## Manutech:

## Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 14, No. 02, (2022)    p-ISSN: 2089-5550       e-ISSN: 2621-3397

## Desain dan Analisis Sistem Pencacah Brondol Sawit dengan Variasi Ketebalan Spacer Cutter Produk 3D FDM
Adhe Anggry 1 , Indra Feriadi 2 1,2 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung, adhe@polman-babel.ac.id
Received: 12 September 2022; Received in revised form: 9 Oktober 2022; Accepted: 13 Oktober 2022

## Abstract
The increase in oil palm plantations has an impact on increasing plantation waste produced, one of which is palm oil and has a positive impact on the development of palm oil waste processing technology. Palm kernel crushing machine as one of the supporting animal feed productions can produce shreds with fiber and cake dimensions that are suitable for animal feed. However, the types of livestock require varying dimensions of fiber and meal chips. The purpose of this research is a more effective completion of the project  'Design  and  Analysis  of  Palm  Oil  Palm  Oil  Counter  System with  3D  FDM  Product Spacer  Cutter Thickness'. The design process of a machine component must consider the stresses and deformations that occur so that it can be known whether the components designed are of good quality or not. The five steps of the problem-solving process are as follows: 1) Define requirements, 2) Gather/analyze information, 3) Develop several options, 4) Select the best option, and 5) Implement the design. Design simulations and analysis  were  carried  out  on  the  components  of  the  chopping  shaft,  spacer  cutter,  and  compression springs. From the simulation results obtained the design data of the chopping shaft using steel material, dimensions  20mm/  16mm, and uniform load w= 0.24 N/mm. Analysis of maximum bending stress  B = 1.847 MPa, torsional stress  = = 0.103 MPa, and deflection f max = 4.201 microm. The design of the spacer cutter component uses ABS material, dimensions  70mm/  20mm with a thickness variation of 10-15 mm, and a compressive load of F= 100 N. Analysis of Von Mases Stress is 0.0319665 MPa and maximum displacement is 0.0000713021 mm. The design of the compressed spring components uses carbon steel, the  wire  dimensions  are  2  mm,  the  inner  diameter  is  20  mm,  and  the  length  is  100  mm.  The  spring inspection analysis is positive.
Keywords: Design; crushing-sistem; palm kernel; spacer cutter; 3D FDM

## Abstrak
Meningkatnya  luas  areal  perkebunan  kelapa  sawit  berdampak  pada  meningkatnya  limbah perkebunan yang dihasilkan, salah satunya brondol sawit dan berdampak positif terdapat perkembangan teknologi  pengolahan  limbah  sawit.  Mesin  pencacah  brondol  sawit  sebagai  salah  satu  pendukung produksi pakan ternak mampu menghasilkan cacahan dengan dimensi serat dan bungkil yang layak untuk pakan  ternak.  Namun  jenis  ternak  menuntut  dimensi  cacahan  serat  dan  bungkil  yang  bervariasi  pula. Tujuan  penelitian  ini  adalah  penyelesaian  yang  lebih  efektif  dari  proyek  ‘Desain  dan  Analisis  Sistem Pencacah Brondol Sawit dengan Variasi Ketebalan Spacer Cutter Produk 3D FDM’. Proses desain suatu komponen mesin harus memperhitungkan tegangan dan deformasi yang terjadi sehingga dapat diketahui apakah komponen yang didesain memiliki kualitas yang baik atau tidak. Lima langkah proses pemecahan masalah  adalah  sebagai  berikut:  1)  Tentukan  persyaratan,  2)  Kumpulkan/analisis  informasi,  3) Kembangkan beberapa opsi, 4) Pilih  opsi terbaik, dan 5) Implementasikan  desain. Simulasi desain dan analisis dilakukan pada komponen poros  pencacah,  spacer cutter, dan pegas tekan. Dari  hasil simulasi diperoleh data desain poros pencacah mengunakan bahan baja, dimensi  20mm/  16mm, dan beban merata w= 0,24 N/mm. Analisis tegangan bending maksimum  B = 1,847 MPa, tegangan torsi  = 0,103 MPa, dan defleksi f max = 4,201 microm. Desain komponen spacer cutter mengunakan bahan ABS, dimensi
 70mm/  20mm dengan variasi ketebalan 10-15 mm, dan beban tekan F= 100 N. Analisis Von Mases Stress sebesar 0,0319665 MPa dan displacement maksimum 0,0000713021 mm. Desain komponen pegas tekan mengunakan bahan baja karbon, dimensi kawat 2 mm, diameter dalam 20 mm, dan panjang 100 mm. Analisis pemeriksaan pegas bernilai positif.
Kata kunci: Desain; sistem-pencacah; brondol sawit; spacer cutter; 3D FDM

