PENENTUAN KUALITAS PELUMASAN MESIN

PENENTUAN KUALITAS PELUMASAN MESIN Rizqon Fajar dan Siti Yubaidah Balai Termodinamika Motor dan Sistem Propulsi BPPT Email: [email protected]

ABSTRACT : The monitoring on commercial engine lubricants have resulted that the properties of most lubricants (synthetic, semi synthetic and mineral type) have met the requirements specifiedfor common engine oil. However, significant variations have been found in the properties such as viscosity, viscosity index and additive contents (anti oxidant & detergent). Too high in viscosity will give difficulty during engine staring and increases the fuel consumption. Meanwhile if the viscosity is too low this will create more risks for engine damage (metal to metal contact). Some of the samples from synthetic, semi synthetic and mineral lubricants have shown that the additives contents (anti oxidant, antiwear anddetergent) are too low. Lower additive contents means that the service life ofthe lubricants will be shorter than the usual recommendation. Most of mineral lubricants are too high

viscosity at normal temperature of engine operation (lOff'C). This will decrease the efficiencyfor the engine operations (highfuel consumption).

Keywords : mineral lubricants, synthetic, semisynthetic, viscocity, additive contents

PENDAHULUAN

Ada tiga jenis pelumas mesin yang beredar dipasar, dibedakan berdasarkan pelumas dasar (base oil) yang menyusunnya. Ketiganya adalah pelumas mineral, pelumas semi sintetik dan pelumas sintetik. Ketiganya mempunyai kelebihan masing-masing baik dari segi unjuk kerja maupun harga. Pelumas mineral memiliki bahan baku yang berasal dari proses pengilangan minyak bumi dan terdiri dari berbagai komponen seperti parafin, nafta, aromatik dll. Karena tersusun oleh berbagai komponen maka pelumas mineral tidak dapat memiliki sifat atau unjuk kerja yang optimum tanpa bantuan aditif. Lain halnya dengan pelumas sintetik yang dibuat dari suatu reaksi kimia tertentu dan dirancang untuk memiliki sifat yang diinginkan. Oleh karena itu pelumas sintetik memiliki struktur molekul tertentu yang memiliki sifat atau unjuk kerja yang optimum. Salah satu kelemahan pelumas sintetik adalah harganya yang lebih mahal dibanding pelumas mineral. Untuk mengatasi hal ini maka dibuat produk yang merupakan kompromi dari kelemahan atau kekuatan pelumas sintetik dan mineral, yaitu pelumas semi sintetik. Saat ini tidak adanya kesepakatan yang jelas tentang definisi pelumas semi sintetik. Ada yang

berpendapat bahwa pelumas semi sintetik merupakan campuran antar pelumas mineral dengan sintetik. Definisi lain adalah pelumas semi sintetik merupakan pelumas mineral yang telah diperbaiki sifatnya, mendekati unjuk kerja pelumas sintetik. Dalam survey ini akan ditunjukkan definisi yang berlaku di pasar. Definisi mengenai pelumas mineral, semi sintetik dan sintetik sangat bervariasi, ditentukan oleh persepsi masing-masing produsen pelumas. Pada paper ini akan diuraikan lebih dulu tentang definisi kualifikasi pelumas yang diberikan oleh institusi berwenang dan para ahli dibidang pelumas. Setelah itu akan dilaporkan hasil dari monitoring terhadap berbagai merk pelumas dipasar dan dievaluasi tentang jenis (mineral, semi sintetik, sintetik) dan kualitasnya. Penentuan kualitas pelumas dilakukan berdasarkan hasil pengukuran sifat kimia fisika yang menentukan proses pelumasan. Hasil pengukuran sifat kimia fisika kemudian dibandingkan dengan spesifikasi/ standar yang sesuai dengan kualifikasi pelumas yang tertera pada kaleng pelumas yang dimonitor. Sifat kimia fisika yang digunakan untuk mengevaluasi kualitas pelumas adalah: •

Penentuan kualitas pelumasan mesin (R. Fajar dan S. Yubaidah)

Viskositas dan Viskositas Indeks

11

Total Base Number (TBN) Titik nyala Kandungan Additive Titik Tuang {Pour Point) Sidik Jari Pelumas (FTIR)

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memberikan informasi yang obytektif terhadap kualitas berbagai pelumas yang beredar

dipasar tanpa memperhatikan merk dan harga dengan cara yang sederhana dan cepat (screening test).

