PENDAHULUAN 1.1

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Air merupakan kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia. Sekitar tiga per empat

bagian dari tubuh manusia terdiri dari air dan tidak seorangpun dapat bertahan hidup lebih

dari 4-5 hari tanpa minum air. Selain itu, air juga digunakan dalam kehidupan sehari-hari

manusia, seperti masak, mandi, mencuci dan sebagainya. Ditinjau dari sudut ilmu kesehatan

masyarakat, penyediaan sumber air bersih harus dapat memenuhi kebutuhan masyarakat

karena persediaan air bersih yang terbatas memudahkan timbulnya penyakit di masyarakat.

Menurut data Kementerian Energi Sumber Daya dan Mineral, hingga tahun 2015,

diperkirakan pemenuhan kebutuhan air bersih di Indonesia baru mencapai 68,9 persen dari

total kebutuhan air bersih penduduk secara nasional. Sedangkan informasi Badan Pengkajian

dan Penerapan Teknologi (BPPT) menyebutkan, ketersediaan air bersih yang benar-benar

layak untuk dikonsumsi masyarakat, diperkirakan cadangannya hanya tersisa tinggal 18

persen dari total keseluruhan persediaan. (Kompas.com)

Dalam pemenuhan kebutuhan akan air, maka masyarakat akan mencari sumber lain,

salah satunya melalui sungai. Air sungai banyak digunakan dalam kehidupan masyarakat,

baik yang berada di kota maupun masyarakat pedesaan. Terutama bagi masyarakat yang

berada di daerah-daerah yang belum mendapatkan pelayanan air bersih. Padahal, air sungai

dirasa kurang memenuhi kualitas air bersih yang sehat karena banyak aktivitas keseharian

dilakukan di sungai, mulai memandikan kerbau, bebek, mencuci, buang air besar, buang

sampah dan sebagainya. Hal ini menyebabkan air sungai menjadi keruh.

Kekeruhan disebabkan karena adanya partikel koloid dan supensi dari suatu bahan

pencemar antara lain beberapa bahan organik dan bahan anorgnik dari buangan industri,

rumah tangga, budidaya perikanan dan sebagainya yang terkandung dalam perairan

(Suraiwira, 1993). Sebagian besar dari pabrik-pabrik dan industri membuang limbahnya juga

ke sungai. Secara fisika air yang layak dikonsumsi memiliki karakteristik tidak berwarna,

tidak berbau, dan tidak berasa. Sedangkan air sungai yang memiliki warna keruh dan kadang

berbau tidak layak dikonsumsi karena dapat menyebabkan berbagai penyakit yang

mengganggu kesehatan seperti, gangguan pencernaan, mudah lelah, rasa sakit pada sendi.

Dalam rangka penyediaan air yang bersih dan sehat bagi penduduk yang belum

mendapatkan pelayanan air bersih dari PDAM, maka diperlukan alat pengolahan air

2

sederhana yang murah dan dapat dibuat oleh masyarakat sendiri dengan menggunakan bahan

yang ada dipasaran setempat. Secara umum, proses pengolahan air sederhana terdiri dari 2

tahapan, yaitu proses pengendapan dan proses penyaringan. Dari pengolahan ini akan

didapatkan air bersih guna memenuhi kebutuhan masyarakat akan air bersih dan menjaga

kesehatan masyarakat.

Dalam mendesain alat pengolahan air sederhana guna mendapatkan hasil terbaik, yaitu

air bersih dan tidak keruh diperlukan suatu desain eksperimen yang dapat mengamati,

menilai, membanding sifat-sifat penting suatu produk dengan suatu bentuk baku, salah

satunya adalah desain eksperimen Taguchi. Desain eksperimen Taguchi merupakan salah satu

metode statistik yang digunakan sebagai salah satu alat untuk meningkatkan dan melakukan

perbaikan kualitas, sehingga perubahan-perubahan terhadap variabel suatu proses atau sistem

diharapkan akan memberi hasil (respons) yang optimal dengan cukup memuaskan. Dalam hal

ini adalah mengurangi tingkat kekeruhan pada air sungai.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan pada latar belakang sebelumnya, dapat dirumuskan permasalahan sebagai

berikut :

1. Faktor apa saja yang mempengaruhi tingkat kekeruhan air pada pengolahan air sungai

sederhana?

2. Faktor dan level apa saja yang paling mempengaruhi tingkat kekeruhan air pada

pengolahan air sungai sederhana?

1.3 BATASAN MASALAH

Batasan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Air sungai yang digunakan sebagai penelitian berasal dari DAS Brantas.

2. Replikasi dilakukan sebanyak 3 kali.

3. Dalam sekali replikasi digunakan air sungai sebanyak 1 liter.

1.4 ASUMSI-ASUMSI

Asumsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah semua faktor yang tidak

dikendalikan dianggap tetap atau sama.

3

1.5 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat kekeruhan air pada pengolahan

air sungai sederhana.

2. Mengetahui faktor dan level dari faktor yang paling mempengaruhi tingkat kekeruhan

air pada pengolahan air sungai sederhana.

1.6 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui faktor dan level yang paling mempengaruhi tingkat kekeruhan air pada

pengolahan air sungai sederhana, sehingga didapatkan air bersih dengan tingkat

kekeruhan terendah.

2. Mendapatkan persediaan air bersih dari pengolahan air sungai sederhana dengan harga

yang relatif murah.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 PENGERTIAN AIR

Air merupakan zat yang paling penting dalam kehidupan setelah udara. Sekitar tiga per

empat bagian dari tubuh kita terdiri dari air dan tidak seorangpun dapat bertahan hidup lebih

dari 4-5 hari tanpa minum air. Selain itu, air juga dipergunakan untuk memasak, mencuci,

mandi, dan membersihkan kotoran yang ada disekitar rumah. Air juga dipergunakan untuk

keperluan industri, pertanian, pemadam kebakaran, tempat rekreasi, transportasi, dan lain-

lain. Penyakit-penyakit yang menyerang manusia dapat juga ditularkan dan disebarkan

melalui air. Kondisi tersebut tentunya dapat menimbulkan wabah penyakit dimana-mana.

