PEMBUATAN DAN PENGUJIAN DAPURBUSUR LISTRIK SKALA LABORATORIUM DENGAN KAPASITAS TUNGKU PELEBURAN MAKSIMAL 200 GRAM

TUGAS AKHIR

PEMBUATAN DAN PENGUJIAN DAPURBUSUR LISTRIK SKALA LABORATORIUM DENGAN KAPASITAS TUNGKU PELEBURAN

MAKSIMAL 200 GRAM

Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

DisusunOleh: Rangga Agung Saputra

20120130050

PROGRAM STUDI S.1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

TUGAS AKHIR

PEMBUATAN DAN PENGUJIAN DAPURBUSUR LISTRIK SKALA LABORATORIUM DENGAN KAPASITAS TUNGKU PELEBURAN

MAKSIMAL 200 GRAM

Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh: Rangga Agung Saputra

20120130050

PROGRAM STUDI S.1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta,

Rangga Agung Sapurta 20120130050

MOTTO

”Jangan ukur diri anda dengan apa yang telah anda capai,tetapi ukur diri anda dengan apa yang telah anda raih.”

”Jika anda memiliki sebuah mimpi yang sangat indah, maka ingatlah bahwa tuhan akan memberimu kekuatan untuk membuatnya menjadi

nyata.”

”ketika seorang menyakitimu lagi dan lagi anggap saja mereka sebuah ampelas yang menggosok anda. Pada yang pada akhirnya akan bersih

PERSEMBAHAN

Bismillahirohmanirohim, dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih, Maha Penyayang, serta Maha Pemberi Nikmat, penulis mempersembahkan skripsi ini untuk :

1. Kedua orangtua tercinta, yang tak henti-hentinya memberikan kasih sayang, do’a, motivasi, dan dukungan.

2. Kedua dosen pembimbing tugas akhir, Bapak Ir Aris Widoyo Nugroho, S.M., Ph.D dan Bapak Cahyo Budiyantoro S.T.,M.Sc . yang selalu sabar membimbing, arahan, dan masukan selama pelaksanaan tugas akhir.

3. Dosen penguji, Bapak Totok Suwanda S.T.,M.T yang telah bersedia menguji, memberikan masukan, dan saran yang sangat bermanfaat bagi penulis.

4. Laboran laboratorium teknik mesin, Bapak Joko Suminto dan Bapak Mujiarto atas bantuan penyediaan alat bantu sehingga tugas akhir dapat berjalan dengan lancar.

5. Galuh , Zainal, Fikri, Enggar, Pungky serta sahabat-sahabat yang lain yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.

6. Tim Tugas Akhir saya Pungky Wijanarko yang telah berjuang bersama dan saling memberikan dukungan satu sama lain selama pelaksanaan tugas akhir.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

LEMBAR PENGESAHAN DOSEN ... i

KATA PENGANTAR ... ii

MOTTO ... iii

PERSEMBAHAN ... iv

INTISARI ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Membuatan ... 3

1.5 Metode Penulisan ... 3

1.6 Sistematika Laporan ... 4

1.7 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN UMUM 2.1 Kajian Pustaka ... 5

2.2 Dasar Teori ... 6

2.2.1 Pengertian dapur busur listrik ... 6

2.2.2 Prinsip kerja dapur busur listrik ... 7

2.2.3 Komponen-komponen dapur busur listrik ... 9

2.2.4 Karakteristik dapur busur listrrik ... 11

2.2.6 Elemen dapur busur listrik ... 12

2.2.7 Perhitungan daya dapur busur listrik ... 15

2.2.8 Menghitung besarnya energi dapur busur listrik ... 15

2.2.9 Menghitung daya yang dihasilkan selama waktu pengujian ... 16

2.2.10Menghitung laju perubahan suhu rata-rata terhadap waktu ... 16

BAB III METODE PROSES PEMBUATAN 3.1 Pendekatan pembuatan ... 17

3.2 Tempat dan waktu penelitian ... 17

3.3 Alat dan bahan ... 18

3.4 Diagram alir ... 25

3.5 Pembuatan dapur busur listrik ... 26

BAB IV PENGUJIAN DAPUR BUSUR LISTRIK 4.1 Hasil pengujian dapur busur listrik ... 32

4.2 Spesifikasi perancangan dapur busur listrik ... 32

4.3 Proses pengujian ... 33

4.4 Pengukuran hasil pengujian ... 37

4.5 Analisis data ... 39

5.3 SOP pengoprasian dapur busur listrik ... 41

5.4 Spesifikasi komponen yang digunakan pada dapur busur listrik ... 42

5.5 Anggaran biaya pembuatan ... 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 44

5.2 Saran ... 45

DAFTAR PUSTAKA ... 46 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Cara kerja tranformator dengan kumparan sekunder diganti satu kawat.

