TUGAS AKHIR
STUDI KASUS SISTEM PELUMASAN DAN PENGARUHNYA TERHADAP SISTEM KOMPONEN MESIN
Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Oleh : NAMA : R. BUDI MULYAWAN NIM
: 4130411-081
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA TAHUN 2008
LEMBAR PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir
STUDI KASUS SISTEM PELUMASAN DAN PENGARUHNYA TERHADAP SISTEM KOMPONEN MESIN
Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Laporan Tugas Akhir ini Telah Diteliti & Disetujui : Oleh :
Jakarta, September 2008 Mengetahui Pembimbing
Ka Prodi Teknik Mesin
(Nanang Ruhyat, ST, MT)
(Ir. Rully Nutranta M. Eng)
ABSTRAKS
Dalam industry otomotif, efisiensi dan efektifitas kinerja mesin kendaraan bermotor sangat dipengaruhi oleh kondisi minyak lumas yang digunakan. Salah satu parameter penting yang digunakan untuk mengetahui kualitas minyak lumas diantaranya adalah Viskositas, TBN, Water Content dan lain-lain. Proses penggantian minyak lumas mesin secara konvensional yang menggunakan pedoman jarak tempuh dan waktu pemakaian yang dirasakan masih kurang akurat, sehingga diperlukan suatu alat ukur parameter-parameter yang ada dan dapat memantau kualitas minyak lumas secara kontinyu pada saat mesin dijalankan untuk memperoleh waktu penggantian minyak lumas yang tepat.
i
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan segala puji dan syukur kehadirat Allah S.W.T. yang
telah
melimpahkan
rahmat-NYA
kepada
kami
sehingga
dapat
menyelesaikan laporan tugas akhir ini, sebagai persyaratan akademis program Teknik Mesin Universitas Mercu Buana. Kami mengambil judul dalam tugas akhir yaitu “STUDI KASUS SISTEM PELUMASAN DAN PENGARUHNYA TERHADAP SISTEM KOMPONEN MESIN” yang kami dapat dalam program Cut-Way Engine bersama kawankawan Angkatan V Tahun 2007/2008, dan secara adil sudah mendapat masing-masing judul tugas akhir. Penyusunan laporan tugas akhir ini tentunya masih jauh dibilang sempurna, tetapi penulis berusaha semaksimal mungkin untuk dapat menyelesaikan dengan kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang ada. Akhir kata kami mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan baik secara moral maupun materiil atas selesainya laporan tugas akhir, terutama kepada : 1. Bapak Ir. Rulli Nutranta, M.Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Universitas Mercu Buana. 2. Bapak Nanang Ruhyat, ST,MT, selaku Pembimbing Utama Tugas Akhir Program Teknik Mesin, Universitas Mercu Buana. 3. Dosen-dosen Program Studi Teknik Mesin UMB 4. Istri dan Seluruh Keluarga yang selalu memberikan semangat. ii
5. Kedua Orang Tua 6. Seluruh Rekan-rekan Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana yang khususnya telah membantu dan.Rekan-rekan kerja di Ditjen Migas. Kritik dan saran yang sifatnya membangun dan membimbing kearah yang lebih sempurna selalu diharapkan. Demikian, semoga amal kebaikan dan bimbingan yang diberikan kepada penulis mendapat pahala yang setimpal dari Allah S.W.T dan semoga dapat bermanfaat bagi yang memerlukannya. Jakarta,
September 2008
Penulis
iii
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAKS.........................………………………………………………
i
KATA PENGANTAR ………………………………………………………. ii-iii DAFTAR ISI ……………………………………………………………….... iv-vi DAFTAR NOTASI………………………………………………………….. BAB I
vii
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang…………………………………………….
1
1.2 Tujuan Penulisan …………………………......................
2
1.3 Pembatasan Masalah…………………………………….. 2 1.4 Metode Penulisan………...................……………………. 3 1.5 Jadual Pelaksanaan ……………………………………… 4 1.6 Sitematika Penulisan……………………………………… 7 BAB II
TEORI UMUM SISTEM MINYAK LUMAS 2.1 Fungsi Sistem Minyak Lumas…………………………....
9
2.2 Jenis Sistem Minyak Lumas.......................................... 10 2.3 Syarat Minyak Lumas ……………………………………. 12 2.4 Prinsip Minyak Lumas..........................………………… 15 2.5 Susunan Minyak Lumas...........…………………………. 16 2.6 Tingkat Kekentalan dan Klasifikasi Minyak Lumas……. 20 2.7 Pompa Oli (Oil Pump) …………………………………… 24 2.8 Saringan Minyak Lumas...……………………………….. 26
iv
BAB III
ANALISA OLI DARI DATA LAB. DAN PERHITUNGAN PEMILIHAN MINYAK LUMAS 3.1 Analisa Oli........……………………………………………. 28 3.3.1 Total Nilai Basa (Total Base Number-TBN) …… 28 3.3.2 Angka Asam Total – (Total Acid Number-TAN).
31
3.3.3 Viskositas Indeks – (VI)………………………….
31
3.3.4 Titik Tuang (Pour Point)………………………….
31
3.3.5 Titik Nyala – (Flash Point)………………………..
32
3.3.6 Specific Gravity -(SG)…………………………….
33
3.3.7 Sidik Jari Pelumas – (Spektrometri Inframerah Transformasi-FTIR)…………………. 34 3.3.8 Viskositas………………………………………….. 35 3.3.9 Kandungan Air (Water Content)……………….
36
3.3.10 Keausan Metal (Wear Metal)……………………
37
3.3.11 Kandungan Metal (Metal Content)……………..
37
3.2 Perhitungan Pemilihan Minyak Lumas..................……. 39
BAB IV
KASUS YANG TERJADI AKIBAT DARI KEGAGALAN MINYAK LUMAS 4.1 Penyebab Kegagalan Minyak Lumas………………….
50
4.4.1 Crek pada posisi di Hole Oil Jet..……………….
50
v
4.4.2 Crek Posisi di Ruang Bakar …………………....
51
4.4.3
51
Aus pada Posisi Big-End……………………….
4.4.4 Aus pada Posisi Main Shaft……………………… 52 4.4.5 Scruth / Baret pada Posisi Liner/Boring……......
52
4.4.6 Blok Mesin Kondisi Berkerak….……………....... 53
BAB V
PENUTUP 5.1 Kesimpulan.......…………………………………………..
54
5.2 Saran.. …………………………………………………….. 56 DAFTAR PUSTAKA : LAMPIRAN :
vi
DAFTAR NOTASI
Co
= Kapasitas Minyak Lumas
Cp
= Kapasitas Panas Molas Gas Hasil Gas Buang
=
m3/jam
=
w
Hcp
= Diameter Pena Engkol
=
mic
hmin
= Tebal Minimum lapisan Minyak Lumas
=
mic
I
= Lebar Gigi
=
mm
Lcp
= Panjang Pena Engkol
=
mic
M2
= Jumlah Mole Campuran Udara
Nop
= Daya Pompa Minyak Lumas
=
W
=
J /K mole ºC
Pembakaran Pada Tekanan Konstan Pmax
= Tekanan maksimum
=
N/m2
Po
= Tekanan Pompa
=
N/m2
Qgas
= Energi Panas yang Terbawa oleh
Qoil
= Energi Panas yang Terbawa Oli Pendingin
=
W
Toli
= Berat Jenis Rata-rata Minyak Lumas
toli.in
= Temperatur Minyak Lumas
=
ºC
Vd
= Viskositas Dinamik Minyak Lumas
=
lb.sec/m2
Wo
= Tekanan Spesifik Minyak Lumas
=
m3/kw.hr
yang digunakan
=
N/m3
δ
= Radial Clearance
=
mic
Ω
= Kecepatan Sudut Poros
=
rad/s
∆cp
= Diameter Clearance
=
mic
=
k.mole
Bahan Bakar
vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Kemajuan dalam bidang teknologi yang terus meningkat dalam
berbagai bidang khususnya dalam bidang otomotif. Dimana teknologi otomotif merupakan kebutuhan yang tidak dapat ditawar-tawar lagi khususnya di kota-kota besar seperti Jakarta. Sehubugan hal tersebut di atas minyak lumas salah satu memegang peranan penting dalam kebutuhan otomotif sehari-hari. Dapat dibayangkan bila suatu mesin mobil sistem minyak lumasnya mengalami gangguan dan atau tidak bekerja dengan baik, maka tinggal tunggu saatnya mesin mobil tersebut akan mengalami kerusakan yang cukup parah. Minyak lumas merupakan kebutuhan utama dalam dunia otomotif, kejelian memilih minyak lumas juga berarti menentukan kinerja/performa dan daya tahan mesin kendaraan. Karena selain sebagai minyak lumas, juga berfungsi sebagai pendingin, pembersih, anti karat dan pembersih komponen mesin mobil. Oleh Sebab itu penulis dalam tugas akhir membuat judul yang berhubungan dengan sistem minyak lumas yaitu “Studi Kasus Sistem
1
Minyak Lumas dan Pengaruhnya Terhadap Sistem Komponen Mesin” pada motor bensin Toyoto Kijang 5K Tahun 1997, dari ini semua diharapkan dapat memberikan informasi dengan jelas betapa besar kegunaan dan pengaruhnya oli terhadap komponen-komponen sebuah mesin mobil.
