Monday, August 15, 2016

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 ke ausan 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 oksidas, stabilitas kekentalannya, desain molekul, struktur molekul dan dibuat dengan 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 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/Read/213/iso-viscosity-grades" 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). Semuas 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
Gambar 1. Set Oil Analyzer Tribology
Peralatan yang digunakan seperti gambar dibawah ini : 
Gambar 2. Spectro LNF
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, 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

 Gambar 3. Spectro Viscosity

Peralatan untuk mengetahui viscosity dari oli yang di analisa dengan temperatur yang digunakan dalam pembacaan yaitu 40 oC dan 100 oC. Non Engines seperti Gearbox dan Hydraulic Oil di tes menggunakan suhu 40 oC sedangkan untuk Transmission dan Engine di tes menggunakan suhu 100 oC. Viskositas adalah ketahanan oli terhadap laju aliran (Shear Stress) dalam kondisi tertentu atau dapat diartikan kemampuan laju liquid di kondisi oli yang diberikan.
Gambar 4. Fluid Scan
Digunakan untuk menentukan Oxidation Number, Total Acid Number (TAN) dan Free Water

BACA JUGA :  Pengukuran Laju Aliran Fluida dengan Portable Flowmeter

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 berbahaya untuk oli karena :
  • Menurunkan viskositas oli karena viskositas air lebih rendah dari oli
  • Titik air jika berada di peralatan tekanan tinggi menyebabkan Pitting dan Cavitation
  • Free Hydrogen dari air akan bermigrasi ke komponen mesin sehingga menyebabkan kerapuhan logam dan bisa menyebabkan patah
  • Air dikatakan sebagai katalis terdegradasinya oli dengan kecenderungan membentuk endapan
  • Air menyebabkan oli rusak seperti penguapan zat additive di dalamnya serta oli teroksidasi
  • Mengurangi ketebalan lapisan pelumas
  • Standar free water yang diijinkan sebagai kontaminan adalah 0,1 % atau 1000 ppm atau 1000 mg / L menurut ASTM D4378 
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 penggunaan yang sederhana dan memakai 3 digit.
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 walau dilapisi full pelumasan. 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 itu. Standar umum yang dipakai di pembangkitan (PLTU) adalah memakai 20/18/15 mengacu ke kedua tabel diatas.

Menurut Handbook The Oil Analysis Handbook by "Michael Holloway" bahwa TAN Number digunakan untuk oli Hydraulic, Gear dan Compressor sedangkan TBN digunakan untuk Engine Oil. TAN Number akan bertambah seiring beroperasinya peralatan sedangkan TBN kebalikannya yaitu semakin berkurang karena TBN menyatakan jumlah dari alkali di oli yang ternetralisir oleh TAN.

Menurut Handbook Clean Oil Guide "Svendborg : Denmark" bahwa sumber  Kontaminan Asam  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). TAN yang diijinkan adalah untuk Fresh Oil (0,5 mg KOH/g), Alert (1 mg KOH/g), Alarm (1,5 mg KOH/g). Acid bisa diturunkan dengan cara netralisasi katalis menggunakan Ion Exchange Resin atau Alumunium Oxide. Total Base 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 %)

Namun sesuai ASTM D974 untuk standar TAN adalah penambahan (+) 0,3 sd (+) 0,4 mg KOH/g sedangkan untuk viscositas yaitu perubahan sebesar 15 % adalah Alarm

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 :



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

ARTIKEL TERKAIT :
1. Fuel System PLTU
2. Lubricating & Sealing System PLTU
3. Istilah Mirip tapi Tidak Sama Artinya di Teknik Kimia (2 of 2)

4 comments:

  1. makasih mas artikelnya membantu sekali.tapi mohon minta copy nya donk buat pembelajaran

    ReplyDelete
  2. Materi yang sangat bermanfaat bagi saya. Berhubung saya bekerja sebagai technical support pada perusahaan distributor resmi pelumas Shell. boleh saya minta salinan materi ini?
    terimakasih

    ReplyDelete
  3. Artikel pdf silakan email admin : ye_feriyanto@yahoo.com

    ReplyDelete
  4. Sangat bagus dan bermanfaat isinya, mohon ijin minta copinya trims , salam

    ReplyDelete