## THE FAILURE ANALYSIS AND REPARATION ON CRUDE PALM OIL WORM SCREW PRESS BY GEOMETRIC
MODELLING SIMULATION (ANALISA KEGAGALAN DAN PERBAIKAN PADA WORM SCREW PRESS PENGOLAH MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN METODE SIMULASI PEMODELAN GEOMETRIK)
Shandi Prastyo 1 , Syawaldi 1* , Dody Yulianto 1
1 Program Studi Teknik Mesin Universitas Islam Riau *Corresponding author: syawaldi@eng.uir.ac.id

## ABSTRACT
Worm  screw  press  is  one  of  the  main  components  of  the  machine  extraction  of crude palm oil (CPO) who always wear out. The lifetime of the worm screw press in palm oil mills often do not correspond with the recommendations of the factory time  of  manufacture.  The  worm  screw  usage  can  interfere  with  the  performance screw  press  machine  and  can  reduce  the  capacity  of  the  production.  Thus  it  is necessary  to  do  repairs  on  the  worm  screw  press.  Repair    was  carried  out  by welding the back (rebuild) the wear surface with a thickness of about 15 mm, so that worm screw press which had been repaired can survive for periods of about 300-400 hours of usage, Initial analyzes done by calculating the response work on the  worm  screw  press  as  a  result  of  the  conical  pressure.  From  the  simulation software  inventors  found  that  the  greatest  wear  was  located  at  the  end  of  the worm screw press was under pressure right from the cone. The obtained amount of wear prediction that occurred in one day amounted to 66.8904 mm 3 /day.
Keywords: Response, Software inventors, Tear, Wear and Worm screw press.

## ABSTRAK
Worm  screw  press  adalah  salah  satu  komponen  utama  mesin  pengekstraksi minyak  mentah  kelapa  sawit  (Crude  Palm  Oil)  yang  selalu  mengalami  keausan. Masa pakai worm screw press di pabrik kelapa sawit sering tidak sesuai dengan rekomendasi  waktu  dari  pabrik  pembuatannya,  keausan  yang  terjadi  ini  dapat menggangu  kinerja  mesin  screw  press  dan  dapat  menurunkan  kapasitas  hasil produksi.  Maka  perlu  dilakukan  perbaikan  pada  worm  screw  press.  Perbaikan yang  dilakukan  adalah  dengan  mengelas  kembali  (rebuild)  permukaan  yang  aus tersebut dengan ketebalan sekitar 15 mm. Sehingga Worm screw press yang telah diperbaiki  ini  dapat  bertahan  untuk  jangka  waktu  sekitar  300-400  jam pemakaian.  Analisa  awal  dilakukan  dengan  menghitung  respon  yang  bekerja pada  worm  screw  press  akibat  tekanan  konus.  Dari  simulasi  software  inventor didapat  bahwa  keausan  terbesar  terletak  pada  bagian  ujung  worm  screw  press yang  mendapat  tekanan  langsung  dari  konus.  Didapat  jumlah  prediksi  keausan yang terjadi dalam 1 hari sebesar 66,8904 mm 3 /hari.
Kata kunci : Keausan, Respon Software inventor dan Worm screw press.

