Perancangan Dan Pembuatan Dapur Pelebur Untuk Kuningan Dengan Kapasitas 50 Kg Untuk Keperluan Industri Rumah Tangga (Detail : Konstruksi Dapur)

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN DAPUR PELEBUR UNTUK

KUNINGAN DENGAN KAPASITAS 50 KG UNTUK

KEPERLUAN INDUSTRI

RUMAH TANGGA

(DETAIL : KONSTRUKSI DAPUR)

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ANDY HAKIM NIM. 050401025

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN DAPUR PELEBUR UNTUK

KUNINGAN DENGAN KAPASITAS 50 KG UNTUK

KEPERLUAN INDUSTRI

RUMAH TANGGA

(DETAIL : KONSTRUKSI DAPUR)

ANDY HAKIM 050401025

Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh :

DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU

Ketua,

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Raskita S. Meliala NIP. 196412241992111001 NIP. 194508171971062001

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN DAPUR PELEBUR UNTUK

KUNINGAN DENGAN KAPASITAS 50 KG UNTUK

KEPERLUAN INDUSTRI

RUMAH TANGGA

(DETAIL : KONSTRUKSI DAPUR)

ANDY HAKIM 050401025

Telah Disetujui Oleh : Pembimbing/Penguji

Ir. Raskita S. Meliala NIP. 194508171971062001

Penguji I, Penguji II,

Ir. Syahrul Abda, M.Sc. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc.

NIP. 195708651988111007 NIP. 195609101987011001

Diketahui Oleh : Depertemen Teknik Mesin

Ketua,

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN DAPUR PELEBUR UNTUK

KUNINGAN DENGAN KAPASITAS 50 KG UNTUK

KEPERLUAN INDUSTRI

RUMAH TANGGA

(DETAIL : KONSTRUKSI DAPUR)

ANDY HAKIM 050401025

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-554, pada tanggal 5 Juni 2010

Pembanding I, Pembanding II,

Ir. Syahrul Abda, M.Sc. Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. 195708651988111007 NIP. 195609101987011001

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU M E D A N

MATA PELAJARAN : PENGECORAN LOGAM

TUGAS SARJANA

N A M A : ANDY HAKIM

N I M : 0 5 0 4 0 1 0 2 5

SPESIFIKASI :

DIBERIKAN TANGGAL : 01 / 12 / 2009 SELESAI TANGGAL : 05 / 04 / 2010

MEDAN, 1 Desember 2009

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Dr. Ing. Ir. IKHWANSYAH ISRANURI Ir. RASKITA S. MELIALA

AGENDA : 918/TS/2009

DITERIMA TGL :

PARAF :

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN DAPUR PELEBUR UNTUK KUNINGAN DENGAN KAPASITAS 50 KG UNTUK KEPERLUAN INDUSTRI RUMAH TANGGA (DETAIL : KONSTRUKSI DAPUR)

PERANCANGAN MELIPUTI : - PERHITUNGAN

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK U S U

MEDAN

KARTU BIMBINGAN

NO

TUGAS SARJANA MAHASISWA

No. : 918 / TS / 2009

Sub. Program Studi : Proses Produksi Bidang Studi : Pengecoran Logam

Judul Tugas : Rancangan Dapur Crucible Untuk Peleburan Paduan Kuningan Diberikan Tgl. : 1 Desember 2009 Selesai Tanggal : 5 April 2010 Dosen Pembimbing : Ir.Raskita S. Meliala Nama Mhs : Andy Hakim

N.I.M : 050401025

Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan Dosen Pemb. 1. 01-12-2009 Pengambilan spesifikasi tugas

2. 03-12-2009 Survey ke Laboratorium

3. 10-12-2009 Asistensi Pendahuluan dan Tinjauan pustaka 4. 09-02-2010 Lanjutkan

5. 16-02-2010 Asistensi perencanaan dapur 6. 18-02-2010 Perbaiki perencanaan dapur 7. 23-02-2010 Asistensi konstruksi dapur 8. 25-02-2010 Perbaiki konstruksi dapur 9. 02-03-2010 Perbaiki

10. 04-03-2010 Lanjutkan

11. 09-03-2010 Lanjutkan gambar teknik 12. 05-04-2010 Selesai, Siap diseminarkan

CATATAN: Diketahui,

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Ketua Departemen Teknik Mesin

Dosen Pembimbing setiap asistensi FT. U.S.U.

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi 3. Kartu ini harus dikembalikan ke

Departemen, bila kegiatan Asistensi

telah selesai. Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT. atas rahmat dan karunia-Nya yang dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana berjudul “Perancangan Dan Pembuatan Dapur Pelebur Untuk Kuningan Dengan Kapasitas 50 Kg Untuk Keperluan Industri Rumah Tangga (Detail : Kontstruksi Dapur)” yang merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dalam menyelesaikan pendidikan untuk meraih gelar Sarjana Teknik.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ayahanda Akhmad Suleman Nasution dan Ibunda Nurhasanah Aritonang yang membesarkan serta mendidik penulis, dan dengan doa-doanya yang selalu menyertai penulis setiap saat.

2. Ibu Ir.Raskita S Meliala selaku dosen pembimbing tugas sarjana yang telah memberi arahan, bimbingan dan pelajaran berharga dari awal hingga selesainya tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr.Ir.Ing.Ikhwansyah Isranuri, M.Eng dan bapak Ir.Tulus Burhanuddin Sitorus,MT

Selaku Ketua jurusan dan Sekretaris Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di Universitas sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan.

5. Teman – teman sejawat dan seperjuangan, yaitu Doli Martua Lubis, Irham Fadillah Tanjung, Ika Suryani Nasution, Ira Suryani Panjaitan, Harri Mufti serta semua pihak yang telah mendukung.

Akhir kata semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat. Dan penulis menyadari bahwa tugas sarjana ini jauh dari kesempurnaan, karena keterbatasan pengetahuan dan referensi maka penulis berharap saran dan kritik yang membangun untuk kesempurnaan tugas sarjana ini.

Medan , Juni 2010

Andy Hakim

ABSTRAK

Saat ini hasil pengecoran logam industri rumah tangga di Indonesia masih kalah saing dengan hasil pengecoran industri di luar negeri. Hal ini dikarenakan masih rendahnya kualitas serta tingginya biaya dalam pengoperasian produk pengecoran logam di Indonesia. Tujuan dari perencanaan ini adalah merancang sebuah dapur crucible untuk peleburan kuningan dengan kapasitas 50 kg guna menekan biaya yang tinggi dan meningkat kualitas hasil coran. Metode yang digunakan dalam perancangan ini adalah kajian literatur, rancang ulang dapur, dan pembahasan. Hasil yang diperoleh yaitu sebuah dapur crucible dengan kapasitas peleburan 50kg dengan ukuran tinggi dapur 800mm dan diameter dapur 816mm, diameter ruang bakar 416mm dan tinggi ruang bakar 600mm yang menggunakan bahan bakar minyak tanah. Kesimpulan dari rancangan ini adalah dapur crucible ini sesuai digunakan untuk industri rumah tangga.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……….i

ABSTRAK…..……….………..……….. ii

DAFTAR ISI………...iii

DAFTAR GAMBAR……….iv

DAFTAR TABEL………v

DAFTAR SIMBOL………vi

BAB I. PENDAHULUAN ... ……….1

1.1 Latar Belakang ………..2

1.2 Maksud dan Tujuan ………2

1.3 Batasan Masalah ………2

1.4 Metode Penulisan ………3

1.5 Sistematika Penulisan ……….3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 4

2.1 Logam Bukan Besi ( Non Ferrous Metal ) ………4

2.2 Tembaga dan Paduannya ………..5

2.2.1 Kuningan ………... 8

2.2.2 Brons………... 10

2.3 Seng dan Paduannya ………11

2.4 Magnesium dan Paduannya ………..11

2.5 Dapur Crucible ………12

2.6 Pemilihan Bahan Batu Tahan Api ………17

2.6.1 pemilihan Batu Tahan Api ………..17

2.6.2 Bahan Batu Tahan Api ………18

2.7 Semen Tahan Api ……….20

2.8 Konstruksi Dapur Pelebur ………21

BAB III. PERENCANAAN DAPUR ... 22

3.1 Dapur Pelebur ……….22

3.2 Cawan Lebur ……….23

3.3 Batu Tahan Api ………..25

3.4 Penumpu Cawan Lebur ……….25

3.5 Semen Tahan Api ………..……….26

3.6 Ruang Bakar ……….27

3.7 Dinding Luar ………27

3.8 Pemilihan Alat Pemanas ………28

BAB IV. PEMBAHASAN... 29

4.1 Konstruki Dapur Pelebur ……….29

4.2 Kapasitas Cawan Lebur ... 29

4.3 Batu Tahan Api ………32

4.4 Penumpu Cawan Lebur ……….36

4.5 Ruang Bakar ………37

4.6 Dinding Luar ………38

4.7 Waktu Peleburan ... 39

4.8 Tabel Perancangan ... 41

4.9 Hasil Pengujian Dapur ... 41

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ………..42

DAFTAR PUSTAKA ………..44 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram fasa tembaga 5

