BAB III PENYEMPURNAAN ALAT UJI KELUMASAN BAHAN BAKAR BOCLE

Bab III Penyempurnaan Alat Uji Kelumasan Bahan Bakar BOCLE

20

BAB III PENYEMPURNAAN ALAT UJI KELUMASAN BAHAN BAKAR BOCLE Pada bab ini akan dibahas mengenai alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE yang sudah ada dan hubungan antara keausan dengan diameter jejak keausan pada BOCLE. Selain itu, pada bab ini juga akan dijelaskan tentang pembuatan sistem pengkondisian udara dalam penyempurnaan alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE yang terdiri dari pembuatan pengering udara (dehumidifier) dan pelembab udara (humidifier) yang mengacu pada standar ASTM D 5001. 3.1

Alat Uji Kelumasan Bahan Bakar BOCLE BOCLE (Ball On Cylinder Lubricity Evaluator) merupakan alat uji kelumasan yang

dapat memberikan hasil berupa tingkat keausan yang terjadi akibat adanya dua benda yang saling bergesekan. Gesekan yang terukur merupakan simulasi dari gesekan yang terjadi pada elemen-elemen pompa bahan bakar. Gesekan pada elemen pompa bahan bakar yang disimulasikan oleh BOCLE merupakan gesekan akibat gerakan sliding. Gerakan sliding diperoleh dengan cara memutar satu elemen terhadap elemen lain yang diam atau tidak bergerak. Sedangkan gesekan ditimbulkan karena adanya kontak antara dua elemen tersebut. Elemen BOCLE yang berputar disebut silinder, sedangkan elemen yang diam adalah bola. Elemen-elemen pada BOCLE dan cara pengujiannya mengacu pada standar ASTM D 5001. Gambar 3.1 pada halaman berikut merupakan skema dari BOCLE. 3.2

Tentang Standar ASTM D 5001 ASTM D 5001 merupakan standar yang digunakan sebagai acuan dalam pengujian

tugas sarjana ini. Alat uji ini memiliki beberapa bagian utama, yaitu spesimen bola berukuran diameter 0,5 inci dan spesimen silinder dengan ukuran diameter 1,75 inci. Dari pengujian kelumasan bahan bakar ini dapat diperoleh beberapa macam pengukuran, antara lain : •

Keausan yang ditentukan dari ukuran cacat aus pada bola

•

Gesekan yang diukur oleh sensor


21

Gambar 3.1. Skema BOCLE [11]

Lingkup dari metode ini adalah mengukur aspek keausan dari batas kelumasan bahan bakar, dengan satuan SI sebagai standar. Kelumasan pada metode ini didefinisikan sebagai bentuk keausan dalam milimeter yang dihasilkan dari kontak antara bola dengan silinder berputar yang dilumasi bahan bakar. Adapun beberapa persyaratan dari kondisi operasi yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut : Tabel 3.1. Standar kondisi operasi ASTM D 5001 [2] Volume Fluida Temperatur Fluida Kondisi Udara

50±1,0 ml 25±1oC 10±0,2% kelembaban relatif pada 25±1 oC Udara dihembuskan 0,5 L/menit dan 3,3 L/menit dihembuskan pada fluida uji selama 15 menit sebelum pengujian. Pada saat pengujian, 3,8 L/menit dihembuskan pada fluida uji. Aplikasi Beban 1.000 g (500 g berat) Kecepatan Rotasi Silinder 240 ±1 rpm Durasi pengujian 30±0,1 menit Pengujian menurut standar ASTM D 5001 dilakukan terhadap fluida (bahan bakar) yang akan diuji diletakkan pada ruang dengan kelembaban relatif 10%. Bola baja dipegang


22

secara vertikal, kemudian dibebani dan diatur agar tidak dapat bergerak ketika berkontak dengan silinder berputar yang telah dilumasi bahan bakar. Spesimen silinder berotasi pada kecepatan putar tertentu, kondisi ini membuat silinder secara kontinyu membawa lapisan fluida ke permukaan bola. Keausan yang terjadi pada bola merupakan sifat kelumasan yang dimiliki bahan bakar. Spesifikasi bola dan silinder yang digunakan dalam pengujian dibahas pada sub bab komponen alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE. 3.3

