III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Kerangka Pemikiran
Kegiatan industri gula terdiri dari kegiatan proses produksi dan kegiatan unit-unit operasi. Kegiatan proses produksi berlangsung pada proses penggilingan, pemurnian, pemasakan, pengristalan, pemutaran hingga pengemasan dengan tujuan untuk menghasilkan produk gula secara maksimal. Sedangkan kegiatan unit-unit operasi berlangsung di stasiun uap, stasiun listrik, dan stasiun air.
PT. PG. Rajawali II Unit PG. Tersana Baru, Jawa Barat sebagai salah satu PG di Indonesia harus melakukan efisiensi di setiap proses produksi. Penelitian ini dikhususkan pada pengkajian proses penggilingan. Hal itu dilakukan, karena proses penggilingan memberikan pengaruh yang cukup besar dalam menghasilkan gula dan menghasilkan kadar air ampas tebu yang sangat mempengaruhi nira mentah dan ampas tebu yang dihasilkan. Pembenahan dilakukan untuk mengefisienkan proses produksi dengan meminimalisasi kehilangan gula dan menekan pemborosan energi. Pembenahan tersebut dititik-beratkan pada proses ekstraksi di stasiun gilingan.
Berdasarkan dari permasalahan tersebut, PG. Tersana Baru diharapkan dapat melakukan pembenahan secara menyeluruh dengan melakukan penerapan produksi bersih baik pada proses produksi maupun pada unit-unit operasi.
Penerapan produksi bersih tersebut diharapkan memberikan pengaruh yang baik pada PG. Tersana Baru sehingga proses produksi dan unit-unit produksi dapat berjalan secara optimal, dapat meningkatkan nilai rendemen gula dan dapat memberikan manfaat ekonomi sekaligus manfaat lingkungan. Secara singkat, kerangka pemikiran dapat dilihat pada Gambar 7.
B. Tata Laksana
1. Tahapan Penelitian
Metode dasar yang digunakan dalam penelitian adalah metode Quick Scan yang dimodifikasi untuk memenuhi fungsi tujuan penelitian. Metode Quick Scan terdiri dari tiga tahap, yaitu tahap pendugaan awal, tahap analisis melalui neraca massa dan energi serta tahap sistesis atau implementasi.
1.1. Persiapan
Tahap persiapan merupakan perwujudan tahap pendugaan awal pada metode quick scan. Pada tahap ini dilakukan kegiatan pengumpulan data sekunder yang terkait dengan kegiatan produksi di industri gula dan telaah pustaka relevan.
Gambar 7. Kerangka Pemikiran Penelitian Industri Gula
Proses Produksi Unit Operasi
Energi Uap
Pemborosan Energi Kehilangan Gula
IDO Penggilingan
Tebu
Ampas tebu Nira Mentah
Air imbibisi
Energi Bahan Bakar Stasiun Ketel Uap
Pendekatan Produksi Bersih :
Menganalisis Neraca Massa proses penggilingan dan Neraca Energi di stasiun ketel uap untuk menekan kehilangan gula dari ampas tebu dan mengurangi pemborosan energi uap
Peningkatan efisiensi proses produksi gula Simulasi Sistem Dinamik :
Pemilihan Tema dan Identifikasi Formulasi Model Simulasi Verifikasi dan Validasi Model Sensitivitas
Sesuai dengan tujuan penelitian yang difokuskan pada stasiun gilingan, maka telaah pustaka akan banyak diarahkan ke proses tersebut. Selain itu, mengacu pada metode quick scan, beberapa tahapan yang dilakukan adalah membagi proses ke dalam satuan-satuan operasi dan menyusun diagram alir proses sesuai satuan operasi.
1.2. Pengumpulan data primer
Tahap ini merupakan tahap analisis. Pada tahap ini, data pengamatan diperoleh dengan melakukan pengamatan secara langsung, wawancara dengan pihak-pihak yang terkait. Pada tahap ini dilakukan analisis pada stasiun gilingan untuk mendapatkan kondisi proses terbaik dari proses penggilingan. Faktor yang diteliti adalah pengaruh penambahan air imbibisi dan penggunaan energi (uap dan bahan bakar) yang digunakan di stasiun gilingan.
