## Rancang Bangun Penyemprot Udara Otomatis Berbasis Electropneumatic Menggunakan Sensor Infrared BF4R
Adhy Purnomo,  Padang Yanuar * , Dhurotul Yatimah, Avicenna An-Nizhami, Agus Pramono, Supandi, Ampala Khoryanton
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof Sudharto, SH, Tembalang-Semarang 50275, Telp.+6247473417
*E-mail: padang.yanuar@polines.ac.id
Diterima: 13-03-2022; Direvisi: 20-04-2022; Dipublikasi: 22-08-2022

## Abstrak
Proses labelling pada  sebuah  produk  berfungsi  untuk  memberikan  identitas  dari  produk,  pada  proses  ini  biasanya dilakukan  dengan  cara  menempelkan  sebuah  label  kedalam  bagian  atas/cap  maupun  body  dari  kemasan.  Sebagian besar  cacat  yang  terjadi  pada  proses  ini  adalah defect  bubble yang  disebabkan  karena  permukaan  yang  kotor. Peralatan  pembersih  permukaan  secara  manual  belum  mampu  sepenuhnya  menghilangkan  debu/kotoran  yang  ada dipermukaan. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan rancang bangun sistem penyemprot udara otomatis untuk menghilangkan  debu/kotoran  yang  ada  dipermukaan  benda.  Metode  rancang  bangun  digunakan  untuk  melakukan modifikasi  dari  peralatan  labeling  yang  sudah  ada.  Hasil  dari  modifikasi  yaitu  menambahkan  komponen sensor infrared , actuator silinder pneumatik dan aluminium profil, sedangkan untuk hasil pengujian  alat didapatkan waktu rata-rata pembersihan debu adalah 18,9 detik atau penurunan sebesar 22,7% dibandingkan dengan peralatan manual dan mampu menurunkan hasil produk Not good sebesar 79,3%.
Kata kunci: Electropneumatic; Sensor Infrared; Labelling

## Abstract
The labeling process on a product serves to provide the identity of the product, in this process it is usually done by attaching a label to the top/cap or body of the packaging. Most of the defects that occur in this process are bubble defects  caused  by  dirty  surfaces.  Manual  surface  cleaning  equipment  has  not  been  able  to  completely  remove dust/dirt on the surface. The purpose of this research is to design an automatic air spray system to remove dust/dirt on  the  surface  of  objects.  The  design  method  is  used  to  modify  the  existing  labeling  equipment.  The  results  of  the modification are adding infrared sensors, pneumatic cylinder actuators and aluminum profiles, while for the results of  testing  tools,  the  average  time  to  repair  dust  is  18.9  seconds or  a  decrease  of  22.7%  compared  to  manual equipment and can reduce the results of Not good products by 79,3%.
Keywords: Electropneumatic; Infrared Sensors; Labeling

