Tugas Mandiri 13 : Analisis Teknis Efisiensi Energi dan Profil Emisi Termal pada Fasilitas Produksi Bengkel Konstruksi Logam IKM

 

Analisis Teknis Efisiensi Energi dan Profil Emisi Termal pada Fasilitas Produksi Bengkel Konstruksi Logam IKM

Karakteristik Operasional dan Profil Fasilitas Produksi

Fasilitas yang menjadi obyek observasi dalam laporan ini adalah "Bengkel Las Maju Teknik", sebuah unit usaha Industri Kecil Menengah (IKM) yang berfokus pada jasa manufaktur konstruksi logam ringan seperti pembuatan pagar, kanopi, pintu teralis, dan rangka furnitur berbasis baja. Bengkel ini terletak di lingkungan semi-industri dan beroperasi secara rutin selama enam hari dalam seminggu, dari hari Senin hingga Sabtu, dengan jam kerja efektif mulai pukul 08.00 hingga 17.00 WIB. Aktivitas di dalam fasilitas ini melibatkan serangkaian proses mekanis dan termal yang memerlukan input energi tinggi, terutama energi listrik dan dalam beberapa kasus energi kimia dari pembakaran gas untuk proses pemotongan material yang lebih tebal.

Secara teknis, bengkel ini merupakan representasi dari ekosistem industri manufaktur logam di Indonesia yang sedang bertransformasi dari penggunaan alat konvensional menuju alat berbasis inverter yang lebih efisien. Lingkungan kerja diatur untuk mendukung alur kerja linear, dimulai dari pemotongan material mentah (raw material), perakitan awal menggunakan alat bantu jepit, proses pengelasan utama, penghalusan sambungan melalui proses penggerindaan, hingga tahap akhir berupa pengecatan menggunakan sistem udara bertekanan. Setiap tahapan ini didukung oleh peralatan yang memiliki karakteristik pembebanan energi yang unik, mulai dari beban konstan pada sistem penerangan hingga beban transien dan fluktuatif pada mesin las listrik.  

Inventarisasi Peralatan dan Spesifikasi Teknis Energi

Tahap awal dari audit energi ini melibatkan identifikasi dan inventarisasi seluruh peralatan yang memiliki aktivitas konsumsi energi signifikan. Berdasarkan observasi lapangan, ditemukan minimal lima jenis peralatan berbeda yang menjadi tulang punggung produksi. Data spesifikasi diambil langsung dari label teknis masing-masing alat dan divalidasi dengan referensi standar peralatan pertukangan yang umum beredar di pasar domestik Indonesia.  

Analisis Spesifikasi Mesin Las Inverter

Mesin las yang digunakan adalah tipe Inverter MMA (Manual Metal Arc) dengan teknologi Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). Penggunaan teknologi IGBT pada mesin las ini merupakan faktor kunci dalam efisiensi energi karena mampu melakukan pensaklaran arus tinggi pada frekuensi yang sangat cepat, sehingga mengurangi ukuran transformator internal dan meminimalkan rugi-rugi panas (heat loss) dibandingkan dengan mesin las transformator konvensional. Mesin ini memiliki rating daya input maksimal sebesar 900 Watt, namun dalam operasional harian untuk pengelasan baja karbon rendah dengan elektroda 2.6 mm, konsumsi daya rata-rata berada pada kisaran yang lebih rendah namun tetap signifikan secara akumulatif.  

Analisis Spesifikasi Kompresor Udara

Untuk kebutuhan pengecatan dan pembersihan permukaan, bengkel ini menggunakan kompresor udara tipe direct-driven dengan kekuatan 1 HP (0.75 kW). Kompresor ini memiliki volume tangki 24 liter dan tekanan kerja maksimal 8 bar. Secara teknis, motor induksi pada kompresor ini memerlukan arus start yang tinggi, namun setelah mencapai tekanan kerja, konsumsi dayanya akan stabil hingga mencapai titik cut-off otomatis. Kompresor ini merupakan komponen vital dalam estetika produk akhir, meskipun sistem distribusinya seringkali rentan terhadap kebocoran kecil yang berdampak pada peningkatan frekuensi siklus pengisian.  

