April 2018 ISSN : 2252 - 7311 e-ISSN : 2549 - 6840
Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/konversi Email :  jurnalkonversi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A
EVALUASI PENGARUH KADAR Na 2 O DAN K 2 O TERHADAP KUALITAS BUBBLE

## PADA KACA SODA LIME SILICA
Risqi Kurniawan
Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta Jalan Cempaka Putih Tengah 27 Jakarta 10510 risqi.kurniawan@ftumj.ac.id
ABSTRAK .  Ketatnya  persaingan  dalam  industri  kaca  soda  lime  silica  menyebabkan peningkatan  kualitas  kaca  menjadi  sangat  penting,  bubble  dalam  kaca  lembaran adalah  salah  satu  parameter  kualitas  yang  perlu  terus  ditingkatkan.  Untuk  itu  perlu dilakukan  upaya  untuk meningkatkan  kualitas  bubble  pada  kaca.  Salah satu  hal yang mempengaruhi  kadar  kualitas  bubble  adalah  kadar  R 2 O  di  dalam  kaca,  dimana  R 2 O adalah  penjumlahan  dari  N 2 O  dan  K 2 O.  Penelitian  ini  dilakukan  di  pabrik  kaca lembaran  yaitu  kaca  berjenis  soda  lime  silica  dengan  kapasitas  500  t/d.  Dalam penelitian  ini  dilakukan  perubahan  kadar  R 2 O  dari  13,5%  menjadi  13,8%,  dengan adanya perubahan tersebut diperoleh kondisi suhu bottom dog house yang meningkat dari  kisaran  1100 o C  menjadi  1120 o C,  selain  itu  juga  terdapat  perubahan  kondisi viskositas  kaca  yang  diwakili  oleh  suhu  log  y -2 yang  menurun  dari  kisaran  1460 o C turun  menjadi  1445 o C.  Dari  perubahan  kedua  parameter  tersebut  diperoleh  jumlah bubble  yang  meningkat  dari  kisaran  400  pcs/jam  menjadi  1700  pcs/jam,  hal  ini disebabkan  oleh  dengan  adanya  penurunan  viskositas  cairan  kaca,  maka  forward current  (aliran  maju)  cairan  kaca  menjadi  lebih  cepat,  sehingga  bubble  tidak  hilang pada  proses fining  atau refining  dan  terbawa  ke proses  pembentukan  sehingga  pada akhirnya menjadi defect pada kaca.
Kata kunci: Bubble, R 2 O, Na 2 O, K 2 O, soda lime silica glass, viskositas.
ABSTRACT .  Tight  competition  in  soda  lime  silica  glass  industry  cause  quality improvement  become  very  important,  bubble  in  flat  glass  is  one  of  quality  parameter which  have to  improve.  So  it’s  need  effort  to  improve  bubble  quality  in glass.  One  of influence  factor  for  bubble  quality  is  R 2 O  content  in  glass,  where  R 2 O  is  sum  of  N 2 O and  K 2 O.  This  research  perform  in  flat  glass  manufacture  type  soda  lime  silica  glass with capacity 500 t/d. in this research adjust R 2 O content from 13.5% to 13.8%, by this adjustment bottom dog house suhu became increase from about 1100 o C to 1120 o C, and  also  glass  viscosity  which  represent  by  log  y -2 changed  from  1460 o C  down became 1445 o C. From these two parameter, bubble count became increase from 400 pcs/hour  to  1700  pcs/hour,  these  things  are  caused  by  decrement  of  glass  viscosity, forward current of molten glass became faster, so bubble can’t be removed by fining or refining and carried to forming process and finally became defect in glass.
Keywords: Bubble, R 2 O, Na 2 O, K 2 O, soda lime silica glass, viscosity

## PENDAHULUAN
Ketatnya  persaingan  dalam  industri kaca soda  lime  silica menyebabkan peningkatan  kualitas  kaca  menjadi sangat  penting, bubble dalam  kaca lembaran  adalah  salah  satu  parameter kualitas  yang  perlu  terus  ditingkatkan. Bubble adalah  jenis  cacat  pada  kaca lembaran  yang  berasal  dari  hal-hal  di bawah ini :
1.  Pendidihan  kembali  cairan  kaca
( reboilling) 2.  Kurangnya proses fining (penghilangan Bubble )
3.  Jatuhnya  material  padat  ke  dalam molten glass
Terdapat  banyak  perubahan  terjadi selama  pemanasan  dan  peleburan  di dalam campuran bahan baku
pembuatan kaca.
