1 Pendahuluan
Tingkat kontaminan partikel padat pada oli hidrolik yang tidak terkendali dapat menyebabkan keausan pada komponen. Jumlah partikel ausan dapat menyebabkan reaksi berantai yang menaikkan jumlah total kontaminan partikel padat pada oli [1]. Material ausan abrasif yang terbentuk dapat menjadi partikel yang lebih kecil dan menjadi lebih keras karena suatu proses. Hal ini akan menambah jumlah partikel yang lebih keras, digabungkan dengan kontaminan padat yang sudah ada, sehingga meningkatkan jumlah material abrasif di dalam oli.
Kontaminan partikel padat adalah kontaminan yang terbentuk dari zat padat yang tersusun atas partikelpartikel yang mempunyai bentuk dan volume yang tetap dan tidak larut dalam media fluida. Kontaminan partikel padat dapat berasal dari dua sumber, yaitu; sumber eksternal dan sumber internal. Sumber eksternal seperti debu ataupun partikel lainnya yang masuk ke dalam sistem oli hidrolik baik saat proses pengiriman
maupun saat oli berada pada tempat penyimpanan. Sumber internal seperti ausan komponen-komponen sistem hidrolik yang saling bergesekan.
Menjaga tingkat kontaminan partikel padat pada oli hidrolik dapat mencegah kerusakan yang tidak normal pada komponen sistem hidrolik, mengurangi waktu pemeliharaan akibat dari kerusakan yang tidak terjadwal dan menekan pengeluaran biaya pemeliharaan.
Salah satu standar yang umum digunakan di seluruh dunia untuk menyatakan tingkat kontaminasi partikel padat pada oli hidrolik adalah ISO 4406 [2]. Menurut standar ISO 4406, jumlah partikel ISO adalah nilai jumlah partikel padat yang terkandung didalam setiap mililiter cairan hidrolik. Ukuran partikel padat yang dihitung adalah partikel padat dengan ukuran \(\geq 4~\mu m\), \(\geq 6~\mu m\), dan \(\geq 14~\mu m\). ISO 4406 menetapkan suatu nilai kode yang dapat digunakan untuk menentukan jumlah partikel padat pada cairan hidrolik [3]. Nilai kode tingkat kebersihan atau yang disebut Cleanliness Code terdiri dari 3 angka dan dapat dikonversikan menjadi informasi rentang jumlah partikel. Tabel 1 merupakan skala konversi rentang jumlah partikel padat pada cairan hidrolik menjadi ISO Code.
Tabel 1. Konversi cleanliness code ISO 4406 [3].
| Jumlah Partikel /ml | 0 - 1 - | Jumlah Pa | 0 | • | Jumlah Partikel /ml | 01 - | ||||
| > | ≤ | Code | > | ≤ | Code | > | ≤ | Code | ||
| 2.500.000 | >28 | 2.500 | 5.000 | 19 | • | 2,50 | 5,00 | 9 | ||
| 1.300.000 | 2.500.000 | 28 | 1.300 | 2.500 | 18 | 1,30 | 2,50 | 8 | ||
| 640.000 | 1.300.000 | 27 | 640 | 1.300 | 17 | 0,64 | 1,30 | 7 | ||
| 320.000 | 640.000 | 26 | 320 | 640 | 16 | 0,32 | 0,64 | 6 | ||
| 160.000 | 320.000 | 25 | 160 | 320 | 15 | 0,16 | 0,32 | 5 | ||
| 80.000 | 160.000 | 24 | 80 | 160 | 14 | 0,08 | 0,16 | 4 | ||
| 40.000 | 80.000 | 23 | 40 | 80 | 13 | 0,04 | 0,08 | 3 | ||
| 20.000 | 40.000 | 22 | 20 | 40 | 12 | 0,02 | 0,04 | 2 | ||
| 10.000 | 20.000 | 21 | 10 | 20 | 11 | 0,01 | 0,02 | 1 | ||
| 5.000 | 10.000 | 20 | 5 | 10 | 10 | _ | 0,00 | 0,01 | 0 | |
Sebagai contoh nilai ISO Cleanliness Code 22/18/13. Berdasarkan Tabel 1, angka pertama (22) menunjukkan jumlah partikel dengan ukuran \(\geq 4~\mu m\) berada pada rentang 20000-40000 partikel/ml. Angka kedua (18) menunjukkan jumlah partikel dengan ukuran \(\geq 6~\mu m\) berada pada rentang 1300-2500 partikel/ml. Dan angka ketiga (13), menunjukkan jumlah partikel dengan ukuran \(\geq 14~\mu m\) berada pada rentang 40-80 partikel/ml.
