UNIVERSITAS DIPONEGORO ANALISA KARAKTERISTIK MINYAK PELUMAS PERTAMINA MEDITRAN SX SAE 15W-40 MENGGUNAKAN TRIBOMETER PIN-ON-RING
TUGAS AKHIR
MUHAMMAD KHAFIDH L2E 008 072
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
SEMARANG AGUSTUS 2012
i
TUGAS AKHIR Diberikan kepada: Nama
: Muhammad Khafidh
NIM
: L2E 008 07
Pembimbing
: Dr. Jamari, ST, MT
Jangka Waktu
: 6 (Enam) bulan
Judul
: Analisa Karakteristik Minyak Pelumas Pertamina Meditran SX SAE 15W-40 40 menggunakan Tribometer Pin-on-Ring
Isi Tugas
: 1. Analisa karakteristik koefisien gesek minyak pelumas SAE 15W-40 dengan kurva Stribeck 2. Membandingkan hasil yang diperoleh dengan hasil penelitian yang lain.
Semarang, Agustus 2012 Dosen Pembimbing,
Dr. Jamari, ST, MT NIP. 197 403 042 000 121 001
ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama
: Muhammad Khafidh
NIM
: L2E 008 072 72
Tanda Tangan : Tanggal
iii
:
201 Agustus 2012
HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh : Nama
: Muhammad Khafidh
NIM
: L2E 008 072
Jurusan/Program Studi
: Teknik Mesin
Judul Skripsi
: Analisa Karakteristik Minyak Pelumas Pertamina Meditran SX SAE 15W-40 40 menggunakan Tribometer Pin-on-Ring
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan/Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. TIM PENGUJI Pembimbing
: Dr. Jamari, ST, MT
(
)
Penguji
: Dr. Munadi, ST, MT
(
)
Penguji
: Dr. Achmad Widodo, ST, MT
(
)
Penguji
: Dr. MSK Tony SU, ST, MT
(
)
Semarang,
Agustus 2012
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Dr. Sulardjaka, ST, MT NIP. 197104201998021001
iv
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, yang bertanda tangan di bawah ini : Nama NIM Jurusan/Program Studi Fakultas Jenis Karya
: MUHAMMAD KHAFIDH : L2E 008 072 : TEKNIK MESIN : TEKNIK : SKRIPSI
Demi emi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive exclusive Royalty Free Right) Right atas karya ilmiah saya dan pembimbing yang berjudul :
ANALISA KARAKTERISTIK MINYAK PELUMAS PERTAMINA MEDITRAN SX SAE 15W-40 15W 40 MENGGUNAKAN TRIBOMETER PIN-ONRING Beserta eserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti/Noneksklusif ini Universitas Diponegoro berhak m menyimpan, enyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), ( merawat dan mempublikasikan ublikasikan tugas akhir saya selama sel tetap mencantumkan nama saya dan pembimbing sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di
: Semarang
Pada Tanggal : Agustus 2012
Yang menyatakan
Muhammad Khafidh NIM. L2E 008 072
v
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO
”Man jadda wajada” (Barang siapa yang berusaha dengan sungguh-sungguh, maka ia akan berhasil)
PERSEMBAHAN Tugas Akhir ini saya persembahkan untuk: Orang tua saya tercinta, Bapak Sugiyanto dan Ibu Sugini yang selalu memberikan do'a, dorongan, kasih sayang serta dukungan baik moral maupun material. "Setetes keringatmu jatuh, selangkah aku akan melangkah maju". Kakak dan keponakan saya tersayang atas dukungannya dan suasana ceria yang selalu ada. Pak Jamari, Pak Rifki, Pak Tauviq, dan Mba’ Nur, terimakasih banyak atas bimbingan dan bantuannya. Teman-teman Fast-track Lab. EDT (Engineering Design and Tribology) khususnya mas Dian Indra dan Dzulfikar yang telah banyak membantu dan memberi semangat. Teman-teman Teknik Mesin 2008. Semua teman-temanku yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu persatu.
vi
ABSTRAK Salah satu faktor yang perlu diperhatikan dalam suatu minyak pelumas adalah besarnya koefisien gesek. Koefisien gesek merupakan perbandingan antara gaya gesek yang terjadi antara dua permukaan dan gaya normal. Dibutuhkan kurva Stribeck untuk mengetahui karakteristik suatu minyak pelumas. Kurva Stribeck adalah kurva hubungan antara koefisien gesekan dan nomor pelumasan. Tribometer pin-on-ring digunakan untuk menghasilkan nilai koefisien gesek pada berbagai kecepatan sehingga dapat menghasilkan kurva Stribeck. Dalam penelitian ini, pengujian dilakukan dari kecepatan 2 sampai 250 rpm dengan kondisi temperatur dikondisikan 40o C, beban yang diberikan 100 N, dan viskositas yang digunakan 0,09924 Pa.s. Penelitian dilakukan sampai pada kondisi running-in, perubahan yang terjadi mulai dari kondisi awal menuju kondisi tunak disebut sebagai running-in. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kondisi running-in terjadi pada pengujian keenam. Berdasarkan hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan yang diberikan, maka koefisien gesek yang dihasilkan semakin kecil. Regime yang terbentuk dalam penelitian ini adalah boundary lubrication dan mixed lubrication. Kata kunci: Koefisien gesek, pelumas, running-in, dan tribometer pin-on-ring. .