## PENDAHULUAN
Worm Screw Press adalah salah satu komponen utama pada mesin pengekstraksi Minyak Mentah Kelapa Sawit (Crude Palm Oil). PKS pada  umumnya  mengolah  bahan baku  berupa  Tandan  Buah  Segar (TBS)  menjadi  minyak  kelapa  sawit CPO (Crude Palm Oil) dan inti sawit (Kernel). Dalam proses kerjanya permasalahan  yang  sering  terjadi pada screw press ini biasanya berupa keausan  pada  permukaan worm screw ,  tekanan  kempa  yang  semakin tinggi akan mengurangi umur pemakaian  screw  press.  Dengan adanya  masalah  dan  kerusakan  ini maka dapat menyebabkan penurunan kapasitas  hasil  produksi  sehingga menyebabkan kerugian pada perusahaan. Karena seringnya permasalahan  yang  terjadi  pada worm screw press , dan membutuhkan  biaya  serta  kerumitan dalam  menganalisanya  maka  dari  itu digunakan software Inventor. Software Inventor  akan  membantu kita  dalam    memvisualisasikan, mensimulasikan  dan  menganalisasi suatu  produk  sebelum  dibuat  atau dengan  kata  lain  purwarupa  secara virtual. Dengan Software Inventor ini diharapkan dapat mempermudah dalam menganalisa dan mempercepat proses visualisasi alat sebelum dibuat secara  nyata  dibandingkan  dengan membuat prototype-nya yang membutuhkan  banyak  waktu  dan biaya. Motor  listrik  sebagai  sumber gerakan yang berfungsi untuk
menggerakkan  mesin double  screw press . Screw press dihidupkan melalui  panel  kendali  sekaligus sistem  hidroliknya,  lalu  dimasukkan air  panas  dengan  suhu  90˚C  melalui pipa masuk (pipe inlet). Motor listrik hidup  memutar pulli melalui  poros motor  dengan  daya  30  HP. Pulli menggerakkan sabuk menghantarkan putaran ke pulli yang terpasang pada poros  yang  menghubungkan  ke gear reduser dan gear reduser digerakkan poros  utama  yang  dihubungkan dengan kopling. Poros utama menggerakkan  roda  gigi  perantara yang  mengakibatkan  kedua  poros berulir  akan  bergerak  berlawanan arah dengan putaran yang sama.
Gambar 1 Skema Kerja Mesin Screw Press
Pada  bagian  akhir  ulir  terdapat  dua buah  konus  yang  digerakkan  dengan bantuan  sistem  hidrolik  dengan gerakan  maju  mundur  sesuai  dengan tekanan yang dibutuhkan yang bertujuan  untuk  meningkatkan  hasil pengepresan  dan  tekanannya  sebesar 30-50  bar.  Minyak  yang  dihasilkan oleh  mesin press dialirkan  ke oil
vibrating scren dan kemudian dialirkan  ke crude  oil  tank untuk diproses  lebih  lanjut,  sedangkan serabut  dan  biji  buah  sawit  yang masih  mengandung  4%  minyak dialirkan  ke cake  breaker  conveyor untuk  proses  selanjutnya.  Motor listrik  memutar  poros screw  press
yang direduksi (dikurangkan) putarannya  dari  1475  menjadi  12
rpm melalui speed reduser .
Kegagalan (failure) suatu  komponen
mesin  dapat  didefinisikan  sebagai ketidakmampuan  komponen  mesin untuk melakukan fungsinya. Komponen  mesin  merupakan  salah satu  dari  suatu  system  komponen. Komponen  mesin  yang  membentuk sebuah mesin atau peralatan sehingga jika  satu  komponen  mesin  tersebut mengalami  kegagalan,  maka  akan terjadi :
1. Mesin  atau  peralatan  tersebut tidak dapat dioperasikan sama sekali.
2. Mesin  atau  peralatan  dapat dioperasikan, tetapi tidak dapat  berfungsi  sebagaimana mestinya.
3. Mesin  atau  peralatan  tidak aman bila dioperasikan.
4. Adapun jenis  kegagalan  yang terjadi  pada worm  screw press yaitu  kerusakan  pada permukaan worm screw press (aus).
Gambar  2  Kerusakan  pada worm screw press.
Autodesk Inventor Professional (AIP) adalah  salah  satu  perangkat lunak (software) jenis Computer Aided  Drawing  (CAD) yang  lebih menekankan  pada  pemodelan  solid. Perangkat lunak ini adalah salah satu produk dari Autodesk Inc. USA yang dahulu  lebih  dikenal  karena  produk AutoCAD. AIP lebih ditujukan untuk penggambaran teknik pemesinan
(Mechanical Engineering) yang
menyediakan secara lengkap fasilitas untuk memvisualisasikan model dalam 3D, gambar rakitan
(assembly), gambar  kerja (drawing), animasi dari benda yang akan dibuat secara  digital.  Dokumen  digital  ini akan membantu kita memvisualisasikan,  mensimulasikan dan  menganalisasi  suatu  produk. Dengan Software Inventor ini diharapkan dapat mempermudah dalam  menganalisa  produk  yang akan dianalisa.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Tegangan pada screw press
Ada  dua  tegangan  yang  terjadi  pada screw, yaitu  tegangan  lentur  dan
tegangan  geser.  Besarnya  masing- masing  tegangan  akan  diperoleh berdasarkan perhitungan berikut.