Hubungan antara Keausan dengan Diameter Jejak Keausan pada BOCLE Keausan akibat gerakan sliding pada elemen pompa BOSCH dapat diukur

menggunakan alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE. Bagian-bagian yang mengalami keausan pada pompa BOSCH antara lain poros penggerak, slot penggerak, ring pendorong, governor, sepatu rol, dan pengencang rotor. Dari beberapa bagian tersebut, poros penggerak, slot penggerak, sepatu rol, dan pengencang rotor merupakan bagian yang memiliki tingkat keausan yang besar. Oleh karena itu, alat uji keausan BOCLE sangat penting untuk menilai sifat kelumasan dari suatu bahan bakar. Namun elemen pompa seperti poros penggerak dan sepatu rol tidak dapat disimulasikan menggunakan alat uji BOCLE, karena memiliki tekanan kontak yang relatif besar. Secara garis besar volume keausan komponen pompa BOSCH bervariasi. Hubungan antara volume keausan dan diameter jejak keausan pada alat uji BOCLE, secara sistematis dapat ditulis sebagai berikut[12] : .

Vb =

3

. 2

2

2

.

2

Pada grafik 3.1 berikut dapat dilihat hubungan antara volume keausan dan diameter jejak keausan pada alat uji BOCLE.


23

Grafik 3.1. Hubungan antara volume keausan dan diameter jejak keausan pada alat uji BOCLE[12]

3.4

Komponen Alat Uji Kelumasan Bahan Bakar BOCLE Yang Sudah Ada

1.

Bola (ball)

Gambar 3.2 Bola Bola : AISI (American Iron and Steel Institute Standard) 52100, Grade 1 Precision. Hardness, 63 Rockwell C. Surface Roughness, 1-2 μinch CLA. 0,5 inch ball


24

Untuk memperoleh bola yang akan digunakan dalam pengujian, tidak perlu melakukan proses produksi secara khusus untuk membuat bola sesuai spesifikasi yang diinginkan. Hal ini dilakukan karena bola merupakan komponen yang akan selalu diganti setiap 1 kali pengujian dilakukan. Dengan demikian apabila dilakukan pengujian secara berulang-ulang kita dapat memperoleh bola dengan spesifikasi yang benar-benar sama dengan pengujian-pengujian sebelumnya. Dari hasil pengamatan di pasaran, diketahui bahwa untuk bola dapat menggunakan bola yang berasal dari ball bearing. Ball bearing yang ada di pasaran tersedia dengan berbagai macam ukuran dari mulai 10 mm, 12 mm, 14 mm, dan lain-lain. Dalam memilih ball bearing difokuskan pada ukuran ball bearing yang ada di pasaran. Dengan demikian akan dipilih yang berukuran mendekati 0.5 inch yaitu ball bearing dengan ukuran 12 mm. Sedangkan untuk karakteristik yang lain seperti kekasaran dan kekerasan materialnya setelah dilakukan pengujian kekerasan diketahui bahwa kekerasan ball bearing yang digunakan adalah Hardness, 67 Rockwell C, tetapi pengujian untuk kekasaran permukaan tidak dapat dilakukan akibat tidak tersedianya alat untuk melakukan pengujian kekasaran permukaan. Dengan hasil demikian maka dikatakan bahwa ball bearing yang diperoleh sudah sesuai untuk digunakan sebagai bola dalam alat pengujian BOCLE. 2.

Silinder

Gambar 3.3 Silinder Silinder : AISI 52100 Chrome Alloy Steel Hardness, 23 Rockwell C Surface Roughness, 10-13 μinch CLA 1,75 inch cylinder


25

Untuk memperoleh silinder yang akan digunakan dalam pengujian, tidak perlu melakukan proses produksi secara khusus untuk membuat silinder sesuai spesifikasi yang diinginkan. Hal ini dilakukan karena bsilinder juga merupakan komponen yang akan selalu diganti setiap 1 kali pengujian dilakukan. Dengan demikian apabila dilakukan pengujian secara berulang-ulang kita dapat memperoleh silinder dengan spesifikasi yang benar-benar sama dengan pengujian-pengujian sebelumnya Dari hasil pengamatan di pasaran, diketahui bahwa untuk silinder dapat menggunakan silinder yang merupakan bagian dari taper bearing. Terdapat beberapa ukuran dari silinder taper bearing di pasaran. Dipilih silinder dari taper bearing SKF 32303 dengan ukuran diameter luar 47 mm yang mendekati ukuran standar pada silinder BOCLE. Untuk selanjutnya, silinder tidak memerlukan proses permesinan lanjut karena silinder merupakan bagian yang selalu diganti setiap satu kali pengujian. Sehingga untuk mencapai itu, silinder akan dijadikan referensi untuk menentukan geometri komponen-komponen lain yang berhubungan dengan silinder. Silinder dipilih yang memiliki bentuk taper untuk menjamin kelurusan silinder dalam proses pemasangan ke komponen dudukannya. Sehingga tidak terjadi misalignment pada saat pemasangan silinder ke komponen dudukannya. 3.

