OPTIMASI DIAMETER TEBAR DAN DETONASI CONE EXPLOSIVE DENGAN METODA DUAL RESPONSE SURFACE

Transkripsi

1 OPTIMASI DIAMETER TEBAR DAN DETONASI CONE EXPLOSIVE DENGAN METODA DUAL RESPONSE SURFACE Siswo Hadi Sumantri, Abdullah Shahab Program Studi Magister Manajemen Teknologi Institut Teknologi Sepuluh Nopember ABSTRAK Bahan peledak seperti TNT dan Tetril tergolong bahan peledak jenis high explosive yang memiliki kecepatan detonasi 1000 s/d 8500 m/dt, apabila kedua bahan peledak ini digabungkan dengan perbandingan komposisi tertentu serta melalui proses sesuai dengan prosedur pencampuran yang benar, maka akan menghasilkan bahan peledak (heigh explosive) yang memiliki kecepatan dan daya ledak ( detonasi) yang lebih tinggi. Berdasarkan data yang diperoleh dari gudang bahan peledak Arsenal Batuporon dan hasil uji laboratorium di Laboratorium Induk Senjata (Labinsen) milik TNI AL, kekuatan dan pola (arah) ledakan bahan peledak campuran antara Tetril dan TNT akan sangat tergantung pada komposisi dan bentuk dari hasil campuran kedua bahan tersebut, sehingga apabila campuran kedua bahan tersebut diberi bentuk tertentu maka akan menghasilkan pola ledakan tertentu pula. Untuk membuktikan bahwa komposisi campuran dan bentuk sangat berpengaruh terhadap pola (arah) dan besarnya detonasi, maka dalam penelitian ini digunakan desain eksperimen dengan metode response surface untuk menentukan komposisi campuran bahan peledak dan variasi sudut rongga (Cone) yang dapat menghasilkan respon diameter tebaran (perkenaan) yang optimal dan detonasi yang tinggi, sehingga akan menghasilkan bahan peledak (heigh explosive) yang memi liki kekuatan hancur lebih besar serta memiliki arah/pola ledakan tertentu. Kata kunci : Bahan peledak, diameter tebar, detonasi, TNT, Tetryl, sudut rongga (Cone), desain eksperimen, metode response surface. PENDAHULUAN Latar Belakang Sesuai dengan sifatnya bahan peledak seperti TNT dan Tetril tergolong bahan peledak high explosive yang memiliki kecepatan detonasi 1000 s/d 8500 m/dt, apabila kedua bahan peledak ini digabungkan dengan perbandingan komposisi tertentu serta melalui proses sesuai dengan prosedur pencampuran yang benar, maka akan menghasilkan bahan peledak (high explosive) yang memiliki kecepatan detonasi dan daya ledak yang lebih tinggi. Dari hal tersebut diatas, maka penelitian ini mempergunakan desain eksperimen untuk mengetahui perbandingan komposisi campuran bahan explosive dan variasi sudut rongga (cone) yang dapat menghasilkan respon diameter tebaran (perkenaan) yang optimal dengan detonasi yang tinggi, sehingga menghasilkan bahan peledak (high explosive) yang memiliki kekuatan hancur yang lebih besar serta memiliki arah ledakan yang tertentu (terfocus).

