Trending Topik

Analisa Oli Pelumas (Tribology) dan Referensi Report (1 of 2)

Tribology adalah ilmu teknik yang mempelajari interaksi permukaan bergerak yang didalamnya terdapat fenomena seperti gesekan, pelumasan dan keausan. Dua permukaan atau lebih yang bergerak satu sama lain akan menimbulkan gesekan yang bisa menyebabkan keausan logam dan timbul panas sehingga untuk mengatasinya diberi pelumas seperti oil, grease, cooler dll. Di dunia industri, oli pelumas di cek rutin untuk membuat kajian predictive maintenance dan peralatan yang digunakan disebut tribology oil analysis.
Oli yang beredar dibagi menjadi 3 yaitu :
  • Oli Mineral (mineral base oil) : oli yang berasal dari pengolahan minyak bumi (crude oil), terbagi menjadi 2 yaitu Light Product (gasoline, kerosene, fuel oil, diesel oil) dan Heavy Product (lubricating oil dan wax)
  • Oli Sintetis (synthetic base oil) : oli yang berasal dari sintesa kimia yang sudah diatur ketahanan tingkat oksidasi, stabilitas kekentalannya, desain molekul, struktur molekul dan dibuat dengan sistem polimerisasi
  • Oli Organik (vegetable base oil) : oli yang bersal dari hewan dan tumbuhan
Standar oli yang digunakan diberi kode khusus yaitu standar Eropa ISO-VG (viscosity grade) bukan standar Amerika SAE (society of automotive engineers), perbedaannya adalah ISO-VG digunakan untuk oli industri seperti ISO-VG 32, ISO-VG 46 dan ISO-VG 68 sedangkan SAE kebanyakan digunakan untuk motor oil dengan range 0W (very low viscosity) sampai 60W (very high viscosity) sedangkan untuk SAE gear oil ditetapkan 70W (very low viscosity) sampai 140W (very high viscosity). Dibawah ini adalah tabel ekivalen antara ISO-VG dan SAE
Menurut literatur "http://www.machinerylubrication.com" dijelaskan bahwa penggunaan ISO-VG adalah untuk menyamakan persepsi antara standar oil di berbagai negara di Eropa misalnya American Society for Testing and Materials (ASTM), Society for Tribologists and Lubrication Engineers (STLE), British Standards Institute (BSI), and Deutsches Institute for Normung (DIN). Semua negara yang mempunyai standar sendiri ini membuat kesepakatan di Tahun 1975 yang diwadahi oleh The Internatioanal Standards Organization (ISO) untuk menyemakan persepsi sehinggga diberi nama ISO-VG.
Peralatan tersebut yang menjadi peralatan utama oil analysis yang lengkap dan data disajikan dalam Trivektor (Wear ---> gram metal pengotor/partikel keausan seperti ferrous dan logam mineral non-ferrous, Contamination ---> partikel ISO Code, free water dan Chemistry ---> TAN, oxidation, viscosity) beserta gambar visualisasi dari kontaminan. Untuk lebih jelasnya trivektor dan kandungannya bisa dilihat di gambar & tabel dibawah ini.

Pengukuran viskositas menggunakan 2 temperatur yane berbeda yaitu untuk non-engines seperti gearbox dan hydraulic oil di tes menggunakan suhu 40 oC sedangkan untuk transmission dan engine di tes menggunakan suhu 100 oC. Selain itu, berdasarkan ASTM D445-18 penggunaan standar temperatur tersebut adalah untuk 40 oC jika oli sampel bisa tembus cahaya atau encer dan untuk 100 oC jika oli sampel tidak tembus cahaya atau kental. Viskositas adalah ketahanan oli terhadap laju aliran (shear stress) dalam kondisi tertentu atau dapat diartikan kemampuan laju liquid (shear rate) pada kondisi oli yang diberikan.Pembahasan lengkap macam-macam viskositas yaitu dynamic dan kinematic viscosity bisa dibaca pada artikel: ASTM D445-18 Standard Methods for Kinematic Viscosity
Standar batasan viscosity yang umum digunakan sebagai berikut:
  • +/-10% dari fresh oil menurut ASTM D2422-97
  • +/-5% dari fresh oil menurut ASTM D445 
Dikutip dari : "Handbook The Oil Analysis Handbook by Michael Holloway" bahwa dibawah ini adalah bahan dari peralatan yang mana juga bisa digunakan untuk melihat sumber dari oli yang tercemar logam kontaminan.
Besi (Fe) adalah komponen utama dari semua peralatan. Untuk wear dan contamination di trivektor sebagian besar disebabkan karena unsur ini yang penyebabnya bisa karena gesekan antar material atau oli tercemar oleh kotoran dari luar
Tembaga (Cu) digunakan sebagai elemen campuran karena sifatnya yang mudah dibentuk, memiliki nilai konduktivitas panas dan listrik yang baik sehingga cocok untuk peralatan HE dan bearing.
Timah (Sn) digunakan untk elemen campuran, biasanya antara tembaga dan timbal untuk sacrificial bearing liner


