BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Homogenitas Slurry Propelan
Pendekatan yang paling umum untuk menilai suatu campuran/larutan adalah melalui konsentrasi dan besarnya deviasi dari konsentrasi yang diinginkan (Szalai, et al, 2004). Campuran yang sempurna adalah ketika konsentrasi pada titik yang dipilih secara acak di dalam campuran adalah sama dengan konsentrasi
overallnya (Weinekotter, 2000). Dalam hal slurry propelan, dapat dikatakan homogen ketika semua bahan penyusunnya (solid dan liquid) tersebar merata/memiliki komposisi yang sama di setiap bagiannya.
Untuk mengetahui bahwa komposisi bahan di setiap bagian sama, digunakan data densitas sebagai nilai yang diukur untuk mewakili konsentrasi. Hal ini dikarenakan bahan solid merupakan bahan mayoritas di dalam campuran (85% wt) dan rentang nilai densitas bahan solid dan liquid dari penyusun propelan cukup jauh yaitu dari 0,8 hingga 2,7 g/ml sehingga diasumsikan dapat mewakili nilai konsentrasi.
Untuk mendapatkan slurry propelan yang homogen, bahan solid yang merupakan bahan mayoritas diaduk di dalam mixer sigma blade berkapasitas 5 kg bersama dengan bahan liquid yang salah satunya berupa polimer. Polimer disini berfungsi sebagai binder yang akan mengikat partikel-partikel solid sehingga dapat menjadi kesatuan yang padat ketika dilakukan proses curing (pematangan) menjadi propelan padat. Hasil pencampuran dikatakan baik ketika semua partikel solid dapat saling bercampur dan tercover (terlapisi) oleh binder.
Proses pembuatan propelan ini dilakukan dalam sistem batch dengan variabel berupa waktu pencampuran dari tiap-tiap bahan solid untuk memastikan bahwa tiap bahan solid dapat terlapisi oleh bahan liquidnya. Proses mencampur masing-masing bahan solid ini juga menjadi perhatian tersendiri guna meminimalisir kemungkinan adanya bahan solid yang tidak ikut teraduk terutama di bagian blade dan pojok mixer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. Kondisi ini dapat terjadi ketika jumlah AP halus (rata-rata ukuran partikel 50 μm)
24
lebih banyak dibandingkan dengan AP yang lebih kasar (rata-rata ukuran partikel 100 dan 200 μm). Akibat partikel halus ini lebih ringan, maka ketika diaduk akan ada partikel yang melayang dan menempel pada bagian tengah blade yang tidak bisa ikut teraduk. Untuk meminimalisir hal tersebut, maka dibantu dengan meratakan slurry secara manual yaitu memasukkan slurry dari bagian-bagian mixer yang kemungkinan tidak teraduk ke bagian tengah mixer.
Gambar 4.1 Contoh Proses Pencampuran yang Kurang Sempurna
Pengambilan sampel slurry dilakukan pada enam bagian (lokasi) dalam mixer yaitu pada blade, pada empat pojok mixer, dan pada bagian tengah mixer yang selanjutnya dinyatakan secara berturut-turut dengan kode B, SA, SB, SC, SD, dan T yang ditunjukkan dengan ilustrasi penampang bagian atas mixer pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Lokasi Pengambilan Sampel Dilihat dari Bagian Atas Mixer B SA T SB SC SD
25
Dari masing-masing lokasi tersebut, slurry diambil dan ditempatkan ke dalam dua seri wadah (slab). Satu seri slurry dalam slab akan dilakukan pengukuran densitas slurry secara langsung. Pengukuran ini dilakukan secara manual artinya tidak menggunakan instrumentasi karena penggunaan instrumentasi hanya untuk pengukuran densitas bahan liquid dan solid saja, tidak bisa untuk mengukur slurry. Sampel slurry yang diambil selanjutnya ditempatkan ke dalam slab mini yang telah diketahui volumenya, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4.3.(a). Slurry tersebut kemudian ditimbang beratnya menggunakan neraca analitik. Data yang diperoleh selanjutnya disebut sebagai densitas slurry. Untuk satu seri slab yang lain (Gambar 4.3.(b)) akan dimatangkan (dilakukan proses curing) selama 24 jam pada suhu 80oC hingga menjadi propelan padat yang selanjutnya diukur densitasnya disebut sebagai densitas propelan.
(a) (b) (c)
Gambar 4.3. Sampel Slurry dan Propelan Padat. (a) Sampel Slurry untuk Pengukuran Densitas Slurry; (b) Slurry Propelan untuk dicuring; (c) Sampel
Propelan Padat
Setelah dicuring selama 24 jam, sampel slurry tersebut menjadi padat kemudian dipotong dadu seperti pada Gambar 4.3(c) untuk kemudian diukur nilai densitasnya. Kondisi slurry propelan dapat dikatakan relatif homogen adalah ketika nilai densitasnya relatif sama disetiap bagian dalam mixer. Untuk mengetahuinya maka dicari rata-rata nilai densitas propelan maupun densitas slurry pada setiap lokasi di dalam mixer yang hasilnya ditunjukkan pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.
