KAJIAN PUSTAKA
2) Kayu Jati
Menurut pernyataan Sumarna (2002) nama ilmiah dari jati adalah Tectona grandis, Linn F. Salah satu kegunaan yang mengagumkan dari kayu jati adalah kemampuannya bertahan di segala macam kondisi cuaca. Furniture yang digunakan untuk exterior tidak memerlukan cat ataupun pernis. Badai salju, hujan yang lebat maupun panas tropis tidak dapat mengalahkan kekuatan jati. Jati adalah salah satu dari beberapa kayu di dunia yang mempunyai minyak alami untuk menangkal air dan menjaga kayu dari kerutan, retak ataupun pecah. Jati sangat tahan terhadap lapuk dan secara alami tahan terhadap rayap (Utomo, 2006: 3).
a) Struktur Kayu
commit to user
b)Sifat-sifat Kayu Jati
Menurut Mandang dan Pandit (2002), Jati merupakan kayu yang agak keras dan agak berat. Bagian teras berwarna kuning emas kecoklatan sampai coklat kemerahan, mudah dibedakan dari gubal yang berwarna putih agak keabu-abuan. Kayu bercorak dekoratif yang indah karena mempunyai lingkaran tumbuh yang jelas yang dapat dilihat baik pada bidang lintang, radial maupun tangensial. Tekstur kayu agak kasar sampai kasar dan tidak rata. Arah serat lurus, bergelombang sampai agak berpadu. Berat jenis kayu rata-rata 0,67 (0,62 s/d 0,75) dengan kelas awet I-II, dan kelas kuat II (Utomo, 2006: 4).
Martawijaya et al. (1995) berpendapat bahwa kayu jati mudah dikerjakan, baik dengan mesin maupun dengan alat tangan. Jika alat-alat yang digunakan cukup tajam dapat dikerjakan sampai halus, tetapi bidang transversal harus dikerjakan dengan hati-hati karena kayunya agak rapuh. Kayu jati dapat divernis dan dipelitur dengan baik (Utomo, 2006: 4).
c) Kekerasan Kayu
Kekerasan kayu adalah suatu ukuran kekuatan kayu menahan gaya yang membuat takik atau lekukan padanya. Hal ini merupakan suatu pertimbangan menentukan suatu jenis kayu untuk digunakan sebagai lantai rumah, balok pengerasan, pelincir sumbu, dan lain-lain. Kekerasan dalam arah sejajar serat pada umumnya melampaui kekerasan kayu dalam arah yang lain (Dumanauw, 1990: 25).
d)Kadar Air Kayu
Kadar air kayu (Ka) adalah banyaknya air yang terkandung pada sepotong kayu (Dumanauw, 1990: 30). Pengujian untuk mengetahui kadar air kayu dilakukan dengan menyiapkan benda uji yang ditimbang berat awal (Wb), kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 103 ± 2 °C selama 24 jam dan ditimbang kembali untuk mengetahui berat akhir kering oven (Wo). Besar kadar air dihitung dengan rumus:
commit to user
16
Ka = H H
H x 100% Keterangan: Ka = kadar air (%)
Wb = berat awal sebelum dioven (gram) Wo = berat kering tanur (setelah dioven) (gram)
e) Pemotongan Kayu
Pohon yang ditebang menjadi balok atau log dapat langsung difungsikan, misalnya untuk dijadikan jembatan sederhana. Membuat suatu konstruksi atau produk yang halus, kayu harus dipotong manjadi balok atau papan (Lensufiie, 2008:15).
Secara umum, memotong kayu dapat dilakukan pada tiga arah, yaitu:
a) Arah radial b) Arah longitudinal c) Arah tangensial
Gambar 6. Sketsa Arah Potong Serat Kayu (Sumber: Lensufiie, 2008:16)
commit to user
Kekuatan kayu yang menahan beban ternyata lebih besar pada arah sumbu longitudinal daripada arah-arah yang lain. Demikian pula aliran zat cair lebih cepat dan lebih mudah pada arah longitudinal daripada arah sumbu radial dan tangensial. Sebaliknya, kembang susut kayu yang terbesar terdapat pada arah tangensial. Muai termal kayu juga berbeda arah tangensial, radial dan longitudinal. Arah tangensial adalah garis singgung cincin pertumbuhan, arah radial adalah tegak lurus pada cincin-cincin pertumbuhan, sedangkan arah longitudinal adalah sejajar serat-serat (Gambar 7).
