## Jurnal Dinamis
Vol. 9, No. 1 , Bulan Tahun | 06 -21 ISSN : 0216-7492, e-ISSN : 2809-3410
Homepage :  https://talenta.usu.ac.id/dinamis

## ANALISA KOMPUTASIONAL TERMAL DAN STRESS LINEAR AKTUATOR TELESKOP GALAH KELAP SAWIT
Fausta Nicander Maha 1* , Muhammad Sabri 2 , Arif Fadillah Nasution 3 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jalan Dr. T. Mansyur No. 9, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota Medan, Sumatera Utara 20222, Indonesia *Email: faustanicandermaha@gmail.com

## ABSTRAK
Linear aktuator merupakan sebuah komponen yang dirancang untuk menggerakan pisau pada alat pemanen kelapa sawit. Peneliti akan menganalisa Linear Aktuator pada alat pemanen buah kelapa sawit  yang  telah  dirancang  oleh  tim harvesting  palm  tool. Tujuan  dari  penelitian  ini  ialah  untuk mengetahui nilai tegangan, distribusi suhu, dari Linear Aktuator.Metode yang digunakan metode komputasional.  Prosedur  analisa  dengan  cara  melakukan  simulasi  terhadap  beberapa  titik  pada Linear Aktuator  menggunakan software ansys dan solidwork .  Dari  hasil  simulasi  didapat perubahan suhu pada aktuator meningkat secara linear dimana suhu tertinggi pada shaft berada di koil  (lokasi  2)  dengan  suhu 65,63°C  dan pada casing berada  di casing yang  bersentuhan  dengan rumah  koil  (lokasi  2)  dengan  suhu  sebesar  63,04°C  lalu  pada  analisa  tegangan  nilai  tekanan maksimum pada 1 st principal stress sebesar 1.764 MPa dan pada 3 rd principal stress nilai tekanan maksimum  sebesar  0.609  MPa.  Dari  hasil  simulasi  yang  dilakukan Linear Aktuator  aman digunakan pada alat pemanen kelapa sawit.
Kata kunci: Linear aktuator, Stress , Termal, Ansys , Solidwork

## ABSTRACT
Linear  actuator  is  a  component  that  is  designed  to  move  the  knife  on  a  palm  oil  harvester. Researchers  will  analyze  the  Linear  Actuator  on  the oil  palm  fruit  harvesting  tool  that has  been designed by the palm tool harvesting team. The purpose of this study is to determine the value of stress, temperature distribution, of Linear Actuator. The method used is the computational method. The  analysis  procedure  is  by  simulating  several  points  on  the  Linear  Actuator  using  Ansys  and Solidwork software. From the simulation results, the temperature change in the actuator increases linearly where the highest temperature on the shaft is in the coil (location 2) with a temperature of 65.63  °  C  and  the  casing  is  in  the  casing  in  contact  with  the  coil  housing  (location  2)  with  a temperature of 63, 04 ° C and then in the stress analysis the maximum pressure value for the 1st principal stress is 1.764 MPa and for the 3rd principal stress the maximum pressure value is 0.609 MPa. From the simulation results, the Linear Actuator is safe to use in oil palm harvesters.
Keywords: Linear actuator, Stress, Termal, Ansys, Solidwork

## PENDAHULUAN
Kelapa  sawit  di  Indonesia  saat  ini  merupakan  komoditas  primadona  yang  mana  luasnya  terus berkembang  dan  tidak  hanya  merupakan  monopoli  perkebunan  besar  negara  atau  perkebunan  besar swasta  saja.  Saat  ini  perkebunan  rakyat  juga  sudah  berkembang  dengan  pesat.  Salah  satu  faktor  yang paling banyak mempengaruhi pertumbuhan dan produktivitas kelapa sawit ini adalah faktor panen. Untuk memenuhi kebutuhan panen ini dibutuhkan sebuah peralatan sebagai sarana penunjang pekerjaan dalam hal pemanenan buah kelapa sawit, maka perlu adanya suatu alat bantu pemanenan untuk mempermudah pekerjaan yang dilakukan dan tentunya dengan mempertimbangkan masalah kesehatan dan keselamatan
kerja  serta  ramah  terhadap  lingkungan.  Sebelumnya  memang  sudah  ada  inovasi-inovasi  mengenai peralatan pemanenan buah kelapa sawit ini tetapi masih banyak terdapat kelemahan-kelemahan.
Pada pembuatan alat pemanen kelapa sawit ini, penulis merancang alat ini dengan memanfaatkan sistem linear actuator yang merupakan rancangan sebuah alat yang sederhana dan sangat bermanfaat bagi perusahaan  maupun  perorangan  pada  sektor  perkebunan  kelapa  sawit  dengan  perancangan  desain  yang ringan.  Perancangan  produk  alat  pemanen  TBS  ini  masih  dalam  skala  kecil  dengan  kemampuan  kerja yang ringan dengan konsep yang sangat sederhana