26
Tabel 4.1 Rata-Rata Nilai Densitas Propelan di Lokasi Mixer pada beberapa Waktu Pencampuran
Total tmix (min)
Rata-Rata Densitas Propelan di Lokasi Mixer (g/ml) B SA SB SC SD T 95 1.349 1.365 1.375 1.358 1.368 1.379 115 1.451 1.381 1.416 1.394 1.407 1.381 135 1.423 1.391 1.404 1.427 1.415 1.424 155 1.431 1.425 1.429 1.426 1.401 1.418 175 1.426 1.438 1.458 1.436 1.438 1.448 195 1.408 1.419 1.406 1.441 1.416 1.435 215 1.459 1.459 1.424 1.439 1.498 1.445
Dari Tabel 4.1 diperoleh informasi bahwa di dalam satu batch proses pencampuran, relatif tidak terdapat perbedaan nilai densitas propelan pada tiap-tiap bagian (lokasi) di dalam mixer (memiliki nilai densitas yang relatif sama), maka dapat dikatakan bahwa lokasi di dalam mixer tidak berpengaruh pada nilai densitas yang dihasilkan. Selain itu pada masing-masing batch proses juga diperoleh hasil yang sama yaitu tidak ada perbedaan nilai densitas pada tiap-tiap lokasi mixer, artinya dalam setiap kali proses pencampuran masing-masing batch menghasilkan slurry propelan dengan nilai densitas yang sama pada keseluruhan campurannya sehingga dapat dikatakan bahwa hasil pencampuran dari masing-masing batch adalah relatif homogen. Hasil ini berarti juga bahwa setiap batch proses menggunakan mixer sigma blade menghasilkan slurry yang konsisten (Abdillah & Ardianingsih, 2014), walaupun nantinya akan menghasilkan nilai / derajat homogenitas yang sedikit berbeda tergantung dari kondisi operasi yang dilakukan.
Demikian juga untuk data densitas slurry pada Tabel 4.2 yang menunjukkan hasil yang relatif sama dengan data densitas propelan, yaitu relatif tidak terdapat perbedaan nilai densitas slurry pada tiap-tiap bagian (lokasi) di dalam mixer.
27
Tabel 4.2 Rata-Rata Nilai Densitas Slurry di Lokasi Mixer pada beberapa Waktu Pencampuran
Total tmix (min)
Rata-Rata Densitas Slurry di Lokasi Mixer (g/ml) B SA SB SC SD T 95 1.595 1.596 1.587 1.655 1.653 1.611 115 1.502 1.549 1.565 1.555 1.546 1.495 135 1.528 1.590 1.601 1.570 1.525 1.514 155 1.629 1.592 1.554 1.594 1.607 1.633 175 1.485 1.624 1.531 1.621 1.523 1.536 195 1.595 1.620 1.650 1.672 1.630 1.583 215 1.517 1.565 1.561 1.550 1.471 1.535
Dari Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa rata-rata nilai densitas propelan maupun slurry dari tiap-tiap lokasi memiliki nilai yang tidak jauh berbeda. Untuk memastikan hal tersebut dilakukan pengujian kesamaan dua rata-rata dari masing-masing lokasi pada tiap-tiap waktu pencampuran (cara perhitungan uji kesamaan dua rata-rata terdapat di appendiks). Dari pengujian tersebut akan diperoleh informasi apakah terdapat perbedaan nilai densitas propelan antara satu bagian mixer dengan bagian lainnya di dalam mixer. Dari hasil pengujian kesamaan dua rata-rata diperoleh bahwa nilai rata-rata densitas pada tiap lokasi dinyatakan tidak berbeda artinya lokasi di dalam mixer tidak berpengaruh pada nilai densitas yang diperoleh, baik itu densitas slurry maupun densitas propelan.
