April 2021

## Evaluasi Kinerja Efisiensi Energi Mesin Bubut Melalui Penilaian Indikasi Specific Energy Consumption

## HERMAN BUDI HARJA, MOHAMMAD FAUZI, ASEP FATHAN
Jurusan Teknik Manufaktur, Politeknik Manufaktur Bandung, Indonesia Email: herman@polman-bandung.ac.id
Received 15 September 2020 | Revised 30 Desember 201x | Accepted 29 Desember 2020

## ABSTRAK
Kondisi  ketidakselarasan  sistem  transmisi  pulley-belt  pada  mesin  bubut berpengaruh  terhadap  nilai  inefisiensi  konsumsi  energi  mesin  perkakas. Penelitian  ini  bertujuan untuk  melakukan  kajian evaluasi kinerja  efisiensi  energi mesin  bubut  pada  kondisi  sistem  transmisi  pulley-belt  mesin  yang  selaras  dan tidak selaras. Kajian ini menggunakan  metoda penilaian  indikasi  specific energy consumption (SEC) dari proses pemesinan bubut. Nilai total konsumsi energi saat proses  pemotongan  diukur  menggunakan  power  analyzer,  dan  diolah  menjadi nilai  data  SEC,  kemudian  dianalisis  menggunakan  Data  Envelopment  Analysis untuk  mendapatkan  harga  referensi.  Penilaian  skor  penurunan  energi  setiap mesin  diperoleh  dengan  membandingkan  jarak nilai  SEC  setiap  mesin  terhadap nilai  referensi.  Obyek  penelitian  menggunakan  lima  buah  mesin  bubut  uji berkapasitas  daya  medium.  Hasil  kajian  menunjukkan  bahwa  pada  kondisi ketidakselarasan sistem transmisi pulley-belt menyebabkan terjadinya inefisiensi energi mesin bubut sebesar 5%.
Kata kunci : Data Envelopment Analysis ,efisiensi energi, ketidakselarasan, SEC

## ABSTRACT
The pulley belt transmission system's misalignment condition on turning machine affects the low-e fficiency value of machine tool energy consumption.  This study aims  to  evaluate  the  energy  efficiency  of  a  lathe  in  the  alignment  and misalignment of the pulley-belt transmission system. This study used a method of  assessing  the  specific  energy  consumption  (SEC)  of  the  lathe  machining process.  During  the  cutting  process,  the  total  energy  consumption  value  is measured  using  a  power  analyzer  and  processed  into  SEC  data  values,  then analyzed  using  Data  Envelopment  Analysis  to  obtain  a  reference  value.  The assessment is obtained by comparing the distance between each machine's SEC value  and  the  reference  value.  The  case  study's  object  was  conducted  on  five test lathes with medium power capacity. The study results show that the pulley- belt transmission system's misalignment causes the lathe's energy inefficiency of more than 5%.
Keywords : Data Envelopment Analysis, efficiency energy, misalignment, SEC

## 1. PENDAHULUAN
Pada  proses  manufaktur  dibutuhkan  satu  atau  lebih  mekanisme  fisika  untuk  mengubah material menjadi produk tertentu. Energi merupakan bagian dari input proses yang sebagian besar  digunakan  untuk  menghasilkan  suatu  kerja  operasi  pemberian  nilai  tambah  pada produk.  Pada  Gambar  1  ditampilkan  aliran  input  dan  output  serta  energi  pada  proses manufaktur.  Kajian  Apostolos  menyatakan  bahwa  pada  kenyataannya  proses  manufaktur hanya menggunakan sebagian energi yang dikonsumsi untuk proses pemberian nilai tambah, sedangkan  sebagian  energi  lainnya  digunakan  untuk  menjadikan  kondisi  proses  stabil  dan untuk menjalankan fungsi peralatan (Apostolos, dkk, 2013).
Gambar 1. Aliran Input dan Output serta Energi pada Proses Manufaktur (Apostolos, dkk,