## 1. Pendahuluan
Kemasan merupakan sebuah desain kreatif yang menghubungkan struktur, bentuk, material, warna, citra, tipografi dan  elemen-elemen  desain ditambahkan  dengan  informasi produk  supaya produk  dapat untuk  dipasarkan.  Fungsi  dari Kemasan  adalah  untuk  membungkus,  menyimpan,  mengidentifikasi,  melindungi,  mengirim,  mengeluarkan,  dan membedakan sebuah produk di pasar [1]. PT Cosmetic Mirror Indonesia merupakan perusahaan yang bergerak dibidang design dan manufaktur kemasan  produk  kosmetik  ( plastic &  mirror ),  Produk dari  perusahaan  tersebut  adalah base & cap bedak, base & cap lulur mandi, cap & flip shampoo, holder ball , cap vt roll on , lash holder cover , inner bulu mata, roll on ball , botol shampoo, kaca straight cut dan kaca beveled/seamed [2]
Proses  pemasangan  label  pada  kemasan  dilaksanakan  oleh  bagian  produksi,  Permukaan cap perlu  dibersihkan sebelum  dilakukan  proses labelling untuk  memastikan  proses  pemasangan  label  agar  tidak  terjadi  cacat,  proses penghilangan  debu  pada  permukaan  dilakukan  dengan  cara  memberikan  udara  bertekanan  melalui hand  gun ke permukaan benda yang akan dilakukan labeling proses pembersihan masih dilakukan secara manual rata-rata satu hari operator harus melakukan penyemprotan sebanyak 6000 cap dengan waktu penyemprotan yang tidak seragam [3]. Hasil proses labeling masih  ditemukan  cacat  yaitu  berupa defect  bubble (gelembung) yaitu  adanya  gelembung  udara  yang terjebak diantara kedua lapisan plastik dengan film penyusun struktur kemasan s eperti yang ditunjukkan pada lingkaran
merah  Gambar 1.  Penyebab  dari  permasalahan  ini  bisa  disebabkan dari  kecepatan  pemasangan  label, kekuatan  ikatan lem yang berbeda, kotornya permukaan yang ditempel [4]
(
Gambar 1. Defect Bubble pada kemasan
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk merubah sistem kerja mesin manual menjadi semi automatis maupun full otomatis di dunia industri Penggunaan PLC, sensor infrared dan pneumatik banyak diaplikasikan untuk keperluan otomasi  [5,6,7,8].  Permasalahan defect yang  terjadi  harus  segera  diselesaikan  agar defect produk  tidak  semakin bertambah yang berdampak kepada kerugian perusahaan, solusi pemecahan masalah yang diberikan adalah merancang penyemprot  udara  otomatis  menggunakan  udara  bertekanan  yang  dilengkapi  dengan  sensor infrared  BF4R berbasis electropneumatic untuk  menggantikan  proses  penyemprotan  manual.  Metode  yang  digunakan  adalah  rancang  bangun dengan  tahapan  identifikasi  masalah,  perancangan,  pembuatan  dan  pengujian  alat.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah rancang bangun penyemprot udara otomatis  sebagai alat pembersih debu pada permukaan benda yang akan dilakukan proses labeling. Hasil dari perancangan penyemprot udara otomatis diharapkan mampu menghilangkan debu sehingga akan menghilangkan defect proses labeling, keuntungan yang lain adalah dapat meningkatkan efisiensi proses labelling cap karena dapat menghemat waktu produksi dan mengurangi tenaga yang dikeluarkan oleh operator.

## 2. Material dan metodologi
Mulai Persiapan Raw Material Pemotongan Raw Material Pembuatan Komponen Mekanik Pembuatan Komponen Electrical Instalasi Komponen Mekanik dan Electrical Selesai TIDAK YA Finishing dan Assembly
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
Perancangan  merupakan  kegiatan  awal  dalam  proses  pembuatan  penyemprot  udara  otomatis,  tahap  perancangan tersebut dibuat keputusan-keputusan penting yang mempengaruhi kegiatan-kegiatan lain sebelum sebuah produk dibuat, proses  perancangan  akan  menghasilkan  sebuah  gambar  sketsa  atau  gambar  sederhana  dari  produk  yang  akan  dibuat. Rancang  bangun  diawali  dari  penentuan  desain  dan  kemudian  dilakukan  perhitungan  dan  simulasi  menggunakan aplikasi SOLIDWORKS ,  proses  pembuatan  alat  ini  meliputi  persiapan  material,  proses  pemesinanan  ( fabrication ), pembuatan electrical dan mechanical serta assembly semua  komponen.  Diagram  alir  penelitian  dapat  dilihat  pada Gambar 2.