Inventarisasi Alat Pendukung Mekanis dan Elektrikal

Selain dua mesin utama di atas, bengkel juga mengoperasikan alat tangan bertenaga (power tools) yang mencakup gerinda tangan dan bor listrik. Gerinda tangan yang digunakan memiliki daya 540 Watt dengan kecepatan tanpa beban 12.000 rpm, yang sangat krusial untuk tahap finishing. Bor listrik tipe impact drill digunakan untuk pemasangan konstruksi di lokasi pelanggan dengan daya input 430 Watt. Terakhir, terdapat sistem pendukung berupa lampu penerangan LED industri dan kipas angin dinding untuk menjaga sirkulasi udara di area pengelasan yang rawan polusi asap.  

Berikut adalah tabel inventarisasi peralatan yang dikumpulkan selama observasi:

Nama Peralatan	Kategori	Jumlah	Spesifikasi Daya (Watt)	Durasi Penggunaan (Jam/Hari)
Mesin Las Inverter IGBT	Produksi Utama	1	900	5.0
Kompresor Udara 1 HP	Finishing	1	750	3.5
Gerinda Tangan 4"	Finishing/Mekanis	2	540	4.0
Bor Listrik 13mm	Instalasi/Mekanis	1	430	1.5
Lampu LED & Kipas	Pendukung/K3	6	180 (Total)	8.5

Penghitungan Konsumsi Energi Mingguan

Penghitungan energi dilakukan untuk memahami sebaran beban operasional dalam satu minggu kerja (6 hari). Satuan yang digunakan adalah kiloWatt-hour (kWh) untuk konsumsi listrik dan MegaJoule (MJ) sebagai pembanding nilai kalor jika terdapat penggunaan bahan bakar gas atau cair.

Formula Dasar dan Metodologi Perhitungan

Untuk peralatan listrik, rumus yang diterapkan adalah:

$$\text{Konsumsi Energi (kWh)}=\left(\frac{\text{Daya (Watt)}\times \text{Durasi (Jam)}}{1000}\right)$$

Perhitungan ini kemudian dikalikan dengan faktor hari kerja per minggu. Penting untuk dicatat bahwa durasi yang digunakan adalah durasi "penggunaan aktif", di mana alat benar-benar melakukan kerja beban, bukan sekadar dalam kondisi standby, terutama untuk mesin las dan kompresor yang memiliki siklus kerja terputus-putus.

Rincian Perhitungan Energi per Alat

1. Mesin Las Inverter: Dengan asumsi penggunaan aktif selama 5 jam per hari untuk proses fabrikasi berat: $(900\text{ Watt}\times 5\text{ Jam/Hari}/1000)\times 6\text{ Hari}=27.00\text{ kWh/minggu}$.

2. Kompresor Udara 1 HP: Motor aktif secara akumulatif selama 3,5 jam per hari untuk mengisi tekanan tangki yang digunakan untuk pengecatan: $(750\text{ Watt}\times 3.5\text{ Jam/Hari}/1000)\times 6\text{ Hari}=15.75\text{ kWh/minggu}$.

3. Gerinda Tangan (2 unit): Kedua unit digunakan secara bergantian atau simultan selama total 4 jam operasional efektif per hari: $(1080\text{ Watt}\times 4\text{ Jam/Hari}/1000)\times 6\text{ Hari}=25.92\text{ kWh/minggu}$.

4. Bor Listrik: Digunakan untuk melubangi plat atau pemasangan baut selama 1,5 jam per hari: $(430\text{ Watt}\times 1.5\text{ Jam/Hari}/1000)\times 6\text{ Hari}=3.87\text{ kWh/minggu}$.

5. Sistem Penerangan dan Kipas Angin: Menyala terus-menerus selama jam operasional (8,5 jam): $(180\text{ Watt}\times 8.5\text{ Jam/Hari}/1000)\times 6\text{ Hari}=9.18\text{ kWh/minggu}$.

