Tesis

Analisis sifat tribologi biolubricant berbahan dasar minyak kanola dengan variasi fraksi massa nanopartikel kalsium karbonat sebagai cairan pendingin pada proses pemesinan CNC Milling / Alfandi Jaelani

Abstrak
RINGKASAN Jaelani Alfandi. 2025. Analisis Sifat Tribologi Biolubricant Berbahan Dasar Minyak Kanola Dengan Variasi Fraksi Massa Nanopartikel Kalsium Karbonat Sebagai Coolant Pada Proses Pemesinan CNC Milling. Tesis. Departemen Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik Universitas Negeri Malang. Pembimbing (I) Prof. Dr. Heru Suryanto S.T. M.T. IPM. (II) Rr. Poppy Puspitasari S.Pd. M.T. Ph.D. Kata Kunci Biolubricant Minyak Kanola Kalsium Karbonat Tribologi Pemesinan CNC. Penggunaan cairan pendingin untuk proses pemesinan masih banyak menggunakan cairan pendingin kimia (chemical fluids). Cairan pendingin ini selain tidak ramah lingkungan juga menimbulkan efek buruk bagi kesehatan manusia/operator mesin. Sebagian besar pelumas dan cairan hidrolik berbasis minyak yang berasal dari tanaman dengan cepat dapat terurai secara hayati. Oleh karena itu perlu adanya terobosan dalam hal emanfaatan cairan pendingin dari minyak nabati. Cairan pendingin dari minyak nabati relatif lebih ramah lingkungan. Minyak nabati merupakan sumber energi bersih yang tingkat pencemaran lingkungannya relatif kecil dibandingkan dengan minyak bumi. Oleh karena itu penggunaan minyak nabati sebagai cairan pendingin menjadi solusi yang sangat tepat untuk dikembangkan dan dengan ditambahkannya nanopartikel pada minyak nabati akan dapat meningkatkan sifat tribologi cairan pendingin dan pelumas dengan mengendapkan pada area kontak dan menciptakan lapisan pelindung. Metode penelitian menggunakan jenis penelitian eksperimen dengan melakukan pengujian sifat termal sedimentasi reologi minyak Kanola dengan tambahan nanopowder CaCO3 untuk diaplikasikan pada mesin CNC Milling. Prosedur pengumpulan data pada penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan setelah melakukan proses sintesis pada campuran minyak kanola dengan variasi konsentrasi aditif nanopartikel 0% (tanpa campuran bahan aditif) 0 05% 0 1% 0 15% dan 0 2%. Analisis data yang digunakan pada penelitian ini yaitu menggunakan metode analisis deskriptif dengan menggabungkan data kuantitatif dan kualitatif. Data yang akan dianalisis dari masing-masing sampel berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan meliputi (1) Hasil karakterisasi material aditif nanopartikel kalsium karbonat berupa morfologi permukaan identifikasi fasa dan gugus fungsi. (2) Sifat termofisik biolubricant pada setiap variasi fraksi massa meliputi densitas viskositas konduktivitas termal dan kalor spesifik. (3) Pengaruh variasi fraksi massa aditif nanopartikel kalsium karbonat terhadap stabilitas atau sedimentasi. (4) Sifat reologi biolubricant pada setiap variasi fraksi massa yang meliputi shear rate dan shear stress. (5) Sifat tribologi hasil pemesinan dengan setiap variasi fraksi massa yang meliputi kekasaran permukaan pada hasil pemakanan benda kerja foto mikro dari hasil pemakanan benda kerja foto makro pada keausan pahat jejak keausan pada benda kerja serta morfologi pada wear debris. Hasil penelitian ini diantaranya adalah morfologi CaCO3 dari cangkang kerang berbentuk bulat ukurannya tidak beraturan dan mengalami aglomerasi akibat proses sintesis. Partikel CaCO3 berbentuk kristal kalsit satu fasa dan trigonal (sumbu heksagonal) dengan ukuran kristalit sebesar 82 7 nm dengan Polydispersitas Index (rentang kevalidan pengujian) sebesar 0 306. Gugus fungsi CaCO3 terletak pada puncak serapan 1398 39 881 46 dan 713 66 cm-1. Sedangkan gugus fungsi untuk sampel coolant (minyak kanola) terletak pada puncak 2924 09 cm-1 2854 65 cm-1 dan 1747 5 cm-1. Berdasarkan hasil analisis sifat termofisik pada sampel biolubricant pengukuran hasil densitas yang diperoleh dari campuran minyak kanola dan berbagai variasi nanopartikel CaCO3 secara statistik memiliki nilai densitas yang berbeda-beda. Nilai densitas tertinggi yaitu pada fraksi massa 0 20% sebesar 883 kg/m3. Sedangkan nilai densitas terendah diperoleh pada minyak kanola tanpa campuran yaitu sebesar 854 kg/m3. Penambahan aditif CaCO3 pada base oil mengakibatkan stabilitas yang buruk sehingga berdampak pada peningkatan konduktivitas termal yang tidak signifikan. Nilai viskositas paling tinggi diperoleh pada minyak kanola dengan variasi fraksi 0 20% dan paling rendah diperoleh pada minyak kanola tanpa campuran. Selain itu viskositas sampel meningkat seiring dengan penambahan nanopartikel sedangkan nilai viskositas dinamis menurun seiring dengan peningkatan suhu. Pada saat yang sama analisis sifat reologi menunjukkan aliran Newtonian pada semua sampel biolubricant. Selain itu minyak kanola yang digunakan sebagai sampel biolubricant mempunyai geseran yang lebih rendah dibandingkan sampel minyak kanola yang dicampur dengan nanopartikel CaCO3. Untuk sifat tribologi pada hasil pengujian kekasaran permukaan didapatkan nilai Ra paling rendah pada minyak kanola dengan variasi fraksi nanopartikel CaCO3 0 15% sebesar 0 83 mu m. Sedangkan nilai Ra tertinggi ditunjukkan pada penggunaan pelumasan kering (dry) sebesar 2 17 mu m. Berdasarkan hasil perhitungan keausan pahat setiap sampel mempunyai kinerja terbaik dalam mengurangi keausan pemesinan menggunakan cairan pemotongan berbahan dasar minyak kanola 0 15% CaCO3 mendapatkan nilai pengurangan keausan pahat paling rendah diantara variasi yang lain sebesar 0 1259 mm. Pada pengamatan pembentukan chip rata-rata sampel menghasilkan morfologi gerigi tidak beraturan dengan bentuk tipe C koma dan elongasi. Pada pengujian jejak keausan (wear track) dari semua variasi ditemukan adanya Crack (retakan) Peel Off (lubang) Starch (goresan) dan Debris (serpihan aus). Pada pengamatan warna serpihan diperoleh warna keunguan tua berubah menjadi coklat tua dan coklat muda kemudian putih keperakan akibat keausan pada sisi pahat yang berbeda.

Informasi Detail

DDC

Rt 621.89 JAE a

Prodi

Universitas Negeri Malang. Program Studi Teknik Mesin, 2025.

Deskripsi Fisik

xxii, 192 lembar. : ilus. ; 30 cm

Bahasa

Indonesia

No Reg

00298/RT/25

Edisi

Tesis (Pascasarjana)--Universitas Negeri Malang. 2025

Subjek

1. TRIBOLOGI
2. TEKNIK MESIN - BIOLUBRICANT
3. TRIBOLOGY

Pembimbing

1. Prof. Dr. Heru Suryanto, S.T., M.T., IPM. ; 2. Rr. Poppy Puspitasari, S.Pd., M.T., Ph.D.

Lampiran Berkas