NANO-SUPERCONDUCTOR AND VORTEX

I.         Nano-Superconduktor

A.    Sejarah Superkonduktor

Material superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda yaitu Heike Kamerlingh Onnes, dari Universitas Laiden pada tahun 1911. Pada tahun 10 Juli 1908 , Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4K atau 269 °C. Kemudian pada 1911 Onnes mulai mempelajari sifat listrik dari logam pada temperature yang sangat dingin. Sebelumnya telah di ketahui bahwa resistivitas logam akan turun seiring dengan turunnya temperatur, akan tetapi belum ada yang mengetahui berapa batas nilai hambatan ketika temperatur logam mendekati 0 K.

B.     Material Superkonduktor

Material Superconduktor merupakan bahan material yang memiliki hambatan listrik bernilai nol atau mendekati nol pada suhu yang sangat rendah. Artinya superkonduktor dapat menghantarkan arus walaupun tanpa adanya sumber  tegangan. Karakteristik dari bahan superkonduktor adalah medan magnet dalam superkonduktor bernilai nol dan mengalami efek Meissner serta memiliki resistivitas mendekati bernilai nol ketika di bawah suhu kritisnya. Suhu kritis ini merupakan suhu transisi antara material normal dan material superconductor. Sedangkan efek Meissner adalah suatu efek levitasi atau pelayangan apabila material superkonduktor berada pada suatu medan tertentu yang berada dibawah medan magnet kritis Hc maka material tersebut akan melayang. Peristiwa ini disebut juga dengan fenomena penolakan medan magnet.

 

Gambar 1. Grafik penurunan Resistivitas material superkonduktor dan material normal

            Material superkonduktor temperaturnya menurun tiba-tiba ketika di bawah Tc. Apabila material superkonduktor temperaturnya kembali meningkat di atas Tc, maka material tersebut akan kembali ke keadaan normal (keadaan asal). Akan tetapi, transisi ke keadaan normal ini bukan berarti menandakan material akan kembali menjadi konduktor yang baik, pada umumnya malah sebaliknya keadaan normal tersebut dapat berupa bahan semikonduktor atau bahkan isolator.

C.    Jenis-jenis Superkonduktor

            Superkonduktor dibagi menjadi beberapa jenis diantaranya berdasarkan temperatur kritis dan medan kritis. Berdasarkan temperatur kritisnya superkonduktor dibagi menjadi dua yaitu suprkonduktor temperatur rendah dan superkonduktor temperatur tinggi. Superkonduktor temperatur rendah adalah superkonduktor yang memiliki suhu kritis (Tc) yang berada di bawah temperatur nitrogen cair (±  <30 K) sehingga untuk memunculkan superkondutivitasnya material tersebut menggunakan helium sebagai pendingin. Adapun contoh dari superkonduktor temperature rendah adalah raksa (Hg) dengan Tc 4,2 K, Timbal (Pb) dengan Tc 7,2 K dan Lanthanum barium dengan Tc 28 K. Sedangkan superkonduktor suhu tinggi adalah superkonduktor yang memunculkan sifat konduktivitasnya dengan Tc di atas temperatur nitrogen cair (± >30 K) sehingga pendinginnya dapat digunakan nitrogen cair. Adapun contoh dari superkonduktor temperatur tinggi diantaranya adalah YBCO-123 dengan Tc 93 K, BSCCO-2223 dengan Tc 110 K dan TBCCO dengan Tc 125 K.

Berdasarkan medan kritis Hc, superkonduktor dibagi  mennjadi dua pula yaitu superkonduktor type I dan type II. Superkondutor type I merupakan superkonduktor yang hanya mampu mempertahankan superkonduktivitasnya hingga medan kritis Hc. Pemberian medan magnet di luar H di atas medan magnet kritisnya akan mengembalikan material superkonduktor tersebut ke keadaan normal. Contoh dari superkonduktor jenis ini adalah Hg, Pb dan La. Adapun superkonduktor type II adalah jenis superkonduktor yang memiliki dua medan magnet kritis yaitu Hc₁ dan Hc₂. Superkondutivitasnya masih dapat dipertahankan dalam medan magnet maksimum sampai Hc₂ yang lebih besar dari Hc_1. Daerah diantara kedua nilai medan magnet kritis disebut sebagai daerah keadaan vortex. Pada daerah ini dinyatakan tidak sempurna, namun bahan masih memiliki nilai resistivitas nol. Contoh dari superkonduktor ini adalah V₃Si, Nb₃Sn dan Nb₃Ge. Adapun grafik superkonduktor type I dan type II dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2. Grafik magnetisasi superkonduktor type I dan type II dan material

D.     Teori Superkonduktor

            Salah satu teori yang mengkaji tentang superkonduktor adalah teori mikroskopik superkonduktor yang disusun oleh Bardeen, Cooper, Schriefer pada tahun 1957 yang memperoleh nobel pada 1972. Teori ini lebih dikenal dengan teori BCS. Teori ini menyebutkan bahwa pada superkonduktor terjadi peristiwa tarik menarik antar electron dengan mediasi fonon (vibrasi kisi). Pasangan dari electron yang berberak secara bersama dan saling mengikat ini disebut dengan pasangan Cooper. Fungsi gelombang dari pasangan cooper dapat berupa fungsi gelombang simetris seperti pada orbit s pada atom dan spin yang berlawanan berarti electron yang memiliki keadaan yang sama, maka pasangan electron dalam superconductor disebut dengann s-wave, spin tunggal. Efek dari tarik menarik electron dalam logam pada temperature 0 K dapat digambarkan dengan keadaan dasar BCS bukan dengan menggunakan teori Fermi yang berada pada keadaan normal. Keadaan BCS dibangun dari pasangan Cooper, yang berarti bahwa jika keadaan suatu electron ditempati oleh satu electron maka electron yang lainpun akan menempati keadaan yang sama. Berbeda dengan pada keadaan normal dimana beberapa electron menduduki suatu keadaan dan electron lainnya menduduki keadaan yang lain. Hal tersebut menyebabkan pada keadaan normal energi kinetiknya lebih besar dibandingkan dengan keadaan BCS.

