Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Pengertian Pelumas Pelumas adalah minyak lumas dan gemuk lumas yang berasal dari minyak bumi, bahan sintetik, pelumas bekas dan bahan lainnya yang tujuan utamanya untuk pelumasan mesin dan peralatan lainnya . Sesuai dengan namanya, fungsi utama pelumas adalah untuk memberikan lapisan minyak antara dua permukaan
yang bergeser satu sama lain, sehingga dapat
mencegah keausan dan
memperkecil kehilangan daya. Disamping itu
pelumas juga harus dapat mengalir dengan bebas sehingga panas yang timbul karena gesekan dapat dihilangkan. Banyaknya ragam mesin yang menggunakan pelumas menyebabkan juga jenis pelumas menjadi sangat banyak. Pelumas adalah bahan penting bagi kendaraan bermotor. Memilih dan menggunakan
pelumas
yang
baik
dan
benar
untuk
kendaraan
bermotor,merupakan langkah tepat untuk merawat mesin dan peralatan kendaraan agar tidak cepat rusak dan mencegah pemborosan.
6
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli 2.2
Fungsi Bahan Pelumas Pada umum bahwa fungsi utama oli tidak hanya sebagai pelumas mesin, padahal oli memiliki peranan yang sangat penting yakni sebagai berikut :
2.2.1. Mengurangi gesekan Dengan mengurangi gesekan berarti akan mengurangi juga energi dan juga mengurangi pemanasan lokal. Film yang dihasilkan oli diantara permukaan logam tidak lebih dari sekedar melumasi. Dengan komponen mesin didalam terjadi kontak satu sama lain, motor minyak juga memberikan perlindungan terhadap keausan. Namun, ada cara lain oli dalam melindungi mesin. Oli mesin harus melindungi terhadap korosi dari komponen. Oksidasi dari minyak dan kontaminasi melalui kondensasi dan pembakaran oli, BBM dan udara, semua menyebabkan asam dalam oli mesin. Jika asam ini dibiarkan untuk terjadinya kontak dengan komponen mesin, korosi akan terjadi dan terjadi kerusakan komponen secara prematur. Jadi Oli mesin dirancang untuk memerangi asam tersebut.
2.2.2. Mengurangi Wear ( gram ) Suatu kebutuhan menjaga peralatan agar tetap bisa beroprasi untuk periode yang lama dan bekerja secara efisien. Jika sebuah mesin tidak terjaga tetap bersih, maka tidak dapat terjaga tetap efisien. Deposit kotoran dalam sebuah mesin meningkatkan beban kerja dan mengurangi efisiensi bahan bakar yang secara umum mengurangi
7
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli kinerja mesin. Selain itu, bahan yang mengkontaminasi oli yang tidak terkontrol dapat menyebabkan keausan yang tak terhitung dalam sebuah mesin Setiap partikel yang lebih besar dari 5 - 20 microns dalam ukuran (tergantung pada kendaraan) akan menyebabkan kerusakan yang serius mesin jika tidak dikurangi atau dihilangkan. Meskipun penyaringan memainkan peran utama di kawasan ini, oli juga berperan ini dengan mencegah terbentuknya deposit dalam mesin dan dengan memegang kontaminan hingga dapat disaring oleh filter oli.
2.2.3. Pendingin Di dalam engine, pelumas juga berfungsi sebagai zat penukar panas antara bagian-bagian yang terpanasi akibat pembakaran ( misal : piston ) dan system pelepas panas. Pada system yang lain, pelumas sebagai pelepas panas dari hasil gesekan atau kerja mekanik lainnya. Oli bertanggung jawab sebagian besar proses pendingin mesin. Radiator hanya bertanggung jawab untuk mendinginkan bagian atas dari mesin sedangkan bagian crankshaft, camshaft, timing gear, piston, main and connecting rod bearing dan banyak komponen lain yang penting didinginkan oleh oli dalam mesin. Panas dihasilkan dari proses pembakaran dan gesekan dari moving parts, oli secara langsung membawa panas keluar dari mesin ke penampung oli. Dari sini dilepaskan ke udara disekitar penampungan oli.
8
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli
2.2.4. Anti korosi Baik dari hasil degradasi pelumas atau akibat kontaminasi hasil pembakaran, pelumas bias bersifat asam dan menjadi korosi pada logam. Adanya uap air dapat juga menyebabkan karat pada besi, oleh sebab itu pelumas harus bias menanggulangi efek-efek tersebut.
2.3
Standar Pelumas Hingga
tahun
1992
hanya
ada
tiga
organisasi
di
dunia
yang
menetapkan spesifikasi dan klasifikasi minyak pelumas untuk mobil penumpang, truk ringan dan kendaraan angkutan barang. Organisasi ini adalah
API,
SAE dan ASTM. API adalah bertanggung jawab untuk
mengatur sertifikasi dan perijinan mengembangkan susunan kata dari
pelumas
mesin/motor
spesifikasi
pelumas
dan
juga
mesin/motor
baru. Spesifikasi baru tersebut diterapkan atas permohonan pabrikan kendaraan
pada
saat
mereka menemukan bahwa spesifikasi tertentu
atau berbagai spesifikasi yang ada telah tidak sesuai dengan kendaraan produksinya. SAE adalah suatu organisasi profesional untuk mobilitas para profesional rancang bangun di dunia permobilan dan kendaraan angkutan barang industri. Organisasi ini pengembangan
standard
untuk
rancang
bangun tentang sarana angkut bertenaga mesin dalam segala bentuk, mencakup
kereta,
mobil,
truk, perahu, pesawat terbang dan lainnya.
