumas yang tidak ter atur)
b. keausan tergantung pada : - pembebana - kecepatan 1|Tribologi
- jumlah minyak pelumas - jenis minyak pelumas - temperatur - kekerasan permukaan - kehalusan permukaan - adanya benda-benda asing - adanya bahan kimia 2.2 Jenis Keausan
a. Keausan adhesiv b. Keausan abrasiv c. Keausan tegangan kontak a.
Keausan Adhesiv
Disebabkan adanya gesekan antara permukaan kerja yang telah keras akibat terjadinya panas apabila lapisan minyak pelumas pecah(putus). Lapisan film pelumas pecah karena : - kenaikan temperatur tinggi - tekanan kerja tinggi - kecepatan luncur tinggi Jenis-jenisnya : - kelupas (qalling) pada permukaan roda gigi - gores (scuffing) pada piston - luka-luka gores (scoring) pada bantalan luncur - pelengketan (seizing) pada antara poros engkol dengan bantalan luncur b.
Keausan abrasive
Disebabkan karena adanya partikel-partikel benda asing yang terdapat diantara dua permukaan yang sedang bergesekan. Partikel ini mula-mula menekan dan masuk ked alam logam kemudian merobek partikel-partikel logam tersebut dalam bentuk goresan-goresan. Partikel-partikel asing tersebut antara lain : Serbuk-serbuk logam, debu oksida logam dan serbuk-serbuk lain. c.
Keausan tegangan kontak
Disebabkan karena adanya tegangan kontak bidang yang terjadi secara berulang antara dua bidang kerja yang berpasangan, seperti roda gigi, bantalan, dan sebagainya. Tegangan kontak dapat menyebabkan keretakan yang memisahkan suatu partikel dari badan utama material tersebut.
2|Tribologi
penyebabnya adalah : 1. Tegangan bidang kontak yang tinggi seca ra berulang dan menimbulkan kelelahan. 2. Gerakan luncur dengan kecepatan tinggi disertai gerakan menggelinding. d.
Pengaruh keausan
Jika keausan terjadi pada : 1. Bantalan, maka akan menimbulkan getaran dengan amplitudo dan frekuensi yang berlainan 2. Alat-alat ukur, akan menguraingi ketelitian 3. Alat-alat produksi, akan mengurangi kualitas dan kapasitas 4. Silinder motor troak, akan mengakibatkan penurunan daya dan penambahan pemakaian bahan bakar.
3. Pelumasan
Kondisi umum 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 dan non logam. Ketebalan minimum lapisan minyak pelumas harus jauh lebih besar dari kekasaran permukaan logam. -
Mekanisme Pelumasan 1. Pelumasan Hidrodinamis 2. Pelumasan non Hidrodinamis a. Pelumasan tipis b. Pelumasan batas 3. Pelumasan Hidrostatis
Pelumasan Hidrodinamis.
Pelumas Hidrodinamis ialah pelumas yang tergantung gerak hidrodinamis, merupakan sifat dari aliran viskos. Minyak pelumas melekat baik pada permukaan yang diam kemudian diseret (dihisap) masuk kedalam ruang bebas pada arah tekanan 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 untuk menimbulkan lapisan selaput tipis yang dapatmengangkat beban karena gerak dinamisnya adalah : a. Gerak relatif dari permukaan b. Lapisan selaput tipis minyak yang menyempit kearah gerakan
3|Tribologi
Kapasitas angkat beban tergantung dari : a. Viskositas
( )
b. Kecepatan gerakan
(V)
c. luas permukaan
(A)
d. Ketebalan lapisan selaput minyak
(h)
Ketebalan lapisan minyak pelumas jauh lebih besar dari kekasaran permukaan logam dan aliran pelumas adalah linier. Ketebalan lapisan berkisar antara : 0,0025mm – 0.076mm.