TINJAUAN PUSTAKA

alkylated aromatics, polybutenes, aliphatic diesters, polyolesters, polyalkyleneglycols dll. Perbedaan Unjuk Kerja Pelumas Dasar Sintetik dan Mineral

Perbedaan unjuk kerja pelumas yang dimaksud adalah kelebihan dan kelemahannya. Kelebihan minyak dasar sintetik (khususnya PAO) dibanding minyak dasar mineral, baik grup I, II maupun III adalah pada beberapa

sifat fisik dan unjuk kerjanya, antara lain2): •

•

Kualifikasi Pelumas Dasar

Sebagaimana diuraikan sebelumnya bahwa definisi tentang kualifikasi pelumas dasar sangat rancu di lapangan. Pada prinsipnya ada dua jenis pelumas dasar yaitu pelumas dasar mineral dan sintetik. Pelumas dasar mineral terbuat dari minyak bumi melalui proses separasi. Sedangkan pelumas dasar sintetik terbuat biasanya dari minyak bumi melalui rekayasa proses/reaksi yang kompleks untuk mendapatkan sifat yang diinginkan. Pemerintah melalui Surat Keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (No. 1693 K/34/MEM/2001) telah menggolongkan mutu pelumas dasar menjadi lima grup. Pelumas dasar yang termasuk kedalam grup I, II dan III berasal dari minyak bumi (mineral) karena masih mengandung sulfur dan senyawa tak jenuh. Pelumas dasar mineral terdiri dari campuran senyawa parafin, nafta dan aromatik. Pelumas dasar grup III terbuat dari senyawa parafin yang telah mengalami proses lanjutan sehingga kadar sulfur rendah dan memiliki indeks viskositas

yang tinggi. Pelumas dasar grup IV dan V merupakan

pelumas sintetik dimana tidak mengandung sulfur, memiliki indeks viskositas (>120) dan stabilitas oksidasi yang tinggi (kadar senyawa tak jenuh sangat kecil). Pelumas dasar sintetik yang telah diterapklan secara luas adalah polyalphaolefins (PAO) terutama sebagai pelumas mesin, digolongkan dalam grup IV. Sedangkan pelumas dasar yang digolongkan dalam grup V adalah selain PAO, yaitu:

12

•

Sifat penguapannya yang relatif rendah, yang memungkinkan minyak dasar ini mempunyai tingkat konsumsi yang rendah. Titik tuangnya relatif rendah, memungkinkan diformulasikan untuk aplikasi pelumas pada kondisi ekstrem dingin yang tidak dapat dicapai oleh pelumas berbahan dasar mineral. Mempunyai kestabilan yang lebih baik pada operasi temperatur tinggi.

Disamping beberapa kelebihan tersebut di atas minyak dasar sintetik masih mempunyai kelemahan diantaranya: • Keterbatasan melarutkan beberapa aditif

•

sehingga menjadi hambatan dalam proses produksi. Dapat menyebabkan perubahan sifat fisik dari seal, yang dapat menyebabkan cepat rusaknya material seal dan dapat menimbulkan kebocoran.

•

Harganya jauh lebih mahal dari minyak dasar mineral.

Parameter Penentu Sifat Pelumasan Viskositas

Viskositas merupakan ukuran seberapa besar hambatan sebuah fluida (pelumas) untuk dapat mengalir. Makin besar viskositas (makin kental) berarti makin makin besar hambatan untuk mengalir. Idealnya viskositas atau hambatan suatu pelumas harus kecil namun harus menghasilkan lapisan tipis yang kuat/kental untuk memisahkan dua permukaan yang saling bergesekan pada temperatur tertentu3,4). Tabel 2 menampilkan beberapa persyaratan sifat fisika dari pelumas berasal

MESIN, Vol. 9, No. 1, Januari 2007, 11-21

dari berbagai kekentalan yang ditetapkan pada SAE J300. Sementara itu penentuan kekentalan yang harus digunakan direkomendasikan oleh pabrik mesin/ kendaraan karena kekentalan berhubungan dengan spesiflkasi mesin dan kondisi operasi mesin (kecepatan, beban, temperatur).

tuang juga

dapat

digunakan

untuk

cek

kemurnian dan jenis pelumas sintetik4,5). Titik Nyala (Flash Point)

viskositas akan naik jika temperature turun4"*)

Adalah temperatur dimana timbul sejumlah uap yang dengan udara membentuk suatu campuran yang mudah menyala. Flash point dapat diukur dengan jalan melewatkan nyala api pada pelumas yang dipanaskan secara bertahap. Titik nyala merupakan sifat pelumas yang digunakan untuk prosedur penyimpanan agar aman dari bahaya kebakaran. Semakin tinggi titik nyala suatu pelumas semakin aman dalam penggunaan dan

Perubahan ini tidak akan sama untuk semua

penyimpanan4,5*.