... 7

Gambar 2.2 Skema penampaang dapur busur listrik arus bolak balik ... 8

Gambar 2.3 skema pengendali sebuah busur listrik di industri... 8

Gambar 2.4 Transformer ... ... 9

Gambar 2.5 Reaktor tipe siemens ... 10

Gambar 2.6 tungku dapur busur listrik yang sedang beroprasi... 11

Gambar 2.8 Tranformator ... 13

Gambar 2.9 Carbon batrai ... 19

Gambar 3.1 diagram alir pembuatan dapur busur listrik ... 14

Gambar 3.2 Proses pemisahan kumparan dengan konduktor ... 26

Gambar 3.3 Pemisahan tutup bawah konduktor yang di las ... 27

Gambar 3.4 Konduktor yang terpisah dengan kumparan ... 27

Gambar 3.5 Proses pemasangan kumparan primer dengan konduktor ... 27

Gambar 3.6 Proses melilit kumparan sekunder ... 28

Gambar 3.7 Pengecekan trafo yang telah dimodifikasi ... 28

Gambar 3.8 Proses pembuatan Cover komponen alat yang akan dirangkaikan . 29 Gambar 3.9 Cover yang telah dibentuk ... 29

Gambar 3.10 Cover yang terpasang dengan komponen lainnya ... 29

Gambar 3.11 ProseRangkaian 2D dapur busur listrik ... 30

Gambar 3.12 Bagian-bagia dapur busur listrik ... 31

Gambar 4.1 Mesin pelebur busur listrik ... 32

Gambar 4.2 Skema 2D tungku pelebur busur listrik ... 34

Gambar 4.3 Logam alumunium dan, tungku peleburan... 34

Gambar 4.4 Tang buaya dan, elektroda ... 35

Gambar 4.5 Logam alumunium tebal 8 mm, dan, Tebal alumunium tebal 13 mm. ... 35

Gambar 4.6 Mekanisme kerja mesin busur listrik, Logam mulai mencair pada suhu 640 oC, Suhu 734 oC logam mulai mencair secara merata, dan Proses pendinginan logam yang dileburkan. ... 36

Gambar 4.7 Proses pemisahan logam dengan tungku pelebur, Logam dengan hasil peleburan dengan berat 152 gram dan, logam dengan massa peleburan 50 gram. ... 38

Gambar 4.8 Permukaan bagian dalam dari hasil peleburan dengan massa 152 gram, dan (2). Hasil peleburan dengan masa 20 gram. ... 38

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Ukuran kawat email dan kemampuan arus ... 14

Tabel 3.1Bahan logam yang akan dileburkan dapur busur listrik... 18

Tabel 3.2 Alat dan Bahan ... 18

Tabel 4.1 Spesifikasi perancangan dapur busur listrik ... 32

Tabel 4.2 Spesifikasi percobaan pada dapur busur listrik ... 42

Tabel 4.2 Tabel perbandingan pengujian dan perancangan ... 40

Tabel 4.5 Anggaran biaya ... 43

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan Pengujian Dengan Menggunakan Masa 0.03, 0.05 Dan 0.152 Kg Lampiran 2. Tabel Sifat Fisik Logam

Intisari

Dapur listrik adalah peralatan yang digunakan untuk proses pembuatan logam atau peleburan logam, dimana besi bekas atau logam lain yang dipanasan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam sebuah tungku pelebur. Dapur listrik memiliki beberapa keunggulan diantaranya: lingkungan tetap bersih, tidak menimbulkan polusi asap akibat dari pembakaran, mudah dalam mengatur dan mengendalikan temperatur, efisiensi penggunaan energi panas tinggi, dan mudah dipindah-pindah. Dengan dibuatnya dapur busur listrik skala labolatorium ini diharapkan dapat menjadi alat pelebur dengan kapsitas yang lebih kecil dibandingkan dengan dapur yang sudah ada di industri maupun dipasaran, kemudian dengan harga yang relatif lebih murah dibandingkan dengan dapur busur yang sudah ada dipasaran, alat ini mampu meleburkan logam yang akan di lelehkan dengan relatif lebih cepat dibandingkan proses peleburan pada sekala kcil dengan menggunakan bahan bakar.

Pembuatan dapur listrik skala laboratorium ini dilakukan dengan merangkaikan komponen-komponen utama yang terdiri atas transformator, tang penjepit, elektroda karbon, dan alat ukur panel. Dapur listrik ini selanjutnya diuji coba untuk melakukan proses peleburan pada specimen aluminium dengan variasi massa 20, 50 dan 152 gram, dengan tungku peleburan berdiameter 22,5 mm tinggi 40mm, dan lebar 45 mm. Temperatur pada specimen diukur menggunakan thermometer infrared.

