Alkalin Pada Proses Elektroplating Logam

Efisiensi Energi Dengan Teknik Pengapungan Bola-Bola Alkalin Pada Proses Elektroplating Logam Kadmium Studi Kasus di Divisi Produksi PT. Dirgantara Indonesia Oleh: E. Kusniangsih

1.

Pendahuluan

Akibat meningkatnya masalah lingkungan yang disebabkan oleh industri, maka perencanaan dan program pengembangan industri di Indonesia harus memasukkan strategi-strategi untuk memfasilitasi teknologi yang lebih bersih, efisien dan produktif. Upaya

restrukturisasi

bisnis

yang

dilakukan

PT.

Dirgantara

Indonesia

adalah

menerapkan teknologi pengapungan bola-bola alkalin di permukaan larutan elektrolit pada proses elektroplating logam, khususnya untuk menghasilkan cadmium plating type II CLS.2 sebagai part dari produk Aircraft dan Aerostructure.

Prinsip dasar

prosesnya adalah proses pelapisan logam yang dilakukan secara elektro kimia, dimana dengan adanya arus listrik yang mengalir dari sumber maka elektron dipompa melalui eletrode positif (anoda) menuju eletrode negatif (katoda), kemudian ion-ion logam Cd yang diperoleh dari larutan elektrolit akan menghasilkan logam Cd yang melapisi permukaan logam lain. Adanya bola-bola alkalin yang menutupi permukaan larutan elektrolit, diharapkan kondisi operasi elektrolit AgCl dalam tangki plating tetap terpelihara sehingga proses elektroplating berlangsung efektif, mengasilkan produk yang berkualitas, dan tentunya mampu menghemat penggunaan biaya energi dan bahan baku sebagai pemicu biaya produksi. Bahan-bahan kimia yang digunakan pada industri elektroplating umunya adalah bahan beracun, sehingga limbah yang dihasilkan dapat berbahaya bagi kesehatan manusia baik yang terlibat langsung dengan kegiatan industri maupun yang berada di sekitar perusahaan. Pengapungan bola-bola alkalin di permukaan larutan elektrolit pada proses elektroplating logam Cd, merupakan suatu cara pencegahan polusi dan eko-efisiensi yang diterapkan PT. Dirgantara Indonesia karena dapat mengurangi gas beracun akibat adanya pemanasan elektrolit, limbah cair yang mengandung sianida beracun dan logam akibat penggunaan larutan garam yang bersifat basa, serta limbah padat berupa lumpur atau endapan hidroksida akibat penggunaan bahan logam pelapis dan benda kerja. Pencegahan limbah ini dapat mengurangi banyak volume dan kadar limbah, juga dapat mengurangi biaya untuk pengolahan dan biaya bahan kimia yang mahal. Berdasarkan uraian di atas, PT. Dirgantara Indonesia harus mampu menghasilkan produk dengan keunggulan biaya (kompetitif) yang berasal dari proses produksi

ramah lingkungan.

Teknik pengapungan bola-bola alkalin di permukaan larutan

elektrolit pada proses elektroplating logam Cd merupakan salah satu penerapan teknologi untuk mencegah polusi dan menciptakan eko-efisiensi perusahaan, karena selain mampu memelihara mutu part cadmium plating type II CLS.2 juga volume dan kadar limbah yang dikeluarkan dapat berkurang. Pada akhirnya, proses elektroplating tersebut dapat menghemat biaya produksi dan sumber daya yang dipicu oleh penggunaan energi dan bahan baku. Tulisan ini mencoba menguraikan mengenai efisiensi energi listrik dan panas pada proses elektroplating logam kadmium dengan adanya teknik pengapungan bola-bola alkalin di permukaan larutan elektrolit, serta pengaruhnya terhadap pengeluaran biaya produksi part cadmium plating type II CLS.2. Metode yang digunakan adalah metode survei yakni data yang dipelajari adalah data sampel yang diambil dari populasi sehingga ditemukan kejadian-kejadian relatif, distribusi, dan hubungan diantara variabel penelitian. Dengan demikian, dapat dibangun suatu model yang berfungsi untuk menjelaskan, meramalkan, dan mengontrol suatu gejala khususnya mengenai pengaruh efisiensi energi terhadap biaya produksi, sebagai berikut :

Y = β 0 + β1X1 + β 2 X 2 dimana, Y:Variabel dependen (biaya produksi) X1:Variabel independen (efisiensi arus) X2:Variabel independen (efisiensi panas) β0:Konstanta regresi β1, β2:Koefisien regresi Untuk keperluan analisis dan pembahasan hasil penelitian digunakan pendekatan data kuantitatif dengan metode statistik analisis regresi. Analisis ini adalah salah satu analisis multivariat untuk melakukan analisis terhadap lebih dari dua variabel penelitian secara bersama-sama (simultan).

