ISSN: 1693-6930
49
SIMULASI PENGUKURAN NILAI VISKOSITAS OLI MESRAN SAE 10-40 DENGAN PENAMPIL LCD Mujiman Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta Kampus ISTA Jl. Kalisahak No. 28 Kompleks Balapan Yogyakarta Telp. 0274-563029, Fax. 0274-563847 e-mail:
[email protected] Abstract The factor of oil thickness and viscosity is the quantities must be adjusted to engine type. Thus, the type of lubricant oil can be classified according to type, performance, and use. The machine works at high speeds require lower viscosity and vice versa. This study aimed to develop a measurement model to display the value of oil viscosity, included the control system will execute input data timer to convert in viscosity unit (km/ms). Keywords: microcontroller, oil, viscosity
Abstrak Faktor kekentalan dan viskositas bahan dasar oli merupakan besaran yang harus disesuaikan dengan klasifikasi mesin. Dengan demikian jenis minyak pelumas yang sesuai digunakan dapat diklasifikasikan menurut tipe, performa, maupun kebutuhan penggunaannya. Mesin yang bekerja pada kecepatan yang tinggi memerlukan nilai viskositas yang rendah dan begitu juga sebaliknya. Penelitian ini ditujukan untuk membuat simulasi alat ukur untuk menampilkan nilai viskositas oli dengan sistem kontrol yang akan mengeksekusi data masukan yang berupa timer untuk dijadikan satuan viskositas (km/ms). Kata kunci: mikrokontroler, oli, viskositas
1. PENDAHULUAN Pelumasan terhadap mesin digunakan untuk menghindari terjadinya gesekan langsung antara logam dalam mesin, sehingga tingkat keausan logam dan tingkat kerusakan mesin dapat dikurangi. Dengan perawatan secara berkala umur mesin menjadi lebih lama. Keadaan optimum pelumasan logam dapat dicapai jika permukaan logam yang bersentuhan dilapisi secara sempurna oleh minyak pelumas. Untuk mendapatkan minyak pelumas yang sempurna, karakteristik dan jenis oli yang digunakan harus diperhatikan. Faktor kekentalan dan viskositas, bahan dasar oli merupakan besaran yang harus disesuaikan dengan klasifikasi mesin. Dengan demikian jenis minyak pelumas yang sesuai dapat digunakan menurut tipe, performa, maupun kebutuhan penggunaannya. Mesin yang bekerja pada kecepatan yang tinggi memerlukan nilai viskositas yang rendah dan begitu juga sebaliknya [1-2]. Saat ini masyarakat awam mengenal oli hanya dengan melihat merk dari yang terkenal, tidak melihat kekentalan oli yang karena terbatasnya alat ukur untuk ini. Karenanya pada paper ini akan dihadirkan perancangan model alat ukur yang dapat mengetahui kekentalan oli mesin, yang lebih sederhana dibandingkan [3]. Prinsip kerja dari simullasi ini adalah dengan menjatuhkan bola pejal pada sebuah tabung yang terisi oleh oli yang diukur dan didukung oleh komponen utama yaitu, sensor phototransistor, mikrokontroler AT89S51 dan LCD. 2. METODE PENELITIAN Dalam hal ini penulis mengambil dasar metode bola jatuh dalam aplikasi pada alat yang dibuat. Bola jatuh atau peluru yang jatuh menggunakan hukum stokes [4-5], yaitu jika sebuah bola jatuh pada pusat sebuah tabung silinder vertikal, gaya apung dan gaya Simulasi Pengukuran Nilai Viskositas Oli Mesran SAE 10-40 Dengan……(Mujiman)
ISSN: 1693-6930
50
hambat pada kecepatan terminal sama dengan gaya grafitasi yang dialami oleh bola. Untuk metode menggunakan bola jatuh, jika kecepatan jatuh (Us), berat jenis fluida (γf) dan berat jenis bola (γs), dan diameter bola (D) diketahui, maka viskositas fluida (μ) dapat dicari dengan persamaan:
μ=
D2 (γ s − λf )
(1)
180U 2