Pelumas non Hidrodinamis
a. Pelumas tipis Pada beban berat dan kecepatan rendah serta pelumas yang tidak mencukupi menyebabkan kedua permukaan yang tidak mencukupi menyebabkan kedua permukaan yang bergesekan tidak terpisahkan secara sempurna. Hanya sebagian beban yang diangkat oleh gaya hidrodinamis dan sisanya menrupakan kontak dengan logam. permukaan yang kasar mengganggu kondisi aliran laminer (selaput tipis) dan mengakibatkan koefisien gesek naik. b. Pelumas batas Beban bertambah berat sehingga tekanan kontak cukup t inggi, kecepatan cukup rendah dan pengaruh gaya hidrodinamis diabaikan. pelumas masih ada tetapi sifat viskositas minyak 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 multi molekuler. terjadi kontak logam dengan logam, koefisien gesek naik dan nilainya b erkisar antara 0,01 – 0,1. c. Pelumas hidrostatis Lapisan minyak pelumas tidak tergantung gerak hidrodinamis tetapi tergantung pada tekanan luar dari sistim pembagian minyak pelumas. 3.1.
Klasifikasi Minyak Pelumas
1. Viskositas Viskositas adalah hambatan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan cairan yang lain. Viskositas rendah (kecil)
: cairan dapat mengalir dengan mudah.
Viskositas tinggi (besar)
: cairan sulit mengalir.
Viskositas sangat tergantung pada temperatur : - temperatur naik, viskositas turun. - temperatur turun, viskositas naik.
4|Tribologi
ƞ = v.ρ
ƞ= viskositas absolut (dinamis) v= viskositas kinematis ρ= massa jenis
Satuan-satuan viskositas : ρ =
v= η=
v=
)
1 Pa.s = 1000 mPa.s ( 1mPa.s = 1 cP ) # Keterangan : - Pa = Pascal - cSt = centi stokes - cP = centi poise - mPa = mili Pascal 2. Indeks Viskositas Disingkat IV ; adalah angka empiris yang menyatakan kepekaan suatu minyak pelumas terhadap temperatur. Jika IV bertambah besar, maka perubahan viskositas terhadap perubahan temperatur semakin kecil. Besar IV antara 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 tingkat (grade) viskositas 3. 1. 2. 3.
Sistim klasisifikasi minyak pelumas : Klasifikasi SAE J 300 d Klasifikasi SAE J 306 c Klasifikasi standard ASTM
# SAE
: Society of Automotive Engineers
ASTM
: American Standard of Testing and Material
Viskometer
: alat ukur viskositas ( kinematis) 5|Tribologi
1. Klasifikasi SAE J 300 d - khusus minyak pelumas mesin - disebut minyak pelumas karter
a. Tingakat viskositas diberi tanda W (wintion) - Untuk spesifikasi kondisi temperature lingkungan rendah yaitu daerah beriklim sedang terutama pada saat musim dingin - Viskositas kinematis diukur pada temperature -18 o C dengan CCS ( cold cranking simulator ) - Contoh : SAE 10 W b. Tingkat viskositas tampa tanda W - Untuk tempratur lingkungan normal - Viskositas kinematis diukur pada temperature 100 o C - Contoh : SAE 10 c. Minyak pelumas multigrade - Untuk kondisi musim dingin maupun musim panas - Contoh : SAE 10W – 40 artinya ; batas pengukuran viskositas -18oC untuk SAE 10 W dan 100 oC untuk SAE 40 Minyak pelumas multigrade dapat di gantikan dengan minyak pelumas singelgrade untuk operasi pada temperature normal, misalnya ; SAE 20W – 40 dapat diganti dengan SAE 30 atau SAE 40 2. Klasifikasi SAE J 306 - Minyak pelumas transmisi manual dan axel - Disebut minyak pelumas roda gigi - Minyak pelumas dengan tanda W, viskositas maksimum ditentukan 150.000 cP dan temperature maksimum tertentu untuk setiap tingkat viskositas. - Untuk temperature tinggi viskositas diukur pada 100 oC dengan metode ASTM D445 dan dinyatakan dalam cSt. - Tidak ada hubunga antara tingkat viskositas minyak pelumas karakter SAE J 300d dengan minyak pelumas roda gigi SAE J 306 C meskipun kelihatan sama dalam sistim penomeran. - Contoh : i. m. pelumas karter SAE 50 tidak sama dengan m. pelumas roda gigi SAE 50, tetapi minyak pelumas karter SAE 50 sesuai/sama dengan m. pelumas roda gigi SAE 90 ii. m. pelumas karter SAE 40 merupakan bagian dari minyak pelumas roda gigi SAE 90 6|Tribologi
