Studi Eksperimental Pengaruh Pelumasan Silinder Untuk Mengetahui OSF ( Oil Stress Factor ) Pada Motor Diesel 2 - Stroke

(1)

Paper Seminar [Samsul Komar 4209105011] Page 1

Studi Eksperimental Pengaruh Pelumasan Silinder Untuk Mengetahui OSF

( Oil Stress Factor ) Pada Motor Diesel 2 - Stroke

Samsul Komar1), Ir. Indrajaya Gerianto, M.Sc2) & Dr. Ir. Aguk Zuhdi MF, M.Eng2)

1)

Mahasiswa Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK - ITS

2)

Dosen Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK - ITS

Abstract

Keywords: Oil Stress; cylinder oil; two-stroke engines; cylinder oil sampling techniques.

Abstrak

Kata Kunci : Stres pelumas; Pelumas Silinder; Mesin dua-Stroke;Teknik sample pelumas silinder.

Konsep tentang Oil stress dalam Mesin Diesel dikecepatan rendah dua-stroke belum ditangani dalam cara yang sama atau Lebih mendalam seperti yang telah dilakukan di Mesin empat-stroke. Karya ini menggambarkan sebuah model yang prediktif untuk Cylinder Oil stress dalam Mesin Diesel dikecepatan rendah dua-stroke berdasarkan dari beberapa hasil pengujian mesin. Data eksperimen yang diperoleh merupakan teknik sampling yang baik di Cylinder Oil, hasil analisa laboratorium kimia dan fisika dari sampel minyak tersebut teknik optik yang di gunakan untuk mengukur jumlah minyak yang Ikut terbakar di port inlet dari paket ring piston. Perbedaan yang Relevan dalam menggunakan properti pelumas silinder antara sampel yang dikumpulkan dengan teknik yang berbeda . Makalah ini akan menjelaskan temuan yang inovatif untuk melihat analisis Oil Stress dalam dua-stroke engine.

The concept of Oil Stress in a low speed two-stroke Diesel engine has yet to be tackled in the same way or depth as it has been in the four-stroke engine. The present work illustrates a predictive model for cylinder oil stress in low speed two-stroke Diesel engines based on the results from several engine - test campaigns. Acquired experimental data regarded both cylinder oil sampling techniques, chemical and physical laboratory analysis of the oil samples and optical technique to quantify the amount of oil blown off though the inlet ports from the piston ring pack. Relevant differences in used cylinder lube oil properties between samples gathered with different techniques have been found. The paper will describe these ﬁndings and will propose an innovative way of looking at oil stress analysis in two-stroke engines.

(2)

Paper Seminar [Samsul Komar 4209105011] Page 2 1. Pendahuluan

Sistem pelumasan merupakan salah satu sistem utama pada mesin, yaitu suatu rangkaian alat-alat mulai dari tempat penyimpanan Oil pelumas, pompa oli (oil pump), pipa-pipa saluran Oil , dan pengaturan tekanan Oil pelumas agar sampai kepada bagian-bagian yang memerlukan pelumasan.

Di bidang pelumasan mesin 4 - stroke, konsep stres Pelumas telah dijelaskan dan dilakukan penelitian untuk meningkatkan performa dari pelumas yang di gunakan untuk mesin 4 - stroke . Untuk membangkitkan pemahaman lebih tentang Stres pelumas di mesin 2 - stroke adalah merupakan kunci untuk memastikan bahwa strategi pelumas yang lebih efektif dapat dikembangkan di masa depan 2 - Stroke Diesel engine bila dibandingkan dengan hari ini, baik dari segi desain mesin dan dalam hal desain pelumas. Selama beberapa tahun dibagian bawah piston yang merupakan sistem pembuangan telah diketahui sebagai sumber untuk menentukan pelumas silinder yang digunakan. BN (Base Number) deplesi dan BN (Base Number) residu yang telah diambil sebagai ukuran untuk melindungi korosif .

Pengukuran stres Oil didasarkan pada sifat fisik dan kimia dari ketebalan film Oil pelumas di beberapa lokasi di permukaan mesin selama Mesin beroperasi yang telah menjadi target yang ambisius untuk lebih dipahami dan diidentifikasikan batas kinerja dari pelumas silinder. Pengambilan Sampling Oil pelumas di silinder menggunakan drain compressor yang di pasang di Scavenge dengan kemampuan netralisasi berhubungan dengan posisi sampling pada liner.

