Analisis struktur komputasional pemadat sampah plastik menggunakan

## A utodesk Inventor
Nur Indah * , Illiyas Widantoro Hendrawan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Mesin, Universitas Mercu Buana Jakarta, 11650, Indonesia Email: * nur.indah@mercubuana.ac.id , illiyaswhen@gmail.com
Manuscript Received: September 11, 2019;  Accepted: February 17, 2020

## Abstrak
Persoalan sampah menjadi permasalahan di Indonesia karena berkaitan dengan pola hidup serta budaya masyarakat itu  sendiri.  Oleh  karena  itu, penanggulangan  sampah  tidak  hanya  menjadi tanggungjawab  pemerintah akan tetapi penanganannya  juga  membutuhkan  peran  masyarakat  secara  luas.  Dalam  hal  penanganan  sampah  dapat diasumsikan  bahwa  laju  produksi  sampah  tidak  sebanding  dengan  proses    penanganan.  Penelitian  ini  bertujuan untuk  melakukan  peningkatan terhadap  proses  penanggulangan  sampah    di  Perguruan Tinggi  Swasta Universitas Mercubuana Jakarta melalui  mesin pemadat sampah plastik.  Penelitian  ini bertujuan untuk membuat perancangan mesin  pemadat  sampah  plastik  dengan  sistem  kerja  otomatis  menggunakan  PLC.  Perancangan  mesin  pemadat sampah  plastik  ini  menggabungkan  beberapa  cabang  ilmu  mekanika  dan  elektronika;  mesin  pemindah  bahan, mekanika struktur, analisis motor, dan teknikal kontrol. Keunggulan  mesin pemadat sampah plastik dengan sistem kerja otomatis menggunakan PLC ini adalah mengurangi mobilitas kerja manusia dan lebih menitikberatkan kepada kinerja  dari  rangkaian  alat  yang  ada  pada  mesin.  Berdasarkan  nilai  tegangan  von  mises,  faktor  pergeseran,  dan faktor keamanan dari  pengujian komputasional,  dan  analisis  momen  pada perhitungan analitik  dapat  disimpulkan bahwa desain yang telah dibuat berada pada kondisi aman. Dengan nilai tegangan von mises memiliki nila terbesar 30,78 Mpa. Pergeseran memiliki nilai terbesar 0,02311 mm. Faktor keamanan bernilai 15 pada seluruh objek uji.
Kata kunci: Sampah Plastik, Mesin Pemadat Sampah Plastik Otomatis, Desain, Pengujian Komputasional

## Analysis of computational structure of plastic waste compactors using Autodesk Inventor

## Abstract
The  waste  problem  is  a  problem  in  Indonesia  because  it  is  related  to  the  lifestyle  and  culture  of  the  community itself. Therefore, waste management is not only a matter of government but its handling requires broad community participation. In the case of handling waste, it can be assumed that the rate of waste production is not proportional to  the  handling  process.  This  study  aims  to  improve  the  process  of  tackling  waste  at  the  Private  University  of Mercubuana University Jakarta through a plastic waste compactor machine. This study aims to make the design of plastic  waste  compactor  machines  with  automatic  work  systems  using  PLC.  The  design  of  this  plastic  waste compacting  machine  combines  several  branches  of  mechanics  and  electronics;  material  moving  machinery, structural  mechanics,  motor  analysis  and  technical  control.  The  advantages  of  plastic  garbage  compactor machines with automatic work systems using PLC are to reduce the mobility of human work and focus more on the performance of the existing set of tools on the machine. Based on the von mises stress value, the shift factor, and the safety factor from computational testing, and moment analysis in analytical calculations it can be concluded that the design that has been made is in a safe condition. With von mises voltage values the largest value is 30.78 MPa. The shift has the largest value of 0.02311 mm. The safety factor is 15 for all test objects.
Keywords: Plastic Waste, Automatic Plastic Waste Compactor, Design, Computational Testing

## 1. Pendahuluan
Pengelolaan sampah yang tidak mempergunakan  metode  dan  teknik  pengelolaan sampah  yang  ramah  lingkungan  selain  akan  dapat menimbulkan  dampak  negatif  terhadap  kesehatan juga akan mengganggu kelestarian fungsi lingkungan  baik  lingkungam  pemukiman,  hutan, persawahan,  sungai  maupun  lautan  [1].  Persoalan sampah menjadi suatu permasalahan yang penting di
Indonesia  karena  berkaitan  erat  dengan  pola  hidup serta budaya masyarakat. Oleh karena itu, penanggulangannya  bukan  hanya  tanggungjawab pemerintah, tetapi penanganannya juga membutuhkan  partisipasi  masyarakat  secara  luas. Dalam  hal  penanganan  sampah  dapat  diasumsikan bahwa laju produksi sampah tidak sebanding dengan proses    penanganannya.  Dalam  kapasitas  kota sebagai  sumber  pemenuhan  kebutuhan  manusia maka  sudah  seyogyanya  untuk  menyediakan
berbagai sarana dan prasarana yang memadai dalam menjaga kelestarian lingkungan melalui pengelolaan persampahan  yang  baik.  Seperti  dibuatnya  sistem perancangan  pengolahan  alat  ataupun  mesin  untuk penanggulangan  sampah  yang  lebih  baik  dan berkualitas  agar  dapat  meminimalisasi  dampak buruk dari sampah – sampah yang tidak terkelola.
Sampah    memiliki  potensi  yang    dapat dikembangkan    menjadi  produk    bernilai  ekonomis. Dari  setiap  meter  kubik  sampah  kota  dengan  bobot 120-170  kg,  sekitar  70%  merupakan    sampah organik  seperti daun-daunan,  ranting  dan sisa-sisa sayuran    yang  dapat  diproses  menjadi  kompos. Sisanya  30%  berupa  sampah  anorganik  yang meliputi  berbagai  jenis  logam,  plastik,  kertas,  serta barang pecah belah yang dapat didaur ulang menjadi berbagai produk yang berharga [2].
Pada penelitian sebelumnya telah dirancang alat  mesin  pemadat  sampah  dengan  menggunakan aplikasi  pneumatik  dengan  memanfaatkan  tekanan udara yang diberikan. Penggunaan PLC pada sistem kerja  konveyor  dan  pneumatik  akan  memudahkan proses  kerja  dan  proses  produksi  pun  menjadi  lebih cepat.  Tentu  akan  sangat  sulit  jika  pengontrolan mesin  masih  menggunakan  sistem  manual  dengan sudah  terdapatnya  konveyor  pada  mesin  tersebut. Oleh  karena  itu,  penulis  ingin  sistem  pengontrolan manual itu menjadi sistem otomatis [3]
Dalam  perancangannya,  alat  yang ada  belum dilakukan  analisa.  Untuk  strukturnya  digunakan Autodesk  Inventor  Professional  2017  sebagai  salah satu  perangkat  lunak  untuk  desain  dan  manufaktur produk  khususnya  di  bidang  teknik.  Autodesk inventor  merupakan  sebuah  progaam  CAD  dalam bidang teknik yang diaplikasikan untuk perancangan mekanik dalam bentuk 3D. Autodesk Inventor 2013 merupakan  program  yang  dirancang  khusus  untuk keperluan  bidang  teknik  seperti  design  produk, design  mesin,  design  mold,  design  konstruksi,  atau keperluan  produk  teknik  lainnya.  Program  ini merupakan  rangkaian  dari  program  penyempurnaan dari  Autocad  dan  Autodesk  Mechanical  Desktop. Lebih lanjut, program ini sangat cocok bagi penguna Autodesk  Autocad  yang  ingin  meningkatkan kemampuanya karena memiliki konsep yang hampir sama dalam mengambar 3D [4]. Perancangan mesin pemadat  sampah  plastik  dengan  sistem  kerja otomatis  ini  merupakan  rancangan  lanjutan  dari rancangan  mesin  pemadat  sampah  yang  sudah  ada sebelumnya  yang  masih  menggunakan  kontrol manual. Perancangan mesin pemadat sampah plastik ini menggabungkan beberapa cabang ilmu mekanika dan  elektronika;  mesin  pemindah  bahan,  mekanika struktur,  analisis  motor  dan  teknikal  kontrol. Keunggulan  mesin  pemadat  sampah  plastik  dengan sistem  kerja  otomatis  ini  adalah  mengurangi mobilitas  kerja  manusia  dan  lebih  menitikberatkan kepada  kinerja  dari  rangkaian  alat  yang  ada  pada
mesin.  Alat  ini  juga  lebih  praktis  penggunaanya karena  dioperasikan  secara  otomatis  menggunakan perintah program pada PLC.
Dari permasalahan  yang ada, penelitian serta pengujian  laboratorium  cukup  penting  untuk memenuhi  hasil  pengujian  yang  memuaskan  dan valid.  Karena  adanya  sarana  dan  prasarana  yang cukup menunjang pada peralatan laboratorium, hasil dari  percobaan  pada  mesin  yang  disajikan  dapat mendekati  kesesuaian  untuk  hasil  yang  di  inginkan sehingga  penelitian  ini  nantinya  dapat  berguna disegala  aspek  baik  untuk  kepentingan  akademik, media  praktikum,  ataupun  implementasi  pada  dunia industri  dengan  sekala  yang  lebih  besar  di  masa yang akan datang.
Konstruksi  struktur  yang  yang  dianalisis harus  dapat  menahan  beban  yang  terjadi  pada rangka.  Beban-beban  tersebut  dapat  berupa  beban gravitasi, beban geser, beban muatan, dan sebagainya.  Salah  satu  sumber  informasi  mengenai peneltian terdahulu mengenai perancangan pneumatik  pemadat  sampah  plastik  karya  Hakim Abdau  tahun  2016.  Dibahas  secara  lengkap mengenai  perancangan  mesin  pemadat  sampah untuk  tujuan  penanganan  limbah  plastik  di lingkungan masyarakat [5]
Gambar  1 . Desain mesin pneumatik pemadat sampah plastik

