Volume  11  No.2 Juli 2019 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## DESAIN, PEMILIHAN MATERIAL, DAN FAKTOR KEAMANAN STASIUN PENGISIAN GAWAI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA
Lasinta Ari Nendra Wibawa 1,* , Kuncoro Diharjo 2
1 Balai Uji Teknologi dan Pengamatan Antariksa dan Atmosfer Garut, Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN), Indonesia
2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Indonesia *Email: lasinta.ari@lapan.go.id
Diterima: 25 Desember 2018 Direvisi: 21 Februari 2019 Disetujui: 26 Februari 2019

## ABSTRAK
Penggunaan  gawai  di  lingkungan  kerja  saat  ini  sudah  menjadi  kebutuhan  umum. Gawai  menjadi  salah  satu produk teknologi yang sangat penting dalam menunjang produktifitas kerja dan memudahkan komunikasi antar pegawai. Kondisi ini menyebabkan stasiun pengisian gawai menjadi media yang sangat penting untuk menjaga konektivitas  antar  pegawai. Penelitian  ini  bertujuan  mendesain  stasiun  pengisian  gawai  menggunakan  material Polikarbonat  dan  HDPE.  Pemilihan  kedua  material  tersebut  didasarkan  pertimbangan  sifat  isolator  listrik  yang tak  dimiliki  oleh  material  logam.  Hal  ini  sangat  penting  untuk  menjaga  keamanan  dan  keselamatan  dalam penggunaannya. Analisis elemen hingga dilakukan menggunakan software Autodesk Inventor Professional 2017. Variasi beban yang digunakan adalah 4 kg, 5 kg, dan 6 kg. Hasil simulasi menunjukkan material HDPE dengan variasi beban 4 kg, 5 kg, dan 6 kg memiliki faktor keamanan berturut-turut sebesar 2,65, 2,12, dan 1,77. Faktor keamanan menggunakan material Polikarbonat dengan variasi beban 4 kg, 5 kg, dan 6 kg berturut-turut sebesar 7,77, 6,22, dan 5,18.
Kata kunci: autodesk inventor, faktor keamanan, metode elemen hingga, stasiun pengisian gawai

## ABSTRACT
The use of gadget in the work environment is now a common need. Gadget is one technology product that is very important  in  supporting  work  productivity  and  facilitating  communication  between  employees.  This  condition causes  the  gadget  charging  station  to  become  a  very  important  medium  for  maintaining  connectivity  between employees. This study aimed to design gadget charging station using Polycarbonate and HDPE materials.  The selection of the two materials was based on the consideration of the characteristics of electrical insulators which were not possessed by metal materials. It was very important to maintain security and safety in its use. The finite element analysis was carried out using Autodesk Inventor Professional 2017 software. The load variations used were 4 kg, 5 kg and 6 kg. The simulation results show that HDPE material with a load variation of 4 kg, 5 kg, and 6 kg had safety factors of 2.65, 2.12, and 1.77, respectively.  Safety factors using Polycarbonate materials with variations in load of 4 kg, 5 kg, and 6 kg respectively were 7.77, 6.22 and 5.18.
Keywords : autodesk inventor, safety factor, finite element method, gadget charging station

## PENDAHULUAN
Pengguna  gawai  di  Indonesia  dari  tahun ke tahun terus meningkat pesat. Lembaga riset digital marketing Emarketer memprediksi pada tahun  2018  jumlah  pengguna  aktif  gawai, khususnya  gawai  pintar  ( smartphone )  di Indonesia lebih dari 100 juta orang (Komunikasi, 2015).
Penggunaan gawai ( gadget ) di lingkungan kerja saat ini sudah menjadi kebutuhan umum. Gawai  menjadi  salah  satu  produk  teknologi yang sangat penting dalam menunjang produktifitas  kerja.  Gawai  turut  memudahkan komunikasi  antar  pegawai.  Koordinasi  antar pegawai  menjadi  lebih  mudah  dan  murah dengan  menggunakan  jejaring  sosial  yang tertanam pada gawai.
