pengembangan teknologi proses pembuatan …

Pengembangan Teknologi Proses... (Hafid, dkk)

1

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PROSES PEMBUATANKOMPONEN TRACK LINK TANK SCORPION UNTUK

MENANGGULANGI CACAT COR

THE DEVELOPMENT OF PROCESS TECHNOLOGY OF TRACK LINKTANK SCORPION TO COUNTERMEASURE DEFECTS AT CASTING PRODUCT

Hafid, Sri Bimo Pratomo, dan Sony HarbintoroBalai Besar Logam dan Mesin, Kementerian Perindustrian

Jl. Sangkuriang No.12, Bandung - Indonesiae-mail: [email protected]

diajukan: 24/02/2014, direvisi: 26/03/2014, disetujui: 14/04/2014

ABSTRACT

The development of process technology of track link tank scorpion to countermeasure defects at casting producthas been done. Track link tank is part of the component that function to tread tanks and combat vehicles movethe tanks. As a component of the prime mover, it must have a good safety, as well as good mechanicalproperties (wear resistant but ductility). Life time track link about one year so that classified consumablecomponent. This can be opportunity for the national foundry industry to manufactured. The objective of researchis to manufacture the track link componens that is free casting defect due to shrinkage, has a shape withdimensions and composition type of materials which suitable as well as right heat treatment. Researchmethodology begins with testing and material analysis of the imported tank track link as a reference for thedevelopment of materials. Continued by manufacture of track link tank through the casting process and heattreatment. Based on the experimental, results obtained the prototype with better mechanical properties than thematerial imported products. Shrinkage defects can be overcome with the use of a chill or chromite sand on themoulding. Improvements the moulding pattern to reduce fin thickness to produce track link tank are more efficientin the use of materials.

Keywords: track link tank, alloy steel, shrinkage, chill, chromit sand.

ABSTRAK

Telah dilakukan pengembangan teknologi proses pembuatan komponen track link tank (rantai tank) scorpionuntuk menanggulangi cacat cor. Track link tank adalah bagian komponen tank yang berfungsi untuk menapakdan menggerakan kendaraan tempur tank. Sebagai komponen penggerak utama maka harus memiliki sifatkeamanan (safety) yang baik, serta sifat mekanis yang baik pula (tahan aus tetapi ulet). Umur pakai komponenini hanya sekitar satu tahun sehingga digolongkan komponen yang sangat consumable. Hal ini dapat menjadipeluang bagi industri pengecoran nasional untuk memfabrikasinya. Tujuan penelitian adalah membuatkomponen track link tank yang bebas cacat cor karena penyusutan, memiliki bentuk dengan dimensi dankomposisi jenis material yang sesuai serta perlakuan panas yang tepat. Metodologi penelitian yang dilakukandiawali dengan pengujian dan analisis material dari track link tank impor sebagai acuan untuk pengembanganmaterial. Dilanjutkan pembuatan komponen track link tank melalui proses pengecoran dan perlakuan panas. Darihasil penelitian ini diperoleh material prototipe dengan sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan materialproduk impor. Cacat penyusutan dapat ditanggulangi dengan penggunaan chill atau pasir kromit pada cetakan.Perbaikan pola cetakan dilakukan untuk mengurangi ketebalan sirip sehingga dihasilkan produk cor komponentrack link tank yang lebih efisien dalam penggunaan material.

Kata kunci: rantai tank, baja cor paduan, cacat penyusutan, chill, pasir kromit.

PENDAHULUAN

Dalam rangka mengurangiketergantungan terhadap impor pasokanalat utama sistem pertahanan (Alutsista)dan kemandirian persenjataan militertentara nasional Indonesia (TNI). Maka

penguasaan teknologi untuk membuatAlutsista harus dimiliki, agar bangsa kitatidak terus tergantung pada negara lain.Rantai tank (track link) merupakan salahsatu komponen Alutsista yang selama inimasih di impor. Fungsi dari komponen tracklink tank tersebut adalah untuk menapak

Jurnal Riset Industri (Journal of Industrial Research), Vol. 8 No. 1, April 2014, Hal. 1 – 10

2

pada jalan dan menggerakan kendaraantempur tank. Karena track link sangat vitalpada kendaraan tempur yang dioperasikan,maka komponen tersebut harus memilikisifat keamanan yang baik, serta sifat-sifatmekanis lainnya seperti: keras, tahan ausdan ulet, tahan lama (durability) dankeandalan yang tinggi (realibility).

Peluang pasar komponen track linksangat besar dimana saat ini TNI memilikiarmada tank sekitar 1.300 buah tank. Daridata yang diperoleh di lapangan umur pakaitrack link sangat singkat (consumable)sekitar 1 tahun. Sedangkan dalam satu tankdibutuhkan track link sebanyak 180 buahsehingga kebutuhan track link TNI setiaptahunnya dapat mencapai lebih dari200.000 buah.1

Tank Scorpion (Gambar 1) merupakansalah satu jenis tank ringan dari jenisCombat Vehicle Reconnaisance Tracked(CVRT), yang berarti kendaraan intaitempur beroda rantai. Tank ini berasal dariInggris dan diproduksi oleh Alvis Vickersyang mana kemudian saat ini diakuisisi olehBAE Systems Land System (Weapon &Vehicles). TNI AD sebagai salah satupengguna tank Scorpion dipergunakanuntuk memperkuat satuan Kavaleri Kostraddalam Yon Kav 8 Divisi Infantri 2 Kostrad diPasuruan, Jawa Timur. Dan Yon Kav 1Divisi Infantri 1 Kostrad yang berada diCijantung, Jakarta.

Gambar 1. Tank Scorpion dengan meriamCockerill 90mm milik TNI-AD

Namun sangat disayangkankebutuhan komponen track link masih diimpor oleh negara-negara lain pembuatkendaraan tempur. Mengingat kemampuan

industri pengecoran di dalam negeri masihbelum mampu menghasilkan komponentrack link yang memenuhi spesifikasi teknisyang dipersyaratkan TNI. Sudah adabeberapa industri pengecoran yangmencoba membuatnya, tetapi kualitasnyamasih rendah. Pada saat uji cobapemakaiannya sering terjadi kerusakan,seperti: melengkung dan patah pada bagiantanduknya. Terutama pada penggunaan dimedan yang berat atau pada saatpengoperasian kendaraan tempur dengankecepatan yang tinggi menjadi sangatmembahayakan.

Dalam pembuatan komponen tracklink yang memiliki bentuk rumit dan terbuatdari baja paduan khusus (Metal Handbook,2008). Maka untuk menghasilkan komponentrack link yang memiliki kualitas yang baikdiperlukan penguasaan teknologi prosespengecoran yang tepat, seperti disainpengecoran maupun pemilihan cetakanpasir yang digunakan, pemaduan danpeleburan serta proses perlakukan panas.

Teknologi proses pengecoran adalahsalah satu teknik pengerjaan logam yangdapat menghasilkan produk yang memilikitingkat kompleksitas yang tinggi.Pengembangan teknologi pengecoransangat diperlukan untuk menghasilkanproduk coran berkualitas tinggi dengankarakteristik tertentu, yaitu sifat-sifatmekanis dan fisik yang tinggi, kandungancacat-cacat pada produk cor yang sangatrendah, penampakan produk cor yang baik,kehalusan permukaan benda cor, ketepatanukuran benda cor, laju produksi yang tinggi,dan biaya produksi yang rendah (Hafid dkk,2010).

Untuk meningkatkan sifat mekanikdan sifat fisik suatu logam dalam keadaanpadat dapat dilakukan dengan caraperlakukan panas (heat treatment) yaitusuatu kombinasi proses pemanasan danpendinginan logam dalam waktu tertentu(Ahmad T. J dan Waspodo, 2010).

Penelitian ini dibuat untukmemperbaiki sifat material pada pembuatantrack link sebelumnya yang disesuaikandengan teknologi pengecoran di Indonesia.Dengan tujuan untuk membuat komponentrack link tank yang bebas cacat cor karenapenyusutan (shrinkage) denganmemodifikasi cetakan, memiliki bentuk


3

dengan dimensi dan komposisi jenismaterial yang sesuai serta perlakuan panasyang tepat.

Berdasarkan permasalahan tersebutdi atas, dilakukan pembuatan produk coruntuk track link tank scorpion, yang terbuatdari material baja cor paduan CrMo yangmemiliki sifat tahan aus yang tinggi tetapimemiliki ketangguhan (toughness) yangbaik. Komponen track link tank yang dibuatdapat menggantikan (substitusi) produkimpor. Sebagai upaya meningkatkankemandirian pertahanan keamanannasional yang pada akhirnya akanmeningkatkan kemampuan TNI untukmenjaga dan mengawal Negara KesatuanRepublik Indonesia (NKRI).

METODE

Berdasarkan sifat masalahnya metodepenelitian ini dikategorikan pada penelitianeksperimental yang bertujuan membuatkomponen track link tank scorpion jenissingle pin dengan menggunakan materialbaja cor paduan Cr-Mo. Produk cor yangdihasilkan bebas dari cacat cor karenapenyusutan, memiliki bentuk dengandimensi dan komposisi jenis material yangsesuai serta perlakuan panas yang tepat.Penelitian diselesaikan dalam waktu 10bulan (Januari s/d Nopember 2013) diworkshop pengecoran dan perlakukanpanas serta laboratorium kalibrasi danpengujian BBLM/MIDC KementerianPerindustrian Bandung. Pengujian ScanningElectron Microscope (SEM) dan EnergyDispersive Spectroscope (EDS) dilakukan dilaboratorium metalurgi BATAN PuspitekSerpong.

Bahan dan Peralatan

1. Bahan-Bahan yang digunakan:a. Bahan pola: multiplex, kayu pinus,

geal coat, epoxy resin, baut, releaseagent, dempul plastik, kuas, lem glue.

b. Bahan cetakan pasir: pasir silika,resin: alkali phenolic, katalis, ecolotex,gas CO2, metanol

c. Bahan peleburan: steel scrap tracklink tank, Fe Mn, Fe Cr, Mo, FeSi,carburizer, tem tip, batu gerinda, solar

2. Peralatan yang digunakan:

a. Mesin wood cutting dan peralatanpembuatan pola

b. Mesin pencetakan pasirc. Dapur induksid. Thermocouplee. Spektrometerf. Alat ukur CMM (Coordinate

Measurement Machine)g. Mesin dan peralatan perlakukan

panash. Mesin dan peralatan pengujian

komposisi kimia, uji kekerasan, ujiketahanan aus dan uji keuletan, dyepenetrant, uji SEM dan EDS.

Tahapan Kegiatan

Tahap pertama penelitian dimulai darianalisis material track link tank impor. Darihasil uji komposisi kimia diketahuikomponen ini menggunakan material lowalloy steel. Selanjutnya dilakukan penelitiandan pengembangan material untukpembuatan prototipe track link dari bajakekuatan tinggi paduan rendah. Berikut iniadalah tahapan proses pembuatankomponen track link tank, yaitu:1. Perencanaan pengecoran

Pada tahap ini dilakukan perhitunganukuran sistim saluran masuk, saluranturun dan riser serta penempatan yangtepat pada benda cor yang dibuat yanglebih dikenal dengan casting design dangatting system. Sebagai input darimetode ini adalah seluruh aspek danparameter serta spesifikasi standar yangakan dipakai pada proses pengecoranyang akan dilakukan.

2. Pembuatan polaPola dibuat dari bahan kayu jati karenabutiran-butiran kayunya rapat, keras danmudah dibentuk, serta kandungan airnyarendah. Langkah awal sebelum membuatpola adalah mendisain bentuk dandimensi track link tank dengan acuantrack link tank impor yang dituangkankedalam gambar kerja. Berdasarkangambar kerja yang diperoleh, dibuat polakayu dengan menggunakan nilai susutlow alloy steel yaitu 2%.

3. Pembuatan cetakanSetelah pola dibuat dilanjutkan denganproses pembuatan cetakan. Jeniscetakan yang digunakan adalah cetakan


4

pasir kering menggunakan pengikatalkaline phenolic resin ( resin) denganpersentase sekitar 1.2% dari berat pasir.Dengan menggunakan mesin reklamasipasir kering yang dimiliki oleh BBLM.Dengan menggunakan mesin reklamasipasir kering, dapat mereklamasi pasircetak kembali hingga sekitar 70% sampai80%.

4. Proses peleburan dan penuanganSetelah cetakan siap maka dilanjutkandengan proses peleburan danpenuangan logam cair ke dalam cetakan.Proses peleburan diawali denganpersiapan bahan baku tuangan.Komposisi yang dituju adalah komposisitrack link tank impor. Proses pengecorantelah dilakukan sebanyak dua kali. Setiapproses pengecoran dilakukan penuanganlogam cair (pouring) untuk dua buahcetakan. Setiap cetakan memiliki duabuah cavity produk, sehingga setiapproses pengecoran menghasilkan empatbuah prototipe tracklink tank.

5. Pengakhiran (finishing)Benda cor setelah dibongkar dandibersihkan dari pasir yang menempeldengan cara di shot blasting, selanjutnyasistem saluran tuangnya dipotong.Adapun produk komponen track link tankhasil pengecoran ditunjukkan padaGambar 2.

Gambar 2. Sampel empat buah track linkhasil pengecoran yang sudahdirakit

6. Pengujian sesudah pengecoranSelanjutnya komponen track link tankhasil pengecoran dilakukan pengujian,sebagai berikut: pengujian tidak merusak(uji dye penetrant) untuk melihatkemungkinan terjadinya cacat retak

akibat penyusutan (shrinkage), pengujiandimensi produk cor dan pengujiankomposisi kimia.

7. Proses perlakukan panasPerlakuan panas adalah suatu prosesmengubah sifat logam dengan jalanmengubah struktur mikro melalu prosespemanasan dan pengaturan kecepatanpendinginan dengan atau tanpa merubahkomposisi kimia yang bersangkutan,dengan tujuan mendapatkan sifat-sifatyang diinginkan sesuai dengan yangdirencanakan.

8. Pengujian sesudah perlakukan panasDilakukan uji komposisi kimia, SEM danEDS, uji kekerasan, uji ketahanan ausdan uji keuletan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Material Reverse Produk Impor

Pada tahap ini dilakukan materialreverse dari produk track link tank impor,yaitu: analisis produk dan material impor.Analisis produk dengan caramenggambarkan bentuk produk track linksebagai acuan pengembangan gambarprototipe. Sedangkan analisis materialdilakukan dengan cara menganalisiskomposisi kimia dan struktur mikro,pengujian kekerasan dan kuat tarik sertapengujian ketahanan aus. Karakteristikmaterial hasil analisis material track linktank digunakan sebagai acuan untukmelakukan pengembangan material.Komposisi kimia dan sifat mekanis track linkimpor dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel2.

Tabel 1. Komposisi kimia track link imporNo Unsur Komposisi Bahan (%)1 C 0,2642 Si 0,4293 Mn 0,7584 P 0,07515 S 0,03846 Cr 0,9277 Mo 0,3278 Fe Sisa


5

Tabel 2. Nilai kekerasan, kuat tarik danketahanan aus

Kekerasan(HRC/BHN)

Kuat tarik(Kgf/mm2)

Ketahananaus (%

kehilanganberat)

28 96 0,55

Material track link rantai impor dapatdigolongkan sebagai low alloy steel dalamkelompok chrome moly steel. Low alloysteel adalah paduan baja cor yangmengandung unsur penambah hingga 8%,termasuk unsur karbon, untuk menghasilkansifat yang diinginan.

Pengembangan material difokuskankepada penelitian memodifikasi komposisikimia dan proses perlakuan panas yangtepat. Modifikasi komposisi kimia dilakukandengan menambah atau mengurangi kadarunsur tertentu untuk melihat pengaruhnyapada sifat material.

Penambahan maupun pengurangankadar unsur tertentu dilakukan denganpenambahan atau pengurangan jumlahpemadu, yaitu paduan Fe-Mn, Fe-Cr, Fe-Sidan Fe-Mo. Peleburan dilakukan padatungku induksi frekuensi menengahkapasitas 200 kg. Setelah logam mencair,maka dituangkan ke dalam cetakan.Cetakan yang digunakan adalah cetakanpasir kering dengan pengikat jenis resin.Prototipe yang dihasilkan terdiri dari limajenis prototipe yang berbeda komposisikimianya.

Untuk menganalisis karakteristikmaterial prototipe maka dilakukan beberapajenis pengujian. Pengujian yang dilakukanpada sampel uji adalah pengujian tarik,untuk membandingkan kekuatan tarikmaterial prototipe dengan standar JIS G5111. Sedangkan pengujian yang dilakukanlangsung pada produk terdiri dari analisiskomposisi kimia dan struktur mikro,pengujian kekerasan, pengujian ketahananaus, serta menganalisis struktur mikro.Selain itu juga dilakukan perbandinganunjuk (performance) keuletan produk impordengan produk prototipe. Seluruh pengujianyang dilakukan pada produk track link baikprototipe maupun impor, dilakukan padadaerah sirip tapak rantai.

Hasil Pembuatan Prototipe

Prototipe yang dihasilkan daripenelitian ini diuji untuk dibandingkan sifatmekanisnya dengan produk impor. Hasildari modifikasi beberapa kali perubahankomposisi kimia dengan perlakuan panasyang berbeda-beda, diperoleh sebuahgabungan antara komposisi kimia danperlakuan yang memiliki sifat mekanisterbaik. Komposisi kimia prototipe yangmemiliki sifat mekanis terbaik (Hafid, SriBimo Pratomo, dkk. 2013) dapat dilihatpada Tabel 3 berikut. Perlakuan panas yangdigunakan adalah perlakuan panasnormalizing dengan pendinginan kipas.

Tabel 3. Komposisi kimia prototipe dengansifat mekanik terbaik

No Unsur Komposisi Bahan(%)

1 C 0,252 Si 0,313 Mn 1,044 P 0,015 S 0,016 Cr 0,907 Mo 0,508 Fe Sisa

Pemaduan unsur Mn, Cr dan Modengan variasi jumlah tersebut, yangdipadukan dengan perlakuan panastertentu, berfungsi untuk menghasilkangranular bainite dengan kekerasan dankekuatan tarik yang tinggi serta memilikikeuletan yang baik. Ketiga unsur tersebutdikenal bainite promotor element yang kuat.Proses perlakuan panas yang digunakanadalah normalizing yang menggunakanpendinginan hembusan kipas (blower).Penggunaan kipas dimaksudkan untukmempercepat laju pendinginan benda cor.

Dari hasil pengujian sifat mekanisdiperoleh hasil bahwa prototipe memilikisifat mekanis yang lebih baik dibandingkanproduk impor. Tabel 4 memperlihatkanperbandingan kekerasan material produkimpor dan prototipe setelah perlakukanpanas sedangkan Tabel 5 memperlihatkanperbandingan ketahanan aus (dihitung daripersen kehilangan berat) material produkimpor dan prototipe setelah perlakukanpanas.


6

Tabel 4. Perbandingan kekerasan materialproduk impor dan prototipesetelah perlakuan panas

No Jenis Kekerasan(HRC/BHN)

1. Material produkimpor

28/269

2. Prototipe 31/293

Tabel 5. Perbandingan ketahanan ausmaterial produk impor danprototipe setelah perlakuanpanas

No JenisKetahanan

Aus(% kehilangan

berat)1. Material produk

impor0,55

2. Prototipe 0,24

Juga dibandingkan kekuatan tarik danelongasi dari standar JIS G5111 untukkomposisi kimia yang sama dengankekuatan tarik prototipe. Tabel 6 berikutmemperlihatkan perbandingan kekuatantarik dan elongasi dari standar denganprototipe.

Tabel 6. Perbandingan kekuatan tarikstandar JIS G5111 denganprototipe setelah perlakuanpanas

No JenisKekuatan tarikdan elongasi(Kgf/mm2/%

elongasi)1. Standar JIS G

511189.7 / 9

2. Prototipe 96 / 9,3

Untuk melihat performance keuletanmaka dilakukan pengujian terhadap tracklink tank impor dan prototipe untukperbandingan performance keuletan dengancara menekan dengan beban seberat 12.5ton pada satu titik di daerah sirip. Hasilnyadiperoleh prototipe memiliki sifat keuletanyang lebih baik.

Dari seluruh perbandingan hasilpengujian mekanis antara produk impor dan

prototipe, terlihat bahwa prototipe memilikisifat mekanis yang lebih baik.

Untuk melihat struktur mikro materialmaka dilakukan uji SEM maupun EDS. Hasilpengujian tersebut memperlihatkan bahwastruktur mikro produk impor adalahacicualar bainite sedangkan materialprototipe memiliki struktur mikro compactedvermicular bainite. Gambar 3 dan Gambar4, masing-masing memperlihatkan strukturmikro dari material tapak rantai impor dantapak rantai prototipe.

Perbesaran 2000xGambar 3. Struktur mikro material impor

track link tank menggunakanSEM

Perbesaran 2000xGambar 4. Struktur mikro material prototipe

track link tank menggunakanSEM

Dari hasil pengamatan struktur mikroterlihat bahwa struktur mikro prototipememiliki bentuk bainit yang lebih bulat.Bentuk tersebut menyebabkan kekerasan,keausan dan kekuatan tarik lebih tinggidibandingkan produk impor yang memilikibentuk bainit jarum (vermicular). Bentukbainit yang bulat menyebabkan tegangantidak terkonsentrasi sehingga menyebakan


7

kekuatan tarik dan keuletan yang lebih baik.Kadar krom yang lebih tinggi di dalam bainitbulat maupun bainit jarum akanmenyebabkan kekerasan yang lebih tinggidibandingkan matrik. Bentuk yang bulatdapat menutup permukaan matrik secarasempurna, sehingga kekerasan lebih tinggi.

Untuk melihat pengaruh manganterhadap struktur mikro, maka dilakukanpenambahan mangan pada prototipe.Mangan yang ditambahkan adalah menjadi2.5%. struktur mikro yang dihasilkan adalahmassive bainite dengan kekerasan yangsangat tinggi yaitu 36 HRC (331 BHN).Kekerasan yang terlampau tinggi dapatmenyebabkan penurunan sifat keuletan,sehingga tidak dapat digunakan untukkomponen ini. Gambar 5 memperlihatkanstruktur mikro prototipe ini.10

Perbesaran 2000xGambar 5. Tampilan secondary electron

image dari material prototipemenggunakan Mn sebesar 2.5%

Pada penelitian terdahulu, padadaerah hot spot dari prototipe selaluterbentuk cacat penyusutan (shrinkage).Untuk menghilangkan cacat tersebut makadilakukan modifikasi cetakan. Pada daerahhot spot tersebut dipasang chill ataumenggunakan pasir kromit. Chill atau pasirkromit dengan kemampuan pendinginanyang lebih tinggi, ternyata dapatmenghilangkan cacat penyusutan padadaerah panas (celah). Gambar 6 berikut inimemperlihatkan cacat penyusutan padaprototipe. Gambar 7, Gambar 8, danGambar 9, masing-masing memperlihatkanpemasangan chill maupun pasir kromit padacetakan pasir silika.

Gambar 6. Cacat penyusutan pada daerahcelah

Gambar 7. Pemasangan chill pada pola

Gambar 8. Permukaan chill pada cetakanpasir

Gambar 9. Pemasangan pasir kromit padadaerah celah


8

Dari hasil pengamatan setelahpemasangan chill maupun pasir kromit,terlihat bahwa cacat penyusutan hilang.Karena posisi chill yang tidak stabil padasaat pengisian pasir, tampak permukaanyang menggunakan chill tidak halus (rata).Gambar 10 dan Gambar 11 memperlihatkanhasil permukaan produk prototipe padacelah yang sudah tidak adanya cacatpenyusutan hasil penggunaan chill danpasir kromit.

Gambar 10. Permukaan produk cor padadaerah celah menggunakanchill pada cetakan pasir silika

Gambar 11. Permukaan produk cor padadaerah celah menggunakanpasir kromit pada cetakan pasirsilika

Untuk mendapatkan produk yang lebihefesien di dalam penggunaan material,maka disain produk dirubah menjadi lebihtipis pada daerah yang tidak membutuhkankekuatan terlalu tinggi. Daerah yang dipilihadalah pada daerah sirip. Daerah siriphanya berfungsi untuk mengayuh tapakrantai pada saat kendaraan tempur beradadi atas air. Gambar 12 berikut

memperlihatkan perbaikan pola cetakandengan mengurangi ketebalan sirip.

Gambar 12. Perbaikan pola untukmengurangi ketebalan sirip

Di dalam proses pemasangan jugadibutuhkan lubang as lurus untukmemudahkan pemasangan. Selain itupinggir lubang juga tidak boleh kasar agarpada saat memasang karet pada lubang as,karet tidak sobek. Untuk memenuhi syarattersebut maka dilakukan perbaikan kotakinti, sehingga dihasilkan inti dapatmenghasilkan lubang yang lurus denganpinggir lubang yang tidak kasar. Gambar 13

memperlihatkan kotak inti hasil modifikasi.

Gambar 13. Kotak inti hasil perbaikan

Gambar teknis dari prototipe track linkyang telah mengalami perbaikan disaindapat dilihat pada Gambar 14.


9

Gambar 14. Gambar teknis track linksetelah mengalami modifikasi

Setelah pola dan kotak inti diperbaikimaka dilakukan proses pengecoran kembaliuntuk pembuatan prototipe track link tank.Gambar 15 memperlihatkan prosespenuangan cairan logam ke dalam cetakan.

Gambar 15. Proses penuangan logam cairkedalam cetakan

Produk prototipe selanjutnyadilakukan proses perlakuan panasnormalizing (austenisasi pada suhu 940oCdengan holding time satu jam) denganpendinginan kipas, Lebih jelasnya sepertiditunjukkan pada Gambar 19.

Gambar 19. Proses perlakukan panasnormalizing dengan pendinginankipas.

KESIMPULAN

Tapak rantai (track link) kendaraantempur tank adalah komponen untukmenapak dan bergerak sehinggamensyaratkan sifat tahan aus tetapi tetapulet. Bahannya terbuat dari baja cor paduanrendah Chrom Molibden dengan komposisikimia (% berat) sebagai berikut: Carbon(0,25), Silicon (0,31), Mangan (1,04),Phospor (0,01), Silicon (0,01), Sulfur (0,01),Chrom(0,90), Molibdenum (0,50). Untukmengefesienkan penggunaan material danmemperbaiki bentuk agar memudahkanpemasangan track link, telah dilakukanmodifikasi pola dan perbaikan kotak inti.Produk cor dari proses pengecoran dapatdihasilkan track link yang bebas cacatpenyusutan hasil penggunaan chill danpasir kromit. Proses perlakukan panas yangdigunakan adalah normalizing denganpendinginan kipas, yang memiliki sifatmekanis lebih baik yaitu kekuatan tarik 96Kgf/mm2, mampu mulur (elongation)sebesar 9,3%, dan kekerasan sebesar 31HRC, dibandingkan produk impor (28 HRC).Struktur mikro compacted vermicular bainitedari prototipe memiliki sifat mekanis yanglebih baik dibandingkan struktur mikroacicular bainite dari produk impor.Diperlukan uji pakai untuk melihatperformance tapak rantai pada saatpemakaian di kendaraan tempur. Sertapenelitian lebih lanjut menggunakan pasirzirkon untuk mencegah cacat penyusutan(shirinkage).


10

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis menyampaikan terima kasihkepada Kementerian Negara Riset danTeknologi Republik Indonesia yang telahmembiayai dana penelitian Insentif RisetSINAs tahun 2013, Kepala Balai BesarLogam Mesin yang telah memungkinkandilakukannya penelitian ini, team teknis danteknisi kegiatan Insentif Riset 2013, dansemua pihak yang tidak bisa ditulis satupersatu yang telah memberikan sumbanganpemikiran dan diskusi yang berguna.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad T. J dan Waspodo, 2010.Peningkatan Kekuatan Mekanik dariBesi Cor Melalui Paduan dan ProsesPerlakukan Panas Austempering,Jurnal Metal Indonesia, Vol. 32 No. 2,Desember 2010, ISSN 0126-3463,Balai Besar Logam Mesin, Bandung.Hal. 121.

Anonim, 2005. Pengetahuan Bahan, BalaiBesar Logam Mesin (BBLM) danJapan International Agency (JICA),Bandung.

Anonim, 2010. The Periodic Table, PT. MultiTeknindo Infotronika, Jakarta.

Anonim, 2013. Garuda Militer, TNI-AD,Jakarta.

Hafid dkk, 2010. Pemanfaatan Silica Fusedan Colloidal Silica Lokal UntukPembuatan Cetakan Keramik PadaProses Investment Casting, JurnalMetal Indonesia, ISSN 0126-3463,Vol. 27/2005, Balai Besar LogamMesin, Kementerian Perindustrian,Bandung.