Persamaan ini menghasilkan metode yang mudah untuk pengukuran viskositas. Jika fluida terdapat dalam jumlah yang terbatas, dalam hal ini berada di dalam sebuah tabung. Pengaruh dinding-dinding tabung tersebut sedemikian sehingga koefisien hambatan yang dihasilkan lebih tinggi daripada bila fluida tidak terbatas. Misalnya, bola pejal dengan diameter (D) jatuh pada pusat sebuah tabung silinder vertikal berdiameter (Dc), kecepatan relatif fluida yang bersebelahan dengan bola meningkat, hambatan juga meningkat, dan bola akan jatuh dengan kecepatan yang lebih rendah dibanding di lingkungan fluida yang banyaknya tidak terbatas. Kecepatan bola jatuh bola di dalam fluida yang terkoreksi (Us) dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
⎡ D⎤ U s = ⎢1 + 2,4 ⎥ U m Dc ⎦ ⎣
(2)
Gambar 1. Metode bola jatuh Jika diketahui tinggi fluida di dalam tabung (L), dan waktu yang ditempuh di dalam fluida (t) maka besarnya Um yang merupakan persamaan kecepatan standar (V) dalam menempuh jarak dengan waktu tertentu dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
U
m
=
L t
(3)
Dengan memasukkan persamaan 1 sampai 3 diatas, maka besarnya viskositas fluida di dalam tabung dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: TELKOMNIKA Vol. 6, No. 1, April 2008 : 49 - 56
ISSN: 1693-6930
TELKOMNIKA
μ=
■ 51
D 2 ( ys − y f ) D L 180 (1 + 2,4 ) Ds t
(4)
keterangan: μ : Viskositas Fluida (Kg/m s) D : Diameter Bola Pejal (m) Dc : Diameter Tabung (m) Γf : Berat Jenis Fluida (kg/m2s2)
γs : Berat Jenis Bola (kg/m2s2) L : Jarak/tinggi Fluida (m) t : Waktu (s)
2.1. Perancangan Alat Prinsip kerja alat dirancang agar jika pertama kali sistem dinyalakan, mikrokontroler akan menjalankan program dari awal, yaitu mikrokontroler akan mendeteksi port yang digunakan dan alamat-alamat RAM yang dipakai pada sistem ini. Setelah penginisialisasian alamat dilakukan, mikrokontroler akan menginisialisasi alamat RAM pada LCD untuk pengaktifasian LCD. Program diteruskan dengan pengaktifasian timer interupsi untuk menjalankan cacahan waktu tempuh. Saat sensor telah siap digunakan, bola laker dijatuhkan kedalam tabung yang telah berisikan fluida berupa oli. Saat bola laker memotong sinar infra merah sensor start (atas) akan mengindra bola pejal pada awal yang yang berlogika 1 saat benda melewatinya lalu waktu tempuh mulai dihitung. Pada saat bola laker memotong sinar infra merah sensor stop (bawah) mengindra benda pada akhir yang berlogika 1 saat benda melewatinya maka cacahan timer akan berhenti. Dengan berhentinya cacahan timer tersebut, sistem kontrol akan mengeksekusi data masukan yang berupa timer untuk dijadikan satuan viskositas (Kg/m s). Kemudian LCD yang berfungsi sebagai penampil informasi akan menampilkan hasil kalkulasi dan juga menampilkan waktu tempuh. Komponen meliputi sensor, mikrokontroller, tombol push button dan penampil. Diagram blok yang menunjukkan interaksi masing- masing komponen ditunjukkan pada Gambar 2.
Phototransistor Unit pengendali Berbasis mikrokontroler AT89S51
LCD
Tombol Push boton
Gambar 2. Diagram blok bagian elektronik sistem pengendali 2.2. Validasi alat Pada validasi sistem dilakukan pengecekan operasional kerja alat secara keseluruhan. Validasi ini dilakukan untuk membuktikan bahwa semua komponen dan fungsi-fungsi program telah sesuai dengan yang diharapkan. Hasil validasi pengukuran kekentalan oli Mesran dapat dilihat pada Tabel 1. 2.3. Implementasi alat Implementasi alat dilakukan didalam ruangan yang suhu serta kemiringan bidang tanah yang tetap dan tidak berubah agar mendapatkan hasil yang di inginkan. Pengamatan viskositas oli dilakukan dengan beberapa parameter, yaitu hasil pengamatan waktu tempuh, hasil validasi viskositas oli Mesran. Untuk mengantisipasi adanya nilai yang lebih rendah maka alat ini diambil beberapa sampling.
