pelumasan dan teknologinya

1. Tribologi

Tribology berasal dari kata tribos (bahasa Yunani yang berarti rubbing, dan logy atau logia artinya studi. Tribologi adalah studi tentang interaksi atau rubbing dari permukaan yang saling bergerak relatif..

Walaupun penggunaan pelumas sudah dimulai sejak jaman kuno, misalnya pada peralatan seperti roda pembuatan keramik, engsel pintu, roda kereta, seluncur untuk menyeret batu besar/patung di Mesir dll. Namun pembahasan secara ilmiah terhadap teknologi pelumas dan pelumasan ini relatif baru. Perumusan pertama hukum tribologi baru mengemuka pada abad 15, pada saat itu insinyur-artis, Leonardo da Vinci (1452-1519), menemukan bahwa gaya friksi sebanding dengan gaya normal. Terminologi TRIBOLOGI diperkenalkan baru sekitar tahun 1966 sebagai ilmu sain tentang friksi (friction), keausan (wear) pelumasan (lubrication), dan sudah digunakan secara global untuk menggambarkan aktifitas yang jangkauannya luas ini.

Friction biasanya merupakan cabang ilmu dari bidang teknik mesin ataupun fisika. Wear biasanya bagian dari ilmu bahan atau metalurgi. Lubrication adalah cabang dari Tribology. Dengan demikian tribologi adalah ilmu indisipliner dalam semua aspek, dan memberikan dasar sain untuk memahami fenomena gesekan dan pelumasan dalam sistim tribologi. Efisiensi pelumasan dan aplikasi pelumas selanjutnya tergantung pada paremeter kunci seperti konsistensi, properti aliran atau viskositas untuk cairan yang selalui muncul pada spesifikasi semua pelumas.

2. Friksi (Friction)

Friksi adalah gaya yang menahan gerakan sliding atau rolling satu benda terhadap benda lainnya. Friksi merupakan faktor yang penting dalam mekanisme operasi sebagian besar peralatan atau mesin.

Friksi besar (high friction) dibutuhkan untuk bekerjanya mur dan baut, klip kertas, penjepit (tang catut), sol sepatu, alat pemegang dll. Gaya friksi dibutuhkan pada saat kita jalan agar tidak terpeleset. Friksi juga dibutuhkaan agar dapat menumpuk pasir, apel dll.

Namun friksi juga merupakan tahanan tehadap gerakan yang bersifat merugikan 20% tenaga mesin mobil dipergunakan untuk mengatasi gaya friksi pada elemen mesin yang bergerak.

Oleh karena itu friksi kecil (low friction), dikehendaki untuk benda yang bergerak seperti mesin tenaga (engine), ski, elemen arloji/jam dll.

Disamping itu juga dibutuhkan friksi konstan (constant friction) yaitu untuk rem, dan kopling agar geakkan tidak tersendat sendat.

Friksi telah dipelajari sebagai cabang mekanika beberapa ratus tahun yang lalu, dan hukum dan metode untuk memperkirakan besarnya friksi telah diketahui 2 abad lalu. Namun mekanisme friksi, yaitu proses hilangnya energi jika dua permukaan saling bergesek tidak dapat diterangkan dengan baik.

Penyebab utama friksi antara dua logam kelihatannya adalah gaya tarik (adesi) daerah kontak (contact region) dari permukaan yang secara mokroskopik tidak beraturan. Jika diperbesar permukaan menyerupai bukit dan lembah.

Jika ada beban, ketika 2 permukaan bersinggungan, dua bukit menempel (adesi atau menyatu) atau terkunci dilembah permukaan dihadapannya. Friksi timbul akibat adanya geseran (shearing) bukit yang menyatu tersebut dan jua akibat ketidak teraturan permukaan.tersebut, bagian yang keras tertanam kepada bagian lunak. Friksi dari slidding dua benda padat yang diperoleh dari ekperimen sederhana menghasilkan kesimpulan sbb :

1. Besarnya friksi hampir tidak bergantung pada luas kontak. Jika sebuah bata ditarik diatas meja, gaya friksi tetap sama, baik posisi bata berdidri ataupun tidur. (Leonardo da Vinci (1452-1519)
2. Friksi berbanding lurus dengan beban yang bekerja pada permukaan.
   Jika bata ditumpuk empat ditarik diatas meja, besarnya friksi empatkalinya friksi satu batayang ditarik..