3. Klasifikasi ASTM D2422-57 - Viskositas ditentukan antara 2-1500cSt, dengan pengukuran pada 40 oC - Ada 18 tingkat viskositas menurut ASTM D2422 - Tingkat viskositas dengan identifikasi ISO VG ( International Organization for Standardization Viscosity Grade ) Contoh : ISO VG 10 : viskositas nominal 10 cSt pada temperature 40oC ISO VG 100 : viskositas nominal 100 cSt pada temperature 40 oC
Macam-macam pelumas 1. Pelumas Gemuk 2. Pelumas Cair : a. Pelumas konvensional b. Pelumas sintetis
1. Peluma Gemuk / Grease / Vaselin Merupakan minyak pelumas berbentuk padat atau setengah padat tetapi lembut.Terdiri dari minyak mineral tebal ditambah dengan sabun logam. Kadangkadang minyak mineral ditambah bahan-bahan kimia lain agar tidak terjadi pemisahan antara minyak dengan sabunnya. Bagian yang diberi gemuk biasanya tertutup dan disekat, biasanya tidak perlu lagi diberi gemuk sampai saat turun mesin atau dapat jga diberi lg secara periodic. Fungsi gemuk : 1. Dapat digunakan pada semua bagian mesin yang bergerak 2. Bersifat sebagai penyekat untuk menahan masuknya kotoran 3. Menahan kebocoran dan penetesan dari permukaan yang di lumasi 4. Melindungi terhadap terjadinya korosi 5. Memberikan tahanan pada kerja mekanis yang didukung. Keuntungan gemuk :
Lebih praktis dan ekonomis
Tidak sering mengganti pelumas
Melekat lebih baik pada permukaan logam yang dilumasi
Dapat digunakan pada kondisi : Temperature tinggi Tekanan tinggi
7|Tribologi
Kecepatan remdah Operasi periodik Mesin yang sudah tua umurnya
Kekurangan gemuk :
Bukan pendingin yang baik
Dalam penggantian pelumas gemuk lebih sulit debersihkan
Harga pergalon lebih mahal dari minyakcair
Macam-macam gemuk :
Gemuk sabun kalsium
Gemuk sabun natrium
Gemuk sabun litium
Gemuk sabun campuran
2. Pelumas konvensional (m. mineral) Adalah minyak pelumas yang berbentuk cairan (likuid) yang terdapat didalam dan merupakan hasil produksi dari proses pengilangan secara normal dari industry perminyakan. Kualitas minyak dicapai dengan cara pemurnian dan proses pengolahan ditambah bahan-bahan kimia tertentu yang disebut aditif. 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 : a. Unjuk kerja mesin dalam kondisi berat b. Temperature operasi yang luas c. Kecepatan luncur yang lebih tinggi Jenis-jenis aditif :
1. 2. 3. 4.
Deterjen Dispersan Pelindung korosi Pelindung tekanan ekstrem
3. Minyak pelumas sintetis (tiruan)
8|Tribologi
Adalah minyak pelumas yang tidak terdapat di alam dan bukan merupakan hasil produksi langsung dari prose pengilangan secara normal dari industry perminykan. Minyak pelumas sintetis adalah hidrokarbon yang telah mengalami proses khsus, yaitu ; - Dibentuk sama dengan minyak pelumas konvensional - Mempunyai kemampuan melebihi munyak pelumas konvensional - Dibuat menggunakan fluida-fluida yang sesuai dengan tujuan penggunaanya Bahan-bahan kimia yang ditambahkan antara lain : -
Estersam Ester fosfat Ester silikat
Keuntungan minyak pelumas sintetis : a. b. c. d.
Mempunyai kualitas yang baik Mempunyai unjuk kerja yang lebih baik Mempunyai gesekan yang lebih kecil Mempunyai umur yang lebih baik, yaitu penggantian minyak pelumas lebih lama
Kekurangan minyak pelumas sintetis : a. Harga lebih mahal b. Tidak dapat digunakan untu semua mesin.
9|Tribologi
