isi artikel

ALAT UKUR NILAI VISKOSITAS OLI DENGAN METODE BOLA PENJAL SECARA DIGITALISASI DENGAN TAMPILAN LCD

Ikhwan Mustiadi, Riyaldi Ilham S, Djati Permono Hadi

Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta

Kampus ISTA Jl. Kalisahak No. 28 Kompleks Balapan Yogyakarta

Telp 0274-563029, Fax 0274-563847.

Abstrak

Faktor kekentalan dan viskositas bahan dasar oli merupakan besaran yang harus disesuaikan dengan klasifikasi mesin. Dengan demikian jenis minyak pelumas yang sesuai dapat digunakan menurut tipe, performa, maupun kebutuhan penggunaannya. Mesin yang bekerja pada kecepatan yang tinggi memerlukan nilai viskositas yang rendah dan begitu juga sebaliknya. Penelitian ini ditujukan untuk membuat alat ukur pengujian nilai viskositas oli dengan metode bola penjal yang dilengkapi sistem mikrokontroler untuk mengeksekusi data masukan yang berupa timer dan dijadikan satuan viskositas (km/ms). Dari hasil yang dicapai menunjukkan sensitivitas alat yang baik terhadap oli standart SAE 10 – SAE 40.

Kata-kata kunci: oli, viskositas, bola penjal, mikrokontroler

PENDAHULUANDalam industri besar, menengah maupun kecil banyak digunakan mesin-

mesin produksi untuk membantu proses kerja. Secara berkala mesin-mesin tersebut memerlukan penggantian suku cadang dan perawatan rutin termasuk penggantian minyak pelumas atau oli. Pelumasan terhadap mesin digunakan untuk menghindari terjadinya gesekan langsung antara logam dalam mesin, sehingga tingkat keausan logam dan tingkat kerusakan mesin dapat dikurangi. Dengan perawatan secara berkala umur mesin menjadi lebih lama. Hal ini juga terjadi pada kendaraan bermotor yang menggunakan mesin 2-tak, mesin 4-tak jenis bensin maupun mesin-mesin jenis solar.

Keadaan optimum pelumasan logam dapat dicapai jika permukaan logam yang bersentuhan dilapisi secara sempurna oleh minyak pelumas. Untuk mendapatkan minyak pelumas yang sempurna, karakteristik dan jenis oli yang digunakan harus diperhatikan. Faktor kekentalan dan viskositas bahan dasar oli merupakan besaran yang harus disesuaikan dengan klasifikasi mesin. Dengan demikian jenis minyak pelumas yang sesuai dapat digunakan menurut tipe, unjuk kerja, maupun kebutuhan penggunaannya. Mesin yang bekerja pada kecepatan yang tinggi memerlukan nilai viskositas yang rendah dan begitu juga sebaliknya.

Pada saat ini masyarakat awam mengenal oli hanya dengan melihat merek dari pabrikasi yang terkenal, tidak melihat kekentalan oli yang digunakan apakah kualitas kekentalan oli yang digunakan berkualitas baik atau tidak.

Permasalahan pada penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai viskositas dari pelumas atau oli dengan mengubah data masukan yang berupa pewaktuan

1

tempuh bola penjal yang mengalir dari suatu cairan pelumas untuk dijadikan suatu satuan viskositas (km/ms).

Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana merancang dan membuat alat ukur untuk menampilkan nilai viskositas oli dengan sistem kendali yang akan mengeksekusi data masukan yang berupa timer untuk dijadikan satuan viskositas (km/ms), cara untuk menampilkan nilai viskositas yaitu dengan memasukkan data input pada awal proses dan membandingkan dengan data yang sudah standar dari PERTAMINA. Aplikasi aritmatika tersebut pada penelitian ini adalah untuk menentukan jenis kekentalan dari oli yang dilakukan dengan cara pemrosesan digitalisasi.

Tujuan penelitian ini adalah meneliti seberapa besar kemampuan dan kinerja sistem bola pejal dalam proses pendeteksian viskositas fluida, dengan menggunakan perhitungan aritmatika dan pengendalian berbasis mikrokontroller, lalu menghitung waktu tempuh lamanya bola pejal jatuh dari titik A ke titik B dalam tabung fluida untuk menentukan kekentalan. Penelitian ini juga bertujuan merancang suatu perangkat keras dan perangkat lunak dengan bahasa pemrograman assembler, dan hasil yang didapat dikorelasikan dengan data yang sudah standard.

