Cara Membangun Kerangka Konsep dan Merumuskan Hipotesis

Disclaimer: Artikel ini merupakan bagian dari Buku “Metodologi Penelitian dan Perancangan Eksperimen”
Sitasi: Muji Setiyo & Budi Waluyo. Metodologi Penelitian dan Perancangan Eksperimen. Unimma Press, 2025.
Dapatkan buku: klik tautan ini

Dalam penelitian ilmiah, perumusan kerangka konsep dan hipotesis merupakan bagian yang sangat penting, karena merupakan hasil dari bagian deduktif dalam siklus kegiatan ilmiah. Kerangka konsep pada dasarnya adalah pengertian atau pemahaman tentang suatu fenomena yang menjadi elemen dasar dari proses berpikir ilmiah. Terkait prinsip silogisme, kerangka konsep berfungsi sebagai premis-premis yang merangkum hasil studi literatur. Premis-premis ini menjadi dasar pemikiran dalam merespons pernyataan masalah (problem statement). Kesimpulan dari premis-premis mayor dan minor menghasilkan rumusan hipotesis, yang biasanya disusun dalam bentuk narasi, diagram alir, atau gabungan keduanya.

Sebagai simpulan dari studi literatur, kerangka konsep menjadi landasan awal yang menentukan bobot ilmiah dari kegiatan penelitian. Penyimpulan dari premis mayor dan minor untuk menghasilkan hipotesis ini biasanya didasarkan pada konsep-konsep fundamental dalam ilmu-ilmu dasar (basic sciences).

Kerangka konsep  dirumuskan untuk menjelaskan berbagai makna dari konsep-konsep yang terdapat dalam kajian teori dan studi pustaka, yang bisa menimbulkan beragam interpretasi. Oleh karena itu, kerangka konsep dalam suatu penelitian harus terlihat jelas dan terstruktur. Jika konsep dalam penelitian tidak dirumuskan dengan jelas dapat menyebabkan perbedaan persepsi antara apa yang dimaksudkan oleh peneliti dan apa yang dipahami oleh pembaca. Jadi, konsep penelitian merupakan keseluruhan gagasan atau pengertian mengenai suatu topik inti sebuah penelitian yang perlu dirumuskan dengan cermat. Dalam merumuskannya, peneliti harus memastikan bahwa konsep tersebut diartikan sesuai dengan maksudnya dalam penelitian. Konsistensi juga sangat penting; jika suatu konsep disebutkan sebagai “A” di satu bagian penelitian, maka dalam seluruh penelitian tersebut, konsep itu harus tetap disebutkan sebagai “A.”

Rumusan hipotesis merupakan puncak dari tahapan deduktif untuk memenuhi setengah bobot dari tahapan berpikir ilmiah. Hipotesis yang mendalam dan kuat memerlukan pembuktian ilmiah (induktif) yang lebih sederhana, sementara hipotesis yang masih lemah memerlukan pembuktian yang lebih banyak dan rumit. Dalam kaidah berpikir ilmiah, terdapat algoritma sederhana sebagai berikut:

Oleh karena itu, untuk menghasilkan penelitian dengan bobot ilmiah tinggi, diperlukan rumusan kerangka konsep yang kuat untuk menghasilkan hipotesis yang kokoh sehingga pembuktiannya lebih sederhana, mudah, dan murah.

Kerangka konsep dan hipotesis adalah dua komponen penting yang mengarahkan masalah penelitian ke metode penelitian. Kerangka konsep adalah representasi visual atau naratif yang menggambarkan hubungan antar variabel dalam penelitian. Kerangka konsep memetakan bagaimana variabel independen, dependen, serta variabel lain seperti moderator atau mediator berinteraksi. Kerangka ini memberikan gambaran jelas tentang bagaimana hipotesis akan diuji dan memudahkan peneliti dalam merancang metode penelitian. Sementara itu, hipotesis berfungsi sebagai dugaan awal tentang hubungan antar variabel yang akan diuji kebenarannya melalui data empiris, dan memberikan arah bagi penelitian, membantu peneliti fokus pada pertanyaan utama yang ingin dijawab. Oleh karena itu, bab ini membahas cara menyusun kerangka konsep dan membangun hipotesis yang efektif dalam penelitian ilmiah.

Aksioma

Sebelum membahas kerangka konsep dan hipotesis, kita perlu mengingat pemahaman tentang aksioma. Aksioma adalah pernyataan atau proposisi yang dianggap benar tanpa perlu pembuktian. Aksioma digunakan sebagai dasar dalam sistem logika atau matematika untuk membangun argumen dan membuktikan teorema. Aksioma biasanya merupakan pernyataan yang sederhana dan diterima secara umum sebagai kebenaran karena sifatnya yang jelas dan mendasar.

Contoh aksioma dalam matematika adalah:

• Jika dua hal sama dengan hal yang sama, maka keduanya sama satu sama lain. (Aksioma kesetaraan).
• Melalui dua titik yang berbeda, hanya satu garis lurus yang dapat ditarik. (Aksioma geometri Euclidean)

Dalam bidang lain seperti filsafat atau sains, aksioma juga digunakan sebagai dasar untuk mengembangkan teori atau penjelasan tanpa perlu pembuktian lebih lanjut. Dalam bidang teknik mesin, aksioma dapat diartikan sebagai prinsip-prinsip dasar yang diterima secara umum dan menjadi landasan bagi analisis, desain, dan pengembangan sistem mekanik. Berikut beberapa contoh aksioma dalam bidang teknik mesin:

1. Hukum Newton tentang Gerak

• Aksioma I: Suatu benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali ada gaya eksternal yang bekerja padanya (Hukum Inersia).
• Aksioma II: Percepatan suatu benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya (F = m × a).
• Aksioma III: Setiap aksi akan selalu diikuti oleh reaksi yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.

2. Aksioma Konservasi Energi
Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah bentuknya dari satu bentuk ke bentuk lain (Hukum Kekekalan Energi). Dalam teknik mesin, prinsip ini digunakan dalam analisis termodinamika dan mekanika fluida.

3. Hukum Kekekalan Momentum
Dalam sistem tertutup, jumlah momentum sebelum dan sesudah interaksi antara komponen-komponen sistem adalah tetap, kecuali ada gaya eksternal yang bekerja.

4. Aksioma Deformasi Benda Elastis
Benda elastis akan kembali ke bentuk aslinya setelah gaya eksternal yang bekerja padanya dihilangkan, selama gaya tersebut tidak melampaui batas elastisitas material.

Aksioma berperan penting sebagai fondasi logis dalam membangun kerangka konsep di berbagai bidang, seperti matematika, ilmu pengetahuan, dan teknik. Dengan aksioma, sistem pengetahuan menjadi konsisten dan terstruktur, sehingga memungkinkan pengembangan teori dan pembuktian teorema dengan langkah-langkah yang dapat dipertanggungjawabkan. Hal ini menyederhanakan analisis karena menyediakan aturan dasar yang tidak perlu dibuktikan ulang, sehingga para peneliti dapat fokus pada aspek yang lebih kompleks.

Aksioma juga mendukung generalisasi konsep, memungkinkan prinsip dasar diterapkan pada berbagai konteks, seperti pengembangan geometri atau aljabar. Di bidang teknik, aksioma membantu menciptakan kerangka berpikir dan model yang memprediksi perilaku sistem nyata, yang dapat memandu dalam membuat keputusan desain yang efisien. Selain itu, aksioma memberikan stabilitas konseptual, menjaga kerangka teori tetap kokoh meskipun pengetahuan berkembang, sehingga konsep dan teori yang sudah ada dapat diperluas tanpa mengguncang struktur dasar yang ada.

Menyusun Kerangka Konsep

Kerangka konsep dalam penelitian adalah suatu gambaran atau model yang menjelaskan hubungan antara berbagai variabel yang terlibat dalam penelitian. Kerangka konsep membantu peneliti memahami bagaimana variabel-variabel tersebut saling berkaitan dan bagaimana hubungan ini akan diuji dalam proses penelitian. Pada umumnya, kerangka konsep ini disusun berdasarkan tinjauan literatur dan teori yang relevan. Kerangka ini menjadi dasar untuk merumuskan hipotesis dan memilih metode penelitian yang tepat.

Menyusun kerangka konsep penelitian sebaiknya melibatkan semua unsur utama yang berkaitan erat dengan permasalahan penelitian secara terstruktur untuk menunjukkan bagaimana mereka saling berhubungan. Kerangka konsep harus menguraikan variabel penting, dan  teori dasar untuk memandu sebuah penelitian, bagaimana mereka saling berhubungan. Berikut merupakan langkah- langkah awal untuk penyusunan kerangka konsep:

1. Identifikasi komponen terpenting terkait permasalahan penelitian yang diangkat,
2. Identifikasi unsur-unsur utama dari permasalahan penelitian,
3. Identifikasi masalah apa yang ingin dipecahkan atau dikaji lebih lanjut, dan
4. Tetapkan tujuan khusus dari kegiatan penelitian yang akan dilakukan.

Tahap selanjutnya setelah identifikasi awal dilakukan adalah mengumpulkan dan menyusun tinjauan teori dan literatur yang relevan dengan identifikasi komponen, unsur, masalah yang akan dikaji lebih lanjut dan tujuan khusus kegiatan penelitian yang ingin dilakukan. Setelah semua komponen, unsur, grand theory dan tujuan spesifik penelitian terpetakan, maka dirumuskanlah kerangka konsep penelitian dalam bentuk diagram dan atau narasi, yang menjelaskan hubungan sebab akibat dari semua komponen dan unsur yang berkaitan dengan permasalahan penelitian berdasarkan prinsip prinsip dan kaidah teori fundamental yang telah dirumuskan bagian studi literatur.

Komponen Utama Kerangka Konsep

Kerangka konsep membantu peneliti dalam memahami bagaimana variabel-variabel dalam penelitian berhubungan satu sama lain. Pemahaman yang tepat mengenai jenis-jenis variabel adalah kunci dalam membangun kerangka konsep yang jelas dan terstruktur. Berikut adalah penjelasan lebih rinci mengenai variabel independen, dependen, moderator, dan mediator.

1. Variabel Independen (Independent Variable)
Variabel independen adalah variabel yang diasumsikan memiliki pengaruh atau menjadi penyebab perubahan pada variabel lain, yakni variabel dependen. Variabel ini sering disebut sebagai variabel bebas karena nilainya tidak dipengaruhi oleh variabel lain dalam konteks penelitian tersebut. Sebaliknya, variabel independen memengaruhi variabel lain.

Ciri-ciri utama:

• Sumber pengaruh: Variabel ini memengaruhi atau menjadi penyebab munculnya variasi pada variabel dependen.
• Kontrol peneliti: Dalam eksperimen, variabel independen biasanya dimanipulasi oleh peneliti untuk melihat efeknya pada variabel dependen.

Hubungan kausalitas: Dapat diidentifikasi sebagai variabel yang menyebabkan perubahan atau menghasilkan efek.

Contoh:

• Dalam penelitian tentang efisiensi mesin, kecepatan rotasi mesin dapat menjadi variabel independen. Peneliti dapat mengatur kecepatan rotasi mesin untuk melihat bagaimana perubahan kecepatan memengaruhi keluaran energi dan efisiensi.
• Pada studi pengaruh jenis pelumas pada keausan komponen, jenis pelumas adalah variabel independen karena peneliti akan memeriksa bagaimana pelumas yang berbeda memengaruhi tingkat keausan komponen mekanik.