Jadi rasio gaya friksi F terhadap beban L adalah tetap. Rasio yang tetap tersebut disebut koefisen friksi (coefficient of friction ) dan biasanya diberi simbol huruf Yunani mu. Secara matematik persamaan dapat ditulis sbb :

Koefisien friksi tidak punya satuan, karena friksi dan beban yang diukur dalam satuan gaya (pound atau Newton) saling meniadakan.

Sebagai contoh : Harga koefisien friksi =0,5 untuk kasus bata ditarik diatas kayu yang berarti bahwa dibtuhkan gaya sebesar setengah dari berat bata untuk mengatasi friksi, dan menjaga bata bergerak secara konstan. Gaya friksi arahkan berlawanan dengan arah gerak bata. Karena friksi timbul antara permukaan yang bergerak maka ini disebut friksi kinetik (kinetic friction).

Ini untuk membedakan dengan friksi statik (static friction), yang bekerja pada permukaan yang diam. Harga friksi statik selalu lebih besar dari friksi kinetik Friksi rolling (rolling friction) terjadi jika suatu roda, slinder ataupun bola menggelinding bebas diatas permukaan, sepertihalnya pada ball tau roller bearing. Sumber friksi utama dalam gerakan rolling adalah disipasi energi yang meilbatkan deformasi benda. Jika bola keras menggelinding diatas permukaan, bola sedikit peyang dan permukaan sedikit legok pada daerah kontak. Deformasi elastik atau kompresi pada daerah kontak tersebut merupakan penghambat gerakan dan energinya tidak kembali saat benda kembali ke bentuk semula. Enegi yang hilang pada kedua bagian permukaan sama dengan energi yang hilang pada bola yang jatuh dan terpantul. Besarny friksi slidding pada umumnya 100 sampai 1000 kali lebih besar dibandingkan dengan friksi rolling.Keuntungan gerakan rolling dipahami oleh manusia pendahulu sehingga ditemukan roda.

3. Keausan (wear)

Keausan (wear) adalah hilangnya materi dari permukaan benda padat sebagai akibat dari gerakan mekanik. Keausan umumnya sebagi kehilangan materi yang timbul sebagai akibat interaksi mekanik dua permukaan yang bergerak slidding dan dibebani. Ini
merupakan fenomena normal yang terjadi jika dua permukaan saling bergesekan, maka akan ada keausan atau perpindahan materi.

Contohnya uang logam manjadi tumpul setelah lama dipakai akibat bergesekan dengan kain dan jari manusia. Pensil mejadi tumpul akibat bersesek dengan kertas, jalan kerena menjadi legok atau tumpul akibat digelindingi oleh roda kereta terus menerus..
Hanya makhluk hidup (sendi tulang) yang tidak rusak akibat keausan disebabkan memilki kemampuan penyembuhan diri. Dengan pertumbuhan. Namun ada juga organ yang tidak punya kemampuan pulih, misalnya gigi. Studi tentang keausan secatra sistematik dihampat oleh dua faktor utama yaitu;
1. Adanya sejumlah mekanisme proses keausan yang bekerja terpisah.
2. Kesulitan mengukur jumlah kecil materi yang terlibat.

Kesulitan ini dapat diatas menggunakan teknik penelusuran (tracer techniques) isotop radioaktif yang memnungkinakn pengukuran jumlah kecil.

Dikenal ada jenis keausan 4 jenis keausan yaitu sebagai berikut :
Adhesive wear adalah jenis yang paling umum, timbul apabila terdapat gaya adesi kuat diantara dua materi padat. Apabila dua permukaan ditekan bersama maka akan terjadi kontak pada bagian yang menonjol. Apabila digeser maka akan terjadi penyambungan dan jika geseran dilanjutkan akan patah. Dan jika patahan tidak terjadi pada saat penyambungan maka yang timbul adalah keausan. Keausan adesi tidak diinginkan karena dua alasan :

1. Kehilangan materi pada akhirnya membawa pada menurunnyanya unjuk kerja suatu mekanisme.
2. Pembentukan partikel keausan pada pasangan permukaan slidding yang sangat rapat dapat menyebabkan mekanisme terhambat atau mahkan macet, padahal umur peralatan masih baru.

Keausan adesi beberapa kali lebih besar pada kondisi tanpa pelumasan dibandingkan kondisi permukaan yang dipplumasi dengan baik.

Keausan abrasi (abrasive wear) terjadi apabila permukaan yang keras bergesekan dengan permukaan yang lebih lunak., meninggalkan goresan torehan pada permukaan lunak.

