## SAINTEKS: JURNAL SAIN DAN TEKNIK Volume 5 Nomor 1 Tahun 2023

## E-ISSN : 2685-8304
Changes on Recycling Behaviors Based on Governmental Programs (Study Case in Bendungan Village, Indonesia) Dafi Dinansyah Wiradimadja, Hisatsuna Mori, Riza Rizkiah 1 –10 The study of tuff breccia for Batik Wasterwater Treatment Media in Bayat, Klaten District, Central Java Wawan Budianta, Johan Syafri Mahathir Ahmad, I Wayan Warmada 11 –18 Analysis of Frame Construction Strength in Belt Conveyor Design Using Ansys Workbench Anggi Pratama, Delvis Agusman
19 –28
Mitigation of Insert Separator Damage in Open-End Machines Filly Pravitasari, Afriani Kusumadewi, Feny Nurherawati 29 –35
Motorcycle Tracking System Using Telegram Integrated Quectel L80 GPS Pri Hartini, Ibrahim, Reni Rahmadewi, Tiara Nurhuda
36 –46
Optimization of Distribution Costs with a Transportation Model in UMKM making  Tempe Ardhini Rhisnu Fadylla, Fahriza Nurul Azizah
47 –56
Decision Model and Industry Optimization in Production: A Systematic Literature review Armando Tirta Dwilaga
57 –71
Analysis of the Influence of Occupational Health Aspects at PT. Plasticolors Eka Perkasa on Employee Performance Chairul Falah, Risma Fitriani 72 –79 Re-Layout of Puskesmas X Post Covid 19 Pandemic Through the ARC, Conventional and Promodel Simulation Methods
Tombak Gapura Bhagya, Dini Yulianti, Graha Prakarsa, Antari Nurayban Gitardiana
80 –91
Evaluation of the Mental Workload of PSIT Employees at SIT XYZ Institutions Teguh Aprianto, Agus Rahmat Hermawanto, Rimba Krisnha Sukma Dewi, Angling Sugiatna, Abdul Fatah 92 –101
Genetic Algorithm for Improving Route of Travelling Salesman Problem Generated by Savings Algorithm Muhammad Ardhya Bisma, Ekra Sanggala
102 –111
Noodle Grouping Based on Nutritional Similarity with Hierarchical Cluster Analysis Method Ai Nurhayati, Riri Mardaweni, Raden Meina Widiastuti
112 –125
Diterbitkan Oleh :
UNIVERSITAS INSAN CENDEKIA MANDIRI dh UNIVERSITAS BANDUNG RAYA
Jl. Pasir Kaliki No. 199 Bandung – Jawa Barat http://ejournal.uicm-unbar.ac.id/index.php/sainteks UICM – UNBAR www.uicm.ac.id
Volume 05 Nomor 01 Tahun 2023 http://ejournal.uicm-unbar.ac.id/index.php/sainteks/

## Analysis of Frame Construction Strength in Belt Conveyor Design Using Ansys Workbench
Analysis Kekuatan Kontruksi Rangka pada Perancangan Belt Conveyor Menggunakan Ansys Workbench
Anggi Pratama 1) , Delvis Agusman* 2)
1) Fakultas Teknolologi Industri dan Informatika, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. Hamka Jl. Tanah Merdeka No.6, Kota Jakarta Timur, 13830
Email: 2003039001@uhamka.ac.id
2) Fakultas Teknolologi Industri dan Informatika, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. Hamka Jl. Tanah Merdeka No.6, Kota Jakarta Timur, 13830
Email: delvis.agusman@uhamka.ac.id

## *) Corresponding author
Abstract:  Belt  conveyor  is  a  material  transfer  machine  that  is  generally  used  in  the  industrial  world  to transport materials produced. This study examines the designs and simulations of the strain, stress and safety  factors contained in the frame components.  The  frame is a construction that functions as a place where the components become a unit on a machine. In this research, a simulation test will be carried out to determine the strength of the construction and the material used by the framework for component loading by providing maximum carrying capacity for variable loading. The variable loading given is 100kg; 200kg; 300kg;  400kg  and  500kg.  This  test  simulation  uses  the  Ansys  Workbench  2020  R2  software  with  the methodfinite element analysis (FEA). The frame design measures 4070 mm x l500 mm x 2440 mm using materialsstructural  steel  S275N  andStainless  steel  316  annealed.  The  results  of  the  analysis  from  the simulation of the frame construction testbelt conveyor to the loading variable, the security value is obtained (safety factor) of 100 kg = 3.70; 200kg = 3.01; 300kg = 2.67; 400kg = 2.41; 500kg = 2.16. According to Dobrovolsky's  "machine  elements"  book,  the  minimum  safe  limit  for  dynamic  loads  is  2,  therefore  the maximum loading tolerance forbelt conveyor this cannot be more than 500 kg.
