## STUDI EKSPERIMENTAL: ANALISA KEGAGALAN RODA GIGI PADA
GEAR BOX MESIN SCREW PRESS KELAPA SAWIT
Taufikurahman 1)* , Ella Sundari 1) , Pratama Pela Krisna 2)
1) Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Sriwijaya
2) Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Produksi dan Perawatan, Politeknik Negeri Sriwijaya Jalan Srijaya Negara, Palembang, Indonesia
* E-mail korespondensi: taufikmesin@yahoo.co.id

## Abstrak
Roda  gigi  merupakan  komponen  penghubung  atau  transmisi  daya  suatu proses  permesinan,  apabila  terjadi  kerusakan  pada  roda  gigi  suatu  mesin  maka hal  ini  megakibatkan  tidak  dapat  berkerja  suatu  mesin.  Dalam  penelitian  ini kerusakan pada roda gigi mesin screw press berbentuk patah dan belah sehingga digunakan  beberapa  pengujian  yaitu  uji  kekerasan,  uji  metalografi  dan  uji komposisi.  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  kerusakan  terjadi  dikarenakan kurangnya  tingkat  kekerasan  pada  roda  gigi  tersebut  dimana  nilai  tingkat kekerasan pada roda gigi mesin screw press adalah 144,457 kg/mm² sedangkan kekerasan  minimal  berdasarkan  ASTM  A291  adalah  berkisar  170 -230  kg/mm². pada uji metalografi juga dapat terlihat juga bahwa terdapat retakan pada struktur material roda gigi mesin screw press yang menyebabkan patah dan belahnya roda gigi.  Uji  komposisi  dilakukan  dan  di  dapat  bahwa  material  roda  gigi  tersebut mengandung  unsur  carbon  yang  cukup  tinggi  yaitu  5,05%,  dengan  nilai  carbon tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  jenis  material  roda  gigi  mesin  screw  press tersebut adalah cast iron dengan penambahan beberapa paduan unsur.
Kata kunci: Roda Gigi, Mesin Screw Press, Gear Box, Brinnel Test, Metalografi,

## Abstract
The gear is a connecting component or power transmission of a machining process, if there is damage to the gears of an engine then this results in the inability to work on a machine. In this study, the damage to the gear of the screw press was broken  and  split  so  that  several  tests  were  used,  namely the  hardness  test,  the metallographic test and the composition test. The results showed that the damage occurred due to the lack of hardness in the gear where the hardness value of the screw  press gear was  144.457 kg /  mm²  while the  minimum hardness based on ASTM A291 was around 170-230 kg / mm². In the metallographic test, it can also be  seen  that  there  are  cracks  in  the  material  structure  of  the  screw  press  gear which causes the teeth to break and split. The composition test was carried out and it  was  found  that  the  gear  material  contained  a  high  enough  carbon  element, namely 5.05%, with this carbon value it could be concluded that the type of gear material  for  the  screw  press  machine  was  cast  iron  with  the  addition  of  several alloys.
Keywords : Gears, Screw Press machine, Gear Box, Brinnel-Test, Metallography