Abrasi juga bisa disebabkan oleh patahan partikel keras yang bergeser diantara dua permukaan lunak. Fragmen abrasif yang ada dalam fluida mengalir cepat juga dapat menyebabkan tertorehnya permukaan, jika membentur permukaan pada kecepatan tingiii. Karena keausan abrasi terjadii oleh adanya partikel lebih keras dari permukaan masuk sistem, maka pencegahannya adalah dengan mengeliminasi komtaminan keras.

Corrosive wear occurs whenever a gas or liquid chemically attacks a surface left exposed by the sliding process. Normally, when a surface corrodes, the products of corrosion (such as patina) tend to stay on the surface, thus slowing down further corrosion. But, if continuous sliding takes place, the sliding action removes the surface deposits that would otherwise protect against further corrosion, which thus takes place more rapidly. A surface that has experienced corrosive wear generally has a matte, relatively smooth appearance.

Surface-fatigue wear is produced by repeated high stress attendant on a rolling motion, such as that of metal wheels on tracks or a ball bearing rolling in a machine. The stress causes subsurface cracks to form in either the moving or the stationary component. As these cracks grow, large particles separate from the surface and pitting ensues. Surfacefatigue wear is the most common form of wear affecting rolling elements such as bearings or gears. For sliding surfaces, adhesive wear usually proceeds sufficiently rapidly that there is no time for surface-fatigue wear to occur.

Though the wear process is generally thought of as harmful, and in most practical situations is so, it has some practical uses as well. For example, many methods of producing a surface on a manufactured object depend on abrasive wear, among them filing, sanding, lapping, and polishing.

Many writing instruments, principally the pencil, crayon, and chalk, depend for their effect on adhesive wear. Another use is seen in the wear of the incisor teeth of rodents. These teeth have hard enamel covering along the outer curved surface but only soft dentine on the inner surface.

Hence, abrasive and adhesive wear, which occurs more rapidly on the softer side, acts to maintain a sharp cutting edge on the teeth.

4. Pelumasan (Lubrication)

Pelumasan adalah tindakan menempatkan pelumas antara permukaan yang saling bergeser untuk mengurangi keausan dan friksi. Pengembangan dan uji pelumas merupakan aspek tribologi yang menerima perhatian sangat besar. Satu perusahaan pelumas bisa memasarkan ratusan jenis pelumas dan tidak ada.

Penggunakan pelumas pada jaman kuno, seperti tergambar pada relief dinding batu di Mesir 4,000 yl., yaitu orang melumasi jalan saat menyeret patung batu yang berat. Pelumasan pada jaman modern, sistim pelumasan didesain untuk mengurangi keausan alat sehingg dapat beroperasi lama dan tanpa pemeliharaan.

Alam menggunakan cairan yang disenbut synovial fluid pada pelumasan tulang sendi hewan dan manusia. Sedangkan manusia jaman prasejarah menggunakan lumpur untuk menarik seluncur.

Pelumas dari lemak binatang dipakai untuk gerobak pertama, dan terus digunakan sampai abad 19 ketika industri minyak bumi (petroleum) muncul, yang kemudian mejadi sumber utama pelumas mineral (mineral oil) atau pelumas petro (petroleum lubricant).
Kemampuan pelumas petro terus dikembangkan untuk memenuhi bervariasi kebutuhan spesifik seperti sepeda motor, mobil, pesawat, mesin turbo, kereta api, mesin pembangkit tenaga dll. dan tuntutan bertambahnya kecepatan dan kapasitas mesin transportasi maupun mesin industri.

Zaman jet dan ruang angkasa memperbaharui minat orang pada pelumas sintetik (synthetic lubricants) karena menawarkan unjuk kerja superior dibandingkan pelumas petro. Minyak lumas sintetik walaupun sudah banyak dipasarkan namun harganya masih beberapa kali lebih mahal dibandingkan dengan pelumas petro konvensional.

Akhir-akhir ini kepedulian orang terhadap lingkungan memperbarui minat pada pelumas bio dari minyak nabati (vegetable oils) yang bersifat ramah lingkungan.

Jenis pelumasan

Ada tiga jenis pelumasan yaitu pelumasan oleh lapisan cairan (Fluid-film), pelumasan Batas ( Boundary Lubrication), Pelumasan padat ( Solid Lubrication):

1. Pelumasan Lapisan Fluida (Fluid-film lubrication)
Pelumasan ini dilakukan dengan menyisipkan (interposing) lapisan cairan yang dapat memisahkan secara sempurna permukaan yang bergerak. Lapisan cairan mungkin secara sengaja disediakan seperti minyak lumas pada bantalan (bearings) atau tanpa
sengaja misalnya air yang tergenang di jalan dan roda mobil.