Sedangkan ASTM adalah organisasi yang menggambarkan target dan parameter capaian untuk masing-masing spesifikasi yang dikembangkan
9
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli oleh SAE. Setelah tahun 1992 berkembang kembali organisasi yang lain seperti ACEA, ISO, AIAM, AAIA, JASO dan lainnya. Hingga saat ini belum ada persyaratan khusus sebagai standar pelumas yang beredar di Indonesia. Spesifikasi pelumas yang beredar di dalam negeri masih mengacu
pada
standar
Internasional.
Persyaratan
pelumas yang
digunakan umumnya disesuaikan dengan anjuran yang diberikan oleh pabrik pembuat mesin, sesuai dengan tugas mesin yang bersangkutan. Mengenai mutu pelumas mesin, digunakan dasar klasifikasi yang umum berlaku,
yaitu
klasifikasi
viskositas
menurut
Society
of
Automotive Engineers (SAE), klasifikasi menurut American Petroleum Institute (API). Juga
klasifikasi viskositas minyak
pelumas industri
menurut ASTM (ASTM D 2422), dan klasifikasi viskositas menurut SAE untuk minyak pelumas transmisi.
2.3.1 Klasifikasi Pelumas Mesin Menurut SAE Society of Automotive Engineers membagi pelumas mesin ke dalam bilangan viskositas SAE (SAE viscosity number) yang didasarkan kepada daerah viskositas pelumas pada suhu tertentu. Klasifikasi minyak pelumas menurut SAE tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1. Dengan digunakannya aditif yang dapat memperbaiki indeks viskositas (viscosity index improver) yang dapat menaikkan viskositas pelumas pada suhu tinggi, maka disamping pelumas karter
single
grade,
banyak digunakan
juga
pelumas
karter
multigrade, seperti pelumas karter SAE 5W-40, SAE 5W-50, SAE
10
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli 10W-40, dan SAE 10W-50. Pelumas karter 10W-50 berarti bahwa pelumas
ini
dapat
digunakan
untuk
melumasi mesin yang
memerlukan pelumas dari SAE 10W sampai SAE 50W. Disamping mencegah keausan mesin, pelumas karter juga berfungsi untuk menjaga agar karter, sistem pelumasan dan bagian-bagian yang dilumasi tetap bersih, sebagai pendingin dan sebagai sekat torak. Tabel 2-1. Klasifikasi Minyak Pelumas Menurut SAE SAE Viscosity Maximum Number
CCS Viscosity
Maximum borderline Pumping temperature
Vk 100cSt
0
Vd ( poise )
0
C
min
max
0W
-30
32.5
-35
3.8
-
5W
-25
35
-30
3.8
-
10W
-20
35
-25
4.1
-
15W
-15
35
-20
5.6
-
20W
-10
45
-15
5.6
-
25W
-5
60
-10
9.3
-
20
5.6
< 9.3
30
9.3
< 12.5
40
12.5
< 16.3
50
16.3
< 21.9
C
(E.Karyanto, Penuntun praktikum teknologi perlengkapan mesin diesel hal.11)
2.3.2. Klasifikasi Pelumas Mesin Menurut API Menurut American Petroleum Institute (API), pada awalnya minyak pelumas karter dibagi menjadi dua kelompok, yaitu
11
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli pelumas untuk mesin motor bensin, yang diberi kode huruf M, dan pelumas untuk motor diesel,
yang
diberi
kode
huruf
D.
Selanjutnya berdasarkan berat ringannya kondisi pelayanan mesin, digunakan tambahan huruf L (light), M (medium) dan S (severe) untuk minyak pelumas mesin motor bensin, dan
imbuhan
G
(general), M (medium) dan S (severe) untuk pelumas mesin motor diesel. Sehingga untuk
pelumas mesin motor bensin
dengan kondisi pelayanan ringan, sedang dan berat berturutturut digunakan kode ML, MM dan MS. Sedangkan untuk pelumas mesin motor diesel untuk kondisi pelayanan yang sesuai digunakan kode DG, DM dan DS. Pada perkembangan waktu, API bekerjasama dengan ASTM dan SAE membuat klasifikasi baru, yang dirancang berdasarkan uji mesin (engine test)
dan
kinerja
ini digunakan
(performance
level).
Dalam
klasifikasi
tingkat
kode huruf S (singkatan dari service station) bagi pelumas mesin bensin. Sedangkan bagi pelumas motor diesel digunakan kode huruf C (singkatan dari kata commercial wholesalers). Selanjutnya untuk kedua jenis minyak pelumas ini digunakan imbuhan huruf alfabet A, B, C dan seterusnya. Arti kode dalam klasifikasi pelumas menurut API, ASTM,
SAE
untuk mesin bensin dan
disel.
