APLIKASI DESAIN EKSPERIMEN TAGUCHI UNTUK PERBAIKAN KUALITAS AIR PDAM TIRTA MON PASE LHOKSUKON ACEH UTARA. Halim Zaini 1

Transkripsi

1 APLIKASI DESAIN EKSPERIMEN TAGUCHI UNTUK PERBAIKAN KUALITAS AIR PDAM TIRTA MON PASE LHOKSUKON ACEH UTARA Halim Zaini 1 1 Staf Pengajar halimzain60@gmail.com ABSTRAK Kualitas air PDAM Tirta Mon Pase secara umum belum memenuhi standar, terutama menyangkut tingkat kekeruhan air yang masih lebih besar dari ambang batas maksimum, 5 NTU. Guna memperbaiki kualitas air minum perlu dilakukan pengkajian terhadap faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses penurunan tingkat kekeruhan air. Salah satu metode percobaan yang dapat diterapkan adalah metode desain percobaan Taguchi. Hasil penelitian terhadap faktor-faktor proses produksi air PDAM yang terdiri dari faktor konsentrasi (level 1: 25 ppm dan level 2: 40 ppm), ph (level 1: ph 6,7 dan level 2: ph 7,3), pengadukan cepat (level 1: 100 rpm dan level 2: 120 rpm), waktu pengadukan cepat (level 1: 1 menit dan level 2: 3 menit), pengadukan lambat (level 1: 25 rpm dan level 2: 45 rpm), waktu pengadukan lambat (level 1: 15 menit dan level 2: 30 menit) dan waktu pengendapan (15 menit dan 30 menit) menunjukkan bahwa kualitas air PDAM sangat dipengaruhi oleh faktor konsentrasi koagulan, ph operasi dan waktu pengadukan lambat. Berdasarkan hasil penelitian dan percobaan konfirmasi proses produksi air PDAM untuk menurunkan tingkat kekeruhan air, kondisi optimum berlangsung pada dosis koagulan 40 ppm, ph operasi pada ph 7,3 dan waktu pengadukan lambat 30 menit. Kata Kunci: Kualitas air, Tingkat kekeruhan air, Kondisi optimum PENDAHULUAN Cacat yang terjadi pada proses produksi air minum PDAM Tirta Mon Pase ialah tidak terpenuhi standar kualitas air, dimana tingkat kekeruhan air di atas ambang batas yang diizinkan 5 NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Untuk mengurangi tingkat kekeruhan air, maka air baku yang telah mengalami pengendapan awal selanjutnya dilewatkan pada unit clarifier. Pada penelitian ini pelaksanaan proses penurunan tingkat kekeruhan air menggunakan peralatan simulator Jar Test Tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap penurunan tingkat kekeruhan air serta level yang tepat untuk setiap faktor. Batasan penelitian meliputi : Pengujian dan pengambilan data dilakukan pada produksi air dengan tingkat kekeruhan air baku ± 100 NTU Proses penurunan tingkat kekeruhan air dilakukan dengan memakai peralatan simulator Jar Test, pengukuran tingkat kekeruhan menggunakan Turbidimeter. Pengaturan ph operasi menggunakan larutan asam klorida dan larutan NaOH. Eksperimen Taguchi berdasarkan matriks orthogonal array L 8 (2 7 ). 42