vii
ABSTRACT An important factor to be considered in a lubricant is the magnitude of coefficient of friction. The coefficient of friction is the ratio of the frictional forces between two surfaces and the normal force. Srtibeck curve needed to find out the characteristics of a lubricant. The Stribeck curve is a curve of the relationship between the coefficient of friction and lubrication number. Pin-on-ring tribometer is used to investigate the coefficient value of friction at various speeds in order to plot the Stribeck curve. In this research, a test was conducted with rotational speed from 2 to 250 rpm, at a temperature of 40° C, with load given of 100 N, and the viscosity of 0.09924 Pa.s. The research was carried out up to the running-in conditions, the changes which occur between start up and steady state are associated with running-in. The results obtained showing that the conditions of running-in occured on the sixth test. Based on the results, it can be concluded that higher velocity given will provide smaller coefficient of friction. The regime formed in this research is the boundary lubrication and mixed lubrication. Key words: coefficient of friction, lubricant, running-in, and pin-on-ring tribometer.
viii
KATA PENGANTAR Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada Penulis, sehingga Penulis dapat melewati masa studi dan menyelesaikan tugas akhir yang merupakan tahap akhir dari proses untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin di Universitas Diponegoro. Keberhasilan Penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan orang-orang yang dengan segenap hati memberikan bantuan, bimbingan dan dukungan, baik moral maupun material. Oleh karena itu Penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr. Jamari, ST, MT selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana. 2. Bapak Dr. Achmad Widodo, ST, MT, Bapak Dr. Munadi, ST, MT, dan Bapak Dr. MSK Tony SU, ST, MT selaku dosen penguji dalam sidang tugas akhir ini. 3. Bapak Rifky Ismail, ST, MT dan Bapak M.Tauviqirrahman, ST, MT yang telah memberikan bimbingan dan bantuan. 4. Zulfikar dan Mas Dian Indra yang banyak membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa dalam menyusun laporan ini terdapat kekurangan dan keterbatasan, oleh karena itu kritik
dan saran yang sifatnya membangun untuk
kesempurnaan dan kemajuan Penulis dimasa yang akan datang sangat diharapkan. Akhir kata Penulis berharap semoga hasil laporan ini dapat bermanfaat bagi seluruh pembaca.
Semarang, Agustus 2012
Penulis
ix
DAFTAR ISI JUDUL ................................................................................................................................ i TUGAS AKHIR .................................................................................................................. ii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS................................................................ iii HALAMAN PENGESAHAN............................................................................................. iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. v HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN................................................................. vi ABSTRAK .......................................................................................................................... vii ABSTRACT .......................................................................................................................... viii KATA PENGANTAR ........................................................................................................ ix DAFTAR ISI ....................................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xiii DAFTAR TABEL ............................................................................................................... xv NOMENKLATUR .............................................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................ 1 1.1
Latar Belakang............................................................................................. 1
1.2
Tujuan Penulisan ......................................................................................... 3
1.3
Batasan Masalah .......................................................................................... 3
1.4
Metodologi Penelitian ................................................................................. 3
1.5
Sistematika Penulisan .................................................................................. 4
BAB II DASAR TEORI.................................................................................................... 5 2.1
Gesekan ....................................................................................................... 5 2.1.1 Gaya Gesek Statis .............................................................................. 6 2.1.2 Gaya Gesek Kinetis ............................................................................ 6 x
2.2
Viskositas .................................................................................................... 7 2.2.1 Indeks Viskositas ............................................................................... 9 2.2.2 Klasifikasi Viskositas SAE ................................................................ 9
2.3
Pelumasan .................................................................................................... 10 2.3.1 Kurva Stribeck ................................................................................... 11 2.3.2 Pengaruh Running-in terhadap Kurva Stribeck ................................. 11 2.3.3 Hydrodynamic Lubrication ................................................................ 13 2.3.4 Boundary Lubrication ........................................................................ 13 2.3.5 Mixed Lubrication .............................................................................. 14
2.4
Tribometer ................................................................................................... 14 2.4.1 Pengertian Tribometer........................................................................ 14 2.4.2 Jenis-Jenis Tribometer ....................................................................... 15 2.4.2.1 Tribometer Pin-on-Disc..................................................... 15 2.4.2.2 Tribometer Pin-on-Ring .................................................... 15 2.4.2.3 Tribometer Block-on-Ring ................................................. 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................................................ 17 3.1
Diagram Alir Penelitian ............................................................................... 17
3.2
Waktu dan Tempat Penelitian ..................................................................... 18
3.3
Alat dan Bahan ............................................................................................ 18 3.3.1 Alat ..................................................................................................... 18 3.3.2 Bahan ................................................................................................. 21
3.4
Pengujian Karakteristik Minyak Pelumas ................................................... 23 3.4.1 Langkah-Langkah Pengujian ............................................................. 23 3.4.2 Perhitungan Koefisien Gesek ............................................................. 24
xi
BAB IV ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 26 4.1
Hasil Pengujian ............................................................................................ 26
4.2
Analisa ......................................................................................................... 30
4.3
Validasi Pengujian ....................................................................................... 33
BAB V PENUTUP............................................................................................................. 35 5.1
Kesimpulan .................................................................................................. 35
5.2
Saran ............................................................................................................ 35
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 36 LAMPIRAN ........................................................................................................................ 39 A.