## 1. PENDAHULUAN
Luas  areal  perkebunan  kelapa  sawit  di  Provinsi  Kepulauan  Bangka  Belitung  (Babel)  terus meningkat, tercatat 224,5 ribu hektar (ha) pada 2018, 225,2 ribu ha pada 2019 dan menjadi 239,8 ribu ha pada 2020 dan pada 2021 mencapai 243,5 ribu ha [1]. Pada saat pemanenan, brondol yang terlepas dari tandannya  tidak  dikutip/dikumpul  dengan  bersih  sehingga  menjadi  limbah.  Brondol  atau  brondolan adalah istilah umum dalam perkebunan kelapa sawit untuk buah  kelapa sawit yang telah terlepas atau terlepas dari tandannya (TBS) [2]. Jumlah brondol sawit yang tertinggal di piringan, di jalan pikul, di ketiak pelepah dan di bagian pengangkutan TBS cukup  besar yaitu 0,18 kg/ha  [3]. Berdasarkan data tersebut limbah brondol sawit yang dihasilkan dari luas areal perkebunan Babel sekitar 43,8 ribu kg. Setiap butir buah berdiameter 1,5 – 3 cm dan berat adalah 10 - 30 gram [4]. Buah terdiri dari tiga lapisan: a) Eksocarp, bagian  kulit  buah  berwarna  kemerahan  dan  licin,  b)  Mesocarp,  serabut  buah,  c)  Endocarp,  cangkang pelindung inti, dan  d) Inti sawit merupakan endosperm dan embrio. Morfologi  butir buah sawit dapat dilihat pada Gambar 1. Brondol sawit memiliki potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai pakan alternatif ternak. Komposisi 100-gram buah kelapa sawit adalah karbohidrat 12,5 gr, protein 1,9 gr, lemak 58,4 gr, serat 3,2 gr, abu 1,0 gr, dan H 2 O 23 gr [5]. Kandungan nutrisi bungkil sawit adalah protein 14,19– 21,66%, lemak 9,5–10,5% dan serat kasar 12–63% [6].
Gambar 1. Morfologi Butir Buah Sawit [5]
Mesin  crusher  adalah  teknologi  yang  dapat  digunakan  untuk  mengolah  brondol  untuk  pakan ternak. Crusher adalah mesin yang didesain untuk mengurangi benda material padat yang besar menjadi volume yang lebih kecil, atau potongan yang lebih kecil sehingga dapat digunakan secara efisien untuk tujuan  yang  dimaksudkan  [7].  Secara  umum  mesin  crusher  brondol  sawit  terdiri  dari  bagian/  sistem rangka, masukan (hopper), bagian crusher brondolan sawit, bagian penyaluran hasil crusher brondolan sawit, dan sistem transmisi daya. Salah satu mekanisme sistem pencacah yang tersedia adalah dengan sirkular pisau potong (cutter) aksi ganda. Pada metoda ini brondol melewati celah dua barisan cutter yang berputar berlawanan [8]. Mesin pencacah brondol sawit sebagai salah satu pendukung produksi pakan ternak mampu menghasilkan cacahan dengan dimensi serat dan bungkil yang layak untuk pakan ternak. Barisan  pisau  potong  ini  memiliki  jarak  antar  pisau  (spacer  cutter)  yang  dapat  menentukan  dimensi cacahan yang dihasilkan, yaitu panjang serat dan volume butiran bungkil. Namun jenis ternak menuntut dimensi cacahan serat dan bungkil yang bervariasi pula.
Paper ini difokuskan pada penyelesaian yang lebih efektif dari proyek ‘Desain dan Analisis Sistem Pencacah Brondol Sawit dengan Variasi Ketebalan Spacer Cutter Produk 3D FDM’. Proses desain suatu komponen mesin harus memperhitungkan tegangan dan deformasi yang terjadi sehingga dapat diketahui apakah komponen yang didesain memiliki kualitas yang baik atau tidak. Metode ini juga digunakan pada desain dan analisis shaft driver mesin hammer mill. Hasil simulasi desain menunjukkan bahwa maksimum Von Mases Stress sebesar 7,9 MPa dan perhitungan manual sebesar 7,3 MPa [9].

