4 Oil Analysis Tests to Run on Every Sample

Sumber : Ashley Mayer, Putranata

  1. "Tes apa yang sebaiknya saya lakukan?"
  2. "Bagaimana cara saya menginterpretasikan hasilnya?"

Pertanyaan pertama cenderung lebih mudah dijawab, sedangkan pertanyaan kedua biasanya memerlukan pemahaman yang lebih mendalam dan kontekstual.

Klasifikasi Sampel
  • Mesin (Engines)
  • Sistem Penggerak (Drivetrain) seperti gearbox manual, diferensial, dan gearbox industri
  • Transmisi Otomatis
  • Sistem Hidrolik
  • Kompresor dan Turbin

Selain itu, terdapat juga beberapa kategori khusus untuk peralatan tertentu seperti mesin pesawat terbang dan kompresor pendingin (refrigeration compressors). Setiap sampel yang diterima di Wearcheck akan menjalani empat jenis pengujian standar, yaitu:

  1. Spektroskopi ICP - untuk mendeteksi dan mengukur kandungan logam
  2. Kuantifikasi Partikel - untuk mengetahui jumlah dan jenis partikel kontaminan
  3. Pengukuran Viskositas pada 40°C - untuk mengetahui tingkat kekentalan pelumas
  4. Pemeriksaan Kandungan Air - untuk mendeteksi adanya kontaminasi air dalam sampel
Pengujian ini merupakan dasar utama dalam pemantauan kondisi dan analisis potensi kerusakan pada berbagai jenis peralatan industri.

Spektroskopi ICP (Inductively Coupled Plasma)

Terdapat sekitar 30 jenis teknik spektroskopi, salah satunya adalah ICP (Inductively Coupled Plasma) Spectroscopy, yang digunakan untuk mengukur cahaya pada spektrum ultraviolet dan tampak (visible light). Metode ini termasuk dalam kategori Atomic Emission (AE), di mana sampel oli yang telah diencerkan dialirkan melalui plasma gas argon. Plasma ini dipertahankan pada suhu sekitar 8.000°C. Di bagian atas plasma, energi yang diperoleh dilepaskan melalui transisi elektron, menghasilkan emisi cahaya dengan karakteristik tertentu. Setiap unsur kimia akan memancarkan cahaya pada frekuensi (atau warna) yang berbeda. Intensitas cahaya yang dipancarkan sebanding langsung dengan konsentrasi unsur tersebut dalam oli. Teknik ini digunakan untuk mengukur kadar unsur-unsur dalam oli, yang hasilnya dikelompokkan menjadi tiga kategori utama dalam laporan analisis:

  1. Logam aus (Wear Metals), Contohnya: besi (iron) yang berasal dari keausan gigi gear.
  2. Kontaminan (Contaminants), Contohnya: litium (lithium) yang bisa menunjukkan adanya pelumas gemuk (grease).
  3. Aditif oli (Oil Additives), Contohnya: fosfor (phosphorus) yang umumnya terdapat dalam aditif tekanan ekstrim (EP) dan anti-aus (antiwear).

Perlu diketahui bahwa beberapa unsur bisa termasuk dalam lebih dari satu kategori. Misalnya, silikon (silicon) bisa berasal dari:

  • Keausan komponen, seperti mahkota piston
  • Formulasi aditif, seperti agen antifoam
  • Kontaminasi eksternal, seperti debu atau tanah

Oleh karena itu, untuk menentukan sumber sebenarnya dari suatu unsur, diperlukan analisis menyeluruh terhadap keseluruhan hasil uji.

