PENGARUH KELEMBABAN UDARA TERHADAP LAJU KEAUSAN PADA BALL ON CYLINDER LUBRICITY EVALUATOR (BOCLE) Rizwan Gifry

Transkripsi

1 PENGARUH KELEMBABAN UDARA TERHADAP LAJU KEAUSAN PADA BALL ON CYLINDER LUBRICITY EVALUATOR (BOCLE) TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh: Rizwan Gifry PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

2 Lembaran Pengesahan Tugas Sarjana PENGARUH KELEMBABAN UDARA TERHADAP LAJU KEAUSAN PADA BALL ON CYLINDER LUBRICITY EVALUATOR (BOCLE) Oleh: Rizwan Gifry Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Disetujui pada Tanggal: 27 Desember 2007 Pembimbing 1 Pembimbing 2 Dr. Ing. Tri Yuswidjajanto Zaenuri NIP Prof. WirantoArismunandar

3 Tugas Sarjana Judul Penyempurnaan Alat dan Pengujian Rizwan Gifry Bahan Bakar dengan Ball On Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung Abstrak Ball On Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE) merupakan salah satu alat uji kelumasan bahan bakar yang dapat mensimulasikan terjadinya fenomena keausan akibat keausan gesek (sliding wear) yang terjadi pada komponen mesin, terutama pompa bahan bakar. Fenomena keausan tersebut disimulasikan oleh gesekan spesimen bola 0,5 inci pada silinder berdiameter 1,75 inci yang diputar dan direndam dengan bahan bakar uji. Pada tugas sarjana ini dilakukan penelitian tentang pengaruh kelembaban terhadap keausan menggunakan BOCLE yang dimodifikasi dengan melakukan pembuatan alat pengkondisi kelembaban udara untuk mengatur kelembaban relatif udara. Kondisi kelembaban relatif udara pengujian adalah 1%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, dan 70%. Pembuatan alat pengkondisi kelembaban udara terdiri atas alat pengering udara (dehumidifier) dan alat pelembab udara (humidifier). Alat pengering udara dibuat dengan prinsip campuran udara kering dan udara lingkungan menggunakan absorbent berupa silica gel dan molecular sieve 4A. Campuran udara kering dan udara lingkungan tersebut diatur untuk menghasilkan kelembaban relatif udara 1%, 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Sedangkan untuk alat pelembab udara dibuat dengan prinsip campuran udara lingkungan dan udara basah menggunakan penyemprot air (sprayer). Campuran udara ini diatur untuk menghasilkan kelembaban relatif udara 60% dan 70%. Hasil pengujian menunjukkan belum ditemukannya kecenderungan pengaruh kelembaban terhadap keausan dalam kasus boundary lubrication. Dalam pengujian ini lubrikasinya adalah bahan bakar solar. Dengan kondisi perubahan temperatur fluida uji yang relatif kecil perubahan viskositas relatif kecil, sehingga korelasi antara keausan dan gesekan terlihat cukup dominan. Hasil pengujian menunjukkan pada kelembaban relatif 10% menghasilkan keausan terkecil, sedangkan pada kelembaban 1% dan 40% menghasilkan keausan melebihi batas ketentuan standar ASTM D Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pemilihan kelembaban relatif pengujian ASTM pada 10% adalah tepat karena menghasilkan keausan terkecil.