Karena metode ini melibatkan banyak variabel,

maka perhitungannya menjadi jauh lebih kompleks dibandingkan analisis yang menggunakan satu atau dua variabel, sehingga dalam melakukan perhitungan data kuantitatif digunakan software SPSS 11.0 for windows dan NLREG Version 6.3. Dengan demikian, akan diketahui secara langsung model dan parameter regresi dengan beberapa hasil pengujian statistik seperti uji signifikan t, Uji signifikan F, dan koefisien determinasi ganda (R2).

2.

Kualitas Hasil Proses Elektroplating dengan Teknik Pengapungan Bola-bola

Alkalin Kualitas hasil elektroplating logam kadmium dengan menggunakan bola-bola alkalin dan pada keadaan standard (tanpa bola alkalin) terlihat bahwa massa endapan dan ketebalan pada part cadmium plating type II CLS.2 masing-masing berkisar 22,48−39,90 gram dan 9,6−17 µm pada proses elektroplating dengan bola alkalin lebih besar dibanding proses tanpa bola alkalin yang menghasilkan massa endapan Cd 19,11−33,72 gram dan ketebalan 8,1−14,3 µm. Dengan kata lain, karena efisiensi arus pada proses dengan bola alkalin (100−102,5%) lebih tinggi daripada tanpa bola alkalin (83,3−85,7%).

Hal ini menunjukkan bahwa kuat arus yang mengalir dalam larutan

dapat dihantarkan elektrolit AgCl dengan baik, sehingga seluruh ion Cd2+ dapat diendapkan pada part. Sedangkan pada proses tanpa bola alkalin tidak demikian karena efisiensi arus tidak mencapai 100%.

a.

Daya Hantar Larutan Elektrolit pada Proses Elektroplating dengan Teknik

Pengapungan Bola-bola Alkalin Pada proses tanpa bola alkalin, terjadi penurunan daya hantar larutan AgCl sebesar 17,96 cm2Ω−1mole−1 (dari 153,47 menjadi 135,51), penurunan ini lebih kecil dibanding pada proses dengan bola alkalin, karena konsentrasi larutannya juga sedikit lebih encer yakni 0,036 mole/L pada suhu 30 0C. Sehingga daya hantarnya sekitar 0,423 Ω−1 dan kecepatan ion Cd2+ dalam larutan 0,00070 cm2Ω−1sec−1 dengan massa Cd yang terendapkan seberat 19,11 gram. ,55 ,53 ,51 ,49 ,47

Daya Hantar AgCl (L)

,45 ,43 ,41 Ket. :

,39

Tanpa bola

,37 ,35

Bola alkalin

25,0

30,0

30,5

31,0

39,0

39,5

40,0

Suhu (C)

Gambar 1 Pengaruh Suhu Operasi Terhadap Daya Hantar AgCl

Berdasarkan Gambar 1, secara keseluruhan terlihat hasil pengujian daya hantar elektrolit dapat disimpulkan bahwa : Naiknya suhu operasi dapat menaikkan daya hantar ekuivalen ion Ag+ dan Cl− dalam larutan; Kecilnya perbedaan konsentrasi larutan antara proses dengan dan tanpa bola alkalin tampak bahwa penurunan daya hantar elektrolit AgCl juga tidak terlalu signifikan; Daya hantar elektrolit AgCl pada proses dengan bola alkalin lebih baik karena mampu menghantarkan arus lebih cepat.

b.