Simulasi Pengukuran Nilai Viskositas Oli Mesran SAE 10-40 Dengan ……(Mujiman)
ISSN: 1693-6930
50 Tabel 1. Hasil validasi terhadap fungsi bagian-bagian sistem No
Kerja Alat
1
Saklar reset
2
Sensor
Kondisi Tidak ditekan Ditekan Sensor start Sensor stop
3
LCD sebagai penampil informasi dan hasil kalkulasi
Mode tampilan awal
Deskripsi Kerja Alat bekerja normal. Mereset mikrokontroler dan mengulangi pelaksanaan program dari awal. Mengindra bola pejal pada awal yang berlogika 1 saat benda melewatinya. Mengindra benda pada akhir yang berlogika 1 saat benda melewatinya. Menampilkan frame utama. ♦
Mode RUN
♦
Status OK OK OK OK OK
Menampilkan hasil kalkulasi dalam bentuk validasi. Menampilkan waktu tempuh.
3.
OK
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengamatan oli dari pengujian yang telah dilakukan sebanyak 10 kali percobaan, dapat dilihat pada Tabel 2-6 dan Gambar 2-6, dimana dalam table-tabel tersebut ditunjukkan beberapa hasil pengujian seperti waktu (T), suhu (t) dan juga nilai viskositas dari oli Mesran SAE 10, SAE 20, SAE 30, dan SAE 40, dilakukan sebanyak 10 kali percobaan. Tabel 2. Hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 10 No
Percobaan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata
Waktu ( T ) ( detik ) 42 44 43 44 43 45 44 45 43 44 43.7
Viskositas ( V ) ( kg/ms ) 54 57 55 57 55 58 57 58 55 57 56.3
Suhu ruangan ( t ) ( 0C ) 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27
at a
10
ra t
ar
9
8
7
6
5
4
3
2
1
70 60 50 40 30 20 10 0
Viskositas
Waktu
suhu ruang
Gambar 2. Grafik hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 10
TELKOMNIKA Vol. 6, No. 1, April 2008 : 49 - 56
ISSN: 1693-6930
TELKOMNIKA
■ 51
Tabel 3. Hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 20 No
Percobaan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata
Waktu ( T ) ( detik ) 30 29 29 28 31 30 29 32 29 31 29.8
Viskositas ( V ) ( kg/ms ) 39 37 37 36 40 39 37 41 37 40 38.3
Suhu ruangan ( t ) ( 0C ) 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29
45 40 35 30 25 20 15 10 5
a at
11 ra
ta -r
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
viskositas
waktu
suhu ruang
Gambar 3. Grafik hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 20 Tabel 4. Hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 30 No
Percobaan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata
Waktu ( T ) ( detik ) 57 55 55 57 57 58 57 59 56 58 56.9
Viskositas ( V ) ( kg/ms ) 74 71 71 74 74 75 74 76 72 75 73.6
Suhu ruangan ( t ) ( 0C ) 28 29 28 28 28 28 28 28 28 28 28
Simulasi Pengukuran Nilai Viskositas Oli Mesran SAE 10-40 Dengan ……(Mujiman)
ISSN: 1693-6930
52
80 70 60 50 40 30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
viskositas
7
8
waktu
9
10
11
suhu ruang
Gambar 4. Grafik hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 30 Tabel 5. Hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 40 No
Percobaan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata
Waktu ( T ) ( detik ) 88 86 86 85 83 85 83 80 81 81 83.8
Viskositas ( V ) ( kg/ms ) 114 111 111 110 107 110 107 104 105 105 108.4
Suhu ruangan ( t ) ( 0C ) 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
