ANALISIS KONTRAS SPEKEL PADA OLI MESRAN SAE 20W-50 TERHADAP PERUBAHAN KEKENTALAN DENGAN VARIASI TEMPERATUR MENGGUNAKAN LSI (LASER SPECKLE IMAGING).
ANALISIS KONTRAS SPEKEL PADA OLI MESRAN SAE
20W-50 TERHADAP PERUBAHAN KEKENTALAN DENGAN
VARIASI TEMPERATUR MENGGUNAKAN
LSI (LASER SPECKLE IMAGING)
SKRIPSI
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains dari Universitas Andalas
Diajuakan oleh :
ADHITYA ROLANDO ERLANGGA
0910442027
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
ANALISIS KONTRAS SPEKEL PADA OLI MESRAN SAE
20W-50 TERHADAP PERUBAHAN KEKENTALAN DENGAN
VARIASI TEMPERATUR MENGGUNAKAN
LSI (LASER SPECKLE IMAGING)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui perubahan kekentalan oli mesin
kendaraan bermotor terhadap perubahan temperatur dengan menggunakan LSI
(Laser Speckle Imaging). Komponen dan bahan terdiri dari laser He-Ne sebagai
sumber cahaya, detektor CCD kamera (Charge Couple Device), termometer,
pemanas, PC (Personal Computer) dan oli. Oli yang digunakan adalah oli Mesran
SAE 20W-50. Oli dipanaskan pada temperatur 30ºC, 40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC,
80ºC, 90ºC, 100ºC, dan kemudian didinginkan kembali hingga temperatur 30ºC.
Berkas laser He-Ne diarahkan pada sampel hingga terjadi back-scattering dan
dideteksi menggunakan CCD kamera. Informasi dari CCD direkam menggunakan
software Ulead Video Studio-10 berukuran 320x240 piksel dan ditampilkan dalam
bentuk pola spekel. Pola spekel terbentuk dikonversi menjadi gray scale,
kemudian dianalisis secara histogram menggunakan software ImageJ untuk
mendapatkan nilai kontras spekel. Nilai kontras tertinggi didapatkan pada
temperatur 30ºC, yaitu 0,3183 a.u (saat pemanasan) dan 0,3002 a.u (saat
pendinginan). Nilai kontras terendah didapatkan pada temperatur 100ºC, yaitu
0,1756 a.u (saat pemanasan) dan 0,1471 a.u (saat pendinginan). Penurunan nilai
kontras spekel oli saat temperatur meningkat memperlihatkan perubahan
kekentalan oli. Nilai regresi data kontras yang didapatkan saat oli dipanaskan
0,933 dan saat oli didinginkan 0,994. Semakin rendah kekentalan oli maka nilai
kontras spekel dihasilkan semakin kecil yang mengikuti fungsi eksponensial.
Kata kunci : LSI, temperatur, kekentalan, kontras, CCD, software, PC, laser,
spekel, gray scale
i
SPECKLE CONTRAST ANALYSIS FOR VISCOSITY
CHANGES OF OIL MESRAN SAE 20W-50 TO THE
TEMPERATURE VARIATION USING
LSI (SPECKLE LASER IMAGING)
ABSTRACT
Research had been conducted to determine the changes viscosity of oil in the
motor vehicle engine to temperature by using LSI (Laser Speckle Imaging).
Component and material consisted of a He-Ne laser as light source, camera CCD
(Charge Couple Device) detector, thermometer, heater, PC (Personal Computer)
and oil. Mesran SAE 20W-50 oil was used in research. Oil was heated at
temperature 30ºC, 40ºC, 50ºC, 60°C, 70ºC, 80ºC, 90ºC, and 100ºC, then cooled
back to temperature 30°C. He-Ne laser beam was directed at the sample to occur
back-scattering and detected by using a CCD camera. Information from the CCD
was recorded by using Ulead Video Studio-10 software size 320x240 pixels and
displayed in the form speckle pattern. The speckle pattern was converted to gray
scale and analyzed by using the histogram method in ImageJ software to obtain
speckle contrast value. The highest contrast values were obtained at temperatures
30°C, 0.3183 a.u (when heating) and 0.3002 a.u (when cooling). The Lowest
contrast values were obtained at temperatures 100ºC, 0.1756 a.u (when heating)
and 0.1471 a.u (when cooling). Decreasing of Speckle contrast value changes
when the temperature was increasing, it showed oil viscosity change. Contrast
regression value obtained were 0.933 (when heating) and 0.994 (cooled). The
more decreased the viscosity of oil, the values of speckle contrast would be
smaller that followed an exponential function.
