ANALISIS SIFAT FISIK JMEO (JATROPHA METHYL ESTER OIL) DAN MO …digilib.unila.ac.id/58472/3/Laporan...
Transcript of ANALISIS SIFAT FISIK JMEO (JATROPHA METHYL ESTER OIL) DAN MO …digilib.unila.ac.id/58472/3/Laporan...
ANALISIS SIFAT FISIK JMEO (JATROPHA METHYL ESTER OIL) DAN
MO (MINERAL OIL) DENGAN PEMANASAN PAKSA SERTA
PENGARUHNYA TERHADAP ISOLASI KERTAS
(Skripsi)
Oleh:
I Made Bayu Wirawan (1415031062)
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
ii
ABSTRAK
ANALISIS SIFAT FISIK JMEO (JATROPHA CURCAS METHYL ESTER
OILS) DAN MO (MINERAL OILS) SERTA PENGARUHNYA TERHADAP
ISOLASI KERTAS
Oleh:
I Made Bayu Wirawan
MO (Mineral oils) berfungsi sebagai bahan dielektrik dan pendingin pada
transformator tenaga. Minyak mineral berasal dari hasil tambang dan tidak dapat
diperbaharui. Bahan isolasi alternatif JMEO yang berasal dari biji jarak pagar mulai
dikembangkan. Penelitian ini mencakup studi mengenai sifat fisik dari JMEO dan
MO dengan pamanasan paksa selama 38 hari bersama isolasi kertas. Pemanasan
paksa 120 0C ± 10% dilakukan agar waktu pemburukan menjadi lebih cepat. Uji
viskositas mengacu pada standar ASTM-D444, acidity number ASTM-D974,
FTIR, perubahan warna dan uji tensile strength ASTM-E8/EM8. Hasil uji nilai
viskositas MO relatif stabil 9,2-12 mm2/cSt dan JMEO mengalami perubahan yang
signifikan dari 12,9-34,8 mm2/cSt. Nilai acidity number pada sampel 18 hari yaitu
JMEO 2,26 mg KOH/g, MO 0,30 mg KOH/g dan sampel 38 hari yaitu JMEO 3,41
mg KOH/g, MO 0,57 mg KOH/g. Sementara nilai acidity number sebelum
pemanasan yaitu JMEO 0,07 mg KOH/g dan MO 0,01 mg KOH/g. Spektrum FTIR
JMEO dan MO memiliki kemiripan namun pada JMEO muncul variasi ikatan C=0
(trigliserida/ester) sementara MO terdapat variasi ikatan N-H. Isolasi kertas
terendam MO memiliki warna yang lebih gelap jika dibandingkan dengan terendam
JMEO dan tidak terendam. Nilai tensile strength terendam JMEO 38,143 MPa, MO
21,961 MPa dan tidak terendam 44,243 MPa.
Kata kunci: Viskositas, Bilangan Asam, FTIR, perubahan warna isolasi kertas,
Tensile Strength, JMEO, MO
iii
ABSTRACT
ANALYSIS OF JMEO (JATROPHA CURCAS METHYL ESTER OILS)
AND MO (MINERAL OIL) PHYSICAL PROPERTIES AND THE EFFECT
ON KRAFT I NSULATION
By:
I Made Bayu Wirawan
MO (mineral oils) used as the dielectric and coolant in power transformers for ten
decades. Mineral oils derived from mining and they are non-renewable. On the
other hand, JMEO alternative insulation materials derived from the seeds of
Jatropha. This research covers the study of the physical properties of JMEO + paper
insulation and MO + paper insulation with forced heating for 38 days. Forced
heating of 120 0C ± 10% is done so that the deterioration time becomes faster.
Viscosity test refers to the standard ASTM-D444, acidity number ASTM-D974,
FTIR, discoloration and tensile strength test ASTM-E8/EM8. The test results show
that the average viscosity values of MO are relatively stable at 9.2-12 mm2/cSt
while the viscosity of JMEO increases significantly from 12.9 mm2/cSt to 34.8
mm2/cSt. The acidity number of JMEO and MO in the 18-day of forced heating are
2.26 mg KOH/g and 0.30 mg KOH/g respectively. These acidity numbers increase
to 3.41 mg KOH/g and 0.57 mg KOH/g for JMEO and MO repectively in 38 days
of forced heating. While before heating, the acidity number of JMEO and MO are
0.07 mg KOH/g and 0.01 mg KOH/g. The FTIR spectrum of JMEO and MO are
similar but in the spectrum of JMEO appears C=0 (triglyceride/ester) bond, while
in that of MO appears N-H bond. Paper insulation submerged in MO has a darker
color than in JMEO which is similar with the new paper insulation. The tensile
strength of paper insulation submerged in JMEO and MO are 38,143 MPa and
21,961 MPa respectively, while the tensile strength of new paper insulation is
44,243 MPa.
Keywords: Viskosity, Acid Number, FTIR, descoloration paper, Tensile Strangth,
JMEO, MO, Paper Insulation
iv
ANALISIS SIFAT FISIK JMEO (JATROPHA CURCAS METHYL ESTER
OILS) DAN MO (MINERAL OILS) SERTA PENGARUHNYA TERHADAP
ISOLASI KERTAS
Oleh:
I Made Bayu Wirawan
(Skripsi)
Sebagai Salah Satu Syarat Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jeurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
v
Judul Skripsi : ANALISIS SIFAT FISIK JMEO (JATROPHA
CURCAS METHYL ESTER OILS) DAN MO
(MINERAL OILS) SERTA PENGARUHNYA
TERHADAP ISOLASI KERTAS
Nama Mahasiawa : I Made Bayu Wirawan
Nomor Pokok Mahasiswa : 1415031062
Jurusan : Teknik Elektro
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Dr. Henry Binsar H. Sitorus, S.T., M.T. Dr. Herman H. Sinaga, S.T., M.T.
NIP. 19721219 199903 1 002 NIP. 19711130 199903 1 003
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro
Dr. Herman H. Sinaga, S.T., M.T.
NIP. 19711130 199903 1 003
vi
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua : Dr. Henry Binsar H. Sitorus, S.T., M.T. ……………..
Sekretaris : Dr. Herman H. Sinaga, S.T., M.T. ……………………
Penguji : Dr. Eng. Diah Permata, S.T., M.T. …………………..
2. Dekan Fakultas Teknik
Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D.
NIP. 19620717 198703 1 002
Tanggal Lulus Ujian Skripsi:
vii
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang
pernah dilakukan orang lain dan sepanjang pengatahuan saya tidak terdapat karya
atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis
diacu dalam naskah ini sebagaimana yang disebutkan di dalam daftar pustaka.
Selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri
Apabila pernyataan saya tidak benar, maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai
dengan hukum yan berlaku.
Bandar Lampung, Juli 2019
I Made Bayu Wirawan
NPM. 1415031062
viii
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Mulyosari, lampung Timur 5 September 1996.
Penulis merupakan anak kedua dari ketiga bersaudara dari
pasangan Bapak Nyoman Muliarsa dan Ibu Ketut Nawi.
Riwayat pendidikan penulis yaitu SD N 1 Mulyosari, Lampung
Timur pada tahun 2002- 2007. SMP N 1 Pasir Sakti pada tahun 2007 hingga 2010
kemudian penulis melanjutkan pendidikan ke SMA N 1 Pasir Sakti dari 2010
sampai 2014.
Penulis melanjutkan ke perguruan tinggi menjadi mahasiwa Jurusan Teknik
Elektro, Universitas Lampung pada tahun 2013 melaui SNMPTN seleksi undangan.