Viskositas suatu cairan merupakan sifat terpenting dalam penganalisaan tingkah laku cairan dan gerakan cairan dekat batas padat. Untuk mengetahui besarnya kekentalan cairan tidak dapat langsung dilakukan pengukuran, melainkan dengan menggunakan sebuah alat ukur yang dirancang dengan menggunakan prinsip hukum stokes (Jakwan, 2002).

Anggraini (2004) pada penelitian yang dilakukannya menunjukkan bahwa untuk melihat sejauh mana pengaruh vibroseismik terhadap sifat fisik fluida, yaitu viskositas adalah dengan menentukan frekuensi dan amplitudo optimum yang memberikan penurunan viskositas terbesar. Eksperimen vibroseismik didasarkan pada kenyataan bahwa getaran dapat mempercepat pemisahan minyak dan gas. Memperbaiki sifat fisik batuan dan sifat fisik fluida. Sifat fisik fluida yang berubah adalah viskositas, tegangan permukaan fluida serta mengubah komposisi fluida yang ada. Perubahan-perubahan yang terjadi ini mengakibatkan terjadinya perbaikan mobilitas minyak yang berarti dapat meningkatkan perolehan.

Menurut Purwanto (2005), untuk mendapatkan pengukuran pelumas yang lebih akurat, harus didukung dengan sensor yang dibuat dengan tingkat keakuratan yang tinggi. Faktor lain yang turut mempengaruhi unjuk kerja pelumas seperti bahan pengotor yang dihasilkan dari proses pembakaran, sistem distribusi pelumas (tekanan) harus juga diperhatikan dalam penentuan tingkat kelayakan pelumas. Agar dapat diaplikasikan secara langsung pada mesin kendaran, perlu diusahakan struktur mekanik yang tepat sehingga sensor dapat terpasang dengan baik.

Viskositas

Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang

2

tinggi. Pada hukum aliran viskos, Newton menyatakan hubungan antara gaya-gaya mekanika dari suatu aliran viskos sebagai:

”Geseran dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya.”

Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan geser () dengan kecepatan geser () nya konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang tersebut.

Gambar 1. Aliran Viskos

Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal (h), sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas (A). Jika bidang bagian atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu gaya (F) dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan (v), maka fluida dibawahnya akan membentuk suatu lapisan-lapisan yang saling bergeseran. Setiap lapisan tersebut akan memberikan tegangan geser () sebesar F/A yang seragam, dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar (v) dan kecepatan lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser () pada lapisan fluida di suatu tempat pada jarak (y) dari bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida menjadi:

(1)

Pada fluida newtonian perbandingan antara besaran kecepatan geser dan tegangan geser adalah konstan:

(2)

(3)

dimana parameter (h) ini didefinisikan sebagai viskositas absolut (dinamis) dari suatu fluida. Dengan menggunakan satuan internasional; N, m2, m, m/s untuk gaya, luas area panjang dan kecepatan, maka besaran viskositas dapat dinyatakan dengan:

(4)

Satuan dari (Pa.s) dirasakan terlalu besar dalam prakteknya, maka diguanakan satuan mPa.s, yang lebih dikenal sebagai cP atau centiPoise.(catatan: 1 Pa.s = 1000mPa.s = 1000cP, 1P = 100cP).

3

Seperti halnya kerapatan, besaran viskositas berbanding terbalik dengan perubahan temperatur. Kenaikan temperatur akan melemahkan ikatan antar molekul suatu jenis cairan sehingga akan menurunkan nilai viskositasnya.