Gambar 2.2 Tembaga bebas oksigen 6

Gambar 2.3 Diagram fasa Cu – O 7

Gambar 2.4 Diagram fasa Cu 8

Gambar 2.5 Diagram fasa Cu – Zn 9

Gambar 2.6 Diagram Fasa Magnesium 12

Gambar 2.7 Dapur Kedudukan Tetap 13

Gambar 2.8 Dapur Crucible Yang Bisa Dimiringkan 13

Gambar 2.9 Tanur Udara Terbuka Penampang Melintang 14

Gambar 2.10 Penampang Tanur Udara 15

Gambar 2.11 Tanur Induksi 16

Gambar 3.1 Konstruksi dapur pelebur 22

Gambar 3.2 cawan lebur 23

Gambar 3.3 Bentuk dan Ukuran Cawan Lebur 24

Gambar 3.4 Dimensi batu tahan api 25

Gambar 3.5 Penumpu Cawan Lebur 26

Gambar 3.6 Luas ruang bakar 27

Gambar 4.1 Dapur Pelebur 29

Gambar 4.2 Bentuk Dan Ukuran Cawan Lebur 32

Gambar 4.3 Batu Tahan Api 33

Gambar 4.4 Penyusunan Batu Tahan Api 34

Gambar 4.5 Dimensi Batu Bata Tahan Api 35

Gambar 4.6 Luas Ruang Bakar 37

Gambar 4.7 Bentangan Plat 38

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Berat jenis beberapa jenis logam 4

Tabel 2.2 Paduan tembaga utama tempaan 7

DAFTAR SIMBOL

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

Cp1 Panas jenis kuningan padat KJ/kg.0K

Cp2 Panas jenis kuningan cair KJ/kg.0K

Cp3 Panas jenis batu tahan api KJ/kg.0K

Cp4 Panas jenis dinding plat luar KJ/kg.0K

Cp5 Panas jenis cawan lebur KJ/kg.0K

Ddb Diameter dalam Batu bata m

Dlb Diameter luar batu bata m

Dp Diameter plat luar m

ho Koefisien perpindahan panas konveksi W/m.oC

HHV Nilai pembakaran atas minyak tanah KJ/kg

kb Konduktivitas thermal batu bata W/m.oC

kp Konduktivitas thermal dinding plat W/m.oC

L Tinggi ruang bakar m

mb Massa batu bata kg

mbb Massa bahan bakar kg

mpl Massa plat dinding luar kg

mcl Massa cawan lebur kg

mal Massa kuningan yang akan dilebur kg

Nu Bilangan Nusselt -

Pr Bilangan Prandal -

q1 Kalor yang terbuang dari dinding dapur KJ/jam

q2 Kalor yang terbuang dari lubang cawan lebur KJ/jam

Q1 Kalor yang diserap untuk melebur kuningan KJ

Q2 Kalor yang diserap batu tahan api KJ

Q3 Kalor yang diserap dinding plat luar KJ

Q4 Kalor yang diserap cwan lebur KJ

Qt1 Kalor total yang diserap KJ

Qt2 Kalor yang terbuang selama proses KJ

r3 Jari-jari dalam bata m

r4 Jari-jari luar bata m

r5 Jari-jari luar dinding m

Re Bilangan Reynold -

tb Tinggi bata yang menerima panas m

tp Tinggi plat yang mengalami prubahan suhu m

tf Suhu film oK

Ta Temperatur ruang bakar oK

T1 Temperatur suhu lingkungan oK

Uo Koefisien perpindahan panas total W/m.oC

V Viskositas Kinematika Cst

Xp Ketebalan plat dinding m

ABSTRAK

Saat ini hasil pengecoran logam industri rumah tangga di Indonesia masih kalah saing dengan hasil pengecoran industri di luar negeri. Hal ini dikarenakan masih rendahnya kualitas serta tingginya biaya dalam pengoperasian produk pengecoran logam di Indonesia. Tujuan dari perencanaan ini adalah merancang sebuah dapur crucible untuk peleburan kuningan dengan kapasitas 50 kg guna menekan biaya yang tinggi dan meningkat kualitas hasil coran. Metode yang digunakan dalam perancangan ini adalah kajian literatur, rancang ulang dapur, dan pembahasan. Hasil yang diperoleh yaitu sebuah dapur crucible dengan kapasitas peleburan 50kg dengan ukuran tinggi dapur 800mm dan diameter dapur 816mm, diameter ruang bakar 416mm dan tinggi ruang bakar 600mm yang menggunakan bahan bakar minyak tanah. Kesimpulan dari rancangan ini adalah dapur crucible ini sesuai digunakan untuk industri rumah tangga.

BAB I

PENDAHULUAN

Saat ini hasil pengecoran logam industri rumah tangga di Indonesia masih kalah saing dengan hasil pengecoran industri di luar negeri. Hal ini dikarenakan masih rendahnya kualitas serta tingginya biaya dalam pengoperasian produk pengecoran logam di Indonesia.

Pada industri pengecoran logam pada umumnya masih menggunakan dapur pelebur yang sangat sederhana, yaitu hanya berupa cawan pelebur yang kecil dan terbuat dari baja, yang ditumpu kemudian dibakar / dipanasi dengan kompor minyak tanah atau arang kayu.

Dengan kondisi seperti itu , maka dalam pengoperasiannya banyak sekali energi panas yang terbuang dan keselamatan kerja yang kurang terjamin di samping tingkat produksinya juga rendah.

Dari keadaan tersebut diatas maka timbul beberapa masalah antara lain: 1. Bagaimana mengurangi jumlah panas yang terbuang

2. Meningkatkan kapasitas

3. Meningkatkan keselamatan kerja

Berkaitan dengan masalah tersebut di atas, maka dalam membuat tugas sarjana ini diambil judul yaitu “ Perancangan dan pembuatan dapur pelebur untuk kuningan dengan kapasitas 50 kg untuk keperluan industri rumah tangga (detail : Konstruksi Dapur) “ berbahan bakar minyak tanah.

Alat pelebur ini merupakan modal yang amat penting di dalam menunjang peningkatan produksi barang-barang coran khususnya kuningan. Oleh sebab itu dalam pembuatannya harus teliti sesuai dengan tuntutan kondisi kerja.

Dapur cruicible ini mempunyai kapasitas 50 kg dan memakai bahan bakar minyak tanah. Dapur crucible ini juga terdiri dari beberapa komponen yang dalam perancangannya memerlukan pertimbangan-pertimbangan yang meliputi perhitungan perpindahan panas, pemilihan bahan, gambar serta pengoperasiannya yang mana semua ini merupakan penerapan pengetahuan secara teori dan praktek.

1.1 Latar belakang

Saat ini hasil pengecoran logam industri rumah tangga di Indonesia masih kalah saing dengan hasil pengecoran industri di luar negeri. Hal ini dikarenakan masih rendahnya kualitas serta tingginya biaya dalam pengoperasian produk pengecoran logam di Indonesia.

Perlunya pembinaan ini jelas terlihat, oleh karena itu ahli ilmu pengecoran harus mampu mengembangkan industri pengecoran di Indonesia.

Dengan mempertimbangkan hal di atas maka diperlukan adanya sarana yang memadai, yang mana salah satu alat utama dalam pengecoran adalah Dapur Crucible. Dalam pertimbangan hal tersebut maka direncanakan sebuah dapur Crucible dengan kapasitas kecil.

1.2 Maksud dan Tujuan

Maksud dari perencanaan dan pembuatan dapur pelebur kuningan dengan kapasitas kecil ini adalah membantu memantapkan penguasaan teori mengenai rancang ulang dapur atau kontruksi dapur. Tujuan dari perencanaan ini adalah merencanakan konstruksi dapur crucible.

1.3 Batasan Masalah

Berhubung dengan sangat luasnya persoalan dalam masalah pengecoran, maka akan dibatasi ruang lingkup tugas sarjana ini yaitu tentang perancangan ulang sebuah dapur crucible yang akan melebur kuningan dengan kapasitas kecil. Agar dapur crucible nantinya dapat bekerja dengan baik, maka perencanaan dari dapur ini meliputi perencanaan konstruksi dapur.

