PELUMAS (OIL) UNTUK ENGINE

FUNGSI OIL UNTUK ENGINE
1. COOLING (pendingin), membuang panas dari piston, liner, dll.
2. LUBRICATION (pelumas), mengurangi gesekan (anti wear).
3. ANTICORROSION (pencegah korosi), melindungi dari pengaruh senyawa sulfur dan oxidasi.
4. GAS SEALING (penyekat gas), mencegah kebocoran gas lewat antara piston (ring) dan liner.
5. CLEANING (pembersih), membersihkan deposit carbon dan lumpur.

MEMELIHARA UMUR ENGINE LEBIH PANJANG1. Gunakan jenis oil yang tepat.
2. Hindari oil dari kontaminasi.
3. Gunakan fuel yang tepat.
4. Ganti oli secara periodic, sesuai dengan petunjuk factory.
5. Hidari overheat yang terur menerur.
6. Hindari temperatur gas buang yang tinggi.

BASIC KNOWLEDGE DARI OIL 

KOMPOSISI DASAR DARI OIL
Base oil terdiri dari suatu campuran senyawa-senyawa hydrocarbon dengan bermacam-macam komposisi. Senyawa hydrocarbon diklasifikasikan kedalam paraffinic , naphtenic, dan aromatic hydrocarbon. Karena paraffinic hydrocarbon mempunyai karakteristik kekentalan (viscosity) yang terbaik, base oil yang mengandung kaya paraffinic secara umum digunakan untuk oil pelumasan.

KOMPOSISI ADDITIVE

Minyak-minyak pelumas untuk engine, gear, dan hydraulic diproduksi dengan menambahkan beberapa packet additive yang berlainan kedalam “base oil”. Tipe additive ditunjukan seperti dalam table berikut. Para supplier (pabrik) oil mengembangkan oli-oli aslinya dengan perpaduan tipe-tipe additive yang berlainan atau dengan melakukan bermacam-macam metode penyulingan base oil. Sehingga ada beberapa perbedaan untuk setiap oli yang diproduksi (merek oli).

STANDARD DAN KATEGORI OIL ENGINE

Viscosity dan kualitas oil diklasifikasikan dengan standard SAE (The Society of Automotive Engineers)

 Note: 1 cP = 100 cSt 1 cSt = 1 mm2/s

KLASIFIKASI VISCOSITY
 
Klasifikasi ditunjukan dalam table. Huruf “W” artinya “winter” dan menjamin oil masih mudah mengalir pada
temperatur rendah. Sebagai contoh, oil multigrade SAE 15W-40, oil ini mempunyai kemampuan pelumasan
yang baik sampai 15oC, dan memiliki viscosity sama seperti SAE 40 pada temperatur 100oC.

KATEGORI OIL MENURUT KUALITAS
 
Oil diklasifikasikan kedalam C Series (kelas CA sampai CE), untuk engine diesel, dan S Series, untuk engine gasoline.

DETERIORATION LIMITS DARI OIL ENGINE

• FLASHING POINT (FUEL DILUTION)
Titik nyala (flash point) dari minyak diesel kira-kira70oC, dan untuk oil engine adalah 180o – 270oCJadi, jika fuel masuk kedalam oil engine, titik nyalaakan turun.
Dengan demikian, kita dapat mendeteksi fueldilution dengan pengukuran flash point. Jikajumlah fuel didalam engine 4%, flash point turunkira-kira 15%, dan viscosity juga turun kira-kira20%.
Fuel bias masuk bercampur dengan oil enginekemungkinan disebabkan injection timing kurangtepat, kebocoran fuel dari fuel line, atau kegagalanyang berulang-ulang ketika menghidupkan engine.Jika kandungan fuel diadalam oil engine menjadinaik, akan mengakibatkan piston scuffing, dankeausan bearing dan kerusakanjuga akan terjadi.

• VISCOSITY
 
Viscosity dinyatakan dalam Absolute Viscosity (P: Poise;cP: Centipoise), dan Kinematic Viscosity (cSt:Centistoke).
Hubungan antara Absolute Viscosity dan KinematicViscosity adalah: 1 cP = 0.001 P; 1 cST = 1/100 cP.
Penaikan viscosity disebabkan karena oxidasi dari oil,atau karena kontaminasi jelaga (soot), pasir, ataukarena percampuran dengan viscosity oil yang lain.
Oil mempunyai suatu effek yang berlawanan padaengine keduanya bila viscosity terlalu tinggi dan bilaterlalu rendah.

