BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakteristik Bio Pelumas
Karakteristik biopelumas untuk densitas dan viskositas diperoleh untuk variasi waktu dan konsentrasi adititif TiO2-NP pada proses sonikasi. Sonikasi dilakukan dengan cara mengalirkan energi gelombang ultrasonic yang dapat mengguncang larutan dan mengakibatkan nukleasi dan pecahnya gelembung pendispersi (dalam hal ini Etilen Glikol). Gelembung tersebut menginisiasi pemecahan permukaan serbuk TiO2-NP yang sangat efektif untuk memecah agregat partikel TiO2-NP (Wardatul, 2010).
Dari hasil pengujian densitas dari tiap variasi, diperoleh data sebagai berikut :
Gambar 4.1 Pengaruh waktu sonikasi (waktu) terhadap densitas (g/cm3) biopelumas pada variasi konsentrasi TiO2-NP (%b/b)
Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa waktu sonikasi dapat menaikan nilai densitas dari sampel, kurva dari setiap variasi mengalami kenaikan, semakin
0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1
0 20 40 60 80 100
DENSITAS (G/CM^3)
WAKTU (MENIT)
0.05%TiO2 0.10%TiO2 0.15%TiO2
lama waktu sonikasi maka semakin tinggi nilai densitas. Grafik tersebut membuktikan bahwa semakin lama waktu sonikasi maka campuran yang dibuat akan semakin terdispersi dengan baik (Sari and Sulistyo, 2015). Waktu sonikasi juga mempengaruhi gerak brownian pada molekul campuran yang disebabkan karena berkurangnya efek daripada gravitasi, hal tersebut membuat posisi nanopartikel TiO2-NP akan bertahan pada campuran (Ilie dan Covaliu, 2016) gambar tersebut telah mengarah ke SNI-7069.1-2012 dimana densitas terbaik pada gambar 4.1 pada angka 0,98 g/cm3 angka tersebut telah sesuai dengan aturan standar SNI-7069.1-2012.
Gambar 4.1 juga menggambarkan pengaruh konsentrasi aditif yang digunakan terhadap nilai densitas, terlihat bahwa banyaknya aditif yang digunakan akan menambah nilai densitas dari produk. Hal ini dikarenakan aditif yang terdispersi dengan baik pada produk semakin besar dengan banyaknya aditif TiO2-NP yang digunakan. Densitas dari aditif TiO2-NP (EG + TiO2-NPs) akan terakumulasi pada densitas campuran.
Gambar 4.2 Pengaruh Penambahan EG terhadap densitas (g/cm3) biopelumas pada variasi waktu (menit) dan konsentrasi TiO2-NP 0,1% b/b
Etilen Glikol digunakan pada sample dengan fungsi sebagai dispersan TiO2-NP nanopartikel. Dapat dilihat dari Gambar 4.2 bahwa etilen glikol sangat berpengaruh terhadap dispersi TiO2-NP dalam Base Oil. Keberhasilan dispersi dapat dilihat dari nilai densitas produk. Densitas yang tinggi
0.82 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98
0 20 40 60 80 100
DENSITAS (G/CM^3)
WAKTU (MENIT) Dengan EG Tanpa EG
membuktikan banyaknya partikel TiO2-NP yang terdispersi sehingga membuat produk yang dihasilkan semakin ideal (Zulkiflia dkk, 2013).
Percobaan yang telah dilakukan menghasilkan produk berupa biopelumas yang diperoleh dari pencampuran antara RBD dengan aditif TiO2-NP.
Komposisi campuran yang digunakan adalah 90% Base Oil dan 10% aditif dengan komposisi TiO2-NPpada aditif bervariasi, diantaranya 0,05%; 0,10%;
dan 0,15%.
Dari hasil pengujian viskositas dari tiap variasi, diperoleh data sebagai berikut :
Gambar 4.3 Pengaruh waktu sonikasi (waktu) terhadap viskositas (CSt) biopelumas pada variasi konsentrasi TiO2-NP (%b/b)
Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa waktu sonikasi dapat menurunkan nilai viskositas dari sampel, karena semakin lamanya waktu sonikasi secara tidak langsung menaikkan suhu operasi. Hal ini menjelaskan hubungan antara suhu dengan viskositas sangat erat, pemanasan yang terjadi pada sonikator PS-40A mengalami kenaikan suhu sampai lebih dari 75 ºC, semakin tinggi suhu bio pelumas yang dipanaskan maka bio pelumas akan mengalami kestabilan penurunan nilai viskositas (Lumbantoruan dkk, 2016). Produk yang dihasilkan
0 10 20 30 40 50 60 70
0 20 40 60 80 100
VISKOSITAS (CST)
WAKTU (MENIT)
0.05%TiO2 0.10%TiO2 0.15%TiO2
akan semakin ideal dengan rendahnya viskositas karena mempercepat gerakan brownian campuran aditif TiO2-NP pada Base Oil (Ilie dan Covaliu, 2016).