Keywords: belt conveyor, frame strength analysis, ansys workbench
Abstrak: Belt  conveyor merupakan  suatu  mesin  pemindah  bahan  yang  umumnya  dipakai  dalam  dunia industri  untuk  mengangkut  bahan-bahan  hasil  produksi.  Penelitian  ini  mengkaji  rancangan  desain  dan simulasi  dari  regangan,  tegangan  serta  faktor  keamanan  yang  terdapat  pada  komponen  rangka.  Rangka adalah  sebuah  kontruksi  yang  berfungsi  sebagai  tempat  komponen-komponen    menjadi  suatu  kesatuan pada  sebuah  mesin.  Pada  penelitian  ini    akan  dilakukan  simulasi  pengujian  untuk  mengetahui  kekuatan kontruksi dan material yang digunakan oleh rangka terhadap pembebanan komponen dengan memberikan daya  angkut  maksimal  terhadap  variabel  pembebanan.  Variabel  Pembebanan  yang  diberikan  sebesar 100kg;  200kg;  300kg;  400kg  dan  500kg.  Simulasi  pengujian  ini  menggunakan  perangkat  lunak Ansys Workbench 2020 R2 dengan metode finite element analysis (FEA). Rancangan rangka berukuran 4070 mm x l500 mm x 2440 mm  menggunakan material structural steel S275N dan Stainless steel 316 annealed . Hasil  analisis  dari  simulasi  Pengujian  kontruksi  rangka belt  conveyor terhadap  variabel  pembebanan diperoleh nilai keamanan ( safety factor ) sebesar 100kg = 3,70; 200kg = 3,01; 300kg = 2,67; 400kg = 2,41; 500kg  =  2,16.  Menurut  buku  "elemen  mesin"  Dobrovolsky,  batas  aman  minimum  untuk  beban  dinamis adalah  2,  oleh  karena  itu  toleransi  pemuatan  maksimum  untuk belt conveyor ini    tidak  boleh  lebih  dari 500kg.
Kata Kunci: belt conveyor , analysis kekuatan rangka, ansys workbench
DOI: http://dx.doi.org/ 10.37577/sainteks.v%vi%i.527 Received: 01,2023  Accepted: 02,2023 Published: 03,2023

## PENDAHULUAN
Kemajuan  teknologi,  mendorong  para  pelaku  industri  untuk  merancang  dan  membangun peralatan  yang  sesuai  dengan  kebutuhan  yang  diperlukan  oleh  manusia  dengan  tetap mempertimbangkan  faktor  keamanan.  Peralatan  hasil  inovasi  dapat  membantu  dunia  industri dalam mencapai tujuan, yaitu untuk meningkatkan produktivitas yang maksimal (Harman, 1992) . Mesin  pemindah  material  merupakan  salah  satu  inovasi  teknis  yang  dapat  membantu  dalam mempercepat laju proses produksi. Mekanisme kerja dari mesin pemindah material ini dengan cara memindahkan  bahan-bahan hasil produksi baik dalam bentuk produk jadi maupun masih berupa bahan baku ( raw material) dari satu tempat ketempat yang lain secara otomatis (Cahyadi & Azis, 2015)
Belt conveyor merupakan salah satu alat pemindah material yang paling banyak dipakai di  dunia  industri.  Alat  ini  memiliki  kapasitas  pemindahan  yang  cukup  besar  sehingga  sangat memungkinkan  untuk  memindahkan  material  dari  satu  tempat  ke  tempat  yang  lain  secara kontinyu  (Ach.  Muhib  Zainuri,  2006).  Perlu  dilakukan  simulasi  pengujian  dan  analisa  pada konstruksi rangka serta material yang digunakan sehingga belt conveyor dapat bekerja dengan baik. Salah satu simulasi pengujian yang akan dilakukan untuk mengetahui kekuatan rangka pada belt  conveyor    adalah  dengan  melakukan  simulasi  pengujian  menggunakan  static  structural analysis dengan bantuan sofware ansys workbench. Pada simulasi pengujian dapat diketahui nilai regangan, tegangan dan faktor keamanan dari kontruksi  rangka (Ari et al., 2018).