Penghilangan Bubble merupakan  hal yang  penting  untuk  menghasilkan  kaca yang kualitasnya bagus.
Setelah  proses  peleburan,  cairan  kaca terdapat Bubble dalam  jumlah  yang besar,  biasanya  sejumlah  1x10 5 pcs Bubble per kilo gram cairan kaca.
Meleburkan  kaca  yang  hampir  jenuh dengan  gas  terlarut  sangatlah  sensitif terhadap  pembentukan bubble baru atau pembesaran bubble
yang berukuran  kecil,  apabila  dilakukan  hal- hal berikut ini :
1. Perubahan komposisi kimia material kaca
2. Perubahan suhu
3. Pengadukan  cairan  kaca  secara mekanis
Disamping  pembentukan  lelehan  silika, juga  terdapat  gas  yang  dihasilkan dalam jumlah yang besar, contohnya : 1. Dari karbonat : gas CO 2 terbentuk
2. Dari  karbonat  dan  cokes  :  gas  CO terbentuk
3. Bahan hidrat memberikan uap air
4. Dari  nitrat,  terbentuk  gas  O 2 dan gas N 2 / NO x
5. Sulfat  dan  sulfit  dapat  membentuk gas  sulfur,  contohnya  :  SO 2 and
H 2 S
Penghilangan  gas  pada  cairan  kaca dan penghilangan semua bubble
meliputi bubble ukuran kecil (seed) dari cairan kaca.
Bubble dengan ukuran kecil (diameter = 0,1  sampai  0,4  mm)  disebut seed , bubble besar  disebut blister , bubble dengan  ukuran  di  bawah  0,1  mm disebut micro seed .
Gas-gas Lain :
1.  Udara,  (konsentrasi  volume  =  Ar  :
N 2 = 0,9 : 80)
 Termasuk  udara  (pori-pori)  di gundukan material batch
 Retakan  dinding  pada  batu tahan api.
 Oksigen dari udara yang terlarut
pada cairan kaca.
2.  Gas-gas yang terdapat pada
atmosfer furnace (N 2 , Ar, H 2 O, CO 2 )  Oksigen  dari  atmosfer furnace pada umumnya terlarut di dalam cairan kaca.
3.  Komponen  kaca  dan  batch  yang mudah  menguap  atau  dekomposisi gas-gas :
 NO x , CO 2 , H 2 O
4.  Kontaminasi cairan kaca oleh korosi elektroda,  deposit  karbon  dan  lain- lain.
Untuk  membantu  penghilangan bubble dari  cairan  kaca,  maka  ditambahkan fining  agents .  Fungsi  dari fining  agent adalah  memproduksi fining gas  pada temperatur  yang  dapat  dicapai  oleh seluruh  lintasan  cairan  kaca  di  dalam furnace pada level kekentalan terendah.  Proses  dekomposisi fining agent terjadi  pada  temperatur  tinggi  di dalam  cairan  kaca  dengan  kekentalan rendah akan menghasilkan :
1.  pembesaran bubble secara serempak,
2.  pelepasan  gas  dengan  kecepatan yang tinggi
3.  kenaikan  gas  ke  permukaan  cairan kaca.
Kelebihan fining agent akan menyebabkan pembentukan foam
berlebih, sehingga dapat menyebabkan defect pada kaca, dan dapat menggangu  transfer  panas  di  dalam furnace .
Tahapan Fining : I. Primary fining
 Terjadi pada suhu tinggi.
 Bubble mengumpul  lalu  ukuran bubble membesar.
 Gas-gas  terlarut  berdifusi  dari cairan  kaca  ke bubble (seperti gelembung pada minuman bersoda)
 Bubble naik  ke  permukaan  cairan kaca.
II. Secondary fining / refining  Penghilangan  bubble  kecil  yang masih tersisa
 Hanya  efektif  jika  bubble  berisi
gas-gas  CO 2 ,  O 2 ,  SO 2 yang terlarut di dalam cairan kaca.