## 2013)
Kajian assessment  proses  manufaktur  pada  umumnya  sering  diukur  menggunakan parameter efisiensi energi dan specific energy consumption. Efisiensi energi merupakan rasio keluaran dan masukan energi, sedangkan specific energy consumption ialah indikator yang dihitung  dengan  membagi  konsumsi  energi  total  dengan  indikator  fisik  tertentu  berupa massa ataupun volume.
Beberapa  penelitian  mengenai  evaluasi  atau assessment  terhadap  efisiensi  energi  proses manufaktur  telah  banyak  dilakukan,  baik  pada  level  tertinggi  di  level factory,  level  line produksi,  level  mesin  perkakas  hingga  level  proses  yang  terjadi  di  mesin  perkakas.  Kajian efisiensi dapat dimulai dari level terendah yaitu proses pemesinannya, baik pada pemesinan konvensional  maupun  non  konvensional.  Kemudian  selanjutnya  dapat  diketahui  efisiensi konsumsi  energi  mesin  perkakasnya.  Apostolos  telah  melakukan  analisa  kualitatif  efisiensi energi pada proses laser fitur lubang dan fitur grooving dengan mencermati frekuensi pulsa dan  daya  laser,  termasuk  pengaruh  yang  tidak  langsung  terhadap  proses  seperti  kualitas fokus  sinar,  sistem  pemosisian  dan  waktu set  up (Apostolos,  dkk,  2012) .  Singh melakukan kajian total konsumsi energi pada proses gerinda melalui pengembangan model specific  grinding  energy.  Singh  menyatakan  bahwa  semakin  keras  material  yang  diproses akan  secara  signifikan  meningkatkan  nilai  konsumsi  energinya  terutama  jika  kedalaman pemotongan  diperbesar (Singh,  dkk,  2012) .  Pada  tahun  2011,  Mori  menyatakan  bahwa produsen mesin perkakas dapat berkontribusi terhadap permasalahan efisiensi energi mesin melalui  modifikasi  fungsi  lanjutan  pada  mesin  perkakas.  Beberapa  modifikasi  tersebut diantaranya  adalah  modifikasi  fungsi    parameter  pemotongan,  sinkronisasi  percepatan spindle dan umpan baliknya serta termasuk penyempurnaan sistem pengaturan percepatan (Mori,  dkk, 2011). Balogun  menyajikan  model  kebutuhan  energi  listrik  untuk  setiap  fase penggunaan  mesin  perkakas,  validasi  eksperimen  dan  pengukuran  konsumsi  energi dilakukan pada obyek mesin perkakas untuk mengetahui nilai konsumsi energi unit auxiliary dan  unit  utama  mesin,  terutama  saat  mesin start  up  dan  machine  ready,  dan  saat  mesin melakukan  pemotongan (Balogun  &  Mativenga,  2013) .  Kajian  efisiensi  energi  pada
proses gerinda dilakukan Li dan tim pada tahun 2012 melalui pendekatan ekoefisiensi untuk mengevaluasi keterkaitan antara parameter proses, konsumsi energi dan sumber daya serta kinerja  kualitas (Li,  dkk,  2012). Pada  tahun  2015,  Li  dan  tim  melakukan  kajian  empiris pada pemesinan electrical discharge machine (EDM) untuk mengkarakterisasi efisiensi energi proses EDM dan mengungkapkan keterkaitan antara SEC dan MRR pada pemesinan EDM (Li & Kara, 2015).
Kajian  terhadap  topik  penelitian  efisiensi  energi  pada  proses  manufaktur  dengan  obyek mesin  perkakas,  pada  umumnya  fokus  kajian  adalah  pada  pertimbangan  parameter pemesinan,  faktor  capaian  kualitas  produk,  pemetaan  konsumsi  energi  pada  setiap  fase operasi penggunaan mesin, hingga penyempurnaan fungsi mesin oleh machine builder. Pada topik penelitian ini belum dilakukan kajian kinerja efisiensi energi yang mempertimbangkan aspek  kerugian  mekanik  karena  faktor  kondisi  ketidakselarasan  sistem  transmisi  mesin perkakas.
Penelitian  ini bertujuan untuk  melakukan kajian evaluasi  efisiensi energi mesin  bubut  pada kondisi  sistem  transmisi pulley-belt  mesin  yang  selaras  dan  tidak  selaras.  Kajian  ini menggunakan  metoda  penilaian  indikasi specific  energy  consumption  (SEC)  dari  proses pemesinan  bubut.  Obyek studi pada  kasus penelitian  ini  adalah  lima buah  mesin  bubut  uji yang  berkapasitas  daya  medium  yaitu  antara  1  hingga  11  kW,  material  benda  kerja  jenis baja  karbon  rendah  St37  dan  alat  potong carbide.  Proses  pengujian  selain mempertimbangkan  parameter  uji  pemesinan  juga  mempertimbangkan  kondisi  sistem transmisi pulley-belt mesin yang selaras dan tidak selaras untuk melihat besar pengaruhnya terhadap kinerja efisiensi energi mesin perkakas.
Terdapat  beberapa  metoda  untuk  mengukur  tingkat  konsumsi  energi  pada  suatu  mesin. Proses  yang  paling  umum  dilakukan  yaitu  dengan  menentukan  daya  pemotongan  secara empiris  dari  hasil  pengukuran  gaya  tangensial  yang  terjadi  pada  saat  pemotongan menggunakan  alat  uji  dinamometer.  Namun  dengan  keterbatasan  alat  uji  dan  pengadaan yang  sulit  dilakukan,  maka  penelitian  dilakukan  dengan  metoda  yang  lebih  sederhana  dan mudah  diterapkan  di  industri.  Metoda  yang  dapat  dilakukan  yaitu  dengan  metodologi penilaian mesin menggunakan specific energy consumption (SEC).

## 1.1 Specific Energy Consumption (SEC)
SEC merupakan perbandingan antara total energi yang dikonsumsi dengan suatu aspek fisik yang  ditinjau.  Pada  proses  pemesinan,  SEC  didefinisikan  sebagai  sejumlah  energi  yang diperlukan  untuk  memotong satu  unit volume material (Zhang, dkk, 2017) .  Pada  proses bubut,  SEC  dapat  dihitung  berdasarkan  perbandingan  antara  total  daya  yang  dikonsumsi dengan  kecepatan  pembentukan  geram  atau Material  Removal  Rate  (MRR).  Hal  ini ditunjukkan pada Persamaan (1) dan Persamaan (2).
(1)
(2)
Pada Gambar 2 ditunjukkan skema proses pemesinan pada mesin bubut yang menyebabkan terjadinya  pemotongan  benda  kerja  sebesar  nilai  MRR.  MRR  [mm 3 /s]  adalah  nilai  volume yang  dipotong  dari  proses  pemesinan  selama  durasi  waktu  tertentu.  Nilai  MRR  dapat ditentukan  berdasarkan  besarnya  gerak  pemakanan  atau feeding  (f)  [mm/rev],  kecepatan potong  atau velocity  cutting  (Vc)  [mm/s]  dan  kedalaman  pemotongan  atau  depth  of cut [mm] (Groover, 2016) .