## 1 PENDAHULUAN
Mesin Screw  press merupakan  mesin  yang sangat  berfungsi vital terhadap  proses  produksi minyak  sawit  di  karenakan  mesin screw  press berfungsi  untuk  memeras  berondolan  sawit  yang telah  dicincang  dan  dilumat  dari  gester  untuk mendapatkan  minyak  kasar  kemudian  dilanjutkan proses pemisahan minyak dari digester yang terdiri dari double  screw yang  membawa  massa press keluar  dan  diaplikasikan  tekanan  lawan  yang berasal  dari hydraulic  double  cone ,  buah – buah yang telah diaduk secara bertahap dengan bantuan
pisau – pisau pelempar dimasukkan kedalam feed screw  conveyor dan  mendorongnya masuk kedalam mesin pengempa ( twin screw press ). Oleh adanya  tekanan screw yang  ditahan  oleh cone massa tersebut diperas sehingga melalui lubang – lubang press cage minyak dipisahkan dari serabut dan  biji,  Selanjutnya  minyak  menuju  stasiun klarifikasi  sedangkan  ampas  dan  biji  masuk kestasiun  kernel.  Dari  penjelasan  tersebut  dapat kita lihat bahwa pentingya mesin screw press pada produksi minyak kelapa sawit Gear merupakan  komponen  yang  sangat penting dalam suatu permesinan di karenakan gear merupakan  komponen  penghubung  penggerak
yang berputar yang bergunaan untuk mentransmisikan  daya  suatu  mesin,  Seiring perkembangan  teknologi  roda  gigi  telah  banyak mengalami  perubahan,baik  dari  segi  geometri maupun  bahannya  yang  telah  disesuaikan  pada kegunaan  roda  gigi  tersebut.  Pada  konstruksi mekanik yang memerlukan gerak yang mengkombinasikan beberapa komponen alat  yang tergabung  dengan  cara  menggunakan  roda  gigi. Oleh  karena  tak salah  jika  roda  gigi  banyak ditemukan di permesinan yang melakukan gerakan dengan beberapa komponen mesin termasuk juga pada mesin screw press kelapa sawit. Pada jaman sekarang roda gigi telah banyak mengalami  perubahan  dari  segi  bahannya  yang telah  disesuaikan  dengan  fungsi  dan  kegunaan roda gigi tersebut. Dalam hal ini roda gigi yang akan di  analisa  menggunakan  bahan  baja  cor.  Baja  cor merupakan paduan antara besi (Fe) dengan karbon (C)  sebagai  komposisi  utama  dan  dibuat  dengan proses pengecoran. Bahan baku untuk  pengecoran baja cor adalah baja karbon atau baja paduan yang diproduksi  oleh  pabrik  baja  dalam  bentuk wrought product atau  baja  rol.  Pada  baja  cor  saat  proses pengecoran  ditambahkan  sulfur  dan  posfor  untuk meningkatkan  mampu  alir.  Pada  baja  cor kandungan  sulfur  dibatasi  maksimum  0,06%  dan posfor 0,05% untuk mencegah terjadinya inklusi.
Dalam hal ini terjadi kerusakan pada roda gigi mesin screw  press kelapa  sawit,  roda  gigi  mesin screw  press tersebut  mengalami  patah  dan  belah yang  membuat  berhentinya  mesin screw  press tersebut  beroperasi,  melihat  hal  tersebut  penulis membuat  riset  yang  bertujuan  menganalisa penyebab  terjadinya  kerusakan  pada  roda  gigi mesin screw  press kelapa  sawit  terutama  pada sifat-sifat makanik dengan metode eksperimen.

## 2. BAHAN DAN METODE
Untuk  mempermudah  dalam  penelitian seperti pada gambar 1.
Gambar 1 . Diagram Alir Penelitian

## 2.1 Alat
Dalam Proses penelitian ini, dibutuhkan alat- alat  baik kelengkapan  eksperimen  maupun  alat uji antara lain sebagai berikut:
a. Mesin Uji Kekerasan ( Brinnel ) b. Mesin Uji SEM / EDS c. Profil Proyektor
d. Gerinda
e. Mesin Gergaji Potong
f. Jangka Sorong
g. Mesin Surface Grinding