Aktivitas Ion-ion Pada Proses Elektroplating dengan Teknik Pengapungan Bola-

bola Alkalin Hasil pengujian aktivitas ion untuk proses tanpa dan dengan bola alkalin, aktivitas kation Cd2+ yang sama antara proses tanpa dan dengan bola alkalin, terjadi pada waktu 8 dan 11 menit. Tetapi ketika waktu 8 menit untuk proses dengan bola alkalin, aktivitas anion Cl− lebih rendah dan kation H+ sama dibanding tanpa bola alkalin. Sedangkan pada waktu 11 menit, aktivitas anion Cl− lebih besar dan aktivitas kation H+ lebih rendah. Aktivitas kation Cd2+ pada proses dengan bola alkalin lebih rendah dibanding tanpa bola alkalin, terjadi pada waktu 10, 12, dan 13 menit. Namun pada waktu 10 dan 12 menit, aktivitas anion Cl− lebih besar dan kation H+ lebih rendah, kemudian pada waktu 13 menit, aktivitas anion Cl− lebih rendah dan aktivitas kation H+ sama. Selanjutnya aktivitas kation Cd2+ pada waktu 14 menit pada proses dengan bola alkalin lebih besar dibanding tanpa bola alkalin, namun aktivitas anion Cl− lebih rendah dan aktivitas kation H+ sama. Dengan demikian, dari hasil pengujian aktivitas ion-ion dalam larutan elektrolit, dapat disimpulkan bahwa aktivitas ion-ion pada proses dengan bola alkalin cenderung lebih lambat disebabkan konsentrasi molar larutan (1,79 gr/L) atau sedikit lebih pekat dibanding tanpa bola alkalin (1,77 gr/L).

c.

Beda Potensial Pada Proses Elektroplating dengan Teknik Pengapungan Bola-

bola Alkalin Dari hasil pengujian beda potensial yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus luar kedalam larutan elektrolit, dapat disimpulkan bahwa: Aktivitas ion Cd2+, ion Cl−, dan suhu operasi mempengaruhi potensial reversibel diantara elektrode Cd2+Cd dan AgClAg; Aktivitas ion H+, rapat arus, dan suhu operasi mempengaruhi potensial polarisasi hidrogen pada kadmium di katoda; Potensial luar pada proses elektroplating dengan bola alkalin dibutuhkan sedikit lebih besar karena potensial reversibelnya lebih rendah dan potensial polarisasi lebih tinggi. Berdasarkan hasil pengujian secara aktual terhadap kualitas massa endapan kadmium, tampak bahwa beda potensial yang digunakan pada proses elektroplating

tanpa dan dengan menggunakan bola alkalin untuk mengalirkan arus melewati larutan elektrolit, tidak berbeda nyata tetapi dapat meningkatkan suhu (temperatur) sebagai parameter yang dibutuhkan dalam bak plating selama proses elektroplating berlangsung. Kualitas hasil proses elektroplating dengan bola alkalin, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1) Kualitas hasil proses dengan bola alkalin telah memenuhi standard karena memiliki efisiensi arus lebih tinggi dibanding tanpa menggunakan bola alkalin, sehingga menghasilkan massa endapan Cd lebih banyak dan ketebalan yang lebih mendekati permintaan pasar (25 µm). 2) Perusahaan dapat menghindari resiko sanksi dan biaya akibat peraturan UU No. 23 Tahun 1992 tentang “Kesehatan” serta PP No. 16 dan No. 85 Tahun 1999 tentang “Pengelolaan Bahan Berbahaya dan Beracun”.

3.

Kebutuhan Energi Proses Elektroplating dengan Teknik Pengapungan Bola-bola

Alkalin Hasil perhitungan terhadap kualitas hasil elektroplating dengan bola alkalin, telah memenuhi standard proses elektroplating logam kadmium, baik dari kualitas massa dan ketebalan logam Cd yang dihasilkan baik maupun potensi timbulnya dampak terhadap pencemaran lingkungan.