Muai termal arah tangensial dan radial lebih besar daripada arah longitudinal, karena muai termal arah longitudinal hampir tidak tergantung pada berat jenis. Penyusutan dan kekuatan arah tangensial, radial dan longitudinal juga tidak sama. Pada arah tangensial dan radial penyusutan cukup tinggi, sedangkan pada arah longitudinal tidak tinggi. Kekuatan arah longitudinal ± 20 kali kekuatan tarik arah radial, karena perpatahan terjadi dalam sel trachied yang memanjang. Berat jenis meningkat untuk kadar lembab tertentu, berarti meningkatnya ketebalan sel dinding dan kenaikannya sebanding dengan kekuatan longitudinal. Kekuatan dalam arah melintang akan meningkat untuk kadar lembab tertentu, karena makin padat kayu makin kecil kemungkinan untuk patah dalam arah sejajar dengan sel trachied yang kosong.
Pemotongan kayu bulat untuk menjadi papan atau balok biasanya menggunakan gergaji pita (belt saw). Ada beberapa posisi potong kayu bulat, yaitu:
commit to user
18
Gambar 8. Potongan Kayu (Sumber: Lensufiie, 2008:16)
Dari gambar 8, diperoleh empat jenis potongan papan dan tiga jenis potongan balok, yaitu:
Gambar 9. Jenis Potongan Kayu (Sumber: Lensufiie, 2008:17)
Kayu yang dipotong menjadi papan memiliki tiga motif, seperti terlihat pada gambar di bawah, yaitu:
a) Papan tengah kayu
b) Papan potongan tangensial c) Papan potongan radial
Keterangan:
a. Papan Flat Sawn Tangensial
b. Papan Quarter Sawn Semi Radial
c. Papan Quarter Sawn Radial/ Rift Sawn
d. Papan Tengah/ Hati e. Balok Radial Sawn
f. Balok Quarter Sawn Semi Radial
commit to user
Gambar 10. Motif Potongan Kayu (Sumber: Lensufiie, 2008:17)
Papan potongan tangensial memiliki motif yang lebih bagus, sedangkan papan potongan radial memiliki struktur kayu yang lebih kuat.
d. Metrologi Konfigurasi Permukaan
Metrologi geometri adalah ilmu dan teknologi untuk melakukan pengukuran karakteristik geometri suatu produk dengan alat ukur. Cara pengkurannya pun harus dilakukan sesuai prosedur, sehingga data pengukuran dan analisis data menghasilkan harga yang dianggap sebagai nilai terdekat dengan geometri yang sesungguhnya. Metrologi geometri meliputi ukuran, bentuk, posisi, dan kekasaran permukaan pada produk.
Permukaan adalah batas yang memisahkan antara benda padat dengan sekelilingnya. Konfigurasi permukaan merupakan suatu karakteristik geometri golongan mikrogeometri. Makrogeometri adalah permukaan secara keseluruhan yang membuat bentuk atau rupa yang spesifik misalnya permukaan poros, lubang, sisi dan lain-lain yang tercakup pada elemen geometri ukuran, bentuk dan posisi (Rochim, 2001: 52).
Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam perancangan komponen mesin atau peralatan. Biasanya karakteristik suatu permukaan perlu dinyatakan dengan jelas, misalnya dalam kaitannya dengan gesekan, keausan, pelumasan ketahanan lelah, perekatan dua atau lebih
Keterangan:
1) Papan tengah kayu
2) Papan potongan tangensial 3) Papan potongan radial
commit to user
20
komponen mesin dan sebagainya. Surface roughness memegang peranan yang cukup penting dengan ketahanan kontak (contact resistance).