Indeks Viskositas

Indeks viskositas (Viscosity Index, VI) adalah suatu ukuran dari perubahan viskositas terhadap temperatur. Viskositas pelumas akan turun jika temperature naik dan sebaliknya,

pelumas. Saat ini hampir semua pelumas memiliki VI yang cukup tinggi, diatas 100 sehingga perubahan temperatur tidak merubah viskositas hingga ke tingkat yang membahayakan mesin. Semua pelumas jenis multi grade memiliki VI diatas 100. Untuk pelumas mesin sintetik berasal dari PAO memiliki VI yang tinggi (130-150). Titik Tuang (Pour Point)

Adalah

temperatur

rendah

dimana

sebuah pelumas masih mengalir. Titik tuang pelumas ditentukan dari jenis pelumas dasar (base oil) yang digunakan. Pelumas sintetik pada umumnya mempunyai titik tuang jauh lebih rendah dibandingkan pelumas mineral. Sehinga daerah operasi pelumas sintetik lebih luas, mulai dari daerah ekstrim dingin hingga panas. Pada umumnya, pelumas sintetik mempunyai sifat cold starting yang jauh lebih baik dibandingkan pelumas mineral. Titik

Total Base Number (TBN)

Adalah kapasitas pelumas untuk menetralisir asam yang berasal dari bahan bakar (sulfur) dan akibat dari oksidasi temperatur tinggi, kondensasi dan proses

pembakaran4,6).

Kehadiran

asam

dalam

mesin/crankcase dapat menimbulkan korosi pada bearing. Suatu pelumas harus mempunyai kandungan TBN yang cukup tinggi agar dapat menetralisir asam dalam jangka waktu tertentu. Oleh karena itu, besar TBN suatu pelumas tergantung jenis bahan bakar yang digunakan (kandungan sulfur). Semakin besar TBN dari sebuah pelumas, semakin lama usia pakainya. Untuk kondisi di Indonesia besar TBN untuk pelumas bensin adalah 6-10 mg KOH/g. Pelumas disel memiliki TBN yang lebih tinggi (>11), karena kandungan sulfur dalam minyak disel cukup tinggi (>500 ppm).

Tabel 1. Penggolongan dan mutu pelumas dasar SK Menteri ESDM No. 1693 K/34/MEM/20012) Kategori

Kandungan

Saturated/Senyawa

Pelumas Dasar

Sulfur, %

Jenuh, %

Indeks Viskositas

Grup I

>0,03

dan atau

<90

80-120

Grup II

<0,03

atau

<90

80-120

Grup III

<0,03

atau

<90

> 120

Grup IV

Semua Polyalphaolefin (PAO)

Grup V

Semua yang lain dari Grup I, II, II, IV


13

Tabel 2 Persyaratan sifat fisika pelumas dari berbagai kekentalan (SAE J300)7) Parameter

OW

5W

10W

15W

20W

25W

20

30

40

50

60

3,8

3,8

4,1

5,6

5,6

9,3

5,6 <9,3

9,3 <12,5

12,5 <16,3

16,3 <21,9

21,9 26,1

-35

-30

-23

-18

-15

-9

200

205

215

220

225

230

Viskositas

pd 100°C Min. cSt Max. cSt

Titik

Tuang

-

-

-

-

-

-

-

-

Max. °C Titik

Nyala

-

Min. °C

Kandungan Aditif Pelumas mengandung berbagai jenis

aditif. Jenis aditif yang penting antara lain anti oxidant, anti korosi, detergent dan extreme

pressure. Senyawa organo metal (zinc) sering digunakan sebagai aditif anti oksidant, anti korosi!antiwear

dan

extreme

pressure.

Sedangkan senyawa organo metal (Ca atau Mg) digunakan sebagai additive detergent. Kandungan senyawa aditif organo metal dalam

pelumas dapat dideteksi secara akurat dengan instrument ICP (Inductive Couple Plasma). Kisaran kandungan anti oxidant dalam

pelumas adalah 1000 ppm dan untuk aditif detergent (Ca dan Mg) sekitar 2000 ppm. Jumlah aditif dalam pelumas tidak boleh terlalu sedikit, sebab aditif (terutama

antioxidant) akan cepat rusak atau terkonsumsi dengan cepat seiring dengan usia pakai pelumas. Semakin tinggi kandungan antioxidant usia pakai pelumas juga semakin panjang4,6) Sidik Jari

Pelumas tersusun oleh senyawa pelumas dasar dan additive. Molekul pelumas dasar dan

additive mempunyai gugus-gugus fungsi yang khas dan dapat dideteksi oleh Spektrometri Inframerah

Transformasi

Fourier

(FTIR).