.
Keywords: LSI, temperature, viscosity, contrast, CCD, software, PC, laser,
speckle, gray scale
ii
BAB I
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Semakin banyak sarana transportasi yang ada, kebutuhan untuk merawat
mesin kendaraan tersebut juga semakin banyak. Setiap kendaraan bermotor
membutuhkan pelumas mesin untuk menjaga agar peforma mesin tetap berada
pada kondisi prima. Efesiensi dan efektifitas kinerja mesin kendaraan bermotor
dalam industri otomatif sangat dipengaruhi oleh kondisi oli yang digunakan
(Wijaya, 2009). Ada banyak jenis dan merek oli yang beredar di pasaran. Semua
produk memilki kelebihan tersendiri dalam hal perawatan mesin. Salah satu oli
tersebut ialah Mesran SAE 20W-50, yang merupakan oli mesin motor buatan
dalam negeri.
Pelumasan oli pada mesin digunakan untuk menghindari terjadinya
gesekan langsung antar logam pada mesin, sehingga tingkat keausan logam dan
tingkat kerusakan mesin dapat dikurangi. Mesin yang dirawat secara berkala akan
menjadi lebih tahan lama. Keadaan optimum pelumasan logam dicapai jika
permukaan logam bersentuhan dapat dilapisi secara sempurna oleh oli. Untuk
mendapatkan oli yang sempurna, karakteristik dan jenis oli yang digunakan harus
diperhatikan.
Viskositas (kekentalan) merupakan salah satu karakteristik dari sebuah
oli. Kekentalan merupakan karakteristik yang menentukan standar kualitas
maupun standar kerja produk. Konsumen dapat memilih oli yang sesuai dengan
spesifikasi dan performa mesin jika mengetahui tingkat kekentalan oli.
1
Oli
mengalami
perubahan
kekentalan
saat
terjadinya
perubahan
temperatur. Hal ini disebabkan oleh molekul penyusun suatu fluida mendapat
energi thermal dari luar (eksternal) yang menyebabkan ikatan antar molekul
sejenis (kohesi) semakin kecil (Olson, 1993). Pada mesin motor, energi panas
dihasilkan selama proses pembakaran dan gesekan yang terjadi dalam mesin.
Energi panas inilah yang dapat menyebabkan peningkatan temperatur pada oli
dalam mesin sehingga berdampak terhadap kekentalannya.
Kemampuan oli untuk mengatasi perubahan nilai kekentalan terhadap
perubahan temperatur disebut dengan indeks viskositas (indeks kekentalan). Oli
yang baik tidak terlalu peka terhadap perubahan temperatur mulai dari mesin
dijalankan hingga peforma mesin meningkat (Hardiyatul, 2010).
Pengukuran tingkat kekentalan oli yang umum digunakan dan paling
sederhana adalah dengan
menerapkan
prinsip
mekanika fluida
seperti
menggunakan falling ball viscometry. Kemajuan teknologi di bidang optik
memunculkan penelitian menentukan kekentalan oli menggunakan sumber cahaya
laser. Energi panas yang diterima oleh oli akan mengakibatkan peningkatan
temperatur pada oli. Oli akan mengalami perubahan kekentalan saat terjadi
kenaikan temperatur. Nilai perubahan kekentalan oli dapat diidentifikasi dengan
mengamati nilai absorbansi oli yang disinari laser He-Ne (Stefan dan Hasno,
2012).
Penelitian pada fluida juga dilakukan dengan teknik pencitraan speckle
(spekel). Pencitraan spekel merupakan metode optik yang dapat diterapkan untuk
analisa kuantitatif terhadap pengukuran kerapatan fluida. Metode ini sangat
2
sederhana karena hanya memerlukan hamburan cahaya untuk pengukuran
kerapatan pola spekel (Kawahashi dan Hirara, 2007). Pencitraan spekel akan
membentuk pola tertentu pada medium fluida saat disinari sebuah cahaya.
Pengukuran perubahan intensitas dirubah menjadi informasi temperatur dan
kerapatan medium menggunakan persamaan fisika dengan tingkat keakuratan
yang besar (Kihm, 1997).