Rexroth Bosch Group memberikan rekomendasi tingkat kebersihan oli sesuai dengan aplikasi yang digunakan [4], seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Rekomendasi tingkat kebersihan oli hidrolik dari Rexroth Bosch Group [4].
| Application | Required Oil Cleanliness | Application | Required Oil Cleanliness | |
|---|---|---|---|---|
| Systems with extremely high dirt sensitivity and very high availability requirements | ≤ 16/12/9 | Vane pumps, piston pumps, piston engines | ≤ 19/14/11 | |
| Systems with high dirt sensitivity and high availability requirements, such as servo valve technology | ≤ 18/13/10 | Modern industrial hydraulic systems, directional valves, pressure valves | ≤ 20/16/13 | |
| Systems with proportional valves and pressures > 160 bar | ≤ 18/16/13 | Industrial hydraulic systems with large tolerances and low dirt sensitivity | ≤ 21/17/14 | |
Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengukur dan menghitung jumlah kontaminan partikel padat yang terkandung pada oli hidrolik adalah menggunakan Automatic Particle Counter (APC) dengan teknik penyumbatan cahaya (light extinction technique) [5],[6]. Pada tahun 2019, Marián Kučera melakukan penelitian tingkat kontaminasi partikel padat pada oli transmisi dengan menggunakan APC [7], dimana proses pengambilan sampel oli hingga pengoperasian APC masih mengandalkan tenaga manusia.
Terdapat pula metode penghitungan partikel padat berdasarkan standar ISO 4407 [13],[14],[15], yaitu metode penghitungan partikel padat pada fluida dengan menggunakan mikroskop optik. Namun, metode ini dilakukan dengan cara menghitung partikel padat yang tertangkap oleh membran secara manual oleh operator dengan bantuan mikroskop sehingga faktor kesalahan perhitungan oleh manusia masih signifikan.
Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, pada penelitian ini dirancang suatu sistem yang dapat melakukan perhitungan jumlah kontaminan partikel menggunakan APC dengan teknik penyumbatan cahaya dengan teknik pengambilan sampel oli secara otomatis serta menyajikan informasi mengenai kadar partikel padat pada oli hidrolik secara waktu nyata dan memberikan peringatan kepada operator saat kadar partikel padat melebihi batas yang ditentukan. Pendekatan ini diharapkan dapat memperingan pekerjaan manusia dalam proses pemantauan kadar partikel padat pada oli hidrolik.
2 Metode
2.1 Perancangan Alat
2.1.1 Rancangan Sistem
Rancangan sistem dari penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 1, diawali dengan pompa yang mengalirkan sampel oli dari botol menuju ke APC dan kembali ke botol. APC akan mengukur besarnya partikel dan menghitung jumlah partikel yang terdeteksi. Ukuran dan jumlah partikel yang terdeteksi oleh APC akan dikonversi menjadi nilai ISO Code. Jika nilai ISO Code melewati batas yang ditentukan maka Monitoring Module akan memberikan peringatan. Sehingga APC dapat melakukan pemantauan dan menyajikan informasi tingkat kontaminasi partikel padat secara waktu nyata. Pemantauan tingkat kontaminasi partikel padat secara waktu nyata, dapat memberikan peringatan dini kepada pengguna [8]. Sehingga pengguna dapat segera melakukan tindakan lebih lanjut.
- A. Monitoring Modul
- B. Feeder Pump
- C. APC
- D. Oli Hidrolik
Gambar 1. Rancangan sistem.