## 3. Hasil dan pembahasan

## 3.1 Hasil Rancang Bangun
Model  rancang  bangun  penyemprot  udara  otomatis  dengan  mekanisme  electropneumatic  menggunakan  beberapa alternatif desain guna menemukan desain sesuai dengan kebutuhan dilapangan. Proses pemilihan desain mengacu pada metode  binary  dominance  matrix,  fokus  pemilihan  pada  kriteria  pembobotan  dengan  nilai  tertinggi  untuk  alternatif desain  rancang  bangun  penyemprot  udara  otomatis  dengan  mekanisme electropneumatic .  Seleksi  konsep  dilakukan berdasarkan metode decision-matrix method atau binary dominance matrix [9]. Hal ini untuk mendapat desain terbaik dari beberapa alternatif desain rancang bangun penyemprot udara otomatis dengan mekanisme electropneumatic .
Gambar 3. Desain Rangka Utama Penyemprot Udara Otomatis
Hasil  penilaian  desain  perancangan  terbaik  dapat  dilihat  pada  Gambar  3  dan  4,    komponen  yang  digunakan  pada Gambar  3  adalah  sebagai  berikut:  1.  Plat  Dudukan  Panel  Box  Sprayer,  2.  Panel  Box  Utama  Mesin  Labeller,  3.
Penghubung  Tiang  Dudukan,  4.  Conveyor  Belt,  5.  Tiang  Penyangga  Conveyor,  6.  Batang  L  Penghubung,  7.  Kaki Penyangga Mesin Labeller, 8. Dudukan Mesin Labeller, 9. Plat Dudukan Komponen Electrical, 10. Plat Dudukan Panel Box, 11. Tiang Panel Box. Pada Gambar 4 juga ditampilkan desain rancangan untuk komponen utama yang berfungsi sebagai  penyemprot  udara  bertekanan  yang  dilengkapi  dengan  sistem  otomasi,  komponen  berupa:  1.  Silinder Pneumatic, 2. Dudukan Nozzle Udara, 3. Nozzle Udara, 4. Rangka Aluminium Profil, 5. Dudukan Sensor Infrared.
Gambar 4. Komponen Penyemprot Udara Otomatis
Pemilihan  material  alumunium  sebagai  rangka  utama  dikarenakan  sifat  mekaniknya  yang  ringan,  ulet  dan  tahan korosi,  dengan  alasan  tersebut  alumunium  banyak  digunakan  pada  komponen  utama  otomotif  dan aerospace [10].
Sensor infrared digunakan untuk mendeteksi adanya objek yang bergerak dengan memanfatkan system pemantulan dan pembiasan  cahaya,  perubahan  pemantulan  cahaya  yang  terus  menerus  menyebabkan  timbulnya  pulsa  yang  kemudian dapat  ditentukan  frekuensinya  [11].  Sistem  pneumatik  yang  tertera  pada  Gambar  4  digunakan  karena  merupakan teknologi  yang  bersih  serta  mampu  meneruskan  udara  bertekanan  kelingkungan  yang  dituju  [12]  [13]. Nozzle udara yang terdapat pada rancang bangun penyemprot udara otomatis berbasis electropneumatic memiliki supply udara utama dari kompresor dan dikontrol melalui solenoid valve. Proses supply udara dilakukan melalui pipa hose , selama supply udara dilakukan akan terjadi beda tekanan dan kecepatan aliran udara. penurunan dan peningkatan tekanan udara serta kecepatan  aliran  udara  bergantung  pada  diameter  pipa  yang  digunakan  oleh nozzle udara.  Perancangan  sistem  pipa bertekanan  yang  tepat  mampu  meningkatkan  efisiensi  distribusi  aliran  fluida  bertekanan  dan  menurunkan  persentase kerugian tekanan aliran fluida yang signifikan [14].