Sensor

Sensor merupakan piranti yang sangat umum digunakan dalam suatu sistem instrumentasi. Penggunaan sensor didasarkan atas kebutuhan sistem instrumentasi untuk mengindera kecepatan dari benda yang bergerak. Karena sistem instrumentasi secara garis besar mempunyai prosedur dan rangkaian proses yang saling berkaitan. Bermula dari proses penghitungan variabel lamanya waktu tempuh jatuhnya bola pejal yang sedang dikerjakan yang ditangkap oleh sensor, diolah oleh unit pengendali untuk dihitung dengan menggunakan rumus viskositas fluida, dan ditampilkan dalam bentuk satuan viskositas (Kg/ms). Sensor didefinisikan sebagai alat yang mampu mengindera perubahan nilai variabel fisis seperti penghitungan waktu jatuh bola pejal dan merespon dengan keluaran elektrik yang proposional terhadap perubahan input. Pengukuran kekentalan oli dalam kehidupan sehari-hari yang utama adalah ketepatan perhitungan waktu tempuh lamanya bola pejal jatuh dari titik A ke titik B dalam tabung fluida. Sehingga untuk mengetahui kekentalan oli digunakan sensor penghitung waktu tempuh bola pejal jatuh.

Sensor penghitung waktu tempuh dalam sistem instrumentasi ini berfungsi sebagai sensor utama yang digunakan sebagai pendeteksi lamanya bola jatuh pada saat perhitungan waktu tempuh dilakukan. Jenis-jenis sensor penghitung waktu tempuh yang dipakai adalah NPN Phototransistor.

NPN Phototransistor adalah sensor optik peka cahaya yang akan bertambah resistansinya bila terkena radiasi cahaya minimal 0,1 m W/sr pada sudut 200. Perubahan resistansinya dapat diketahui dengan cara mengukur perubahan tegangan pada keluarannya. Untuk lebih jelasnya diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Bentuk Fisik Phototransistor

Pusat Kendali Utama

Pusat unit pengendali merupakan bagian yang bertugas sebagai memanipulasikan data hasil penginderaan sensor kemudian diolah menggunakan

4

aritmatik yang dibuat menurut dari rumus viskositas (Kg/ms). Mikrokontroller merupakan chip semikonduktor yang sering digunakan sebagai unit penghitung aritmatik pada sistem instrumentasi.

Mikrokontroller dapat didefinisikan sebagai sebuah komputer dalam satu chip IC. Penggunaan mikrokontroller dititik beratkan untuk operasi pengendali dan penghitungan aritmatik sederhana daripada komputasi, sebagaimana mikroprosesor. Jenis perhitungan aritmatik yang dapat dilakukan oleh mikrokontroller yang telah diprogram adalah spesifik, yaitu perhitungan yang dapat dilakukan adalah perhitungan dasar (+, -, : , x). Jenis perhitungan tersebut juga tidak berubah sepanjang umur sistem. Oleh karenanya program yang diletakkan dalam ROM tidak perlu diubah selama masa pemakaian tersebut.

Pemrograman mikrokontroller dapat dilakukan dengan berbagai bahasa pemrograman, dari tingkat rendah seperti bahasa assembler, hingga bahasa pemrograman tingkat tinggi seperti C dan java. Kode sumber yang ditulis dalam berbagai bahasa tersebut perlu diubah ke bentuk program yang dapat dipahami oleh dekoder mikrokontroller. Pengubah tersebut dilakukan oleh konverter program sesuai dengan jenis mikrokontroller. Setelah diubah, program dapat ditransfer ke dalam ROM mikrokontroller.

METODE PENELITIANDalam hal ini penulis mengambil dasar metode bola jatuh dalam aplikasi

pada alat yang dibuat. Bola jatuh atau peluru yang jatuh menggunakan hukum stokes, yaitu jika sebuah bola jatuh pada pusat sebuah tabung silinder vertikal, gaya apung dan gaya hambat pada kecepatan terminal sama dengan gaya grafitasi yang dialami oleh bola. Untuk metode menggunakan bola jatuh, jika kecepatan jatuh (Us), berat jenis fluida (γf) dan berat jenis bola (γs), dan diameter bola (D) diketahui, maka viskositas fluida (μ) dapat dicari dengan persamaan:

(5)