1.2
Tujuan Penulisan Tujuan yang ingin diharapkan penulisan tugas akhir adalah agar
dapat memberi gambaran dengan jelas mengenai betapa besar kegunaan dan pengaruhnya minyak lumas terhadap komponen sebuah mesin. Disamping itu pengetahuan tentang minyak lumas juga perlu diketahui sehingga untuk memilih dan menggunakan minyak lumas yang baik dan benar untuk kendaraan, merupakan langkah yang tepat untuk merawat mesin dan komponen kendaraan.
1.3
Pembatasan Masalah Dalam tugas akhir ini penulis hanya membahas pengaruh minyak
lumas/oli terhadap komponen-komponen mesin yang meliputi: -
Cara kerja sistem minyak lumas
-
Alat-alat uji parameter oli dan analisa
2
-
Diagnosa gangguan minyak lumas pada kendaraan
1.4
Metode Penulisan Untuk memperoleh data-data yang diperlukan dalam penulisan
tugas akhir adalah: 1. Perpustakaan, Dengan mencari dan mempelajari buku-buku yang berhubungan dengan tugas akhir. 2. Visit Lapangan -
Wawancara Kepala Teknik Mesin pada Perusahaan Angkutan Parawisata untuk mengetahui cara kerja dan gangguan yang sering dialami sistem minyak lumas pada mesin.
-
Mencari data atau referensi mengenai minyak lumas di PPPT GMB “LEMIGAS”, Cipulir – Jakarta.
3. Metode Dokumentasi Metode dengan cara mengumpulkan data-data gambar baik berupa hasil foto maupun fotokopi mengenai minyak lumas /oli.
3
1.5
Jadual Pelaksanaan Berdasarkan metode penelitian yang telah di jelaskan pada bagian
sebelumnya, penelitian dalam studi kasus ini di jadualkan untuk dilaksanakan dalam kurun waktu lima bulan dan secara garis besar dibagi ke dalam lima tahap,yang meliputi : •
Tahap 1, yaitu persiapan penelitian dalam studi kasus, yang mencakup aktivitas penentuan tujuan dalam penelitian,mencari landasan teori, serta identifikasi komponen-komponen dari setiap referensi atau penelitian studi kasus sistim minyak lumas tersebut.
•
Tahap 2, yaitu studi pendahuluan, studi pengamatan terhadap sistim kerja komponen-komponen serta pemilihan cut-way sebagai media
simulasi
minyak
lumas
sebagai
rancangan
studi
pendahuluan. •
Tahap 3, yaitu perancangan,yang mencakup indetifikasi data yang di perlukan ,indentifikasi cara pengumpulan data dan indentifikasi sampel dan penelitian,.Pada tahap ini akan dilakukan pembahasan sistim minyak lumas yang telah di simulasikan oleh alat yang di buat yaitu cut-way engine
•
Tahap 4, yaitu aplikasi pemilihan jenis oli terhadap komponen mesin yang kemudian secara prinsip kerja akan di simulasikan dengan media cut-way yang sudah dibuat atau selesai
4
• Tujuan Landasan penelitian:studi teori khasus analisa oli dan pengaruh oli terhadap komponen mesin Indentifikasi Variabel-variabel Identifikasi penelitian : Parameter oli ‐ Cara kerja sistim minyak terhadap kasus lumas yang terjadi ‐ Data parameter oli pada system ‐ Kasus yang terjadi pada minyak lumas system minyak lumas STUDI PENDAHULUAN Observasi obyek Survey Lokasi Pabrikasi cutpenelitian way untuk Studi media simulasi Dokumentasi,obyek Pabrikasi • penelitian cut-way • Pemilihan :pustaka,website/inte rnet,visit aplikasi oli • Pencaria data pendukung sistim minyak Simulasi awal lumas Indentifikasi cut-way,dan •komponen proses kerja terhadap • kerja oli sistim minyak Verifikasi lumas contoh data KESIMPULAN PENGUJIAN AWAL Hasil analisa • penelitian akhir Kreteria sistim keberhasilan • minyak Running Test Kondisi Setelah lumas proses sistim • terhadap simulasi cara Awal Pengujian contoh kasus yg minyak lumas kerja oli • terjadi pada mesin Perhitungan • tingkat Saran dan Perbaikan dan • keberhasilan modifikasi cutPerbaikan dalam pemilihan way minyak lumas Gbr 1.1. Metodologi Penelitian yang di terapkan
5
•
Tahap 5, yaitu pengolahan contoh data pada studi kasus yang terjadi pada sistim minyak lumas dan pengujian awal mesin cut-way yang mencakup aktifitas persiapan data, karakteristik obyek penelitian dan proses transfer teknologi beserta faktor-faktor yang mempengaruhinya. Hal ini di maksudkan untuk mendapatkan desain rancangan cut-way dan contoh data awal dalam penelitian karakteristik oli terhadap komponen mesin.
•
Tahap 6, yaitu penyusunan laporan akhir,yang mencakup aktifitas analisa dan penarikan kesimpulan dari pola dan ritme sistem minyak lumas yang telah di simulasikan oleh mesin cut-way serta hasil aplikasi. Selain itu perhitungan minyak lumas yang telah di dapat.pada tahapan ini akan di susun yang telah si dapat dari penelitian sehingga bisa menghasilkan suatu laporan yang komprehensif.
6
Tabel 1.2. Jadual Penelitian;
KEGIATAN Minggu ke-
Feb 2008 1 2 3 4
Mar 2008 1 2 3 4
Apr 2008 1 2 3 4
Mei 2008 1 2 3 4
Juni 2008 1 2 3 4
1.persiapan penelitaian
2.Studi pendahuluan
3.Perancangan 4.pabrikasi pembuatan cutway
5.penyusunan laporan
1.6
Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah mempelajari dan memahami isi pembahasan maka penulis membuat sistematika penelisan sebagai berikut: BAB I
PENDAHULUAN Menerangkan hal-hal yang meliputi latar belakang, tujuan
penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan, jadual pelaksanaan dan sistematika penulisan.
7
Juli 2008 1 2 3 4
BAB II TEORI UMUM SISTEM MINYAK LUMAS Menjelaskan tentang fungsi sistem minyak lumas, jenis minyak lumas, syarat minyak lumas, tingkat kekentalan dan klasifikasi minyak lumas BAB III ANALISA
OLI
DARI
DATA
LAB.
DAN
PERHITUNGAN
PEMILIHAN MINYAK LUMAS Menerangkan
tentang
parameter
uji
minyak
lumas
yang
merupakan bagian penting untuk menentukan kualitas dan identitas minyak lumas. Serta asumsi perhitungan pemilihan minyak lumas. BAB IV KASUS YANG TERJADI AKIBAT DARI KEGAGALAN MINYAK LUMAS Pada bab ini menerangkan masalah yang terjadi pada komponenkomponen sebuah mesin bila kegagalan dalam minyak lumas dan berikut contoh gambar-gambar. BAB V PENUTUP Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pembahasan tugas akhir dan di sertai saran untuk pengembangan.
8
BAB II TEORI UMUM SISTEM MINYAK LUMAS
2.1.
Fungsi Sistem Minyak Lumas Sistem minyak lumas berfungsi untuk mengurangi gesekan,
keausan komponen-komponen pada mesin. Sistem ini bekerja dengan cara mensuplai oli atau minyak lumas ke bagian komponen-komponen mesin yang bergerak. Minyak lumas juga berfungsi untuk mendinginkan mesin yaitu dengan menyalurkan panas akibat gesekan dan pembakaran dengan kata lain dengan adanya gesekan pada dua permukaan maka akan menyebabkan terjadinya panas, sehingga perlu adanya pendinginan pada komponen tersebut. Selain berfungsi mencegah korosi, memelihara mesin tetap bersih, memaksimumkan kompresi dan mempertahankan tekanan. Jika tekanan yang hilang terlalu besar pembentukan seal (lapisan lumas) yang tidak baik, mesin akan kehilangan tenaga sehingga konsumsi bahan bakar meningkat yang berarti pemborosan biaya. Begitu pentingnya minyak lumas bagi kendaraan sehingga memacu para ahli untuk tak hentinya berusaha menciptakan formula yang menghasilkan suatu minyak lumas berkualitas tinggi.