II.      Vortex

Vortex erat kaitannya dengan efek Meissner. Sehingga, sebelum berbicara jauh tentang vortex, kita harus mengenal efek Meissner lebih dahulu. Berikut ini akan dibahas mengenai efek Meissner.

A.      Efek Meissner

`      Sifat kemagnetan superkonduktor diamati oleh Meissner dan  Ochsenfeld pada tahun 1933, ternyata superkonduktor berkelakuan seperti bahan diamagnetik sempurna, ia menolak medan magnet sehingga ia pun dapat mengambang di atas sebuah magnet tetap. Jadi kerentanan magnetnya (susceptibility)  χ = -1, bandingkan dengan konduktor biasa yang  χ =  -10^-5. Fenomena ini disebut efek Meissner. Ini merupakan keunggulan bagi superkonduktor terhadap konduktor biasa. Ia tidak saja menjadi perisai terhadap medan listrik, tapi juga terhadap medan magnet, artinya medan listik dan magnet sama dengan nol di dalam bahan superkonduktor. Tetapi pada tahun 1935 London bersaudara melalui penelitian sifat elektrodinamik superkonduktor mendapatkan bahwa intensitas medan magnet masih dapat menembus bahan superkonduktor walaupun hanya sebatas permukaan saja, ordenya hanya beberapa ratus angstrom. Sifat rembesan ini dinyatakan oleh parameter l yang disebut kedalaman rembesan London. Medan magnet ternyata berkurang secara eksponensial terhadap kedalaman sesuai dengannya.

B (x)  =  B_o exp - (x / l )

B_o adalah medan di luar dan x adalah kedalamannya. l membesar dengan naiknya suhu, di Tc harga l tak berhingga besar, sehingga medan magnet mampu menerobos ke seluruh bagian bahan tersebut atau dengan perkataan lain sifat superkonduktor telah hilang digantikan dengan keadaan normalnya.

Teori London ini juga memberikan kesimpulan bahwa dalam bahan supekonduktor arus listrik akan mengalir di bagian permukaannya saja. Hal ini berbeda dengan arus listrik dalam konduktor biasa yang mengalir secara merata di seluruh bagian konduktor. Perbandingan watak magnetik pada keadaan normal, superkonduktor tipe I dan tipe II adalah seperti pada gambar 2.

B.       Vortex

            Vortex gejala superkonduktivitas merupakan gejala hilangnya hambatan pada material pada suhu rendah. Dimana material tersebut menolak medan magnetic di dalam material superkonduktor. Namun seberapa besar medan tersebut dapat menembus bahan superkonduktor ditentukan oleh panjang penetrasi.

            Vortex pada material superkonduktor menampilkan kelakuan kesetimbingan kompleks, yang meliputi fasa liquid, crisstaline, dan fasa glass. Kelakuan kesetimbangan fasa tersebut pada superkonduktor suhu tinggi timbul dari beberapa energi yang berkompetisi: energi termal pada vortex, energi interaksi vortex pada kisi vortex yang sempurna, pinning energi pada vortex glass (amorphous), dan coupling energi antara lapisan yang  mengontrol formasi garis-garis vortex.

C.    Dinamika dan Mekanisme Pinning Vortex

            Setiap fluksoid yang berhasil menerobos ke dalam bahan superkonduktor ini dalam keadaan tercampur selalu dibendung oleh arus perisai yang mengelilinginya tanpa disipasi. Dengan demikian terjadi lokalisasi fluksoid secara lateral dengan nilai kuantisasi yang tetap. Pada keadaan ini, arus yang mengalir dalam bahan superkonduktor akan menimbulkan rapat gaya Lorent pada sistem vortex yang bergantung pada rapat arus yang bergantung pada rapat arus yang bersangkutan. Akibatnya, vortex dalam keadaan bebas ini akan menimbulkan transport listrik disipasif, sehingga gerakan vortex ini perlu dicegah. Untuk itu diperlukan pinning untuk mencegah gerak vortex ini.

            Superkonduktor tipe II konveksional (STK) memiliki sistem vortex yang terdistribsi secara periodic yang berbentuk turbular atau kolumnar dalam kerangka kisi heksagonal dengan struktur dasar segitiga abrikosov, seperti pada gambar 3. Namun berlainan dengan bahan HTS, karena memiliki impuritas, pada umumnya terdapat ketidaktertiban pada strukturnya, sehingga sistem vortex yang terbentuk mengandung ketidaktertiban pula. Meskipun demikian, pada medan magnet dan suhu yang rendah, sistem vortex ini masih memiliki periode berskala besar. Karena sifatnya yang anisotropic, maka vortex ini akan terlokalisasi disekitar bidang-bidang konduksi CuO₂  sebagaimana yang terlihat pada gambar 3. Secara umum, dinamika gerak vortex dalam HTS sangat komplek, karena munculnya faktor-faktor baru yang berkaitan dengan sifat elastic, pengaruh termal, gaya Lorentz, dan gaya pinning.

Gambar 3. Vortex tunggal, Vortex STK dan Vortex HTS

kurva histerisis menunjukkan deskripsi mekanisme proses magnetisasi dan demagnetisasi. Proses magnetisasi dan demagnetisasi akibat imbasan medan magnet luar dalam setiap keadaan kritis ditunjukkan pada gambar 4 di bawah ini.

Gambar 4. Deskripsi mekanisme proses magnetisasi dan demagnetisasi

Gambar di atas menjelaskan bahwa pola distibusi medan induksi B cenderung menurun ke bagian dalam bahan. Kemiringan B(x) tidak berubah dengan bertambahnya medan luar H, walaupun terjadi penambahan jumlah vortex dalam bahan. Hal ini berarti bahwa vortex yang bertambah akan menyebar ke dalam pusat bahan dan menjauhi permuakaan sampai tercapai keadaan setimbang.