1.4 Metode Penulisan

Dalam menyelesaikan perencanaan dapur crucible ini dipakai tiga dasar metode dasar penyelesaian yaitu:

1. Survey Lapangan

Disini dilakukan peninjauan pada Laboratorium Foundry yang menggunakan dapur pelebur untuk memperoleh data-data serta membandingkan dengan dapur crucible yang telah beroperasi yang dipakai di industri-industri pengecoran logam.

2. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang berhubungan dengan hal yang dibahas

3. Diskusi

Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan mahasiswa mengenai rancangan yang dilakukan.

1.5 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan tugas sarjana ini adalah:

1. BAB I : Pendahuluan, berisikan latar belakang, maksud dan tujuan perencanaan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

2. BAB II : Tinjauan Pustaka, berisikan tentang teori-teori yang mendasari perencanaan pengecoran logam.

3. BAB III : Perancangan Dapur, berisikan gambaran umum dapur pelebur, kapasitas cawan lebur, pemilihan alat pemanas, penggunaan batu bata, penumpu cawan lebur, ruang bakar, pemakaian bahan bakar serta kalor yang terjadi pada dapur.

4. BAB IV : Detail daripada dapur crucible yaitu Perancangan Konstruksi Dapur Crucible. 5. BAB V : Kesimpulan dan saran, berisikan secara garis besar hasil perencanaan dan

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Logam Bukan Besi (Nonferrous Metal)

Dalam keadaan murni logam bukan besi ini memiliki sifat yang sangat baik namun untuk meningkatkan kekuatan umumnya dicampur dengan logam lain sehingga membentuk paduan. Ciri dari logam nonbesi adalah mempunyai daya tahan terhadap korosi yang tinggi, Daya hantar listrik yang baik dan dapat berubah bentuk secara mudah. Pemilihan dari peduan logam non besi ini tergantung pada banyak hal antara lain kekuatan, kemudahan dalam pemberian bentuk, berat jenis, harga bahan baku, upah pembuatan dan penampilannya.

Logam bukan besi ini dibagi dalam dua golongan menurut berat jenisnya, yaitu logam berat dan logam ringan. Logam berat adalah logam yang mempunyai berat jenis di atas 5 kg/m3...(lit 1hal 64)

Berat jenis dari masing-masing non besi ini dapat dilihat pada tabel 2.1. Secara umum dapat dinyatakan bahwa makin berat suatu logam bukan besi maka makin banyak daya tahan korosinya. Bahan logam bukan besi yang sering dipakai adalah paduan tembaga, paduan alumunium, paduan magnesium, dan paduan timah. Tabel 2.1 ini memperlihatkan perbandingan berat jenis serta berbagai logam bukan besi. ... (lit 1 hal 64)

Tabel 2.1 Berat jenis beberapa jenis logam (lit 1 hal 64)

Logam Berat Jenis (Kg/m3)

Alumunium Tembaga Kuningan Timah hitam Magnesium Nikel Seng Besi Baja 2.643 8.906 8.750 11.309 1.746 8.703 7.144 7.897 7.769

Secara industri sebagian besar penggunaan tembaga dipakai sebagai kawat atau bahan untuk penularan panas dalam memanfaatkan hantaran listrik dan panasnya yang baik.

Gambar 2.1 Diagram fasa tembaga...(lit 4 hal 36)

Tembaga murni untuk keperluan industri dicairkan dari tembaga yang diproses dengan elektrolisa, dan klasifikasi menjadi tiga macam menurut kadar oksigen dan cara deoksidasi, yaitu tembaga ulet, tembaga deoksidasi dan tembaga bebas oksidasi. Kalau O terkandung dalam tembaga unsur-unsur pengotor dapat mengendap sebagai oksidasi maka jumlah larutan padat untuk menaikan hantaran lisrtik, jadi berkurang .dengan oksida yang banyak pada temperatur tinggi dapat menyebabkan kegetasan hydrogen, untuk mencegah ini dipergunakan tembaga deoksidasi atau tembaga bebas oksigen.

Gambar 2.2 Tembaga bebas oksigen

Dalam tembaga murni untuk keperluan industri biasa terdapat unsur-unsur gas yang memberikan pengaruh terhadap berbagai sifat. Oksigen adalah unsur yang penting yang berhubungan erat dengan kadar hidrogen dan belerang.

Tembaga cair mengabsorb hidrogen bersama-sama oksigen. Banyak H2 yang terkandung membentuk gas pada waktu pendinginan. Kalau pencairan tembaga dilakukan pada atsmosfir yang lembab terjadi desosiasi H2O pada permukaan tembaga cair. Jumlah hidrogen yang larut di dalam tembaga cair sebanding lurus dengan akar 2 dari konsentrasi hidrogen, dan hidrogen masuk ke dalam tembaga dalam keadaan atom.

Dalam keadaan padat kelarutan hidrogen menurun banyak, tetapi hidrogen dengan jumlah besar yang cukup dapat terlarut dalam keadaan padat di antara kisi atom. Menurut pengukuran yang sebenarnya dalam keadaan padat terkandung H sebanyak 1/2 - 1/3 dari O.

Gambar 2.3 Diagram fasa Cu – O

Tembaga membentuk larutan padat dengan unsur-unsur logal lain dalam daerah yang luas, dan dipergunakan untuk berbagai keperluan. Tabel 2.2 menunjukkan contoh dari paduan tembaga untuk proses pembentukan.

Paduan untuk coran hampir mempunyai komposisi kimia yang sama tetapi memmperbaiki mampu cornya dan mampu mesinnya komposisi kimianya agak berbeda dalam beberapa komponen.

Tabel 2.2 Paduan tembaga utama tempaan

Paduan Komposisi kimia (%)

Sifat –sifat mekanik setelah pengujian Penggunaan Kekeuatan tarik (kgf/mm) Kekuatan mulur

(kgf/mm Perpanjan_gan(%) Kuningan 70-30

Kuningan 60-40 Kuningan bebas Kuningan admiralty Brons fosfor Brons mangan Brons aluminium Perak Brons berilium

70 Cu -30 Zn 60 Cu-30Zn 61,5Cu-35,5Zn-3Pb 71 Cu-28Zn -1,0Sn 94 Cu- 5Zn-0,25P 38,5Cu-39Zn-1,0Se-1,0Fe-0,3Ma 95Cu-5,o Al 56,Cu-17Zn-18Ni 98,0Cu-2,0Be 32,6 32,8 34,3 23,5 35,0 45,5 38,6 40,7 28,5 11,5 12,0 12,6 9,4 14,0 21,0 15,4 17,5 24,6 60 45 53 65 58 35 65 40 35 Emas tiruan Logam tipis Sekrap ,baut Kondensor,komponen kapal Roda gigi

Poros baling baling kapal Untuk indusrti kimia Perhiasan,alat ukur Pegas

Gambar 2.4 Diagram Fasa Cu

2.2.1. kuningan

Kuningan berasal dari zaman Romawi. Dalam sistem ini terdapat 6 fasa yaitu: α, β, γ, δ, ε,

dan η, dari semua fasa itu yang penting secara industri adalah dua, yaitu α dan β. Α mempunyai

struktur fcc dan β mempunyai struktur bcc.

Ada juga fasa β’ dengan kisi super. Seperti telah diketahui dari diagram fasa untuk kuningan 70-30, fasa α merupakan fasa yang lunak dan mudah dikerjakan, sedangkan kuningan 60-40, adalah fasa α+ β yang mempunyai kekuatan tinggi. Paduan dengan kira-kira 45%Zn mempunyai kekuatan yang paling tinggi akan tetapi tidak dikerjakan, jadi hanya dipergunakan untuk paduan coran.

Gambar 2.5 Diagram fasa Cu – Zn

Kuningan khusus

Kuningan yang dicampur unsur ketiga untuk memperbaiki ketahanan korosi, ketahanan aus, mampu mesin, dsb, disebut kuningan khusus khusus. Unsur-unsur yang dipadukan terutama Mn, Sn, Fe, Al, Ni, Pb, dsb. Unsur-unsur ini larut padat dalam α dan β, sehingga tidak membentuk

fasa baru hanya mengubah perbandingan antara fasa α dan β.

Pb larut padat dalam kuningan hanya sampai 0,4%, dan kelebihannya mengendap dalam batas butir dan di dalam butir terdipersikan secara halus yang hal ini memperbaiki mampu mesin dan membuat permukaan yang halus oleh karena itu dipergunakan untuk roda gigi pada jam yang dibebani secara ringan.

Sn memperbaiki ketahanan korosi dan sifat-sifat mekaniknya kalau ditambahkan dalam daerah larutan padat.

Al adalah efektif untuk memperhalus butir kristal dan memperbaiki ketahanan korosi terhadap air laut jadi paduan ditambah 1,5 sampai 2,5% Al dapat dipergunakan untuk pipa kondensor, dsb.