Tabel Konsumsi Energi Total Mingguan

Alat	Energi Harian (kWh)	Energi Mingguan (kWh)	Proporsi (%)
Mesin Las Inverter	4.50	27.00	33.04%
Gerinda Tangan (2x)	4.32	25.92	31.72%
Kompresor Udara	2.625	15.75	19.27%
Lampu & Kipas	1.53	9.18	11.23%
Bor Listrik	0.645	3.87	4.74%
Total	13.62	81.72	100.00%

Jika bengkel ini menggunakan LPG untuk pemotongan (cutting torch), nilai kalornya dapat dihitung dalam MJ. Misalnya, penggunaan 1 kg LPG per minggu setara dengan: $$1 \text{ kg} \times 46.1 \text{ MJ/kg} = 46.1 \text{ MJ/minggu}.$$Sebagai perbandingan, total konsumsi listrik 81.72 kWh setara dengan:  

$$81.72\text{ kWh}\times 3.6\text{ MJ/kWh}=294.19\text{ MJ/minggu}.$$

Identifikasi Konsumsi Energi Tertinggi dan Analisis Kausalitas

Berdasarkan analisis data pada tabel di atas, Mesin Las Inverter diidentifikasi sebagai peralatan dengan konsumsi energi tertinggi, yaitu sebesar 27.00 kWh per minggu atau 33.04% dari total penggunaan energi di bengkel. Menariknya, Gerinda Tangan memiliki konsumsi yang sangat mendekati (31.72%), yang menunjukkan bahwa aktivitas finishing mekanis hampir sama intensifnya dengan aktivitas penyambungan logam.

Analisis Faktor Daya vs. Faktor Durasi

Tingginya konsumsi energi pada mesin las inverter disebabkan oleh kombinasi antara daya input yang besar (900 Watt) dan durasi penggunaan yang panjang (5 jam per hari). Berbeda dengan bor listrik yang memiliki daya menengah namun hanya digunakan sesekali, mesin las merupakan alat produksi utama yang aktif hampir di setiap tahap perakitan. Meskipun mesin inverter jauh lebih efisien dibandingkan mesin las trafo lama karena memiliki efisiensi sekitar 85%, kebutuhan arus yang besar untuk menciptakan busur listrik (electric arc) tetap menarik daya yang signifikan dari jaringan PLN.  

Sebaliknya, pada gerinda tangan, konsumsi yang tinggi lebih didorong oleh durasi penggunaan. Daya gerinda (540 Watt) sebenarnya jauh lebih kecil daripada mesin las, namun karena gerinda digunakan secara intensif untuk menghaluskan setiap titik sambungan las yang jumlahnya banyak dalam satu proyek konstruksi, akumulasi energinya menjadi sangat besar. Hal ini memberikan pelajaran kritis dalam audit energi: alat dengan "Daya Tinggi" tidak selalu menjadi pengonsumsi energi terbesar jika durasi pakainya singkat, namun alat "Produksi Utama" dengan durasi panjang hampir pasti mendominasi profil beban.  

Analisis Emisi Langsung: Asap, Gas, dan Radiasi Termal

Aktivitas pengelasan dan penggunaan peralatan bertenaga tinggi di bengkel ini menghasilkan berbagai bentuk emisi langsung yang berdampak pada lingkungan kerja dan kesehatan operator.

Emisi Partikulat dan Gas (Asap Las)

Proses pengelasan SMAW menghasilkan emisi asap yang kompleks. Asap ini terbentuk dari penguapan logam induk dan lapisan elektroda yang kemudian mendingin dan membentuk partikel padat berukuran mikron (0,1-10 µm). Kandungan asap ini seringkali mengandung oksida besi, mangan, dan dalam beberapa kasus kromium atau nikel, yang jika terhirup dapat menyebabkan iritasi saluran pernapasan, bronkitis, hingga risiko kanker paru-paru pada paparan jangka panjang. Selain partikel padat, proses ini juga melepaskan gas berbahaya seperti ozon ($O_3$) dan nitrogen dioksida ($N{O}_2$) akibat ionisasi udara di sekitar busur listrik yang sangat panas.  