2. Variabel Dependen (Dependent Variable)
Variabel dependen adalah variabel yang dipengaruhi oleh variabel independen. Variabel ini juga sering disebut sebagai variabel terikat yang menjadi fokus utama pengukuran dalam penelitian karena diharapkan perubahan yang terjadi pada variabel dependen disebabkan oleh pengaruh variabel independen.

Ciri-ciri utama:

• Variabel terukur: Variabel ini adalah fokus pengamatan, di mana peneliti melihat bagaimana nilainya berubah sebagai respons terhadap variabel independen.
• Bergantung pada variabel lain: Nilainya diharapkan berubah atau berfluktuasi akibat perubahan yang terjadi pada variabel independen.
• Hasil: Variabel dependen merupakan keluaran atau hasil yang diukur dalam sebuah penelitian.

Contoh:

• Dalam studi pengaruh bahan pelumas pada keausan komponen, tingkat keausan adalah variabel dependen karena keausan komponen diukur setelah pengujian dengan pelumas yang berbeda.
• Dalam penelitian tentang pengaruh tekanan inlet pada kinerja mesin termal, efisiensi termal menjadi variabel dependen karena peneliti ingin melihat bagaimana perubahan tekanan memengaruhi efisiensi sistem mesin.

3. Variabel Moderator (Moderator Variable)
Variabel moderator adalah variabel yang memengaruhi kekuatan atau arah hubungan antara variabel independen dan variabel dependen. Dalam beberapa kasus, variabel moderator dapat mengubah atau memperlemah hubungan antara variabel independen dan dependen.

Ciri-ciri utama:

• Memodifikasi hubungan: Variabel moderator tidak secara langsung memengaruhi variabel dependen, tetapi mengubah seberapa kuat atau seberapa lemah variabel independen memengaruhi variabel dependen.
• Interaksi: Variabel moderator sering kali digunakan untuk menjelaskan fenomena interaksi, yaitu bagaimana dua variabel berinteraksi dalam memengaruhi variabel dependen.
• Konteks spesifik: Variabel moderator dapat menunjukkan bahwa hubungan antara variabel independen dan dependen berbeda dalam konteks tertentu (misalnya, pada kelompok yang berbeda atau kondisi tertentu).

Contoh:

• Dalam penelitian tentang pengaruh pelumas pada keausan komponen, beban kerja dapat menjadi variabel moderator. Penggunaan pelumas mungkin memiliki efek berbeda pada keausan tergantung pada seberapa besar beban kerja pada komponen tersebut.
• Pada penelitian tentang pengaruh kecepatan potong terhadap kualitas permukaan dalam proses pemesinan, jenis material benda kerja dapat menjadi variabel moderator. Efek kecepatan potong mungkin berbeda tergantung pada apakah material yang dipotong adalah baja, aluminium, atau material komposit.

4. Variabel Mediator (Mediator Variable)
Variabel mediator adalah variabel yang menjelaskan mekanisme atau proses bagaimana variabel independen memengaruhi variabel dependen. Dengan kata lain, variabel mediator menjembatani atau menjadi perantara antara variabel independen dan variabel dependen.

Ciri-ciri utama:

• Penghubung kausalitas: Variabel mediator menjelaskan bagaimana atau mengapa variabel independen dapat memengaruhi variabel dependen.
• Proses antara: Mediator memberikan gambaran tentang proses di tengah antara sebab (variabel independen) dan akibat (variabel dependen).
• Efek tidak langsung: Variabel independen dapat memengaruhi variabel dependen secara tidak langsung melalui variabel mediator.

Contoh:

• Dalam penelitian tentang pengaruh kecepatan rotasi mesin terhadap keausan bearing, temperatur mungkin menjadi variabel mediator. Kecepatan rotasi yang lebih tinggi dapat meningkatkan temperatur pada bearing, yang pada akhirnya menyebabkan keausan yang lebih cepat.
• Pada studi pengaruh ukuran pipa pada efisiensi sistem perpipaan, tekanan fluida dapat menjadi variabel mediator. Ukuran pipa yang lebih kecil mungkin meningkatkan tekanan fluida, yang kemudian memengaruhi efisiensi sistem.

Tabel 1 berikut menyajikan perbedaan karakteristik antara variabel independen, dependen, moderator, dan mediator dalam konteks penelitian. Setiap jenis variabel memiliki peran spesifik dalam membentuk struktur penelitian dan membantu peneliti dalam menganalisis hubungan kausal serta mekanisme yang memengaruhi hasil penelitian. Variabel independen adalah sumber pengaruh yang berdiri sendiri dan dianggap sebagai penyebab utama perubahan, sementara variabel dependen adalah hasil yang diukur sebagai respons terhadap variabel independen. Di sisi lain, variabel moderator dan mediator berfungsi untuk memperdalam pemahaman mengenai hubungan antara variabel independen dan dependen, baik dengan memodifikasi kekuatan hubungan (moderator) atau menjelaskan proses di antara keduanya (mediator). Contoh yang diberikan dalam Tabel 1 membantu memperjelas bagaimana setiap variabel dapat diterapkan dalam penelitian.

Tabel 1. Karakteristik variabel penelitian

Hubungan Antara Variabel dalam Penelitian

Untuk membangun kerangka konsep yang baik, sangat penting untuk memahami bagaimana variabel-variabel ini berinteraksi:

1. Hubungan langsung: Variabel independen memengaruhi variabel dependen secara langsung.
2. Hubungan yang dimoderasi: Variabel moderator memodifikasi hubungan antara variabel independen dan dependen.
3. Hubungan yang dimediasi: Variabel mediator menjelaskan hubungan antara variabel independen dan dependen melalui jalur perantara.