1. Luas  penampang  sebuah screw

## A = π d b n
Dimana
d = diameter b = lebar screw n = jumlah screw yang mengalami tekanan
dengan tan λ = λ = 16,56 0 λ = sudut maju dari ulir p = jarak puncak dm = diameter rata-rata
2. Tekanan pada konus ( 𝑃 𝑘 ) 𝑃 𝑘 =  40 Bar (diambil  tekanan maksimal)
𝑃 𝑘 = 40 x 10 5 N / 𝑚 2 = 4 Mpa
3.Beban  (W k )  yang  terjadi  pada screw
W k = P k × A dimana : 𝑃 𝑘 = Tekanan pada konus A=  luas  penampang screw tegak lurus terhadap poros(tekanan hidrolik dibagi  oleh  2  konus  sehingga  harga 𝑃 𝑘 = 4× 10 6 / 2 = 2× 10 6 ) 4. Torsi ( T ) screw press
Dengan  demikian  harga  torsi  ( T ) dapat diperoleh dengan F= W k :
      − + = p dm dm p d F T m . . . . 2 .    
Dimana :
T  =  Torsi  yang  bekerja  pada screw (N.mm)
F  =  Gaya  aksial  yang  bekerja  pada screw (N) µ  =  Koefisien  gesek sliding kering antara material  dengan screw koefisien gesekan  antara  Besi  Tuang  dengan kayu Oak p = Pitch screw (mm) d m =  Harga  radius  area  rata-rata
screw = 2 dr d + 5. Tegangan  geser  nominal (τ)  dimana  torsi  bekerja pada dasar screw Dimana: τ nom = Tegangan geser nominal(N/mm 2 )
T = Torsi D = Diameter poros (mm) d r = Diameter dalam poros (mm)
6.  Tegangan  aksial  (σ)  pada  dasar screw akibat beban F
σ  =
Dimana: σ  =  Tegangan (N/mm 2 )
F  = Gaya (N) A  = Luas permukaan (mm 2 )
7. Tegangan lentur (σ b )
σ b = Dimana: ΔD r = D r – d r F = Gaya (N) dm p  ( ) 4 4 16 r r nom d D TD − =   2 . . . 3 b n D Fh r   ( ) 2 2 4 r r d D F A F − = 
h = tinggi screw b = lebar screw n = jumlah screw yang
mengalami tekanan (1)
8.  Tegangan  geser  (τ)  yang  bekerja pada dasar screw
𝜏 = 3𝑉 2𝐴 = 3 2 𝐹 2 𝜋.∆𝐷.𝑏.𝑛 = 3𝐹 2(𝐷 𝑟 −𝑑 𝑟 )𝑛.𝑏𝜋
Dimana: F = Gaya (N) D = Diameter poros (mm) d r =  Diameter  dalam  poros
(mm)
b  = lebar screw n  = jumlah screw yang mengalami tekanan
Laju Volume Keausan pada Worm Screw Press.
Untuk  memprediksi  terjadinya  aus pada  permukaan screw  press dapat digunakan persamaan hukum keausan Archard , yaitu: V = K L H W
Dimana : V = Volume keausan (m 3 ) L = Jarak lintas meluncur W= Beban K=Koefisien keausan H= Kekerasan material

## ANALISA DAN PEMBAHASAN
Perbaikan Pada Permukaan Worm
Screw Press
Adapun perbaikan yang harus dilakukan adalah mengelas (menambah ketebalan/ Rebuild ) yang dilakukan  pada  permukaan worm screw press yang mengalami keausan dengan  menggunakan  las  listrik.
Perbaikan tersebut dapat dilihat pada Gambar 3 berikut.
Gambar 3 Perbaikan Yang Dilakukan Dengan  Cara  Pengelasan. (sumber: PT.SSA)
Penambahan  ketebalan worm  screw press berkisar  15  mm.  Setelah perbaikan  penambahan  ketebalan dengan  pengelasan  listrik  ini worm screw  press sudah  dapat  digunakan di stasiun pengepressan. Worm screw press yang telah mengalami
perbaikan  ini  dapat  bertahan  untuk jangka  waktu  hampir  setengah  dari masa  pakai worm  screw  press baru dari pabrikan pembuatan screw press atau sekitar 300-400 jam pemakaian. Hasil worm  screw  press setelah mengalami perbaikan penambahan.