## Gambar 2. Proses Pemesinan pada Mesin Bubut (Groover, 2016)
Li  dkk  mengidentifikasi  faktor-faktor  yang  berpengaruh  terhadap  nilai  SEC  pada  proses bubut, dan  mengklasifikasikan level kontribusi  pengaruhnya  dalam  empat kelompok  faktor, yaitu design  factors,  screening  factors,  held-constant  factors  dan  nuisance  factors.  Jenis material, kecepatan potong, kedalaman pemotongan dan gerak makan dikategorikan dalam kelompok design factor yang secara siginifikan berpengaruh terhadap nilai SEC (Li, 2015) .
Model  SEC  dapat  diturunkan  berdasarkan  model  konsumsi  energi.  Pada  Gambar  3 ditampilkan model konsumsi energi yang dikategorikan menjadi dua kelompok, yaitu energi yang  diperlukan  mesin  dalam  keadaan ready  (auxiliary  equipment  &  infrastructure)  dan sejumlah  energi  tambahan  ( physics)  yang  jumlahnya  proporsional  dengan  jumlah  material yang diproses.
Gambar 3. Model Konsumsi Energi dan SEC untuk Mesin yang Digunakan pada Proses Manufaktur (Zhou, dkk, 2016)
Pada  Persamaan  (3)  ditunjukkan  perhitungan  nilai  konsumsi  total  daya  mesin  yang ditentukan oleh daya idle dan daya proses ( ). P adalah total konsumsi daya dalam kW, Po ialah daya idle dalam kW, k merupakan konstanta proses dalam kJ/cm 3 , dan v yaitu rate of material processing dalam cm 3 /s.
(3)
Setiap  mesin  perkakas memiliki  nilai machine  tool  specific  coefficients  yang  berbeda,  pada Persamaan  (4)  ditampilkan  sebuah  perhitungan  pendekatan inverse  model  untuk menggambarkan hubungan antara SEC dengan MRR (Kara & Li, 2011).
(4)
Total  konsumsi  daya  mesin  terbagi  menjadi standby  power,  spindle  power  dan  additional requirement  power  seperti  yang  diperlihatkan  pada  Persamaan  (5).  Nilai  spindle  power dinyatakan  sebagai  konstanta ,  dimana  n  ialah  kecepatan spindle,  b  dan adalah specific  coefficient  dari  spindle  motor,  dan merupakan  konstanta  spesifik  energi.  Pada Persamaan (6) ditunjukkan model SEC yang diturunkan dari Persamaan (4).
(6)

## 1.2 Efisiensi Energi Pada Proses Bubut.
Efisiensi  energi  pada  proses  bubut  didefinisikan  berdasarkan  perbandingan  antara  daya pemotongan dengan daya total yang dikonsumsi mesin. Terdapat tiga komponen gaya pada proses pemotongan bubut, yaitu gaya potong tangensial (F v ), aksial (F a ) dan radial (F r ). Gaya potong  tangensial  (F v )  berpengaruh  besar  terhadap  daya  pemotongan,  dikarenakan besarnya  gerak  dan  gaya  makan  aksial  (F a )  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  gerak  dan gaya potong (F v ). Pada Persamaan (7) ditampilkan perhitungan besar daya pemotongan N c [kW], dimana F v [N] adalah gaya tangensial dan v ialah kecepatan potong [m/min].
(7)
(8)
Efisiensi pemesinan (  ) dihitung menggunakan Persamaan (8). N mc adalah daya total mesin yang  diukur  dengan  menggunakan wattmeter.  Daya  total  mesin  merupakan  penjumlahan antara daya potong, daya idle dan daya yang hilang saat proses pemesinan berlangsung.
Pada Persamaan  (9)  ditunjukkan  besarnya  efisiensi  pemesinan  juga  dapat  dihitung  melalui pendekatan yang berbeda yaitu dengan menggunakan nilai dari specific energy consumption (SEC) dan specific cutting energy (SCE).
(9)

## 1.3 Specific Cutting Energy (SCE)
Jumlah konsumsi energi yang diperlukan untuk memotong satu unit volume material benda kerja dinyatakan sebagai specific cutting energy (SCE) atau ks. Menurut Riggatti (2013), ks merupakan  kuantitas  intensif  yang  mewakili  ketahanan  pemotongan  material  benda  kerja, yang ditentukan oleh jenis material, geometri dan jenis pahat, serta parameter pemotongan (Rigatti,  dkk,  2013) .  Pada  Persamaan  (10)  ditunjukkan  perhitungan  ks  yang  ditentukan secara teoretis berdasarkan perbandingan antara daya pemotongan dengan MRR. Dimana F v adalah  gaya  tangensial  [Newton],  v  ialah  kecepatan  potong  [m/menit]  dan  nilai  ks  dapat diperoleh pada katalog manual pembuat alat potong.
(10)

## 2. METODE PENELITIAN
Sesuai  dengan  konsep  penilaian  kinerja  efisiensi  energi  mesin  bubut  dicapai  dengan mencermati  indikator  SEC.  Metoda  penilaian  ini  lebih  sederhana  dan  mudah  diterapkan  di industri  jika  dibandingkan  dengan  menggunakan  indikator  efisiensi  energi,  karena  pada metoda  SEC  besar  gaya  pemotongan  tidak  perlu  diukur  (menggunakan  dinamometer). Penilaian  dilakukan  melalui  perbandingan  antara  efisiensi  aktual  dengan  nilai  referensi
efisiensi untuk menilai prosesnya. Penelitian dilakukan dalam beberapa tahapan, yaitu mulai dari  (i)penentuan  obyek  mesin  uji  dan  parameter  ujinya,  (ii)pengujian  dan  pengambilan data, (iii)pengolahan data untuk mendapatkan nilai referensi, hingga (iv)penilaian skor SEC setiap mesin uji.