2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut diatas maka dapat diambil suatu rumusan permasalahan yaitu : Bagaimana menentukan setting parameter pada pembuatan bahan peledak dapat menghasilkan arah dan tebaran gotri secara optimal serta dapat menghasilkan detonasi yang tinggi guna menghasilkan daya hancur yang lebih besar dari pada TNT maupun Tetril. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah mencari komposisi campuran yang optimal antara TNT, Tetril dan besar sudut rongga (cone) untuk memperoleh hasil ledakan yang terarah dengan diameter tebaran gotri yang kecil serta detonasi yang tinggi pada jarak tertentu. Batasan Permasalahan Berdasarkan tujuan penelitian tersebut diatas dan untuk menjadikan penelitian lebih terfokus, maka dibuat batasan-batasan dalam penelitian ini sebagai berikut : a. Jenis bahan peledak yang dibuat adalah bahan peledak komposisi baru dengan bentuk tertentu yang memiliki daya hancur lebih besar dari TNT dan Tetril serta memiliki arah sesuai yang dikehendaki. b. Analisis akan dilakukan berdasarkan data yang diperoleh dari hasil eksperimen langsung di Laboratorium Induk Senjata TNI AL dengan melakukan setting proses dengan kombinasi level faktor yang ada. METODOLOGI PENELITIAN Langkah-langkah Penelitian Identifikasi masalah. Pengumpulan data awal, studi pustaka dan studi lapangan. Penetapan variabel respon, faktor dan level faktor. Pemilihan desain eksperimen. Pelaksanaan percobaan. Analisis data hasil percobaan dan pengambilan keputusan. Studi Pustaka Studi pustaka dilakukan untuk memperoleh landasan atau metoda untuk pengolahan data serta mengumpulkan informasi yang berhubungan dengan permasalahan yang akan diteliti, informasi-informasi tersebut berupa literatur, laporan hasil penelitian maupun buku-buku teori tentang bahan peledak. Studi Lapangan Untuk memperoleh informasi yang riil dan benar dalam penelitian ini yaitu dengan melakukan pengamatan secara langsung di laboratorium maupun di lapangan(goa peledakan). Pengamatan dilakukan oleh peneliti bersama-sama dengan tim ahli yang berpengalaman dibidang peledakan dengan tetap mengacu pada prosedur pelakasanaan penelitian. A-42-2

3 Penentuan Variabel Faktor dan Respon Percobaan Dalam pembuatan bahan peledak (high explosive) yang mempunyai daya ledak tinggi dan mempunyai arah ledakan tertentu, sangat ditentukan oleh beberapa faktor antara lain yaitu komposisi dari senyawa kimia Tetril dan TNT maupun pemberian sudut rongga (Cone). Respon yang dicari adalah diameter tebaran gotri (perkenaan dari gotri yang diletakan didalam rongga) dan besarnya detonasi yang diukur dengan db meter. Penentuan Level Faktor Percobaan Untuk menentukan level faktor terlebih dahulu diadakan suatu percobaan pendahuluan di laboratorium dan juga disesuaikan dengan kebutuhan operasi dilapangan, level faktor yang digunakan adalah level atas, level tengah dan level. Faktor Tabel 1. Level Faktor Level Low (-) Medium (0) High (+) TNT (gr) 100,0 120,00 140,00 Tetril (gr) 60,00 80,00 100,00 Sudut α ( ) 35,00 42,50 50,00 Pembuatan Rancangan Percobaan. Rancangan percobaan yang dipilih untuk melakukan percobaan diatas adalah rancangan eksperimen Box-Behnken. Model ini merupakan rancangan yang optimal untuk melihat atau mendapatkan respon dengan jumlah variabel yang besar tetapi hanya