Dengan peningkatan medan magnet luar lebih lanjut yang melebihi medan magnet kritis bawah dimana gaya pinning maksimum, maka akan terjadi penetrasi (penembusan) total, dan ini berarti bahwa vortex akan mengisi seluruh daera bahan. Sedangkan untuk proses demagnetisasi yang seiring dengan penurunan medan magnet luar H, medan induksi B akan meningkat dengan kemiringan yang sama seperti sebelumnya di daerah sekitar permukaan bahan. Apabila medan luar H diturunkan kembali, maka kedalaman penetrasi l akan semakin berkurang dengan kemiringan B (x) tetap. Dengan demikian sebagai akibatnya vortex akan bergerak keluar hingga permukaan sampel, dan bahan kembali menjadi keadaan Meissner. Di akhir proses ini, ternyata masih menyisakan medan induksi B di dalam bahan walaupun medan magnet luar sudah menjadi nol. Hal ini menunjukkan bahwa Vortex yang sudah terbentuk akibat penetrasi medan magnet dalam proses magnetisasi, akan tetap terperangkap di dalam bahan selama proses demagnetisasi.

Referensi :

Adi, Wisnu Ari, dkk, 2012, Studi Karakteristik Kurva Histerisis Superkonduktor YBa₂Cu₃O_7-x, Puslitbang Iptek Bahan-BATAN, Institut of Material Research, Tohoku University, Sendai; Japan

Sumardi, Febriana Riana, 2013, PEMBENTUKAN FASE BAHAN SUPERKONDUKTOR Bi-2223 DENGAN DOPING Pb (BPSCCO-2223) PADA KADAR Ca= 2, 10 DENGAN VARIASI SUHU SINTERING (PHASE FORMATION OF BSCCO-2223 SUPERCONDUCTING MATERIALS WITH Pb DOPING (BPSCCO-2223) ON THE LEVEL OF Ca= 2, 10 WITH VARIATION OF SINTERING TEMPERATURE), Journal Article, http://digilib.unila.ac.id/76/

Wolsky, A,M., Glese, R.F., Daniels, E.J. : The New Superconductor : Prospects  for Application, Scientific American vol.266,hlm 60-69, Februari 1989

Anwar, Fuad, 2011, Teori Superkonduktor, Blogspot, http://fanwar.staff.uns.ac.id/2011/11/09/teori-superkonduktor/  diakses pada 2016-05-19 08:11:52

LAPORAN KERJA PRAKTEK
PUSDIKLAT MIGAS CEPU

PERIODE JUNI-JULI 2015

JURUSAN FISIKA 

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 

SURABAYA

"ANALISA HASIL SPESIFIKASI PERTASOL CC OFF SPECK YANG DI-BLENDING PERTASOL CB DENGAN KONSENTRASI TERTENTU

BAB IV

METODOLOGI

4.1 Pelaksanaan

Proses Kerja Praktek Mahasiswa di Pusdiklat Migas Cepu dilaksanakan dengan:

1.    Melaksanakan orientasi umum pada unit-unit pelaksana teknis di Pusdiklat Migas Cepu.

2.    Melaksanakan orientasi khusus di Laboratorium Kilang Minyak Bumi dengan melakukan pengujian dan analisa terhadap produk-produk yang dihasilkan khusunya Pertasol CC.

4.2 Tempat dan Waktu

Kerja Praktek Mahasiswa dilakukan selama ± 1 bulan dari tanggal 1 Juli hingga 30 Juli 2015 di Laboratorium Kilang Minyak Bumi Pusdiklat Migas Cepu.

4.3 MetodePercobaan

Metode yang digunakan untuk menguji karakteristik blending Pertasol CC dengan Pertasol CB yaitu :

1.    Density

2.    Color Saybolt

3.    Destilasi

4.    Bomb Kalorimeter

5.    Sulfur Content

6.    Doctor test

7.    Aromatic content

8.    Copper Strip Corrosion

9.    Viskositas

4.4  Alat dan Bahan

4.4.1 Alat

a. Density

-   Gelas ukur 500 ml

-   Hydrometer

-   Thermometer

b. Color Saybolt

-   ASTM D6045/D156

-   Kuvet

-   Gelas Beker

c. Destilasi

-   Gelas Ukur 100 ml

-   Tabung Alas Bulat

-   Thermometer

-   Korek Api

-   Unit Destilasi

d. Bom Kalorimeter

-   Kapsul dan jarum suntik

-   Neraca

-   Satu set alat Bom Kalorimeter

e. Sulfur Content

-   Gelas Beker

-   Plastik

-    Wadah untuk sampel

f. Doctor Test

-   GelasUkur

-   Tabung reaksi

g. Aromatic Content

-   Labu reaksi

-   Gelas ukur

h. Cooper Strip Corrosion

-   Test tube

-   Thermometer

-   Pengatur suhu bath

-   Bomb

-   Bilah tembaga

-   Kapas

-   Polishing material (silicon carbide grit paper)

i. Viskositas

-   Satu set alat viskositas

-   Pompa

-   Stopwatch

4.4.2 Bahan

-   PertasolCB

-   PertasolCC

-   Solar

-   Blending Pertasol CC : Pertasol CB (250 : 250)

-   Blending Pertasol CC : Pertasol CB (300 : 200)

-   Blending Pertasol CC : Pertasol CB (350 : 150)

-   Air

-   H₂SO₄

-   Sulfur Powder

-   Doctor solution

-   Asam asetat

4.5 Cara Kerja

a.    Density

1)         Persiapkan sampel (blending Pertasol CC dengan CB) dengan cara mengaduknya terlebih dahulu dengan menggunakan magnetic bar.

2)         Tuang sampel ke dalam gelas ukur 500 ml sebanyak 500 ml atau lebih.

3)         Ukur suhu sampel dengan cara mengadukannya menggunakan thermometer dan catat suhunya saat konstan.

4)         Masukkan hydrometer kedalam sampel, catat skala saat sampel konstan.

b. Color Saybolt

1)         Ambil sampel (blendingan Pertasol CC dengan CB) dengan gelas  ukur.

2)         Cuci kuvet dengan Pertasol CA dan nyalakan ASTM-nya dengan mengkalibrasikan kuvet ke dalamannya.

3)         Isi kuvet dengan sampel, masukkan ke dalam tabung pembaca.

4)         Klik “read” pada alat, isikan  nama dan id, lalu  tekan enter”.

5)         Catat warna yang dihasilkan dari alat.

c.  Destilasi

1)         Persiapkan alat seperti: thermometer, gelas ukur, labu alas bulat, korek api, unit destilasi.

