## ANALISIS KEKUATAN BEBAN RANGKA MESIN PENCACAH PLASTIK DENGAN MATERIAL BAJA ASTM 36 MENGGUNAKAN SOFTWARE SOLIDWORKS
Dimas Oka Stiawan a , Kardiman Kardiman b , Oleh c abc Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang Jln. HS. Ronggo Waluyo, Puseurjaya, Kec. Telukjambe Timur, Kabupaten Karawang, Jawa Barat, 41361 *E-mail: Dimas.stiawan.oka@gmail.com

## Abstract
Plastic  crushing  machine  is  a  machine  used  to  crush  platstic  containers  into  smaller  sizes.  The types of plastic that are destroyed is a bottles and plastic cups used for drinks. But somethis the flakes are still to big to pass through the sieve, so they will be cut again into smaller flakes to pass through the sieve.  The  flakes  that  hahve  passed  through  the  sieve  are  what  we  want.  The  problem  that  will  be discussed  in  this  study  is  whether  the  load  on  the  frame  of  the  plastic  chopping  machine  is  still  safe when loading is carried out and making comparisons between  theoretical calculations and simulations of research methods using load variations ¼, ½, and Full Load. The biggest moment that occurs due to overall load is the Ray and Rby Axis reaction stresses of 643,832 N.m 2 , the largest bending moment that occurs in the frame reaction of the Plastic Chopping machine is in the provision of plastic which is assumed to be 5 Kg from the ful hopper load is 54,75 N.m 2
Kata kunci : Plastic Chopping Machine, Plastic Bottle, Frame, Safety Factor, Deflection, Maximum Stress .

## Abstrak
Mesin  penghancur  plastik  adalah  mesin  yang  digunakan  untuk  menghancurkan  wadah  plastik menjadi ukuran  yang lebih  kecil. Jenis plastik  yang dihancurkan adalah botol dan gelas plastik bekas minuman. Tetapi kadang serpihan masih terlalu besar untuk melewati saringan sehingga akan dipotong lagi  menjadi  serpihan  yang  lebih  kecil  untuk  dapat  melewati  saringan.  Serpihan  yang  telah  melewati saringan itulah yang merupakan hasil yang kita inginkan. Masalah yang akan dibahas pada penelitian ini  adalah  apakah  beban  pada  rangka  mesin  pencacah  plastik  masih  aman  ketika  dilakukan pembebanan  dan  melakukan  perbandingan  antara  hitungan  teoritis  dan  simulasi  metode  penelitian menggunakan  variasi  beban  ¼  ,  ½,  dan  Full  Load.  Momen  terbesar  yang  terjadi  akibat  beban keseluruhan  yaitu  Tegangan  reaksi  Sumbu  Ray  dan  Rby  sebesar  643,832  N.m 2 ,  Momen  lentur terbesar yang terjadi pada Reaksi Frame mesin Pencacah Plastik terdapat pada pemberian Plastik yang di asumsikan 5 kg dari beban full hopper adalah 54,75 N.m 2
Kata  kunci  : Mesin  Pencacah  Plastik,  Botol  Plastik,  Frame,  Safety  Factor,  Defleksi,  Tegangan Maksimal .