Arti Kode Dalam Klasifikasi Minyak Pelumas (Menurut API) (E.Karyanto, Penuntun praktikum teknologi perlengkapan mesin diesel hal.12-14)
12
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli UNTUK MESIN BENSIN
SA
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin-mesin lama yang bekerja pada kondisi yang relatif ringan dan tidak mengunakan aditif
BA
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin-mesin lama yang bekerja pada kondisi yang relatif ringan dan hanya mengandung aditif antioksidan.
SC
Minyak pelumas ini diganakan untuk mesin buatan 1964 sampai tahun 1967 dan yang mampu mengurangi terjadinya seposit pada suhu tinggi dan suhu rendah, mampu melindungi bagian-bagian mesin terhadap terjadinya keausan, karat dan korosi.
SD
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin buatan tahun 1968 sampai tahun 1971 dan merupakan penyempurnaan dari minyak pelumas katagori SC yang lebih mampu mencegah terjadinya deposit pada suhu tinggi dan suhu rendah, mampu melindungi bagian-bagian mesin terhadap terjadinya keausan, karat dan korosi.
13
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli SE
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin buatan tahun 1972 sampai dengan tahun 1979 yang tahan terhadap oksidasi, mampu mencegah terjadinya karat dan korosi
SF
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin buatan tahun 1980
ke atas dan mempunyai kemampuan yang lebih
baikdibandingkan dengan minyak pelumas katagori SE.
SG
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin buatan mulai tahun 1990 dan mempunyai kemampuan yang lebih baikdibandingkan dengan minyak pelumas katagori SF.
UNTUK MESIN DIESEL
CA
Minyak pelumas ini digunakan untk mesin diesel lama yang bekerja pada kondisi yang relatif ringan dengan bahan bakar yang berkualitas tinggi dengan kadar belerang sampai 0,4 % berat. Mampu mencegah terjadinya korosi dan pembentukan deposit pada suhu tinggi. Dapat juga digunakan untuk mesin bensin dengan pelayanan ringan.
CB
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin diesel lama yang bekerja pada kondisi yang relatif ringan sampai dengan bahan bakar dengan kualitas lebih rendah dengan
14
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli kadar belerang tinggi sampai 1,7 % berat.
Mampu
memberikan perlindungan mesin terhadap keausan dan timbulnya deposit.
CC
Minyak pelumas ini digunakan untuk
mesin diesel yang
dilengkapi dengan supercharger yang bekerja pada kondisi sedang sampai berat. Dapat juga digunakan untuk mesin bensin dengan kondisi kerja berat. Mampu melindungi bagian mesin terhadap timbulnya endapan .CD
karat, korosi
dan
Minyak pelumas ini digunakan untuk
mesin diesel yang dilengkapi dengan supercharger yang bekerja pada kondisi berat dengan beban berat dan kecepatan tinggi. Dapat melindungi mesin terhadap keausan dan endapan pada suhu tinggi. CE
Minyak pelumas ini digunakan untuk mesin diesel tugas berat
yang dilengkapi dengan supercharger buatan tahun
1983 dan seterusnya, yang beroperasi pada kondisi kecepatan rendah-beban berat maupun kecepatan tinggi beban berat.
2.4
Jenis-Jenis Pelumas
2.4.1 Pelumas Mineral Pelumas mineral adalah pelumas berbahan dasar pelumas dasar (base oil) yang
15
diperoleh dari hasil kilang minyak mentah. Minyak
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli mentah mengandung berbagai macam jenis molekul dengan berat yang sama tapi struktur berbeda. Bentuk molekul yang berbeda membuat permukaan pelumas tak beraturan dilihat pada tingkat molekul, ini dapat menyebabkan gesekan, konsumsi daya, mengurangi efisiensi dan meningkatkan panas dan aus. Keuntungan utama pelumas mineral ini adalah harganya yang murah.
2.4.2. Pelumas Sintetik Pelumas
Sintetik
adalah
pelumas
berbahan
dasar
'minyak
dasar sintetik' yang terdiri dari zat kimia. Pelumas jenis ini memiliki sifat murni kimia, struktur molekul yang seragam dan dapat
bekerja
pelumas
pada lingkungan
mineral,
yang
sehingga lebih
tidak
baik
dapat
dilakukan
dibandingkan
dengan
pelumas mineral meliputi beberapa hal, yaitu: •
Meningkatkan efisiensi energi
•
Tahan temperatur tinggi
•
Mengurangi perawatan
•
Reliabilitas lebih baik dan operasi lebih aman
Pelumas
ini
memiliki
harganya menjadi
lebih
kekentalan
yang
lebih
mahal
dibanding
tinggi
pelumas
namun mineral
walaupun tidak otomatis pelumas ini lebih baik dari pelumas mineral.
16
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli 2.4.3. Pelumas Semi Sintetik Pelumas semi sintetik adalah pelumas berbahan dasar base oil dengan diberi
campuran
bahan
kimia.
Pelumas
ini
juga
dikenal
sebagai pelumas campuran ("blends") menggunakan persentase kecil pelumas non konvensional performa tinggi dengan pelumas biasa (mineral base oil).
Biasanya
menawarkan
harga
yang
lebih
murah dari pelumas sintetik dan kemampuan seperti pelumas sintetik.