## TEORI DASAR

## 2.1 Motor Listrik
Motor  listrik adalah  alat  untuk  mengubah  energi listrik menjadi  energi  mekanik.  Perubahan  ini dilakukan  dengan  mengubah  tenaga  listrik  menjadi  magnet  yang  disebut  sebagai  elektro  magnet. Mekanisme kerja motor listrik untuk seluruh jenis motor secara umum sama [1] . Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya, jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop ,  maka  kedua  sisi loop , yaitu  pada  sudut kanan  dari medan magnet,  akan  mendapatkan  gaya pada arah  yang  berlawanan,  pasangan  gaya  menghasilkan  tenaga  putar  / torque untuk  memutar  kumparan, Motor-motor  memiliki  beberapa loop pada  dinamonya  untuk  memberikan  tenaga  putaran  yang  lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

## 2.2 Perpindahan Panas
Perpindahan  panas  adalah  salah  satu  disiplin  ilmu  teknik  termal  yang  mempelajari  cara menghasilkan panas,menggunakan panas, mengubah panas,dan menularkan panas di antara sistem fisik. Dengan kata lain perpindahan panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda temperatur antara daerah-daerah tersebut. Energi tersebut berpindah dari sistem  yang  bertemperatur  tinggi  ke  sistem  bertemperatur  rendah.  Perbedaan  temperatur  ini  mutlak diperlukan  sebagai  syarat  terjadinya  perpindahan  panas.  Selama  ada  perbedaan  temperatur  antara  dua sistem  maka  akan  terjadi  perpindahan  panas.  Mekanisme  perpindahan  panas  yang  terjadi  dapat dikategorikan atas 3 jenis yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi.

## 2.2.1 Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan panas melalui zat padat yang tidak ikut atau  tidak  disertai  dengan  perpindahan  partikel-partikelnya.  Peristiwa  konduksi  sangat  erat  kaitannya dengan  daya  hantar  kalor  suatu  zat.  Daya  hantar  kalor  suatu  zat  adalah  kemampuan  zat  untuk menghantarkan  panas  (kalor).  Artinya  suatu  zat  yang  daya  hantar  kalornya  tinggi  lebih  cepat menghantarkan  panas.  Perpindahan  panas  secara  konduksi  pada  umumnya  terjadi  pada  benda  padat berbahan logam [2] .

## 2.2.2 Perpindaahan Panas Konveksi
Perpindahan  panas  konveksi  adalah  perpindahan  kalor  atau  panas  yang  disertai  dengan perpindahan  zat  perantaranya.  Konveksi  sedikit  mirip  dengan  konduksi,  bedanya  konduksi  merupakan perpindahan  panas  tanpa  disertai  zat  perantara  sedangkan  konveksi  merupakan  perpindahan  panas  yang diikuti  zat  perantaranya.  Syarat  utama  mekanisme  perpindahan  panas  konveksi  adalah  adanya  aliran fluida [2] .

## 2.2.3 Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas yang tidak membutuhkan media perantara baik itu solid ataupun fluida.
Energi yang di transfer dengan radiasi adalah yang tercepat (secepat kecepatan cahaya) dan dapat terjadi di ruangan vakum [2] .