## 3.2 Pengujian Cycle time
Pengujian untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan pada satu proses pembersihan, Pengujian dilakukan sebanyak 2 kali  dengan  10  kali  pengambilan  data cycle  time setiap  pengujiannya.  Gambar  5  menunjukan  hasil  pengujian  yang dinyatakan  dengan  grafik,  waktu  proses  pembersihan  rata-rata  sebesar  18,9  detik  hal  ini  disebabkan  karena  proses otomatis  yang  digunakan  dapat  bekerja  dengan  baik,  dimulai  dari  bahan  yang  akan  dibersihkan  diarahkan  melalui konveyor  kemudian  sensor  infrared  akan  mendeteksi  benda  kemudian  akan  menggerakan  silinder  pneumatik  untuk mencekam  benda  dan  akhirnya  nozzle  akan  mengeluarkan  udara  bertekanan  yang  berfungsi  untuk  membersihkan permukaan  benda  tersebut.  Jika  dibandingkan  dengan  pembersihan  secara  manual  waktu  rata-rata  yang  dibutuhkan adalah 24,52 detik, cara kerja secara manual tergantung dari performa operator.
Gambar 5. Hasil Perbandingan Pengujian Cycle Time

## 3.3 Pengujian Kualitas Produk
Tekanan  udara  yang  telah  diatur  akan  mengalir  kedalam selenoid  valve yang  berguna  sebagai  katup  buka  sistem udara  pada  rancang  bangun  penyemprot  udara  otomatis  dengan  mekanisme electropneumatic .  Ketika  sensor  infrared mendeteksi adanya cap maka sinyal akan diteruskan pada timer delay relay dan katup selenoid akan terbuka sehingga udara  akan  mengalir  menuju nozzle udara,  sehingga  proses  pembersihan  cap  dari  debu  akan  terjadi  dan  proses selanjutnya  adalah  proses  labelling.  Setelah  selesai  dilakukannya  proses  labelling  cap  akan  dilakukan  pemeriksaan kualitas produk cap menggunakan kaca pembesar.  Hasil yang didapat akan dicatat dan proses pengujian untuk masing- masing  tekanan  dilakukan  sebanyak  5,  Berikut  ini  tabel  perbandingan  analisis  tekanan  udara  yang  ditunjukkan  pada Tabel 1.
Tabel 1 . Perbandingan Analisis Kualitas Cap dan Kecepatan Penyemprotan
Pressure [bar] Pengujian ke- Kecepatan Penyemprotan Kualitas Cap Keterangan 2 1 G Terdapat  NG bubble sebanyak  2  buah  karena masih  terdapat  debu  yang  menempel  pada permukaan cap. 2 NG 3 G 4 NG 5
G 3 1 G Terdapat  NG bubble sebanyak  1  buah. Cap yang  dicekam  oleh jig dalam  keadaan  stabil selama proses penyemprotan berlangsung. 2 G 3 NG 4 G 5
G
4 1
G
Terdapat 2 kali pengujian yang mengakibatkan cap lepas dari jig karena tekanan udara terlalu besar sehingga kecepatan penyemprotan terlalu cepat. 2 G 3
G
4 NG 5 NG
Hasil pengujian didaptkan bahwa udara bertekanan 3 [bar] sesuai dengan peratatan karena menghasilkan produk NG paling  sedikit,  diikuti  dengan  benda  yang  dicekam  pada  jig  saat  dilakukan  penyemprotan  benda  pada  keadaan  stabil. Hasil  yang  dipilih  juga  mengacu  pada  tekanan  udara  yang  baik  digunakan  pada  solenoid  valve  sebesar  3  [bar] berdasarkan  pada  spesifikasi  pabrikan  dan  kemampuan  distribusi  tekanan  udara  dari  kompresor  yang  stabil  [15]. Pemilihan tekanan udara 3 [bar] mengacu pada hasil analisis pengujian yang menunjukkan bahwa tekanan udara 4 [bar]
memiliki  kecepatan penyemprotan  yang  terlalu  cepat  sehingga  cap  terlepas  dari  jig.  Sedangkan  tekanan  udara  2 [bar] masih menyisakan debu pada permukaan cap karena kecepatan penyemprotan yang kurang.