Hasil pembuatan dapur busur listrik yaitu dengan spesifikasi 2 buah trafo yang sudah di modifikasi inductor sekundernya dengan melilit kembali trafo dengan lilitan kawat berdiameter 1 mm, dililitkan dengan jumlah 12 buah/helai dan dililitkan searah jarum jam. Kemudian dapur dibuat dengan menggunakan batu tahan api dengan tipe SK 32 dengan kemampuan menahan panas 1200 ºC. pengujian dengan variasi massa 20 gram memelukan waktu 30 detik, massa 50 gram memerlukan waktu 75 detik, massa 152 gram memerlukan waktu 166 detik dan dengan massa 0.03kg memerlukan waktu 34 detik.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia industri proses pembuatan komponen-komponen atau peralatan-peralatan permesinan aluminium mempunyai peranan yang sangat penting karena sifatnya yang mudah dibentuk. Logam ini memiliki titik cair: 659,7o_{C, penghantar listrik dan panas yang baik, serta mempunyai sifat} ketahanan korosi yang tinggi. Logam merupakan bahan yang mendominasi sebagai bahan baku yang digunakan untuk membuat berbagai jenis peralatan baik yang sederhana sampai pada peralatan yang canggih. Aluminium memiliki fungsi antara lain: untuk membuat berbagai macam peralatan rumah tangga, komponen kendaraan bermotor, membuat badan pesawat terbang, kusen pintu, kabel listrik, dan untuk kemasan berbagai jenis produk atau peralatan rumah tangga.

Pengecoran aluminium skala rumah tangga hingga skala industri umumnya menggunakan tungku yang dilengkapi dengan alat bakar (burner). Bahan bakar yang biasa digunakan adalah LNG (Liquified Natural Gas), LPG (Liquified Petroleum Gas), dan arang. Selain itu faktor keselamatan juga menjadi perhatian khusus dalam proses peleburan logam karena ketika proses peleburan berlangsung akan menghasilkan suhu yang sangat tinggi. Sehingga sangat berbahaya apabila panas yang dihasilkan terkena oleh manusia (Noviansyah, 2006).

Kinerja electric arc furnace sangat mengesankan, Karena jumlah peleburan untuk 100-130 ton telah disingkat dengan waktu 30-40 menit tungku yang beroperasi. Dengan demikian, per jam dan tahunan produktivitas meningkat. Konsumsi energi listrik dapat berkurang dari 580-650 menjadi 320-350 kWh per ton. Share energi listrik dalam konsumsi energi secara keseluruhan turun menjadi 50%, dan konsumsi elektoda berkurang hingga 4-5 kali (Hurst 1994).

Untuk tungku menengah, pembuatan baja modern akan menggunakan sebuah transformator sekitar 60.000.000 volt ampere (60 MVA), dengan tegangan sekunder antara 400 dan 900 volt dan arus sekunder lebih dari 44.000 ampere. Dalam tungku tersebut diharapkan akan menghasilkan jumlah 80 ton baja cair dengan waktu peleburan sekitar 50 menit dari pengisian hingga di dinginkan dalam tungku. Untuk tungku oksigen dasar dapat memiliki kapasitas 150-300 ton dengan waktu peleburan 30-40 menit. Untuk menghasilkan satu ton baja di tanur listrik membutuhkan sekitar 400 kilowatt per jam atau sekitar 440 kWh per ton, jumlah minimum teoritis energi yang dibutuhkan untuk melelehkan baja scrap adalah 300 kWh (titik leleh 1520 ° C / 2768 ° F). Untuk kapasitas 300 ton akan membutuhkan sekitar 132 MWh energi untuk mencairkan baja, dan power-on time (waktu baja sedang mencair dengan busur) sekitar 37 menit (Preston.R, AmericanSteel. Avon Books, New York, 1991).

Pada pembuatan dapur listrik skala kecil ini, dapat digunakan pada proses peleburan atau pencairan logam dimana komponen utama yaitu trafo akan dimodifikasi kemudian komponen-komponen lainnya akan dirangkaikan dengan trafo yang nantinya diharapkan mampu meleburkan logam. Setelah itu dapat mengetahui arus yang digunakan dalam proses pengujian, mengetahui besar tegangan yang dihasilkan dalam pengujian dengan menggunakan dapur listrik tersebut. Selain itu pada proses pengujian performa dari dapur busur listrik akan mengetahui suhu yang dihasilkan pada proses peleburan kemudian daya yang dihasilkan pada dapur busur listrik tersebut. Dapur busur listrik ini diharapkan dapat menjadikan inovasi baru dalam sebuah peleburan logam, khususnya aluminium dalam skala laboratorium, Untuk menjawab permasalahan tersebut akan diproses lebih lanjut dengan melakukan pembuatan peleburan logam aluminium dengan sistem yang sederhana, mudah pembuatannya, mudah dipindah-pindahkan (portable), dan ekonomis.

1.2Rumusan Masalah

Bagaimana membuat dapur busur listrik dan bagaimana perfoma dapur busur listrik dalam peleburan aluminium.

1.3Batasan Masalah

1. Tidak membahas kontruksi dapur lebur.

2. Pengujian alat menggunakan tungku peleburan berkapasitas 200 gram. 3. Tungku dibuat dengan batu tahan api dengan maksimal suhu 1200 ºC. 1.4 Tujuan Pembuatan

2. Menghasilkan dapur busur listrik skala kecil dengan kapasitas tungku peleburan yang digunakan maksimal 200 gram.

3. Mengetahui perfoma dapur busur listrik dalam peleburan aluminium. 1.5Manfaat Pembuatan

Manfaat yang diharapkan dari pembuatan alat ini adalah: 1. Bagi IPTEK

Dari pembuatan alat ini diharapkan dapat menambah referensi tentang alat tepat guna dalam pengabdian masyarakat serta dapat dijadikan acuan dalam pengembangan sistem pemanas.