Kian  beragamnya  fitur  yang  ditawarkan oleh gawai dan diikuti dengan kian terjangkaunya  harga  gawai  berdampak  pada semakin  banyaknya  pegawai  di  lingkungan kerja  yang  memiliki  gawai.  Setiap  pegawai hampir  semuanya  memiliki  gawai,  bahkan beberapa memiliki lebih dari 1 (satu) unit. Hal ini  tentu  berdampak  pada  kebutuhan  akan fasilitas  stasiun  pengisian  gawai  ( charging station ).  Stasiun  pengisian  gawai  menjadi media  yang  sangat  penting  untuk  menjaga konektivitas antar pegawai.
Balai  LAPAN  Garut  yang  merupakan balai  tempat  uji  teknologi  penerbangan  dan antariksa  dan  pengamatan  atmosfer  sering mengalami  peningkatan  pengunjung  saat kegiatan  uji  roket,  baik  uji  statik  maupun  uji terbang  (dinamik).  Koordinasi  antar  instansi menggunakan  media  gawai  menjadi  sangat intens. Hal ini menyebabkan kebutuhan stasiun pengisian  gawai  sangat  diperlukan  agar ruangan  kerja  di  kantor  Balai  LAPAN  Garut tetap terlihat rapi.
Penelitian ini bertujuan mendesain piranti stasiun pengisian gawai menggunakan material Polikarbonat  dan High  density  polyethylene (HDPE).  Pemilihan  kedua  material  tersebut didasarkan  pertimbangan  sifat  isolator  listrik dari  kedua  material  yang  tak  dimiliki  oleh material  logam.  Hal  ini  sangat  penting  untuk menjaga  keamanan  dan  keselamatan  dalam penggunaannya.
Polikarbonat merupakan salah satu kelompok polimer termoplastik yang  memiliki titik  cair  hingga  155 ⁰ C.  Polikarbonat memiliki  beberapa  kelebihan  antara  lain  tahan benturan,  tahan  panas,  memiliki  permukaan
yang  bening,  ramah  lingkungan,  dan  dapat didaur ulang. Polikarbonat menggunakan kode plastik nomor  7 atau “Other”  yang merupakan kode identifikasi resin pembentuknya.
Polikarbonat  digunakan  di  berbagai  aplikasi teknik, seperti pesawat terbang dan komponen otomotif, yang menjadi sasaran beban dinamis (Fu, Wang, & Wang, 2009). Polikarbonat juga digunakan  secara  luas  sebagai casing gawai, media  penyimpanan  data  digital  seperti Compact Disk (CD) dan DVD. High density polyethylene (HDPE) merupakan  kelompok  polietilen  termoplastik. Polietilen  mempunyai  massa  jenis  yang  lebih kecil  daripada  air  (Diniardi,  Ramadhan,  & Basri,  2014).  HDPE  memiliki  beberapa keunggulan  antara  lain  bersifat  keras  karena rasio  kekuatan  terhadap  densitas  tinggi,  dapat didaur  ulang,  memiliki  kekuatan  tarik  tinggi, dan  tahan  temperatur  hingga  120 ⁰ C.  HDPE juga  tahan  terhadap  bahan  kimia  (Ginting, Bukit, Siregar, & Frida, 2017) dan biaya murah dalam  produksi  skala  besar  (Kumar  et  al., 2015)  sehingga  digunakan  secara  luas  dalam produk  rumah  tangga.  HDPE  dikenal  dengan kode plastik nomor 2.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  menggunakan  perangkat lunak ( software ) Autodesk Inventor Professional 2017. Autodesk Inventor Professional    adalah  salah  satu  produk  dari Autodesk  Inc.  USA  yang  dulu  lebih  familier dengan  produk  AutoCAD  (Wibawa,  2018a). Analisis  tegangan  yang  dilakukan  oleh Autodesk  Inventor  menggunakan  metode analisis elemen hingga. Analisis elemen hingga adalah  teknik  numerik  matematis  untuk menghitung  kekuatan  dan  perilaku  struktur komponen  teknik  dengan  membagi  obyek menjadi bentuk jala ( mesh ) (Wibawa, 2018b). Hasil  simulasi  menggunakan  Autodesk Inventor  menggunakan  analisis  statik  linier. Analisis  statik  adalah  disiplin  teknik  yang menentukan  tegangan  pada  material  dan struktur yang mengalami gaya atau beban statis maupun  dinamis  (Younis,  2010).  Analisis statik  menggunakan  metode  elemen  hingga bertujuan menentukan struktur atau komponen, dapat  dengan  aman  menahan  kekuatan  dan beban  yang  telah  ditentukan  (Wibawa,  2019). Kondisi  ini  dapat  tercapai  saat  tegangan  yang ditentukan dari gaya yang diaplikasikan kurang dari  kekuatan  luluh  material  dalam  menahan
Jurnal Teknologi 11 (2) pp 97- 102 © 2019
beban.  Hubungan  tegangan  ini  sering  disebut sebagai  faktor  keamanan  ( safety  factor )  dan digunakan  dalam  banyak  analisis  sebagai indikator  keberhasilan  atau  kegagalan  dalam sebuah analisis (Wibawa, 2018b).
