Teori Dasar Pelumasan / Oli


Di zaman sekarang yang semakin baerkembang ini, sudah semakin banyak kendaraan-kendaran dan segala macam alat alat. Yang tentunya membutuhkan pelumasan dalam mesinnya, bisa kita bayangkan jika dalam suatu mesin tidak diberikan pelumasan. Dan tentu untuk pelumasannya tidak bisa sembarangan memakai pelumas/oli, banyak perhitungan untuk pelumasan ini mulai dari bahan-bahan nya, sifatnya, standar nya dan lain-lain. Dalam hal ini kami akan bahas mengenai dasar dari pelumasan.

Daftar isi

A. Dasar-Dasar Diperlukannya Pelumasan

      A.1. Definisi Gesekan
      A.2. Definisin Keausan
      A.3. Floatation / Gaya Angkat Pada Benda

B. Lubrication Fundamental

      B.1.  Definisi Pelumasan
              B.1.1.  Kondisi Lapisan Film Untuk Pelumasan Pada Umumnya
              B.1.2.  Koefisien Gesekan Yang Ditimbulkan (Grafik)
      B.2.  Fungsi Dasar Pelumasan
      B.3.  Bahan Pembentuk Pelumas
              B.3.1. Base Oil
              B.3.2. Additif
              B.3.3. Thickener
      B.4. Sifat-Sifat Pelumas Dan Metode Pengujiannya
              B.4.1. Viscositas
              B.4.2. Viscositas Index
              B.4.3. Pour Point
              B.4.4. Stabilitas Terhadap Oksidasi
              B.4.5. TBN
              B.4.6. TAN
              B.4.7. Sifat Anti Karat
              B.4.8. Sifat Mudah Terpisah Dengan Air (Demulsibility)
              B.4.9. Titik Nyala (Flash Point) / Titik Bakar ( Fire Point)
              B.4.10. Cooper Strip Corrosion
              B.4.11. Density
              B.4.12. Warna
      B.5. Standarisasi Untuk Klarifikasi Pelumas
              B.5.1. SAE
              B.5.2. ISO
              B.5.3. API Service
              B.5.4. NLGI

A. Dasar-Dasar Diperlukanya Pelumasan

Suatu Kendaraan tidak mungkin dapat berjalan sendiri tanpa ada komponen-komponen yang memungkinkan terjadinya gesekan / persinggungan.

A.1. Definisi Gesekan

Gesekan adalah tenaga yang menahan gerakan relatif dari dua benda yang saling kontak.
Dua kerugian yang diakibatkan gesekan: 
  1. Timbulnya keausan (wear)
  2. Kehilangan energi

A.2. Definisi Keausan

Keausan adalah proses kehilangan material dari salah satu atau kedua permukaan yang saling kontak akibat gesekan yang ditunjukan dengan adanya kehilangan berat dan atau perubahan sifat kimia/fisika permukaan.
Dua kerugian yang diakibatkan keausan: 
  1. Mengurangi umur pakai mesin
  2. Mengurangi kinerja

A.3. Floatation / Gaya Angkat Pada Benda 

Gaya angkat pada benda akan timbul karena adanya efek :
a. Wedge : Tekanan timbul karena aliran fluida yang terjepit
b. Squeeze : Tekanan timbul karena fluida yang termampatkan
c. Hydrostatic : Tekanan timbul karena sumber dari luar

B. Lubrication Fundamental

B.1. Definisi pelumasan

Definisi : Proses menyisipkan bahan tertentu (disebut pelumas) diantara dua permukaan yang saling kontak dengan tujuan untuk mengurangi gesekan dan oleh karena itu mengurangi keausan. 
Merupakan cara yang praktis untuk mengatasi masalah gesekan dan keausan.



B.1.1. Kondisi Lapisan Film Untuk Pelumas Pada Umumnya

Kondisi Boundary

Kedua permukaan benda yang saling bergerak saling bersentuhan. Untuk mengurangi keausan maka perlu adanya lapisan anti wear atau extreme pressure additive.