## 4. Kesimpulan
Rancang  bangun  penyemprot  udara  otomatis  dengan  komponen sensor  infrared , actuator silinder  pneumatik  dan aluminium  profil  merupakan  solusi  dari  pemecahan  masalah  di  departmen  produksi  PT  Cosmetic  Mirror  Indonesia untuk proses pembersihan cap menggunakan mekanisme electropneumatic yang mampu menurunkan cycle time sebesar 22,7%, menurunkan jumlah produk NG sebesar 79,3%.

## Daftar Pustaka
[1]  Klimchuk, M., & Sandra A. K, Desain Kemasan. Jakarta: Erlangga; 2006, P 33.
[2]  Produk cosmetic mirror indonesia, http://www.comiin.co.id/main , Indonesia; 2021 [Diakses tgl 21 Januari 2022].
[3]  Barus, M. Diwawancarai oleh Yatimah D, Agustus 2021. PT. Cosmetic Mirror, Kab. Semarang.
[4]  Sisvi,I.,  O.,    &  Shahab,  A,    Optimasi  Parameter  Proses  Dry  Laminasi  Pembuatan  Kemasan  Fleksibel  Dengan Metode Respon  Permukaan Dan Goal Programming, Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII, 5 Februari 2011, Surabaya.
[5]  Asrizal,  2007. Pengembangan  Sistem  Timer  Dikendalikan Counter  Digital  dengan  Sensor  Infra  Merah  Berbasis Mikrokontroler. s.l.:Seminar Naisional UNAND.
[6]  Fitriyanti Nakul, Rudi Pardede , B. Budiana , Rahmi Mahdaliza , Heru Wijanarko, Sistem Inspeksi Label Produk Menggunakan  Metode  Golden  Template  Comparison  dan  Konveyor  Pemilah,  JOURNAL  OF  APPLIED ELECTRICAL ENGINEERING, 2021 juni, P 20-25.
[7]  Wei,  Z.,  Xiu,  W.  &  Wei,  D., 2015.  Design  and  Test of  Automatic  Toward-target  Sprayer  used  in  orchard. 2015 IEEE  International  Conference  on  Cyber  Technology  in  Automation,  Control, and  Intelligent  Systems  (CYBER), pp. 697-902.
[8]  Sonera, A. L., Chauhan, D. B. & Chaundhari, T. K., 2017. Design of Pneumatic Press for Bending and Punching Operation. Science and Technology, 3(3).
[9]  Cross, N. Engineering Design Methods: Strategies for Product Design. New York:John Wiley and Sons; 2000.
[10]  Yahaya, S. N. M., and Majid, A. A. A. Reviews on aluminum alloy series and its applications. Academia Journal of Scientific Research 5(12): 2017 December. P 708-716.
[11]  Amole, A., 2020. Design and Implementation of A Prototype Active Infrared Sensor Controlled Automatic Sliding Door  for  Mitigation  of  Coronavirus  Disease  2019  (COVID19).  Journal  of  Electrical,  Control  and Telecommunication Research, Volume 2, pp. 1-17.
[12]  Shim, J., Joe, Y.-H. & Park, H.-S., 2017. Influence Of Air Injection Nozzles On Filter Cleaning Performance Of Pulse-Jet Bag Filter. Powder Technology, Volume 322, pp. 250-257.
[13]  Said,  H.  Aplikasi  Programmable  Logic  Controller  (PLC)  dan  Sistem  Pneumatik  pada  Manufaktur  Industri. Yogyakarta: Penerbit Andi. 2012.
[14]  Miguel, A. F., 2018. Constructural Branching Design for Fluid Flow and Heat Transfer. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 122, pp. 204-211.
[15]  Air  cylinder. https://www.smcworld.com/webcatalog/en-id/air-cylinders/ .  Indonesia;  2021  [Diakses  pada  tanggal 20 Januari 2022]