 Cairan kaca sebaiknya mengandung sedikit gas-gas terlarut.
Sodium  Sulfat  sering  digunakan  untuk fining  agent  dalam  proses primary fining
Reaksi fining : T > T fining onset 𝑁𝑎 2 𝑆𝑂 4 ↔ 𝑁𝑎 2 𝑂 + 𝑆𝑂 2 + 1/2𝑂 2
Ilustrasi  pencampuran  antara  gas  CO 2 dan  N 2 dengan Fining  Agent terlihat pada Gambar 1.
Gambar  1 .  Ilustrasi  pencampuran  CO 2 dan  N 2 di  dalam Bubble dengan Fining Agent
Kecepatan  kenaikan  bubble  ke  atas permukaan cairan kaca
𝑉 𝑘𝑒𝑛𝑎𝑖𝑘𝑎𝑛 = 𝑐.𝜌.𝑔.𝑅 2 𝜇 ………(1)
Dimana :
Ρ =   Densitas cairan kaca (kg/m 3 ) μ =   Viskositas cairan kaca (Pa.s) R =  Jari-jari bubble (m) g =   Percepatan gravitasi (9.81m/s 2 ) c =   Faktor (contoh : Stokes c = 2/9) Hubungan antara waktu kenaikan bubble ke  permukaan  kaca  dengan ukuran bubble diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar  2 .  Waktu  untuk  mencapai permukaan cairan kaca (1 meter)
Pada suhu tinggi viskositas cairan kaca menjadi rendah sehingga waktu
kenaikan  bubble  ke  permukaan  kaca menjadi cepat.
Viskositas dapat diwakili oleh nilai suhu cairan  kaca  pada  log μ =  2.  Suhu tersebut  dihitung  dengan  persamaan berikut ini
𝑇 = 3497 − 14,53 ∙ 𝐴 − 9,27 ∙ 𝐵 − 37,67 ∙ 𝐶 − 30,42 ∙ 𝐷 − 39,94 ∙ 𝐸 − 24,92 ∙ 𝐹 − 48,37 ∙ 𝐺 …………….(2)
Dimana : T = suhu cairan kaca pada log μ =2 ( o C) A = komposisi SiO 2 (%)
B = komposisi Al 2 O 3 (%)
C = komposisi CaO (%) D = komposisi MgO(%) E = komposisi Na 2 O(%)
F = komposisi K 2 O(%) G = komposisi TiO 2 (%)
Dalam  prakteknya  semua  jenis  kaca mengandung  bahan  alkali  baik  dalam bentuk Natrium (Na) atau Potasium (K). Lebih  lanjut  porsi  terbesar  pembuatan kaca  pada  saat  ini  baik  berupa  kaca jendela,  kaca  lembaran  lain,  botol,
perabotan rumah tangga, lampu mengandung sodium  oxide .  Senyawa
ini dapat dimasukan ke dalam
campuran bahan pembuat kaca dengan dua cara yaitu :
1.  Menggunakan salt  cake (Na 2 SO 4 )
atau 2.  menggunakan soda ash (Na 2 CO 3 ).
Sumber Sodium yang  melimpah  dan paling murah terdapat pada garam atau natrium  klorida  (NaCl),  dimana  dari bahan  baku  garam  ini salt  cake dan soda  ash dibuat.  Akan  tetapi  tidak  lah mungkin untuk membuat kaca langsung menggunakan  garam,  silica  sand  dan garam  tidak  bisa  bereaksi  membentuk sodium silikat kecuali dengan menggunakan  uap  air  dan  dalam  skala yang  sangat  kecil.  Hampir  semua Natrium  menguap  sebelum  bereaksi dengan silica sand. Untuk menghasilkan  reaksi  tersebut  terlebih dahulu  harus  dirubah  menjadi  sodium sulfat  atau salt  cake (Na 2 SO 4 )  atau dirubah terlebih dahulu menjadi sodium
karbonat  atau soda  ash (Na 2 CO 3 ).