Contoh pelumasan boundary adalah :

  • Pelumasan shaft saat start, stop, dan shock load condition ( kondisi beban tiba-tiba)
  • Pelumasan roda gigi
  • Pelumasan camshaft, cylinder dan piston ring pada titik mati atas bawah
Kondisi Elastohydrodynamic

Contoh pelumasan elastohydrodinamic adalah : 
Pelumasan  piston ring pada engine
Pelumasan pada komponen yang bergerak secara reciprocating tanpa beban




Memisahkan bagian mesin yang bergerak dengan membentuk lapisan film pelumas tipis. Kontak antara bagian metal yang bergerak dan gesekan hanya terjadi sekali-kali saja, terutama bagian puncak dari metal yang bergesekan. Kondisi ini menimbulkan keausan pada tingkat normal dan tidak mempengaruhi kinerja mesin.


Kondisi Hydrodinamic

Kedua permukaan benda yang bergerak dipisahkan secara sempurna oleh lapisan film yang stabil.
Contoh pelumasan hydrodinamyc adalah Pelumasan pada shaft yang telah bergerak secara stabil tanpa adanya beban tiba-tiba (shock load).


B.1.2. Koefisien Gesekan Yang Ditimbulkan

Ada dua cara pelumas dalam mengurangi gesekan :
  1. Menjaga permukaan metal terpisah ( koefisien gesek permukaan metal yang kering adalah 0,5 sd 1, dan permukaan metal yang dilapisi pelumas "film" secara sempurna adalah 0,005 atau kurang) .
  2. Membuat kedua permukaan metal menjadi lebih licin ( Lapisan lemak hewan dan bahan kimia aditif "anti wear" atau "extreme pressure" dapat mengurangi gesekan bila dua permukaan metal saling bersinggungan ).

B.2. Fungsi Dasar Pelumasan

  • Mengurangi gesekan antara bagian yang bergerak
  • Mendinginkan dan memindahkan panas keluar mesin
  • Mengendalikan "kontaminasi" / kotoran pada mesin
Dari ketiga fungsi dasar tersebut tujuanya adalah untuk memelihara mesin atau peralatan agar :
  • dapat berfungsi dengan optimal 
  • dapat digunakan selama mungkin
  • dapat mengurangi biaya pemeliharaan

B.3. Bahan Pembentukan Pelumas





Pelumas yang bermutu adalah pelumas yang komposisi pencampurannya seimbang sesuai formula yang telah teruji pada mesin-mesin penguji kinerja pelumas.

B.3.1. Base Oil 

Base Oil dapat dikelompokan menjadi 3 jenis :
  1. Mineral Oil
  2. Sinthetic Oil
  3. Biodegradble Oil
Mineral Oil
Mineral Oil berasal dari minyak bumi ( minyak mentah) yang kemudian diolah menjadi base oil, diantaranya :
1. Parafinic
2. Naphthenic ( Asphaltic )
3. Aromatic









Parafinic
Stabil terhadap panas dan oksidasi, viscosity index tinggi, sifat alir pada temperature rendah tidak baik.

Naphtenic
Kurang stabil, viscosity index rendah, sifat lumas pada kondisi boundary baik, sifat alir pada temperature rendah baik, sifat pelarutan baik.

Aromatic
Sifat melarutkan dan pelumasan daerah boundary baik, kestabilan viscositas jelek, mudah teroksidasi dan membentuk asam dan lumpur ( acid & sludge ).


Sinthetic Oil
Merupakan hasil sintesa kimia yang dirancang mempunyai molekul yang berulang dan sama (polimer) agar karakterisitiknya sama sehingga menghasilkan senyawa yang memiliki ketahanan oksidasi dan stabilitas kekentalan yang tinggi.