2 Faktor-faktor utama proses Target kualitas smaller the better (STB) untuk tingkat kekeruhan air. Metode Taguchi Metode Taguchi adalah pengembangan dari Design of Experiment (DoE) yang pertama kali diperkenalkan oleh Genichi Taguchi. Tujuannya memperbaiki proses manufaktur produk untuk mencapai kualitas yang baik. Metode ini sangat membantu dalam off-line Quality Control. Genichi Taguchi memandang setiap kegagalan terjadi sebagai kerugian yang harus ditanggung. Selain itu, peluang kegagalan yang kecil bagi perusahaan mungkin dapat dirasakan besar bagi konsumen, karena konsumen tidak semuanya membeli dalam jumlah besar. Kualitas Menurut Taguchi, kualitas adalah meminimasi kerugian dari suatu produk yang akan dipasarkan sejak dari proses produksi dan didistribusikan ke pelanggan. Selama proses produksi berlangsung, segala ongkos kerugian masih menjadi tanggungan perusahaan, akan tetapi apabila telah dipasarkan konsumenlah yang akan menanggung ongkos kerugian (Ishak, 2002). Karakteristik Kualitas Taguchi menspesifikasikan tiga Karakteristik kualitas yang dapat diukur yaitu : 1. Larger the better (LTB) misalnya hasil proses suatu reaksi kimia. 2. Smaller the better (STB) misalnya gas buang yang dihasil oleh kendaraan bermotor. 3. Nominal the better (NTB) on target atau minimum variation misalnya bagian atau komponen produk (Ishak, 2002). Metode Penelitian ini berusaha menurunkan tingkat kekeruhan air, karakteristik kualitas yang dipilih adalah Smaller the better (STB). Tahapan Desain Taguchi Taguchi bekerja melalui tiga tahapan yaitu : 1. System design, merupakan rekayasa model prototipe untuk menetapkan penetapan awal dari karakteristik produk atau desain proses. 2. Parameter design, adalah penyelidikan yang dilakukan untuk mengidentifikasi penetapan minimum variasi kemampuan produk atau proses. 3. Tolerance design adalah metode penentuan toleransi yang mengoptimalkan pembuatan produk dan biaya waktu hidupnya. Tujuan dari ketiga tahapan ini adalah untuk menghasilkan produk atau proses yang tangguh (Robust) sehingga metode taguchi sering kenal dengan Robust Design Method. Perusahaan berusaha untuk menghindari permasalahan dengan mengoptimisasi desain produk dan proses manufakturnya. Dalam pendekatannya robust design perusahaan berusaha untuk mendesain produk atau proses agar tidak sensitif terhadap berbagai faktor penyebab variasi. Desain Eksperimen Taguchi Eksperimen adalah serangkaian tes yang melakukan perubahan terhadap variabel input suatu proses sehingga dapat mengidentifikasi penyebab perubahan output dari respon sebuah eksperimen. Metode Taguchi digunakan untuk mengurangi jumlah percobaan yang seharusnya dilakukan, dengan tetap memperhitungkan banyak faktor dan level. Orthoganal Array (OA) merupakan matrik yang berisi sekumpulan eksperimen dengan 43

3 pengaturan kombinasi yang bermacammacam sesuai dengan parameter proses atau produk. Jumlah baris dalam OA menunjukkan jumlah eksperimen, sedangkan jumlah kolom menunjukkan jumlah maksimum dari faktor. Derajat kebebasan adalah suatu standar yang menunjukkan seberapa banyak percobaan harus dilakukan guna memperoleh informasi yang dibutuhkan. Matriks Orthogonal Array Komponen utama filososi Taguchi adalah mengurangi variabilitas sekitar nilai target. Metode Taguchi berangkat dari apa yang muncul dari nilai target dengan loss function (fungsi kehilangan). Kehilangan ini mengarah kepada biaya yang berasal dari customer ketika menggunakan produk yang karakteristik kualitasnya berbeda dari nominal (Wahyudi, 2000). Orthogonalitas merupakan dasar dari perancangan percobaan dimana faktor-faktor yang ada dapat dievaluasi secara independen satu dengan yang lain sehingga dapat dikatakan bahwa efek dari faktor yang satu tidak berpengaruh pada estimasi efek dari faktor lain. Salah satu syarat yang penting pada OA adalah jumlah eksperimen untuk sampel pada bermacam-macam kondisi perlakuan harus sama, seimbang. OA ini mempunyai keunggulan utama dapat mengevaluasi beberapa faktor dalam jumlah uji (sampel uji) yang minimum. Hal ini mempertimbangkan sebuah eksperimen yang efisien dengan banyak informasi diperoleh dari sedikit percobaan. Orthogonal Array yang dibuat tergantung dari derajat bebas, banyaknya faktor, serta level dari faktor-faktor tersebut. Analisis Hasil Eksperimen Hasil eksperimen dapat dianalisa dengan melakukan perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR), Mean dan ANOVA. SNR merupakan ukuran performansi sebuah rancangan produk atau proses. Semakin besar efek faktor SNR yang dihasilkan maka faktor tersebut merupakan faktor yang paling besar pengaruhnya untuk mengurangi variasi (noise). SNR digunakan untuk mempediksi kualitas yang hilang, setelah memastikan pengaturan yang mudah untuk fungsi proses atau untuk meminimalkan sensitifitas fungsi proses terhadap noise factors. SNR untuk respon dengan karakteristik smaller the better (STB) dengan batas nilai 0 dan tidak negatif. METODOLOGI PENELITIAN Desain eksperimen digunakan metode Taguchi karena membutuhkan jumlah percobaan yang lebih sedikit dibandingkan rancangan eksperimen yang klasik, sehingga lebih efisien. Hal ini dimungkinkan oleh pemakaian matriks orthogonal. Pemakaian matriks orthogonal ini bisa dilakukan apabila dianggap tidak terjadi interaksi antara faktor yang satu dengan yang lainnya. Matriks orthogonal array yang digunakan adalah L 8 (2 7 ). Langkah-langkah Penelitian Adapun langkah-langkah pelaksanaan penelitian sebagai berikut: 1. Melakukan survey untuk mendapatkan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses penurunan tingkat kekeruhan air. 2. Memilih faktor yang diduga banyak berpengaruh dengan menggunakan informasi brainstorming, affinity diagram, cause-effect diagram 44

