## Pengaruh Variasi Suhu Destilasi Terhadap Karakteristik Minyak Jarak Sebagai Alternatif Isolasi Cair pada Transformator Daya

## (Characteristic Of Castor Oil As An Alternative Insulation Liquid on Power Transformer Using
Temperature Variation of Destilation)
Kirana Sari Widyaningrum 1 , Dedy Kurnia Setiawan 2 , Bambang Sri Kaloko 3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember (UNEJ) Jln. Kalimantan 37, Jember 68121
E-mail : kiranasariwidyaningrum@gmail.com 1 , dedy.kurnia@unej.ac.id 2 , bambangsrikaloko@yahoo.com 3

## Abstrak
Minyak bumi yang semakin menipis menuntut inovasi alternatif isolasi cair, salah satunya adalah minyak jarak. Karakteristik minyak jarak mendekati karakteristik dari minyak isolasi cair transformator. Proses penyempurnaan minyak jarak sebagai alternatif minyak isolasi cair dapat dilakukan dengan metode destilasi vakum. Poin karakteristik isolasi cair yang perlu diteliti antara  lain kekuatan dielektrik minyak, densitas, viskositas, dan warna . Pengujian karakteristik dilakukan  pasca destilasi  pada  suhu 70°C-100°C dengan interval  10°C  yang mengacu  pada  standar IEC dan ASTM. Peningkatan suhu destilasi dan suhu isolasi transformator berbanding lurus dengan nilai kekuatan dielektrik. Hasil pengujian nilai karakteristik minyak jarak meliputi kekuatan dielektrik 38,667 kV, nilai densitas  0,903 gr/cm 3 , skala warna 3,5.
Kata Kunci: Destilasi vakum, isolasi cair transformator daya, minyak jarak, standar IEC dan ASTM.

## Abstract
Petroleum dwindling demand innovation insulating liquid alternatives, one of which is castor oil. Castor oil characteristics approaching the characteristics of liquid transformer insulating oil. Castor oil refining process as an alternative to liquid insulating oil can be achieved by vacuum distillation. Points liquid insulation characteristics that need to be investigated include oil dielectric strength, density, viscosity, color, and Dissolved Gas Analysis (DGA). Tests done after the distillation characteristics at 70 ° C-100 ° C with an interval of 10 ° C which refers to the IEC and ASTM standards. Increased distillation temperature and the temperature of isolation transformer is directly proportional to the value of the dielectric strength. The test results include the characteristic values of castor oil dielectric strength 38.667 kV, the density 0.903 g / cm3, the color scale 3.5.
Keywords: Castor oil, IEC and ASTM standards, power transformers, vacuum distillation.

## PENDAHULUAN
Isolasi cair merupakan bagian vital untuk transformator daya dapat bekerja secara maksimal. Fungsi minyak isolasi cair pada transformator adalah pemisah secara elektris dua buah penghantar agar tidak terjadi lompatan listrik. Selain sebagai   isolasi,   minyak   transformator   juga   berfungsi sebagai   pendingin   transformator,   sebagai   peredam   busur listrik,   dan   sebagai   pelarut   gas   yang   timbul[1].   Minyak isolasi tranformator pada umumnya berbahan dasar minyak bumi, seperti Gulf, Nynas, Shell Diala B, dan Total. Seperti yang   kita   ketahui,   ketersediaan   minyak   bumi   yang merupakan   minyak   yang   tidak   dapat   diperbaharui   yang suatu saat akan habis. Inovasi penemuan alternatif minyak isolasi yang dapat diperbaharui dan dapat diproduksi secara massal   terus   dilakukan,   salah   satunya   minyak   jarak. Tanaman jarak merupakan tanaman yang tahan kekeringan dan mudah dikembangbiakkan, yaitu dengan cara  di stek [2].
Dalam hal ini, untuk mengoptimalkan inovasi minyak jarak   sebagai   alternatif   minyak   isolasi   diperlukan   suatu proses   pengurangan   pengotor   dan   pengujian   karakteristik minyak   jarak   sebagai   metode   optimasi.   Metode   yang digunakan yaitu destilasi vakum dan pengujian sifat fisika
dan  elektris, pada  minyak  jarak.  Metode destilasi  vakum merupakan teknik pemisahan yang didasari atas perbedaan- perbedaan   titik   didih   yang   sangat   tinggi,   metode   yang digunakan adalah dengan menurunkan tekanan lebih rendah dari  1 atm, sehingga titik didih menjadi rendah sehingga suhu yang digunakan untuk mendestilasi tidak perlu terlalu tinggi. Variasi suhu yang digunakan pada proses destilasi yaitu   50°C,   75°C,   dan   100°C.   Setelah   melalui   proses destilasi   minyak   jarak     diuji   sifat   fisika,   dan   dielektris. Pengujian   sifat   fisika   disini   meliputi   massa   jenis   dan viskositas.   Dan   pengujian   sifat   elektris   yakni   kekuatan dielektrik(tegangan   tembus).   Pengujian   yang   dilakukan mengacu pada standar IEC dan ASTM.