## Simulasi pada worm screw press
Stress adalah  kumpulan  gaya  pada suatu  permukaan  benda,  semakin sempit  luasanya  permukaan  namun gaya  tetap,  maka  tegangan  semakin besar.  Tegangan  terbesar  ditunjukan dengan degrarasi warna paling merah,  terkecil  adalah  paling  biru, tegangan  sedang  dengan  warna kuning, hijau dan biru muda.
1. Von mises stress
Tegangan  yang  ditampilkan  adalah hasil perhitungan hubungan
tegangan-regangan pada model
benda, tegangan diperoleh dari deformasi  yang  dialami  model,
tegangan  ekuvalen  yang  digunakan adalah Von Mises Stress .
Gambar 4 Von Mises Stress
2. Perubahan bentuk ( Displacement)
Hasil  simulasi  menunjukan  bahwa total displacement maksimum  terjadi pada bagian pertama ulir worm screw dan  selanjutnya  ulir  ke  dua  dan  ke tiga.  Dapat  dilihat  dari  degradasi warna  yang  terjadi,  dimana  aliran perubahan  dimulai  dari  ulir worm screw yang  beban  langsung  dari hydraulic dan  berkontak  langsung dengan buah sawit. Perubahan bentuk  terkecil  terjadi  pada  daerah ulir worm screw paling terakhir.
Gambar 5 diplacement  worm screw
Tabel  1  Variasi  Beban  pada Worm Screw Dari  tabel  1  terlihat  hasil  simulasi pada pembebanan 75100 N menunjukkan bahwa total displacement maksimum berada pada ulir  bagian  depan  dari worm  screw , yaitu  sebesar  0,3913  mm,  dan total displacement terkecil ada pada bagian  ujung worm  screw yaitu sebesar  0  mm.  Tegangan  salah  satu post-proccessor adalah hasil perhitungan hubungan tegangan- regangan pada model benda,
regangan  diperoleh  dari  deformasi yang  dialami  model.  Tegangan ekivalen yang digunakan adalah von- mises .  Besar  tegangan  maksimum yang  terjadi  sebesar  148,6  MPa  dan tegangan  minimum  yang  terjadi sebesar  0,2  MPa  pada  pembebanan 75100  N.  Dari  tabel  4.3  ini  dapat dilihat  bahwa  semakin  besar  beban yang  diterima worm  screw maka semakin besar pula displacement dan tegangan yang terjadi. Pada tabel 4.3 juga  menjelaskan  bahwa  semakin meningkatnya  beban  yang  diterima maka  akan  menurunkan  nilai safety factor. Kegagalan (failure) produk  tidak harus berupa musibah, atau
melibatkan  perpatahan,  kebocoran, atau  keausan  berlebihan.  Kegagalan tidak lain adalah titik dimana produk tidak  lagi  mampu  memenuhi  tujuan
pemakaiannya  (Laurence  H.  Van Vlack, 1989).
1. Faktor  Penyebab  Kegagalan Worm Srew Press Berdasarkan  perhitungan  pada worm screw press kegagalan terjadi  karena adanya  respon  tengangan-tengangan, beban  berlebih  serta  gesekan  pada permukaan worm screw yang terjadi, sehingga  berpengaruh  terhadap  laju keausan worm  screw  press tersebut. Pada  kondisi  dilapangan  keausan yang  terjadi  bukan  hanya  karena masalah  diatas  saja,  namun  keausan ini  juga  dapat  terjadi  karena  faktor kebersihan  dan maintenance pabrik yang kurang baik, serta adanya benda asing  seperti  patahan  pisau digester dan  material  lain  selain  buah  sawit yang  ikut  masuk  ke  dalam  proses kerja mesin screw press .