## 2. METODE PENELITIAN
Desain yang sukses dimulai dengan rencana yang logis dan sistematis. Dengan analisis lengkap tentang  persyaratan  fungsional  mesin,  sangat  sedikit  masalah  desain  yang  terjadi.  Ketika  perancang melakukannya,  kemungkinan  beberapa  persyaratan  desain  dilupakan  atau  diremehkan.  Desain  adalah proses pemecahan masalah, lima langkah proses pemecahan masalah dapat dilihat pada Gambar 2 [7].
Gambar 2. General Design Procedure
Rincian lima langkah proses pemecahan masalah sebagai berikut: 1) Tentukan  Persyaratan:  Untuk  memulai  proses  desain,  nyatakan  dengan  jelas  masalah  yang  harus dipecahkan  atau  kebutuhan  yang  harus  dipenuhi.  Persyaratan  dari  sistem  pencacah  brondol  sawit sebagai  berikut:  Spacer  cutter  memiliki  variasi  ketebalan  10-15  mm,  Spacer  cutter  menggunakan produk  3D  FDM  (Fused  Deposition  Modelling)  berbahan  ABS,  dan  Spacer  cutter  dirakit  tanpa melakukan pembongkaran pada sistem pencacah. FDM merupakan salah satu teknik rapid prototyping tipe  additive.  Sistem  kerja  dari  FDM  adalah  dengan  cara  membentuk  part  secara  lapis  demi  lapis menggunakan material thermoplastic yang telah dipanaskan menjadi semi liquid [9]. Penggunaan 3D printing  merupakan  solusi  dalam  pengembangan  produk  khususnya  untuk  memecahkan permasalahan lead time design process [11].
2) Kumpulkan/Analisis Informasi: Kumpulkan semua data yang relevan dan kumpulkan untuk evaluasi. Sumber informasi utama adalah spesifikasi mesin. Spesifikasi sistem pencacah brondol sawit sebagai berikut: Poros pencacah:  rasio putaran 3:1 dan Cutter: sircular saw standar  110x  20x2mm.
3) Kembangkan  Beberapa  Opsi:  Fase  proses  desain  ini  membutuhkan  kreativitas  paling  banyak. Kecenderungan  alami  adalah  memikirkan  satu  solusi,  kemudian  mengembangkan  dan menyempurnakannya sambil menghalangi solusi  lain yang mungkin  lebih baik. Beberapa opsi telah dikembangkan  untuk  alternatif  desain  spacer  cutter.  Desain  Spacer  cutter  terdiri  dari  dua  bagian sebagai solusi untuk  perakitan tanpa melakukan  pembongkaran  pada sistem pencacah. Komponen pegas tekan digunakan sebagai solusi pengaturan variasi ketebalan spacer cutter.
4) Pilih Opsi Terbaik: Total biaya untuk memproduksi komponen dinyatakan sebagai rumus jumlah biaya operasi per potong, biaya pemasangan, dan biaya perkakas.
5) Implementasikan  Desain:  Fase  terakhir  dari  proses  crushing  machine  terdiri  dari  mengubah pendekatan desain yang dipilih menjadi kenyataan. Rincian akhir diputuskan, gambar akhir dibuat. Implementasi desain sistem pencacah mesin pencacah brondol sawit menggunakan perangkat lunak pemodelan  3D  Autodesk  Inventor.  Fitur-fitur  analisis  yang  digunakan  adalah  Shaft  Component Generator: fitur ini untuk merancang bentuk, kalkulasi beban, tumpuan dan pemeriksaan kekuatan poros, Compress Spring Component Generator: fitur ini digunakan untuk mengatur parameter desain pegas tekan seperti panjang pegas atau diameter kawat dan perhitungan kekuatan, beban, atau bahan pegas,  dan  Stess  Analysis:  fitur  ini  digunakan  untuk  analisis  tegangan  yang  didasarkan  pada  Finite Element Method (FEM). FEM juga bisa disebut sebagai FEA (Finite Element Analysis). Stress Analysis secara  harfiah  mengambil  struktur  yang  kompleks  dan  mengubahnya  menjadi  bagian-bagian  kecil (mesh)  dan  kemudian  menyelesaikan  perhitungan  dengan  sistem  persamaan  diferensial  parsial, sistem ini memiliki input yang berbeda seperti konstrain, bahan dan beban [12].