2.4.4. Pelumas Otomotif
a. Pelumas Mesin (Engine Oil) Digunakan untuk melumasi mesin kendaraan. Untuk melumasi komponen yang sifatnya lebih penting, mengandalkan presisi, dan rumit seperti mesin diperlukan pelumas yang encer. Pelumas encer yang akrab disebut pelumas ini dapat bergerak luwes melalui permukaan komponen yang saling bergesekan. Selain itu kondisi yang lebih encer ini memastikan setiap permukaan logam tertutup pelumas. Pelumas untuk mesin, lebih encer daripada yang digunakan pada roda gigi (transmisi, gardan). Ini dimaksudkan agar pelumas dapat disirkulasikan melalui saluran-saluran kecil dan sempit dalam mesin dengan lancar.
17
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli b. Pelumas Roda Gigi (Gear Oil) Digunakan untuk melumasi transmisi manual atau diferensial. Pelumas jenis ini kekentalannya lebih tinggi dibanding pelumas mesin.Mekanisme pelumasan pada roda gigi adaah pelumas disirkulasikan dengan bantuan putaran roda
gigi itu sendiri.
Dengan tingkat kekentalan tinggi pelumas terangkat oleh gerigi roda, dan pelumas yang kental dapat meredam suara gesekan lebih baik.
c. Pelumas Transmisi Otomatis ( Automatic Transmission Fluida ) Digunakan
untuk
melumasi
transmisi
otomatis
dengan
sifat pelumas yang encer seperti pelumas mesin. Automatic transmission fluid
adalah
minyak formulasi khusus yang
mengandung beberapa aditif yang tahan keadaan operasi rumit dan berat. Terdapat beberapa manfaat dari pelumas transmisi otomatis ini antara lain membersihkan, mendinginkan, melumasi, meneruskan daya, meneruskan tekanan, penghilangan pembentukan endapan minyak dan melindungi transmisi dari hari ke hari.
d. Gemuk (grease) Digunakan
pada
aplikasi
dimana
pelumas
cair
tidak
mampu memberikan perlindungan. Merupakan pelumas sangat
18
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli kental seperti gel yang biasa disebut grease alias gemuk. Karena begitu kentalnya, komponen
gemuk
akan
terus
menempel
pada
yang dilumasi dan tidak akan menetes, sehingga
cocok untuk komponen-komponen terbuka. Komposisi gemuk terdiri dari base oil, thickener agent dan aditif. Base oil umumnya dipilih
karena karakteristik temperatur rendah,
stabilitas oksidas dan kompabilitas elastomer. Aditif digunakan dalam gemuk untuk mengatasi kekurangan bahan thickener, meningkatkan performa dan sifat tahan tekanantinggi. Aditif yang ditambahkan pada gemuk biasanya bersifat antioksidan, penghambat karat, agen tekanan tinggi, agen anti aus, dan polimer.
2.4.5. Pelumas Industri Pelumas
Industri
adalah
pelumas
yang
digunakan
untuk
kebutuhan industri. Jenis pelumas industri ini adalah fluida hidrolik, pelumas roda gigi, pelumas turbin, fluida metal working, dan gemuk. Pada umumnya spesifikasi untuk produk tersebut disesuaikan oleh original equipment suppliers dan organisasi standar. Persyaratan performa
minimal
untuk pelumas industri terutama pelumas
roda gigi adalah ketahanan tekanan yang sangat tinggi atau heavy-duty extreme pressure (EP) dan karat, korosi dan oksidasi terhadap air, kontaminan dan temperatur tinggi. Pelumas fungsinya
19
turbin
menghambat karat dan oksidasi pada pemakaian turbin
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli kecepatan tinggi. Pelumas ini digunakan juga dalam operasi mesin ringan atau bukan-anti aus hydrolik industri dan sistem roda gigi.
2.5
Parameter Analisa Pelumas Menganalisa pelumas secara langsung di lapangan (onsite) terbatas hanya pada beberapa parameter. Tetapi parameter-parameter tersebut sudah dapat memberikan data yang akurat tentang kondisi pelumas dan kelayakannya untuk penggunan lebih lanjut. Beberapa informasi penting tentang kondisi mesin/peralatan dapat juga di peroleh, tetapi tidak selengkap analisa pelumas dengan spectrometric yang umumnya ada di laboratorium. Beberapa parameter umum dari pelumas yang di ukur/uji secara langsung di lapangan (onsite) adalah: 1)
Kekentalan ( viscosity ) Viskositas adalah Sifat dasar (property) terpenting dari pelumas. Pelumas dengan kekentalan yang sesuai membentuk lapisan film (pelumas) yang kuat pada celah bantalan (bearing clearance), meminimalkan gesekan serta kebocoran.