2.1.2 Akuisisi Data
Akuisisi data merupakan metode yang berfungsi untuk mengambil dan memproses data yang didapatkan dari pengukuran kondisi fisik dunia nyata menjadi nilai numerik digital yang dapat dimanipulasi oleh komputer [9], [10]. Untuk mendapatkan nilai numerik digital dari ukuran partikel padat yang terkandung pada oli hidrolik, digunakan APC Yateks YJF-4 dengan metode penyumbatan cahaya (light blockage) [11]. Prinsip kerja dari metode penyumbatan cahaya ditunjukkan pada Gambar 2. Cahaya laser dipancarkan melalui celah sensor (sel pengukuran) dan ditangkap oleh fotodioda. Jika ada partikel padat yang melewati sel pengukuran, maka intensitas cahaya laser yang diterima oleh fotodioda akan berkurang. Semakin besar partikel padat yang
melalui sel pengukuran, semakin kecil intensitas cahaya yang ditangkap oleh fotodioda. Fotodioda merubah intensitas cahaya menjadi tegangan listrik, dimana besarnya tegangan listrik akan berbanding lurus dengan besarnya partikel yang melewati sel pengukuran.
Gambar 2. Prinsip kerja APC dengan metode penyumbatan cahaya.
2.1.3 Monitoring Module
Di dalam rancangan sistem ini terdapat modul pengamatan (Monitoring Module) yang berfungsi untuk mengolah hasil akuisisi data oleh APC. Data nilai ISO Code yang dihasilkan oleh APC diolah menggunakan mikrokontroler Arduino Nano, sehingga menghasilkan luaran berupa peringatan ketika tingkat kontaminasi partikel padat pada oli hidrolik melebihi batas ketentuan. Rancangan Monitoring Module ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Rancangan monitoring module.
APC Yateks YFJ-4 memiliki jalur komunikasi antarmuka serial RS-485. RS-485 merupakan komunikasi serial yang menggunakan transmisi yang mengubah tegangan TTL menjadi selisih tegangan antara output A dan B [12]. Agar dapat berkomunikasi dengan Arduino Nano maka digunakan modul konverter MAX485. Pada program Arduino ditambahkan threshold, yaitu batasan nilai ISO Code. Jika nilai ISO Code lebih tinggi dari nilai threshold maka Arduino Nano akan menyalakan modul relay, sehingga LED berwarna merah yang dihubungkan pada terminal NO (Normally Open) pada modul relay akan menyala. Sebaliknya, jika nilai ISO Code lebih rendah atau sama dengan nilai threshold, maka yang akan menyala adalah LED berwarna hijau. Nilai ISO Code dan jumlah partikel padat akan ditampilkan pada LCD Display 4x20, sesuai dengan standar ISO 4406.
3 Hasil dan Pembahasan
3.1 Hasil Perakitan Alat
Perakitan alat sesuai dengan rancangan ditunjukkan pada Gambar 4, dan Gambar 5 menunjukkan bagianbagian yang terdapat pada Monitoring Module.
- A. Monitoring Modul
- B. Feeder Pump
- C. APC
- D. Oli Hidrolik
A
Gambar 4. Hasil perakitan alat pengujian.
- C B D E F G I J K L H
- C. Step Down to 7VDC
- B. Step Down to 9VDC
A. Power input 12VDC
- D. MAX485
- E. Arduino Nano
- F. LCD Display
- G. LED (Hijau)
- H. LED (Merah)
- I. Speed Controller
- J. Data input dari APC K. Power output ke APC
- L. Power output ke pompa
Gambar 5. Perakitan monitoring module.
3.2 Kalibrasi Flowrate Pompa Feeder
Kalibrasi flowrate pompa feeder dibutuhkan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang sesuai oleh APC. Pada percobaan ini digunakan oli hidrolik Pertamina Turalik 48 dengan spesifikasi yang ditunjukkan pada Tabel 3. Kalibrasi flowrate oli yang dialirkan melalui APC dilakukan dengan cara mengatur kecepatan putaran pompa menggunakan DC Speed Controller. Flowrate disesuaikan dengan parameter yang diatur pada APC, parameter flowrate pada APC diatur sebesar 50 ml/min. Kecepatan putaran pompa diatur hingga mencapai flowrate sebesar 50 ml dalam waktu 60 detik menggunakan gelas ukur dan stopwatch, seperti yang terlihat pada Gambar 6. Dari percobaan pengulangan flowrate didapat hasil yang ditunjukkan pada Tabel 4.
Gambar 6. Proses kalibrasi flowrate.