4 3. Memilih desain eksperimen yang akan dilakukan 4. Menentukan jumlah dan range level setiap faktor. 5. Eksperimen untuk pengambilan data. 6. Analisa data eksperimen. 7. Kesimpulan mengenai hubungan antara variabel input, error, dan output. 8. Eksperimen untuk verifikasi hasil analisa eksperimen sebelumnya. 9. Analisa data dari eksperimen verifikasi. Rancangan dan Data Eksperimen Sebelum melakukan percobaan, perlu dilakukan penentuan faktor-faktor yang berpengaruh dan level faktor serta matriks OA. Berdasarkan cause-effect diagram faktor-faktor dibagi menjadi 4 kategori yaitu koagulan, pengadukan, air baku, pengendapan. Kemudian dari informasi tersebut ditentukan variabel eksperimen yaitu: 1. Variabel respon: Tingkat kekeruhan air 2. Variabel bebas, terdiri atas beberapa faktor: dosis koagulan (A), ph operasi (B), pengadukan cepat (C), waktu pengadukan cepat (D), pengadukan lambat (E), waktu pengadukan lambat (F), pengendapan (G). Penentuan level dan faktor-faktor utama yang berpengaruh ditampilkan pada Tabel 1. Prosedur Percobaan Adapun prosedur percobaan yang dilakukan sebagai berikut: a) Menyiapkan sampel air baku b) Membubuhkan dosis koagulan (ppm) c) Mengatur ph operasi dengan larutan asam atau larutan basa d) Mengatur putaran pengadukan cepat (rpm), waktu pengadukan cepat (menit) e) Mengatur putaran pengadukan lambat (rpm), waktu pengadukan lambat (menit) f) Mengatur waktu pengendapan (menit). g) Melakukan pengukuran tingkat kekeruhan air dengan alat Turbidimeter. Tabel 1. Level dan Faktor Berpengaruh No Faktor-faktor utama Sumber L1 L Koagulan (ppm) ph operasi Pengadukan cepat (rpm) Waktu pengadukan cepat (menit) Pengadukan lambat (rpm) Waktu pengadukan lambat (menit) Waktu pengendapan (menit) A B C D E F G 25 6, ,