Contoh:

1. Penelitian tentang pengaruh kecepatan potong dan jenis material terhadap kualitas permukaan dalam proses pemesinan.

• • Variabel independennya adalah kecepatan potong (dalam meter per menit) yang digunakan selama proses pemesinan;
  • Variabel dependennya adalah kualitas permukaan (diukur berdasarkan kekasaran permukaan setelah proses pemesinan);
  • Variabel moderatornya adalah jenis material yang diproses (misalnya, baja karbon rendah, aluminium, atau plastik); dan
  • Variabel mediatornya adalah temperatur pada zona pemotongan. Kecepatan potong yang lebih tinggi dapat meningkatkan temperatur, yang pada akhirnya memengaruhi kualitas permukaan.

Dalam studi ini, peneliti dapat melihat bahwa kecepatan potong (variabel independen) mempengaruhi kualitas permukaan (variabel dependen), tetapi efek ini mungkin berbeda untuk material yang berbeda (variabel moderator), dan temperatur pemotongan menjelaskan bagaimana kecepatan potong mempengaruhi kualitas permukaan (variabel mediator).

2. Pengaruh tekanan injeksi bahan bakar dan kualitas bahan bakar terhadap emisi gas buang pada mesin diesel

• Variabel independen: Tekanan injeksi bahan bakar

Tekanan injeksi bahan bakar (diukur dalam bar) adalah variabel yang diubah atau dimanipulasi dalam penelitian ini untuk menguji pengaruhnya terhadap emisi gas buang mesin diesel. Peneliti dapat meningkatkan atau menurunkan tekanan injeksi untuk melihat perubahan pada hasil pembakaran dan emisi.

• Variabel dependen: Emisi gas buang

Emisi gas buang adalah variabel yang diukur sebagai hasil dari perubahan pada variabel independen (tekanan injeksi bahan bakar). Emisi gas buang dapat mencakup jumlah polutan seperti karbon monoksida (CO), nitrogen oksida (NOx), dan partikel (PM). Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi emisi berbahaya dengan mengoptimalkan tekanan injeksi.

• Variabel moderator: Kualitas bahan bakar

Kualitas bahan bakar, misalnya bahan bakar dengan kandungan sulfur rendah, bertindak sebagai variabel moderator. Kualitas bahan bakar dapat mempengaruhi sejauh mana tekanan injeksi bahan bakar mempengaruhi emisi gas buang. Dengan kata lain, hubungan antara tekanan injeksi dan emisi gas buang mungkin lebih kuat atau lebih lemah tergantung pada kualitas bahan bakar yang digunakan.

• Variabel mediator: Kualitas pembakaran

Kualitas pembakaran adalah variabel mediator yang menjelaskan bagaimana tekanan injeksi bahan bakar memengaruhi emisi gas buang. Tekanan injeksi yang lebih tinggi cenderung menghasilkan atomisasi bahan bakar yang lebih baik, yang dapat meningkatkan efisiensi pembakaran di dalam ruang bakar mesin. Kualitas pembakaran yang lebih baik kemudian akan menghasilkan emisi yang lebih rendah. Dengan demikian, kualitas pembakaran menjelaskan hubungan antara tekanan injeksi dan emisi gas buang.

• Gambaran hubungan antar variabel
• Tekanan injeksi bahan bakar (independen) → mempengaruhi emisi gas buang (dependen).
• Kualitas bahan bakar (moderator) → memodifikasi kekuatan hubungan antara tekanan injeksi dan emisi gas buang.
• Kualitas pembakaran (mediator) → menjelaskan bagaimana tekanan injeksi mempengaruhi emisi gas buang melalui perubahan dalam proses pembakaran.

Dalam penelitian ini, peneliti dapat membangun kerangka konsep bahwa tekanan injeksi bahan bakar yang lebih tinggi akan mengurangi emisi gas buang. Namun, efek ini bisa diperlemah jika kualitas bahan bakar yang digunakan rendah (variabel moderator). Pada saat yang sama, kualitas pembakaran berperan sebagai mekanisme (variabel mediator) yang menjelaskan bagaimana tekanan injeksi dapat mempengaruhi keluaran emisi. Peneliti akan mengukur kualitas pembakaran, misalnya dengan menggunakan parameter seperti laju pembakaran, untuk memahami proses yang terjadi di dalam mesin.

3. Pengaruh desain sirip pendingin dan laju aliran udara terhadap efisiensi pembuangan panas pada sistem pendingin mesin

• Variabel independen: Desain sirip pendingin

Desain sirip pendingin meliputi bentuk, ukuran, dan susunan sirip yang digunakan untuk meningkatkan efisiensi pembuangan panas pada sistem pendingin mesin. Peneliti akan memvariasikan desain ini untuk melihat pengaruhnya terhadap efisiensi pembuangan panas. Variabel ini diukur dalam dimensi geometris seperti tinggi, jarak antar sirip, dan luas permukaan.

• Variabel dependen: Efisiensi pembuangan panas

Efisiensi pembuangan panas merupakan hasil atau keluaran yang diukur dari sistem pendingin. Ini adalah variabel dependen yang dipengaruhi oleh desain sirip pendingin. Efisiensi pembuangan panas diukur dalam bentuk kemampuan sistem untuk menurunkan temperatur mesin dalam waktu tertentu atau dalam kondisi beban kerja tertentu.

• Variabel moderator: Laju aliran udara

Laju aliran udara adalah variabel yang memoderasi hubungan antara desain sirip pendingin dan efisiensi pembuangan panas. Aliran udara yang lebih tinggi mungkin meningkatkan efek positif dari desain sirip pendingin yang efisien, sementara laju aliran udara yang rendah mungkin memperlemah hubungan ini. Laju aliran udara diukur dalam satuan volume per waktu, seperti meter kubik per detik (m³/s).

