Pengoptimuman Parameter Proses Pembentukan Komposit Serat Buah Kelapa Sawit/Resin Polyester Menggunakan Metode Taguchi Hendra suherman1), Yovial Mahyoeddin2), Puba Pratama 3) Jurusan Teknik Mesin, Universitas Bung Hatta Padang Kampus III; Jl. Gajah Mnada, Gunung Pangilun E-Mail:
[email protected]
ABSTRAK Komposit adalah kombinasi antara dua material atau lebih yang berbeda bentuknya, komposisi kimianya, dan tidak saling melarutkan. Proses pembentukan komposit dipengaruhi oleh berbagai parameter diantaranya : komposisi bahan, morfologi serat, Weight ability, polaritas dan sebagainya. Untuk mengoptimumkan Parameter Proses Pembentukan Komposit Serat Buah Kelapa Sawit/Resin Polyester dengan Menggunakan Metode Taguchi.Penelit ian ini bertuuan untuk Mengoptimuman Parameter Proses Pembentukan Komposit Serat Buah Kelapa Sawit/Resin Polyester Menggunakan Metode Taguchi. Pada proses pembentukan komposit serat buah sawit ini di pilih faktor dan level sebagai berikut: Komposisi (30%, 40%, 50%), Panjang serat(1cm 2cm 3cm), Katalis (1ml, 2ml, 3ml). Hasil optimasi dari penelitian ini berupa respon Taguchi terhadap nilai tegangan dan harga impact , dengan kondisi spesimen sebagai berikut : spesimen uji tarik Taguchi (Komposisi 50% Panjang serat 2 cm dan katalis 2 ml) dan spesimen uji impact Taguchi Komposisi 40% Panjang serat 3cm dan katalis 1 ml). Kata kunci : Resin Polyester, Komposisi, Panjang serat, katalis, Metode Taguchi, Tarik, Impak .
1. PENDAHULUAN Perkembangan dibidang teknologi dan sains pada jaman sekarang ini mendorong material komposit banyak digunakan pada berbagai macam aplikasi produk. Secara global material komposit dikembangkan untuk menggantikan material logam yang banyak digunakan sebelum berkembangnya material komposit. Menurut Matthews dkk. (1993), komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masingmasing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan
karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Untuk mendapatkan parameter proses pembentukan komposit serat buah sawit yang optimum, digunakan Design of experiment (DOE) dengan metode parameter taguchi. Metode ini dipilih karena memiliki tingkat keefektifan yang tinggi dibandingkan dengan metode faktorial yang lain. Sebagai contoh jika ada tiga parameter yang diuji dengan masing-masing parameter mempunyai tiga level, jika DOE menggunakan full faktorial maka akan ada 33 = 27 kombinasi percobaan hal ini jelaS akan membutuhkan biaya yang besar dan waktu yang lama, sedangkan dengan metode parameter taguchi hanya butuh 9 kombinasi percobaan namun karena pada metode taguchi ini hanya sebagian variasi
percobaan yang dilakukan dibandingkan dengan metoda full faktorial, maka perlu diteliti tingkat keakuratan metode ini. Berdasarkan hal tersebut diatas peneliti ingin mendapatkan pengoptimuman parameter proses pembentukan komposit serat buah kelapa sawit/resin polyester menggunakan metode taguchi.
dalam suatu produk dan bukan diinspeksi ke dalamnya. 2.
Kualitas dapat diraih dengan baik dengan cara meminimasi deviasi target. Produk tersebut harus dirancang sedemikian rupa hingga dapat mengantisipasi faktor lingkungan yang tak terkontrol.
3.
Biaya dari kualitas seharusnya diperhitungkan sebagai fungsi deviasi dari standar yang ada dan kerugiannya harus diperhitungkan juga kedalam sistem.