Untuk itu, dalam bagian ini penulis akan

menganalisis lebih mendalam terhadap kebutuhan energi yang dibutuhkan pada proses dengan bola alkalin, kemudian dari hasil ini dapat diperkirakan berapa besar keuntungan ekonomis yang dapat dikurangi akibat pengeluaran biaya proses produksi yang dikeluarkan. Energi listrik yang dibutuhkan pada proses elektroplating logam Cd adalah berbanding lurus dengan kuat arus dan tegangan listrik yang memiliki satuan watt (E = V.A). Perhitungan ini digunakan karena baik secara teoritis maupun aktual, sumber arus listrik yang digunakan sama-sama berasal dari arus listrik yang didistribusikan PLN dengan potensial 220 volt. Jadi, kebutuhan energi paling besar untuk mengalirkan arus secara teoritis adalah pada 81 amper sebesar 17.820 watt (220 volt × 81 ampere). Sedangkan pada perhitungan aktual, kebutuhan energi paling besar terjadi pada proses yang menghasilkan efisiensi arus paling besar (102,5 %) sebesar 87,09 watt (220 volt × 0,396 ampere). Dengan demikian, kebutuhan energi listrik secara teoritis dan aktual untuk proses dengan bola alkalin dapat disimpulkan sebagai berikut : 1) Secara teoritis, semakin besar kuat arus yang dialirkan semakin besar energi listrik yang dikeluarkan untuk mengendapkan logam kadmium.

2) Secara aktual, energi yang dikeluarkan sebanding dengan efisiensi arus

atau

massa endapan aktual terhadap massa teoritis, semakin besar efisiensi arus maka makin besar energi listrik yang dikeluarkan.

4.

Analisis Ekonomi Pada Proses Elektroplating dengan Teknik Pengapungan Bola-

bola Alkalin Pengurangan atau pencegahan timbulnya limbah buangan yang dihasilkan pada proses elektroplating logam kadmium type II CLS.2, dapat mengurangi banyak volume dan kadar limbah, sehingga berpengaruh terhadap biaya proses produksi, bahan baku, dan ongkos lingkungan.

Pengambilan bahan dan penerapan teknik yang

berguna dalam proses elektroplating logam dapat dilakukan dalam sebuah industri, jika secara ekonomis dianggap layak, karena pertimbangan yang melibatkan kuantiti berukuran besar pada penggunaan energi dan sumber daya. Harga satuan unit bahan baku seperti bola alkalin, Cd, AgCl, dan part baja didasarkan atas asumsi harga pabrik Triangle Coating, Inc., yang telah penulis konversi kedalam rupiah per unit satuan dimana 1 USD sama dengan Rp. 9.000,00. Begitupula untuk ongkos waktu proses, biaya diasumsikan Rp.2.000.000,- per operator selama 20 hari kerja per bulan, 5 hari kerja per minggu, dan 8 jam kerja per hari.

Untuk biaya

depresiasi (penyusutan), diasumsikan 10% dari berat material yang digunakan. Adapun untuk biaya turnaround (kehilangan) berat endapan Cd tidak 100% biaya pengganti dianggap 2 kali dari biaya material yang terbuang, sedangkan biaya warranty (jaminan) kualitas endapan dianggap 2 kali dari biaya material Cd yang sesungguhnya terendapkan. Terlihat bahwa total biaya per unit part pada proses dengan bola-bola alkalin (Rp. 2.009.942,78) lebih rendah dibanding tanpa bola alkalin (Rp. 2.116.131,38).

Pada

proses tanpa menggunakan bola alkalin, besarnya dipengaruhi sisa endapan Cd yang terdapat dalam larutan sehingga dikenakan ongkos lingkungan (limbah, regulasi, dan turnaround).

Sedangkan untuk proses dengan bola alkalin, ketiga pemicu biaya

lingkungan tersebut dapat dihindari tetapi dipengaruhi modal (investasi) untuk bola alkalin. Perbedaan juga terlihat jelas dari biaya konsumsi energi listrik untuk proses elektroplating dan panas untuk emisi gas H2, dimana pada proses dengan bola alkalin (Rp. 23,08 dan Rp. 24.349,83) lebih rendah daripada proses tanpa bola alkalin (Rp. 4.769,09 dan Rp. 30.385,67). Meskipun selisih total biaya hanya sekitar Rp. 118.260,26 antara proses dengan bola alkalin dan tanpa bola alkalin, namun jika dihitung terhadap kuantiti part yang diproduksi massal dan sanksi terhadap pelanggaran regulasi lingkungan, investasi untuk bola alkalin yang hanya dibebankan di awal hingga habis massa pakainya jauh

lebih ekonomis dibanding kontinuitas produksi dan ongkos lingkungan, bahkan hal terjelek dari sanksi pelanggaran lingkungan adalah ijin operasi perusahaan dapat diberhentikan oleh pemerintah.