(Chandra, 2007)

Air bersih yang layak dikonsumsi oleh manusia memiliki beberapa kriteria, baik secara

fisik, kimiawi dan juga mikrobiologi. Secara fisik, air harus bersih dan tidak keruh, tidak

berwarna, tidak berasa, tidak berbau dan tidak meninggalkan endapan. Secara kimiawi, pH

air harus di antara 6,5 – 8,5 dan tidak mengandung zat-zat kimia berbahaya. Secara

mikrobiologi, air tidak mengandung kuman-kuman peyakit seperti disentri, tipus, kolera dan

bakteri patogen.

2.1.1 Pengertian Air Sungai

Air sungai merupakan aliran yang berasal dari mata air yang kadang-kadang bercampur

dengan limbah manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan, termasuk campuran dari air hujan.

Tingkat kekeruhan air sungai bisa menjadi sangat tinggi dan hal ini dapat diukur melalui TDS

meter yang menunjukkan skala ppm (part per milion) atau mg/l. Oleh karena itu, dalam

penggunaan sebagai air minum, haruslah mengalami suatu pengolahan yang baik, mengingat

bahwa air sungai ini pada umumnya mempunyai derajat kekeruhan yang tinggi sekali.

2.1.2 Pengolahan Air Sungai Sederhana

Pengolahan air sungai dapat dilakukan secara sederhana dengan menggunakan alat dan

bahan yang ada dipasaran setempat. Secara umum, ada 2 tahap penting dalam melakukan

pengolahan air, yaitu proses pengendapan dan penyaringan. Namun, ada juga proses akhir

yang disebut proses penjernihan. Berikut adalah penjelasan mengenai 3 proses tersebut.

5

1. Proses Pengendapan

Pada proses ini, pertama-tama air sungai ditampung terlebih dahulu dalam sebuah

wadah (ember/tong). Kemudian dicampur dengan bahan koagulan untuk penggumpalan

dan pengendapan kotoran-kotoran dalam air. Setelah itu, air didiamkan beberapa waktu

sampai gumpalan kotoran yang terjadi mengendap semua. Setelah kotoran mengendap,

air akan tampak lebih jernih. Endapan yang terkumpul di dasar wadah dapat

dibersihkan. Sedangkan air hasil proses pengendapan dialirkan menuju proses

penyaringan.

2. Proses Penyaringan

Pada proses pengendapan, tidak semua gumpalan kotoran dapat diendapkan semua.

Butiran gumpalan kotoran dnegan ukuran besar dan berat akan mengendap, sedangkan

yang berukuran kecil dan ringan masih melayang-layang dalam air. Untuk itu dilakukan

proses penyaringan.

Penyaringan dilakukan dengan mengalirkan air yang telah diendapkan ke dalam bak

penyaringan yang terdiri dari beberapa komponen yang telah disusun. Tidak ada standar

pasti untuk menyusun komponen pada proses penyaringan. Maka dari itu, dalam

penelitian ini digunakan urutan komponen yang disusun dari atas ke bawah adalah batu,

penyaring, arang, pasir, penyaring, batu.

3. Proses Akhir

Hasil dari proses akhir adalah air yang sudah bersih secara fisik. Namun, belum

dapat dipastikan apakah jumlah padatan dalam air telah berkurang secara maksimal dan

pH air telah mencapai nilai optimal. Untuk itu, terkadang ada penambahan bahan kimia,

seperti kaporit untuk meningkatkan nilai pH air bersih dan sebagai bahan penjernihan.

Namun, ada juga yang tidak melakukan proses ini.

2.1.3 Pengertian Kekeruhan

Turbidity atau kekeruhan adalah adanya partikel koloid dan supensi dari suatu bahan

pencemar antara lain beberapa bahan organik dan bahan anorgnik dari buangan industri,

rumah tangga, budidaya perikanan dan sebagainya yang terkandung dalam perairan.

(Suraiwira, 1993 ). Kekeruhan dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan organik yang

dihasilkan oleh buangan industri (Saeni, 1989). Kekeruhan dapat disebabkan bahan-bahan

tersupensi yang yang bervariasi dari ukuran koloidal sampai dispersi kasar, tergantung

derajat turbelensinya.(Saeni, 1989)

6

Kekeruhan pada sungai yang sedang banjir lebih banyak disebabkan oleh bahan-bahan

tersuspensi yang berukuran lebih besar, yang berupa lapisan permukaan tanah yang terbawa

oleh aliran air pada saat hujan. Kekeruhan yang tinggi dapat mengakibatkan terganggunya

sistem osmoregulasi, misalnya, pernafasan dan daya lihat organism akuatik, serta dapat

menghambat penetrasi cahaya kedalaman air. Tingginya nilai kekeruhan juga dapat

mempersulit usaha penyaringan dan mengurangi efektivitas desinfeksi pada proses

penjernihan air. (Effendi,2003)

2.2 PENGERTIAN DESAIN EKSPERIMEN

Eksperimen merupakan serangkaian percobaan atau pengujian yang dilakukan dengan

mengendalikan beberapa faktor untuk menghasilkan hasil percobaan/pengujian yang terukur

(karakteristik yang sedang diteliti). Eksperimen adalah penyelidikan terencana untuk

mendapatkan fakta baru, untuk memperkuat atau menolak hasil-hasil percobaan terdahulu.

Desain eksperimen berperan penting dalam mengembangkan proses, dapat digunakan

untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan dalam proses agar kinerja proses

meningkat. Desain eksperimen dapat didefinisikan sebagai suatu uji dengan mengubah-ubah

variabel input (faktor) suatu proses sehingga bisa diketahui penyebab perubahan output

(respon) (Iriawan, 2006: 243).