Gambar 2-1. Viscosity (ebahagia.com) Standar kekentalan SAE ( SAE grade viscosity ) SAE 15W/40, angka pertama adalah nilai viskositas dalam satuan centipoises ( cP ). Kode
20
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli angka multi grade seperti 15W/40, yang dapat di artikan bahwa pelumas memiliki tingkat kekentalan sama dengan SAE 15 pada suhu udara dingin ( W = Winer ) dan SAE 40 pada suhu panas. Kekentalan sangat tergantung pada temperatur di mana oli tersebut dipergunakan. Apabila minyak pelumas dipergunakan pada saat
musim
dingin maka
akan dipergunakan pelumas yang
kekentalannya rendah seperti 5-W atau 10-W dan sebaliknya dipergunakan kekentalan yang tinggi pada musim panas yaitu 20-W atau 40-W. Kekentalan minyak pelumas juga dapat dijelaskan sebagai “ resistansi cairan untuk mengalir “, atau sebagai “ pengukur tingkat di mana cairan akan mengalir pada sebuah pemberian temperature “. Ini sangat penting untuk diingat bahwa tingkat kekentalan selalu diberikan pada suatu temperatur biasa kekentalan akan meningkat jika temperatur turun, dan kekentalan menurun jika temperatur naik. Alat pengukur kekentalan oli dapat disebut Saybolt universal viscometer atau viscometer. Peralatan tersebut terdiri dari wadah khusus untuk menahan
cairan yang akan diuji, dan sebuah flash
bertanda atau sebuah botol. Cara pengukuran nya minyak pelumas dipanaskan terlebih dulu pada temperature tertentu, kemudian pelumas dituangkan pada tabung yang atas. Selanjutnya penentuan kekentalan oli dilakukan dengan pelumas standar yaitu mengenai jumlah oli yang pelumas tersebut lebih rendah dari standarnya. Cara lain yang umum di pakai adalah dengan menggunakan kinematic dapat mengalir melalui lobang kecil. Dalam satuan waktu
21
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli tertentu diukur jumlahnya. Bila didapatkan jumlahnya lebih banyak, berarti viscositas pipittes, ini adalah tabung gelas kapilar dengan ukuran yang khusus. Ia di benamkan ke dalam cairan yang diuji yang diatur seperti dalam temperature yang disebutkan sebelumnya. Sebuah stopwatch digunakan untuk mengetahui berapa lama waktu yang digunakan pada pemberian volume oli untuk lewat melalui tabung pipa tersebut.
Gambar 2-2. Alat pengukur kekentalan oli (Sukoco, M.pd. & Zainal Arifin, M.T, Teknologi Motor Diesel, hal. 140)
2)
Kontaminan Air ( Water Content ) Kontaminasi air dapat menimbulkan banyak permasalahan di berbagai aplikasi pelumasan, masalah korosi sangat erat kaitannya dengan polutan air. Dalam aplikasi pelumasan apa pun, polutan air dapat “mengantikan” atau mengurangi ketebalan lapisan pelumas, dan dapat pula menjadi katalis dari fasa penurunan kualitas pelumas.
22
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli
Gambar 2-3. Water Content (ebahagia.com)
Hal ini merupakan masalah khusus yang di temui pada jenis pelumas sintesis berbahan dasar ester (banyak di pakai sebagai pelumas turbin) dimana sangat mudah bereaksi dengan setiap jenis polutan air. Kontaminasi air dalam bentuk emulsi dapat menaikkan kekentalan pelumas. Sering kali menggangu kesetabilan dan merusak zat aditif pelumas. Permaslahan mulai timbul secara tersembunyi atau nyata terlihat pada semua sistim pelumasan dengan tingkat kontaminasi air selitar 0.2%, beberapa sistim pelumasan sangat sensitive terhadap kontaminasi air. Air adalah polutan berbahaya di berbagai aplikasi pelumasan,
penyebab
berbagai
kerusakan
serius
dan
mahal.
Kontaminasi air pada tangki pelumas menimbulkan tumbuhnya microbiologi, timbulnya ragi, jamur serta bakteri yang akan menyumbat filter dan juga sangat korosif pada sistim bahan bakar mesin. Pada aplikasi pelumasan beban tinggi, terutama bila lapisan film pelumas sangat tipis (pelumasan roda gigi), kontaminasi air menyebabkan berkurang atau bahkan menghilangkan lapisan film pelumas. Bentuk lain kerusakan akibat air adalah timbulnya karat yang menyebar sepanjang jalur pelumas mengalir.
23
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli Terdapat banyak sumber potential masuknya air dalam sistim pelumasan : Kebocoran air dari sistim pendinginan (oil cooler, charge air cooler) dan pemanas dengan media uap (steam). Kondensasi pada tangki mau pun crankcase Blow-by dari ruang bakar mesin Kebocoran pada pipa pernafasan tangki (vents pipe). Kebocoran air pendingin jaket silinder (jacket water cooling) akibat seal/blok mesin yang aus Pencemaran saat proses penambahan pelumas. Bahaya kontaminasi air
:
Menimbulkan karat pada semua komponen logam Menimbulkan kerusakan pada bantalan (bearing). Merusak zat aditif pada pelumas. Membentuk emulsi, air + pelumas. Menimbulkan uap bertekanan pada sistim pelumasan penyebab kavitasi.
3) Kandungan Garam (salt content)
Polutan garam mengindikasikan kontaminasi air laut yang sangat korosif di banding air biasa. Garam akan teroksidasi dan tertinggal pada jalur pelumasan saat bereaksi dengan panas mesin. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan mesin dan sebagai katalis proses tumbuhnya karat dan keasaman di adalam sistim pelumasan. Garam bereaksi
24
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli dengan lapisan timah pada bantalan (bearing) dan membentuk serbuk timah yang keras yang akan menggores permukaan poros dan bantalan itu sendiri. Bila bercampur dengan gas dan polutan lain hasil proses pembakaran BBM berat, potensi kerusakan korosi, erosi, dan penyempitan jalur pelumasan mesin. Batas maksimal untuk garam adalah 50 ppm, sebaiknya 0 ppm.