## 2.3 Tegangan (Stress)
Tegangan  dalam  suatu  elemen  mesin  adalah  besarnya  gaya  yang  bekerja  tiap  satuan  luas penampang. Pada umumnya tegangan adalah gaya dalam yang bekerja pada luasan yang kecil tak hingga pada sebuah potongan dan terdiri dari bermacam-macam besaran dan arah [3] . Tegangan dapat diketahui dengan melakukan pengujian, dan besarnya kekuatan sangat tergantung pada jenis material yang diuji.

## 2.3.1 Tegangan Normal
Tegangan normal adalah intensitas gaya yang bekerja normal (tegak lurus) terhadap irisan yang mengalami tegangan [4] . Bila gaya gaya luar yang bekerja pada suatu batang yang sejajar terhadap sumbu
utamanya  dan  potongan  batang  penampang  tersebut  konstan,  tegangan  internal  yang  dihasilkan  adalah sejajar pada sumbu-sumbu tersebut.
Kekuatan  dari  gaya  tarik  dapat  diperoleh  dengan  melakukan  percobaan  uji  tarik  terhadap spesimen  yang  mempunyai  luas  penampang  A  dan  panjang  L,  seperti  Spesimen  dijepit  pada  mesin  uji, lalu  diberikan  gaya  tarik  berlawanan  arah,  hingga  spesimen  tersebut  putus.  Spesimen  tersebut  akan mengalami  yang  disebut  pertambahan  panjang  (∆L)  dan  pengecilan  luas  penampang  pada  bagian  yang memiliki kekuatan yang lebih besar.

## 2.3.2 Tegangan Geser
Tegangan geser adalah tegangan yang bekerja sejajar dengan bidang pembebanan [4] . Tegangan geser terjadi jika suatu benda bekerja dengan dua gaya yang berlawanan arah, tegak lurus sumbu batang, tidak  segaris  gaya  namun  pada  penampangnya  tidak  terjadi  momen.  Tegangan  ini  banyak  terjadi  pada konstruksi.

## 2.3.3 Tegangan Ijin
Tegangan  ijin  adalah  tegangan  yang  terjadi  akibat  pembebanan  yang  berlangsung  tak  terbatas lamanya pada elemen mesin tanpa mengakibatkan terjadinya kepatahan maupun perubahan bentuk yang menuju  ke  kerusakan.  Pemilihan  tegangan  ijin  sangat  menentukan  untuk  menghitung  dan  memeriksa kembali ukuran dari elemen mesin.
Untuk menghitung tegangan ijin dapat digunakan persamaan berikut :
𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑖𝑗𝑖𝑛 (𝜎𝑖𝑗𝑖𝑛) 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚(𝜎𝑚𝑎𝑘𝑠) 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑎𝑚𝑎𝑛𝑎𝑛 (𝑛) …….(2.1)