Prosedur  menjalankan  simulasi  tegangan menggunakan software Autodesk  Inventor Professional 2017 ada beberapa tahapan: Pertama,  mendesain  stasiun  pengisian gawai.  Dimensi  struktur  stasiun  pengisian gawai  secara  lengkap  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar  1. Dimensi  stasiun  pengisian  gawai (dalam mm)
Kedua,  menentukan  jenis  material  yang digunakan.  Material  yang  digunakan  dalam penelitian ini yaitu Polikarbonat dan HDPE.
Ketiga,  menentukan  batasan  ( constraint ). Batasan yang digunakan adalah fixed constraint pada 3 (tiga) lubang baut.
Keempat,  menentukan  besarnya  beban. Variasi beban yang digunakan yaitu 4 kg, 5 kg, dan  6  kg.  Beban  dinyatakan  dalam  satuan Newton (N)  dengan  mengalikannya  dengan percepatan gravitasi (9,81 m/s²) menjadi  39,24 N,  49,05  N,  dan  58,86  N.  Beban  diasumsikan merata  di  semua  lokasi  penempatan  gawai (Gambar 2).
Gambar  2. Lokasi  penempatan  beban  pada stasiun pengisian gawai.
Kelima,  menjalankan  proses meshing . Proses meshing pada  simulasi  ini  membagi benda  kerja  menjadi  7731  node  dan  3767 elemen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 berikut ini.
Gambar  3. Proses  meshing  dari  stasiun pengisian gawai.
Keenam,  menjalankan  simulasi  program Autodesk  Inventor.  Simulasi  program  akan menghasilkan  tegangan Von  Mises ,  deformasi ( displacement ),  massa,  dan  faktor  keamanan. Simulasi  program  juga  akan  menampilkan titik-titik  kritis  dari  desain  satsiun  pengisian gawai yang telah dibuat.
Parameter analisis tegangan menggunakan  Autodesk  Inventor  Professional 2017 secara lengkap dapat dilihat dari Tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Parameter analisis tegangan
Parameter Keterangan Tipe simulasi Single Point Beban 4 kg, 5 kg, dan 6 kg Percepatan gravitasi 9,81 m/s² Total muatan 39,24  N,  49,05  N, dan 58,86 N Average element size 0,1 mm Minimum element size 0,2 mm Safety Factor Berdasarkan yield strength Jumlah node 7731 Jumlah elemen 3767

## HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Sifat Fisik Material
Tabel  2  menunjukkan  sifat  fisik  dari material  Polikarbonat dan  HDPE.  Data menunjukkan  bahwa  densitas  material  HDPE sebesar  0,952  gram/cm³  atau  lebih  kecil daripada  Polikarbonat  yang  sebesar  1,2 gram/cm³.  Hal  ini  berdampak  pada  massa material  HDPE  sebesar  0,69  kg,  sedangkan Polikarbonat  sebesar  0,87  kg.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  desain  stasiun  pengisian gawai  menggunakan  material  HDPE  lebih ringan daripada Polikarbonat.
Perbandingan  nilai yield  strength , tensile strength , young  modulus ,  dan shear modulus menunjukkan  bahwa  material  Polikarbonat lebih tinggi daripada material  HDPE. Material HDPE hanya memiliki nilai poisson ratio yang sedikit lebih tinggi daripada Polikarbonat.