Alumunium (Al) mempunyai kekuatan yang tinggi dengan berat yang ringan serta tahan korosi karena terdapat lapisan oksida. Pencampuran Al dengan logam tertentu bisa tahan terhadap temperatur tinggi.
 Krom (Cr) adalah material yang mempunyai kekerasan tinggi dan juga tahan korosi.
Timbal (Pb) adalah logam lunak yang banyak digunakan untuk sacrificial wear surfaces seperti journal bearing.
Silica (Si) ditemukan banyak dan umum di oli yang terpakai, berasal dari pasir bahan dasar pembuatan logam yaitu pasir kuarsa  dan keberadaan di oli disebabkan karena logam terkikis sehingga bahan dasar logam terlarut.
Perak (Ag) adalah bahan terbaik untuk bearing plate karena minimum gesekan. Cocok untuk melawan korosi karena penambahan senyawa Seng (Zn).
Menurut Handbook "Clean Oil Guide Svendborg : Denmark" bahwa air (water) berbahaya untuk oli karena :
  • Menurunkan viskositas oli karena nilai viskositas air lebih rendah (densitas lebih besar) dari oli
  • Titik-titik air (water droplet) jika berada di peralatan tekanan tinggi bisa menyebabkan pitting dan cavitation
  • Free hydrogen dari air akan bermigrasi ke komponen mesin sehingga menyebabkan kerapuhan logam dan bisa menyebabkan crack
  • Air dikatakan sebagai katalis ter-degradasi-nya oli dengan kecenderungan membentuk endapan
  • Air menyebabkan oli rusak seperti penguapan zat additive di dalamnya serta oli ter-oksidasi
  • Mengurangi ketebalan lapisan pelumas (oli menjadi lebih encer)
Terdapat 3 kategori water content sebagai berikut:
  1. Total water = dissolved water + free water
  2. Dissolved water, air yang tercampur homogen dengan oli, tidak bisa dipisahkan dengan sistem sentifugal biasa dan harus diuapkan pada titik didihnya (cocok untuk tipe purifier heater/vacuum dehydration)
  3. Free water, air yang tidak tercampur homogen dengan oli serta terpisah dibagian bawah oli. Air tipe ini bisa dilihat secara visual dan bisa diminimalisir menggunakan tipe purifier sentrifugal
Standar free water yang diijinkan sebagai kontaminan berbeda-beda tergantung metode dan referensi, berikut umumnya yang digunakan:
  • 0.1 % atau 1000 ppm atau 1000 mg / L menurut ASTM D4378
  • 0.02% atau 200 ppm menurut ASTM D6304
  • 0.05% atau 500 ppm menurut umumnya kemampuan purifier menurunkan kadar free water
Standar ukuran kontaminan oleh partikel menggunakan NAS 1638 atau ISO Code 4406. NAS 1638 digunakan untuk standar komponen aerospace dan banyak juga diaplikasikan di industri serta penggunaannya dengan 1 digit, namun sekarang mulai banyak yang tidak memakai standar ini dan beralih ke ISO Code 4406 seperti tabel dibawah karena sistem analisa partikel yang lebih detail.
Penghitungan jumlah partikel kontaminan di oli ditunjukkan seperti tabel diatas. Mengacu pada ISO 4406 bahwa penyebutan ISO Code Range dipergunakan untuk memudahkan penamaan banyaknya kandungan partikel dan biasanya penulisannya dalam bentuk X/Y/Z sebagai contoh ISO Code Standar adalah:
ISO > 4 = .....; ISO > 6 = ..... dan ISO > 14 = ..... artinya  untuk "4" ---> ukuran partikel > 4 mikron; "6" ---> ukuran partikel > 6 mikron dan "14" ---> ukuran partikel > 14 mikron. Penggunaan standar 4/6/14 ini karena menurut penelitian ukuran di range tersebutlah yang berpotensi menyebabkan kerusakan dua permukaan yang bergerak walaupun dilapisi full lubrication. Contoh pembacaan di peralatan adalah jumlah partikel 18/12/10 dan jika diartikan  seperti berikut :
ISO > 4 = 18 (partikel dengan ukuran >4 mikron di sampel per 1 mL oli berjumlah antara 1300 sd 2500)
ISO > 6 = 12 (partikel dengan ukuran >6 mikron di sampel per 1 mL oli berjumlah antara 20 sd 40)
ISO > 14 = 10 (partikel dengan ukuran >14 mikron di sampel per 1 mL oli berjumlah antara 5 sd 10)
Konversi jumlah partikel dengan nilai 18/12/10 sesuai tabel ISO Codes diatas.