Sistem Pengukuran Gaya Gesek •

Sensor

Sensor gaya gesek

Gambar 3.4. Sensor load cell Untuk sensor gaya digunakan sensor load cell yang menggunakan piezoelectric sebagai bagian utamanya. Sensor piezoelectric memiliki kemampuan yang baik untuk digunakan di dalam mengukur beban dinamik. Sensor load cell ini memiliki kapasitas sebesar 5 kg. Dengan kapasitas sebesar 5 kg, maka apabila perubahan gaya yang terjadi cukup kecil masih dapat terdeteksi dengan


26

akurat oleh sensor, dan apabila kita melakukan variasi beban pada saat pengujian, maka gaya gesekan yang terjadi masih ada di dalam jangkauan sensor. Display untuk menunjukkan hasil bacaan sensor akan digabung dengan display untuk menunjukkan hasil bacaan sensor-sensor lainnya seperti sensor temperatur dan sensor flowmeter hot wire. Oleh karena itu dalam alat pengujian BOCLE ini akan menggunakan sistem data aquisisi untuk dapat menampilkan keseluruhan hasil bacaan sensor yang ditampilkan dengan menggunakan komputer. 4.

Sistem Pengukuran Kondisi Udara Kelembaban relatif yang perlu diukur adalah pada bagian ruang uji. Higrometer pada

instalasi alat uji BOCLE diletakkan sebelum sensor debit aliran. Hal ini bertujuan agar aliran fluida kerja yang masuk ke ruang uji telah memenuhi standar pengujian. Higrometer yang digunakan dalam pengujian ini adalah merek Vaisala HM 34C, Finlandia. Higrometer ini memiliki jangkauan pengukuran dari 0% RH sampai 100% RH dengan ketelitian 0,1% RH. Alat ini juga dilengkapi dengan termometer dengan jangkauan pengukuran dari -20oC sampai 60oC dengan ketelitian 0,1oC.. Pada gambar 3.5 berikut dapat dilihat letak higrometer pada instalasi alat BOCLE.

Higrometer/Termometer

Flowmeter

Gambar 3.5. Higrometer pada instalasi BOCLE


27

5.

Sistem Kontrol Temperatur Fluida Terdapat beberapa jenis sensor temperatur, antara lain jenis RTD dan termokopel.

RTD memiliki kepresisian sampai dengan 0.1ºC. sedangkan termokopel memiliki kepresisian hanya sampai 1ºC. Namun berdasarkan ASTM D5001 disyaratkan bahwa kepresisian yang dimiliki alat ukur cukup sampai dengan 1ºC. Untuk kedua jenis sensor temperatur ini interface dari sensor dapat dicelupkan ke dalam fluida tanpa menyebabkan gangguan pada pengukuran yang dilakukan sensor. Pada alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE yang sudah ada, digunakan jenis termokopel dengan pertimbangan harga yang lebih murah daripada tetapi spesifkasinya sudah sesuai dengan standar yang digunakan. •

Sensor Temperatur

Gambar 3.6. Sensor Temperatur •

Heater

Gambar 3.7. Heater Pada pengujian kelumasan bahan bakar dengan BOCLE, temperatur yang distandarkan adalah 25±0,1oC yang mengacu pada standar ASTM D 5001. Untuk itu


28

dilakukan pemanasan bahan bakar uji dengan heater. Heater yang digunakan dirakit sendiri dengan menggunakan heater kawat dengan ukuran lebar 2.5mm dan keping asbes. Heater kawat dililitkan di sepanjang keping asbes dari ujung ke ujung sampai keseluruhan keping asbes tertutupi oleh kawat heater. Dilakukan demikian untuk menjamin panas yang diterima oleh fluida uji akan merata dari bagian dasar bathfuel. •

Modul kontrol

Gambar 3.8. Modul Kontrol Temperatur Modul kontrol digunakan kontrol temperatur yang menghubungkan antara sensor temperatur dengan heater. Untuk menjaga temperatur relatif konstan, maka kontrol temperatur menggunakan fitur PID yang dapat mengatur besarnya arus listrik yang diberikan kepada heater. Dengan adanya PID ini maka temperatur akan relatif lebih konstan karena arus listrik yang diberikan kepada heater dikondisikan untuk mampu menjaga temperatur konstan pada 25±0,1 ºC. •

Display Display untuk menunjukkan hasil bacaan sensor akan digabung dengan display untuk

menunjukkan hasil bacaan sensor-sensor lainnya seperti sensor loadcell dan sensor flowmeter hot wire. 6.