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Konsep  desain  sistem  pencacah  dapat  dilihat  pada  Gambar  3.  Simulasi  desain  dan  analisis dilakukan pada komponen 1) poros pencacah, 3) spacer cutter dan 4) pegas tekan.
Gambar 3. Konsep Desain Sistem Pencacah Mesin Pencacah Brondol Sawit GEN-3

## 3.1. Desain dan Analisis Poros Pencacah
Input  kalkulasi  yang  digunakan  untuk  desain  poros  pencacah  adalah  1)  Diameter  poros,  D=  20mm/  16mm,  2)  Beban  merata,  w=  0,24  N/mm  yang  diperoleh  dari  berat  poros  pencacah  dan komponen  yang  terkait  yaitu  cutter,  spacer  cutter,  pegas,  dan  bush,  serta  3)  Torsi  T=  35  Nmm  yang diperoleh dari T= 60P/2  N, di mana P= daya motor penggerak = 6,5 Hp dan, N= putaran= 1500 rpm. Hasil simulasi  Shaft  Component  Generator  untuk  poros  pencacah  dapat  dilihat  pada  Gambar  4.  Dari  data analisis  diperoleh  diameter  ideal  D  =  6,7  mm,  jauh  lebih  kecil  dibandingkan  diameter  poros  yang digunakan dalam desain. Tegangan bengkok maksimum  B = 1,847 MPa dan tegangan torsi  = 0,103 MPa, hasil tersebut jauh di bawah batas izin bahan baja (steel)  izin = 112 MPa. Defleksi yang terjadi pun sangat kecil yaitu sebesar f max = 4,201 microm.
Gambar 4. Desain dan Analisis Poros Pencacah

## 3.2. Desain dan Analisis Spacer Cutter
Input kalkulasi yang digunakan untuk desain  spacer cutter adalah beban tekan F= 100 N yang diperoleh dari gaya tekan dari tangan. Hasil simulasi stress analysis dapat dilihat pada Gambar 5. Dari data analisis diperoleh maksimum Von Mases Stress sebesar 0,0319665 MPa, hasil tersebut dapat dinyatakan aman terhadap batas izin = Yeild Strength/Safety Factor = 3,62 MPa. Displacement maksimum yang terjadi pun sangat kecil, yaitu 0,0000713021 mm.

## Gambar 5. Stress Analysis Spacer Cutter

## 3.2. Desain dan Analisis Pegas Tekan
Input  kalkulasi  yang  digunakan  untuk  desain  pegas  tekan  adalah  beban  tekan  F= 100  N  yang diperoleh  dari  gaya  tekan  dari  tangan  dan  dimensi  pegas.  Hasil  simulasi  Compress  Spring  Component Generator  untuk  pegas  tekan  dapat  dilihat  pada  Gambar  6.  Dari  data  analisis  diperoleh  kesimpulan positive atau perhitungan menunjukkan kepatuhan desain (calculation indicates design compliance).
Gambar 6. Desain dan Analisis Pegas Tekan