5.

Pengaruh Efisiensi Energi Terhadap Biaya Proses Elektroplating dengan Teknik

Pengapungan Bola-bola Alkalin Berdasarkan hasil pengukuran efisiensi arus, efisiensi panas, dan total biaya pada setiap part yang diuji. Kelinieritasan hubungan pengaruh teknik pengapungan bolabola alkalin terhadap efisiensi dapat diperjelaskan dari koefisien determinasi ganda (R2) pada Tabel 3. Tabel 3 Hasil Pengujian Analisis Koefisien Determinasi Ganda Model Summaryb

Model 1

R a

,45

Adjusted R Square ,15

R Square ,20

Std. Error of the Estimate ,92

a. Predictors: (Constant), Zscore: Panas, Zscore: Arus b. Dependent Variable: Zscore: Biaya

Sumber : Data efisiensi energi dan biaya yang diolah dengan SPSS

Pengaruh keseluruhan variabel independen (efisiensi arus dan panas) terhadap efisiensi biaya dapat dilihat pada Tabel 4. Nilai signifikansi yang dihasilkan sebesar 0,05 menunjukkan pada taraf signifikansi (α = 5%), hipotesis nol untuk menyatakan bahwa teknik pengapungan bola-bola alkalin kurang efisien, dapat ditolak. Artinya, efisiensi arus dan panas memiliki perbedaan hubungan secara signifikan dan keseluruhan berkontribusi pengaruh terhadap biaya proses elektroplating dengan bola alkalin. Tabel 4 Hasil Pengujian Analisis Variansi (ANOVA) ANOVAb

Model 1

Regression Residual Total

Sum of Squares 5,92 23,08 29,00

df 2 27 29

Mean Square 2,96 ,85

F 3,46

Sig. ,05a

a. Predictors: (Constant), Zscore: Panas, Zscore: Arus b. Dependent Variable: Zscore: Biaya

Sumber : Data efisiensi energi dan biaya yang diolah dengan SPSS

Adapun model regresi yang dihasilkan dan analisis secara parsial, masing-masing pengaruh efisiensi arus dan panas terhadap efisiensi biaya dapat dijelaskan oleh Tabel 5. Tabel 5 Hasil Perhitungan Koefisien Regresi

Coefficientsa

Model 1

(Constant) Zscore: Arus Zscore: Panas

Unstandardized Coefficients B Std. Error -1,29E-13 ,17 ,51 ,25 -,66 ,25

Standardized Coefficients Beta ,51 -,66

t ,00 2,02 -2,63

Sig. 1,00 ,05 ,01

a. Dependent Variable: Zscore: Biaya

Sumber : Data efisiensi energi dan biaya yang diolah dengan SPSS Tabel 6 Paramater Model Regresi Yang Terpilih

---- 95.000% Confidence Intervals ---Parameter Lower limit Best estimate Upper limit ------------------ ---------------- ---------------- ---------------- B0 B1

0.0805623945 0.0805623945 0.0805623945

B2

-1.04588035

-1.04588035

-1.04588035

B3

1.08991043

1.08991043

1.08991043

B4

-2.50293921

-2.50293921

3.43209633

3.43209633

3.43209633

-2.50293921

Sumber : Data efisiensi energi dan biaya yang diolah dengan NLREG

Parameter model regresi dari hasil perhitungan dengan metode kuadratik pada Tabel 6 memiliki nilai R2 sebesar 0,7528 menunjukkan bahwa biaya proses elektroplating logam kadmium dengan bola alkalin dipengaruhi oleh efisiensi energi arus dan panas sebesar 75,28 % dan

pengaruh luar selain efisiensi energi hanya sebesar 24,72 %.