LSI (Laser speckle imaging) merupakan sebuah teknik pencitraan yang
mendeteksi dan menganalisis perubahan kontras spekel dari sampel (Tamakai
dkk,1994). Pola spekel terbentuk dari cahaya yang terhambur saat sampel disinari
laser. LSI memilki keserdehanaan dalam sistem perancangannya karena hanya
terdiri dari tiga komponen utama yaitu laser sebagai sumber cahaya, sampel, dan
CCD sebagai detektor. LSI merupakan teknik pencitraan non invasive dan non
destructive yang mendeteksi sinyal optik pada material. Analisis kontras yang
digunakan adalah analisis gray level (tingkat keabu-abuan) dari hasil citra. Citra
yang didapat dengan metode LSI dianalisis menggunakan histogram untuk
klasifikasi dan pencocokan pola yang terbentuk (Apsari,2009).
Bedasarkan uraiaan serta penjelasan diatas, maka perlu dikembangkan
penelitian pengukuran kekentalan oli Mesran SAE 20W-50 menggunakan teknik
LSI. Pola spekel didapatkan pada cahaya yang terhambur saat laser menyinari
permukaan oli Mesran SAE 20W-50.
3
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Merancang
sistem
pencitraan
optik
dengan
metode
LSI
untuk
menghasilkan citra spekel dari oli Mesran SAE 20W-50.
2. Mengidentifikasi pola spekel untuk memperoleh nilai kontras dari oli
Mesran SAE 20W-50 pada temperatur 30ºC, 40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC,
80ºC, 90ºC, dan 100ºC.
3. Menganalisis nilai kontras spekel serta korelasi nilai kontras terhadap
perubahan kekentalan oli Mesran SAE 20W-50.
1.3
Manfaat Penelitian
1. Penelitian ini menjadi suatu metode analisis perubahan kekentalan pada
oli lebih teliti.
2. Penelitian ini dapat mengidentifikasi perubahan kekentalan oli dengan
analisis kontras spekel.
1.4
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Objek yang diteliti adalah oli Mesran SAE 20W-50 dengan temperatur
30ºC,40ºC,50ºC, 60ºC,70ºC,80ºC,90ºC, dan 100ºC.
2. Sumber laser yang digunakan adalah continuous wave (CW) He-Ne
dengan panjang gelombang 632,8 nm menghasilkan daya 0,8 mW seri
1507P-1.
3. Pola spekel akan dideteksi dalam bentuk citra 320 x 240 piksel
menggunakan sensor kamera CCD (Charge Couple Device) 30 fps (frame
4
per second) dengan metode back-scattering dan direkam menggunakan
software Ulead Video Studio-10 kemudian diolah menggunakan software
Image J.
5
20W-50 TERHADAP PERUBAHAN KEKENTALAN DENGAN
VARIASI TEMPERATUR MENGGUNAKAN
LSI (LASER SPECKLE IMAGING)
SKRIPSI
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains dari Universitas Andalas
Diajuakan oleh :
ADHITYA ROLANDO ERLANGGA
0910442027
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
ANALISIS KONTRAS SPEKEL PADA OLI MESRAN SAE
20W-50 TERHADAP PERUBAHAN KEKENTALAN DENGAN
VARIASI TEMPERATUR MENGGUNAKAN
LSI (LASER SPECKLE IMAGING)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui perubahan kekentalan oli mesin
kendaraan bermotor terhadap perubahan temperatur dengan menggunakan LSI
(Laser Speckle Imaging). Komponen dan bahan terdiri dari laser He-Ne sebagai
sumber cahaya, detektor CCD kamera (Charge Couple Device), termometer,
pemanas, PC (Personal Computer) dan oli. Oli yang digunakan adalah oli Mesran
SAE 20W-50. Oli dipanaskan pada temperatur 30ºC, 40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC,
80ºC, 90ºC, 100ºC, dan kemudian didinginkan kembali hingga temperatur 30ºC.
Berkas laser He-Ne diarahkan pada sampel hingga terjadi back-scattering dan
dideteksi menggunakan CCD kamera. Informasi dari CCD direkam menggunakan
software Ulead Video Studio-10 berukuran 320x240 piksel dan ditampilkan dalam
bentuk pola spekel. Pola spekel terbentuk dikonversi menjadi gray scale,
kemudian dianalisis secara histogram menggunakan software ImageJ untuk
mendapatkan nilai kontras spekel. Nilai kontras tertinggi didapatkan pada
temperatur 30ºC, yaitu 0,3183 a.u (saat pemanasan) dan 0,3002 a.u (saat
pendinginan). Nilai kontras terendah didapatkan pada temperatur 100ºC, yaitu
0,1756 a.u (saat pemanasan) dan 0,1471 a.u (saat pendinginan). Penurunan nilai
kontras spekel oli saat temperatur meningkat memperlihatkan perubahan
kekentalan oli. Nilai regresi data kontras yang didapatkan saat oli dipanaskan
0,933 dan saat oli didinginkan 0,994. Semakin rendah kekentalan oli maka nilai
kontras spekel dihasilkan semakin kecil yang mengikuti fungsi eksponensial.