Tujuan dari desain eksperimen adalah agar dapat menentukan variabel input (faktor)

yang berpengaruh terhadap respon. Menentukan variabel input yang membuat respon

mendekati nilai yang diinginkan. Dan juga menentukan variabel input yang menyebabkan

variasi respon kecil.

2.2.1 Desain Eksperimen Taguchi

Metode Taguchi diperkenalkan oleh Dr. Genichi Taghuci (1940) yang merupakan

metodologi baru dalam bidang teknik yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan

proses serta dapat menekan biaya dan resources seminimal mungkin. Sasaran metode Taguchi

adalah menjadikan produk robust terhadap noise, karena itu sering disebut sebagai Robust

Design (Ishak, 2002: 10).

Metode Taguchi adalah suatu metodologi untuk merekayasa atau memperbaiki

produktivitas selama penelitian dan pengembangan supaya produk-produk berkualitas tinggi

dapat dihasilkan dengan cepat dan dengan biaya rendah. Metode Taguchi merupakan metode

perancangan yang berprinsip pada perbaikan mutu dengan memperkecil akibat dari variasi

7

tanpa menghilangkan penyebabnya. Hal ini dapat diperoleh melalui optimasi produk dan

perancangan proses untuk membuat unjuk kerja kebal terhadap berbagai penyebab variasi

suatu proses yang disebut perancangan parameter (Pramono, 2001: 25).

Orthogonal array merupakan suatu matriks faktor dan level yang tidak membawa

pengaruh dari faktor atau level yang lain (Ishak, 2002: 14). Ortognal array adalah matriks

faktor dan level yang disusun sedemikian rupa sehingga pengaruh suatu faktor dan level tidak

berbaur dengan faktor dan level lainnya.

Elemen-elemen matriks disusun menurut baris dan kolom. Baris merupakan keadaan

suatu faktor, sedangkan kolom adalah faktor yang dapat diubah dalam eksperimen. Notasi

ortogonal array adalah:

Ln (l)f

dimana :

f = banyaknya faktor (kolom)

l = banyaknya level

n = banyaknya pengamatan (baris)

L = rancangan bujur sangkar latin (Iriawan, 2006: 282).

Berikut adalah beberapa contoh tabel Ortogonal Array pada desain eksperimen Taguchi:

Tabel 2.1 Ortogonal Array L4 (23)

Exp Faktor

A B C

1 1 1 1

2 1 2 2

3 2 1 2

4 2 2 1

Sumber : Ranjit, 1990: 211-212


Exp Faktor

A B C D E F G

1 1 1 1 1 1 1 1

2 1 1 1 2 2 2 2

3 1 2 2 1 1 2 2

4 1 2 2 2 2 1 1

5 2 1 2 1 2 1 2

6 2 1 2 2 1 2 1

7 2 2 1 1 2 2 1

8 2 2 1 2 1 1 2 Sumber : Ranjit, 1990: 211-212


8

Exp Faktor

A B C D

1 1 1 1 1

2 1 2 2 2

3 1 3 3 3

4 2 1 2 3

5 2 2 3 1

6 2 3 1 2

7 3 1 3 2

8 3 2 1 3

9 3 3 2 1 Sumber : Ranjit, 1990: 211-212

Dari matrik diatas dapat disajikan sebuah tabel orthogonal Array untuk jumlah faktor

dan level tertentu yaitu sebagai berikut:

Tabel 2.4 Ortogonal Array

Matrik Ortogonal Jumlah Faktor Jumlah Level

L4(23) 3 2

L8(27) 7 2

L12(211

) 11 2

L16(215

) 15 2

L32(231

) 31 2

L9(34) 4 3

L18(21,37

) 1 dan 7 2 dan 3

L27(313

) 13 3

L16(45) 5 4

L32(21,4

9) 1 dan 9 2 dan 4

L64(422

) 21 4 Sumber : Ranjit, 1990: 211-212

2.2.2 Analysis of Varians (ANOVA)

Analysis of Varians biasa disebut dengan analisis ragam, analisis ragam adalah suatu

metode untuk menguraikan keragaman total menjadi komponen-komponen yang mengukur

berbagai sumber keragaman. Di dalam analisis ini kita selalu mengasumsikan bahwa contoh

acak yang dipilih berasal dari populasi yang normal dengan ragam yang sama, kecuali bila

contoh yang dipillih cukup besar, asumsi tentang distribusi normal tidak diperlukan lagi.

Analisis ragam (Analysis of Variance, ANOVA) memperluas pengujian kesamaan dari dua

nilai rata-rata menjadi kesamaan beberapa nilai rata-rata secara simultan (Wibisono, 2005:

479).

Menurut Ritonaga (1987:216) analisis ragam adalah suatu metode yang membagi-bagi

eksperimen ke dalam beberapa bagian, bagian mana yang dapat dibagi berdasarkan sumber,

sebab atau faktor. Penggunaan ragam ini pertama kali dikembangkan oleh R.A Fisher dalam

9

laporannya tahun 1923, bila ragam dipahami sebagai kuadrat di simpangan baku dari suatu

variabel X, s 2 , analisis ragam dalam kenyataannya tidak membagi ragam ini kedalam bagian-

bagian, tetapi membagi jumlah kuadrat simpangan, dalam bagian-bagian tertentu. Bagian

bagian inilah yang digunakan dalam tes signifikansi data dalam penelitian (Mashitoh, 2005:

8).

10

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 METODE PENELITIAN

Dalam pengambilan data, penelitian ini menggunakan data primer yang diambil dari

penelitian eksperimen. Penelitian eksperimen adalah penelitian dengan pemberian perlakuan

atau treatment pada suatu objek yang digunakan untuk mencari pengaruh perlakuan tertentu

terhadap yang lain dalam kondisi yang terkendalikan.