4 Final Project Title Device Accomplishing and Testing with Ball Rizwan Gifry On Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE) Major Mechanical Engineering Faculty of Industrial Technology Institute of Technology Bandung Abstract Ball On Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE) is one of the fuel lubricity test device that can simulate wear phenomenon caused by sliding wear which occurs in machine components, especially fuel pump. The phenomenon is simulated by the friction of 0.5 inch ball specimen on 1.75 inch rotated cylinder drowns in fuel test. The purpose of this final project researching humidity effects on wear using the BOCLE device, which accomplished by making the humidity air-conditioner equipment to control the relative humidity of process air. The air relative humidity level of this research is 1%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. The humidity air-conditioner consists of dehumidifier and humidifier. Dehumidifier is made with the mixture of dry air and ambient air using silica gel and molecular sieve 4A as the absorbent. The air mixture is controlled to resulting the 1%, 10%, 20%, 30%, 40%, and 50% relative humidity. The humidifier is made with the mixture of ambient air and wet air which produced by the air-sprayer. The air mixture is controlled to resulting the 60% and 70% relative humidity. The test result shows that there is no trend of humidity effects on boundary lubrication wear. In this case the lubricant is diesel fuel. The small difference temperature of test fluid makes a little changes of viscosity, therefore the correlation between wear and friction is quite dominant. The 10% humidity results the smallest wear, where at 1% and 40% relative humidity results wear value out of ASTM D 5001 standards. Therefore, choosing 10% relative humidity at the test is correct, because it is cause the smallest wear value.

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Selama penyelesaian tugas sarjana ini penulis memperoleh banyak ilmu dan pengalaman yang mudah-mudahan dapat dijadikan bekal untuk masa depan penulis. Berbagai kesulitan yang dialami penulis selama menyelesaikan tugas sarjana ini dapat diatasi berkat dukungan dan bimbingan dari semua pihak. Penulis menyadari bahwa laporan ini tidak akan terwujud tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, baik dalam bentuk bimbingan, nasehat, doa, informasi, maupun dukungan moral. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua dan kakak-kakak yang telah memberi banyak doa, nasehat, dan masukan kepada penulis. 2. Dr. Ing. Tri Yuswidjajanto Zaenuri selaku pembimbing utama yang telah banyak memberikan dorongan, bimbingan, dan arahan selama proses pengerjaan tugas sarjana ini. 3. Prof. Wiranto Arismunandar selaku pembimbing kedua yang secara tidak langsung memberikan banyak masukan lewat buku-bukunya. 4. Dosen-dosen di Laboratorium Motor Bakar dan Sistem Propulsi (LMBSP) ITB : Dr. Ir. Iman K. Reksowardojo, Dr. Ir. Arief Hariyanto, Dr. Ir. Rakmat K. Bachrun, Dr. Ir. Sangriyadi Setio, dan Ir. Chakimoelmal Jasjkur, MSc. 5. Dosen-dosen pengajar di Program Studi Teknik Mesin ITB yang telah memberikan pelajaran berharga kepada penulis sebagai bekal setelah lulus nanti. 6. Dr. Ir. Danu Ariono selaku dosen Teknik Kimia yang telah memberikan bantuan dan bimbingan dalam pembuatan alat pada tugas sarjana ini. 7. Dr. Ir. Husaini Ardy selaku Kepala Laboratorium Metalurgi Mekanik beserta Pak Amman, teknisi yang telah memberikan bantuan dalam peminjaman dan pengarahan penggunaan foto mikroskop pada tugas sarjana ini. 8. Danang Ardhianto, ST yang telah memberikan bantuan dan informasi dalam penyelesaian tugas sarjana ini. i