## METODOLOGI
Metode  yang  digunakan  pada  kajian  ini menggunakan  metode  finite  element  analysis  (Dapas, 2011). Metode ini menggunakan analisis numerik dengan cara membagi model rangka menjadi beberapa  bagian  elemen  hingga  ( finite).  Alur  dari  kajian  ini  dapat  dilihat  pada  diagram  alir berikut.
Gambar 1. Diagram Alir
Perancangan  dan  uji  simulasi  dilakukan  di  Lab.  Mekanikal  Desain,  Universitas Muhammadiyah  Prof.  Dr.  Hamka,  Jakarta.  Hasil  perancangan  berupa  desain  kontruksi  rangka, selanjutnya  akan  dilakukan  analisis  kekuatan  rangka  dengan  pemberian  variabel  beban  yang dihimpun  dari  berat  komponen  dan  daya  tampung  maksimal.  Variabel  pembebanan  yang diberikan  sebesar  100kg;  200kg;  300kg;  400kg  dan  500kg.  Simulasi  Pengujian  menggunakan perangkat lunak Ansys Workbench 2020 R2. Data spesimen rangka diperoleh melalui berbagai sumber,  termasuk  internet,  jurnal,  dan  penelitian  terkait.  Tahapan  pengujian  dimulai  dari engineering data→Geometry→Setup→Result .
Engineering  data  adalah  tahap  identifikasi  material  yang  akan  digunakan  dalam  uji simulasi. Geometry  merupakan bentuk dari model rancangan. File gambar yang sudah didesain menggunakan autodesk autocad dimasukkan ke dalam library ansys workbench melalui import geometry. Setup  adalah tahap menentukan posisi  yang akan menjadi titik tumpu (Fixed support) dari model rancangan rangka, serta memberikan variabel beban dengan memasukkan nilai force (Afif Attorik, Yanti Sari, & Bulkia Rahim, n.d.; Ahmad Hidayat Siregar, 2018).
Variabel  Pembebanan  rangka  diperoleh  dengan  mengkalkulasikan  berat  dari  berbagai komponen  ditambah  dengan  beban  daya  tampung conveyor.  Variabel  beban  yang  diberikan sebesar  100kg;  200kg;  300kg;  400kg;  dan  500kg.  Setelah  proses  pemberian  beban  ( force) selanjutnya  akan  dilakukan  proses meshing,  model  rancangan rangka akan dibagi dan dicacah hingga menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan kompleks. Hasil dari pencacahan pada model ini berupa jumlah nodes  dan elements.  Pada tahap result akan memuat hasil simulasi berupa nilai  regangan  ( deformation),  nilai  tegangan  (von-mises)  dan  nilai  keamanan  (safety  factor) (Farras Farshal, Nugroho, & Umardani, 2022).