Sistem Kontrol Kecepatan Motor Sistem kontrol kecepatan motor dalam pengujian digunakan untuk memperoleh

kecepatan putar konstan 240 putaran per menit. •

Motor


29

Gambar 3.9. Motor AC

Terdapat dua jenis motor yang dikelompokkan berdasarkan jenis arus yang digunakan untuk menggerakkan motor, yaitu motor AC dan motor DC. Motor AC memiliki karakteristik pada daerah operasinya putaran motor cenderung konstan terhadap perubahan torsi beban yang terjadi. Dengan demikian putaran motor akan selalu konstan pada kecepatan tertentu walaupun terjadi perubahan torsi beban pada porosnya. Untuk motor penggerak digunakan motor AC karena memiliki karakteristik operasi putaran yang lebih konstan dibandingkan dengan motor DC. Motor AC yang digunakan adalah jenis motor tiga fasa induksi, memiliki daya 0,18 kW dengan frekuensi 50 Hz. Putaran motor tersebut konstan sebesar 1370 rpm. •

Sistem Reduksi

Tingkat 1 Gambar 3.10. Sistem Reduksi Puli


30

Melalui pengetesan dengan menggunakan tachometer diketahui bahwa putaran motor AC yang dimiliki sebesar 1370 rpm. Putaran ini jauh lebih tinggi dibandingkan dengan putaran yang diperlukan sebesar 240 rpm. Oleh karena itu untuk mereduksi putaran motor digunakan puli dua tingkat dengan perbandingan akhir 1 : 6,125. Dengan menggunakan sistem reduksi puli tersebut diperoleh putaran pada silinder sebesar 240 rpm. Puli yang digunakan untuk tingkat 1 menggunakan puli tipe K dengan driver berdiameter 37 mm dan driven berdiameter 105 mm. Sedangkan untuk puli tingkat 2, ditentikan berdasarkan puli tingkat 1 melalui perhitungan

10,5 X ( x) = 6.125 3, 7 ( x ) = 2,158

Diketahui bahwa perbandingan puli tingkat 2 sebesar 2,158. dan diketahui pula bahwa ukuran maksimum driven sebesar 60 mm, sehingga melalui perhitungan sebagai berikut 60 = 2,158 y y = 27.8

diketahui bahwa ukuran puli driver tingkat 2 memiliki diameter 27.8mm. 7.

Sistem Kontrol Debit Aliran

•

Sensor debit aliran

Sensor debit aliran (hot wire)

Mangkuk bahan bakar

Gambar 3.11. Sensor flowmeter (hot wire)


31

Sensor aliran yang digunakan adalah jenis hotwire anemometer. Sensor hot wire ini memiliki range antara 0.2m/s – 8m/s. Sensor ini terhubung dengan Analog to Digital Converter (ADC) dan amplifier yang dapat menunjukkan hasil pengukuran langsung pada display/layar komputer, menggunakan software Labview. •

Motor fan

Gambar 3.12. Motorfan

Motor fan yang digunakan dalam pengaturan debit udara ini harus mampu mengalirkan udara sesuai dengan yang ditentukan dalam ASTM D5001 yaitu sebesar 3.8L/min. Untuk itu dipilih motor fan DC yang biasa digunakan untuk kipas komputer dengan pertimbangan kemudahan dalam proses pengaturan kecepatan putar motor fan. •

Modul kontrol

Gambar 3.13. Modul kontrol motorfan

Modul kontrol yang digunakan dalam sistem kontrol pengkondisian udara ini dikontrol dengan cara manual yaitu menggunakan potensiometer. Untuk menjaga supaya debit udara tetap konstan maka potensiometer yang digunakan harus memiliki range pengaturan yang cukup besar dan sensetif yang dapat mengatur besarnya arus listrik yang diberikan kepada motor fan. Dengan adanya potensiometer ini maka debit udara akan lebih konstan karena putaran motor fan juga cenderung konstan. Arus listrik yang diberikan kepada motor fan dikondisikan untuk mampu menjaga debit aliran udara sebesar 3.8L/m.


32

8.