5 Mean Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Data hasil eksperimen ditampilkan pada Tabel 2, Efek Respon Pengaruh Mean ditampilkan pada Tabel 3, Analisis Varians Mean ditampilkan pada Tabel 4, Pooling Faktor Akhir Mean ditampilkan pada Tabel 5, Efek Respon Untuk SNR ditampilkan pada Tabel 6 dan Analisis Varians SN-ratio ditampilkan pada Tabel 7. Sedangkan Efek Respon Faktor Untuk Mean ditampilkan pada Gambar 1 dan Efek Respon Faktor SNR ditampilkan pada Gambar 2. Tabel 2. Data Hasil Eksperimen Matriks Orthogonal L 8 (2 7 ) Eksperimen Hasil Percobaan Y SN 1 25,80 23,60 21,20 16,70 16,10 16,50 19,98-26,17 2 9,12 10,40 10,40 11,50 9,45 12,10 10,50-20,46 3 8,53 11,00 13,80 8,41 9,04 12,70 10,58-20, ,30 11,60 14,90 17,40 14,30 8,39 13,15-22,57 5 8,49 10,70 7,60 7,90 7,70 7,60 8,33-18,49 6 8,50 6,40 6,10 5,60 5,30 4,70 6,10-15,87 7 5,10 4,50 3,80 4,50 3,40 4,40 4,28-12,71 8 7,70 6,30 4,30 5,10 6,40 6,20 6,00-15,46 Y (kolom Y ) dan n (kolom SN) 9,87-19,05 Tabel 3. Efek Respon Pengaruh Mean A B C D E F G Level 1 13,55 11,23 10,19 10,79 10,67 11,87 10,88 Level 2 6,18 8,50 9,54 8,94 9,06 7,86 8,85 Efek 7,37 2,72 0,65 1,86 1,60 4,00 2,03 Rank Respon Pengaruh Faktor Mean Faktor (Level) A B C D E F G Gb 1. Efek Respon Faktor Untuk Mean 46

6 SNR Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Tabel 4. Analisis Varians Mean Sumber SS v MS F-ratio SS Ρ% A 652, ,32 135,63 647,51 51,70 B 89, ,08 18,52 84,27 6,73 C 5,08 1 5,08 1,06 0,27 0,02 D 41, ,46 8,62 36,65 2,93 E 30, ,77 8,40 25,96 2,07 F 192, ,12 39,95 187,31 14,95 G 49, ,31 10,25 44,50 3,55 e 192, ,81 226,05 18,05 SSt 1.252, , ,52 100,00 SSm 4.671,47 1 SST 5.924,00 48 Tabel 5. Pooling Faktor Akhir Mean Sumber SS v MS F-ratio SS Ρ% A 652, ,32 89,98 645,07 51,50 B 89, ,08 12,29 82,83 6,53 F 192, ,12 26,50 184,87 14,76 e 319, ,25 340,75 27,21 SSt 1.252, , ,52 100,00 SSm 4.671,47 1 SST 5.924,00 48 Tabel 6. Efek Respon Untuk SNR A B C D E F G Level 1-22,4-20,2-18,7-19,5-19,5-20,6-19,3 Level 2-15,6-17,8-19,4-18,5-18,6-17,4-18,7 Efek 6,8 2,4 0,7 1,0 0,9 3,2 0,6 Rank Optimum A2 B2 F A C E G B D F Faktor (Level) Gb 2. Efek Respon Faktor SNR 47