Keterbatasan Spektroskopi ICP

Meskipun ICP spectroscopy merupakan salah satu metode paling penting dan berguna dalam analisis oli bekas, metode ini tetap memiliki batasan tertentu. Salah satu keterbatasan utama adalah ukuran partikel yang dapat diuapkan oleh sistem. ICP hanya mampu mendeteksi partikel berukuran kecil, umumnya dalam rentang 5 hingga 8 mikron. Dalam banyak kasus keausan, ukuran ini sudah cukup untuk mendeteksi gejala awal kerusakan. Namun, pada kondisi tertentu, keterbatasan ini bisa menjadi masalah. Contohnya, pada kerusakan komponen akibat kelelahan material (fatigue), partikel aus yang dihasilkan cenderung berukuran lebih besar (disebut spalling). Dalam kasus seperti ini, ICP tidak dapat mendeteksi partikel besar tersebut, sehingga ketika data dianalisis, tingkat unsur besi (iron) bisa terlihat menurun padahal komponen sebenarnya mengalami kerusakan serius. Karena keterbatasan ini, pengujian tambahan sangat disarankan agar proses pemantauan kondisi peralatan lebih akurat dan menyeluruh. ICP juga tidak selalu dapat digunakan untuk mengukur penurunan kandungan aditif (additive depletion) secara efektif. Misalnya, pada aditif deterjen dalam oli mesin yang biasanya tercermin dari kadar kalsium (calcium). Saat dibandingkan antara oli baru dan oli bekas, kadar kalsium bisa tampak tetap sama, meskipun fungsi deterjen dalam oli bekas sudah menurun. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa jumlah unsur kalsium tidak berubah, tetapi bentuk senyawanya telah berubah menjadi senyawa yang tidak aktif. Dalam beberapa kasus, sisa aditif yang sudah terdegradasi bisa mengendap, dan jika terambil dalam sampel, ICP dapat mendeteksinya. Namun demikian, penilaian dan pengalaman teknis sangat dibutuhkan dalam menganalisis tren penurunan aditif melalui metode ini. Ada pengecualian terhadap keterbatasan ini. Salah satunya adalah pada oli dengan kandungan borate-EP (aditif tekanan ekstrim berbasis boron) yang mengalami kontaminasi air. Dalam kondisi ini, aditif boron dapat mengendap dan membentuk lumpur di dasar tangki. Jika endapan ini tidak ikut terambil dalam sampel, maka kadar boron yang terbaca akan lebih rendah dari normal, yang menunjukkan bahwa aditif tekanan ekstrim sudah tidak efektif lagi. Namun, sebaliknya tidak selalu benar-jika kadar boron masih terlihat normal, belum tentu oli tersebut masih layak digunakan

Table 1 Silicon Contamination Limits
Test Class Silicon Limit [ppm]
Engine 25
Drivetrain 100
Hydraulic / compressor / turbine 35 to 45
Automatic transmission 35 to 45

Dalam kondisi tertentu, Wearcheck menerapkan batasan khusus untuk kontaminan. Salah satu contohnya adalah kontaminasi oleh kotoran, di mana acuan yang digunakan biasanya mengacu pada Tabel 1. Salah satu unsur yang umum ditemukan dalam kotoran adalah silikon (silicon). Namun, silikon juga dapat berasal dari sumber lain, seperti gemuk (grease), aditif dalam oli, dan sealant berbahan silikon. Oleh karena itu, kadar silikon yang tinggi tidak selalu menandakan masalah. Sebagai contoh, pada beberapa mesin atau sistem hidrolik, pembacaan silikon di atas 100 ppm masih dianggap normal, tergantung dari sumber dan konteks penggunaannya.

Table 2 Common Elements in ICP
Element Symbol Found in
Iron Fe Gears, roller bearings, cylinder/liners, shafts
Chromium Cr Roller Bearings, piston rings
Nickel Ni Roller Bearings, camshafts and followers, thrust washers, valve stems, valve guides
Molybdenum Mo Piston rings, additive, solid additive (Mo-di)
Aluminium Al Piston, journal bearings, dirt
Copper Cu Brass/bronze bushes, gears, thrust washers, oil cooler cores, internal coolant leaks
Tin Sn Bronze bushes, washers and gears
Lead Pb Journal bearings, grease, petrol contamination
Silver Ag Silver solder, journal bearings (seldom)
Silicon Si Dirt, grease, additive
Sodium Na Internal coolant leaks, additive, sea water contamination
Lithium Li Grease
Magnesium Mg Additive, sea water contamination
Zinc Zn Additive (antiwear)
Phosphorus P Additive (antiwear, extreme pressure)
Boron B Additive, internal coolant leak, brake fluid contamination
Sulfur S Lubricant base stock, additive

