BAB IV. HASlL DAN PEMBAHASAN
A.
PEMlLlHAN BAHAN DASAR PELUMAS Pernilihan bahan dasar pelumas dalam formulasi rolling oil m e ~ p a k a n langkah pertama yang sangat rnenentukan kualitas rolling oil yang dihasilkan. Seperti telah disebutkan pada bab sebelurnnya bahwa fungsi rolling oil ialah untuk mendinginkan dan melindungi lembaran pelat baja dan permukaan tandem (roll) dari goresan, karat dan kerusakan lainnya sehingga dihasilkan pelat baja yang rata, muius dan tidak bergores. Minyak jarak yang rnemitiki karakteristik spesifik,
diharapkan dapat digunakan sebagai bahan dasar
pelumas rolling oil dengan kinerja yang baik. Minyak jarak yang digunakan dalam penelitian ini merupakan hasil produksi PT Kirnia Farrna Semarang. Pemurnian minyak jarak yang dilakukan di perusahaan tersebut .terdiri dari empat tahapan proses yaitu : (1) penghilangan gum (degumming), (2) netralisasi, (3) pemucatan (bleaching) dan (4) deodorisasi (Larnpiran 2). Dari pemurnian rninyak jarak tersebut diperoleh
empat jenis minyak jarak yang berbeda tingkat kemumiannya. yang telah dipisahkan gumnya, dalam penelitian ini
Minyak jarak
disebut sebagai rninyak
jarak DCO (degumrned castor oil). Minyak jarak yang telah dipisahkan gumnya dan telah dilakukan netralisasi disebut rninyak jarak RCO (Refined Castor Oil). Minyak jarak
dengan tahapan
pengolahan degumming, netralisasi cjan
pemucatan disebut minyak jarak RBCO (Refined Bleached Castor Oil).
Minyak
jarak dengan tahapan pengolahan degumming, netralisasi, pernucatan dan deodorisasi disebut minyak jarak RBDCO (RefinedBleachedDeodorized Castor Oil). Garnbar 20 dan 21 menyajikan garnbar biji jarak dan ernpat jenis rninyak
jarak dengan tingkat kemurnian yang berbeda hasil produksi PT Kirnia Farma Semarang. Seperti pada urnumnya minyak nabati, proses pemurnian minyak dilakukan secara bertahap, sehingga akan diperoleh minyak murni sesuai dengan kebutuhan dan standar. Untuk rnendapatkan rninyak jarak yang sesuai dengan standar perdagangan, proses pemumian rninyak jarak dilakukan dengan ernpat tahapan proses yaitu : (1) degumming, ( 2 ) netralisasi. ( 3 ) pemucatan dan deodorisasi.
Proses degumming atau penghilangan gum
dilakukan dengan tujuan menghilangkan gum yang terdiri dari protein, fosfatida dan resin tanpa rnengurangi asam lernak bebas dalam minyak. dilakukan
dengan tujuan
untuk
rnenetralkan
rnenghilangkan gum yang rnasih tertinggal.
asam
lemak
Netralisasi bebas
dan
Pemucatan dilakukan dengan
tujuan untuk rnenghilangkan zat warna, asam dan gum yang belum hilang. Deodorisasi dilakukan untuk rnemisahkan komponen yang menyebabkan bau seperti aldehid dan keton (Swern. 1979; O'Brien,l998; Gornes dan Caponio, 1998). Tahapan pernurnian minyak jarak yang terdiri dari empat tahap proses tersebut, berpengaruh pada sifat fisik, kirniawi dan kinerja rninyak jarak yang dihasilkan pada masing-masing tahapan proses. berpengaruh pada rolling oil yang dihasilkan.
Hal tersebut dapat
Pada sisi lain, semakin lengkap
tahapan proses pemurnian minyak jarak yang dilakukan berimplikasi terhadap semakin besarnya biaya pengolahan. Tujuan dari karakterisasi dan pernilihan tingkat kemurnian minyak jarak pada dasarnya untuk mendapatkan informasi tentang karakteristik fisik, kirniawi dan kineja rninyak jarak yang dihasilkan pada setiap tahapan pernumian. Berdasarkan informasi tersebut maka dapat diambil kesirnpulan tingkat
Gambar 20. Bijijarak ( M u s cammunis L. )
Gambar 21. Empat M i a minyak jarak dsnpn tingkat kmumian yang berbeda
kemurnian minyak jarak yang terbaik.
Selanjutnya dapat ditentukan tahapan
proses pemurnian yang dibutuhkan dalam proses pemurnian minyak jarak yang digunakan sebagai bahan dasar rolling oil. 1.
Karakteristik fisik dan kimiawi Hasil pengamatan menunjukkan bahwa RBCO (refined bleached
castor oil) cenderung memiliki sifat fisik, kimiawi dan kinerja tekanan ekstrim yang terbaik digunakan sebagai bahan dasar rolling oil dibandingkan tiga jenis rninyak jarak lainnya.
RBCO memiliki viskositas dan indeks ketahan beban
yang tinggi, serta memiliki bilangan asam, kadar air dan tiitik tuang yang rendah (Tabel 11 Gambar 23). Proses netralisasi pada minyak jarak yang telah mengalami proses
degumming dapat menurunkan bilangan asarn yang cukup besar dari 3,30 menjadi 0.66.
Hal tersebut menandakan bahwa proses netralisasi yang
dilakukan cukup efektif dalam menurunkan bilangan asam minyak jarak. Kecenderungan peningkatan bilangan asam tejadi akibat proses pemucatan minyak jarak.
Perlakuan panas yang dilakukan pada proses pemucatan
(bleaching), diduga memberikan efek terhadap peningkatan bilangan asam pada
RBCO sehingga meningkat menjadi 0.90.
Namun demikian kenaikan yang
terjadi pada proses pemucatan dapat diturunkan kembali pada proses deodirisasi menjadi 0,82. Hal tersebut menunjukkan bahwa proses deodorisasi cukup efektif menghilangkan asam organik rantai karbon pendek. Jika dibandingkan dengan standar perdagangan minyak jarak mutu I yang mensyaratkan bilangan asam lebih kecil dari 2 %, maka minyak jarak hasil proses netralisasi, pemucatan dan deodorisasi telah memenuhi syarat.
Relatii kecilnya bilangan asam yang
terkandung pada hasil proses pemumian,
cukup menguntungkan bila minyak
jarak tersebut digunakan sebagai bahan dasar pelumas, karena bilangan asam yang besar cenderung bersifat korosif (Nacthrnan dan Kalpakjian, 1985). Tabel 3 1. Karakteristik fisik - kimiawi minyak jarak pada ernpat tingkat kernumian Karakteristik Fisik-Kimiawi
Tahap 1 25 OC (mUml) Tahap II 95 "C (mllmt) Tahap 111 25 "C (mllrnl)
Keterangan : 1 = tidak korosif DCO = degummed castor oil RCO = refined castor oil RBCO = refined bleached castor oil RBDCO = refined bleached deodorized castor oil
Kadar air yang terkandung dalam minyak jarak bervariasi menurut tahapan prosesnya. Hasil proses degumming kadar air retatif kecil (0.07 %). namun setelah proses netralisasi rneningkat menjadi 1.55 %. Kadar air yang tinggi tersebut, r n e ~ p a k a nkonsekuensi proses netralisasi yang melibatkan air dalam proses pencudan. Kadar air yang cukup tinggi dapat diturunkan
menjadi tebih kecil dari 0.02 % pada proses pemucatan dan masih tetap kecil setelah proses deodorisasi. Minyak jarak rnemiliki titik tuang @our point) yang cukup rendah, yaitu berkisar antara -20.5 sampai dengan -15 OC. Karena memiliki titik tuang yang rendah. penggunaan rolling oil dengan bahan dasar rninyak jarak akan sangat menguntungkan. Pertama, rollling oil tersebut tidak periu dipanaskan terlebih dahulu sebelum pernakaian, sehingga akan rnenghemat biaya operasional. Kedua,
kerusakan oksidasi karena panas akan dapat dikurangi, sehingga
memungkinkan untuk digunakan berulang kali.
Ketiga, karena tidak perlu
pemanasan pendahuluan, tujuan pelumasan sebagai pendingin akan lebih efektif. Berdasarkan hasil uji sifat korosi lempeng tembaga dapat diketahui bahwa tahapan proses pemumian tidak berpengaruh terhadap sifat korosivitas rninyak jarak.
Keempat jenis minyak jarak masih berada pada kelompok 1.
Artinya minyak jarak tidak bersifat korosif.
Hal tersebut menunjukkan bahwa
kisaran variasi bilangan asam dan kadar air yang ada pada keempat jenis minyak jarak belum berpengaruh terhadap sifat korosivitas. Tahapan proses pemurnian minyak jarak diketahui tidak berpengaruh yang berarti terhadap nilai titik nyala (flash point). Kecuali itu, hasil pengamatan menunjukkan bahwa minyak jarak diketahui memiliki titik nyala yang cukup tinggi yaitu berkisar antara 302 - 306 OC. Tingginya titik nyala mengindikasikan bahwa minyak jarak cukup aman digunakan sebagai bahan dasar pelurnas.