7 Tabel 7. Analisis Varians SN-ratio Sumber SS v MS F-ratio SS Ρ% A 93, , ,5 93,37 71,18 B 11, , ,0 11,50 8,76 C 0,97 1 0,97 242,5 0,97 0,74 D 1,68 1 1,68 420,0 1,68 1,28 E 1,93 1 1,93 482,5 1,93 1,47 F 21, , ,5 21,09 16,07 G 0,63 1 0,63 157,5 0,63 0,48 e 0, , ,03 0,02 SSt 131, , Tabel 8. Pooling Faktor Akhir SN-ratio Sumber SS v MS F-ratio SS Ρ% A 93, ,37 89,5 92,33 70,79 B 11, ,50 11,0 10,46 7,97 F 21, ,09 20,2 20,05 15,28 Pooled e 5, , ,342 6,36 SSt 131, , Pembahasan Bedasarkan hasil yang didapatkan pada analisa sebelumnya, maka diketahui kombinasi faktor yang berpengaruh terhadap rata-rata dan variansi tingkat penurunan kekeruhan air adalah sama, yaitu dosis koagulan pada level 2 sebesar 40 ppm (A2), waktu pengadukan lambat pada level 2 sebesar 30 menit dan ph operasi pada level 7 diatas 7 sebesar 7,3. Interpretasi hasil perhitungan proses penurunan tingkat kekeruhan air yang tertera pada tabel 9, yaitu eksperimen Taguchi ke eksperimen konfirmasi mengalami penurunan pada rata-ratanya dan peningkatan variabilitasnya. Dengan demikian konfirmasi optimal faktor-faktor tersebut di atas terbukti dapat menurunkan tingkat kekeruhan air baku PDAM Tabel 9. Interpretasi Hasil Akhir Respon (Proses Penurunan Kekeruhan Air) Prediksi Optimasi Eksperimen Taguchi Eksperimen Konfirmasi Rata-rata (µ ), Y 2,80 2,80 ± 1,66 Variabilitas (S/N) -13,81-13,81 ± 0,76 Rata-rata (µ ), Y 2,40 2,40 ± 2,35 Variabilitas (S/N) -7,72-7,72 ± 1,07 48

8 KESIMPULAN 1. Hasil analisis rata-rata (mean) setelah dilakukan eksperimen Taguchi dan hasil pooling, faktor proses yang paling berpengaruh: faktor dosis koagulan (A) dengan persen kontribusi 51,50%, faktor waktu pengadukan lambat (F) persen kontribusi 14,76 dan faktor ph operasi (B) dengan persen kontribusi 6,53% 2. Uji hipotesis pada tingkat kepercayaan 95% (α = 0,05) menyimpulkan bahwa faktor yang berpengaruh adalah faktor dosis koagulan (faktor A), faktor pengadukan lambat (faktor F) dan faktor ph operasi (faktor B). 3. Efek respon faktor yang berpengaruh untuk rata-rata (mean) adalah dosis koagulan(a) pada level 2 sebesar 40 ppm, waktu pengadukan lambat (F) pada level 2 sebesar 30 menit, ph operasi (B) pada level 2 sebesar 7,3. 4. Analisis S/N-Ratio setelah dilakukan eksperimen Taguchi dan hasil pooling, faktor yang paling berpengaruh adalah faktor dosis koagulan (A) dengan persen kontribusi 70,79%, faktor waktu pengadukan lambat (F) persen kontribusi 15,28% dan faktor ph operasi (B) dengan persen kontribusi 7,97% dan 5. Uji hipotesis pada tingkat kepercayaan 95% (α = 0,05) menyimpulkan bahwa faktor yang berpengaruh adalah faktor dosis koagulan (faktor A), faktor pengadukan lambat (faktor F) dan faktor ph operasi (faktor B). 6. Efek faktor yang berpengaruh untuk variabilitas S/N ratio adalah dosis koagulan pada level 2 sebesar 40 ppm, waktu pengadukan lambat pada level 2 sebesar 30 menit, ph operasi pada level 2 sebesar 7,3. 7. Analis ranking dan percobaan konfirmasi menyimpulkan bahwa kondisi optimum penurunan tingkat kekeruhan air masih dalam lingkup kondisi prediksi, dengan demikian kombinasi faktor-faktor A, F dan B dapat menurunkan tingkat kekeruhan air PDAM Tirta Mon Pase Daftar Pustaka Belavendram, Nicolo Quality by Design: Taguchi Techniques for Industrial experimentation, London: Prentice Hall International. Ishak, A Pengendalian Kualitas Dengan Metode Eksperimen Taguchi. Jurnal Sistem Teknik Industri, vol.3, no.5, Juni 2002, hal Wahyudi, K., Alimin, R Rekayasa Mutu Beton dengan Metode Taguchi. Jurnal Teknik Mesin Vol.2, No.2, Oktober 2000, hal: Winarni Koagulasi Menggunakan Alum dan PAC. Jurnal Makara-Teknologi, vol.7, No.3, Desember 2003, hal: