## PERSAMAAN OPERASIONAL DALAM PROSES LAMINASI BAHAN KEMASAN

## LUSI ZAFRIANA
Fakultas Teknik Industri Universitas Kartini (UNKAR) Surabaya
E-mail: lusizafriana@yahoo.com

## ABSTRAK
Pelapisan lembaran plastik seperti kertas untuk makanan, tas plastik, dan sebagainya sekarang dibutuhkan bagi industri. Untuk mendapatkan material terlaminasi, bentuk proses pelapisan dengan kaca film. Persamaan operasional dalam proses laminasi perlu untuk ditemukan sehingga proses laminasi dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Masalah seperti itu yang biasanya tidak bisa diselesaikan oleh produsen. Dengan menggunakan prinsip keseimbangan massa, persamaan dapat ditemukan. Dengan pengumpulan data, kita dapat menghitung konstanta dari persamaan dan juga nilai RPM yang akan digunakan untuk menentukan film pelapisan yang dibutuhkan sesuai kebutuhan.
Kata kunci: proses laminasi, prinsip keseimbangan massa, ketebalan film pelapis

## ABSTRACT
Plastick sheet coated like paper for food, bag packaged plastic, etc now is needed for industry. To find material it laminated, it form still in coated laminated process with plastic film. An operational equation in the laminated process need to be founded so that its laminated process can be adjusted with the assigned order. That is usually problem that is not be solved by producers. By using mass balanced principles, the equation can be founded. By using data collected, we can calculate constanta of the equation and also RPM display value that will be used to determine thick of coated film needed for the width film as ordered.
Key words: laminated process, mass balanced principles, thick of coated film

## PENDAHULUAN
Proses laminasi adalah proses pemberian lapisan film plastik pada suatu bahan lembaran, misalnya kertas kraft, tenun plastik, dll, sehingga diperolehlah bahan itu kedap air, uap ataupun udara. Beberapa produk kemasan tenun plastik yang pada awalnya memakai inner liner yang berupa kantong film plastik sebagai kantong dalaman pada karung tenun plastik guna mencegah kebocoran bahan atau kontaminasi udara/uap air atau air, sekarang bergeser ke karung tenun plastik yang dilaminasi.
Gambar 1. Sketsa Mesin dan Proses Laminasi
Proses laminasi terjadi karena adanya aliran bahan polipropilen cair di dalam barrel extruder yang dikompresi oleh screw dan keluar melalui bibir die, kemudian melekat pada lembaran bahan dengan lebar tertentu. Suatu screw pendorong bahan di dalam silinder barrel didisain dengan cara tertentu agar pada saat pendorongan bahan itu terjadi pula proses mixing dan pressing bahan menuju T-die.
Untuk suatu mesin laminasi tertentu, jumlah bahan (dalam gram/menit atau cm 3 /menit) akan tertentu  pula,  namun  akan  tergantung  pada
kecepatan  screw  (dalam  putaran  per  menit  atau RPM). Laju terdorongnya kuantitas bahan ini harus diketahui untuk keperluan setting dan pengendalian tebal laminasi sesuai yang diinginkan. Sayangnya pihak  produsen  mesin  tidak  menginformasikan kuantitas itu sehingga pengguna sendiri yang harus mencarinya.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memaparkan langkah  pencaritahuan  kuantitas  bahan  yang terdorong  tersebut  per  satuan  waktu.  Pertama dibahas prinsip fisis matematis yang akan mendasari proses pelapisan bahan itu. Kedua, berdasarkan persamaan matematika yang diperoleh, dilakukan perancangan percobaan untuk memperoleh data guna penghitungan kuantitas yang dicari. Ketiga, dilakukan pembahasan terhadap hasil yang diperoleh, dan penggunaannya dalam proses laminasi.