Setiap pelumas memiliki spektrum FTIR yang khas dan spektrum tersebut dapat dijadikan sebagai sidik jari atau identitas keasliannya. Spektrum FTIR juga sering digunakan untuk mendeteksi kehadiran aditif dan sisa usia pakai

4000 3000 3200 2000 2400 2000 1300 1000 1400 1200 1000

600

Bilangan gelombang (cm1)

Gambar 1. Spektra FTIR gugus fungsional dari base oil dan additif^

14


Tabel 3Daftar spektra FTIR gugus fungsional dari base oil dan additif** Gugus fungsi

Bilangan gelombang (cm"1)

Keterangan

3000

Base Oil (Mineral & PAO)

Methyl (-CH3)

pelumas

Aromatic

1600

Mineral

ZnDDP

978 & 654

Antioxidant & Antiwear

Phenol

3648

Antioxidant

Aromatic amine

744,1310,1514

Antioxidant

Carbonat

1494 & 868

Detergent Detergent Detergent Dispersant

Sulfonat

1158 & 1169

Succinimide

1230 & 1366

Succinimide

1704, 1773

berdasarkan

jumlah

kandungan

additif tersisa7). Gambar 1 menampilkan karakteristik spektrum pelumas beserta gugus fungsi yang berasal dari additif dan minyak dasar (base oil). Tabel 3 memuat gugus

fungsional yang terkandung pada base oil dan additif beserta bilangan gelombangnya.

METODOLOGI Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan untuk penelitian ini adalah alat ukur untuk parameter yang berkaitan fisika pelumas yaitu viskometer kinematik Scott gerate (viskositas dan viskositas indeks), tabung gelas dan termometer (titik tuang), flash point close cup Pensky Marten, titrator Metrum (TBN). ICP Perkin Elmer Plasma 400 (kandungan logam additif) dan FTIR Perkin Elmer Paragon 1000 (sidik jari pelumas). Bahan kimia yang digunakan adalah pelarut sebagai pembersih (alkohol dan aceton). Bahan kimia untuk keperluan analisis (proanalis) adalah chlorobenzene, asam acetat, asam perchlorat untuk analisis kandungan basa (TBN) dan xylene sebagai pengencer sampel pelumas sebelum dianalisis kandungan logam dengan ICP.

Sampel Pelumas Sampel diambil dari grosir pelumas yang telah dijamin keasliannya dari produsen. Sampel terdiri dari jenis mineral, semi sintetik dan sintetik. Setelah dicatat jenis pelumas dan kekentalannya, sampel pelumas dipindahkan

ke botol yang bersih dan kering. Selanjutnya botol-botol sampel diberi kode A, B, C hingga V. Maksud dari pemindahan sampel adalah obyektifitas tetap terjaga selam analisis (Merk pelumas tidak akan dikenal oleh para analis di laboratorium). Jumlah total sampel pelumas adalah 22 buah, dimana perincianya adalah: •

Mineral: 5 buah

• •

Semi Sintetik: 9 buah Sintetik: 8 buah

Ke-22 dikirim

ke

sampel

pelumas

laboratorium

untuk

kemudian dianalisis.

Identitas dan klasifikasi dari sampel pelumas terdapat pada Tabel 4. Metode Pengukuran Dari pengukuran parameter yang menentukan sifat pelumasan (viskositas, indeks viskositas, titik tuang) dilakukan

perbandingan terhadap nilai standar yang berlaku untuk jenis pelumas yang bersangkutan, seperti yang tercantum pada Tabel 2. Jika tidak mungkin membandingkan dengan nilai standar maka digunakan nilai yang bersifat lokal atau nilai tipikal yang sesuai dengan kondisi operasional mesin (kandungan additif). Berikut ini akan diuraikan parameter beserta nilai standar yang digunakan dalam penilaian. Sampel pelumas diambil dari distributor yang telah mempunyai reputasi. Ke-22 sampel tersebut memiliki merk, kekentalan dan jenis base oil yang berlainan. Identitas dari ke-22 sampel pelumas tersebut diuraikan pada Tabel 4. Parameter yang digunakan untuk mengevaluasi unjuk kerja pelumasan dan


15

metode

pengukurannya

diuraikan

pada

temperature 40°C juga lebih tinggi dibanding sampel pelumas sintetik yang lain. Dikhawatirkan pada temperatur rendah, hal ini

Tabel 5.

akan menyulitkan starting karena pompa oli akan bekerja berat. Lain halnya dengan sampel

HASIL DAN PEMBAHASAN

pelumas dengan kode B dan G yang memiliki

Sampel Pelumas Sintetik

Hasil pengukuran sifat kimia fisika dari sampel pelumas sintetik 10W-40 dan SAE 20W-50 terdapat pada Tabel 6. Dari semua sampel dengan kekentalan SAE 10W-40 (kode A hingga G) hanya sampel dengan kode A

yang memiliki viskositas 100°C (18,08 cSt) melebihi ketentuan yang ditetapkan menurut SAE J300 (min. 12,5 dan maks. 16,3 cSt).