• TOTAL ACID NUMBER (TAN)
 
Total Acid Number menunjukan kondisi oxidasi dari oil.Jika nilai TAN meningkat, menunjukan deterioration(kerusakan) dan penurunan performance dari oil.
NilaTotal Acid Number mengindikasikan berat dalammg Potassium hydroxide (KOH) yang diperlukan untukmenetralisir asam yang terkandung dalam 1 gram oilpengujian, dan dinyatakan sebagai mgKOH/g.
Berikut adalah penyebab khusus dari oxidasi.
1. Oxidasi melalui kontak dengan air atau udara.
2. Peningkatan oxidasi karena masuknya partikel-partikel metal kedalam oil.
3. Peningkatan oxidasi akibat kenaikan temperaturkerja oil.
Jika nilai TAN diatas 8, akan mengakibatkan lapisanlead (timah) pada bearing metal mengelupas,kemudian rusak (seizure) atau menyebabkan keausanabnormal pada metal engine, perhatikan batasan nilaiTAN selamanya.



• TOTAL BASE NUMBER (TBN)
 
Nilai TBN menunjukan sifat alkali dari additive didalam oil. Angka TBN menyatakan jumlah basa yang dimasukan kedalam 1 gram oil, yang diperlukan untuk menetralisir acid, dan mengkonversikan bilangan ini ke mg potassium hydroxida (KOH). Nilai TBN dinyatakna dalam mgKOH/g . Nilai untuk oil yang baru pada umumnya adalah 6.0 – 13.0 mgKOH/g. Bila TBN turun dibawah 2.0 kinerja dari penetral asam dari oil engine hilang dan dengan cepat meningkatkan korosif pada metal dan terjadi keausan. Metode pengukuran TBN ada dua metode pengukuran: Hydrochloric Acid Method (ASTM D664), dan Perchloric Acid Method (ASTM D2896). Karena “Perchloric Acid Method” memperhitungkan basa yang lemah, nilai yang diperoleh menjadi lebih tinggi. Oleh karena itu, perlu untuk menetapkan metode perhitungan yang mana yang digunakan. Jika nilai TAN melebihi batas maximumnya, oil engine jangan digunakan meskipun nilai TBN masih tinggi.

• N-PENTANE INSOLUBLE
 
Nilai n-pentane insoluble terutama berkaitan denganbanyaknya jelaga (soot) didalam oil engine. Jika denganmeningkatnya soot didalam oil engine, kondisi oilmemburuk (deteriorate), dan nilai TAN naik. Jika n-pentane insoluble melebihi limit, bearing-bearing ausatau filter akan menjadi buntu. Jumlah besar jelagaditimbulkan karena menggunakan fuel yang berkwalitasrendah atau pembakaran tidak sempurna karenakerusakan fuel pump, atau injector, atau air systembuntu.

• MOISTURE

Kontaminasi moisture (embun). Ada beberapa jalan airbisa bercampur dengan oil engine: Bila temperatur udaradidalam crankcase turun, udara menjadi embun(moisture); air masuk lewat kebocoran seal liner; atau airbisa masuk kedalam crankcase dari cooling system. Jikaair yang mengkontaminasi oil cukup banyak, maka terjadiberbagai problem. Sebagai contoh, moisture (air) yangterbawa kesistem pelumasan bearing connecting rodakan menguap, menyebabkan pitting, pealing, ataubearing macet.
Limit dari kandungan air harus dibawah 0.2%.

EFFECT FUEL TERHADAP OIL ENGINE
 
Kandungan sulphur didalam fuel sangat mempengaruhi meningkatkan proses oxidasi oil. Secara umum semua engine diesel merekomendasikan pemakaian fuel dengan kandungan sulphur dibawah 0.5%. Jika tidak memungkinkan untuk menggunakan fuel dengan kandungan sulphur dibawah 0.5%, perlu untuk mengurangi interval penggantian oil setengah jadwal.
Fuel yang direkomendasikan adalah fuel dengan klsifikasi standard ASTM D975 No.2D.


HUBUNGAN ANTARA KANDUNGAN SULFUR (DALAM FUEL) DENGAN NILAI TBN

 Diagram disebelah kanan memperlihatkan hubunganantara kandungan sulphur dalam fuel dengan nilaibasa/alkali (TBN).
Nilai TBN menurun tajam bila kandungan sulphursemakin tinggi. Oleh karena itu, sangat penting untukmengetahui kandungan sulphur ketika penseleksianfuel yang layak digunakan.