2. Bagi Dunia Pendidikan

Hasil pembuatan alat ini diharapkan dapat memenuhi kebutuhan laboratorium teknik mesin sebagai alat peleburan aluminium maupun logam-logam lainya dalam skala kecil.

3. Bagi Masyarakat

Hasil pembuatan alat ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu bahan pertimbangan untuk membuka peluang mendirikan industri kecil dibidang manufaktur pembuatan peralatan otomotif dan peralatan rumahan. Dapat memanfaatkan trafo bekas dan kemudian di gunakan untuk membuat sebuah dapur elektrik skala rumahan.

1.6Metode penulisan

Metode pengumpulan data yang dilakukan adalah:

1. Metode pustaka, yaitu dengan cara studi kepustakaan untuk mencari dasar teori yang ada kaitanya dengan tungku listrik.

2. Metode eksperimen, dengan melakukan uji coba setelah busur listrik selesai dibuat, untuk mengetahui performasi tungku tersebut.

1.7Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah para pembaca dalam membahas isi Tugas Akhir ini, maka sangat perlu bagi penulis untuk menjelaskan sistematikanya. Adapun sistematika penulisannya adalah sebagai berikut:

Bagian awal meliputi: halaman judul, halaman persetujuan, halaman pengesahan, halaman persembahan, kata pengantar, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel, dan daftar lampiran.

Bagian pokok isi dari Tugas Akhir ini diperinci dalam lima bab:

BAB I : Pendahuluan, bab ini berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan pembuatan dapur busur listrik, manfaat pembuatan, metode penulisan pembuatan dapur busur listrik, serta sistematika penulisan Tugas Akhir.

BAB II : Kajian Pustaka dan Dasar Teori, dasar teori meliputi pengertian dapur busur listrik, Prinsip kerja dapur busur listrik, karakteristik dapur busur listrik, kekurangan dan kelebihan dapur busur listrik akan dijelaskan dalam bab ini.

BAB III : Metodologi pembuatan dapur busur listrik, bab ini menjelaskan tentang proses pembuatan, alat dan bahan pembuatan dapur busur listrik, diagram alir pembuatan dapur busur listrik, proses persiapan alat dan bahan.

BAB IV : Hasil dan Pembahasan, dalam bab ini berisi tentang kinerja dari dapur busur listrik, serta daya yang dibutuhkan pada sebuah dapur busur listrik.

BAB V : Kesimpulan dan Saran, berisi tentang kesimpulan, dan saran mengenai pengujian yang telah dilakukan oleh pembuat dapurbusur listrik tersebut.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1Kajian Pustaka

Sistem oprasi busur listrik dilakukan pada low voltage dan low power factor dengan arus sekunder yang besar. Agar memperoleh manfaat penggunaan teknologi dapur busur elektrik yang maksimal, perusahaan dapat memodifikasi dinding dapur dan atap dengan memasang system panel pendiginan air. Dengan demikian memungkinkan dapur busur listrik beroprasi dengan power factor yang lebih tinggi untuk mendapatkan busur listrik yang lebih besar (long arc).

Kenyataanya dalam praktik untuk memperbesar power factor dapat dilakukan dengan dua cara: (1) memperkecil setting arus sekunder untuk tegangan tap tertentu dan (2) menaikkan tegan gan tap untuk arus sekunder tertentu. Kedua cara tersebut di atas dapat ditempuh sebuah pabrik untuk mencapai sasaran optimasi energi listrik dan juga elektroda. Contoh penerapan metode pertama adalah pada awal berdirinya pabrik billet baja, operasi EAF dilakukan pada arus sekunder yang relatif tinggi 43 KA, selanjutnya setelah dinding dapur dan atap dilindungi dengan pipa air pendingin, arus sekunder di set pada 41 KA. Akhir-akhir ini setting arus sekunder dilakukan pada 38 KA sehingga menghasilkan power factor yang lebih besar (Satrio.1998).

EAF memiliki banyak keuntungan yang diperlukan dalam penelitian metalurgi. Fitur tersebut meliputi keluaran suhu dan kontrol panas, analisis akurat dari lelehan, pemurnian logam, efisiensi termal yang tinggi (mencapai 70%), dan produksi baja langsung dari pig iron dan steel scrap (Oyawale, 2007).

Tungku busur listrik satu fasa hasil rancang bangun dengan dimensi diameter dalam dapur 150 mm, tinggi 200 mm (kapasitas 5-10 kg ferromangan/batch) dapat digunakan untuk proses smelting mineral tambang khususnya biji mangan menjadi ferromangan (Yayat 2013).