Selama menjadi mahasiswa Universitas Lampung penulis berkesempatan menjadi
anggota UKM-Hindu menjadi anggota Kebidang Kerohanian dan menjadi anggota
PC-KMHDI Bandar Lampung. Penulis juga berkempatan menjadi anggota
HIMATRO Unila menjadi anggota Departemen Pendidikan pada tahun 2015
hingga 2017 serta menjadi asisten Laboratorium Konversi Energi Elektrik pada
tahun 2016 sampai 2018. Selama menjadi mahasiswa UNILA penulis mengikut
sertakan diri dalam beberapa kegiatan akademik dan non-akademik seperti PKM-C
2016 dan 2017. Penulis melakasanakan kerja praktik di PT. PLN Way Besai,
Lampung Barat dan mengambil judul “Sistem Eksitasi Generator Unit 1`PT. PLN
(Persero) Pembangkitan Sumatra Bagian Selatan Sektor Pembangkitan Way
Besai”.
ix
MOTTO
“Hiduplah Seperti Salmon, Jangan Pernah Tahut Melawan Arus Kehidupan
Demi Mencapai Tujuan”
x
Karya ini kupersembahkan untuk
Bapak dan Ibu Tercinta
Nyoman (Komang) dan Ketut (Yayuk)
Kakak dan Adikku Tersayang
Niluh Gede Y.S.S dan Nyoman Mahendra
Keluarga Besar, Dosen, Sahabat dan Almamater
xi
SANWACANA
Segala puji bagi Tuhan Yang Maha Esa atas nikmat kesehatan dan kesempatan serta
kemudahan yang diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir dengan judul “Analisis Sifat Fisik JMEO (Jatropha Curcas Methyl
Ester Oils) dan MO (Mineral Oils) Serta Pengaruhnya Terhadap Isolasi Kertas” ini
merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M. P. selaku Rektor Universitas
Lampung
2. Bapak Prof. Suharno, M. Sc., Pd.D. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Lampung
3. Dr. Herman Halomoan Sinaga, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro dan selaku Pembimbing Pendamping yang telah memberikan
bimbingan dan arahan kepada penulis dengan baik dan ramah.
4. Bapak Dr. Henry B. H. Sitorus, S. T., M. T. selaku Pembimbing Utama yang
telah memberikan bimbingan, arahan dan pandangan hidup kepada penulis
di setiap kesempatan dengan baik dan ramah.
.
xii
5. Ibu Dr. Eng. Diah Permata, S. T., M. T. selaku Dosen Penguji yang telah
memberikan nasihat, kritik dan saran yang membangun kepada penulis
dalam mengerjakan skripsi ini maupun selama mengabdi di Laboratorium.
6. Ibu Umi Murdika, S. T., M. T. selaku dosen pembimbing akademik yang
telah memberikan nasihat, arahan dan bimbingan yang membangun bagi
penulis dalam mempersiapkan diri menjadi seorang Sarjana Teknik.
7. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu
yang bermanfaat, wawasan, dan pengalaman bagi penulis.
8. Segenap Staff di Jurusan Teknik Elektro dan Fakultas Teknik yang telah
membantu penulis baik dalam hal administrasi dan hal-hal lainnya terutama
Mbak Dian Rustiningsih dan bapak Sugi..
9. Ayah dan Ibu tercinta, Nyoman dan Ketut, Kakak dan Adik tersayang, Niluh
dan Mahendra serta Ketut Widi Astuti atas kasih sayang, dukungan, serta
doanya yang selalu diberikan kepada penulis.
10. Segenap Penghuni Laboratorium Pengukuran Konversi Energi Elektrik, Pak
Nur, Bramantio, Bangkit Gigih, Cahya, Bagus, Salim, Aswin, Budi, Kak
Hardi, Paian, Yayan atas kerjasama dalam mengabdi dan berkarya.
11. Rekan-rekan Himatro Unila, serta Kakak – kakak dan Adik-adik di Jurusan
Teknik Elektro.
12. Rekan-rekan KP P.T. PLN (Persero) Way Besai, Bunga, Mala, bapak
Holidin, dkk semoga kesolidan tetap terjaga.
13. Teman-teman kelompok KKN Desa Harapan Jaya
Semua Pihak yang membantu penulis menyelesaikan skripsi ini
xiii
DAFTAR ISI
Halaman
COVER ............................................................................................................ i
ABSTRAK ....................................................................................................... ii
ABSTRACT ..................................................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... v
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... vi
SURAT PERNYATAAN................................................................................. vii
RIWAYAT HIDUP .......................................................................................... viii
MOTTO............................................................................................................ ix
PERSEMBAHAN ............................................................................................ x
SANWACANA ................................................................................................ xi
DAFTAR ISI .................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................... 2
1.3 Rumusan masalah.................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah...................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................. 4
1.6 Hipotesis .................................................................................................. 4
1.7 Sistematika Penulisan.............................................................................. 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 7
2.1 Pengertian, Fungsi dan Prinsip Kerja Transformator .............................. 7
xiv
2.1.1 Breathing Transformer................................................................. 7
2.2 Komponen Utama Transformator ........................................................... 8
2.2.1 Inti Besi .......................................................................................... 8
2.2.2 Belitan Tembaga ............................................................................ 9
2.2.3 Isolasi Transformator ..................................................................... 9
2.2.3.1 Isilasi Kertas .................................................................... 9
2.2.3.2 Minyak Isolasi ................................................................. 12
2.2.3.2.1 Mineral Oil ....................................................... 15
2.2.3.2.2 Vegetable Oil .................................................... 17
2.2.3.2.3 Jatropha Curcas Oil ......................................... 17
2.3 Pengaruh Pemanasan Pada Bahan Isolasi Minyak
Bersama Isolasi Kertas ............................................................................ 19
2.4 Acidity Number dan Viskositas Kinematik ............................................ 19
2.5 FTIR (Fourier Transform Infrared) Spectroscopy ................................. 19
2.6 DP (Degree of Polimerazation) dan Tensile Strength ............................ 20
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................... 22
3.1 Waktu dan Tempat .................................................................................. 22
3.2 Alat dan Bahan ........................................................................................ 22
3.3 Desain Alat Pemanasan JMEO dan MO ................................................. 24
3.4 Tahapan Pengerjaan Tugas Akhir ........................................................... 26
3.5 Diagram Blok Togas Akhir ..................................................................... 32
BAB IV PEMBAHASAN ............................................................................... 33
4.1 Pemanasan Paksa JMEO dan MO ........................................................... 33
4.2 Viskositas Kinematik .............................................................................. 33
4.2.1 Hasil Pengujian Viskositas Kenematik ................................................... 35
4.2.2 Analisis Dan Inteprestasi Data Viskositas
Pada JMEO dan MO .............................................................................. 38
4.4 Data Hasil Acid Number Pada JMEO dan MO 39
4.5 Data Hasil FTIR ...................................................................................... 41
4.6 Pengaruh Pemanasan Terhadap Isolasi kertas.......................................... 47
xv
4.7 Uji Tensile Strength Pada Isolasi Kertas .................................................. 48
BAB V KESIMPULAN.................................................................................. 53
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 53
5.2 Saran ......................................................................................................... 54
DAFTAR PUSTAKA
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Bagian-bagian transformator tenaga ............................................ 8
Gambar 2.1 Anhydro β-D-glucopyranosa Monomer units .............................. 10
Gambar 2.2 Serat bahan selulosa dalam makro dan mikro .............................. 10
Gambar 2.3a. Tampilan mikroskopik isolasi kertas nilai DP tinggi ................ 11
Gambar 2.3b. Tampilan mikroskopik isolasi kertas nilai DP rendah .............. 11
Gambar 2.4 Klasifikasi bahan dielektrik cair ................................................... 14
Gambar 2.5 Struktur molekuler dasar minyak mineral .................................... 16
Gambar 2.6 Oksidasi pada minyak mineral ..................................................... 16
Gambar 2.7a. Skematik diagram FTIR analysis .............................................. 20
Gambar 2.7b. ALPHA FTIR Spectrometer...................................................... 20
Gambar 2.8 Bentuk spesimen isolasi kertas dalam uji tensile strength ........... 21
Gambar 3.1 Desain alat pemanasan paksa JMEO dan MO
bersama isolasi kertas ................................................................... 25
Gambar 3.2a. Voltage regulator dan oven konvensional
yang telah dimodifikasi ............................................................ 25
Gambar 3.2b. Termometer infrared Benetech GS320 ..................................... 25
Gambar 3.2 Diagram Blok tugas akhir ............................................................ 30
Gambar 4.1a. Viskometer NVS 210 23210 ..................................................... 35
Gambar 4.1b. Sampel uji viskositas kinematik JMEO dan MO hari ke 3 ....... 35
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara jenis sampel (JMEO)
dan viskositas kinematik .............................................................. 39
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara sampel MO
dan viskositas kinematik .............................................................. 40
Gambar 4.4 Perbandingan nilai viskositas JMEO dan MO ............................. 40
Gambar 4.5a. Sampel uji acidity number MO dan JMEO 18 hari ................... 42
xvii
Gambar 4.5b. Sampel uji acidity number MO dan JMEO 38 hari ................... 42
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara lama pemanasan sampel
dan nilai acid number ................................................................. 43
Gambar 4.7a. Carry 630 FTIR ......................................................................... 44
Gambar 4.7b. Sampel uji FTIR ........................................................................ 44
Gambar 4.8a. Spektrum FTIR hasil uji FTIR sampel JMEO dengan skala
transmittance 2 kali .................................................................. 46
Gambar 4.8b. Spektrum FTIR hasil uji FTIR JMEO
pada range skala transmittance yang sama .............................. 46
Gambar 4.9 Spektrum JMEO (hari ke-0, 7, 18, dan 38) .................................. 47
Gambar 4.10 Spektrum hasil uji FTIR JMEO ke 3 hari .................................. 47
Gambar 4.11a. Spektrum FTIR hasil uji FTIR sampel
MO dengan skala transmittance 2 kali.................................... 49
Gambar 4.11b. Spektrum FTIR hasil uji FTIR MO
pada range skala transmittance yang sama ............................. 49
Gambar 4.12 Spektrum MO (hari ke-0, 7, 18, dan 38) .................................... 50
Gambar 4.13 Spektrum hasil uji FTIR MO ke 3 hari ...................................... 50
Gambar 4.14a. Tampilan visual isolasi kertas dipanaskan
bersama mineral oil (MO) ....................................................... 51
Gambar 4.14b. Tampilan visual isolasi kertas dipanaskan bersama JMEO .... 51
Gambar 4.14c. Tampilan visual isolasi kertas sebelum dipanaskan ............... 51
Gambar 4.15 Ukuran spesimen isolasi kertas dalam uji tensile strength ......... 52
Gambar 4.16a. Spesimen isolasi kertas sebelum uji tarik ................................ 53
Gambar 4.16b. Spesimen isolasi kertas setelah uji tarik .................................. 53
Gambar 4.17 MTS Landmark Servo Hydraulic Test System ........................... 53
Gambar 4.18 Grafik uji tensile strength pada isolasi kertas tidak terendam .... 54
Gambar 4.19 Grafik uji tensile strenth pada isolasi kertas terendam MO ....... 54
Gambar 4.20 Grafik uji tensile strength pada isolasi kertas
terndam JMEO ........................................................................... 55
Gambar 4.21 Grafik tensile strength tidak terendam, JMEO, dan MO ........... 55
xviii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tampilan isolasi kertas selama pemanasan ...................................... 11
Tabel 2.2 Karakteristik isolasi kertas oleh industri Weidmann ....................... 11
Tabel 2.3 Karakteristik isolasi kertas Weidmann ............................................ 12
Tabel 2.4 Karakteristik dielektrik cair pada aplikasi tegangan tinggi .............. 13
Tabel 2.5 Sifat Physicochemical dan electrical pada CJCO ............................ 18
Table 2.6 Sifat Physicochemical JMEO, MO
dan Sifat Natural Ester dan MO ...................................................... 18
Tabel 2.7 Standar nilai DP ............................................................................... 22
Tabel 3.1 Uji verifikasi suhu oven listrik ......................................................... 27
Tabel 4.1 Sifat fisik JMEO............................................................................... 32
Tabel 4.2 Jenis-jenis Cannon Fenske beserta koefisiennya ............................. 37
Tabel 4.3 Hasil data T1 dan T1 pada JMEO dan MO ...................................... 38
Tabel 4.4 Data hasil viskositas kinematik pada
sampel uji JMEO dan MO............................................................... 39
Tabel 4.5 Data hasil acid number JMEO dan MO ........................................... 42
Tabel 4.6 FTIR analysis ................................................................................... 45
Tabel 4.7 Data hasil uji tensile strength ........................................................... 54
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi yang semakin modern khususnya dalam bidang energi listrik.
Kemajuan ini diikuti dengan meningkatnya pertumbuhan dan perkembangan
penduduk. Meningkatnya jumlah penduduk kebutuhan energi listrik juga semakin
bertambah. Kebutuhan daya listrik ini menyebabkan pembangkit harus memiliki
peralatan yang handal dan dapat beroperasi dengan baik demi menunjang
kebutuhan masyarakat di bidang energi. Salah satu peralatan yang dituntut handal
yaitu transformator. Transformator berfungsi dalam menghantarkan energi listrik
dari sisi primer ke sisi sekunder. Isolasi minyak dan isolasi kertas yang terdapat di
dalam transformator. Isolasi minyak berfungsi sebagai bahan dielektrik cair yang
menjaga peralatan dari tegangan lebih yang muncul pada peralatan. Isolasi kertas
diletakan diantara belitan agar tidak terjadi short akibat tegangan yang muncul.
Transformator tenaga memiliki sistem breather yang terhubung langsung ke
konservator. Sistem ini bekerja berdasarkan sistem sirkulasi udara, seperti diketahui
perubahan suhu pada minyak transformator dipengaruhi dengan jumlah beban.
Semakin besar beban yang dipikul maka perubahan suhu transfomator cepat
mengalami kenaikan. Panas yang timbul menyebabkan aliran fluida di dalam
transformator, aliran ini juga mengalir melewati sirip transformator. Sirip
transformator juga berperan dalam proses pendinginan bahan isolasi yang
2
dilengkapi dengan fan yang diletakkan di sekitar sirip transformator. Saat panas
maka gas mengalir keluar menuju sistem yang terdapat silica gel di dalamnya.
Namun ketika temperatur di dalam transformator berkurang maka udara masuk
melalui breather. Silica gel berperan dalam menyerap kelembaban udara luar.
Kualitas bahan isolasi minyak dapat dilihat dari sifat-sifat listrik dan kimia-fisiknya,
antara lain: tegangan breakdown, rugi dielektrik (tan ), resistansi, viskositas,
kandungan air, bilangan asam dan kestabilan oksidasi. Saat ini minyak nabati mulai
dikembangakan, dikarenakan minyak mineral dari bahan tambang jumlahnya
semakin menipis. Sehingga diharapkan minyak isolasi dari bahan nabati dapat
mengatasi masalah tesebut.
Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran dan analisis kesatabilan sifat fisik
minyak nabati berbasis minyak jarak pagar (JMEO) dengan melakukan pemanasan
minyak dengan temperature 120 0C ± 10% selama 38 hari. Dalam minyak terpanasi
direndam isolasi kertas untuk menirukan isolasi transformator yang sebenarnya.
Pengukuran juga dilakukan untuk minyak mineral sebagai pembanding serta
pengaruhnya terhadap isolasi kertas setelah dipanaskan selama 38 hari.
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian pada proposal ini adalah sebagai berikut:
1. Menguji dan mengukur tingkat kekentalan (viskositas kinematik), bilangan
asam (acidity number) pada minyak isolasi JMEO dan MO yang telah
dipanaskan pada temperatur 120 0C± 10% bersama dengan isolasi kertas
selama 38 hari.
3
2. Menguji dan menganalisi gugus fungsi dengan FTIR analysis pada minyak
isolasi JMEO dan MO yang telah dipanaskan pada temperatur 120 0C± 10%
bersama dengan isolasi kertas selama pemanasan 38 hari.
3. Mengetahui perubahan warna serta menguji dan mengukur kekuatan tarik
(tensile strength) pada isolasi kertas sebelum dan sesudah dipanaskan bersama
dengan minyak isolasi JMEO dan MO pada temperatur 120 0C ± 10% selama
38 hari.
1.3 Rumusan Masalah
Perumusan masalah pada penelitin ini meliputi pemanasan minyak JMEO dan MO
bersama isolasi kertas pada temperatur 1200C di dalam oven selama 38 hari serta
pengaruh terhadap besar nilai viskositas, acidity number, FTIR analysis, perubahan
warna isolasi kertas dan nilai tensile strength isolasi kertas. Pemanasan paksa pada
temperatur 120 0C selama 38 hari dilakukan agar proses penuaan minyak isolasi
JMEO dan MO dapat terjadi dalam kurun waktu yang lebih singkat. Penelitian ini
diharapkan minyak JMEO menjadi bahan alternatif pengganti MO sebagai bahan
isolasi.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penelitian ini membahas pengukuran dan pengujian untuk mengetahui tingkat
viskositas kinematik, acidity number, perubahan warna dan tensile strength
pada isolasi kertas serta gugus fungsi (FTIR analysis) pada isolasi minyak
JMEO dan MO.
4
2. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan media atau wadah pada kondisi
terbuka yang diterapkan pada isolasi minyak JMEO dan MO bersama isolasi
kertas pada temperatur 120 0C ±10% selama 38 hari.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Memberikan pemahaman kepada pembaca mengenai sifat fisik viskositas
kinematik, acidity number dari JMEO dan MO setelah dipanaskan pada
temperatur 120 0C± 10% bersama isolasi kertas selama 38 hari.
2. Memberikan pemahaman kepada pembaca mengenai gugus fungsi yang
muncul pada JMEO dan MO setelah pemanasan pada temperatur 1200C± 10%
bersama isolasi kertas selama 38 hari.
3. Memberikan pemahaman kepada pembaca mengenai perubahan warna dan
kekuatan tarik (tensile strength) pada isolasi kertas setelah pemanasan bersama
MO dan JMEO pada temperatur pemanasan 120 0C ± 10% selama 38 hari.
1.6 Hipotesis
Analisis dan Interprestasi dilakukan dengan membandingkan dua buah sampel uji.
Sampel dipanaskan dengan oven selama 38 hari non-stop dengan tegangan input
87,5 volt ± 10% pada temperatur 120 0C ± 10%. Sampel yang diujikan ada dua jenis
yaitu JMEO + kraft dan MO + kraft. Sampel yang dipanaskan dengan menggunakan
wadah terbuka yang diharapkan dapat menirukan sistem breather transfomator.
Penelitian ini diharapkan memperoleh data hasil yang baik yang meliputi viskositas
5
kinematik, acidity number, gugus fungsi (FTIR analysis), perubahan warna isolasi
kertas dan nilai TS (tensile strength). Sehingga dengan hasil baik pengaplikasian
minyak JMEO sebagai bahan isolasi dalam transformator dapat diterapkan sebagai
pengganti MO.
1.7 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penelitian, batasan
masalah, perumusan masalah, manfaat penelitian, hipotesis serta sistematika
penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisikan tentang teori pendukung yang diambil dari berbagai sumber
ilmiah yang digunakan dalam penulisan penelitian tugas akhir ini.
BAB III. METODE PENELITIAN
Bab ini berisikan tentang waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, metode yang
digunakan dan diagram penelitian yang digunakan dalam menyelesaikan penelitian
tugas akhir ini.
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang hasil dari penelitian berupa data hasil yang telah
didapatkan, mengetahui pengaruh suhu terhadap isolasi minyak mineral dan
minyak JMEO dengan isolasi kertas.
6
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab terakhir ini berisi kesimpulan dan saran setelah melakukan penelitian dan
berdasarkan dari hasil dan pembahasan yang telah dianalisis.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian, Fungsi, dan Prinsip Kerja Transformator
Tranformator merupakan peralatan sistem tenaga yang digunakan untuk
menyalurkan energi listrik AC (Alternating Current) dari sisi primer ke sisi
sekunder melaui sistem transmisi. Transformator bekerja berdasarkan induksi
elektromagnetik. Hukum Faraday dan Hukum Lorentz ketika arus AC mengalir
pada inti besi maka inti besi berubah menjadi magnet apabila inti besi dikelilingi
oleh belitan maka muncul beda-potensial di setiap belitan. Menurut ANSI batas
kerja dari transformator distribusi modern ≤ 65 0C [1].
Dalam tranformator tenaga terdapat sistem pernapasan atau disebut breathing
transframtor. Sistem breather yang bekerja berdasarkan sistem sirkulasi udara.
Perubahan temperatur pada minyak transformator dipengaruhi oleh jumlah beban.
Semakin besar beban yang dipikul maka perubahan temperatur minyak di dalam
transfomator cepat mengalami kenaikan.
2.1.1 Breathing Transformer
Breather transformator terhubung dengan konservator. Gas yang muncul akibat
kenaikan temperatur di dalam trasnformator keluar melalui pipa dari konservator
ke tabung silica gel. Ketika suhu dalam transformator tenaga mulai turun maka
8
udara masuk melalui silica gel. Silica gel berfungsi dalam menyerap kelembaban
udara. Sistem breather inilah yang berperan dalam mengatasi masalah gas yang
muncul akibat pemanasan isolasi minyak, sehingga kerusakan transformator dapat
di hindari. Sirip pada transformator berperan dalam proses pendingin isolasi
minyak.
Gambar 2.1 Komponen transformator tenaga[11]
2.2 Komponen Utama Transformator
Adapun fungsi beberapa komponen utama penyusun transformator tenaga adalah
sebagai berikut:
2.2.1 Inti Besi
Inti besi digunakan sebagai perantara fluks listrik akibat adanya arus bolak-balik
yang mengalir dan memotong kumparan listrik. Fluks merambat melalui
permukaan inti besi, dengan inti yang disusun berlapis-laspis. Sehingga semakin
banyak lapis pada inti besi transformator maka besar aliran fluks semakin besar.
9
2.2.2 Belitan Tembaga
Belitan tembaga dililitkan pada inti besi berpengaruh terhadap arus dan tegangan
keluarannya [1]. Belitan kawat tembaga pada inti besi biasanya dililitkan pada sisi
primer (input) dan sisi sekunder (output). Perbandingan jumlah belitan pada sisi
primer dan sisi sekunder menetukan besar arus yang menjadi keluaran
transformator.
2.2.3 Isolasi Transformator
Isolasi transformator meliputi isolasi minyak dan isolasi kertas yang berperan
penting dalam menjaga peralatan tetap bekerja sesuai fungsinya. Sehingga penting
menentukan kualitas dan kondisi dari bahan isolasi. Kualitas Isolasi minyak dapat
ditentukan melalui pengujian seperti keasaman, viskositas, tegangan tembus, dan
stabilitas oksidasi dalam kandungan minyak isolasi. Kualitas isolasi kertas
ditentukan dengan pengujian DP (Degree of Polimerazation), TS (Tensile
Strength), perubahan warna dan struktur ikatan selulosa-nya.
2.2.3.1 Isolasi Kertas
Isolasi kertas (selulosa) terbuat dari serat kayu berbahan lunak. Kayu lunak
memiliki tingkat fleksibelitas yang baik dan lebih kuat dari kayu yang memiliki
dasar keras. Kayu lunak memiliki serat yang lebih panjang daripada pada kayu
keras.
10
Berikut ini merupakan penyusun bahan selulosa yaitu sebagai berikut:
Gambar 2.1 Anhydro β-D-glucopyranosa Monomer units[9]
Oksigen glikosidik pada Gambar 2.1 disebut juga cincin glukosa merupakan
parameter yang penting untuk kekuatan mekanik isolasi kertas. Cincin glukosa
terhubungkan melalui gugus hidoksil untuk membentuk serat selulosa. Isolasi
kertas terdiri dari 90% selulosa, 6-7% semi-selulosa, lignin dan pentosa. Lignin
memberikan ikatan serat lebih kaku untuk kekutannya dan fleksibilitas ekstra.
Kekuatan dari isolasi kertas dipengaruhi oleh kandungan semi-selulosa[9].
Gambar 2.2 Serat bahan selulosa dalam makro dan mikro[9]
11
(a) (b)
Gambar 2.3 Tampilan mikroskopik isolasi kertas (a) nilai DP tinggi, (b) nilai DP
rendah[6]
Tabel 2.1 Tampilan isolasi kertas selama pemanasan[6]
Tabel 2.2 Karakteristik isolasi kertas oleh industri Weidmann[10]
12
Tabel 2.3 Karakteristik isolasi kertas Weidmann[10]
2.2.3.2 Minyak Isolasi
Sistem isolasi tranformator mempengaruhi kehandalan sistem tenaga. Mineral oils
merupakan jenis isolasi yang umum digunakan pada transformator tenaga. Selain
berperan untuk menahan lonjakan tegangan juga berperan sebagai pendingin dalam
transformator [3]. Berbagai jenis minyak isolasi telah banyak dikembangkan salah
satunya minyak jarak. Minyak jarak diperoleh dari biji jarak pagar yang melalui
proses ekstraksi dan sudah teresterifikasi secara kimia. Minyak jarak dapat
diperoleh dengan mudah, melimpah, produk non-pangan dan dapat diperbaharui.
Semakin baik sifat fisik minyak isolasi maka kemampuan dari transformator
semakin baik. Berikut ini merupakan tabel klasifikasi minyak umum digunakan
sebagai bahan dielektrik pada peralatan listrik adalah sebagai berikut:
13
Tabel 2.4 Karakteristik dielektrik cair pada aplikasi tegangan tinggi[2]
Cairan
Isolasi
Permitivitas
relatif
(휀𝑟)
Viskositas
Dinamis
(Pa.s)
Loss
Tangent
(tan 𝛿)
Kekuatan
Dielektrik
(kV/cm)
Aplikasi
Isolasi
Minyak
Mineral
Suhu 200 C,
50 Hz = 2.0
Suhu 400
C 0.0067-
0.0143
Tr, oils
suhu 270 C
0.0243
50 Hz, 200
C ≤ 10−3
900 C ≤
4× 10−3
350...500
nilai minimal
untuk
transformator
≥300
CB ≥175
Trafo
daya, CTs,
PTs, CB,
Bushing,
kabel,
kondenser
Minyak
Linseed
Suhu 200 C,
50 Hz = 3.2
Suhu 400
C ≈0.0260
Suhu 1000
C ≈0.0067
50 Hz,
200C >10−3
- -
Minyak
Castor
Suhu 200 C,
50 Hz
antara 4.2
dan 4.5
Suhu 400
C ≈0.2684 Suhu 1000
C ≈0.0192
50 Hz,
200C <10−2
175 – 250 Kondenser
Chorin
Diphenil
Suhu 200 C,
50 Hz
antara 4-6
Suhu 200
C ≈0.0600 Suhu 900
C ≈0.0040
200 C, 50
Hz 10−4 -
10−3
250 - 500 Trafo,
Kondenser
Minyak
Silicon
Suhu 200 C,
50 Hz = 2.6
Suhu 200
C
0.0096-
0.9700
200C,
50Hz <10−4
300 - 400 Kabel,
Kondenser
, Bushing
14
Berikut merupakan klasifikasi dieletrik cair yang dibagi menjadi beberapa jenis
yaitu:
Gambar 2.4 Klasifikasi bahan dielektrik cair[2]
Tabel 2.4 menunjukan berbagai jenis bahan dielekrik cair yang aplikasikan pada
sistem tenaga listrik. Masing-masing minyak memiliki kekuatan dielektrik yang
berbeda. Kekuatan dielektrik minyak isolasi mempengaruhi kehandalan peralatan
Material isolasi
cair
Organik Inorganik
Natural Sintetik
Produk
Petroleum
Cairan Sintetik
bebas Halogen Produk Agro Subtitusied
Hydrocarbon
Minyak mineral
dan bahan
isolasi
hidrokarbon
lainnya misal:
Vaseline,
Aspalt, Bitumen
dsb
Polyisobutylene,
Dodecylbenzol
dan
Siliconpolycon-
ensate (minyak
silicon)
Minyak sayur,
Wax, Resins
dan Minyak
kayu
Chlorinated
Diphenyles, Di-
Tri, Tetra atau
Pentaclorodiph-
enyles misal:
Sowol (Rusia),
Pyranol (USA),
Cholophen dan
Orophen
(Germany)
15
sistem tenaga, semakin baik dielektrik suatu bahan isolasi maka kerusakan suatu
peralatan dapat dihindari. Jenis bahan isolasi pada Tabel 2.1 Minyak mineral yang
memiliki sifat fisik lebih baik sehingga banyak diaplikasikan pada peralatan
tegangan tinggi yang diharapkan dapat menahan lonjakan tegangan yang muncul
secara tiba-tiba. Minyak isolasi selain berfungsi sebagai bahan dielektrik juga
berfungsi sebagai pendingin dalam peralatan sistem tenaga.
Berdasarkan klasifikasi Gambar 2.1 material isolasi cair dibagi menjadi beberapa
jenis yaitu organik dan inorganik. Minyak mineral dan JMEO tergolong jenis isolasi
cair organik yang berasal dari produk protalium (produk hasil tambang) dan produk
agro.
2.2.3.2.1 Mineral oil
Minyak mineral diperoleh dari hasil tambang minyak bumi melalui proses
penyulingan yang terkandung senyawa hidrokarbon dari unsur C (karbon) dan H
(hidrogen). Sifat bahan isolasi minyak dipengaruhi dari komposisi kimianya.
Minyak mineral terdiri dari senyawa hidrokarbon jenuh (misal: paraffinic dan
napthenic (CnH2n) dan senyawa hidrakarbon tak jenuh (misal: aromatics)[2].
16
Gambar 2.5 Struktur molekuler dasar minyak mineral[2]
Life time transformator dipengaruhi oleh kualitas bahan isolasi. Proses oksidasi dan
buruknya kualitas dari sifat fisik bahan isolasi menyebabkan munculnya beberapa
senyawa seperti: aldehid, keton, hidroperoksida serta asam karboksilat. Kandungan
ini sangat tidak diharapkan karena dapat mengakibatkan kegagalan isolasi.
Gambar 2.6 Oksidasi minyak mineral[9]
Proses oksidasi yang terjadi pada minyak mineral berdasarkan Gambar 2.3, proses
ini diawali dengan molekul hidrokarbon bereaksi dengan oksigen sehingga
17
menghasilkan radikal. Selanjutnya radikal yang muncul bereaksi dengan O2 untuk
menghasilkan molekul baru yaitu peroksida [9].
2.2.3.2.2 Vegetable Oil
Vegetable oil merupakan minyak yang diperoleh dari hasil ekstaksi tumbuh-
tumbuhan misalnya: jagung, biji matahari, kedelai, biji jarak dan lain sebagainya.
Minyak jenis ini sifat ramah lingkungan dibandingkan minyak mineral. Minyak
yang berasal dari biji rami, kedelai dan biji jarak merupakan bahan yang penting
dalam produksi minyak resin alkalin. Minyak kedelai dengan epoxyresin biasanya
digunakan sebagai pelembut untuk beberapa bahan sintetis. Minyak jarak memiliki
kandungan hidroksida ± 5% (reagen polisosianida). Struktur senyawa kimia dari
minyak ini adalah C18H32OHCOOH dengan permitivitas 4,2 dan 4,5[2].
2.2.3.3 Jatropha Curcas Oil (JCO)
Biji jarak terkandung 30-40% minyak, 79% asam lemak tak jenuh dan asam lemak
jenuh sebesar 21% [12]. JCO berasal dari biji jarak setelah melalui proses ektraksi.
Minyak jarak diproses secara esterifikasi berbasis katalis alkali menggunakan
kalium hidroksida (KOH), sehingga diharapkan menghasilkan JMEO yang
memiliki sifat physicochemical serta kekuatan dielektrik yang dapat diterima
sebagai bahan isolasi alternatif. Penelitian pernah dilakukan oleh Henry B.H.
Sitorus mengenai sifat physicochemical dan Electrical JMEO dan MO. Pada
penelitian ini juga dijelaskan mengenai chemical process dan proses esterifikasi
pada JMEO. Tabel 2.5 berikut menampilkan sifat physicochemical dan electrical
pada CJCO (Crude Jatropha Curcas Oil).
18
Tabel 2.5 Sifat Physicochemical dan electrical pada CJCO [3]
Table 2.6 Sifat Physicochemical JMEO, MO dan Sifat Natural Ester dan MO[3]
Sifat Metode JMEO MO
Spesifikasi
untuk Natural
Ester baru
(IEEE
c.57.147)
Spesifikasi
untuk MO
baru
(IEEE
c.57.106)
Kerapatan
Relatif pada
150 [g/cm3]
ASTM
D1298 0.8960 0.879 ≤ 0.96 -
Kinematic
Viscosity
[mm2/s or
cst]
ASTM
D445 10.45 9.4 ≤ 50 ≤ 12
Kandungan
Air sebelum
penyerapan
[ppm atau
mg/kg]
ASTM
D1533 1159.78 - - -
Kandungan
air sesudah
penyerapan
[ppm atau
mg/kg]
ASTM
D1533 64.91 11.57
≤ 300
(peralatan ≤ 69
kV), ≤ 150
(peralatan 69 –
230 kV, ≤ 100
(peralatan
bertegangan ≥
230 Kv)
≤ 35
Nomor
idodium
[%wt]
AOCS
Cd. 1-25 41.43 - - -
Total Acid
[mg KOH/g]
ASTM
D664 0.0708 0.01 ≤ 0.06 ≤ 0.03
Flash Point
[0C]
ASTM
D92 191 148 ≥ 275 ≥ 145
Sifat Nilai
Kerapatan Relatif pada 150C (g/cm3) 0.90 – 0.95
Viskositas Kinematik pada 400C
(mm2/s) 30 – 55
Kandungan Air (ppm atau mg/kg) 1000 – 2000
Keasaman (acid) (mg KOH/g) 0.90 – 1.50
Flash Point (0C) ≥ 240
Tegangan Tembus (kV) nilai maks. 35 – 85
19
2.3 Pengaruh Pemanasan Pada Bahan Isolasi Minyak dan Isolasi Kertas
Pemanasan yang terjadi pada bahan isolasi dikarenakan pembebanan yang terjadi
secara terus-menerus. Hal ini menyebabkan temperatur inti transformator menjadi
panas secara tidak langsung bahan isolasi di dalam transformator menjadi panas.
Pemanasan terus-menerus secara perlahan menyebabkan penuaan dan menurunnya
sifat fisik dari bahan isolasi[6]. Pemburukan bahan isolasi dapat meyebabkan
menurunnya kekuatan dielektrik dan hal terburuk kerusakan pada transformator.
2.4 Acidity Number dan Viskositas Kinematik
Acidity number (bilangan asam) mengacu pada standar IEEE c.57.147 memberikan
standar ≤ 0,06 untuk natural ester dan standar IEEE c.57.106 ≤ 0,03 untuk mineral
oils[3]. Acid number atau bilangan asam berpengaruh pada tingkat korosi yang
muncul pada transformator. Semakin banyak isolasi minyak terkontaminasi maka
semakin buruk kemampuan dielektriknya. Viskositas kinematik merupakan nilai
kekentalan dari bahan isolasi. Pada dasarnya isolasi minyak mengisi ruang di dalam
transfomator, panas yang muncul pada minyak isolasi secara alami mengalami
gerak fluida. Transformator memiliki sistem breather dan sirip radiator yang
berfungsi sebagai pendingin.
2.5 FTIR (Fourier Transform Infrared) Spectroscopy
FTIR merupakan salah satu metode menggunakan gelombang infrared. Radiasi
infrared yang ditembakkan langsung ke sampel uji6]. Data output berupa spektrum
dengan besaran wavenumber dan transmittance tertentu. FTIR digunakan untuk
mengetahui gugus fungsi dari bahan uji. Namun kekurangan dari FTIR yaitu sifat
20
dan jenis senyawa dari bahan uji tidak diketahui. Berikut ini merupakan gambar
skematik diagram proses FTIR analysis dan peralatan FTIR yaitu sebagai berikut:
(a) (b)
Gambar 2.7 (a) Skematik diagram FTIR analysis, (b) FTIR Spectrometer[6]
2.6 DP (Degree of Polymerazation) dan TS (Tensile Strength)
DP merupakan suatu keadaan munculnya ikatan satu molekul atau lebih dalam
kandungan isolasi minyak. TS merupakan pengujian untuk mengetahui kualitas
isolasi kertas dengan menarik sampel uji hingga batas tertentu. TS mengacu pada
standar ASTM E8/E8M [13]. Hasil output berupa grafik hubungan antara nilai
stress (MPa) dan axial diplacement. Axial diplacement merupakan panjang titik
awal spesimen sebelum ditarik hingga batas muncul retakan pada spesimen setelah
ditarik.
Gambar 2.8 Bentuk spesimen isolasi kertas dalam uji tensile strength[13]
21
Gambar 2.8 menjelaskan bahwa:
L = Panjang keseluruhan bahan uji
B = Panjang bagian grip
A = Total bagian yang dihilangkan
C = Lebar bahan uji
Pengukuran mengenai DP pada isolasi kertas memberikan gambaran mengenai
perawatan yang harus dilakukan.
Berikut ini merupakan standar DP (Degree of Polymerazation) sebagai berikut:
Tabel 2.7 Standar nilai DP[7]
Nilai DP Indikasi
<200 Isolasi kertas mencapai titik kritis, perlu dilakukan
perawatan dan pengamatan secara visual.
200 – 250 Isolasi kertas mendekati atau berada pada kondisi kritis,
perlunya perawatan secepatnya dan sesegera mungkin,
pengujian DP sampel kertas.
260 – 350 Isolasi kertas mendekati titik kritis. Disarankan pengecekan
secara berkala atau melakukan pengujian sampel dalam 1
tahun untuk mengetahui kondisi sampel isolasi.
360 – 450 Isolasi kertas mulai mendekati titik kritis. Disarankan
pengecekan sampel kembali dalam waktu 1 – 2 tahun.
460 – 600 Isolasi kertas mengalami penurunan namun masih jauh dari
titik kritis.
610 – 900 Sedikit mengalami penurunan
>900 Tidak terdeteksi degradasi dalam isolasi kertas
22
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan pada Mei 2018 – Januari 2019. Adapun tempat
dilaksanakannya penelitian ini yaitu:
1. Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Laboratorium Teknik Tegangan
Tinggi, Universitas Lampung.
2. Laboratorium Biomassa, Universitas Lampung.
3. PT. Lemigas PPTMGB Jakarta Selatan
3.2 Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu sebagai berikut:
1. Satu unit laptop edisi windows 8.1 pro dengan spesifikasi AMD A8-4500M
APU HD Graphics 1.90 GHz sebagai media pengolahan data.
2. Oven konvensional yang telah dimodifikasi digunakan sebagai alat pemanasan
paksa sampel JMEO dan MO bersama isolasi kertas.
3. Voltage regulator (0-240 volt) digunakan untuk mengatur tegangan input ke
elemen pemanas.
4. Elemen Pemanas 660 Watt digunakan sebagai pemanas di dalam oven.
23
5. Kabel Nivin 8 mm, Kabel NYM dan Switch SPDT.
6. Termometer infrared Benetech GS320 (50-380 0C.) digunakan untuk
pembacaan suhu di dalam oven.
7. Sampel JMEO dan MO masing-masing 1 liter.
8. Dua buah wadah untuk masing-masing sampel JMEO dan MO 500 ml yang
akan dipanaskan di dalam oven.
9. Wadah sampel uji 3 ml (FTIR) 14 buah, 15 ml (viskositsa kinematik) 14 buah
dan 40 ml (acid number) 6 buah yang digunakan dalam uji laboratorium.
10. 24 Syringe 5 ml dan tisu. Syringe digunakan untuk memasukan sampel minyak
uji pada alat uji dan tisu untuk membersihkan alat uji setelah pemakaian.
11. Methanol, DCM dan n-heksana digunakan untuk melarutkan sisa-sisa minyak
di dalam cannon fenske.
12. FTIR device digunakan untuk mengetahui spektrum dari JMEO dan MO.
13. Viskometer dugunakan untuk mengetahui nilai kekentalan (viskositas) pada
sampel JMEO dan MO.
14. Pipet kaca pyrex digunakan untuk memasuk JMEO dan MO hasil pemanasan
ke wadah uji laboratorium.
15. Isolasi kertas berukuran 5 cm × 5 cm 32 buah dan 5 cm × 10 cm 4 buah untuk
uji tensile strength.
24
3.3 Desain Alat dan Bahan Pengujian JMEO dan MO
Berikut ini merupakan desain alat pemanasan sampel uji yaitu sebagai berikut:
Gambar 3.1 Desain alat pemanasan paksa JMEO dan MO bersama isolasi kertas
(a) (b)
Gambar 3.2 (a) Voltage regulator dan oven konvensional yang telah dimodifikasi,
(b) Termometer infrared Benetech GS320
25
(a) (b)
Gambar 3.3 (a) Carry 630 FTIR, (b) Viskometer NVS 210 23210
Gambar 3.4 MTS Landmark Servo Hydraulic Test System
26
3.4 Tahapan Pengerjaan Tugas Akhir
Berikut ini adalah tahapan dilakukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini yaitu:
1. Studi Literatur
Studi literatur yaitu mempelajari materi yang berkaitan topik tugas akhir.
Materi didapat dari berbagai referensi ilmiah baik dari jurnal ilmiah, buku,
maupun skripsi yang berkaitan dengan tugas akhir.
2. Studi Bimbingan
Studi bimbingan dilakukan dengan berdiskusi antar penulis dan dosen
pembimbing tugas akhir untuk memperoleh, menambah wawasan mengenai
tugas akhir serta mencari solusi dalam menyelesaikan kendala yang muncul
dalam tugas akhir.
3. Pembuatan dan Proses Uji Suhu Oven Listrik
Oven listrik diperlukan dalam proses pemanasan sampel uji pada temperatur
120 0C ± 10 %. Oven listrik menggunakan satu pasang elemen pemanas
masing-masing tingkat (rak atas dan rak bawah). Elemen pemanas yang
diletakan di dalam oven dihubungkan dengan kabel nivin yang tahan terhadap
panas hingga 125 0C. Elemen pemanas dihubung paralel dengan switch SPDT
menggunkaan kabel NYM selanjutnya dihubungkan ke voltage regulator (0 -
240 volt). Pengaturan ON dan OFF elemen pemanas dilakukan oleh switch
SPDT yang memiliki satu masukan dan dua keluaran. Pemasangan satu pasang
elemen pada masing-masing tingkat bertujuan agar elemen tidak mudah rusak
dan dapat bertahan lama. Switch pada elemen pemanas dilakukan setiap 8
(delapan) jam sekali.
27
Pengujian suhu elemen pemanas dilakukan dengan memberikan inputan
tegangan bervariasi pada batas waktu tertentu. Pembacaaan suhu menggunakan
termometer infrared yang ditembakkan langsung ke sampel minyak. Jarak dan
objek yang ditembakkan mempengaruhi pembacaan dari termometer ini
Sehingga diperoleh suhu minyak 117 0C atau mendekati suhu 120 0C pada
tegangan 87,5 volt.
Tabel 3.1 Uji verifikasi suhu oven listrik
Tegangan
(Volt)
Waktu
Verifikasi
Suhu Minyak (0C)
Rak Atas Rak Bawah
50 7 Jam 76,3 68,7
75 16 jam 95,5 81,9
80 6 jam 103,9 96,1
85 8 jam 112,7 105,9
87,5 10 jam 116,5 109,4
95 7 jam 131,3 118,8
100 7 jam 152, 3 132,9
4. Persiapan JMEO, MO dan Isolasi Kertas
Material JMEO dan MO dipersiapkan. Pemanasan dilakukan bersama Isolasi
kertas yang dipotong dengan ukuran 5 cm × 5 cm 32 buah dan 5 cm × 10 cm 4
buah untuk uji tensile strength.
5. Persiapan Wadah Minyak Uji Pemanasan dan Wadah Uji Laboratorium
Empat buah wadah stainless 500 ml digunakan pada proses pemanasan di
dalam oven dengan kondisi terbuka atau mengikuti bentuk transformator
tenaga (breathing transformer). Wadah uji sampel laboratorium ditentukan
berdasarkan tujuan pengujian dari bahan sampel JMEO dan MO yaitu 3 ml
28
(FTIR) 14 buah, 15 ml (viskositsas) 14 buah dan 40 ml (acid number) 6 buah.
Wadah sampel uji laboratorium menggunakan bahan kaca dikarenakan sampel
minyak dalam kondisi panas.
6. Pemanasan Paksa JMEO dan MO bersama Isolasi Kertas
Pengujian dilakukan menggunakan empat wadah uji untuk sampel JMEO dan
MO bersama isolasi kertas. Bahan uji JMEO dan MO dipanaskan pada
temperatur 120 oC ± 10 % tegangan 87,5 Volt ± 10% bersama isolasi kertas.
Masing-masing wadah berisi 500 ml JMEO dan MO (2 wadah JMEO dan 2
wadah MO).
Pada masing-masing wadah JMEO dan MO dimasukan 8 buah isolasi kertas (5
cm × 5 cm) dan 2 wadah berisi isolasi kertas (5 cm × 10 cm). Sampel JMEO
dan MO dimasukan ke dalam oven pemanas (2 di rak atas dan 2 di rak bawah)
dan wadah untuk uji tensile strength di rak bawah. Pemanasan paksa selama
38 hari bertujuan untuk mengetahui sifat fisik bahan isolasi yaitu viskositas
kinematik, acidity number, gugus fungsi, perubahan warna isolasi kertas dan
nilai tensile strength. Pemanasan 38 hari dilakukan karena jumlah sampel
minyak JMEO dan MO pada pengambilan masing-masing sampel uji tidak
mencukupi. Batas pemanasan ini dilakukan agar isolasi kertas tetap terendam
di dalam minyak hingga akhir pemanasan.
Selama proses pemanasan temperatur di dalam oven mengalami penurunan.
Selain karena tegangan dari sumber tidak stabil, elemen pemanas juga
mempengaruhi temperatur di dalam oven. Semakin lama pemakaian elemen
pemanas maka bahan keramik yang mengelilingi inti elemen pemanas dan
perubahan panjang inti elemen pemanas terjadi perubahan.
29
7. Pengambilan Sampel UJI MO dan JMEO
Pengambilan sampel uji viskositas kinematik (kekentalan) dan FTIR dilakukan
pada hari ke 0, 3, 7, 12, 18, 26 dan 38. Uji viskositas kinematik dibutuhkan 12
ml baik JMEO maupun MO. Uji FTIR membutuhkan 3 ml untuk masing-
masing sampel ujinya. Sementara pengambilan uji acid number dilakukan pada
hari ke 0 (sebelum pemanasan), 18 dan 38 yang membutuhkan 40 ml baik
JMEO maupun MO. Perubahan warna dan uji tensile strength isolasi kertas
dilakukan pada yaitu hari ke 0 (sebelum pemanasan) dan 38. Sampel minyak
yang diambil disimpan dan ditutup rapat untuk menghindari pengaruh dari
udara luar.
8. Proses Pengujian Viskositas Kinematik
Pengujian ini menggunakan viskometer NVS 210 23210 yang mengacu pada
standar ASTM-D445. Cannon fencke memiliki ukuran, nomor series dan
kofisien pengali yang berbeda. Berikut proses pengujian viskositas kinematik
yaitu:
1. Menghidupkan viskometer hingga suhu stabil 40 oC atau hingga muncul
tulisan PID pada display viskometer.
2. Menyiapkan sampel uji JMEO dan MO (sampel hari ke- 0, 3, 7, 12, 18, 26
dan 38).
3. Memasukan sampel uji dengan menyuntikannya ke dalam cannon fenske.
Syringe sampel secara perlahan, untuk cannon fenske size 100 dibutuhkan
sampel sebanyak 12.1 ml dan 11,3 ml untuk cannon fense size 200. Sampel
uji JMEO (hari ke-3), MO (hari ke- 3) dan MO (hari ke-38) mengunakan
30
cannon fenske size 100 no. series 57682. Sampel hari ke-0 (tanpa
pemanasan) menggunakan cannon fenske size 50 no. series 57475.
Sementara sampel uji JMEO dan MO hari ke- 7, 12, 18, 26 menggunakan
cannon fenske size 100 no. series 57684. Sampel JMEO hari ke-38
menggunakan cannon fenske size 200 no. series 59524.
4. Setelah selesai menyuntikan sampel, secara perlahan letakan ke dalam
viskometer (NVS 210 23210).
5. Menyiapkan timer untuk mencatat waktu yang diperlukan sampel uji
mengalami kenaikan pada setiap section-nya yaitu section E, F dan I
(perhartikan Gambar 4.2). Waktu mulai dihitung setelah melewati section
A (start awal), C (T1) dan J (T2).
6. Waktu yang tercatat pada section C (T1) dan J (T2) dijadikan acuan dalam
perhitungan data.
7. Menarik kembali sampel uji (JMEO dan MO) menggunakan karet pipet
hingga sampel minyak berada di bawah section E (perhatikan Gambar
4.2). Kemudian ulangi kembali dari langkah nomor 5 (lima), pengulangan
dilakukan sebanyak dua kali yang bertujuan untuk memperolah data yang
lebih baik.
8. Proses Pengujian FTIR
Berikut merupakan proses pengujian FTIR yaitu
1. Menyiapkan bahan sampel uji JMEO dan MO, serta tisu dan syringe.
2. Membersihkan piringan FTIR dengan tisu sebelum digunakan sebagai
tempat sampel.
31
3. Memasukan sampel uji ke dalam syringe ± 1 ml, setelah teteskan sampel
ke meja uji (piringan FTIR). Lakukan berurutan dari sampel JMEO (hari
ke 0, 3, 7, 12, 18, 26 dan 30) dan MO (hari ke 0, 3, 7, 12, 18, 26 dan 30).
4. Menyimpan hasil data dari sampe uji JMEO dan MO. Data yang tersimpan
berupa excel dan grafik.
5. Melakukan analisis hasil uji FTIR dari JMEO dan MO.
9. Proses Pengujian TS (Tensile Strength)
Berikut ini merupakan proses pengujian TS yaitu:
1. Menyiapakan spesimen isolasi kertas seperti Gambar 4.15 dan Gambar
4.16. Spesimen uji harus memiliki ketebalan 8 mm dengan menambahkan
kayu disetiap sisi ujung spesimennya.
2. Menginputkan data spesimen seperti diameter dan ketebalan.
3. Menempatkan spesimen terendam MO, terendam JMEO dan tidak
terendam pada alat uji tarik seperti Gambar 3.4 secara bergantian.
4. Penarikan spesimen uji dapat dihentikan ketika muncul retakan pada
bagian tengah dari spesimen uji.
5. Mencatat data hasil uji tarik dari masing-masing spesimen.
10. Pengolahan Data Hasil Pengujian Bahan Isolasi
Tahap ini, penulis mengolah data dari hasil pengujian material isolasi yang
telah dilakukan. Data yang diperoleh dianalisis sehinggga dapat
diinterprestasikan dan dibuktikan kebenarannya.
32
3.5 Diagram Blok Tugas Akhir
Gambar 3.2 Diagram Blok tugas akhir
Mulai Penelitian
Mempersiapkan Alat dan
Bahan Pengujian
JMEO MO
Dipanaskan 1200C ± 10 % Dipanaskan 1200C ± 10 %
Uji Viskositas Kinematik
Acidity Number, FTIR,
Perubahan Warna Isolasi
Kertas dan Tensile Strength
Interprestasi dan
Pengolahan Data
Analisis Data Hasil
Selesai
53
BAB V
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Nilai viskositas kinematik baik JMEO maupun MO selama pemanasan 38 hari
mengalami peningkatan namun masih dalam batas yang diizinkan yaitu ≤ 50
natural ester (IEEE c.57.147) dan ≤ 12 mineral oils (IEEE c.57.106).
2. Acid number (bilangan asam) pada sampel JMEO dan MO setelah dipanaskan
selama 18 dan 38 hari memiliki nilai bilangan asam yang buruk dan sudah
melewati standar yang izinkan yaitu ≤ 0,06 untuk natural ester dan ≤ 0,03
mineral oils.
3. Spektrum FTIR pada jenis sampel JMEO dan MO tidak begitu banyak
perbedaan. Pada JMEO memiliki variasi ikatan C=O (trigliserida atau ester)
sementara MO tidak memiliki ikatan tersebut, namun MO memiliki variasi
ikatan N-H. Pada JMEO ikatan O-H muncul pada sampel hari ke-0, 3, 12, dan
26, sementara MO muncul pada sampel hari ke-7, 12 dan 18. Hal ini dapat
dipengaruhi oleh faktor internal (kualitas sampel) dan eksternal (proses
pemanasan).
4. Selama pemanasan 38 hari penuaan bahan isolasi kertas yang direndam
bersama mineral oil (MO) memiliki warna yang lebih gelap jika dibandingkan
dengan bahan isolasi kertas yang direndam di dalam JMEO. Bahan isolasi ini
54
juga dibandingkan dengan isolasi kertas sebelum proses pemanasan. Sehingga
jenis minyak yang digunakan selama proses pemanasan sangat mempengaruhi
warna bahan isolasi kertas.
5. Nilai hasil uji tensile strength terendam JMEO yaitu besar nilai 38,143 MPa.
Isolasi kertas yang terendam di dalam MO memiliki besar tensile strength
21,961 MPa dan tidak terendam diperoleh nilai tensile strength sebesar 44,243
MPa. Sehingga besar nilai tensile strength yang terendam di dalam MO selama
38 hari memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan isolasi kertas
terendam JMEO dan tidak terendam.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat diberikan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mengkaji dalam mengenai mengenai standar uji terkait pemanasan sampel uji
seperti temperatur dalam oven, wadah sampel uji, pengaturan besar tegangan
input yang sesuai kondisi tranformator sebenarnya.
2. Mengkaji mengenai tingkat keasaman JMEO dan MO yang tinggi dengan
mencoba menyempurnakan melalui proses adsorden yang telah di aktifasi
dengan H3PO4 secara kimiawi.
3. Mengakaji lebih dalam mengenai material dan penyempurnaan JMEO agar
dapat digunakan sebagai pengganti MO sebagai bahan isolasi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Nurani, Cahya, Citra, “Analisis dan Teknik Interprestasi Perbandingan Dissolved Gas Analysis (DGA) Antara Minyak Mineral dan Minyak Ester,”
Skripsi. Universitas Lampung, 2017.
[2] Arora, Ravinda dan Mosh, wofgang, “High Voltage and Electrical Insulation
Engineering,” IEEE Press., A John Wiley and Sons, 2011. [3] Henry B.H.S., Rudy Setiabudy, A. Beroual, and Setijo Bismo, “Pysicochemical
and electrical Properties of Jatropha Curcas Methyl Ester as a Subtitute for
Mineral Oil,” IEEE Confence on Liquid Dielectric, Bled, Slovenia, 30 Juni – 3
Juli 2014.
[4] Mtetwa, Sedwell, Nkosenya, “Accuracy of Furan Analysis in Estimating the
Degree of Polymerazation ini Power Transformer,” University of the
Witwaterstran.
[5] ASTM Standard D 2440-99, “Standard Test Menthod for Oxidation of Mineral
Insulation Oil,” United State.
[6] Abi Munajad, Cahyo Subroto, and Suwarno, “Fourier Transform Infrared
(FTIR) Spectroscopy Analysis of Tranformer Paper in Mineral Oil Paper
Composite Insulation Under Accelerated Thermal Aging,” MDPI, 2018.
[7] Suryandi, Asep, Andi,” Diagnosis Isolasi Transformator,” Thesis, ITB, 2013.
[8] Stefan Tembohlen and Maik Koch,” Aging Performance and Moisture
Solubility of Vegetable Oil for Power Transformer,” IEEE Transactions on
Power Delivery, Vol.22, no. 2, April 2010.
[9] Aziz, Nurhafiz, “Ageing Assesment of Insulation Paper with Consideration of
In-Service and Natural Ester Application,” University of Manchester, Faculty
of Engineering and Physical Sciences,” Thesis, 2012.
[10] Wiedman,”Electrical Insulating Paper,” Weidman Electrical Technology AG,
Neue Jonastrasse 60, 8640 rapperwil, Switzerland.
[11] Mardansyah, Mustarum, and Tachrir, “The Analysis of Loading Influence On
Power Transformer Temperatur,” Fakultas Teknik, Universitas Indonesia,
2013.
[12] Jan Nisar, Rameez Razaq, Muhammad Farooq, et al., “Enhanced Biodiesel
Production from Jatropha Oil Using Calcined Waste Animal Bones as Catalyt”
Pakistan, 2017.
[13] ASTM E8/E8M-09, “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic
Material,” AASHTO No. T68.
[14] ASTM D445-06, “Standard Test Method for Kinematic Viscosity of
Transparent and Opaque Liquids (and Calculation of Dynamic Viscosity,”
British Standard 2000 part 71:1990.
[15] A.Y. Oyerinde, E.I. Bello,” Use of Fourier Transformation Infrared (FTIR)
Spectroscopy for Analysis of Functional Groups in Peanut Oil Biodiesel and
Its Blends” British, 2015.