Tabel 2 memuat daftar unsur-unsur yang paling umum ditemukan dalam analisis oli beserta kemungkinan sumber asalnya. Mengetahui di mana unsur-unsur tersebut mungkin berasal memang penting, namun yang lebih penting adalah kemampuan untuk mengidentifikasi sumber sebenarnya dengan akurasi setinggi mungkin. Tabel 3 menunjukkan beberapa contoh kondisi keausan (wear) dan kontaminasi, serta bagaimana pola-pola tersebut biasanya muncul dalam hasil analisis. Pada tahap ini, sangat ditekankan pentingnya memberikan informasi lengkap mengenai sampel, khususnya:

  • Pembacaan jam operasional (service meter reading)
  • Riwayat overhaul/penggantian komponen
  • Durasi oli digunakan sejak penggantian terakhir
Informasi tersebut memberikan gambaran penting bagi analis dalam menafsirkan laju keausan. Misalnya:
  • Komponen baru biasanya menunjukkan laju keausan yang lebih tinggi di awal pemakaian, karena proses adaptasi atau “seating” dengan permukaan lain.
  • Komponen yang sudah lama digunakan (jam kerja tinggi) harus diperhatikan lebih lanjut, karena kemungkinan keausan akibat kelelahan material (fatigue) mulai meningkat.

Table 3 Common Wear Situation Indicated by ICP
Situation Results
Dirt entry Si and Al present, usually between 2:1 and 10:1. Watch the increase in the trend. Often accompanied by associated wear when present over acceptable limits.
Piston torching Al and Si ratio is 2:1. The Si originates from silicon carbide in the piston crown used to reduce the coefficient of expansion. Seldom seen, as failure is usually rapid, and statistically there is little chance of getting a sample while occurring.
High Fe (alone) Because iron is the most used construction material, sources are often varied. Consider valve gear and oil pump wear. Rust formation also produces high Fe.
High Si (alone) Silicon by itself comes from a few main sources – anti-foaming agent additive, grease and silicon sealant. Usually seen in new/recently overhauled components. Usually can be ignored.
Top-end-wear (engines) Characterized by increased levels of Fe (cylinder liner), Al (pistons), and Cr (rings). The presence of Ni usually indicates camshaft/cam follower wear.
Bottom end wear Characterized by increased levels of Fe (crankshaft) and Pb, Cu, Sn (white metal bearings and bronze bushes). This wear is often precipitated by reduced base number (BN) or over-cooling as bearings become subject to corrosion from combustion by-products (acids). Fuel dilution often causes this too, but effects may be masked as diesel dilutes the oil and the wear readings.
Overheating (some cases) in engines Increased additive levels (Mg, Ca, Zn, P, S) and viscosity. When light ends in the oil vaporize, the oil level decreases. Topping up increases the additive concentrations, as the additives themselves do not evaporate. Oxidation often not evident, as topping up replenishes antioxidants and boosts the BN. Often accompanied by Pb, Sn, and Cu as bearing wear can result from this situation.
Bronze bushing wear Increased Cu and Sn levels. Cu:Sn ratio usually approximately 20:1.
Bronze gear/thrust washer wear Increased Cu and Sn levels. Cu:Sn ratio usually approximately 20:1.
Internal coolant leaks Increased Na, B, Cu, Si, Al, and Fe. Not all elements may be present. Often accompanied by increased Pb, Cu, and Sn as white-metal bearing wear often accompanies this. Water usually not evident, as it tends to boil off at normal operating temperatures.
Roller-bearing wear Increased levels of Fe, Cr, and Ni, all components of race and roller materials. Increased Cu might result if brass/bronze cages are employed.
Hydraulic cylinder wear Increased levels of Fe, Cr, and Ni.