3.2 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian mengenai pengolahan air sungai ini berlangsung pada :

Tempat : JL Mayjend D.I. Panjaitan, Malang

Waktu : 4-16 Mei 2015

3.3 ALAT DAN BAHAN

Untuk membuat alat pengolahan air sungai sederhana, diperlukan alat dan bahan

sebagai berikut :

3.3.1 Alat

Alat yang diperlukan untuk pembuatan alat pengolahan air sungai sederhana adalah :

1. Ember, untuk menampung air sungai.

2. Botol, sebagai wadah dalam proses penyaringan

3. Penggaris dan spidol, untuk mengukur tinggi dan memberi tanda.

4. Label, untuk memberi nama.

5. Timbangan, untuk mengukur takaran bahan kimia.

6. Wadah hasil eksperimen, sebagai tempat air bersih.

7. TDS meter, untuk mengukur tingkat kekeruhan air.

3.3.2 Bahan

Bahan yang diperlukan untuk pembuatan alat pengolahan air sungai sederhana adalah :

1. Air sungai.

2. Bahan-bahan kimia untuk proses pengolahan air.

3. Bahan-bahan untuk proses penyaringan (Batu, pasir, penyaring, dan arang).

11

3.4 DIAGRAM ALIR PENELITIAN

Tahap-tahap yang dilakukan dalam penelitian digambarkan dalam diagram alir sebagai

berikut:

Mulai

Survei Pendahuluan Studi Literatur

Perumusan Masalah

Tujuan Masalah

Menentukan Respon

Identifikasi Faktor yang Berpengaruh

Pemisahan Faktor Terkendali dan Tidak Terkendali

Penentuan Level Faktor dan Nilai Level Faktor

Identifikasi Interaksi Antar Faktor

Perhitungan Derajat Kebebasan

Pemilihan Orthogonal Array

Penugasan Faktor pada Orthogonal Array

Pengumpulan Data

Pengolahan Data

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

12

3.5 LANGKAH-LANGKAH PENELITIAN

Penjelasan secara sistematis mengenai tahapan pendahuluan yang dilakukan dalam

penelitian adalah sebagai berikut:

1. Survei Pendahuluan

Langkah awal yang perlu dilakukan adalah melakukan pengamatan awal untuk

mendapatkan gambaran dari kondisi sebenarnya obyek serta lingkungan yang akan

diteliti. Hal ini akan sangat bermanfaat bagi peneliti karena dapat memberikan

gambaran yang jelas tentang obyek penelitiannya.

2. Studi Literatur

Studi literatur digunakan untuk mempelajari teori dan ilmu pengetahuan yang

berhubungan dengan permasalahan yang akan diteliti. Sumber literatur berasal dari

buku, jurnal, serta studi terhadap penelitian terdahulu dengan topik utama dalam

penelitian ini yakni Desain Eksperimen Taguchi. Sumber literatur diperoleh dari

perpustakaan dan internet.

3. Perumusan Masalah

Setelah mengidentifikasi masalah dengan seksama, tahap selanjutnya adalah

merumuskan masalah sesuai dengan kenyataan di lapangan. Perumusan masalah

merupakan rincian dari permasalahan yang dikaji dan nantinya akan menunjukkan

tujuan dari penelitian ini.

4. Penentuan Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ditentukan berdasarkan perumusan masalah yang telah dijabarkan

sebelumnya. Hal ini ditujukan untuk menentukan batasan-batasan yang perlu dalam

pengolahan dan analisis hasil pengukuran selanjutnya.

5. Menentukan Respon (karakteristik kualitas) yang akan diukur dan Metode Pengukuran

Data respon yang didapatkan dari eksperimen harus diukur dengan alat ukur yang

valid dan dengan pengukuran yang benar.

6. Identifikasi Faktor-faktor yang Berpengaruh

Pada tahap ini akan diselidiki faktor mana saja yang akan di selidiki pengaruhnya.

Dalam eksperimen tidak seluruh faktor yang diperkirakan menpengaruhi respon

diselidiki. Hanya faktor yang dianggap penting saja yang diselidiki.

7. Pemisahan Faktor Terkendali dan Faktor Tidak Terkendali,

Hal yang perlu diperhatikan faktor tidak terkendali perlu dipisahkan antara yang

dapat diukur dan yang tidak dapat terukur.

13

8. Penentuan Jumlah Level dan Nilai Level Faktor,

Pemilihan jumlah level sangat penting karena berkaitan dengan ketelitian

eksperimen dan ongkos eksperimen. Level faktor dapat dinyatakan secara kualitatif

seperti halnya jenis koagulan yaitu dengan tawas atau biji kelor dan juga dapat

dinyatakan secara kuantitatif seperti waktu pengendapan.

9. Identifikasi Interaksi antar Faktor,

Interaksi muncul ketika dua faktor atau lebih memiliki perlakuan secara bersama

dalam memberikan hasil yang berbeda pada respon dibandingkan jika faktor

mengalami perlakuan sendiri, akan tetapi taguchi lebih mementingkan engineering

approach dengan cara mengamati pada penyebab utama (main effect), karena seringkali

interaksi sulit untuk dijelaskan.

10. Perhitungan Derajat Kebebasan,

Perhitungan derajat kebebasan digunakan untuk menghitung jumlah minimum

eksperimen yang harus dilakukan.

11. Pemilihan Orthogonal Array,

Dalam pemilihan orthogonal array haruslah memenuhi pertidaksamaan Cin

> Vp

dengan Vin

adalah jumlah trial dikurangi dengan 1 dan Vp

adalah jumlah total derajat

kebebasan.

12. Penugasan Faktor pada Orthogonal Array,

Penugasan faktor pada orthogonal array yang dipilih berdasarkan pada grafik linear

dan tabel tringuler. Kedua hal tersebut merupakan alat bantu yang dirancang oleh

Taguchi.

13. Pengumpulan Data

Pengumpulan data dapat diartikan sebagai proses atau kegiatan yang dilakukan

dalam penelitian untuk mengungkap atau menjaring fenomena, informasi atau kondisi

lokasi penelitian sesuai dengan lingkup penelitian dan seluruh elemen populasi yang

dapat menunjang atau mendukung kegiatan penelitian. Data dan informasi yang

dikumpulkan harus relevan dengan persoalan yang diangkat. Data ini akan menjadi

input pada tahap pengolahan data.