Surdia (2000) pengecoran logam merupakan proses yang melibatkan pencairan logam, membuat cetakan, menuang, membongkar dan membersihkan coran. Dalam mencairkan logam dapat digunakan berbagai macam tanur seperti

kupola, tanur busur listrik dan tanur kurs. Kupola atau tanur induksi frekuensi rendah dipergunakan untuk besi cor, tanur busur listrik atau tanur induksi busur tinggi dipergunakan untuk baja cor sedangkan tanur kurs untuk paduan tembaga atau paduan coran ringan. Pemakaian tanur-tanur ini dikarenakan dapat menghasilkan logam yang baik dan sangat ekonomis untuk pengecoran logam tersebut.

Dalam membuat sebuah tungku peleburan menggunakan trafo harus diperhatikan komponen-komponen utamanya antara lain: jumlah lilitan karena ini akan berpengaruh terhadap kinerja keseluruhan, efisiensi dan faktor daya. Selain itu pengamanan dalam sebuah pembuatan alat, perlu adanya pengamanan, salah satu pengamanan yang dipasaang pada sebuah alat yang berkaitan dengan listrik adalah sikring pemutus. Sikring ini berfungsi untuk pemutus arus jika terjadi arus yang berlebihi kapasitas maksimal yang diijinkan. Setelah itu komponen-komponen pengamanan lainya adalah adanya sebuah pendingin salah satunya fan pendingin yang terpasang pada setiap alat yang memiliki tegangan cukup tinggi.

2.2Dasar Teori 2.2.1 Busur listrik

Busur listrik adalah peralatan yang digunakan untuk proses pembuatan logam atau peleburan logam, dimana besi bekas atau logam lain yang dipanasan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam sebuah tungku pelebur. Busur listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult (USE). Busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi baja, dibangun oleh Halcomb steel company di Syracuse New York tahun 1906.

Martinez dkk (2000) melakukan penelitian terhadap paduan aluminium yang dilebur dalam tanur elektrik pada suhu 856o_-875o_{C. Kemudian logam cair} dituang ke dalam rongga cetakan dalam kondisi telah mengalami drop temperature hingga temperatur menjadi 700o-800oC. Untuk mengurangi timbulnya thermal shock, pada cetakan permanen (permanent mould).

Pemanasan pada prinsipnya dapat dijelaskan dengan prinsip kerja transformator. Transformator bekerja karena adanya fenomena elektromagnetik

yang mana ketika ada suatu rangkaian tertutup yang di dalamnya mengalir arus AC menghasilkan medan elektromagnetik yang berubah-ubah. Seperti yang terjadi transformator, medan elektromagnetik (pada kumparan primer) yang berubah-ubah tersebut mempengaruhi kumparan sekunder dan pada kumparan sekunder timbul gerak gaya listrik (GGL) induksi dan mengalir arus AC jika kumparan sekunder merupakan rangkaian tertutup. Besarnya arus pada kumparan sekunder (I2) ditentukan dari besarnya arus pada kumparan primer (I1) dan perbandingan lilitan antara kumparan primer dan skunder (N1/N2). Seperti pada Gambar 2.1, ketika kumparan sekunder kita ganti dengan 1 kawat (N2=1) dan dijadikan rangkaian tertutup, maka kita akan mendapatkan nilai perbandingan lilitan yang besar dari kumparan primer dan sekunder dan akan menimbulkan arus sekunder (I2) yang besar. Hal ini juga akan diikuti oleh kenaikan panas yang cukup besar karena adanya kenaikan beban tersebut (Zhulkarnaen, 2013:1).

Gambar 2.1.Cara kerja tranformator dengan kumparan sekunder diganti satu kawat. (Zhulkarnaen, 2013:1).

2.2.2 Prinsip kerja arus yang ada pada dapur busur listrik

Busur listrik digunakan untuk proses peleburan. Ada dua macam arus yang digunakan dalam proses peleburan dengan busur listrik, yaitu arus searah (direct current) dan arus bolak balik (alternating current). Daya yang biasa digunakan dalam proses peleburan adalah arus bolak balik dengan 3 fase menggunakan elektroda graphite. Pada busur listrik, arus bolak balik akan melewati suatu elektroda turun ke bahan logam melalui suatu busur listrik, kemudian arus tersebut dari logam mengalir keatas melalui busur listrik menuju electroda lainnya. Dalam listrik arus searah, arus listrik melewati satu elektroda turun ke bahan yang akan di

lebur melalui busur listrik, yang kemudian mengalir menuju elektroda pasangannya yang berada dibawah dapur. Dapur listrik mempunyai keterbatasan salah satunya adalah dalam satu dapur listrik tidak dapat melayani secara kontinyu dan berurutan satu mesin cetak kontinyu.

Gambar 2.2 Skema penampaang dapur busur listrik arus bolak balik (Diakses dari http://www.rafdisatu.com)

Prinsip timbulnya panas pada busur api adalah timbul akibat adanya tahanan saat arus listrik mengalir. Dalam hal ini, logam yang dimuat dalam tanur yang akan memberikan tahanan terhadap arus listrik. Panas dihasilkan oleh loncatan electron (busur api) dengan aliran listrik dengan adanya aliran listrik ini maka, akan menimbulkan aliran dalam cairan yang akan menyebabkan terjadinya gerak cairan, sehingga homogenesasi cairan dapat terjadi.