terlebih dahulu. Reaksi antara soda ash dan silica sand selama proses peleburan adalah sebagai berikut :
𝑁𝑎 2 𝐶𝑂 3 + 𝑆𝑖𝑂 2 ↔ 𝑁𝑎 2 𝑆𝑖𝑂 3 + 𝐶𝑂 2
Soda Ash  +  Silica  Sand  ↔  Sodium Silicate + Karbon dioksida
Reaksi antara salt cake , silica sand dan coal adalah sebagai berikut : 2𝑁𝑎 2 𝑆𝑂 4 + 𝐶 ↔ 2𝑁𝑎 2 𝑆𝑂 3 + 𝐶𝑂 2
Salt  cake  +  Coal  ↔  Sodium Sulphite + Carbon dioxide
2𝑁𝑎 2 𝑆𝑂 3 + 𝑆𝑖𝑂 2 ↔ 2𝑁𝑎 2 𝑆𝑖𝑂 3 + 2𝑆𝑂 2 Sodium  sulphite  +  Silica  sand  ↔ Sodium silicate + Sulphur dioxide
Skema furnace yang digunakan dalam penelitian ini seperti diperlihatkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Skema Furnace
Aliran cairan kaca di dalam furnace dan posisi bottom  Dog  House diperlihatkan
pada  Gambar  4.  Dimana  garis  hijau
adalah arah aliran cairan kaca di dalam Furnace
Gambar 4 . Skema aliran kaca di dalam Furnace dan posisi Bottom Dog House

## Metode Penelitian
Metode  dalam  pelaksanaan  penelitian ini sesuai dengan skema pada Gambar 4, yang terbagi beberapa tahap sebagai berikut :
1.  Studi Literatur / Teori
Penyusunan  penelitian  ini  sangat membutuhkan teori-teori pendukung untuk  mengembangkan  ide  atau gagasan,  metodologi  pelaksanaan dan  parameter  yang  digunakan untuk menganalis semua data yang ada  dalam  penelitian.  Beberapa teori  seperti,  teori  proses fining dalam  proses  penghilangan bubble
pada industri pembuatan kaca soda lime silica 2.  Pengumpulan Data Pengumpulan data dilakukan dengan cara percobaan langsung di furnace berkapasitas 500 t/d dengan jenis produk kaca soda lime silica . Percobaan dengan mengubah  komposisi  R 2 O  (Na 2 O dan K 2 O) pada kaca soda lime silica lalu  mencatat  data  suhu Bottom
Dog  House, menghitung  nilai  suhu kaca  pada  log μ =  2  (viskositas)
dengan  menggunakan  Persamaan 2,  serta    mendata  total  jumlah defect bubble dengan menggunakan  alat Online  Defect Detector . 3.  Analisis Data Data-data yang telah lengkap dikumpulkan  kemudian  dilakukan analisa  lebih  lanjut.  Yaitu  analisa korelasi antara perubahan
komposisi  R 2 O  (Na 2 O  dan  K 2 O) terhadap salah satu sifat fisik cairan kaca  yaitu  viskositas  dalam  hal  ini diwakili oleh suhu cairan kaca pada log μ =  2,  analisa  korelasi  antara komposisi  R 2 O  (N 2 O  dan  K 2 O) terhadap  total  jumlah defect  bubble pada  produk  kaca  serta  analisa korelasi  komposisi  R 2 O  (N 2 O  dan K 2 O)    terhadap  perubahan  suhu Bottom Dog House .
Gambar 5 . Skema Metode Penelitian HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Percobaan dilakukan dengan menaikkan komposisi R 2 O dalam cairan kaca dari 13,5% menjadi 13,8%, hal ini terlihat  pada  Gambar  6.  Dari  gambar tersebut  diperoleh  Setelah  menaikkan komposisi R 2 O di dalam kaca, diperoleh
temperatur bottom  dog  house yang meningkat,  hal  ini  menandakan  bahwa proses  peleburan  berjalan  lebih  cepat setelah  adanya  kenaikkan  komposisi
R 2 O di dalam cairan kaca
Gambar 6 . Korelasi Bottom Dog House Vs R 2 O
Kenaikkan  komposisi  R 2 O  ini  juga
berpengaruh terhadap
penurunan
viskositas  (kekentalan)  cairan  kaca  di dalam furnace ,  artinya  dengan  adanya kenaikan  komposisi  R 2 O  dalam  cairan kaca  maka  cairan  kaca  menjadi  lebih encer.  Dalam  hal  ini  kekentalan  cairan kaca diwakilkan oleh suhu pada log μ = 2,  ( μ =  kekentalan  kaca).  Hubungan antara  kekentalan  cairan  kaca  (suhu pada  log μ =  2)  dan  komposisi  R 2 O  di dalam  cairan  kaca  diperlihatkan  pada Gambar 7.