Hafid, Sri Bimo Pratomo, dkk. 2012.Pengembangan Komponen RantaiTank (Track Link) Yang Terbuat DariBaja Cor Paduan CrMo DalamRangka Mendukung KemandirianSistem Pertahanan dan Keamanan,Laporan Akhir Insentif PeningkatanKemampuan Peneliti dan Perekayasa(PKPP), Kementerian Riset danTeknologi, Balai Besar Logam Mesin,Bandung, Hal. I-1.

Hafid, Sri Bimo Pratomo, dkk. 2013.Lanjutan Penelitian danPengembangan Pembuatan

Komponen Rantai Tank (Track Link)Yang Terbuat Dari Baja KekuatanTinggi Paduan Rendah Dalam RangkaMendukung Kemandirian SistemPertahanan dan Keamanan, LaporanAkhir Insentif Riset SINas 2013,Kementerian Riset dan Teknologi,Balai Besar Logam Mesin, Bandung,Hal. V-4 s/d V-16.

Haryo Adjie Nogo Seno, 2013. KeluargaTank Scorpion di Jajaran TNI AD,Jakarta.

Hermawan, Agus dkk, 2010. RancangBangun dan Pembuatan RotaryFurnace Kapasitas 500 Kg Untuk IKMPengecoran Logam Ferrous, JurnalMetal Indonesia, ISSN 0126-3463,Vol. 32 No.1 Juni 2010, Balai BesarLogam Mesin, KementerianPerindustrian, Bandung.

JIS Handbook,2009. Ferrous Material andMetallurgy I, Japanese StandarsAssociation, Japan.

M. Furqon dkk, 2009. PenelitianPemanfaatan Limbah Slag NikelUntuk Pasir Cetak Pada IndustriPengecoran, Jurnal Metal Indonesia,ISSN 0126-3463, Vol. 31 No.2Desember 2009, Balai Besar LogamMesin, Kementerian Perindustrian,Bandung.

M. Furqon, 2000. Pengetahuan Bahan Bajadan Logam Tambahan, Balai BesarLogam Mesin (BBLM), KementerianPerindustrian, Bandung.

Metal Handbook, 2008. Volume 15, ASMInternational Handbook Comitee.

Suratman, Rochim, 2005, Kompetensi SDMIndustri Pengecoran. WorkshopPengembangan Industri PengecoranUntuk Material Maju, BBLMKementerian Perindustrian, tgl. 3Oktober 2005 di Bandung.

Tata Surdia dan Kenjii Chijiwa, 2006.Teknologi Pengecoran Logam,Cetakan ke sembilan, Penerbit PT.Pradnya Paramita, Jakarta.

Pengembangan Komponen Near Net... (Shinta Virdhian, dkk)

11

PENGEMBANGAN KOMPONEN NEAR NET SHAPE BERBIAYARENDAH DENGAN PROSES METAL INJECTION MOLDING

DEVELOPMENT OF LOW COST NEAR NET SHAPE PARTSBY METAL INJECTION MOLDING PROCESS

Shinta Virdhian dan PujiyantoBalai Besar Logam dan Mesin, Kementerian Perindustrian

Jalan Sangkuriang No. 12, Bandung – Indonesiae-mail: [email protected]


ABSTRACT

Metal injection molding (MIM) is a combination of powder metallurgy process and plastic injection molding. Metalinjection molding process is applied to the manufacture of products which require good properties (highperformance), form complex and large production quantities. Characteristics of the PIM process is near netshapes which have dimensions approaching the final dimension (does not require further machining process),the efficient use of materials (nothing is wasted in the process of machining/casting), can be applied to types ofadvanced materials (titanium, nickel, tungsten) are difficult to be processed with other technologies such ascasting and machining. This process is expected to replace the process of investment casting or machiningexpensive for complex shaped products with mass production scale. This paper discusses the PIM processinggeneral, aspects of the design and development of case studies aerospace components with the PIM process.From the results, the condition of the smallest distortion was obtained by using a binder system which hasacomposition of Atactic Polypropylene 10%, 10% Ethyl Vinyl Acetate, and Paraffin Wax 69%.

Keywords: metal injection molding, distortion, titanium powder

ABSTRAK

Metal injection molding (MIM) merupakan gabungan dari proses metalurgi serbuk dan plastik injection molding.Proses metal injection molding diaplikasikan untuk pembuatan produk-produk yang memerlukan sifat yang baik(performa tinggi), bentuk yang kompleks dan jumlah produksi yang besar. Karakteristik dari proses MIM adalahnear net shape dimana memiliki dimensi yang mendekati dimensi akhir (tidak memerlukan proses pemesinanlanjut), penggunaan material yang effisien (tidak ada yang terbuang dalam proses pemesinan/ pengecoran),dapat diaplikasikan pada jenis material maju (titanium, nikel, tungsten) yang sulit diproses dengan teknologi yanglain seperti pengecoran dan pemesinan. Proses ini diharapkan dapat menggantikan proses investment castingatau pemesinan yang mahal untuk produk berbentuk rumit dengan skala produksi masal. Tulisan ini membahasproses MIM secara umum, pemilihan aspek desain, contoh penerapan dan studi kasus pengembangankomponen aerospace dengan proses MIM. Dari hasil penelitian diperoleh kondisi distorsi yang paling kecildengan menggunakan sistem binder yang memiliki komposisi yaitu Atactic Polypropylene 10%, Ethyl VinylAcetate 10%, dan Paraffin Wax 69%.

Kata kunci: metal injeksi molding, distorsi, serbuk titanium

PENDAHULUAN

Injection Molding adalah prosespembentukan material thermoplastic yangdilelehkan dan diinjeksi oleh plunger kedalam sebuah cetakan logam. Prosesinjection molding merupakan proses yangberbiaya rendah skala produksi masal, danbanyak digunakan pada pembentukanmaterial berbahan plastic. Dalam kehidupansehari-hari hampir di semua tempat terdapat

barang-barang yang diproduksi denganproses injection molding seperti pesawattelepon, printer, keyboard, mouse, rumahlampu mobil, dashboard, roda furnitur,telepon seluler, dan masih banyak lagi yanglain.

Metal Injection Molding (MIM) adalahpengembangan dari proses plastik injectionmolding. Metal Injection Molding (MIM)merupakan proses manufaktur darikomponen presisi yang memiliki bentuk


12

yang komplek/rumit dengan biaya rendahdan pengerjaan akhir (finishing) yangminimal. Proses ini dapat diaplikasikan padaberbagai jenis material termasuk materialyang baik itu logam maupun keramik sepertisuperalloy, baja tahan karat, titanium,karbida, zirconia dan lain-lain. Pembuatankomponen menggunakan proses MIM dapatmengurangi secara signifikan biayamanufaktur, peningkatan fleksibilitas desaindan material, memiliki sifat mekanis yangtinggi, permukaan akhir yang baik danjumlah produksi yang tinggi. Produk yangdibuat dengan proses PIM memilikikekuatan mekanis yang lebih tinggi biladibandingkan dengan produk die castingserta memiliki toleransi dan permukaanakhir yang lebih baik bila dibandingkanproses investment casting atau sandcasting. Gambar 1 mengilustrasikan targetaplikasi dari proses MIM yang merupakangabungan dari biaya produksi rendah,bentuk produk yang rumit, jumlah produksiyang tinggi, sifat material yang baik.Gambar 2 menunjukkan perbandingan MIMdengan proses manufaktur lainnya dari segibiaya dan jumlah produksi. Tabel 1menunjukkan perbandingan antara prosesMIM dengan proses manufaktur near netshape lainnya.

Gambar 1. Diagram Venn yangmenunjukkan target applikasidari proses MIM.

Gambar 2. Daerah optimum aplikasi prosesMIM yaitu komponen denganbentuk yang kompleks dandiproduksi massal.

Keuntungan lain dari proses MIMadalah dimensi dan bentuk produk yangdihasilkan mendekati produk akhir (near netshape), sehingga proses lanjutan(pemesinan) dapat diminimalisir sehinggamengurangi biaya produksi. Selain itumaterial yang digunakan lebih efisien dariproses yang lainnya, karena jumlah materialserbuk yang digunakan sama denganproduk yang diinginkan, tidak seperti prosespemesinan yang membuang banyakmaterial ataupun proses pengecoran yangmemerlukan material untuk sistem salurandan memerlukan pemesinan lanjut sepertidiilustrasikan pada Gambar 3. Kekurangandari MIM proses adalah ukuran produknyayang terbatas, lebih ke arah produkberdimensi relatif kecil (<50 mm)dibandingkan proses lainnya, dikarenakanuntuk produk yang berukuran besar, binderyang butuhkan lebih banyak sehinggaproses penghilangan binder cukup lamasehingga meningkatkan biaya produksi.


13

Gambar 3. Produk bentuk balok

Pada Gambar 3, produk ini memilikiberat 27 gram, apabila diproses denganpemesinan akan memerlukan material bajadengan 15 cm3 dengan berat 118 gram(bentuk balok), sehingga hampir 75%material dibuang dalam proses pemesinan.

Proses Metal Injection Molding

Proses Metal Injection Molding terdiriatas empat tahapan yaitu mixing, injectionmolding, debinding dan sintering (dapatdilihat pada Gambar 4). Pertama-tamaserbuk logam dan binder dicampur dalamsebuah mixer dan kemudian dibuat pelletuntuk mempermudah proses injeksi.Kemudian pellet dimasukkan ke dalamhopper mesin injection molding, kemudiancampuran tersebut dilelehkan dan diinjeksipada tekanan tertentu sehingga dapatmengisi rongga cetakan (proses injectionmolding). Hasil injection molding(dinamakan green compact) dihilangkanbindernya secara kimiawi maupun diberikanperlakuan panas (proses debinding).Kemudian dilakukan proses sintering untukmemadatkan dan meningkatkan kekuatandari serbuk logam. Sintering dilakukan padasuhu di bawah temperature lebur darimaterial.Pada waktu proses sintering terjadiperpindahan atom secara difusi sehinggaserbukakan menyatu dan pori pori antaraserbuk akan mengecil. Setelah prosessintering, produk akan menyusut, sehinggadimensi produk akan berkurang 12-20 %tergantung dari komposisi powder dan

bindernya (Gambar 5). Berat jenis produksetelah sintering 97-99.5% dari berat jenismaterial. Sifat kimia dan mekanik dariproduk MIM dapat dibandingkan denganmaterial hasil tempa (wrought material).

Gambar 4. Tahapan dalam Proses MetalInjection Molding.

Gambar 5. Penyusutan setelah prosessintering green compact (kiri) danhasil sintering (kanan).


14

Tabel 1 Perbandingan MIM dengan proses near net shape lainnya.

Kriteria Pemilihan Proses Metal InjectionMolding

Dalam mempertimbangkan apakahsebuah produk sesuai untuk dibuat denganproses MIM perlu mempertimbangkanbeberapa hal. Pemilihan produk yangsesuai dengan proses MIM berdasarkanempat faktor berikut yaitu jumlah produksi,kompleksitas bentuk produk, dimensi/beratproduk dan jenis material, seperti terlihatpada diagram di bawah ini.

Gambar 6. Diagram Alir Pemilihan ProsesMIM.

Aplikasi MIM Proses

Komponen yang diproduksi denganmenggunakan proses MIM menggunakanberbagai jenis material sebagai berikut. Biocompability (SS, Co-Cr, Ti alloys). Ketahanan korosi (SS, Ni alloys, Co-Cr

alloys, Ti alloys) Konduktifitas Listrik (Cu) Electronic Packaging (Fe, Ni, Kovar,

Invar) Temperatur Tinggi (Superalloy, logam

refraktori) Magnetik (Fe-Ni, Fe-Si) Ketahanan Aus (Cemented Carbide, Co-

Cr alloys, tools steel).Berikut produk-produk yang dibuat

dengan proses MIM yang sudah berada dipasaran: Otomotif: engine timing component,

fuel injector, turbocharger vanes,steering komponen

Konsumer: jam, engsel kacamata,frame kacamata, engsel teleponselular, komponen sikat gigi elektrik.

Dental: orthodontic braket, implant, alatpembersih.

Komponen elektronik. Komponen senjata. Medis: alat bedah, implan. Aerospace dll.

Gambar 7 menunjukkan beberapaproduk yang dibuat dengan proses MIM.

JumlahProduksi

5000 sampai 100 000 000/ tahun

KompleksitasBentuk

10-100 Fitur Geometri

Dimensi danBerat Produk

<1 -137 mm dan 0.003-1097 gr

JenisMaterial

Dapat disinter

Proses MIM


15

Turbine Disk

firing initiator for deploying air bag

Variable valve rocker arms

Audio Jack Mount

orthodontic bracket

Burner cover

Gambar 7. Beberapa contoh produk yang dibuat menggunakan proses MIM.

METODE

Studi Kasus Pengaruh Komposisi BinderTerhadap Distrosi Pada Produk MIM

Titanium dan paduannya banyakdigunakan untuk aplikasi aerospace, medis,dan aplikasi lain karena sifat mereka yangsangat baik seperti kekuatan spesifik yangtinggi, ketahanan panas yang baikdan sifat

ketahanan korosi. Namun aplikasi untukproduk yang memiliki bentuk yangrumit/kompleks terbatas karenamampumesin dan mampu tuang yang rendah darititanium dan paduan. Metal InjectionMolding (MIM) telah dikenal sebagai carayang efektif untuk membuat produk yangmemiliki bentuk kompleks dengan biayaproduksi yang rendah. Dengan keunggulanini, proses MIM diharapkan menjadi salah


16

satu proses yang sesuai untuk membuatproduk dengan bentuk yang kompleksberbahan paduan titanium.

Salah satu permasalahan yangtimbul dalam proses MIM adalah distorsiyang terjadi pada waktu proses debindingmaupun sintering. Kandungan binder yangcukup tinggi (sekitar 10 persen berat greencompact) menyebabkan proses debindingharus dilakukan dengan khusus sehinggatidak terjadi cacat pada waktu debinding.Sedangkan pada waktu proses sinteringterjadi penyusutan yang cukup besarsehingga kemungkinan terjadi distorsiataupun ketidakseragaman penyusutanyang terjadi dikarenakan pengaruh gravitasi,gaya gesek dengan settler ataupunpenopang selama proses sinteringberlangsung.

Material yang digunakan dalampenelitian ini adalah serbuk paduan Ti6Al4Vhasil atomisasi gas dari Osaka TitaniumTechnology Co., Ltd (TILOP64-45) denganukuran sebuk <45 µm. Serbuk ini memilikibentuk yang bulat sebagaimana umumnyaserbuk yang dihasilkan dari prosesatomisasi dengan menggunakan gas,seperti yang terlihat pada Gambar 8. Hasilpengukuran ukuran partikel denganmenggunakan Laser Difration ParticleAnalyzer menunjukkan ukuran rata-rata dariserbuk tersebut adalah 23.8 µm, dengandistribusi ukuran serbuk adalah D10 14µm,D50 24µm, D90 38 µm. . Komposisi kimiadari powder Ti6Al4V dapat dilihat padaTabel 2.

Tabel 2. Komposisi kimia serbuk yangdigunakan dalam penelitian ini.

Elemen Ti Al V Fe O% Berat Balance 5.96 4.35 0.045 0.115Elemen C H N% Berat 0.015 0.007 0.004

Gambar 8. Foto SEM dari powder paduanTi6Al4V yang digunakan dalampenelitian ini.

Binder yang digunakan dalampenelitian ini terdiri atas paraffin wax (PW),carnauba wax (CW), ethyl vinyl acetate(EVA), dam di-n-butyl phthalate (DBP).Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuipengaruh komposisi binder terhadapdistorsi. Komposisi binder yang digunakandalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel3. Serbuk dan binder dicampurkan denganperbandingan 65% vol. serbuk dan 35%vol. binder pada suhu 150 C selama 1 jamdan kemudian dibuat feedstock. Feedstockdimasukkan ke dalam mesin injectionmolding dan diinjeksi ke dalam cetakan/dies. Gambar 9 menunjukkan hasil prosesinjection molding.

Tabel 3. Komposisi binder yang digunakandalam penelitian ini.

BinderPersentase Berat (%)

Komposisi1

Komposisi2

Komposisi3

PW 69 65 65CW 10 10 10APP 10 15 10EVA 10 10 15DBP 1 1 1


17

Gambar 9. Hasil proses injection molding(green part)

Selanjutnya dilakukan penghilanganbinder. Dalam penelitian ini prosespenghilangan binder dilakukan dalam duatahap yaitu denan menggunakan pelarut(solvent debinding) dan kemudiandilanjutkan dengan pemanasan (thermaldebinding) sampai temperature dekomposisidari binder. Solvent debinding dilakukanpada temperature 56-59 0C selama 4-6 jamdengan pelarut heptane. Skema prosessolvent debinding dapat dilihat padaGambar 10. Kemudian dilakukanpenghilangan binder dengan memasukkansampel ke dalam furnace (thermaldebinding). Pemanasan dilakukan sampaisuhu 600 0C dimana semua binder akanterdekomposisi.

Gambar 10. Proses Solvent Debinding

Setelah dilakukan proses sinteringdengan memanaskan sampel pada suhu1250 0C ditahan selama 2 jam dalamkondisi vakum. Karena logam titaniummudah teroksidasi maka diperlukan kondisivakum yang tinggi (<102 Pa).

Setelah dilakukan sintering, sampeldiukur distorsinya dengan menggunakanCoordinate Measuring Machine (CMM) typeLegex776. Dalam penelitian ini line laserprobe digunakan untuk medapatkan datapengukuran.Titik-titik hasil pengukurantersebut diubah menjadi bentuksurface/solid untuk kemudian dibandingkandengan CAD data dan dihitungdeviasinya.Pada fitur silinder, roundnessdihitung dengan menggunakan metodaleast square, seperti yang diilustrasikanpada Gambar 12.

Gambar 12. Metode least square

Selain itu, hasil pengukuranmenggunakan CMM akan dibandingkandengan 3D CAD data dan dilihat berapabesar pemyimpangannya. Gambar 13


18

menunjukkan contoh dari 3D image darisampel hasil sintering. Nilai disorsiditunjukkan dengan spectrum warna untukmempermudah visualiasi. Warna merahmenunjukkan distorsi positif yaitu searahdengan bidang normal dari permukaan (kearah luar), sedangkan warna birumenunjukkan distorsi berlawanan denganbidang normal dari permuakaan (ke arahdalam).


Tabel 4 menunjukkan bahwa daridistorsi kebulatan meningkat denganmeningkatnya binder yang memiliki beratmolekul yang tinggi (komposisi 2 dan 3)setelah sintering. Penambahan APP danEVA tidak meningkatkan kekuatan darisampel selama proses thermal debinding.

Komposisi 1 dengan 10% APP-10% EVAmenunjukkan nilai distorsi terendah.

Hasil penelitian menunjukkan bahwaterjadi peningkatan distorsi denganpeningkatan kandungan polimer (dalam halini APP dan EVA). Setelah proses solventdebinding pelarut, sebagian besar lilinparafin dilarut dan keluar dari sampel,sementara bahan binder yang lainnya tetap.Selama thermal debinding, komposisi 2 dan3 memiliki lebih banyak kandungan binderpengikat, oleh karena itu kekuatan kompakberkurang secara signifikan. Dalam prosesthermal debinding, polimer melewati fasacair dan kemudian menguap, sehinggakandungan APP dan EVA yang terlalubanyak tidak optimal menjaga bentuk,mengakibatkan distorsiterjadi. Hasilpengukuran roundness juga menunjukkankecenderungan yang sama.

Gambar 13. Contoh hasil pengukuran dengan CMM dari sampel hasil sinteringdibandingkan dengan CAD data


19

Tabel 4. Hasil pengukuran sampel as sintered pada komposisi feedstock yang berbedaKomposisiFeedstock Hasil Pengukuran CMM dibandingkan dengan CAD data

1

2

3

Gambar 14 (a) Fitur yang diukur. Gambar 14 (b) Nilai roundness.


19


1

2

3



19


1

2

3



20

Optimalisasi Proses Sintering

Selain pengaruh komposisi bindermaupun perbandingan antara serbuk logamdengan jumlah binder, distorsi jugadipengaruhi posisi penempatan sampelselama proses sintering. Pada waktusintering terjadi proses penyusutansehingga umumnya terjadi distorsi padapada proses tersebut. Pada umumnya padawaktu sintering dibuatkan alat bantu yangmenahan distorsi pada bagian-bagian yanglemah sehingga distorsi dapat diminimalisir.Alat bantu ini dibuat dari bahan keramikyang dibentuk tergantung fitur dari produkyang akan dibuat. Gambar 15 menunjukkanhasil pengukuran untuk produk yangdiberikan alat bantu, dpat terlihat bahwadistorsinya berkurang.

Gambar 15. Produk MIM dengan alat bantupada proses sintering a) hasilpengukuran, b) produk akhir

Struktur Mikro dan Kadar Pengotor padaProduk Sinter

Karena kondisi sintering danperbandingan jumlah logam dan bindersama untuk ketiga jenis feedstock, makadensitas relatif yang dihasilkan relativesama yaitu 95-96% (PengujianArchimedes). Gambar 16 menunjukkanstruktur mikro dari produk sinter yaitu fasaalpha dan beta lamelar. Kandungan oksigenrata-rata adalah 0,278% massa setelahsintering, yang lebih tinggidibandingkan dengan serbuk awal (0.115%massa). Namun, ini tingkat kandunganoksigen tidak mempengaruhisifat mekanik. Kandungan karbon rata-rataadalah 0,065%, yang lebih rendah darikarbon maksimum yang diizinkan untukASTM B265 Grade 5 (0,1% C max).

Gambar 16. Struktur mikro produk sinterpaduan Ti6Al4V.

KESIMPULAN

Metal Injection Molding (MIM)merupakan proses manufaktur darikomponen presisi yang memiliki bentukyang komplek/rumit dengan biaya rendahdan pengerjaan akhir (finishing) yangminimal. Proses ini dapat diaplikasikan padaberbagai jenis material termasuk materialyang baik itu logam maupun keramik sepertisuperalloy, baja tahan karat, titanium,karbida, zirconia dan lain-lain. Pembuatankomponen menggunakan proses MIM dapatmengurangi secara signifikan biayamanufaktur, peningkatan fleksibilitas desaindan material, memiliki sifat mekanis yangtinggi, permukaan akhir yang baik dan


20







KESIMPULAN



20







KESIMPULAN



21

jumlah produksi yang tinggi. Studi kasusmenunjukkan contoh pembuatan produkTi6Al4V dengan MIM proses, yangsebelumnya dikerjakan dengan prosespemesinan. Dari hasil penelitian diperolehkondisi distorsi yang paling kecil denganmenggunakan sistem binder yang memilikikomposisi yaitu APP 10%, EVA 10%, PW69%. Selain itu penggunaan alat bantuselama proses sintering juga terbuktimengurangi distorsi dari produk.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada Professor Hideshi Miura,Associate Prof. Tsumori Fujio, Dr. ToshikoOsada from Kyushu University atasbimbingannya dalam penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Froes, F.H.S. 2007. Advance in TitaniumMetal Injection Molding. PowderMetallurgy and Metal Ceramics,46(5).118-125.

German, R.M., 2003. Powder InjectionMolding, Design andApplication.Innovative MaterialsSolutions, State College, PA, USA.

German, R.M. 1997. Injection Molding ofMetals and Ceramics, Metal PowderIndustries Federation.

German, R.M. 2011. Metal InjectionMolding, A Comprehensive MIMDesign Guide. Metal PowderIndustries Federation. Princeton, NewJersey, USA.

Heaney, D.F. 2012. Handbook of MetalInjection Molding.WoodheadPublishing.

Shibo et.al. 2006. Powder injection moldingof Ti6Al4V alloy. Journal of MaterialsProcessing Technology.173(3).310-314.

Ito, Y. et.al. 2009. Effect of oxygen contentand relative density on thetensileproperties of injection molded Ti-6Al-4V alloy. J. Jpn. Soc. of PowderPowderMetallurgy. 56. 259-263.

Isolasi Trimiristin Minyak Pala Banda... (Syarifuddin Indrus, dkk)

23

ISOLASI TRIMIRISTIN MINYAK PALA BANDA SERTAPEMANFAATANNYA SEBAGAI BAHAN AKTIF SABUN

THE ISOLATION OF TRIMYRISTIN FROM BANDA NUTMEG OIL AND ITSUTILIZATION AS ACTIVE INGREDIENTS OF SOAP

Syarifuddin Idrus, Marni Kaimudin, Risna F. Torry, dan Reynaldo BiantoroBalai Riset dan Standardisasi Industri Ambon, Kementerian Perindustrian,

Jl. Kebon Cengkeh Atas, Ambon – Indonesiae-mail: [email protected]


ABSTRACT

Nutmeg contains fixed oil between 20-40%. The fixed oil consists of mirystic acid, trimyristin and glyceride fromlauric acid, stearic and palmitic. The content of trimyristin in nutmeg is varied, can reach up to 85%. Trimyristin isused in manufacturing of cosmetics as a skin bleaching (whitening agent). The aims of this study were to improvethe extraction of of Banda nutmeg oil for getting a higher yield, to isolate trimyristin from the nutmeg oil, and tothe trimyristin as an active ingredient in soap preparation. Distillation process to extract the Nutmeg oil wasconducted in a 10 kg capacity of stainless steel distiller. Isolation of trimyristin was done by using a reflux systemwith ester as a solvent, followed by purification by acetone. The trimyristin was analyzed using the method ofgas chromatography. Utilization of trimyristin in soap peparation was carried out. The soap was then tested for itsanti-bacterial and antifungal characteristic. Yield of oil from nutmeg distillation in this research was 12.5%.Isolation of trimyristin produced a white crystals with a yield of 80.02% and purity reached of 99.35%. Soap thatcontains active ingredient of trimyristin was able to inhibit the growth of bacteria and fungus. It was shown thatthe content of fatty acids in the soap was increasing while unsaponified fatty acid was decreasing during thestorage.

Keywords: Nutmeg oil, trimyristin, nutmeg, soap.

ABSTRAK

Biji pala mengandung fixed oil sebesar 20–40% yang terdiri dari asam miristat, trimiristin dan gliserida dari asamlaurat, stearat dan palmitat. Trimiristin yang terkandung dalam biji pala mencapai 85% dan digunakan dalampembuatan kosmetik kulit sebagai pemutih (whitening agent). Penelitian ini dilakukan untuk mempelajaripenyulingan minyak pala Banda dan isolasi trimiristin, kemudian digunakan sebagai bahan aktif tambahan padapembuatan sabun mandi. Penyulingan minyak pala Banda menggunakan alat yang terbuat dari stainlesss steeldengan kapasitas sepuluh kilogram bahan. Isolasi trimiristin menggunakan sistem refluks dengan ester dandimurnikan dengan aseton, kemudian diuji dengan menggunakan kromatografi gas. Trimiristin yang dihasilkandigunakan untuk pembuatan sabun mandi dan diuji sifat anti bakteri dan fungi. Hasil penyulingan minyak palaBanda diperoleh rendemen sebesar 12,5%. Isolasi trimiristin diperoleh kristal putih dengan hasil sebesar 80,02%dan kemurnian mencapai 99,35%. Sabun mandi dengan bahan aktif trimiristin minyak pala berdasarkan hasil ujisemakin lama disimpan akan memberikan jumlah asam lemak semakin tinggi dan asam lemak tak tersabunkansemakin kecil serta mampu menghambat secara kuat pertumbuhan bakteri dan fungi.

Kata kunci: Minyak pala, trimiristin, pala, sabun mandi.

PENDAHULUAN

Luas areal tanaman pala di Malukuberkisar sekitar kurang lebih 28.864 Ha danmerupakan salah satu potensi tanaman palaterbesar di Indonesia (Badan PusatStatistik, 2013). Minyak pala hasil suling bijipala merupakan minyak atsiri yang banyakdiekspor Indonesia. Ekspor minyak palaIndonesia pada tahun 2011 sebesar 400

ton dengan nilai mencapai USD 24 juta(Mulyadi, 2012).

Dalam kurun waktu yang lama, palatelah digunakan sebagai obat untuk diare,mulut luka dan insomnia (Somani danSinghai, 2008). Pada abad Pertengahan,pala digunakan sebagai obat sakitperut,stimulan, karminatif, radang selaput lendirhidung, radangusus kolik, merangsangnafsu makan, mengontrol perut kembung

Jurnal Riset Industri (Journal of Industrial Research), Vol. 8 No. 1, April 2014, Hal. 23 - 31

24

dan memiliki reputasi sebagaiemmenagogue dan abortifacient (Min, et al.,2011). Minyak pala secara eksternaldigunakan untuk rematik, analgesik danantiinflamasi (Olajide et al., 1999).