## TINJAUAN PUSTAKA

## Destilasi Vakum
Secara mendasar destilasi merupakan proses pemisahan dua buah komponen yang memiliki perbedaan titik didih. Digunakan   destilasi   vakum   karena   perbedaan   titik   didih yang sangat tinggi, yaitu 313°C titik didih minyak jarak dan 100°C titik didih air.

## Tegangan Tembus
Tegangan   tembus   merupakan   salah   satu   parameter penting   dalam   menentukan   keadaan   minyak   isolasi   cair
transformator. Dari nilai tegangan tembus dapat diketahui parameter lain.

## Massa Jenis (r)
Jika suhu naik, volume akan bertambah sehingga massa jenis   akan   berkurang.   Besar   kecilnya   perubahan   ini tergantung pada komposisi minyak.  Dengan rumus massa jenis sebagai berikut:
V m   (1)
Keterangan:
 = massa jenis m = massa V = volume Viskositas Secara mekanika, viskositas kinematik dirumuskan oleh Poisseuille menurut hubungan berikut :
  Vl t V 4 Pr  (2)
Keterangan :
V =  viskositas kinematik (cSt) P = tekanan (atm)
r = jari-jari tabung (mm)
l = panjang/tinggi tabung (mm)
V = volume cairan yang mengalir (mL)
t = lamanya aliran (s)
ρ      = massa jenis (gc/cm 3 )
Standart   Sifat   Fisika   Kimia   Minyak   Isolasi Tranformator
Pengujian yang dilakukan mengacu pada standar IEC dan standar ASTM, yang ditunjukkan pada gambar 1 [3].

## METODE PENELITIAN
Proses destilasi adalah salah satu metode pemisahan dua komponen, dalam hal ini memisahkan air dari minyak jarak. Setelah didestilasi, minyak jarak akan diuji sifat fisika dan sifat elektrisnya.

## Persiapan Alat dan Bahan
Untuk proses awal  sebelum dilakukan proses destilasi dan pengujian, persiapan alat dan bahan perlu diperhatikan kesesuaiannya   terhadap   standar   IEC   dan   ASTM.   Pada pengujian   ini,   bahan   yang   dipakai   adalah   minyak   jarak murni.

## Proses Destilasi
Dalam  proses destilasi, awal  yakni  persiapan  alat-alat dan   pengecekan   kondisi   alat.   Alat-alat   yang   digunakan yaitu   labu,   penangas, steel   head ,   kondensor,   labu penampung destilat, pompa vakum, dan termometer. Dalam proses destilasi, digunakan tiga (3) variasi suhu yaitu 50°C, 75°C,   Trasnformator   dan   100°C.   Lama   proses   destilasi berlangsung yaitu 120 menit dalam setiap sampel.
Parameter Standar Metode Pustaka Warna < 5 ASTM D 1500 PLN No.49/1/1982 Massa Jenis (20°C) ≤0,895g/cm3 IEC 296 PLN No.49/1/1982 Viskositas (20°C) ≤ 25 IEC 296 PLN No.49/1/1982
Tegangan Tembus ≥30 kV/2,5 mm IEC 156 PLN
No.49/1/1982
Gambar 1. Standart Sifat Fisika Kimia Minyak Isolasi

## Pengujian Tegangan Tembus
Pengujian tegangan tembus mengacu pada standar IEC 156.   Pengujian   tegangan   tembus   menggunakan   elektroda bola-bola  dengan   jarak   sela   2,5   mm.   Kenaikan   tegangan tembus   dibaikan   2   kV   setiap   2   menit,   sampai   terjadi tegangan   tembus.   Untuk   mendapatkan   akurasi   data, dilakukan pengujian 6 kali di setiap kenaikan tegangan.

## Pengujian Massa Jenis
Pengujian massa jenis mengacu pada standar IEC 296, yakni   pengujian   pada   suhu   20°C   dan   .   Untuk   mencari akurasi   data   dilakukan   3   kali   pengulangan.   Adapun   alat yang   dipakai   yaitu   piknometer,   timbangan   analitik,   dan lemari pendingin.