Keuntungan secara umum:

  • Titik nyala tinggi dan titik tuang rendah
  • Range temperature operasi panjang
  • Tahan api
  • Daya lumas lebih baik
  • Ketahanan terhadap oksidasi baik
  • Indexs viscositas tinggi
  • Tidak mudah rusak dan stabil
  • Umur pakai lebih panjang ( 2-4x )
Kerugian secara umum :
  • Biaya tinggi
  • Mencemari Lingkungan
  • Perlu seal khusus
  • Perawatan lebih susah
Base Oil yang yang termasuk sintethic oil diantaranya :
  1. Poly Alpha Olefins ( PAO's ) contoh : Mobil SHC, Castrol 778, Gargoyle
  2. Di-Basic Acid Esters ( Di Esters ) contoh : Mobil Rarus 824, Exxon Turbine Oil 274, Castrol 3000
  3. Polyol Esters contoh : Mobil Jet Oil II. Mobil Jet Oils 25
  4. Polyalkylene Glycols ( PAG's ) juga Water Glycols, contoh : Mobil Glycol

Biodegradable Oil

Bila base oilnya terbuat dari minyak binatang (biasanya ikan paus) atau minyak nabati (rapeseed, bunga matahari, minyak kelapa, dll.)


B.3.2. Additif


Komposisi additif pada pelumas pada umumnya adalah Base oil 81,9% additif 11,5%
Kegunaan additif pada pelumas adalah sebai berikut :

  1. Anti Oxidant - Mencegah terjadinya oksidasi molekul pelumas
  2. Detergent - Menjaga permukaan metal bebas dari kotoran dan menetralisir asam
  3. Dispersant - Mengendalikan kotoran / contaminant agar terdispersi secara merata dala, pelumas
  4. Anti Karat/Korosi - Mencegah terjadinya korosi/karat pada bagian metal yang berhubungan pada pelumas
  5. Antiwear/Extreme Pressure - Mencegah geseskan & keausan bagian mesin dalam kondisi berat
  6. Pour Point Depressant - Menekan titik beku pelumas agar mudah mengalir pada suhu rendah
  7. Friction Modifier - Meningkatkan tingkat kelicinan dari film pelumas
  8. Anti Foam - Mencegah terbentuknya busa pada pelumas
  9. Viscosity Index Improver - Meningkatkan viscosity index (kestabilan kekentalan terhadap temperatur)

B.4. Sifat-Sifat Pelumas & Metode Pengujiannya

B.4.1. Viscositas

Definisi : Adalah sebuah ukuran penolakan cairan terhadap perubahan bentuk dibawah tekanan geser / absolute viscosity ( identik dengan "kekentalan"), atau penolakan cairan terhadap penuangan / aliran ( kinematic viscosity / gesekan fluida )
Viscositas berdasarkan cara pengukurannya dapat dibagi menjadi 2 cara pandang :

1. Kinematic Viscosity 

Ukuran rata-rata yang menunjukan penolakan cairan terhadap penuangan / terhadap mengalirnya suatu fluida.
Definisi Umum :
Kental atau encernya suatu fluida yang diukur dengan parameter waktu alir suatu fluida dari titik A ke titik A'.


2. Absolute Viscosity

Ukuran penolakan cairan terhadap perubahan bentuk di bawah tegangan geser dan perbandingan tegangan geser dengan perubahan kecepatan terhadap perubahan ketebalan pelumas

B.4.2. Viscositas Index

Viscositas index adalah besarnya angka atau index yang menujukan ketahanan perubahan viscositas pelumas terhadap perubahan suhu. 
  • Jika VI besar pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan viscositas rendah (stabil)
  • Jika VI kecil pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan viscositas tinggi (labil)
Standard suhu yang digunakan untuk mengukur VI adalah 40 derajat celcius dan 100 derajat celcius. Pelumas yang mempunyai VI tinggi tidak banyak mengalami perubahan viscositas dengan adanya perubahan suhu. Metode perhitungan VI berdasarkan ASTM D2279 ( IP 226 )















B.4.3. Pour Point

Merupakan temerature terendah dimana pelumas masih dapat mengalir karena gaya gravitasi. 
Metode pengujian pour point adalah ASTM D97 ( IP 15 ).