14. Pengolahan Data

Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan dan sudah relevan dengan persoalan

yang diangkat selanjutnya dilakukan pengolahan data dengan metode yang relevan

dengan permasalahan yang dihadapi.

14

15. Kesimpulan dan Saran

Tahap kesimpulan dan saran merupakan tahap terakhir dari penelitian ini yang berisi

kesimpulan yang diperoleh dari hasil pengumpulan, pengolahan dan analisa yang

menjawab tujuan penelitian yang ditetapkan.

3.6 RANCANGAN EKSPERIMEN

Dalam melakukan eksperimen pengolahan air sungai sederahana dilakukan

perancangan eksperimen terlebih dahulu untuk menentukan desain eksperimen.

3.6.1 Identifikasi Faktor-faktor yang Berpengaruh

Berdasarkan studi literatur dan brainstorming yang telah dilakukan, didapatkan

beberapa faktor yang mungkin dapat mempengaruhi tingkat kekeruhan pada pengolahan air

sungai sederhana. Berikut adalah faktor-faktor yang berpengaruh ditinjau dari lingkungan

sungai serta proses pengolahannya.

Tabel 3.1 Faktor yang Berpengaruh terhadap Kejernihan Air

No Faktor Jenis Faktor

Lingkungan

1 Letak pengambilan air sungai Kontrol

2 Tingkat penggunaan air sungai Tidak Terkontrol

3 Tingkat kedangkalan sungai Tidak Terkontrol

Proses Pengendapan

4 Lama pengendapan Kontrol

5 Wadah pengendapan Kontrol

6 Kondisi pengendapan Kontrol

7 Jenis bahan kimia yang dicampurkan Kontrol

8 Takaran bahan kimia Kontrol

Proses Penyaringan

9 Wadah penyaringan Kontrol

10 Jenis bahan saringan per komponen Kontrol

11 Urutan atau susunan komponen saringan Kontrol

12 Tinggi susunan per komponen Kontrol

Proses Akhir

13 Penambahan bahan penjernihan Kontrol

14 Takaran bahan penjernihan Kontrol

15

3.6.2 Pemilihan Faktor dan Level yang Paling Berpengaruh

Dalam melakukan pemilihan faktor yang paling berpengaruh peneliti menggunakan

diagram pareto yang didapatkan dari menyusun prioritas dari ke 14 faktor sebelumnya.

Berikut adalah diagram pareto dari faktor yang mempengaruhi tingkat kekeruhan air.

Gambar 3.1 Diagram Pareto

Berikut adalah faktor-faktor yang dapat dipertimbangkan berdasarkan urutan dalam

diagram pareto. Peneliti melakukan pembatasan dengan mempertimbangkan faktor yang

memiliki persentase lebih dari sama dengan 9%. 1. Faktor Jenis Bahan Saringan per Komponen

Faktor ini merupakan faktor yang dapat dikontrol dengan 4 jenis bahan saringan, yaitu

batu, penyaring, pasir dan arang. Maka masing-masing bahan dapat diubah dengan

jenis yang berbeda. Dari faktor ini didapatkan 4 faktor yaitu faktor jenis batu, faktor

jenis penyaring, faktor jenis pasir, dan faktor jenis arang.

2. Faktor Penambahan Bahan Penjernihan

Faktor ini merupakan faktor yang dapat dikontrol, namun dengan penambahan bahan

penjernihan sudah dapat dipastikan akan mempengaruhi tingkat kekeruhan secara

signifikan. Maka peneliti tidak memasukkan faktor ini.

3. Faktor Lama Pengendapan

Faktor ini merupakan faktor yang dapat dikontrol dan hasilnya belum dapat dipastikan

apakah semakin lama semakin baik atau sebaliknya.

16

4. Faktor Jenis Bahan Kimia yang dicampurkan dalam Pengendapan


apakah jenis yang berbeda dapat menghasilkan hasil yang berbeda.

5. Faktor Kondisi Pengendapan


apakah kondisi pengendapat dalam keadaan terbuka (dibawah sinar matahari) dan

tertutup (tanpa sinar matahari) dapat mempengaruhi tingkat kekeruhan.

Sehingga, didapatkan 7 Faktor yang paling berpengaruh terhadap tingkat kekeruhan air

hasil pengolahan.

Tabel 3.2 Faktor Penelitian Tingkat pH Air

Faktor Simbol

Jenis Batu A

Jenis Penyaring B

Jenis Pasir C

Jenis Arang D

Lama Pengendapan E

Jenis Bahan Kimia untuk Pengendapan F

Kondisi Pengendapan G

Dalam penelitian ini, digunakan 2 level untuk masing-masing faktor.

Tabel 3.3 Level Faktor

Faktor Level 1 Level 2

A Kerikil Zeolit

B Ijuk Kain Katun

C Pasir silika Green Sand

D Arang Kayu Karbon Aktif

E 45 menit 90 menit

F Tawas Biji Kelor

G Terbuka

(dengan sinar matahari)

Tertutup

(tanpa sinar matahari)

17

3.6.3 Perhitungan Derajat Kebebasan

Berdasarkan penentuan level dan faktor sebelumnya didapatkan 7 faktor dengan

masing-masing faktor 2 level sehingga derajat kebebasannya didapatkan dari total

jumlah level yang dikurangi dengan 1 tiap faktornya. Berikut adalah perhitungannya

Faktor Level – 1 Derajat kebebasan tiap faktor

A 2-1 1

B 2-1 1

C 2-1 1

D 2-1 1

E 2-1 1

F 2-1 1

G 2-1 1

Total 7

3.6.4 Penentuan Orthogonal Array

Berdasarkan derajat bebas, faktor, dan juga level faktor yang akan diteliti

maka Matriks Orthogonal Array yang digunakan pada penelitian ini adalah

Orthogonal Array L8 (27) dengan 7 faktor, 2 level, 8 percobaan/eksperimen, dan 3

kali replikasi.