Ketidakteraturan konfigurasi permukaan ditinjau dari profilnya diuraikan menjadi beberapa tingkat (Tabel 2), tingkat pertama merupakan ketidakteraturan makrogeometri, yaitu keseluruhan permukaan yang membuat bentuk. Tingkat kedua, yaitu yang disebut dengan gelombang (waviness), merupakan ketidakteraturan yang periodik dengan panjang gelombang yang jelas lebih besar dari kedalamannya (amplitude). Tingkat ketiga, yaitu alur (groove) dan tingkat keempat adalah serpihan (flaw) dan keduanya lebih dikenal dengan istilah kekasaran (roughness).
Tabel 2. Ketidakteraturan Suatu Profil (Konfigurasi Penampang Permukaan)
(Sumber: Rochim, 2001: 55)
Tingkat
Profil Terukur, Bentuk Grafik Hasil
Pengukuran
Istilah Contoh Kemungkinan
Penyebabnya 1 Kesalahan bentuk (form error) Kesalahan bidang pembimbing mesin perkakas dan benda kerja, kesalahan pencekaman benda kerja. 2 Gelombang (waviness) Kesalahan bentuk perkakas, penyenteran perkakas, getaran dalam proses permesinan. 3
Alur (grove)
Jejak atau bekas
pemotongan (bentuk ujung pahat, gerak makan). 4
Serpihan (flakes)
Proses pembentukan geram.
5 Kekasaran permukaan (surface roughness) Kombinasi ketidak
commit to user
Kekasaran permukaan (surface roughness) dibedakan menjadi dua, yaitu:
1) Ideal surface roughness
Ideal surface roughness adalah kekasaran ideal (terbaik) yang bisa dicapai dalam suatu proses permesinan dengan kondisi ideal.
2) Natural surface roughness
Natural surface roughness adalah kekasaran alamiah yang terbentuk dalam proses pemesinan karena adanya berbagai faktor yang mempengaruhi proses pemesinan tersebut.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kekasaran ideal di antaranya: a) Getaran yang terjadi pada mesin
b) Ketidaktepatan gerakan bagian-bagian mesin c) Ketidakteraturan feed mechanism
d) Adanya cacat pada material e) Gesekan antara chip dan material
Gambar 11. Profil Kekasaran Permukaan (Sumber: Rochim, 2001: 56) Parameter amplitudo kekasaran permukaan yang dipakai di industri ada macam tipe, seperti roughness average (Ra), root-mean-square roughness (Rq), dan maximum peak-to-valley roughness (Ry atau Rmax). Parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah Ra, karena parameter ini dianggap paling cocok untuk proses pemesinan dan lebih sensitif terhadap penyimpangan yang terjadi pada proses pemesinan (Daniel, 2010). Kekasaran rata-rata (average roughness) Ra, adalah nilai integral absolut
commit to user
22
dari tinggi profil kekasaran sepanjang pengamatan seperti gambar 12. Menurut Taufiq Rochim (2001), Ra adalah harga rata-rata aritmetik dibagi harga absolutnya jarak antara profil terukur dengan profil tengah dirumuskan sebagai berikut:
� 1 | |Š μm
n
Dimana : Ra = simpangan rerata perhitungan dari rata-rata garis L = panjangnya sampling
y = ordinat kurva profil
Penelitian ini menggunakan alat ukur Surface Roughness Tester. Bekerjanya alat ukur ini karena adanya detektor yang berupa jarum untuk meraba permukaan yang akan diukur.