9
2.2
Jenis Sistem Minyak Lumas
2.2.1 Sistem Percik (splash type) Sistem minyak lumas percik adalah sistem pelumasan dengan memanfaatkan gerakan dari bagian yang bergerak untuk memercikan minyak lumas ke komponen-komponen yang memerlukan minyak lumas, misal: porong engkol berputar sambil memercikan minyak lumas untuk melumasi dinding silinder. Sistem pelumasan ini biasanya digunakan pada mesin dengan katup samping (side valve) dengan kapasitas kecil. Cara kerjanya adalah sebagai berikut saat mesin hidup, poros engkol berputar, bagian poros yang menyerupai sendok membawa minyak lumas dan dan akhirnya minyak lumas tersebut memercik ke atas melumasi dinding silinder.
Gbr. 2.1 Sistem Minyak Lumas Percik 10
2.2.2 Sistem tekanan (pressure feed system) Pada sistem ini minyak lumas terkumpul di dalam karter atau panci minyak lumas (oil pan) yang terdapat dibagian bawah mesin. Oli dari karter dihisap oleh pompa oli minyak melalui saringan kasar dari sini minyak lumas disirkulasikan ke komponen-komponen mesin melalui lubang-lubang minyak lumas yang terdapat pada blok silinder, poros engkol dan sebagainya yang memerlukan pelumasan. Sesudah minyak lumas melakukan pelumasan pada komponen-komponen mesin, minyak lumas akan kembali lagi ke panci minyak lumas. Setelah oli melumasi ke seluruh komponen yang bergesekan, dengan sendirinya oli akan kembali ke dalam karter dengan bantuan gaya gravitasi bumi, dan selanjutnya oli siap untuk disirkulasikan kembali.
Gbr : 2.2 Minyak Lumas Sistem Tekan
11
2.3
Syarat Minyak Lumas Agar dapat berfungsi dengan baik yaitu dapat mengurangi
gesekan, mencegah keausan, membantu pendinginan pada bagianbagian mesin, memperbaiki kerapatan antara ring piston dan dinding silinder dan juga dapat membersihkan gram-gram logam kecil atau kotoran, minyak lumas harus memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 2.3.1 Derajat kekentalan (viskositas) Salah satu fungsi utama oli mesin adalah untuk mengurangi keausan yang disebabkan adanya gesekan atau friksi antar dua komponen mesin yang bergerak atau bergesekan satu sama lain. Makin kecil koefisien gesek suatu oli mesin, maka minyak lumas semakin baik dan keausan semakin kecil. Dalam hal ini derajat kekentalan harus disesuaikan dengan jenis operasi mesin yang digunakan pula. Makin besar viskositas minyak lumas, makin besar pula tahanannya untuk mengalir, ini berarti makin kental minyak lumas tersebut. Untuk mesin-mesin yang bekerja dalam kondisi berat, minyak lumas yang digunakan hendaknya harus mempunyai viskositas tinggi dan untuk mesin yang bekerja pada kondisi ringan, biasanya digunakan minyak lumas yang lebih encer.
12
Viskositas suatu minyak lumas yang baik tidak boleh mengalami perubahan yang besar terhadap perubahan temperatur. Sehingga perlu dilakukan pengujian viskositas minyak lumas pada suhu rendah dan suhu tinggi. 2.3.2 Mempunyai daya lekat yang baik Minyak lumas akan tetap tinggal atau melekat pada komponenkomponen mesin yang dilumasi meskipun minyak lumas tersebut sudah melaluinya dan makin lengket makin baik. Selain kekentalan yang juga perlu diperhatikan adalah mutu dari minyak lumas tersebut, maka tingkat mutu mempunyai satuan tersendiri yaitu API (American Petroleum Institute). Untuk tingkatan mutu ditandai dengan kode-kode huruf dan hanya tertera pada minyak lumas mesin. Kode tersebut terdiri atas dua bagian yang dipisahkan garis miring .Contoh. API Service SG/CD, SH+/CE, dsb. Lumas dengan kode SG/CD menandakan minyak lumas tersebut terutama digunakan untuk mesin bensin (S= Spark : percikan api, C= Compression, G= tingkat mutu minyak lumas tersebut sampai pada tingkat G, untuk mesin bensin dan tingkat D untuk mesin diesel). Sedangkan tanda “+”, misalnya pada kode SH+/CE+, adalah sebagai tanda nilai lebih dari tingkat SH dan C. Semakin mendekati huruf Z semakin bagus mutu minyak lumas tersebut.
13
2.3.3 Tidak mudah bersenyawa Minyak lumas yang baik tidak mudah bersenyawa dengan kotoran yang ditimbulkan oleh mesin, minyak lumas hanya mengambilnya kemudian mengendapkan di dasar panci minyak lumas. 2.3.4 Tidak berbusa Pada umumnya sirkulasi minyak lumas di dalam mesin sering terjadi proses pembusaan (foaming) yang disebabkan oleh adanya udara yang masuk ke dalam minyak lumas dalam jumlah yang besar dan kalau minyak lumas mudah berbusa akan mengakibatkan sistem pelumasan tidak sempurna. Karena bila tingginya pembusaan dapat menyebabkan aliran minyak lumas terganggu sehingga jumlah minyak lumas yang harus dipompa atau berada pada tempat yang dilumasi akan berkurang. Keadaan ini dapat menyebabkan pelumasan menjadi tidak sempurna dan akan timbul keausan pada permukaan logam. 2.3.5 Titik bakarnya tinggi dan tidak mudah menguap Minyak lumas harus memiliki titik bakar tinggi atau sifatnya sulit terbakar dan sulit menguap. Karena suatu minyak lumas mesin harus mempunyai sifat dapat menguap pada suhu tinggi, sehingga volumenya semakin lama akan semakin berkurang dan dapat menyebabkan viskositasnya naik. Apabila terjadi penguapan yang besar sampai volume
14
minyak lumas tinggal sedikit maka kondisi mesin akan mengalami gangguan dan bahkan akan menjadi rusak karena pelumasan tidak berjalan dengan baik. 2.3.6 Titik beku rendah Pada suhu serendah mungkin minyak lumas tidak boleh membeku, hal ini agar tetap dapat dipompa ke seluruh bagian sistem pelumasan sehingga mesin masih dapat dihidupkan. Apabila dalam suhu rendah minyak lumas mengalami pembekuan maka kerja pelumasan akan gagal. Pengujian
viskositas
pada
suhu
rendah
ini
dilakukan
dengan
menggunakan alat uji CCS (Cold Cranking Simulator) berdasarkan metoda ASTM D 5293, dimana metoda pengujian ini hanya untuk minyak lumas jenis multigrade dan dibatasi dengan nilai maksimum dengan satuan centiPoise (cP)
2.4
Prinsip Minyak Lumas Tujuan utama minyak lumas adalah untuk mencegah kontak
langsung dua bagian yang bergesekan. Di dalam mesin terdapat bagianbagian yang bergesekan. Dengan terjadinya suatu pergeseran puncak-puncak tonjolan akan patah membuat tonjolan baru. Hal ini dapat dicegah jika diantara kedua permukaan itu kita berikan suatu lapisan minyak. Apabila kedua bagian
15
tadi bersentuhan (tidak ada jarak) maka luas bidang gesek akan menjadi besar, sehingga koefisien akan bertambah besar. Akan tetapi jika kita beri minyak lumas, maka lapisan tadi akan memberi jarak kepada kedua permukaan logam tersebut. Dengan demikian luas bidang gesek akan berkurang
sehingga
koefisien
gesek
juga
berkurang.
Kehilangan
permukaan logam akibat patahnya tonjolan-tonjolan seperti diterangkan sebelumnya adalah sebab mengapa pada dua permukaan logam yang tidak diberi pelumasan akan terjadi keausan.