2)         Ambil sampel (blendingan Pertasol CC dengan CB) sebanyak 100 ml dengan gelas  ukur.

3)         Tuang sampel  ke  dalam labu alas bulat.

4)         Pasang thermometer pada labu alas bulat dengan posisi ujung thermometer sejajar dengan lubang.

5)         Pasang labu alas bulat yang telah di set dengan thermometer pada alat destilasi, usahakan terpasang rapat agar distilasi dapat berlangsung dengan baik tanpa ada kebocoran.

6)         Letakkan  gelas  ukur pada ujung kondensor.

7)         Hidupkan sumber pemanas.

8)         Atur pemanasan sesuai dengan group sampel.

9)         Amati dan catat suhu Initial Boiling Point (titik di dihawal), suhu setiap destilat tertampung 10 ml dalam gelas  ukur, sampai suhu  Final Boiling Point (titik didih akhir).

10)     Matikan sumber pemanas dan biarkan  alatdingin.

11)     Lepaskan labu alas bulat dari alat destilasi, dan cuci labu alas bulat dengan menggunakan Pertasol CA.

d. Bomb Kalorimeter

1)         Hidupkan Power Switch Calorimeter Water Recircultion dan Printer.

2)         Tunggu ± 8 menit sampai muncul main menu lalu pilih “Calorimeter Operation”.

3)         Hidupkan heater pump dan buka oxygen gas, set pressure 450 Psi.

4)         Tunggu sampai jacket temperature stabil atau indicator “start” menyala.

5)         Siapkan sampel dan sampel cup lalu timbang sampel sebanyak 0,2 gram untuk sampel di atas 12000 btu/lb (maksimal 1 gram).

6)         Masukkan sample cup ke holder.

7)         Pasang 10 cm cotton thread di heating wire sampai menyentuh sampel.

8)         Masukkan oxygen bomb head kedalam oxygen bomb silinder.

9)         Tunggu indicator “start” menyala.

10)     Pilih“start”untuk memulai tes sampel.

11)     Pilih “continued”, pilih “no” untuk memasukkan sampel id manual atau pilih “yes” untuk memasukkan sampel id automatic.

12)     Pilih “enter” untuk memasukkan bomb id.

13)     Masukkan berat sampel lalu tekan “enter”.

14)     Tes sampel sudah di mulai, tunggu sampai ± 15 menit.

15)     Pilih “done” untuk menyimpan hasil tes atau pilih “print” untuk cetak hasil sampel.

16)     Buka oxygen bomb head dari oxygen bomb silinder.

17)     Ambil sample cup dari holder.

18)     Bersihkan oxygen bomb head sampai bersih dan kering.

19)     Pilih heater pump lalu pilih off untuk mematikan.

20)     Tekan “switch of bomb calorimeter, water recirculation dan printer untuk mematikan.

21)     Tutup valve tabung gas posisi nol.

e. Sulfur Content

1)      Siapkan sampel yang akan diuji.

2)      Siapkan kertas yang lumayan tebal yang sudah dibentuk seperti tempatnya, kemudian lapisi dengan plastic film.

3)      Masukkan sampel ke dalam kertas film sampai kira-kira melapisi plastic film-nya.

4)      Tutup dengan plastic film kembali dan tutup dengan kertas yang lumayan tebal lagi.

5)      Masukkan ke dalam alat.

6)      Tunggu hasilnya keluar.

f.       Doctor Test

1)      Ambil sampel (blendingan Pertasol CC dengan CB) sebanyak 10 ml.

2)      Tambahkan doctor solution ke dalam tabung  reaksi yang berisi sampel sebanyak 5 ml.

3)      Tambahkan sedikit serbuk belerang dengan menggunakan spatula.

4)      Kocok larutan selama 15 detik.

5)      Amati perubahan yang terjadi pada interface kedua  larutan. Apabila timbul warna coklat atau hitam, menandakan sampel mengandung H₂S, dan laporkan uji Doctor “Positif”. Apabila tidak terjai makan lanjutkan dengan penambahan sedikit serbuk belerang dan kocok selama 15 menit.

6)      Biarkan selama1  menit dan amati perubahan yang terjadi pada interface dan serbuk belerang. Apabila timbul warna coklat, menandakan sampel mengandung merkaptan, dan laporkan uji Doctor “positif”. Apabila tidak terjadi perubahan warna coklat maka laporkan uji Doctor “negatif”.

g.  Aromatic Content (Metode Shell)

1)      Ambil sampel (blendingan Pertasol CC dengan CB) sebanyak 75 ml dan H₂SO₄ sebanyak 25 ml.

2)      Tuangkan ke dalam corong pisah, kocok sampai dengan homogeny selama 25 menit dan buka kran sedikit untuk mengurangi tekanan gas yang ada di dalam.

3)      Setelah homogen, diamkan corong pisah di penyangga.

4)      Pisahkan lapisan H₂SO₄ dari lapisan minyaknya.

5)      hitung volume penambahan H₂SO₄ dalam gelas ukur.

h. Cooper Strip Corrosion

1)      Persiapkan alat-alat diantaranya :test tube, thermometer, pengatur suhu bath, bomb, bilah tembaga, kertas saring, kapas, polishing material (silicon carbide grit paper).

2)      Persiapkan pelarut isooktana.

3)      Bersihkan seluruh sisi bilah tembaga dengan cara menggosokkannya dengan  polishing material. Setelah bersih (jangan sampai terpegang tangan) masukkan kedalam isooktana.

4)      Tuangkan sampel (blendingan Pertasol CC dengan CB) ke dalam tabung reaksi dan masukkan ke dalam  test tube.

5)      Keringkan bilah  tembaga dengan kertas saring dan masukkan ke dalam test tube yang berisi sampel.

6)      Panaskan test tube  yang berisi sampel dengan ketentuan (solvent), tutup test tube dengan gabus yang  berisi ventilasi (lubang) panaskan dalam bath pada suhu 100 ± 1 °C (212 ± 2 °F) selama 3 jam.