Sementara itu, nilai adjusted R2 sebesar 0,7132 menunjukkan bahwa hanya 28,68 % pengaruh luar selain efisiensi arus dan panas yang belum dapat dijelaskan oleh model regresi linier yang dihasilkan dalam penelitian ini. Dengan demikian, model kuadratik ini lebih tepat digunakan dari pada model regresi linier, dengan persamaan sebagai berikut : Y = 3,43 + 0,08 X1 − 1,05 X12 + 1,09 X2 − 2,50 X22 Model kuadratik tersebut, secara parsial pada tingkat kepercayaan 95 %, menunjukkan bahwa kenaikan efisiensi arus 1% untuk setiap part akan berdampak positif 0,08 % pada kenaikan biaya proses elektroplating dan berdampak negatif 1,05% pada penurunan biaya proses elektroplating. Begitu pula halnya pada efisiensi panas, dimana setiap kenaikan efisiensi panas 1% untuk setiap part akan berdampak positif 1,09 % pada kenaikan biaya proses elektroplating dan berdampak negatif 2,50 % pada penurunan biaya proses elektroplating. Parameter efisiensi arus dan panas yang bernilai negatif pada model kuadratik masingmasing memiliki nilai lebih besar, artinya semakin besar efisiensi arus dan panas akan menghasilkan semakin besar pula penurunan biaya proses elektroplating.

Dengan

kata lain, proses elektroplating Cadmium Plating Type II CLS.2 dengan teknik pengapungan bola alkalin terbukti lebih efisien.

6. Kesimpulan Berdasarkan hasil evaluasi terhadap efisiensi energi dengan pemasangan bola-bola alkalin pada proses elektroplating cadmium plating type II CLS.2 di PT. Dirgantara Indonesia, dapat ditarik suatu kesimpulan sebagai berikut. a. Hubungan kuat arus dan massa endapan Cd yang dihasilkan adalah semakin kuat arus yang mengalir melewati larutan elektrolit AgCl, semakin besar massa logam Cd yang terendapkan pada part di katoda.

Teknik pengapungan bola-bola

alkalin dapat mempengaruhi secara signifikan terhadap peningkatan efisiensi energi. Hal ini terbukti dari hasil pengukuran kualitas proses dalam penelitian ini, antara lain : •

Efisiensi arus mampu mencapai 102,5% dengan kualitas massa endapan dan ketebalan logam kadmium masing-masing 23,04 gram dan 9,8 µm. Energi luar yang dibutuhkan untuk menghasilkan efisiensi arus 102,5% adalah 87 watt karena kuat arus yang dibutuhkan cukup rendah (0,396 ampere) dan waktu operasi lebih singkat (8 menit).

Efisiensi arus ini terjadi karena

kondisi proses mampu mengoptimalkan potensial dan daya hantar elektrolit, masing-masing 0,771 volt dan 0,514 Ω−1, sehingga kecepatan ion Cd2+ melewati larutan mencapai 0,00085 cm2Ω−1sec−1. •

Meskipun berlangsung pada suhu operasi lebih tinggi, tetapi panas yang dikeluarkan (479,0−492,7 kalori) lebih rendah dibanding tanpa bola alkalin (615,7−602,0 kalori), akibat penguapan air dan formasi gas H2 yang terbuang ke udara dapat dikurangi.

b. Biaya investasi untuk proses dengan menggunakan teknik pengapungan bola-bola alkalin, secara ekonomis lebih efisien karena dapat menekan ongkos tambahan menghadapi ketatnya regulasi lingkungan, kesehatan dan keselamatan pekerja seperti ongkos limbah buangan, sanksi regulasi, dan turnaround yang dipengaruhi oleh kondisi penggunaan energi listrik dan emisi energi yang dikeluarkan selama proses berlangsung. Pengaruh hubungan ini terbukti dari hasil pembuktian hipotesis penelitian, antara lain : •

Efisiensi arus dan panas memiliki hubungan berbeda yang berkontribusi mempengaruhi peningkatan efisiensi biaya produksi cadmium type II CLS.2 sebesar 75,28 %.

•

Kenaikan efisiensi arus 1% untuk setiap part akan berdampak positif 0,08 % pada kenaikan biaya proses dan berdampak negatif 1,05 % pada penurunan biaya proses elektroplating.

•

Kenaikan efisiensi panas 1% untuk setiap part akan berdampak positif 1,09 % pada kenaikan biaya dan berdampak negatif 2,50 % pada penurunan biaya proses elektroplating.

*Penulis adalah Widyaiswara PPPG IPA, Magister Sains