Komponen minyak biji pala yangmemiliki bioaktivitas diantaranya camphene,elemicin, eugenol, isoelemicin, isoeugenol,methoxyeugenol dan elimicin(Chirathaworn et al., 2007). Sabinene(41.7%), α-pinene (9.4%), β-pinene(7.3%), terpine-4-ol (5.8%), limonene(3.7%), safrole (1.4%) dan myristicin(2.7%) juga teridentifikasi pada minyak bijipala (Pal, et al., 2011). Senyawa-senyawapenting lainnya seperti alkaloid, saponin,anthraquinon, cardiac glikosida, flavonoiddan phlobatanin juga terdeteksi padaekstrak fasa cair pala (Olaleye, et al., 2006).

Minyak pala jugamengandungkomponen yang bersifat tidak menguapyang dinamakan fixed oil atau lebih dikenalsebagai mentega pala. Leung (1985)mendefinisikan fixed oil sebagai bahan-bahan yang dapat larut dalam pelarutorganiktetapi tidak dapat terdestilasi.Kandunganfixed oil sebesar 20–40% yangterdiri dari asam miristat, trimiristin dangliserida dari asam laurat, stearat danpalmitat (Devi, 2009; Duarte, et al., 2011).Trimiristin merupakan suatu jenis lemakyang banyak digunakan dalam pembuatankosmetik kulit sebagai pemutih (whiteningagent) dan harganya sangat tinggi(Ma’mun,2013).

Selama ini lemak trimiristin hanyadihasilkan dari minyak kelapa (coconut oil),minyak inti sawit (palm kernel oil), danminyak babassu (babassu oil). Namun,persentase kandungan trimiristin dariminyak-minyak tersebut jauh lebih rendahdibanding denganfixed oil biji pala. Ma’mun(2013) menjelaskan bahwa trimiristin bijipala lebih unggul dibanding dengantrimiristin dari minyak kelapa, minyak intisawit dan minyak babassu. Hal inidisebabkan karena pada lemak pala tidakdiperlukan proses fraksinasi, yaitu suatuproses pemisahan komponen yang relatifmahal, dan juga menghasilkan rendemendengan kemurnian yang lebih tinggi.Trimiristin dalam minyak selain pala jugamasih tercampur dengan asam lemak lain,seperti asam laurat dan asam palmitat.

Asgarpanah et. al (2012) melaporkanbahwa trimiristin, bersama dengan asammiristat, miristisin dan elimisin memilikiaktivitas sebagai anti oksidan,anticonvulsant, analgesik, anti imflammasi,anti diabet, anti bakteri dan anti jamur.Trimiristin juga dapat diolah menjadisenyawa turunannya, yaitu asam miristatdan miristil alkohol. Bahan-bahan tersebutbanyak digunakan dalam pembuatan sabun,detergen, dan bahan kosmetika lainnya,seperti shampo, lipstik, losion.

Masyitah (2006) telah mengisolasitrimiristin dari sisa penyulingan biji pala,hasilnya menunjukkan rendemen trimiristinsebesar 21,60 % dengan kemurnian89,86%. Ma’mun (2013) mengisolasitrimiristin dari minyak pala Papuamenghasilkan rendemen sebesar 79,55%dengan kemurnian 99,20%.

Hingga saat ini Indonesia masihmengimpor trimiristin dari luar negeri.Mengingat Indonesia merupakan penghasilterbesar bahan baku biji pala di dunia makapeluang untuk mengisolasi trimiristin didalam negeri sangatlah besar, sementarateknologi untuk produksi trimiristin cukupsederhana dan industri-industri penggunatrimiristin tersebut terus berkembang(Ma’mun, 2013).

Penelitian ini dilakukan untukmeningkatkan rendemen minyak biji palaBanda dengan memodifikasi alatpenyulingan dan mengisolasi trimiristinkemudian dikristalkan untuk mempermudahpenyimpanan produk. Trimiristin hasil isolasikemudian digunakan sebagai bahan aktiftambahan pada pembuatan sabun mandi.Diharapkan sabun mandi yang dihasilkanmemiliki sifat anti bakteri dan jamur dengankategori kuat.

METODE

Penyulingan Minyak Atsiri Biji Pala

Biji pala Banda dari pulau Bandadihancurkan sehingga menghasilkan ukuranlebih kecil (sekitar 10 mesh) kemudiandisuling untuk mendapatkan minyak pala.Alat suling terbuat dari stainlesss steeldengan kapasitas sepuluh kilogram bahan.Penyulingan dilakukan selama 6 jam. Kadarminyak atsiri dihitung dalam persen volume


25

per berat (v/b). Minyak yang dihasilkankemudian dijernihkan denganmencampurkan Na2SO4 anhidrat yangsudah dikeringkan, kemudian disaringdengan kertas saring, dan minyak siapuntuk dikarakterisasi.

Karakterisasi minyak atsiri biji pala

a. Penentuan sifat fisika

Menurut Standar Nasional Indonesia(SNI No. 06-2388, tahun 2006), sifat fisikaminyak pala meliputi warna, berat jenis,indeks bias, putaran optik, kelarutan dalamalkohol, dan sisa penguapan. Penentuanberat jenis dilakukan menggunakan metodepicnometer, indeks bias denganrefractometer, putaran optik denganpolarimeter, kelarutan dengan pelarut etanol90%, sisa penguapan dengan carapemanasan pada suhu 105°C,penimbangan dengan gravimetri, danpenentuan warna dilakukan secara visual.

b. Identifikasi komponen kimia minyak pala

Identifikasi komponen kimia dalamminyak pala dilakukan dengan metodekromatografi gas dengan teknik pengayaan(peak-enrichment) dan menggunakansenyawa standar otentik (ISO No.3215,2002). Kondisi operasi instrumenkromatografi gas sebagai berikut: kolomkapiler dengan panjang 30 m dan diameterinternal 0,25 mm, phasa stationer polietilenglycol dengan ketebalan film 0,25 μm,temperatur kolom terprogram dari 70-250°Cdengan kenaikan 2°C/menit, temperaturinjektor dan detektor masing-masing 250°C,gas pendorong adalah nitrogen dengankecepatan alir 1 ml/menit, detektormenggunakan jenis ionisasi nyala, danvolume sampel 0,3 μl dan split ratio 1/100.

Isolasidan Pemurnian Trimiristin

Masukkan 40 gram minyak palakedalam labu alas bulat 250 ml yangdilengkapi dengan kondensor refluks dantambahkan 100 ml eter. Campuran direfluksdengan menggunakan penangas air. Saringcampuran yang telah didinginkan denganpenyaring biasa. Pisahkan dan dapatkan

kembali ester dengan destilasimenggunakan penangas air. Larutkanlarutan hasil isolasi kedalam 50 ml asetondengan cara memanaskannya denganpemanas air. Tuangkan larutan panas ini kedalam erlenmeyer 250 ml dan didinginkan.Kristalisasi akan berjalan lambat, olehkarena itu biarkan campuran pada suhukamar +/- 1jam. Kemudian dinginkancampuran dalam air es dalam 30 menit.

Trimiristin yang dihasilkan dianalisismenggunakan metode kromatografi gas.Kondisi operasi kromatografi gas sebagaiberikut: Kolom kapiler silika, panjang 50 m,diameter 0,25 mm, fasa diam CBP20 (polar)dengan ketebalan 0,25 µm, gas pembawanitrogen dengan kecepatan alir 200 kg/m2,gas pembakar hidrogen 1,0 kg/cm2, udaratekan 0,5 kg/cm2, suhu kolom 140-200°Cdengan kenaikan suhu 5°C per menit, suhuinjektor 250°C, suhu detektor 250°C, danvolume injeksi 2 µl.

Pembuatan Sabun Trimiristin

Timbang 16,2 gr NAOH kemudianlarutkan dalam 40 ml aquades, dinginkansampai suhunya mencapai 45°C sehinggadi dapatkan larutan yang jernih. Sambilmenunggu larutan alkali mendingin Timbang25 gr minyak kelapa, 10-25 gr tirmiristin,34,6 gr minyak zaitun dan 10 ml minyakpala. Siapkan cetakan yang telah di berialas, spatula, pengaduk (whisk) kemudiantuangkan larutan alkali NAOH perlahan-lahan ke dalam blender yang sudah berisi,minyak kelapa, trimiristin dan minyak zaitun,aduk sampai minyak dan larutan alkalibenar - benar merata (kurang lebih 3 menit)hingga kondisitrace. Pada saat trace, saatadonan sabun sudah mulai mengentalmasukan minyak pala dan trimirstin, adukbeberapa detik kemudian hentikan putaranblender, tuang hasil sabun ke dalamcetakanSetelah itu tutup sabun denganplastik agar tidak terkena udara luar.Kemudian bungkus sabun dengan memakaiselimut atau handuk bekas, diamkan ditempat yang hangat atau suhu ruanganyang tidak terkena angin langsung. Biarkanselama 24 jam sampai proses saponifikasikomplet. Setelah 24 jam sabun dibuka dandipotong - potong sesuai selera, diamkan ditempat yang berventilasi selama 4 - 6


26

minggu. Uji sabun berdasarkan SNI 06-3532-1994 dan uji anti bakterimenggunakan metode difusi kertas cakram.


Minyak Pala

Minyak atsiri biji pala merupakankomponen yang paling menentukan kualitasdari biji pala. Besarnya kandungan minyakatsiri biji pala beberapa daerah berbedakarena adanya perbedaan sifat genetik dankesuburan tanah, sehingga mempengaruhiharga jual biji pala. Hasil penyulingan bijipala Banda menggunakan alat penyulinganyang dibuat di Baristand Industri Ambonmenghasilkan rendemen sebesar 12,5%.Hasil ini lebih besar dari yang telahdilaporkan sebelumnya oleh Lawless (2002)bahwa kadar minyak dalam biji pala Bandaberkisar antara 8 sampai 12%. Ma’mun(2013), melaporkan bahwa kandunganminyak atsiri biji pala Papua sebesar 3,11%,sedangkan sebelumnya Kartini (2005) telahmelaporkan bahwa rendemen minyak atsiribiji pala Papua berkisar antara 2,25-3,35%.Rendemen ini juga lebih besar dengan yangdihasilkan oleh pengrajin penyulinganminyak pala di Banda yang hanya berkisar8-10%.

Komposisi Kimia Minyak Pala

Aroma minyak pala yang khasditentukan oleh senyawa-senyawa yangterkandung dalam minyak tersebut, baiksenyawa utama maupun yang jumlahnyasangat sedikit (minor component). Senyawaminyak pala memberikan bau khas, sepertimonoterpen hidrokarbon ± 88% dengankomponen utama camphene, pinene,miristisin, dan monoterpen alkohol sepertigeraniol, lonalool, terpineol, serta komponenlain seperti eugenol dan metil eugenol.Terdapat 25 komponen yang teridentifikasidalam minyak pala (sejumlah 92,1% daritotal minyak) yang ditunjukkan oleh adanya13 puncak pada kromatogram (Gambar 1).

Berdasarkan Standar NasionalIndonesia No.06-2388 tahun 2006, mutuminyak pala Indonesia juga ditentukan olehkandungan miristisin dengan nilai minimumsebesar 5%. ISO No. 3215 tahun 2002

menyatakan bahwa komponen kimia utamadari minyak pala terdiri dari α-pinen, β-pinen, mirsen, sabinen, limonen, terpinen,terpineol, safrol, dan miristisin. Komponenbioaktif minyak pala Banda hasil penelitiandapat dilihat pada Tabel 1.

Disamping komponen utama adabeberapa senyawa minor yang diketahuikeberadaannya pada kromatogram antaralain myrcene, champene, β-fencene, α-fencene, L-phellandrene, bornylene, α-terpinene, α-terpinolene, 1,2,3,4,5-pentametil-1,3 cyclopentadiene, alloocimen-2, dan alloocimene. Miristisin yang diperolehmasih jauh dari hasil penelitian Piras et al(2012) yang mengisolasi minyak pala (M.fragrans) dengan metode fraksinasi superkritik menggunakan gas CO2 yangmemperlihatkan kandungan miristisin32,8%; sabinen 16,1%; α-pinen 9,8%; β-pinen 9,4%; β-fellandren 4,9%; safrol 4,1%;dan terpinen-4-ol 3,6%.

Kandungan miristisin sangattergantung pada usia pala. Pada usia muda,kandungan miristisin semakin besar danmakin berkurang pada pala yang telah tua.Miristisin adalah obat psikoaktif, bertindaksebagai antikolinergik, dan merupakanprekursor tradisional untuk psychedelic danempathogenic. Penggunaan pala sebagaiaromaterapi berlebihan menyebabkankeracunan yang membutuhkan perawatanmedis, ditandai dengan mual, muntah,kolaps, takikardia, pusing, gelisah, sakitkepala, halusinasi dan perilaku irasional.Konsentrasi miristisin darah dapat diukuruntuk mengkonfirmasi diagnosis keracunan(Demitriades, et al. 2005).

Karakteristik Minyak Pala

Karakteristik minyak biji pala Banda(Tabel 2) ditentukan berdasarkan SNI 06-2388-2006. Karakteristiknya ditentukan olehadanya senyawa-senyawa kimia yangterkandung di dalamnya. Adanya perbedaanindeks bias dan putaran optik disebabkanoleh struktur molekul senyawa kimianya.Kelarutan dalam alkohol akan dipengaruhioleh polaritas senyawa yang terkandungdalam minyak, semakin besar senyawapolar yang dimiliki maka akan semakincepat larut dalam alkohol.


27

Gambar 1. Hasil kromatogram minyak pala menggunakan GCMS.

Berat jenis minyak pala yangdiperoleh lebih besar dari standar SNI-2388-2006, pala Papua dan pala Banda yangdilaporkan Guenther (1987). Berat jenis

minyak merupakan kumpulan dari beratmolekul-molekul komponen penyusunminyak tersebut dalam volume yang sudahditetapkan.

Tabel 1. Komposisi kimia minyak palaKomponen Pala Banda*) Pala Papua**) Pala Banda***) ISO 3215α-pinen (%) 12,40 0,01-0,05 11,71-21,83 15-28β-pinen (%) 12,71 - 12,43-15.60 13-18Sabinen (%) 13,66 - 15,97-26,30 14-29δ-3-Carene (%) 2,06 - 1,02-2,46 0,5-2,0Limonen (%) 7,65 2,96-4,18 2,42-2,65 2,0-7,0γ -Terpinene (%) 5,78 - 3,19-7,21 2,0-6,0Terpineol (%) 9,42 13,30-27,40 2,86-6,98 2,0-6,0Safrol (%) 6,50 5,82-15,16 1,61-2,19 1,0-2,5Miristisin (%) 8,54 2,12-5,98 8,17-11,15 5,0-12

*) Hasil penelitian**) Ma’mun (2013)***) Guenther (1987)

Tabel 2. Karakteristik minyak palaParameter Pala

Banda*)Pala Papua**) Pala Banda***) SNI-2388-

2006Warna bening kuning muda Kuning muda bening-kuning

mudaBerat Jenis (20°/20°C) 0,945 0,906 - 0,912 0,886 - 0,899 0,885 - 0,907Indeks Bias (20°C) 1,47 1,484 - 1,489 1,482 - 1,485 1,475 - 1,485Putaran Optik (20°C) +17,9° (+12,3°) - (+18,2°) (+8,5°) - (+17,4°) (+6°) - (+18°)Kelarutan ( Etanol90%)

1:4, larut 1:1 - 1:3, larut 1:1 - 1:3, larut 1:1-1:3, larut

Sisa Penguapan (%) 1,05 0,38 - 0,55 0,45 - 0,58 Maks. 2*) Hasil penelitian**) Ma’mun (2013)***) Guenther (1987)


28

Besarnya nilai berat jenis iniberhubungan dengan besarnya sisapenguapan yang mencapai 1,05%,walaupun masih dibawah standar SNIdengan maksimum 2%. Sisa penguapanminyak pala merupakan substansi yangseharusnya tidak ada dalam minyak atsiri,yaitu berupa komponen yang tidak dapatmenguap, biasanya lemak atau fixed oilatau bahan lain yang mempunyai beratmolekul sangat tinggi. Keberadaan fixed oildengan jumlah yang lebih besar membuatkelarutan dalam etanol 90% pada 1:1 - 1:3menjadi keruh dan pada 1:4 seterusnyadiperoleh hasil bening.

Nilai putaran optik minyak pala Bandayang diperoleh lebih besar dari minyak palaBanda yang dilaporkan oleh Guenther(1987). Hal ini disebabkan oleh kandunganfixed oil berupa hasil polimerisasi daritrimyristin. Adanya trimyristin yang memilikirantai karbon yang lebih panjang danasimetris akan memberikan respon putaranpositif lebih besar, karena putaran optiksangat dipengaruhi oleh adanya kandungansenyawa yang simetris maupun asimetris(Dogra danDogra, 1990).

Isolasi Trimiristin

Trimiristin merupakantrigliserida yangtersusun atas asam lemak miristat denganpanjang rantai karbon C14. Komposisitrimiristin terdiri dari asam miristat dangliserol (Gambar 2).

Rendemen hasil isolasi trimiristindari minyak pala Banda diperoleh sebesar80,02% dengan tingkat kemurnianmencapai 99.35%. Hasil yang diperolehlebih baik dari hasil yang dicapai olehMa’mun (2013) dari isolasi pala Papua,mendapatkan rendemen sebesar 79,55%dengan tingkat kemurnian 99,20%.Sementara Pratiwi dkk (2009) yangmenggunakan metode refluks (etanol)menghasilkan rendemen trimiristin sebesar59,17%. Menurut Food and AgricultureOrganization (FAO) minyak palamengandung lebih dari 84% trimiristin.

Lebih lanjut FAO menjelaskanbahwa sejumlah perusahaan kimia duniamenyediakan trimiristin sebagai reagenpada laboratorium untuk penelitian danpengembangan. Sebagian besar trimiristin

dipergunakan untuk produksi asam miristatdan miristil alkohol dengan memecahtrigliserida trimiristin (Gambar 3).

Kebutuhan asam miristat dipasaranEropa sangat tinggi, hal ini disebabkankarena asam miristat dan produkturunannya memainkan peranan pentingpada produk kosmetik. Isopropil miristatdan miristil laktat adalah bahan aktif yangditemukan dalam kosmetik yang seringdibeli oleh orang kulit hitam (ForestryDepartment, 1994).

Trimiristin sebagai Bahan Aktif SabunMandi.

Trimiristin secara fisiologis merupakanserbuk berwarna putih, bersifat tidak larutdalam air, tetapi larut dalam minyak danmencair pada suhu 45°C. Trimiristin sangatcocok dengan tubuh manusia danmerupakan lemak jenuh, bersifat stabil, dantidak rusak oleh reaksi oksidasi (Deman,1997).

Penggunaan trimiristin sebagai bahanaktif sabun karena trimiristin merupakanprekursor asam lemak miristat yangmemiliki aktivitas sebagai anti oksidan,analgesik, anti imflammasi, anti bakteri dananti jamur, serta berfungsi sebagai pemutih(whitening agent). Penggunaan NaOH padapembuatan sabun juga akan mengubahtrimirstin menjadi asam miristat (Gambar 2).Asam miristat telah digunakan sebagaibahan pemutih kulit di Eropa dan Amerika(Forestry Department, 1994).

Gambar 2. Komposisi kimia trimiristin


29

Hasil uji fisik sabun menunjukkanbahwa semua parameter uji memenuhistandar SNI 06-3532-1994 (Tabel 3). Masasimpan sabun mempengaruhi parameter uji,hal ini ditunjukkan dengan perbedaan hasilpada masa simpan empat minggu danenam minggu. Parameter kadar air semakinturun, asam lemak semakin meningkat,alkali bebas berkurang dan lemak taktersabunkan menjadi berkurang.

Berkurangnya kadar air sangatdipengaruhi oleh ruang tempatpenyimpanan, kondisi ruang yang hangat(37-45ºC) akan melepas air secara perlahandan tidak merusak kondisi sabun.Meningkatnya asam lemak salah satunyadisebabkan oleh pecahnya trimiristinmenjadi asam miristat dengan adanyaNaOH, disamping itu penggunaan minyakkelapa dan zaitun, dengan adanya NaOHjuga akan menyebabkan kandungantrigliserida menjadi berkurang dan akanpecah menjadi asam lemak. Jumlah alkali

bebas sabun menjadi berkurang hal inidisebabkan oleh terbentuknya sodiummiristat maupun sodium dengan asamlemak lainnya yang merupakan produk dariinteraksi asam miristat atau asam lemaklainnya dengan NaOH.

Asam lemak tak tersabunkan menjadiberkurang dengan bertambahnya waktusimpan sabun. Asam lemak tak tersabunkanmerupakan asam lemak dengan jumlahatom karbon yang lebih dari 18 (C18).Keberadaan asam lemak dengan C18 ataulebih akan menghasilkan sabun yang sukarlarut atau tidak tersabunkan.

Untuk asam lemak C18 atau lebihakan sangat mudah teroksidasi bila terkenaudara, hal ini akan menyebabkanmenurunnya jumlah asam lemak taktersabunkan seiiring bertambahnya masasimpan.Asam lemak dengan jumlah karbondibawah 12 (C12) juga dihindari karenaakan memyebabkan terjadinya iritasi kulit.

Gambar 3. Pemecahan trigliserida trimiristin menjadi asam miristat.

Tabel 3. Hasil uji fisik sabun

Parameter Hasil Uji SNI 06-3532-1994x Y Tipe 1 Tipe 2 Superfat

Kadar air (%) 20,62 14,20 maks 15 maks 15 maks 15Jumlah asam lemak (%) 64 70,5 >70 64-70 >70Alkali bebas (%) 0,1 0,04 maks 0,1 maks 0,1 maks

0,1Lemak tak tersabunkan (%) 2,0 1,4 <2,5 <2,5 2,5-7,5Kadar minyak mineral negatif negatif negatif negatif negatif

X: sabun yang disimpan dalam 4 mingguY: sabun yang disimpan dalam 6 minggu


30

Tabel 4. Diameter zona bening uji antibakteri dan anti fungi sabun

Konsentrasi sabun (....g/10 ml air) Diameter zona beningE. Colli Aspargilus niger

kontrol 1 trimiristin (1 g) 6,24 5,14kontrol 2 (air) 0 00,5 13,00 11,501,0 16,00 14,501,5 21,75 17,252,0 26,75 18,75

Hasil uji anti bakteri dan fungi sabunmandi menunjukkan bahwa sabun dapatmenghambat pertumbuhan bakteri E. colli(IPBCC 11.66/ATCC 8739) dan fungiAspargilus niger (IPBCC 11.702/ATCC6275) dengan terdapatnya zona bening(clear zone) disekitar cakram. Biladibandingkan dengan trimiristin sebagai antibakteri diperoleh bahwa sabun mandimemiliki ativitas anti bakteri E. colli danfungi Aspargilus niger lebih besar daritrimiristin (Tabel 4).

Penentuan zona hambat iniberdasarkan penelitian Davis dan Stout(1971) yang melaporkan bahwa ketentuankekuatan daya antibakteri dengan kriteriasebagai berikut; daerah hambatan 20mm atau lebih termasuk sangat kuat,daerah hambatan 10-20 mm kategori kuat,daerah hambatan 5-10 mm kategorisedang, dan daerah hambatan 5 mmatau kurang termasuk kategori lemah.Dari Tabel 4 dapat diketahui bahwatrimiristin memiliki anti bakteri dan fungisedang, sedangkan sabun memilikiantibakteri dan fungi dengan kategori kuat.

KESIMPULAN

Hasil penyulingan biji pala Bandamenggunakan alat penyulingan yang dibuatdi Baristand Industri Ambon menghasilkanrendemen sebesar 12,5%. Rendemen hasilisolasi trimiristin dari minyak pala Bandadiperoleh sebesar 80,02% dengan tingkatkemurnian mencapai 99.35%. Sabun mandiyang dihasilkan memenuhi standar SNI 06-3532-1994, trimiristin sebagai bahan aktifmemiliki kategori sedang untukmenghambat bakteri dan fungi sedangkansebagai sabun mandi memiliki kategori kuat.

UCAPAN TERIMAKASIH

Terima kasih penulis sampaikankepada Kepala Baristand Industri Ambonatas dukungannya sehingga kegiatanpenelitian dan penulisan karya tulis ini dapatdibuat, terimakasih pula penulis sampaikankepada personil Lab. mikrobiologiBaristandAmbon atas kemudahan yang diberikanselama penelitian.

DAFTAR PUSTAKA

Asgarpanah, J. and Kazemiyas N. (2012).Phytochemistry and pharmacologicproperties of Myristica fragransHoyutt: A review. African Journal ofBiotechnology. Islamic AzadUniversity, Tehran. 11(65) :12787-12793.

Badan Pusat Statistik, 2013. Maluku dalamAngka. Katalog BPS, 1102001.81:334.

Chirathaworn, C., Kongcharoensuntorn,W., Dechdoungchan, T.,Lowanitchapat A., Sanguanmoo, P.,Poovorawan, Y. (2007). Myristicafragrans Houtt. methanolic extractinduces apoptosis in a humanleukemia cell line through SIRT1mRNA down regulation. J. Med.Assoc. Thai. 90(11):2422-2428.

Deman, J. M. 1997. Kimia Makanan.Terjemahan Principles of FoodChemistry. Bandung: Penerbit ITB.

Devi, P. (2009). The compound maceliganisolated from Myristica fragrans.European Journal of PharmacyResearch. 2(11): 1669 –1675.

Dogra, K. dan S. Dogra. (1990). Kimia Fisikdan Soal-soal. Terjemahan dariPhysical Chemistry ThroughProblems. Universitas Indonesia. P80-93.


31

Demetriades, A. K., Wallman, P. D.;McGuiness, A., Gavalas, M. C. (2005).Low Cost, High Risk: AccidentalNutmeg Intoxication. EmergencyMedicine Journal. 22 (3): 223–225.

Davis, W.W. dan T.R. Stout. 1971. DiscPlate Methods of MicrobiologicalAntibiotic Assay:I. factors influencingvariability and error 1. ApplMicrobiology 22: 659-665.

Forestry Department. 1994. Nutmeg andDerivates. Food and AgricultureOrganization of United Nations. 140hlm.

Guenther, E. (1987). Minyak Atsiri. Jilid I.Terjemahan dari The Essential Oils.Universitas Indonesia, Jakarta. 520hlm.

Kartini. (2005). Penetapan kadar dan profilminyak atsiri biji pala (Myristicasemen) dari daerah Surabaya. DalamProsiding Seminar Nasional TanamanObat. 20-24.

Leung, A. (1985). Encyclopedia of NaturalIngredients. John Willey and Sons. P35–42

Lawless, J. (2002). Encyclopedia ofEssential Oils. Thorsons, GreatBritain. P 138–140.

Ma’mun. (2013). Karakteristik Minyak danIsolasi Trimiristin Biji Pala Papua(Myristica argentea). Jurnal Littri.19(2): 72-77.

Masyitah, Z. (2006). Pengaruh Volume danKonsentrasi Pelarut pada IsolasiTrimiristin dari Limbah Buah Pala.Jurnal Teknologi Proses. UniversitasSumatera Utara, Medan. 5(1):64–67.

Min, B.S., Cuong, T.D., Hung, T.M., Min,B.K., Shin, B.S., Woo, M.H. (2011).Inhibitory Effect of Lignans fromMyristica fragrans on LPS-inducedNO Production in RAW264.7 Cells.Bull. Korean Chem. Soc. 32(11):40-59.

Mulyadi, A. (2012). Pasar Minyak Atsiri.Pelatihan GMP Minyak Atsiri. DewanAtsiri Indonesia. 10 hlm.

Olajide, O.A., Ajayi, F.F., Ekhelar, A.I.,Awe, S.O., Makinde, J.M., Alada,A.R. (1999). Biological effects ofMyristica fragrans fruits extract inrabbits. Phytother. Res. 13:344-345.

Olaleye, M.T., Akinmoladun, A.C.,Akindahunsi, A.A. (2006).Antioxidant properties of Myristicafragrans (Houtt) and its effect onselected organs of albino rats. Afr. J.Biotechnol. 5(13):1274-1278.

Pal, M., Srivastava, M., Soni, D.K.,Kumar, A., Tewari, S.K. (2011).Composition and anti-microbialactivity of essential oil of Myristicafragrans from Andaman NicobarIsland. Int. J. Pharm. Life Sci.2(10):1115-1117.