7)      Setelah proses pemanasan selesai, kosongkan test tube dari sampel, ambil bilah tembaga, celupkan ke dalam pelarut isooktana dan keringkan  dengan tisu.

8)      Bandingkan  pengkaratan yang terjadi pada bilah tembaga dengan bilah tembaga standart, catat skala bilah tembaga standart sebagai cooper strip corrosion sampel.

i. Viskositas

1)      Nyalakan alat viskositas dengan cara menekan tombol start.

2)      Tunggu hingga suhu alat mencapai 36 °C

3)      Bersihkan dan cuci tabung reaksi dengan menggunakan Pertasol CA.

4)      Isi tabung dengan sampel (blendingan Pertasol CC dengan  Pertasol CB) ke dalam tabung reaksi hingga terisi tabung terisi sampel diantara tanda merah pada tabung reaksi.

5)      Masukkan tabung reaksi yang berisi sampel ke dalam silinder (alat viskositas).

6)      Tunggu hingga ± 5 menit.

7)      Masukkan selang pompa pada salah satu lubang tabung reaksi dan tutup lubang yang lain dengan menggunakan tangan.

8)      Nyalakan pompa hingga cairan sampel  naik ke atas melewati batas merah bagian atas pada tabung reaksi.

9)      Buka seluruh lubang tabung reaksi baik yang tertutup dengan tangan maupun yang terhubung dengan selang pompa jika cairan sudah naik melewati batas merah bagian atas  tabung  reaksi.

10)  Tunggu hingga cairan kembali turun.

11)  Tekan start pada stopwatch bila cairan turun tepat mengenai batas merah bagian atas pada tabung reaksi.

12)  Tekan stop pada stopwatch jika cairan sampel tepat mengenai batas merah bagian bawah pada tabung reaksi.

13)  Catat waktu pada stopwatch.

14)  Lakukan langkah-langkah di atas hingga tiga kali.

15)  Hitung rata-rata waktu yang digunakan cairan sampel dari batas atas menuju batas bawah pada tabungreaksi.

16)  Kalikan rata-rata waktu tersebut dengan koefesien Pertasol CC (0,00500).

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Analisa Data

Dari pengujian Pertasol CC yang off speck dengan diblending Pertasol CB yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 5.1Hasil Pengujian

No.	Parameter Uji	Pertasol CC on speck	Pertasol CC off speck	Pertasol CB	Pertasol CC off speck : Pertasol CB
					250:250	300:200	350:150
1.	Density/ Temperature		771 kg/m3 /32°C	765 kg/m3 /31°C	765 kg/m3 /32°C	770 kg/m3 /32°C	771 kg/m3 /32°C
	Density 15°C, kg/m3	782-796	783,5	776,9	777,6	782,5	783,5
2.	Color saybolt	+16	14	22	13	16	14
3.	Destilasi
	IBP	124	107	90	105	120	110
	5 ml		120	102	121	121	118
	10 ml		124	107	127	123	123
	20 ml		130	113	135	137	130
	30 ml		138	120	140	139	139
	40 ml		145	126	147	141	147
	50 ml		154	132	152	150	158
	60 ml		163	140	160	158	165
	70 ml		176	150	172	169	176
	80 ml		190	163	180	181	190
	90 ml		220	182	208	210	220
	EndPoint (FBP)	250	270	204	239	258	260
4.	Bomb Kalorimeter, MJ/kg		21,1721	19,7115	37,1671	18,8972	31,8480
5.	Sulfur Content, %m/m		0,01048	0,004447	0,00623	0,00365	0,00414
6.	Doctor Test	Negatif (-)	Negatif  (-)	Negatif  (-)	Negatif  (-)	Negatif  (-)	Negatif  (-)
7.	Aromatic Content	25	8	16	8	8	8
8.	Copper Strip Corrosion		2c	1b	2c	1b	3a
9.	Viskositas		0,9338	0,8517	0,918	0,9065	0,9308

5.2 Pembahasan

Dari percobaan dalam kerja praktek ini diambil studi kasus untuk Pertasol CC yang off speck akibat adanya fraksi solar yang ikut naik pada saat proses destilasi sehingga ada komponen dari minyak Pertasol CC tersebut tidak sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Maka dari itu untuk memperoleh bahan Pertasol CC yang off speck tersebut dilakukan pencampuran Pertasol CC 1000 ml yang memenuhi spesifikasi dengan solar 20 ml sehingga diperoleh spesifikasi Pertasol CC yang off speck seperti yang tercantum pada tabel 5.1.

Dalam pengujian yang telah dilakukan diunakan beberapa alat uji untuk mengetahui spesifikasi dari Pertasol CC off speck yang akan dilakukan perbaikan dengan cara di-blending dengan Pertasol CB. Pemilihan bahan campuran berupa Pertasol CB dikarenakan Pertasol CB mempunyai warna yang tinggi sehingga dapat memperbaiki warna dari Pertasol CC off speck. Berikut penjelasan dari setiap pengujian yang telah dilakukan:

a.    Density

Pengujian density merupakan pengujian yang dilakukan untuk mengukur berat jenis minyak bila volumenya sudah diketahui. Dalam pengujian ini digunakan gelas ukur 500 ml, termometer,  dan hidrometer. Pengukuran ini digunakan prinsip hukum Archimedes. Dari pengukuran ini diperoleh data berupa berat jenis dari minyak saat temperatur tertentu. Data temperatur dan densitas minyak tersebut dapat digunakan dalam menyesuaikan spesifikasi dari minyak yang diterima oleh konsumen minyak. Dalam pengujian ini dilakukan pengujian densitas untuk Pertasol CC off speck yang di-blending dengan beberapa perbandingan Pertasol CB. Perbandingan blending yang dilakukan antara Pertasol CC off speck dengan Pertasol CB yaitu 250:250, 300:200, dan 350:150. Perbandingan ini dilakukan dengan acuan pada penelitian sebelumnya mengenai “Karakterisasi Pertasol CB Apabila Di-blending dengan Pertasol CC dengan Rasio Perbandingan Tertentu di Pusat Pendidikan dan Pelatihan Minyak dan Gas Bumi (PUSDIKLAT MIGAS)”. Setelah diketahui hasil pengukuran maka harus disesuaikan dengan tabel spesifikasi yang digunakan standar temperatur 15°C karena pada temperatur tersebut minyak mempunyai volume yang sekecil-kecilnya dan berat maksimal.