## 2.1 Penentuan Obyek Mesin Uji Dan Parameter Uji
Klasifikasi daya motor penggerak mesin perkakas dikategorikan dalam tiga kelompok yaitu: (1) Low dutty machine yang menggunakan daya penggerak kurang dari 1,1 kW, (2) Medium dutty  machine  dengan  daya  penggerak  dari  1,1  kW  hingga  11  kW,  dan  (3)  Heavy  dutty machine yang daya motor penggeraknya diatas 11 kW. Pada Gambar 4 ditampilkan obyek uji penelitian berupa mesin bubut berkapasitas medium. Obyek uji berjumlah lima buah mesin bubut yang terdiri dari dua buah mesin bubut Weiler, dua buah mesin bubut Grazioli Fortuna dan  satu  buah  mesin  bubut  Grazioli  Dania  yang  ada  di  PT.XYZ.  Pada  Gambar  4a diperlihatkan  gambar  mesin  bubut  Weiler  dengan  kapasitas  daya  sebesar  1,6  kW,  mesin bubut  Grazioli  Fortuna  berkapasitas  daya  3  kW  ditampilkan  pada  Gambar  4b  dan  pada Gambar  4c  ditunjukkan  gambar  mesin  bubut  Grazioli  Dania  yang  memiliki  kapasitas  daya sebesar 4 kW.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4. Obyek Mesin Uji. (a) Weller, (b) Grazioli Fortuna dan (c) Grazioli Dania
Material  benda  kerja  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  baja  karbon  rendah  St37 yang  termasuk  ke  dalam  grup  material  PI.  Material  benda  uji  berbentuk  selinder  dengan ukuran  diameter  45  mm  dan  Panjang  150  mm.  Pada  Tabel  1  ditunjukkan  beberapa  sifat mekanik dari material ini.
Tabel 1. Sifat Material St 37 Sifat mekanik material Nilai Massa jenis 7860 kg/m 3 Tegangan yield 260 N/mm 2 Tegangan ultimate 370 N/mm 2 Kekerasan material 98 HRB
Alat potong yang digunakan adalah carbida insert SNMG 120404E-FM dengan grade T9135 yang dapat digunakan untuk memotong material PI – PII (Pramet, 2016) .
Pemilihan parameter pemesinan disesuaikan dengan jenis alat potong yang digunakan. Pada penelitian  ini, feeding  (f)  dan  kedalaman  pemotongan  (doc)  berada  pada  kondisi  yang variatif  sesuai  dengan range  yang  telah  direkomendasikan  supplier  alat  potong.  Hal  ini dilakukan  karena  variasi  satu  dan/atau  dua  dari  ketiga  parameter  pemotongan  (kecepatan pemotongan, kedalaman pemotongan dan feeding) akan menyebabkan perubahan SEC yang cukup signifikan sehingga variabel lain perlu dipertahankan secara konstan. Feeding (f) dan kedalaman  pemotongan  (doc)  dipilih  sebagai  parameter  yang  divariasikan,  karena  fitur
pengaturan  dua  parameter  tersebut available  pada  mesin  bubut.  Berdasarkan  katalog Pramet,  kedalaman  potong  yang  dipilih  untuk  grup  material  PI  (St37)  adalah  0,5  -  3  mm, feeding adalah 0,10 – 0,35 mm/rev dan untuk kecepatan pemotongan yang diijinkan sesuai grade tool yang digunakan yaitu 230 mm/min (Pramet, 2016) . Pada Tabel 2 ditampilkan variasi nilai parameter pemesinan yang digunakan pada penelitian.
Tabel 2. Variasi Nilai Parameter Pemesinan
No Diameter benda kerja (mm) Putaran (rpm) Putaran aktual (rpm) Kecepatan potong (m/min) Kedalaman pemotongan (mm) Feeding (mm/rev) Debit pemotongan (cm 3 /s) 1 44,50 1646 1500 230 0,76 0,10 0,29 2 42,99 1704 1500 230 0,89 0,10 0,34 3 41,21 1777 1500 230 1,02 0,10 0,39 4 39,18 1870 1500 230 0,75 0,15 0,43 5 37,68 1944 2000 230 0,89 0,15 0,51 6 35,91 2040 2000 230 1,01 0,15 0,58 7 33,89 2161 2000 230 1,10 0,15 0,63 8 31,70 2311 2000 230 0,97 0,20 0,74 9 29,77 2461 2000 230 1,07 0,20 0,82 10 27,63 2651 2000 230 1,24 0,20 0,95 11 25,15 2912 2000 230 1,33 0,20 1,02 12 44,50 1646 1500 230 1,17 0,25 1,12 13 42,16 1737 1500 230 1,26 0,25 1,21 14 39,64 1848 1500 230 1,35 0,25 1,29 15 36,95 1983 2000 230 1,46 0,25 1,40 16 34,02 2153 2000 230 1,31 0,30 1,51 17 31,40 2333 2000 230 1,39 0,30 1,60 18 28,61 2560 2000 230 1,50 0,30 1,72 19 25,62 2859 2000 230 1,58 0,30 1,82 20 22,46 3262 2000 230 1,67 0,30 1,92
Untuk  mengetahui  pengaruh  kondisi  keselarasan  sistem  transmisi  sabuk  dan  puli  terhadap efisiensi energi mesin, pengujian pemotongan dilakukan dalam dua kondisi sistem transmisi, yaitu  pada  kondisi  selaras  dan  tidak  selaras.  Proses  ketidakselarasan  sistem  transmisi diberikan dengan penyimpangan defleksi dan penyimpangan kesejajaran puli di luar toleransi yang  diijinkan.  Besar  penyimpangan  defleksi  yang  dilonggarkan  yaitu  50%  dari  dari  nilai defleksi  yang  diijinkan (Optibelt,  2015)  (Budynas  &  Nisbett,  2011) .  Pada  Tabel  3 ditampilkan besar nilai ketidakselarasan untuk setiap obyek mesin uji.
Tabel 3. Nilai Ketidakselarasan yang Diberikan No Nama mesin Kondisi Defleksi (mm) Parallel (mm) Angular (°) 1 Weiler (1) 18 0,9 0,5 2 Weiler (2) 18 0,9 0,5 3 Grazioli Dania 180 (1) 11 0,55 0,3 4 Grazioli Dania 180 (2) 11 0,55 0,3 5 Grazioli Fortuna 150 9 0,55 0,3