Kata kunci : LSI, temperatur, kekentalan, kontras, CCD, software, PC, laser,
spekel, gray scale
i
SPECKLE CONTRAST ANALYSIS FOR VISCOSITY
CHANGES OF OIL MESRAN SAE 20W-50 TO THE
TEMPERATURE VARIATION USING
LSI (SPECKLE LASER IMAGING)
ABSTRACT
Research had been conducted to determine the changes viscosity of oil in the
motor vehicle engine to temperature by using LSI (Laser Speckle Imaging).
Component and material consisted of a He-Ne laser as light source, camera CCD
(Charge Couple Device) detector, thermometer, heater, PC (Personal Computer)
and oil. Mesran SAE 20W-50 oil was used in research. Oil was heated at
temperature 30ºC, 40ºC, 50ºC, 60°C, 70ºC, 80ºC, 90ºC, and 100ºC, then cooled
back to temperature 30°C. He-Ne laser beam was directed at the sample to occur
back-scattering and detected by using a CCD camera. Information from the CCD
was recorded by using Ulead Video Studio-10 software size 320x240 pixels and
displayed in the form speckle pattern. The speckle pattern was converted to gray
scale and analyzed by using the histogram method in ImageJ software to obtain
speckle contrast value. The highest contrast values were obtained at temperatures
30°C, 0.3183 a.u (when heating) and 0.3002 a.u (when cooling). The Lowest
contrast values were obtained at temperatures 100ºC, 0.1756 a.u (when heating)
and 0.1471 a.u (when cooling). Decreasing of Speckle contrast value changes
when the temperature was increasing, it showed oil viscosity change. Contrast
regression value obtained were 0.933 (when heating) and 0.994 (cooled). The
more decreased the viscosity of oil, the values of speckle contrast would be
smaller that followed an exponential function.
.
Keywords: LSI, temperature, viscosity, contrast, CCD, software, PC, laser,
speckle, gray scale
ii
BAB I
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Semakin banyak sarana transportasi yang ada, kebutuhan untuk merawat
mesin kendaraan tersebut juga semakin banyak. Setiap kendaraan bermotor
membutuhkan pelumas mesin untuk menjaga agar peforma mesin tetap berada
pada kondisi prima. Efesiensi dan efektifitas kinerja mesin kendaraan bermotor
dalam industri otomatif sangat dipengaruhi oleh kondisi oli yang digunakan
(Wijaya, 2009). Ada banyak jenis dan merek oli yang beredar di pasaran. Semua
produk memilki kelebihan tersendiri dalam hal perawatan mesin. Salah satu oli
tersebut ialah Mesran SAE 20W-50, yang merupakan oli mesin motor buatan
dalam negeri.
Pelumasan oli pada mesin digunakan untuk menghindari terjadinya
gesekan langsung antar logam pada mesin, sehingga tingkat keausan logam dan
tingkat kerusakan mesin dapat dikurangi. Mesin yang dirawat secara berkala akan
menjadi lebih tahan lama. Keadaan optimum pelumasan logam dicapai jika
permukaan logam bersentuhan dapat dilapisi secara sempurna oleh oli. Untuk
mendapatkan oli yang sempurna, karakteristik dan jenis oli yang digunakan harus
diperhatikan.
Viskositas (kekentalan) merupakan salah satu karakteristik dari sebuah
oli. Kekentalan merupakan karakteristik yang menentukan standar kualitas
maupun standar kerja produk. Konsumen dapat memilih oli yang sesuai dengan
spesifikasi dan performa mesin jika mengetahui tingkat kekentalan oli.
1
Oli
mengalami
perubahan
kekentalan
saat
terjadinya
perubahan
temperatur. Hal ini disebabkan oleh molekul penyusun suatu fluida mendapat
energi thermal dari luar (eksternal) yang menyebabkan ikatan antar molekul
sejenis (kohesi) semakin kecil (Olson, 1993). Pada mesin motor, energi panas
dihasilkan selama proses pembakaran dan gesekan yang terjadi dalam mesin.
Energi panas inilah yang dapat menyebabkan peningkatan temperatur pada oli
dalam mesin sehingga berdampak terhadap kekentalannya.