Meskipun umumnya fluida berupa cairan, tetapi dapat juga dari gas. Gas yang digunakan umumnya adalah udara. Untuk menjaga agar permukaan tetap terpisahkan maka perlu adanya kesetimbangan antara gaya tekanan oleh lapisan fluida dan gaya beban pada permukaan yang bergesek.

Jika tekanan antara dua permukaan ditimbulkan oleh hasil gerakan dan bentuk daari permukaan tersebut, sistim ini disebut pelumasan hidrodinamik (hydrodynamic lubrication). Jenis pelumasan ini bergantung pada viskositas dari pelumas cair.
Jika tekanan fluida diantara dua permukaan diberikan dari luar, misalnya pompa, pelumsan ini disebut pelumasan hidrostatik (hydrostatic lubrication).

2. Pelumasan Batas (Boundary lubrication)
Suatu kondisi antara pelumasan lapisan fluida dan keadaan tanpa pelumas dan ada disebut pelumasan batas (boundary lubrication). Pada kondisi ini properti permukaan dan properti pelumas menentukan besarnya friksi sistim ini. Pelumasan batas menunjukkan salah satu fenomena pelumasan yang sangat penting, yang dijumpai terutama pada saat mesin start dari keadaan berhenti.

3. Pelumasan Padat (Solid lubrication)
Materi padat seperti graphite, molybdenum disulfide (Moly) dan PTFE (Teflon) digunakan secara luas jika pelumas biasa tidak memiliki kemampuan menahan beban dan suhu yang ektrim. Pelumas tidak hanya dari lemak, serbuk, gas tapi juga kadang bahan
logam dipakai sebagai permukaan gesek pada beberapa mesin.

Beberapa puluh tahun terakhiri ini juga dikenal jenis pelumas baru yang disebut pelumas sol (sol-lube). Pelumas ini merupakan koloid, yaitu suspensi pelumas padat dalam pelumas cair.

6. Apa yang ditawarkan oleh Tribologi ?

Fenomena yang menjadi perhatian tribology sangat fundamental dan sering ditemui dalam kehidupan manusia, dalam lingkungan benda padat. Aplikasi tribologi yang telah memberikan kemudahan bagi kehidupan kuno, juga diperlukan bagi kehidupan modern,
seperti yang terdapat pada banyak sistim mekanik yang bekerja berdasarkan nilai friction, lubrication and wear. Dilain pihak dapat dijumpai efek tribologi yang menciptakan kebisingan, sehingga diperlukan kehati hatian dalam mendesain sistim, agar tidak
menciptakan ketidak nyamanan akibat masalah friksi ataupun keausan berlebihan.

Secara umum dapat dikatakan bahwa friksi biasanya membuang energi yang cukup besar, sedangkan keausan adalah membuang waktu produksi, karena harus mengganti komponen mesin. Oleh karena itu tribologi mendapatkan perhation yang semakin meningkat karena disadari bahwa energi yang terbuang akibat friksi dan wear sangat besar (di USA lebih dari 6% Gross National Product [GNP]). Oleh karena itu potensi yang dijanjikan dengan memperbaiki pengetahuan tribologi juga akan besar.

Seiring dengan perkembangan peralatan modern yang sangat komplek, kecepatan dan panas tinggi, tribologi menawarkan suatu metode mengendalikan keausan berdasarkan pendekatan sistematis dengan mengintegrasikan berbagai disiplin ilmu pengetahuan seperti mekanika fluida, metalurgi, fisika-kimia permukaan dan pelumas.

Tujuan Penerapan Tribologi

• Meningkatkan pengertian apa yang terjadi diantara dua permukaan yang saling bergesek.
• Mengoptimalkan unjuk kerja peralatan
• Mengurangi keausan dan konsumsi energi
• Strategi Penyelesaian berdasarkan :

1. Pengetahuan yang mendalam tentang mekanisme dasar pelumasan,.
2. Pengembangan pelumas yang dapat memberi unjuk kerja baik pada kondisi temperatur, tekanan, dan lingkungan tertentu.
3. Penyempurnaan desain dan geometri componen mesin yang mengurangi gesekan dan keausan serta jumlah pelumas yang disuplai.
4. Pemilihan bahan yang lebih tahan.

Penerapan pengetahuan tribologi menjajikan penghematan sebagai berikut
- Manpower savings
- Lubricant savings
- Invesment saving
- Less frictional dissipation
- Longer life of machines
- Fewer breakdown
- Less mantenance and replacement

[readon url="download/file/366-teknologi-pelumasan.html"]Download E-book Lengkap[/readon]