Tabel 3. Spesifikasi oli hidrolik Pertamina Turalik 48.
| Karakteristik | Metode Uji | Nilai Karakteristik |
|---|---|---|
| ISO Viscosity Grade | 46 | |
| Density (15°C, kg/l) | ASTM D - 4052 | 0.8830 |
| Kinematic Viscosity (40°C,cSt) | ASTM D - 445 | 46.29 |
| Kinematic Viscosity (100°C,cSt) | ASTM D - 445 | 7,02 |
| Viscosity Index | ASTM D - 2270 | 106 |
| ASTM Colour | ASTM D - 1500 | L 2.0 |
| Flash Point (°C) | ASTM D - 92 | 220 |
| Pour Point (°C) | ASTM D - 5950 | -18 |
Tabel 4. Hasil percobaan pengulangan flowrate menggunakan oli Pertamina Turalik 48.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Time (sec) | 59,35 | 60,12 | 59,56 | 60,02 | 59,82 | 59,56 | 59,58 | 60,56 | 60,49 | 60,09 |
| Flowrate (ml/min) | 50,55 | 49,90 | 50,37 | 49,98 | 50,15 | 50,37 | 50,35 | 49,54 | 49,59 | 49,93 |
| Deviation (%) | 1,10 | 0,20 | 0,74 | 0,03 | 0,30 | 0,74 | 0,70 | 0,92 | 0,81 | 0,15 |
Tabel 4 menunjukkan bahwa terjadi penyimpangan flowrate hingga maksimum 1,10%. Hal ini akan menjalar pada penyimpangan hasil penghitungan jumlah partikel.
3.3 Pengujian Sistem
Pengujian sistem dilakukan untuk mengetahui kinerja dari sistem ini. Pengujian meliputi pembacaan kualitas oli berdasarkan ISO 4406 dan pengujian sistem peringatan batas tingkat kontaminasi partikel padat.
Pada pengujian ini, parameter threshold diatur pada nilai ISO Code 18/16/13. Oli hidrolik di dalam botol disirkulasikan dengan menggunakan filter hingga tingkat kontaminasi berada di bawah nilai threshold. Lalu dicampurkan dengan oli yang tingkat kontaminasinya lebih tinggi sehingga akan terbaca adanya peningkatan tingkat kontaminasi. Setelah beberapa waktu, tingkat kontaminasi akan kembali turun karena kontaminan partikel padat tertangkap oleh filter.
Gambar 7 merupakan tampilan hasil pemantauan pada PC menggunakan software "Serial Port Utility", yang menunjukkan data yang dikirim oleh APC dan diterima oleh mikrokontroler Arduino Nano. Hasil pemrosesan data oleh mikrokontroler, yaitu jumlah kandungan partikel dan nilai ISO Code, ditampilkan pada LCD Pemantauan pada Monitoring Module (Gambar 8). Hasil pemantauan secara keseluruhan ditampilkan pada Tabel 5.
Gambar 7. Tampilan data yang diterima oleh Arduino Nano dari APC.
Gambar 8. Tampilan pada LCD.
Pengujian sistem dapat diamati dengan memadankan hasil pemantauan kondisi oli hidrolik pada Tabel 5 dengan tampilan LCD pada Gambar 8, Pada awal pengujian jam 14:41:20 – 14:42:36, tingkat kontaminasi masih di bawah threshold. Terlihat nilai ISO Code pada jam 14:42:05 adalah 15/12/9, maka lampu LED hijau menyala (Gambar 8a). Pada jam 14:40:00 ditambahkan oli terkontaminasi. Karena itu pada 14:42:51, tampak peningkatan nilai ISO Code hingga 20/18/12 dan lampu LED merah menyala (Gambar 8b). Selanjutnya karena oli disirkulasikan melalui filter, kontaminan tertangkap oleh filter. Jam 14:44:52, nilai ISO Code mulai menurun namun masih berada di atas nilai threshold sehingga lampu LED merah masih menyala (Gambar 8c). Akhirnya pada jam 14:45:37, nilai ISO Code turun hingga berada di bawah nilai threshold sehingga lampu LED hijau menyala (Gambar 8d). Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa sistem telah mampu mendeteksi ukuran dan jumlah kontaminan pada oli dengan sistem pengambilan sampel oli secara otomatis.