Berbagai masalah yang timbul baik di bidang marine maupun industry karena penggunaan shell Alexia 50 yang belum mendukung sepenuhnya terhadap kinerja dan performance dari 2 – stroke engine, sehingga banyak problem yang terjadi di lapangan. Oleh karena itu pihak shell sendiri akan melakukan penelitian dengan meningkatkan performa dari shell Alexia 50 itu sendiri untuk mesin 2 – stroke.

2. Perumusan Masalah 2.1. Permasalahan

Dari uraian diatas maka permasalahan utama yang akan dibahas adalah bagaimana menentukan OSF (Oil Stress Factor) sebagai faktor untuk mengetahui kondisi dari pelumas silinder alexia 50 dan mesin diesel 2-stroke.

2.2. Batasan Masalah

Batasan permasalahan pada penulisan skripsi ini adalah :

1. Motor yang menjadi obyek utama adalah motor diesel 2-stroke. 2. Pelumas yang menjadi obyek utama adalah Shell Alexia 50. 3. Bahan Bakar yang digunakan adalah HFO.

4. Pelumas akan di uji lab setelah di ambil sample 5. Variasi beban pada motor diesel 2-stroke .

6. Pada masing-masing pembebanan dilakukan pengujian terhadap mesin 2-stroke ( 12 RTA 96C set up A, 12 RTA 96C set up B, 12 RT 96C set up C ). 2.3. Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan adalah

Tujuan penulisan skripsi adalah menganalisa hasil dari OSF (Oil Stress Factor) untuk mengetahui kondisi dari pelumas dan mesin diesel 2-stroke.

(3)

Paper Seminar [Samsul Komar 4209105011] Page 3 3. Metodelogi

4. Eksperimental Setup

Untuk mengembangkan sebuah pelumasan silinder yang inovatif Sistem sampling Oil pelumas diidentifikasikan dan di uji laboratoriumkan, ketika diamati di mesin 2-stroke saat beroperasi kabut Oil pelumas akan muncul di bagian ruang bawah piston . Kabut Oil ini tampaknya berasal dari paket ring piston.Untuk lebih menyelidiki fenomena ini, sebuah alat dipasang di lubang scavenging. Sebuah mekanisme pembersihan dipasangkan dengan pemandangan menggunakan sightglass untuk mencegah deposit dari kabut Oil saat mesin beroperasi. Dua LED Lampu, masing-masing dengan kekuatan 250 Watt dan emisi cahaya dari 25.000 lumen digunakan untuk menerangi ruang bawah piston pada sudut sekitar 90 °. Sebuah skema sampling semprot Oil dan sistem visualisasi ditunjukkan dalam Gambar dibawah.

(4)

Gambar 1. Skema sampling semprot Oil dan sistem visualisasinya.

Setup yang digunakan untuk mengumpulkan sampel dari penyemprotan Oil yang berasal dari paket ring piston melalui port inlet atau scavenging terdiri dari tiga pipa per silinder yang diinstal. Dari pemeriksaan tersebut pipa dihubungkan kesistem ventilasi untuk memisahkan tekanan ambien di ruang mesin. Karena perbedaan tekanan antara ruang bawah piston dan tekanan ruang mesin, kabut Oil ditarik melalui Oil/gas separator. Cairan dipisahkan dikumpulkan dalam mangkuk koleksi. Sebuah filter 40 pM digunakan untuk memisahkan udara dari Oil cair yang berada dalam aliran ditarik.

Tiga pipa itu berada pada lubang scavenging untuk mengumpulkan kabut Oil dari posisi tertentu. Dua pipa dipasang di depan liner ports yang sesuai dengan posisi dari Lubricating oil quills dan satu pipa dipasang di ring spray untuk mengumpulkan kabut Oil dari posisi antara Lubricating oil quills. setup ditampilkan dalam Gambar [2]

Gambar 2. Pengambilan sampel Oil pelumas sistem di depan port inlet.

Pipa-pipa menembus di pintu inspeksi dan aliran Oil yang berasal dari Ring pack spray dan kabut Oil di ruang bawah piston. Oil dipisahkan dari udara oleh siklon filter. Sistem ini menggunakan perbedaan tekanan antara ruang bawah piston bawah dan ruang mesin untuk mengumpulkan Oil .

(5)

Paper Seminar [Samsul Komar 4209105011] Page 5 Sistem ini didasarkan pada sebuah instalasi untuk masukkan Oil pelumas ke alat tersebut di dinding liner silinder. Alat tersebut memiliki sepuluh katup aksial kecil yang terhubung langsung ke permukaan liner. Oil Film pada permukaan liner dikumpulkan melalui katup oleh pipa dikontrol dengan elektromagnet, yang membuka dan menutup katup terhubung ke permukaan liner dari mesin kapal. Sistem control ini diatur untuk beroperasi pada saat yang tepat Ring pack piston Menyisipkan Oil pelumas di liner.Ditemukan bahwa dibutuhkan sekitar 20 jam untuk mengumpulkan 50 ml Oil digunakan dari permukaan liner dari mesin kapal. Pengaturan ini ditunjukkan dalam Gambar [4a] [4b] dan [4c].