Hasil
pengamatan menunjukkan
bahwa
proses
netralisasi
dapat
menurunkan sifat kecenderungan pembusaan pada minyak jarak hasil proses degumming. Namun proses pemucatan dan deodorisasi dapat meningkatkan kembali sifat kecenderungan pembusaan pada minyak jarak.
Kecenderungan
terjadinya pembusaan pada rninyak, menurut Subardjo (1985) urnumnya terjadi saat sirkulasi minyak, udara masuk ke dalam minyak dalam volume yang besar dan dengan kecepatan yang lebih tinggi.
Ketidakmampuan minyak untuk
melepaskan gelembung-gelembung udara menyebabkan terjadinya pembuihan. Untuk mengatasi sifat kecenderungan pembusaan pada minyak, diperlukan at anti busa yang dapat merusak dengan cepat gelembung-gelembung udara yang terdapat dalam minyak pelumas.
Mekanisme kerja zat anti busa ialah, zat anti
busa di tarik pada antar muka minyak dan udara, merendahkan tegangan perrnukaan gelembung-geternbung udara, sehingga besar dapat pecah.
gelembung-gelembung
Bahan yang umurnnya digunakan sebagai zat anti busa
yaitu polimer silikon serta polimetil metakrilat.
Viskositas
merupakan sifat yang
paling utama datam mencegah
terjadinya gesekan dan keausan. Menurut Nusa (2001) viskositas didefinisikan sebagai ukuran kemampuan fluida rnenahan
untuk tidak mengalir, terutama
yang disebabkan oleh gesekan internal dalam fluida (Gambar 22). Hasil pengarnatan rnenunjukkan bahwa viskositas minyak jarak cukup tinggi (Gambar 23).
Pada suhu 40
sebesar 234.1 - 256.4 cSt,
OC rninyak jarak mempunyai viskositas
sedangkan pada suhu 100
mempunyai viskositas sebesar 17,6
-
19.4 cSt.
"C minyak jarak
Menurut klasifikasi rninyak
lumas industri yang dietapkan IS0 (ASTM D 2422) minyak jarak terrnasuk
diantara VG 220 dan VG 320.
Kenyataan tersebut menunjukkan minyak jarak
cukup sesuai jika digunakan sebagai bahan dasar pelumas. Bahkan dengan viskositas yang besar diharapkan dapat mempunyai kineja yang lebih baik dibandingkan
dengan kinerja rolling
oil acuan.
Tingginya viskositas yang
dimiliki minyak jarak disebabkan tingginya kandungan asarn risinoleat yang terdapat pada minyak jarak. Asam risinoleat merniliki satu gugus hidroksil yang dapat
membentuk ikatan hidrogen diantara gugus-gugus hidroksil tersebut
(Swem. t 979; Nachtman dan Kalpakjian. 1985; Crawford et a/..? 997).
Gambar 22. Hubungan antara keausan dengan viskositas (Nusa, 2001)
Berdasarkan pengarnatan dapat diketahui bahwa proses netralisasi dan deodorisasi tidak berpengaruh terhadap perubahan viskositas minyak jarak, narnun proses pemucatan diketahui dapat meningkatkan viskositas.
Hasil
pengamatan menunjukkan bahwa minyak jarak yang telah mengalami tahapan proses pemucatan (RBCO) memiliki viskositas yang tertinggi dibandingkan dengan lainnya.
Namun demikian perkciaan viskositas yang terdapat pada
empat jenis minyak
jarak tersebut tidak terlalu besar.
Masih terdapatqya
pigmen dan gum yang tersisa diduga menyebabkan viskositas
DCO dan RCO
lebih kecil jika dibandingkan dengan viskositas RBCO (Gambar 23).
1
Suhu
<
OC)
Gambar 23. Histogram viskositas kinematik minyak jarak pada empat tingkat kernurnian Pacameter
lain
dari
viskositas
ialah
menggambarkan ketahanan viskositas pelumas
indeks
viskositas.
yang
terhadap perubahan suhu.
Artinya Mumas yang mengalami penurunan viskositas relatif kecil akibat naiknya suhu, akan memiliki indeks viskositas yang tinggi. Sebaliknya pelumas yang mengalami penurunan viskositas cukup besar akibat perubahan suhu. memiliki indeks viskositas yang rendah.
Hasil pengamatan diketahui bahwa
proses netralisasi dapat menurunkan indeks viskositas minyak jarak hasil proses degumming dari 86 menjadi 76.
Namun proses pemucatan diketahui
dapat meningkatkan kembali indeks viskositas menjadi 85. Proses deodorisasi tidak mempunyai pengaruh untuk meningkatkan indeks viskositas (Gambar 24).
a
Lebih rendahnya indeks viskosit s rninyak jarak
RCO jika dibandingkan rninyak
i
jarak lainnya, djduga disebabka oleh tingginya kandungan air dalam rninyak jarak RCO.
Minyak jarak R 0 rnempunyai kadar air sebesar 1.55 %,
sedangkan kadar air minyak ja
0,07%.
k DCO, RBCO dan RBDCO tebih kecil dari
2. Kinerja Tekanan Ekstrim Pada kondisi daripada ketinggian
i
permukaan dipisahkan oleh lapis n pelumas. Pada kondisi tersebut viskositas
41
dari pelumas dapat rnengatasi t jadinya gesekan dan keausan. Pada kondisi
sangat tergantung pada sifat
b
pisan batas (boundary lubrication), yaitu
I
kemampuan melindungi perrnuka n metalllogam dibawahnya dari gesekan dan keausan (Nusa, 2001).
Pada proses penipisan
aja dengan metoda rolling, adanya gesekan
antar lembaran baja dan tanc m tidak dapat dihindari, karena menghindari adanya gesekan justru akan me yebabkan tejadinya selip yang artinya proses penipisan lembaran logam tidal .erjadi. Namun demikian dalam proses rollipg, gesekan dan keausan pada k lbaran logam dan pennukaan tandem harus diminirnumkan (Nachtman dan I dpakjian, 1985; Kajdas, 1997). Bahan dasar pelumas tekanan ekstrim.
ng baik hams memiliki daya tahan terhadap
Artinya I: han dasar pelumas tersebut harus rnampu
menahan beban yang cukup ' ~ggisehingga mampu mengurangi terjadinya gesekan dan keausan. Untuk n rngetahui kinerja daya tahan terhadap tekanan ekstrirn telah dilakukan uji four i 111(ASTM D 2783). Dari uji tersebut diperoleh tiga parameter yang menggan )arkan kinerja daya tahan terhadap tekanan ekstrim pada rolling oil, yaitu :
:1) seizure load, (2)titik pengelasan (welding
point) dan (3) indeks ketahan n beban (load wear index). merupakan ukuran besarnya
Seizure load
eban yang diberikan saat mulai terjadinya
kerusakan yang nyata pada boli uji. Titik pengelasan merupakan besar beban yang diberikan saat terjadinya ,engelasan pada bola uji. lndeks ketahanan beban merupakan bilangan yar
menyatakan kernampuan dari suatu pelurnas
untuk mengurangi atau mences h keausan yang disebabkan oleh beban yang diberikan (Napitupulu. 1993). Proses netralisasi yan dapat menurunkan bilangan
;
dilakukan setelah proses degurnming, selain ;am, diketahui dapat meningkatkan indqks
ketahanan beban minyak jara
(Gambar 25).
tidak mempunyai pengaruh tert
dap indeks ketahanan beban. namun proses
deodorisasi cenderung menu1 terdapatnya gum dan pigmen
Proses pemucatan diketahui
kan indeks ketahanan
beban.
Masih
ada minyak jarak hasil proses degummlng
tipis pada perrnukaan logam m tnjadi berkurang. Akibatnya indeks ketahanan beban rnenjadi lebih kecil.
RCO rnemiliki indeks kcahanan beban cukup tinggi. Walaupun RCO masih mengandung gum dan pgmen, tetapi RCO memiliki bilangan hidroksil yang cukup tinggi, sehingga meriungkinkan RCO rnemiliki kemampuan melekat pada perrnukaan logam yang le!bih baik.
RBCO memiliki bilangan hidroksil
yang lebih kecil dibandingkan cengan RCO,
/
namun RBCO merniliki indeks
ketahanan beban yang sama dengan RCO.
Proses pernucatan dapat
menumnkan kandungan gum dan pigrnen serk miningkatkan bilangan asam. Meningkatnya bilangan asarn serta rnenurunnya kandungan gum dan pigmen memungkinkan RBCO memiliki indeks ketahanan beban yang tinggi.
Lebih
rendahnya indeks ketahanan beban minyak jarak hasil proses deodorisasi
(RBDCO) dibandingkan dengar minyak jarak sebelurn proses deodorisasi (RBCO) diduga disebabkan ole? menurunnya bilangan asam akibat proses deodorisasi.