melakukan percobaan yang tidak banyak yaitu hanya lima belas kali percobaan. Dengan jumlah percobaan yang relatif kecil tidak akan menyebabkan hasil percobaan tidak valid, hal ini disebabkan karena menurut Box-Behnken dengan lima belas kali percobaan yang terdiri dari dua belas kali percobaan dilakukan pada level atas, tengah dan bawah ditambah tiga kali percobaan yang sama untuk semua variabel adalah cukup untuk mengetahui hasil respon yang diinginkan. Standart order Run order Tabel 2. Rancangan Percobaan Box-Behnken. Blocks Uncoded Level Code Level Respon Tetril TNT Sudut Tetril TNT Sudut Detonasi Tebar ,00 100,00 42, ,00 120,00 35, ,00 120,00 42, ,00 120,00 35, ,00 120,00 50, ,00 120,00 42, ,00 100,00 35, ,00 140,00 35, ,00 140,00 50, ,00 100,00 42, ,00 140,00 42, ,00 140,00 42, ,00 120,00 50, ,00 100,00 50, ,00 120,00 42, A-42-3

4 Optimasi Respon Dengan menggunakan desain dan analisis eksperimen kita dapat menentukan kondisi optimal dari suatu model dengan batasan yang ditetapkan. Sedangkan dalam melakukan optimasi digunakan linier atau non linier programming tergantung pada persamaan matematis yang diperoleh, selanjutnya untuk penyelesaian permasalahan model dilakukan dengan bantuan software matematis. PENGOLAHAN DAN ANALISIS DATA Hasil Percobaan Standart order Tabel 3. Hasil Uji pengukuran Diameter Tebar dan Uji Pengukuran Detonasi Run order Blocks Uncoded Level Code Level Respon Tetril TNT Sudut Tetril TNT Sudut Detonasi Tebar ,00 100,00 42, ,7 90, ,00 120,00 35, ,5 75, ,00 120,00 42, ,5 85, ,00 120,00 35, ,2 76, ,00 120,00 50, ,3 89, ,00 120,00 42, ,5 86, ,00 100,00 35, ,4 83, ,00 140,00 35, ,4 78, ,00 140,00 50, ,7 90, ,00 100,00 42, ,6 90, ,00 140,00 42, ,7 89, ,00 140,00 42, ,7 81, ,00 120,00 50, ,7 86, ,00 100,00 50, ,9 91, ,00 120,00 42, ,2 85,3 Analisis Regresi dengan Respon Detonasi Dari hasil uji pengukuran detonasi diatas, kemudian dilakukan pengolahan data dengan menggunakan Software untuk mendapatkan hasil persamaan regresi, adapun hasil olahan untuk respon detonasi terdapat pada tabel berikut. a. Estimated Regression Coefficients for DETONASI Term Coef SE Coef T P Constant 105,433 0, ,804 0,000 TETRIL -0,775 0,3297-2,350 0,066 TNT -1,512 0,3297-4,587 0,006 SUDUT 2,262 0,3297 6,861 0,001 TETRIL*TETRIL -1,842 0,4854-3,794 0,013 TNT*TNT 1,083 0,4854 2,232 0,076 SUDUT*SUDUT -4,417 0,4854-9,100 0,000 TETRIL*TNT -0,525 0,4663-1,126 0,311 TETRIL*SUDUT -0,725 0,4663-1,555 0,181 TNT*SUDUT 0,450 0,4663 0,965 0,379 S = 0,9326 R-Sq = 97,3% R-Sq(adj) = 92,5% b. Analysis of Variance for DETONASI Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Regression 9 157, ,220 17, ,08 0,002 Linear 3 64,057 64,057 21, ,55 0,002 Square 3 89,148 89,148 29, ,16 0,001 Interaction 3 4,015 4,015 1,3383 1,54 0,314 Residual Error 5 4,349 4,349 0,8698 Lack-of-Fit 3 2,862 2,862 0,9542 1,28 0,466 Pure Error 2 1,487 1,487 0,7433 Total ,569 A-42-4