Gambar [4a] katup sampling

Gambar [4b] dan [4c] Sampling katup dipasang pada liner

Oil pelumas telah dikumpulkan di 3 tempat pendekatan yang berbeda (sistem pembuangan bawah piston, Oil semprot dan sampling di silinder mesin kapal langsung) dengan melakukan standar pengujian laboratorium teknik seperti (ASTM D2879), kandungan besi (ASTM D45), kadar air, viskositas, kemampuan dispersant seperti yang didefinisikan oleh uji titik tinta yang dipanaskan. Untuk mengevaluasi jumlah Oil disemprot keluar dari port silinder, analisis Ring-Gap tekanan dan tetesan-hamburan yang telah dilakukan. Semua pengujian dilengkapi dengan sensor tekanan sebagai berikut: sensor piezoelektrik digunakan untuk akuisisi tekanan

(6)

Paper Seminar [Samsul Komar 4209105011] Page 6 dalam ruang pembakaran, sensor piezoelektrik kedua dipasang sekitar 50 mm di atas port inlet ke mengukur Ring-Gap tekanan dalam kedekatan membuka port dan Sensor dipasang pada penerima udara untuk referensi. Sinyal tekanan diperoleh pada papan akuisisi DAQ pada sampling rate 50 kHz. Bersamaan dengan tekanan akuisisi, satu set gambar dari tetesan-hamburan dari semprotan Oil diperoleh melalui sight glass dengan cara Menggunakan kamera kecepatan tinggi CCD. Kamera tingkat akuisisi ditetapkan untuk 125 fps untuk akuisisi tetesan-hamburan gambar dan 250 fps untuk visualisasi semprot. Tekanan dan akuisisi gambar dilakukan dalam cara yang disinkronisasi dengan cara tujuan-dibangun kontrol perangkat lunak menggunakan sinyal dari encoder mesin crankshaft. flowchart akuisisi ditunjukkan dalam Gambar [5]

Gambar 5. Skema sistem aliran akuisisi

Memanfaatkan memori internal dari kamera dan tingkat akuisisi dari 125 fps, adalah mungkin untuk menyimpan 546 gambar per akuisisi, yang berhubungan dengan 7,2 siklus @ beban 75%, 6 siklus @ 45% load dan 4,8 siklus @ 25% beban, dengan resolusi sudut engkol antara dua sama dengan 4,74 CAD, CAD 3,96 gambar berikut dan 3.21 CAD, masing-masing. Untuk mencapai nilai statistik yang bermakna dari analisis setidaknya 20 siklus diperoleh dijamin untuk setiap uji kasus. telah diuraikan untuk menghitung mean luminositas dari zona semprot. Gambar 6 menunjukkan gambar khas post-elaboration di mana setiap titik kurva mewakili rata-rata gambar luminositas nilai. Kurva mengacu pada Pelumasan set-up B pada beban 45% dan 1,4 g / kWh sloc.

(7)

Gambar 6. Variasi intensitas cahaya

pada Gambar [6] adalah untuk mengamati tingkat ambang batas rata-rata sekitar 30 yang mewakili luminositas gambar latar karena refleksi dinding sumber cahaya yang dipasang ke penerima udara. Selain itu, mungkin untuk mengamati perilaku periodik dari kurva puncak karena massa Oil disemprot keluar dari port inlet. Gambar [7] menunjukkan variasi luminositas gambar sebagai fungsi dari sloc Oil pelumas. Grafik mengacu pada pelumasan set-up B pada 45% beban mesin.

Gambar 7. Perbandingan Luminositas untuk dua Oil pelumas yang berbeda sloc-nya.

Menurut teori Mie-Scattering, Intensitas, Iimage, Dari sebuah pencahayaan yang tersebar oleh kabut awan dari Oil pelumas akan timbul partikel kecil. dengan persamaan [1]

(8)

Paper Seminar [Samsul Komar 4209105011] Page 8 Dimana Iimage dan Isource adalah pixel dan LED Total intensitas cahaya lampu dalam foton number Irif adalah latar dari sebuah gambar karena cahaya refleksi oleh dinding bawah piston atau tingkat intensitas, r jarak antara semprot dan CCD kamera, N adalah jumlah partikel yang diberikan pada posisi (φ,θ) Dan σ(φ,θ) adalah partikel bagian. Karena kerasnya dari lingkungan di mana pengukuran itu tidak mungkin dilakukan untuk menghitung analitik pada semua istilah dalam persamaan [1], oleh karena itu pendekatan parametrik berikut ini diikuti untuk mengukur jumlah Oil disemprot keluar dari Ring-pack. Diamati bahwa pada 25% beban mesin dan 0,8 g / kWh konsumsi Oil pelumas yang tidak bisa dilihat, sehingga kondisi ini digunakan untuk menentukan semua faktor yang tidak diketahui dari persamaan [1] .