4)
Polutan Padat Terlarut (insolubles)
Pengujian ini hanya berlaku pada jenis pelumas mesin diesel (pembakaran internal), dimana tingkat kontaminasi yang tinggi di bandingkan berbagai aplikasi dan sistim pelumasan lainnya. Terdapat pengecualian pada sejumlah aplikasi turbin gas di bidang aviasi (penerbangan), lazim di kenal sebagai masalah
“black oil”
Laboratorium mengukur jumlah polutan padat terlarut (insolubles) dengan standar ASTM D893, ini merupakan acuan praktisi industry dalam standar uji dan pengukuran.
Gambar 2-4. insolubles (ebahagia.com)
25
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli
Pengukuran insolubles dapat pula termasuk total insolubles dengan acuan IP316 yang mengunakan pelarut jenis heptane dan memiliki korelasi hasil pengukuran yang baik dengan standar ASTM D893. Pengujian lain seperti IC Photometer, memberikan indikasi karbon konten, keausan logam (wear debris), abu bahan bakar yang bersifat logam
(metallic
Kemampuan
aditif
fuel
ash)
dispersan
dan
kotoran
(pemisah
air)
pada dan
udara. deterjen
(membersihkan) dari pelumas akan terpengaruh dan berkurang. Hal ini mempercepat kecendrungan timbulnya penumpukan kotoran di daerah sekitar torak (piston) bagian atas serta bagian‐bagian ring piston. Tingginya tingkat insolubles akan menaikkan keausan dan gesekan pada komponen mesin. Hal ini dapat pula terindikasi dengan naiknya jumlah konsumsi pelumas yang sangat sering di temui pada mesinmesin dengan kondisi buruk.
5)
Polutan Padat Terlarut (insolubles)
Pengujian ini berhubungan erat dengan aplikasi pelumas mesin diesel dan tidak relevan pada aplikasi pelumas roda gigi, hidrolik dan turbin. Aditif basa pada pelumas berfungsi menetralkan kondisi asam yang terjadi hasil proses pembakaran (utamanya asam surfuric dan nitrit), asam organic dari hasil oksidasi pelumas dalam proses penuaan (aging).
26
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli
Gambar 2-5. Total base number (ebahagia.com)
Total nilai basa (TBN) pelumas menunjukkan kemampuan pelumas dalam
menetralkan
kondisi
keasaman
pada
mesin.
Pemilihan nilai basa pelumas untuk suatu mesin di sesuaikan dengan pertimbangan jenis bahan bakar yang di pakai, kandungan sulfur, dan design mesin itu sendiri. Penurunan nilai basa pelumas bekas‐pakai (used oil) dari hasil analisa pelumas, menunjukkan degradasi aditif basa terhadap polutan asam serta indikasi kelayakan penggunaan kembali pelumas tersebut. Nilai basa (TBN) pada mesin diesel jenis trunk (trunk piston engines – bukan crosshead), akan bertendensi turun akibat polutan dari proses pembakaran. Tetapi nilai kesetabilan akan tercapai pada suatu titik dan terjaga dengan penambahan pelumas baru secara berkala (top‐up). TBN pada bagian sistim pelumasan bearing (system oil) mesin 2 langkah crosshead (2 con‐rod tiap piston), dapat meningkat sebagai akibat kebocoran pelumas dengan TBN tinggi – umumnya dari kebocoran pelumas ruang bakar pada stuffing box, atau kesalahan dalam penambahan jenis pelumas (daily top‐up).
27
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli Penurunan TBN pelumas sekitar 50% dari nilai awal mengindikasikan masa pakai pelumas mendekati periode penggantian. Indikasi lain yang juga dapat di jadikan acuan; minimum nilai basa pelumas adalah tujuh kali dari nilai sulfur bbm yang di pakai (TBN = 7 x Sulfur). Pada kondisi pelumas seperti di atas, para produsen pelumas sering kali menyarankan penggantian pelumas secara keseluruhan, atau sebagian lalu di tambahkan pelumas baru agar niai basa pelumas dalam batas yang aman. Rekomendasi ini juga sangat tergantung pada buku petunjuk masing‐masing produsen mesin/peralatan yang di lumasi. Untuk mudahnya, pedoman pemilihan TBN pelumas adalah jenis bahan bakar yang di pakai dengan parameter utama adalah kadar sulfur, parameter lain adalah laju konsumsi pelumas dan kapasitas bak pelumas (sump tank).
Turunnya TBN di sebabkan
:
Konsumsi pelumas yang rendah, berkaitan dengan jumlah top‐up harian yang rendah pula.
Kapasitas tampung bak pelumas mesin yang kecil.
Penggunaan
bbm
dengan
kadar
sulfur
yang
tinggi.