5 Dari hasil pengolahan data dengan perhitungan Software didapat nilai koefisien seperti pada tabel (dalam kolom Coe f). maka persamaan regresi untuk detonasi yang dihasilkan adalah sebagai berikut: ŷ = x x x x x x x 1x x 1x x 2x 3. ŷ : Detonasi yang diprediksi. x1 : Tetril. x2 : TNT. x3 : Sudut. Untuk dapat mengetahui bahwa persamaan regresi tersebut dianggap memadai atau tidak, yaitu dapat dilihat pada kolom P yang merupakan nilai probabilitas dari masing-masing t-ratio yang dihasilkan oleh persamaan regresi. Kemudian nilai P tersebut dibandingkan dengan nilai α (0.05), maka akan dapat diketahui apakah variabel bebas berpengaruh secara signifikan atau tidak terhadap variabel tak bebas, jika nilai P < α berarti variabel bebas berpengaruh secara signifikan terhadap variabel tak bebas. sehingga dapat diikutkan seleksi dalam analisis regresi lanjutan dengan hasil pada table berikut. Tabel Estimated Regression Coefficients for DETONASI (Lanjutan) Term Coef SE Coef T P Constant 106,100 0, ,947 0,000 TETRIL -0,775 0,4199-1,845 0,098 TNT -1,512 0,4199-3,602 0,006 SUDUT 2,262 0,4199 5,388 0,000 TETRIL*TETRIL -1,925 0,6163-3,123 0,012 SUDUT*SUDUT -4,500 0,6163-7,302 0,000 S = 1,188 R-Sq = 92,1% R-Sq(adj) = 87,8% Hasil dari analisis regresi lanjutan didapatkan nilai R-Sq yang baru, R-Sq adalah nilai yang menunjukkan kuatnya hubungan antara tiap-tiap variabel bebas (Tetril, TNT dan Sudut) dengan variabel tidak bebas (Detonasi). Nilai R-Sq sebelum proses lanjutan besarnya 97.3% berarti bahwa pengaruh dari variabel bebas terhadap perubahan nilai variabel tidak bebas adalah sebesar 97.3% dan sisanya 2.7% dipengaruhi oleh variabel yang lain selain variabel bebas yang digunakan, kemudian untuk proses lanjutan nilai R- Sq besarnya 92.1% berarti bahwa pengaruh dari variabel bebas terhadap perubahan nilai variabel tidak bebas adalah sebesar 92.1% dan sisanya 7.9% dipengaruhi oleh variabel yang lain selain variabel bebas yang digunakan. Nilai R-Sq minimal adalah sebesar 60%, jadi dalam percobaan ini variabel bebas yang digunakan sangat berpengaruh terhadap perubahan nilai variabel tidak bebas, sehingga persamaan regresi yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengestimasi nilai variabel tidak bebas (Detonasi). Berdasarkan hasil analisis regresi diatas, maka dapat dibuat suatu persamaan regresi untuk detonasi yaitu sebagai berikut: ŷ = x x x x x3 2 ŷ : Detonasi yang diprediksi. x1 : Tetril. x2 : TNT. x3 : Sudut. Analisis Regresi Dengan Respon Diameter Tebar Gotri. Dari hasil uji pengukuran diameter tebar diatas, kemudian dilakukan pengolahan data dengan menggunakan Software untuk mendapatkan hasil persamaan regresi, adapun hasil olahan untuk respon diameter tebar terdapat pada tabel berikut. A-42-5

6 a. Estimated Regression Coefficients for TEBAR Term Coef SE Coef T P Constant 85,767 0, ,503 0,000 TETRIL -1,437 0,3635-3,955 0,011 TNT -1,938 0,3635-5,331 0,003 SUDUT 5,625 0, ,476 0,000 TETRIL*TETRIL -0,771 0,5350-1,441 0,209 TNT*TNT 2,929 0,5350 5,475 0,003 SUDUT*SUDUT -2,896 0,5350-5,413 0,003 TETRIL*TNT -2,025 0,5140-3,940 0,011 TETRIL*SUDUT -0,600 0,5140-1,167 0,296 TNT*SUDUT 0,900 0,5140 1,751 0,140 S = 1,028 R-Sq = 98,7% R-Sq(adj) = 96,3% b. Analysis of Variance for TEBAR Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Regression 9 390, ,865 43, ,09 0,000 Linear 3 299, ,688 99, ,52 0,000 Square 3 70,095 70,095 23, ,11 0,003 Interaction 3 21,083 21,083 7,0275 6,65 0,034 Residual Error 5 5,284 5,284 1,0568 Lack-of-Fit 3 4,777 4,777 1,5925 6,29 0,140 Pure Error 2 0,507 0,507 0,2533 Total ,149 Dari hasil pengolahan data dengan perhitungan Software didapat nilai koefisien seperti pada tabel (dalam kolom Coef), maka persamaan regresi untuk detonasi yang dihasilkan