Menurunnya bilangan asarn dapat menyebabkan daya lumas
minyak berkurang.
Menurut Fcrqaan (1986) dan Kajdas (1997) asam lemak
akan sangat efektii digunakan sebagai pelurnas batas karena dapat bereaksi dengan pennukaan logam yang 3ilumasi. Pelumasan tidak terjadi secara fisik yaitu dengan terabsorpsinya lapieian selaput tipis asam lemak pada permukaan logam, tetapi pelumasan terjadi rnelalui reaksi kimia dengan pennukaan logarn yang dilumasi.
a5 *
1--
i
27,4t
27.4
1:: !
to 0:
0 ,
OCO
RCO
RBCO
RBDCO
J8nls Miny8k J I n k -
--
-
Gambar 25. Hiaogram indeke ketehanen beban (load weerindex) minyak jarak pada empat tingkat kemumian
Gambar 28. Hiimdiameter goresan minyakjarak pads empat tingkat kemumian
Gambar 27. Histogram kemurnian
load minyak jarak pada empat tingkat
i
Hasil pengamatan menun ukkan bahwa titik pengelasan (welding @nt) keempat jenis minyak jarak dike ahui sama besamya yaitu 160 kgf.
Relatif
rendahnya titik pengelasan te ebut disebabkan belum terdapatnya adiiif extreme pressure. Berdasarkan IFP report
omor 61/11315 (Napitupulu, 1993) tentang
standar referensi pelumas untuk pengujian tekanan ekstrim four ball, pelurnas yang memiliki indeks ketahanan beban 26.4 termasuk kategori buruk, termasuk kategori baik dan 84,14 kategori sangat baik.
t 4 I?
52.8
Oleh karena itu, empat
jenis minyak jarak yang dikaji d pat dikategorikan memiliki indeks ketahanan beban yang masih kurang baik u tuk digunakan sebagai pelumas. Oleh karena itu penambahan aditii extreme p ssure dalam formulasi rolling oil minyak jarak
t
pedu dilakukan agar diperoleh p lumas yang memiliki kineja tekanan ekstrim baik.
3. Pemilihan Jenis Minyak Jarak Ditinjau dari aspek harga minyak jarak hasit proses degumming (DCO) merupakan produk pemumian min ak jarak yang paling murah. Namun demikian DCO masih mengandung bilanga I asam yang tinggi serta rnasih mengandung pigmen dan gum.
Besarnya
ilangan asam dapat menyebabkan korosi
(Nacthman dan Kalpakjian, 1985). Kecuali itu, ha1 tersebut diduga berpengaruh terhadap viskositas dan kinerja tel anan ekstrim, sehingga viskositas dan indeks ketahanan beban DCO lebih kecil( ibandingkan dengan RBCO. Minyak jarak RCO meml iki bilangan asam yang cukup rendah (0,66) dan memiliki indeks ketahanan bet an yang sama dengan RBCO (33.01). Narnun demikian RCO masih rnengandung pigmen dan gum serta memiliki kadar air yang cukup tinggi (1,55 %).
Kadar air (ang tinggi dapat menyebabkan minyak cepat
rusak (O'Brien, 1998; Patterson, 1989).
Oleh karena itu RCO tidak layak
digunakan sebagai bahan dasar p~umas. RBDCO merupakan proc uk pemurnian minyak jarak dengan tahapan paling lengkap (degumming, netr ~lisasi,pemucatan den deodorisasi).
Oleh
karena itu RBDCO mempakan r inyak jarak dengan biaya produksi tertinggi dibandingkan dengan produk pem irnian lainnya. dapat menurunkan bilangan asal
i
Walaupun proses deodorisasi
dan bilangan peroksida, namun demikian
RBDCO memiliki viskositas dan indeks ketahanan beban yang lebih kecil dibandingkan dengan RBCO.
F adahal viskositas dan indeks ketahan beban
yang tinggi merupakan sifat utama fang harus dimiliki oleh bahan dasar pelurnas. RBCO walaupun diketahui memilik bilangan asam yang lebih besar dibandingkan dengan
RBDCO, namun hasil pengamatan uji
korosi lernpeng tembaga
menunjukkan bahwa baik RBCO rnaupun RBDCO sama-sama tidak bersifat korosif.
Berdasarkan beberapa
arameter pengamatan seperfi telah dibahas
sebelumnya dapat disimpulkan I ~hwaminyak jarak hasil proses degumming. netralisasi dan pemucatan
(RE 0 ) memiliki sifat ftsik. kimiawi dan kinerja
tekanan ekstrim yang terbaik u n t ~ digunakan sebagai bahan dasar rolling oil jika dibandingkan figa jenis rninyak
rak lainnya.
indeks ketahanan beban yang ti agi serta tuang yang rendah.
RBCO memiliki viskositas dan
bilangan asam, kadar air dan titik
Hasil pengh lngan dengan metoda zero one (Lampiran 5).
menunjukkan bahwa RBCO mem ci nilai tertinggi dibandingkan dengan tiga jenis minyak jarak iainnya.
6. UJI KINERJA ANTlOKSlDAN Oksidasi merupakan fa1 3r utama yang membatasi umur pemakaian pelumas. Semua pelumas akan aroksidasi bila dikelilingi oksigen dalam jumlah yang cukup banyak.
Menun
mernpercepat terjadinya prose
Ketaren (1986)
faktor-faktor yang dapat
oksidasi pada minyak ialah kalor, cahaya,
adanya asarn, enzim, serta a( tnya katalis.
Setiap kenaikan suhu 10 "C,
kecepatan proses oksidasi dapa neningkat dua kali lipat. Terjadinya proses oksi ~ s ipada pelumas akan menghasilkan tiga produk yaitu
asam, lumpu~ dan laquer.
menyebabkan korosi dan kea~ an.
Adanya
asam akan dapat
Lumpur merupakan hasil polimerisasi
pelurnas yang teroksidasi. L8 luer adalah produk yang dihasilkan oleh teroksidasinya lapisan tipis pc Amas pada permukaan metal yang panas.
Laquer bewama wklat muda s mpai coklat tua kehitam-hitarnan (Dinas PPM Pertamina, 1999). Minyak jarak yang digun tan sebagai bahan dasar pelumas merupakan trigliserida yang merniliki asam r ,inoleat sebagai asam lemak dominan.
Asam
t t
risinoleat memiliki ikatan rangk p yang rentan terhadap kerusakan oksidasi. Wakaupun minyak jarak yang dig nakan sebagai bahan dasar roiling oil memiliki rnengurangi kerusakan akibat penambahan aditii antioksidan Secara komersial antioksidan sangat bervariasi jenisnya.
1 I
lrga ox L 109 merupakan salah satu antioksidan
komersial yang sudah digunaka sebagai antioksidan petumas. Aditii tersebut
I
merupakan turunan senyawa f nol.
Aditif antioksidan kornersial turunan
senyawa fenol lainya ialah TBHQ (tert-butil hidrokuinon). 1. Karakteristik Hasil Uji Oksidasi
Hasil uji oksidasi yang mdilakukan dengan pemanasan rninyak jarak
RBCO
pada suhu 975
OC sel~rna144 jam diketahui dapat meningkatkan
bilangan asarn, bilangan peroksida dan viskositas minyak jarak, namun tidak berpengaruh terhadap perubahari bilangan iod. Kecuali itu, diketahui bahwa antioksidan TBHQ merniliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan irganox L 109. Hasil analisis
ragam mlsnunjukkan bahwa penambahan antioksidan
memberikan efek yang signifikan cialam mencegah peningkatan bilangan asam minyak jarak.
i bilangan asarn minyak jarak tanpa Setelah dilakukan ~ joksidasi.
aditif antioksidan meningkat c u b ~ ptinggi dari 0,90 menjadi 6.99, sedangkan bilangan asam rolling oil acuan setelah dilakukan uji oksidasi diketahui relatif konstan sebesar 5.40. Fenornena tersebut menunjukkan proses oksidasi berlangsung cukup cepat pada minyak jarak tanpa adiiif antioksidan.
Seperti telah disebutkan
sebelumnya, proses oksidasi yang berlangsung pada
rninyak jarak yang
1
karbon lebih pendek yang diant ranya adalah asam-asam organik.
Adanya
asam-asam organik rantai kardon pendek hasil proses oksidasi tersebut,
antioksidan.
peningkatan bilangan asarn. lebih
efektii
mencegah
I
4
Penambahan aditif antio
idan pada rninyak jarak dapat mernperkecil
b
H sil pengarnatan menunjukkan bahwa TBHQ
meni
asam
akibat
oksidasi
dibandingkan dengan lrganox L 1
1 k I
Hasil analisis ragam men njukkan bahwa TBHQ lebih efektif rnencegah meningkatnya bilangan asarn ak at oksidasi dibandingkan dengan lrganox L 109. Berdasarkan anatisis raga mernpunyai
pengaruh
diketahui juga bahwa konsentrasi antioksidan
terhadap
besamya
bilangan
asam.