## 2.2 Bahan
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah sampel dari potongan roda gigi mesin screw press dengan  diameter  60  cm  yang  di  jadikan sebagai  spesimen,  bahan  roda  gigi  mesin screw press itu sendiri adalah cast iron .
Tidak
2.3 Pengujian
2.3.1 Uji Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan untuk mengetahui  kekerasan  pada  suatu  material yaitu  roda  gigi  mesin screw  press .  Pada penelitian ini menggunakan metode Brinell.
2.3.2 Uji Metalografi Pengujian metalografi dilakukan untuk melihat struktur makro dan mikro agar dapat mengidentifikasi  penyebab  kerusakan  yang terjadi  pada  roda  gigi  mesin screw  press kelapa sawit
2.3.3 Uji Komposisi Pengujian komposisi dilakukan untuk mengetahui  kandungan  unsur  unsur  logam yang  terdapat  pada  roda  gigi  mesin screw press .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Uji Kekerasan Brinell
Pengambilan data dalam pengujian kekerasan Brinell dilakukan pada permukaan benda uji  dengan  dilakukan  3  titik  pengujian  yaitu  titik  A pada gigi roda gigi, titik B pada pitch roda gigi, dan titik  C  pada  badan  roda  gigi.  Pengujian  ini menggunakan  indentor  bola  baja ∅ 2,5mm  dengan beban  187,5  kg,  berikut  ini hasil  dari  pengujian kekerasan brinell.
Tabel 1 . Perhitungan kekerasan Brinnel
Titik Spesimen dr (mm) BHN (kg/mm²) BHNr (kg/mm²) A 1 1,136 170,610 172,883 2 1,136 174,988 3 1,141 173,050 B 1 1,26 140,082 142,192 2 1,251 142,153 3 1,243 144,342 C 1 1,381
114,833
118,298 2 1,346 5 121,241 3 1,359 118,821
Berdasarkan  pada  tabel 1 menunjukan  nilai kekerasan dari setiap titik yang di uji yaitu terdiri dari titik  A  dilakukan  pada  daerah  gigi  roda  gigi,  titik  B dilakukan  pada  daerah pitch roda  gigi,  dan  C dilakukan  pada  daerah  badan  roda  gigi,  sehingga dapat  dilihat  bahwa  rata-rata  nilai  kekerasan  pada titik A sebesar 172,883 kg/mm², pada titik B sebesar 142,192 kg/mm², dan pada titik C sebesar 118,298 kg/mm².
Gambar 3 . Nilai Kekerasan Brinnel Roda Gigi
Gambar 3, hasil pengujian kekerasan brinell pada roda gigi mesin screw press menunjukan nilai yang berfariatif pada setiap titiknya yaitu titik A, titik B  dan  titik  C  dengan  3  spesimen  berbeda.  Pada hasil  pengujian  kekerasan  brinell  roda  gigi  mesin screw  press di  dapat  nilai  kekerasan  tertinggi terdapat pada titik A yaitu pada daerah gigi roda gigi mesin screw press dengan  nilai  172,883  kg/mm², dan  nilai kekerasan terendah terdapat  pada titik C dengan nilai 118,298 kg/mm².
Berdasarkan  data  dari  hasil  pengujian kekerasan brinell di atas dapat di simpulkan bahwa tidak meratanya kekerasan pada seluruh permukaan  roda  gigi,  dapat  dilihat  kekerasan tertinggi hanya berada pada gigi roda gigi tersebut dan pada badan roda gigi sangatlah rendah tingkat kekerasanya, hal ini disebabkan karena hanya ada perlakuan  pada  gigi  roda  gigi  saja  tidak ke  semua permukaan roda gigi sehingga tingkat kekerasannya  tidak  merata,  hal  ini  juga  dapat  di sebabkan karena kesalahan dalam proses produksi roda  gigi  tersebut,  karena  tidak  meratanya kekerasan pada roda gigi tersebut dapat mengakibatkan roda gigi menjadi patah atau retak. Adapun  sebagai  berikut  hasil  dari  pengujian kekerasan brinell pada roda gigi yang di bandingkan dengan standard ASTM A291, pada tabel 2.
Tabel 2 . Perbandingan Hasil Uji Kekerasan Dengan Standard ASTM A291
No Titik Pengujian Hasil Pengujian (BHN) Standard ASTM A291 (Brinell Hardness Number Range for Gears) 1 Titik A 172,883 Grade 1 170 to 223 2 Titik B 142,192 3 Titik C 118,298
Dapat  dilihat  pada  tabel 2 bahwa  angka terendah  dari  standard  ASTM  A291  Adalah  170 sedangkan  nilai  tertinggi  dari  hasil  pengujian kekerasan brinell pada roda gigi mesin screw press berada  pada  titik  A  dengan  Nilai  172,883  kg/mm², dan  pada  titik  B  dan titik  C  tidak  masuk  dalam
172.883 142.192 118.298 0 50 100 150 200 A B C BH N (k g/m m ²) Titik Pengujian
standard  kekerasan  brinell  dengan  nilai  142,192 kg/mm² dan 118,298 kg/mm².
Hal  ini  dapat  terjadi  karena  tidak  meratanya kekerasan  permukaan  roda  gigi  yang  disebabkan oleh  kurangnya  perlakuan  terhadap  roda  gigi  itu sendiri  dan  juga  dapat  disebabkan  dari  kesalahan pemilihan material serta proses produksi roda gigi.