Gambar 2.3 skema pengendali sebuah busur listrik di industri(www.mmindustri.co.id).

2.2.3 Komponen yang digunakan pada dapur busur listrik

Busur listrik yang beredar dipasaran saat ini adalah dapur busur listrik skala industri, berikut beberapa contoh dapur busur listrik yang ada saat ini:

1. Transformator

Trafo merupakan suatu alat listrik yang berfungsi untuk menaikan atau menurunkan tegangan bolak balik melalui suatu gandengan dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi elektromagnetik. Dalam suatu pembangkit khususnya pada peleburan logam perlu adanya transformator tersebut guna untuk mengatur energi yang diperlukan untuk suatu peleburan tersebut.

Gambar 2.4 Transformer (Diakses dari http://www.testtransformer.com)

2. Controlled reactor

Controlled reactor merupakan rangkaian switching daya tinggi yang digunakan untuk pengontrol statik dan dipakai pada flexible AC transmission. Komponen ini terdiri dari reactor yang dipasang seri dengan dua buah thyristor yang dipasang pararel. Dua buah thryistor yang dipasang pararel berlawanan dinyatakan secara simetris atau bergantian. Mereka mengatur waktu dimana reaktornya harus konduksi dan mengatur komponen fundamental dari arus (jalali 1995).

Siagian (2009), controlled reactor mempunyai kemampuan untuk memastikan pengontrolan tegangan dan daya secara cepat dan kontinyu. Pengontrolan terhadap daya dan tegangan akan meningkatkan peforma sistem sekaligus juga sebagai pengontrol tegangan lebih transien pada frekuensi daya mencegah tegangan jatuh, meningkatkan stabilitas transien dan menurunkan osilasi

system. Pada sebuah reaktor disebuah industri digunakan untuk menyetimbangkan sistem 3 fasa.

Gambar 2.5 Reaktor tipe siemens (Diakses dari http://www.energy.siemens.com)

3. Tungku dapur busur listrik

Beberapa tungku peleburam aluminium yang telah dikembangkan di antaranya tungku berbahan bakar gas yang dilaporkan oleh Sundari (2011). Tungku atau dapur yang dirancang adalah dapur crucible berbahan bakar gas LPG berbentuk silinder dengan diameter 220 mm dan tinggi 300 mm dengan kapasitas 30 kg. Dari hasil uji coba yang dilakukan diketahui bahwa untuk melebur aluminium scrap seberat 30 kg diperlukan waktu 1 jam 37 menit dan bahan bakar yang digunakan adalah 3,60 kg.

Magga (2010) mengembangkan analisis perancangan tungku peleburan logam non-ferro jenis portable berbahan bakar arang sebagai sarana pembelajaran. Tungku peleburan yang direncanakan berbentuk kotak dengan diameter dalam berbentuk selinder dan cawang pelebur berbentuk selinder, dimensi tungku adalah 50 cm x 50 cm, diameter dalam selinder 30 cm. Dari hasil analisis yang telah dilakukan diketahui bahwa besarnya kalor yang digunakan untuk melebur 5 kg aluminium diperlukan kalor sebesar 3,030,600 J. Volume dari cawan pelebur yang diperlukan adalah 1,5 liter.

Ashgi (2009) juga telah melakukan rancang bangun tungku peleburan aluminium berbahan bakar minyak dengan sistem aliran udara paksa. Dapur peleburan yang dirancang dibuat dari tatanan bata tahan api yang dilekatkan dengan campuran semen dan pasir tahan api. Dapur lebur mempunyai tinggi 62 cm, diameter luar 57 cm dan, diameter dalam 31 cm. Dari hasil pengujiannya

diketahui peleburan 4 kg alumunium menggunakan bahan bakar solar diperlukan 5,8 liter dengan waktu peleburan 50-55 menit, sedangkan dengan menggunakan oli bekas diperlukan 6 liter, dan memerlukan waktu peleburan 60-65 menit.

.

Gambar 2.6 tungku dapur busur listrik yang sedang beroprasi(Diakses dari http://viansteel.com)

2.2.4 Karakteristik dapur busur listrik

Karakteristik busur listrik adalah sebagai berikut: 1. Secara teknis:

a. Mampu melepaskan panas dalam waktu yang relatif singkat. Hal ini dikarenakan kerapatan energinya tinggi.

b. Dengan pemanas dapur elektrik dimungkinkan untuk mencapai suhu yang sangat tinggi.

c. Pemanasan dapat dilakukan pada lokasi tertentu.

d. Sistem dapat dibuat bekerja secara manual dan otomatis. 2. Pemakaian energi:

a. Pemanas listrik secara umum memiliki efisiensi energi yang tinggi, akan tetapi hal ini bergantung pada karakteristik material yang dipanaskan.