B.4.4. Stabilitas Terhadap Oksidasi

Sifat ini sangat penting bagi semua pelumas, terutama untuk penggunakan suhu tinggi.
Metode pengujian stabilitas oksidasi pada suhu tinggi adalah ASTM 315H Part II (4).

Hasil oksidasi yang dapat merusak komponent
Oil sludge

Berbentuk kerak atau gel yang terjadi pada suhu dibawah 100 derajat celcius. Sludge dapat timbul karena pembakaran di ruang pembakaran mesin yang tidak tepat. Sludge juga disebabkan adanya kandungan air di dalam oli yang telah lama terakumulasi.
Untuk mengurangi produksi sludge dapat dilakukan dengan frekuensi penggantian oli yang tepat, menggunakan synthetic oil.




Lacquer
Merupakan lumpur sebelum jadi Varnish.

Varnish
Berbentuk transparan, keras, melapisi permukaan material. 
Varnish timbul karena percampuran oli yang mengering dengan thinner atau bahan bakar.

B.4.5. Total Base Number (TBN)

TBN adalah jumlah nilai basa yang di miliki pelumas sehingga mampu untuk menetralisir asam-asam yang terbentuk dari hasil oksidasi. 
Metode pengujiannya adalah ASTM D2896.
Satuanya : mg KOH/gr
Efek dari kelebihan TBN : 
  • Filter oli tersumbat karena banyaknya sludge dari TBN yang tidak terpakai
  • Dinding mesin cepat menjadi aus karena TBN berlebih menghasilkan abu dan menggosok permukaan
Efek kekurangan TBN :
  • Mesin berkarat karena pelumas tidak mampu menetralisir asam hasil pembakaran

B.4.6. Total Acid Number (TAN)

TAN adalah Tingkat keasaman suatu pelumas yang berasal dari additif ( untuk fresh oil ).
Peningkatan nilai TAN pada pelumas yang telah digunakan ( used oil ) mengindikasikan terbentuknya asam lemah dan pada nilai tertentu menunjukan pelumas sudah tidak dapat digunakan lagi.
Metode pengujiannya adalah ASTM D974.

B.4.7. Sifat Anti Karat

Untuk mengendalikan karat yang mengkontaminasi pelumas yang dapat mempecepat terjadinya oksidasi pada pelumas. Jika pelumas terkontaminasi dengan air ( penyebab karat ) dan partikel karat dalam pelumas berfungsi sebagai "katalis" yang mempercepat oksidasi pelumas, maka bersama kontaminant lain karat akan menyumbat filter.
Metode pengujian yang banyak digunakan adalah ASTM D665.
Pengendalian karat pada pelumas mesin di maksdudkan untuk antisipasi kebocoran sistem pendingin dan adanya asam hasil pembakaran bahan bakar.
Metode pengujiannya menggunakan " Squence II engine test".

B.4.8. Sifat Mudah Terpisah Dengan Air ( Demulsibility )

Penting bagi pelumas turbin, hydraulic, compressor, sistem sirkulasi dan pelumas mesin diesel putaran menengah sampai lambat yang dilengkapi dengan water separator.
Metode pengujiannya adalah ASTM D1401.

B.4.9. Titik Nyala ( Flash Point ) / Titik Bakar ( Fire Point )

Flash point adalah suhu minimal pelumas dapat menguap dengan adanya udara yang cukup dapat menyala bila di dekatkan pada api.
Fire point adalah suhu minimal dimana uap pelumas cukup banyak dan dapat terbakar, fire point pelumas bisanya 30 derajat celcius di atas flash pointnya.
Metode pengujiannya adalah ASTM D92.

B.4.10. Cooper Strip Corrosion

Sifat ini digunakam secara luas untuk mengevaluasi pengaruh korosi pelumas terhadap tembaga, karena sebagian besar mesin / peralatan industri mengandung bagian metal yang terbuat dari tembaga.
Metode pengujiannya adalah ASTM D130.