Visksoitas pada 100°C merupakan vi skositas pada temperatur operasional mesin. Jika pada jika viskositas terlalu tinggi maka mesin bekerja lebih berat sehingga memerlukan energi atau bahan bakar yang banyak. Viskositas

sampel

pelumas

A

pada

viskositas rendah sehingga akan mempermudah starting mesin pada temperatur rendah, meskipun sampel pelumas G memiliki

viskositas pada 100°C yang relatif lebih rendah (12,2 cSt) dibandingkan batas yang ditetapkan (min. 12,5 cSt). Hanya ada sebuah sampel dengan bilangan kekentalan SAE 20W-50

yaitu H. Visksoitasnya pada temperatur 100°C (17,56 cSt) memenuhi klasifikasi SAE J300 (16,3-21,9 cSt), namun demikian penggunaan pelumas sintetik saat ini dapat mentolerir visksoitas yang lebih rendah karena pelumas sintetik

memilki

kekuatan

film,

friksi,

ketahanan oksidasi dan panas yang lebih tinggi

Tabel 4. Identitas dan klasifikasi sampel pelumas Kode

Kekentalan

Jenis Base Oil

Kode

Kekentalan

Jenis Base Oil

A

10W-40

Sintetik

L

20W-50

Semi Sintetik

B

10W-40

Sintetik

M

20W-50

Semi Sintetik

C

10W-40

Sintetik

N

20W-50

Semi Sintetik

D

10W-40

Sintetik

O

20W-50

Semi Sintetik

£

10W-40

Sintetik

P

20W-50

Semi Sintetik

F

10W-40

Sintetik

Q

20W-50

Semi Sintetik

G

10W-40

Sintetik

R

20W-50

Mineral

H

20W-50

Sintetik

S

20W-50

Mineral

I

10W-40

Semi Sintetik

T

20W-50

Mineral

J

10W-40

Semi Sintetik

U

20W-50

Mineral

K

10W-40

Semi Sintetik

V

20W-50

Mineral

Tabel 5. Parameter Pelumasan dan Metode Uji Sifat Pelumas

Metode Uji

Viskositas pada 40°C, cST Viskositas pada 100°C,cSt

ASTM D-445

Indeks Viskositas

Titik Tuang (Pour Point), °C Titik Nyala (Flash Point), °C TBN, mg KOH/g

Kandungan Additive (Zn, Ca, Mg) Sidik Jari

16

ASTM D-445 ASTM D-2270

ASTM D-97 ASTM D-92 ASTM D-2896 ICP FTIR


Tabel 6. Properties pelumas sintetik dengan SAE 10W-40 dan SAE 20W-50 SAE 10W-40

SAE 20W-50 H

Batas

156,76

Viskositas 40°C,

-

A

B

C

D

E

F

G

113,84

78,45

90,48

91,60

87,06

100,35

76,43

18,08

13,66

14,29

14,15

13.85

14,35

12,20

Batas -

cSt

Viskositas I00°C,

17,56

cSt

Indeks Viskositas

116

Min.

Min.

16,3

12,5

Max.

Max.

21,9

16,3

130-

139

143

137

135

137

130

130-

135

150

150

Titik Tuang (PP),

-30

°C

Max.

-21

-30

-24

-24

-27

-27

-24

TBN, mgKOH/g sampel

9,78

5,60

Max. -15

-15

6,79

9.46

7,8

9,45

8,62

5,33

Additif:

Zn (ppm) Ca (ppm) Mg (ppm)

960

1158

804

820

814

762

935

1835

3257

2223

1506

2456

1465

2419

1755

4

12

6

1083

17

1079

272

8

Titik Nyala, °C

236

226

220

222

222

224

216

228

1071

-

Min.

-

Min. 215

220

Keterangan:

paling tinggi kualitasnya kandungan additifantioksidant/antiwear (ppm) paling rendah kualitasnya • Ca & Mg: kandungan additif'detergent/penetralisir asam (ppm)

•

Zn

dari pelumas mineral. Secara umum dapat dikatakan bahwa sampel B memilki viskositas yang ideal karena memenuhi klasifikasi SAE J300 dan memiliki viskositas yang cukup

rendah pada temperatur 40°C. Meskipun Indeks viskositas (VI) tidak terlalu penting dalam unjuk kerja pelumasan namun pelumas sintetik biasanya memiliki VI yang berkisar antara 130 s/d 150. Semua sampel sintetik dengan SAE 1OW-40 (A s/d G) telah memenuhi persyaratan SAE J300. Sedangkan sampel dengan SAE 20W-50 (kode H) memiliki VI sebesar 116 yang agak rendah untuk digolongkan sebagai pelumas sintetik. Titik tuang (pour point) semua sampel baik dengan kekentalan SAE 10W-40 dan 20W-50