Lama penggunaan oli memiliki pengaruh besar dalam menentukan apakah suatu hasil analisis dapat dikategorikan sebagai normal atau tidak. Sebagai contoh, kadar besi (Fe) sebesar 100 ppm pada mesin setelah 250 jam operasi mungkin masih tergolong normal dan mesin dinilai dalam kondisi sehat. Namun, angka yang sama pada jam ke-10 sangat mungkin menunjukkan indikasi masalah serius. Tanpa informasi waktu penggunaan oli, kemungkinan terjadinya diagnosis yang tidak akurat terutama dalam kasus seperti ini menjadi jauh lebih besar. Selain itu, menyatakan waktu pemakaian hanya dalam satuan bulan, terutama untuk komponen otomotif, kurang memberikan gambaran yang akurat. Sebuah kendaraan mungkin saja tidak digunakan sama sekali selama periode tersebut, atau sebaliknya, digunakan intensif untuk perjalanan jauh setiap hari. Namun, untuk komponen yang tidak memiliki pengukur jam kerja, seperti gearbox industri, perkiraan waktu penggunaan dalam bulan atau tahun tetap lebih baik daripada tidak memberikan informasi sama sekali.

Particle Quantification Index (PQ or PQI)

Dalam pengujian ini, setiap sampel oli dialirkan melewati sebuah sensor yang mengukur kandungan material magnetik secara keseluruhan dalam oli. Karena besi (iron) merupakan unsur utama dalam keausan hampir semua komponen, maka nilai PQI pada dasarnya mencerminkan jumlah besi (kepadatan feromagnetik) dalam sampel tersebut. Unsur magnetik lainnya umumnya sangat kecil jumlahnya, sehingga dapat diabaikan. PQI tidak memperhitungkan ukuran partikel—semakin besar nilai PQI, maka semakin banyak kandungan besi di dalam oli. Secara konsep, PQI bisa dianggap seperti massa per volume, atau dalam istilah metrik, jumlah gram besi per liter oli. Berbeda dengan metode ICP (Inductively Coupled Plasma), PQI tidak memiliki batasan ukuran partikel. Artinya, nilai PQI tetap tinggi meskipun partikel yang terdeteksi berukuran besar. Sebagai ilustrasi: sebuah bola bearing yang dimasukkan utuh ke dalam sampel dan yang sama tetapi digiling menjadi bubuk halus akan memberikan nilai PQI yang serupa. Ketika digunakan bersamaan dengan pembacaan kadar besi dari ICP, PQI menjadi alat yang sangat berguna untuk memperkirakan distribusi ukuran partikel keausan. Tabel 4 menunjukkan hubungan antara pembacaan ICP dan PQI. Istilah seperti tinggi, sedang, atau rendah dalam konteks PQI bersifat relatif dan sebaiknya diinterpretasikan berdasarkan riwayat hasil sampel sebelumnya dari komponen yang sama.

Table 4 Iron and PQI Relationship
Situation ICP Iron (Fe)
[ppm]		 PQI Inference Wear Profile
1 Low Low Few wear particles Normal wear profile
2 High Low to medium Lots of small particles, few or no large ones Accelerated wear (type of operation),
Wet-brake systems (normal or abnormal),
Dirt entry (abnormal)
3 Low High Few small particles, many large ones Fatigue
4 High High Lots of particles of all different sizes Serious wear likely, catastrophic failure possible