## 3.2 Uji Metalografi SEM/EDS
Pengujian metalografi
dilakukan menggunakan  SEM/EDS,  dalam  pengujian  ini ukuran material yang digunakan adalah 18 x 19 x 7 mm, dalam hal ini perbesaran yang dilakukan ada 4 macam  yaitu  1000X,  2000X,  5000X,  dan  10000X perbesaran, berikut merupakan hasil dari pengujian metalografi pada roda gigi mesin screw press .
1000X 2000X 5000X         10000X Gambar 4 . Uji Metalografi SEM / EDS
Setelah  dilakukan  pengujian  metalografi dengan SEM ( Scanning Electron Microscopy ) pada spesimen  roda  gigi  mesin screw  press dengan perbesaran  1000X,  2000X,  5000X,  dan  10000X seperti terlihat pada gambar di atas. Pada gambar 4  dapat  kita  lihat  bahwa  terdapat  retakan  pada struktur material roda gigi mesin screw press , hal ini dapat terjadi dikarena kesalahan pemilihan material roda  gigi  dan  tidak  terikatnya  unsur-unsur  yang terdapat  pada  struktur  material  serta  tidak  adanya proses  perlakuan  panas pada  material  roda  gigi mesin screw press kelapa sawit.
3.3 Uji Komposisi SEM/EDS
Pengujian
Komposisi
dilakukan
menggunakan  SEM/EDS,  dalam  pengujian  ini ukuran material yang digunakan adalah 18 x 19 x 7 mm.  berikut  adalah  hasil  dari  uji  komposisi spesimen roda gigi mesin screw press .
Tabel 3. Hasil Uji Komposisi No. Unsur Simbol Persentase % 1 Iron Fe 82,40 2 Samarium Sm 6,38 3 Carbon C 5,05 4 Cobalt Co 3,98 5 Chromium Cr 1,20 6 Manganese Mn 0,64 7 Silicon Si 0,35
Dari  hasil  pengujian  komposisi  di tabel  3, terdapat  7  unsur  yang  ada  pada  roda  gigi  mesin screw  press yang  di  dominasi  oleh  (Co),  (C),  dan (Sm).  Dilihat  dari  unsur  yang  ada  pada  tabel
komposisi tersebut bahwa material ini termasuk ke dalam baja cor ( cast  iron )  di  karenakan  tingkat persentase  carbon  yang  sangat  tinggi  yaitu mencapai  (5,05%).  Penambahan  unsur  chromium (Cr)  ini  adalah  untuk  menambah  sifat  keuletan, kekerasan  dan  ketahanan  material  terhadap  aus, sehingga material akan mempunyai sifat yang lebih baik. Penambahan unsur paduan silicon (Si) adalah untuk  meningkatkan  sifat  elastisitas  dari  suatu material. Penambahan paduan samarium (Sm) dan Cobalt (Co) adalah untuk meningkatkan ketahanan terjadap  panas,  aus  dan demagenitas saat temperature operasional yang tinggi. Penambahan unsur  manganese  (Mn)  membuat  baja  menjadi mengeras  yang  mana  kulit  dari  struktur  yang  di keraskan  akan  muncul  jika  penambahan  (Mn) dalam jumlah yang besar.
Berdasarkan  data  hasil  uji  komposisi  roda gigi  mesin screw  press dengan  menggunakan SEM/EDS  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa material  yang  di  gunakan  dalam  pembuatan  roda gigi mesin screw press ini adalah cast iron , yang di padukan  dengan  samarium  dan  cobalt  yang bertujuan untuk meningkatkan ketahanan terhadap panas,  aus,  dan demagenitas ,  namun  pada dasarnya kelemahan dari cast iron adalah material tersebut lebih getas dan kekuatan bahan yang lebih rendah, sehingga memungkinkan terjadi crack pada roda  gigi  saat  sedang  beroperasi.  Kemudian  pada material  roda  gigi  mesin screw  press tersebut memiliki presentase silicon (Si) yang sangat rendah yaitu  0,35%  sehingga  mengakibatkan  kurangnya elastisitas pada roda gigi tersebut.