Selanjutnya untuk mengetahui homogenitas slurry dari masing-masing kondisi operasi dapat merujuk pada data-data statistik yang diperoleh dari pengolahan data densitas propelan dan densitas slurry. Dari hasil pengukuran densitas propelan dan densitas slurry diperoleh data rata-rata, varians, dan standar deviasi (simpangan baku) seperti yang ditampilkan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
28
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Densitas Propelan
Densitas Propelan (g/ml) tmix solid = 10 menit tmix solid = 15 menit tmix solid = 20 menit tmix solid = 25 menit tmix solid = 30 menit tmix solid = 35 menit tmix solid = 40 menit mean 1.36559 1.40510 1.41400 1.42161 1.44058 1.42083 1.45405 si2 0.00035 0.00104 0.00021 0.00025 0.00031 0.00028 0.00102 si 0.01874 0.03217 0.01465 0.01570 0.01772 0.01663 0.03189
Data-data yang diperoleh pada Tabel 4.3 diolah lebih lanjut untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan nilai densitas pada perubahan waktu pencampuran melalui uji anova satu jalan. Pengujian anova satu jalan dilakukan dengan mengambil hipotesis nol (H0) tidak terdapat perbedaan nilai densitas yang signifikan dengan adanya perubahan waktu pencampuran. Syarat penerimaan H0 adalah jika nilai Fhitung < Ftabel pada taraf kesalahan tertentu. Nilai taraf kesalahan yang digunakan adalah 1% (α = 1%) dengan nilai Ftabel = 2.9. Dari hasil pengujian anova satu jalan diperoleh nilai Fhitung = 48.2. Dengan nilai Fhitung > Ftabel maka H0 ditolak, sehingga diambil kesimpulan bahwa terdapat perbedaan nilai densitas yang signifikan dengan adanya perubahan waktu pencampuran, artinya waktu pencampuran memberikan pengaruh pada nilai densitas propelan yang dihasilkan.
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Densitas Slurry
Densitas Slurry (g/ml) tmix solid = 10 menit tmix solid = 15 menit tmix solid = 20 menit tmix solid = 25 menit tmix solid = 30 menit tmix solid = 35 menit tmix solid = 40 menit mean 1.61611 1.53550 1.55483 1.60155 1.55356 1.62505 1.53311 si2 0.00274 0.00342 0.00430 0.00338 0.00669 0.00644 0.00370 si 0.05233 0.05846 0.06554 0.05817 0.08177 0.08025 0.06083
Untuk data-data pada Tabel 4.4 dilakukan pengolahan sebagaimana Tabel 4.3, diperoleh nilai Fhitung= 10.4. Dengan mengambil nilai α = 1% dan nilai Ftabel = 2.9, maka nilai Fhitung > Ftabel sehingga diperoleh kesimpulan yang sama bahwa terdapat perbedaan nilai densitas propelan yang signifikan dengan adanya perubahan waktu pencampuran artinya waktu pencampuran memberikan pengaruh pada nilai densitas slurry yang dihasilkan.
29
Selanjutnya untuk mengetahui letak perbedaan nilai densitas diantara tiap batch maka hasil pengujian anova tersebut dilengkapi dengan hasil uji kesamaan dua rata-rata. Dari hasil pengujian ini diperoleh informasi batch-batch mana saja yang memiliki rata-rata nilai densitas yang dinyatakan sama maupun berbeda (pengujian kesamaan dua rata-rata berdasarkan batch proses terdapat di appendiks). Dari hasil pengujian dua rata-rata dari tiap-tiap batch proses diperoleh bahwa nilai rata-rata densitas antar batch dinyatakan berbeda secara signifikan, artinya bahwa waktu pencampuran memberikan pengaruh terhadap nilai densitas propelan maupun densitas slurry.
Pengaruh waktu pencampuran terhadap nilai rata-rata densitas propelan dapat dilihat pada Gambar 4.4. Terlihat bahwa semakin lama waktu pencampuran nilai rata-rata densitas menunjukkan kecenderungan meningkat kecuali pada tmix total 195 menit dengan nilai simpangan yang relatif kecil yang ditunjukkan dengan ukuran panjang garis vertikal pada grafik. Persebaran nilai penyimpangan data di tiap lokasi pada masing-masing batch proses dapat dilihat di appendiks.
Kecenderungan peningkatan nilai densitas ini bisa diakibatkan oleh penurunan homogenitas yang terjadi seperti ditunjukkan pada Tabel 4.7. Dengan penurunan homogenitas ini bisa dimungkinkan terdapat bagian slurry yang memiliki kandungan solid lebih banyak sehingga ketika dilakukan pengukuran nilai densitas akan menghasilkan pengukuran yang nilainya cenderung lebih tinggi.
Untuk nilai rata-rata densitas slurry yang ditunjukkan oleh Gambar 4.5, memiliki nilai yang sangat fluktuatif dan simpangan yang relatif lebih besar daripada simpangan pada pengukuran densitas propelan yang ditunjukkan dengan garis vertikal yang memiliki ukuran lebih panjang daripada garis vertikal pada Gambar 4.4. Nilai yang sangat fluktuatif dengan nilai simpangan yang relatif besar ini bisa disebabkan dari metode pengukuran densitas slurry yang dilakukan secara manual sehingga hasilnya lebih “kasar” dan dirasa kurang reliable.