Situasi 2 dapat memiliki berbagai penyebab. Salah satu kemungkinannya adalah komponen mengalami keausan yang meningkat (accelerated wear), namun belum tergolong abnormal. Kondisi ini biasanya terjadi ketika komponen bekerja lebih berat dari kondisi operasional normalnya. Contoh kasusnya dapat dilihat pada perbandingan keausan diferensial dari truk-truk identik yang beroperasi dalam kondisi berbeda, misalnya trayek jarak pendek (short-haul) dan jarak jauh (long-haul). Dalam kasus seperti ini, nilai keausan yang dianggap “normal” bisa berbeda sangat signifikan, hingga dua tingkat besaran (dua order of magnitude). Situasi ini juga lazim terjadi pada sistem rem basah (immersed-brake systems), seperti yang ditemukan pada front-end loader, di mana keausan rem yang tinggi tetap dianggap normal. Selain itu, masuknya kotoran atau partikel abrasif ke dalam sistem juga dapat menyebabkan keausan abnormal, dan akan menghasilkan pola hubungan Fe–PQI (besi tinggi – indeks partikel tinggi) yang serupa dengan kasus ini.

Viskositas

Terdapat dua jenis viskositas: viskositas kinematik dan viskositas dinamis (atau absolut). Namun dalam analisis oli, yang paling sering diperhatikan adalah viskositas kinematik. Viskositas kinematik, yang diukur dalam satuan centistoke (cSt), menggambarkan sejauh mana suatu fluida menahan aliran—atau secara sederhana, seberapa kental fluida tersebut. Penting untuk dicatat bahwa viskositas selalu harus disebutkan bersama suhu pengujiannya, karena viskositas fluida akan berubah seiring perubahan suhu. Sebagai contoh, pada suhu 40°C, oli dengan viskositas 200 cSt lebih kental dibandingkan oli 100 cSt. Wearcheck secara rutin melakukan pengukuran viskositas pada 40°C untuk setiap sampel oli. Pengujian viskositas pada 100°C juga dilakukan untuk mesin-mesin yang beroperasi pada suhu tinggi, seperti mesin pembakaran dan kompresor tertentu.

  1. Metode Pengujian

    Proses pengukuran dilakukan dengan menggunakan tabung kaca yang diletakkan secara vertikal dalam bak suhu terkontrol. Oli dimasukkan dari atas, lalu mengalir ke bawah sambil menyesuaikan dengan suhu pengujian. Waktu aliran oli diukur saat melewati dua tanda, kemudian dikonversi menjadi nilai viskositas.

  2. Indeks Viskositas (Viscosity Index / VI)

    Viskositas oli akan menurun seiring meningkatnya suhu. Indeks Viskositas (VI) adalah parameter yang menunjukkan seberapa besar perubahan viskositas oli terhadap perubahan suhu.

    • Oli monograde memiliki VI yang lebih rendah, sehingga viskositasnya menurun lebih drastis saat suhu meningkat.
    • Oli multigrade dirancang agar lebih stabil terhadap perubahan suhu, memiliki VI yang lebih tinggi.

  3. Perubahan Viskositas dan Faktor Penyebabnya

    Tabel 5 menjelaskan beberapa penyebab umum perubahan viskositas, seperti:

    • Oksidasi
    • Pencampuran dengan bahan bakar (fuel dilution)
    • Kontaminasi air
    • Overheating
    • Kontaminasi dengan cairan lain

    Penting untuk diingat bahwa kondisi yang terjadi bersamaan dapat menutupi perubahan viskositas. Misalnya, pencampuran bahan bakar yang menurunkan viskositas, jika terjadi bersamaan dengan overheating yang menyebabkan pengentalan, bisa membuat hasil viskositas tampak normal, padahal terdapat dua masalah tersembunyi.