120 100 80 60 40 20 0 1
2
3
4
viskosits
5
6 waktu
7
8
9
10
11
suhu ruang
Gambar 5. Grafik hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE 40
TELKOMNIKA Vol. 6, No. 1, April 2008 : 49 - 56
ISSN: 1693-6930
TELKOMNIKA
■ 53
Tabel 6. Data hasil pengujian Oli Mesran SAE 10, 20, 30 dan 40 N0 1 2 3 4
Sampel SAE 10 SAE 20 SAE 30 SAE 40
C.600 135 163 215 300
C.300 70 84 110 170
Viskositas 65 79 105 130
700 600 500 400 300 200 100 0 SAE 10
SAE 20 C.600
C.300
SAE 30
SAE.40
Viskositas
Gambar 6. Grafik hasil pengukuran viskositas oli Mesran SAE10 - SAE 40 menggunakan Rheometer (Fann VG) Berdasarkan pada pembacaan grafik hasil perbandingan antara pengujian terhadap alat yang dibuat dengan hasil penelitian dari Laboratorium Teknik Perminyakan UPN, dan data dari Pertamina dapat diketahui bahwa nilai viskositas antara alat yang dibuat dengan data dari Pertamina tidak dapat dijadikan acuan mendasar karena yang mendekati hanya nilai viskositas dari oli Mesran SAE30 dan SAE40, sedangkan dengan data dari UPN, sedikit banyak dapat dijadikan acuan karena nilainya hampir mendekat. 4. SIMPULAN Dari pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1) Rangkaian unit sensor sebagai sensor cukup sensitif dengan media oli Mesran baru SAE 10 – SAE 40. 2) Kinerja dari alat ini sangat dipengaruhi oleh kemiringan tempat pengukuran dan suhu di sekitarnya, serta diameter tabung dan bola pejal yang digunakan. 3) Untuk pengembangan selanjutnya, dalam mengukur kekentalan oli kita dapat dengan langsung mengetahui perbedaan nilai viskositas dari alat yang dibuat dengan hasil penelitian dari laboratorium Perminyakan UPN, dan data dari Pertamina dikarenakan perubahan suhu saat pengambilan data dan juga adanya perbedaan metode yang digunakan dalam pengujian menampilkan SAE berapa yang telah diukur dengan menampilkan langsung pada LCD, dari hasil pengamatan oli Mesran SAE 10 – SAE 40, ternyata oli yang paling mendekati nilai viskositasnya dengan data dari pertamina adalah oli
Simulasi Pengukuran Nilai Viskositas Oli Mesran SAE 10-40 Dengan ……(Mujiman)
54
ISSN: 1693-6930
Mesran SAE 30, sedangkan dengan data dari Laboratorium Perminyakan UPN adalah SAE 10 dan SAE 40. 4) Alat hanya untuk membantu mengetahui nilai kekentalan oli Mesran sesuai standart SAE 10 – SAE 40. DAFTAR PUSTAKA [1]. Dugdale, R.H. “Mekanika Fluida. Edisi Ketiga”, Erlangga, Jakarta, 1986. [2]. Olson, M., Reuben and Steven, J.W., “Dasar-dasar Mekanika Fluida Teknik”. Edisi Kelima, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993. [3]. Hilton, D.K, Van, S., and Steven, W., “Gravitational Capillary Viscometer for Lowtemperature Liquids”, Review of Scientific Instruments, Vol. 78, Issue 3, Mar 2007 pp. 033906-033915. [4]. Ethier, C.R., Steinman, D.A., "Exact fully 3D Navier–Stokes Solutions for Benchmarking", International Journal for Numerical Methods in Fluids, 1994, 19 (5): 369– 375. [5]. LeBlanc, G. E., and Secco, R. A., “High Pressure Stokes’ Viscometry: A new in Situ Technique for Sphere Velocity Determination”, Review of Scientific Instruments, Vol. 66, Issue 10, Oct 1995, pp. 5015-5018.
TELKOMNIKA Vol. 6, No. 1, April 2008 : 49 - 56