HUBUNGAN ANTARA KANDUNGAN SULPHUR (DALAM FUEL) DENGAN n-PENTANE INSOLUBLE

 Dalam fuel dengan kandungan sulphur tinggi dihasil-kan soot yang banyak. Bila jumlah soot meningkat,viscosity naik, akibatnya effect pelumasan menurun.Hal ini menyebabkan problem-problem sepertikeausan abnormal dan penyumbatan filter oil.
















PROSES PEMBAKARAN FUEL

 

Sulphur yang terkandung didalam fuel pada proses pembakaran akan teroxidasi dan membentuk gas SO2 (sulphur dioxida), dan sebagian akan berubah menjadi gas SO3 (sulphur tioxida) bila temperatur pembakaran turun secara cepat saat langkah expansion (power). Gas SO3 ini mempunyai sifat dapat menurunkan titik embun dari uap air biarpun temperatur uap air masih tinggi sekali, dan selanjutnya gas SO3 akan bereaksi dengan embun (moisture) dan membentuk asam sulfat (H2SO4) yang sangat korosif.

Asam sulfat yang dihasilkan dapat terbentuk didalam ruang bakar atau diluar ruang bakar. Kalau proses (2) dan (3) berlangsung di didalam crankcase, karena adanya blow-by, asam sulfat akan mencemari oil. Selanjutnya angka TBN menjadi turun dan fungsi oil akan menurun.
Jika terjadi pembakaran yang tidak sempurna, yang disebabkan karena kualitas fuel jelek, pompa injeksi rusak, injector/nzzle rusak, atau air restriction dari air filter besar (overfueling), maka hasil pembakaran selain dihasilkan gas-gas diatas, juga timbul partikel-partikel carbon (C) dan sulphur yang berbentuk jelaga (soot) dan gas CO. Jelaga ini akan mencemari oil, sehingga n-pentane insoluble menjadi naik.

HUBUNGAN ANTARA VISCOSITY DENGAN TEMPERATUR

Kekuatan “oil film” berbeda untuk setiap tingkat visco-sity. Bila oil ber-viscosity rendah digunakan padatemperatur tinggi, oil film pecah, dan menyebabkankerusakan (seizure) pada bearing. Gambar sebelahkanan menggambarkan hubungan antara “viscositygrade” dengan “seizure temperature” bearing.
Adalah sangat penting untuk memilih oil sesuai denganambient temperature, dan harus diperhatikan terhadapperubahan viscosity yang disebabkan karena engineoverheating atau oil cooler kurang sempurna.


HUBUNGAN ANTARA UMUR OIL DENGAN TEMPERATUR

 Bila temperatur ooil naik, tidak hanya viscosity yangdrop, tetapi umurnya juga berkurang. Seperti dapatdilihat pada gambar sebelah kanan, umur dari oilengine berkurang sampai 50% jika oil yang diguna-kan pada temperatur 100C diatas temperaturspesifiknya.
Untuk alasan ini, perlu diperhatikan untuk mencegahkenaikan temperatur oil yang disebabkan karenaengine overheating akibat rusak water pump, rusakcooler, buntu radiator, atau air pendingin kurang.
Jika temperatur oil engine naik, cari penyebabnyadan segera atasi.




MULTIGRADE OIL

Multigrade oil dibuat dari “low-viscosity base oil” dan “viscosity index” ditingkatkan, dan mempunyai sifat mudah mengalir (fluidity) pada temperatur rendah dan viscosity lebih tinggi pada temperatur tinggi. Sebagai contoh SAE10W-30 dan SAE15W-40.
Jika multigrade oil digunakan dalam engine, ada beberapa kelebihan berikut:
1. Dibandingkan dengan oil dengan viscosity rendah seperti SAE10W, oil film pada multigrade oil lebih kental dan tidak ada penurunan ketahanan engine biarpun pada temperatur tinggi. Sehingga hasilnya, oil memberikan suatu rentang temperatur yang luas untuk penggunaanya.
2. Viscosity stable biarpun bila ada perubahan temperatur. Kemampuan start dari multigrade oil lebih baik daripada oil dengan high viscosity single grade seperti SAE30atau SAE40, dan juga memberikan penghematan pemakaian oil.
3. Konsumsi oil lebih redah daripada oil dengan high viscosity single grade seperti SAE30 atau SAE40.

 OIL RECOMMENDATION FOR ENGINE

KLASIFIKASI OIL 

Semoga bermanfaat buat teman-teman sekalian.... 

UDARA (AIR)

PEMBAKARAN SEMPURNA DAN TIDAK SEMPURNA 

Pada engine, untuk mengasilkan power (expansion), sejumlah fuel yang diinjeksikan kedalam cylinder dibakar. Untuk proses pembakaran fuel ini diperlukan sejumlah oxygen (O2), yang diambil dari udara disekelilingnya. Oxigen yang terkandung didalam udara hanya 21% dari volume udara.