Mangkuk Bahan Bakar (Fuel Bath)

Gambar 3.14. Mangkuk bahan bakar

Dari hasil perancangan mangkuk bahan bakar, geometri yang telah dirancang sesuai dengan ukuran yang disyaratkan dalam ASTM D5001 yaitu volumenya mampu menampung 50 ± 1 mL bahan bakar. Material mangkuk bahan bakar ini menggunakan paduan aluminum dengan berdasarkan pada beberapa pertimbangan. Pertimbanganpertimbangan tersebut antara lain : • Memiliki konduktivitas panas yang baik • Mudah untuk dilakukan proses permesinan • Tidak akan terjadi korosi yang mengganggu kualitas bahan bakar 9.

Lengan Beban (Lever Arm)

Gambar 3.15. Lengan Beban

Lengan beban pada alat uji BOCLE ini memiliki geometri yang telah dirancang cukup baik karena hasil rancangan lengan beban dapat memberikan pembebanan sesuai dengan besarnya beban yang diberikan, dapat dilihat dari posisi beban yang membentuk


33

garis lurus dengan titik pembebanan bola ke silinder. Untuk materialnya dipilih menggunakan baja dengan berdasarkan pada beberapa pertimbangan. 10.

Base

Komponen ini merupakan base, sebagai tempat pemasangan komponen – komponen BOCLE. Komponen ini terbuat dari paduan aluminium (dural). Base ini memiliki kekuatan yang baik, tidak mudah terjadi deformasi dengan adanya beban yang cukup berat, memiliki berat jenis yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan bahan baja. Base ini berukuran 550 mm x 600 mm x 10 mm 11.

Cover Bath (Penutup Mangkuk)

Gambar 3.16. Cover Bath

Komponen ini dibuat sebagai penutup mangkuk agar fluida tidak terlempar keluar ketika silinder berputar. Selain itu konstruksi dari komponen ini memiliki tiga lubang pada bagian atasnya yang memiliki fungsi untuk tempat masuknya pencekam bola, sebagai dudukan sensor temperatur dan dudukan sensor kelembaban relatif. Yang dipilih sebagai material penutup mangkuk ini adalah paduan aluminum (dural) dengan pertimbangan memiliki kemudahan untuk diproses mesin, ringan, dan harga bahan yang cukup murah. 12.

Dudukan Mangkuk

Dudukan mangkuk merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat meletakkan mangkuk. Pada bagian atas mangkuk atau bagian diantara dudukan dan mangkuk diletakkan pemanas (heater). Untuk menjaga supaya panas heater terfokus pada mangkuk bahan bakar maka bagian bawah dudukan mangkuk akan dilapisi dengan asbes yang berfungsi sebagai isolator panas. Yang dipilih sebagai material dudukan mangkuk ini adalah nylon dengan pertimbangan memiliki kemudahan untuk diproses mesin, ringan,


34

kekuatan yang cukup sebagai penyangga mangkuk bahan bakar, memiliki sifat isolator yang baik dan harga material yang cukup murah.

Gambar 3.17. Dudukan Mangkuk 13.

Penarik Load Cell

Gambar 3.18. Penarik Loadcell

Komponen ini dibuat sebagai komponen yang menghubungkan antara load cell dengan batang pencekam bola. Selain itu komponen ini juga berfungsi sebagai tempat dudukan untuk sensor load cell. Pada bagian depan terdapat lubang sebesar 6mm diameter yang berfungsi sebagai tempat baut pengencang antara penarik load cell dengan lengan beban. Yang dipilih sebagai material penarik load cell ini adalah paduan aluminum (dural) dengan pertimbangan memiliki kemudahan untuk diproses mesin, ringan, dan harga bahan yang cukup murah. 14.

Pemegang Bola

Komponen ini dibuat sebagai pemegang bola. Konstruksi dari komponen ini harus memungkinkan untuk ditempatkan pada lengan beban dan dapat bebas untuk bergerak relatif terhadap tiang. Yang dipilih sebagai material penutup mangkuk ini adalah stainless


35

steel dengan pertimbangan memiliki bahan yang kaku dan memiliki permukaan yang relatif baik.

Gambar 3.19. Pemegang Bola 15.

Tiang

Gambar 3.20. Tiang

Komponen ini dibuat sebagai penyangga untuk lengan beban. Oleh karena itu, tiang ini harus kuat, kaku, dan memiliki ketahanan yang baik untuk menumpu beban yang cukup besar. Konstruksi dari komponen ini memiliki siku pada bagian bawah yang berfungsi sebagai tempat baut untuk pengencang dengan base. Komponen ini terbuat dari baja yang memiliki kekuatan yang baik untuk menumpu beban dan sifatnya yang kaku. 16.