TBN yang rendah pada pelumas bekas‐pakai (used oil) menunjukkan minimnya proteksi dari sisi pelumas terhadap resiko korosi pada bagian mesin; seputar mahkota piston bagian atas, ring piston, dan
28
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli bantalan (bearing). Hal yang sama juga akan terjadi pada bagian mesin lainnya serta sistim pendinginan piston dengan media pelumas. TBN pada mesin berbahan bakar gas, sering kali menggunakan paket aditif dengan abu yang rendah (low ash additive). Magnesium sering dipakai sebagai aditif dalam aplikasi otomotif dengan kecendrungan menggunakan garam kalsium (calcium salt). Pemilihan aditif jenis low ash juga di dasari resiko penyalaan dini (pre‐ignition) dari bahan bakar gas di dalam ruang bakar. TBN dalam aplikasi mesin BBG, dapat turun dengan cepat akibat kondisi kerja yang tinggi, terutama pada aplikasi landfill gas – dimana bahan bakar menjadi polutan utama pada pelumas.
Tabel 2-2. Nilai Total Base Number ( TBN) Nilai TBN 5
Aplikasi » Pelumasan system oils, pada mesin 2 tak – crosshead. » Diesel putaran tinggi dengan bahan bakar gas dan destilasi. » Pengguna bahan bakar dengan < 0.2% sulfur, aplikasi otomotif.
10
» Aplikasi otomotif » Diesel putaran tinggi dengan bahan bakar destilasi ber‐sulfur < 0.5%, & diesel gas oil.
15
» Diesel putaran tinggi dan menengah berbahan bakar minyak diesel destilasi.
20
» Diesel putaran tinggi dengan bahan bakar gas dan destilasi. » Pengguna bahan bakar dengan < 2% sulfur (DMC maksimum). » Mesin bantu dengan bahan bakar campur.
29
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli 30 ~ 40
» Diesel putaran menengah dengan bahan bakar residual (minyak bakar / MFO/ HFO).
40 ~ 55
» Pelumasan mesin diesel putaran menengah dengan kapasitas bak dan konsumsi pelumas yang kecil (anti‐polishing ring)
>60 ~ 100 » Pelumasan cylinder oils, pada mesin diesel 2 tak – crosshead.
(ebahagia.com)
6)
Total Nilai Asam & Nilai Asam Kuat ( TAN & SAN )
Pelumas secara terus-menerus bereaksi dengan udara di atmosfir dengan membentuk oksidan organik yang bersifat asam. Dalam suhu ruangan, reaksi ini berjalan sangat lambat dan sedikit sekali berpengaruh pada pelumas. Pada suhu kerja yang lebih tinggi seperti di dalam mesin, laju reaksi berjalan sangat cepat.
Gambar 2-6. Total nilai asam (ebahagia.com)
Pelumasan komponen mesin yang bergesekan adalah contoh nyata kondisi diatas, dimana suhu kerja (pelumas dan logam) sangat tinggi berbeda dengan bagian lain yang tidak bergesekan. Kondisi ini akan lebih buruk bila pelumas telah terkontaminasi dengan polutan padat,
30
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli air, oksigen dan bahan bakar. Polutan hasil oksidasi - asam organik seperti varnish/resin, tidak mudah bereaksi dengan aditif TBN. Varnish/resin meningkatkan kekentalan pelumas, melapisi bagian mesin, dan harus di hilangkan dengan teknologi penyaringan yang baik. Nilai asam kuat (strong acid number – SAN) adalah ukuran kekuatan asam di dalam pelumas.
SAN mengindikasikan nilai aditif alkalin pelumas mesin yang telah habis selain menunjukkan tingkat korosi di dalam mesin. Mengukur SAN dalam pelumas sangatlah mudah tetapi kurang lazim digunakan sebagai acuan, lebih lazim mengamati tingkat perubahan TBN pada pelumasan dari waktu ke waktu. Total nilai asam (total acid number – TAN) adalah ukuran asam organik lemah dan kuat di dalam pelumas. TAN berlaku pada aplikasi pelumas roda gigi, turbin gas, dan hidrolik. Total nilai asam tidak berhubungan secara langsung dengan pelumasan mesin bakar, kecuali bila pelumas sangat tercemar. Pengecualian khusus pada aplikasi pelumasan mesin berbahan bakar gas. Suhu kerja yang tinggi dapat menyebabkan TBN turun dengan cepat selain memproduksi asam organic dalam jumlah besar. Meningkatnya TAN secara umum berhubungan langsung dengan tingkat oksidasi pelumas akibat masa kerja dan suhu kerja.
Total nilai asam (TAN) tinggi mengakibatkan :
31
Pembentukan lapisan kental yang terdiri dari varnish/resin.
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli
Meningkatkan kekentalan pelumas yang menurunkan efisisiensi aliran/pompa.
Resiko korosi mesin, terutama bila terdapat polutan air.
Suhu tinggi proses pembakaran mesin gas – terutama stoichiometric (1:1 air/fuel ratio) membuat TBN turun dengan cepat. Terlebih pada penggunaan gas landfill, pelumas hanya mampu bertahan sekitar 500 jam kerja. Pada aplikasi ini tingginya nilai asam (TAN) dan kekentalan adalah parameter penting pengindikasi masa kerja minyak pelumas. TAN akan naik secara perlahan pada aplikasi pelumas non‐mesin bakar. Beberapa pelumas baru pada aplikasi non‐mesin bakar, sudah memiliki nilai aditif asam yang akan naik atau turun setelah dipakai. Memonitor TAN sebaiknya secara tendensi perubahan nilai dari waktu ke waktu.
7.