## 1. PENDAHULUAN
Mesin  penghancur  plastik  adalah  mesin  yang  digunakan  untuk  menghancurkan  wadah  plastik  menjadi ukuran  yang  lebih  kecil.  Jenis  plastik  yang  dihancurkan  adalah  botol  dan  gelas  plastik  bekas  minuman. Penghancur  plastik  menjadi  serpihan  dapat  melalui  beberapa  tahap  dimana  pada  tahap  pertama  plastik  (dalam hal  ini  percobaan  dengan  menggunakan  plastik  kemasan  air  mineral).  dimasukkan  ke  dalam  mesin  melalui sebuah  hooper  yang  terdapat  pada  mesin  kemudian  plastik  tersebut  akan  dihancurkan  oleh  pisau  menjadi serpihan  yang  kecil  kemudian  baru  akan  disaring,  tetapi  kadang  serpihan  masih  terlalu  besar  untuk  melewati saringan  sehingga  akan  dipotong  lagi  menjadi  serpihan  yang  lebih  kecil  untuk  dapat  melewati  saringan. Serpihan yang telah melewati saringan itulah yang merupakan hasil yang kita inginkan [1].
Agar limbah plastik mudah untuk di proses di Industri, maka limbah plastik harus dalam bentuk tertentu misal  Butiran,  Biji  (pelet)  dan  Serbuk.  Sehingga  diperlukan  mesin  yang  saling  berhubungan  proses  kerjanya, seperti mesin pencacah, mesin injection moulding dan mesin pembuat pellet. Ketiga mesin tersebut khususnya hanya  dapat  dimiliki  oleh  industri  kelas  menengah  dan  besar.  Industri  kecil  hanya  mampu  memiliki  mesin pencacah  plastik  yang  memperoleh  serpihan  kemudian  hasil  serpihan  plastik  tersebut  dijual  kembali  kepada industri menegah dan besar. Di sisi lain dari hasil survey lapangan khususnya daerah Kota Karawang memiliki Potensi  yang  besar  untuk  menghasilkan  butiran  ,  serpihan  plastik  yang  dilakukan  oleh  industri  kecil  untuk mengelola limbah plastik mengingat sampah plastik setiap harinya semakin bertambah [2].
Sebuah  Frame  merupakan  bagian  dari  mesin  pencacah  plastik  yang  berfungsi  menompang  beban, komponen–komponen frame di syaratkan harus kuat, kokoh tahan terhadap getaran atau goncangan, Frame yang kuat  selama  proses  produksi  yang  pada  dasarnya  akan  menahan  beban  pengisian  botol  plastik  lebih  dari  5  kg serta mampu meredam getaran dari motor. Guna memenuhi kebutuhan sesuai dengan cara kerja mesin pencacah plastik yang telah direncanakan, maka dibuat desain frame mesin pencacah plastik yang dapat mendukung cara kerja mesin.
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Hendriyarto, M. S (2015) yang menjelaskan suatu analisis struktur mesin 3 in 1 pembuat kerupuk sermier dengan menggunakan software ansys, mendapatkan hasil pengujian dan kesimpulan  yaitu  menggunakan  meshing  method  hex  dominant.  Mendapatkan  hasil  tegangan  maksimum  pada Upper  Frame  depan  sebesar  5,4789  Mpa.  Lalu  mensimulasi  upper  frame  belakang  yang  diberi  pembebanan sebesar 53,955 N. [3]
Dalam  penelitian  Desendra,  dkk  (2019)  tentang  perancangan  dan  simulasi  tegangan  frame  di  peroleh beragam  hasil  perhitungan  frame  mesin  pengisian  curah  tembakau  dan  mengetahui  pengujian  kekuatan tengangan von mises stress yang terjadi pada frame dengan hasil perhitungan menunjukan bahwa tegangan von mises  yang  terjadi  mencapai  Max  :  0,116  MPa,  dan  displacement  0,00034  mm.  Hasil  simulasi  menunjukkan bahwa  tegangan  von  misses  yang  terjadi  pada  frame  mencapai  Max  :  0.113243  Mpa,  dan  displacement 0.000870669 mm. [1]
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Firmansyah  Burlian,  dkk  (2019).  Dengan  judul  Rancang  Bangun  Alat Penghancur  Sampah  Botol  Plastik  Kapasitas  ±33  Kg/Jam.  Mendapatkan  hasil  Bentuk  susunan  mata  pisau pertama  memiliki  kapasitas  paling  besar  dari  pada  susunan  mata  pisau  kedua  dan  ketiga  yaitu  33,26  kg/jam. Bentuk  susunan  mata  pisau  kedua  memiliki.  ukuran  hasil  potongan  paling  kecil  daripada  susunan  mata  pisau pertama dan ketiga yaitu 4 1- 8.5 cm. dari kekurangan hasil tersebut sama halnya, hanya membahas Ketajaman dan  waktu potongan Mata pisau saja, tanpa adanya analisa  akan  kekuatan beban  maksimal  yang diterima oleh frame mesin. [5]
Sehingga  Untuk  memenuhi  kekurangan  di  atas  penulis  Melakukan  desain  ulang  beserta  uji  tegangan terhadap kekuatan rangka dalam menopang mesin serta hopper in dan out yang menjadi tempat limbah sebelum dan  sesudah  proses  pencacahan  dilakukan.  Maka  lahirlah  penelitian  yang  berjudul  ANALISIS  KEKUATAN BEBAN  RANGKA  MESIN  PENCACAH  PLASTIK  DENGAN  MATERIAL  BAJA  ASTM  A36 MENGGUNAKAN SOFTWARE SOLIDWORKS.

## 2. MATERIAL DAN METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  menggunakan  material  Botol  Plastik,  dan  material  Rangka  Mesin  Pencacah  menggunakan baja ASTM 36, Variasi beban yang digunakan pada penelitian ini antara lain mengacu pada beban botol plastik yang  dimasukan  ke  dalam  hopper  yaitu  :  ¼,  ½,  dan  Full  Load.  Dalam  merancang  suatu  struktur,  harus ditetapkan  prosedur  pemilihan  suatu  material  yang  sesuai  dengan  kondisi  aplikasinya  Kekuatan  bahan  sangat berpengaruh  terhadap  hasil  dari  simulasi.  Selain  itu  juga  kekuatan  bahan  dapat  di  jadikan  acuan  pembanding terhadap  tegangan  yang  terjadi  di  hasil  simulasi.  Dengan  membandingkan  kekuatan  material  dengan  tegangan yang  terjadi  pada  hasil  simulasi,  dapat  diambil  kesimpulan  gagal  tidaknya  rancangan  yang  sudah  di  buat. Material  yang  digunakan  ASTM  A36,  karena  merupakan  baja  struktural,  sehingga  memiliki  sifat  kekuatan tinggi,  kekakuan,  ketangguhan,  dan  sifat  yang  ulet.  Dengan  tabel  1  dan  tabel  2  merupakan  data  material properties dan komposisi kimia dari baja ASTM A36.

## Table 1. Material Properties ASTM 36 (Solidworks 2018)
Material propertis Baja ASTM A36 Steel yield strength ultimate strenght elastic modulus Poisso n’s ratio mass density 250 MPa 400 MPa 200 GPa 0.26 7850

## Table 2. Komposisi Kimia ASTM 36 (Solidworks 2018)

## Komposisi Kimia Baja ASTM A36 Steel
KODE C% Si% Mn% P% S% Baja ASTM A36 0,27 0,4 0,60- 0,90 0,04 0,05 Table 3. Alat Penelitian yang digunakan No. Alat Kegunaan Jangkauan Ukur / ketelitian NST 1. Jangka Sorong Untuk Mengukur Diameter Luar dan Dalam Frame / Hopper Mesin Pencacah Plastik. 0,02 mm Milimeter(mm) 2. Mikrometer Sekrup Untuk mengukur ketebalan dan diameter Frame. 0,01 mm Milimeter (mm) 3. Obeng + dan - Untuk memasang part-part yang tersambung dengan Frame - - 4. Laptop Untuk melakukan simulasi pembebanan pada rangka mesin pencacah plastic. - - Selanjutnya adalah Langkah pengujian :
1. Melakukan pemodelan Geometri rangka mesin pada software Solidworks.
2. Menginput data Material pada Solidworks.
3. Menentukan Fixture.
4. Menentukan Eksternal Load.
5. Melakukan Meshing
6. Menjalankan Proses Simulasi
Gambar 1 Pemodelan Geometri Rangka Mesin Pencacah Plastik (Solidworks 2018)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  bab  ini  akan  dibahas  hasil  perancangan  yang  dilakukan  menggunakan  metode  eksperimen  yang meliputi perancangan dan analisis rangka mesin pencacah plastik dengan diberi beban yang beragam, baik dari beban Hopper atas dan bawah, Mesin motor, beban poros, ataupun beban plastik isi yang nanti akan di tentukan pada  pembahasan  dibawah.  Proses  menggunakan  metode  elemen  hingga  pada  simulasi  Solidworks  agar mengetahui seberapa kuat kekuatan rangka yang telah dirancang dan mengetahui nilai selisih antara perhitungan teoritis dengan metode simulasi . 3.1 Asumsi pada perhitungan Rangka Mesin Pencacah Plastik
Sebelum  menganalisa  Frame  Mesin  Pencacah  Plastik,  dapat  di  asumsikan  terlebih  dahulu  guna mempermudah pesan yang di sampaikan baik pada proses perhitungan ataupun hasil Analisis. Asumsi pada frame dapat dilihat di bawah ini :
 Getaran pada struktur Frame di abaikan
 Frame dalam kondisi diam atau Static
 Beban dinamis di abaikan
 Massa frame di abaikan
 Proses perhitungan kelistrikan diabaikan
 perhitungan pengelasan diabaikan
 Menggunakan material Baja ASTM A36 Steel
 Berat pelastik diasumsikan

## 3.2 Spesifikasi perancangan mesin
Dengan melihat data dimensi pada perancangan yang telah dibuat maka didapat :
 Panjang frame : 600 mm = 0,6 m  Lebar frame : 460 mm = 0,46 m  Tinggi frame : 600 mm = 0,6 m  Profil baja Siku : (35 x 35 x 5) mm  Material rangka : Baja ASTM A36 Steel
Gambar 2 Dimensi Pandangan Depan Rangka (Solidworks 2018)
Gambar 3 Dimensi Pandangan Samping Rangka (Solidworks 2018)

## 3.3 Gaya yang bekerja pada Frame Mesin Pencacah Plastik
Analisis kesetimbangan benda tegar yang terjadi pada frame Mesin Pencacah, dapat diperhatikan pada gambar 4 sebagai penunjang perhitungan yang akan dilakukan. Dengan kondisi pembebanan yang terjadi di asumsikan sebagaimana Point 3
Gambar 4 Gaya yang bekerja pada Frame Mesin Pencacah Plastik (a). Frame mesin pencacah plastik beserta komponennya (b). situasi pembebanan pada rangka mesin pencacah plastik (Solidworks 2018).

## 3.4 Hasil Perhitungan Secara Teoritis dan Hasil Simulasi
Dengan  melihat  penerapan  Material  pada  Frame  mesin  pencacah  Plastik  menggunakan  Baja  ASTM A36, maka dari sifat baja tersebut mempunyai material Propreties dengan nilai Yeild streng (Sy)= 2,500 x 108 N/m2 dan Modulus elastisitas (e) = 2,0 x 1011 N/m2 . Sehingga perhitungan yang dilakukan, meliputi Tegangan izin  material, Momen inersia terhadap bidang Siku, Tegangan normal, Regangan, Safety Factor dan defleksi. Yang akan dibahas pada point dibawah ini:

## A. Hasil Central Of Graviti
Gambar 5 Grafik Hasil COG ( Central Of Graviti) pada Batang Siku
Ketika  nilai  CoG  telah  di  dapat  maka  proses  selanjutnya  mencari  momen  inersia  pada  penampang dengan menghubungkan titik tengah pada masing - masing bidang I dan II.

## B. Mencari Nilai Inersia Pada Bidang I DAN II
- BIDANG I
IX 1 = 1/12 . b . h 3 + A . ( (bidang I) Y ’ ) 2
IX 1 = 1/12  0,005 . (0,03) 3 + (0,005 . 0,03)  . ( 0,02  . 0,01057) 2
IX 1 = 1/12  0,005 . (0,000027) + (0,00015)  . ( 0,00000004469 ) IX 1 = 0,00000001125 + (6,7035 x 10 -12 ) IX 1 = 0,00000001126 m 4
IY 1 = 1/12 . b3 . h  + A . ((bidang I) X ’)2 IY 1 = 1/12  0,0053 . (0,03) + (0,005 . 0,03)  . (0,0025  .  0,01057)2 IY 1 = 1/12  0,000000125 . (0,03) + (0,00015)  . (0,0000000007) IY 1 = 0,00000000031 + (1,05 x 10-13) IY 1 = 0,00000000031 m4
- BIDANG II
IX 2 = 1/12 . b . h 3 + A . ( (bidang II) Y ’ ) 2 IX 2 = 1/12  0,035 . (0,005) 3 + (0,035 . 0,005)  . ( 0,0025  . 0,01057) 2
IX 2 = 1/12  0,035 . (0,000000125) + (0,000175)  . ( 0,000026425 ) IX 2 = 0,00000000438 + (1,225 x 10 -13 ) IX 2 = 0,00000000036 m 4
IY 2 = 1/12 . b 3 . h + A . ( (bidang II) X ’ ) 2
IY 2 = 1/12  (0,035) 3 . (0,005) + (0,035 . 0,005)  . ( 0,0175. 0,01057) 2
IY 2 = 1/12  (0,000042875) . (0,005) + (0,000175)  . ( 0,00000003422 ) IY 2 = 0,00000001786 + (5,9885 x 10 -12 ) IY 2 = 0,00000001787 m 4
SEHINGGA INERSIA POLAR KESELURUHAN ADALAH :
IX = IX 1 + IX 2 IX
= 0,00000001126 m 4 + 0,00000000036 m4 IX
= 0,00000001126 m 4 IY = IY 1 + IY 2 IY = 0,00000000031 m 4 +0,00000001787 m 4 IY = 0,00000001818 m 4 I P = IX + IY I P
= 0,00000001126 m 4 + 0,00000001818 m 4 I P = 0,00000002944 m 4 I P = 2,944 X 10 -8 m 4
Sehingga didapat Nilai Momen inersia pada penampang Siku yang berdimensi 35 x 35 x 5 sebesar 2,944 X 10-8 m 4 , yang nanti akan berguna untuk mencari nilai Tegangan maksimal dan lain- lainnya.
3.5 Tegangan Normal Maksimum
untuk mencari tegangan normal maksimum menggunakan persamaan 4 bahwa dengan keterangan :
M L = 54,75 N.m Y = 0,005 m I = 2,944 X 10 -8 m 4
Dan masukan persamaan di bawah ini : = = =
= 9.298.573,36 N.m 2
Dari  hasil  sefesifikasi  tegangan  izin  material  dengan nilai  125.000.000  N/m 2 sedangkan  hasil yang didapat dari tegangan normal maksimum atas Beban plastik 5 kg sebesar 9.298.573,36 N.m2 Maka  material  Baja  ASTM  A36  di  katakan  aman,  karena  hasil  dari  tegangan  normal  maksimum masih berada di bawah nilai tegangan yang di izinkan material.