Dengan
menggunakan persamaan polinoriial. dapat diprediksi besamya bilangan asem minimum dicapai dengan konseqtrasi antioksidan TBHQ ialah 0.21 % dan antioksidan lrganox L 109 ialah 0 42 % (Garnbar 28 Lampiran 9).
I
Konsentrasi Antioksidan (*A)
I
A
- - - - - kuwa irganox L 109 TBHQ
lrganox L 109 kunra TBHQ
t
Gambar 28. Grafik pengaruh p narnbahan antioksidan pada bilangan asam Hasil uji oksidasi dengan pernanasan pada suhu 97.5 O C selama 144
PI v 1
yaitu dari 3,64 menjadi 12,85 rn
02/100 gr.
Besamya peningkatan bilangan
peroksida pada rninyak jarak di uga disebabkan banyaknya ikatan rangkap yang terdapat pada rninyak jara suatu atom karbon yang ikatan rangkap dapat
.
v
Sebuah atom hidrogen yang terikat pada atom karbon lain yang rnernpunyai suatu kuanturn energi sehingga
membentuk radikal bebas. Kernu ian radikal tersebut, dengan adanya O2dapat
t
Garnbar 29. Grafik pengaruh pen mbahan antioksidan pada bilangan peroksida
109 (Gambar 29 Lampiran 8).
0,45 % (Lampiran 9).
yang dilakukan dengan pemanas
7
pada suhu 97,5 OC setama 144 jam. Akibat
uji oksidasi, bilangan iod mil lak jarak
menurun dari 87 rnenjadi 77.
Penambahan antioksidan terlihal uga dapat mengurangi tejadinya perubahan bilangan iod (78 - 84.5). Kecend ungan adanya penurunan bilangan iod akibat proses oksidasi juga dinyatakan ( ?hKetaren (1986).
0.38
0.-
0.6
0.72
sentrasi antioksidan
Gambar 30.
narnbahan antioksidan pada bilangan iod
Grafik pengaruh
Proses
oksidasi
peningkatan viskositas.
I
pada
rninyak
dapat
rnenyebabkan
terjadinya
Dekon losisi oksidatif terrnal dari asarn lemak tidak
jenuh umurnnya menghasilkan : inyawa-senyawa dirner, trimer dan tetramer (Belitz dan Grosch. 1999; Perl 1s. 1967; Bowman dan Stachowiak. 1996; Hendrawati, 2001 ). Hasil peng natan yang disajikan pada Gambar 31. juga menunjukkan ha1 demikian. Min! ~kjarak tanpa antioksidan setelah dilakukan pemanasan 97.5
O C
selama 144 j n mengalami peningkatan viskositas dari 538
menjadi 1514 cpoise (suhu 2 rnengindikasikan telah tejadiny Viskositas yang besar dapat tertentu.
I
"C).
Peningkatan viskositas tenebut
proses polirnerisasi pada minyak jarak. snguntungkan untuk penggunaan pelurnas
Narnun dernikian nai lya viskositas yang diikuti dengan naiknya
bilangan asam dan bilangan per Ksida justru akan merugikan. Oleh karena itu penarnbahan
antioksidan
dip lukan
dalam
fom~ulasi rolling
oil
yang
menggunakan bahan dasar pelu as minyak jarak. Hasil analisis
ragam
I
snunjukkan bahwa terdapat pengaruh yang
signifikan antara penambahan a .ioksidan dengan perubahan viskositas akibat uji oksidasi. Antioksidan cukup viskositas minyak jarak.
ektii untuk rnernperkecil terjadinya perubahan
Sef rti pada parameter lain yang telah disebut
sebelumnya, temyata antioksida baik dibandingkan dengan lrgal
TBHQ diketahui rnerniliki kineja IX
yang tebih
L 109 untuk mempertahankan perubahan
viskositas (Garnbar 31 Larnpiran Semakin tinggi jurnlah semakin kecilnya viskositas
IT
bahkan mencapai di bawah Penambahan lrganox L
itioksidan yang ditambahkan menyebabkan
I
109
yak jarak.
Penurunan viskositas tersebut
;kositas minyak jarak segar (538 cpoiqe). dengan
konsentrasi 0.60 dan
0,72 %
menyebabkan viskositas minyak jarak cenderung turun rnenjadi 492 dan 488 cpoise.
Penarnbahan TBHQ
menyebabkan viskositas minyal cpoise.
Fenornena tersebut
I
dengan konsentrasi
0.60 dan 0,72 %
jarak menjadi masing-masing 512 dan 492 engindikasikan bahwa rninyak jarak
mengalami proses polirnerisasi, etapi mengalami degradasi.
tidak
Branen (1990)
menyebutkan tentang terbentul iya senyawa organik rantai karbon pendek akibat oksidasi pada trigliserida.
Peningkatan senyawa organik rantai karbon Hal tersebut sesuai
pendek dapat rnengakibatkan
snurunan viskositas.
dengan hasil pengamatan Gouw
tt al. (1966)diacu dalam Swern (1979)seperti
disajikan pada Tabel 12.
-
kurva irganox L 10
- --
I
-
kurva TBHQ
-
Gambar 31. Grafik pengaruh enambahan antioksidan pada viskositas
Berdasarkan analisis
p linomial ortogonal
didapatkan
persamaan
I
hubungan antara konsentrasi a tioksidan yang diberikan dengan viskositas (Gambar 31 Lampiran 8). konsentrasi antioksidan TBHQ
+
gengan menggunakan perssmaan tersebut, ng terbaik untuk meminimumkan viskositas
ialah 0,3 %, sedangkan lrganox L 109 ialah 0,42 % (Lampiran 9).
Tabel 12. Viskc
kinernatik rnetil ester asam lemak
Sumber : Gouw ef a/. 1966) diacu dalam Swern (1 979) 2.
"r
Pemilihan Senis dan Konsen
i Antioksidan
I.
diduga menyebabkan lebih rea ifnya antioksidan TBHQ,
t
sehingga TBHQ
memiliki efektifitas yang lebih bai
t
Reaksi autooksidasi yan
terjadi pada minyak umumnya berlangsung
dalam tiga tahapan yaitu inisia i, propagasi dan terminasi.
Tahapan reaksi
tersebut menurut Hamilton (1995 lnisiasi
+
H
(1) R -
'+ H '
+
(2) R - H + O ' Propagasi
(3) R -
+
0
*
2
(4) ROO' + RH
-+
Teiminasi
(5) R ' + R ' (6)
ROO. + R . atau menghentikan
Mekanisme antioksidan d
teroksidasi dapat
reaksi berantai pada radikal
I. I=
disebabkan oleh empat maca
rnekanisme reaksi yaitu : (1) pelepasan
hidrogen dari antioksidan, (2) p lepasan elektron dari antioksidan, (3) adisi lemak kedalam cincin aromatik antioksidan dan (4) pembentukan senyawa kompleks antara lemak dan cinci aromatik antioksidan. Lebih lanjut Beiitz dan Grosch (1999) menggambarkan eaksi yang terjadi pada antioksidan sebagai berikut : {I) RO..
+
AH (antic :sidan)--b
(2) RO
+
AH
'
+
ROOH
+ A
ROH
+ A'
'
(3) ROz (4) RO'
'
+
A
'
+ A'
+ ROOA
+
ROA
tr~asilgliserol.
sebagian besar pelurnas
bahan dasar pelurnas dari minyak
juga rnernpunyai daya tahan
i
ang tinggi.
Oleh karena itu, penggunaan
1
antioksidan dalarn forrnulasi mllr g oil tidak dapat dihindarkan. Penambahan
i
antioksidan dengan konsentrasi yang terbaik dapat rnenghasilkan rolling oil yang difornlulasi rnerniliki karakte -stikdan kinerja yang terbaik pula. Konsentrasi terbaik peng unaan TBHQ untuk rnerninimurnkan bilangan
t
asam, temyata tidak sarna deng n konsentrasi terbaik untuk rnenekan jurnlah bilangan peroksida, dernikian ju a berbeda dengan konsentrasi TBHQ yang
pl
viskositas.
Konsentrasi terbaik
g terbentuk sebesar 0.21 %.
untuk
Konsentrasi
bilangan peroksida dicapai pada konsentrasi 0.27
OO /
dan viskositas sebesar C ,3 %. Pemberian antioksidan TBHQ sebesar
0,3% blb rnernberikan hasil yang terbaik.
TBHQ
'OH
Gambar 32. Mekanisme reaksi yang diacu dalam Patterson.
!jadi
389)
(V)
pada TBHQ (Kurechi et a/., 1983
C. UJI KINERJA EMULSIFIER
konsentrasi emulsifier
ya
nakan sebagai emulsifier rolling oil.
tegangan permukaan.
Penarnbahan
P i.