2. Daerah  Keausan  pada  Worm Screw Press Dari    hasil  simulasi  pada  gambar  5 dapat  dilihat  daerah worm  screw yang  mengalami displacement yaitu ulir  bagian  depan  dan  selanjutnya ulir  kedua  dan  ketiga  dengan degradasi  warna  merah,  oranye  dan kuning.  Tampilan  pada  gambar  4.7 sesuai  dengan  keadaan  yang  terjadi pada worm  screw di  lapangan.  Dari tabel  4.3  juga  dapat  dilihat  bahwa semakin  besar  beban  yang  diberikan pada worm  screw maka  semakin
besar pula displacement dan tegangan yang terjadi.
3. Langkah Perbaikan pada Worm Screw Press Keausan  pada  permukaan worm
screw ini  dapat  bepengaruh  pada menurunya  hasil  produksi  pabrik karena kapasitas produksi tidak dapat
tercapai (losis) .  dengan  demikian perlu adanya perbaikan yang dilakukan  pada  permukaan worm screw yaitu  dengan  cara  pengelasan pada  permukaan  yang  mengalami keausan,  ketebalan  lasan  ini  sekitar 15  mm  dengan  menggunakan  las listrik.

## KESIMPULAN
Dari hasil pengujian dan analisa yang penulis  lakukan  dapat  disimpulkan sebagai berikut:
1. Didapatkan respon yang terjadi  pada  worm  screw press,  yaitu  tegangan  geser 30,61  MPa.  Tegangan  aksial sebesar  10,7  MPa.  Tegangan lentur  61,55  MPa.  Tenganan geser pada dasar screw  14,38
MPa.  Semua  respon  tersebut berpengaruh terhadap ketahanan worm screw press. 2. Laju keausan pada permukaan worm screw press sebesar 66,8904 mm3/hari. 3. Total displacement maksimum terjadi pada bagian  pertama  ulir  worm screw  dan  selanjutnya  ulir  ke dua dan ke tiga.
4. Penambahan  ketebalan  worm screw press menggunakan las listrik,  ketebalan  berkisar  15 mm  pada  permukaan  worm screw  press  yang  mengalami keausan.
5. Worm screw press yang telah mengalami  perbaikan  dapat bertahan 300-400 jam pemakaian.

## DAFTAR PUSTAKA
Bambang Setyono., 2015. “Perancangan Dan Analisa  Chassis  Mobil
Listrik  “Semut  Abang” Menggunakan Software Autodesk  Inventor  Pro 2013”. Edo  Bramantyo.,  2012.  “ Finite Elemen Method (FEM)”. http://www.repas trepost.com/2012/04/finit e-element-method- fem.html Geovani, Orlando., 2012. ”Mesin Screw  press pada pabrik  kelapa  sawit”.
http://geovaniorlando.blo gspot.co.id/2012/12/mesi n-screw-press-pada- pabrik-kelapa.html Joseph  E,  Shigley  dan  Larry  D, Mitchell ., 1983. “Perencanaan Teknik Mesin”,  Edisi  ke  empat, Diterjemahkan oleh Gandhi Harahap. Jakarta : Erlangga Laurence  H.  Van  Vlack.,  1989. “Elemen-  Elemen  Ilmu Dan  Rekayasa  Material”, Edisi keenam. Diterjemahkan  oleh  Ir. Sriati  Djaprie,  M.Met. Fakultas Teknik Indonesia. Mustazama.,  2010.  “Sifat-  Sifat Mekanika Bahan”.http://mustamaza.
/wordpres.com/2010/04/1 5/sifat-sifat-mekanika-
bahan/amp Palm  Oil.,  2012.  “Cara  kerja screw press”. h ttp://intisawit.blogspot.c om.2012/08/cara-kerja- screw-press_3.html Rachmad Syafikri., 2012. “Mengenal autodesk inventor”. http://vikryuniv
ersity.blogspot.co.id/2012 /10/mengenal-autodesk-
inventor.html Tekad  Sitepu.,  2010.  “Analisa Umur  Pemakaian  Screw Press Pada Mesin Pengekstraksi Minyak Mentah  Kelapa  Sawit” Jurnal  Dinamis  Vol.  I, No. 7, Juni 2010. Teknik  Mesin.,  2016.  “Skema nyala las busur”. http://teknikmesin.org/ske ma-nyala-las-busur/
Ucok  Damanik.,  2012.  “Mesin Pengempa”.
http://surgapetani.blogspo t.co.id/2012/11/screw- press-mesin- pengempa.html