KOMPOSISI UDARA

Bila fuel dan oxygen dimasukan bersama didalam suatu ruangan dengan temperatur tinggi dan tekanan tinggi, molekul-molekul fuel terlepas dari gabungannya dan mengurai menjadi atom-atom carbon (C) dan atom-atom hydrogen (H). Kemudian atom-atom dengan cepat bereaksi dengan atom-atom oxygen (O2) membentuk gas carbon dioksida (CO2) dan air H2O (uap air pada temperatur tinggi).
CnH2n + 3/2 nO2   -   nCO2 + nH2O.

Reaksi ini dinamakan pembakaran (combustion). Jika semua molekul carbon dan hydrogen didalam fuel bereaksi dengan oxygen, proses ini dinamakan pembakaran sempurna (complete combustion).

Namun, jika ada kekurangan oxygen , atau molekul-molekul carbon gagal bertemu dengan molekul-molekul oxygen sebelum pembakaran sempurna terjadi, terbentuk carbon monoksida (CO) daripada carbondioksida (CO2), atau molekul-molekul carbon (C) tetap bebas dan tidak bergabung (bereaksi) dengan molekul-molekul oxygen. Pembakaran seperti ini disebut pembakaran tidak sempurna (incomplete combustion).


Gas carbon dioksida dan uap air masing-masing membentuk suatu ikatan molekul yang kuat yang tidak membahayakan manusia, tetapi carbon monoksida merupakan suatu ikatan molekul tidak stabil, yang kemudian bereaksi dengan oxygen untuk membentuk gas carbon dioksida, sehingga hal ini sangat membahayakan. Gas carbon monoksida ini tidak berwarna dan tidak berbau, sehingga tidak bisa dilihat, sekalipun ada dalam gas buang (exhaust).

Molekul-molekul carbon bebas muncul dalambentuk partikel-partikel carbon (soot), danbercampur dengan gas buang membentukasap hitam (black smoke), sehinggamengotori keadaan udara sekitarnya. Salahsatu keunggulan dari engine diesel adalahpembentukan gas carbon monoksida lebihkecil dibanding dengan engine gasoline.
Jadi, untuk menjamin pembakaran sempurnadari fuel, perlu mengetahui suatu jumlahoxygen yang cocok untuk pembakaran fueltadi, dengan kata lain, kita memerlukanudara yang cukup (termasuk didalamnyaoxygen).
Banyaknya udara minimum yang dibutuhkanuntuk pembakaran suatu jumlah fueldengan sempurna disebut udara teoritis(theoretical air). Jika memungkinkan untukmendapatkan pembakaran sempurna darifuel dengan theoretical air, semua fuel yangdisupply keruang bakar harus menjadicarbon dioksida dan uap air; tidak adacarbon monoksida atau carbon bebas, dansemua oxygen yang disupply kedalam ruangbakarpun digunakan dengan sempurna,sehingga tidak ada oxygen yang tersisa.

Untuk mendapatkan suatu pembakaran yang sempurna dari 1 gram fuel, hasil kalkulasi darireaksi pembakaran bahwa diperlukan udara sebanyak 14.5 gram. Jadi, theoretical air adalah 14.5 gram untuk pembakaran setiap 1 gram fuel. Bila dikonversikan kedalam volume udara,pada sea level, sama dengan 12 liter udara.

EXCESS AIR RATIO
Pada proses pembakaran dalam engine diesel, untuk membakar fuel sempurna secara theoritis diperlukan udara seberat 14.5 kali berat fuel. Tetapi, jika hanya theoretical air yang dimasukan keruang bakar, molekul-molekul fuel tidak punya cukup waktu untuk bertemu oxygen sebelum terjadi pembakaran sempurna karena waktu pembakaran sangat singkat (pendek). Sehingga akan menghasilkan pembakaran tidak sempurna. (Sebagai contoh, jika kecepatan engine 1800 rpm, waktu untuk satu cycle pembakaran mendekati 1/60 detik).
Untuk mencegah pembakaran tidak sempurna seperti ini, udara yang diperlukan harus lebih banyak daripada theoretical air. Excess air ratio menunjukan berapa kali jumlah udara actual yang disupply keruang bakar lebih besar dari pada theoretical air. Sebagai contoh, jika 18 liter udara yang disupply untuk 1 gram fuel, dan theoretical air adalah 14.5 gram, excess air ratio adalah 1.5. Pada suatu engine, ukuran dari cylinder adalah tetap, sehingga jumlah udara yang dapat masuk dengan sendirinya adalah tetap. Dengan demikian hubungan antara jumlah fuel yang diinjeksikan dan excess air ratio adalah sebagai berikut.
• Jika LEBIH fuel yang diinjeksikan, excess air ratioi jadi LEBIH KECIL
• Jika KURANG fuel yang diinjeksikan, excess air ratio jadi LEBIH BESAR