(A

s/d

H)

telah

memenuhi

Bilangan basa (TBN, total base number) menunjukkan kemampuan pelumas untuk menetralisir asam hasil oksidasi pelumas maupun hasil pembakaran bahan bakar. Semakin tinggi TBN semakin tinggi pula kemampuan pelumas menetralisir asam. TBN dalam pelumas adalah proporsional dengan kandungan aditif detergent (kandungan Ca dan Mg). Selain sebagai penetralisir asam, detergen juga berfungsi untuk membersihkan permukaan mesin/ruang bakar dari kerak. Besar TBN untuk kondisi bahan bakar dan

pemakain mesin yang normal di Indonesia (-5.000 km) adalah sekitar 6-7 mg KOH/gram sampel. Semakin tinggi TBN pelumas semakin lama pelumas dapat digunakan 1 (>5.000 km).

persyaratan

Pelumas no A, C dan E memiliki TBN di atas

(<-15°C). Pada prinsipnya semakin rendah titik

9, oleh karena itu mempunyai kemampuan menetralisir asam lebih tinggi atau lebih lama dari pelumas lain. Sedangkan pelumas G mempunyai TBN terendah yaitu 5,30 mg KOH/g sampel. Kandungan Zn menunjukkan jumlah aditif anti oxidant sekaligus antiwear,

tuang akan semakin luas daerah aplikasinya (dapat diaplikasikan di daerah tropis maupun di daerah beriklim dingin). Sampel B dan F

memiliki titik tuang yang terendah atau terbaik yaitu -30°C.


17

yang menyatakan tingkat keamanan pelumas dari bahaya kebakaran selama penggunaan ataupun penyimpanan. Semakin tinggi titik nyala berarti pelumas semakin aman untuk digunakan. Dalam hal ini pelumas H memiliki tingkat keamanan tertinggi dengan titik nyala sebesar 236°C dan terendah adalah sampel F (216°C).

Besar TBN untuk semua pelumas semi sintetik agak rendah (TBN <7) dibanding pelumas sintetik. Sampel pelumas M memiliki TBN yang paling rendah. Hal ini karena kandungan aditif detergent (Ca dan Mg) hanya sekitar 1785 ppm. Oleh kerena itu kemamampuan menetralisir asam juga agak rendah dan usia pakainya menjadi lebih pendek. Seperti diketahui bahwa aditif Zn selain sebagai antioxidant juga digunakan sebagai aditif antiwear, leh karena itu kandungannya dalam pelumas harus cukup (800-1.000 ppm). Sampel pelumas K memiliki kandungan Zn yang paling rendah (773 ppm). Sampel dengan kandungan aditif Zn tertinggi adalah Q (1293 ppm) dan terendah adalah sampel K. Sedangkan kandungan aditif detergen (Ca dan Mg) tertinggi pada sampel J dan terendah pada sampel M. Titik tuang pelumas semi sintetik dengan

Sampel Pelumas Semi Sintetik Pelumas dengan SAE 10W-40 (I s/d K) memiliki viskositas yang memenuhi SAE J300 (12,5-16,3) pada temperatur operasional mesin 100°C. Namun demikian sampel pelumas K memiliki viskositas yang terendah baik pada

telah memenuhi persyaratan yang ditetapkan. Seperti pada pelumas sintetik, pelumas dengan viskositas tinggi memiliki titik nyala yang tinggi pula. Sampel pelumas L dan N (SAE 20W-50) memiliki titik tuang tertinggi, sedangkan yang terendah adalah sampel I

100°C (14,34cSt) dan pada 40°C (84,95 cSt), sehingga diprediksi akan memberikan kinerja

danK.

mesin yang lebih baik seperti lebih hemat

Sampel Pelumas Mineral Untuk pelumas mineral hasil pengukuran terdapat pada Tabel 8. Sampel pelumas yang tersedia hanya dengan kekentalan SAE 20W50 tanpa SAE 10W-40. Viskositas yang

sehingga jumlahnya harus mencukupi agar pelumas dapat digunakan hingga waktu tertentu. Sebagai antioxidant Zn akan terkonsumsi sehingga kandungannya harus dijaga jangan sampai terlalu rendah. Kadungan Zn biasanya berkisar antara 8001.000 ppm. Kandungan Zn tertinggi terdapat pada sampel B (1158ppm) dan terendah pada sampel F (762 ppm). Kandungan aditif detergen (Ca dan Mg) terjadi pada sampel A dan terendah sampel G Titik nyala (flash point) merupakan data

kekentalan SAE 10W-40 dan SAE 20W-50

bahan bakar,

mesin

mudah

distort

pada

temperatur rendah. Hal yang sama terjadi pada pelumas SAE 20W-50 bahwa sampel pelumas N s/d Q telah memenuhi SAE J300. Namun sampel N memiliki viskositas yang paling

rendah yaitu 18,32 (100°C) dan 156,45 °C (40°C). Karena merupakan perbaikan dari sifat pelumas mineral maka pelumas semi sintetik memiliki indeks viskositas yang lebih tinggi dibanding pelumas mineral. Sampel pelumas dengan SAE 10W-40 mempunyai VI yang lebih tinggi (132-140) dari SAE 20W-50 (118122). Sampel pelumas K mempunyai VI tertinggi yaitu 140 sedangkan VI terendah terdapat pada sampel P dan Q. Sebagian besar sampel pelumas semi sintetik memiliki titik tuang lebih rendah dari -