Mengatakan, m0 adalah jumlah partikel kuantitas Oil yang disuntikkan di masing-masing silinder per siklus dapat ditulis dengan persamaan [2] berikut:

………..[2]

Dimana χ adalah bagian penyemprotan Oil yang disuntikkan keluar dari intake port. Dengan Menggunakan persamaan [1,2] adalah kemungkinan untuk mengatur ulang persamaan [3,4] sebagai berikut:

……….[3]

………..[4]

Dimana adalah konstan tergantung pada adalah system pencahayaan (intensitas cahaya dan posisinya) dan Dipilih berdasarkan dimensi dari partikel. Pada saat ini investigasi nilai K = 10E5 [jumlah foton / kg], yang diperoleh dari tetesan dari penampang yang diperkirakan sekitar 100 m² telah digunakan, Irif adalah tingkat intensitas dalam piksel. Pada kasus beban mesin di 25% dan Sloc 0,8 g / kWh oil feed rate. Tahap berikutnya adalah melakukan tes eksperimental menggunakan kamera berkecepatan tinggi dengan tingkat 250 kali per detik. gambar dari ruang bawah piston selama mesin beroperasi diperoleh dan digabungkan ke sinyal sudut dari engkol. Dengan menggunakan metodologi ini asal dari semprotan Oil pelumas dan dikaitkan dengan Ring pack yang bertekanan dapat Ditentukan bahwa ketika Gap antara cincin pertama, kedua dan ketiga yang melewati port inlet, maka beberapa cairan dan gas ditiup kembali melalui port inlet karena perbedaan tekanan antara gap cincin dan ruang bawah piston – Gambar [8]

(9)

Gambar 8. Gambar dari kamera High Speed

Pada 250 frame per detik. sinyal sudut engkol mampu mengidentifikasi posisi piston ketika Oil disemprotkan melalui port inlet. Durasi semprotan 15 derajat dari sudut engkol terkait dengan waktu yang dibutuhkan untuk cincin menyemprotkan pelumas ke piston inlet port.

5. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh adalah bahwa untuk menentukan OSF (Oil Stress Factor) diperlukan data BN (base number) dari pelumas yang sudah di pakai, persentase kadar sulfur dari bahan bakar, BN (base number) berdasarkan absolute intake air humidity dan SFC (Spesifik Fuel Consumption) . untuk kondisi pelumas dan mesin diesel dapat di lihat sebagai berikut :

• Perbedaan oil stress factor di 395 jam adalah semula 0 kWh/g untuk pelumas baru menjadi 3.8 kWh/g untuk used oil.

• Hasil lab menunjukkan bahwa Kadar Fe, Cr dan Al tinggi, Hal ini menunjukkan bahwa terjadi gesekan antara liner dengan ring piston sehingga pelumas belum memberikan lapisan film antara liner dengan ring piston.

• Bahan piston untuk mesin 2-stroke ini Al alloy sebagian kandungan Fe berasal dari pelumas dan terjadi skeirt antara liner dengan ring piston.

(10)

Paper Seminar [Samsul Komar 4209105011] Page 10 Daftar Pustaka

HENGEVELD J., CANNON M.J., and SCHEELE M.J. “A model for lubricant stress in modern medium speed diesel engines and its verification in Wärtsilä 4L20 laboratory engine”2004.

BARNES J., HENGEVELD J.,FOSTER S., SCHASFOORT T. and SCHEELER.“Oilstres investigations in Shell’s medium speed laboratory engine” 2004.

BARROW S., WERNER T., JAQUET D. and TERRETTAZ F. “Piston ring oil film thickness measurements in a two-stroke marine diesel engine as one tool to investigate piston-running behaviour. 1995

TAKESHIMA S., MITOU T. and KAWAKAMI R. “The influence of the neutralization ability of marine lubricants on engine lubrication”

DRAGSTED J., LIM K.C. and AABOK. “An Insight into advanced cylinder lubrication issues” 2004

STEWARTMOORE,“The complexities of piston ring lubrication in large two-stroke marine diesel engines”