Tabel 3.1 Tabel Orthogonal Array L8 (27)

No. A B C D E F G

1 1 1 1 1 1 1 1

2 1 1 1 2 2 2 2

3 1 2 2 1 1 2 2

4 1 2 2 2 2 1 1

5 2 1 2 1 2 1 2

6 2 1 2 2 1 2 1

7 2 2 1 1 2 2 1

8 2 2 1 2 1 1 2

Sumber : Kartika, Hayu (2008)

18

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Tahap Pelaksanaan Eksperimen Taguchi

4.1.1 Eksperimen Taguchi

Penelitian dilakukan di DAS Brantas (JL Mayjend D.I. Panjaitan, Malang) pada tanggal

4 – 16 Mei 2015. Berikut merupakan data tingkat kekeruhan air hasil pengolahan air sungai

sederhana dalam tabel Ortogonal array.

Tabel 4.3 Hasil Eksperimen Taguchi

Trial A B C D E F G Hasil

1 1 1 1 1 1 1 1 119 120 122

2 1 1 1 2 2 2 2 127 129 125

3 1 2 2 1 1 2 2 120 119 120

4 1 2 2 2 2 1 1 122 124 130

5 2 1 2 1 2 1 2 141 138 140

6 2 1 2 2 1 2 1 110 115 107

7 2 2 1 1 2 2 1 120 129 124

8 2 2 1 2 1 1 2 147 138 147

4.1.2 Analisis Hasil Percobaan Terhadap Nilai Rata – Rata Jumlah Error

a. Analisis Pengaruh Faktor Terhadap Nilai Rata – Rata Jumlah Error

1) Menghitung nilai rata-rata seluruh percobaan.

Nilai rata-rata seluruh percobaan adalah rata-rata dari semua data percobaan.

�̅� =∑𝑦

𝑛

Contoh perhitungan nilai rata-rata trial 1 sebagai berikut:

�̅� =∑𝑦

𝑛

𝑌 =

𝑌 = 120,33

Rekap hasil perhitungan rata-rata setiap percobaan dapat dilihat pada Tabel 4.3

berikut ini:

19

Tabel 4.3 Hasil Eksperimen Taguchi dengan Nilai Rata - Rata

Trial A B C D E F G Hasil

Ŷ R1 R2 R3

1 1 1 1 1 1 1 1 119 120 122 120.33

2 1 1 1 2 2 2 2 127 129 125 127.00

3 1 2 2 1 1 2 2 120 119 120 119.67

4 1 2 2 2 2 1 1 122 124 130 125.33

5 2 1 2 1 2 1 2 141 138 140 139.67

6 2 1 2 2 1 2 1 110 115 107 110.67

7 2 2 1 1 2 2 1 120 129 124 124.33

8 2 2 1 2 1 1 2 147 138 147 144.00

2) Menghitung nilai rata-rata setiap level faktor.

Perhitungan nilai rata-rata setiap level faktor menggunakan rumus sebagai

berikut:

�̿� =∑ �̅�

𝑛

Dengan:

�̿� : nilai rata-rata faktor j level k

�̅� : nilai rata-rata eksperimen ke-i untuk faktor j level k

𝑛 : jumlah eksperimen faktor j level k

Contoh perhitungan nilai rata-rata faktor A level 1 sebagai berikut:

�̿� =∑ �̅�

𝑛

�̿� =

�̿� =

Rekap hasil perhitungan rata-rata setiap faktor dan level dapat dilihat pada

Tabel 4.4 berikut ini:

Tabel 4.4 Tabel Respon untuk Nilai Rata-rata Eksperimen Taguchi

A B C D E F G

LEVEL 1 123.08 124.42 128.92 126.00 123.67 132.33 120.17

LEVEL 2 129.67 128.33 123.83 126.75 129.08 120.42 132.58

DIFFERENCE 6.58 3.92 5.08 0.75 5.42 11.92 12.42

RANK 3 6 5 7 4 2 1

Berdasarkan karakteristik kualitas yang diinginkan yaitu Smaller the Better

yang berarti semakin kecil nilai yang ditunjukkan pada TDS meter (alat yang

20

digunakan untuk mengukur tingkat kekeruhan) maka kualitas air semakin baik.

Berdasarkan rank pada tabel respon di tabel 4.4, dapat diambil kesimpulan

sementara (hipotesis) bahwa faktor yang paling mempengaruhi adalah faktor G

(kondisi pengendapan) dengan level 1 (terbuka atau dengan sinar matahari) dan

selanjutnya seperti faktor F dengan level 2, faktor A dengan level 1, faktor E dengan

level 1, faktor C dengan level 2, faktor B dengan level 1 dan yang terakhir faktor D

dengan level 1.

b. Perhitungan Analysis Of Variance Nilai Rata-Rata Jumlah Error

Berikut ini merupakan analysis of means untuk mencari faktor-faktor yang

mempengaruhi nilai rata-rata respon. Analysis of means merupakan metode yang

digunakan untuk mencari setting level optimal yang dapat meminimalkan

penyimpangan nilai rata-rata. Langkah-langkah dalam perhitungan analisis variansi

(mean), yaitu:

1) Menghitung nilai total Sum of Squares

𝑜𝑡 = ∑𝑌

𝑜𝑡 =

𝑜𝑡 =

2) Menghitung Sum of Squares Due to Mean.

𝑛 = 𝑛�̅�

𝑛 = (

)

𝑛 = .

3) Menghitung Sum of Squares Due to Factors.

= 𝑛 ̅̅̅̅ 𝑛 ̅̅̅̅

= . . .

= .

= 𝑛 ̅̅̅̅ 𝑛 ̅̅̅̅

= . . .

= .

= 𝑛 ̅̅̅̅ 𝑛 ̅̅̅̅

= . . .

= 155.0416667

21

= 𝑛 ̅̅ ̅̅ 𝑛 ̅̅ ̅̅

= . . .