Piras A., B. Marongiu , A. Atzeri,M.A.Dessi, and D. Falconieri. (2012).Extraction and separation of volatileand fixed oils from seeds of Myristicafragrans by supercritical CO2. J. FoodSci. 77(4): 448-453.

Pratiwi, I., Noprastika, Khairunnisa. 2009.Isolasi Trimiristin dari Biji Buah Pala.Fakultas Matematika dan IlmuPengetahuan Alam, UniversitasDiponegiro, Semarang. 13 hlm

Somani, R.S., Singhai, A.K. (2008).Hypoglycaemic and antidiabeticactivities of seeds of Myristicafragrans in normoglycaemic andAlloxan-induced diabetic rats. Asian J.Exp. Sci. 22(1):95-10.


32

Halaman sengaja dikosongkan

Pemanfaatan Pasir Zirkon Lokal … (Sri Bimo Pratomo, dkk)

33

PEMANFAATAN PASIR ZIRKON LOKAL UNTUK CETAKANKERAMIK PADA PROSES PENGECORAN PRESISI

USING THE LOCAL ZIRCON SAND FOR CERAMIC MOLD OF PRECISIONCASTING

Sri Bimo Pratomo, Martin Doloksaribu, dan Eva AfrilindaBalai Besar Logam dan Mesin, Kementerian Perindustrian

Jl. Sangkuriang No.12, Bandung - Indonesiae-mail: [email protected]


ABSTRACT

One of the Indonesia potential mineral resources is zircon sand which is abundant in the rivers on the KalimantanIsland. Among the use of zircon sand is to ceramic mold in precision casting (investment casting) industries.Unfortunately, the use of local zircon sand is still not optimal, because the metal penetration defects still occurred.The purpose of this research was to examine the relationship between the ability of local zircon sand towithstand heat to prevent metal penetration defects. The method of this research is to compare the five types ofprimary layer ceramic molds made by various types of flour and zircon sand as ceramic mold material ofprecision casting. This conducted visual and roughness testing on the casting product, as well chemicalcomposition, particle distribution and macro structure analysis. Modification of making the primary layer byadding a facing layer become two layers; i.e. primary slurry layers and primary slurry layer sprinkled with zirconsand, proven to eliminate metal penetration defects. Using the zircon flour type 2 and zircon sand type c thathave more uniform particle size distribution can produce metal penetration free and smooth surface (rouhnessvalue is 4.9 µm) of the casting products. This was due to increasing the density of the primary layer which willimprove the heat resistance of the ceramic mold and filling the fine zircon flour into cavity between sand grain onthe surface of primary layer which will keep the ceramic mold surface smoothness.

Keywords: zircon sand, zircon flour, investment casting, primary layer, metal penetration defect

ABSTRAK

Salah satu sumber daya mineral Indonesia yang cukup potensial adalah pasir zirkon yang banyak terdapat dialiran sungai-sungai di pulau Kalimantan. Diantara penggunaan pasir zirkon adalah untuk cetakan keramik diindustri pengecoran presisi (investment casting). Tetapi sangat disayangkan penggunaan pasir zirkon lokaltersebut masih belum optimal, karena produk cor yang dihasilkan mengalami cacat penetrasi logam. Tujuan daripenelitian ini adalah untuk melihat hubungan antara sifat pasir zirkon lokal terhadap kemampuannya menahanpanas untuk mencegah cacat penetrasi logam. Metoda penelitian yang dilakukan adalah membandingkan limajenis lapisan primer cetakan keramik yang terbuat dari berbagai jenis tepung dan pasir zirkon sebagai bahancetakan keramik pengecoran presisi. Pengujian yang dilakukan adalah uji visual dan kekasaran pada produk cor,serta analisis komposisi kimia, distribusi pasir dan struktur makro pada pasir zirkon. Modifikasi pembuatanlapisan primer menjadi dua lapis; dengan lapisan pertama berupa lumpur primer dan lapisan kedua berupalumpur primer yang ditaburi pasir zirkon, terbukti dapat menghilangkan cacat penetrasi logam. Penggunaantepung zirkon tipe 2 dan pasir zirkon tipe c dengan distribusi ukuran partikel yang lebih merata dapatmenghasilkan produk cor yang bebas cacat penetrasi logam serta memiliki permukaan produk cor yang halus,dengan nilai kekasaran 4,9 µm. Hal tersebut disebabkan karena adanya peningkatan densitas lapisan primeryang akan meningkatkan ketahanan panas cetakan keramik serta terisinya rongga-rongga butiran pasir padapermukaan lapisan primer oleh tepung zirkon yang halus sehingga menjaga kehalusan permukaan cetakankeramik.

Kata kunci: pasir zirkon, tepung zircon, pengecoran presisi, lapisan primer, cacat penetrasi logam

PENDAHULUAN

Proses pengecoran presisi ataudikenal juga sebagai proses investmentcasting, saat ini menjadi teknik untuk proses

pengecoran yang banyak dipakai karenadapat menghasilkan produk cor yang rumitserta tipis dengan toleransi dimensi 0,4hingga 1,6 mm dan kehalusan permukaan0,8 hingga 3,8 μm (R.L. Saha, T.K. Nandy.


34

1990). Lumpur keramik (ceramic slurry)melapisi pola lilin untuk kemudiandikeringkan, dan dilakukan berulang ulanglima hinga delapan lapisan, sehinggamenghasilkan cetakan keramik. Lilin dapatdipakai berulang-ulang, sedangkan cetakankeramik hanya dapat dipakai sekali saja.Cetakan keramik terdiri dari beberapalapisan keramik. Setiap lapisan terdiri darilapisan tipis yang berupa lumpur (slurry)dengan taburan partikel pasir tahan apipada permukaannya (Metal Handbooksvolume 15. 1988, Batwinder Singh Sidhu,Pradeep Kumar. 2008).

Bahan untuk keramik umumnya terdiridari campuran silika, alumina dan zirkon(W.M. Carty, H. Lee, E. Reeves. 2009).Rumus kimia pasir zirkon adalah ZrSiO4

(zirconium silicate), yang merupakanmaterial tahan api dan memiliki sifat yangsangat baik untuk proses pengecoran,seperti ekspansi panas yang sangat rendah,laju pendinginan (chilling rate) yang tinggi,dan reaktifitas terhadap logam cair yangsangat rendah (American Foundrymen’ssociety. 1978). Keramik yang terbuat darizirkon memiliki sifat yang unggul sepertisifat refraktori yang tinggi, ekspansi panasdan konduktifitas panas yang rendah, sertaketahanan terhadap media asam yangtinggi, sehingga banyak dipakai padaindustri pengecoran (M.N. Achenyuk, S.E.Porosova. 2012).

Produk cor hasil dari prosespengecoran presisi umumnya untukdigunakan langsung tanpa prosespermesinan, sehingga cetakan keramikharus mampu menahan penetrasi cairanlogam dan memiliki permukaan yang halussehingga dapat menghasilkan produk cortanpa proses pemesinan. Karakteristiktersebut dipengaruhi oleh sifat fisik dan sifatkimiawi pasir yang digunakan.

Cacat penetrasi logam (metalpenetration) adalah cacat pada permukaanproduk cor dimana logam mengisi rongga-rongga diantara butir pasir (The AtlasFoundry Company. 2006). Bentuk cacatpenetrasi logam adalah tertinggalnyasebagian cairan logam pada batas mukacetakan - logam di daerah terjadinya panasberlebih (over heating). Penyebab dari cacatpenetrasi logam terbagi menjadi tiga model.Model yang pertama adalah penetrasi

logam dimana logam cair masuk ke dalamlubang-lubang di antara cetakan. Penetrasiini disebabkan oleh tekanan kapiler dantekanan akibat ketinggian penuangan yanglebih besar dibandingkan dengan gayatahan tegangan permukaan. Model yangkedua adalah penetrasi logam dalam bentukuap logam yang masuk ke dalam cetakan.Uap logam yang terpenetrasi laluterkondensasi menjadi cairan kembali danakhirnya membeku. Logam yang membekutersebut merubah sifat tegangan permukaanyang berakibat penetrasi logam cairberlanjut sesuai dengan mekanisme modelpertama. Sedangkan model ketiga adalahpenetrasi akibat reaksi kimia yang terjadiantara elemen pemadu, pengikat cetakandan pasir (B.E. Brooks, C. Beckermann, V.L.Richards, 2007). Untuk mencegah cacatpenetrasi dapat dilakukan dengan caramemperkecil lubang-lubang di antara pasircetakan (J.M.Svoboda and G.H.Gieger.1969).

Deposit pasir zircon terbanyakditemukan di Australia dan Afrika Selatan.Daerah lain yang juga menghasilkan pasirzirkon adalah Asia Selatan dan Tenggara,China, Afrika barat dan Timur, Ukraina,serta Amerika Utara dan Selatan (ZirconIndustry Association Ltd.). Indonesiamemiliki banyak cadangan pasir zirkon,banyak ditemukan di aliran sungai diKalimantan Barat dan Kalimantan Tengah,seperti di daerah Sintang, Melawi,Pangkalan Bun dan Kumai (Sri BimoPratomo. 2014). Dengan adanya Undang-Undang Mineral dan batubara nomor 4tahun 2009 dan peraturan turunannyaberupa Peraturan Menteri Energi danSumber Daya Mineral nomor 7 tahun 2012,tentang peningkatan nilai tambah mineralmelalui kegiatan pengolahan dan pemurnianmineral di dalam negeri, maka pasir zirkon,yang termasuk dalam komoditas mineraldalam peraturan tersebut, harus diolahterlebih dahulu sehingga mencapai batasminimum kemurniannya sebelum dieksporke luar negeri (Undang-Undang Minerbanomor 4 tahun 2009, Peraturan MenteriEnergi dan Dan Sumber Daya Mineralnomor 7 tahun 2012).

Usaha penambangan pasir zirkon dipulau Kalimantan sedang berupaya untukdapat memurnikan pasir zirkon agar dapat


35

diekspor dan dapat digunakan oleh industridi dalam negeri, diantaranya agar dapatdigunakan untuk bahan cetakan keramikuntuk pengecoran presisi. Tetapi upayatersebut belum mencapai hasil yangmemuaskan, karena pasir zirkon untukcetakan keramik belum dapat menghasilkanproduk cor yang bebas cacat cor, terutamacacat sinter, akibat adanya penetrasi logamcair ke dalam cetakan keramik. Hal tersebutdisebabkan karena tidak kuatnya cetakankeramik saat bersentuhan dengan logamcair.

Berdasarkan hal tersebut di atas,maka dilaksanakan kerjasama penelitianantara Balai Besar Logam dan Mesin danindustri penambangan pasir zirkon,tentang ” Pemanfaatan Pasir Zirkon LokalUntuk Cetakan Keramik Pada ProsesPengecoran Presisi”. Penelitian ini bertujuanuntuk menganalisis hubungan antara sifatpasir zirkon / tepung zirkon yang digunakanuntuk cetakan keramik terhadapkekuatannya menahan penetrasi logam cair.Disamping itu dibandingkan juga ketahanancetakan keramik yang menggunakan pasirzirkon lokal dan pasir zirkon impor(Australia) yang sudah terlebih dahuludigunakan oleh industri pengecoran presisidi Indonesia, untuk menahan penetrasilogam. Diharapkan dari hasil penelitian iniakan dapat membantu upaya pemerintahuntuk mendorong pengolahan komoditasmineral di dalam negeri dengan nilai tambahyang lebih tinggi.

METODE

Penelitian ini adalah penelitianterapan yang meneliti kekuatan lapisanprimer (primary layer) dari cetakan keramik,yang menggunakan dua jenis tepungzirkon lokal dan dua jenis pasir zirkon lokalserta satu jenis pasir zirkon impor, untukmenahan penetrasi logam cair. Selain itujuga akan menganalisis pengaruh tepungzirkon dan pasir zirkon terhadap kehalusanpermukaan produk cor.

Bahan yang digunakan untukpenelitian ini adalah berbagai jenis pasirzirkon (lokal dan impor) dan berbagai jenistepung zirkon (lokal) untuk membuatberbagai jenis lapisan primer (primary layer)cetakan keramik. Tabel 1 berikut ini

memperlihatkan jenis-jenis tepung zirkondan pasir zirkon yang digunakan di dalampenelitian ini.

Tabel 1. Jenis tepung zirkon dan pasir zirkon yangdigunakan di dalam penelitianTipe Nama

TepungZirkon

Tipe NamaPasir

Zirkon1 MF-506

(lokal)a MF-8012

(lokal)2 MC-301

(lokal)b Iwatani

(impor)c ZrO2-655

(lokal)

Metode dimulai dengan pembuatandua jenis lumpur primer (primary slurry)yang masing-masing adalah campuran daricolloidal silica dan tepung zirkon tipe 1 atautipe 2 dengani kekentalan sebesar 55 detik.Masing masing diberi nama lumpur primer 1dan lumpur primer 2. Lumpur primer 1 dan2 masing-masing ditambahkan defoamer(0,1% berat) dan surface active agent (0,3%berat). Tujuannya adalah untuk mencegahterjadinya gelembung udara sertameningkatkan daya lekat (adhesi) antaralumpur primer dan pola lilin. Pengukurankekentalan dilakukan dengan caramemasukkan lumpur primer ke dalam zarncup, dan dihitung waktu untukmengeluarkannya dari zarn cup, sebagainilai kekentalan dari lumpur primer.Perbandingan berat tepung zirkon (Kg) danvolume colloidal silica (l) yang digunakanditunjukkan dengan Gambar 1. Lumpurprimer digunakan untuk membuat lapisanprimer (primary layer) cetakan keramik

Gambar 1. Kurva kekentalan slurry terhadap rasioberat zircon flour dan volume colloidal silica(Sri Bimo Pratomo. 2000)


36

Tabel 2 memperlihatkan lima jenislapisan primer yang terbuat dari lumpurprimer 1 atau 2, dengan taburan pasir zirkona, b atau c. Lima jenis lapisan primermenjadi variabel untuk penelitian ini.

Tabel 2. Lima jenis lapisan primer sebagai variabel didalam penelitian

JenisLapisanPrimer

Motoda Pembuatan Lapisan Primer

1 Pencelupan dengan lumpur primer 1,kemudian ditaburi dengan pasir zirkon a

2 Pencelupan dengan lumpur primer 1,dikeringkan, lalu dicelup dengan lumpurprimer 1 kembali, kemudian ditaburidengan pasir zirkon a

3 Pencelupan dengan lumpur primer 1,kemudian ditaburi dengan pasir zirkon b

4 Pencelupan dengan lumpur primer 1,dikeringkan, lalu dicelup dengan lumpurprimer 1 kembali, kemudian ditaburidengan pasir zirkon b

5 Pencelupan dengan lumpur primer 2,kemudian ditaburi dengan pasir zirkon c

Setelah lapisan primer kering danmengeras, lalu dilapisi dengan lapisansekunder (secondary layer) sebanyak 6 kalisecara berulang-ulang. Lumpur sekunder(secondary slurry) terdiri dari campurantepung mulit (mullite flour), colloidal silica,defoamer (0.3% berat) dan surface activeagent (0.1% berat) dengan kekentalan 10detik yang juga mengacu pada Gambar 1.

Setelah cetakan keramik kering dancukup kuat, pola lilin dikeluarkan daricetakan keramik menggunakan burner gas.Cetakan keramik yang sudah bersih dari lilinsiap untuk dituang dengan logam cair.Sebelum cetakan keramik dituang denganlogam cair, cetakan keramik dipanaskanterlebih dahulu menggunakan tungkupemanas hingga mencapai suhu 900oC dansuhu ditahan selama 30 menit, dengantujuan untuk menseragamkan panas padaseluruh cetakan keramik. Denganpemanasan cetakan keramik akanmengurangi perbedaan suhu antara logamcair dan cetakan keramik, sehingga logamcair tidak cepat membeku dan mudahmemasuki rongga cetakan yang sempit.Selain itu pemanasan cetakan keramikdapat berfungsi untuk membersihkan sisa-sisa lilin yang masih menempel di dalamrongga cetakan. Logam cair yangdigunakan adalah baja karbon rendah dan

menggunakan suhu penuangan sebesar1550oC. Setelah logam cair membeku, lalucetakan keramik dibongkar untukmengeluarkan keseluruhan hasil cor.Gambar 2 memperlihatkan diagram alir daripenelitian ini.

Gambar 2. Diagram alir penelitian

Produk cor yang dibuat adalah rockerarm sebanyak 10 sampel untuk setiapcetakan. Dibuat sebanyak 2 cetakan untuksetiap varibel lapisan primer dari penelitianini. Produk cor yang dihasilkan dianalisissecara visual untuk melihat cacat sinteryang terjadi. Permukaan produk cor jugadiuji derajat kekasarannya menggunakanmesin uji kekasaran (rougness testingmachine) merk Kosaka dengan diameter tipsebesar 2 μm dan kecepatan putar sebesar0,5 mm/s. Untuk melihat sifat fisik tepungzirkon dilakukan pengujian distribusi butirtepung zirkon menggunakan mastersizermachine merk malvern. Sedangkan untukmelihat sifat fisik pasir zirkon dilakukanpengujian distribusi butir pasir zirkonmenggunakan pengayak skala laboratorium(laboratory siever) type PSA dan analisisstruktur makro menggunakan mikroskopoptik merk Meiji Techno. Untuk melihatkomposisi kimia tepung zirkon dan pasir


37

zirkon dilakukan uji X Ray Fluoresance(XRF) yang menggunakan mesin XRF merkthermo.

Gambar 3 memperlihatkankeseluruhan hasil cor yang terdiri daricawan tuang, saluran pengalir, saluranmasuk dan produk cor. Gambar 4memperlihatkan produk cor ”rocker arm”.

Gambar 3. Keseluruhan hasil cor yang terdiri daricawan tuang, saluran pengalir, saluranmasuk, dan produk cor ”rocker arm”.

Gambar 4. Sampel rocker arm


Tabel 3 dan Tabel 4 memperlihatkanhasil pengujian komposisi kimia dari tepungzirkon dan pasir zirkon menggunakan uji XRay Fluoresance. Dari hasil pengujiankomposisi kimia memperlihatkan bahwasecara umum tepung zirkon 1 dan tepungzirkon 2 memiliki komposisi kimia yanghampir serupa, selain kadar molibden (Mo)-nya. Tepung zirkon 1 memiliki kandunganMo sebesar 0.8%, sedangkan tepung zirkon2 tidak memiliki kandungan Mo.

Komposisi kimia pasir zirkon a dan crelatif sama, sedangkan pasir zirkon b

sedikit bebeda. Pasir zirkon b memilikikadar zirkon lebih rendah dan memilikikadar Mo lebih tinggi. Sifat fisikmolybdenum (Mo) adalah unik karenamemiliki ketahanan panas yang tinggi(temperatur lebur 2623oC) yang mana lebihtinggi 1000o dari baja, dan banyakdigunakan sebagai pemadu untuk bajatahan panas (heat resistant steel)(Molybdenum – Minerals and Uses .www.mineralprospector.net).

Tabel 3. Komposisi kimia tepung zircon (% berat)Unsur Tipe tepung zirkon

1 2Zr 47.67 47.75Si 14.41 14.91Hf 1.17 1.20Mo 0.81 -Ce 0.35 0.20Al 0.15 0.47Ti 0.12 0.09Nd 0.16 0.10

Tabel 4. Komposisi kimia pasir zircon (% berat)Unsur Tipe pasir zirkon

a b cZr 47.54 45.91 47.77Si 14.58 14.40 14.71Al 0.95 0.90 0.39Hf 1.49 1.67 1.41Mo 0.69 1.11 0.36Ce 0.26 0.33 0.23Ti 0.09 0.35 0.080Nd 0.13 0.16 0.11

Gambar 5 dan Gambar 6memperlihatkan kurva hubungan antaraukuran partikel tepung zirkon (µm) denganpersentase volumenya, masing-masinguntuk tepung zirkon tipe 1 dan 2. Tepungzirkon tipe 2 adalah tepung zirkon yangmemiliki komposisi kimia yang berbedadengan tepung zirkon tipe 1 (tidak memilikikandungan Mo) dan mengalami proseslanjut untuk memperbaiki sifat fisiknya.Perbaikan sifat fisik tepung zirkon dilakukandengan memilah-milah ukuran tepungzirkon menggunakan ayakan sehinggadiperoleh tepung zirkon dengan ukuran dandistribusi butir tertentu.


38

Gambar 5. Kurva hubungan antara ukuran partikelterhadap persentase dari volumekesuluruhan untuk tepung zirkon tipe 1

Gambar 6. Kurva hubungan antara ukuran partikelterhadap persentase dari volumekeseluruhan untuk tepung zirkon tipe 2

Dari Gambar 5 dan Gambar 6 terlihatbahwa distribusi partikel tepung zirkon 2lebih sempit (0,3 µm hingga 100 µm)dibandingan tepung zirkon 1 (0.3 µm hingga160 µm).

Terlihat dengan jelas pula bahwatepung zirkon 2 memiliki distribusi yanglebih merata, yaitu perbedaan jumlah antarapartikel halus dan kasar yang tidak besar,dibandingkan tepung zirkon 1. Tepungzirkon 1 memiliki jumlah partikel halus (dibawah 7 µm) yang sedikit yaitu sekitar0,4 %, dibandingkan jumlah partikel yangkasar (diatas 7 µm) yaitu sekitar 99,6%.Sedangkan pada tepung zirkon 2 memilikipartikel halus (di bawah 7 µm) denganjumlah yang lebih besar sekitar 6 %,sedangkan partikel kasar (diatas 7 µm)memiliki jumlah sekitar 94%.

Dari Gambar 5 dan Gambar 6 jugaterlihat bahwa tepung zirkon 1 lebih kasardibandingkan dengan tepung tepung zirkon2, dimana pada tepung zirkon 1 partikel

dengan ukuran 40 µm memiliki volumesekitar 9,2 %, sedangkan pada tepungzirkon 2 partikel dengan ukuran 20 µmmemiliki volume sebanyak 5 %.

Gambar 7 memperlihatkan kurvadistribusi pasir zirkon untuk pasir tipe a, bdan c. Pasir zirkon tipe a dan c adalah pasirzirkon lokal. Pasir zirkon tipe c adalah pasirzirkon tipe a yang sudah mengalami proseslanjut untuk memperbaiki sifat fisiknya.Sedangkan pasir zirkon tipe b adalah pasirzirkon impor yang sudah banyak dipakaioleh industri pengecoran di dalam negeri.Lapisan primer 3 dan 4 memadukan pasirzirkon impor dengan tepung zirkon lokal.

Dari Gambar 7 dapat disimpulkanbahwa distribusi pasir zirkon tipe c adalahyang terluas (rentang distribusi antara 0,00mm hingga 0,35 mm) dengan sebarandistribusi yang paling merata. Rentangdistribusi pasir zirkon tipe a dan tipe c tidakterlampau berbeda, yaitu masing-masingadalah 0,09 mm hingga 0,18 µm dan 0,00mm hingga 0,25 mm.

Terihat dengan jelas dari Gambar 7bahwa pasir zirkon tipe c memiliki distribusiyang paling merata dibandingkan tipe a atautipe b.

Pasir zirkon tipe c didominasi olehpasir dengan ukuran yang besar, yaituantara 0,12 hingga 0.2 mm. Untuk pasirzirkon tipe b didominasi oleh pasir denganukuran butir yang kecil, yaitu antara 0,07hingga 0.1 mm. Sedangkan pada pasirzirkon tipe a didominasi oleh pasir denganbesar butir menengah sekitar 0.12 hingga0,13 mm, serta memiliki rentang distribusiyang sangat sempit.

Gambar 7. Kurva distribusi pasir untuk pasir tipe a, bdan c.

Gambar 8 memperlihatkan gambarstruktur makro dari tiga jenis tipe pasir.


39

Terlihat bahwa bentuk ketiga pasir hampirmirip, yaitu angular (tidak beraturan / sedikitbersudut). Terlihat juga dari gambar strukturini bahwa pasir tipe c lebih kasardibandingkan kedua tipe yang lain.

tipe a

tipe b

tipe cGambar 8. Bentuk dari ketiga tipe pasir hasil dari

analisa menggunakan mikroskop optikmerk meiji techno, perbesaran 45 x

Tabel 5 berikut ini memperlihatkanpersentase cacat penetrasi logam yangterjadi pada sampel produk rocker arm hasildari penggunaan 5 lapisan primer yangberbeda untuk cetakan keramik. Gambar 9

berikut memperlihatkan cacat penetrasilogam yang terjadi pada produk rocker arm.

Tabel 5. Hasil pengamatan visual cacat penetrasilogam

JenisLapisanPrimer

Metoda PembuatanLapisan Primer

PersentaseCacat Sinter

1 Pencelupan denganlumpur primer 1, laluditaburi dengan pasirzirkon a

20 %(4 cacat dari20 sampel)

2 Pencelupan denganlumpur primer 1,setelah kering dicelupdengan lumpur primer1 kembali, lalu ditaburidengan pasir zirkon a


3 Pencelupan denganlumpur primer 1, laluditaburi dengan pasirzirkon b


4 Pencelupan denganlumpur primer 1,setelah kering dicelupdengan lumpur primer1 kembali, lalu ditaburidengan pasir zirkon b

0 %(tidak ada

cacat)

5 Pencelupan denganlumpur primer 2, laluditaburi dengan pasirzirkon c

0 %(tidak ada

cacat)

Gambar 9. Cacat penetrasi logam pada rocker arm

Dari analisis permukaan produk rockerarm dapat disimpulkan bahwa penggunaanlapisan primer 1; yang memakai tepungzirkon no 1 (MF-506) dan ditaburi pasirzirkon a (MF-8012), serta penggunaanlapisan primer 3; yang memakai tepungzirkon no 1 (MF-506) dan ditaburi pasirzirkon b (Iwatani/impor), belummemperlihatkan hasil yang baik. Padalapisan primer 1 terjadi cacat sinter sebesar20%, sedangkan pada lapisan primer 3terjadi cacat sinter sebesar 15%.


40

Modifikasi proses pelapisan untuklapisan primer yang menggunakan dualapisan, yaitu lapisan primer pertamaberupa lumpur primer dan lapisan primerkedua berupa lumpur primer yang ditaburipasir zirkon, dapat menghasilkan produk coryang lebih baik. Pada lapisan primer 2terjadi pengurangan persentase cacatpenetrasi logam menjadi hanya 5 %,sedangkan pada lapisan primer 4 tidakterjadi cacat penetrasi logam. Hal inimemperlihatkan bahwa modifikasi prosesmenggunakan berbagai jenis tepung danpasir zirkon dapat menurunkan, bahkanmenghilangkan terjadinya cacat penetrasilogam.

Pada lapisan primer 5; yangmenggunakan tepung zirkon no. 2 (MC-301)dan pasir zirkon tipe c (ZrO2-655) tanpamodifikasi proses pelapisan untuk lapisanprimer dengan menggunakan 2 lapisanprimer, dapat menghilangkan terjadinyacacat penetrasi logam.

Penggunaan tepung zirkon 2 danpenggunaan pasir zirkon c yang masing-masing memiliki distribusi yang lebih meratamenyebabkan ketahanan panas lapisanprimer 5 menjadi lebih tinggi. Ketahananpanas yang tinggi ini disebabkan densitas(kerapatan) dari lapisan primer yang tinggi,akibatnya butiran tepung (pasir) zirkon yanghalus akan mengisi rongga-rongga yangterbentuk dari jaringan batas butir tepung(pasir) yang lebih kasar. Mekanismetersebut terjadi terus secara bertahap,sesuai dengan sisa butir halus yang masihada. Semakin merata sebaran distribusibutir, maka semakin tinggi densitas lapisanprimer yang dapat terbentuk, yang berakibatsemakin tahannya lapisan primer menahanpanas logam cair dan dapat mencegahterjadinya cacat penetrasi logam.

Terlihat bahwa kandungan Mo padatepung zirkon tipe 1 maupun pada pasirzirkon tipe b yang lebih tinggi tidakmemperlihatkan pengaruh terhadappeningkatan ketahanan panas lapisanprimer. Juga rentang distribusi maupunukuran butir tidak mempengaruhi ketahananpanas lapisan primer.

Tabel 6 berikut ini memperlihatkannilai kekasaran permukaan produk cordengan pemakaian lima jenis lapisan primeryang berbeda.