+
Penambahan emulfluid A yang le ih besar diduga telah melewati batas jenuh. Hal tersebut ditunjukkan adanya
arna kecoklatan (wama emulfluid) yang lebih
pekat pada lapisan krirn yang t rbentuk. kesimpulan bahwa pernberian Ernulfluid A
Oleh karena itu, dengan
dapat ditarik
konsentrasi 3,25 %
rnernberikan hasil kestabilan ernujsi relatif yang terbaik yaitu sebesar 88,13 %.
J'
Gambar 33. Grafik hubunga antara konsentrasi emulsifier dengan kestabilan em lsi relatif
I
Parameter indeks kestabi an emulsi (ESI) menunjukkan perbandingan
a
konsentrasi minyak dan krim di b gian bawah dengan konsentrasi minyak dan
I. f
Berdasarkan analisis raga
diketahui adanya perbedaan yang sign.fikan
pada ketiga jenis emulsifier (La piran 11).
Seperti juga pada parameter
kestabilan emulsi relatif, ~ m u ~ umemberikan i d ~ kinerja yang terbaik juga pada
I
EmuMuid A yang mengalami pe isahan dengan air ataupun minyak jarak. Adanya pemisahan EmuMuid A d ri emulsi minyak jarak menyebabkan jumlah konsentrasi minyak pada bagian tas menjadi Iebih besar. Akibatnya nilai ESI akan menjadi semakin kecil.
I
J 0.25
1.75
3.25 korsentrasi emulsifier
4.75
I
1
1
Gambar 34. Grafik hubungan a tara konsentrasi emulsifierdengan indeks kestabilan emulsi Hasil analisis
'i
ragam m nunjukkan bahwa penarnbahan konsentrasi
f!
tween 60 dan tween 20 tidak rn mberikan pengaruh pada peningkatan ESI Fenomena tersebut mengindikasi an bahwa kedua emulsifier tersebut kurang sesuai digunakan sebagai 34).
r untuk emulsi minyak jarak dan air (Garnbar
Berdasarkan analisis poliromial ortogonal (Lampiran 11) dapat dibuat persarnaan yang rnenyatakan h~bunganantara indeks kestabilan ernulsi (Y) dengan konsentrasi Emulfluid A
(x).
0.0273 X + 0,0309 (R2 = 0.98).
Persamaantersebut ialah Y = - 0,0042X2 + Dengan persarnaan tersebut
dapat diduga
bahwa indeks kestabilan emulsi yang tertinggi dicapai pada konsentrasi pemberian ErnuMuid A sebesar 3.25 %.
ESI pada konsentrasi tersebut ialah
0.075. Salah satu industri baja rngnggunakan rolling oil dengan persyaratan ESI lebih kecil dari 0.08. Hal tersebut rnenunjukkan bahwa ESI 0.075 rnasih berada dalam batasan yang dikehendaki dleh industri baja tersebut (Gambar 35).
Gambar 35. Grafik hubungan a kestabilan ernulsi
konsentrasi emulfluid A dengan indeks
konsentrasi emulsifer dengan
Tegangan antar permukaan (interfasial) rninyak dan air yang cukup besar menyebabkan kedua bahan tersebut sulit untuk bercampur. Hal tersebut terjadi pada rninyak jarak dan air yang mempunyai tegangan antar muka sebesar 50.5 dynelcm (25
OC).
Pembentukan suatu sistem emulsi, cairan fasa terdispersi
diusahakan agar tersebar sempL ma di dalam medium pendispersi.
Untuk
rnernperkecil partikel-partikel terdispersi dalarn sistem emulsi dibutuhkan suatu energi yang didapat dari tenagat pengadukan mixer ataupun homogenizer. Besarnya energi yang dibutuhkan untuk mernperkecil partikel-partikel terdispersi, tergantung dari tegangan pennukaan antar kedua cairan tersebut. Makin tinggi tegangan permukaan, makin sulit untuk dibuat emulsi (Malik, 1986; Kirk dan Othmer. 1994; Wong, 1989).
Menurut Nachtrnan dan
K
alpakjian (1985),surfaktan
gugus yaiiu hidmfilik dan gugus lipofilik.
rnernpunyai dua
Gugus hidmfilik bersifat polar dan
mudah bersenyawa dengan air,
n gugus lipofilik bersifat non-polar dan mudah
bersenyawa dengan rninyak.
dalarn rnolekul emulsifier, jurnlah satah satu
gugus harus lebih dominan.
4
Bil
e
gugus polarnya yang lebih dominan, rnaka
rnolekul-rnolekul emulsifier ters but akan diadsorpsj dibandingkan dengan rninyak. H
lebih kuat
oleh
air
tersebut rnenyebabkan tegangan permukaan
Y
air rnenjadi lebih rendah sehingga mudah rnenyebar dan rnenjadi fasa kontinyu. Dernikian juga sebaliknya, bila g gus non-polarnya yang lebih dominan, rnaka rnolekul-molekul emulsifier terse ut akan diadsorpsi lebih kuat oleh rninyak
t
dibandingkan oleh air. Hal terseb t menyebabkan tegangan permukaan rninyak rnenjadi tebih rendah sehingga rnukah rnenyebar dan rnenjadi fasa kontinyu.
t
Garnbar 37. Grafik hubun an antara konsentrasi emulsifier dengan tegangan per ukaan
I
89
menyebabkan tegangan permukaa emulsi tersebut masing-masing 43,2, 40;25 dan 46,3 (Gambar 37).
1
Gambar 38. Grafik hubungan antar konsentrasi Emulfluid A dengan tegangan permukaan
nyata pada penurunan tegangan
0.5667 X2 - 4.7933 X + 47.31
ukaan emulsi, sedangkan penambahan
gan persamaan tersebut tegangan
sebesar 15 dan tween 20 yang rnemiliki HLB sebesar 17. Menurut Kirk dan Othmer (1979) yang diacu dalam Nachman dan Kalpakjian (1985) emulsifier yang dibutuhkan untuk membentu ( emulsi OMI rninyak jarak, adalah emulsifier dengan nilai HLB sekiar 14 (Tabel 10). De Man (1989) menyebutkan bahwa HLB merupakan bilangan yang menyatakan daya tank nisbi emulsifier terhadap rninyak dan air secara serernpak dan dapat menentukan perilakunya dalam suatu sistem emulsi.
Namun demikian HLB bukan satu-satunya faktor utarna yang
mernpengaruhi keefisienan dari emulsifier.
Menurut Rizvi (1992) efisiensi dari
emulsifier tidak hanya tergantung dari nilai HLB tapi juga tergantung dari bobot molekul emulsifier, pH, kesadahan air, sifat rninyak dan kondisi proses seperti suhu.
D. KARAKTERlSTlK DAN UJI K I ~ E R J AROLLING OIL
biosida dan antibusa (~achtmaddan Kalpakjian, 1995; Rizvi, 1992; Kajdas, 1997).
emulsi (Lampiran 6).
kotoran, den selanj
rsebut digunakan
kembali.
Dengan
produk Danisco lgradients dengan konsentrasi pemberian 0.3 % blb.
ration dengan merk dagang
biosida yang digunakan adalah o-.fenilfeno yang diproduksi oleh Dow Chemical Co. dengan merk dagang Dowicde I. Konsentrasi pemberian aditif biosida sebesar 0,1 % b/b.
Aditif anti busa yang diberikan adalah poliakrilat dengan
konsentrasi pemberian 150 pprn. Tiga jenis rolling oil yang di 'ormulasi dalam penelitian ini didasarkan pada perbedaan
kandungan aditif EP (edreme pressure).
FR 0 3 dibuat tanpa
penambahan aditif EP. FR 02 dibuat dengan menambahkan aditii EP sebesar 2.5 %
dan FR 03 dibuat densan menambahkan aditif EP sebesar 5 %.
Komposisi tiga jenis rolling oil disaj kan pada Tabel 13 di bawah. Tabel 13. Komposisi tiga jenid rolling oil berbasis minyak jarak RBCO
Kandungan
FR 01
FR 02
FR 03
0,
0.3
0.3
Emulfluid A ( %)
3.2
3-25
3.25
lmidazolin (%)
0.2
0.25
0.25
0-fenil fen01 (%)
0,
0.1
0.1
Poliakrilat (ppm)
15
150
150
2.5
5.0
93,6
91.I
TBHQ ( %)
Aditif EP AP2337 (YO) Minyak Jarak RBCO
96,
1. Karakteristik Fisik clan Kirniawi &/ling Oil
I
Karakterisasi fisik dan kim wi dilakukan untuk mengetahu~perbedaan sifat dasar yang dimiliki oteh m sing-masing jenis rolling oil.
Pengamatan
terhadap bilangan asam, bilang n peroksida, bilangan iod dan tegangan permukaan disajikan pada Gambar 39 di bawah.
i
Berdasarkan hasil analisis ragam bilangan iod, diketahui bahwa ketiga jenis rolling oil rninyak jarak memi iki bilangan iod yang berbeda nyata (Gambar 39 Lampiran 12). Penambahan aditif EP cenderung menyebabkan naiknya
bilangan iod yang terkandung dalam rolling
oil.