2.5
Susunan Minyak Lumas Secara garis besar formulasi minyak lumas adalah basic oil atau
lube base stock (straight mineral oil) yaitu hasil penyulingan minyak bumi yang sudah mendapat treatment selanjutnya ditambah additive. Additive adalah bahan kimia yang ditambahkan di dalam straight mineral oil dalam jumlah yang relative kecil 10-20%, dengan tujuan untuk menambah kemampuan (performance) sehingga mencapai sifat lumas yang diinginkan. Adapun beberapa jenis additive yang ditambahkan kedalam straight mineral oil antara lain: 2.5.1 Detergency/dispercancy
16
Di karenakan hasil pembakaran di dalam silinder antara bahan bakar dengan dengan oksigen, maka akan terbentuk asam, straight mineral oil tidak mampu untuk menetralisir asam tesebut, dimana asam itu komposisinya sekitar 0,05%. Jadi pada minyak lumas itu ditambahkan bahan kimia yaitu over based organt metalic compound, unsur kimianya Calcium, Barium dan Magnesium. Fungsi dari additive adalah menetralisir asam hasil pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dan
mencegah
timbulnya
endapan,
sehingga
oli
mesin
akan
membersihkan dan melindungi permukaan logam dari kotoran arang atau karbon. 2.5.2 Antioksidan Kebayakan di dalam lingkungan kerja minyak lumas sering terjadi kontak antara udara dan minyak lumas yang beroperasi, yang kerap terjadi pada kondisi suhu tinggi. Keadaan ini ditunjang dengan logam atau bahan kimia lain yang bersikap sebagai katalisator oksidasi. Di dalam situasi yang yang demikian, minyak lumas, minyak dasar (base oil), minyak mineral maupun minyak sintetis akan mengalami reaksi yang kompleks. Reaksi oksidasi yang merugikan ini mengakibatkan turunnya viskositas minyak lumas. Minyak lumas pada mesin di dalam operasinya selalu berhubungan dengan komponen-komponen mesin yang bertemperatur tinggi dengan oksigen dari udara. Oleh karena oksidasi dari minyak lumas itu sendiri
17
selalu terjadi maka akan mengakibatkan terbentuknya asam yang korosip terhadap komponen-komponen mesin, terbentuknya lapisan seperti varnish (lapisan sangat tipis akibat oksidasi yang melekat pada permukaan logam yang saling bergesekan yang sulit dibersihkan) yang sangat lengket. Maka untuk mengurangi terjadinya oksidasi pada minyak lumas tersebut ditambahkan bahan kimia antioksidan diantaranya sulfida, amina dan Phenol. 2.5.3 Anti Wear Minyak lumas memiliki sifat melumasi, karena lapisan yang tipis menempel pada permukaan logam, sehingga akan terhindar dari kontak langsung antara logam dengan logam. Hal ini tidak dapat bertahan apabila minyak lumas mendapat tekanan yang cukup kuat dimana sanggup memecahkan lapisan ini, maka akan mengakibatkan terjadinya kontak antara logam dengan logam, bahkan dapat mengakibatkan gesekan yang sangat hebat dan dapat menimbulkan macet. Untuk mengatasi hal tersebut, dapat ditambahkan bahan kimia pada minyak lumas tersebut yaitu A.N.D.P (Zink Dial Kholy Dithip Asphate) yang komposisinya sebesar 0,07 % 2.5.4 Pour Point Depressant Di tambahkan untuk menjaga kecairan dari minyak lumas pada temperatur yang relative rendah, adapun bahan kimia yang terkandung adalah Lour Nolecular Weight Alkyli Cromatic Compound.
18
2.5.5 Viskositas Index Improver Indeks viskositas adalah bilangan yang menyatakan perubahan viskositas terhadap perubahan suhu. Semakin besar bilangan itu semakin kecil perubahan viskositasnya terhadap perubahan suhu. Minyak lumas yang mempunyai Indeks Viskositas (IV) tinggi adalah untuk menghindari berkurangnya minyak lumas karena memilki perubahan viskositas yang kecil dalam operasi melayani mesin. Pada suhu tinggi minyak lumas tidak terlalu rendah viskositasnya sehingga tidak merembes ke dalam ruang bakar, yang mengakibatkan minyak lumas tetap berfungsi sebagai penyekat. Indeks viskositas dan straight mineral oil tergantung dari sumber
minyak
mentahnya,
jadi
mempunyai
keterbatasan
untuk
mempertinggi viskositas indeks ditambahkan viskositas indeks improver dan sisanya bahan kimianya adalah : -
Poly isobutance
-
Poly methoerylate
-
Ethyleme
-
Prapyleme copolymer
-
Olifin styrene copolymer
19
Biasanya untuk minyak lumas multi grade oil formulasinya adalah straight mineral oil dengan viskositas rendah ditambah viskositas indeks improver. Pada temperatur yang rendah, hanya straight mineral oil yang bekerja tetapi pada temperatur yang tinggi viskositas indeks improver akan mengembangkan sehingga kekentalan minyak lumas secara keseluruhan akan tetap. 2.6
Tingkat Kekentalan dan Klasifikasi Minyak Lumas
2.6.1 Tingkat kekentalan Kekentalan merupakan suatu ukuran dari sifat atau ketahanan alir dari suatu cairan dibawah keadaan grafitasi. Satuan viskositas ada beberapa macam yaitu viskositas kinetic (SCT), viskositas saybalt dinyatakan dalam Saybalt Universal Second (SUS), viskositas redwood dan viskositas engler. Viskositas kinematik diperoleh dengan mengukur waktu yang diperlukan oleh sejumlah volume tertentu minyak lumas tersebut untuk mengalir melalui pipa khusus dari alat viskosimeter. Temperatur pengukuran telah dikhususkan yaitu pada 40° C dan 100º C. Untuk minyak lumas pengukuran viskositas pada suhu 210°C berhubungan dengan konsumsi minyak lumas dan sifat-sifat unjuk kerja minyak lumas yang dipengaruhi oleh viskositas pada suhu normal. Viskositas dipengaruhi oleh komposisi minyak lumas, temperatur dan
20
tekanan. Viskositas turun maka naik temperaturnya dan sebaliknya bila temperatur naik maka turun temperaturnya. Suatu badan international SAE (Society of Automotive Engineers) mempunyai standar kekentalan dengan awalan SAE didepan indeks kekentalan, umumnya menentukan temperatur yang sesuai dimana oli tersebut dapat digunakan. 2.6.2. Maksud kekentalan indeks (Indeks Viskositas) - Minyak lumas dengan kekentalan rendah memberikan kekentalan indeks rendah - Minyak lumas mesin yang indeks kekentalannya dinyatakan dalam range (SAE 10, SAE 20 dan lain-lain) disebut minyak lumas single grade - Minyak lumas mesin yang indeks kekentalannya dinyatakan dalam range (SAE 10W-30, SAE 20W-50 dan lain-lain) disebut minyak lumas multi grade, yang kekentalannya tidak terpengaruh oleh adanya
perubahan
temperatur
dan
umumnya
digunakan
sepanjang tahun. - Indeks kekentalan diikuti oleh huruf “W” (winter), SAE 10W, SAE 20W dan lain-lain yang menunjukkan ukuran kekentalan minyak lumas pada -18ºC (0°F). Menggunakan
minyak
lumas
dengan
kekentalan
rendah
memudahkan mesin di hidupkan saat musim dingin. Derajat kekentalan
21
tidak termasuk kekentalan yang ditunjukkan “W” menyatakn kekentalan pada 99ºC ( 210°F) SAE 10, SAE 20 dan lain-lain. Sebagai contoh SAE 10W-30 maksudnya bahwa minyak lumas mesin standar minyak lumas SAE 10 pada -18ºC (0ºF) dan standar oli sampai SAE 30 pada 99°C (210ºF). viskositas Index
SAE 20 W
SAE 10 W
SAE 30
Nomor Indikasi Viskositas pada
SAE 20
Nomor Indikasi Viskositas pada
- 18°C (0º F)
99ºC (210ºF)
Huruf “W” artinya Winter
2.6.3 Klasifikasi minyak lumas Kualitas oli mesin diklasifikasikan sesuai dengan standar API (American Petroleum Institute). Klasifikasi API tercantum pada masingmasing kemauan minyak lumas mesin untuk menambahkan tingkatan SAE sehingga pemilihan akan lebih bisa dilihat dari perbandingan kondisi pengoperasian kendaraan. Di bawah ini diperlihatkan klasifikasi dari minyak lumas mesin.
22
Tabel 2.1. Klasifikasi minyak lumas mesin untuk mesin bensin
Klasifikasi API
Penggunaan dan Kualitas Oli Minyak murni tanpa bahan tambahan (additive) Digunakan untuk mesin operasi ringan yang mengandung jumlah anti oxidant Oli yang mengandung detergent /dispersant, anti oxidant dan lain-lain Digunakan untuk mesin operasi dengan temperature tinggi atau kondisi lainnya yang mengandung detergent dispersant, seristing agent, anti oxidant dll. Digunakan untuk mesin sedang dengan kandungannya lebih banyak dari detergentdispersent, resisting agent, anti oxidant Tingkat olinya tinggi dengan pemakaian resistance dan daya tahan paling baik
SA SB
SC
SD
SE
SF
Tabel 2.2 Klasifikasi minyak lumas mesin untuk mesin diesel
Klasifikasi API
Penggunaan dan Kualitas Oli Digunakan untuk mesin diesel operasi beban ringan yang mengandung detergentdispersent, anti-oxidant dll Digunakan untuk mesin diesel operasi beban sedang denganbahan bakar kualitas rendah yang mengandung detergent-dispersent, antioxidant dll
CA
CB
23
Mengandung sejumlah besar detergent-dispersent, antioxidant dll. Dapat digunakan dalam mesin diesel tubo charged dan dapat juga dalam mesin bensin dengan pelayanan kondisi mesin operasi temperature sedang Digunakan untuk mesin diesel turbo charged dengan kandungan sulfur kecil, sedangkan detergent-dispersent dalam jumlah besar.