Counterwieght

Komponen ini dibuat sebagai penyeimbang lengan beban dari berat lengan beban itu sendiri. Konstruksi dari komponen ini akan berada pada lengan beban tetapi harus mudah untuk dilakukan perubahan posisi untuk mengatur kelurusan lengan beban pada posisi nol. Yang dipilih sebagai material penutup mangkuk ini adalah baja dengan pertimbangan memiliki berat jenis yang besar sehingga dapat mengurangi volume yang diperlukan dibandingkan bahan lain.


36

Gambar 3.21. Counterweight 17.

Poros dan Taper Body

Gambar 3.22. Poros dan Taper Body

Komponen ini dibuat sebagai dudukan bagi taper ring. Perlu diperhatikan bahwa beban yang diterima oleh silinder akan diteruskan ke bagian ini. Oleh karenanya bagian ini harus mampu untuk menahan beban yang diterima tanpa menyebabkan terjadinya defleksi. Komponen ini terbuat dari stainless steel. 18.

Ring Pengencang

Gambar 3.23. Ring Pengencang


37

Komponen ini dibuat sebagai pengencang silinder ke taper body agar posisinya tetap. Komponen ini terbuat dari stainless steel dengan pertimbangan ketahanan terhadap behan kimia sehingga tidak akan mempengaruhi bahan bakar yang diuji. Pada gambar 3.24 di bawah dapat dilihat alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE yang sudah dirakit menjadi satu bagian.

Gambar 3.24. Alat Uji Kelumasan BOCLE 3.5

Penyempurnaan BOCLE

Alat uji kelumasan bahan bakar yang telah ada sebelumnya sudah dapat digunakan, namun masih terdapat kekurangan, yakni pada sistem pengaturan udara. Alat uji tersebut belum bisa untuk mengkondisikan fluida kerja yang distandarkan pada ASTM, yaitu udara dengan temperatur udara 25±0.1 oC dan kelembaban relatif 10±0,1% RH. Untuk itu, pada tugas akhir ini dilakukan penyempurnaan alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE dengan membuat sistem pengaturan udara, yang terdiri dari pengering udara (dehumidifier) dan pelembab udara (humidifier). Penyempurnaan alat tersebut bertujuan agar dapat mengatur udara masuk dengan berbagai kondisi kelembaban relatif pada delapan kondisi, yakni 1%, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %. Pada setiap kondisi dilakukan tiga kali pengujian.


38

3.5.1 Pembuatan Dehumidifier

Dehumidifier merupakan alat yang digunakan untuk menurunkan kelembaban udara. Untuk pembuatan dehumidifier pada alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE ini digunakan dehumidifier jenis desikan atau penurun kelembaban dengan penyerap uap air. Desikan yang digunakan adalah jenis molecular sieve 4A dan silica gel biru. Penyerap kelembaban molecular sieve 4A yang digunakan adalah produk dari Merck. Sedangkan untuk silica gel yang digunakan adalah silica gel blue indicator produk dari Brata Chemical. Tabel berikut adalah spesifikasi dari silica gel dan molecular sieve 4A Tabel 3.2 Spesifikasi Silica Gel

Warna

Navy blue 3 – 5 mm (98,2%)

Ukuran

Ukuran < 3 mm (1,6%) Ukuran > 5 mm (0,2%)

Kapasitas penyerapan

RH 20%

:

11,2%

RH 50%

:

25,8%

RH 90%

:

34,4%

Nilai pH

6,0

Bulk Density

750 g/L

Tabel 3.3 Spesifikasi Molecular sieve 4A

Warna

Krem

Ukuran

2 – 3 mm (98,2%)

Kapasitas penyerapan

> 210 mg/g

Crush strength

> 28 n/b (Newton/bead)

Bulk Density

680 g/L

Kondisi udara pada tempat pengujian, yakni di Laboratorium Motor Bakar dan Sistem Propulsi memiliki temperatur rata-rata 26,1oC dan kelembaban relatif rata-rata 54%. Pengering udara (dehumidifier) digunakan untuk menghasilkan fluida kerja dengan


39

kelembaban relatif 1 %, 10 %, 20%, 30%, 40%, dan 50% . Gambar skema sistem dehumidifier dapat dilihat pada gambar di bawah. Saluran udara (duct)