30 80 100 120 140 160 180 200 220 1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 1.44 1.46 1.48 1.50 R a ta -R a ta (g /ml )
tmix total (menit)
rata-rata densitas propelan
Gambar 4.4 Perubahan Rata-Rata Densitas Propelan terhadap Waktu Pencampuran Total 80 100 120 140 160 180 200 220 1.46 1.48 1.50 1.52 1.54 1.56 1.58 1.60 1.62 1.64 1.66 1.68 1.70 1.72 R a ta -R a ta (g /ml )
tmix total (menit)
rata-rata densitas slurry
Gambar 4.5 Perubahan Rata-Rata Densitas Slurry terhadap Waktu Pencampuran Total
Ukuran yang layak untuk menyatakan keragaman suatu kumpulan data yaitu Koefisien Variasi (KV) (Walpole, 1982), maka untuk melihat kondisi homogenitas dari slurry propelan dilakukan dengan melihat koefisien variasi dari nilai densitas yang dihasilkan. Nilai KV ini dihitung sebagai nilai kriteria untuk mengevaluasi kualitas proses pencampuran (Zawiślak et al, 2011). Kumpulan data
31
yang memiliki nilai KV yang kecil artinya kumpulan data tersebut memiliki keragaman yang relatif kecil.
Nilai KV yang dinyatakan dalam bentuk persentase merupakan ukuran keragaman, maka untuk menyatakan keseragaman atau homogenitas adalah dengan mengambil persentase sisanya. Derajat homogenitas slurry propelan dan derajat homogenitas propelan ditunjukkan pada Tabel 4.7 dan Tabel 4.8. Pada Tabel 4.7 terlihat bahwa dengan bertambahnya waktu pencampuran, nilai KV cukup berfluktuasi, tetapi relatif sama pada batch proses dengan waktu pencampuran total 135, 155, 175, dan 195 menit, artinya pada batch tersebut dihasilkan propelan dengan nilai densitas yang relatif lebih seragam dibanding batch lainnya.
Tabel 4.7 Derajat Homogenitas Berdasarkan Data Densitas Propelan
No. tmix solid = 10 menit tmix solid = 15 menit tmix solid = 20 menit tmix solid = 25 menit tmix solid = 30 menit tmix solid = 35 menit tmix solid = 40 menit KV (%) 1.373 2.290 1.036 1.104 1.230 1.170 2.193 % homogen 98.627 97.710 98.964 98.896 98.770 98.830 97.807
Tabel 4.8 Derajat Homogenitas Berdasarkan Data Densitas Slurry
No. tmix solid = 10 menit tmix solid = 15 menit tmix solid = 20 menit tmix solid = 25 menit tmix solid = 30 menit tmix solid = 35 menit tmix solid = 40 menit KV (%) 3.238 3.807 4.215 3.632 5.264 4.938 3.968 % homogen 96.762 96.193 95.785 96.368 94.736 95.062 96.032
Berdasarkan Tabel 4.7 dan Tabel 4.8, nilai derajat homogenitas yang dihasilkan relatif tinggi yaitu di atas 94%, artinya slurry yang dihasilkan pada masing-masing batch sudah relatif homogen, tetapi terdapat perbedaan hasil antara Tabel 4.7 dan Tabel 4.8. Nilai KV pada Tabel 4.8 relatif lebih besar dibandingkan dengan nilai KV pada Tabel 4.7, artinya data densitas slurry yang diolah pada Tabel 4.8 memiliki keragaman yang lebih besar daripada data densitas propelan. Hal ini wajar terjadi karena pengukuran densitas slurry dilakukan secara manual yang hasilnya relatif lebih “kasar” sehingga error yang dapat terjadi lebih besar, sedangkan pengukuran densitas propelan menggunakan instrument dimana error pengukurannya sangat kecil dan dianggap lebih reliable. Dengan demikian
32
hasil yang dianggap lebih reliable diambil sebagai dasar untuk
merekomendasikan kondisi proses yang optimal. Dari Tabel 4.7 diperoleh bahwa kondisi operasi optimal adalah pada waktu pencampuran masing-masing bahan solid 20 menit atau tmix total 135 menit dengan nilai homogenitas tertinggi yaitu 98.964%. Seiring dengan semakin lamanya waktu pencampuran, homogenitas yang dihasilkan relatif menurun setelah tercapainya kondisi optimal, walaupun nilai penurunan tersebut tidak begitu signifikan. Hal ini bisa disebabkan waktu pencampuran yang lebih lama akan membuat terjadinya pergerakan partikel yang berlebih akibat terkena gaya dorong maupun shear secara terus menerus dari blade yang memungkinkan partikel-partikel tersebut akan terkumpul di spot tertentu sehingga mengakibatkan kualitas produk pencampuran menjadi turun, sebagaimana diketahui bahwa overmixing dapat meningkatkan strain pada campuran yang akan menghasilkan efek berkebalikan terhadap kualitas produk (Weinekotter, 2000).