Desain Rancangan Rangka Belt Conveyor Rancangan rangka digambar dengan menggunakan perangkat lunak autocad 2022  dari autodesk . autocad adalah sebuah software  yang umum digunakan dalam mendesain model 2D dan 3D (Adi Sulistio, 2001). Rancangan rangka memiliki dimensi panjang belt  4070 mm, lebar 500 mm, tinggi 2440  mm  dengan  sudut  kemiringan  sebesar  30 0 serta  memiliki massa    total  rangka  sebesar 680,82  kg.  Rancangan  rangka  menggunakan  material structural  stell  S275N    dengan  rangka utamanya memakai bahan besi kanal UNP ukuran 50mm x 38mm x 5mm dan besi siku  ukuran 50mm x 5 mm x 6mm sebagai penopang roller idlers, serta besi pipa diameter 71 mm sebagai penopang  rangka  dan  roda  depan.  Pada  bagian pulley  dan  roller idlers menggunakan material stainless steel 316 annealed.
Gambar 2. Tampilan Meja Kerja Autocad 2D Front Wireframe
Sifat Fisik Material Rangka Rancangan  kontruksi  dari  rangka belt  conveyor  menggunakan material  structural  steel  S275N dan stainless steel 316 annealed  yang memiliki density  masing-masing sebesar 7850 Kg/m 3 dan 7969  Kg/m 3 .  Sifat  fisik  dari  material Structural  steel  S275N  dan  Stainless  steel  316  annealed dapat dilihat pada gambar 3 berikut.
Gambar 3. Sifat Fisik Material
Gambar 4. Rancangan Kontruksi Rangka

## HASIL  DAN PEMBAHASAN
1. Engineering Data Proses engineering  data  merupakan  tahapan  untuk  pemilihan  dan  identifikasi  jenis material yang akan digunakan dalam  simulasi. Pada kajian ini, material structural steel S275N dan stainless stell 316 annealed diaplikasikan kedalam rancangan rangka dalam bentuk  model geometry.
Gambar 5. Engineering Data Source
2. Geometry Model  gambar  dari  rancangan  kontruksi  rangka conveyor  yang  telah  didesain menggunakan Autocad  2022  diubah  kedalam  format  acis  untuk  kemudian  di  input kedalam geometry  melalui import geometry.
3. Meshing Meshing  merupakan proses membagi model menjadi lebih kecil yang akan menghasilkan jumlah nodes  dan  elements.  Pembagian  nodes  dan  elements  menggunakan  metode komputasi  numerik  yang  dijalankan  oleh Workbench.  Pada  Detail  of  mesh,  Phisics Preference  di  setting  menjadi  mechanical  dengan  resolusi  sebesar  7  dan  element  size sebesar 50 mm sehingga menghasilkan 155.151 nodes dan 68.650 elements.
Gambar 6. Meshing
4. Fixed Support  dan Force (pembebanan)
Fixed support  merupakan acuan posisi dari tumpuan yang ada pada model rangka. Force (pembeban)  menggunakan  variabel  beban  yang  telah  ditentukan,  yaitu  sebesar 100kg(980N);  200kg(1960N);  300kg(2940N);  400kg(3920N)  dan  500kg  (4900N). Wilayah fixed  support    ditandai  dengan  area  berwarna  hijau  sedangkan  wilayah  force (pembebanan) ditandai dengan warna merah. Penentuan fixed support dan force  dapat dilihat pada gambar 7 berikut.
Gambar 7. Wilayah Fixed Support  dan Force
5. Solution Pada  proses solution  akan  diperoleh  nilai  regangan  (deformation)  dan  tegangan  (von mises ) serta nilai faktor keamanan (safety factor).
Total Deformation Simulasi total  deformation  memperlihatkan  area  pembebanan  yang  berwarna  merah menunjukkan area yang paling terbebani. Bagian yang warnanya tidak melebihi biru muda adalah zona aman. Struktur rangka yang telah mengalami deformasi total ini akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Perubahan bentuk ini biasa disebut dengan istilah bending . Bentuk, dimensi, dan  posisi  rangka  agak  berubah  jika  dilihat  dari  nilai  maksimalnya.  Nilai total  deformation maksimum yang diterima oleh rangka conveyor  terhadap pembebaban sebesar 500 Kg (4900N) adalah sebesar Max 0,24674 mm dan nilai Min sebesar 0 mm. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ilustrasi simulasi total deformation  terhadap kontruksi rangka conveyor  berikut.