Menurut standar ISO Codes diatas terdapat bermacam-macam standar yang dipakai untuk oil analysis tergantung dari pelumasan untuk apa oli tersebut. Standar umum yang dipakai di pembangkitan (PLTU) untuk oil turbine adalah memakai 20/18/15 mengacu ke kedua tabel diatas.

Menurut Handbook "The Oil Analysis Handbook by Michael Holloway" bahwa TAN (Total Acid Number) digunakan untuk oli hydraulic, gear dan compressor sedangkan TBN (Total Base Number) digunakan untuk Engine Oil. Nilai TAN akan bertambah seiring beroperasinya peralatan sedangkan TBN kebalikannya yaitu semakin berkurang karena TBN menyatakan jumlah dari alkali di oli yang ternetralisir oleh banyaknya kandungan acid sebagai hasil dari life-time atau degradasi oil.

Menurut Handbook "Clean Oil Guide Svendborg : Denmark" bahwa sumber  kontaminan asam (acid) oli berasal dari produk degradasi oli dan hydrolisis ester based fluid di oli. TAN adalah jumlah KOH (dalam mg) yang digunakan untuk menetralisir oli (per 1 gram). 

Standar TAN yang diijinkan bermacam-macam seperti berikut:
  • Alert (+1 mg KOH/g), alarm (+1.5 mg KOH/g) menurut standar pada umumnya
  • +0.1-0.2 mg KOH/g menurut ASTM D974
  • +0.3-0.4 mg KOH/g menurut ASTM D664
Keberadaan acid bisa diturunkan dengan cara netralisasi katalis menggunakan ion exchange resin atau alumunium oxide. Pembahasan lengkap ada di artikel: Cara Mengurangi Acid Number

TBN digunakan untuk oli pembakaran (misal mesin 2 tak) karena di oli terdapat additive (detergent dan dispersant). TBN standar adalah fresh oil (pengurangan sebesar 50 %) dan alarm (pengurangan sebesar 70 %).

Dari Handbook "How to Read an Oil Analysis Report by Jim Fitch" didapatkan data sebagai berikut:
Dari Tabel diatas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Jika terdapat Perubahan Rantai Molekul Kimia Oli maka Pengurangan Viskositas disebabkan oleh panas operasi, gesekan fluida dan hidrolisis sedangkan Penambahan Viskositas disebabkan oleh oksidasi, polimerisasi, pembentukan carbon dan oksida yang tidak terlarut serta penguapan oli
2. Jika terdapat Penambahan Kontaminan di Oli (Kontaminasi) maka Pengurangan Viskositas disebabkan oleh bahan bakar mesin, pendingin mesin/pelumas dan aditif oli sedangkan Penambahan Viskositas disebabkan oleh emulsi air, udara yang terikut dan zat anti beku di oli


Untuk warning alarm menurut Handbook "Oil Analysis Handbook for Predictive Equipment Maintenance by Yuegang Zhao" adalah sebagai berikut :

Kutip Artikel ini sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2016). Analisa Analisa Oli Pelumas (Tribology) dan Referensi Report, Best Practice Experience in Power Plantwww.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] Feriyanto, Y.E. (2016). Best Practice Experience in Power Plant. Surabaya
[2] The Oil Analysis Handbook by "Michael Holloway"
[3] Clean Oil Guide "Svendborg : Denmark"
[4] How to Read an Oil Analysis Report by Jim Fitch
[5] http://www.engineeringtoolbox.com/iso-vg-grade-d_1206.html 
[6] http://www.machinerylubrication.com/Read/213/iso-viscosity-grades
[7] Oil Analysis Handbook for Predictive Equipment Maintenance by "Yuegang Zhao"
[8] Technical Training Guide Turbine Oil Condition Monitoring by "Exxon Mobil Corp" 
[9] http://royalpurpleindustrial.com
[10] http://www.mobilehydraulictips.com/understanding-iso-4406
[11] http://www.parker.com/Literature/Hydraulic

Previous
« Prev Post

1 comments: