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.