CC
CD
2.7
Pompa Oli (Oil Pump) Pompa minyak lumas berfungsi menghisap minyak lumas dari
pompa pelumasan dan disalurkan keseluruh bagian-bagian mesin yang memerlukan minyak lumas. Biasannya pompa minyak lumas digerakkan oleh batang distributor atau gigi sumbu nok (cam shaft gear) dan ada juga yang digerakkan oleh pulley penggerak pompa minyak lumas, dimana pulley penggerak pompa minyak lumas tersebut digerakkan atau diputarkan oleh pulley timing poros engkol yang dihubungkan dengan menggunakan V-belt. 2.7.1 Pompa minyak lumas bentuk rotor Pompa minyak lumas bentuk rotor terdiri dari sebuah rumah pompa (housing) dan sebuah rotor dalam (inner rotor) sebagai rotor penggerak yang berbentuk bintang. Sebuah rotor yang digerakkan, yang bekerja seperti satelit mengitari rotor dalam berputar dalam sebuah rumah pompa.
24
Rotor dalam diputar oleh sumbu penggerak (drive shaft) yang dihubungkan dengan gerakan putar dari sumbu nok (cam shaft) dan ada juga yang dihubungkan dengan gerakan putar pulley timing poros engkol. Dengan demikian pada waktu rotor dalam berputar, rotor luar juga berputar dan volume ruangan diantara rotor-rotor itu akan berubah. Lumas masuk melalui celah masuk yang terdapat pada ruang diantara rotor-rotor dan diteruskan kebagian lainnya dengan jalan memperkecil ruangan rotor dalam dan rotor luar.
Gbr 2.3 Konstruksi Pompa Oli Lumas Bentuk Rotor
25
2.7.2 Pompa minyak lumas roda gigi Pompa lumas ini terdiri dari rumah dan dua buah roda gigi yang sama besarnya berkaitan di dalam body dan dimasukkan dalam satu rumah. Pompa ini digerakkan oleh batang distributor atau gigi sumbu nok (cam shaft gear). Pompa gigi yang satu berhubungan dengan poros penggerak pompa (drive shaft), sedangkan poros gigi lainnya hanya sebagai poros pengantar. Bila salah satu dari roda-roda gigi ini berputar, maka roda gigi lainnya akan berputar berlawanan arah. Karena itu, minyak lumas yang terdapat diantara celah-celah roda gigi dan body didesak keluar dari lubang masuk ke lubang keluar. Pompa ini dilengkapi pula dengan katup pengatur tekanan (relief valve) dan akan bekerja membebaskan minyak kembali ke panci lumas, bial tekanan minyak tinggi pada saat putaran mesin tinggi.
2.8
Saringan Minyak Lumas Saringan minyak lumas digunakan untuk menyaring kotoran-
kotoran yang terdapat didalam minyak lumas. Saringan tersebut ada dua jenis yaitu saringan minyak lumas jenis elemen dan saringan minyak lumas jenis cartridge.
26
Gbr 2.4 Saringan Minyak Lumas Jenis Elemen Dari kedua jenis saringan minyak lumas tersebut masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangannya. Kelebihan dari saringan jenis elemen, apabila saringan ini kotor atau telah lama digunakan, elemen saringannya dapat dibersihkan dengan cairan pembersih (minyak solar atau bensin) sehingga dapat menghemat biaya perawatan. Akan tetapi akibat seringnya dibersihkan dengan cairan pembersih lambat laun elemen saringan akan menjadi tipis dan hal ini akan menyebabkan daya penyaringan terhadap kotoran akan berkurang. Kelebihan dari saringan jenis cartridge adalah daya penyaringan terhadap kotoran lebih baik dari saringan jenis elemen, hal ini dapat dilihat dari bentuk susunan material saringannya. 27
BAB IIIl ANALISA OLI DARI DATA LAB. DAN PERHITUNGAN PEMILIHAN MINYAK LUMAS
3.1
Analisa Oli Hasil analisa minyak lumas merupakan bagian terpenting yang
tidak dapat dipisahkan untuk menentukan kualitas karakteristik fisika kimia (sifat fisika kimia yang menunjukkan identitas minyak lumas yang diuji dengan metode ASTM dan/atau padanannya). Minyak lumas yang dihasilkan dari destilasi fraksi berat minyak bumi, merupakan campuran senyawa-senyawa hidrokarbon yang kompleks dan mempunyai sifat-sifat yang bervariasi baik sifat fisika maupun kimianya. Berikut ini beberapa jenis-jenis analisa dan parameter-parameter yang diukur terhadap minyak lumas adalah sebagai berikut: 3.3.1 Total Nilai Basa – ( Total Base Number-TBN, mg KOH/gr ) TBN
adalah
jumlah
bahan
asam
yang
dibutuhkan
untuk
menetralkan bilangan basa dalam lumas per satuan berat. Berfungsi untuk mengetahui kemampuan minyak lumas menetralkan senyawa asam hasil pembakaran. Angka basa total merupakan salah satu karakteristik kimia yang menunjukkan kemampuan deterjensi (pembersih) dan disperansi (pemisah air) serta kemampuan menetralisir asam hasil oksidasi dari
28
minyak lumas. Makin besar nilai TBN makin besar kemampuan deterjensi dan disperansi untuk menertralisir asam hasil oksidasinya.. Asam ini bersifat korosif dan dapat memakan logam atau alloy dari komponen atau bagian mesin. Dengan adanya deterjen yang bersifat basa maka asam sulfat yang terjadi dapat dinetralkan. Selain itu deterjen juga dapat mencegah
kotoran
menempel
pada
komponen
mesin
dan
membersihkannya masuk kedalam minyak lumas. Oleh karena itu harus di dispersikan dengan additive dispersant yang biasanya dilakukan dengan metode ASTM D 2896 dan nilainya dibatasi dengan nilai minimum sampai maksimum. Penurunan TBN menandakan adanya proses netralisasi senyawa asam yang terbentuk sedangkan batas maksimal penurunan TBN adalah 50% dari nilai awal mengindikasikan masa pakai minyak lumas mendekati periode penggantian.Indikasi lain yang juga dapat dijadikan acuan; nilai basa minyak lumas adalah tujuh kali dari nilai sulfur bahan bakar minyak yang dipakai. Untuk mudahnya, pedoman pemilihan TBN lumas adalah jenis bahan bakar yang dipakai dengan parameter utama adalah kadar sulfur, parameter lain adalah laju konsumsi lumas dan kapasitas tamping bak lumas (sump tank).
29
Turunnya TBN di sebabkan: •
Konsumsi lumas yang rendah, berkaitan dengan jumlah top-up harian yang rendah pula
•
Kapasitas bak tampung minyak lumas mesin yang kecil
•
Penggunaan bahan bakar minyak dengan kadar sulfur yang tinggi
TBN yang rendah pada minyak lumas bekas pakai (used oil) menunjukkan minimnya proteksi dari sisi minyak lumas terhadap resiko korosi pada bagian mesin; seputar piston bagian atas, ring piston dan bantalan (bearing). Hal yang sama juga akan terjadi pada bagain mesin lainnya serta sistem pendinginan piston dengan media lumas.
Gbr. 3.1 Tes Peralatan TBN
30
3.3.2 Angka Asam Total – (Total Acid Number-TAN, mgKOH/gr) TAN
adalah
jumlah
bahan
basa
yang
dibutuhkan
untuk
menetralkan asam dalam minyak lumas per satuan berat. Total Acid Number (TAN) menunjukkan jumlah relative senyawa-senyawa asam yang ada dalam minyak lumas, seperti senyawa nitra, nitro dan lain-lain. TAN berfungsi untuk mengetahui tingkat oksidasi/ kerusakan minyak lumas. 3.3.3 Viskositas Indeks – (VI) Indeks viskositas adalah suatu ukuran dari perubahan viskositas terhadap temperatur. Viskositas minyak lumas akan turun jika temperatur naik, sebaliknya viskositas akan naik jika temperatur turun. Perubahan ini tidak akan sama untuk semua minyak lumas. Untuk menunkukkan perubahan ini dengan suatu bilangan maka digunakan indeks viskositas yang dapat diukur melalui perbandingan angka viskositas yang ditentukan pada dua temperatur yaitu 40º C dan 100º C. Metode standar untuk penentuan VI adalah ASTM D-2270.
3.3.4 Titik Tuang (Pour Point) Titik tuang adalah temperatur terendah dimana sebuah minyak lumas masih mengalir. Titik tuang minyak lumas ditentukan dari jenis minyak lumas dasar (base oil) yang digunakan. Minyak lumas sintetik pada umumnya mempunya titik tuang jauh lebih rendah dibandingkan
31
dengan minyak lumas mineral. Oleh karena itu minyak lumas sintetik mempunyai sifat cold starting yang jauh labih baik dibandingkan minyak lumas mineral, terutama di daerah musim dingin. Metode standar untuk pengukuran titik tuang adalah ASTM D-97.