2.2.2. Brons

Paduan ini dikenal oleh manusia sejak lama sekali. Perunggu merupakan paduan antara Cu dan Sn dalam arti yang sempit. Tetapi dalam arti yang luas perunggu berarti paduan Cu dengan unsur logam lainnya selain dari Zn. Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan, perunggu merupakan paduan yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi,

demikian juga ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya oleh karena itu banyak dipergunakan untuk berbagai komponen mesin, bantalan, pegas, coran artistik, dsb.

Perunggu posfor (brons posfor)

Pada paduan tembaga posfor berguna sebagai penghilang oksida, oleh karena itu penambahan posfor 0,05-0,5% pada paduan memberikan kecairan logam yang lebih baik. Brons posfor mempunyai sifat-sifat lebih baik keelastisannya, kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Ada tiga macam brons posfor yang dipergunakan dalam industri yaitu brons biasa yang tidak mempunyai kelebihan P yang dipakai dalam proses menghilangkan oksida, brons posfor untuk pegas dengan kadar 0,05-0,15% yang ditambahkan kepada brons yang mengandung Sn kurang dari 10% dan brons posfor untuk bantalan yang mengandung 0,3-1,5%P ditambahkan kepada brons yang mengandung lebih dari 10%Sn.

Paduan tembaga yang dapat dikeraskan dengan presipitasi

Ada beberapa macam paduan tembaga yang mempunyai diagram fasa di mana kelarutan pada larutan padat di daerah Cu meningkat menurut temperatur. Kalau paduan ini didinginkan secara tiba-tiba dari larutan padat yang homogen pada temperatur tinggi dan kemudian dituangkan pada temperatur yang cocok, maka akan terjadi pergeseran oleh adanya fasa presipitasi yang halus yang terdispersikan. Sebagai tambahan terhadap paduan biner yaitu Cu-Ag, Cu-Cd, Cu-Zr, Cu-Cr, Cu-Ti, Cu-Fe2P, Cu-Ni2 Si, Cu-Be Co, Cu-Ti-Sn-Cr, dsb. Di antara semua itu paduan Cu-be

mempunyai kekuatan yang paling tinggi dengan pergeseran presipitasi, penggunaannya bukan saja untuk pegas-pegas yang dapat dialiri listrik dan elektroda-elektroda untuk pengelasan titik, tetapi juga untuk palu-palu yang dipergunakan di dalam pabrik-pabrik yang mengolah produk yang bisa menyala, yang menyebabkan percikan api pada waktu yang dipukul.

2.3 Seng dan Paduannya

Seng adalah logam bukan besi kedua setelah tembaga yang diproduksi secara besar yang mana lebih dari 75% produk cetak tekan terdiri dari paduan seng. Logam ini mempunyai kekuatan yang rendah dengan titik cair yang juga rendah dan hamper tidak rusak di udara biasa. Dan dapat digunakan untuk pelapisan pada besi, bahan baterai kering dan untuk keperluan percetakan.

...(lit 4 hal 150)

Selain itu seng juga mudah dicetak dengan permukaan yang bersih dan rata, daya tahan korosi yang tinggi serta biaya yang murah. Dikenal seng komersial dengan 99,995 seng disebut special high grade. Untuk cetak tekan diperlukan logam murni karena unsure-unsur seperti timah, cadmium dan tin dapat menyebabkan kerusakan pada cetakan cacat sepuh.

Paduan seng banya digunakan dalam industry otomotif, mesin cuci, pembakar minyak. Lemari es, radio, gramafon, televisi, mesin kantor dan sebagainya.

2.4 Magnesium dan Paduannya

Paduan magnesium (Mg) merupakan logam yang paling ringan dalam hal berat jenisnya. Magnesium mempunyai sifat yang cukup baik seperti alumunium, hanya saja tidak tahan terhadap korosi. Magnesium tidak dapat dipakai pada suhu diatas 150°C karena kekuatannya akan berkurang dengan naiknya suhu. Sedangkan pada suhu rendah kekuatan magnesium tetap tinggi.

... (lit 4 hal 373)

Magnesium dan paduannya lebih mahal daripada alumunium atau baja dan hanya digunakan untuk industry pesawat terbang, alat potert, teropong, suku cadang mesin dan untuk peralatan mesin yang berputar dengan cepat dimana diperlukan nilai inersia yang rendah. Logam magnesium ini mempunyai temperature 650°C yang perubahan fasanya dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Diagram fasa magnesium

Karena ketahanan korosi yang rendah ini maka magnesium memerlukan perlakuan kimia atau pengecekan khusus segera setelah benda dicetak tekan. Paduan magnesium memiliki sifat tuang yang baik dan sifat mekanik yang baik dengan komposisi 9% Al, 0,5% Zn, 0,13% Mn, 0,5% Si, 0,3% Cu, 0,03% Ni dan sisanya Mg. kadar Cu dan Ni harus rendah untuk menekan korosi.

2.5 Dapur Crucible

Dapur Crucible adalah dapur yang paling tua digunakan. Dapur ini mempunyai konstruksi paling sederhana. Dapur ini ada yang menggunakan kedudukan tetap dimana penmgambilan logam cair dengan memakai gayung. Dapur Ini sangat Fleksibel dan serba guna untuk peleburan yang skala kecil dan sedang. Bahan bakar dapur Crucible ini adalah gas atau bahan bakar minyak,karena akan mudah mengawasi operasinya. Ada pula dapur yang dapat dimiringkan

sehingga pengambilan logam dengan menampung dibawahnya. Dapur ini biasanya dipakai untuk skala sedang dan skala besar. Dapur Crucible jenis ini ada yang dioperasikan dengan tenaga listrik sebagai alat pemanasnya yaitu dengan induksi listrik frekuensi rendah dan juga dapat dengan bahan bakar gas atau minyak, sedangkan dapur Crucible yang memakai burner sebagai alat pemanas dengan kedudukan tetap dapat dilihat pada gambar 2.7. ... (lit 9 hal 141)

Gambar 2.7 Dapur kedudukan tetap

Tanur udara terbuka adalah tanur yang bentuknya seperti tungku yang agak rendah dan logam cair akan akan melebur dan dangkal. Pada bagian bawah tanur dipasang 4 buah ruang pemanas (regenerator ). Tanur juga disangga oleh dua buah rol yang memungkinkan untuk dimiringkan pada saat pengeluaran terak atau logam cair. Burner diletakkan pada kedua sisi tanur dan dioperasikan secara periodik untuk mendapatkan panas yang merata. Bahan bakar yang digunakan adalah gas atau minyak. Udara pembakaran dan bahan bakar biasanya dipanaskan mula dengan melewatkan pada ruang pemanas dibawah tanur. Pemanasan ini bertujuan untuk mempeercepat terjadinya pembakaran dan menjaga agar tidak terjadi perubahan suhu yang mencolok didalam tanur. Pintu pengisian terletak di sisi depannya . Tanur udara terbuka biasanya digunakan untuk peleburan baja. Tanur udara terbuka dapat dilihat pada gambar 2.10 di bawah ini.

Gambar 2.9 Tanur udara terbuka penampang melintang

Tanur udara adalah bentuk yang dimodifikasi dari tanur udara terbuka. Bentuknya hampir sama dengan tanur udara terbuka, penampang tempat logam cair berbentuk lebar dan dangkal. Tanur dipanaskan dengan alat pemanas dengan bahan bakar minyak . Burner dan udara pembakaran ditempatkan pada salah satu ujung tanur dan udara sisa pembakaranakan keluar dari ujung yang lain. Komposisi kimia dapat dikontrol lebih baik pada dapur ini dibanding dengan dapur kupola. Bila ingin melakukan penambahan dilakukan dengan membuka tutup tanur dan menuangkannya dari atas.

Tanur ini biasanya digunakan untuk melebur besi cor putih dan besi cor mampu tempa, dan kadang juga digunakan untuk peleburan logam non besi. Biaya operasi tanur ini lebih tinggi dibandingkan dengan kupola . Sering juga tanur ini dikombinasikan dengan kupola dalam operasinya. Mula-mula peleburan dilakukan dengan kupola kemudian cairan dipindahkan ke tanur udara untuk diatur komposisinya. Skema tanur udara dapat dilihat pada gambar 2.10

Gambar 2.10 Penampang tanur udara

Tanur induksi listrik adalah tanur yang melebur logam dengan medan elektromagnet yang dihasilkan oleh induksi listrik, baik yang berfrekuensi rendah maupun yang berfrekuensi tinggi. Tanur induksi biasanya berbentuk crucible yang dapat dimiringkan. Tanur ini dipakai untuk melebur baja paduan tinggi, baja perkakas, baja untuk cetakan,baja tahan karat,dan baja tahan panas yang tinggi.