Persamaan ini menghasilkan metode yang mudah untuk pengukuran viskositas. Jika fluida terdapat dalam jumlah yang terbatas, dalam hal ini berada di dalam sebuah tabung. Pengaruh dinding-dinding tabung tersebut sedemikian sehingga koefisien hambatan yang dihasilkan lebih tinggi daripada bila fluida tidak terbatas. Misalnya, bola pejal dengan diameter (D) jatuh pada pusat sebuah tabung silinder vertikal berdiameter (Dc), kecepatan relatif fluida yang bersebelahan dengan bola meningkat, hambatan juga meningkat, dan bola akan jatuh dengan kecepatan yang lebih rendah dibanding di lingkungan fluida yang banyaknya tidak terbatas. Kecepatan jatuhnya bola di dalam fluida yang terkoreksi (Us) dapat dicari dengan menggunakan persamaan:

(6)

5

Gambar 3. Metode Bola Jatuh

Jika diketahui tinggi fluida di dalam tabung (L), dan waktu yang ditempuh di dalam fluida (t), maka besarnya Um yang merupakan persamaan kecepatan standar (V) dalam menempuh jarak dengan waktu tertentu dapat dicari dengan menggunakan persamaan:

(7)

Dengan memasukkan persamaan 5 sampai 7 diatas, maka besarnya viskositas fluida di dalam tabung dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

(8)

Keterangan: μ : Viskositas Fluida (kg/ms) D : Diameter Bola Pejal (m) Dc : Diameter Tabung (m) γf : Berat Jenis Fluida (kg/m2s2) γs : Berat Jenis Bola (kg/m2s2) L : Jarak/tinggi Fluida (m) t : Waktu (s)

Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam melaksanakan penelitian ini antara lain:1) Tahap awal adalah spesifikasi dan desain, secara umum alat untuk mengetahui

kekentalan oli ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut:a) Tampilan berupa viscosity (kg/ms).b) Batas kekentalan oli yang dapat diukur.c) Dapat menampilkan kualitas kekentalan oli.Dengan spesifikasi diatas maka komponen-komponen yang dibutuhkan suatu desain untuk menguji sistem yaitu terdiri dari:a) Komponen pengindera yaitu phototransistor sebagai sensor pendeteksi

bola pejal.b) Komponen penghitung aritmatik; yaitu microcontroller.c) Komponen antarmuka pengguna (user interface), meliputi panel LCD

sebagai penampil hasil dan tombol push botton sebagai setpoint dan reset.

6

2) Tahap kedua adalah verifikasi, tahapan ini untuk mengetahui unjuk kerja dari rancangan alat yang telah didesain apakah sudah sesuai dengan yang dikehendaki atau belum.

3) Tahap ketiga adalah prototyping, setelah spesifikasi dan rancangan telah ditetapkan, maka pada tahap ini dilakukan pembangunan sistem. Pembangunan sistem meliputi perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Sistem dibangun per-bagian fungsi. Berbagai kesalahan dapat ditemui dalam tahapan ini, sehingga perlu dilakukan evaluasi terhadap perangkat yang sedang dibangun dan secepatnya melakukan koreksi.

4) Tahap keempat yaitu pengujian sistem (verifikasi sistem), pada akhir pembangunan setiap bagian fungsi dilakukan pengujian (verifikasi) bagian tersebut. Jika semua bagian telah diuji, maka dilakukan integrasi bagian-bagian fungsi tersebut menjadi sebuah sistem instrumen yang utuh.

5) Tahap kelima yaitu validasi, pada tahap ini dilakukan pengujian secara menyeluruh terhadap sistem. Validasi meliputi pengujian fungsional dan pengujian ketahanan sistem. Apabila ditemukan kesalahan dalam validasi ini dapat dilakukan koreksi sepanjang tidak mengubah kerangka dasar sistem.

Secara keseluruhan jalannya penelitian ini dapat dilihat melalui blok diagram pada Gambar 4, sebagai berikut:

Gambar 4. Blok Diagram Jalannya Penelitian

7

Target:Tujuan Penelitian

Spesifikasi

Desain

Verifikasi

Berhasil

Gagal

Prototyping

Verifikasi

Berhasil

Gagal

Finalisasi

HASIL DAN PEMBAHASANHasil pengamatan oli dari pengujian yang telah dilakukan sebanyak 10

kali percobaan, dapat dilihat pada tabel, dimana dalam tabel tersebut menunjukkan beberapa hasil pengujian seperti waktu (T), suhu (t) dan juga nilai viskositas dari oli Mesran SAE 10, SAE 20, SAE 30, dan SAE 40, dilakukan sebanyak 10 kali percobaan.