• Variabel mediator: Kenaikan area perpindahan panas

Kenaikan area perpindahan panas menjelaskan mekanisme bagaimana desain sirip pendingin mempengaruhi efisiensi pembuangan panas. Desain sirip yang lebih baik meningkatkan luas permukaan perpindahan panas, yang memungkinkan panas untuk dipindahkan lebih cepat ke aliran udara. Area perpindahan panas yang lebih luas berperan sebagai mediator dalam hubungan antara desain sirip dan efisiensi pembuangan panas.

• Gambaran hubungan antar variabel
• Desain sirip pendingin (independen) → mempengaruhi efisiensi pembuangan panas (dependen).
• Laju aliran udara (moderator) → memodifikasi hubungan antara desain sirip dan efisiensi pembuangan panas.
• Kenaikan area perpindahan panas (mediator) → menjelaskan bagaimana desain sirip mempengaruhi efisiensi pembuangan panas.

Dalam penelitian ini, peneliti dapat menguji berbagai desain sirip pendingin untuk melihat bagaimana bentuk dan ukuran yang berbeda memengaruhi efisiensi pembuangan panas. Mereka juga akan memvariasikan laju aliran udara untuk menguji apakah aliran udara yang lebih besar meningkatkan efek desain sirip. Pada saat yang sama, area perpindahan panas yang dihasilkan oleh desain sirip bertindak sebagai variabel mediator yang menjelaskan bagaimana variasi desain memengaruhi kemampuan sistem untuk membuang panas lebih efektif. Peneliti akan mengukur perubahan temperatur mesin setelah periode operasi untuk melihat efisiensi pembuangan panas. Dengan demikian, penelitian ini dapat menunjukkan bahwa desain sirip pendingin yang lebih baik dengan luas area perpindahan panas yang lebih besar akan meningkatkan efisiensi, terutama saat laju aliran udara tinggi.

Visualisasi Kerangka Konsep

Visualisasi kerangka konsep adalah representasi grafis dari hubungan antar variabel dalam sebuah penelitian. Visualisasi ini digunakan untuk memetakan bagaimana variabel-variabel seperti variabel independen, dependen, moderator, dan mediator berinteraksi satu sama lain dalam sebuah model penelitian atau studi. Tujuan dari visualisasi ini adalah untuk memberikan pemahaman yang jelas mengenai alur hubungan dan pengaruh antar variabel, sehingga memudahkan peneliti dan pembaca dalam memahami struktur logis dan kausalitas dalam penelitian tersebut. Ilustrasi sederhana visualisasi kerangka konsep disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Ilustrasi visualisasi kerangka konsep

Merumuskan Hipotesis

Hipotesis adalah pernyataan dugaan atau prediksi yang dirumuskan berdasarkan hasil kajian literatur dan teori yang relevan. Hipotesis berfungsi untuk menjawab pertanyaan penelitian tentang hubungan antar variabel dan kemudian diuji melalui pengumpulan data empiris.

Jenis-Jenis Hipotesis

Dalam penelitian ilmiah, terdapat beberapa jenis hipotesis yang dapat digunakan untuk menguji hubungan antar variabel. Setiap jenis hipotesis dirumuskan berdasarkan tujuan penelitian dan sifat dari hubungan yang ingin diuji. Pemilihan jenis hipotesis yang tepat sangat penting karena akan menentukan arah dan fokus dari pengumpulan serta analisis data. Berikut adalah beberapa jenis hipotesis yang umum digunakan, yang dilengkapi dengan contoh.

1. Hipotesis Nol (Null Hypothesis – H₀)
Hipotesis nol menyatakan bahwa tidak ada hubungan atau pengaruh antara variabel yang diteliti. Hipotesis ini biasanya diuji untuk kemudian diterima atau ditolak.

Contoh: Jenis bahan pelumas yang digunakan tidak mempengaruhi usia pakai mesin kendaraan.

2. Hipotesis Alternatif (Alternative Hypothesis – H₁)
Hipotesis alternatif menyatakan bahwa ada hubungan atau pengaruh antara variabel yang diteliti. Ini adalah kebalikan dari hipotesis nol.

Contoh: Penggunaan pelumas sintetis meningkatkan usia pakai mesin dibandingkan pelumas mineral.

3. Hipotesis Arah (Directional Hypothesis)
Hipotesis arah memprediksi arah hubungan antara variabel, apakah efek yang diharapkan bersifat positif atau negatif.

Contoh: Penggunaan bahan bakar hidrogen akan meningkatkan efisiensi termal mesin dibandingkan bahan bakar fosil.

4. Hipotesis Tidak Arah (Non-directional Hypothesis)
Hipotesis ini hanya menyatakan bahwa ada hubungan antara variabel, tanpa memprediksi apakah hubungan tersebut bersifat positif atau negatif.

Contoh: Penggunaan bahan bakar hidrogen mempengaruhi efisiensi thermal mesin.

5. Hipotesis Kausal (Causal Hypothesis)
Hipotesis kausal menyatakan hubungan sebab-akibat antara variabel independen dan dependen.

Contoh: Peningkatan kecepatan aliran pendingin menyebabkan peningkatan efisiensi termal mesin pembakaran.

6. Hipotesis Komparatif (Comparative Hypothesis)
Hipotesis komparatif menyatakan adanya perbedaan antar variabel yang dibandingkan.

Contoh: Ada perbedaan signifikan dalam efisiensi bahan bakar antara mesin diesel dan mesin bensin.

7. Hipotesis Deskriptif (Descriptive Hypothesis)
Hipotesis ini menggambarkan karakteristik atau kondisi tertentu tanpa menguji hubungan antar variabel.

Contoh: Sebagian besar mesin diesel memiliki tingkat emisi yang lebih tinggi dibandingkan mesin bensin.