adalah sebagai berikut: ŷ = x x x x x x x 1x x 1x x 2x 3. ŷ : Diameter Tebar gotri yang diprediksi. x1 : Tetril. x2 : TNT. x3 : Sudut. Untuk dapat mengetahui bahwa persamaan regresi tersebut dianggap memadai atau tidak, yaitu dapat dilihat pada kolom P yang merupakan nilai probabilitas dari masing-masing t-ratio yang dihasilkan oleh persamaan regresi. Kemudian nilai P tersebut dibandingkan dengan nilai α (0.05), maka akan dapat diketahui apakah variabel bebas berpengaruh secara signifikan atau tidak terhadap variabel tak bebas, jika nilai P < α berarti variabel bebas berpengaruh secara signifikan terhadap variabel tak bebas. sehingga dapat diikutkan seleksi dalam analisis regresi lanjutan dengan hasil pada table berikut. Tabel Estimated Regression Coefficients for Diameter Tebar (Lanjutan) Term Coef SE Coef T P Constant 85,292 0, ,024 0,000 TETRIL -1,437 0,4359-3,298 0,011 TNT -1,938 0,4359-4,445 0,002 SUDUT 5,625 0, ,906 0,000 TNT*TNT 2,988 0,6397 4,672 0,002 SUDUT*SUDUT -2,837 0,6397-4,434 0,002 TETRIL*TNT -2,025 0,6164-3,285 0,011 S = 1,233 R-Sq = 96,9% R-Sq(adj) = 94,6% Hasil dari analisis regresi lanjutan untuk diameter tebar didapatkan nilai R-Sq yang baru, R-Sq adalah nilai yang menunjukkan kuatnya hubungan antara tiap-tiap variabel bebas (Tetril, TNT dan Sudut) dengan variabel tidak bebas (Diameter Tebar). A-42-6

7 Nilai R-Sq sebelum proses lanjutan besarnya 98.7% berarti bahwa pengaruh dari variabel bebas terhadap perubahan nilai variabel tidak bebas adalah sebesar 98.7% dan sisanya 1.3% dipengaruhi oleh variabel yang lain selain variabel bebas yang digunakan, kemudian untuk proses lanjutan nilai R-Sq besarnya 96.9% berarti bahwa pengaruh dari variabel bebas terhadap perubahan nilai variabel tidak bebas adalah sebesar 96.9% dan sisanya 3.1% dipengaruhi oleh variabel yang lain selain variabel bebas yang digunakan. Nilai R-Sq minimal adalah sebesar 60%, jadi dalam percobaan ini variabel bebas yang digunakan sangat berpengaruh terhadap perubahan nilai variabel tidak bebas, sehingga persamaan regresi yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengestimasi nilai variabel tidak bebas (Diameter Tebar). Berdasarkan hasil analisis regresi, maka dapat dibuat suatu persamaan regresi untuk diameter tebar gotri yaitu sebagai berikut: ŷ = x x x x x x1x2 ŷ : Diameter tebar gotri yang diprediksi. x1 : Tetril. x2 : TNT. x3 : Sudut. Optimasi Respon Diameter Tebar Gotri Agar mendapatkan hasil ledakan yang terarah dan terfokus, maka dalam penelitian ini dilakukan analisis respon dengan meminimalkan fungsi tujuan dalam hal ini adalah Diameter tebar gotri. Kemudian untuk fungsi kendala dari masing-masing faktor adalah merupakan batasan-batasan pada nilai faktor Tetril, TNT dan Sudut dengan coded yaitu 1 batas bawah dan +1 untuk batas atas. Selanjutnya diadakan analisis terhadap respon diameter tebar gotri dengan menggunakan perhitungan program matematis, hasilnya sebagai berikut: Fungsi Tujuan adalah: Min ŷ 1 = x x x x x x 1x 2 Fungsi Kendala adalah: x1 > -1; x2 > -1; x3 > -1; x1 < 1; x2 < 1; x3 < 1; Dari formulasi diatas kemudian diolah dengan menggunakan software matematis dan didapatkan hasil perhitungan adalah sebagai berikut: a. Fungsi tujuan nilai : 82,54096 b. Variabel x1 nilai : 1, c. Variabel x2 nilai : 0, d. Variabel x3 nilai : 