Tabel 6. Nilai kekasaran produk cor denganpemakaian lima jenis lapisan primer yangberbeda

JenisLapisanPrimer

NilaiKekasaran

(µm)1 5,62 5,63 4,94 4,95 4,9

Dari Tabel 6 terlihat bahwa lapisanprimer 1 dan 2 yang terdiri dari tepungzirkon 1 yang kasar (partikel berukuran 40µm sebanyak 9,2 % volume) dan pasirzirkon tipe a yang relatif kasar pula (partikelberukuran 0,125 mm mendominasi 94%berat) akan menghasilkan permukaanproduk cor yang kasar. Pada lapisan primer3 dan 4, yang menggunakan pasir zirkontipe b yang lebih halus (partikel berukuran0,09 mm mendominasi 52 % berat),ternyata dapat menurunkan nilai kekasaranpermukaan. Sedangkan pada lapisan primer5, meskipun menggunakan pasir zirkon tipec yang kasar (partikel berukuran 0.16 mmmendominasi 46% berat), tetapi biladipadukan dengan penggunaan tepungzirkon tipe 2 yang halus (partikel berukuran20 µm sebanyak 5 % volume), ternyatadapat menurunkan kekasaran permukaanproduk cor.

Adanya sedikit perbedaan kadarmolybdenum (Mo) dari tepung dan pasirzirkon tidak memperlihatkan adanyapengaruh pada kemampuan menahanpanas lapisan primer cetakan keramik untukmencegah terjadinya cacat penetrasi logam.

Penggunaan pasir zirkon yang kasarakan menghasilkan permukaan produk coryang kasar. Sebaliknya penggunaan pasirzirkon yang halus akan dapat menghasilkanpermukaan produk cor yang halus pula.Tetapi penggunaan pasir zirkon yang kasardengan memadukan tepung zirkon yanghalus akan dapat menghasilkan permukaanproduk cor yang halus. Rongga-ronggadiantara pasir zirkon yang berdekatan padapermukaan lapisan primer akan terisi olehtepung zirkon yang halus, sehinggamenghasilkan permukaan cetakan keramikyang halus dan permukaan produk cor yanghalus pula. Mekanisme ini juga akanmeningkatkan densitas permukaan lapisanprimer 5 sehingga meningkatkan ketahanan


41

panas cetakan keramik dan mencegahcacat penetrasi logam.

KESIMPULAN

Kombinasi penggunaan tepung zirkonlokal (MF-506) dan pasir zirkon impor(Iwatani/Australia) belum dapatmenghasilkan produk cor yang bebas cacatpenetrasi logam. Modifikasi lapisan primer,yaitu penggunaan lumpur primer sebagailapisan primer pertama dan lumpur primeryang ditaburi pasir zirkon sebagai lapisanprimer kedua, dapat menurunkan cacatpenetrasi logam. Dengan penggunaanproduk lokal tepung zirkon MC-301 danpasir zirkon ZrO2-655 yang merupakan hasilperbaikan tepung zirkon MF-506 dan pasirzirkon MF-8012, yang keduanya memilikidistribusi ukuran partikel yang merata dapatmenghilangkan cacat penetrasi logam.Meskipun pasir zirkon ZrO2-655 lebih kasar,tetapi dengan kombinasi pemakaian tepungzirkon MC-301 yang halus, dapatmenghasilkan lapisan primer cetakankeramik yang halus sehingga produk cormemiliki permukaan yang halus pula.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasihkepada PT. Monokem Surya sebagai mitrakerjasama penelitian, yang telahmemberikan bahan-bahan penelitian danmengijinkan penggunaan fasilitaspengujiannya.

DAFTAR PUSTAKA

American Foundrymen’s society. 1978.Particle Size Distribution of FoundrySand Mixtures, in Mold and Core Testhandbook: 4-1 to 4-14.

Batwinder Singh Sidhu, Pradeep Kumar.2008. Effect of Slurry Composition onPlate Weight in Ceramic SheelInvestment Casting. Journal ofMaterials Engineering andPerformance 17: 489.

B.E. Brooks, C. Beckermann, V.L. Richards,2007. Prediction of Burn-on and MouldPenetration in Steel Casting UsingSimulation. International Journal ofcast Metals Research 20(4): 177-178.

J.M.Svoboda and G.H.Gieger. 1969. AFSTrans 77: 281-288.

Metal Handbooks volume 15. 1988. Casting.USA. ASM International HandbookCommittee.

M.N. Achenyuk, S.E. Porosova. 2012.Obtaining Zircon-Based CeramicMaterial. Russian Journal of Non-Ferrous Metals 53 (1): 85-90.

Peraturan Menteri Energi dan Dan SumberDaya Mineral Nomor 7 tahun 2012.

R.L. Saha, T.K. Nandy. 1990. On theEvaluation of Stability of Rare EarthOxides as Face Coats for InvestmentCasting of Titanium. MetallurgicalTransactions B 2(3): 559-566.

Sri Bimo Pratomo. 2014. Potency of RareEarth Elements, Titanium andMolybdenum in Indonesia. Dalam:Prosiding the 5th InternationalWorkshop on Industrial Technology ofRare Metals & the 5th SME Forum onIndustrial Development of Rare Metals.Incheon-South Korea. Korea Instituteof Rare Metals: 67-80.

Sri Bimo Pratomo. 2000. Study on SteamTurbine Blade Making by InvestmentCasting Technology. Dalam: LaporanMIDC-NIRIN Joint Research. Nagoya-Japan. National Industrial ResearchInstitute of Nagoya (NIRIN): 45.

The Atlas Foundry Company. 2006. USA.Glossary of Foundry Term.

Undang-Undang Minerba Nomor 4 tahun2009.

W.M. Carty, H. Lee, E. Reeves. 2009. TheDevelopment of Improved CeramicShell for Investment CastingApplication. AFS Transactions: 403.

Zircon Industry Association Ltd.www.Zircon-Association.org. (17Desember 2014).


42


Ketangguhan Material API 5L X60 ... (Tarmizi)

43

KETANGGUHAN MATERIAL API 5L X60 TERHADAP MASUKANPANAS PADA PROSES PENGELASAN ELEKTRODA TERBUNGKUS

THE MATERIALS TOUGHNESS API 5L X60 ON HEAT INPUTWITH SHIELDED METAL ARC WELDING PROCESS

TarmiziBalai Besar Logam dan Mesin, Kementerian Perindustrian

Jl. Sangkuriang No. 12, Bandung - Indonesiae-mail: [email protected]


ABSTRACT

This research was conducted to obtain the optimum process parameters so that it can be used in the field.Welding process parameters determine the quality of a weld because it will affect the strength and toughness ofthe weld results. The welding parameters will generate heat input will affect the weld metal, the heat and the localinfluence of the base metal. By variation of the heat input and the expected strength and toughness of the weldresults still meet the standards so that the field can be quality assured production. SMAW welding process usedthe API 5L X60 pipe material with 620 mm diameter 12.7mm thick. The results do non destructive testing (visualtest, test magnetic particle, ultrasonic testing and radiographic testing) and destructive testing (tensile test, themacro test, hardness test, bending test and nick break and charpy impact test). From the results of tests carriedout showed that the high heat input resulted in greater dilution that produces weld metal wider area compared tothe low heat input. Results of impact test at a temperature of -10 ° C is still eligible is above 35 Joules, hardnesstest results are still eligible namely still below 250 HV for the weld root area and below 275 HV weld surface, aswell as for the bending test results and nick break still qualify test. The results of tensile testing of weld metal andwelded joints still qualify above the minimum tensile strength of the material API 5L X60 so it has the toughnessand good weldability under conditions of low and high heat input.

Keywords: Toughness API 5L X60, heat input, weldability

ABSTRAK

Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan parameter proses yang optimum sehingga dapat digunakandilapangan. Parameter proses pengelasan sangat menentukan kualitas dari hasil pengelasan karena akanmempengaruhi kekuatan dan ketangguhan dari hasil lasan. Parameter pengelasan tersebut akan menghasilkanmasukan panas yang akan berdampak pada logam las, daerah pengaruh panas dan logam induk. Denganvariasi masukan panas yang rendah dan yang tinggi diharapkan kekuatan dan ketangguhan hasil lasan masihmemenuhi standar sehingga proses produksi dilapangan dapat dijamin kualitasnya. Proses pengelasan yangdigunakan SMAW dengan material pipa API 5L X60 diameter 620 mm tebal 12,7 mm. Hasil pengelasandilakukan pengujian tidak merusak (uji visual, uji maknetik partikel, uji ultrasonik dan uji radiografi) dan pengujianmerusak (uji tarik, uji makro, uji kekerasan, uji tekuk dan nick break serta uji impak charpy). Dari hasil pengujianyang dilakukan menunjukkan bahwa masukan panas tinggi menghasilkan dilusi yang lebih besar yangmenghasilkan daerah logam lasnya lebih lebar dibandingkan dengan yang masukan panas rendah. Hasil ujiimpak pada temperatur -10 oC masih memenuhi syarat yaitu di atas 35 Joule, hasil uji kekerasan masihmemenuhi syarat yaitu masih di bawah 250 HV untuk daerah akar las dan di bawah 275 HV dipermukaan las,demikian juga untuk hasil uji tekuk dan nick break masih memenuhi syarat uji. Hasil uji tarik logam las dansambungan las masih memenuhi syarat di atas kekuatan tarik minimum sehingga material API 5L X60 inimemiliki ketangguhan dan mampu las yang baik pada kondisi masukan panas rendah maupun tinggi.

Kata kunci: Ketangguhan API 5L X60, masukan panas, mampu las

PENDAHULUAN

Pengelasan adalah prosespenyambungan logam menjadi satu akibatpanas dengan atau tanpa pengaruh tekanan

dan penambahan logam pengisi. Energiyang diperlukan pada proses pengelasandihasilkan dari sumber energi dari luar.

Proses pengelasan danpenyambungan sangat penting dalam

Jurnal Riset Industri (Journal of Industrial Research) Vol. 8 No. 1, April 2014, Hal. 43 - 51

44

pengembangan produk dan hampirdigunakan disetiap proses produksi.Namun, proses ini kadang kalamenimbulkan biaya yang lebih besar dalamproses produksinya dan menimbulkankesulitan yang lebih besar dalam prosesproduksinya tidak seperti yang diharapkan.Ada beberapa alasan yang menjadipenyebabnya, yaitu: pertama prosespengelasan dan penyambungan yangberagam, baik dari segi variasi proses(seperti menyolder, mematri, pengelasanbusur dan pengelasan tahanan) danmembutuhkan disiplin ilmu yang memadaiuntuk memecahkan permasalahannya danbahkan seorang engineer denganpengalaman yang luas dan pelatihan yangmendalam diperlukan untuk menerapkansecara efektif untuk berbagai proses. Keduakesulitan pada proses pengelasan danpenyambungan biasanya terjadi padaproses manufaktur, nilai relatif bagian yangdihilangkan sangat tinggi. Ketiga persentasekegagalan produk sangat besar terjadi padasambungan karena letak tegangan itu.2

Kepekaan baja terhadap retak lasandapat diperkirakan secara kasar denganmenggunakan nilai kesetaraan karbon(Carbon Equivalent) persamaan 1. Jika nilaiCarbon Equivalen (CE) ≤ 0,45% maka bajadikatakan mampu dilas tanpa menggunakantindakan pencegahan khusus, sepertipemanasan awal, pemanasan akhir ataumenggunakan elekroda hydrogen rendah.Rumus nilai Carbon Equivalen berdasarkanInternational Institute of Welding (IIW) danstandar DNV-OS-F101, Submarine PipelineSyatems, August 2012 bahwa nilai CEadalah sebagai berikut:

..1...1

Dimana: CE = Carbon EquivalenC (Carbon), Mn (Manganum), Cr (Cromium),Mo (Molibdenum), V (Vanadium), Ni (Nikel),Cu (Cuprum).

Sedangkan untuk nilai sensitivitasretak atau derajat keretakan material(Critical Material Parameter, Pcm) nilaisensitivitas retak untuk pipa baja (pipe steel)Pcm ≤ 0,15% sesuai persamaan 2. Rumusnilai sensitivitas retak (Pcm) berdasarkanpersamaan 2.

....2Dimana: Pcm = Critical Material ParameterC (Carbon), Si (Silikon), Mn (Manganum), Cu(Cuprum), Ni (Nikel), Cr (Cromium), Mo(Molibdenum), V (Vanadium), B (Barium).

Pengelasan adalah prosespenyambungan antara dua bagian logamatau lebih yang melibatkan pencairan logamdan atau tanpa penekanan akibat adanyaenergi panas yang diberikan sehinggaterbentuk sambungan yang kontinyu. Panasyang terjadi mengakibatkan logamdisekitarnya mengalami siklus termal yangrelatif cepat sehinggga terjadi fonomenametalurgi yang kompleks, deformasi dantegangan-tegangan termal.

Siklus termal pada daerah lasan dapatdibagi atas tiga bagian utama yaitu daerahlogam las (WM, Weld Metal), daerahterpengaruh panas (HAZ, Heat AffectedZone), dan logam induk (BM, Base Metal).

Pada bagian logam las weld metalterjadi proses pencairan kemudian prosespembekuan (solidifikasi). Perubahan fasacair ke padat untuk logam-logam yangberfasa tungggal dan perubahan fasa padatke fasa padat yang lain untuk logam berfasamajemuk seperti logam paduan, setiaptransformasi fasa senantiasa diiringi denganperubahan volume (ΔV) yangmengakibatkan terjadinya penyusutan(shrinkage) dan distorsi. Struktur mikro yangterjadi pada daerah weld metal yaitukolumnar, seperti terlihat pada Gambar 1.Jika konfigurasi bentuk dan ukuran butirhasil dari proses lasan yaitu columnar danequaxial atau adanya fonomena metalurgiyang lain seperti segregasi maka kekuatanlogam akan turun.

Gambar 1. Struktur mikro daerah logam las,HAZ dan logam induk2


45

Pada bagian yang dipengaruhi panasHAZ (Heat Affected Zone) karakteristik yangterjadi adalah pencairan logam induksehinggga terjadi pencampuran denganlogam las, fonomena metalurgi yang terjadiadalah proses pemaduan. Di daerah HAZjuga terjadi proses perubahan fasa dari satufasa padat ke fasa padat lainnya disertaidengan perubahan volume.

Di derah HAZ akibat gradientemperatur mampu mengubah: 1. Strukturmikro dalam aspek bentuk dan ukuran,terjadi pembesaran butir (Grain Growth) danrekristalisasi. 2. Struktur mikro dalam aspekfasa terjadi transformasi fasa. 3. Terjadikonfigurasi tegangan dalam (internalstress). Di daerah HAZ ukuran butirberkaitan erat dengan sifat mekanik logam,jika butir halus memiliki kekuatan yangtinggi, sedangkan butir yang besarmempunyai kekuatan yang rendah.Sehingga logam yang digunakan untuklogam las harus 15% lebih tinggi dari logaminduk.

Pada daerah yang dipengaruhi panasyaitu pada logam induk (base metal)fonometa metalurgi yang terjadi adalahproses perlakuan panas. Struktur mikro didaerah base metal dan perubahan strukturmikro disekitar logam las.

Penomena di atas sangat dipengaruhioleh masukan panas (heat input) denganparameter pengelasan yang digunakansangat berpengaruh pada sturktur logamlas, persamaan 3 di bawah ini digunakanuntuk menghitung masukan panas yanghasilnya dapat dilihat pada Tabel 1.

.....3Dimana: H = masukan panas, J, V = voltase, V

I = arus listrik, A,S = kecepatan pengelasan, mm/menit

METODE

Dalam penelitian ini dilakukanserangkaian percobaan pengelasan danpengujian yang diperlukan untukmenghasilkan data dan analisa yang urutanprosesnya seperti pada Gambar 2. SkemaPenelitian.

Gambar 2. Skema penelitian

Pada penelitian ini dilakukanserangkaian percobaan pengelasan denganmenggunakan proses las elektrodaterbungkus (shielded metal arc welding,SMAW) yang mana masukan panas dipilihyang terendah dan tertinggi dengan variasikecepatan pengelasan dan parameterproses lainnya seperti arus dan voltasesehingga didapatkan jangkauan masukanpanas yang besar antara yang rendahdengan yang tinggi sehingga memudahkanaplikasi dilapangan, polaritas listrik yangdigunakan DC positif dan arah pengelasanturun, parameter proses dapat dilihat padaTabel 1. Kawat las yang digunakan adalahkawat las dengan standar AWS E 7010-P1untuk lasan pertama dan kedua sedangkankawat las untuk lasan berikutnya sampaiselesai menggunakan kawat las AWS E8010-G dengan proses pengelasan vertikalturun.


46

Tabel 1. Parameter proses pengelasan

Spesimen uji yang digunakan materialpipa baja karbon dengan grade API 5L X60PSL 2 dengan kondisi materialThermomechanical Rolled dengan diamaterluar 508 mm dan tebal 12,7 mm, spesifikasimaterial dari mill certificate untuk pipatersebut seperti pada Tabel 2. Pipa tersebutdifabrikasi dengan proses pengelasan busurrendam dengan sambungan memanjang(longitudinal submerged arc welding, LSAWpipe) dan pipa berikutnya difabrikasi denganproses pengelasan tahanan (electricresistant welding, ERW pipe). Desain dandimensi sambungan berbentuk kampuh V(V groove) seperti pada Gambar 3 huruf asedangkan urutan dan jumlah lasan sepertipada Gambar 3 huruf b.

Tabel 2. Spesifikasi Material API 5L X60PSL 2

Proses penyetelan sambungan pipamenggunakan internal clamp seperti padaGambar 4 dan internal clamp tersebutdilepas setelah pengelasan kedua (hotpass) selesai dilakukan.

Gambar 3. Desain dan dimensi sambunganlas


47

Gambar 4. Internal clamp

Sebelum dilakukan prosespengelasan material pipa dilakukanpemanasan awal minimum 100 oC denganmenggunakan nyala api gas LPG sepertipada Gambar 5. Sedangkan untuk menjagatemperatur disetiap lapisan berikutnyatemperatur dijaga dengan melakukanpemanasan antar lapisan (interpasstemperature) maksimum 300 oC dan setelahproses pengelasan selesai dilakukanpemanasan pasca las pada temperaturmaksimum 300 oC dan dilakukanpendinginan dengan media air.

Gambar 5. Pemanasan awal

Pengujian tidak merusak dilakukansetelah 24 jam setelah proses pengelasanselesai seperti pada Gambar 6, yaitu

pengujian visual, pengujian ultrasonik,pengujian maknetik partikel dan pengujianradiografi. Setelah hasil pengelasan lulus ujitidak merusak dilanjutkan pengujianmerusak.

Gambar 6. Hasil percoban pengelasan

Prosedur pengujian dan pengambilansampel uji sesuai dengan standar DetNorske Veritas AS, DNV-OS-F101 2012,Submarine Pipeline Systems. Setelahpengelasan selesai dilakukan, pengujiantidak merusak dilakukan setelah 24 jamsejak spesimen uji selesai dilas. Pengujiantidak merusak dimulai dengan pengujianvisual, pengujian maknetik partikel danpengujian ultrasonik kemudian diteruskandengan pengujian radiografi, setelah hasiluji lulus pengujian tidak merusak dilanjutkandengan pengujian merusak. Adapun jenisdan posisi pengambilan sampel uji merusakseperti terlihat pada Gambar 7. Jumlahspesimen uji dan jenis pengujian untuksetiap spesimen sesuai dengan standarseperti pada Tabel 3.

Tabel 3. Jenis dan jumlah spesimen uji yangdilakukan

Khusus untuk pengujian impakmenggunakan metoda Charpy dilakukanpada temperatur pengujian -10 oC dan


48

pengambilan spesimen uji dilakukan padadaerah logam las, daerah pengaruh panas(heat affected zone, HAZ), daerah HAZditambah 2 mm dan daerah HAZ ditambah5 mm ke arah logam induk seperti padaGambar 8 dan setiap titik uji dibuatspesimen uji sebanyak 3 buah dandilakukan pada sisi kiri dan kanan logamlasan.

Gambar 7. Posis pengambilan sampel uji

Gambar 8. Posis pengambilan sampel ujiimpak

Selanjutnya untuk pengujiankekerasan dilakukan pada spesimen ujiseperti pada Gambar 9 denganmenggunakan metoda uji kekerasanVickers.

Gambar 9. Posisi pengambilan titik ujikekerasan

Pengujian Nickbreak dilakukan padalogam las dengan acuan standar API 1104,Welding of Pipelines and Related Facilities,2010.


Dari hasil percobaan yang telahdilakukan, spesimen hasil pengelasandilakukan pengujian tidak merusak minimum24 jam setelah proses pengelasan selesai.Spesimen tersebut lulus dari semuapengujian visual, maknetik partikel,ultrasonik dan radiografi. Kemudianspesimen hasil pengelasan dilanjutkandengan pengujian merusak.

Dari hasil pengujian makro denganpembesaran 10 kali menunjukkansambungan logam las berfusi dengan baikdan tidak menunjukkan adanya cacat baik dilogam las, daerah terpengaruh panasmaupun di logam induknya. Hasil uji makrobaik yang masukan panas rendah maupunmasukan panas tinggi tidak menunjukkanadanya cacat pada sambungan lasanseperti terlihat pada Gambar 10 strukturmakro logam lasan.

Pada masukan panas yang tinggilebar daerah fusi atau logam las sedikitlebih besar dibandingkan dengan yangmasukan panasnya rendah hal inidisebabkan oleh panas yang diterima logamlas lebih tinggi sehingga daerah yangmencair semakin lebar.

Dari data hasil uji impak sedikit sekaliperbedaan nilai impak antara spesimenyang menggunakan masukan panas tinggidengan masukan panas rendah baik padaposisi jam 3 maupun pada posisi jam 6seperti terlihat pada Gambar 11, tetapi nilaiimpak pada logam las lebih rendahdibandingkan dengan daerah terpengaruhpanas dan logam induk hal ini disebabkan


49

karena struktur logam lasan lebih kasar danterjadinya pertumbuhan butir yangmenyebabkan turunnya nilai impak padadaerah tersebut. Secara keseluruhan nilaiimpak pada hasil pengelasan material inimasih masuk dan memenuhi syarat yangditetapkan oleh standar yaitu minimumkekerasan individu 35 Joule dan kekerasanrata-rata minimum 42 Joule pada setiap titikuji.

Gambar 10 . Struktur makro logam lasan

Gambar 11 . Hasil uji impak logam lasan

Distribusi hasil uji kekerasan padamaterial yang masukan panas tinggi denganmaterial yang masukan panas rendah baikpada posisi jam 6 maupun jam 12 memilikinilai kekerasan terendah pada daerahterpengaruh panas, sedangkan padadaerah sedikit lebih tinggi dibandingkandaerah terpengaruh panas hal inidisebabkan adanya pengaruh dari logam

pengisi yang digunakan dalam pengelasanyang sifat mekaniknya lebih tinggidibandingkan dengan logam induk dansecara keseluruhan daerah logam lasandan daerah terpengaruh panas masihmemenuhi persyaratan standar kekerasanyaitu kekerasan maksimum di daerah akarlasan dan daerah tengah seperti terlihatpada Gambar 12 maksimum 250 HV dankekerasan bagian atas logam lasmaksimum 275 HV dan semua hasil ujikekerasan baik yang masukan panas tinggimaupun rendah memenuhi persyaratanstandar yaitu di bawah 250 HV untukdaerah akar las dan bagian tengah las dandi bawah 275 HV untuk kekerasan untukbagian atas logam las.

Gambar 12 . Distribusi hasil uji kekerasanlogam las

Sedangkan data hasil pengujian tarikseperti pada Tabel 4, menunjukkan hasil ujitarik sambungan lasan baik yang masukanpanas rendah maupun tinggi masihmemenuhi persyaratan yang mana hasil uji


50

tarik sambungan las lebih besar dari kuattarik logam induknya yaitu 520 N/mm2.Sedangkang untuk uji tarik logam laskekuatan luluh terendah hasil uji sebesar496 N/mm2 di atas kekuatan luluh logaminduk 412 N/mm2 ditambah 80 N/mm2 (492N/mm2). Untuk perpanjangan minimumperpanjangan hasil uji tidak kurang dari 18% baik yang masukan panas rendahmaupun masukan panas tinggi.

Tabel 4. Hasil uji kekuatan tarik

Dari hasil pengujian tekuk dan nickbreak hasil pengelasan baik masukanpanas rendah maupun tinggi memenuhipersyaratan dan memenuhi standar yangdipersyaratkan, hasil uji dapat dilihat padaGambar 13.

Gambar 13 . Hasil uji tekuk dan nick break

Dari Gambar 13 di atas hasil uji tekuktidak menunjukkan adanya cacat terbukayang melebihi 3 mm sehingga hasil uji tekuklogam lasan memenuhi standar yangdipersyaratkan sedangkan hasil uji nickbreak juga tidak menunjukan adanya gasyang terjebak yang melebihi 1,6 mm daninklusi terak yang melebihi 3 mm sehinggahasil uji nick break ini memenuhipersyaratan standar.

Dari beberapa hasil pengujian di atasmaterial API 5L X60 memiliki mampu lasyang baik pada masukan panas rendah danmasukan panas tinggi sehingga dapatdibuatkan prosedur pengelasan yang dapatdigunakan sebagai acuan dalam prosespenyambungan pipa tersebut dilapangansesuai dengan acuan standar DNV-OS-F101, Submarine Pipe line Systems, August2010.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukanmaka dapat ditarik kesimpulan bahwamasukan panas yang tinggi akanmempengaruhi besarnya dilusi logam lassehingga daerah difusi logam las akan lebihlebar dibandingkan dengan masukan panasrendah. Ketangguhan material API 5L X60masih memenuhi persyaratan baik padamasukan panas rendah maupun masukanpanas tinggi hal ini ditunjukkan dengan nilaiimpak pada temperatur -10 oC masih di atas35 Joule dan distribusi kekerasan padamaterial ini masih memenuhi persyaratanyaitu masih di bawah 250 HV di daerah akarlas dan 275 HV di daerah permukaan logamlas. Keuletan material ini masih memenuhipersyaratan baik pada masukan panastinggi maupun masukan panas rendahseperti yang ditunjukkan dari hasil uji tekukdan nick break. Kekuatan tarik sambunganlas dan kekuatan tarik logam las memenuhipersyaratan baik yang masukan panasrendah maupun masukan panas tinggi.Sehingga dapat disimpulkan bahwa materialAPI 5L X60 memiliki ketangguhan danmampu las yang baik pada masukan panasrendah maupun tinggi.


51

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasihyang sebesar-besarnya kepada BapakLeonardo Sipangkar (Welding EngineerMCL), PT. Rekaya Industri dan PT. HafarDaya Konstruksi beserta stafnya yang telahmemberikan dan menyediakan fasilitaspercobaan dan sumbangan pikiran dalampenyusunan materi ini.

DAFTAR PUSTAKA

API 1104, 2010, Welding of Pipe Lines andRelated Facilities.

ASM Handbook Volume 1, 2005, Propertiesand Selection: Irons, Steels and HighPerformances Alloy.

ASM Handbook Volume 6, 1993, Welding,Brazing and Soldering.

AWS Welding Handbook Volume 1, 2010,“Welding Science and Technology”,Ninth Edition.

AWS Welding Handbook Volume 2, 2010,“Part 1: Welding Processes”, NinthEdition.

AWS Welding Handbook Volume 4, 2010,“Material and Applications Part 1”,Ninth Edition.

DNV-OS-F101, August 2012, SubmarinePipeline Systems, .

Khan, Ibrahim Md., 2007, “Welding Scienceand Technology”, New AgeInternasional Publisher, New Delhi, pp105-106, 108, 180-183.


52


Strategi Optimisasi Toleransi Geometris... (Pujiyanto, dkk)

53

STRATEGI OPTIMISASI TOLERANSI GEOMETRIS UNTUKKOMPONEN CYLINDER HEAD COVER PADA PENELITIAN DAN

PEMBUATAN KOMPONEN MOTOR BAKAR

GEOMETRIC TOLERANCE OPTIMIZATION STRATEGY FOR COMPONENTCYLINDER HEAD COVER IN RESEARCH AND DEVELOPMENTOF ENGINE

COMPONENTS

Pujiyanto dan Shinta VirdhianBalai Besar Logam dan Mesin, Kementerian PerindustrianJl. Sangkuriang No.12, Bandung, Jawa Barat, Indonesia

e-mail: [email protected]: 03/02/2014, direvisi: 28/03/2014, disetujui:14/04/2014

ABSTRACT

Before the manufacturing process, the design process was carried out include all things that affect the process ofmanufacturing, measurement, assembly and functioning of components. The design phase covers a process ofcollecting data and information, geometry and material data acquisition, virtual3-dimensional modeling, structuralanalysis and simulation of manufacturing, and production of shop drawings. The shop drawings are producedafter going through the series of analysis, such as the validation process of structural analysis and simulation ofmanufacturing, manufacturability analysis, measurable, assembly / interchangeability. Geometry Dimensioningand Tolerance(GD &T) is an international engineering drawing system that offers a practical method fordetermining3-D design dimensions and tolerances on engineering drawings, based on the graphic languageuniversally accepted, as published in national and international standards. With this principle, ambiguousinformation of the image can be eliminated to the maximum by manufacturability, measurable,assembly/interchangeability, and functioning of the components. This paper discusses the geometric toleranceoptimization strategy between the cylinder head cover to the cylinder head in the form of assembly abilitybetween the pattern and pinholes.