Tanur ini bekerja berdasarkan arus induksi yang timbul dalam muatan yang menimbulkan panas sehingga memanasi crucible dan mencairkan logam di dalam crucible. Bentuk dari tanur induksi listrik dapat dilihat pada gambar 2.11. di bawah ini.

(b) (c)

2.11 Tanur Induksi (a) Penampang (b) Kumparan yang bias diangkat (c) Garis gaya pada Tanur Induksi

2.6 Pemilihan Bahan Bata Tahan Api

Pemilihan bahan batu bata yang akan digunakan untuk dapur pelebur tipe Crucible dengan bahan bakar minyak tanah ini, ditentukan dengan memperhatikan sifat-sifta dapur tersebut seperti dapur yang bekerja sampai temperatur 978 0C serta perhitungan biaya dari banyaknya batu bata yang digunakan.

Diharapkan pada suhu yang direncanakan tersebut bahan dari dapur tidak akan berubah sifatnya akibat pembebanan panas sehingga terjadi perubahan struktur dari bahan. Koefisien dari daya hantar panas juga tergantung dari suhu karena koefisien ini akan berkurang nilainya bila suhu dinaikkan.

2.6.1 Pemilihan Batu Bata

Batu bata tahan api yang umum digunakan unuk dapur pelebur tipe Crucible adalah Batu bata tahan api SK32, yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

• Tidak melebur pada suhu yang relatif tinggi

• Sanggup menahan lanjutan panas yang terjadi tiba-tiba ketika pembebanan suhu

• Tidak hancur di bawah pengaruh tekanan yang tinggi ketika digunakan pada suhu yang tinggi.

• Mempunyai koefisien thermal yang rendah sehingga dapat memperkecil suhu yang keluar • Memiliki tekanan listrik yang tinggi jika digunakan untuk dapur listrik.

Bahan batu bata ini diklasifikasikan dalam beberapa jenis yaitu golongan Asam, Basa dan Netral. Pemilihan ini sesuai dengan dapur apa yang akan dipergunakan . Adapun bahan-bahan dari bahan batu bata ini adalah:

1. Bahan Batu Bata Jenis Asam

Biasanya terdiri dari pasir silika dan tanah liat tahan api. Silika dalam bentuk murni melebur pada suhu 1710 oC bahan ini terdiri dari hidrat alumina silica (Al2O3, 2SiO2, 2H2O ).

2. Bahan Batu Bata Jenis Basa

Biasanya terdiri dari magnesia, clionic magnesia, dan dolomite magnesia mempunyai titik lebur tinggi dan baik untuk melawan korosi, bahan-bahan ini terdiri dari 20 -30 % MgO dan 70 -80 % cliromite dolomite terdiri dari kalsium karbinat dan magnesia (CaCO3, MgCO3). Dolomite stabil yang terdiri dari CaCO3,SiO3,, MgO adalah bahan yang lebih baik daripada dolomite biasa sehingga lebih tidak mudah retak.

3. Bahan Batu Bata Jenis Netral

Terdiri dari karbon, grafit, cliromite, dan silimanite. Bahan ini tidak membentuk fasa cair pada pemanasan penyimpan kekuatan pada suhu tinggi jenis cliromite terbuat dari biji cliromite yang komposisinya terdiri dari 32 % FeO dan 68 % CrO3 dan mempunyai titik cair sekitar 2180 0C silimate terdiri dari 63 % Al2O3, dan 37 % SiO2 dan mempunyai titik cair sekitar 1900 0C ...(lit 4 hal 135)

2.6.2 Bahan Batu Bata

Bahan dasar untuk pembuatan batu bata yang dibakar adalah tanah liat. Tanah liat itu terjadi dari tanah napal ( tanah tawas asam kersik) yang dicampur dengan bahan yang lain seperti pasir. Bahan dasar tanah liat didapat di alam dalam berbagai susunan yang dapat dipakai begitu saja untuk industri batu bata. Dua sifat menyebabkan tanah liat cukup dipakai untuk industri bakar:

1. Keadaan liat atau dapat diremas yang perlu untuk tetap berada dalam bentuk yang sekali diberikan

2. Struktur seperti batu bata yang baru terjadi setelah hasil pembakaran.

Jika panas terlampau tinggi dalam pembakaran maka bahan bakar dapat melebur. Tidak semua jenis tanah liat melebur pada saat yang sama. Dasar dan susunan bahan-bahan

menentukan besarnya derajat panas yang dibutuhkan . Untuk menggantikan struktur asli dalam struktur batu bata atau untuk melebur batu bata.

Tanah Napal atau tanah tawas asam kersik atau batu bata mengandung veldspaat, susunannya adalah :

- Tanah tawas 39,56 % - Asam kersik 46,50 %

- air 13,94 %

Dimana asam kesik itu sendiri melebur pada suhu 1800 0 C. Untuk itu tanah tawas meleburnya dibutuhkan suhu yang tinggi lagi, jadi jika asam kersik dan tanah tawas bersenyawa dengan asam kersik menjadi tanah tawas asam kersik maka persenyawaan ini pada suhu 1200 0 C sudah merupakan kaca.

Kualitas hasil yang didapat bertalian rapat dengan susunan. Tanah liat ,zat bakar ,panas yang terjadi jika membakar dan lamanya membakar.

Bahan tahan panas yang dipakai untuk apur ini adalah batu bata deli clay dan biasa juga disebut dengan batu bata pakam yang termasuk golongan bahan batu bata jenis asam dimana konduktivitas dari batu bata ini adalah 0,69 W/m 0C. Pemilihan batu bata ini berdasarkan penelitian yaitu batu bata dipanasi sampai suhu kurang lebih 1000 0C di dalam oven pemanas dilakukan berulang kali dan diteliti keadaannya. Ternyata batu bata ini tidak mengalami perubahan bentuk struktur mekanis dan fisiknya secara besar atau batu bata ini mampu dan sesuai untuk digunakan pada dapur peleburan ini.

Dengan tahannya batu bata ini dipanasi sampai suhu sekitar 1000 0C, sedangkan suhu dapur yang direncanakan hanya lebih kurang 800 0C sehingga batu bata deli clay ini dapat digunakan untuk dapur pelebur, selain itu harga dari tiap batu bata SK32 relatif murah dari batu bata jenis lain serta mempunyai kekuatan yang baik sehingga dapat menahan beban yang akan ditumpu oleh batu bata ini, keuntungan yang lain adalah konduktivitas dari batu bata ini juga kecil sehingga dapat mengurangi panas yang keluar dari ruang bakar sehingga efisiensi panas dapat lebih ditingkatkan.

2.7 Semen Tahan Api

Bahan pengikat berfungsi untuk mengikat batu bata serta untuk menutup celah yang terjadi dari penyusunan batu bata. Bahan pengikat yang dipakai ini adalah semen tahan api yang juga dapat menambah ketahanan batu bata terhadapa suhu tinggi.

Untuk dapur peleburan ini dipakai bahan pengikat yaitu semen tahan api yang dijual dipasarandengan komposisi kimia :

• SiO2 dengan kadar 96,33 %

• Al2O3 dengan kadar 0,28 %

• CaO dengan kadar 2,74 % • Fe2O3 dengan kadar 0,56 %

• Na2O dengan kadar 0,04 %

• K2O dengan kadar 0,04 %

• TiO2 dengan kadar 0,03 % ……….. (lit 4 hal 526)

Sebagai bahan pengikat, semen ini dicampur dengan air dan pasir silica. Campuran semen dan pasir silica ini kemudian diaduk selama kurang lebih 2 menit dan kemudian ditambahkan air dan diaduk kurang lebih 3 menit. Kadar air harus dijaga sebaik mungkin karena bila kadar air berlebihan akan menyebabkan gelembung gas dan lubang-lubang kecil sedangkan bila air terlalu sedikit semen akan kehilangan sifat lekatnya sehingga tidak dapat mengikat batu batadengan baik dan akibatnya batu bata dapat ambruk atau beerlepasan. Selain kadar air yang berlebihan menyebabkan air berusaha melepaskan diri sehingga akibatnya permeabilitas permukaan yang besar.

Pemakaian bahan pengikat juga memerlukan teknik yang baik karena tidak boleh terjadinya retak dan harus dipadatkan sepadat mungkin.

Kadar semen dan pasir silica juga menjadi faktor yang penting karena bila kadar semen yang terlalu sedikit selain menyebabkan kehilangan sifat lekatnya juga dapat membentuk gumpalan-gumpalan pasir serta menyebabkan konstruksi batu bata susah dibongkar.

Jadi karakteristik dari bahan batu bata dari dapur ini yaitu: a. Bahan Penyekat panas: Batu Bata SK32

Titik cair : 1400 oC atau 1673 K Konduktivitas panas : 0,69 W/m oC

Berat Jenis : 2,1 g/cm3

b. Bahan Penyekat panas: Semen Tahan Api Titik cair : 1400 oC atau 1673 K Konduktivitas panas : 1,16 W/m oC

Berat Jenis : 1,75 g/cm3

2.8Konstruksi Dapur Pelebur

Sesuai dengan judul perencanaan, maka berikut yang akan dijelaskan adalah dapur pelebur dengan bahan bakar minyak. Konstruksi dapur pada dasarnya hanya merupakan sebuah cawan

pelebur yang terletak ditengah-tengah sebuah silinder grafit yang dilapisi dengan penyekat panas, terdapat ruang bakar diantara cawan pelebur dan dinding penyekat panas. Di bagian bawah terdapat unit pembangkit untuk mencukupi kebutuhan energi panas untuk mengambil kuningan cair digunakan gayung pengaduk.

BAB III

PERANCANGAN DAPUR

3.1 Dapur Pelebur

Dapur Crucible ini dirancang untuk melebur logam secara fisik. Selanjutnya setelah logam mencair dan diketahui komposisi yang dikehendaki, logam cair tersebut dituang ke dalam cetakan kemudian dilakukan proses permesinan.

Pada gambar 3.1 dapat dilihat bentuk konstruksi dapur pelebur yaitu sebuah cawan pelebur yang terletak di tengah-tengah sebuah silinder baja yang dilapisi dengan penyekat panas kemudian terdapat ruang bakar di antara cawan pelebur dan dinding penyekat panas. Di bagian bawah terdapat unit pembangkit untuk mencukupi kebutuhan energi panas.

Gambar 3.1. Konstruksi dapur pelebur

Alasan pemilihan dapur Crucible yang akan digunakan dibanding dengan memakai dapur pelebur jenis lainnya karena:

1. Dapur pelebur ini tidak memerlukan teknik pengoperasian yang terlalu rumit dibanding dapur pelebur jenis lainnya, sehingga cocok digunakan untuk penelitian.

3. Cocok digunakan untuk melebur logam bukan besi yang mempunyai temperatur cair yang cukup tinggi seperti kuningan.

4. Mudah dalam pengoperasiannya terutama untuk pengambilan terak pada logam kuningan. Dapur Crucible ini memakai bahan bakar minyak tanah yang memanasi sebuah cawan lebur yang terletak di tengah-tengah sebuah silinder baja yang dilapisi dengan batu bata, di mana antara cawan lebur dan batu bata tersebut terdapat ruang bakar.

3.2 Cawan Lebur

Fungsi cawan lebur adalah tempat untuk logam cair selama proses peleburan berlangsung. Cawan tersebut mempunyai titik cair yang jauh lebih tinggi dari titik cair logam yang akan dilebur. Pada perencanaan ini cawan lebur yang dipakai adalah silinder dari baja paduan yang dapat menampung 50 kg logam cair. Silinder grafit ini bagian atasnya dibuat berlubang.

Gambar 3.2 Cawan lebur

Pemilihan silinder grafit ini sebagai cawan lebur didasarkan pada logam yang akan dilebur yaitu kuningan dengan temperatur cair 1200°C, sedangkan silinder grafit mempunyai titik lebur 3600°C. Cawan lebur yang akan direncanakan ini juga harus mempunyai ruang volume cawan yang mampu menampung logam cair kuningan sesuai dengan spesifikasi tugas yaitu kurang lebih 50 kg metal cair.

Cawan lebur yang dipergunakan adalah silinder grafit yang pembuatannya melalui proses pengecoran. Dapat diketahui temperatur cair dari cawan lebur yaitu grafit berkisar 3600°C. Sedangkan dapur ini hanya bekerja pada temperatur maksimum 1200°C dan masih berada di bawah batas temperatur kerja dari grafit.

Gambar 3.3 Bentuk dan ukuran cawan lebur

3.3 Batu Bata Tahan Api

Batu bata tahan api adalah bahan yang dapat menahan temperatur tinggi dari panas yang terjadi di dalam dapur selama beroperasi.

Untuk dinding dan alas dapur diperlukan kombinasi tipe empat persegi panjang dan tipe segitiga lancip sedangkan untuk pendukung cawan pelebur digunakan tipe lurus. Batu bata disusun dan sebagai bahan pengikat dipakai semen tahan api dengan karakteristik sebagai berikut :

Titik lebur : 1400°C

Konduktivitas : 1,16 W/m°C ... (lit 6 hal 767)

Gambar 3.4 Dimensi batu bata tahan api

3.4 Penumpu Cawan Lebur

Penumpu cawan lebur berfungsi untuk menumpu cawan lebur pada ruang bakar. Penumpu ini terbuat dari batu bata tahan api SK32 yang mampu menahan temperatur 1400°C sedangkan temperatur ruang bakar hanya sampai sekitar 1200°C.

Penumpu yang digunakan berjumlah tiga buah dengan ukuran : Tinggi : 200 mm

Lebar : 100 mm Panjang : 50 mm

Gambar 3.5 Penumpu cawan lebur

3.5 Semen Tahan Api

Bahan pengikat berfungsi untuk mengikat batu bata serta untuk menutup celah yang terjadi dari penyusunan batu bata. Bahan pengikat yang dipakai ini adalah semen tahan api yang juga dapat menambah ketahanan batu bata terhadap suhu tinggi.

Ketahanan temperatur dari semen tahan api ini adalah 1400oC. Sebagai bahan pengikat, semen ini dicampur dengan air dan pasir silica.

3.6 Ruang Bakar

Ruang bakar adalah tempat nyala api untuk membakar dinding cawan. Ruang cawan mempunyai ukuran 1/3 dari ukuran diameter cawan lebur, dengan demikian maka lebar dari ruang bakar ini adalah 83 mm sedangkan tinggi ruang bakar adalah tinggi cawan lebur ditambah tinngi dudukan dari cawan lebur yaitu 83 mm maka dimensi ruang bakar dapat dilihat pada gambar 3.6 ...( lit 11 hal. 263 )

Gambar 3.6 Luas ruang bakar 3.7 Dinding Luar

Dinding luar yang dipakai terbuat dari baja karbon dengan pengerjaan tempa. Ketebalan dinding adalah 2,5 mm. Plat baja karbon dirol untuk membentuknya menjadi silinder berdiameter 816 mm. untuk dinding penahan bagian bawah dipasang baja karbon dengan ketebalan 3 mm.

• Diameter dinding luar : 0,821 m • Tinggi dinding : 0,8 m • Tebal dinding samping : 0,0025 m • Tebal dinding bawah : 0,003 m Karakteristik dari dinding luar ini adalah:

Bahan : Baja

Titik cair : 1170°C

Konduktivitas thermal : 54 W/m°C

Kekuatan tarik : 47 kg/mm2 ... (lit 12 hal 472)

3.8 Pemilihan Alat Pemanas

Alat pemanas ini berfungsi untuk mencukupi kebutuhan panas yang dibutuhkan untuk peleburan. Alat pemanas ini harus diletakkan sedemikian rupa sehingga api dapat bersirkulasi

dengan merata dalam dapur. Dan untuk pelebur yang direncanakan ini, alat pemanas yang digunakan adalah burner yang menggunakan bahan bakar minyak tanah.

Banyak yang menjadi pertimbangan mengapa burner minyak tanah ini yang digunakan. Salah satunya adalah karena pertimbangan biaya dimana harga dari burner minyak tanah ini lebih murah dibandingkan dengan penggunaan alat pemanas dengan bahan bakar lainnya.

Pertimbangan lainnya yaitu minyak tanah yang digunakan sebagai bahan bakar lebih aman dan mudah juga untuk disimpan dan diangkut.

Karakteristik dari alat pemanas yang digunakan adalah :

Alat pemanas : Burner

Bahan bakar : Minyak tanah (kerosene) Berat jenis kerosene : 0,82 gr/cm3

Nilai pembakaran (HHV) : 45940 kJ/Kg Tekanan uap kerosene adalah (Pk) : 0,201 atm

Temperatur penguapan kerosene (Tk) : 297,8°K

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Konstruksi Dapur Pelebur

Dapur Crucible ini dirancang untuk melebur logam secara fisik. Selanjutnya setelah logam mencair dan diketahui komposisi yang dikehendaki, logam cair tersebut dituang ke dalam cetakan kemudian dilakukan proses permesinan.

Gambar 4.1 Dapur Pelebur

Dapur Crucible ini memakai bahan bakar minyak tanah yang memanasi sebuah cawan lebur yang terletak di tengah-tengah sebuah silinder grafit yang dilapisi dengan batu bata, dimana antara cawan lebur dan batu bata tersebut terdapat ruang bakar.