Hasil Penelitian dan Perhitungan................................................................. 39
B.
Spesifikasi Minyak Pelumas Pertamina Meditran SX 15W-40. ................. 93
C.
Tabel Minyak Referensi .............................................................................. 94
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Contoh komponen-komponen permesinan yang saling kontak (a) ball bearing, (b) connecting rod............................................................. 1
Gambar 1.2
Kurva Stribeck ........................................................................................ 2
Gambar 2.1
Mekanisme gesekan dan aplikasinya di dunia nyata. ............................. 5
Gambar 2.2
Gaya gesek: (a) Pada bidang datar, (b) Pada bidang miring .................. 7
Gambar 2.3
Defenisi kekentalan melalui hukum Newton. ........................................ 8
Gambar 2.4
Kurva Stribeck. ....................................................................................... 11
Gambar 2.5
Perubahan koefisien gesek dan kekasaran sebagai fungsi waktu, jumlah kontak rolling atau jarak sliding................................................. 12
Gambar 2.6
Efek dari running-in: (a) tekanan rendah dan (b) tekanan. .................... 13
Gambar 2.7
Hydrodynamic lubrication...................................................................... 13
Gambar 2.8
Boundary lubrication.............................................................................. 14
Gambar 2.9
Mixed lubrication. .................................................................................. 14
Gambar 2.10 Tribometer pin-on-disc ........................................................................... 15 Gambar 2.11 Tribometer pin-on-ring ........................................................................... 16 Gambar 2.12 Tribometer block-on-ring ....................................................................... 16 Gambar 3.1
Diagram alir penelitian.. ......................................................................... 17
Gambar 3.2
Sistem kontak spesimen ......................................................................... 18
Gambar 3.3
Tribometer pin-on-ring ........................................................................... 19
Gambar 3.4
Akuisisi data Daqbook 260.. .................................................................. 20
Gambar 3.5
HBM Amplifier.. .................................................................................... 20
Gambar 3.6
Cincin ..................................................................................................... 21
Gambar 3.7
Pin........................................................................................................... 22
Gambar 3.8
Oli Pertamina Meditran SX 15W-40 ...................................................... 22
Gambar 3.9
Tranduser gaya normal.. ......................................................................... 24
Gambar 3.10 Tranduser gaya gesek.. ........................................................................... 25 Gambar 4.1
Kurva Stribeck pada pengujian pertama-keenam.. ................................. 29 xiii
Gambar 4.2
Kondisi running-in pada pengujian. ....................................................... 31
Gambar 4.3
Pengaruh running-in terhadap kurva Stribeck pada pengujian... ........... 32
Gambar 4.4
Perbandingan kurva Stribeck saat kondisi running-in pada penelitian Scholting dan Khafidh.. ......................................................... 33
Gambar 4.5
Perbandingan kurva Stribeck dengan variasi viskositas; (1) η = 6,5 Pa.s, (2) η = 0,362 Pa.s (referensi), (3) η = 0,0203 Pa.s, (4) η = 0,00113 Pa.s............................................................................................ 34
xiv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Klasifikasi SAE. .......................................................................................... 10 Tabel 3.1 Spesifikasi cincin......................................................................................... 21 Tabel 3.2 Spesifikasi pin. ............................................................................................ 22 Tabel 3.3 Spesifikasi oli SAE 15W-40. ...................................................................... 22 Tabel 4.1 Hasil pengujian pertama. ............................................................................. 26 Tabel 4.2 Hasil pengujian kedua. ................................................................................ 27 Tabel 4.3 Hasil pengujian ketiga. ................................................................................ 27 Tabel 4.4 Hasil pengujian keempat ............................................................................. 28 Tabel 4.5 Hasil pengujian kelima. ............................................................................... 28 Tabel 4.6 Hasil pengujian keenam .............................................................................. 29
xv
NOMENKLATUR
Simbol
Keterangan
Satuan
Fw
Gaya gesek
[N]
fs
Koefisien gesek statis
[-]
Fn
Gaya normal
[N]
fk
Koefisien gesek kinetis
[-]
τ
Tegangan geser fluida
[N/m2]
µ
Viskositas dinamik
[Pa.s]
u
Kecepatan relatif permukaan
[m/s]
h
Tebal lapisan pelumasan
[m]
v
Viskositas kinematik
[St]
ρ
Rapat massa
[g/cm3]
VI
Indeks viskositas
[-]
L
Viskositas minyak pelumas referensi (40oC)
[St]
U
Viskositas minyak pelumas referensi (100oC)
[St]
H
Viskositas dari pelumas spesimen
[St]
xvi