Tabel 1. Hasil Pengukuran Viskositas Oli Mesran SAE 10

No PercobaanWaktu ( T )

( detik )Viskositas ( V )

( kg/ms )Suhu ruangan ( t )

( 0 C )1 1 42 54 272 2 44 57 273 3 43 55 274 4 44 57 275 5 43 55 276 6 45 58 277 7 44 57 278 8 45 58 279 9 43 55 27

10 10 44 57 2711 Rata-rata 43.7 56.3 27





( 0 C )1 1 30 39 292 2 29 37 293 3 29 37 294 4 28 36 295 5 31 40 296 6 30 39 297 7 29 37 298 8 32 41 299 9 29 37 29

10 10 31 40 2911 Rata-rata 29.8 38.3 29





( 0 C )1 1 57 74 282 2 55 71 293 3 55 71 284 4 57 74 285 5 57 74 286 6 58 75 287 7 57 74 288 8 59 76 289 9 56 72 28

10 10 58 75 2811 Rata-rata 56.9 73.6 28

8





( 0 C )1 1 88 114 302 2 86 111 303 3 86 111 304 4 85 110 305 5 83 107 306 6 85 110 307 7 83 107 308 8 80 104 309 9 81 105 30

10 10 81 105 3011 Rata-rata 83.8 108.4 30

Tabel 5. Data Hasil Pengujian Oli Mesran SAE 10, 20, 30 dan 40

KESIMPULANDari pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa

kesimpulan sebagai berikut: 1) Rangkaian unit sensor sebagai sensor cukup sensitif dengan media oli Mesran

baru SAE 10 – SAE 40.2) Kinerja dari alat ini sangat dipengaruhi oleh kemiringan tempat pengukuran

dan suhu di sekitarnya, serta diameter tabung dan bola pejal yang digunakan. 3) Untuk pengembangan selanjutnya, dalam mengukur kekentalan oli kita dapat

dengan langsung mengetahui perbedaan nilai viskositas dari alat yang dibuat dengan hasil penelitian dari laboratorium Perminyakan UPN, dan data dari PERTAMINA dikarenakan perubahan suhu saat pengambilan data dan juga adanya perbedaan metode yang digunakan dalam pengujian menampilkan SAE berapa yang telah diukur dengan menampilkan langsung pada LCD, dari hasil pengamatan oli Mesran SAE 10 – SAE 40, ternyata oli yang paling mendekati nilai viskositasnya dengan data dari PERTAMINA adalah oli Mesran SAE 30, sedangkan dengan data dari Laboratorium Perminyakan UPN adalah SAE 10 dan SAE 40.

4) Alat hanya untuk membantu mengetahui nilai kekentalan oli Mesran sesuai standart SAE 10 – SAE 40.

DAFTAR PUSTAKA

Anggraini Henny, 2004, Studi Laboratorium Pengaruh Vibrasi Terhadap Sifat Dinamik Viskositas Fluida Reservoir, Program Sarjana, Institut Teknologi Bandung.

N0 Sampel C.600 C.300 Viskositas1 SAE 10 135 70 652 SAE 20 163 84 793 SAE 30 215 110 1054 SAE 40 300 170 130

9

Jakwan Imam, 2002, Perencanaan dan Pembuatan Alat Ukur Viskositas Digital Berbasis Mikrokontroller Dengan Metode Detektor Logam, Program Sarjana, Universitas Muhammadiyah Malang.

Nalwan, Paulus Andi, 2003, Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51, Edisi Pertama, Penerbit PT. Elex Media Komputindo, Jakarta.

Purwanto Y, 2005, Alat Ukur Untuk Mengetahui Kekentalan Sesuai Standar SAE Berbasis Mikrokontroller AT89S50, Program Sarjana, Institut Sains & Teknologi AKPRIND, Yogyakarta.

Putra, Agfianto.E, 2002, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 (Teori dan Aplikasi), Penerbit Gava Media, Yogyakarta.

S. Wasito, 2001, Vademakum Elektronika edisi kedua, PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

LAMPIRAN

10

isi artikel

Documents