Gambar 8. Simulasi Total Deformation

## Equivalent Elastic Strain (von-mises)
Simulasi equivalent elastic strain pada variabel beban maksimal 500 Kg (4900N) memperlihatkan nilai von-mises sebesar Max 0,0006344 mm/mm dan Min 1,327e-9 mm/mm. Equeivalent elastic strain  mengacu  pada  metode  von-mises,  dimana  regangan  elastis  yang  setara  didefinisikan sebagai  batas  untuk  nilai-nilai  regangan  di  mana  objek  akan rebound  dan  kembali  ke  bentuk semula  setelah  penghapusan  beban (Yulianto  &  Winarso,  2012 ).  Batas  elastis  didefinisikan sebagai titik pada kurva tegangan-regangan di mana objek mengubah perilaku elastisnya menjadi perilaku plastis. Berikut ilustrasi hasil analisa equivalent elastic strain :
Gambar 9. Simulasi Equivalent Elastic Strain
Equivalent Stress (von-mises) Simulasi equivalent stress  merupakan simulai untuk mencari nilai tegangan luluh (yield strength) yang terjadi pada material rangka. (Aufana, Kabib, & Hidayat, 2019) . Nilai tegangan dari hasil simulasi equivalent  stress    harus  berada  dibawah  nilai  tegangan  kekuatan  materialnya.  Nilai tegangan kekutan dari material static structural S275N dan stainless steel 316 annealed adalah sebesar  237,4  MPa  dan  252,1  MPa.  Tegangan equivalent  stress    yang  terjadi  saat  simulasi terhadap  kontruksi  rangka conveyor  pada  pembebanan  500  Kg  (4900N)  adalah  sebesar  Max
133,22 MPa. Dari hasil simulasi dapat dilihat  bahwa nilai tegangan equivalent stress  masih jauh berada dibawah tegangan  kekuatan materialnya.
Gambar  10. Simulasi Equivalent Stress

## Safety Factor
Faktor  keamanan (safety  factor  )  merupakan  sebuah  nilai  parameter    yang  menjamin  suatu rangka dapat bekerja secara baik dan  optimal. Kegagalan suatu rancangan dapat dilihat dari nilai safety factor yang diperoleh saat melakukan uji simulasi. Faktor keamanan adalah ukuran yang membantu memastikan bahwa material dapat mengatasi tekanan yang diterapkan pada rangka. Ini dilakukan dengan membagi kekuatan luluh material dengan tegangan yang diterapkan. Nilai safety  factor  pada  kontruksi  rangka  conveyor  terhadap  pembebanan  sebesar  500Kg  (4900N) adalah sebesar 2,19.
Gambar 11. Simulasi Safety Factor
Rekap Hasil Simulasi dari Pengujian Static Structural Rekap hasil simulasi menampilkan nilai dari analisa total deformation, equivalent elastic strain, equivalent stress dan safety factor  terhadap Pembebanan 100kg (980N); 200kg (1960N); 300kg (2940N); 400kg (3920N) dan 500kg (4900N) dapat dilihat pada Tabel 1 berikut :
Tabel 1. Hasil simulasi pengujian Simulasi Beban 100Kg Beban 200Kg Beban 300Kg Beban 400Kg Beban 500Kg Total deformation (mm) Max 0,15162 0,18332 0,20445 0,2256 0,24674 Min 0 0 0 0 0 Equivalent elastic strain (mm/mm) Max 0,0003738 0.0004607 0,0005186 0,0005765 0,0006344 Min 1,3271e-9 1,3271e-9 1,3271e-9 1,3271e-9 1,327e-9 Equivalent stress (MPa) Max 78,51 96,748 108,91 121,07 133,22 Min 7,2953e-5 7,2786e-5 7,2674e-5 7,2564e-5 7,2454e-5 Safety factor Max 15 15 15 15 15 Min 3,70 3.01 2,67 2,41 2,19

## SIMPULAN
Berdasarkan  simulasi  pengujian static  structural  pada  rangka  conveyor  menggunakan  ansys workbench 2020 R2, dapat disimpulkan bahwa pada perancangan desain kontruksi rangka belt conveyor,  yang  memiliki  dimensi  4070mm  x  500mm  x  2440mm  dengan  bagian  rangka  utama menggunakan  material structural  steel  S275N,  bagian  Pulley  dan  Roller  idlers  menggunakan material stainless stell 316 annealed  diperoleh nilai safety factor  sebesar 2,19 pada pembebanan maksimal yaitu 500 Kg (4900N). Faktor keamanan ( safety factor) yang diisyaratkan berdasarkan buku “machine elements” untuk beban dinamis adalah 2,0 – 3,0. (K. Z. V. Dobrovolsky, 1978). Berdasarkan pedoman tersebut, dapat disimpulkan bahwa kontruksi dari rancangan rangka belt conveyor  ini aman dan dapat mengangkut beban hingga 500 kg.