## 2.2 Pengujian
Pengujian pemotongan dilakukan dengan variasi nilai parameter pemesinan sesuai nilai pada Tabel  2  dan  variasi  nilai  ketidakselarasan  seperti  pada  Tabel  3.  Saat  pemotongan
berlangsung total konsumsi daya listrik mesin diukur menggunakan harmonic power analyzer fluke 43 B. Daya total mesin merupakan penjumlahan dari daya potong, daya idle dan daya yang  hilang  saat  proses  pemesinan  berlangsung.  Pada  Gambar  5a  ditampilkan  perangkat power analyzer yang digunakan untuk mengukur nilai total konsumsi daya listrik mesin. Pada Gambar 5b ditunjukkan skema rangkaian pengukurannya, dimana nilai konsumsi arus diukur menggunakan  probe  2  dan  pengukuran  nilai  tegangan  menggunakan  probe  1  dan  probe Com.
(a)
(b)
Gambar 5. (a) Power Analyzer, (b) Rangkaian Listrik (Fluke, 2012)

## 2.3 Pengolahan Data
Data  konsumsi  daya  total  hasil  pengukuran  dikumpulkan  dan  diolah  lebih  lanjut menggunakan  Persamaan  (1)  dan  Persamaan  (2)  yang  membandingkan  hasil  pengukuran ( power analyzer) konsumsi daya aktual terhadap nilai material removal rate (MRR), sehingga diperoleh  data specific  energy  consumption  (SEC)  pada  setiap  nilai  kondisi  pemotongan. Sebelum  melakukan  analisa,  nilai  minimum  pada  SEC  ditentukan  terlebih  dahulu  melalui modifikasi nilai SEC setiap kondisi menjadi 1/SEC.  Kemudian data nilai MRR dan SEC yang dihasilkan  dianalisis  dengan  metode data  envelopment  analysis  (DEA)  menggunakan software max DEA untuk menentukan harga referensi.
Model  DEA  yang  digunakan  pada  penelitian  evaluasi  efisiensi  energi pada  proses  bubut  ini menggunakan  model variable  return  scale  (VRS),  karena  model  ini  dapat  mengakomodir suatu  proses  yang  tidak  selalu  berjalan  pada  kondisi  yang  optimum  pada  seluruh  rentang masukan dan keluarannya (Huguenin, 2012) .