2.2.5 Keuntungan dapur busur listrik

1. Penggunaan panas dapat dikendalikan dengan mudah. 2. Asap yang dihasilkan relatif rendah.

3. Mudah di pindah ke tempat lain.

4. Busur api yang terbentuk merupakan sumber panas tanpa resiko terkena kontaminasi udara dari luar.

5. Efisiensi panas sangat baik sekitar 70% Kekurangan dapur busur listrik

1. Biaya yang tinggi akibat kebutuhan listrik adalah kekurangan dari sebuah peleburan menggunakan dapur busur elektrik.

2.2.6 Elemen dapur busur listrik

Busur elektrik pada umumnya terdiri dari beberapa elemen penting yang terdapat pada mesin pemanas yaitu:

1. Tranformator (trafo)

Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan trafo untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, power supply, mesin fotokopi, gardu listrik dan sebagainya.

Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Trafo memiliki dua terminal, yaitu terminal input dan terminal output. Terminal input terdapat pada kumparan primer. Terminal output terdapat pada kumparan sekunder. Tegangan listrik yang akan diubah dihubungkan dengan terminal input. Adapun, hasil pengubahan tegangan diperoleh pada terminal output. Prinsip kerja transformator menerapkan peristiwa elektromagnetik. Jika pada kumparan primer dialiri arus AC, inti besi yang dililiti kumparan akan menjadi magnet (elektromagnet). Karena arus AC, pada elektromagnet selalu terjadi perubahan garis gaya magnet. Perubahan garis gaya tersebut akan bergeser ke kumparan sekunder. Dengan demikian, pada kumparan sekunder juga terjadi perubahan garis gaya magnet. Hal itulah yang menimbulkan GGL pada kumparan sekunder. Adapun arus yang dihasilkan adalah arus AC yang besarnya sesuai dengan jumlah lilitan sekunder. Bagian utama transformator ada tiga, yaitu inti besi yang berlapis-lapis, kumparan primer, dan kumparan sekunder. Kumparan primer yang dihubungkan dengan PLN sebagai tegangan

masukkan (input) yang akan dinaikkan atau diturunkan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan keluaran (output).

Gambar 2.8 Tranformator (Diakses dari transformatorstepdown.com) 2. Induktor

Induktor adalah komponen yang tersusun dari lilitan kawat. Induktor termasuk juga komponen yang dapat menyimpan muatan listrik berupa medan magnetik atau lebih tepatnya fluks magnetik. Induktansi adalah kemampuan suatu induktor (misalnya selenoida atau toroida) dalam menyimpan fluks magnetik. Induktansi (L) (diukur dalam henry) adalah efek dari medan magnet yang terbentuk disekitar induktor pembawa arus yang bersifat menahan perubahan arus. Arus listrik yang melewati konduktor membuat medan magnet sebanding dengan besar arus. Perubahan dalam arus menyebabkan perubahan medan magnet yang mengakibatkan gaya elektromotif lawan melalui induktansi yang bersifat menantang perubahan arus. Induktansi diukur berdasarkan jumlah gaya elektromotif yang ditimbulkan untuk setiap perubahan arus terhadap waktu. Sebagai contoh, sebuah induktor dengan induktansi 1 Henry menimbulkan gaya elektromotif sebesar 1 volt saat arus dalam indukutor berubah dengan kecepatan 1 ampere setiap sekon. Jumlah lilitan, ukuran lilitan, dan material inti menentukan induktansi. Besarnya arus pada induktor dipengaruhi oleh besarnya diameter kawat email yang digunakan dalam sebuah induktor seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.1,

Tabel 2.1 ukuran kawat email dan kemampuan arus

(Diakses dari http://multiteknik.com/) 3. Elektroda

Elektroda dibuat dari bahan carbon atau grafit dimana elektroda dari bahan grafit lebih menguntungkan sebab lebih tahan terhadap temperatur tinggi.

Di sebuah pabrik industri biasanya menggunakan 3 elektroda yang dipasang secara vertikal dalam formasi segitiga. elektroda dikelilingi pendingin dan penutup untuk mendinginkan dan mengurangi gas yang digunakan dapat dinaikkan atau diturunkan secara otomatis.

Gambar 2.10 Carbon batrai

2.2.7 Daya

Secara umum pengertian daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam Watt atau Horsepower (HP). Horsepower merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP sama dengan 746 watt. Sedangkan watt merupakan satuan daya listrik dimana 1 watt memiliki daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1 ampere dan tegangan 1 volt (Mad Sangadat 2015). Untuk menghitung daya digunakan persamaan (2.1).

P = VxI ……….(2.1)

Dimana P adalah daya listrik dengan satuan Watt, V adalah tegangan dengan satuan Volt dan I adalah Arus dengan satuan Ampere.

2.2.8 Menghitung besarnya energi dapur busur elektrik.

Energi yang dibutuhkan oleh pemanas busur elektrik dari suhu T1 sampai T2 dihitung dengan rumus (2.2).