Sebagai catatan, alat ini tidak menentukan jenis material kontaminan partikel padat. Untuk mengetahui kondisi oli hidrolik yang lebih detail, diperlukan alat yang dapat menganalisa lebih terperinci seperti automatic laser particle counter and classifier yang digunakan oleh Marián Kučera pada penelitiannya [7]. Penentuan
jenis material kontaminan partikel padat, dibutuhkan untuk menganalisa sumber dari kontaminan tersebut, sehingga dapat dilakukan tindakan perbaikan yang tepat pada sistem hidrolik.
Tabel 5. Hasil pemantauan kondisi oli hidrolik.
| No | Jumlah Partikel /ml | ISO Code | |||||||
| Jam | ≥ 4 µm | ≥ 6 µm | ≥ 14 µm | ≥ 4 µm | ≥ 6 µm | ≥ 14 µm | LED | ||
| 1 | 14:41:20 | 352 | 48 | 4 | 16 | 13 | 9 | Hijau | |
| 2 | 14:41:35 | 312 | 40 | 10 | 15 | 12 | 10 | Hijau | |
| 3 | 14:41:50 | 286 | 31 | 5 | 15 | 12 | 9 | Hijau | |
| 4 | 14:42:05 | 295 | 34 | 5 | 15 | 12 | 9 | Hijau | |
| 5 | 14:42:20 | 268 | 25 | 2 | 15 | 12 | 8 | Hijau | |
| 6 | 14:42:36 | 273 | 32 | 4 | 15 | 12 | 9 | Hijau | |
| 7 | 14:42:51 | 7610 | 1600 | 76 | 20 | 18 | 13 | Merah | |
| 8 | 14:43:06 | 8986 | 2007 | 142 | 20 | 18 | 14 | Merah | |
| 9 | 14:43:21 | 8886 | 1959 | 128 | 20 | 18 | 14 | Merah | |
| 10 | 14:43:36 | 6709 | 1413 | 75 | 20 | 18 | 13 | Merah | |
| 11 | 14:43:51 | 5300 | 1095 | 88 | 20 | 17 | 14 | Merah | |
| 12 | 14:44:06 | 4440 | 796 | 55 | 19 | 17 | 13 | Merah | |
| 13 | 14:44:22 | 3926 | 628 | 37 | 19 | 16 | 12 | Merah | |
| 14 | 14:44:37 | 3441 | 528 | 25 | 19 | 16 | 12 | Merah | |
| 15 | 14:44:52 | 3193 | 374 | 19 | 19 | 16 | 11 | Merah | |
| 16 | 14:45:07 | 2756 | 319 | 18 | 19 | 15 | 11 | Merah | |
| 17 | 14:45:22 | 2544 | 261 | 7 | 19 | 15 | 10 | Merah | |
| 18 | 14:45:37 | 2232 | 218 | 9 | 18 | 15 | 10 | Hijau | |
| 19 | 14:45:52 | 2144 | 205 | 9 | 18 | 15 | 10 | Hijau | |
| 20 | 14:46:08 | 2008 | 196 | 8 | 18 | 15 | 10 | Hijau | |
| 21 | 14:46:23 | 1787 | 160 | 8 | 18 | 14 | 10 | Hijau | |
| 22 | 14:46:38 | 1546 | 155 | 5 | 18 | 14 | 9 | Hijau | |
| 23 | 14:46:53 | 1367 | 148 | 2 | 18 | 14 | 8 | Hijau | |
| 24 | 14:47:08 | 1297 | 140 | 4 | 17 | 14 | 9 | Hijau | |
| 25 | 14:47:23 | 1218 | 121 | 4 | 17 | 14 | 9 | Hijau | |
Kesimpulan
Pada penelitian ini telah dihasilkan sistem yang dapat memantau tingkat kontaminasi partikel padat pada oli hidrolik dengan penerapan APC dan pengambilan sampel oli secara waktu nyata, serta memberikan peringatan ketika tingkat kontaminasi partikel padat melebihi ambang batas yang ditentukan. Hal tersebut memberikan kemudahan bagi pengguna dalam pemantauan kualitas oli hidrolik untuk mencegah kerusakan yang tidak normal akibat dari tingginya tingkat kontaminasi partikel padat pada oli hidrolik, sehingga dapat mengurangi biaya perawatan komponen sistem hidrolik.