## 2.4 Faktor Keamanan (Safety factor)
Safety factor adalah faktor yang menunjukkan tingkat kemampuan suatu bahan teknik menerima beban dari luar, yaitu beban tekan maupun tarik. Gaya yang diperlukan agar terjadi tingkat optimal bahan di  dalam  menahan  beban  dari  luar  sampai  akhirnya  menjadi  pecah  disebut  dengan  beban ultimate (ultimate  load) .  Dengan  membagi  beban  ultimate  ini  dengan  luas  penampang,  kita  akan  memperoleh kekuatan ultimate  (ultimate  strength) atau  tegangan ultimate  (ultimate  stress) dari  suatu  bahan.  Untuk desain  bagian–bagian  struktur  tingkat  tegangan  disebut  tegangan  ijin (alloweble  stress) dibuat  benar  – benar  lebih  rendah  dari  pada kekuatan  ultimate yang  diperoleh  dari  pengujian  “statis”.  Hal  ini  penting untuk berbagai pertimbangan. Karena tegangan dikalikan luas sama dengan gaya, maka tegangan ijin dari ultimate dapat  diubah  dalam  bentuk  gaya  atau  beban  yang  diijinkan  dan ultimate yang  dapat  ditahan. Tingkat  ketidakpastian  juga  merupakan  hal  penting  yang  menentukan  nilai  faktor  keamanan  yang digunakan.  Ada  beberapa  tingkat  ketidakpastian  yang  harus  dipertimbangkan  untuk  elemen  yang mendapatkan  beban  statis  yaitu  tingkat  ketidak  pastian  beban,  tingkat  ketidakpastian  kekuatan  material, tingkat  ketidakpastian  desain  dan  analisis,  konsekuensi  kegagalan  keamanan  manusia  dan  ekonomi. Selain  itu  faktor  ekonomi  atau  biaya  yang  dibutuhkan  juga  merupakan  pertimbangan  utama  dalam menentukan faktor keamanan. Angka numerik faktor keamanan yang disarankan  sesuai dengan beberapa parameter dan tingkat ketidakpastian akan ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Faktor Keamanan Yang Disarankan Dalam Perancangan [3]
No  Faktor Keamanan disarankan Parameter dan tingkat ketidakpastian 1 Sf=1,25- 1,5 Kondisi terkontrol dan  tegangan  yang bekerja dapat ditentukan dengan pasti. 2 Sf=1,5-2,0 Bahan  yang  sudah diketahui, kondisi lingkungan beban dan  tegangan  yang tetap dan dapat ditentukan dengan mudah. 3 Sf=2,0-2,5 Bahan yang beroperasi secara
rata-rata dengan Batasan  beban  yang diketahui. 4 Sf=2,5-3,0 Bahan yang diketahui tanpa mengalami  tes.  Pada kondisi  beban  dan tegangan rata-rata. 5 Sf=3,0-4,5 Bahan  yang  sudah diketahui. Kondisi beban,  tegangan  dan lingkungan yang tidak pasti. 6 Beban  berulang:  angka  angka  yang disarankan  diatas  dapat  digunakan tetapi dengan endurance limit sebagai significant strength. 7 Beban  impak:  angka-angka  yang disarankan  di  atas  dapat  digunakan tetapi factor impak harus dimasukkan. 8 Materia  getas:  angka-angka  yang disarankan  di  atas  dikalikan  dua untuk  material  getas, dimana faktor keamanan dihitung terhadap ultimate strength. 9 SF=1,25-2 Beban statis 10 SF=2-3 Beban dinamis 11 SF=3-5 Beban kejut
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Pengujian dan Analisis
3.1.1 Termal
3.1.1.1 Simulasi Termal Pada Shaft

## Gambar 3.1 Simulasi Panas Pada Shaft
Gambar 3.1 merupakan pengukuran termal pada Shaft disimulasikan pada 3 titik dengan waktu 300 detik dengan interval waktu 30 detik yang di bagi pada 10 step.

## Tabel 3.1 Suhu Vs Waktu Pada Shaft
Temperature on Shaft Time Location 1 Location 2 Location 3 30 30.68 30.69 28.00 60 34.46 34.49 28.00 90 38.55 38.65 28.00
0 20 40 60 80 30 60 90 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 0 3 0 0 S U H U ( ° C ) WAKTU (t) Lokasi 1
Lokasi 2 Lokasi 3 120 42.67 42.86 28.00 150 46.71 46.99 28.00 180 50.66 50.99 28.00 210 54.51 54.85 28.00 240 58.27 58.57 28.00 270 61.50 62.16 28.00 300 65.57 65.63 28.00
Gambar 3.2 Grafik Suhu Vs Waktu Pada Shaft
Pada  Gambar  3.2  menunjukkan  suhu  pada shaft meningkat  secara linear dan  suhu  tertinggi berada di lokasi 2 dengan nilai 65.63°C. 3.1.1.2 Simulasi Termal Pada Casing

## Gambar 3.3 Simulasi Panas Pada Casing
Gambar 3.3 merupakan pengukuran termal pada Casing disimulasikan pada 3 titik dengan waktu 300 detik dengan interval waktu 30 detik yang di bagi pada 10 step.