Dari hasil pengujian densitas diperoleh hasil densitas yang sesuai dengan spesifikasi Pertasol CC yang diterima konsumen yaitu perbandingan 300 : 200 dan 350 : 150 dengan hasil densitas 770 kg/m³ pada temperatur 32 °C dan 771 kg/m³ pada temperatur 32 °C sehingga sesuai dengan tabel spesifikasi Pertasol CC diperoleh densitas 782,5 kg/m³dan 783,5 kg/m³. Sedangkan untuk perbandingan 250 : 250 tidak memenuhi spesifikasi untuk Pertasol CC karena memiliki densitas yang lebih kecil dari batas minimal spesifikasi densitasPertasol CC. Pengujian densitas ini dilakukan agar diketahui kemampuan minyak tersebut untuk melakukan penguapan. Maka dari itu ada batas densitas yang dicantumkan dalam spesifikasi suatu minyak. Ketika tidak diketahui densitas dari minyak tersebut, maka dapat terjadi penguapan yang tidak diketahui yang juga akan mengakibatkan kerugian untuk produksi minyak tersebut

b. Color Saybolt

Pengujian Color Saybolt digunakan untuk mengetahui tingkat warna dari minyak yang diuji. Alat ini menggunakan prinsip spektrometer. Sampel pada alat ini akan dikenai cahaya sehingga akan terdeketeksi pada tingkat warna atau spektrum berapa sampel tersebut. Dalam pengujian ini dilakukan 5 pengujian untuk sampel yang berbeda dengan hasil yang telah tercantum pada tabel 5.1. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa spesifikasi warna yang sesuai dengan spesifikasi Pertasol CC adalah untuk hasil blending 300:200 dengan hasil color saybolt 16. Dalam hal ini dapat terjadi karena warna Pertasol CC yang off speck dengan warna 14 di-blending dengan Pertasol CB yang memiliki warna 22 dengan perbandingan 300 : 200 memberikan efek yang berpengaruh untuk warna Pertasol CC. Sehingga dengan perbandingan 300 Pertasol CC off speck dan 200 Pertasol CB dengan warna 22 inilah yang tepat untuk perbaikan Pertasol CC yang off speck dengan warna 14 agar dapat memenuhi spesifikasi Pertasol CC.

c.  Destilasi

Destilasi merupakan proses fisika dan tidak terjadi adanya reaksi kimia selama proses berlangsung. Prinsip dasar pemisahan dengan cara destilasi adalah perbedaan titik didih cairan pada tekanan tertentu. Proses destilasi melibatkan suatu penguapan campuran dan diikuti dengan proses pendinginan dan pengembunan. Pengamatan yang dilakukan pada proses ini meliputi IBP (Initial Boiling Point), FBP (Final Boiling Point), dan suhu pada setiap 10 ml  penambahan volume embun. IBP adalah suhu dari tetesan pertama cairan yang destilasi pada tabung kondensor. Sedangkan FBP adalah suhu dari tetesan terakhir cairan yang telah didestilasi pada tabung kondensor. FBP ini diperoleh bila semua cairan pada labu destilasi yaitu fraksi ringannya telah menguap. Semakin banyak fraksi ringan yang ditambahkan, maka harga IBP juga akan semakin menurun, sedangkan harga FBP tetap.  Hal ini dikarenakan fraksi ringan akan mudah menguap dibandingkan dengan fraksi berat. Fraksi ringan menguap terlebih dahulu sedangkan fraksi yang lebih berat akan tertinggal.

Pada proses destilasi ini, sampel yang digunakan diantaranya Pertasol CC off speck (Pertasol yang telah dicampur dengan solar), Pertasol CB yang akan di-blending dengan Pertasol CC, serta blending-an Pertasol CC dan CB dengan volume perbandingan 250 : 250, 300 : 200, 350 : 150. Volume masing-masing yang digunakan untuk proses destilasi sebanyak 100 ml. Setelah dilakukan proses destilasi sesuai metodologi maka diperoleh data suhu dan volume destilat dari masing-masing sampel yang dapat dilihat pada tabel 5.1.

Berdasarkan tabel 5.1 dapat diketahui bahwa IBP dari sampel yang diguanakan yaitu Pertasol CC off speck, Pertasol CB, serta blending-an Pertasol CC dan CB dengan perbandingan  250 : 250, 300 : 200, 350 : 150 yaitu 107°C, 90°C, 105°C, 120°C dan 110°C. Dari data tersebut terlihat bahwa IBP Pertasol CC yang dibuat off speck dengan solar tidak memenuhi spesifikasi Pertasol CC yang ditetapkan oleh Direktorat Jenderal Migas yaitu 124°C. Begitu juga dengan sampel yang lain karena tidak ada yang mencapai 124°C. Namun bila diperhatikan, dari hasil percobaan yang telah dilakukan terlihat bahwa sampel Pertasol CC yang dibuat off speck dengan solar dapat diperbaiki atau ditingkatkan harga IBP-nya setelah di-blending Pertasol CB dengan volume perbandingan 300 : 200. Harga IBP Pertasol CC yang di-blending dengan volume perbandingan 300 : 200 adalah 120°C. Nilai IBP dari sampel ini hampir mendekati nilai IBP Pertasol CC yang ditetapkan oleh pertamina dibandingkan dengan nilai IBP sampel yang lain.

Selain nilai IBP, pada proses destilasi ini yang perlu diperhatikan adalah nilai FBP (Final Boiling Point). Nilai FBP dari sampel yang digunakan diantaranya Pertasol CC off speck, Pertasol CB, serta blendingan Pertasol CC dan CB dengan perbandingan  250 : 250, 300 : 200, 350 : 150 yaitu 270°C, 204°C, 239°C, 258°C dan 260°C. Sedangkan nilai FBP Pertasol CC yang ditetapkan oleh Direktorat Jenderal Migas adalah 250°C. Dari percobaan yang telah dilakukan, nilai FBP dari semua sampel yang digunakan tidak ada yang memenuhi spesifikasi yang ditetapkan. Namun sesuai dengan tujuan percobaan ini, nilai FBP dari Pertasol CC yang off speck yaitu 270°C dapat diperbaiki hingga mendekati spesifikasi menjadi 258°C setelah di-blending Pertasol CB dengan volume perbandingan 300 : 200. Nilai FBP pada sampel ini lebih mendekati spesifikasi Pertasol CC yang ditetapkan dibandingkan dengan sampel blending-an lainnya.