## 2.4 Proses Penilaian SEC Obyek Mesin Uji
Logika  proses  penilaian  obyek  mesin  pada  metodologi  penelitian  adalah  membandingkan nilai  SEC  suatu  proses  yang  dinilai  terhadap  harga  referensi.  Skor  nilai  SEC  setiap  mesin menunjukkan  jumlah  energi  yang  perlu  diturunkan  agar  proses  pemesinan  pada  mesin tersebut  lebih  efisien.  Jika  semakin  pendek  jarak  nilai  SEC  terhadap  garis  referensi,  maka semakin efisien penggunaan energi pada mesin tersebut.
Gambar 6. Ilustrasi Penilaian Konsumsi Energi pada Proses Bubut
Proses  penilaian  diilustrasikan  pada  Gambar  6.  Harga  referensi  pada  gambar  terdiri  dari  6 data dengan 5 segmen garis. Penilaian berbasis skor digunakan sebagai skala pembanding. Nilai skor penurunan energi pada proses pemotongan tertentu dapat dihitung menggunakan Persamaan  (11),  dimana  Y i ialah  besarnya  SEC  pada  MRR  ke-i,  Y PFi merupakan  nilai  harga referensi  pada  MRR ke-i, dan  n  adalah jumlah pengujian. Skor ini menggambarkan jumlah energi yang perlu diturunkan agar proses dapat mencapai kondisi yang efisien. Pada proses bubut efisiensi akan meningkat sesuai dengan peningkatan beban hingga batas tertentu.
(11)
(12)
Evaluasi  dilakukan  pada  beberapa  variasi  pemotongan  untuk  menggambarkan  kinerja penggunaan  energi  mesin  tersebut.  Penilaian  akhir  (rata-rata  konsumsi  energi)  dilakukan berdasarkan nilai-nilai konsumsi energi yang diperoleh dari beberapa pengujian pada rentang MRR  tertentu.  Rata-rata  penurunan  energi  yang  terjadi  dihitung  dengan  menggunakan Persamaan (12) dan n merupakan jumlah pengujian yang dilakukan. Jumlah pengujian (n) minimal  dalam  proses  penilaian  harus  sesuai  dengan  jumlah  segmen  garis  yang  ada  pada harga referensi, sehingga terdapat perwakilan data untuk setiap segmen garis. Jika semakin banyak  jumlah  pengujian  yang  dilakukan,  maka  semakin  akurat  penilaian  yang  dihasilkan. Semakin  rendah  rata-rata  konsumsi  energi  yang  dihasilkan,  semakin  dekat  dengan  harga referensi dan semakin baik kinerja penggunaan energi pada mesin tersebut.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil assessment menunjukkan bahwa mesin dengan daya motor yang sama dapat memiliki nilai  konsumsi  daya  listrik  yang  berbeda  walaupun  pada  proses  pemotongan  dengan  MRR yang  sama.  Selain  itu  kondisi  keselarasan  sistem  transmisi  memberi  pengaruh  terhadap konsumsi  daya  mesin.  Hal  ini  disebabkan  karena  adanya  rugi-rugi  pada  mekanik  sistem transmisi dan motor listrik yang digunakan.
Berdasarkan  kajian  perbandingan  rerata  presentasi  peningkatan  konsumsi  energi  akibat ketidakselarasan pada Gambar 7, diperoleh bahwa pada mesin Weiler 1 terjadi peningkatan sebesar 7,25 %, dan pada mesin Weiler 2 menunjukkan nilai yang relatif lebih rendah yaitu sebesar  7,75  %.  Perbedaan  nilai  peningkatan  konsumsi  energi  listrik  pada  mesin  Weiler  1 dan mesin Weiler 2 adalah disebabkan adanya kualitas komponen puli dan belt pada mesin Weiler 1 yang kurang baik, sehingga mesin Weiler 1 mengalami peningkatan konsumsi daya listrik yang lebih tinggi ketika diuji pada kondisi penyimpangan ketidakselarasan yang sama.
Gambar 7. Grafik Konsumsi Daya Listrik Mesin Weiler1 dan Weiler2 pada Proses Pemotongan dengan Berbagai Nilai MRR
Pada  Gambar  7  diilustrasikan  konsumsi  daya  listrik  mesin  Weiler  1  dan  2  pada  proses pemotongan dengan berbagai nilai MRR dan pada dua kondisi sistem transmisi yaitu kondisi A  ( alignment  atau  selaras)  dan  kondisi  M  (misalignment  atau  tidak  selaras).  Data  nilai konsumsi daya listrik pada proses pemotongan dihitung menggunakan Persamaan 1 dengan membandingkan daya listrik pada proses pemotongan yang diukur terhadap nilai MRR untuk menghasilkan  nilai  SEC  pada  setiap  kondisi  pemotongan.  Berikut  contoh  perhitungan  nilai SEC  pada  mesin  Weiler  1  pada  kondisi  selaras  dengan  nilai  MRR  0,29  menggunakan Persamaan(1).
Pada Tabel 4 ditunjukkan data perhitungan setiap nilai SEC untuk berbagai vareasi nilai MRR percobaan pemotongan dari 0,29 cm 3 /s hingga 0,74 cm 3 /s pada mesin Weiler dengan kondisi sistem transmisi selaras.
Tabel 4. Hasil Nilai SEC pada Mesin Weiler1 Kondisi Selaras
No Diameter benda kerja (mm) N (rpm) MRR (cm 3 /s) Daya listrik pemotongan (kW) SEC (kJ/cm 3 ) 1/SEC  DMU 1 44,50 1500 0,29 0,70 2,41 0,41 A 2 42,99 1500 0,34 0,76 2,24 0,45 B 3 41,21 1500 0,39 0,82 2,10 0,48 C 4 39,18 1500 0,43 0,96 2,23 0,45 D 5 37,68 2000 0,51 1,12 2,20 0,46 E 6 35,91 2000 0,58 1,22 2,10 0,48 F 7 33,89 2000 0,63 1,34 2,13 0,47 G 8 31,70 2000 0,74 1,49 2,01 0,50 H
Hasil  analisis  DEA  mendapatkan  nilai  proyeksi  dari  MRR  dan  1/SEC.  Nilai  proyeksi  ini membentuk  beberapa  persamaan  garis  yang  saling  terhubung  satu  sama  lain.  Persamaan garis  tersebut  menjadi  harga  referensi  sebagai  nilai  optimum  pada  proses  yang  dilakukan (Huguenin, 2012) .

## Gambar 8. Grafik Harga Referensi Terhadap Nilai 1/SEC dengan Variasi MRR pada Kondisi Selaras
Harga  referensi dari  MRR dan  1/SEC  dapat  ditentukan  secara  langsung menggunakan  fitur scatter x – y pada microsoft excell dengan nilai proyeksi MRR sebagai x dan nilai proyeksi 1/SEC  sebagai  y.  Pada  Gambar  8  ditunjukkan  grafik  harga  referensi  terhadap  nilai  1/SEC dengan variasi MRR pada kondisi selaras untuk percobaan pemotongan di lima obyek mesin
uji.  Pada  Gambar  9  ditampilkan  grafik  harga  referensi  terhadap  nilai  1/SEC  dengan  variasi MRR di setiap mesin uji pada kondisi tidak selaras .

## Gambar 9. Grafik Harga Referensi Terhadap Nilai 1/SEC dengan Variasi MRR pada Kondisi tidak Selaras
Untuk  menentukan  nilai  referensi  pada  grafik  SEC  –  MRR  dilakukan  perubahan  pada  nilai proyeksi 1/SEC menjadi proyeksi SEC sehingga diperoleh harga referensi. Pada Gambar 10 ditampilkan  grafik  harga  referensi  untuk  penilaian  kinerja  penggunaan  energi  pada  proses bubut semua mesin uji dengan kondisi sistem transmisi pulley-belt yang selaras. Sedangkan pada  Gambar  11  ditunjukkan  grafik  harga  referensi  untuk  penilaian  kinerja  penggunaan energi  pada  proses  bubut  semua  mesin  uji  dengan  kondisi  tidak  selaras.  Berdasarkan perbandingan  penilaian  kinerja  penggunaan  energi  setiap  mesin  uji  terhadap  garis  harga referensi  pada  kondisi  selaras  dan  kondisi  tidak  selaras,  diperoleh  garis  nilai  penggunaan energi  saat  kondisi  sistem  transmisi  tidak  selaras  mengalami  peningkatan.  Sebagai  contoh garis penggunaan energi mesin Weiler 1 kondisi selaras (A) lebih dekat dengan garis harga referensi dibandingkan dengan garis penggunaan energi mesin Weiler 1 kondisi tidak selaras (M).
Gambar 10. Grafik Harga Referensi untuk Penilaian Kinerja Penggunaan Energi pada Proses Bubut Semua Mesin Uji dengan Kondisi Selaras