## METODE

## Prinsip Neraca Bahan
Bahan yang terdorong oleh screw yang berputar dalam silinder barrel akan muncul keluar melalui celah sempit dan lebar yang disebut T-die dengan wujud lembaran film (lapisan tipis) dan akan turun mengenai dan menempel pada lembaran bahan yang akan dilaminasi (substrat: kertas kraft, tenun plastik, dll). Secara mudah bisa dipahami bahwa jumlah bahan yang muncul melalui T-die akan sama dengan jumlah bahan yang menempel pada substrat.
Jumlah bahan yang terdorong oleh screw (g/min) = RPM screw × V ruas ulir screw × r cair ...............................(1)
Jumlah bahan yang menempel pada bahan (g/min) = LS bahan × T film ×L film × r padat ..................................(2)
Dengan  menyamakan  kedua  suku  kanan, diperoleh:
RPM screw × V ruas ulir screw × r cair = LS bahan × T film ×L film × r padat ............................................................................(3)
Maka:
T film = RPM screw × V ruas ulir screw × r cair LS bahan × L film × r padat = V ruas ulir screw × r cair × RPM screw ......(4) r padat LS bahan × L film T film = V ruas ulir screw × r cair × RPM screw r padat LS bahan × L film = K × RPM screw ..........................................(5) LS bahan × L film
Pada persamaan (5) telah didefinisikan konstanta K , di mana:
K = V ruas ulir screw × r cair ...............................................(6) r padat
Persamaan (6) bisa diubah menjadi:
K = Jumlah gram bahan yang terdorong karena screw berputar satu putaran ..........(7)
r padat Sehingga:
K = Jumlah bahan yang keluar lewat T – die (gram/menit) .................(8)
r padat
dengan: r padat = r polipropilen = berat jenis dari propilene (0,928 g/cc)
Jika putaran screw, RPM screw dalam putaran/ menit; linespeed, LS bahan dalam meter/menit; lebar film, L film dalam cm; tebal lapisan film, T film dalam micron; dan K dalam cm 3 /putaran, maka:
RPM screw × L film × T film LS bahan 100 × K
Angka 100 pada penyebut persamaan (9) muncul dari penyesuaian satuan micron ke cm dan meter ke cm. Persamaan (9) disebut persamaan operasional proses laminasi. Dengan persamaan tersebut, setting tebal lapisan film yang diinginkan untuk lebar film tertentu bisa diatur dengan menghitung dan menset rasio RPM/LS.

## Perancangan Pengumpulan Data
Dengan persamaan (8) nilai K bisa ditentukan dengan  melakukan  percobaan.  Mesin  extruder
Gambar 2. Sketsa Sederhana dari Screw Extruder
(seperti pada Gambar 2) dijalankan pada kecepatan putar  screw  tertentu  dan  kemudian  setelah pengeluaran film melalui T-die terjadi secara stabil (tidak terputus-putus), film tersebut ditampung tiap selama 5 menit.

## Tabel 1. Form Pengamatan Data
RPM Gram/menit bahan Data-1 Data-2 Data-3 Data-4 Rata-rata
10 20 30 35 40 45 50

## RPM Display vs RPM Tacho
RPM yang berpengaruh pada proses extrusion pastilah  RPM  screw  yang  sebenarnya,  bukan menurut display. Putaran screw yang sebenarnya bisa diketahui dengan memasangkan tachometer. Ternyata ada perbedaan nilai antara tachometer dangan  display.  Tabel  berikut  menunjukkan perbedaan itu.
Tabel 2. Nilai RPM yang Ditunjukkan oleh Tachometer dan Display
RPM Tacho RPM Display RPM Display Hitungan Selisih Absolut 12,2 10 10,20 0,20 22,9 20 19,46 0,54 34,9 30 29,65 0,35 41,1 35 34,92 0,08 46,9 40 39,85 0,15 53,2 45 45,20 0,20 58,5 50 49,70 0,30 Selisih absolut rata-rata 0,26 Persen selisih rata-rata 0,68
Gambar 3. Grafik antara RPM Tacho vs RPM Display
Setelah  dilinerisasikan  diperoleh  hubungan sebagai berikut:
RPM Display = 0,85 × RPM Tacho ...................... (10)
Rasio RPM Display dengan RPM Tacho nyaris konstan, sehingga untuk penggunaan pada proses bisa dipakai RPM Display.