0, Optimasi Respon Detonasi Untuk membuat bom yang memiliki daya hancur yang besar, maka dalam penelitian ini dilakukan analisis respon dengan memaksimalkan fungsi tujuan yaitu pada fungsi tujuan Detonasi. Kemudian untuk fungsi kendala dari masing-masing faktor adalah merupakan batasan-batasan pada nilai faktor Tetril, TNT dan Sudut dengan coded yaitu 1 batas bawah dan +1 untuk batas atas. Selanjutnya diadakan analisis terhadap respon detonasi dengan menggunakan perhitungan program matematis, hasilnya adalah sebagai berikut: Fungsi Tujuan adalah: Max ŷ 2 = x x x x x3 2. A-42-7

8 Fungsi Kendala adalah: x1 > -1; x2 > -1; x3 > -1; x1 < 1; x2 < 1; x3 < 1; x x x x x x 1x 2 = 82,54096; Dari formulasi diatas kemudian diolah dengan menggunakan software matematis dan didapatkan hasil perhitungan adalah sebagai berikut: a. Fungsi tujuan nilai : 102,3979 b. Variabel x1 nilai : 1, c. Variabel x2 nilai : 0, d. Variabel x3 nilai : 0, Dalam penelitian ini, dari dua fungsi tujuan yang diharapkan maka setelah diadakan analisis dapat ditetapkan nilai level faktor seperti pada Tabel berikut. Tabel Analisis Penetapan Level Faktor dengan Beberapa Fungsi Tujuan Fungsi Tujuan Variabel Keterangan Level Faktor (variabel) Minimize DIAMETER TEBAR GOTRI Maximize DETONASI X 1 Tetril 1, ,0 gr X 2 TNT 0, ,3 gr X 3 Sudut Cone 0, ,5 X 1 Tetril 1, ,0 gr X 2 TNT 0, ,3 gr X 3 Sudut Cone 0, ,5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil pengolahan dan analisis data pada penelitian ini diperoleh suatu kesimpulan dalam melakukan optimasi diameter tebar gotri dan detonasi pada pembuatan cone explosive adalah sebagai berikut: a. Faktor Tetril, TNT dan Sudut cone merupakan faktor-faktor yang berpengaruh secara signifikan terhadap respon diameter tebar dan detonasi. b. Dari hasil analisis didapatkan persamaan regresi untuk diameter tebar yaitu sebagai berikut : ŷ = x x x x x x1x2 ŷ : Diameter tebar gotri yang diprediksi. x1 : Tetril. x2 : TNT. x3 : Sudut. c. Dan persamaan regresi untuk detonasi adalah sbagai berikut : ŷ = x x x x x3 2 ŷ : Detonasi yang diprediksi. x1 : Tetril. x2 : TNT. x3 : Sudut. A-42-8

9 d. Setting parameter untuk ketiga variabel faktor penyusun cone explosive yang dapat menghasilkan diameter tebar gotri dan detonasi yang optimum adalah sebagai berikut : x1 : Tetril = 100,0 gr. x2 : TNT. = 133,3 gr. x3 : Sudut. = 42,5 DAFTAR PUSTAKA Arthur and Elizabeth Rose, 1952, The Condensed Chemical Dictionary, Reinhold Publishing Corporation, New York. Allen L. Olscn, John Greene, 1943, Laboratory Manual of Explosive Chemistry, Chapman dan Hall, Limited London. Algifari, 2000, Analisis Regresi, PT BPFE, Jogjakarta. Rudolf Meyer, 1981, Explosives, Verlag Chemic, Germany. Robert O. Kuehl, 2000, Design of Experimen Statistical Principles of Research Design and Analysis, Brooks/Cole, USA. Myer, Raymon H., 1971, Response Surface Methodology, Boston. Sudjana, 1995, Desain Experimen, Tarsito, Bandung. Rheinmetall, 1982, Handbook on Weaponry, Dusseldorf. I Made Jiwa A, 2003, Optimasi Sensitifitas Campuran Isian Primer Amunisi Kal 57 mm C-60 APT Untuk Tingkat Detonasi Tertentu dengan Dual Response Surface, Tesis MMT ITS, Surabaya. Lukman H, 2005, Optimasi Produktifitas Budidaya Udang Vaname dengan Menggunakan Metode Respon Surface dan Non Linier, Tesis MMT ITS, Surabaya. A-42-9