Dari hasil analisa di atas, maka dapat diketahui bahwa pada proses destilasi Pertasol CC dapat diperbaiki hingga hampir mendekati spesifikasi yang telah ditetapkan oleh Direktorat Jenderal Migas apabila di-blending Pertasol CB dengan volume perbandingan 300 : 200. Proses destilasi ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui sifat penguapan dari bahan bakar. Sifat penguapan mempengaruhi daya kerja bahan bakar terutama untuk mesin putaran tinggi dan sedang. Jika terlalu rendah penguapan dapat mengakibatkan pembakaran tidak sempurna dan fase cairan yang disemprotkan ke dalam mesin semakin berkurang.

d.      Bomb Kalorimeter

Bomb kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yangdibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O₂ berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, dan bahanbakar. Sejumlah sampel ditempatkan pada tabung beroksigen yang tercelup dalam medium penyerap kalor (kalorimeter) dan sampel akan terbakar oleh api listrik dari kawat logam terpasang dalam tabung. Pada pengujian Pertasol CC ini sampel ditempatkan dalam sebuah kapsul kecil agar proses pembakarannya lebih lama karena jika ditempatkan langsung dalam cup maka waktu berlangsungnya pembakaran akan semakin cepat sehingga alat bomb kalorimeter belum bisa mengambil data untuk jumlah kalor yang dibebaskan.

Pengujian bomb kalorimeter ini dilakukan agar dapat mengetahui kuantitas panas yang diperlukan untuk menentukan suhu 1 gram air dalam 1 skala derajat C (Celcius) atau K (Kelvin) sehingga jika telah diketahui kuantitas kalor yang diperlukan maka dapat  diketahui proses perubahan energi dalam bentuk kalor tersebut. Dalam pengujian yang telah dilakukan diperoleh hasil kalori seperti yang tertera dalam tabel 5.1 nomor 4.

e.  Sulfur Content

Pengujian sulfur content ini digunakan alat WDXRF Sulfur Analyzer yang digunakan untuk mengetahui kandungan sulfur pada suatu cairan ataupun padatan. Dalam penujian ini digunakan sampel berupa cairan yaitu Pertasol CC. Prinsip dari alat ini yaitu dengan prinsip XRF yang memanfaatkan berkas sinar X untuk menembak pada sampel. Sehingga dari hasil tumbukan sinar X pada sampel tersebut akan dihasilkan sinar yang dapat memberikan informasi mengenai kandungan sulfur khususnya dalam hal ini.

Dalam pengujian ini diperoleh data kandungan sulfur pada masing-masing sampel yang diuji yaitu seperti yang tercantum dalam tabel 5.1 nomor 5. Dari tabel dapat terlihat bahwa kandungan sulfur yang paling rendah yaitu hasil blending 300:200 yaitu 0,00365 %m/m yang menunjukkan kadungan sulfur yang ada pada hasil Pertasol CC perbaikan tersebut sedikit sehingga memperkecil peluang untuk terjadinya korosi pada mesin atau benda yang terkena Pertasol CC perbaikan tersebut.

f.  Doctor Test

Doctor test merupakan uji kandungan sulfur dalam sampel. Pada penelitian ini doctor test digunakan untuk mengatahui kandungan sulfur yang berada pada Pertasol CC, Pertasol CB dan blending Pertasol CC dengan Pertasol CB. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan doctor solution yang digunakan sebagai pelarut untuk mengetahui kandungan sulfur. Langkah pada penelitian ini adalah dengan melarutkan sampel pada doctor solution dan ditambahkan sulfur powder secukupnya kemudian dikocok selama 15 detik dan diamkan selama satu menit. Setelah satu menit, dilihat perubahan warna pada sulfur powder tersebut. Warna hitam dan coklat menyatakan positif mengandung sulfur dalam sampel, sedangkan apabila warna tidak berubah maka menyatakan negatif mengandung sulfur.

Pengaruh sulfur pada minyak bumi dapat menyebabkan minyak tersebut bersifat asam. Sifat asam pada minyak sendiri menyebabkan mudahnya terjadi proses korosi. Berdasarkan data pada tabel 5.1 di atas menyatakan bahwa hasil uji doctor test adalah negatif. Hal ini berarti bahwa Pertasol yang berada di Pusdiklat Migas Cepu telah memenuhi spesifikasi yang telah ditetapkan seperti pada tabel 3.3. hal ini disebabkan pada proses pengolahan sendiri terdapat proses Treating. Treating merupakan proses pemurnian minyak bumi dengan cara menghilangkan pengotor-pengotornya.

g.  Aromatic Content

Setiap senyawa kimia yang berisi hidrogen dan karbon, beberapa hidrokarbon kemungkinan mengandung pengotor. Pengotor ini yang menyebabkan adanya bau khas. Sehingga pengujian aromatic content ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui tingkat karbon aromatic yang akan terlarut dalam asam sulfat (H₂SO₄). Terlarutnya karbon aromatic pada asam sulfat dapat dilihat dari penambahan volume asam sulfat  (H₂SO₄) dalam penelitian ini digunakan asam sulfat (H₂SO₄) dikarenakan H₂SO₄ sebagai pemutus ikatan rangkap menjadi tunggal pada sampel. Pegujian ini dilakukan dengan cara mencampurkan sampel kedalam larutan H₂SO₄, kemudian dikocok selama 15 menit dengan tujuan agar sampel terdistribusi secara optimal ke dalam H₂SO₄. Pada saat pengocokan, lubang di buka secara berkala hal ini dilakukan agar tekanan yang berada dalam corong pemisah tidak terlalu besar. Setelah itu larutan hasil ekstraksi tersebut dituang ke dalam gelas ukur dan dihitung pertambahan volume H₂SO₄.