8. Hipotesis Asosiatif (Associative Hypothesis)
Hipotesis asosiatif menyatakan bahwa ada hubungan antara dua atau lebih variabel tanpa menentukan adanya hubungan sebab-akibat.

Contoh: Ada hubungan antara penggunaan sistem pendingin mesin dengan umur pakai komponen.

9. Hipotesis Statistik (Statistical Hypothesis)
Hipotesis ini merujuk pada prediksi yang dapat diuji dengan metode statistik, terdiri dari hipotesis nol dan alternatif.

Contoh: H₀: Tidak ada perbedaan signifikan dalam efisiensi mesin yang menggunakan bahan bakar biofuel dibandingkan dengan bahan bakar fosil.

10. Hipotesis Kerja (Working Hypothesis)
Hipotesis yang sementara digunakan untuk memandu proses penelitian dan dapat direvisi sesuai dengan temuan penelitian.

Contoh: Penggunaan baja paduan baru akan meningkatkan ketahanan aus komponen mesin pada temperatur operasi tinggi.

11. Hipotesis Nullifier
Pengertian: Hipotesis yang menyatakan bahwa efek dari variabel independen pada variabel dependen adalah nihil atau sangat kecil.

Contoh: Penggunaan pelumas sintetis tidak memiliki efek signifikan terhadap usia pakai mesin pada kecepatan operasi rendah.

12. Hipotesis Interaksional (Interactional Hypothesis)
Hipotesis ini menyatakan adanya interaksi antara dua variabel independen dan bagaimana satu variabel dapat mempengaruhi hubungan variabel lainnya dengan variabel dependen.

Contoh: Efisiensi mesin dipengaruhi oleh jenis bahan bakar dan dapat dimoderasi oleh temperatur lingkungan operasi.

Hipotesis dalam penelitian dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, seperti sifat hubungan antar variabel, arah hubungan, metode pengujian statistik, tujuan penggunaan, dan status hipotesis. Berikut adalah klasifikasi hipotesis yang sering digunakan dalam penelitian:

• Berdasarkan hubungan: kausal, asosiatif, komparatif;
• Berdasarkan arah hubungan: arah, tidak arah;
• Berdasarkan pengujian statistik: hipotesis statistik;
• Berdasarkan tujuan penggunaan: deskriptif, kerja, nullifier, interaksional;
• Berdasarkan status hipotesis: nol, alternatif.

Selanjutnya, Tabel 2 berikut menyajikan jenis-jenis hipotesis beserta karakteristik kuncinya.

Tabel 2. Jenis hipotesis dan karakteristiknya

Merumuskan Hipotesis yang Tepat

Untuk merumuskan hipotesis yang tepat, peneliti harus mendasarkan hipotesisnya pada teori yang relevan dan memastikan bahwa hipotesis tersebut dapat diuji secara empiris. Hipotesis yang baik harus bersifat spesifik dan mengandung prediksi yang jelas tentang hubungan antara variabel. Contoh-contoh hipotesis berikut didasarkan pada contoh bangunan kerangka konsep yang telah dijelaskan pada Sub bab 6.1.2.

1. Penelitian tentang pengaruh kecepatan potong dan jenis material terhadap kualitas permukaan dalam proses pemesinan.

• Variabel independennya adalah kecepatan potong, variabel dependennya adalah kualitas permukaan, variabel moderatornya adalah jenis material yang diproses, dan Variabel mediatornya adalah temperatur pada zona pemotongan. Kecepatan potong yang lebih tinggi dapat meningkatkan temperatur, yang pada akhirnya memengaruhi kualitas permukaan.
• Dalam studi ini, peneliti dapat menyusun kerangka konsep bahwa kecepatan potong (variabel independen) mempengaruhi kualitas permukaan (variabel dependen), tetapi efek ini mungkin berbeda untuk material yang berbeda (variabel moderator), dan temperatur pemotongan menjelaskan bagaimana kecepatan potong mempengaruhi kualitas permukaan (variabel mediator).
• Hipotesis yang mungkin diajukan adalah:
• Kecepatan potong memiliki pengaruh signifikan terhadap kualitas permukaan dalam proses pemesinan (hipotesis utama),
• Jenis material memoderasi hubungan antara kecepatan potong dan kualitas permukaan, sehingga pengaruh kecepatan potong terhadap kualitas permukaan akan bervariasi tergantung pada jenis material yang digunakan (sebagai hipotesis moderator), dan
• Temperatur pada zona pemotongan memediasi hubungan antara kecepatan potong dan kualitas permukaan, di mana kecepatan potong yang lebih tinggi meningkatkan temperatur, yang pada akhirnya memengaruhi kualitas permukaan (sebagai hipotesis mediator).

Visualisasi kerangka konsep dan hipotesisnya disajikan sebagai berikut.

Gambar 2. Visualisasi kerangka konsep dan hipotesis pada kasus proses pemesinan

2. Pengaruh tekanan injeksi bahan bakar dan kualitas bahan bakar terhadap emisi gas buang pada mesin diesel

• Variabel independen adalah tekanan injeksi bahan bakar, variabel dependennya adalah emisi gas buang, variabel moderatornya kualitas bahan bakar, variabel mediatornya kualitas pembakaran.
• Kerangka konsep yang dapat dibangun:
• Tekanan injeksi bahan bakar (independen) mempengaruhi emisi gas buang (dependen),
• Kualitas bahan bakar (moderator) memodifikasi kekuatan hubungan antara tekanan injeksi dan emisi gas buang, dan
• Kualitas pembakaran (mediator) menjelaskan bagaimana tekanan injeksi mempengaruhi emisi gas buang melalui perubahan dalam proses pembakaran.
• Hipotesis yang mungkin diajukan adalah:
• Tekanan injeksi bahan bakar memiliki pengaruh signifikan terhadap emisi gas buang pada mesin diesel (hipotesis utama),
• Kualitas bahan bakar memoderasi hubungan antara tekanan injeksi bahan bakar dan emisi gas buang, sehingga efek tekanan injeksi pada emisi gas buang berbeda tergantung pada kualitas bahan bakar yang digunakan (sebagai hipotesis moderator), dan
• Kualitas pembakaran memediasi hubungan antara tekanan injeksi bahan bakar dan emisi gas buang, di mana tekanan injeksi yang lebih tinggi meningkatkan kualitas pembakaran, yang pada akhirnya mengurangi emisi gas buang (sebagai hipotesis mediator).