## 4 KESIMPULAN
Hasil Penelitian mendapatkan terjadinya kerusakan pada  roda  gigi  mesin  screw  press  kelapa  sawit  di karenakan  kesalahan  pemilihan  bahan,  dan  tidak adanya  proses  perlakuan  panas  yang  membuat kurangnya  kekerasan  dan  keuletan  dari  roda  gigi mesin  screw  press  tersebut  sehingga  terdapat retakan  retakan  seperti  gambar  4  metalografi  dan retakan  tersebut  membesar  dan  membuat  patah dan  belah  pada  roda  gigi. Nilai  tingkat  kekerasan pada roda gigi  mesin screw press berada di bawah standard nilai kekerasan ASTM A291, di mana nilai kekerasan  roda  gigi  mesin screw  press adalah 144,457  kg/mm²  sedangkan  kekerasan  minimal berdasarkan ASTM A291 adalah berkisar 170–230. Hal  ini  di  sebabkan  karena  tidak  adanya  proses perlakuan panas pada roda gigi mesin screw press kelapa  sawit. Serta Roda  gigi  mesin screw  press kelapa sawit tersebut terbuat dari material cast iron dengan carbon yang cukup tinggi yaitu sekitar 5,05 %  ,  dengan  penambahan  paduan  Samarium  (Sm) dan  Cobalt  (Co)  yang  bertujuan  meningkatkan ketahanan terhadap panas, aus, dan demagenitas .
Namun material tersebut lebih getas dan kekuatan bahan yang rendah sehingga dapat mengakibatkan crack.

## DAFTAR PUSTAKA
Danarbroto,  Heru.  2017. Analisa  kegagalan  patah lelah  pada  roda  gigi. Jurnal  Teknik  Mesin, Fakultas  Teknik  Universitas  Pandanaran. Volume 18, Nomor 6. Semarang.
Docplayer,  2017. Dasar  Teori  Baja  Cor. https://docplayer.info/38618092-Bab-ii- dasar-teori-ii-1-baja-cor-steel-casting.html.
(di akses Januari 2020).
Fiatno A, Aprizal. 2016. Analisa kegagalan roda gigi lurus (spur gear) pada mesin kempa (screw press) dan pencegahannya. Jurnal Fakultas Teknik Universitas pasir
pengaraian. Volume 8, Nomor 3. Riau.
Hasballah  T,  Enzo  W.B.  2018. Pengaruh  tekanan screw press  pada  proses  pengepresan daging buah menjadi crude palm oil. Jurnal Darma  Agung.  Jurusan  Teknik  Mesin Universitas  Darma  Agung.  Volume  XXVI, Nomor 1. Medan.
Orlando, Geovani, 2012. Mesin Screw Press Pada Pabrik Kelapa Sawit. http://geovaniorlando.blogspot.com/2012/1 2/mesin-screw-press-pada-pabrik- kelapa.html. ( di akses Januari 2020).
Sirajuddin, Awal Syahrani. 2010. Analisis eksperimental ciri kerusakan roda gigi lurus berbasis spectrum getaran. Jurnal Smartek, jurusan  Teknik  Mesin  Fakultas  Teknik Universitas Tadulako. Volume 8, Nomor 3. Palu.
Subekti,  Purwo.  2010. Analisa  kerusakan  short drive  shaft  kempa  ulir  pada  pabrik  kelapa sawit. Jurnal  Aptek,  Jurusan  mesin  dan peralatan  pertanian Universitas Pasir Pangaraian. Volume 3, Nomor 1. Riau.
Surya I, Alqipti D M. 2017. Analisa Perlakuan Panas Terhadap  Kekerasan  dan  Struktur  Mikro Pada  Baja  Cor. Jurnal  Teknik  Mesin  UBL, Jurusan  Teknik  Mesin  Universitas  Bandar Lampung. Volume 5, Nomor 1. Lampung