## 2. Analisis Desain
Desain  3  dimensi  pada  gambar  2  dibuat dengan  menggunakan  perangkat  lunak Computer Aided  Design yaitu, Autodesk  Inventor edisi  tahun 2017.
Gambar    2. Desain  mesin  pemadat  sampah  plastik otomatis.

## 2.1 Analisis Struktur Komputasi
a. Desain 3D
Desain 3 dimensi terdiri dari desain part dan assembly. Desain assembly seperti yang ditunjukkan oleh  Gambar 2 .  terdiri  dari  beberapa  komponen utama, yaitu:
 Pneumatik
 Konveyor
 Ruang Press
 Panel PLC
 Meja
 Motor, Sensor, dan komponen pelengkap
.
Gambar  3. Desain Pneumatik
Gambar  4. Desain Konveyor
Gambar  5 . Desain ruang press
Gambar  6 . Desain panel PLC
Gambar  7 . Desain meja
b. Menentukan constraint Pada analisis struktur rangka mesin pemadat sampah plastik, constraint yang  digunakan  adalah fixed constraint. Dengan fixed  constraint rangka  didesain untuk  diam  (statis)  pada  landasan  yang  telah ditentukan.
Gambar  8 Fixed constraint rangka
c. Menentukan load Load pada desain terdiri dari 2 macam, yaitu:
1. Load pada rangka
Penentuan  load  pada  rangka  mesin  pemadat sampah,  kemudian  load  yang  digunakan  di  sini terdiri dari Force dan Gravity .
2. Force Untuk menghitung besar force yang digunakan,  dapat  digunakan  perhitungan  hukum kedua newton yang menggambarkan hubungan gaya dengan massa dan percepatan. Force diberikan pada sambungan  rangka  dengan  konveyor,  seperti  pada Gambar  3.18  Asumsi  nilai force yang  digunakan adalah 392 N Gravity diletakkan pada center of gravity dari konveyor.  Gravity  pada  konveyor  tidak  perlu dihitung  karena  telah  secara  otomatis  bernilai  9810 mm/s².
Tabel 1 . Force pada meja kerja
Variasi  berat  yang  akan  digunakan  pada pengujian komputasional adalah 0,2 kg, dan 0,5 kg.
 Untuk  mencari Force pada  benda  kerja dengan  berat  0,2  kg  dapat  menggunakan persamaan berikut:
F = m . g
F = 0,2 . 9,81 F =1,96 N
 Untuk  mencari Force pada  benda  kerja dengan  berat  0,5  kg  dapat  menggunakan persamaan berikut:
F = m . g F = 0,5 . 9,81 F = 4,91 N
Proses meshing akan  dilakukan  setelah melakukan verifikasi material, pemberian constraint, dan  pemberian  load. Meshing akan  menggunakan nilai  standar  yang  ada  pada  Autodesk  Inventor. Meshing  diberikan  pada  seluruh  permukaan  objek uji
Gambar  9 . Proses meshing
Simulasi  program  dapat  dilakukan  apabila langkah-langkah sebelumnya telah dipenuhi.