2. Tinjauan Pustaka 2.1 Metode Parameter Taguchi Metode Taguchi pertama kali dicetuskan oleh Dr. Genichi Taguchi pada tahun 1949 saat mendapat tugas untuk memperbaiki sistem komunikasi di Jepang. Dr. Genichi Taguchi memiliki latar belakang engineering, juga mendalami statistika dan metematika tingkat lanjut, sehingga ia dapat menggabungkan antara teknik statistik dan pengetahuan engineering. Ia mengembangkan metode Taguchi untuk melakukan perbaikan kualitas dengan metode percobaan „baru‟, artinya melakukan pendekatan lain yang memberikan tingkat kepercayaan yang sama dengan SPC (Statistical Process Controll). Taguchi memiliki pandangan yang berbeda mengenai kualitas, ia tidak hanya menghubungkan biaya dan kerugian dari suatu produk saat proses pembuatan produk tersebut, akan tetapi juga dihubungkan pada konsumen dan masyarakat. “Kualitas adalah kerugian setelah produk digunakan oleh masyarakat di samping kerugian yang disebabkan oleh mutu produk itu sendiri”. Taguchi memperkenalkan suatu ukuran yang disebut Signal-to-noise ratio yang mencerminkan ukuran perbandingan antara besar signal (yang dapat diteliti atau dapat dideteksi) dengan besar noise (yang biasanya tidak terdeteksi atau dapat dideteksi dengan biaya yang mahal) yang mempengaruhi hasil nilai respon (yang dalam hal ini adalah nilai karakteristik kualitas yang diteliti). Taguchi menghasilkan disiplin dan struktur dari disain eksperimen. Hasilnya adalah standarisasi metodologi disain yang mudah diterapkan oleh investigator. Adapun konsep Taguchi adalah : 1. Kualitas seharusnya didisain ke
Seven Point Taguchi Menurut Robert H. Lochner & Joseph E. Matar (1990), filosofi Taguchi dapat dirangkum menjadi 7 elemen dasar (seven point Taguchi) : 1.
Dimensi penting dari kualitas produk yang diproduksi adalah total kerugian yang diteruskan oleh produk tersebut ke konsumen.
2. Dalam era ekonomi yang penuh persaingan, perbaikan kualitas secara terus menerus dan pengurangan biaya adalah penting untuk dapat bertahan dalam bisnis. 3.
Perbaikan yang terus menerus meliputi pengurangan variasi dari karakteristik produk dari nilai target mereka.
4. Kerugian yang diderita konsumen akibat produk yang bervariasi seringkali mendekati proporsi deviasi kuadrat dari karakteristik dari nilai targetnya. 5.
Kualitas akhir dan biaya proses produksi ditentukan oleh perluasan yang besar dari desain engineering dari produk dan proses produksinya.
6. Variasi dari produk atau proses dapat dikurangi dengan mengeksploitasikan efek nonlinear dari parameter produk atau proses pada karakteristik. 7. Desain eksperimen statistik dapat digunakan untuk mengidentifikasi setting parameter dari produk atau proses yang akhirnya dapat mengurangi variasi. Signal-to-noise ratio dari Taguchi Untuk memperoleh produk yang variabilitasnya kecil, eksperimen perlu dilakukan pengulangan sedikitnya dua kali, dengan tujuan agar keragamannya dapat dihitung. Taguchi merekomendasikan ukuran Signal-to-noise ratio yang tergantung pada permasalahannya (respon yang diinginkan), yaitu : 1) Makin kecil makin baik (Smaller-thebetter). Pada situasi ini respon idealnya adalah nol, besarnya Signal-to-noise ratio adalah : = -10 Log10 [ Mean of Sum of Squares of measured data]
kebalikannya sehingga respon idealnya menjadi nol. 3) Terbaik pada nilai nominal (Nominal is the best) Pada situasi ini respon idealnya adalah nilai target tertentu, besarnya Signal-to-noise ratio adalah :
dimana n adalah jumlah ulangan pada tiap tiap runs percobaan. 3. METODOLOGI PENELITIAN Metode penelitian menggunakan serat buah kelapa sawit dengan parameter yang dipilih sebagai berikut : Komposit terdiri dari:
serat buah kelapa sawit resin poliester
Dengan memvariasikan : dimana n adalah jumlah ulangan pada tiap tiap runs percobaan. Contoh : percobaan dengan respon adalah jumlah cacat, keausan dan lain-lain.
panjang serat perbandingan resin dengan katalis dan komposisi (serat:resin)
Matrik yang digunakan pada pengujian ini adalah resin polyester.
i. Peosedur Kerja 2) Makin besarl makin baik (larger-thebetter). Pada situasi ini respon idealnya adalah tak terhingga, besarnya Signal-to-noise ratio adalah : = -10 Log10 [ Mean of Sum of Squares of reciprocal measured data]
dimana n adalah jumlah ulangan pada tiap tiap runs percobaan. Kasus ini dapat dipandang sebagai kasus khusus dari situasi smaller-thebetter yaitu responnya dibuat sebagai
Proses pembuatan komposit dilakukan sebagai berikut : 1. Persiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan meliputi: A. Bahan : Serat buah sawit Resin polyester Katalis B. Alat : Cetakan Beaker glass Alat suntik (ml)
2.
3. 4.
5.
6.
7.
8. 9.
10.