Fenomena tersebut
kemungkinan disebabkan oleh ti gginya kandungan bahan yang rnernpunyai ikatan rangkap yang terdapat pad
a d i f EP. Selain dari itu, diduga senyawa
aditif EP mengandung bahan yan reaktii terhadap uji iod.
Gambar 39. Histogram beberdpa karakteristik rolling oil rninyak jarak Penambahan aditif EP pad rolling oil menyebabkan bilangan peroksida yang terdapat pada rolling oil
FR 02 dan FR 03 rnenjadi nol.
Hilangnya
kandungan peroksida,
n disebabkan reaktiinya senyawa aditii EP
terhadap peroksida.
EP yang digunakan mernpunyai sifat ganda
sebagai antioksidan.
dimungkinkan karena kandungan sulfur dan
fosfor yang terdapat dalam aditif EP.
O'Bnen (1983) serta Kirk dan Othrner
(1992) menerangkan bahwa sulf~rdan fosfor dapat berfungsi juga sebagai antioksidan yaitu sebagai dekonposer pemksida yang dapat mernbentuk senyawa stabil. Rolling oil minyak jarak celderung rnerniliki tegangan pennukaan yang lebih kecil dari bahan dasar pel~mas(Garnbar 39). pengaruh
yang
signifikan,
penambahan
aditif
EP
Walaupun tidak ada dapat
rnenurunnya tegangan permukaar rollling oil yang dihasilkan.
menyebabkan Aditif EP yang
mengandung senyawa sulfur didirga berfungsi juga sebagai surfactant ygng dapat rnenurunkan tegangan pemukaan.
Nactman dan Kalpakjian (1985)
rnenyebutkan bahwa senyawa yang digunakan sebagai surfactant adalah senyawa yang rnengadung sulfur (gulfonat). Aditii EP tidak rnernpenganmhi besamya suhu titik tuang rolling oil rninyak jarak.
Hasil pengukuran titik tua.ng (ASTM 0 97) pada tiga jenis mlling oil
minyak jarak, diketahui bahwa ketiga jenis rolling oil tersebut merniliki titik tuang yang cukup rendah, pada suhu yang sama yaitu minus 18 "C. Berdasarkan analisis ragam, diketahui bahwa aditii EP rnernberikan efek yang nyata terhadap penurunan viskositas rolling oil rninyak jarak (Gambar 40 Lampiran 12).
Hal tersebut diduga disebabkan oleh viskositas aditif EP yang
lebih rendah dibandingkan dengan viskositas bahan dasar pelumas minyak jarak. Pada suhu 40 OC aditii EP rnerniliti viskositas sebesar 166 cSt dan pada suhu 100
OC
aditif EP rnempunyai vskositas sebesar 8,2 cSt.
Hasil penelitian
menunjukkan bahwa ketiga jenis mlling oil minyak jarak diketahui indeks viskositas yang relatif sarna :Garnbar 41).
rnerniliki
f
Garnbar 40. Grafjk viskositas kine atik mlling oil minyak jarak dibandingkan dengan rolling oil acu n
Gambar 41. Histogram rninyak jarak Berdasarkan uji korosi
rolling oil diketahui bahwa
FR 03) dapat
viskositas pada tiga
eni is rolling oil
eng tembaga yang dilakukan pada emulsi rolling oil minyak jarak (FR 01, FR 02 dan satu b (Ib). Artinya rolling oil hasil
03 potensial untuk digunakan.
forrnulasi.
mVbt4II.U
V.U
KOMERSIAL
Gambar 42. Rdlng oil acuan yang sudah d i i k a s i i n di industrl baja
Garnbar 43. Tba jenis dling oil berbasis minyak jarak
Rolling oil acuan memiliki titik tuang pada suhu sekitar 24 OC. Bahkan pada suhu tersebut sebagian bahan roNing oil acuan rnasih berbentuk padatan, sehingga perlu pemanasan pendahuluan sebelum rolling oil tersebut digunakan. Karena rolling oil rninyak jarak mytmiliki titik tuang yang sangat rendah (-18
OC),
penggunaan rolling oil rnenjadi leb h rnenguntungkan. Keuntungan tersebut ialah rolling oil tidak perlu dipanaskan 'edebih dahulu sebelum pemakaian walaupun di
daerah yang reiatii dingin, sehingga biaya operasional dapat dihemat.
Kerusakan oksidasi karena panas juga dapat dikurangi, sehingga pemakaian rolling oil menjadi lebih awet.
Kec~ualiitu, karena tidak perlu dipanaskan teriebih
dahulu, tujuan pelurnasan sebagai pendingin akan lebih efektii.
2. Uji Oksidasi Rolling Oil
peroksida dan bilangan iod.
1
Ditinjau
dari
bilangan
asam
yang
terbentuk,
hasil
pengamatan
menunjukkan bahwa ketiga jenis roHing oil minyak jarak memiliki daya tahan yang relatii sama. Hal tersebut ditunjukkan dari analisis ragam yang menyimpulkan bahwa bilangan asam pada ketiga jenis rolling oil minyak jarak tidak berbeda nyata. Seperti telah dibahas pada bab sebelumnya, minyak jarak yang memiliki asam lemak tidak jenuh akan sangat mudah teroksidasi dan selanjutnya rnenghasilkan senyawa peroksida yang iabil dan akhimya dapat terbentuk asamasam organik rantai karbon pendek.
Adanya asam-asam organik tersebut
diitandai dengan meningkatnya bilangan asam dari minyak. Adanya asam yang berlebihan sangat mempengaruhi kinerja pelumas. Banyaknya asam-asam organik rantai karbon pendek diduga dapat menurunkan kekuatan lapisan film pelumas, yaag selanjutnya dapat meningkatkan resiko keausan. pada
itu
banyaknya asam-asam
organik
rantai
karbon
Selain dari
pendek
dapat
meningkatkan resiko timbulnya korosi. Oleh karena itu terbentuknya asam-asam rantai karbon pendek perlu ditekan sekecil mungkin. Dan hasil uji oksidasi yang dilakukan dapat memberikan keterangan tentang kineja rolling oil yang sudah cukup efektii untuk menekan bilangan asam akibat adanya oksidasi terhadap rolling oil.
Bilangan peroksida merupakan salah satu parameter terjadinya peristiwa oksidasi yang berlangsung pada pelumas. Pengamatan bilangan peroksida dari hasil pengujian oksidasi rolling oil dapat dilihat pada Gambar 45 di bawah ini.
1
Perlakuan
Garnbar 45. Grafik hubungan antara pedaiuan uji oksidasi dengan bilangan peroksida Bilangan peroksida yang terdapat pada rolling oil acuan meningkat dari 3.64 menjadi 9.60 akibat dua kali perlakuan oksidasi (Garnbar 45).
Peningkatan
tersebut rnelebihi dari peningkatan yang terjadi pada tiga jenis rolling oil minyak jarak. Hal tersebut mengindikasikan bahwa rolling oil minyak jarak rnemiliki daya tahan yang lebih baik dibandingkan dengan rolling oil acuan. Hal tersebut juga rnenandakan bahwa kinerja antioksidan yang terdapat datam rolling oil minyak jarak bekerja cukup efektif. FR 03 memiliki day& tahan yang lebih baik dalarn mencegah terbentuknya peroksida. Jika dibandingkan antara FR 01 dan FR 02, diketahui baik.
FR 02 lebih
Hal ini mengindikasikan bahwa sernakin besar penambahan aditif EP,
maka semakin kecil bilangan peroksida yang terbentuk. Kandungan fosfor dan sulfur yang terdapat pada aditi EP, diduga ikut aktif dalarn mencegah timbulpya peroksida pada jenis rolling oil FR 02 dan FR 03, sehingga kecuali berfungsi sebagai aditii extreme pressure tetapi juga memiliki fungsi antioksidan.
sebagai aditif
Hal tersebut juga dinyatakan oleh O'Brien (1983) dan Rizvi (1998)
I
103
bahwa beberapa senyawa yan sebagai aditif antioksidan. Berdasarkan analisis
rnengandung sulfur dan fosfor digunakan
I
ra+m
diketahui pedakuan oksidasi rnemberikan
1
efek yang signifikan terhadap pe urunan bilangan iod rolling o l (Gambar 46).
1
Hal tersebut rnengindikasikan tela tejadinya proses oksidasi terhadap rolling oil yang bereaksi pada ikatan sebelumnya, bilangan iod
F
yang terkandung dalarn suatu mi yak (trigliserida).
Adanya oksidasi berakibat
pada peningkatan bilangan pe ksida yang tidak stabil dan selanjutnya rnernbentuk asam-asam organik rantai karbon pendek, aldehid serta keton.
da
Peristiwa tersebut akan menurun
n jumlah ikatan rangkap yang terdapat pada
I"
minyak (Swem, 1979; Wong, 19 9; Belitz dan Grosch, 1999). jurnlah ikatan rangkap
Menurunnya
Menurunnya polaritas Walaupun
demikian.
penurunal bilangan iod
rnengindikasikan bahwa rolling oil
F
yang
tidak
terlalu
besar.
inyak jarak rnerniliki potensi untuk digunakan
beberapa kali, apalagi jika dilihat an perubahan parameter bilangan asam dan bilangan peroksida yang juga tidak terlalu besar.