## Pengumpulan Data
Setelah dilakukan pengumpulan data sesuai dengan yang direncanakan, diperoleh data seperti Tabel 3 berikut.
Tabel 3. Data Jumlah Bahan (gram) yang Keluar Melalui T-Die Selama 5 Menit
RPM Display Data-1 Data-2 Data-3 Data-4 Rata-rata 10 1323,5 1289,0 1135 1200,0 1236,9 20 2131,5 2032,5 1923,5 1920,0 2001,9 30 2936,5 2775,0 2658,5 2630,0 2750,0 35 3405,0 3157,5 3093,5 3076,5 3183,1 40 3755,0 3884,0 3491,5 3527,5 3664,5 45 4266,0 4177,5 3964,0 3905,0 4078,1 50 4741,5 4532,5 4441,0 4372,5 4521,9

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dengan persamaan (8), nilai K untuk setiap nilai RPM bisa dihitung. Tabel 3 berikut menampilkan hasilnya.
Tabel 3. Hasil Penghitungan Nilai K pada Beberapa Nilai RPM
RPM (display) 10 20 30 35 40 45 50
K (cm 3 /put) 26,7 21,5 19,8 19,6 19,7 19,5 19,5
Jika data pada Tabel 3 diplotkan secara grafik, maka tren dari Nilai K terhadap Nilai RPM akan nampak dengan lebih jelas. Pada kecepatan putaran
Gambar 4. Grafik Nilai K terhadap Kecepatan Putaran Screw
screw  30  RPM  ke  atas,  Nilai  K  akan  cenderung konstan sebesar 19,6 cm 3 /putaran screw.
Denga n  diperolehnya  nila i  K ,  ma k a operasionalisasi proses laminasi bisa dilakukan. Sebagai contoh akan diproses laminasi roll woven yang lebarnya 45 cm (maka lebar film 48 cm) dengan tebal 25 micron. Agar delivery tercapai ditetapkan linespeed (LS) sebesar 65 meter/menit. Kecepatan screw  yang  diperlukan  agar  tercapai  ketebalan laminasi  tersebut  dihitung  dengan  persamaan operasional (9) dengan K = 19,6 cm3/put), sebagai berikut.
RPM screw = (48 cm) × (25 micron) = 0,612 putaran/m LS bahan 100 × (19,6 cm 3 /put
Maka pada LS sebesar 65 m/menit diperlukan kecepatan screw 0,612 × 65 = 39,8 put/menit. Jika mesin  diset  pada  nilai-nilai  kecepatan  tersebut, maka diperoleh ketebalan lapisan film pada bahan sesuai dengan yang diminta, 25 micron. Gambar 4 memperlihatkan bahwa ada dua daerah nilai K yaitu untuk RPM Display 10–30, dan 30–50. Pada kecepatan putaran screw antara 30 hingga 50 RPM, nilai K nyaris sama 19,6 cm 3 /putaran, sedangkan pada kecepatan putaran screw di bawah 30 RPM, nilai K seperti merupakan fungsi lengkung menurun
seturut  naiknya  RPM.  Jika  disepakati  operasi laminasi hanya dijalankan pada RPM 30–50, maka nilai K adalah 19,6 cm 3 /putaran.

## SIMPULAN
Proses laminasi dijalankan pada RPM Display antara 30–50 maka nilai K adalah 19,6 cm3/putaran, Perencanaan  proses  laminasi  dimulai  dengan menetapkan  lebar  film  (cm)  dan  tebal  laminasi (micron). Kemudian dipilih linespeed tertentu (m/ menit) dan dihitung besarnya kecepatan putaran screw yang harus diset.

## PUSTAKA
Himmelblau, D.M, and Riggs, J.B., 2003. Basic Principles and  Calculations  in  Chemical  Engineering, International Edition, seventh Edition, Prentice Hall International.
Stewart, J. 2000. Kalkulus Universitas, Balai Pustaka, Jakarta
Taha, H.A 1996. Operations Research: An Introduction, sixth Edition, Prentice Hall, New York.
Tri Polyta Indonesia, Tbk. 2008. Buku Saku Plastik, Klaten.
Y. Pochet and L.A. Wolsey. 1993. Lot sizing with constant batches:  Formulation  and  valid  inequalities, Mathematics of Operations Research 18, 767–785.