Keywords: GD&T Interchangeability, ,Geometry Tolerance Optimization

ABSTRAK

Sebelum dilakukan proses manufaktur dilakukan proses desain yang meliputi semua hal yang mempengaruhiproses pembuatan, pengukuran,perakitan dan keberfungsian dari komponen. Dalam tahapan proses desain,dilakukan proses pengumpulan data dan informasi data geometri dan material, pembuatan model virtual 3dimensi, analisa keterbuatan, keterukuran, keberfungsian, analisa struktur dan simulasi manufaktur, danproduksi gambar kerja. Dalam membuat gambar kerja, setelah melalui proses validasi dari analisa struktur dansimulasi manufaktur, dilakukan analisa keterbuatan, keterukuran, keterakitan/ketertukaran. GeometryDimensioning and tolerancing (GD&T)adalah sistemgambarteknikinternasionalyang menawarkanmetodepraktisuntuk menentukandimensidesain3-D dan toleransipadagambar teknik, berdasarkan padabahasagrafisditerima secara universal, seperti dimuatdalam standarnasionaldaninternasional.Dengan prinsip ini,keambiguan informasi dari gambar dapat dieliminir secara maksimal demi keterbuatan, keterukuran, keterakitan /ketertukaran, dan keberfungsian dari komponen. Tulisan ini membahas strategi optimasi toleransi geometrikantara cylinder head cover dengan cylinder head yang berupa keterakitan antar pola lubang dan pin.

Kata Kunci: GD&T, Ketertukaran, Optimisasi Toleransi Geometri

PENDAHULUAN

Indonesia adalah negara denganwilayah dan jumlah penduduk yangbesar.Wilayah kita terdiri atas daratan danlautan yang dihuni oleh ratusan jutapenduduk.Wilayah yang luas ini menjadi

potensi kekayaan yang luar biasa baginegara dan masyarakat, sehingga harusada pemanfaatan yang baik bagipemenuhan kebutuhan manusia yangtinggal didalamnya.Dengan jumlahpenduduk yang besar, eksplorasi danpemanfaatan kekayaan yang ada tidak


54

mungkin dilakukan secara tradisional,sehingga harus dilakukan secaraprogresif.Hal ini disebabkan oleh tuntutanpemenuhan kebutuhan yang semakin cepatdan butuh inovasi agar sesuai denganperkembangan jaman. Kebutuhan yangmencakup kebutuhan pokok dan kebutuhanlainnya harus dapat dipenuhi denganberbagai cara, baik yang masih tradisionalmaupun telah menggunakan bantuanteknologi yang baik.

Dalam pemenuhan kebutuhanpenduduk yang banyak ini diperlukanteknologi yang mampu membuat produksecara massal.Salah satu fokus kegiatanpenelitian dan pengembangan di BalaiBesar Logam dan Mesin adalah padapenelitian dan pembuatan komponen motorbakar. Motor bakar adalah mesin ataupesawat yang menggunakanenergi termaluntuk melakukan kerja mekanik yaitudengan cara mengubahenergi kimia daribahan bakar menjadi energi panas danmenggunakan energy tersebut menjadikerja mekanik (gerak).Kebutuhan motorbakar sebagai penggerak mula sangatdibutuhkan oleh masyarakat Indonesia.Pengembangan dari motor bakar dapatdipergunakan komponen utama dalammenggerakkan kendaraan bermotor, kapallaut, alat industri, kebutuhan rumah tangga,penggerak pompa, industri listrik, dansebagainya.

Permasalahan dalam pengembanganmotor bakar di Indonesia adalah kurangnyapenguasaan teknologi desain untukproduksi masal, sehingga sehinggakomponen yang dibuat tidak memilikimampu tukar. Sehingga komponen yangdibuat hanya bisa dipasang pada satusistem tetapi belum tentu dapat dirakitdengan komponen yang lain. Untuk itu,penguasaan teknologi produksi masalmenjadi tujuan utama dari kegiatanpenelitian dan pengembangan ini. Melaluipenguasaan teknik desain produksi masalyang menjamin keterbuatan, keterukuran,keterakitan/ ketertukaran, keberfungsiandari komponen, dan teknologi prosesmanufaktur, diharapkan ketergantunganterhadap teknologi asing dapat dikurangisecara bertahap.

Dalam pelaksanaannya, penelitiandan pengembangan dilakukan secara

bertahap dan disesuaikan dengankemampuan sumber daya yangada.Penelitian dan pengembangan inidilakukan pada salah satu komponen motorbakar, yaitu cylinder head coversebagaistudi kasus. Tujuan dari penelitian danpengembangan ini adalah membuat prototipproduksi massal dari komponen cylinderhead cover. Tulisan ini akan membahassalah satu tahapan dalam penelitian danpengembangan ini yaitu optimasi toleransigeometrik dari cylinder head cover. Tujuandari tahapan optimasi toleransi geometrik iniadalah untuk memperoleh data geometrikperpasangan antara cylinder head coverdengan cylinder head yang berupaketerakitan antar pola lubang dan pin.

Sebelum dilakukan proses manufakturdilakukan desain proses yang meliputisemua hal yang mempengaruhi prosesmanufaktur, perakitan dan keberfungsiandari komponen seperti geometri, material,parameter dalam proses manufaktur danlain lain. Dalam tahapan desain, dilakukanproses pengumpulan data dan informasi,pengambilan data geometri dan material,pembuatan model virtual 3 dimensi, analisastruktur dan simulasi manufaktur, danproduksi gambar kerja. Dalam membuatgambar kerja, setelah melalui prosesvalidasi dari analisa struktur dan simulasimanufaktur, dilakukan analisa keterbuatan,keterukuran, keterakitan/ketertukaran dankeberfungsian dari komponen cylinder headcover. Hasil dari analisa ini menjadi bankdata yang dipergunakan desainer dalammembuat / memproduksi gambar kerja(shop drawing) yang berprinsip padapembuatan dimensi dan toleransi secarageometrik (geometry dimensioning andtolerancing / GD&T). Dengan prinsip ini,keambiguan informasi dari gambar dapatdieliminir secara maksimal demiketerbuatan, keterukuran, keterakitan/ketertukaran, dan keberfungsian darikomponen. Dalam membuat gambar kerja,desainer ingin gambar kerja yang ia buatdapat dikerjakan pada suatu tahapanmanufaktur, misalnya proses permesinan.

Hasil dari proses permesinan inidiharapkan dapat dirakit dengan nyamanpada pasangannya. Namun karena gambaryang ia buat itu mengandung informasi yangberakibat multi tafsir, sehingga produk yang


55

dihasilkan dari suatu proses manufakturtidak sesuai yang diharapkan desainertersebut. Dampak lanjutannya adalahkeberfungsian dari produk yang dihasilkanmenjadi besar variabilitasnya .Hal ini sangattidak diinginkan oleh desainer.Ia inginjangkauan varibel yang diijinkan adalahterkendali pada jangkauan tertentu.

Berdasarkan data dan informasiyang berhasil dikumpulkan olehtimpenelitian dan pengembangan BBLM

pada industri lokal di Indonesia, sebagianbesar gambar kerja yang dibuat berpotensimulti tafsir yang tinggi. Hal ini disebabkanoleh belum dipelajari dan diterapkannyapembuatan gambar kerja dengan prinsipGD&T, baik itu didunia industri lokalmaupun sebagian besar perguruan tinggiteknik di Indonesia.Berikut adalah beberapacontoh gambar kerja yang umumnyaditerapkan pada industri lokal, sekolahkejuruan, dan perguruan tinggi di Indonesia.

Gambar 1. Contoh pembuatan gambar kerja dengan metode dimensi linear dantoleransibatas.


56

Gambar 1 merupakan gambar kerjadari produk flens (flange). Disini, desainermenginginkan gambar ini dibuat padaproses permesinan, kemudian diukur, danakhirnya dirakit (assembling). Setelahdibuat, kemungkinan produk yangdihasilkan adalah Gambar 1.a hingga 1.g.Dari sisi proses inspeksi geometri, semuaproduk itu dapat diterima, karena dari hasilukurnya masih dalam batas toleransi yangdiijinkan. Namun dari sisi proses perakitan,produk itu tidak diinginkan oleh desainer.Hal ini dikarenakan pada saat silinder dariflens ini dipasangkan pada pasangan

silinder yang lain, tepi badan flens itu terlihattidak rapih. Gambar garis putus-putusmerupakan produk riil dari hasil permesinan,sedangkan gambar garis kontinyu adalahproduk yang ingin dihasilkan pada prosespembuatan. Kemudian dari cara pandangdesainer yang lain dalam membuat gambaradalah seperti pada Gambar 2. Mirip yangterjadi pada Gambar 1, Gambar 2 masihberpotensi multi tafsir. Antara desainer,operator mesin, inspektor, dan prosesperakitan masih dalam cara pandang yangtidak sama. Sehingga produk yangdihasilkan masih belum memuaskandesainer.

Gambar 2. Contoh pembuatan gambar kerja dengan metode dimensi linear dan geometris sertatoleransi batas geometris.


57

Untuk mengatasi hal tersebut,diperlukan gambar yang benar-benardipahami secara sama antara desainer,operator mesin, inspektor, dan prosesperakitan, seperti pada Gambar 3. Denganmetode dimensi linear (plus / minus),daerah penerimaan dari variabel yangdihasilkan dari proses permesinan berupabidang persegi. Padahal dengan metodegeometris, daerah penerimaan berupalingkaran seperti digambarkan pada

Gambar 4. Artinya, ada potensi optimasidaerah penerimaan yang dihasilkan.Awalnya produk yang dihasilkan padaproduk yang mengacu pada strategi dimensilinear tidak diterima oleh inspektor, padahalproduk itu sebagian masih dapat dirakit.Dengan kasus ini perlu ada strategi yangmampu mewadahi kasus ini, yaitu strategimembuat gambar kerja dengan prinsipGD&T.

Gambar 3 Contoh pembuatan gambar kerja denganmetode dimensigeometris dantoleransibatas secara utuh

Gambar 4.Perbandingan zonatoleransi plus/ minusdibandingkan dengandiametral

METODE

Dalam penelitian ini cylinder headcover dipilih sebagai contoh kasus optimasitoleransi geometrik yang kemudian akandianalisa keterakitannya dengan komponencylinder head. Hipotesis utama adalahbahwa strategi dimensi dan toleransigeometris jauh lebih unggul dalammenjelaskan maksud dari desain, sertamemungkinkan daerah penerimaan terbesardari toleransi. Definisi geometris hanyadapat memiliki satu interpretasi teknis yangjelas. Jika ada lebih dari satu interpretasipersyaratan teknis, dapat menyebabkanmasalah tidak hanyadi tingkat desain, tetapijuga melalui manufaktur dan kualitas.Masalah ini tidak hanya menambah

kebingungan dalam sebuah organisasi,tetapi juga buruk mempengaruhi pemasokdan basis pelanggan. Walaupun begitu,pemanfaatan dimensi geometris dantoleransi tidak akan selalu membuat jelasgambar, karena apabila bahasa tidakdigunakan dengan benar dapatdisalahpahami dan dapat mencerminkanmaksud desain yang kurang sesuai.

Dalam tulisan ini akan membahaspemberian toleransi geometri pada fitur-fituryang berpasangan antara prosuk cylinderhead cover dengan cylinder head danmensimulasikan posisi pin dari cylinderhead dan lubang pada cylinder head coversehingga dapat dianalisa keterakitannya.Pemberian toleransi pada fitur-fitur produkcylinder head cover dilakukan dengan


58

berbagi pendekatan seperti yang telahdijelaskan sebelumnya, yaitu meliputi:1. Strategi dimensi dan toleransi linear.2. Strategi toleransi pada kondisi

regardless feature size (RFS).3. Strategi toleransi Geometric pada

kondisi material maksimum/ MMC.4. Strategi optimasi toleransi.

Cylinder head cover dan cylinderhead memilki bidang yang saling bertemudimana bidang pada cylinder head covermemiliki empat lubang dan bidang padacylinder head memiliki empat pin. Maksuddari desain (design intent) dari dua bidangini adalah dalam ukuran dan lokasitoleransi yang akan memungkinkan merekauntuk cocok bersama-sama, dengan kondisiterburuk tidak ada yang lebih ketat dari"line-to-line" fit. Dengan kata lain,hubunganantara lubang dengan ke tepi luar dari pinsangat penting.


Strategi dimensi dan toleransi linear

Gambar 5 menunjukkan carapenyajian gambar kerja denganmemberikan toleransi secara linier. Strategisemacam ini secara umum dipergunakanpada dunia industri lokal, sekolah kejuruan,dan bahkan perguruan tinggi. Jikadiperhatikan sekilas, tidak terlihatkejanggalan yang ada dengan carapemberian dimensi dan toleransi secaralinier ini. Untuk melihat akibat dari tata carapemberian dimensi dan toleransi secaralinier, setidaknya dapat dilakukan simulasidengan membuat sketsa. Gambar 6menunjukkan sketsa worst case dari strategidimensi dan toleransi linear. Kita dapatmengambil simulasi pada kondisi palingekstrim yaitu kondisi terburuk (worst case)dengan mengambil nilai toleransimaksimum pada salah satu komponen danminimum pada komponen yang lain. Dalamsimulasi ini, cylinder head coverdisimulasikan dalam kondisi toleransiminimum sedangkan gauge cylinder headdalam kondisi toleransi maksimum.

Dari Gambar 6 terlihat bahwa padakondisi toleransi ukuran cylinder head cover(garis warna merah) pada kondisi toleransiminimum berpasangan dengan cylinder

head (garis warna biru) pada toleransimaksimum maka dapat dipastikan bahwabenda ini tidak dapat dirakit, karena garisbiru berada diatas (berpotongan) dengangaris warna merah. Daerah jangkauanpenerimaan dari kedua komponen ini jauhdibawah toleransi maksimum/minimum. Iniartinya bahwa, tidak semua hasil inspeksigeometri yang dilakukan inspektor denganspesifikasi baik selalu akan dapat dipasangpada komponen pasangannya.

Dengan cara simulasi secara sketsa(menggunakan program aplikasi CAD /Computerized Aided Design), denganpenggambaran pada skala 1 : 1 (satuberbanding satu) pada kemungkinanditemukannya sampel produk padaberbagai kondisi diterima (dinyatakanditerima oleh inspektor), daerah geometriyang yang dapat dipasangkan (dirakit)terangkum pada Gambar 7.

Gambar 7 menunjukkan kondisidaerah keterterimaan perpasangan antarakedua perpasangan komponen tersebut.

Gambar 5. Gambar cylinder head cover(kiri) dan simulator gaugecylinder head (kanan) denganpencantuman dimensi dantoleransi secara linier.


59

Gambar 6.a. Kondisi terpasang 2 komponen pada komponen cylinder head cover padakondisi toleransi minimum berpasangan dengan simulator gauge cylinder headpada kondisi toleransi maksimum. b. Pembesaran kondisi lubang sebelah kiri. c.Pembesaran kondisi lubang sebelah kanan

A

B

Posisi A Posisi B


60

Gambar 7.Grafik Toleransi tumpukan (toleransi linear)

Strategi geometri toleransi ukuran fitur(regardless feature size/RFS).

Gambar 8 menunjukkan carapenyajian gambar kerja denganmemberikan toleransi ukuran fitur /RFS.Dibandingkan dengan kasus pertama,kasus yang kedua ini memiliki toleransiukuran nominal yang sama, tetapi padacara penyajian gambar secara liniermenggunakan toleransi plus minussedangkan pada cara RFS menggunakanukuran dasar. Nilai toleransi linear posisidari lubang± 0.5diganti dengan, yang maksudnya Lubang-lubang14mm(atau 13.5mmpin)harusdiposisikandalamtoleransisilindersebesar 0.1mm,terlepasdariukuran fiturmereka dalam batasbawah ataupun batas atas, dalamhubungandengan datum primerA,datumsekunderB, dan datumtersier C.

Dengan cara yang sama dengangambar 7, dengan mengubah diameterlubang pada ukuran nominal (diameter 14mm) dan diameter pin / poros pada ukurannominal (diameter 13.5 mm), daerahketerteriamaan secara mampu rakitditunjukkan pada gambar 9.

Gambar 8. Gambar cylinder head cover(kiri) dan simulator gauge cylinderhead (kanan) denganpencantuman dimensi dantoleransi ukuran fitur (regardlessfeature size/ RFS).

0.24

0

13.7513.90

0.12

14.10 13.60 13.40

VC

O.D.I.D.

Lokasilubang yangdiijinkan

Lokasi pin /poros yangdiijinkan


61

Gambar 9.Grafik Toleransitumpukan(posisi pada RFS)

Strategi toleransigeometric pada kondisimaterial maksimum / MMC

Gambar 10 menunjukkan semuatoleransi identik dengan Gambar 8. Satu-satunya perbedaan adalah dari fitur kondisiukuran dicatat dalam fitur bingkai kontrolberubah menjadi kondisi materialmaksimum (huruf M pada kotak toleransi).Lubang-lubang 14 mm (atau 13.5mm pin)yang diposisikan dalam toleransi silindersebesar 0.1mm, pada kondisi materialmaksimum (MMC), dalam hubungandengan datum utama A, datum sekunder B,dan datum tersier C. Apabila ukuran fiturtidak dalam kondisi material maksimum,maka toleransinya diberikan tambahansesuai perbedaannya dengan kondisimaterial maksimum (toleransi bonus).

Dengan cara simulasi yang samadengan dengan Gambar 7, denganmengubah ukuran posisi pada ukurandasarnya (ditunjukkan dengan ukurandidalam kotak), daerah keterteriamaansecara mampu rakit ditunjukkan padagambar 10.Tabel 1 menunjukkan toleransiyang didapatkan sebagai fitur ukuran padapergeseran MMC.

Gambar 10. Gambar cylinder head cover(kiri) dan simulator gaugecylinder head (kanan)denganpencantuman dimensi dantoleransi kondisi materialmaksimum (MMC).

Tabel 1. Toleransi bonus yang didapatkansebagai fitur ukuran padapergeseran dari MMC

Ukuran Fitur Pergeseran(displacement)

dari MMC

Toleransiposisi yang

diijinkan13.90 0.00 0.1313.95 0.05 0.1714.00 0.10 0.21514.05 0.15 0.25514.10 0.20 0.30

13.60 13.4013.9014.10

0.24Lokasi pin /poros yangdiijinkan

Lokasilubang yangdiijinkan

VC

0.12

0

I.D. O.D.

13.75


62

Gambar 11. Grafik toleransitumpukan(posisi diMMC)

Strategi toleransi pengoptimalankondisimaterial maksimum

Strategi toleransi ini merupakanperpanjangan dari konsep yang ditunjukkanpada Gambar 11 yang memungkinkanbonus toleransi untuk toleransi lokasionalyang bisa diperoleh sebagai fitur berangkatdari kondisi material maksimum. Dengancara yang sama, fungsi bagian inimemungkinkan fleksibilitas untuk jugamenambahkan toleransi ke arah ukuran.Dalam hal ini, ketika toleransi kuranglokasional digunakan, toleransi yang lebihtersedia untuk ukuran. Frame fitur kontrolsekarang berbunyi sebagai berikut: Lubang-lubang 14 mm (atau 13.5mm pin) harusdiposisikan dalam toleransi silinder"0" (nol)pada kondisi material maksimum dalamhubungan datum primer A, datum sekunderB, dan datum tersier Cprimer.

Dengan cara simulasi yang samadengan Gambar 7., dengan menggantiukuran lubang pada 13.80 mm dan pin /poros pada 13.70 mm, posisi lubang tetappada nominal ukurannya maka daerahpenerimaan yang dapat dipasangkan /dirakit seperti ditunjukkan pada Gambar 13.

Gambar 12.Gambar cylinder head cover(kiri) dan simulator gaugecylinder head (kanan) denganoptimasi tolerancing.

0

0.12

0.30

14.10 13.90 13.75 13.60 13.40

VC

LokasiLubang yang

diijinkann

Lokasi pin /poros yang

diijinkan

n

Lokasi Lubangyang diijinkan

O.D. I.D.0.24


63

Gambar 13. Kondisi terpasang dengan optimasi toleransi

KESIMPULAN

Gambar kerja yang umumnyaditerapkan pada industri lokal, sekolahkejuruan, dan perguruan tinggi di Indonesiaadalah strategi linear yang berpotensimenimbulkan multi tafsir sehingga produkyang dihasilkan dari suatu prosesmanufaktur tidak sesuai yang diharapkandesainer tersebut. Dampak lanjutannyaadalah keberfungsian dari produk yangdihasilkan menjadi besar variabilitasnya.Halini sangat tidak diinginkan oleh desainer.Iaingin jangkauan varibel yang diijinkanadalah terkendali pada jangkauantertentu.Strategi optimasi geometri darikondisi material maksimum ini dianggapoptimum untuk karena dengan metode ini,daerah penerimaan dari varian produk yangdihasilkan menjadi lebih lebar dibandingkandengan cara membuat dimensi secaralinear. Walaupun begitu, toleransi posisi 0hasil optimasi akan menyulitkan pembuatangauge dalam proses produksi sehinggametode strategi geometri dalam kondisimaterial maksimum dianggap lebih sesuaikarena dapat mengakomodir keinginandesainer dan dari sisi manufakturingdikarenakan produk yang dihasilkan akanmemiliki keterakitan yang tinggi dikarenakanadanya daerah penerimaan yang luas untukproduk pada kondisi material maksimum.

DAFTAR PUSTAKA

Drake, P., 1999. Dimension andTolerancing Hand Book, Mc Graw Hill,New York, USA.

Ficher, B.R. 2004. Mechanical Toleranceand Stack Up and Analysis, CRCPers. New York USA.

Huang, M. and Zhong, Y, 2008.Dimensionaland geometrical tolerance balancing inconcurrent design.Int. JournalAdvance Manufacturing Technology.35, 723-735.

Hu, J. and Xiong, G, 2005. Dimensional andgeometrical tolerance design basedon constraint.Int. Journal AdvanceManufacturing Technology. 26(9-10),1099-1108

Salomons et.al. 1996. A Computer Aidedtolerancing tool I: ToleranceSpecification. Computer in Industry.31. 161-174

Voelcker, H.B., 2002. Whiter Size inGeometric Tolerancing?. Proc. OfASPE Summer Tropical Meeting onTolerance Modeling andAnalysis.ASPE Press, Raleigh, USA.

Whitney, D.A., 2004. MechanicalAssemblies, Their Design,Manufacture, and Role in ProductDevelopment, Oxford UniversityPress, New York, USA.

14.7513.9015.10 13.60 13.40

VC

I.D. O.D.

0

0.12

0.240.12

0.300.12

LokasiLubangyangdiijinkan

Lokasipin /porosyangdiijinkan


64


Kajian Penggunaan Karbon Aktif … (Nani Harihastuti, dkk)

65

KAJIAN PENGGUNAAN KARBON AKTIF DAN ZEOLIT SECARATERINTEGRASI DALAM PEMBUATAN BIOMETHANE BERBASIS

BIOGAS

STUDY OF ACTIVATED CARBON AND ZEOLITE INTEGRATED APPLICATIONONBIOMETHANE PRODUCTION BASED ON BIOGAS

Nani Harihastuti, Purwanto, dan IstadiUniversitas Diponegoro

Jl. Imam Bardjo, SH No. 5, Semarang – Indonesiae-mail: [email protected]


ABSTRACT

This article is a study from the results of some researches that have been done in biogas purification. Biogascontains some impurities gases such as H2S, CO2, NH3, and H2O, in which not removed can caused influenceburning and disadvantages to human and environment. Biogas purification researches that have been donepurposed to purify only one or some impurities gases, so this study stands to give recommend in integratedbiogas purification research. Purification process designe in series that can be done is integration process ofcondensation and adsorption by activated carbon and zeolite, so that all of the impurities gases can be removedand remains high purity of CH4 in biogas as biomethane renewable energy resource.

Keywords: integration, adsorption, activated carbon-zeolite, biogas, biomethane

ABSTRAK

Artikel ini merupakan suatu kajian dari hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan untuk memurnikan biogas.Kandungn dalam biogas terdapat gas-gas pengotor seperti H2S, CO2, NH3, dan H2O yang apabila tidakdihilangkan dapat mempengaruhi pada proses pembakaran dan menimbulkan kerugian manusia danlingkungan. Penelitian-penelitian yang telah dilakukan mengenai pemurnian biogas hanya bertujuan untukmenghilangkan satu atau beberapa komponen gas pengotor secara parsial saja, maka dilakukan kajian ini agardapat dilakukan penelitian pemurnian biogas secara terintegrasi untuk menghilangkan komponen gas pengotorsecara menyeluruh sehingga diperoleh CH4 dengan kemurnian tinggi. Tahapan proses pemurnian yangdirancangadalah proses kondensasi yang terintegrasi dengan proses adsorpsi menggunakan adsorben karbonaktif dan zeolit, sehingga dihasilkan gas CH4 dengan kemurnian tinggi sebagai biomethane sumber energiterbarukan.

Kata kunci: integrasi, adsorpsi, karbon aktif-zeolit, biogas, biomethane

PENDAHULUAN

Biogas merupakan salah satu sumberenergi terbarukan yang berasal dari bahanorganik yang didegradasi secara anaerobikoleh bakteri dalam lingkungan bebasoksigen (Soerawidjaja, 2006).Komponenutama dari biogas yaitu metana (CH4, 54-70%-vol) dan karbondioksida (CO2, 20-45%-vol). Selain itu, terdapat gas lain yangjumlahnya relatif kecil, yaitu hidrogen sulfida(H2S), amonia (NH3), hidrogen (H2), nitrogen(N2), dan uap air (H2O). Biogas mulaidikenal di Indonesia tahun 1980-an, tetapipemanfaatannya baru mulai digunakan di

awal tahun 1990 dalam skala kecil untukkeperluan rumah tangga. Padahal adamanfaat lain dari biogas apabila dikeloladengan baik, antara lain untuk lampupenerangan, bahan bakar mesin gas (gasengine) untuk pembangkit listrik,ataupunpenyediaan energi untuk keperluan lainnya.Saat ini, biogas sudah mulai dikembangkandan dimanfaatkan oleh beberapa industrisebagai bahan bakar alternatif penggantibahan bakar minyak (Kwartiningsih, 2007).Selain berpotensi tinggi, pemanfaatanenergi biogas memiliki banyak keuntunganantara lain : mengurangi efek terjadinya gasrumah kaca (GRK), mengurangi bau tidak

Jurnal Riset Industri (Journal of Industrial Research) Vol. 8 No. 1, April 2014, Hal. 65 – 72

66

sedap, mencegah penyebaran penyakit,menghasilkan panas dan daya(mekanis/listrik), serta memperoleh hasilsamping berupa pupuk padat dancair(Hozairi dkk, 2012). Arsana (2005)menyebutkan bahwa kegiatan yangberpotensi sebagai sumber biogas antaralain rumah potong hewan, tempatpemrosesan akhir (TPA), industripeternakan, industri makanan (tahu, tempe,susu, restoran), sampah organik pasar,limbah domestik/tinja, pengolahan limbahindustri, dan sebagainya.

Komposisi senyawa gas yangterkandung dalam biogas berbeda-beda,tergantung dari bahan baku pembuatannya.beban organik yang masuk dalam digester,waktu dan temperatur dekomposisianaerobik. Komposisi kandungan senyawagas dalam biogas yang dihasilkan dariproses perombakan zat organik secaraanaerob mengandung metana (CH4)sebesar 53,45-56,89%, karbondioksida(CO2) 31,48-34,10%, hidrogen sulfida (H2S)6,04-10,69%, amonia (NH3) 0,001-0,003%,karbon monoksida (CO) 0,0027-0,0030%,kadar air 2,17-3,37%, dan gas lainnya 0,80-1,00% (Hasil Analisis Laboratorium BBTPPI,2010). Dari data tersebut, tampak jelasbahwa biogas adalah gas-gas campurandengan kandungan tertinggi adalah gasmetana (CH4), sehingga dapatdimanfaatkan sebagai sumber energialternatif. Nilai kalori biogas berkisar antara500-700 BTU/ft3 atau 4.500-6.300 kcal/m3

atau 17.900-25.000 kj/m3 (Polprasert, 2007).Energi yang terkandung dalam biogastergantung dari konsentrasi metana (CH4).Semakin tinggi kandungan metana makasemakin besar kandungan energi (nilaikalor) pada biogas, dan sebaliknya semakinkecil kandungan metana akan semakin kecilnilai kalornya. Sebagai pembanding, gasalam (LNG) yang merupakan campuranmetana, propana, dan butana nilai kalornya37.300 kJ/m3 (1.000 BTU/ft3).