2. Penentuan Parameter
Penentuan parameter yang diukur meliputi hal-hal berikut : 1. Kadar sukrosa tebu, sukrosa nira mentah, dan sukrosa ampas tebu
2. Kadar zat kering yang larut dalam air (brix) tebu, brix nira (mentah, encer, kental), brix ampas tebu, dan brix gula SHS.
3. Kadar zat kering yang tidak larut dengan air (serat) tebu dan serat ampas tebu.
4. Kadar kadar air tebu, nira mentah dan kadar air ampas tebu.
5. Kadar rendemen
2.1. Perhitungan Parameter a. Pol (Kadar Sukrosa)
* Tebu (ton)
... (4)
* Nira Mentah (ton)
... (5)
* Ampas Tebu (ton)
... (6)
% 100 Tebu x
tebu tebu pol
pol =
Mentah Nira
Mentah x Nira
Mentah pol Nira
pol 100
= %
Tebu Ampas Tebu x
Ampas Tebu pol
Ampas
pol 100
= %
b. Brix
* Tebu (ton)
... (7)
* Nira Mentah (ton)
... (8)
* Ampas Tebu (ton)
... (9)
c. Serat
* Tebu (% ft)
... (10)
* Ampas Tebu (% fa)
... (11)
d. Kadar Air
* Tebu
% ka Tebu = 100 – (% brix Tebu + % Serat Tebu) ………... (12) ………... (13)
* Nira Mentah
% ka Nira Mentah = 100 – (% brix Nira Mentah) ..……….. (14) ….………….. (15)
* Ampas Tebu
% ka Ampas Tebu = 100– (% brix Ampas Tebu + % Serat Ampas Tebu) … (16) ….………….. (17) e. Rendemen
* Nilai Nira Perahan Pertama (% N NPP)
……… (18) 100
% x
Tebu ft = Ft
100
% x
Tebu fa = Fa
% 100 Tebu x
tebu tebu brix
brix =
Mentah Nira
Mentah x Nira
Mentah brix Nira
brix 100
= %
Tebu Ampas Tebu x
Ampas Tebu brix
Ampas
brix 100
= %
Tebu tebu x
Tebu ka
ka 100
= %
Mentah Nira
Mentah x Nira
Mentah ka Nira
ka 100
= %
Tebu Ampas 100
Tebu Ampas Tebu %
Ampas ka x
ka =
−
= −
NPL brix NPP
brix
NPL brix NM
NM brix
NPP % %
%
%
* Faktor Rendemen (% FR)
FR = WR x HPB x PSHK x Nilai nira ……….. (19)
* Hasil Bagi Pemerahan Brix (HPB %)
………. (20)
* Perbandingan Selaras Hasil Kemurnian (% PSHK)
………. (21)
* Winter Rendemen (% WR)
………. (22)
* Hasilbagi Kemurnian Nira Mentah (HKNM)
……… (23)
* Hasilbagi Kemurnian Nira Perahan Pertama (HKNPP)
……… (24)
* Rendemen (%)
Rendemen = N NPP x FR ..………. (25) dimana :
NPL = nira perahan lanjutan
KD = jumlah kehilangan gula yang sebenarnya terjadi pada blotong, molasse, dan kehilangan tidak tentu
KW = kehilangan gula wajar menurut Winter pada HKNM yang sesungguhnya
3. Energi
Setelah menentukan parameter yang diukur, kemudian dilakukan perhitungan terhadap masukan energi yang digunakan dengan memasukkan variabel-variabel pada persamaan yang telah dikonversikan dalam ton/hari.
Persamaan yang digunakan dalam perhitungan ini adalah sebagai berikut:
% 100 Tebu x brix
NM HPBtot = brix
%) 100 40 4
, 1 (
) 40 4
, 1 (
x HK
x
HK PSHK x
npp NM
−
= −
−
− −
=
HKNM
KW WR KD
4 40 , 1 100
%
% NM 100
pol x
NM HKNM= brix
% 100 NPP x brix
NPP HKNPP = pol
3.1. Energi Bahan Bakar
Jumlah energi yang digunakan untuk kegiatan proses produksi digunakan persamaaan Anwar (1990) dalam Amri (1999) :
... (26) Dimana :
Ebm = Energi Bahan Bakar pada kegiatan proses produksi (MJ/kg)
Ki = Konsumsi Bahan Bakar pada kegiatan proses produksi ke – i (ltr/jam) Neb = Nilai kalor bahan Bakar (KJ/kg)
i = 1,2,3,....