Jarum Detektor
Gambar 12. Jarum Detektor
Pendeteksian dapat dilakukan 3 parameter, Ra, Rz, dan Rmax dalam spesifikasi DIN ato ISO/JIS. Dalam metode DIN ketiga parameter dapat ditentukan dari profil kekasaran yang ditampilkan. Menurut ISO/JIS model parameter Ra dapat ditentukan dari profil kekesatan, sedangkan parameter Rz dan Rmax ditentukan tidak melalui tampilan. Hasil pengukuran tersebut akan muncul pada layar monitor alat tersebut berupa grafik maupun angka.
commit to user
e. Metode Taguchi
Salah satu pengendalian kualitas secara Off-line Quality Control adalah Metode Taguchi dengan penggagasnya adalah Genichi Taguchi. Dalam penelitiannya, Taguchi menggunakan desain percobaan yaitu rancangan fraksional factorial (Wuryandari, et al., 2009: 81). Metode Taguchi adalah metode eksperimen yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam waktu yang bersamaan menekan biaya dan sumber daya seminimal mungkin sehingga dicapai kondisi yang optimal dan efisien (Soejanto, 2009). Cara yang digunakan dalam desain eskperimen Taguchi adalah Orthoginal array untuk mempelajari layout desain parameter dan Signal to Noise Ratio (S/N Ratio) untuk indikator kualitas dan meminimalkan sensitivitas karakteristik kualitas. Taguchi menyusun Orthogonal Array (OA) untuk tata letak eksperimennya. Tabel OA dapat digunakan untuk menentukan kontribusi setiap faktor yang berpengaruh terhadap kualitas dan dapat diketahui tingkat faktor yang memberikan hasil yang optimal. Dengan OA untuk tata letak eksperimennya, maka tidak semua perlakuan dijalankan atau dengan kata lain, runnya dapat dipersingkat sehingga biaya, waktu dan materi percobaan dapat dikurangi.
Keunggulan atau kelebihan metode Taguchi adalah (Soejanto, 2009: 16-17):
1) Desain eksperimen Taguchi lebih efisien, karena memungkinkan untuk melaksanakan penelitian yang melibatkan banyak faktor dan jumlah. 2) Desain eksperimen Taguchi memungkinkan diperolehnya suatu proses
yang menghasilkan produk yang konsisten dan kokoh terhadap faktor yang tidak dapat dikontrol.
3) Metode Taguchi menghasilkan kesimpulan mengenai respon faktor-faktor dan level faktor-faktor-faktor-faktor kontrol yang menghasilkan nilai optimum.
Ada tiga tahapan utama desain eksperimen Taguchi dengan pendekatan ekperimen, yaitu:
commit to user
24
1) Tahap Perencanaan
Tahap perencanaan merupakan tahap terpenting seorang peneliti harus menentukan ke mana penelitian ini akan dibawa. Adapun kegiatan yang termasuk dalam tahap ini adalah:
a) Perumusan Masalah
Perumusan masalah digunakan untuk mengidentifikasi atau merumuskan masalah yang akan diselidiki dalam eksperimen.
b) Tujuan Eksperimen
Tujuan eksperimen merupakan tujuan yang melandasi eksperimen untuk menjawab apa yang telah dinyatakan dalam perumusan masalah, yaitu mencari sebab yang menjadi akibat dari masalah yang diamati.
c) Penentuan Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel yang perubahannya tergantung pada variabel lain. Variabel inilah nantinya akan menjadi tujuan penelitian.
d) Identifikasi Faktor-faktor (Variabel Bebas)
Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi variabel terikat, baik secara positif atau negatif. Pada tahap ini akan dipilih faktor-faktor mana saja yang akan diselidiki pengaruhnya terhadap variabel tak bebas. Diagram Ishikawa (fishbone diagram) merupakan metode yang paling sering digunakan untuk mengidentifikasi faktor-faktor yang potensial. Pengaruh utama (variabel bebas) diurutkan penyebabnya yang mungkin berpengaruh pada variabel bebas yang diamati. Akibat ada di sebelah kanan dan sebab berada di sebelah kirinya dengan garis miring penghubung (Soejanto, 2009: 22).
commit to user
Gambar 14. Diagram Ishikawa faktor-faktor yang Berpengaruh pada Kekasaran Permukaan
e) Pemisahan Faktor Kontrol dan Faktor Gangguan
Faktor kontrol adalah faktor yang nilainya dapat diatur atau dikendalikan. Faktor gangguan adalah faktor yang nilainya tidak dapat diatur atau dikendalikan.