4.2 Kapasitas Cawan Lebur

Fungsi cawan lebur adalah tempat untuk logam cair selama proses peleburan berlangsung. Cawan tersebut harus mempunyai titik cair yang jauh lebih tinggi dari titik cair logam yang akan dilebur. Pada perencanaan ini cawan lebur yang dipakai adalah silinder grafit yang dapat menampung 50 kg logam cair. Silinder grafit ini bagian atasnya dibuat berlubang.

Dari kapasitas cawan lebur yang mempunyai kapasitas sebesar 50 kg maka bisa didapat volume dari cawan lebur.

Volume dari cawan lebur adalah: V =

jenis berat

lebur cawan kapasitas

= 3 m / kg 8750 kg 50

=

0,00571 m3

=

5,71 liter

Maka volume dari cawan lebur adalah 5,71 liter.

Supaya cairan tidak tumpah maka ditambahkan 25 % dari dimensi cawan lebur: Volume Crucible = 5,71 + 

  



 _x5,71 100

25

= 5,71 + 1,4275 = 7,1375 liter = 8 liter

Untuk mendapatkan tinggi yang sesuai pada cawan lebur ini, maka untuk diameter luar dan tebal dari cawan lebur ini ditentukan dengan besar yaitu:

• Diameter luar : 250 mm

• Tebal : 30 mm

Maka dari volume cawan lebur yang mempunyai volume sebesar 8 liter dapat ditentukan ukuran dari tinggi cawan lebur yaitu:

Volume 8 liter = 0,008 m3

Volume = Luas alas × Tinggi =

4 π

_.

_D2

. Tinggi

Tinggi =

2 D . volume . 4 π

=

2 3 ) m 19 , 0 ( 14 , 3 ) m 008 , 0 ( 4

= 0,282 m

Dari hasil perhitungan maka didapat tinggi dari dimensi cawan lebur sebagai berikut:

• Tinggi : 282 mm

Dari data di atas maka dapat dihitung masa cawan lebur:

. .(0,125 0,095 ).7150 3 2 282 , 0 . ) 19 , 0 25 , 0 ( . 4 . 7150

m₁= π 2− 2 + π 3− 3

= 58,18 kg

Pemilihan silinder grafit ini sebagai cawan lebur didasarkan pada logam yang akan dilebur yaitu kuningan dengan temperatur cair 1200°C, sedangkan silinder grafit mempunyai titik lebur 3600°C. Cawan lebur yang akan direncanakan ini juga harus mempunyai ruang volume cawan yang mampu menampung logam cair kuningan sesuai dengan spesifikasi tugas yaitu kurang lebih 50 kg metal cair.

Cawan lebur yang dipergunakan adalah silinder grafit yang pembuatannya melalui proses pengerolan panas yang berbentuk lembaran serta kandungan logam rendah. Dapat diketahui temperatur cair dari cawan lebur yaitu grafit berkisar 3600°C. Sedangkan dapur ini hanya bekerja pada temperatur maksimum 1200°C dan masih berada di bawah batas temperatur kerja dari baja paduan ini.

Maka dapat dibuat sifat-sifat Crucible yang digunakan yaitu:

Bahan : grafit

Titik Cair : 3600°C atau 3873 K

Koefisien Pemuaian Panas : 10 × 10-6/°C Kekuatan tarik : 95 kg/mm2

Gambar 4.2 Bentuk dan ukuran cawan lebur

4.3 Batu Bata Tahan Api

Batu bata tahan api adalah bahan yang dapat menahan temperatur tinggi dari panas yang terjadi di dalam dapur selama beroperasi.

Gambar 4.3 Batu tahan api

Untuk dinding dan alas dapur diperlukan kombinasi tipe empat persegi panjang dan tipe segitiga lancip sedangkan untuk pendukung cawan pelebur digunakan tipe lurus.

Jika : tinggi dapur : 800 mm Diameter ruang bakar : 416 mm Tinggi ruang bakar : 600 mm

Tipe empat persegi panjang = bata tebal lapis tiap bata jumlah x dapur tinggi

=

50 14 x 600

=

168 buah

Tipe segi tiga lancip =

bata tebal lapis tiap bata jumlah x dapur tinggi

=

50 14 x 600

=

168 buah

Tebal alas dapur yang dipakai adalah 200 mm dan selebihnya dilapisi dengan pasir, maka jumlah bata yang dipakai adalah:

=

50 21 x 200

= 84 buah

Gambar 4.4 Penyusunan batu tahan api ke dalam dinding silinder

Batu bata disusun dan sebagai bahan pengikat dipakai semen tahan api dengan karakteristik sebagai berikut :

Titik lebur = 1710°C ...(lit 6 hal 767 ) Konduktivitas = 1,1 W/m°C

Masa dapur ini adalah :

m2 = π . Db . Xbi . tb .ρ +

4

π _{. D}

b2 . Xb2 . ρ

Dimana :

Db = Diameter luar dapur

= 0,816 m

tb = tinggi ruang bakar

= 0,6 m

Xb1 = tebal samping ruang bakar

= 0,2 m

Xb2 = tebal bawah ruang bakar

= 0,2 m

ρ = berat jenis bata

= 1600 kg/m3 ... (lit 5 hal 584)

Maka masa dapur adalah m2 = π . Db . Xbi . tb .ρ +

4

π _{. D}

b2 . Xb2 . ρ

m2 = π . 0,816 . 0,2 . 0,6 . 1600 + . 0,8162 . 0,2 . 1600

= 660,337 kg

Gambar 4.5 Dimensi batu bata

4.4 Penumpu Cawan Lebur

Penumpu cawan lebur berfungsi untuk menumpu cawan lebur pada ruang bakar. Penumpu ini terbuat dari batu bata tahan api yang mampu menahan temperatur 1710°C sedangkan temperatur ruang bakar hanya sampai sekitar 1200°C.

Penumpu yang digunakan berjumlah tiga buah dengan ukuran : Tinggi : 200 mm

Lebar : 100 mm Panjang : 50 mm

Massa dari penumpu cawan lebur yaitu: mp = ρ. (volume)

= 1600 (0,20 × 0,10 × 0,05) = 1,6 kg

Massa dari ketiga penumpu ini adalah 3 . 1,6 kg = 4,8 kg

Penumpu ini akan menahan berat dari logam yang akan dilebur dan berat dari cawan lebur dimana total berat yang akan ditumpu yaitu :

m = 50 kg + 58,18 kg = 108,18 kg

A = Luas penampang penumpu = 230 mm . 115 mm

= 26450 mm2

Beban total yang diterima oleh satu penumpu yaitu 1/3 (108,18) = 36,06 kg

4.5 Ruang Bakar

Ruang bakar adalah tempat nyala api untuk membakar dinding cawan. Ruang cawan mempunyai ukuran 1/3 dari ukuran diameter cawan lebur, dengan demikian maka lebar dari ruang bakar ini adalah 83 mm sedangkan tinggi ruang bakar adalah tinggi cawan lebur ditambah tinggi dudukan dari cawan lebur yaitu 83 mm maka dimensi ruang bakar dapat dilihat pada gambar 4.6

Gambar 4.6 Luas ruang bakar

Ukuran dari ruang bakar dapat dilihat dari:

Lebar ruang bakar antara cawan lebur dan penyekat panas adalah(lit 11 hal 263) 1. Lebar = 2 . 1/3 . diameter cawan lebur + diameter cawan lebur

= 2 . 1/3 . 250 + 250 = 416 mm

2. Tinggi = tinggi cawan lebur + tinggi penumpu + tebal batu bata tahan api dasar = 282 + 230 + 100

= 612 mm

3. Volume = Volume πd2 t – volume cawan lebur = π (0,416)20,7 - π (0,25)20,282 = 0,324 m3

4.6 Dinding Luar

Dinding luar yang dipakai terbuat dari baja karbon dengan pengerjaan tempa. Ketebalan dinding adalah 2,5 mm. Plat baja karbon dirol untuk membentuknya menjadi silinder berdiameter 816 mm. untuk dinding penahan bagian bawah dipasang baja karbon dengan ketebalan 3 mm.

Gambar 4.7 Bentangan plat

Massa dinding luar adalah :

m3 = berat dinding samping

m3 = π . Dd . t . xd1 . ρ

dimana :

Dd = diameter dinding luar

= 0,821 m t = tinggi dinding

= 0,8 m

xd1 = tebal dinding samping

= 0,0025 m

xd2 = tebal dinding bawah

= 0,003 m

ρ = berat jenis dinding = 7833 kg/m3

Maka :

m3 = π . 0,821 . 0,8 . 0,0025 .7833 + 2 .