Jg = Jumlah produksi gula (kg)
3.2. Energi Uap pada Ketel Uap
Energi yang diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar ampas tebu diperoleh melalui persamaan Hugot (1986) dalam Indrayana (2001) :
NCV = 4.250 - 4.850w - 1.200s ... (27) Dimana :
w = Kadar Air Ampas Tebu s = kadar sukrosa % Ampas Tebu
4. Tahapan Pemodelan Sistem Dinamik
Tahapan Pemodelan SD dalam penelitian ini mengacu pada model tahapan yang dikembangkan oleh Sterman (2000).
4.1. Pemilihan Tema dan Identifikasi Variabel Kunci
Pemilihan tema dan penentuan variabel kunci merupakan bagian dari perumusan masalah penelitian. Tahap ini merupakan tahapan penting agar permasalahan yang dikaji dan batasan-batasan sistemnya jelas. Tema yang dipilih adalah Penilaian Pengaruh Penambahan Air Imbibisi terhadap Kinerja Mesin Gilingan di PG. Tersana Baru. Tujuan dari penilaian ini adalah untuk menelaah pengaruh penambahan air imbibisi terhadap kadar air ampas tebu yang dihasilkan sehingga mempengaruhi kualitas ampas tebu untuk proses pembakaran.
Selanjutnya menentukan variabel kunci sebagai parameter utama ukuran proses produksi gula optimum di PG. Tersana Baru.
∑
= Jg
i Neb x
Ebm Ki ( )
4.2. Formulasi Model Simulasi
Tahap formulasi model simulasi menggunakan alat bantu program komputer Stella. Model simulasi harus lengkap dengan persamaan matematis yang benar, parameter dan penentuan kondisi nilai awal sehingga mudah untuk dijalankan. Hipotesis dinamis adalah suatu pernyataan mengenai struktur balik yang dianggap memiliki kemampuan untuk mempengaruhi perilaku masalah.
Penentuan variabel atau parameter yang akan dijadikan stock (akumulasi) dan flow (aliran yang dapat mengubah nilai stock).
4.3. Verifikasi dan Validasi Model
Verifikasi model adalah sebuah proses untuk meyakinkan bahwa program komputer yang dibuat beserta penerapannya adalah benar. Cara yang dilakukan adalah menguji sejauh mana program komputer yang dibuat telah menunjukkan perilaku dan respon yang sesuai dengan tujuan dari model (Schlesinger, et al.
1979 dalam Sargent, 1998).
Validasi adalah usaha penyimpulan apakah model sistem tersebut merupakan perwakilan yang sah dari realitas yang dikaji, sehingga dapat menghasilkan kesimpulan yang meyakinkan (Eriyatno, 1998). Dalam proses pemodelan validasi dan verifikasi dilakukan untuk setiap tahap pemodelan, yaitu validasi terhadap model konseptual, verifikasi terhadap model komputer dan validasi operasional serta validitas data.
Uji validitas teoretis artinya bahwa model yang dibangun valid karena didukung oleh teori yang diadopsi. Uji kondisi ekstrim, yaitu pengujian terhadap salah satu variabel yang dirubah nilainya secara ekstrim. Pemeriksaan konsistensi unit analisis keseluruhan interaksi dari unsur-unsur yang menyusun sistem dengan memeriksa persamaan Stella. Pemeriksaan konsistensi keluaran model untuk mengetahui sejauhmana kinerja model sesuai dengan kinerja sistem aslinya.