Dengan kata lain, dalam prakteknya untuk mendapatkan horsepower yang efektif pada engine diesel untuk mesin konstruksi, udara yang diperlukan 22 sampai 29 kali lebih besar dari berat fuel yang diinjeksikan keruang bakar pada keadaan full load. Atau, pada beban engine maksimum (maximum torque) berat udara yang diperlukan adalah 1.5 sampai 2.0 kali berat udara teoritis yang diperlukan untuk membakar sejumlah berat fuel maksimum yang diinjeksikan kesilinder pembakaran.
Jadi,

Juga,excess air sangat diperlukan untuk kerja engine, tujuannya adalah:
• Pembakaran fuel selama engine bekerja tetap sempurna, sehingga menghasilkan power yang optimum pada semua kondisi kerja engine.
• Excess air menyerap panas hasil pembakaran juga,sehingga temperatur exhaust gas relative rendah(sebagai peredam).
Excess Air Ratio bertambah kecil akan mengakibatkan temperatur gas exhaust bertambah naik, dan akan mencapai peak temperatur kalau Excess Air Ratio mendekati 1, kalau hal demikian berlangsung terus menerus menyebabkan terjadi problem:
• Cylinder head cracks, valve melting,
• Piston melting atau crack, piston dan liner lecet (peeling),
• Turbocharger membara / cracks,
• Overheat pada lube system dan cooling system,
• Cepat terjadi soot, dll.

Excess Air Ratio terlalu kecil disebabkan karena:

1. Problem pada AIR INTAKE SYSTEM
• Air restriction dari Air Cleaner terlalu besar (air cleaner buntu); batas air restriction maximum pada sea level adalah 25 inchH2O (650 mmH2O).
• Turbocharger rusak atau ada kebocoran pada saluran udara antara turbochager dan intake manifold.
• Valve timing.
2. Problem pada FUEL SYSTEM
• Quantity bahan bakar yang diinjeksikan melebihi batas maximum standarnya (over fueling), akan terjadi power cenderung lebih tinggi selama air restriction masih rendah (air cleaner bersih), jika air restriction makin besar selama engine bekerja temperatur gas buang makin tinggi (excess air ratio makin rendah) dan seandainya air cleaner makin kotor akan terjadi pembakaran tidak sempurna sehingga kabut fuel hasil injeksi berubah menjadi partikel-partikel carbon/ jelaga (soot). Jadi, bila overfueling kemungkinan terjadinya temperatur exhaust gas terlalu tinggi dan soot akan terjadi lebih cepat dibandingkan dengan kondisi fuel supply normal, walaupun air restriction dari air cleaner masih dibawah 25 inch H2O.
Akibat hal ini, banyak problem-problem engine seperti cylinder head retak, exhaust manifold/turbocharger membara/retak, valve melting,dll. overheat pada lube dan cooling system, penaikan viskositas oli karena bercampur dengan soot (n-pentane insoluble naik) sehingga pelumasan tidak sempurna.
• Timing injection kurang tepat.

HEAT BALANCE DAN EMISSIONS

Reaksi pembakaran fuel didalam ruang bakar:
• Pembakaran sempurna

• Pembakaran tidak sempurna (kurang oxygen)
CnH2n + 9/8n O2   -   1/4nC+ 1/4nCO + 1/2nCO2 + nH2O
#Pada kondisi reaksi pembakaran tidak sempurna juga terjadi reaksi sulfur dengan oxygen,menghasilkan asam sulfat yang korosif.
#Atom bebas carbon (C) berupa partikel-partikel hitam (black smoke)
#Gas carbon monoksida (CO) berbahaya
• Kalau temperatur pembakaran terlalu tinggi selain reaksi diatas, gas N2 yang tekandung didalam udara (±78%) bereaksi dengan oxygen membentuk gas-gas NOx, NO dan NO2. Gas Nox dan NO juga berbahaya bagi kesehatan.
• Untuk menghindari hal diatas udara yang disupply keruang bakar harus lebih besar dari berat udara teoritis. (Excess air ratio 1.5 – 2.0, pada full load), dengan menjaga restiction dari air cleaner maksimum 25 inch H2O (635 mm H2O).