6 9. Ibu Popon Priyati selaku staf LMBSP dan Pak Arifin, Pak Djaja, Pak Dede selaku teknisi di LMBSP yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 10. Staf Tata Usaha Program Studi Teknik Mesin yaitu Pak Suryana, Pak Yadi, dan Bu Ria yang telah membantu penulis selama menjalani perkuliahan sampai pelaksanaan sidang sarjana. 11. Teman-teman di LMBSP : Arthur Silalahi, Agung O.W., Andri, Ichsan Nasution, Edward W., Zulhendri, Oktinanto, Antya Bagus, Rahmat Nichol, Adrian Prayoga, Adyuta Bethadimas, Gusthama Dicky, Syauqi Sauthal Alam, Fuad Satrio Aji, Yuda Hartanto, Reki Pebrian, Hanifan Mayo Biyanni, Waskito Ari, Yanuar Ajo Zulet, Danang Prakosa, Ardaya, Eko Nursetio, yang bersama-sama berjuang di LMBSP. 12. Teman-teman Mesin 2003 ITB yaitu Sakti Lail Nasution, Kurniawan Dahri, Arnold Sanda Layuk, Prianda Pratama, Eureka Bona Nitze, Devid, Chandra Novrisa, Alvin Qadri, Darma Hutama, Nuhansyah Sulaiman, Ramdhan Ismanto, dan semua M 03 lainnya atas persahabatan dan pertemanannya selama ini. 13. Teman-teman kos : Dhanu Iswara Soesastro, Taurino Priyambodo, Hilmi Fabeta Pratama, Rizki Ekananda, Rendra Adi Kusuma, Hendro Hendratmo, Dedi, Robi Chen, Posta Bangun, Faisal, Danu Adi Wirawan, Oki Rizaldi, Cahaya Wirawan Hadi, Doni Mulya Priyatna, Haryoseno. 14. Teman-teman HMM yell boys. 15. Semua pihak yang telah membantu dalam proses penyusunan laporan tugas sarjana ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan tugas sarjana ini. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas sarjana ini dapat bermanfaat bagi dunia perawatan pada khususnya dan bagi dunia pendidikan pada umumnya. Bandung, Desember 2007 Penulis ii

7 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GRAFIK... viii DAFTAR SIMBOL... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Metodologi Penelitian Sistematika Pembahasan... 2 BAB II DASAR TEORI Kelembaban Udara Temperatur Bola Kering Temperatur Bola Basah Tekanan Parsial Uap Air Perbandingan Kelembaban Penggolongan Sistem Pelembab Udara Sistem Udara Penuh Sistem Dua Saluran Sistem Air-Udara Sistem Air Penuh Penggolongan Sistem Pengering Udara Sistem Pengering Udara Menggunakan Koil Pendingin Sistem Pengering Udara Menggunakan Penyerap Air Gesekan Definisi dan Jenis Keausan Kegagalan pada Pompa Rotari Distribusi iii

8 2.7 Sifat Bahan Bakar Viskositas Sulfur Bilangan Setana Beberapa Faktor yang Mempengaruhi Keausan Variabel yang Berkaitan dengan Metalurgi Variabel yang Berkaitan dengan Pelaksanaan Hubungan antara Keausan dengan Kelembaban Udara BAB III PENYEMPURNAAN ALAT UJI KELUMASAN BAHAN BAKAR BOCLE Alat Uji Kelumasan Bahan Bakar BOCLE Tentang Standar ASTM D Hubungan antara Keausan dengan Diameter Jejak Keausan pada BOCLE Komponen Alat Uji Kelumasan Bahan Bakar BOCLE Penyempurnaan BOCLE Pembuatan Dehumidifier Pembuatan Humidifier BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pemasangan Alat Uji Kelumasan Bahan Bakar BOCLE Kalibrasi BOCLE Kalibrasi Pengukur Beban Kalibrasi Termokopel Kalibrasi Hot Wire Pengujian Hasil Pengujian BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A... A-1 LAMPIRAN B... B-1 LAMPIRAN C... C-1 iv