Prosedurnya dengan mengeluarkan nilai hasil simulasi variabel utama dan membandingkan dengan pola perilaku data aktual. Uji statistik dilakukan setelah secara visual meyakinkan dengan mengecek nilai error antara data simulasi dan data aktual dalam batas penyimpangan yang diperkenankan antara 5-10%. Ukuran relatif untuk menentukan nilai mean error dari nilai absolute percentage error
(APE) yang didefinisikan dengan persamaan sebagai berikut (Markidakis, et al.
1992) :
% 100 X x
F X n
MAPE 1 n
1
t t
t
∑
t=
= − ... (27)
di mana Xt = nilai aktual dan Ft = nilai simulasi atau peramalan.
4.4. Sensitivitas
Sensitivitas berarti respon model terhadap stimulus yang ditujukan dengan perubahan atau kinerja model. Tujuan utama analisis ini adalah untuk mengetahui variabel keputusan yang cukup penting (leverage point) untuk ditelaah lebih lanjut pada aplikasi model. Metode umum yang digunakan adalah skenario terbaik- terburuk (Sterman, 2000). Jenis uji sensitivitas yang dilakukan pada penelitian ini berupa intervensi fungsional. Intervensi fungsional, yaitu intervensi terhadap parameter tertentu atau kombinasinya. Intervensi ini setiap perubahan nilai parameter atau variabel (dinaikkan atau dikurangkan 10%) akan memperlihatkan kinerja model yang berbeda terhadap nilai parameter utama.
C. Pengolahan Data
Analisis perhitungan menggunakan Microsoft Office Excel 2003 dan model dinamik menggunakan analisis simulasi Sistem Dinamik yang diolah menggunakan software Stella versi 8.0.
D. Tempat dan Waktu Penelitian
Kegiatan pengumpulan data di lapangan dilaksanakan pada bulan November 2007 di PG. Tersana Baru, kemudian dilanjutkan dengan analisis data primer dan sekunder hingga penyusunan tesis pada bulan Desember 2007 sampai dengan Maret 2008.
E. PG. Jatitujuh, Majalengka, Jawa Barat
PG. Jatitujuh merupakan unit produksi PT. PG. Rajawali II yang berlokasi di Desa Sumber Kulon, Kecamatan Jatitujuh, Kabupaten Majalengka, Propinsi Jawa Barat dengan luas areal pabrik sebesar 28 hektar. PG. Jatitujuh merupakan pabrik gula yang memproduksi gula SHS I. Areal pabrik tersebut terbagi atas
areal perkantoran, bangunan pabrik, gudang, bangunan mekanisasi dan bengkel, timbangan tebu, cane yard, dan bangunan fasilitas penunjang.
PG. Jatitujuh memiliki beberapa stasiun proses produksi, diantaranya : stasiun pendahuluan (emplasement), stasiun gilingan, stasiun pemurnian (sulfitasi I), stasiun penguapan, stasiun pemurnian (sulfitasi II), stasiun masakan, stasiun putaran, stasiun penyelesaian dan pengemasan. Pada stasiun gilingan, PG.
Jatitujuh memiliki satu mesin gilingan yang berkapasitas tebu tergiling sebanyak
± 5.000 ton tebu per hari. Pada musim giling tahun 2006, PG. Jatitujuh selama sepuluh periode telah menggiling tebu sebanyak 522.386,30 ton tebu dan menghasilkan gula SHS I sebanyak 37.775,90 ton gula. Periode ke-VI ( tanggal 16 – 31 Juli 2006) merupakan periode terbanyak menggiling tebu yaitu sebesar 64.460 ton tebu dan menghasilkan gula SHS I sebanyak 4.378,20 ton gula serta menghasilkan nilai rendemen gula tertinggi yaitu sebesar 7,3 %.
Gambar 8. Diagram Alir Tahapan Penelitian Pustaka yang
relevan Mulai
Persiapan
Pengumpulan data di lapangan
Data/informasi dengan Metode Quick Scan pada proses produksi gula Pendugaan awal Neraca Massa Analisis
Analisis proses penggilingan tebu dan energi
Identifikasi proses penggilingan dan energi yang dapat diefisienkan
Penyusunan alternatif Pendekatan Produksi Bersih Analisis alternatif terpilih
Layak ?
Selesai Ya
Tidak
Rekomendasi
Analisis Empiris Simulasi