Visualisasi kerangka konsep dan hipotesisnya disajikan sebagai berikut.

Gambar 3. Visualisasi kerangka konsep dan hipotesis pada kasus emisi gas buang mesin diesel

3. Pengaruh desain sirip pendingin dan laju aliran udara terhadap efisiensi pembuangan panas pada sistem pendingin mesin

• Variabel independennya adalah desain sirip pendingin, variabel dependennya adalah efisiensi pembuangan panas, variabel moderatornya adalah laju aliran udara, dan variabel mediatornya adalah kenaikan area perpindahan panas
• Kerangka konsep yang dapat dibangun:
• Desain sirip pendingin (independen) mempengaruhi efisiensi pembuangan panas (dependen).
• Laju aliran udara (moderator) memodifikasi hubungan antara desain sirip dan efisiensi pembuangan panas.
• Kenaikan area perpindahan panas (mediator) menjelaskan bagaimana desain sirip mempengaruhi efisiensi pembuangan panas.
• Hipotesis yang mungkin diajukan adalah:
• Desain sirip pendingin memiliki pengaruh signifikan terhadap efisiensi pembuangan panas pada sistem pendingin mesin (hipotesis utama),
• Laju aliran udara memoderasi hubungan antara desain sirip pendingin dan efisiensi pembuangan panas, sehingga pengaruh desain sirip terhadap efisiensi pembuangan panas akan bervariasi pada tingkat laju aliran udara yang berbeda (sebagai hipotesis moderator), dan
• Kenaikan area perpindahan panas memediasi pengaruh desain sirip pendingin terhadap efisiensi pembuangan panas, sehingga desain sirip yang meningkatkan area perpindahan panas akan meningkatkan efisiensi pembuangan panas (sebagai hipotesis mediator).

Visualisasi kerangka konsep dan hipotesisnya disajikan sebagai berikut.

Gambar 4. Visualisasi kerangka konsep dan hipotesis pada kasus pembuangabn panas pada mesin pendingin

Contoh Penyajian Kerangka Konsep dan Hipotesis

Contoh 1 – Hasil penelitian sebelumnya terkait bahan bakar metanol menyatakan bahwa campuran dengan hidrokarbon mengasilkan sifat fisika yang berbeda dari masing masing zat penyusunnya [Ref].  Dari temuan penelitian sebelumnya dan potensi gugus alkohol rantai panjang sebagai kosolven akan memberikan peran pencampuran yang lebih baik antara bahan bakar fosil yang bersifat non-polar dan metanol polar [Ref]. Konsep penambahan zat ketiga untuk mendapatkan campuran yang stabil disajikan pada Gambar 5.

Gambar 5. Penambahan zat ketiga untuk mendapatkan campuran yang stabil

Molekul metanol polar akan menginteraksi dengan bagian hidroksil (head) n-propanol yang juga bersifat polar, sementara molekul bahan bakar diesel (hidrokarbon) non-polar kan berinteraksi dengan bagian tail n-butanol yang bersifat non-polar [Kerangka Konsep].  Sehingga penambahan sejumlah n-butanol pada campuran bahan bakar diesel-methanol menjadikan campuran yang stabil (homogen) [Hipotesis].

Contoh 2 – Tinjauan komprehensif penelitian terdahulu tersebut menunjukkan potensi Waste Motor Oil (WMO) untuk berfungsi sebagai sumber energi yang ramah lingkungan, khususnya dalam konteks proses termokimia. Kandungan energi WMO yang tinggi memposisikannya sebagai kandidat ideal untuk aplikasi dalam reaksi steam reforming (SR) [Ref]. Pembakaran WMO dengan rantai molekul yang panjang secara konvensional cenderung menyebabkan pembakaran tidak sempurna dan peningkatan kadar karbon monoksida [Ref]. Sebaliknya, uap air memiliki peluang untuk mengubah karbon monoksida menjadi hydrogen [Ref], dengan kandungan energi hampir tiga kali lipat dari bahan bakar fosil untuk penggunaan kendaraan [Ref]. Reaksi kimia utama untuk mengubah karbon monoksida menjadi hidrogen melalui reaksi dengan uap air didefinisikan oleh Persamaan 1[Ref] [Kerangka Konsep].

CO(g) + H₂O(g) -> H₂(g) + CO₂(g)               (1)

Penelitian ini memperkenalkan konsep pemanenan energi baru yang berakar pada ekonomi sirkular. WMO dibakar dalam tungku pemanas, yang secara bersamaan memanaskan air untuk menghasilkan uap air. Uap ini kemudian digunakan untuk mereforming karbon monoksida yang dihasilkan dari pembakaran WMO. Karena hidrogen yang dihasilkan, terletak dalam kisaran suhu pembakarannya, segera terbakar, menghasilkan energi pembakaran yang ditingkatkan, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 6 [Kerangka Konsep].

Gambar 6. Pendekatan inovatif untuk memanfaatkan energi dari pembakaran Waste Motor Oil melalui reformasi uap karbon monoksida.