Kualitas biogas yang masih belumoptimal tersebut dapat ditingkatkandenganmenghilangkan gas-gas impurities,seperti hidrogensulfida (H2S), amonia(NH3), kandungan uap air (H2O), dan karbondioksida (CO2). Gas-gas impurities ini selainakan mengganggudalam prosespembakaran, juga menurunkan nilai kalori

dan akan menghasilkan gas-gas beracun,korosif serta berbau yang berbahaya bagilingkungan. Hidrogen sulfida(H2S)merupakan gasberacun dan berbau,sertamenyebabkan korosi.Apabila biogasmengandung senyawa ini, maka akanmenyebabkan sifat gas berbahaya,konsentrasi yang diijinkan diudara ambienmaksimal 0,03 ppm (Imamkhasani, 1998).Bila gas dibakar maka hidrogen sulfidaakanlebih berbahaya karena akan membentuksenyawa baru bersama-sama oksigen, yaitusulfur dioksida/sulfur trioksida (SO2/SO3),senyawa ini lebih beracun dan berbahayabagi lingkungan. Pada saat yang sama akanterbentuk sulphur acid (H2SO3) yangmerupakan suatu senyawa yang lebihkorosif. Selanjutnya juga dilakukanpenghilangan kandungan karbon dioksida(CO2) yang memiliki tujuan untukmeningkatkan kualitas, sehingga gas dapatdigunakan untuk bahan bakar kendaraan.Kandungan air (H2O) dalam biogas akanmenurunkan titik penyalaan biogas (apimenjadi sering mati) serta dapatmenimbulkan korosi pada peralatanpembakar.

Pemurnian biogas dari berbagaikandungan gas pengotor yang merugikandapat dilakukan dengan berbagai teknik,antara lain adsorpsi pada padatan, absorpsike dalam cairan, permeabel melaluimembran, konversi kimia ke senyawa kimiayang lain, dan kondensasi. Empat jenisteknologi pemurnian terakhir dapatmenghasilkan secondary waste yangmenyebabkan pencemaran lingkungan.Beberapa penelitian yang telah dilakukanuntuk memurnikan biogas hanyadenganmenghilangkan salah satu atau beberapagas pengotor secara parsial saja, sehinggahasil yang diperoleh belum bisamendapatkan gas metana dengankemurnian tinggi. Untuk itu, diperlukanproses pemurnian biogas secaramenyeluruh agar tercapai gas metanadengan konsentrasi tinggi (biomethane).Biomethane merupakan sumber energiterbarukan yang berbasis biogas dengankandungan gas metana tinggi (> 95%)dengan impurities rendah.

Kajian ini dilakukan dengan tujuanmengembangkan konsep memperolehsumber energi terbarukan berbasis biogas


67

dengan kemurnian metana tinggi(biomethane).

METODE

Metode yang digunakan dalam kajianini adalah studi pustaka terhadap hasilpenelitian yang telah dilakukan, khususnyamengenai pemurnian biogas, kemudiandilakukan evaluasi terhadap hasil penelitiantersebut, untuk selanjutnya dibuat inovasikonsep penelitian pemurnian biogas secaraterintegrasi untuk mencapai produkbiomethane.


Hasil dari penelitian-penelitianmengenai pemurnian biogas denganberbagai teknik adalah sebagai berikut.a. Kwartiningsih (2007) memurnikan biogas

dari H2S dengan menggunakan limbahpembubutan logam menjadi Fe-EDTA 0,2M sebagai absorben dengan efisiensipenyisihan mencapai 99%.

b. Negara dkk (2012) menggunakan limbahlogam sebagai adsorben untukmenyisihkan H2S dengan efisiensipenyisihan mencapai 93,59%.

c. Aditya dkk (2012) melakukan pemurnianbiogas dari gas H2S dengan absorbenyang digunakan adalah NaOH, CuSO4,dan Fe2(SO4)3 dengan efisiensipenyisihan H2S tertinggi dari masing-masing absorben sebesar 96,32%,87,19%, dan 78,05%. Namun, tidakdisarankan penggunaan NaOH danCuSO4 dalam skala besar, karena tidakdapat diregenerasi.

d. Alwathan dkk (2013) memurnikan biogasdari hasil pengolahan limbah cair rumahsakit dengan menggunakan karbon aktifdalam berbagai ukuran dan waktupengaliran, dengan hasil terbaik adalahadsorben berukuran 14 mesh dapatmenyerap 368,65 mg H2S dalam waktu90 menit.

e. Fischer (2010) menggunakan teknologibiofilter untuk mereduksi kandungan H2S.Biofilter yang diinokulasikan lumpur aktifdapat mereduksi kandungan H2S lebihbaik daripada yang tidak diinokulasilumpur aktif. Biofilter dengan inokulasilumpur aktif dapat mereduksi H2S hingga

98,9%, sedangkan biofilter tanpainokulasi lumpur aktif hanya mampumereduksi H2S sebesar 31-56%.

f. Ofori-Boateng dan Kwofie (2009)melakukan penelitian pemurnian biogasdari CO2 dengan menggunakan metodewater scrubbing. Sebanyak 93% CO2mampu direduksi dari biogas.

g. Mara (2012) memurnikan biogas dariCO2 dengan menggunakan larutan NaOHyang kemudian dilihat daya yangdihasilkan oleh larutan NaOH. Semakintinggi kandungan CO2 yang dapatdireduksi, semakin besar daya yangdihasilkan. Didapatkan CO2 palingbanyak disisihkan dengan larutan NaOH2,5 N, dengan daya yang dihasilkansebesar 108,5 watt.

h. Vijay et al (2006) melakukan pemurnianbiogas dariCO2dengan menggunakanpacked bed scrubber dengan efisiensipenyisihan mencapai 95%.

i. Widyastuti dkk (2013) memurnikanbiogas dari CO2dengan menggunakankarbon aktif dari cangkang sawit yangdibandingkan dengan karbon aktifkomersial.Peningkatan kadarCH4sebesar 7% dan penurunan kadarCO2 sebesar 6,1% dengan menggunakankarbon aktif dari cangkang kelapasawit,sedangkan karbon aktif komersialmeningkatkan kadar CH4 sebesar 11,5%dan menurunkan kadar CO2 sebesar12,9%.

j. Apriyanti (2012) melakukan penelitianpemurnian biogas dari CO2 denganmenggunakan zeolit.Zeolit zeochem 4Adapat mengadsorpsi CO2sebanyak18,70%, yang dipengaruhi oleh jenis,ukuran, partikel, ukuran pori, jumlahzeolit, serta bentuk dan ukuran kolom.

k. Hamidi dkk (2011) menyisihkan H2S danCO2 dari biogas dengan menggunakanzeolit.Zeolit yang tidak dilakukan aktivasitidak menunjukkan penurunan kadarCO2, sedangkan zeolit yang diaktivasidengan larutan KOH dapat menurunkankandungan CO2 dan H2S.

l. Listyowati dkk (2012) menggunakanzeolit alam untuk memurnikan biogas dariCO2 dan H2S. CO2danH2Syang disisihkanmaksimal sebesar 87,041% dan64,977%. Kandungan CH4 dalam biogas


68

meningkat sebesar 37,375% setelahdimurnikan.

Dari hasil kajian penelitian-penelitiandi atas, diketahui bahwa pemurnian biogasdilakukan hanya secara parsial, misalnyapemurnian biogas dari H2S saja, CO2 saja,atau CO2 dan H2S saja. Padahaldiketahuibahwa dalam biogas terkandungberbagai macam impurities(gas pengotor)antara lain CO2, H2S, NH3, dan H2O yangdapat menyebabkan kerugian, baik padamanusia maupun lingkungan, apabila tidakdihilangkan terlebih dahulu sebelumdigunakan sebagai bahan bakar.

Penelitian mengenai pemurnianbiogas yang telah dilakukan, menggunakanmetode adsorpsi, absorpsi, biologis, danscrubber. Efisiensi yang dicapai dari prosespemurnian menggunakan metode-metodetersebut baik, kemurnian CH4yang dicapaijuga tinggi, akan tetapi metode-metodetersebut belum dapat menghilangkansemua komponen gas pengotor yang adadalam biogas. Dari hasil penelitian-penelitian tersebut diketahui pula bahwakarbon aktif memiliki daya adsorpsi yangbaik untuk menyisihkan H2S, sedangkandalam menyisihkan CO2, efisiensi

penyisihannya kecil.Sebaliknya, zeolit baikdalam menyisihkan CO2, tetapi dalammenyisihkan H2S kurang baik. Sehingga,untuk dapat menyisihkan CO2 dan H2Sdengan efisiensi yang tinggi, diperlukanadsorpsi secara terintegrasi denganmenggabungkan karbon aktif dan zeolitdalam satu proses. Dalam hasil penelitiantersebut, belum ada yang membahaspenghilangan gas impurities NH3 dalambiogas.Dari sifat karakteristiknya, gas NH3ini dapat teradsorpsi oleh karbon aktif,sehingga penghilangannya sudahterintegrasi dengan gas-gas lainnyamenggunakan adsorben karbonaktif.Kemudian, adanya uap air yangterkandung dalam biogas akan menurunkannilai kalori dan menyebabkan matinya apidalam proses pembakaran, serta bersifatkorosif pada alat-alat pembakar, sehinggajuga perlu untuk dihilangkan. Penghilanganuap air dapat dilakukan dengan proseskondensasi atau dengan menggunakanmolecular sieves. Dengan serangkaianproses pemurnian ini, diharapkan akandihasilkan CH4 dengan tingkat kemurnianyang tinggi dalam biogas. Tahapan prosessecara terintegrasi untuk mencapaibiomethane dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Diagram alir proses pemurnian biogas yang terintegrasi

Perlu diuraikan dalam tulisan ini,alasan pemilihan metode pemurnian sepertitersebut di atas. Gas H2S, NH3, danCO2dapat dimurnikan melalui metodeadsorpsi karena metode ini lebih ramahlingkungan. Sedangkan, metode-metodeyang lain seperti penggunaan absorbenseperti NaOH dan CuSO4kurang sesuaikarena tidak dapat diregenerasi sehingga

menimbulkan secondary waste yang harusdiolah agar tidak menyebabkan masalahbagi lingkungan, sehingga prosespemurnian dengan absorpsi menjadi tidakefisien.Kemudian, proses pemurnian secarapermeabel dengan menggunakan membranmemiliki angka efisiensi penyisihan tinggi,tetapi karena masih sulitnya pengoperasiandan membran untuk pemurnian gas yang

Biogas(CH4, CO2, H2S,

NH3& H2O)

GasCH4

murni(biomethane)

KondensasiAdsorpsi

karbon aktifAdsorpsi

zeolit

H2O H2S & NH3 CO2

Regenerasikarbon aktif

Regenerasizeolit


69

masih jarang diproduksi menyebabkanmetode ini belum menjadi pilihan untukditerapkan.

Alasan lain dalam pemilihan metodeadsorpsi adalah adsorben yang digunakandapat diregenerasi setelah mencapaikeadaan jenuh dalam kurun waktu tertentusehingga tidak menimbulkan masalah padalingkungan. Kejenuhan adsorben dapatterindikasi apabila konsentrasi gas pengotorpada input dan ouput proses adsorpsi tidakberubah (tetap). Proses regenerasi dapatdiklasifikasikan menjadi 4 kategori yangdapat dilakukan secara tersendiri maupundikombinasikan, yaitu (UOP, 2005) :a. Thermal swing, dengan cara

meningkatkan temperatur hingga 400-600˚F (204-316˚C). Lapisan adsorbendipanaskan secara langsung ataudengan transfer panas melalui fluidapanas.

b. Pressure swing, menggunakan tekananyang lebih rendah atau vakum untukmendesorpsi adsorben.

c. Purge gas stripping, menggunakan gaspembersihan yang tidak dapatteradsorpsi. Gas tersebut dapatmendesorpsi dengan mereduksi tekananparsial dari komponen yang teradsorpsi.Semakin tinggi temperatur operasi dansemakin rendah tekanan operasi, makasemakin efisien proses stripping.

d. Displacement, menggunakan mediapembersihan yang dapat diserapadsorben untuk menggantikan materialyang telah teradsorpsi. Semakin kuatadsorpsi media pembersihan, semakinsempurna pula proses desorpsi.

Dalam pemilihan proses regenerasi,sebaiknya dipilih metode yang tidakmenghasilkan secondary waste, dalam halini adalah dengan pemanasan pada suhutinggi (thermal swing) dalam waktu ± 3 jam.Setelah dilakukan regenerasi, makaadsorben dapat digunakan kembali dalamproses adsorpsi selanjutnya.

Selain gas-gas pengotor H2S, NH3,dan CO2, dalam biogas terkandung uap airyang harus dihilangkan. Penghilangan uapair dilakukan dengan proses kondensasidan dilakukan sebelum proses adsorpsikarenan akan mengganggu daya adsorpsi.Biogas yang mengandung uap air dialirkan

melalui pipa spiral yang didinginkan denganair dalam shell/tangki, sehingga terjaditransfer panas yang menyebabkan uap airmengembun dan akandihasilkan gas kering.

Rangkaian proses ini diharapkan akanmenghasilkan gas CH4 dengan konsentrasitinggi (biomethane). Formula yang terkaitdengan proses adsorpsi dinyatakan denganhukum adsorpsi isotherm Langmuir danFreundlich sebagai berikut.

Model persamaan Langmuir

........................... (1)

di mana C adalah konsentrasikesetimbangan ion (mmol L-1) dan x/madalah jumlah ion teradsorpsi (mmol kg-1).Konstanta b berhubungan dengan adsorpsimaksimum (mmol kg-1) dan k berhubungandengan kekuatan ikatan adsorben (L mmol-1).

Model persamaan Freundlich

.................. (2)

di mana x/m adalah jumlah ion teradsorpsi(mmol kg-1), C adalah konsentrasi ion dalamkesetimbangan larutan (mmol L-1). k dan nadalah konstanta isotherm Freundlich.

Dari persamaan Langmuir tersebut,akan dicari nilai k dan b setelah didapatkandata dari hasil penelitian eksperimental.Sedangkan dengan persamaan Freundlich,akan dicari nilai n dan log k setelahdidapatkan data dari hasil penelitianeksperimental.Proses adsorpsidikategorikan menjadi 2, yaitu adsorpsikimia dan adsorpsi fisika. Adsorpsi kimiaterkait dengan persamaan Langmuir,sedangkan adsorpsi fisika terkait denganpersamaan Freundlich.Dalam kajian ini,adsorpsi yang digunakan untuk pemurnianbiogas adalah adsorpsi fisika.Molekul/adsorbat yang terserap dalamproses adsorpsi fisika memiliki ikatan yangsangat lemah, yang mana interaksi antarmolekul adsorbat dengan atom adsorbenhanya dikarenakan oleh gaya Van derWaals (Kelleret al, 2005), sehingga adsorpsifisika bersifat reversible yang mudah untukdipisahkan kembali antara molekul yangterserap dari adsorben. Dengan adanya


70

sifat ini, apabila adsorben telah mencapaititik jenuh dalam waktu tertentu, maka dapatdilakukan regenerasi pada adsorbensehingga adsorben dapat digunakankembali dalam proses adsorpsi.

Suzuki (1990) menyebutkan bahwasemakin luas permukaan spesifik adsorbenmaka kemampuan adsorpsi akan semakinmeningkat. Selain itu, Suryawan (2004)menjelaskan bahwa karakteristik adsorbenyang dibutuhkan untuk adsorpsi yaitu :a. Luas permukaan besar sehingga

kapasitas adsorpsi tinggi.b. Memiliki aktivitas terhadap komponen

yang diadsorpsi.c. Memiliki daya tahan yang baik.d. Tidak ada perubahan volume yang

berarti selama peristiwa adsorpsi dandesorpsi.

Berdasarkan karakteristik biogas,maka digunakan karbon aktif yangberbentuk granular dengan diameter porisebesar 10-200 A˚. Hal ini sesuai denganSembiring dan Sinaga (2003) yangmenyatakan bahwa karbon aktif denganbentuk granular digunakan pada fase gasuntuk pemurnian gas.Daya jerap karbonaktif sangat besar, yaitu sebesar 25-1.000%terhadap berat karbon aktif (Darmawan,2008 dalam Prabarini dan Okayadnya,2014).Selain itu, untuk menentukankemampuan adsorpsi karbon aktif jugaharus dilihat dari metode aktivasi karbontersebut. Dengan metode aktivasi yangberbeda, maka sifat adsorpsi dari karbonaktif juga akan berbeda (Bansal dan Goyal,2005). Ketika dilakukan aktivasi, akanterbentuk gugus fungsi pada karbon aktifyang menyebabkan karbon menjadi reaktifsecara kimiawi. Oksidasi permukaan karbonaktif akan menghasilkan gugus hidroksilkarbonil, dan karboksilat yang memberikatsifat amfoter pada karbon, sehingga karbondapat bersifat sebagai asam maupun basa(Sudirjo, 2006). Karbon aktif sendirimerupakan adsorben yang bersifat nonpolar atau hidrofobik, sehingga tidak dapatmenghilangkan molekul uap air dalambiogas.

Menurut Smisek dan Cerny (1970),ukuran diameter pori-pori karbon aktifdibedakan menjadi 3, yaitu :

a. Makropori, jari-jari 25 nm, volume pori0,2-0,5 cm3/g, luas permukaan 0,5-2m2/g, fungsi sebagai pintu masukadsorbat ke karbon aktif

b. Mesopori, jari-jari 1-25 nm, volume pori0,02-0,05 cm3/g, luas permukaan 1-100m2/g, fungsi sebagai sarana transportasi

c. Mikropori, jari-jari < 1 nm, volume pori0,15-0,5 cm3/g, luas permukaan 100-1.000 m2/g, fungsi sebagai adsorpsi

Gambar 2. Karbon aktif granular (Manocha,2003)

Perbedaan porositas ini yangmenentukan reaktivitas (daya adsorpsi) darikarbon aktif.

Zeolit mempunyai rumus molekulMx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Komposisi mineralzeolit berdasarkan hasil analisa kuantitatifdari difraksi sinar-X (XRD) diperoleh jenismineral mordenit (32,70%), klinoptilotit(30,89%), mineral-mineral lainnya terdiri darimika, plagioklas dan kuarsa, sedangkanhasil analisa kimia rata-rata kandunganzeolit adalah sebagai berikut : SiO2 =64,55%, Al2O=12,83, Fe2O3=1,38, CaO=1,64, MgO= 0,71, K2O=2,81, Na2O= 0,33,TiO2 = 0,22, dan hilang dibakar = 15,18%(Arifin dan Harsodo, 1991), mempunyai nilaiKTK (kapasitas tukar kation) 52,00-67,00meq/100g (sebelum aktifasi) dan 65,00-84,00 meq/100g (setelah aktivasi) (Sarimandkk, 1996 dalam Eddy, 2006).Daya reaktifzeolit ditentukan oleh kandungan silikat danalumina.Selain itu, hilang bakar dan nilaiKTK juga menentukan daya adsorpsi darizeolit.Komposisi zeolit sintesis secaraumum berdasarkan Breck dan Flanigan(1968) dalam Lutz (2014) adalah sebagaiberikut.


71

NaA 2.0 SiO2 : 1 Al2O3 : 3.4 Na2O : 170 H2O

NaX 4.5 SiO2 : 1 Al2O3 : 6.3 Na2O : 280 H2O

NaY 9.0 SiO2 : 1 Al2O3 : 3.0 Na2O : 120 H2O

Dengan adanya kandungan Na dalamzeolit, maka zeolit akan sangat mudahmenyerap gas CO2 yang bersifat asamlemah, sehingga CO2 yang tidak teradsorpoleh karbon aktif akan diserap oleh zeolityang akan meningkatkan kemurnian CH4menjadi lebih tinggi.

KESIMPULAN

Proses pemurnian secara parsial tidakakan menghilangkan semua gas pengotoryang terkandung dalam biogas. Biogasyang dimurnikan melalui proses terintegrasiantara kondensasi dan adsorpsi denganmenggunakan adsorben karbon aktif danzeolit akandapat menghasilkan gas CH4dengan kemurnian tinggi (biomethane.).Hasil pemurnian biogas tersebut, akandidapatkan sumber energi terbarukan yangramah lingkungan.

SARAN

Hasil kajian ini perlu ditindaklanjutidalam penelitian pemurnian biogas secaraterintegrasi melalui proses kondensasi danadsorpsi dengan adsorben karbon aktif danzeolit untuk pembuktian secaraeksperimental dalam menghasilkanbiomethane.

UCAPAN TERIMAKASIH

Pada kesempatan ini, penulismengucapkan terimakasih kepada anandaAnif Rizqianti Hariz yang telah membantu didalam penyajian tulisan ini.

DAFTAR PUSTAKA

Aditya, Kusuma, Pricilia Melisa, dan AgusHadiyarto. 2012. Pemurnian Biogasdari Kandungan Hidrogen Sulfida(H2S) dengan NaOH, CuSO4,Fe2(SO4)3 dalam Packed ColumnSecara Kontinyu. Jurnal Teknologi

Kimia dan Industri Vol. 1 No. 1Hal.389-395.

Alwathan, Mustafa, dan Ramli Thahir. 2013.Pengurangan Kadar H2S dari BiogasLimbah Cair Rumah Sakit denganMetode Adsorpsi. Jurnal Konversi Vol.2 No. 1 hal.1-6.

Apriyanti, Eny. 2012. Adsorpsi CO2Menggunakan Zeolit : Aplikasi PadaPemurnian Biogas. Jurnal UniversitasPandanaran Vol. 10 No. 23.

Bansal, Roop Chand dan Goyal,Meenakshi. 2005. Activated CarbonAdsorption. Taylor & Francis Group.

Eddy, Herry Rodiana. 2006. Potensi danPemanfaatan Zeolit di Provinsi JawaBarat dan Banten. Bulletin SumberDaya Geologi Vol. 1 No. 2.

Fischer, Mary Elizabeth.2010. BiogasPurification : H2S Removal usingBiofiltration. Tesis Master AppliedScience, Chemical Engineering,University of Waterloo. Ontario.

Hamidi, Nurkholis, I. N. G. Wardana, danDenny Widhiyanuriyawan. 2011.Peningkatan Kualitas Bahan BakarBiogas Melalui Proses Pemurniandengan Zeolit Alam. Jurnal RekayasaMesin Vol. 2 No. 3 Hal.227-231.

Hozairi, Bakir, dan Buhari. 2012.Pemanfaatan Kotoran Hewan MenjadiEnergi Biogas Untuk MendukungPertumbuhan UMKM di KabupatenPamekasan. Jurnal TeknologiPeternakan Sumber Energi yangTerbarukan, LP2M Universitas IslamMadura.

Imamkhasani, S. 1998. Lembar DataKeselamatan Bahan Vol. 1.PuslitbangKimia Terapan, Lembaga IlmuPengetahuan Indonesia.

------------------------ 1998. Lembar DataKeselamatan Bahan Vol. 2. PuslitbangKimia Terapan, Lembaga IlmuPengetahuan Indonesia.

------------------------ 1998. Lembar DataKeselamatan Bahan Vol. 3. PuslitbangKimia Terapan, Lembaga IlmuPengetahuan Indonesia.

Keller, Jurgen U., Erich Robens, dan Cedricdu Fresne von Hohenesche. 2002.Thermogravimetric and SorptionMeasurement


72

Techniques/Instruments. Journal ofUniversitat Siegen. Germany.

Kementerian Energi dan Sumber DayaMineral. 2008. Pusat Data danInformasi ESDM.

Listyowati, Anggreini F. P., Wirakartika M.,S. R. Juliastuti, dan Nunik Hendrianie.2012. Penurunan Kadar CO2 dan H2Spada Biogas dengan Metode AdsorpsiMenggunakan Zeolit Alam. JurnalTeknik Pomits Vol. 1 No. 1 Hal.1-5.

Lutz, Wolfgang. 2014. Zeolite Y: Synthesis,Modification, and Properties - A CaseRevisited. Hindawi PublishingCorporation, Advances in MaterialsSciense and Engineering.

Mara, I Made. 2012. Analisis PenyerapanGas Karbondioksida (CO2) denganLarutan NaOH terhadap KualitasBiogas Kotoran Sapi. Jurnal DinamikaTeknik Mesin Vol. 2 No. 1 Hal.38-46.

Negara, K.M.T., T.G.T. Nindhia, I.M.Sucipta, I.K.A. Atmika, D.N.K.P.Negara, I.W. Surata, dan A.A.I.A.S.Komaladewi. 2012. Pemurnian Biogasdari Gas Pengotor Hidrogen Sulfida(H2S) dengan Memanfaatkan LimbahGeram Besi ProsesPembubutan.Jurnal Energi danManufaktur Vol. 5 No. 1 Hal.33-41.

Ofori-Boateng, C. dan Kwofie, E. M.2009.Water Scrubbing : A BetterOption for Biogas Purification forEffective Storage. World AppliedSciences Journal 5 Hal.122-125.

Peraturan Presiden No. 5 Tahun 206tentang Kebijakan Energi Nasional.

Polprasert, C. 2007. Organic WasteRecycling -Technology andManagement (3rd edition). IWAPublishing. London.

Prabarini, Nunik dan Okayadnya, D.G.2014.Penyisihan Logam Besi (Fe)pada Air SUmur dengan Karbon Aktif

dari Tempurung Kemiri.Jurnal IlmiahTeknik Lingkungan Vol. 5 No. 2.

Sembiring, M.T. dan Sinaga, T.S. 2003.Arang Aktif (Pengenalan dan Proses).

Smisek, M.dan Cerny, S. 1970. Activecarbon: Manufacture, properties andapplication. Elsevier PublishingCompany. New York.

Soerawidjaja, Tatang H. 2006. PotensiSumber Daya Hayati Indonesia dalamPenyediaan Berbagai Bentuk Energihttp://www.dikti.org/biogasdiunduhpada tanggal 31 Oktober 2014.

Sudirjo, M. 2006. Pembuatan Karbon Aktifdari Kulit Kacang Tanah (ArachisHypogeae) dengan Aktivator AsamSulfat.Tugas Akhir UniversitasDiponegoro.

Suryawan, Bambang. 2004. KarakteristikZeolit Indonesia sebagai AdsorbenUap Air.Disertasi Fakultas TeknikUniversitas Indonesia.

Suzuki, Motoyuki. 1990. AdsorptionEngineering. Kodansha Ltd. Tokyo.

UOP. 2005. Introduction to ZeoliteMolecular Sieves. http://www.uop.comdiunduh pada tanggal 28 November2014.

Vijay, Virendra K., Ram Chandra, ParchuriM. V. Subbarao, dan Shyam S. Kapdi.2006. Biogas Purification and Bottlinginto CNG Cylinders : Producing Bio-CNG from Biomass for RuralAutomotive Applications. The 2nd JointInternational Conference on“Sustainable Energy and Environment(SEE 2006)” 21-23 November 2006,Bangkok, Thailand.

Widyastuti, Apria, Berlian Sitorus, danAfghani Jayuska.2013. Karbon Aktifdari Limbah Cangkang Sawit sebagaiAdsorben Gas dalam Biogas HasilFermentasi Anaerobik SampahOrganik.JKK Vo. 2 (1) hal.30-33.

Penentuan Konsentrasi Koagulan …(Ulil Hamida)

73

PENENTUAN KONSENTRASI KOAGULAN DAN PH OPTIMUMDALAM PENGOLAHAN AIR LIMBAH MENGGUNAKAN MODEL

JARINGAN SYARAF TIRUAN

DETERMINING THE OPTIMUM COAGULANT CONCENTRATION AND PH INWASTE WATER TREATMENT USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORK MODEL

Ulil HamidaSekolah Tinggi Manajemen Industri Jakarta, Kementerian Perindustrian

Jl. Letjend Suprapto No. 26 Cempaka Putih Jakarta Pusat, Indonesiae-mail: [email protected]

diajukan:03/03/2014, direvisi: 01/04/2014, disetujui: 14/04/2014

ABSTRACT

Industrial growth in Indonesia not only causes positive impacts but also has a negative impact on theenvironment. Environmental pollution is caused by improper waste management. In reducing the impact ofenvironmental pollution, enterprise uses chitosan as an alternative coagulant. From the obtained data, analysis isrequired to determine the coagulant concentration and pH of waste water. The analysis uses Artificial NeuralNetwork (ANN), which is expected to provide a better model. ANN architecture used to conduct training is 2-9-1.With that architecture, performance (indicated by MSE) generated by the model from the training process is0.0000015, while MSE resulting from the validation process is 0.016731. The concentration of chitosan coagulantrecommended to obtain optimum results is greater than or equal to 500ppm. While the optimum pH value isgreater than or equal to 9.