Pengaduk Kertas pasir Siapkan cetakan dan susun serat buah sawit (dengan variasi panjang yang telah ditentukan) dengan susunan sejajar kedalam cetakan. Masukkan resin polyester kedalam beaker glass sebanyak 30 ml. Ambil katalis dengan menggunakan alat suntik sebanyak yang telah ditentukan sesuai dengan variasi yang telah ditentukan. Masukkan katalis yang telah diambil dengan alat suntik kedalam beaker glass dan aduk selama 2 menit. Tuangkan campuran resin polyester dengan katalis kedalam cetakan yang telah diisi serat buah sawit yang telah disusun secara sejajar. Bolak balik serat secara perlahan dengan menggunakan sendok agar matriks dapat mengisi seluruh rongga cetakan. Tunggu selama 2-3 jam hingga komposit mengeras. Setelah komposit mengeras, angkat dan keluarkan komposit dari dalam cetakan. Ulangi langkah diatas untuk proses pembuatan spesimen selajutnya dengan variasi komposisi serat, panjang serat, katalis sesuai dengan variasi dibawah ini
(100% Resin Polyester + 1 ml Katalis) (100% Resin Polyester + 2 ml Katalis) (100% Resin Polyester + 3 ml Katalis) (komposisi Serat 30% + Katalis 1 ml + Panjang Serat 1 cm) (komposisi Serat 30% + Katalis 2 ml + Panjang Serat 2 cm) (komposisi Serat 30% + Katalis 3 ml + Panjang Serat 3 cm) (komposisi Serat 40% + Katalis 2 ml + Panjang Serat 1 cm) (komposisi Serat 40% + Katalis 3 ml + Panjang Serat 2 cm)
(komposisi Serat 40% + Katalis 1 ml + Panjang Serat 3 cm) (komposisi Serat 50% + Katalis 3 ml + Panjang Serat 1 cm) (komposisi Serat 50% + Katalis 1 ml + Panjang Serat 2 cm) (komposisi Serat 50% + Katalis 2 ml + Panjang Serat 3 cm) 11. Setelah semua spesimen selesai dibuat, bersihkan dan rapikan spesimen.
Gambar. 1 Spesimen Uji tarik taguchi
Gambar. 2 Spesimen Uji impak taguchi Proses Pengujian Tahap ini merupakan tahap terakhir dari penelitian, dimana komposit telah diperoleh dan dilakukan analisa karaktewristik. Tahap ini merupakan tahap untuk menganalisa karakteristik komposit dari serat kulit batang melinjo dengan uji tarik dan uji impak.
5
14, 5
13, 8
6, 0
5, 8
118, 0
118, 5
130
14,6586
6
14, 5
14, 2
5, 8
5, 6
118, 0
120, 0
80
9,3317
7
15, 0
14, 7
5, 5
5, 4
118, 0
118, 7
110
13,08
8
15, 0
14, 8
6, 0
5, 8
118, 0
120, 8
80
8,72
9
14, 8
14, 6
6, 0
5, 9
118, 0
118, 2
80
8,837
10
15, 0
14, 7
6, 0
5, 9
117, 5
119, 5
110
11,99
11
14, 5
14, 0
5, 5
5, 2
118, 0
118, 4
125
15,376
12
14, 5
14, 4
5, 6
5, 3
118, 0
119, 3
135
16,309
Analisa a. Uji Tarik Pengujian sifat mekanik material ini dilakukan dengan menggunakan ASTM D 3039. Material komposit di beri tegangan tarik sampai putus, dicatat beba maksimum dan regangannya.