Perlakuan
t
Gambar 46. Grafik hubungan ant ra perlakuan uji oksidasi dengan bilangan iod
3. Karakteristik Emulsi Rolling Oil Dalam proses penipisan t Emulsi yang
a, rolling oil digunakan dalam bentuk emulsi. mulsi yang
digunakan iatah
Berdasarkan kasus yang dilakuki
bertipe oil
in water (ONV).
salah satu industri penipisan baja, biasanya
konsentrasi rolling oil berkisar a1 Ira 8 - 20 %, tergantung tebai tipisnya baja bahan baku dan tebal tipisnya
~ d u kbaja.
konsentrasi 15 % rolling oil dan 8
% air non ionik. Hasil pengamatan terhadap
Dalam penelitian ini digunakan
parameter kestabilan emulsi relat~ persentase deplesi, indeks kestabilan ernulsi
(ESI), dan tegangan perrnukaan I
ajikan pada Gambar 47, sedangkan Gambar
48 dan 49 mernperlihatkan struktk
jlobula emulsi rolling oil minyak jarak.
Dari hasil pengamatan
I
pat diketahui penambahan adiif EP tidak
menyebabkan perbedaan yang
gnifikan terhadap kestabilan emulsi relatii,
indeks kestabilan emulsi dan pel
~ntasedeplesi (Lampiran 15).
kecenderungan penambahan a
if EP menyebabkan penurunan stabilitas
emulsi. Fenomena tersebut teriih
pada parameter ESI dan persentase deplesi
(Gambar 47).
engandung 5 % acttiif EP memiliki indeks
FR 03 yang
kestabilan emulsi terendah (0,058
Narnun, ada
Ian rnemiliki persentase deplesi yang tertinggi
(76.1 %). Bahkan penampakan : uktur globula yang disajikan pada Gambar 48
dan 49, mendukung pula pern
taan tersebut.
globula, terlihat bahwa FR 01 me
iliki globula dengan diameter yang lebih kecil.
Pada FR 02, globula terlihat mem
.idiameter yang lebih besar dari pada FR 01.
Bahkan pada FR 03 globula emul:
terlihat lebih besar lagi dan cenderung sudah
membentuk agregat.
Dari penampakan struktur
-
0.071
FRm
FRO2
Jenis
Jenis Rolling
i
Rolling Oil
FRa?
FROl Jenis Rolling Oil
I
Gambar 47. Histogram karakte 'stik emulsi tiga jenis rolling oil rninyak jarak
perrnukaan mengindikasikan rolling oil
(Gambar 47
turunnya tegangan
sebagai
perbedaan yang nyata pada tiga jenis Penambahan aditif EP menyebabkan tegangan
permukaan
perrnukaan.
diduga
Nachtman
yang digunakan sebagai
Haail pengamatan menunjukkan bahwa dalarn hat kestabiian ernulsi, FR 01 cendmng lebih baik jika dibandiikan dongan FR 02 dan FR 03.
Namun
demikian jika dithjau pede pameter tegangan pmukaan, ternyata FR 03
rnemiliki tegangan parmukan yang lebih randah. Tegangan pennukaan yang lebih rrmdah, sebenamya mehlpakan potend untuk &pat
memberiken
kasteMlan emulsi yang kbih baik. ~eriomsllatersebut mengindikasikan bahwa turunnya tegangan pennukaan Udak selalu berkorelasi dengan meningkatnya
kecrtabilan ernufsi.
Oleh karena itu pengamatan terhadap parameter lain yang
berkaitan den@ankinerja Wing oil seperti uji bur ball, sangat diperlukan untuk memberikan penilaii baik tidaknya rdlfng oil jika diuji dalarn bentuk emulsi dengan air.
Gambar 48. Struktur gbbula ernulsi rolling oil FR 01
3.
Kinerja Tekanan Ekstrim Emulsi Rofiing Oil
I
Tabel 14. Pengamatan diame er goresan pada empat jenis d i n g oil
W ti
Besar (kgf)
Acuan
0.4 0.41 5 0,43 Welding poinf
Welding poinf
Berdasarkan hasil uji four ball dapat diketahui bahwa kineja tekanan
i+
ekstrim rolling oil acuan ternyat
lebih rendah dibandingkan dengan kinqrja
rolling oil minyak jarak. Pada beb n 80 kgf roIIing oil sudah mengalami seizure dengan diameter goresan sebesar
.35mm. Padahal FR 01 yang tidak memiliki
adtii EP, b a mengalami ~ seizu
pada tekanan 100 kgf, dengan diameter
P
da tekanan sebesar 100 kgf rolling oil acuan
goresan yang hanya 1.35 mrn.
sudah mengalami goresan sebes+r 2.55 mm.
Bahkan pada tekanan 100 kgf
baik FR 02 maupun FR 03 belum mengalami seizure, karena diameter goresan
I
masih sebesar 0.42 mrn dan 0,41 mm.
RO Kom.
FR 02
L.
1
Jenis Rolling Oi!
I
-
1
FRO3 -
A
I
Gambar 50. Histogram indek ketahanan beban empat jenis rolling oil
Pada beban yang lebih besar lagi yaitu sebesar 126 kgf, baik rolling oil acuan maupun FR 01 sama-sama mengalami pengelasan (welding), sedangkan FR 02 dan FR 03 belum juga merrgalami seizure. Pada beban tersebut FR 02 dan FR 03 masih mengalami go-esan sebesar 0.47 dan 0.43 rnm.
Namun
demikian pada beban 160 kgf, baik FR 02 rnaupun FR 03 sudah langsung mengalami pengelasan (welding). Fenomena ini mengindikasikan bahwa baik FR 02 maupun FR 03 mengalam pengelasan pada beban antara 126 sarnpai I 6 0 kgf.
Rolling oil acuan memiliki iideks ketahanan beban yang paling rendah diantara empat jenis rolling oil
(Gsmbar 50).
Rolling oil acuan hanya memiliki
indeks ketahanan beban sebesa- 25,94, sedangkan FR 01 memiliki indeks ketahanan beban sebesar 35.5.
Rolling oil jenis FR 02 dan FR 03 memiliki
1
indeks ketahanan beban yang leb h baik dari pada rolling oil acuan dan F R 01.
I. t
FR 02 dan FR 03 memitiki inde s ketahanan beban yang sama yaitu 48.9. Tingginya indeks ketahan beban
lling oil minyak jarak diduga disebabkan oleh
?
tingginya kandungan gugus hidro
it pada minyak jarak. Crawford et a/. (1997) minyak jarak dapat berinteraksi Adanya interaksi antara minyak dapat meningkatkan daya tahan
lapisan film yang terbentuk pada
Hal tersebut juga sesuai
dengan hasil peneliian yang dita
(1997) yang menyebutkan
sebagai bahan dasar rolling oil.
+
dengan perbandingan 15 % rolling il dan 85 % air. Seperti telah disebutkan sebelumnya, pada proses penipisan baja dengan metoda rolling, menurut Nachtman dan Kalpakjian (1985) adanya gesekan antar iembaran baja cian roll tidak
dapat dihindarkan,
karena
menghindari adanya gesekan justru akan menyebabkan terjadinya selip yang artinya proses penipisan tidak terj.adi. Namun demikian dalam proses rolling,
Ill
gesekan dan keausan pada 1
Idem (roll)
dan
lembaran baja haps
diminimumkan. Pada kondisi pelurnasan t
rodinamik, tebal lapisan pelumas rnelebihi
tinggi asperiti (tonjolan-tonjolan I 3a perrnukaan) logam, permukaan dapat dipisahkan ole viskositas pelumas dapat
rnengs
kondisi pelumasan batas (bound:
lapisan pelurnas.
sehingga seluruh
Pada kondisi tersebut
si terjadinya gesekan dan keausan. Pada r
lubrication), lapisan pelurnas sangat tipis
sehingga dapat terjadi kontak I gsung pada sebagian besar permukaan. Akibatnya rnemungkinkan tejadin
I
tersebut kinerja pelumas sangat
~rgantungpada sifat lapisan batas, yaitu
kernarnpuan pelumas rnelindungi
?rmukaan logarn dibawahnya dari gesekan
dan keausan (Rizvi, 1992; Kirk dav
Ithmer, 1995; Nusa, 2001).
Pelumas akan membentuk
gesekan dan keausan.
Pada pelurnasan
ipisan tipis di antara dua permukaan logam
yang bergerak. Apabila pada lapis
i tipis
yang tinggi, rnaka rnernungkinkan
Disan tipis pelumas tidak dapat memberikan
Akibatny;
kontak logam dengan logam akan terjadi.