Udara masuk Katup

Udara proses masuk ke mangkuk bahan bakar

Kipas

Katup

Flowmeter

Katup Udara dari kompresor

Higrometer, Termometer

Silica Gel / Molecular Sieve 4A

Ke ADC

Gambar 3.25. Skema sistem dehumidifier

Sistem pelembab udara seperti terlihat pada gambar di atas terdiri dari beberapa komponen, antara lain: •

Pengering udara menggunakan molecular sieve 4A

Molecular sieve 4A memiliki kemampuan menyerap uap air yang tinggi. Untuk itu, molecular sieve 4A ini digunakan untuk menghasilkan fluida kerja dengan kelembaban relatif 1%. Jumlah molecular sieve 4A yang digunakan untuk pengeringan udara statik dapat diketahui dengan perhitungan berikut : Massa jenis udara lingkungan

= 1,1605 kg/m3

Kelembaban relatif udara lingkungan

= 56%

Kelembaban relatif udara proses

= 1%

Jumlah udara proses

= 3,8 L/menit x 30 menit = 114 L

Kadar uap air udara lingkungan (Ul)

= 12,5 g uap air/kg udara kering

Kadar uap air udara proses (Up)


Massa udara lingkungan : 114

1,1605

0,132297

1.10

udara kering


40

Massa uap air yang dikeringkan :

12,5 1,620

0,25

0,132297

uap air

Molecular sieve 4A yang diperlukan : 0,21

. 1,620

= 7,717 g Pada pengujian yang dilakukan, molecular sieve 4A yang digunakan adalah sebanyak 400gr yang diletakkan pada saluran selang dengan diameter 0,5 inci dan panjang 1,5 m. Dengan komposisi molecular sieve 4A yang cukup padat pada saluran selang tersebut, sulit untuk mengalirkan udara sebanyak 3,8 L/menit, sehingga digunakan kompresor dengan tekanan gage 1,2 bar. Dengan mengalirkan udara dari kompresor ini dapat menghasilkan aliran udara yang lebih besar dari 3,8 L/menit. Untuk pengaturan aliran digunakan katup cincin (control valve) yang dapat mengatur aliran udara yang diinginkan. Kelembaban relatif yang dihasilkan dengan instalasi ini adalah sekitar 0,2 – 0,4 % RH. Sehingga untuk menghasilkan kelembaban relatif sebesar 1%, udara kering yang melewati dehumidifier tersebut dicampur dengan udara lingkungan yang diatur juga dengan menggunakan katup. •

Pengering udara menggunakan silica gel

Silica gel memiliki kemampuan menyerap uap air yang lebih rendah dari molecular sieve 4A. Untuk itu, silica gel ini digunakan untuk menghasilkan fluida kerja dengan kelembaban relatif 10% sampai 50%. Jumlah silica gel yang digunakan untuk pengeringan udara statik dengan kelembaban relatif 10% dapat diketahui dengan perhitungan berikut : Massa jenis udara lingkungan

= 1,1605 kg/m3

Kelembaban relatif udara lingkungan

= 56%

Kelembaban relatif udara proses

= 10%

Jumlah udara proses

= 3,8 L/menit x 30 menit = 114 L

Kadar uap air udara lingkungan (Ul)


Kadar uap air udara proses (Up)

= 2 g uap air/kg udara kering

Massa udara lingkungan :


41

Mu

114 L x 1,1605

kg

m x 1.10

m

L

0,132297 kg udara kering

Massa uap air yang dikeringkan : Muk

Ul

Up x Mu g 12,5 2 kg udara kering x 0,132297 kg

1,389 g uap air

Molecular sieve 4A yang diperlukan : g M . 1,389 g uap air 0,258 g uap air = 5,384 g Pada pengujian yang dilakukan, silica gel yang digunakan adalah sebanyak 800gr yang diletakkan pada saluran selang dengan diameter 0,5 inci dan panjang 1,5 m. Dengan komposisi silica gel yang cukup padat pada saluran selang tersebut, sulit untuk mengalirkan udara sebanyak 3,8 L/menit, sehingga digunakan kompresor dengan tekanan gage 1,2 bar. Dengan mengalirkan udara dari kompresor ini dapat menghasilkan aliran udara yang lebih besar dari 3,8 L/menit. Untuk pengaturan aliran digunakan katup cincin (control valve) yang dapat mengatur aliran udara yang diinginkan. Kelembaban relatif yang dihasilkan dengan instalasi ini adalah sekitar 8,2 – 8,6 % RH. Sehingga untuk menghasilkan kelembaban relatif 10% sampai 50%, udara kering yang melewati dehumidifier tersebut dicampur dengan udara lingkungan yang diatur juga dengan menggunakan katup. Sistem pengeringan udara dengan silica gel ini pada prinsipnya sama dengan pengeringan menggunakan molecular sieve 4A, hanya absorbentnya saja yang berbeda. Gambar sistem pengering udara (dehumidifier) yang menggunakan molecular sieve 4A dan silica gel sebagai penyerap uap air dapat dilihat pada gambar 3.26 pada halaman berikut.