Flash Poin dan Fire Poin
Flash poin atau titik nyala dari pelumas adalah temperatur dimana pelumas harus terpanasi sebelum ia dapat menyala. Pada temperatur ini, panas hanya cukup untuk membakar uap yang terbentuk pada permukaan pelumas pada saat itu. Namun tidak akan cukup panas ini untuk memungkinkan api berkelanjutan. Fire point dari pelumas lebih tinggi. Ini adalah temperatur yang menyebabkan uap oli yang terbentuk dalam pelumas untuk benar-benar terbakar. Sebagaimana dalam praktiknya, tidak ada dari keduanya baik flash point maupun fire point yang mempunyai arti dalam sebagian besar pemakaian pelumas.
32
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli Tetapi dapat berarti jika pelumas dikhususkan untuk pemakaian dalam temperaturtinggi.
2.6
Hipotesa Awal Tes Oli Sebagai Indikator
2.6.1. Pengambilan Sampel Oli
Pengambilan sampel oli dilakukan per dua minggu sekali, seperti terlihat pada gambar 2-7. Dimana setiap pengambilan sampel terbagi menjadi beberapa tempat untuk dapat saling membedakan.
Gambar 2-7. Pengambilan Sampel Oli Berdasarkan hasil pengambilan sampel oli maka dapat menentukan jadwal maintenance sesuai dengan kondisi mesin dan umur dari mesin itu sendiri. Ada pun kerusakan minyak menyebabkan lumpur yang meningkatkan keausan, asam dan korosi, memperpendek umur peralatan.
Semua
minyak
modern
mengandung
aditif
yang
menghambat kerusakan. Sebagai zat aditif yang habis, lumpur terbentuk.
33
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli 2.6.2. Mengidentifikasi Oli
Tujuan mendasar dari identifikasi
oli adalah untuk menghasilkan
informasi tentang kondisi oli dan mesin yang sedang beroprasi kemudian
dapat
digunakan
untuk
mengurangi
downtime,
memperpanjang interval oli, atau meningkatkan umur mesin. Ini adalah bagian konversi data analitis menjadi informasi operasi yang berharga, yang paling subjektif dan kontroversial. Dalam beberapa kasus, data analitis akan mengidentifikasi masalah yang jelas. Tingkat tinggi air dikombinasikan dengan tingkat tinggi boron dan / atau natrium merupakan indikasi kuat dari kontaminasi dari kotoran, sering dari kebocoran cairan pendingin. Partikel-partikel menunjukkan kontaminasi dari kotoran atau debu, mungkin dari udara dipasang filter.
Dalam situasi bagaimanapun, data analitis saja dari sampel tidak memberikan cukup data untuk membuat penilaian yang lebih baik atau kondisi mesin. Untuk memberikan informasi lebih bermakna tentang kondisi operasi, perlu untuk membandingkan data sampel saat ini untuk contoh sebelumnya. Hal ini sangat penting dalam penggunaan data, sejak tingkat keausan yang normal secara signifikan antara berbagai jenis metal yang berbeda. Misalnya, dengan terus memantau tingkat keausan logam seperti besi, timah timah, dan tembaga, adalah mungkin untuk mendeteksi adanya masalah pada mesin. Untuk mengurangi masalah yang akan datang dapat
34
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli memungkinkan penjadwalan perawatan yang tepat tanpa downtime tak terduga atau berlebihan. Dalam beberapa situasi yang mendesak, suku cadang dapat dipesan terlebih dahulu, mengurangi jumlah downtime bahkan lebih. Salah satu cara untuk menganalisis meningkatkan keandala rekomendasi adalah untuk membandingkan data sampel sejenis. Perbandingan dapat dibuat dari jenis mesin, iklim atau lingkungan operasi, frekuensi penggunaan, dan /atau ukuran armada. Berdasarkan hasil identifikasi di dapat berbagai macam karakteristik, seperti tedapat pada gambar 2-8.
1
2
3
4
Gambar 2-8. Sampel Uji Oli
1) Sampel adalah dalam kondisi baru dan diserap oleh medium uji sangat cepat. 2) Oli telah menjadi sedikit lebih gelap dari sampel baru. Hal ini masih di dalam kisaran normal untuk oli mesin khas. Tidak ada tindakan yang diperlukan selain menguji lagi di sekitar 1.000 Km. 3) Oli ini telah menjadi lebih gelap dari degradasi normal dari oli yang digunakan dalam mesin. Coklat gelap, cincin tidak teratur yang terbentuk merupakan tanda bahwa oli mesin merendahkan. Oli masih akan memberikan perlindungan, tapi penggantian oli harus dijadwalkan sebagai proses degradasi akan menjadi jauh
35
Tugas Akhir Universitas Mercu Buana Akurasi Pengujian Oli Metode Cepat Dengan Lab. Oli lebih cepat. Perencanaan pada saat mengganti oli harus didasarkan pada berapa lama (Km) yang dibutuhkan untuk sampai ke titik ini dalam siklus degradasi. 4) Kegelapan oli ini termasuk cincin oksidasi tidak teratur, dibandingkan dengan sampel sebelumnya. Memastikan bahwa oli tidak sampai ke tahap selanjutnya yang nantinya akan menghemat banyak dalam perbaikan/perawatan. Oli ini telah melampaui masa kerjanya dan perlu segera diganti.
36