## 4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat pada penelitian ini adalah :
Telah  dilakukan  analisis  pembebanan  Momen  kesetimbangan  pada  Mesin  Pencacah  Plastik.  Momen terbesar yang terjadi karna beban full load, reaksi Sumbu Ray dan Rby sebesar 643,832 N.m 2 Mendapatkan Nilai  Safety  Factor  dengan  pemberian  variable  pembebanan  5  kg  plastik  sebesar  26,885  dari  hasil perhitungan manual. 2,5 kg plastik sebesar 27,974 dari hasil perhitungan manual, dan 1,25 kg sebesar 28,52 dari hasil perhitungan manual.
Mendapatkan  Perhitungan  teoritis  secara  manual  dan  secara  simulasi  menggunakan  Software Solidworks,  dengan  asumsi  berat  beban  plastik  5  Kg.  bahwa  dengan  perhitungan  teoritis  pada  Tegangan rangka sebesar 9.298.573,36 N.m 2 serta hasil simulasi pada software sebesar 25.134.430 N.m 2 Mendapatkan
Perhitungan teoritis secara manual dan secara simulasi menggunakan Software Solidworks, dengan asumsi berat beban plastik 2.5 Kg. bahwa dengan perhitungan teoritis pada Tegangan rangka sebesar 8.936.820,65 N.m 2 serta hasil simulasi pada software sebesar 24.504.994 N.m 2
Mendapatkan  Perhitungan  teoritis  secara  manual  dan  secara  simulasi  menggunakan  Software Solidworks, dengan asumsi berat beban plastik 1.25 Kg. bahwa dengan perhitungan teoritis pada Tegangan rangka  sebesar  8.765.285,32  N.m 2 serta hasil  simulasi  pada  software  sebesar  24.190.018  N.m 2 Momen lentur  terbesar  yang  terjadi  pada  Reaksi  Frame  mesin  Pencacah  Plastik  terdapat  pada  pemberian  Plastik yang di asumsikan 5 kg dari beban full hopper adalah 54,75 N.m

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Puji  Syukur  Kehadirat  ALLAH  SWT  yang  telah  memberikan  rahmat  dan  karunia-Nya  kepada  Penulis karna  dapat  menyelesaikan  karya  ilmiah  ini,  Tak  lupa  juga  penulis  mengucapkan  banyak  permintaan  maaf apabila  ada  kosakata  yang  tidak  sesuai,  lalu  yang  terakhir  adalah  ucapan  terima  kasih  kepada  Keluarga  Besar Penulis yang selalu memberi semangat dan Perempuan Spesial yang menemani Penulis sampai detik ini tak lupa juga  Dosen  Unsika  Yaitu  Bp.  Kardiman,  ST.,  MT  dan  Bp.  Oleh,  ST.,  MT  yang  telah  membimbing  dan membantu Penulis dalam membuat / menyelesaikan Karya Ilmiah ini.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
[1]  M. K. T. H. Desendra  Aufana, "Jurnal CRANKSHAFT, Vol. 2 No. 2 September 2019," PERANCANGAN DAN SIMULASI TEGANGAN FRAME , vol. vol.2, pp. 9-16, 2019.
[2]  H.  O.  Wensen,  "Jurnal  Masina  Nipake  Jurusan  Teknik  Mesin," Perancangan  dan  Uji  Konstruksi  Mesin Pencacah , vol. Vol.1, pp. 57-68, 2021.
[3]  M. S. Hendriyarto, TUGAS AKHIR – TM 145502, Surabaya, 2015.
[4]  N. D. A. d. A. E. Latief, "Rancang Bangun Mesin Pencacah Plastik Tipe Gunting," vol. 2, no. 2550-1070, pp. 185-190, 2018.
[5]  I.  Y.  I.  &.  J.  A.  Firmansyah  Burlian,  "Rancang  Bangun  Alat  Penghancur  Sampah  Botol  Plastik  Kapasitas ±33 Kg/Jam," vol. 4, no. 2502-8782, pp. M-17 - M-123, 2019.