15°C, kecuali sampel I, P dan Q. Sampel dengan titik tuang terendah adalah pelumas

terukur pada temperatur

100°C ternyata

melebihi batas yang ditetapkan dalam SAE J300 (max. 16,3 cSt), kecuali sampel pelumas T. Viskositas tertinggi terjadi pada kode S (18,80 cSt). Penggunaan pelumas dengan viskositas tinggi akan menyebabkan mesin mengkonsumsi bahan bakar yang tinggi pula. Semua sampel memiliki indeks viskositas yang memenuhi syarat (>100). Titik tuang semua sampel pelumas lebih rendah dari -15°C, berarti telah memenuhi persyaratan yang ditetapkan. Bahkan sampel pelumas R memiliki titik tuang sangat rendah

seperti pelumas sintetik yaitu -30°C.

SAE 10W-40 dengan kode J dan K (-30°C).

18


Tabel 7. Properties pelumas semi sintetik SAE 10W-40 dan SAE 20W-50 SAE 10W-40

SAE 20W-50

Viskositas

L

M

N

166.42

163.65

156,45

18.70

19.60

18,32

40°C. cSt Viskositas

0

Q

164.19

166.95

170,64

18.89

18.80

19,89

J

K

102,13

97.84

84,95

14,95

14.60

14,14

Min.

100°C. cSt

Batas

I

Batas

P

-

Min.

16,3

12.5

Max.

Max.

21,9 Indeks

16,3

118

123

120

120

118

122

>100

132

133

140

>I00

-18

-18

-27

-18

-15

-15

Max.

-15

-30

-30

Max.

5.92

5,50

6,95

5.71

-

-

Viskositas

Titik Tuang

(PP),°C

-15

TBN.

6.25

5,88

6.60

6.09

-15

6,46

-

mgKOH/g sampel Zn (ppm)

1104

912

937

1123

901

1293

1073

988

773

Ca (ppm)

2019

1780

2167

1895

2135

1959

2102

2257

1971

Mg (ppm)

7

5

3

in

9

10

8

12

12

236

230

236

232

224

228

216

222

216

Titik

-

Min.

Nyala, °C

Min.

220

215

Tabel 8. Hasi pengukuranproperties pelumas mineral SAE 20W-50 SAE 20W-50

Viskositas 40°C, cSt Viskositas 100°C, cSt

R

S

T

U

V

127,34

151,47

144,80

159,45

143,23

16,50

18,80

15,95

18,14

17,45

Batas -

Min. 12,5 Max. 16,3

Indeks Viskositas

125

125

111

118

118

>I00

Titik Tuang (PP), °C

-30

-18

-18

-21

-21

Max.-15

TBN, mgKOH/g sampel Zn (ppm) Ca (ppm) Mg(ppm)

7,07

9,16

6,91

6,58

7,96

Titik Nyala, °C

1144

1054

935

860

904

2269

3047

2167

2456

2272

12

6

10

17

170

222

228

226

238

218

Min. 220

Keteranean: Zn

Ca & Mg

paling tinggi kualitasnya kandungan additif antioksidant/antiwear (ppm) paling rendah kualitasnya kandungan additif detergent/penetralisir asam (ppm)

TBN pelumas mineral memiliki nilai

yang standar (6-7 gKOH/g sampel), kecuali pelumas dengan kode S memiliki TBN yang cukup tinggi (9,16). Hal ini memungkinkan sampel pelumas S untuk digunakan lebih lama. Kandungan aditif antioxidant dan antiwear Zn

dalam pelumas berkisar antara 800-1.000 ppm (standar). Kandungan aditif detergen tertinggi

terdapat pada sampel S dan terendah pada sampel T. Meskipun pelumas no. 14 memiliki titik

nyala

yang

rendah

(118°C)

namun

diperkirakan tidak akan membahayakan selama penggunaan. Rendahnya titik nyala mengindikasikan bahwa pelumas no. 14 mengandung komponen yang mudah menguap sehingga jumlah pelumas yang harus


19

ditambahkan (topping up) selama penggunaan lebih besar dari pelumas lain. Analisis Sidik Jari FTIR

Dari hasil spektra FTIR ke 22 sampel, sidik jari yang menunjukkan gugus fungsional base oil maupun aditif dapat diidentifikasi. Untuk berbagai jenis base oil, khususnya pelumas sintetik tidak dapat dibedakan dengan pelumas mineral. Dari semua pelumas sintetik (A s/d H) tampak bahwa sampel B tidak mengandung/sedikt sekali gugus aromatik

