RANCANG BANGUN TRIBOMETER TIPE PIN ON DISK DAN STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK TRIBOLOGI POLIMER POLIMER

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN TRIBOMETER TIPE PIN ON DISK DAN STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK TRIBOLOGI POLIMER POLIMER Oleh : Tegar Prayogi Dosen Pembimbing : Ir. Yusuf Kaelani, MSc.E PROGRAM SARJANA JURUSAN TEKNIK MESIN FTI ITS 2010

2 BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Material yang bergesekan akan mengalami keausan Dibutuhkan suatu alat uji untuk mengukur laju keausan pada material Material polimer memiliki beberapa kelebihan dibanding material lain

3 BAB 1. PENDAHULUAN 1.2 PERUMUSAN MASALAH Rancang bangun yang akan dibuat adalah sebuah alat uji Tribometer tipe pin on disk, dengan 2 parameter uji yang bisa divariasikan, yaitu variasi pembebanan dan variasi kecepatan. Studi karakteristik tribologi dari polimer polimer pada alat uji tribometer dengan permukaan kontak berpelumas dan tanpa pelumasan. Specific wear rate akan digunakan sebagai indikator karakteristik tribologi.

4 BAB1. PENDAHULUAN 1.3 BATASAN MASALAH Putaran AC motor dan load dianggap uniform Tidak ada material debris yang ikut menambah keausan Material PE1000 isoparametrik Kenaikan temperatur hanya disebabkan karena gesekan pada pin dan disk Kajian hanya dilakukan pada temperatur kerja PE1000

5 BAB1. PENDAHULUAN 1.4 TUJUAN 1. Rancang bangun tribometer tipe pin on disk 2. Mengetahui specific wear rate pada gesekan polimer - polimer PE1000 sebagai efek variabel sliding speed dan efek variabel load 3. Mengetahui efektifitas pelumas pada specific wear rate

6 BAB1. PENDAHULUAN 1.5 MANFAAT Tribometer yang dapat digunakan untuk memprediksi umur komponen dengan mengetahui volume keausan Jenis material yang diujikan dapat diganti sesuai kebutuhan (metal - metal, polimer - metal, polimer - polimer, dan sebagainya) Pengujian dapat dilakukan dengan berbagai jenis pelumasan (oli, grease, parafin, dan sebagainya)

7 BAB2. DASAR TEORI ARCHARD EQUATION V K W. L k. H W. v k. H k H Keterangan: V : volume keausan mm 3 k : koefisien keausan W : load N L : panjang lintasan m H : hardness material Pa Ψ : wear rate m 3 /s v : sliding speed m/s K : Specific wear rate mm 3 /N.m

8 BAB2. DASAR TEORI TRIBOMETER (a) pin-on-disk (b) pin-on-flat (c) pin-on-cylinder (d) thrust washer (e) pin-into-bushing (f) rectangular flats on rotating cylinder crossed cylinder (g) four ball

9 BAB3. METODOLOGI START Studi Pustaka dan Predesign Alat Uji Rancang Bangun Alat Uji (kelebihan) - Speed Control (Selectable) - Load Control (Adjustable) DIAGRAM ALIR Persiapan Spesimen Uji - Pin specimen : Silinder pejal - Disk specimen : Silinder pejal - Properties : rho (gr/m3) - Radius : R (m) Pengujian 1 : Dry Sliding K V m K F. L F. L. Pengujian 1.1 sd 1.25 Dry Sliding with variable sliding speed v (m/s) and variable load (Newton) - Fixed : s = 600 m - Var : v1, v2, v3, v4, v5 (m/s) - Var : F 1, F 2, F 3, F 4, F 5 (N) A

10 BAB3. METODOLOGI A Pengujian 2 : Oil Lubrication DIAGRAM ALIR (LANJUTAN) Pengujian 2.1 sd 2.25 Oil Lubrication with variable sliding speed (m/s) and variable load Control (Newton) - Fixed : s = 600 (m) - Var : v1, v2, v3, v4, v5 (m/s) - Var : F 1, F 2, F 3, F 4, F 5 (N) Penyusunan data dan pembuatan Grafik "Specific wear rate" dry sliding and oil lubrication versus : - v (sliding speed) - F (load) K V m K F. L F. L. Analisa dan Pembahasan Grafik "specific wear rate" sebagai : - Effect of variable speed - Effect of variable load - Effect of lubrication END

11 BAB3. METODOLOGI HASIL RANCANG BANGUN TRIBOMETER Sliding speed range Disc rotation speed Maximum normal load Frictional force Wear measurement range mm/s 8-60 rpm 150 N N 10 mm Pin size 8 15 mm diameter / diagonal Disc size 100 mm diameter x 20 mm tebal Wear track diameter mm

12 BAB3. METODOLOGI Speed control Rpm KALIBRASI SPEED CONTROL Diameter wear track d (m) Panjang track s (m) t (menit) t (menit)

13 BAB3. METODOLOGI PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin 3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan

14 BAB3. METODOLOGI PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin 3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan

15 BAB3. METODOLOGI PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin 3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan

16 BAB3. METODOLOGI PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin 3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan

17 BAB4. ANALISA HASIL Gambar 4.1 Efek load terhadap laju keausan polimer untuk kondisi dry sliding DRY SLIDING LOAD > SC. KONSTAN

18 BAB4. ANALISA HASIL Gambar 4.2 Efek load terhadap laju keausan polimer untuk kondisi grease lubrication GREASE LUBRICATION LOAD > SC. KONSTAN

19 BAB4. ANALISA HASIL Gambar 4.3 Efek sliding speed terhadap laju keausan polimer untuk kondisi dry sliding DRY SLIDING SC > LOAD KONSTAN

20 BAB4. ANALISA HASIL Gambar 4.4 Efek sliding speed terhadap laju keausan polimer untuk kondisi grease lubrication GREASE LUBRICATION LOAD > SC. KONSTAN

21 BAB4. ANALISA HASIL Gambar 4.5 Efek load terhadap laju keausan polimer gabungan dry siding dan grease lubrication GABUNGAN LOAD > SC. KONSTAN

22 BAB4. ANALISA HASIL Gambar 4.6 Efek sliding speed terhadap laju keausan polimer gabungan dry siding dan grease lubrication GABUNGAN LOAD > SC. KONSTAN

23 BAB4. ANALISA HASIL PENGUJIAN PIN DAN DISK PADA LOAD 2 KG DAN SPEED CONTROL 80 Pin Disk

24 BAB4. ANALISA HASIL PENGUJIAN PIN DAN DISK DRY SLIDING PADA LOAD 10 KG DAN SPEED CONTROL 100 Pin Disk

25 BAB4. ANALISA HASIL Gambar 4.7 Kenaikan temperatur gesekan pin dan disk pada kondisi dry sliding dan grease lubrication

26 BAB5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Pada kondisi dry sliding dengan sliding speed konstan dan penambahan load didapatkan nilai specific wear rate K yang naik, sebagai contoh pada sliding speed m/s (speed control 20) pada : load 2 kg didapat nilai K = 0, ^(-4) mm ^3/Nm load 4 kg didapat nilai K = 2, ^(-4) mm ^3/Nm load 6 kg didapat nilai K = 4, ^(-4) mm ^3/Nm load 8 kg didapat nilai K = 5, ^(-4) mm ^3/Nm load 4 kg didapat nilai K = 10, ^(-4) mm ^3/Nm 2. Pada kondisi dry sliding dengan load konstan dan penambahan sliding speed didapatkan nilai specific wear rate K yang naik, sebagai contoh load 8 kg pada : Sliding speed nilai K = 5, ^(-4) mm ^3/Nm Sliding speed nilai K = 7, ^(-4) mm ^3/Nm Sliding speed nilai K = 10, ^(-4) mm ^3/Nm Sliding speed nilai K = 11, ^(-4) mm ^3/Nm Sliding speed 0.25 nilai K = 11, ^(-4) mm ^3/Nm

27 BAB5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan (Lanjutan) 3. Pengujian keausan pada kondisi grease lubrication menghasilkan nilai specific wear rate yang relatif konstan K < ^(-4) mm ^3/Nm. Hal ini disebabkan karena dengan adanya pelumas, mampu menurunkan nilai koefisien gesekan, akibatnya laju keausan pun rendah. 4. Grease sangat efektif untuk mengurangi laju keausan karena grease berfungsi sebagai pelumas untuk menurunkan laju keausan dan berfungsi sebagai pendingin untuk menurunkan temperatur gesekan antara pin dan disk.

28 BAB5. KESIMPULAN DAN SARAN Saran Pengembangan desain rancang bangun tribometer dengan menggunakan load cell dengan digital meter, sehingga akurasi dan pembacaan pembebanan padapin akan lebih baik. Pengembangan studi untuk variasi tipe polimer yang berbeda. Pengembangan studi untuk variasi beberapa jenis pelumas yang berbeda. Pengembangan studi untuk variasi panjang lintasan pin pada disk. Pengembangan studi untuk pembebanan yang berbeda, dengan hanya mengganti jenis pegas yang berbeda.

29 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR PUSTAKA Bhushan, Bharat, Principles and Applications of Tribology, John Wiley & Sons Inc., 1999 Jia, Bin-Bin, Tong-Sheng Li, Xu-Jun Liu, and Pei-Hong Cong, Tribological behaviors of several polymer polymer sliding combinations under dry friction and oil-lubricated condition, Journal at Wear 262 pp , Elsevier, 2007 Kato, Koji, Modern Tribology Handbook : Ch.7 Wear Mechanisms, CRC Press LLC, 2001 K.C. Ludema, Friction, Wear, Lubrication : A Textbook in Tribology, CRC Press Inc.,

30

31

32 LAMPIRAN (PROPERTIES PE1000)

33 MEKANISME KEAUSAN

34 BAGIAN HOLDER

35 Bin-Bin Jia, Tong-Sheng Li, Xu-Jun Liu, Pei-Hong Cong Tribometer pin on disk Gambar 2.22 Efek variasi load (grafik kiri) dan efek variasi sliding speed (grafik kanan) terhadap specific wear rate material polimer (a) PTFE (b) PA66

36

37