= .

= 𝑛 ̅̅̅̅ 𝑛 ̅̅̅̅

= . . .

= .

= 𝑛 ̅̅̅̅ 𝑛 ̅̅̅̅

= . . .

= .

= 𝑛 ̅̅̅̅ 𝑛 ̅̅̅̅

= . . .

= .

4) Menghitung sum of squares due to error.

= 𝑜𝑡 𝑛 ∑

= 𝑜𝑡 𝑛

= . . . . . . . .

=

5) Menentukan derajat bebas sumber-sumber variansi.

Misal faktor A:

DFa = jumlah level-1

DFa = 2-1 = 1

6) Menghitung mean sum of squares.

Mean sum of squares adalah pembagian antara sum of squares dengan derajat bebas.

Misal untuk faktor A:

=

= .

= .

7) Menghitung nilai F ratio.

Nilai F ratio merupakan pembagian antara mean sum of squares dengan error sum of

squares. Misal untuk faktor A:

22

=

= .

.

= .

8) Menghitung pure sum of squares.


=

= . – (1 x . )

= 248.7916667

9) Menghitung percent contribution.


=

= .

.

= .

Rekap hasil perhitungan SS, DF, MS, Fratio, SS’ dan Ratio % dalam ANOVA dapat

dilihat pada Tabel 4.5 berikut ini:

Tabel 4.5 Analysis Of Variance

Sumber SS DF MS Fratio SS' Ratio % Ftabel

A 260.0416667 1 260.0416667 23.11481481 248.7916667 9.41% 4.49

B 92.04166667 1 92.04166667 8.181481481 80.79166667 3.06% 4.49

C 155.0416667 1 155.0416667 13.78148148 143.7916667 5.44% 4.49

D 3.375 1 3.375 0.3 -7.875 -0.30% 4.49

E 176.0416667 1 176.0416667 15.64814815 164.7916667 6.23% 4.49

F 852.0416667 1 852.0416667 75.73703704 840.7916667 31.80% 4.49

G 925.0416667 1 925.0416667 82.22592593 913.7916667 34.57% 4.49

e 180 16 11.25 1 258.75 9.79%

SSt 2643.625 23 110.1510417

2643.625 100.00%

Mean 383295.375 1

Sstotal 385939 24

Berdasarkan tabel ANOVA di tabel 4.5, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

a) Karena Fratio faktor A (23,115) > Ftabel (4,49), maka Faktor A berpengaruh

secara signifikan terhadap tingkat kekeruhan air.

23

b) Karena Fratio faktor B (8,181) > Ftabel (4,49), maka Faktor B berpengaruh


c) Karena Fratio faktor C (13,781) > Ftabel (4,49), maka Faktor C berpengaruh


d) Karena Fratio faktor D (0,3) ≤ Ftabel (4,49), maka Faktor D tidak berpengaruh


e) Karena Fratio faktor E (15,648) > Ftabel (4,49), maka Faktor E berpengaruh


f) Karena Fratio faktor F (75,737) > Ftabel (4,49), maka Faktor F berpengaruh


g) Karena Fratio faktor G (82,226) > Ftabel (4,49), maka Faktor G berpengaruh


10) Pooling up of insignificant faktor

Selanjutnya dilakukan pooling up terhadap faktor - faktor yang memiliki MS

terkecil dan juga yang memiliki Fhitung

< dari Ftabel

pada tingkat kepercayaan 95%.

Faktor tersebut yaitu Faktor D yang perlakuannya tidak berpengaruh secara signifikan

terhadap jumlah error.

SS (pooled e) = Se + SSD

SS (pooled e) = 183.375

DF (pooled e) = ve + vD

= 16 + 1

= 17

= 𝑝𝑜𝑜

𝑝𝑜𝑜

=

= 10,787

Berikut adalah tabel 4.6 yang merupakan tabel ANOVA setelah dilakukan

pooled pada faktor D yang tidak signifikan.

24

Tabel 4.6 Analysis of Variance Setelah Pooling Up

Sumber Pooled SS DF MS Fratio SS' Ratio %

A 260.0416667 1 260.042 24.11 249.25 9.43%

B

92.04166667 1 92.042 8.53 81.25 3.07%

C

155.0416667 1 155.042 14.37 144.25 5.46%

D Y 3.375 1

E

176.0416667 1 176.042 16.32 165.25 6.25%

F 852.0416667 1 852.042 78.99 841.25 31.82%

G

925.0416667 1 925.042 85.76 914.25 34.58%

e 180 16

pooled e 183.375 17 10.787 248.10 9.38%

SSt 2643.625 23

2643.63 100.00%

Mean 383295.375 1

Sstotal 385939 24

Selain itu, juga dilakukan pooling up terhadap faktor - faktor yang memiliki Ratio

(%) terkecil atau yang berarti memiliki kontribusi kecil dalam mempengaruhi tingkat

kekeruhan air pada tingkat kepercayaan 95%. Faktor tersebut yaitu Faktor B, C, dan E.

SS (pooled e) = Se + SSD + SSB + SSC + SSE

SS (pooled e) = 606,5

DF (pooled e) = ve + vD + vB + vC + vE

= 16 + 1 + 1 + 1 + 1

= 20

= 𝑝𝑜𝑜

𝑝𝑜𝑜

=

= 30,325

Berikut adalah tabel 4.7 yang merupakan tabel ANOVA setelah dilakukan

pooled pada faktor D yang tidak signifikan serta faktor B, C, dan E yang

memiliki kontribusi terkecil.

25

Tabel 4.7 Analysis of Variance Setelah Pooling Up

Sumber Pooled SS DF MS Fratio SS' Ratio %

A 260,0416667 1 260,042 8,575 229,717 8,689%

B Y 92,04166667 1

C Y 155,0416667 1

D Y 3,375 1

E Y 176,0416667 1

F 852,0416667 1 852,042 28,097 821,717 31,083%

G

925,0416667 1 925,042 30,504 894,717 33,844%

e 180 16

pooled e 183,375 20 30,325 697,475 26,383%

SSt 2643,625 23

2643.63 100.00%

Mean 383295,375 1

Sstotal 385939 24

Sehingga didapatkan 3 faktor paling dominan dan yang memiliki kontribusi terbesar,

yaitu faktor A, F dan G.