## 2.2 Analisis Struktur Analitik
Pengujian  struktur  secara  analitik  dalam  hal ini  adalah  pengujian  terhadap  desain  yang  telah dibuat  agar  memenuhi  konsep  keseimbangan  benda tegar.  Syarat  suatu  benda  tegar  dikatakan  dalam kondisi seimbang adalah sebagai berikut:
Jumlah gaya arah x = 0 ( ΣFx = 0 ) Jumlah gaya arah y = 0 ( ΣFy = 0 ) Jumlah momen M = 0 ( ΣM = 0 )
Proses perhitungan analitik dengan
menggunakan konsep kesetimbangan, adalah sebagai berikut:
a. Menentukan beban
b. Membuat  diagram  benda:  Diagram  ruang  dan
Diagram benda bebas c. Membuat  diagram  gaya  geser  dan  diagram momen d. Menginterpretasikan hasil analisis
3. Hasil Dan Pembahasan
3.1 Pengujian komputasional
Hasil  pengujian  komputasional  terdiri  dari  3 parameter,  yaitu;  tegangan  von  mises,  pergeseran, dan faktor keamanan.
Ada 3 beban yang diberikan pada rangka yaitu; beban  yang  diakibatkan  oleh  komponen  yang ditopang,  gaya  gravitasi,  dan  momen  yang diakibatkan  perputaran roller  konveyor .  Hasil pengujian  von  mises  bernilai  maksimal  32,61  MPa. Displacement terbesar  terjadi  yaitu  bernilai  0,023
mm.  Lalu safety  factor bernilai  15  pada  semua bagian objek.
Gambar  10 . Hasil pengujian von misses pada rangka tanpa ada beban benda kerja
Gambar    11 Hasil  pengujian displacement pada rangka tanpa ada beban benda kerja
Gambar    12 .  Hasil  pengujian safety  factor pada rangka tanpa ada beban benda kerja
3.2 Pengujian Rangka dengan Komponen Disertai Beban Benda Kerja
a. Simulasi  rangka  disertai    benda  kerja        dengan beban 0.2 kg
Beban  yang  diberikan  pada  rangka  yaitu; beban  yang  diakibatkan  oleh  komponen  yang ditopang,  gaya  gravitasi,  dan  momen  yang diakibatkan  perputaran roller  konveyor serta  massa benda  kerja  sebesar  0,2  kg.  Hasil  pengujian  von mises  bernilai  maksimal  32,68  MPa.  Displacement
terbesar  terjadi  yaitu  bernilai  0,02304  mm.  Lalu safety factor bernilai 15 pada semua bagian objek..
Gambar    13 .  Hasil  pengujian Von  Mises  Stress rangka  saat  komponen  disertai  benda  kerja  dengan beban 0.2 kg
Gambar  14 . Hasil pengujian d isplacement rangka saat  komponen  disertai  benda  kerja  dengan  beban 0.2 kg
Gambar    15. Hasil  pengujian  s afety  factor rangka saat  komponen  disertai  benda  kerja  dengan  beban 0.2 kg
b.  Simulasi rangka disertai  benda kerja dengan beban 0.5 kg
Gambar    16. Hasil  pengujian Von  Mises  Stress rangka  saat  komponen  disertai  benda  kerja  dengan beban 0.5 kg
Gambar    17 .  Hasil  pengujian  Displacement  rangka saat  komponen  disertai  benda  kerja  dengan  beban 0.5 kg
Gambar  18 . Hasil pengujian s afety factor rangka saat komponen disertai benda kerja dengan beban 0.2 kg

## 3.3 Perhitungan analitik
Pada  perhitungan  ini,  konveyor  diberi  beban sebesar  0,5  kg.  Beban  tersebut  merupakan  beban
berat benda kerja maksimal yang dirancang. Berikut merupakan perhitungan teori kesetimbangan :
Analisa benda bebas
Gambar  19 . Diagram benda bebas
Analisa gaya geser Gambar  20 . Diagram gaya geser
Diagram moment
Gambar 21 . Diagram momen meja kerja
Perhitungan  diagram  benda  bebas,  diagram gaya  geser,  dan  diagram  momen  lentur  dapat dikatakan bahwa meja kerja pada kondisi setimbang.