(panjang gelombang = 1600 cm"1) yang merupakan ciri khas pelumas mineral. Kemungkinan besar sampel B tersusun sebagian besar dari base oil sintetik berjenis PAO (Poly Alpha Olefine). Demikian pula dengan sample no. A, C, G dan H meskipun spektra aromatiknya tampak jelas atau lebih dominan dibanding pelumas B. Dari hasil pengukuran viskositas, VI dan titik tuang juga tampak bahwa sample no. 5 lebih superior dibanding yang lain. Sementara itu pelumas sintetik no. D, E dan F spektra aromatiknya

(1600 cm"1) tampak sangat jelas. Meskipun ada indikasi kandungan mineral dalam pelumas sintetik tersebut namun ad kemungkinan pula pelumas sintetik tersebut tersusun oleh base oil sintetik jenis Alkylated Aromatic. Kehadiran gugus aromatik pada pelumas semi sintetik sangat jelas pada

gelombang 1600 cm"1. Hal ini menunjukkan bahwa pelumas semi sintetik merupakan campuran dengan base oil mineral. Spektra FTIR dari sampel Q juga menunjukkna kehadiran berbagai jenis additive seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1 dan 2. Hal yang menarik adalah spektra aditif antioxidant

dan

antiwear (ZnDDP)

intensitasnya berbeda-beda untuk jenis pelumas yang sama. Hal ini menunjukkan kandungan aditif pada sampel pelumas sangat bervariasi untuk jenis pelumas yang sama.

a. Sampel dari pelumas sintetik sebagian besar telah memenuhi persyaratan minimal yang ditetapkan. Ada sebuah sampel dimana viskositas terlalu tinggi, yaitu sampel O. Meskipun hal ini tidak akan menimbulkan kerusakan

mesin,

namun

penggunaannya akan menyebabkan efisiensi mesin tidak optimum. Selain itu ada beberapa sampel (G dan H) dimana kandungan aditif detergen (penetralisir asam) terlalu rendah sementara yang lain (A, C dan E) sangat tinggi. Hal ini mengakibatkan usia pakai yang sangat bervariasi diantara pelumas sintetik yang ada. Sampel B menunjukkan kualitas yang terbaik diantara yang lain baik dari segi sifat fisik, kandungan aditif maupun hasil sidik jari dengan FTIR b. Sampel pelumas semi sintetik juga telah memenuhi persyaratan yang ditetapkan terutama

viskositas.

Namum

demikian

kandungan aditif detergen pada sebagian sampel agak rendah (K, M dan O), sementara sebagian besar yang lain dengan kandungan additif yang standar (<7 mgKOH/g sampel). Pada sampel K kandungan aditif antioxidant dan antiwear (Zn) terlalu rendah dibanding yang lain. Usia pakai pelumas K juga diprediksi akan lebih pendek. c. Diantara pelumas semi sintetik, sampel J memiliki kualitas yang terbaik terutama dari sifat fisik maupun kandungan aditif. Namun demikian secara umum dapat dikatakan bahwa kualitasnya tidak terlalu istimewa, sebanding dengan pelumas mineral.

d. Sebagian besar sampel pelumas mineral memiliki viskositas yang terlalu tinggi

pada temperatur operasional (100°C). Hal ini dapat menurunkan efisiensi kerja. Sementara parameter yang lain cukup memenuhi persyaratan yang ada.

KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR PUSTAKA

Kesimpulan yang dapat ditarik dari hasil analisis unjuk kerja pelumasan sample pelumas sintetik, semi sintetik dan mineral

1. Panduan Pengawasan Produksi Pelumas, Ditjen Industri Kimia, Agro dan Hasil Hutan, Depperindag, Oktober 2003

adalah:

20


2. Sanusi W, Base Oil dan Formulasi Pelumas, Bulletin MASPI, Ed. I, Jan. 2006

6. Minvak

3. Mortier, O. (Ed), Chemistry and Technology of Lubricants, Chapman &

7. Suhardono, E. et al, Analisis Spektroskopi

Basics, 2001

5. Physical and Chemical Properties, http:// www.herguth.com/capabilities/physical_ch emical_properties.htm

dan

Pensaruhnva

Kandungan Minyak Mineral dan Sintetik Berjenis Polisobutilena, Lembaran

Hall, 1997

4. Troyer, D. and Fitch, J., Oil Analysis

Pelumas

Terhadap Mesin Anda, Trakindo

Publikasi Lemigas Vol. 35. No 1/2 8. Fajar, R., Efek Kelarutan Biodiesel, Proceeding Seminar Teknologi Untuk Negeri, BPPT, 2005


21

PENENTUAN KUALITAS PELUMASAN MESIN

Recommend Documents