4.2 Prediksi Rata-Rata Kondisi Optimum

Berikut ini adalah prediksi rata-rata kondisi optimum dari desain eksperimen taguchi

pengolahan air sungai sederhana untuk menurunkan tingkat kekeruhan air.

Tabel 4.8 Rata-Rata Taraf Faktor

A B C D E F G

LEVEL 1 123.08 124.42 128.92 126.00 123.67 132.33 120.17

LEVEL 2 129.67 128.33 123.83 126.75 129.08 120.42 132.58

DIFFERENCE 6.58 3.92 5.08 0.75 5.42 11.92 12.42

RANK 3 6 5 7 4 2 1

Setelah diperoleh faktor yang optimal beserta tarafnya pada suatu eksperimen

selanjutnya dihitung prediksi nilai rata-rata untuk kondisi optimum. Diketahui bahwa taraf

faktor optimum untuk mendekati standar kekeruhan air adalah level 1,1,2,1,1,2, dan 1 untuk

masing-masing faktor A,B,C,D,E,F, dan G. Sedangkan, faktor yang paling berpengaruh

berdasarkan hasil pooling up merupakan faktor G level 1, faktor F level 2 dan faktor A level

1. Berikut merupakan perhitungan rata-rata untuk eksperimen taguchi:

𝜇𝑝𝑟 𝑖 𝑠𝑖

= 𝑌 𝑌 𝑌 𝑌

𝜇𝑝𝑟 𝑖 𝑠𝑖

= . . . . . .

. =

26

𝑛 𝑓𝑓 = 𝑢𝑚 ℎ 𝑡𝑜𝑡 𝑠𝑝 𝑟𝑖𝑚 𝑛

+ 𝑢𝑚 ℎ 𝑟 𝑏 𝑏 𝑠 𝑛 𝑟 𝑡 −𝑟 𝑡 =

4

+ + + =

𝐿 = ± √ 𝑥 𝑥

𝑛 𝑓𝑓

𝐿 = ± √

= ±

𝐿 = ±

Jadi, nilai prediksi apabila memenuhi kondisi optimum adalah 112,25 ± 4,689 atau

bernilai 107,561 ≤ µ prediksi ≤ 116,939.

4.3 Uji Konfirmasi

Uji konfirmasi merupakan proses akhir dari proses perancangan eksperimen, dimana

pengujian ini dilaksanakan dengan melakukan suatu eksperimen yang menggunakan

kombinasi tertentu (setting level optimal) dari faktor-faktor dan level-level hasil evaluasi

sebelumnya. Tujuan dari eksperimen konfirmasi yaitu untuk memvalidasi terhadap

kesimpulan yang diperoleh dari eksperimen tahap awal dengan menggunakan minimal 10

replikasi.

Berikut ini hasil tinggat kekeruhan air pada eksperimen uji konfirmasi yang dipaparkan

pada Tabel 4.9.

Tabel 4.9 Hasil Uji Konfirmasi

Eksperimen

(Replikasi)

Tingkat Kekeruhan Air

(ppm)

1. 122

2. 118

3. 116

4. 121

5. 118

6. 122

7. 123

8. 124

9. 119

10. 120

Rata-Rata 120,3

Setelah mendapatkan hasil dari tabel 4.9, selanjutnya yaitu menghitung nilai selang

kepercayaan guna dibandingkan dengan selang kepercayaan kondisi optimal. Berikut ini

selang kepercayaan eksperimen konfirmasi:

27

𝐿 = ± √ |

𝑛 𝑓𝑓

𝑟|

𝐿 = ± √ |

| = ±

𝐿 = ±

Jadi, nilai prediksi apabila memenuhi kondisi optimum adalah 120,3 ± 5,931 atau

bernilai 114,369 ≤ µ konfirmasi ≤ 126,231.

Gambar 4.1 Perbandingan Selang Kepercayaan Nilai Rata-Rata

Berdasarkan Gambar 4.1, menunjukkan bahwa hasil eksperimen konfirmasi untuk nilai

rata-rata dapat diterima dengan pertimbangan selang kepercayaan karena pada gambar 4.1

menjelaskan bahwa hasil eksperimen konfirmasi berada dalam interval hasil optimal.

- Optimal

- Konfirmasi

107,561 116,939

114,369 126,231

28

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari desain ekperimen taguchi pada pengolahan

air sungai sederhana untuk mengurangi kekeruhan air adalah sebagai berikut:

1. Faktor – faktor yang berpengaruh terhadap tingkat kekeruhan air adalah Jenis Batu,

Jenis Penyaring, Jenis Pasir, Jenis Arang, Lama Pengendapan, Jenis Bahan Kimia untuk

Pengendapan dan Kondisi Pengendapan.

2. Faktor dan Level yang paling berpengaruh pada tingkat kekeruhan air yang diukur

dengan TDS meter adalah Faktor G, kondisi pengendapan pada level 1 yaitu dalam

keadaan terbuka atau terkena sinar matahari, Faktor F, jenis bahan kimia yang dicampur

untuk proses pengendap pada level 2 yaitu menggunakan serbuk biji kelor, dan Faktor A,

jenis batu pada level 1 yaitu penggunaan batu kerikil dalam penyusunan komponen

penyaringan.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan dari penelitian ini adalah :

1. Untuk penelitian sejenis, disarankan melakukan pembersihan lebih lama terhadap semua

alat dan bahan yang akan digunakan sebelum melakukan eksperimen untuk mendapat

hasil yang lebih maksimal dalam mengurangi tingkat kekeruhan air.

PENDAHULUAN 1.1

Documents

Transcript of PENDAHULUAN 1.1