Keywords: waste treatment, concentration of coagulant, optimum pH, turbidity, chitosan, artificial neural network

ABSTRAK

Pertumbuhan industri di Indonesia yang meningkat selain memberikan manfaat positif juga menimbulkandampak negatif terhadap lingkungan perairan, tanah maupun udara. Pencemaran lingkungan tersebut salahsatunya diakibatkan oleh pengolahan limbah yang tidak tepat. Dalam mengurangi dampak pencemaranlingkungan, perusahaan melakukan pengolahan dengan mencoba alternatif penggunaan koagulan kitosan. Daridata yang diperoleh, diperlukan analisis yang lebih mendalam untuk menentukan kadar konsentrasi koagulandan pH limbah yang tepat untuk pengolahan tersebut. Dalam melakukan analisis digunakan Jaringan SyarafTiruan(JST) yang diharapkan mampu memberikan model yang lebih baik. Arsitektur JST yang digunakan untukmelakukan training adalah 2-9-1. Dengan arsitektur tersebut, performansi (ditunjukkan dengan MSE) yangdihasilkan oleh model tersebut untuk proses training adalah 0,0000015, sedangkan MSE yang dihasilkan dariproses validasi adalah 0,016731. Konsentrasi koagulan kitosan yang disarankan untuk mendapatkan hasiloptimum adalah menggunakan konsentrasi lebih besar atau sama dengan 500ppm. Sedangkan pH yangmemberikan nilai optimum disarankan menggunakan pH lebih besar atau sama dengan 9.

Kata Kunci: pengolahan limbah, konsentrasi koagulan, pH optimum, turbiditas, kitosan, jaringan syaraf tiruan

PENDAHULUAN

Pertumbuhan industri di Indonesiadidorong untuk mengalami kenaikan setiaptahunnya. Pertumbuhan tersebut diyakinibagi semua pihak dapat memberikanmanfaat yang cukup besar bagi masyarakatdan negara. Meskipun demikian,keberadaan industri yang semakin banyakjuga memberikan dampak negatif terhadaplingkungan perairan, tanah dan udara.

Salah satu dampak negatif yangditimbulkan oleh adanya berbagai industriadalah pencemaran lingkungan yangdiakibatkan oleh pengolahan limbah yangtidak tepat. Salah satu jenis limbah yangbanyak dihasilkan oleh industri adalahlimbah berbentuk cairan. Pemerintah,khususnya Kementerian Lingkungan Hidup,berupaya untuk mengurangi dampak limbahindustri dengan salah satunya menentukansyarat standar baku limbah olahan industri.


74

Standar tersebut tertuang dalam PerMenLingkungan Hidup No. 3 Tahun 2010 dandapat dilihat pada Tabel 1.

Berdasarkan Tabel 1, salah satukriteria penting dalam standar mutu air hasilolahan industri adalah zat padat terlarut(TSS). Dalam memenuhi standar tersebut,salah satu proses yang dilakukan padapengolahan limbah cair hasil produksiadalah dengan melakukan proseskoagulasi/flokulasi. Salah satu hal yangperlu diperhatikan adalah penentuan zatkoagulan baik jenis dan kadar yangdigunakan. Penggunaan zat koagulanberdasarkan pada jumlah dan kualitas airyang akan diolah, kekeruhan, metodepenyaringan serta sistem pembuanganlumpur endapan. Jenis koagulan antara lainAlum (Aluminium Sulfat), Ferro Sulfat, danPoly Aluminium Chlorida (PAC).

Tabel 1 Baku Mutu Air Limbah Kawasan IndustriNo. Parameter Satuan Kadar

Maksimum1 pH - 6-92 TSS mg/L 1503 BOD mg/L 504 COD mg/L 1005 Sulfida mg/L 16 Amonia (NH3-

N)mg/L 20

7 Fenol mg/L 18 Minyak &

Lemakmg/L 15

9 MBAS mg/L 1010 Kadmium mg/L 0,111 Krom

Heksavalen(Cr6++)

mg/L 0,5

12 Krom total (Cr) mg/L 113 Tembaga (Cu) mg/L 214 Timbal (Pb) mg/L 115 Nikel (Ni) mg/L 0,516 Seng (Zn) mg/L 1017 Kuantitas Air

LimbahMaksimum

0,8 Lperdetikper HaLahan

Kitosan dapat digunakan sebagaikoagulan. Kitosan memiliki keunggulanbersifat biokompatibel yang berarti sebagaipolimer alam tidak mempunyai efeksamping, tidak bercaun, dapat dicerna danmudah diuraikan oleh mikroba. Kitosandapat digunakan sebagai koagulan karena

dapat mengikat lemak dan logam beratpencemar. Gugus amina yang dimilikinyaterdiri dari unsur nitrogen (N) yang bersifatsangat reaktif dan bersifat basa. Limbah cairyang direaksikan dengan logam berat akanberubah menjadi koloid dan menjadi flok.Dengan keunggulan kitosan tersebut,dilakukan uji coba penggunaan kitosansebagai koagulan dalam mengolah limbahyang dihasilkan. Penggunaan tersebutmemerlukan analisis mengenai konsentrasikoagulan kitosan dan pH limbah yang tepatuntuk dapat menghasilkan koagulasi yangoptimum.

Dalam mendapatkan nilai konsentrasikoagulan dan pH tersebut, perusahaanmelakukan percobaan dalam bentuk jar-testkarena keterbatasan biaya dan waktu.Terkait dengan permasalahan tersebut,maka diperlukan analisis tambahanterhadap data percobaan yang diperoleh.Analisis tersebut diperlukan untukmengetahui konsentrasi koagulan dan pHlimbah yang memberikan hasil yangoptimum. Dalam melakukan analisisterhadap data percobaan tersebutdigunakan metode Jaringan Syaraf Tiruanuntuk mengetahui komposisi terbaik darikonsentrasi koagulan kitosan dan pH limbahuntuk mendapatkan turdibiditas terbaikdengan menggunakan Jaringan SyarafTiruan (JST)/artificial neural network(ANN).

Berdasarkan permasalahan yang ada,penelitian ini bertujuan untuk membangunarsitektur model JST untuk memprediksitingkat konsentrasi koagulan kitosan dan pHcairan limbah untuk mendapatkan turbiditasterbaik. Pada penelitian ini juga dilakukanperancangan dan implementasi perangkatlunak untuk menerapkan arsitektur jaringanJST yang telah ditentukan sebelumnya.Setelah implementasi, dilakukan penentuankonsentrasi koagulan kitosan dan pH cairanlimbah untuk mendapatkan turbiditas terbaikdengan menggunakan JST

Jaringan Syaraf Tiruan (JST)merupakan salah satu bagian daripengembangan ilmu komputer dalambidang intelejensia komputasional danbanyak diinspirasi oleh cara kerja otakmanusia (Hamida & Suprayogi, 2012).Kemampuan untuk menangani banyakvariabel dalam bentuk yang kompleksmenyebabkan model JST dipakai untuk


75

menyelesaikan berbagai masalah.Berdasarkan penelitian yang telahdilakukan, Nirmawaty (2013)mengemukakan bahwa JST memberikanhasil yang baik untuk melakukan deteksikanker serviks pada citra hasil rekaman CT-Scan. Jaringan Syaraf Tiruan jugadigunakan dalam peramalan produksi BANGT3 (Fitrisia et al 2010), peramalanpenjualan mobil (Pakaja et al, 2012) danpenentuan dosis tawas dalam pengolahanair bersih (Narita et al 2009). JST jugamemberikan kinerja yang baik dalammemperkirakan produksi tebu pada PTPNIX (Kusuma et al 2011) dan pada penentuanmerk (Suhari, 2010).

Berbeda dengan penentuan dosiskoagulan dalam skala jar test, penentuandosis koagulan dengan JST menggunakanmodel yang diharapkan dapat mendekatikondisi sebenarnya dan dapat memberikanhasil tanpa perlu menyiapkan percobaan.Permatasari et al (2013) menggunakanpersamaan non linier dalam penentuandosis tawas. Narita et al (2009)menggunakan JST untuk

Karakteristik ANN yang ditiru darijaringan syaraf biologis adalah kemampuanbelajar yang dimiliki manusia. Kemampuanini adalah faktor utama yang membedakansistem saraf tiruan dari aplikasi sistem pakar(expert system). Sistem pakar diprogramuntuk membuat kesimpulan (inference)berdasarkan data atau pengetahuan darilingkungan, sedangkan sistem saraf tiruandapat menyesuaikan bobot node sebagaitanggapan atas input dan mungkin padaoutput yang diinginkan.

Aplikasi JST dapat digunakan untukberbagai tujuan. Beberapa penggunaan JSTantara lain untuk estimasi/prediksi(aproksimasi fungsi, peramalan),pengenalan pola (klasifikasi, diagnosis dananalisis diskriminan), klustering(pengelompokan tanpa adanyapengetahuan sebelumnya), dan optimasi(pencarian solusi terhadap model linier dannon linier yang melibatkan variabelkontinyu/diskrit)

Beberapa bentuk jaringan pada JSTterdiri dari yang paling sederhana hanyaberupa satu layer (single layer), lalumeningkat lebih rumit menjadi layermajemuk (multiple layer) dan dapat berupa

jaringan dengan lapisan kompetitif(competitive layer net). Kemampuanjaringan tersebut berbeda-beda. Semakinrumit suatu jaringan, maka persoalan yangdapat diselesaikan menjadi lebih luas.Jaringan dengan layer kompetitifdiperuntukkan untuk pencarian pola secaramandiri karena setiap neuron pada jaringantersebut saling berkompetisi untukmendapatkan hak aktif. Struktur jaringanyang umum digunakan adalah multilayerdan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Jaringan Syaraf Tiruan(Kusumadewi & Hartati, 2010)

Pada JST yang dibangun diperlukanproses pembelajaran agar dapatmenentukan bobot yang tepat pada setiapneuron. Pembelajaran pada JST terdiri daridua macam yakni supervised learning(pembelajaran terawasi) dan unsupervisedlearning(pembelajaran tak terawasi).

Pada penelitian kali ini, prosespembelajaran yang digunakan adalahbackpropagation yang merupakan salahsatu jenis supervised learning. Prosespembelajaran sendiri diawali dari prosesfeedforward, dan kemudian dilanjutkan padaproses backpropagation. Setelahproses backpropagation, akan dilakukanpengecekan apakah nilai target error telahdicapai, jika target error telah dicapai, makaproses pembelajaran selesai, yangmenghasilkan koreksi dari bobot jaringan.Jika tidak maka akan kembali keproses feedforward. Hal ini akan terusberlangsung sampai menemukannilai epoch maksimum.

Model jaringan syaraf tiruan memilikikelemahan yaitu kemungkinan adanya overfitting. Overfitting terjadi bila penggunaandata untuk training, testing dan validasi tidak


76

sebanding (proportional). Hal ini dapatdihindari dengan menggunakan k-foldvalidasi silang.

Kelemahan berikutnya adalah sifatjaringan syaraf tiruan berupa black boxthinking, yaitu hubungan antara variabelinput dan output tidak dijelaskanpenyebabnya. Sedangkan perbedaan pokokantara jaringan syaraf dengan model regresiadalah kemampuan jaringan syaraf tiruanuntuk menghitung bobot setiap data dalamlayar yang tersembunyi dan digunakan teruspada layar selanjutnya untuk mendapatkanoutput.Dalam melakukan proses validasi k-fold dapat digunakan langkah-langkah yangdapat dilihat pada Gambar 2.

Proses validasi k-fold dilakukansebagai berikut yakni (1) melakukanpembagian data yang tersedia menjadibagian untuk training, validasi dan testing,(2) memilih arsitektur dan parametertraining, (3) melakukan training model yangdipilih menggunakan data yang sudahditentukan, (4) mengevaluasi modelmenggunakan data validasi, (5) mengulangilangkah 2 s/d 4 dengan menggunakanarsitektur dan parameter yang berbeda, (6)memilih arsitektur terbaik dari prosestraining dan validasi, (7)mengimplementasikan arsitektur jaringanyang dipilih dengan data testing.

METODE

Bahan

Bahan/ data yang diperlukan padapenelitian ini meliputi kadar konsentrasikoagulan, pH air limbah dan turbiditas. Datapenelitian diperoleh dari Waste WaterTreatment Plant (WWTP) yang dimiliki olehPT XYZ. Selama ini penelitian yangdilakukan masih dalam skala jar test.Penelitian yang dilakukan berada di rentangkonsentrasi koagulan dari 250 ppm hingga500 ppm. PH limbah diatur dari rentang 5hingga 9. Dari percobaan yang dilakukandiperoleh data pada Tabel 2. Data penelitiantersebut kemudian dianalisis lebih lanjutmenggunakan metode jaringan syaraftiruan.

Tabel 2 Data PenelitianKonsentrasi

koagulan (ppm) pH Turbiditas(NTU)

250 5 35.4250 6 20.5250 7 21.5250 8 10.2250 9 7.04300 5 38.6300 6 19.2300 7 18.3300 8 17.4300 9 8.73350 5 38.7350 6 20.6350 7 21.8350 8 18.8350 9 3.88400 5 40.9400 6 18.8400 7 19.6400 8 10.86400 9 9.52450 5 14.1450 6 20.9450 7 19.6450 8 8.64450 9 3.42500 5 13.8500 6 17.7500 7 24.5500 8 18.9500 9 2.42

Sumber: PT XYZ, 2013

Metode yang digunakan dalampenelitian ini digambarkan pada Gambar 2.Langkah tersebut antara lain: studi pustaka,pengumpulan data dari waste watertreatment plant (WWTP). Setelah dataterkumpul, dilakukan pengolahan data awalsebelum kemudian dilakukan perancanganmodel JST. Setelah model JST diketahui,dilakukan implementasi dengan programMatlab, dan diakhiri dengan simulasi yangdigunakan untuk menentukan kadar


77

konsentrasi koagulan dan pH optimumdalam pengolahan limbah.

Gambar 2. Kerangka Pemecahan Masalah

Dengan menggunakan datapercobaan yang terdiri dari 3 variabel yaitukonsentrasi koagulan, pH limbah danturbiditas maka dibuat model jaringan syaraftiruan. Dua faktor yang menjadi input padajaringan adalah konsentrasi koagulan danpH limbah. Sebagai output dari jaringantersebut adalah turbiditas. Model tersebutdapat dilihat pada Gambar 3.

Penjelasan dari kerangka pemecahanmasalah yang digunakan dalam penelitianini secara rinci dijelaskan sebagai berikut.

Pembagian Data Training dan Validasi

Setelah data penelitian dinormalisai,selanjutnya, data seluruh data variabeldibagi menjadi dua yaitu data yangdigunakan untuk melakukan training JST(data in-sample) data yang digunakan untukvalidasi (data out-sample). Data yang

digunakan untuk melakukan trainingmerupakan 80% dari jumlah data yaitu 24data, dan data yang digunakan validasisejumlah 6 data.

……………….

Gambar 3. Pemodelan PenentuanKonsentrasi Koagulan dan pHpada Pengolahan Limbah

)Min(X)Max(X

)Min(XXX

ii

iii

ˆ ..............................(1) (III-1)

Penentuan Arsitektur Jaringan SyarafTiruan

Arsitektur yang dipilih untuk JST padapenelitian ini merupakan arsitektur dengan 3layer. Layer pertama merupakan layer input,layer kedua merupakan hidden layer, danlayer ketiga merupakan output layer.

Layer input memiliki neuron sebanyakvariabel input yaitu 2. Layer output memilikineuron sebanyak 1 yaitu variabel output.Pada hidden layer, harus ditentukan jumlahlayer yang dapat memberikan performansiterbaik pada jaringan.

Untuk menentukan jumlah neuronpada hidden layer, dilakukan simulasidengan menggunakan jumlah neuron yangbervariasi pada hidden layer yaitu 1 hingga10. Hidden layer yang memiliki performansiterbaik ditunjukkan dengan nilai MSE yangpaling baik.

Simulasi dengan Arsitektur JST terbaik

Arsitektur JST yang diperoleh padaproses sebelumnya kemudian digunakanuntuk melakukan training dengan datatraining yang telah ditentukan. Setelahtraining dilakukan, data validasi kemudiandigunakan dalam jaringan tersebut. Setiappengolahan tersebut kemudian dicatat

X1 konsentrasikoagulan

X2 pHturbiditas


78

performansinya dengan ukuran MSE (MeanSquared Error).

Simulasi Penentuan KonsentrasiKoagulan dan pH Optimum

Setelah mendapatkan jaringan syaraftiruan yang dianggap baik untukmemodelkan hubungan antara konsentrasikoagulan, pH dan turbiditas setelahpengolahan, maka dilakukan simulasi untukmenentukan konsentrasi koagulan dan pHoptimum.

Simulasi dilakukan denganmenyiapkan data yang dirancangsedemikian rupa untuk memungkinkantercakupnya seluruh kemungkinankomposisi konsentrasi koagulan dan pHpada rentang yang diinginkan.

Unnormalisasi Data Hasil Simulasi

Kombinasi konsentrasi dan pHdianggap optimum apabila menghasilkannilai mendekati 0 pada simulai sebelumnya.Akan tetapi data yang diperoleh merupakanbukan data sebenarnya karena masihdalam rentang normalisasi JST.

Untuk mendapatkan data sebenarnyadilakukan unormalisasi dengan rumussebagai berikut:

)Min(X))Min(X)(Max(XXX iiiii ˆ ..........(2) (III-1)


Pengolahan data dilakukan denganmenggunakan perangkat lunak Mathlabyang menyediakan fasilitas modul ArtificialNeural Network.

Langkah pertama dalam pengolahandata adalah dengan melakukan normalisasipada data yang dimiliki untuk mendapatkaninput yang memiliki rentang dari -1 hingga 1sebagai syarat dari input pada jaringansyaraf tiruan. Normalisasi ini diterapkanuntuk seluruh data baik konsentrasikoagulan, pH limbah maupun turbiditas.

Normalisasi Data Penelitian

Normalisasi data dilakukan denganmemasukkan data penelitian pada Tabel 2

ke dalam persamaan 1. Hasil normalisasitersebut dapat dilihat pada Tabel 3.

Mencari Jumlah Neuron yang Tepatuntuk Hidden Layer

Setelah normalisasi input, langkahselanjutnya adalah mencari jumlah neuronyang tepat untuk digunakan pada hiddenlayer di jaringan JST. Caranya adalahdengan mencoba satu persatu jaringandengan hidden layer 1 hingga hidden layerke 10. Pencarian tersebut menghasilkandata pada Tabel 4.

Dari tabel tersebut diperoleh bahwajumlah neuron pada hidden layer yangmemberikan nilai MSE terkecil adalah 9neuron. Berdasarkan hal tersebut makaarsitektur yang digunakan untuk melakukantraining pada jaringan syaraf tiruan untukpersoalan tersebut adalah 2-9-1.

Menggunakan JST untuk Data Validasi

Untuk menghindari kondisi overfittingyang dihasilkan dari pemodelan JST, makadigunakan metode k-fold yang membagidata training dan data validasi.

Data yang diperoleh dari pencarianperbandingan yang tepat tercantum padaTabel 5.

Melakukan Simulasi untuk MenentukanKonsentrasi Koagulan dan pH Optimum

Setelah data training digunakan untukmenentukan jaringan JST yang digunakan,maka jaringan tersebut kemudian digunakanuntuk menentukan konsentrasi koagulandan pH optimum.

Data konsentrasi koagulan yangdigunakan sebanyak 21 data denganinterval dari 200 ppm hingga 700 ppm. DatapH yang digunakan berkisar dari 0 hingga10. Dari dua jenis data tersebutmenghasilkan 231 (21 x 11) buah kombinasidata yang menjadi input dari JST yang telahdibuat.

Hasil simulasi dari data tersebutdiperoleh dan menghasilkan kombinasiyang memberikan turbiditas optimum (lihatTabel 6).


79

Tabel 3 Normalisasi Data PenelitianKonsentrasi

koagulan(ppm) pH

Turbiditas(NTU)

0.1 0.5 0.35400.1 0.6 0.20500.1 0.7 0.21500.1 0.8 0.10200.1 0.9 0.07040.2 0.5 0.38600.2 0.6 0.19200.2 0.7 0.18300.2 0.8 0.17400.2 0.9 0.08730.3 0.5 0.38700.3 0.6 0.20600.3 0.7 0.21800.3 0.8 0.18800.3 0.9 0.03880.4 0.5 0.40900.4 0.6 0.18800.4 0.7 0.19600.4 0.8 0.10860.4 0.9 0.09520.5 0.5 0.14100.5 0.6 0.20900.5 0.7 0.19600.5 0.8 0.08640.5 0.9 0.03420.6 0.5 0.13800.6 0.6 0.17700.6 0.7 0.24500.6 0.8 0.18900.6 0.9 0.0242

Tabel 4 Pencarian Jumlah Hidden LayerJumlah Layer MSE

1 0,0032 0,00083 0,00074 0,000185 0,000136 0,0000247 0,00000948 0,00000369 0,0000015

10 0,0000021

Tabel 5 Hasil MSE yang diperoleh dariProses Training dan ProsesValidasi

MSE Training MSE Validasi0,0000015 0,016731

Melakukan Unnormalisasi Data

Sebagai tahap akhir dari simulasimenggunakan jaringan syaraf tiruantersebut adalah mengubah data normalisasitersebut menjadi data sebenarnya denganunnormalisasi. Unnormalisasi dilakukandengan memasukkan data pada Tabel 6dalam persamaan 2. Hasil dariunnormalisasi tersebut dapat dilihat padaTabel 7.

Tabel 6 Data Hasil Simulasi denganTurbiditas Rendah

Konsentrasikoagulan

(ppm) pHTurbiditas

(NTU)0.65 1 0

0.7 1 00.75 0.9 00.75 1 0

0.8 0.9 00.8 1 0

0.85 0.8 00.85 0.9 00.85 1 0

0.9 0.8 00.9 0.9 00.9 1 0

0.95 0.8 00.95 0.9 00.95 1 00.95 0.7 0.0001

0.7 0.9 0.00030.8 0.8 0.00050.9 0.7 0.0012

0.65 1 0.00150 0.9 0.0071

0.65 0.9 0.00870.55 1 0.0161

0.6 0.9 0.02060 1 0.0221

Dari data, beberapa kombinasikonsentrasi dan pH dapat digunakan untukmendapatkan hasil yang lebih baik, yaitukonsentrasi di atas 500 ppm, PH antara 9hingga 10.


80

Perbandingan Antara Hasil ModelJaringan Syaraf Tiruan dengan HasilAktual

Hasil simulasi, terdapat komposisikonsentrasi koagulan dan pH limbah yangmemberikan turbiditas baik (Tabel 7).Dibanding dengan hasil Jartest, diperolehkomposisi yang memiliki nilai konsentrasikoagulan dan pH limbah mendekati rentangpercobaan (data training), Tabel 2, sepertipada no 22, 23 dan 24 memberikan hasilyang sesuai. Sedangkan komposisi yangjauh dari rentang percobaan memberikanhasil tidak sama dengan hasil simulasi.

Berdasarkan kondisi tersebut, saatterdapat data baru, dilakukan training modelJST kembali untuk menghasilkan modelyang lebih baik. Demikian seterusnya,sehingga model yang dihasilkan semakinsesuai dengan kondisi aktual.

Tabel 7 Data Hasil UnnormalisasiNo Konsentrasi

koagulan (ppm) pHTurbiditas

(NTU)1 525 10 02 550 10 03 575 9 04 575 10 05 600 9 06 600 10 07 625 8 08 625 9 09 625 10 0

10 650 8 011 650 9 012 650 10 013 675 8 014 675 9 015 675 10 016 675 7 0.0117 550 9 0.0318 600 8 0.0519 650 7 0.1220 525 10 0.1521 200 9 0.7122 525 9 0.8723 475 10 1.6124 500 9 2.0625 200 10 2.21

KESIMPULAN

Dari hasil simulasi yang dilakukanmaka dapat diambil kesimpulan antara lain:model JST untuk pencarian konsentrasikoagulan dan pH yang optimum dalampengolahan air limbah memiliki 2 inputvariabel yaitu konsentrasi koagulan dan pH.Variabel output yang dimiliki adalahturbiditas sebagai salah satu indikatordalam waste water treatment. MSE yangdihasilkan JST pada proses training adalah0,0000015, sedangkan MSE yangdihasilkan dari proses validasi adalah0,016731. Berdasarkan MSE tersebut,performansi JST cukup baik. Konsentrasikoagulan kitosan yang disarankan untukmendapatkan hasil optimum adalahmenggunakan konsentrasi lebih besar atausama dengan 500ppm. Sedangkan pH yangmemberikan nilai optimum disarankanmenggunakan pH lebih besar atau samadengan 9. Konsentrasi koagulan.Berdasarkan perbandingan hasil simulasidengan jar test diketahui bahwa hasil yangsesuai dengan aktual diperoleh saat nilaikonsentrasi koagulan dan pH yangdigunakan mendekati nilai yang digunakanpada saat training.

SARAN

JST memiliki kelemahan yang sangatharus diperhatikan yaitu overfitting. Untukmengurangi kesalahan yang dihasilkanakibat overfitting ini data yang digunakanharus cukup banyak.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih diucapkan sebesar-besarnya kepada Bagian WWTP PT XYZyang telah membantu dalam mendapatkandata penelitian yang digunakan dalampenelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Fitrisia. Adiwijaya & Rakhmatsyah, A. 2010.Prediksi Produksi BAN GT3Menggunakan Jaringan Syaraf TiruanResilient Propagation dan Weight-Elimination. Makalah dalamKonferensi Nasional Sistem dan


81

Informatika. Bali: STIMIK STIKOMBali.

Hamida, U., Suprayogi. 2012. PendekatanNon Parametrik dan Artificial NeuralNetwork untuk Sistem Peringatan DiniKrisis Komoditas Crude Palm Oil.Seminar Diseminasi Hasil PenelitianKementerian Perindustrian danPusdiklat Desember 2012.

Kusumadewi, Sri & Hartati, Sri. 2010.Neuro-Fuzzy Integrasi Sistem Fuzzy &Jaringan Syaraf Edisi 2. Yogyakarta:Graha Ilmu.

Kusuma I,W & Abadi A,M. 2011. AplikasiModel Backpropagation NeuralNetwork untuk Perkiraan ProduksiTebu pada PT. PerkebunanNusantara IX. ProsidingSeminar Nasional Matematika dan Pendidikan Matematika Yogyakarta 3 Desember 2011 ISBN 978 – 979 –16353 – 6 – 3

Narita,K, dkk. 2009. Penerapan JaringanSyaraf Tiruan untuk Penentuan DosisTawas pada Proses Koagulasi SistemPengolahan Air Bersih. JurusanTeknik Fisika Fakultas TeknologiIndustri Institut Teknologi SepuluhNopember.

Nirmawaty, D.A., Suhariningsih, &Saraswati, D.A. 2013 Deteksi KankerServiks ( Carsinoma Serviks Uteri )pada Citra Hasil Rekaman CT-ScanMenggunakan Jaringan Syaraf Tiruan.

Jurnal Fisika dan Terapannya Vol.1, No.2,April 2013.

Pakaja F., Naba A., & Purwanto. 2012.Peramalan Penjualan MobilMenggunakan Jaringan Syaraf Tiruandan Certainty Factor. Jurnal EECCISVol. 6, No. 1, Juni 2012

Permatasari, T,J & Apriliani, E. 2013.Optimasi Penggunaan KoagulanDalam Proses Penjernihan Air JurnalSains dan Seni Pomits Vol. 2, No.1,(2013) 2337-3520 (2301-928X Print)

Permen KLH No 03 Thn 2010. Diakses dari:http:/blh.jogjaprov.go.id/%20wp-content/uploads/Permen-No.13-thn-2010-UKL-UPL.pdf (September 2014)

Suhari, 2010. Jaringan Syaraf Tiruan :Aplikasi Pemilihan Merek, JurnalTeknologi Informasi DINAMIK VolumeXV No.2, Juli 2.


82


pengembangan teknologi proses pembuatan …

Documents