Gambar tersebut sama halnya dengan densitas juga mengarah ke SNI-7069.1- 2012 dimana viskositas terbaik pada gambar 4.3 pada angka 10 cst dimana angka tersebut telah sesuai dangan aturan standar SNI-7069.1-2012.
Gambar 4.3 juga menggambarkan pengaruh konsentrasi aditif yang digunakan terhadap nilai viskositas, terlihat bahwa banyaknya aditif yang digunakan akan menambah nilai viskositas dari produk. Hal ini dikarenakan peluang aditif yang tercampur secara homogen pada produk akan semakin besar dengan banyaknya aditif TiO2-NP yang digunakan dan membuat sample menjadi lebih viskos. Hal ini menyatakan bahwa produk dari percobaan yang dilakukan ideal pada konsentrasi aditif yang tinggi. Semakin besar TiO2-NP yang di tambahkan ke dalam minyak, maka viskositas kinematik semakin meningkat (Roselina, 2019).
Gambar 4.4 Pengaruh Penambahan EG terhadap viskositas (CSt) biopelumas pada variasi waktu (menit) dan konsentrasi TiO2-NP 0,1% b/b
Gambar 4.4 merupakan pengaruh penambahan etilen glikol terhadap viskositas. Etilen Glikol digunakan pada sample dengan fungsi sebagai
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000
0 20 40 60 80 100
VISKOSITAS (CST)
WAKTU (MENIT) Dengan EG Tanpa EG
dispersan TiO2-NP nanopartikel dengan Base Oil. Dapat dilihat dari Gambar 4.4 bahwa Etilen Glikol sangat berpengaruh terhadap campuran TiO2-NP dalam Base Oil, baiknya dispersan dapat dilihat dari nilai viskositas produk.
Viskositas yang semakin tinggi membuktikan banyaknya partikel TiO2-NP yang terdispersi sehingga membuat produk yang dihasilkan semakin homogen dan viskos.
4.2 Pengaruh Penambahan Aditif TiO2-NP pada Bio Pelumas terhadap Nilai TAN
Semakin tinggi kadar asam lemak bebas dan bilangan asam maka semakin rendah nilai pH yang terkadung dalam produk yang berarti bersifat semakin asam. Tingginya kadar asam lemak bebas dan bilangan asam ini disebabkan adanya proses hidrolisis dan oksidasi. Semakin banyak kadar air, semakin meningkat hidrolisisnya. Peningkatan kadar air ini dapat mendorong terjadinya proses hidrolisis trigliserida dan molekul air sehingga membentuk gliserol dan asam lemak bebas (Munfarida, 2021).
Berikut merupakan Tabel dari hasil total bilangan asam yang, Tabel ini mencangkup 5 sampel diataranya sampel larutan campuran 0,05% TiO2-NP, 0,1% TiO2-NP, 0,15% TiO2-NP dan RBD murni, dari hasil percobaan di dapat nilai bilangan asam sebagai berikut :
Tabel 4.2 Nilai TAN
Sampel
Acid Number
(mg KOH/g sampel)
90S0,05 0,3142
90S0,10 0,2693
90S0,15 0,2244
90SXEG 0,3590
RBD Murni 0,4039
TiO2-NP merupakan senyawa yang dapat mendegradasi gugus fenolik pada asam lemak,TiO2-NP juga bersifat amtofer yaitu dapat bereaksi dengan senyawa asam (Purwadi, 2008). Pada penelitian ini, TiO2-NP bereaksi dengan asam lemak tak jenuh, karena asam lemak tak jenuh memiliki ikatan rangkap yang menyebabkan mudah bereaksi dengan senyawa basa ataupun dengan oksigen dan hydrogen.RBD CPO mengandung asam lemak sebanyak 4%
(Tabel 2.2). Sebagian asam lemak yang terdapat dalam RBD CPO bereaksi dengan TiO2-NP yang menyebabkan menurunnya nilai TAN. Tabel 4.2 menunjukan penurunan TAN yang disebabkan karena penambahan konsentrasi dari TiO2-NP. Data tersebut didapatkan dengan menggunakan metode titrasi asam basa dengan ASTM D974 (Monika dkk, 2021). Pengujian untuk mencari nilai TAN (Total Acid Number) dengan metode ASTM D974 hanya dilakukan pada 6 sampel utama, diantaranya minyak RBD murni, 90S0,05, 90S0,10, 90S0,15,
60S0,10, dan 60SXEG.