## Gambar 11. Grafik Harga Referensi untuk Penilaian Kinerja Penggunaan Energi pada Proses Bubut Semua Mesin Uji dengan Kondisi tidak Selaras
Hasil  analisis  untuk  harga  referensi  didapatkan  persamaan  garis  pada  setiap  rentang  MRR tertentu. Pada Tabel 5 ditampilkan rentang nilai MRR yang terbagi dalam beberapa segmen sesuai pengaturan parameter.

## Tabel 5. Segmentasi Persamaan Garis Hasil DEA
No Segmen Persamaan garis Rentang MRR 1 – 2 1 s/d 2 y = -1,298x + 2,617 0,29 - 0,34 2 – 3 2 s/d 3 y = -1,478x + 2,679 0,34 - 0,39 3 – 4 3 s/d 6 y = -0,086x + 2,136 0,39 - 0,58 4 – 5 6 s/d 7 y = -0,454x + 2,349 0,58 - 0,63 5 – 6 7 s/d 8 y = -0,946x + 2,659 0,63 - 0,74 6 – 7 8 s/d 20 y = 0,039x + 1,931 0,74 - 1,92

## Gambar 12. Ilustrasi Penilaian Konsumsi Energi pada Mesin Grazioli Fortuna 150 dengan Kondisi Selaras
Proses  penilaian  untuk  mesin  Grazioli  Dania  dilakukan  menggunakan  harga  referensi  yang ditunjukkan pada Gambar 12. Perhitungan nilai penurunan energi menggunakan persamaan (11),  data  hasil  penilaian  tersebut  dapat  dilihat  pada  Tabel  6.  Rata-rata  penurunan  energi untuk mesin Grazioli Dania adalah 9,23%. Nilai penurunan energi ini bermakna bahwa untuk
Yi Yfpi Nilai penurunan energi=
mencapai  kondisi  yang  efisien  diperlukan  penurunan  penggunaan  energi  rata-rata  sebesar 9,23%.
Tabel 6. Hasil Penilaian Penurunan Energi pada Mesin Grazioli Dania dengan Kondisi tidak
Selaras No MRR (cm 3 /s) Persamaan garis Yi Ypfi Penurunan energi (%) 1 0,29 y = -1,0141x + 2,6389 2,793 2,345 16,04 2 0,34 y = -2,8055x + 3,248 2,618 2,294 12,36 3 0,39 y = -0,4651x + 2,3352 2,487 2,154 13,40 4 0,43 y = -0,4651x + 2,3352 2,512 2,135 15,00 5 0,51 y = -0,169x + 2,1842 2,412 2,098 13,01 6 0,58 y = -0,169x + 2,1842 2,345 2,086 11,04 7 0,63 y = -0,169x + 2,1842 2,333 2,073 11,16 8 0,74 y = -0,2854x + 2,2517 2,149 2,041 5,01 9 0,82 y = -0,2854x + 2,2517 2,207 2,038 7,67 10 0,95 y = -0,2854x + 2,2517 2,168 2,033 6,25 11 1,02 y = -0,2854x + 2,2517 2,176 2,030 6,73 12 1,12 y = -0,2854x + 2,2517 2,125 2,028 4,56 13 1,21 y = -0,0192x + 2,048 2,116 2,025 4,29 14 1,29 y = 0,0127x + 2,0069 2,178 2,023 7,13 15 1,4 y = 0,0127x + 2,0069 2,129 2,025 4,87 Rata-rata penurunan energi 9,23
Setelah harga referensi diperoleh maka proses penilaian penurunan energi dapat dilakukan. Penilaian pada setiap mesin sesuai dengan Persamaan (10). Data SEC dibandingkan dengan harga  referensi  sesuai  dengan range  nilai  MRR  yang  sama  untuk  menghasilkan  nilai  skor penurunan energi. Berdasarkan hasil perhitungan skor penurunan energi pada setiap mesin, didapatkan  rata-rata  skor  penurunan  energi  pada  semua  mesin.  Nilai  ini  dapat  dijadikan acuan untuk mendapatkan nilai rata-rata penurunan energi pada semua mesin seperti pada Tabel 7.
Tabel 7. Rata-Rata Penurunan Energi pada Semua Mesin
No Mesin Kondisi Rata-rata penurunan energi [%] 1 Weiler 1 Selaras 3,28 Tidak Selaras 9,46 2 Weiler 2 Selaras 1,17 Tidak Selaras 7,71 3 Grazioli Fortuna Selaras 5,66 Tidak Selaras 9,23 4 Grazioli Dania 1 Selaras 8,42 Tidak Selaras 13,68 5 Garzioli Dania 2 Selaras 8,96 Tidak Selaras 13,85 Rata-rata penurunan energi semua mesin 8,31
Rata-rata penurunan energi dari semua mesin dihitung dan dihasilkan nilai sebesar 8,31 %. Nilai  ini  dapat digunakan sebagai batas SEC sementara untuk mesin  bubut yang diuji.  Jika rata-rata penurunan energi dari suatu mesin mencapai ataupun kurang dari batas SEC maka dapat  diasumsikan  bahwa  penggunaan  energi  pada  mesin  tersebut  telah  cukup  baik. Berdasarkan Tabel 7 ditunjukkan bahwa mesin Weiler 1, Weiler 2, dan Grazioli Fortuna pada kondisi sistem transmisi selaras berada pada kondisi penggunaan energi yang baik.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  evaluasi  kinerja  efisiensi  energi  mesin  bubut  melalui  penilaian indikasi  SEC  dapat  disimpulkan  bahwa  aspek  kerugian  mekanik  faktor  kondisi ketidakselarasan  pada  sistem  transmisi pulley-belt  mesin  harus  dipertimbangkan,  karena mengakibatkan  menurunnya  kinerja  efisiensi  energi  mesin  bubut  sebesar  lebih  dari  5  %. Penilaian  skor  penurunan  energi  pada  beberapa  obyek  mesin  uji  diperoleh  bahwa  mesin Weiler 2 pada kondisi sistem transmisi yang selaras memiliki kinerja efisiensi energi terbaik dengan  nilai  skor  sebesar  1.17  %,  dan  mesin  Bubut  Grazioli  Dania  2  memiliki  kinerja terburuk dengan nilai skor sebesar 8.96 %. Pada kondisi sistem transmisi yang tidak selaras , terjadi peningkatan nilai skor sebesar lebih dari 5 %, seperti pada mesin bubut Weiler 2 nilai skor  meningkat  menjadi  6,71  %  dari  1,17  %.  Ketidakselarasan  sistem  transmisi  memberi kontribusi  terhadap  inefisiensi  energi  mesin  perkakas.  Oleh  karena  itu,  kegiatan ( maintenance)  pemeriksaan  dan  perbaikan  kondisi  keselarasan  sistem  transmisi  pulley-belt mesin  perlu  dilakukan  secara  rutin.  Penelitian  ini  dapat  dilanjutkan  untuk  mencermati pengaruh  kondisi  ketidakselarasan  pada  jenis  sistem  transmisi  selain pulley-belt  terhadap efisiensi energi mesin.