Kemampuan oli untuk mengatasi perubahan nilai kekentalan terhadap
perubahan temperatur disebut dengan indeks viskositas (indeks kekentalan). Oli
yang baik tidak terlalu peka terhadap perubahan temperatur mulai dari mesin
dijalankan hingga peforma mesin meningkat (Hardiyatul, 2010).
Pengukuran tingkat kekentalan oli yang umum digunakan dan paling
sederhana adalah dengan
menerapkan
prinsip
mekanika fluida
seperti
menggunakan falling ball viscometry. Kemajuan teknologi di bidang optik
memunculkan penelitian menentukan kekentalan oli menggunakan sumber cahaya
laser. Energi panas yang diterima oleh oli akan mengakibatkan peningkatan
temperatur pada oli. Oli akan mengalami perubahan kekentalan saat terjadi
kenaikan temperatur. Nilai perubahan kekentalan oli dapat diidentifikasi dengan
mengamati nilai absorbansi oli yang disinari laser He-Ne (Stefan dan Hasno,
2012).
Penelitian pada fluida juga dilakukan dengan teknik pencitraan speckle
(spekel). Pencitraan spekel merupakan metode optik yang dapat diterapkan untuk
analisa kuantitatif terhadap pengukuran kerapatan fluida. Metode ini sangat
2
sederhana karena hanya memerlukan hamburan cahaya untuk pengukuran
kerapatan pola spekel (Kawahashi dan Hirara, 2007). Pencitraan spekel akan
membentuk pola tertentu pada medium fluida saat disinari sebuah cahaya.
Pengukuran perubahan intensitas dirubah menjadi informasi temperatur dan
kerapatan medium menggunakan persamaan fisika dengan tingkat keakuratan
yang besar (Kihm, 1997).
LSI (Laser speckle imaging) merupakan sebuah teknik pencitraan yang
mendeteksi dan menganalisis perubahan kontras spekel dari sampel (Tamakai
dkk,1994). Pola spekel terbentuk dari cahaya yang terhambur saat sampel disinari
laser. LSI memilki keserdehanaan dalam sistem perancangannya karena hanya
terdiri dari tiga komponen utama yaitu laser sebagai sumber cahaya, sampel, dan
CCD sebagai detektor. LSI merupakan teknik pencitraan non invasive dan non
destructive yang mendeteksi sinyal optik pada material. Analisis kontras yang
digunakan adalah analisis gray level (tingkat keabu-abuan) dari hasil citra. Citra
yang didapat dengan metode LSI dianalisis menggunakan histogram untuk
klasifikasi dan pencocokan pola yang terbentuk (Apsari,2009).
Bedasarkan uraiaan serta penjelasan diatas, maka perlu dikembangkan
penelitian pengukuran kekentalan oli Mesran SAE 20W-50 menggunakan teknik
LSI. Pola spekel didapatkan pada cahaya yang terhambur saat laser menyinari
permukaan oli Mesran SAE 20W-50.
3
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Merancang
sistem
pencitraan
optik
dengan
metode
LSI
untuk
menghasilkan citra spekel dari oli Mesran SAE 20W-50.
2. Mengidentifikasi pola spekel untuk memperoleh nilai kontras dari oli
Mesran SAE 20W-50 pada temperatur 30ºC, 40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC,
80ºC, 90ºC, dan 100ºC.
3. Menganalisis nilai kontras spekel serta korelasi nilai kontras terhadap
perubahan kekentalan oli Mesran SAE 20W-50.
1.3
Manfaat Penelitian
1. Penelitian ini menjadi suatu metode analisis perubahan kekentalan pada
oli lebih teliti.
2. Penelitian ini dapat mengidentifikasi perubahan kekentalan oli dengan
analisis kontras spekel.
1.4
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Objek yang diteliti adalah oli Mesran SAE 20W-50 dengan temperatur
30ºC,40ºC,50ºC, 60ºC,70ºC,80ºC,90ºC, dan 100ºC.
2. Sumber laser yang digunakan adalah continuous wave (CW) He-Ne
dengan panjang gelombang 632,8 nm menghasilkan daya 0,8 mW seri
1507P-1.
3. Pola spekel akan dideteksi dalam bentuk citra 320 x 240 piksel
menggunakan sensor kamera CCD (Charge Couple Device) 30 fps (frame
4
per second) dengan metode back-scattering dan direkam menggunakan
software Ulead Video Studio-10 kemudian diolah menggunakan software
Image J.
5