Varnish (Jelaga) adalah lapisan tipis ada permukaan material yang disebabkan oleh produk oksidasi pada oli pelumas. Varnish bersifat lengket seperti lumpur pekat tipis yang bisa menyebabkan kegagalan operasional peralatan [Kon et al, 2020]. Varnish berbeda dengan sludge, dimana varnish ini menempel tipis pada permukaan yang dilewati lubricating oil [Sasaki et al, 2013]. Penempelan ini karena sifat polaritas-nya dan menempel pada peralatan dengan temperatur tinggi (bearing turbine, heat exchanger) pada kisaran temperatur 250 oC [Prasad et al, 2008], namun terbentuknya pada temperatur rendah karena tingkat kelarutan material menurun seiring penurunan temperatur [Farooq, 2009]
Penempelan ini sebagai akibat tidak terlarutnya residu aditif/organik. Varnish tidak bisa dihilangkan dengan cara filterisasi dan menggunakan cara-cara tertentu seperti berikut: [Farooq, 2009].
- Chemical cleaning-flushing, berfungsi sebagai aditif pada oli sehingga menghambat pembentukan varnish
- Electrostatic charge induced agglomeration-retention, berfungsi sebagai pelunak varnish deposit sehingga mudah larut kembali
- Adsorption pada medium adsorbent, berfungsi menghilangkan sifat polaritas dari varnish sehingga tidak mudah lagi menempel
Proses Terbentuknya Varnish: [Farooq, 2009]
- Setiap oil turbine pasti membentuk material insoluble (varnish) ketika beroperasi
- Laju pembentukan material insoluble sangat dipengaruhi pola operasi seperti oksidasi, hot spot, kontaminasi kimia, filter yang mempengaruhi electrostatic discharge, micro-dieseling dan kompresi adiabatik karena gelembung-gelembung udara masuk ke oli
- Oksidasi disebabkan oleh udara atmosfer masuk ke sistem atau degradasi dari aditif dan senyawa hydrocarbon (-CH-) pada oil
- Hot spot bisa disebabkan karena kebocoran gland seal steam, (umumnya temperatur steam 450-550 oC)
- Gelembung udara bisa berasal dari kebocoran piping/seal pompa dan ketika terikut kompresi maka bisa menambah temperatur oil sampai 1000 oF = 538 oC
- Electrostatic discharge bisa ditimbulkan dari gesekan internal antara oil dan material logam seperti filter sehingga menimbulkan sparking
Sludge (lumpur) umumnya terdapat pada peralatan dengan temperatur rendah (botom tank), bisa dihilangkan dengan filterisasi atau drain sedimen. Sludge terbentuk karena adanya kenaikan viskositas pada temperatur tinggi sebagai akibat dari reaksi polycondensation dan polymerisation, yang bersifat tidak larut, memiliki berat molekul yang besar dan terendapkan [Rasberger, 1994]. Proses sesuai diagram berikut:
Sludge pada oil turbine bisa disebabkan oleh reaksi antara hydrocarbon (-CH-) pada oil dengan residu antioxidant (amines, phenolic), defoamer, antirust dan demulsfier (polyester) [Liu et al, 2016]. Anti-Oxidant/Oxidation Inhibitor jenis phenol cocok digunakan untuk temperatur rendah sedangkan amine cocok pada temperatur tinggi [Farooq, 2009]. Semua aditif tersebut dimaksudkan untuk menjaga kualitas oil ketika digunakan seperti oxidation stability, wear, TAN, TBN, varnish dan sludge namun aditif tersebut ada life-time atau batas kelarutan sehingga seiiring meningkatkan operating time bisa menimbulkan residu yang berdampak pada menurunnya kualitas oil. Selain itu, sludge juga bisa terbentuk ketika aditif pada oli ter-ekspose pada temperatur tinggi yaitu 290-540 oC [Liu et al, 2016].
Pada bearing steam turbine kemungkinan terpapar temperatur tinggi adalah kebocoran seal steam turbine atau hasil gesekan vibrasi bearing turbine yang terlalu tinggi. Sludge bisa dilakukan uji dengan: [Liu et al, 2016] [Farooq, 2009]
- FTIR, digunakan untuk menganalisis degradasi oil dan pengurangan antioxidant pada oli
- SEM, digunakan untuk menganalisis surface morfology dari sludge
- Thermo Gravimetric (TG), untuk menganalisis thermal stability dan thermal degradation pada oli
- Energy Dispersive Analysis X-ray (EDAX), digunakan untuk mengetahui komponen/element kimia sludge, alat ini diintegrasikan dengan SEM sehingga terkenal dengan nama SEM-EDX atau SEM-EDAX dan dari penelitian Liu et al (2016) didapatkan senyawa kimi pada sludge adalah C, H, O, N dan <4% wt metal
Proses Degradasi Oil Membentuk Sludge: [Liu et al, 2016]
- Reaksi yang terjadi adalah autocatalytic reaction
- Oksidasi dan degradasi oil disebabkan oleh kombinasi reaksi antara air dan udara atmosfer pada temperatur tinggi
- Proses oksidasi diawali dengan putusnya atom-H pada senyawa hydrocarbon oil (-CH-)
- Kemudian diikuti terbentuknya alkyl radical + O2 dan menghasilkan alkyl-peroxyl radical yang kemudian + H2 (atom hydorcarbon yang tidak bereaksi)
- Free radical yang terbentuk tersebut berekasi dengan hydrocarbon radical + (alcohol, aldehyde, keton dan carboxylic acid) oleh polimerisasi kondensasi membentuk SLUDGE
- Aerasi pada fluida
- Percikan api/listrik (spark)
- Degradasi panas saat penyimpanan oil
- Kontaminan anti-freeze
- Pengumpalan jelaga (soot)
- Oksidasi oil
- Hydrolisis
- Penyimpanan kondisi dingin berkepanjangan
- Kontaminan caustic detergent
- Oil kontak dengan permukaan panas
- Kontaminan radiologi
- Efisiensi pembakaran mesin bakar yang rendah
- Fuel yang kaya kandungan aromatic
- Kontamination sulfation
Referensi:
[1] Kon, T., Honda, T., and Sasaki, A. (2020). Estimation of the Oxidative Deterioration of Turbine Oil Using membrane Patch Color. J. of Advances in Tribology, ID 1708408
[2] Liu, Z., Wang, H., Zhang, L., Sun, D., Cheng, L., and Pang, C. (2016). Composition and degradation of Turbine Oil Sludge. J. Therm Anal Calorim
[3] Rasberger, M. (1994). Oxidative Degradation and Stabilisation of Mineral Oil Based Lubricants. Chemistry and Technology Lubricants, Chapman & Hall
[4] Prasad, R.S., Ryan, H.T., Dell, S., Pheneger, D.D., and Sheets, R.M. (2008). Formation of Deposits from Lubricants in Hign Temperature Applications
[4] Sasaki, A., Aoyama, H., Honda, T, Iwai, Y., and Yong, C.K. (2013). A Study of the Colors of Contamination in Used Oils. Tribology Transactions
[5] Farooq, K. (2009). Varnish Removal and Control in Turbine Lubrication Systems. Proceeding of the ASME 2009 Power Conference. USA
[6] EPRI. (2002). Lube Oil Predictive Maintenance, Handling, and Quality Assurance Guideline
« Prev Post
Next Post »