Pemilihan RBD dilakukan dengan alasan pemilihan karena mayoritas mengandung asam lemak jenuh (C12:0, Asam Laurat dan C14:0, Asam Miristat) sehingga cenderung memiliki stabilitas oksidasi tinggi. Kandungan asam laurat memiliki sifat juga sebagai antioksidan alami[16]. Asam lemak tersebut juga banyak digunakan sebagai inhibitor pada pelumas. Asam lemak akan terikat oleh TiO2-NP pada setiap partikelnya (Chang dkk, 2016).
Gambar 4.5 Mekanisme pengikatan asam lemak pada TiO2-NP(Chang dkk, 2016).
Gambar 4.5 menunjukan bagaimana mekanisme reaksi pengikatan asam lemak oleh TiO2-NP yang mengakibatkan turunnya nilai TAN pada pengujian ASTM D974, hal tersebut dikarenakan semakin banyak aditif TiO2-NP yang digunakan, maka semakin banyak juga asam lemak yang akan terikat oleh TiO2-NP. Reaksi tersebut terjadi karena TiO2-NP merupakan katalis dalam proses pembuatan biodiesel, sehingga sebagian asam lemak berubah menjadi FAME (fatty acid methyl ester). Perubahan asam lemak menjadi FAME menyebabkan reaksi antara asam lemak dengan KOH berkurang, maka dari itu nilai TAN yang dihasilkan berkurang sejalan dengan penambahan TiO2-NP (Dewi dan Slamet, 2019).
Dari Tabel 4.1 terlihat nilai TAN tertinggi adalah pada sampel RBD Murni dan paling rendah ada pada sampel 90S0,15. Tabel tersebut juga menjelaskan bahwa dengan penambahan aditif TiO2-NP akan menurunkan nilai TAN yang berarti asam yang terkandung pada pelumas telah bereaksi dengan aditif TiO2- NP. Dari Tabel 4.1 juga dapat dilihat nilai TAN juga menjelaskan bahwa kadar yang paling rendah terdapat pada sampel 90S0,15 dengan angka asam 0,2244 mg
KOH/g sampel angka tersebut telah dengan aturan standar ASTM D-974.
Pengaruh aditif TiO2-NP terhadap nilai TAN juga terlihat pada variasi konsentrasi aditif TiO2-NPpada sampel, semakin tinggi konsentrasi TiO2-NP pada aditif TiO2-NP terlihat semakin kecil nilai TAN.
4.3 Pengaruh Penambahan Aditif TiO2 terhadap Laju Korosi
Aditif TiO2-NP yang digunakan sangat perpengaruh terhadap perubahan karakteristik korosifitas biopelumas. Pada dasarnya TiO2-NP merupakan zat yang anti-oksidasi atau mampu bereaksi dengan agen oksidator (Li dkk, 2021).
Pada saat pelumasan terhadap logam, TiO2-NP akan bereaksi dengan oksidator (misalnya oksigen), hal ini berarti reaksi oksidasi terjadi antara TiO2-NP dengan oksidator dan bukan dengan logam, sehingga logam akan terlindungi dari oksidator yang terdapat pada biopelumas dan lingkungan (Li dkk, 2021).
Faktanya, secara stiokiometri TiO2-NP tidak bisa bereaksi dengan oksigen, namun pada kasus ini yang terjadi adalah TiO2-NP mengadsorp oksigen yang terdapat pada senyawa H2O yang ada di dalam RBD CPO (Li dkk, 2021). TiO2- NP mampu mengadsorp oksigen di dalam kandungan air pada RBD CPO secara kimia yang berakibat terhindarnya reaksi oksidasi antara logam denga oksigen. Kehadiran TiO2-NP mampu mengurangi laju korosi.
Pada penelitian ini logam tembaga mengalami penurunan oksidasi yang ditandai dengan menurunnya nilai weight loss. Penurunan terjadi akibat penambahan konsentrasi TiO2-NP pada campuran aditif. Reaksi oksidasi yang terjadi pada logam tembaga adalah:
Cu + O2 Cu2+ + 2O- Cu2+ + 2O- 2CuO
Reaksi yang terjadi akan berkurang dengan penambahan TiO2-NP karena oksigen yang mengoksidasi logam Cu teradsorp oleh TiO2-NP.
Gambar 4.6 Pengaruh waktu sonikasi (menit) terhadap laju korosi pelat tembaga (mmpy) dalam biopelumas pada variasi konsentrasi TiO2-NP (% b/b)
Gambar 4.6 menjelaskan penurunan laju korosi akibat penambahan aditif TiO2-NP pada biopelumas. Semakin lama waktu sonikasi akan berakibat semakin menurunnya nilai laju korosi. Pengaruh waktu tersebut karena semakin lama waktu sonikasi akan membuat sampel semakin homogen, maka dari itu partikel sampel semakin banyak yang terlindungi dari oksidasi oleh aditif.
Garis konsentrasi aditif 0.15% terlihat yang paling rendah nilai laju korosinya, hal itu sejalan dengan gambar 4.8 berikut.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 20 40 60 80 100
LAJU KOROSI (MMPY)
WAKTU (MENIT)
0.05%TiO2 0.10%TiO2 0.15%TiO2
Gambar 4.7 Pengaruh konsentrasi aditif TiO2-NP (% b/b) terhadap laju korosi pelat tembaga (mmpy) dalam biopelumas pada waktu (menit)
Gambar 4.7 menjelaskan mengenai penurunan nilai laju korosi karena penambahan konsentrasi dari aditif TiO2-NP yang ditambahkan pada bio Pelumas. Hasil terbaik dari penggambaran grafik diatas adalah pada variasi 90 menit dengan konsentrasi aditif sebesar 0,15%.
Penurunan laju korosi dengan bertambahnya konsentrasi aditif sejalan dengan pengujian TAN (Total Acid Number) yang juga menurunnya nilai keasaman sampel karena meningkatnya konsentrasi aditif TiO2-NP. Pada uji TAN pun didapat hasil terbaik pada variasi 90 menit dengan konsentrasi aditif 0,15%.
Penurunan laju korosi terjadi karena aditif TiO2-NP mampu mengabsorp oksidator yang ada pada pelumas ataupun lingkungan yang berfasa gas seperti H2O, O2, serta aldehid (Li dkk, 2021). Namun jika dilihat dari nilai laju korosi paling rendah (pada variasi 90S0,15)sampel yang dihasilkan masih tergolong korosif dengan nilai 16,76 mmpy. Nilai tersebut telah mengarah pada kaidah aturan standar ASTM D-130. Nilai tersebut juga dapat dibandingkan dengan Tabel 2.7 yang terlihat bahwa sampel terbaik dari percobaan ini berada dalam kolom Unacceptabel, yang berarti korosifitas dari sampel ini sangat tinggi. Hal
0 10 20 30 40 50 60
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16
LAJU KOROSI (MMPY)
ADDITIVE (%)
30 min 60 min 90 min
tersebut terjadi karena kadar FFA (Free Fatty Acid) pada RBD yang tergolong tinggi (Ani dan Triwikantoro, 2013).
Gambar 4.8 Pengaruh EG terhadap laju korosi pelat tembaga (mmpy) dalam biopelumas pada variasi konsentrasi aditif TiO2-NP0,1% b/b
Seperti yang sudah dijelaskan pada gambar 4.1 yang menjelaskan pengaruh penambahan aditif TiO2-NP terhadap nilai densitas, tergambarkan pula pada gambar diatas bahwa etilen glikol sangat berpengaruh besar untuk mendispersikan TiO2-NP di dalam bio pelumas sehingga tidak terbentuk aggregat dalam campuran yang menyebabkan tidak meratanya TiO2-NP dalam campuran bio pelumas. Gambar 4.8 menjelaskan lebih kecil nilai laju korosi pada sampel yang menggunakan pelarut etilen glikol, karena pada sampel tanpa pelarut minyak dengan aditif TiO2-NP tidak mengalami homogenisasi yang menyebabkan perlindungan anti korosif dari TiO2-NP tidak merata.
4.4 Efisiensi Inhibisi Aditif TiO2-NP
Aditif TiO2-NP yang digunakan memiliki efisiensi terhadap perlindungan anti korosi pada biopelumas, hal tersebut dijelaskan pada grafik berikut.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 20 40 60 80 100
LAJU KOROSI (MMPY)
WAKTU (MENIT) Dengan EG Tanpa EG
Gambar 4.9 Pengaruh kosentrasi aditif TiO2-NP (% b/b) terhadap efisiensi inhibisi korosi pelat tembaga dalam biopelumas pada variasi
konsentrasi TiO2-NP (% b/b)
Gambar 4.9 terlihat bahwa besarnya konsentrasi dan waktu pada proses pembuatan sampel menaikkan nilai efisiensi aditif TiO2-NP sebagai inhibitor korosi pada logam. Nilai efisiensi tertinggi berada pada sampel 90S0,15 yaitu sebesar 68,97%. Nilai efisiensi ini didapatkan karena aditif TiO2-NP mampu mengabsorp oksidator yang ada pada pelumas ataupun lungkungan yang berfasa gas seperti H2O, O2, serta aldehid. Nilai TAN yang semakin menurun dengan penambahan aditif TiO2-NP juga menaikan nilai efisiensi inhibisi aditif TiO2-NP (Li dkk, 2021). Nilai efisiensi inhibisi TiO2-NP cukup baik bila dibandingkan dengan inhibitor Na2SiO3 pada penelitian lain dengan rentang nilai pada 42,37% - 60,73% (Fauzan, 2013).
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16
EFISIENSI (%)
ADDITIVE TIO2(%)
30 min 60 min 90 min