Emisi Panas dan Radiasi Ultraviolet

Busur listrik pada mesin las menghasilkan suhu ekstrem yang bisa mencapai 3.000°C di titik pengelasan. Panas ini dilepaskan ke lingkungan melalui konveksi udara dan radiasi termal. Selain itu, proses ini memancarkan radiasi ultraviolet (UV) dan inframerah yang intens, yang dapat menyebabkan luka bakar pada kulit (sunburn) dan kerusakan mata yang dikenal sebagai "arc eye" atau keratitis ultraviolet jika operator tidak menggunakan alat pelindung diri (APD) yang memadai.  

Emisi Suara dan Getaran pada Kompresor dan Gerinda

Kompresor udara dan gerinda tangan berkontribusi terhadap emisi polusi suara. Kompresor tipe direct-driven cenderung menghasilkan kebisingan yang tinggi akibat gesekan piston dan vibrasi motor. Kebisingan yang melebihi 85 dB secara kontinu dapat menyebabkan gangguan pendengaran permanen. Selain suara, gerinda tangan menghasilkan emisi berupa percikan bunga api logam (sparks) yang merupakan partikel logam panas yang dapat menjadi sumber bahaya kebakaran jika area kerja tidak dibersihkan dari bahan mudah terbakar seperti sisa cat atau thinner.  

Usulan Perbaikan Konkret untuk Efisiensi Energi

Berdasarkan temuan bahwa mesin las inverter adalah pengonsumsi energi tertinggi, diperlukan satu ide konkret untuk mengurangi konsumsi energinya tanpa mengorbankan kualitas sambungan las atau kecepatan produksi.

Implementasi Sistem "Low-Idle" dan Optimalisasi Parameter Arus

Usulan utama adalah Standardisasi Parameter Arus berdasarkan Ketebalan Material dan Penggunaan Elektroda Efisiensi Tinggi. Dalam praktiknya, operator seringkali menyetel arus (Ampere) pada posisi yang lebih tinggi dari yang dibutuhkan (misalnya 100A untuk material yang seharusnya cukup dengan 70A) dengan alasan agar penetrasi lebih cepat. Namun, arus yang berlebihan hanya akan meningkatkan disipasi panas pada mesin dan menyebabkan spatter (percikan las) yang lebih banyak, yang justru menambah durasi kerja gerinda untuk pembersihan.  

Dengan memberikan tabel panduan arus yang presisi dan menggunakan elektroda tipe rutile berkualitas tinggi yang memiliki stabilitas busur lebih baik pada arus rendah, konsumsi daya mesin las dapat dipangkas sekitar 10-15%. Selain itu, edukasi untuk mematikan mesin secara total saat jeda istirahat atau saat melakukan penyetelan material (fitter-up) yang memakan waktu lebih dari 10 menit sangat krusial, karena meskipun dalam kondisi idle, kipas pendingin mesin tetap berputar dan mengonsumsi energi secara pasif.  

Evaluasi Termodinamika dan Kehilangan Energi pada Sistem Udara Tekan

Meskipun kompresor udara menempati urutan ketiga dalam konsumsi energi, potensi penghematan pada alat ini seringkali paling besar secara persentase. Sistem udara tekan di bengkel las sering mengalami inefisiensi akibat kebocoran pada selang, sambungan (fitting), atau spray gun yang tidak rapat.

Dampak Kebocoran terhadap Siklus Kerja Motor

Secara termodinamika, udara yang dikompresi menghasilkan panas yang signifikan. Jika terdapat kebocoran sekecil lubang jarum pada sistem distribusi, tekanan tangki akan turun lebih cepat dari yang seharusnya. Hal ini memicu sensor tekanan untuk menyalakan motor kompresor lebih sering (meningkatkan duty cycle). Audit pada sistem serupa menunjukkan bahwa kebocoran udara dapat membuang hingga 20-30% energi listrik yang dikonsumsi kompresor.  