Tabel  2. Sifat  fisik  material  stasiun  pengisian gawai Parameter Keterangan Material HDPE Polikarbonat Density (g/cm³) 0,952 1,2 Mass (kg) 0,69 0,87 Area (mm²) 341245 341245 Volume (mm³) 724830 724830 Yield Strength (MPa) 20,67 62,01 Tensile Strength (MPa) 13,78 68,9 Young's Modulus (GPa) 0,911 2,275 Poisson's Ratio (ul) 0,392 0,38 Shear Modulus (GPa)  0,327 0,824 Analisis Faktor Keamanan Faktor keamanan ( safety factor )
menggunakan  simulasi  Autodesk  Inventor dihitung sebagai kekuatan luluh ( yield strength )  dari  material  yang  dibagi  dengan tegangan Von  Mises maksimum  dari  material tersebut.  Faktor  keamanan  yang  dihitung ditunjukkan  pada  balok  warna  yang  diikuti nilai minimum. Faktor keamanan kurang dari 1 menunjukkan kegagalan permanen dari sebuah desain.
Gambar  4,  Gambar  5,  dan  Gambar  6 menunjukkan  hasil  simulasi  elemen  hingga untuk faktor keamanan stasiun pengisian gawai menggunakan  material  HDPE  terhadap  variasi beban  4  kg,  5  kg,  dan  6  kg.  Faktor  keamanan material HDPE terhadap beban 4 kg, 5 kg, dan 6  kg  berturut-turut  yaitu  2,65,  2,12,  dan  1,77.
Hasil  ini  menunjukkan  bahwa  material  HDPE saat  dikenakan  beban  6  kg  tidak  cukup  kuat untuk menahan beban dinamis karena memiliki nilai  faktor  keamanan  kurang  dari  2.  Nilai faktor  keamanan  1,77  hanya  mampu  menahan beban statis (V. Dobrovolsky, 1978).
Gambar  4. Faktor  keamanan  material  HDPE terhadap beban 4 kg.
Gambar  5. Faktor  keamanan  material  HDPE terhadap beban 5 kg.
Gambar  6. Faktor  keamanan  material  HDPE terhadap beban 6 kg.
Jurnal Teknologi 11 (2) pp 97- 102 © 2019
Gambar  7,  Gambar  8,  dan  Gambar  9 menunjukkan  hasil  simulasi  elemen  hingga untuk faktor keamanan stasiun pengisian gawai menggunakan  material  Polikarbonat  terhadap variasi  beban  4  kg,  5  kg,  dan  6  kg.  Faktor keamanan  material  Polikarbonat  terhadap beban 4 kg, 5 kg, dan 6 kg berturut-turut yaitu 7,77,  6,22,  dan  5,18.  Hasil  ini  menunjukkan bahwa  material  Polikarbonat  saat  dikenakan beban  6  kg  cukup  kuat  untuk  menahan  beban dinamis  ( dynamic  load )  karena  memiliki  nilai faktor  keamanan  5,18.  Nilai  faktor  keamanan ini  bahkan  sangat  aman  saat  menahan  beban kejut ( impact load ). Hal ini karena nilai faktor keamanan  yang  dipersyaratkan  untuk  suatu material  mampu  menahan  beban  kejut  yaitu pada kisaran nilai 3-5 (V. Dobrovolsky, 1978) (Vidosic, 1957).
Gambar 7. Faktor keamanan material Polikarbonat terhadap beban 4 kg.
Gambar 8. Faktor keamanan material Polikarbonat terhadap beban 5 kg.
Gambar 9. Faktor keamanan material Polikarbonat terhadap beban 6 kg.
Beban  dinamis  adalah  beban  yang  dapat terjadi  atau  bekerja  secara  tiba-tiba  pada sebuah  struktur.  Beban  dinamis  umumnya kecil  tetapi  berubah-ubah  terhadap  waktu (Wibawa & Himawanto, 2018). Beban dinamis dapat  berupa  beban  angin,  beban  seismik, beban fatigue ,  dan  frekuensi  natural.  Beban dinamis  perlu  diantisipasi  karena  stasiun pengisian  gawai  kerap  mengalami  beban fluktuatif  yang  dihasilkan  dari  jumlah  gawai yang  diletakkan  di  atasnya.  Nilai  faktor keamanan  yang  dipersyaratkan  untuk  suatu komponen  mampu  menahan  beban  dinamis yaitu  pada  kisaran  nilai  2-3  (V.  Dobrovolsky, 1978).