b. Uji Impak Pengujian Impak adalah suatu kriteria penting untuk mengetahui kegetasan bahan polymer (Tata dan Sinroku, 1995). Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impak), (Callister, 2010). Pengujian ini menggunakan ASTM E-23. 4. HASIL ANALISA PEMBAHASAN
DAN
Setelah dilakukan pengujiian tarik dan impak maka didapatkan data hasil pengujian sebagai berikut:
Tabel 2. Hasil Analisa Data Pengujian Impak Spesimen Control Nomor spesimen
Lebar W (mm
Tebal T (mm)
Panjang L (mm)
Massa Pendulum (Kg)
Sudut α
Sudut β
Harga Impak (J/mm2)
1
10
10
60
22
140
137
0,074
2
10
10
60
22
140
137
0,074
3
10
10
60
22
140
137
0,074
Spesimen Uji Impak Taguchi
Tabel 1. Hasil Analisa Data Pengujian Tarik Spesimen Control
Nomor spesim en
Lebar (mm) W o
Tebal (mm)
Wi
T o
Ti
Panjang (mm)
Lo
Beba n mak s
Tegang an (τ) N/mm2
Li (Kg)
14, 9
14, 3
6, 0
5, 8
117, 5
118, 2
315
2
14, 6
13, 9
5, 6
5, 3
116, 8
117, 6
150
17,997
3
14, 8
13, 9
5, 6
5, 3
118, 0
122, 3
90
10,625
95
11,4434
1
14, 8
14, 4
5, 5
5, 4
117, 4
118, 2
10
10
60
22
140
137
0,074
5
10
10
60
22
140
137
0,074
6
10
10
60
22
140
137
0,074
7
10
10
60
22
140
136
0,1007
8
10
10
60
22
140
137
0,074
9
10
10
60
22
140
135
0,127
10
10
10
60
22
140
137
0,074
11
10
10
60
22
140
136
0,1007
12
10
10
60
22
140
136
0,1007
34,5
Spesimen Uji Tarik Taguchi 4
4
4.1 Grafik Respon Taguchi Pengujian Tarik Respon Taguchi Terhadap Tegangan
Pengujian Impak Respon Taguchi Terhadap Harga Impak Main Effects Plot for SN ratios Data Means
Main Effects Plot for SN ratios Data Means
komposisi
komposisi
panjang serat
-21,0
22 21 20 30%
40% katalis
50%
1
2
3
Mean of SN ratios
23
Mean of SN ratios
panjang serat
-20,5
-21,5 -22,0 -22,5 30%
40% katalis
50%
1
2
3
1
2
3
-20,5 -21,0
23
-21,5
22
-22,0 -22,5
21 20 1
2
Signal-to-noise: Larger is better
3
Signal-to-noise: Larger is better
Grafik 5 Main Effects Plot For SN Ratios
Grafik 3 Main Effects Plot For SN ratios Main Effects Plot for Means
Main Effects Plot for Means
Data Means
Data Means
komposisi
panjang serat
komposisi
panjang serat
0,10
14 13
0,09
11 10 30%
40% katalis
50%
1
2
3
Mean of Means
Mean of Means
12 0,08 30%
40% katalis
50%
1
2
3
1
2
3
0,10
14 0,09
13 12
0,08
11 10 1
2
3
Grafik 4 Main Effects Plot For Means
Kondisi spesimen uji tarik Taguchi yang optimum dapat dilihat dengan kondisi sebagai berikut A3 (komposisi 50%) B2 (Panjang serat 2cm) C2 (katalis 2ml).
Grafik 6 Main Effects Plot For Means
Kondisi spesimen uji impak Taguchi yang optimum dapat dilihat dengan kondisi sebagai berikut A2 (komposisi 40%) B2 (Panjang serat 3cm) C2 (katalis 1 ml).
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian kekuatan tarik pada spesimen uji tarik taguchi maka didapatkan hasil yang optimum dengan kondisi spesimen sebagai berikut : - Komposisi 50% Panjang serat 2 cm dan katalis 2 ml. Berdasarkan hasil pengujian kekuatan impak pada spesimen uji impak taguchi maka didapatkan hasil yang optimum dengan kondisi spesimen sebagai berikut : - Komposisi 40% Panjang serat 3cm dan katalis 1 ml.
5.2 Saran
Sebaiknya dilakukan pengujian terhadap spesimen uji tarik dan uji impak yang optimum, seperti yang di sarankan metode Taguchi DAFTAR PUSTAKA
Taguchi Genichi, Quality Engineering in production systems, McGraw-Hill book Company, singapore, 1989. Iriawan Nur, Puji Astuti Septin, Mengolah Data Statistik Dengan Mudah Menggunakan Mini 14, Andi, Yogyakarta, 2006. Harinaldi, Prinsip-Prinsip Statistik Untuk Teknik Sains, Erlangga, Jakarta, 2005. Jamasri, Diharjo, K. Gunesti, W.H. 2005. “Kajian Sifat Tarik Komposit Serat Buah Acak Bermatrik Polymer”, Media Teknik FT-UGM. Savetlana, Shirley, Andriyanto, Andreas. 2012. “Sifat-Sifat Mekanik Komposit Serat TKKS-Polyester”, Jurnal Mechanical. Jurusan Teknik Mesin, Universitas Lampung.
Yang, W. H., & Tarng, Y. S. (1998). Design optimization of cutting parameters for turning operations based on the Taguchi method. Journal of Materials ProcessinG Technology, 84, 122-129. Montgomery, D. C. Design and analysis of experiment, 5th edition . John Wiley & Sons, New York, 2001.