DAFTAR PUSTAKA Ach. Muhib Zainuri. (2006). Mesin Pemindah Bahan (1st ed.). Yogyakarta: CV. Andi Offset. Adi Sulistio. (2001). Pengenalan Autocad 2D dan 3D Untuk Industri Manufaktur . Yogyakarta: CV. Andi Offset.
Afif Attorik, A., Yanti Sari, D., & Bulkia Rahim, dan. (n.d.). SIMULATION AND ANALYSIS OF FRAME LOADING POWER IN THE DESIGN OF A HYDRAULIC JACK PRESS BEARING MACHINE USING AUTODESK INVENTOR (Vol. 4). Retrieved from http://vomek.ppj.unp.ac.id Ahmad  Hidayat  Siregar.  (2018). Analisa  Numerik  Kekuatan  Rangka  Pada  Prototype  Belt Conveyor. Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara , Medan.
Ari  Nendra  Wibawa  Balai  Uji  Teknologi  dan  Pengamatan  Antariksa  dan  Atmosfer  Lembaga Penerbangan  dan  Antariksa  Nasional,  L.,  &  Aries  Himawanto,  D.  (2018).  ANALISIS KETAHANAN BEBAN DINAMIS MATERIAL TURBIN ANGIN TERHADAP KECEPATAN PUTAR ROTOR (RPM) MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA. Jurnal SIMETRIS, 9(2). Aufana, D., Kabib, M., & Hidayat, T. (2019). PERANCANGAN DAN SIMULASI TEGANGAN FRAME MESIN PENGISIAN CURAH TEMBAKAU. Jurnal CRANKSHAFT (Vol. 2).
Bhagya, T.G., & Prakarsa, G. (2020). Model Keputusan Penentuan Jenis Distribusi dari Kerusakan Bearing pada Mesin TFO  di PT XYZ, Sisinfo, 2, 134-142.
Cahyadi, D., & Azis, G. F. (n.d.). PERANCANGAN BELT CONVEYOR KAPASITAS 30 TON/JAM UNTUK ALAT ANGKUT KERTAS, 9(1).
Dapas, S. O. (2011). APLIKASI METODE ELEMEN HINGGA PADA ANALISIS STRUKTUR RANGKA BATANG. Jurnal Ilmiah MEDIA ENGINEERING (Vol. 1).
Farras Farshal, M., Nugroho, S., & Umardani, Y. (2022). Analisis kegagalan sprocket pada transmisi mobil Antawirya. Jurnal Teknik Mesin Indonesia (Vol. 17).
Harman, L. H. (1992). SME Mining Engineering Handbook (2nd ed.). Colorado: Society for Mining Metalurgi and Exploration.Inc.
K. Z. V. Dobrovolsky. (1978). Machine Elements : a text book. Moscow: Peace Publisher.
Yulianto, N., & Winarso, R. (n.d.). ANALISA TEGANGAN PADA RANGKA PROTOTYPE KENDARAAN BUGE MENGGUNAKAN ELEMEN HINGGA.