## 4. Kesimpulan
Pada  perancangan  ini  alat  sudah  berfungsi sesuai dengan deskripsi kerja yang telah ditentukan. Semua komponen dapat beoperasi sesuai fungsi dan kebutuhan kerja setiap komponen. Alat sudah dapat mengurangi  mobilitas  kerja  manusia  dan  lebih menitik  beratkan  kepada  kinerja  dari  rangkaian  alat yang ada pada mesin. Pada pengujian komputasional yang  telah  dilaksanakan  didapatkan  3  nilai  utama yang  dijadikan  sebagai  parameter  keamanan  desain mini  rangka  mesin  pemadat  sampah  otomatis  yaitu tegangan  von  mises,  pergeseran,  dan  faktor keamanan.  Dengan  nilai  tegangan  von  mises memiliki  nila  terbesar    30,78  Mpa.  Pergeseran memiliki  nilai  terbesar  0,02311  mm.  Faktor keamanan bernilai 15 pada seluruh objek uji.
Pada  grafik  perbandingan  antara  pembebanan kosong, dengan 0,2 kg dan 0,5 kg dapat disimpulkan bahwa  tegangan  von  mises  yang  dihasilkan  masih dibawah  nilai  yang  telah  disyaratkan.  Faktor keamanan  bernilai  15  pada  seluruh  objek  uji. Dengan  hasil  pengujian  tersebut,  maka  beban  yang diberikan  pada  rangka  dapat  ditambah  hingga  nilai faktor  keamanan  bernilai  5.  Pada  perhitungan analitik yang telah dilaksanakan untuk membuktikan nilai  kesetimbangan  desain  telah  terbukti  bahwa nilai  momen  yang  dihasilkan  adalah  nol.  Dapat dikatakan  bahwa  gaya  yang  terjadi  pada  rangka mesin pemadat sampah plastik stabil.
Berdasarkan  nilai  tegangan  von  mises,  faktor pergeseran,  dan  faktor  keamanan  dari  pengujian komputasional, dan analisis momen pada perhitungan  analitik  dapat  disimpulkan  bahwa desain yang telah dibuat berada pada kondisi aman.

## Referensi
[1]. N.  Marliani,  “Pemanfaatan  Limbah  Rumah Tangga  (Sampah  Organik)  Sebagai  Bentuk Implementasi  Dari  Pendidikan  Lingkungan Hidup,” J. Formulatif ,  vol.  4,  no.  2,  pp  124- 132, 2014
[2]. Londra,  I.M.,  “Sampah  Untuk    Pakan
Ternak,” Warta penelitian dan pengembangan  Pertanian ,  vol.  28,  no  3,  pp. 5-6, 2006
[3]. N. Indah, S. Bahri, and A. Atthariq, “Analisis
Proses Kerja Konveyor Mesin Pemadatsampah Plastik Dengan Pemrograman  Plc,” J.  Infomedia ,  vol.  3,  no.
2, pp. 43–48, Dec. 2018.
[4]. Alchazin,  Syaiful  A.B.,  Modul Autodesk Inventor . Bogor, 2011
[5]. Abdau,  Hakim,  “Perancangan  Alat  Simulasi Mesin  Pneumatik  Pemadat  Sampah  Plastik”, J.  Teknik  Mesin, Universitas  Mercubuana, 2016
[6]. Gelbert  M,  Prihanto  D,  dan  Suorihatin  A. (1996). Konsep Pendidikan
LingkunganHidup  dan    “    Wall    Chart    “. Buku    Panduan    Pendidikan    Lingkunagn
Hidup .  PPPGT  / VEDC, Malang, 1996 [7]. Jahidin, Saddam., Manfaat, Djauhar, “RancangBangun  3D  Konstruksi  Kapal Berbasis Autodesk Inventor  untuk Menganalisa Berat Konstruksi”, Jurnal Teknik Pomits , vol. 2, no. 1, pp 1-6, 2013
[8]. Purwaningrum,
Parmiati, “Upaya Mengurangi  Timbulan  Sampah  Plastik  Di Lingkungan,” JTL .  vol  8,  no.2,  pp  141-147, 2016
[9]. Setyono,  Bambang.,  Mrihrenaningtyas,  & Hamid,  Abdul,  “Perancangan  dan  analisis kekuatan  frame  sepeda  Hibrid  “Trisona” menggunakan  software autodesk    invento,”. J. IPTEK , vol. 20, no. 2, pp 37-46, 2016 [10]. Waguespack,  Curtis, Mastering  Autodesk Inventor  2014  and  Autodesk  Inventor  LT 2014 .  Indianapolis,  Indiana  :  Autodesk Official Press, 2013
[11]. Zainuri,  Ach.  Muhib, Kekuatan  Bahan ,
Yogyakarta : Penerbit Andi, 2006