Table 5 Changes in Viscosity
Component Viscosity Change Cause
Engine Increase Overheating (may or may not be accompanied by oxidation)
Increase Sludging (poor combustion or overextended use)
Increase Fuel dilution (marine engines fired with heavy fuel oil)
Increase Severe water contamination
Engine Decrease Fuel dilution
Decrease Breakdown of VI improver additive in multigrade oils with extended use
Decrease Overheating
Other components Increase Grease contamination
Increase Severe water contamination
Increase General breakdown of the oil
Increase Mixture of oils
Other components Decrease Contamination by a volatile substance
Decrease Breakdown of VI improver additive (particularly noticeable in transmissions filled with a multigrade)
Decrease General breakdown of the oil

Sekali lagi, perlu ditekankan bahwa penyerahan informasi yang akurat mengenai sampel sangat penting. Oli yang sebenarnya masih dalam kondisi baik bisa saja disarankan untuk diganti hanya karena terjadi ketidaksesuaian antara jenis oli yang digunakan dalam mesin dengan jenis oli yang tercantum dalam formulir pengujian. Sebagai contoh, jika suatu mesin dilaporkan menggunakan SAE 30 atau SAE 15W40, tetapi ternyata oli yang digunakan adalah SAE 40 atau SAE 20W50, maka adanya penurunan viskositas akibat pencampuran bahan bakar (fuel dilution) bisa saja tidak terdeteksi. Hal ini terjadi karena viskositas oli yang terkontaminasi bahan bakar tetap terlihat normal, menyerupai nilai viskositas oli yang dilaporkan padahal sebenarnya sudah menurun dari kondisi normal oli yang digunakan. Kesalahan informasi seperti ini dapat menyebabkan diagnosis yang tidak akurat dan pengambilan keputusan yang salah dalam perawatan mesin.

Air

Air merupakan salah satu kontaminan paling umum dalam sistem pelumasan. Kontaminasi air dapat terjadi melalui beberapa cara, seperti:

  • Kebocoran internal pada sistem pendingin
  • Pembersihan dengan selang bertekanan tinggi
  • Kondensasi akibat perbedaan suhu
Kehadiran air dalam oli dapat menyebabkan berbagai dampak negatif terhadap kinerja pelumas, antara lain:
  • Pembentukan karat, yang kemudian turut mencemari uli
  • Peningkatan laju keausan, karena berkurangnya daya dukung beban pelumas
  • Reaksi kimia antara aditif dan oli dasar yang menghasilkan asam lemah maupun kuat
  • Pertumbuhan mikroorganisme, terutama pada aplikasi bersuhu rendah
  • Kehilangan aditif penting dan menurunnya fungsi aditif

Oleh karena itu, sangat penting untuk menjaga kontaminasi air pada level seminimal mungkin. Seal dan breather harus rutin diperiksa dan dipelihara. Sistem pendingin bertekanan juga harus diuji tekanan secara berkala untuk memastikan tidak terjadi kebocoran. Untuk sampel dari mesin, kontaminasi air diperiksa menggunakan analisis Fourier Transform Infrared (FTIR). Untuk sampel lainnya, digunakan metode crackle test.
Crackle test dilakukan dengan meneteskan sedikit oli ke permukaan baja yang dijaga pada suhu antara titik didih air dan titik didih oli. Jika tetesan oli mengandung air, maka akan terdengar letupan atau suara retakan kecil (crackling)—dari sinilah nama tes ini berasal. Tes ini mampu mendeteksi air dalam jumlah kecil, yaitu di bawah 0,1% atau 1.000 ppm. Jika sebuah sampel tidak lolos uji crackle, maka akan dilakukan pengukuran kadar air secara lebih akurat. Seperti halnya pengujian lainnya, batas maksimum kandungan air bersifat tentatif (lihat Tabel 6) dan dapat bervariasi tergantung kondisi operasional yang tidak lazim atau ekstrem.

Table 6 Water Limits
Component Limit [%]
Engine 0.0
Drivetrain 1.0
Transmission 0.5
Hydraulics 0.5
Compressors Variable according to type

Air tidak dapat dijadikan indikator utama untuk mendeteksi kebocoran pendingin internal, khususnya pada mesin. Hal ini dikarenakan air cenderung menguap pada suhu operasi normal mesin, sehingga sering kali tidak terdeteksi dalam analisis oli, meskipun kebocoran pendingin sebenarnya terjadi.

Our trusted partners
logo logo logo logo logo logo logo logo logo logo