42

Fan menghisap udara lingkungan

Katup

ADC Sensor -sensor

Ruang uji bahan bakar Molecular sieve 4A /silica gel dalam saluran selang

Higrometer Udara dari kompresor

Gambar 3.26. Sistem pengering udara (dehumidifier)

•

Regenerasi molecular sieve dan silica gel

Setelah digunakan untuk pengeringan udara, molecular sieve 4A dan silica gel akan mengalami keadaan jenuh, dimana kedua material tersebut sudah tidak dapat menyerap uap air. Untuk menggunakannya lagi perlu dilakukan proses regenerasi, yakni dengan memanaskan material tersebut dalam oven. Proses regenerasi dilakukan pada :

Temperatur

: 105 – 110oC

Lama pemanasan

: ± 8 jam

Setelah dilakukan proses regenerasi, molecular sieve 4A dan silica gel tersebut dapat digunakan kembali, namun memiliki penurunan daya serap uap air seperti yang terdapat pada spesifikasinya masing-masing. 3.5.2 Pembuatan Humidifier

Humidifier atau pelembab udara digunakan untuk melembabkan udara. Dengan menggunakan alat ini, kelembaban udara dapat ditingkatkan. Penggunaan alat pelembab udara ini adalah untuk menghasilkan udara proses dengan tingkat kelembaban relatif 60% dan 70%.


43

Pada penjelasan bab dasar teori bab 2 terdapat beberapa sistem pelembab udara seperti sistem udara penuh, sistem air-udara, dan sistem udara penuh. Pada tugas sarjana ini dipilih pembuatan pelembab udara sistem air-udara. Sistem ini dipilih karena dianggap paling mudah dalam pembuatannya. Selain itu, pengaturan kondisi kelembaban udara dengan sistem ini cukup mudah, yakni dengan menggunakan katup (control valve). Skema dari humidifier dapat dilihat pada gambar berikut, Udara masuk

Katup Katup

Udara proses masuk ke mangkuk bahan bakar

Kipas

Katup

Kipas

Flowmeter

Katup Udara masuk Sprayer

Higrometer, Termometer

Ke ADC

Gambar 3.27. Skema sistem pelembab udara (humidifier)

Dari gambar skema sistem pelembab udara di atas, dapat dilihat adanya sprayer/semprotan air untuk menghasilkan udara lembab. Sprayer ini adalah jenis sprayer air yang menggunakan motor. Untuk mengalirkan udara melewati sprayer ini digunakan kipas angin/blower. Udara yang dihembuskan melalui sprayer ini memiliki kelembaban relatif sekitar 78% – 82%. Udara lembab tersebut kemudian dicampur dengan udara lingkungan yang memiliki kelembaban relatif sekitar 54% untuk menghasilkan kelembaban relatif udara yang masuk ruang uji sebesar 60% dan 70%. Gambar sprayer dan sistem pelembab udara dapat dilihat pada gambar 3.28 dan gambar 3.29 pada halaman berikut.


44

Gambar 3.28. Sprayer pada sistem pelembab udara (humidifier)

ADC Sensor -sensor Fan menghisap udara lingkungan

Katup

Pelembab udara menggunakan campuran udara – air (sprayer)

Ruang uji bahan bakar

Higrometer

Gambar 3.29. Sistem pelembab udara (humidifier)

Setelah dilakukan penyempurnaan dengan pembuatan sistem pengkondisian udara, maka alat uji BOCLE sudah dapat digunakan untuk pengujian dengan tingkat kelembaban relatif 1% – 70%. Pada gambar 3.30 di bawah ini dapat dilihat instalasi alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE dengan sistem pengering/pelembab udara yang dibuat pada tugas sarjana ini.


Gambar 3.30. Instalasi alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE

45

BAB III PENYEMPURNAAN ALAT UJI KELUMASAN BAHAN BAKAR BOCLE

Recommend Documents