f) Penentuan Jumlah Level dan Nilai Level Faktor
Tahap penentuan jumlah level untuk ketelitian hasil eksperimen dan biaya penelitian menjadi yang terpenting. Semakin banyak level yang diteliti, maka akan semakin akurat data yang dihasilkan tetapi akan semakin tinggi biayanya.
g) Perhitungan Derajat Kebebasan
Penghitungan derajat kebebasan dilakukan untuk menghitung jumlah minimum eksperimen yang dilakukan untuk menyelidiki faktor yang diamati.
h) Pemilihan Matriks Ortogonal
Pemilihan matriks orthogonal sangat tergantung dari jumlah level dan derajat kebebasan yang digunakan. Penentuan matriks
commit to user
26
ortogonal yang dipilih akan mempengaruhi total jumlah derajat kebebasan.
2) Tahap Pelaksanaan Eksperimen
Tahap pelaksanaan eksperimen Taguchi adalah melakukan pekerjaan berdasarkan setting faktor pada matriks ortogonal dengan jumlah eksperimen sesuai dengan jumlah replikasi dan urutan seperti pada randomisasi.
Langkah-langkah eksperimen yang akan dilaksanakan dalam tahap pelaksanaan eksperimen meliputi:
a) Jumlah Replikasi
Replikasi adalah pengulangan kembali perlakuan yang sama dalam suatu percobaan dengan kondisi yang sama. Replikasi dilakukan untuk tujuan:
(1) Menambah ketelitian eksperimen.
(2) Mengurangi tingkat kesalahan pada eksperimen.
(3) Memperoleh harga taksiran kesalahan eksperimen, sehingga memungkinkan dilaksanakannya uji signifikan hasil eksperimen. b) Pengacakan (randomisasi)
Secara umum pengacakan dimaksudkan untuk:
(1) Meratakan pengaruh faktor yang tidak dapat dikendalikan pada semua unit eksperimen.
(2) Memberikan kesempatan yang sama pada semua unit eksperimen untuk menerima suatu perlakuan, sehingga diharapkan ada kehomogenan pengaruh dari setiap perlakuan yang sama.
(3) Mendapatkan hasil pengamatan yang bebas satu sama lain. 3) Tahap Analisis
Pada tahap analisis dilakukan pengumpulan dan pengolahan data yang meliputi pengumpulan data, pengaturan data, perhitungan serta penyajian dalam bentuk layout tertentu. Tahapan ini meliputi:
commit to user
a) Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi)
Anava merupakan teknik yang digunakan dalam menganalisis data yang telah disusun dalam perencanaan eksperimen secara statistik. Anava digunakan untuk membantu mengidentifikasi kontribusi faktor, sehingga akurasi perkiraan model dapat ditentukan. Anava untuk matriks ortogonal dilakukan berdasarkan perhitungan jumlah kuadrat untuk masing-masing kolom.
(1) Jumlah Kuadrat Total (SST)
SS = y
Dimana : N = jumlah percobaan
y = data yang diperoleh dari percobaan
(2) Jumlah Kuadrat Faktor (Sum Square)
SSƑ = A nƑ 0Ƒ − T N
Dimana : KA : jumlah level faktor Ai : level ke-i faktor A
nAi : jumlah percobaan level ke-i faktor A T : jumlah keseluruhan nilai data
N : jumlah data keseluruhan
(3) Jumlah Kuadrat karena Rata-rata
SS = n. y
(4) Jumlah Kuadrat Error (SSe)
SS4= SS − SS − SSf si g
(5) Rata-rata Kuadrat (Mean Square)
MS =SSƑ
commit to user
28
b) Uji F
Hasil analisis varian tidak membuktikan adanya perbedaaan perlakuan dan pengaruh faktor dalam percobaan, pembuktian dilakukan dengan uji F. Uji hipotesis F dilakukan dengan membandingkan variasi yang disebabkan oleh masing-masing faktor dan variansi error. Variansi error adalah variansi setiap individu dalam pengamatan yang timbul karena faktor-faktor yang tidak dapat dikendalikan.