Faktor  keamanan  minimum  dari  kedua material,  baik  menggunakan  material  HDPE maupun Polikarbonat terletak pada lubang baut yang  berada  di  tengah.  Hal  ini  menunjukkan lokasi  paling  kritis  dari  sebuah  desain  stasiun pengisian gawai.

## KESIMPULAN
Desain
stasiun pengisian gawai menggunakan material HDPE  memiliki massa yang yang lebih ringan daripada menggunakan material  Polikarbonat,  yaitu  sebesar  0,69  kg, sedangkan menggunakan material Polikarbonat massanya sebesar 0,87 kg.
Material  HDPE  saat  dikenakan  beban  6  kg tidak  mampu  menahan  beban  dinamis  karena faktor  keamanannya  hanya  sebesar  1,77. Sedangkan  material  Polikarbonat  cukup  kuat menahan  beban  dinamis  hingga  beban  kejut karena memiliki faktor keamanan sebesar 5,18.

## DAFTAR PUSTAKA
Diniardi,  E.,  Ramadhan,  A.  I.,  &  Basri,  H. (2014).  Analisis Kekuatan  Mekanik  dan
Struktur  Mikro  Pada  Material  Polimer Penyusun Kipas Radiator. Jurnal Teknologi , 6 (1), 55–67. https://doi.org/10.24853/jurtek.6.1.55-67
Fu, S., Wang, Y., & Wang, Y. (2009). Tension testing  of  polycarbonate  at  high  strain rates. Polymer  Testing , 28 (7),  724–729. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting. 2009.06.002
Ginting,  E.  M.,  Bukit,  N.,  Siregar,  M.  A.,  &
Frida, E. (2017). Struktur dan morfologi nano  komposit  campuran  zeolit  abu sekam padi. Jurnal Material Dan Energi Indonesia , 07 (01), 18–23.
Komunikasi,  K.  (2015).  Indonesia  Raksasa
Teknologi Digital Asia. Online. Retrieved from https://kominfo.go.id/content/detail/609 5/indonesia-raksasa-teknologi-digital- asia/0/sorotan_media
Kumar, B. R. B., Doddamani, M., Zeltmann, S. E.,  Gupta,  N.,  Ramesh,  M.  R.,  & Ramakrishna,  S.  (2015).  Processing  of cenosphere/HDPE syntactic foams using an  industrial  scale  polymer  injection molding machine.
JMADE . https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.12
.052
V.  Dobrovolsky,  K.  Z.  (1978). Machine elements :  a  textbook .  Moscow:  Peace Publisher.
Vidosic,  J.  P.  (1957). Machine  Design Projects . Ronald Press Co.
Wibawa,  L.  A.  N.  (2018a). Merancang Komponen  Roket  3D  dengan  Autodesk Inventor Professional 2017 . Buku Katta.
Retrieved from https://play.google.com/books/reader?id =qHpKDwAAQBAJ&lr=&printsec=fro ntcover Wibawa, L. A. N. (2018b). Simulasi Kekuatan Komponen  Sarana  Pengujian  Roket Menggunakan Autodesk Inventor Professional 2017 . Buku Katta. Retrieved from https://play.google.com/books/reader?id =BD1LDwAAQBAJ&hl=id&lr=&prints
ec=frontcover
Wibawa, L. A. N. (2019). Desain dan Analisis Kekuatan  Rangka  Tempat  Sampah  di Balai  LAPAN  Garut  Menggunakan Metode  Elemen  Hingga. Turbulen: Jurnal Teknik Mesin , 1 (2), 64–68.
Wibawa,  L.  A.  N.,  &  Himawanto,  D.  A.
(2018).  Analisis  Ketahanan  Beban Dinamis Material Turbin Angin Terhadap  Kecepatan  Putar  Rotor  (Rpm) Menggunakan  Metode  Elemen  Hingga. Jurnal Simetris , 9 (2), 803–808.
https://doi.org/10.24176/simet.v9i2.2343 Younis,  W.  (2010). Up  and  running  with Autodesk  Inventor  Simulation  2011:  a step-by-step guide to engineering design solutions . Elsevier.