Gbr. 3.2 Test Peralatan Ttitik Tuang (Pour Point) 3.3.5 Titik Nyala – (Flash Point) Titik nyala adalah temperatur dimana timbul sejumlah uap yang apabila bercampur dengan udara membentuk suatu campuran yang mudah menyala. Titik nyala dapat diukur dengan jalan melewatkan nyala api pada minyak lumas yang dipanaskan secara teratur. Titik nyala merupakan
sifat
minyak
lumas
yang
digunakan
untuk
prosedur
penyimpanan agar aman dari bahaya kebakaran. Semakin tinggi titik
32
nyala suatu minyak lumas berarti semain aman dalam penggunaan dan penyimpanan.
Gbr. 3.3 Peralatan Test Titik Nyala Automatic
3.3.6 Specific Gravity -(SG) Specific gravity adalah perbandingan berat minyak lumas terhadap air pada volume dan suhu yang sama. Specific grafity atau berat specific digunakan untuk mengkonversi berat ke volume atau sebaliknya. Dan digunakan untuk tujuan pengiriman, penyimpanan dan perdagangan. Minyak lumas terbuat dari base oii atau lumas dasar yang berlainan dan memiliki dan memiliki berat spesifik yang berlainan pula. Salah satu standar untuk pengukuran berat spesifik adalah ASTM D-1298.
33
Gbr. 3.4 Peralatan Ukur Meter SG
3.3.7 Sidik Jari Pelumas – (Spektrometri Inframerah TransformasiFTIR) Minyak lumas tersusun oleh senyawa lumas dasar dan additive, yang mempunyai fungsi khas dan dapat dideteksi oleh alat yang bernama Spektrometri Inframerah Transformasi Fourier (FTIR). Sehingga setiap minyak pelumas mempunyai spectrum yang khas dan dapat dijadikan identifikasi atau sebagai sidik jari untuk keasliannya.
34
3.3.8 Viskositas Viskositas suatu minyak pelumas adalah suatu ukuran dari besar tahanan yang diberikan oleh minyak lumas untuk mengalir atau dengan perkataan lain adalah suatu ukuran kekentalan dari minyak lumas tersebut. Makin besar viskositas (makin kental) bararti makin besar tahanannya untuk mengalir. Metode pengukuran standar untuk viskositas adalah ASTM D-445.
Gbr. 3.5 Peralatan Viskositas Kinematik
35
3.3.9 Kandungan Air (Water Content) Kandungan air dalam minyak lumas tidak sama sekali di inginkan karena akan terbentuk emulsi, karat atau korosi pada logam. Kandungan air yang tinggi dalam minyak lumas menandakan adanya kontaminasi air yang disebabkan oleh kebocoran pada saluran air karburator atau akibat kondensasi uap air. Batas Kandungan air yang diperbolehkan dalam minyak lumas adalah 0,2% pada volume maksimal.
Gbr.3.6 Contoh Water Content Test Equipment
36
3.3.10 Keausan Metal (Wear Metal) Wear metal adalah suatu alat untuk mengetahui tingkat keausan sebuah metal dari suatu peralatan mesin atau komponen-komponen mesin.Kenaikan suatu unsur metal mengindikasikan adanya keausan pada part-part didalam mesin. Juga untuk mengetahui tingkat dan sumber kontaminasi minyak lumas.
Gbr.3.7 Contoh Wear Metal Test
3.3.11 Kandungan Metal (Metal Content) Biasanya setiap logam atau metal pasti mengandung banyak unsur-unsur yang dapat merugikan suatu peratalan. Berikut ini adalah daftar unsur-unsur suatu logam atau metal yang berhubungan dengan mesin serta indikasinya.
37
Tabel 3.1 Metal Content
No
LOGAM
INDIKASI
1
Fe, Cu, Pb, Sn, Karat/aus dari komponen piston, piston, bearing dll. Al, Cr, Zn
2
Si, Ca
Kotoran, Tanah, Debu dll
3
Na-Cr, Na-Ba
Kebocoran air pendingin
4
Na, Mg, Ca
Kontaminasi Air Laut
5
Va, Na, Ni
Kontaminasi Minyak Bakar
6
Ca, Ba, Mg
Kontaminasi Additive Deterjen
7
Zn, P
Kandungan Additive Anti Oksidan dan Anti Wear
38
ring
3.2.
Perhitungan Pemilihan Minyak Lumas Data Untuk Perhitungan Diasumsikan Dalam Kondisi Standar
-
Gaya Total Pada Piston (P) : P = PQ + Pi Dimana : PQ
= gaya akibat tekanan gas hasil pembakaran
Pi
= gaya inersia searah sumbu silinder
Harga gaya total pada piston adalah bervariasi untuk setiap sudut putar poros engkol. Jadi dalam perhitungan ini cukup dengan gaya total yang maksimum. Harga gaya total maksimum untuk setiap luasan terjadi pada saat sudut engkol silinder 1(µ1) = 525, yaitu sebesar : (PSUM.MAX) = 25.432 Kg/cm² Sehingga, Pmax = (Psum)max.A Dimana, : A = luasan permukaan torak = 50,8 cm² Jadi, Pmax = 25,432 x 50,8 = 1291,94 kg = 12919,4 N -
Gaya
sentripugal
yang
terjadi
penghubung (NRrod) : NRrod = - Mrod . R . φ² Dimana : Mrod er = 0,603
39
sepanjang
sumbu
batang
R = Jari-jari = 32,35 x 10-³ m W = kecepatan sudut = 737,227 rpm Jadi, NRrod = -0,603 x 32,35 x 10-3 x (737,227)² -
Gaya normal yang searah jari-jari crank (N) Cos (µ + β) N = P ------------------Cos β Cos (µ + β) Dimana harga
----------------
dapat dilihat pada = זּ0,25
Cos β Gaya normal yang diproyeksikan pada bidang vertical polar diagram (Rcp) Rcp = N + NRrod Tabel 3.1 Gaya Normal pada variasi sudut engkol yang berbeda φ
N (N)
Rcp (N)
φ
N (N)
Rcp (N)
0
12775.091
2172.983
330
10258.398
-343.755
30
10258.398
-343.755
360
12775.01
2172.938
60
3947.5031
-6654.6499
190
10258.398
-343.755
90
-3270.4233
-13872.576
420
3947.5031
-6654.6499
130 -8827.5879
-19429.741
450
-3270.4233
-13872.570
150 -11863.06
-22470.213
480
-882.5879
-19429.741
40
Rcp (N)
φ
180 -12775.091
-23377.244
510
-11868.06
-22470.213
210 -11868.06
-2247.213
540
-12775.091
-23377.244
240 -8827.5879
-19427.741
570
-11868.06
-2470.213
270 -3270.4233
-13872.576
600
8827.6879
-19429.741
300 3947.5031
-6654.6499
630
-32704233
-13872.576
600 3947.4233
-6654.7297
690
102258.091 -344.062
720
12775.091
φ
N (N)
N (N)
Dari table 3.1 didapat harga Rcpmax = 23377.244 N -
Tekanan maksimum yang terjadi (Pmax) : R cpmax Pmax = ------------Lcp. dcp Lcp
= panjang pena engkol = 50 x 10³m
dcp
= diameter pena engkol = 55 x 10-³m
Jadi : 23377.244 Pmax = -----------------50.10-³ x 55.10-³ = 8500816 N/m²
41
Rcp (N)
2172.9389
-
Temperatur minyak lumas untuk bantalan (toil.in): toil.in = (60-90)°C Ditentukan : toil.in = 60ºC
-
Kenaikan temperature minyak lumas (∆toil.in) ∆toil.in = (20-30)ºC Ditentukan : ∆toil.in = 25ºC
-
Temperatur minyak lumas keluar rata-rata (toil.out) : toil.out = toil.in + ∆toil.in = 60ºC + 25ºC= 85ºC
-
Temperatur minyak lumas rata-rata ( toil.m ) : toil.in + toil.out toil.m = -----------------2 60ºC + 25ºC = -------------2 = 42,5ºC
-
Diameter clearance (∆cp) : ∆cp = (0,0005 – 0,001) dcp Ditentukan : ∆cp = 0,0008 dcp = 0,0008 x 50 x 10-³m = 4 x 10-5 m
42
-
Radial clearance (δ) : ∆cp
4 x 10-5m
δ = ----------- = -------------- = 2 x 10-5m 2 -
2
Tebal minimum lapisan minyak lumas (hmin) : hmin = ( 6 – 8 ) micron Ditentukan : hmin = 3 micron = 8 x 10-6 m
-
Relatif excentricity ( X ) : δ - hmin
2 x 10-5 - 8 x 10-6
X = ------------- = ------------------------2 x 10-5
δ = 0,6 -
Perbandingan antara Lcp dengan dcp Lcp
50 x 10-3
------ = ------------dcp
-
= 0,909
55 x 10-3
Faktor beban (Φ) : Untuk harga Lcp/dcp = 0,909 dan x = 0,6 Harga δ dapat dicari dengan menggunakan grafik pada literature Φ = 0,975
43
∆cp -
4 x 10-5
Relatif clearance (Ψ) = ------- = ------------- = 7,273 x 10-4 dcp
15 x 10-3
-
Kecepatan sudut poros (ω) = 737,227 rad/s
-
Viskositas dinamik minyak lumas (Vd) : Pmax . Ψ2 Vd = --------------Ω.Φ = 8500816 (7,273 x 10-4)2 ------------------------------737,227 x 0,975 = 6,2557 x 10-3 N.S/m2 = 6,2557 centipoise (cp) = 6,2557 x 0,000000145 lb.sec/m2 = 9,0708 x 10-7 lb.sec/m2
-
Dari gambar 8-2, M.F. Spotts, Design of Machine Elements hal.384, dengan temperatur miniyak lumas rata-rata 162,5ºF = 72,5ºC dan Vd = 1,1313x16-6 lb.sec/m2 didapat jenis minyak lumas adalah SAE 20W-50.