FƑ =
MSƑ
SS4
c) Stategi Pooling up
Strategi Pooling up dirancang Taguchi untuk mengestimasi variansi error pada analisis varian. Dengan adanya pooling up, estimasi yang dihasilkan akan menjadi lebih baik. Pooling up dilakukan dengan menjumlahkan faktor yang tidak berpengaruh menjadi error. Pooling up dilakukan mulai dari nilai jumlah kuadrat (SS) yang paling kecil. Pooling up dilakukan hingga ditemukan faktor yang berpengaruh, biasanya sama dengan atau lebih dari setengah variabel bebas yang digunakan.
d) Rasio S/N (rasio signal to noise)
Rasio S/N digunakan untuk memilih faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variansi suatu respon. Rasio S/N merupakan rancangan untuk transformasi pengulangan data ke dalam suatu nilai yang merupakan ukuran variasi yang timbul. Penggunaan rasio S/N untuk mengetahui faktor mana yang berpengaruh pada hasil eksperimen. Rasio S/N yang digunakan pada penelitian ini adalah semakin kecil semakin baik (smaller the better), karakteristik kualitas dengan batas nol dan non negatif. Nilai semakin kecil (mendekati nol) adalah yang diinginkan.
commit to user 4) Interpretasi Hasil Eksperimen
Langkah-langkah untuk menginterpretasikan hasil eksperimen dengan menggunakan metode Taguchi dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:
a) Prosen Kontribusi
Persen kontribusi merupakan porsi masing-masing faktor dan atau interaksi faktor yang signifikan terhadap total fariasi yag diamati. Persen kontribusi merupakan fungsi dari jumlah kuadrat (SS) dari masing-masing faktor yang signifikan.
Pada analisis varian nilai rata-rata kuadrat (MS) untuk suatu faktor sebenarnya adalah (misalkan faktor A):
SS’A = SSA – (VA).(MSe) Prosen kontribusi adalah:
ρ= SS′Ƒ
SS x100%
Pada prosen kontribusi akan dihitung prosen kontribusi maupun interaksi faktor yang signifikan dan error. Jika prosen kontribusi error ≤15% berarti tidak ada faktor yang berpengaruh terabaikan. Jika prosen kontribusi error ≥50% artinya bahwa terdapat faktor yang berpengaruh terabaikan dan error yang hadir telalu besar.
b) Interval Kepercayaan (Convidence Interval; CI)
Interval kepercayaan (convidence interval; CI) dalam analisis hasil eksperimen Taguchi dihitung dalam tiga kondisi: (1) Interval kepercayaan untuk level faktor (CI1)
CI =
Fα; ; MS4
n
µƑ0= A0± CI
commit to user
30
Dimana :
F(α;; ) : rasio F dari tabel : resiko
V1 : derajat kebebasan faktor Ve : derajat kebebasan error MSe : rata-rata kuadrat error
n : jumlah yang diuji pada kondisi tertentu
µƑ0 : dugaan rata-rata faktor A pada perlakuan level ke-K
A0 : rata-rata faktor A pada perlakuan level ke-K k : 1, 2, dan seterusnya
(2) Interval kepercayaan untuk perkiraan rata-rata
CI = ± F(α;; )xMS4x
1 n4ff Dimana: neff adalah jumlah pengamatan efektif
n4ff =
jumlah total eksperimen
jumlah derajat kebebasan dalam perkiraan rata− rata
(3) Interval kepercayaan untuk eksperimen konfirmasi
CI = ± F(α;; )xMS4x
1 n4ff+
1 r
Dimana : r adalah jumlah replikasi yang dilaksanakan
5) Eksperimen Konfirmasi
Tujuan eksperimen konfirmasi adalah untuk melakukan validasi terhadap kesimpulan yang diperoleh selama tahap analisis. Eksperimen konfirmasi juga digunakan untuk memverifikasi: 1) Dugaan yang dibuat pada saat model performansi penentuan faktor dan interaksinya, dan 2)
commit to user
Setting parameter (faktor) yang optimum hasil analisis percobaan pada performansi yang diharapkan (Soejanto, 2009: 196).