9 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Diagram psikrometri... 5 Gambar 2.2 Skema sistem pelembab udara penuh... 7 Gambar 2.3 Sistem saluran ganda... 7 Gambar 2.4 Sistem air-udara... 8 Gambar 2.5 Sistem air penuh... 9 Gambar 2.6 Sistem pengering udara menggunakan koil pendingin Gambar 2.7 Representasi diagram psikrometri Gambar 2.8 Silica gel Gambar 2.9 Kontak fenomena terjadinya keausan pada pompa Bosch Gambar 3.1 Skema BOCLE Gambar 3.2 Bola Gambar 3.3 Silinder Gambar 3.4 Sensor load cell Gambar 3.5 Higrometer pada instalasi BOCLE Gambar 3.6 Sensor temperatur Gambar 3.7 Heater Gambar 3.8 Modul kontrol temperatur Gambar 3.9 Motor AC Gambar 3.10 Sistem reduksi puli Gambar 3.11 Sensor flowmeter Gambar 3.12 Motorfan Gambar 3.13 Modul kontrol motorfan Gambar 3.14 Mangkuk bahan bakar Gambar 3.15 Lengan beban Gambar 3.16 Cover bath Gambar 3.17 Dudukan mangkuk Gambar 3.18 Penarik loadcell Gambar 3.19 Pemegang bola Gambar 3.20 Tiang Gambar 3.21 Counterweight v

10 Gambar 3.22 Poros dan taper body Gambar 3.23 Ring pengencang Gambar 3.24 Alat uji kelumasan BOCLE Gambar 3.25 Skema sistem dehumidifier Gambar 3.26 Sistem pengering udara (dehumidifier) Gambar 3.27 Skema sistem pelembab udara (humidiifer) Gambar 3.28 Sprayer pada sistem pelembab udara Gambar 3.29 Sistem pelembab udara (humidifier) Gambar 3.30 Instalasi alat uji kelumasan bahan bakar BOCLE Gambar 4.1 Gambar tampilan software LabView Gambar 4.2 Skema pemasangan sistem pengukuran Gambar 4.3 Bahan bakar uji solar Pertamina Gambar 4.4 Tampilan higrometer pada beberapa kondisi kelembaban relatif Gambar 4.5 Wear Scar Diameter Gambar 4.6 Peralatan mikroskop dan kamera untuk memfoto hasil pengujian vi

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Komposisi udara kering... 4 Tabel 2.2 Tipe dan lokasi keausan pompa rotari distribusi Tabel 2.3 Komposisi kandungan bahan bakar diesel Tabel 2.4 Persentase sulfur untuk berbagai bahan bakar minyak Tabel 3.1 Standar kondisi operasi ASTM D Tabel 3.2 Spesifikasi silica gel Tabel 3.3 Spesifikasi molecular sieve 4A Tabel 4.1 Standar kondisi operasi ASTM D Tabel 4.2 Wear scar diameter pengujian bahan bakar solar Tabel 4.3 Hasil pengujian bahan bakar solar dengan berbagai kondisi kelembaban udara Tabel 4.4 Tabel nilai rata-rata koefisien gesek Tabel 4.5 Tabel nilai rata-rata debit aliran udara Tabel 4.6 Tabel nilai rata-rata temperatur fluida uji vii

12 DAFTAR GRAFIK Grafik 3.1 Hubungan antara volume keausan dan diameter jejak keausan pada alat uji BOCLE Grafik 4.1 Hasil kalibrasi pengukur beban Grafik 4.2 Hasil kalibrasi temperatur Grafik 4.3 Hasil kalibrasi hot wire Grafik 4.4 Wear scar diameter hasil pengujian Grafik 4.5 Hubungan antara koefisien gesek dan kelembaban relatif udara Grafik 4.6 Hubungan antara debit aliran dan kelembaban relatif udara Grafik 4.7 Hubungan antara temperatur fluida uji dan kelembaban relatif udara Grafik 4.8 Hubungan antara WSD, viskositas kinematik solar, koefisien gesek dengan kelembaban relatif udara viii

13 DAFTAR SIMBOL µ : koefisien gesek d : diameter bola (mm) f : tekanan parsial uap air (mmhg) f : tekanan uap jenuh pada t (mmhg) f s r : tekanan parsial uap air jenuh pada temperatur yang sama (mmhg) : jari-jari bola (mm) t : temperatur bola kering ( o C) t : temperatur bola basah ( o C) V b : volume keausan (mm 3 ) σ : standar deviasi ix