Gambar  7 .  Korelasi  Kekentalan  cairan kaca Vs R 2 O
Sedangkan  untuk  kondisi  Total  jumlah defect bubble setelah  adanya  kenaikan komposisi  R 2 O  diperoleh  kenaikan Total  jumlah bubble pada kaca  dengan adanya  kenaikan  komposisi  R 2 O  di dalam  cairan  kaca.  Hal  tersebut diperlihatkan pada Gambar 8.
Gambar  8 .  Korelasi  Total  Jumlah defect bubble dalam kaca Vs R 2 O

## Pembahasan
Dari  percobaan  menaikkan  komposisi R 2 O  di  dalam  cairan  kaca,  diperoleh kenaikkan  total  jumlah defect  bubble . Hal  ini  disebabkan  oleh  kenaikkan komposisi  R 2 O  pada  cairan  kaca menyebabkan  penurunan  viskositas (kekentalan)  cairan  kaca,  yaitu  dengan adanya  penurunan  viskositas  cairan kaca,  menyebabkan forward  current (arus  maju)  dari  aliran  cairan  kaca  di dalam  furnace  menjadi  lebih  cepat.
Aliran forward  current yang  cepat  ini menyebabkan bubble tidak dapat hilang pada proses fining atau refining sehingga  ikut  terbawa  ke  proses pembentukan ( forming process) . Bubble yang  terbawa  oleh  cairan  kaca ke proses pembentukan akhirnya menjadi defect (cacat) pada kaca.

## KESIMPULAN (DAN SARAN)
Kesimpulan Dari penelitian yang dilakukan diperoleh  beberapa  kesimpulan  antara lain :
Kenaikkan  komposisi  R2O  dari  13,5% menjadi  13,8%  di  dalam  cairan  kaca menyebabkan  kenaikkan  temperatur bottom dog house dari kisaran 1100 oC menjadi  1120  oC  hal  ini  menandakan bahwa  proses  peleburan  berjalan  lebih cepat.
Kenaikkan  komposisi  R2O  di  dalam cairan  kaca  menyebabkan  penurunan kekentalan (viskositas kaca) dari kisaran  1460  oC  menjadi  1445  oC, yaitu cairan kaca menjadi encer. Kenaikkan  komposisi  R2O  di  dalam cairan  kaca  menyebabkan  kenaikkan
jumlah  defect  bubble.  Dari  kisaran  400 pcs/jam menjadi 1700 pcs/jam.
Kenaikkan R2O
menyebabkan penurunan  kekentalan  kaca  di  dalam furnace  dan  mengakibatkan  forward current  (aliran  maju)  dari  cairan  kaca menjadi  lebih  cepat,  sehingga  bubble yang belum sempat hilang pada proses fining  atau  refining,  terbawa  pada proses pembentukan dan pada akhirnya  menyebabkan  defect  bubble pada kaca.

## Saran
Direkomendasikan  untuk  menurunkan komposisi  R2O  di  dalam  cairan  kaca menjadi  13,3  %  untuk  mengetahui pengaruhnya  terhadap  total  jumlah defect bubble pada kaca.

## DAFTAR PUSTAKA
Hubert, Mathieu ,  2015,  Industrial Glass Melting and Fining.
Kurniati,  I., 2017.  Evaluasi  Aspek Finansial  Penghematan  Bahan  Bakar Bensin  menjadi  CNG  (Compressed Natural  Gas)  Untuk  Mobil  Pribadi. Universitas Muhammadiyah Jakarta
Pincus,  A.  G.,  Davies,  D.  A., 1983. Raw  Material  in  Glass  Industry,  Part  I, pp. 72-73
Tooley,  Fay,  V., 1984.  The  Handbook of Glass Manufacture, Volume I, pp. 30- 31