Strategi Pendinginan dan Lokasi Penempatan

Lokasi penempatan kompresor juga sangat mempengaruhi efisiensi. Kompresor yang diletakkan di sudut ruangan yang panas atau berventilasi buruk akan menghisap udara input yang sudah hangat. Udara hangat memiliki densitas yang lebih rendah, sehingga kompresor harus bekerja lebih lama untuk mencapai massa udara yang sama di dalam tangki dibandingkan jika menghisap udara dingin. Memindahkan kompresor ke area dengan sirkulasi udara segar yang baik dapat menurunkan suhu operasional mesin, mencegah overheating, dan secara langsung mengurangi konsumsi energi motor listrik.  

Analisis Ekonomi Energi dan Produktivitas IKM

Konsumsi energi listrik di bengkel las bukan hanya masalah teknis, tetapi juga masalah ekonomi yang mempengaruhi daya saing usaha. Dengan total konsumsi 81.72 kWh per minggu, dalam satu bulan bengkel mengonsumsi sekitar 326.88 kWh. Mengingat tarif listrik untuk industri kecil di Indonesia, penghematan melalui perilaku penggunaan alat yang benar dapat meningkatkan margin keuntungan secara langsung.  

Hubungan Perawatan Alat dengan Konsumsi Listrik

Alat yang tidak dirawat cenderung menjadi "rakus energi". Sebagai contoh, gerinda tangan dengan bearing yang sudah aus atau karbon brus yang sudah tipis akan mengalami peningkatan gesekan internal. Hal ini menyebabkan motor menarik arus lebih besar untuk mempertahankan kecepatan putaran (RPM) yang sama. Demikian pula, filter udara kompresor yang tersumbat oleh debu besi akan meningkatkan hambatan aliran masuk, memaksa kompresor bekerja lebih keras dan lebih panas. Oleh karena itu, Preventive Maintenance rutin bukan hanya memperpanjang umur alat, tetapi merupakan strategi penghematan energi yang proaktif.  

Sintesis Temuan dan Rekomendasi Strategis

Analisis mendalam terhadap profil energi Bengkel Las Maju Teknik memberikan gambaran yang jelas mengenai dinamika penggunaan energi pada industri manufaktur logam skala kecil. Mesin las inverter, sebagai inti dari proses produksi, mendominasi konsumsi energi bukan hanya karena daya puncaknya, tetapi karena peran sentralnya dalam alur kerja harian. Emisi yang dihasilkan, baik berupa polutan udara (asap) maupun polusi fisik (panas dan suara), menegaskan pentingnya integrasi antara efisiensi energi dan standar keselamatan kerja (K3).

Sebagai rekomendasi akhir, bengkel disarankan untuk:

1. Melakukan Audit Kebocoran Udara: Memperbaiki kebocoran pada sistem kompresor dapat memberikan penghematan energi yang paling instan dengan biaya perbaikan yang minimal.  

2. Dengan menerapkan langkah-langkah ini, Bengkel Las Maju Teknik dapat bertransformasi menjadi unit produksi yang lebih ramah lingkungan, hemat biaya, dan memiliki lingkungan kerja yang lebih sehat bagi para pekerjanya. Efisiensi energi pada akhirnya akan menjadi salah satu pilar utama dalam keberlanjutan bisnis konstruksi logam di tengah persaingan industri yang semakin ketat.

3. Optimasi Manajemen Beban: Menghindari penggunaan mesin las dan gerinda secara bersamaan pada satu jalur sirkuit listrik yang sama jika memungkinkan, untuk menjaga stabilitas tegangan dan mencegah rugi-rugi daya akibat panas pada kabel instalasi.  

4. Peningkatan Ventilasi Lokal: Pemasangan exhaust fan tepat di atas area pengelasan tidak hanya mengurangi paparan asap bagi pekerja, tetapi juga membantu membuang panas sisa pengelasan dari ruangan, sehingga suhu lingkungan kerja tetap terjaga dan beban pendinginan alami pada mesin inverter menjadi lebih ringan.  

Investasi pada Alat dengan Fitur Otomatisasi: Saat melakukan peremajaan alat, pilihlah mesin las yang memiliki fitur auto-shutdown atau energy-saving mode saat tidak mendeteksi busur listrik dalam jangka waktu tertentu.