4

π _{. 0,821}2

= 65,27 kg

Karakteristik dari dinding luar ini adalah:

Bahan : Baja

Titik cair : 1538°C

Konduktivitas thermal : 54 W/m°C Kekuatan tarik : 47 kg/mm2

4.7 Waktu peleburan

Untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan untuk dapat meleburkan 50 kg kuningan dalam dapur pelebur ini maka harus mengetahui berapa besar laju aliran panas ke cawan lebur dapat dicari dengan rumus :

q3 =

(

T2 T1

)

x kA

−

∆ ……….……(lit.5 hal 26)

Dimana: K = konduktivitas cawan lebur = 43 W/ m oC

A = Luas permukaan cawan lebur = ¼.π.d2

= ¼.π.(0,25)2 = 0,0491 m2

T1 = Suhu bagian dalam cawan

= 750 oC

T2 = Suhu bagian luar cawan

= 755 0C

Δx = ketebalan cawan lebur = 0,03 m

Maka :

q3 =

q3 = (755 750)

03 , 0 0491 , 0 . 43 − q3 = 1897,375 Watt

q3 = 1266,7788 kJ/Jam

Waktu yang dibutuhkan untuk kuningan padat menjadi cair pada dapur pelebur ini dapat diketahui dari besarnya angka perbandingan antara kalor yang dibutuhkan logam kuningan untuk dapat melebur dengan laju aliran kalor yang diterima oleh cawan lebur,yaitu:

t = = jam kj kj 55 , 6830 1 , 24888

= 3,643 Jam = 218,58 menit

Dapur pelebur ini sebelum mulai melebur logam kuningan harus mengalami panas terlebih dahulu.Untuk pemanasan mula diperlukan waktu 45menit,maka dengan demikian untuk melebur 50 kg kuningan diperlukan lamanya waktu peleburan harus ditambahkan dengan pemanasan mula,yaitu:

t = ( 218,58 + 45 ) menit = 263,58 menit

= 4,39 jam

Dengan demikian didapatinya waktu peleburan maka banyaknya kalor yang terbuang selama proes peleburan dapat diperoleh dengan :

Qt2 = qt . t

= 5939,042 kJ/Jam x 4,393 Jam = 26090,211 kJ

4.8 Tabel Perancangan

Setelah didapat hasil perancangan maka berat total dari bahan dapur dapat dilihat pada tabel 4.1

Tabel 4.1.Berat total dapur Bahan dapur

Cawan lebur Batu bata

Plat dinding bagian samping

25,065 kg 746,44 kg 44,39 kg

4.9 Hasil Pengujian Dapur

Hasil pengujian dapur berupa cairan logam kuningan setengah jadi yang selanjutnya akan dibentuk / ditempa sesuai bentuk yang diinginkan, hasil peleburan dapat dilihat pada gambar 4.8

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari perhitungan pada bab-bab sebelumnya dapat disimpulkan bahwa telah berhasil dirancang dan dibuat sebuah dapur crucible dengan kapasitas 50 kg untuk peleburan kuningan yang sesuai digunakan untuk industri rumah tangga, dengan karakteristik sebagai berikut:

a.konstruksi dapur Crucible: - Jenis dapur

 Dapur yang digunakan adalah dapur pelebur jenis Crucible - Kapasitas

 Kapasitas peleburan 50 kg - Dimensi dapur

 Diameter dinding luar : 900 mm  Tebal dinding luar : 2,5 mm

 Tinggi dapur : 800 mm

- Cawan lebur ( Crucible )

 Tinggi cawan : 282 mm

 Diameter cawan : 250 mm

 Tebal cawan : 30 mm

b. Bahan penyekat panas - Bahan Dapur

 Jenis : batu tahan api SK32

 Panjang : 200 mm

 Lebar : 100 mm

 Tebal : 50 mm

- Bahan pengikat

 semen tahan api c. efisiensi pemakaian bahan bakar

5.2.1 Saran

Bagi siapa saja yang akan merancang ulang kembali dapur crucible, disarankan agar konstruksi dapur dibuat lebih kreatif dan inovatif namun tetap pada tujuan utama yaitu meningkatkan efisiensi dan kualitas bahan hasil coran.

DAFTAR PUSTAKA

1. Archie W. Culp, Jr, Darwin Sitompul, “ Prinsip – Prinsip Konversi Energi “, Mc Graw Hill, New York, 1976.

2. B. H. Amstead, Sriati, “ Teknologi Mekanik, Jilid 1 ”, Erlangga, Jakarta, 1989. 3. George E Dieter, ” Metallurgi Mekanik, Jilid 2 ”, Erlangga, Jakarta, 1986. 4. Holman, J. P. “ Perpindahan Kalor “ , Erlangga, Jakarta, 1986.

5. Incropera, Frank. P. “ Fundamentals Of Heat Transfer “, Jhons Winsley and Sons, New York, 1973.

6. Joseph E. Shingley, “ Perencanaan Teknik Mesin “, Erlangga, Jakarta, 1986.

7. Kiyokatsu Suga, Sularso, “ Dasar Perencanaan dan Pemilihan elemen Mesin ”, PT.Pradnya Paramita, Jakarta, 1978.

8. Lithel Richard, “ Metal Working Technology “,Mc Graw Hill Inc, New York, 1982. 9. Tata Surdia, Kenji Chijiwa, “ Teknik Pengecoran Logam “, PT.Pradnya Paramita,

Jakarta, 1975.

10.Tata Surdia, Shinroku Saito, “ Pengetahuan Bahan Teknik “, PT.Pradnya Paramita, Jakarta, 1995.

11.S. K. Kulshrestha, “ Thermodinamika Terpakai Teknik Uap dan Panas “, Jakarta, UI Press, 1989.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari perhitungan pada bab-bab sebelumnya dapat disimpulkan bahwa telah berhasil dirancang dan dibuat sebuah dapur crucible dengan kapasitas 50 kg untuk peleburan kuningan yang sesuai digunakan untuk industri rumah tangga, dengan karakteristik sebagai berikut:

a.konstruksi dapur Crucible: - Jenis dapur

 Dapur yang digunakan adalah dapur pelebur jenis Crucible - Kapasitas

 Kapasitas peleburan 50 kg - Dimensi dapur

 Diameter dinding luar : 900 mm

 Tebal dinding luar : 2,5 mm

 Tinggi dapur : 800 mm

- Cawan lebur ( Crucible )

 Tinggi cawan : 282 mm

 Diameter cawan : 250 mm

 Tebal cawan : 30 mm

b. Bahan penyekat panas - Bahan Dapur

 Jenis : batu tahan api SK32

 Panjang : 200 mm

 Lebar : 100 mm

 Tebal : 50 mm

- Bahan pengikat

 semen tahan api c. efisiensi pemakaian bahan bakar

 Waktu peleburan 4,39 jam

5.2.1 Saran

Bagi siapa saja yang akan merancang ulang kembali dapur crucible, disarankan agar konstruksi dapur dibuat lebih kreatif dan inovatif namun tetap pada tujuan utama yaitu meningkatkan efisiensi dan kualitas bahan hasil coran.

DAFTAR PUSTAKA

1. Archie W. Culp, Jr, Darwin Sitompul, “ Prinsip – Prinsip Konversi Energi “, Mc Graw Hill, New York, 1976.

2. B. H. Amstead, Sriati, “ Teknologi Mekanik, Jilid 1 ”, Erlangga, Jakarta, 1989. 3. George E Dieter, ” Metallurgi Mekanik, Jilid 2 ”, Erlangga, Jakarta, 1986. 4. Holman, J. P. “ Perpindahan Kalor “ , Erlangga, Jakarta, 1986.

5. Incropera, Frank. P. “ Fundamentals Of Heat Transfer “, Jhons Winsley and Sons, New York, 1973.

6. Joseph E. Shingley, “ Perencanaan Teknik Mesin “, Erlangga, Jakarta, 1986.

7. Kiyokatsu Suga, Sularso, “ Dasar Perencanaan dan Pemilihan elemen Mesin ”, PT.Pradnya Paramita, Jakarta, 1978.

8. Lithel Richard, “ Metal Working Technology “,Mc Graw Hill Inc, New York, 1982. 9. Tata Surdia, Kenji Chijiwa, “ Teknik Pengecoran Logam “, PT.Pradnya Paramita,

Jakarta, 1975.

10. Tata Surdia, Shinroku Saito, “ Pengetahuan Bahan Teknik “, PT.Pradnya Paramita, Jakarta, 1995.

11. S. K. Kulshrestha, “ Thermodinamika Terpakai Teknik Uap dan Panas “, Jakarta, UI Press, 1989.

12. Van Vlack, Lawrence H, “ Ilmu dan Teknologi Bahan “, Erlangga, Jakarta, 1989.

Lampiran 2. Jenis-jenis bentuk dan ukuran batu tahan api