Hidrogen sebagai bahan bakar memiliki kandungan energi yang sangat tinggi, sehingga saat terjadi reaksi pembakaran dengan oksigen menghasilkan energi (panas) yang lebih tinggi dari pembakaran WMO secara Konvensional. Konsep baru ini juga akan menurunkan secara signifikan emisi berbahaya karbon monoksida yang dihasilkan pembakan WMO dan menghasilkan peningkatan emisi karbon dioksida [Hipotesis].

Contoh 3 – Penelitian terkini menunjukkan bahwa sifat fisikokimia bahan bakar sangat berperan dalam menentukan pola semprotan bahan bakar [Ref]. Campuran biodiesel-metanol melibatkan zat polar dan nonpolar [Ref]. Mesin diesel modern umumnya mengandalkan prinsip elektronik dan hidrodinamik pada proses injeksi bahan bakarnya. Penggunaan unit kontrol dan akuator elektronik memberikan efek medan elektromagnetik di sekitar sistem pengiriman bahan bakar, seperti ditunjukan pada Gambar 7 berikut.

Gambar 7. Efek medan magnet dan memori medan magnet pada bahan bakar polar

Meskipun medan elektromagnetik ini tidak secara langsung mengendalikan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, keberadaannya selama beroperasi berpotensi berinteraksi dengan zat polar dalam campuran bahan bakar yang memiliki momen dipol. Pengaruh medan magnet akan berlanjut beberapa saat setelah elektromagnetik pada kumparan berhenti. Hal ini disebabkan kerena material ferromagnetik pada body injector modern masih memiliki memori magnetic untuk beberapa saat sampai arah medan magnet molekul ferro menjadi acak Kembali. Interaksi ini dapat memengaruhi sifat fisik bahan bakar, seperti viskositas dan tegangan permukaan, sehingga berpotensi mengubah karakteristik semprotan bahan bakar [Hipotesis]. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh paparan medan magnet terhadap pola semprotan campuran biodiesel-metanol-(n-butanol), sekaligus mengeksplorasi fenomena yang dikenal sebagai “memori medan magnet” pada campuran bahan bakar polar.

Contoh 4 –  Dalam penelitian kami baru-baru ini, chiller tambahan digunakan untuk memanen efek pendinginan dari kendaraan berbahan bakar LPG, di mana efek pendinginan dari vaporizer LPG dipindahkan ke chiller yang dipasang di kabin dengan air yang bersirkulasi secara terus-menerus. Penelitian ini menghasilkan daya pendinginan rata-rata yang relatif kecil dibandingkan dengan potensinya, yaitu 124,5 Watt pada mesin 1995 cc pada 3000 rpm dan itu tanpa mempertimbangkan rasio efisiensi energi (EER) [Ref]. Efek pendinginan yang kecil ini disebabkan oleh proses perpindahan panas yang kurang efektif dalam regulator LPG. Dalam penelitian kali ini, untuk memperbesar efek pendinginan, pemanenan efek pendinginan dilakukan di evaporator yang ditempatkan sebelum regulator LPG. Dengan konfigurasi baru ini, kehilangan perpindahan panas diharapkan lebih kecil karena proses penguapan dilakukan di evaporator dengan area perpindahan panas yang lebih besar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8 [Kerangka Konsep].

Gambar 8. Konsep pendinginan setengah siklus untuk aplikasi pada kendaraan

Secara teoritis, LPG fase cair mengalir dari tangki bertekanan ke katup ekspansi, evaporator, regulator, dan mesin. Blower listrik menggerakkan udara melintasi evaporator untuk mentransfer panas ke LPG. Penyerapan panas oleh LPG melalui evaporator dengan tabung yang lebih panjang diharapkan dapat menurunkan suhu udara secara signifikan, menghasilkan efek pendinginan yang nyata, serta mencegah pembentukan lapisan es pada dinding evaporator [Hipotesis].

Contoh 5 – Temperatur tinggi di dalam kabin mobil yang terpapar langsung oleh sinar matahari dapat mempercepat proses penguapan bahan cair, termasuk parfum mobil. Sifat Volatile Organic Compounds (VOCs) yang mudah menguap bahkan pada suhu ruangan membuat peningkatan suhu dalam kabin tertutup dapat memperburuk kualitas udara [Ref]. Penguapan bahan kimia dari parfum mobil tidak hanya memengaruhi kenyamanan, tetapi juga berpotensi membahayakan kesehatan penumpang akibat paparan VOCs. Ketika kendaraan diparkir di bawah sinar matahari, suhu di dalam kabin cenderung meningkat, yang pada gilirannya mempercepat penguapan VOCs dari parfum [Kerangka Konsep]. Kenaikan suhu ini diprediksi akan meningkatkan konsentrasi partikel VOCs di udara dalam kabin. Kondisi ini menjadi lebih berisiko bagi penumpang, terutama ketika mereka langsung memasuki mobil yang tertutup dan menyalakan AC. Pada saat itu, potensi paparan terhadap partikel berbahaya tersebut semakin besar, menimbulkan kekhawatiran terhadap kualitas udara dan kesehatan penumpang di dalam kabin. Hipotesis dari penelitian ini mencakup: (1) Penggunaan parfum mobil yang mengandung VOCs pada suhu kabin tinggi akibat paparan sinar matahari berpengaruh signifikan terhadap peningkatan konsentrasi partikel udara di dalam kabin kendaraan; (2) Peningkatan suhu kabin kendaraan saat diparkir di bawah sinar matahari secara signifikan mempercepat penguapan senyawa VOCs dari parfum, yang dapat meningkatkan risiko paparan terhadap penumpang; dan (3) Paparan VOCs dalam konsentrasi tinggi di kabin mobil berpotensi menimbulkan dampak negatif pada kesehatan penumpang, terutama jika paparan tersebut terjadi secara berulang dalam jangka waktu yang lama [Hipotesis].