## Pengujian Viskositas
Pengujian   viskositas   mengacu   pada   standar   IEC   296. Pengujian dilakukan pada suhu 20°C, dengan menggunakan alat  Viskometer   Otswald     SCHOTT   Type   50903, termometer, dan stopwatch.
Untuk alur pegnujian secara keseluruhan terdapat pada gambar 2.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dilakukan beberapa  analisis pada  penelitian ini yakni analisis data sebelum  proses destilasi dan sesudah proses destilasi   dengan   variasi   suhu.  Pengamatan   warna   disini dilakukan secara visual yang menggunakan standar warna PLN, yang tercantum pada gambar 4.
Dari keempat gambar 3 A sampai D, menyatakan bahwa adanya perubahan warna seiring berubahnya suhu destilasi. Semakin tinggi suhu destilasi maka semakin gelap warna.
Gambar 2. Diagram Flowchart Penelitian
Metode uji yang dipakai adalah ASTM D 1500. Pada warna minyak isolasi transformator ada 16 macam tingkat warna yang telah di standarkan berdasarkan standar ASTM D1500 yaitu skala warna dari 0.5 sampai 8.0 nomor warna dari sampel cenderung meningkat ke warna minyak lebih gelap mengikuti urutan warna. Pemeriksaan warna minyak trafo dilakukan secara visual sesuai deret warna yang sesuai dengan standar.
Warna pada minyak yang tidak di destilasi dan minyak yang   di   destilasi   dengan   variasi   suhu,   semua   memenuhi standar PLN tentang warna yaitu ASTM D 1500, kurang dari 5.

## Proses Destilasi
Setelah   didestilasi   dengan   variasi   suhu,   terdapat perbedaan   warna   minyak.   Pengujian   warna   minyak dilakukan   secara   visual   dengan   standar   warna   yang mengacu   pada   standar   ASTM   D   1500   yang   ditunjukkan pada gambar 4[4]. Sedangkan untuk variasi warna setelah destilai ditunjukkan pada gambar 3.

## Pengujian Tegangan Tembus
Berdasarkan   hasil   pengujian,   dapat   diketahui   hasil perbedaan   minyak   sebelum   di   destilasi   dan   sesudah didestilasi,   yaitu   tegangan   tembus   lebih   tinggi   seiring dengan   suhu   destilasi   lebih   tinggi   .   Berikut   adalah   hasil pengujian   tegangan   tembus  pada   saat   suhu  transformator bekerja, yaitu 70°C, 80°C, 90°C, dan 100°C yang disijakan dalam 5.
Pada   data   yang   telah   terpapar   di   gambar   5,   dapat dianalisis   bahwa   minyak   yang   di   destilasi   dengan   suhu lebih   tinggi   memberikan   pengaruh   yang   baik   pada   nilai tegangan tembus. Hal ini di karenakan zat zat yang hilang setelah   proses   destilasi,   salah   satunya   air.  Dengan berkurangnya   kandungan   air   menyebabkan   kerapatan minyak jarak semakin tinggi sehingga medan listrik yang mengalir akan lebih sulit menghubungkan kedua elektroda, dalam hal ini disebut tembus listrik.
(a) Minyak Jarak Murni
(b). Suhu Destilasi
50°C
(c). Suhu Destilasi 75° C    (d).Suhu Destilasi 100° C
Gambar 3. Warna Setelah Didestilasi dengan Variasi Suhu
Gambar 4. Skala Warna ASTM D1500
Proses  tembus  listrik   pada  minyak  dengan  pengaruh medan   listrik   melibatkan   banyak  energi.   Salah   satunya adalah perpindahan bahan padat  yang basah seperti fiber dan   bahan   kontaminan   lain   seperti   air   ke   daerah   yang bertekanan listrik diantara kedua elektroda. Jika hal ini terus berlanjut, maka akan terbentuk jembatan di  antara kedua elektroda. Gelembung akan terbentuk sepanjang jembatan tersebut dan menyebabkan terjadinya konduksi, ionisasi dan terjadinya tembus tegangan.