-
Berat jenis minyak lumas pada temperature 162,5ºF adalah Sp.gr162,5 = 0,883 – 0,00035 (162,5 – 60) = 0,817125 lb/m3 = 23448,33592 kg/m3
44
-
Berat jenis rata-rata minyak lumas yang digunakan (זoil ) : 62,4 זּoil = -------- x 0,847125 = 0,029 lb/m3 1768 = 802,71 N/m3
-
Tekanan spesifik minyak lumas (Wo) : Ditekan : Wo = 8 lb/hp.hr = 1,0724 x 10-2 m3 /kw.hr Daya efektif maksimal (Nbmax) = 94 Kw
-
Kapasitas minyak lumas yang disirkulasikan pompa (Co) : Co = Wo . Nbmax = 1,0724 x 10-2 x 94,143 = 1,0095 m3/jam
-
Lebar Gigi (l) : 109.Co l = ----------------------------2,2x60xתN.m.ηp x ηv Dimana : N = jumlah gigi = (7-12) = 8 (ditentukan) m = modul gigi = ( 3-5 ) = 4 mm (ditentukan)
45
ηp = putaran gear = 6400 rpm ηv = pump delivery coefficient = (0,60 – 0,80) = 0,70 (ditentukan) Jadi : 109 x 1,0095 = --------------------------------------------2,2 x 60xתx 8 x 4 x 6400 x 0,70 1009500000 =
--------------------61117562,88
= -
16,5173 mm
Tekanan pompa (Po) : Po = (5,5 – 6,5) Ditentukan : Po = 5,5 atau gauge = 5,5 +1 atm gauge = 5,5 + 1 atm abs = 6,5 x 105 N/m2
-
Daya pompa minyak lumas (Nop) : Co x Po x 10-3 Nop = ----------------------3600 x ηop Dimana : Nop
= efesiensi pompa = (0,7 – 0,72)
46
= 0,72 (ditentukan) Jadi : 1,0095 x 6,5 x 105x10-3
0,688.98
Nop = ---------------------------------- = ---------------3600 x 0,72 = 0,25315
Hp
= 0,18877
Kw
= 188,77
W
2.592
= 130754,166 W
-
Kapasitas panas molas gas hasil pembakaran pada tekanan konstan (Cp”). Cp” = r Co2 x (µ.Cp”. Co2) + rH2 O (µ Cp”.H2 O) + rN2 (µ Cp”.N2) dimana : r co2
= 0,09
r H2O
= 0,09
r N2
= 0,80
µ Cp”.Co2.µCp”.H2O dan Cp”.N2 dapat diketahui dari table pada literatur (N, Pettropsky, Marine Internal Combustion Engine hal:49) pada temperature 627ºC. Jadi : Cp” = 0,09 x 11,03931 + 0,09 x 8,68334 + 0,08 x 7,19817
47
= 7,5005745 Kcal/mole ºC = 31541,569 J / K mole ºC
-
Kapasitas panas molar campuran udara bahan baker (µCp”) untuk diperhitungkan dan di identikan : µ Cp” = µ Cp” udara dan untuk t = 27 ºC µ Cp” udara = 6,9955 Kcal/kmole ºC = 29150,125 J/K mole ºC
-
Energi panas yang terbawa oleh gas buang (Qgas) Qgas = Gr m2 .µcp .tgas –m1.µcp.to Dimana : Gr
= 4,42 x 10-3 kg/s
M2
= jumlah mole campuran udara bahan baker = 0,747 k.mole
µ Cp”
= 31541,569 J/Kmole ºC
µ Cp
= 29150,125 J/Kmole ºC
tgas
= 627 ºC
to
= 27 ºC
Jadi :
48
-
Qgas
= 4,42 x 10-3 (0,726(31541,569)627-0,747(29159,125) 27
Qgas
= 57833,39 W
Energi panas yang terbawa oli pendingin (Qoil) Qoli = Woli.Coli (toli-out – toli.in) Dimana : Woli = Kuantitas oli pendinigin = Co.ץoli = 0,4321 m3/jam = 1,1753 x 10-4 m3/s toli
= 486,803 kg/m3
toli-out
= 85 ºC
toli-in
= 60 ºC
Coli
= panas jenis oli = 0,52 Btu/lb ºF = 670 J/kg ºC
Jadi :
Qoli = 958,3337 W.
49
BAB IV KASUS YANG TERJADI AKIBAT DARI KEGAGALAN MINYAK LUMAS 4.1
Penyebab Kegagalan Minyak Lumas Monitoring dan pemantauan perlu dilakukan selama pemakian
minyak lumas digunakan dalam kendaraan. Apabila minyak lumas telah rusak dan masih tetap digunakan maka akan menyebabkan kegagalan suatu fungsi mesin. Pemantauan kondisi minyak lumas selama pemakaian dapat membantu menetapkan waktu penggantian minyak lumas tersebut dengan tepat sesuai dengan kondisi kerja mesin. Hal ini dapat menghemat biaya operasional dan perawatan karena tidak terjadinya penggantian minyak lumas yang belum waktunya dan juga mencegah biaya perbaikan mesin yang mahal karena kerusakan mesin. Berikut ini contoh-contoh dalam bentuk gambar yang menyebabkan kegagalan komponen-komponen mesin. 4.4.1 Crek pada posisi di Hole Oil Jet
Gbr.4.1 Contoh Crek Posisi di Hole Oil Jet 50
4.4.2 Crek Posisi di Ruang Bakar
Gbr.4.2 Contoh Crek Posisi di Ruang Bakar
4.4.3 Aus pada Posisi Big-End
Gbr. 4.3 Contoh Aus pada posisi big-end
51
4.4.4 Aus pada Posisi Main Shaft
Gbr. 4.4 Contoh Posisi aus pada main shaft
4.4.5 Terjadi Scruth / Baret pada Posisi Liner/Boring
Gbr. 4.5 Contoh Posisi Line/Boring yang Scruth/Baret
52
4.4.6 Blok Mesin Kondisi Berkerak
Gbr. 4.6 Contoh Blok Mesin Kondisi Berkerak
53
BAB V PENUTUP
5.1
Kesimpulan -
Sistem pelumasan berfungsi untuk mengurangi gesekan atau keausan komponen pada mesin yang bekerja dengan cara memberikan pelumas berupa oli ke bagian-bagian mesin yang bergesekan.
-
Pengaruh minyak pelumas memegang peranan penting dalam suatu mesin kendaraan dan kalau tidak bekerja dengan baik akan mengalami kerusakan yang cukup parah pada kendaraan tersebut.
-
SAE adalah Society of Automotive Engineers, suatu badan International
atau
Ikatan
Ahli
Teknik
Otomotive
yang
menetapkan standar kekentalan pada suhu 100ºC. Contoh SAE 50,
SAE
90;
(angka
belakangnya
menunjukkan
tingkat
kekentalan (Monograde). Semakin tinggi angkanya semakin kental pelumas tersebut. -
Multigrade
seperti
SAE
10W-50,
menandakan
pelumas
mempunyai kekentalan yang dapat berubah-berubah sesuai dengan suhu disekitarnya. Huruf W = Winter (musim dingin). Maksudnya pelumas mempunyai tingkat kekentalan sama
54
dengan SAE 10 pada saat suhu udaranya dingin dan SAE 50 ketika udara panas. -
Klasifikasi mutu minyak lumas ditentukan oleh API (American Petroleum Institute) Service dengan kata lain grade unjuk kerja minyak lumas sesuai yang ditentukan oleh API. Contoh API Service SE, SF, SG, SH, SJ.
-
Kegagalan dalam pelumasan merupakan kegagalan dalam maintenance terhadap suatu mesin kendaraan
-
Peranan
parameter-parameter
dan
atau
analisa
sangat
pundamental terhadap minyak lumas dalam mempertahankan kualitas dari minyak lumas setelah ataupun belum dipakai. -
Scapping/baret pada part khusus pada piston diakibatkan oleh kandungan silika yang diatas standar Maks. 15 ppm (partikel part million)
-
Kegagalan minyak lumas bisa menyebabkan kerusakan pada beberapa komponen engine, diantaranya : Crek posisi di Hole Oil Jet, aus pada posisi big-end, aus pada main shaft, baret pada posisi Line/Boring.