## Tabel 3.2 Suhu vs Waktu Pada Casing
Temperatur on Casing Time Location 1 Location 2 Location 3 30 29.29 31.32 28.00 60 31.28 35.24 28.30 90 33.57 39.23 28.50 120 35.98 43.15 28.70 150 38.43 46.96 28.11 180 40.88 50.62 28.19 210 43.31 54.15 28.30 240 45.73 57.56 28.44 270 48.11 60.85 28.62

## Gambar 3.4 Grafik Suhu Vs Waktu Pada Casing
Pada  Gambar  3.4  menunjukkan  suhu  pada shaft meningkat  secara linear dan  suhu  tertinggi berada di lokasi 2 dengan nilai 64.04°C. 3.2 Stress Analysis 3.2.1    1 st Principal Stress
Gambar 3.5 1 st Principal Stress
Gambar 3.5 menunjukkan tampilan dari 1 st principal stress yang disimulasikan dan mendapatkan tegangan maksimal sebesar 1.764 MPa.

## 3.2.2
3 rd Principal Stress
Gambar 3.6 3 rd Principal Stress
Gambar  3.6  menunjukkan  tampilan  dari  nilai 3 rd principal  stress yang  disimulasikan  dan mendapatkan tegangan maksimal sebesar 0.609 MPa.
3.3 Safety factor
Dengan  mendapatkan  nilai safety  factor dari linear aktuator  kita  dapat  mengetahui  tingkat keamanan  dari  benda  tersebut. Safety  factor dinilai  dari  0-15  dengan  0  nilai  terendah  dan  15  nilai tertinggi.
0 50 100 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 S U H U ( ° C) WAKTU (t) Lokasi 1
Lokasi 2 Lokasi 3 300 50.47 64.04 28.84

## Gambar 3.7 Safety Factor
Gambar 3.7 menunjukkan nilai safety factor ini maksimal yaitu 15 dengan skala nilai  0 sampai 15 yang berarti aman.

## KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
1. Perubahan  suhu  pada  aktuator  selama  pemotongan  meningkat  secara linear yang  dimana  suhu tertinggi pada shaft berada di di koil (lokasi 2) dengan suhu sebesar 65,63 ℃ dan pada casing berada di casing yang bersentuhan dengan rumah koil (lokasi 2) dengan suhu sebesar 63,04ºC.
2. Nilai  tegangan  terbesar  yang  dihasilkan  dari 1 st principal  stress adalah  1.764  MPa,  dan  pada 3 rd principal  stress nilai  tegangan  terbesar  adalah  0.609  MPa  sedangkan  tegangan  ijin  nya  80  Mpa sehingga masih aman.
3. Nilai safety factor dari Linear  actuator tetap  berada  pada  nilai  maksimum  sehingga  masih  dalam keadaan aman.
4.2 Saran
Dalam  suatu  penelitian  pasti  mengalami  kendala  dalam  pengerjaannya,  Adapun  saran  untuk penelitian yaitu:
1. Dalam menggambar usahakan ukuran sedetail mungkin dengan benda.
2. Dalam  melakukan  simulasi  usahakan  agar load yang  diinput  dapat  semaksimal  mungkin  agar  hasil yang didapatkan lebih baik.
3. Ada  beberapa  faktor  yang  dapat  mempengaruhi  hasil  simulasi  dan  eksperimental  berbeda,  diantara nya  ialah  cuaca,  maupun  proses  mate.  Hal  tersebut  perlu  diperhatikan  dalam  pengujian  untuk mendapat hasil yang maksimal.

## REFERENSI
[1] C.R.  Nave, Department  of  Physics  and  Astronomy,  Georgia  State  University.  How  does  an electric motor work? In: Hyperphysics, Electricity and Magnetism . 2005
[2] Incropera,  F.  P.,  and  Dewitt.  D.  P.  1196. Fundamentals  of  Heat  and  Mass  Transfer .  Fourth Edition. John Wiley & Sons. New York.
[3] Jatmiko, S., Saptadi 2011. Analisa Kekuatan Deck Tongkang Muatan Tiang Pancang 750 DWT Dengan  Software  Berbasis  Metode  Elemen  Hingga.  Fakultas  Teknik  Perkapalan,  Universitas Diponegoro. Semarang.
[3] Satria, Dhimas. 2014. Dasar-Dasar Perancangan Mesin. Terbita: Untirta Press.