Berdasarkan pada tabel 5.1 di atas, dapat diketahui bahwa pada Pertasol CC yang telah dioff speck spesifikasinya dengan solar memiliki pertambahan volume H₂SO₄ sebesar 2 ml sehingga jika dipersentasikan sebesar 8%. Sedangkan untuk Pertasol CB memiliki pertambahan volume H₂SO₄ sebesar 4 ml atau 16 %. Adapun untuk hasil blending antara Pertasol CC yang telah off speck dengan pertaasolCB dengan perbandingan sebagai berikut 250 ml : 250 ml, 300 ml : 200 ml dan 350 ml : 150 ml memiliki pertambahan volume H₂SO₄ secara berurutan sebagai berikut 2 ml, 2 ml dan 2 ml. Dengan persentase sebesar 8%, 8% dan 8%.

Jika dilihat dari persentase aromatic content-nya Pertasol CC yang dibuat off speck, Pertasol CB, blending Pertasol CC dengan Pertasol CB tersebut masih berada pada spesifikasi yang ditetapkan oleh Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi, dimana prosentase aromatic content maksimal adalah 25% v/v.

h.  Copper Strip Corrosion

Cooper strip corrosion merupakan salah satu proses analisis karakteristik yang bertujuan untuk mengetahui tingkat korosifitas dari produk minyak bumi. Sifat korotifitas tidak berkaitan langsung dengan kandungan jumlah sulfur. Sifat korosifitas sulfur bergantung pada jenis senyawanya, namun pada umumnya minyak bumi yang  mengandung sulfur sudah dihilangkan selama proses pengolahan. Pada analisis ini, yang dilakukan adalah mengecek warna korosifitas dari cooper strip dengan cara membandingkannya dengan tabel klasifikasi bilah tembaga. Setelah dilakukan percobaan sesuai metodologi, maka diperoleh data hasil cooper strip pada masing-masing sampel sesuai yang ditunjukkan pada tabel 5.1.

Berdasarkan hasil percobaan pada tabel 5.1, dapat kita ketahui bahwa nilai cooper strip dari sampel yang meliputi Pertasol  CC (yang telah dioff speck dengan solar), Pertasol CB, serta blendingan Pertasol  CC dan CB dengan volume perbandingan 250 : 250, 300 : 200 dan 350 : 150 yaitu 2C, 1B, 2C, 1B dan 3A. Spesifikasi nilai cooper strip corrosion yang ditetapkan oleh Dirjen Migas adalah 1. Jika melebihi golongan 1 maka produk tersebut bersifat korosif terhadap logam dan tidak layak untuk digunakan. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa sampel yang masih memenuhi spesifikasi adalah sampel Pertasol CB serta sampel blendingan Pertasol CC dan Pertasol CB dengan volume perbandingan 300 : 200 yaitu berada pada golongan 1b. Cooper strip golongan 1b dalam tabel menunjukkan warna orange gelap , yang berarti tidak telalu korosif dan layak untuk digunakan.

Berdasarkan hasil analisa di atas, maka dapat diketahui bahwa dari proses cooper strip corrosion Pertasol CC (yang dibuat off speck dengan solar) dapat diperbaiki dari golongan 2C menjadi 1B setelah di-blending Pertasol CB dengan volume perbandingan 300 : 200. Sehingga Pertasol CC yang awalnya tidak layak digunakan menjadi layak digunakan serta telah memenuhi spesifikasi dari Dirjen Migas.

i.  Viskositas

Viskositas adalah tingkat kekentalan suatu fluida. Tujuan dari pengukuran viskositas ini adalah untuk mengetahui tingkat kekentalan beberapa sampel uji yang di-blending dengan perbandingan tertentu sehingga akan memenuhi spesifikasi suatu produk.

Metode pengujian ini adalah dengan menggunakan alat pengukur viskositas secara kinematik. Alat dan bahan yang digunakan berupa viscositas tube, pompa, pipa kapiler, stopwatch, thermometer, dan sampel yang diuji. Pada pipa kapiler ini memiliki 3 cabang, untuk cabang yang terbesar terdapat 2 garis yang digunakan sebagai penentu jumlah sampel yang diukur. Untuk 2 garis lain pada pipa kapiler yang lebih kecil digunakan sebagai analisa kinematik, yaitu dengan mengukur waktu yang diperlukan untuk melalui 2 garis tersebut.

Cara melakukan percobaan ini adalah dengan memanaskan viscositas tube selama 30 menit. Kemudian suhu minyak pada viscositas tube dilihat melalui thermometer, jika suhunya sudah mencapai 100 ^°F (37.8 °C), maka sampel yang telah dimasukkan pada pipa kapiler dengan jumlah tertentu dimasukkan ke dalam viscositas tube dan didiamkan sesaat sampai suhu termal tercapai. Pada percobaan ini, suhu yang terukur pada thermometer adalah 35.5 °C. setelah pipa kapiler dimasukkan ke dalam viskositas tube dan didiamkan semala beberapa saat, kemudian sampel disedot dengan menggunakan pompa yang dihubungkan dengan pipa kapiler dan dengan menutup 2 buah pipa lainnya. Jika sampel sudah berada di atas garis batas atas, maka pompa dimatikan. Kemudian fluida mengalir ke bawah akibat tarikan gravitasi bumi. Waktu yang diperlukan untuk melewati 2 garis batas diukur dengan menggunakan stopwatch dan didapatkan data berupa waktu. Percobaan ini dilakukan sebanyak 3 kali untuk tiap-tiap sampel uji dan didapatkan data seperti yang tercantum dalam tabel 5.1. Rata-rata waktu yang diperlukan oleh tiap-tiap sampel uji hampir sama yaitu pada rentang 3-4 menit. Kemudian nilai rata-rata yang dihasilkan dikalikan dengan faktor koreksi (0.00500) dan dihasilkan nilai viskositas sampel. Dari percobaan yang telah dilakukan sampel uji yang memenuhi spesifikasi Pertasol CB adalah sampel uji dengan perbandingan Pertasol CC dengan Pertasol CC off speck adalah perbandingan 300 : 200.