55
5.2
Saran Perlu ditingkatkan bahan-bahan referensi, dokumen-dokumen dan buku-buku mengenai minyak lumas yang cukup lengkap.
56
DAFTAR PUSTAKA 1. PT. Alp Petro Industri, Pelumas dan Pelumasan, 5/3/2008, Agip, www.agip.co.id, Jakarta 2. PT. Alp Petro Industri, Istilah Dalam Pelumas, 11/30/2007, Agip, www.agip.co.id, Jakarta 3. BPM. Arends & H.Barenshcot di Terjemahkan oleh, Sukrisno, Umar, “Motor Bensin”, 1997, PT.Erlangga, Jakarta 4. Hendrik, Analisa Pelumasan Tekan dan Pendinginan Motor Bensin 1988cc, 2005, Jakarta 5. Jasin. M. Djauhar, Landasan Teori Pelumas, 2008, PPPTGMB “LEMIGAS”, Jakarta 6. Mugiono Slamet., Memilih Minyak Pelumas dan Pelumasan dengan Benar, 2008/02/26, http://mugiono.wordpres.com, Malang 7. SNI (Standar Nasional Indonesia), Klasifikasi dan Spesifikasi Pelumas, SNI 06-7069.1-2005
s.d.
SNI
06-7069.10-2005,
2005,
BSN
(Badan
Standardisasi Nasional), Jakarta 8. Saputra, Handaya, Asep, Sekilas Tentang Minyak Pelumas, Dimensi Vol. 3, 2000, Jurusan Teknik Gas & Petrokimia, Fakultas Teknik UI, Depok 9. Wartawan Anton L, Dipl.Ing, Pelumas Otomotif dan Industri, 1998, Balai Pustaka, Jakarta
LAMPIRAN
HASIL DATA LAB ( DIAMBIL DARI KONDISI ARAMADA YANG NORMAL OPERASI) PETROLAB Services
USED OIL ANALYSIS REPORT
Graha Mas Pemuda Commercial Center Blok AD No. 23 Taman Berdikari Sentosa Jl. Pemuda, Jakarta 13220
No. 01895/EO/UO/12/07
Telp. 021 - 4717001 / Fax. 021 - 4716985
Code : Urgent
E-mail :
[email protected]
Nama Pelanggan
:
PT. PAHALA KENCANA
:
Kelapa Gading Jakarta
:
021-9214290
(Customer Name)
Alamat (Address)
Telepon/Faks
Type Mesin
(Phone/Fax)
: DIESEL ENGINE
(Eng. Type/ Model)
:
Untuk Pelanggan
Bpk. Budi Mulyawan
Lokasi Mesin
(Attention)
: DRAIN VALVE
(Eng. Location)
:
Nama Sampel
TOP 1 DIESEL OIL SAE 15W-40 / CF-4
Tgl. Analisis
(Sample Name)
: 06-07 Desember 2007
(Analysis Date)
:
Pembuat mesin
NOT GIVEN
Tgl. Laporan
(Eng. Builder)
: 07 Desember 2007
(Report Date)
No. Seri
:
B 7916 WB (468/MSAR/XII/07)
(Serial Number )
No. Lab
09389/L/07
(Lab. No.)
Tgl. Pengambilan Sampel
01-Dec-07
(Sampling Date)
Tgl. Penerimaan Sampel
4-Dec-07
(Received Date)
SAE / ISO VG Km/Hrs Since New Km/Hrs Over Houl Km/Hrs Since Change Physical Test Visc @ 40 (ASTM D445-04) (ASTM D445-04) Visc @ 100 TAN (mg KOH/g) (ASTM D974-04)
15W-40 15.000 Km Max 12,4 -
± 20% ± 20% 2
TBN (mg KOH/g) (ASTM D2896-03) Wear Metal (AAS &ASTM D4628-02 ) Iron (Fe) Copper (Cu) Aluminium (Al) Chromium (Cr) Nikel (Ni) Tin (Sn) Lead (Pb) Contaminants (AAS &ASTM D4628-02 ) Silicon (Si)
5,86 ppm 19 2 1 2 6 0 4 ppm 2
min 50%
Sodium (Na) Additive (AAS &ASTM D4628-02 ) Magnesium (Mg) Calsium (Ca) Zinc (Zn) Infra Red (IR) *) Soot (A/cm) Oxid (A/cm) NOx (A/cm) SOx (A/cm) Fuel (% wt) Water (% wt) Glycol (% wt) Oil Condition
2 %wt -
100
35 6 7 6 0 0 U
0,70 0,20 0,20 0,20 3,00 0,20 0,30
Water Content by Distillation (%vol) ASTM D 95-99
Keterangan (Remarks)
150 80 15 15 15 20 80 15
-
Nil / 0
: Hasil analisa menunjukkan viskositas pelumas sudah turun melebihi warning limit, kemungkinan pelumas mengalami degradasi aditif. Disarankan untuk mengganti pelumas. Resampling 2.500 Km setelah penggantian.
Visc. Kin 100°C
Wear Graphs
Manager Mutu,
Manager Teknis,
Ma'ruf Amaludin
Fatah Hidayat, ST
Catatan : Pengaduan tidak dilayani setelah 30 hari dari tanggal report diterbitkan. (Note) ( N = Normal, B = Attention, U = Urgent )
RK/5.10/01/01/02
*) Tidak termasuk ruanglingkup akreditas
39
PETROLAB Services
USED OIL ANALYSIS REPORT
Graha Mas Pemuda Commercial Center Blok AD No. 23 Taman Berdikari Sentosa Jl. Pemuda, Jakarta 13220
No. 01896/EO/UO/12/07
Telp. 021 - 4717001 / Fax. 021 - 4716985
Code : Attention
E-mail :
[email protected]
Nama Pelanggan
:
PT. PAHALA KENCANA
:
Kelapa Gading Jakarta
:
021-9214290
(Customer Name)
Alamat (Address)
Telepon/Faks
Type Mesin
(Phone/Fax)
: DIESEL ENGINE
(Eng. Type/ Model)
:
Untuk Pelanggan
Bpk. Budi Mulyawan
Lokasi Mesin
(Attention)
: DRAIN INTERVAL
(Eng. Location)
:
Nama Sampel
TOP 1 DIESEL OIL SAE 15W-40 / CF-4
Tgl. Analisis
(Sample Name)
: 06-07 Desember 2007
(Analysis Date)
:
Pembuat mesin
NOT GIVEN
Tgl. Laporan
(Eng. Builder)
: 07 Desember 2007
(Report Date)
No. Seri
:
B 7489 XA (469/MSAR/XII/07)
(Serial Number )
No. Lab
09390/L/07
(Lab. No.)
Tgl. Pengambilan Sampel
01-Dec-07
(Sampling Date)
Tgl. Penerimaan Sampel
4-Dec-07
(Received Date)
SAE / ISO VG Km/Hrs Since New Km/Hrs Over Houl Km/Hrs Since Change Physical Test Visc @ 40 (ASTM D445-04) Visc @ 100 (ASTM D445-04) TAN (mg KOH/g) (ASTM D974-04)
15W-40 15.000 Km Max 12,95 -
± 20% ± 20% 2
TBN (mg KOH/g) (ASTM D2896-03) Wear Metal (AAS &ASTM D4628-02 ) Iron (Fe) Copper (Cu) Aluminium (Al) Chromium (Cr) Nikel (Ni) Tin (Sn) Lead (Pb) Contaminants (AAS &ASTM D4628-02 ) Silicon (Si)
6,46 ppm 24 5 1 0 6 0 5 ppm 3
min 50%
Sodium (Na) Additive (AAS &ASTM D4628-02 ) Magnesium (Mg) Calsium (Ca) Zinc (Zn) Infra Red (IR) *) Soot (A/cm) Oxid (A/cm) NOx (A/cm) SOx (A/cm) Fuel (% wt) Water (% wt) Glycol (% wt) Oil Condition
2 %wt -
100
42 7 8 7 0 0 B
0,70 0,20 0,20 0,20 3,00 0,20 0,30
Water Content by Distillation (%vol) ASTM D 95-99
Keterangan (Remarks)
150 80 15 15 15 20 80 15
-
Nil / 0
: Hasil analisa menunjukkan viskositas pelumas turun hampir mendekati batas minimum, kenungkinan pelumas mengalami degradasi aditif. Pelumas masih dapat digunakan. Resampling 2.000 Km berikutnya.
Visc. Kin 100°C
Wear Graphs 15 10 5 0
09390/L/07
0
0
0
Manager Mutu,
Manager Teknis,
Ma'ruf Amaludin
Fatah Hidayat, ST
Catatan : (Note)
RK/5.10/01/01/02
Pengaduan tidak dilayani setelah 30 hari dari tanggal report diterbitkan. ( N = Normal, B = Attention, U = Urgent )
40