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan desain dan analisis kekuatan maka diperoleh simpulan sebagai berikut:
1) Desain dan analisis mengunakan fitur-fitur Inventor dapat membantu mengurangi kesalahan dalam membuat desain, dengan demikian biaya dapat dikurangi dan time to market dapat dipercepat karena sudah disimulasikan sebelum masuk ke proses produksi.
2) Desain poros pencacah mengunakan bahan baja, dimensi  20mm/  16mm, dan beban merata w= 0,24 N/mm. Analisis tegangan maksimum yang terjadi  B = 1,847 MPa dan tegangan torsi  = 0,103 MPa, dan defleksi f max = 4,201 microm.
3) Desain komponen spacer cutter mengunakan bahan ABS, dimensi  70mm/  20mm dengan variasi ketebalan 10-15 mm, dan beban tekan F= 100 N. Analisis Von Mases Stress sebesar 0,0319665 MPa dan displacement maksimum 0,0000713021 mm.
4) Desain komponen pegas tekan mengunakan bahan baja karbon, dimensi kawat  2 mm, diameter dalam 20 mm dan panjang 100 mm. Analisis pemeriksaan pegas bernilai positif.
5) Desain spacer cutter menggunakan produk 3D FDM filamen ABS sebagai solusi perakitan spacer cutter tanpa melakukan pembongkaran pada sistem pencacah mengandung langkah inventif.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. BPS, "Publikasi Statistik Kelapa Sawit Indonesia 2021," Subdirektorat Statistik Tanaman Perkebunan, Jakarta, 2021.
[2].   S. Risza, Kelapa Sawit, Upaya Peningkatan Produktifitas, Hal 88, Yogyakarta: Kanisius, 2004.
[3].   S. &. S. Y. Yelli, "Manajemen Panen Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq.) Di Kebun Tambusai," Bul. Agrohorti, vol. 2, no. 3, pp. 213-220, 2015.
[4].   S. Risza, Kelapa Sawit, Upaya Peningkatan Produktifitas, Yogyakarta: Karnesius, 2004.
[5].   l.  Pahan,  Panduan  Lengkap  Kelapa  Sawit:  Manajemen  Agribisnis  dari  Hulu  hingga  Hilir,  Jakarta: Swadaya, 2008.
[6].   T.  Pasaribu,  "Upaya  Meningkatkan  Kualitas  Bungkil  Inti  Sawit  Melalui  Teknologi  Fermentasi  dan Penambahan Enzim," WARTAZOA, vol. 28, no. 3, p. 120, 2018.
[7].   A. P. U. ,. F. P. M. ,. B. B. ,. S. T. S. ,. R. K. A. ARUN K A, "Design and Analysis of Organic Waste Crushing Machine," International Journal of Recent Research in Civil and Mechanical Engineering (IJRRCME), vol. 3, no. 1, pp. 24-30, 2016.
[8].   A.  Adhe  and  Subkhan,  "Uji  Mesin  Crusher  Brondolan  Sawit  dengan  Mata  Potong  Circular  Saw Standar," Manutech Jurnal Teknologi Manufaktur, 11(01), pp. 14-19, 2019.
[9].   D. Yagnik, "Fused Deposition Modeling – A Rapid Prototyping Technique for Product Cycle Time," IOSR Journal of Mechanical and Civil, pp. 62-68, 2014.
[10].   K. S. Putra and U. R. Sari, "Pemanfaatan Teknologi 3D Printing Dalam Proses," in Seminar Nasional Sistem Informasi dan Teknologi Informasi 2018, Pontianak, 2018.
[11].   Autodesk,  "https://knowledge.autodesk.com/,"  Autodesk,  2022.  [Online].  [Accessed  September 2022].
[12].   M. Firdaus, "ANALISIS PERBANDINGAN 3 MATERIAL SHAFT DRIVER HAMMER MILL TEPUNG BERAS DENGAN  KECEPATAN  1465  rpm  MENGGUNAKAN  APLIKASI  SOFTWARE  “AUTODESK  INVENTOR PROFESSIONAL  2015”,"  Mechonversio:  Mechanical  Engineering  Journal,  vol.  2,  no.  2,  pp.  11-18, 2019.