B.4.11. Density

Suatu bilangan yang menunjukan hubukan antara berat dengan volume suatu substansi pada suhu observasi tertentu. 
Untuk pelumas dan BBM density yang biasa digunakan adalah density pada 15/4 derajat celcius, dimana 15 derajat celcius merupakan suhu minyak di bandingkan dengan air pada suhu 40 derajat celcius.
Untuk density aromatic lebih besar dari naphthenic dan density naphthenic lebih besar dari paraffinic.
Metode pengujiannya adalah ASTM D1298.

B.4.12. Warna

Warna pelumas secara normal tidak ada hubungannya dengan sifat-sifat pelumasan kecuali untuk melihat adanya kontaminasi atau sebagai petunjuk untuk kesamaan produk bersangkutan.
Metode pengujian warna pelumas adalah ASTM D1500, saybolt colorimeter atau tag colorimeter.

B.5. Standarisasi Untuk Klarifikasi Pelumas

Kualitas pelumas mesin di tetntukan berdasarkan hasil uji kinerja secara lengkap di laboratorium mesin dan evaluasi di laboratorium fisika & kimia untuk memprediksi kinerja pelumas pada kondisi kerja yang sebenarnya.
Dan di klarifikasikan berdasarkan Institusi Internasional yang mengatur spesifikasi pelumas mesin.
Diantaranya :
  1. SAE ( Society of Automotive Engineers )
  2. ISO VG ( International Standards Organization Viscosity Grade )
  3. API ( American Petroleum Institute )
  4. NLGI ( National Lubricating Grease Institute )
  5. MB ( Mercedes Benz )
  6. VDS ( Volvo Drain Specification )
  7. ACEA ( Menggantikan CCMC )
  8. CAterpillar 
  9. MIL ( Militer Amerika )

B.5.1. SAE ( Society of Automotive Enginer )

Merupakan organisasi internasional yang memberikan standard klarifikasi pelumas mesin menurut tingkat kekentalannya pada suhu pengujian 100 derajat celcius dan beberapa suhu rendah tergantung dari tingkat kekentalanya ( SAE Grade ).
Umumnya standard ini di gunakan untuk klarifikasi kekentalan pada pelumas mesin dan peralatan pendukung otomotif.

B.5.2. ISO VG ( International Standards Organization - Viscosity Grade )

Merupakan organisasi internasional yang memberikan standard klarifikasi pelumas mesin menurut tingkat kekentalannya pada suhu pengujian 40 derajat celcius ( ISO Grade ).
Umumnya standard ini di gunakan untuk klarifikasi kekentalan pada pelumas industri seperti : Compressor, Turbine, Hydraulic, dll.

B.5.3. API ( American Petroleum Institute )

Mengklarifikasikan pelumas mesin berdasarkan kuantitas dan kinerjanya pada beberapa mesin tertentu yang beroperasi pada kondisi terkendali yang dibuat sebagai simulasi kondisi kerja yang sangat berat dilapangan.
Klarifikasi kinerja API mencakup pelumas mesin bensin, pelumas mesin diesel dan pelumas roda gigi kendaraan.
Ada dua tipe API berdasarkan pemakaian bahan bakarnya :
  • API S* Untuk mesin Bensin ( S = Spark plug/ Busi )
  • API*C Untuk mesin diesel ( Combustion/ Compression )

B.5.4. NLGI ( National Lubrication Grease Institute )

Merupakan asosiasi international yang mengatur spesifikasi teknis, khusunya mengkarifikasikan konsistensi (kekakuan) dari pelumas grease.
NLGI dijadikan suatu standard ukuran yang digunakan untuk mengetahui kemampuan pelumas grease ketika menahan beban tertentu atau biasa disebut "KONSISTENSI".
Nilai NLGI didapat dari hasil pengujian berdasarkan standard ASTM D217.


Itulah dari dasar pelumasan untuk sebuah mesin. Semoga bermanfaat ,


Comments