## DAFTAR RUJUKAN
Apostolos, F., Alexios, P., Georgios, P., Panagiotis, S., & George, C. (2013). Energy efficiency of manufacturing processes: A critical review. Procedia CIRP, 7, 628–633.
Apostolos,  F.,  Panagiotis,  S.,  Konstantinos,  S.,  &  George,  C.  (2012).  Energy  Efficiency
Assessment of Laser Drilling Process. Physics Procedia, 39, 776–783.
Balogun,  V.  A.,  &  Mativenga,  P.  T.  (2013).  Modelling  of  direct  energy  requirements  in mechanical machining processes. Journal of Cleaner Production, 41, 179–186.
Budynas,  R. G., &  Nisbett,  J.  K. (2011). Shigley’s  Mechanical  Engineering  Design  (9th ed).
New York: McGraw-Hill.
Fluke.  (2012). Fluke  430  Series  II  Three-Phase  Power  Quality  Analyzers.  New  York:  Fluke Corporation.
Groover,  M.  (2016). Fundamentals  of  Modern  Manufacturing  (5th  ed.).  New  Jersey:  John Wiley & Sons, Inc.
Huguenin, J. M. (2012). Data Envelopment Analysis (DEA) - A pedagogical guide for decision makers in the public sector. Lausanne: IDHEAP.
Kara,  S.,  &  Li,  W.  (2011).  Unit  process  energy  consumption  models  for  material  removal processes. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 60(1), 37–40.
Li,  W.  (2015). Efficiency  of  Manufacturing  Processes.  Switzerland:  Springer  International Publishing.
Li, W., & Kara, S. (2015). Characterising energy efficiency of Electrical Discharge Machining
(EDM) processes. Procedia CIRP, 29, 263–268.
Li,  W.,  Winter,  M.,  Kara,  S.,  &  Herrmann,  C.  (2012).  Eco-efficiency  of  manufacturing
processes: A grinding case. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 61(1), 59–62.
Mori,  M.,  Fujishima,  M.,  Inamasu,  Y.,  &  Oda,  Y.  (2011).  A  study  on  energy  efficiency improvement  for  machine  tools. CIRP  Annals  -  Manufacturing  Technology,  60(1),
145–148.
Optibelt, G. (2015). Technical Manual V-Belt Drives. Hoxter: Arntz Optibelt Group.
Pramet. (2016). Cutting Tool New Catalog Pramet. Chesterfield: Dormer Pramet.
Rigatti, A. M. Y., Assis, C. L. F., Coelho, R. T., Jasinevicius, R. G., & Rodrigues, A. R. (2013).
Computational  method  for  calculation  of  the  specific  cutting  energy. 22nd International Congress of Mechanical Engineering, (pp. 2710-2715).
Singh, V., Rao, P. V., & Ghosh, S. (2012). Development of specific grinding energy model.
International Journal of Machine Tools and Manufacture, 60, 1–13.
Zhang, H., Deng, Z., Fu, Y., Wan, L., & Liu, W. (2017). Optimization of process parameters for  minimum  energy  consumption  based  on  cutting  specific  energy  consumption.
Journal of Cleaner Production, 166, 1407–1414.
Zhou,  L.,  Li,  J.,  Li,  F.,  Meng,  Q.,  Li,  J.,  &  Xu,  X.  (2016).  Energy  consumption  model  and energy  efficiency  of  machine  tools:  A  comprehensive  literature  review. Journal  of Cleaner Production, 112(5), 3721–3734.