Untuk mengatasi ha1 tersebut, I
da pelumas perlu ditarnbahkan aditif EP
{extreme pressure agenf). Bahan
ahan kimia yang banyak digunakan sebagai
pelumasan yang baik.
aditii EP ialah bahan yang mud2
tersebut dikenakan tekanan dan suhu
larut di dalarn rninyak.
Urnumnya bahan
tersebut rnengandung klorida, sulft
*an fosfor.
reaksi kimia dengan permukaan Ic
am rnernbentuk ikatan logarn klorida, logarn
sulfida ataupun logam fosfor yan!
nerupakan lapisan film yang melekat pada
permukaan logarn.
Aditif tersebut dapat melakukan
Lapisan fill
tersebut dapat dapat mencegah kontak
langsung antara logam dengan lo
m. Lapisan film dari aditif tekanan ekstrim
umumnya mempunyai tiiik lebur CL
~ptinggi. Hal tersebut sesuai dengan tujuan
penggunaannya yaitu untuk pelurr
ban pada tekanan dan suhu tinggi (Subardjo,
1985; Rizvi. 1998; Kajdas. 1997).
pelurnas khusus yang rnarnpu
rja pada tekanan dan suhu tinggi.
Seperti
E. PROSPEK UNTUK IMPLEME TASl PADA INDUSTRI
1. Potensi lndustri Pelumas Rollin
Oil
Pelurnas secara umu
dapat dikelornpokkan rnenjadi kelornpok
pelurnas untuk mesin (engine I ricanf) dan kelornpok pelurnas bukan untuk rnesin (nonengine lubricanf).
PI
mas bukan rnesin antara lain diperuntukkan
pada fluida transmisi, power st€ ing, shock absorber, roda gigi (otomotif dan industri), rninyak hidrolik (traktor (
n industri), pelurnas pengerjaan logarn, gernuk
serta pelurnas industri lainnya (R
ri,
1992).
Pelurnas pengerjaan Ic
trn secara urnum dapat dikelompokkan lagi
rnenjadi mmoval fluids, forming fl
Ys, pmtection fluids dan tmating fluids. Rolling
oil sendiri, merupakan salah sa
jenis pelurnas pengerjaan logam kelornpok
metal forming fluids.
Konsumsi
?lurnas pengerjaan logam dunia berdasarkan
kelompok tersebut, menurut Gler
dan Antwerpen (998) I removal fiuids seWtar
54 %, forming fluids sekitar 28 %
mtection fluids sekitar 11 % dan treating fluids
sekitar 7 %. Glenn
dan
Antwerpen
pengerjaan logarn dunia rnencal
[I 998)
menyebutkan
600 juta galon.
kebutuhan
pelurnas
Kebutuhan tersebut untuk
rnemenuhi kebutuhan industri di
nerika sebesar 36 %, Asia 30 % dan Eropa
sebesar 28 %.
las pengejaan logam di Asia, saat ini masih
Kebutuhan pelt
didorninasi oleh Jepang, Cina, Kc
'a Selatan dan India (Gambar 51).
Negaa Pengguna
pengejaan logam
t
Tabel 15. lmpor pelumas In onesia tahun 1997 dan 1998*)
*) BPS (1997 dan 1998)
I
Masih impomya peluma rolling oil untuk memenuhi kebutuhan industri baja di Indonesia serta semakin umbuhnya industri otomotii di kawasan Asia Tenggara merupakan prospek
sar yang potensial bagi pendirian industri
pelumas rolling oil khususnya dan pelumas pengerjaan logam pada urnumnya di Indonesia.
2.
'i
Kondisi Agribisnis Jarak lndon sia
harga biji jarak pada tahun 1990-an, menyebabkan petani jarak mengalihkan ke tanaman lainnya. Menurut Sunardi (1999) kendala pengembangan tanaman jarak di lndonesia
ialah
:
(1)
Jarak
diposisikan
sebagai
tanaman
tambahan
dibudidayakan oleh petani guren yang mengutamakan tanaman penghasil karbohidrat. (2) Belum tersedia benih jarak yang memenuhi syarat baku teknis, (3) Penanaman baru (yang bellim berpengalaman banyak yang melakukan
kesalahan dalam menentukan js rak tanam, pemupukan dan pemangkasan pucuk, (4) Areal tanarnan jarak terpencar, dalam skala kecil dan berada di daerah pinggiran. (5) lnformasi pasar kuang lancar, sehingga kesenjangan harga di tingkat petani dan konsumen terlalir tinggi. Besamya kebutuhan dunia terhadap minyak jarak, serta kegunaan dari rninyak jarak yang cukup luas khususnya sebagai bahan dasar peIurnas pengerjaan logam, merupakan d l a ha1 yang menjsdikan daya tarik tersendiri bagi pengernbangan usaha jarak d Indonesia. Kecuali itu, sudah dikenalnya dan sudah dibudidayakannya jarak di berbagai daerah di Indonesia, merupakan kelebihan lain bagi pengembanga~jarak di Indonesia. Oleh karena itu, dapat dinyatakan bahwa walaupun kondisi usaha pertanian jarak pada saat ini ada kendala, namun peluang pengerrbangan agribisnis dan agroindustri jarak di Indonesia memiliki peluang yang qukup baik. Keunggulan yang dimiliki minyak jarak sebagai bahan dasar pelulnas rolling oil dan kemungkinannya untuk diaplikasikan pada pelumasan pe igejaan logam selain rolling oil merupakan suatu ha1 yang perlu diantisipasi ,cialam usaha pengembangan agroindustri di Indonesia.
3. Anaiisis Finansial lndustri Analisis finansial industri
untuk mengetahui prospek industri
rolling oil dari aspek finansial. An
dilakukan masih merupakan kajian
1
penjajakan, sebagai studi pend huluan untuk studi kelayakan yang lebih
I
komprehensg. Sebagai dasar ana isis finansial ialah sebagai berikut. 1. Kapasitas produksi sebesar 6 000 kg rolling oil per hari atau sebesar 1 800
I
ton rolling oil per tahun. 2. lndustri pelumas rolling oil
1
~rencanakanrnenggunakan biji jarak sebagai
bahan bakunya. Harga beli biji jarak dipefhiiungkan Rp 2 250,- per kg. 3. Formula rolling oil yang dibuat alah FR 02. 4. Discount factor sebesar 20 %.
1
5. Umur proyek didasarkan pada mur ekonornis proyek, yaitu jurnlah tahun
9
selama pemakaian peralatan i
estasi dapat rneminirnumkan biaya tahunan.
Rp 9 406 753 400 puluh tiga ribu ernpat ratus rupiah).
Rincian
Larnpiran T 9 .
7. Biaya operasional sebesar seratus dua puluh dua juta operasional dapat dilihat pada
!-=
mpiran 20.
1 I
8. Residu proyek diperhitungkan engan mengurangkan nilai awal dari barang
kapital dengan nilai depresiasi ya selama urnur proyek yaitu 10 tahun. Nilai depresiasi dipehitungkan proyek bernilai Rp 1 059 tujuh ratus lima puluh ribu
4
000,- (enarn ratus delapan pul h delapan juta dua ratus tujuh puluh lirna ribu
9.
Pendapatan Usaha
p 50,- per kg. Pendapatan usaha tiap tahun
Arnpas dijual dengan harga
9
adalah Rp 22 612 500 000.- ( ua puIuh dua milyar enam ratus dua belas juta lima ratus ribu rupiah).
tl.
Ri clan pendapatan tiap tahun disajikan pada
Lampiran 20.
adalah sebagai berikut.
3) Profitability Index (PO 4)
Payback Period (PBP
5 ) Analisis Sensitivitas
dilakukan antara lain dengan
tiap tahunnya untuk pembelian Penggunaan aditif biosida dan a yang harus dikeluarkan untuk pe Rp 271 000 000.-.
I
Tabel 16. Hasil analisis fin nsial dalam berbagai kondisi
Kr-Wria lnvestasi
N P V (Ribuan Rupiah)
PBP (Tahun)
Biaya enurun 5 % Operasional Meningkat 10 %
Normal
6 761266.3
2 8328347
1 963398.3
lnvestasi Meningkat 25 %
4 4523681
i
2-
3,78
4,Sl
trl
3.08
Pada kondisi biaya operasi nal meningkat 10 %, industri pelumas rolling oil juga masih memiliki performan i yang cukup baik. 398 300 , IRR 21 %. PI 1.04,
BP 3.8 tahun.
NPV sebesar Rp 1 963
Demikian juga pada kondisi
biaya investasi meningkat 25 %. i dustri rolling oil tersebut masih cukup layak didirikan dengan NPV Rp 4 452
68 000,-,
IRR 30 %.
PI
1,38. PBP 3.08
tahun. Berdasarkan analisis dan pembahasan tersebut, dapat disimpulkan bahwa implementasi industri rollin
4
oil dengan bahan dasar minyak jarak cukup
memberikan prospek finansial yang baik. Namun demikian perlu dilakukan studi kelayakan yang lebih komprehensif sebelum pendirian industri dilakukan.