## Pengujian Massa Jenis
Suhu destilasi  yang semakin tinggi  mengurangi  kadar pengotor dalam minyak. Dengan berkurangnya kandungan air   menyebabkan   kerapatan   minyak   jarak   semakin   tinggi sehingga   medan   listrik   yang   mengalir   akan   lebih   sulit mencapai   tembus   listrik,   maka   dari   itu   semakin   tinggi proses   detilasi   maka   semakin   tinggi   pula   nilai   tegangan tembus.   Sedangkan   nilai   massa   jenis   semakin   kecil   juga dikarenakan   berkurangnya   nilai   kadar   air   dalam   minyak. Hal   inilah   yang   menyebabkan   menurunnya     nilai   massa jenis seiring kenaikan suhu destilasi. Untuk hasil pengujian massa jenis ditunjukkan dalam gambar 6.
Gambar 5. Hasil Pengujian Tegangan Tembus

## G

## Gambar 6. Hasil Pengujian Massa Jenis

## Pengujian Viskositas
Pengujian  viskositas kinematik mengacu  pada  standar IEC   296,   dengan   suhu   pengujian   20°C   menggunakan viskom eter Otswald.   Hasil   pengujian   dipaparkan   pada gambar 7.
Berdasarkan   pada  gambar  7,   bahwa   nilai   suhu   saat operasi   isolasi   transformator   berbanding   terbalik   dengan nilai   viskositas.   Semakin   besar   nilai   suhu   destilasi   maka nilai   viskositas   semakin   kecil.   Hal   ini   dikarenakan viskositas   sendiri   merupakan   tahanan   aliran   fluida   yang berasal dari gesekan molekul-molekul. Suhu yang semakin tinggi akan menyebabkan nilai kohesi pada minyak jarak semakin rendah, dengan kohesi yang semakin rendah maka nilai kerapatan akan semakin rendah pula menjadikan aliran fluida akan semakin kecil (bergerak lebih cepat).

## Gambar 7. Data Hasil Uji Viskositas

## KESIMPULAN
Dari hasil uji dan data karakteristik minyak jarak yang telah   didapatkan,   dapat   di   ambil   beberapa   kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin   tinggi   suhu   destilasi,   maka   karakteristik minyak jarak semakin baik (memenuhi standar pengujian). Nilai karakteristik elektris mengacu pada standar IEC 196 yaitu   30   kV/2,5mm,   hasil   pengujian   mencapai   38,667 kV/2,5mm pada suhu destilasi 100°C, pada suhu destilasi 75°C   bernilai   29   kV/2,5mm,   pada   suhu   destilasi   50°C bernilai   18,834   kV/2,5mm.  Nilai   karakteristik   fisik   yaitu massa jenis dan viskositas mengacu pada standar IEC 296 yaitu  ≤0,859 gr/cm 3 untuk massa jenis dan  ≤25 cSt untuk viskositas,   hasil   pengujian   massa   jenis   mencapai   0,903 gr/cm 3 pada suhu destilasi 100°C, pada suhu destilasi 75°C massa jenis bernilai 0,904 gr/cm 3 , pada suhu destilasi 50 °C
massa   jenis   bernilai   0,907.    Sedangkan   nilai   viskositas sudah memenuhi standar, yaitu kurang dari 25 cSt. 2. Pada   pengaplikasian   suhu   operasi   transformator,   nilai tegangan   tembus   setelah   destilasi   lebih   tinggi   daripada minyak jarak murni, yaitu 18,167 kV/2,5 mm pada suhu uji 70°C, 24,834 kV/2,5 mm pada suhu uji 80°C, 32 kV/2,5 mm pada suhu uji 90°C, 38,667 kV/2,5 mm pada suhu uji 100°C.
3. Minyak   jarak   yang   telah   didestilasi   belum   bisa digunakan   sebagai   alternatif   minyak   isolasi   cair   pada transformator, karena nilai masssa jenis belum memenuhi standar IEC 296 yaitu 30 kV/2,5 mm.

## SARAN
Berdasarkan   pengujian   yang   telah   dilakukan,   untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan perbaikan nilai massa jenis agar memenuhi standar IEC 296.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Marsudi  Djiteng.2011. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta:Erlangga [2] Anang.2012. Pengujian   Minyak   Jarak   Sebelum   dan Sesudah Destilasi Sebagai Alternatif        Pengganti Minyak Trafo . Universitas Jember.
[3] (Tanpa   Nama).2014. Buku   Pedoman   Ttrafo Tenaga. Jakarta : PLN Jakarta Selatan
[4] (Tanpa Nama).2015. Hasil Uji Karakteristik Minyak Trafo .   Jember   :   PT.PLN   (Persero)P3B   JB   APP Surabaya.
No Suhu Destilasi (°C) Laju Alir (s) Viskositas pada Suhu Pengujian 20°C (cSt) 1 0 946 19,718 2 50 577 12,027 3 75 537 11,194 4 100 451 9,401