Q = m .c . (T2-T1) (joule) ………(2.2) Keterangan

Q : Panas (Joule) m : Massa Material (kg)

c : Kalor Jenis Material (J.kg-1.k-1) T1 : Suhu awal (oC)

2.2.9 Menghitung daya yang dihasilkan selama waktu pengujian menaikan temperature specimen dalam t (detik).

Pm = 4.17 x m x c x T2/t ………(2.3) Keterangan t : waktu (detik)

m : Massa material (kg)

c : Kalor jenis material (J.kg-1_.k-1₎ T2 : Temperatur specimen/suhu akhir (o_C)

2.2.10 Menghitung laju perubahan suhu rata-rata terhadap waktu.

∆i = T2-T1/t (oC/detik) ………....(2.4) Keterangan

∆i = laju perubahan suhu terhadap waktu (oC/detik) T2= Suhu akhir (oC)

T1= Suhu awal (oC) t = Waktu (detik)

BAB III

METODE PROSES PEMBUATAN

Dalam bab ini akan dibahas mengenai tempat serta waktu dilakukannya proses pembuatan dapur busur listrik, alat dan bahan yang digunakan dalam proses pembuatan dapur busur listrik, cara merangkai alat pelebur yang dibuat, diagram alir pembuatan dapur busur listrik, serta prosedur-prosedur pembuatan dapur busur listrik.

3.1 Pendekatan pembuatan

Pendekatan pembuatan merupakan suatu sistem pengambilan data dalam suatu pembuatan dapur busur listrik Metode ini menggunakan metode pembuatan dapur busur listrik dan pengembangan yaitu suatu proses atau langkah-langkah untuk mengembangkan suatu produk baru, atau menyempurnakan produk yang telah ada, yang dapat dipertanggungjawabkan.

3.2 Tempat dan waktu penelitian

3.2.1 Tempat penelitian : Lab proses produksi

1. Laboratorium Teknik mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Jln. Lingkar barat, Tamantirto, Kasihan, Bantul 55183.

2. Pembuatan alat : jalan wates km 5 yogyakarta.

3.3 ALAT DAN BAHAN

Bahan yang digunakan dalam pembuatan dapur busur listrik dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut:

Table 3.1 Bahan yang dileburkan dapur busur listrik

No Bahan Gambar Penjelasan

1. Alumunium Benda kerja yang di lebur

adalah alumunium bekas yang tidak tepakai. Alumunium memiliki titik lebur sekitar 659,7 OC.

Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan dapur busur listrik dapat dilihat pada tabel 3.2 berikut:

Tabel 3.2 Alat yang digunakan dalam pembuatan

No Alat Gambar Penjelasan

1. Bor Bor digunakan untuk

melubangi kayu. Kayu yang di lubangi ini berfungsi sebagai saluran kabel.

No Alat Gambar Penjelasan

2. Elektroda Digunakan sebagai penerus

arus yang bersumber dari trafo pada dapur busur listrik.

3. Solder Solder digunakan untuk

merakit kabel yang akan di hubungkan dengan komponen lainya.

4. Tang Digunakan untuk memotong

kawat ataupun kabel yang di pakai dalam pembuatan alat pelebur listrik.

5. Obeng Digunakan untuk

mengencangkan baut yang terpasang pada panel voltase maupun panel arus yang digunakan pada alat busur listrik .

6. Kamera saku

(Diakseshttp://Bhphotovi deo.com)

Digunakan sebagai sarana dokumentasi pada saat proses pembuatan alat busur listrik tersebut.

No Alat Gambar Penjelasan

7. Multimeter Digunakan sebagai pengukur

arus input maupun output yang dihasilkan pada dapur busur listrik.

8. Stopwatch

(Diakses http://pngimg.com)

Digunakan sebagai mengukur waktu pada yang di perlukan pada saat proses pengujian alat busur listrik.

9. Timbangan digital

Digunakan untuk mengukur massa logam yang akan dilebur. (kapasitas maksimal timbangan 5 kg).

10. Penggaris Digunakan untuk mengukur,

diantaranya pada saat pembuatan cover atau tempat trafo tersebut, kayu yang akan di bentuk akan diukur menggunakan penggaris.

11. Gergaji Digunakan sebagai alat

pemotong kayu dalam pembuatan dapur busur listrik.

No Alat Gambar Penjelasan

12. Pisau kater Digunakan untuk mengupas

kulit kabel yang akan di rangkaikan dengan komponen komponen yang lainya.

13. Tenol Digunakan untuk

menyambungkan antar ujung kabel dengan komponen lain.

14. Panel arus Panel arus ini akan membaca kuat arus yang akan dihasilkan oleh trafo pada saat proses peleburan logam sedang berlangsung. (kapasitas maksimal 50 ampere)

15. Panel voltase Berfungsi untuk membaca

tegangan yang dihasilkan oleh alat pelebur busur listrik. (kapasitas maksimal 30 ampere)

16. Sekring

(Diakseshttp://bengkelgr atis.com)

digunakan sebagai pengaman

dalam suatu

rangkaian listrik apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau suatu hubungan arus pendek.

No Alat Gambar Penjelasan 17. Saklar

(Diakseshttp://pigmant7 up.com)

Digunakan untuk

menyambungkan dan memutuskan arus listrik pada alat busur listrik.

18. Steker Digunakan untuk mengambil

arus yang ada pada terminal yang terhubung langsung ke sumber listrik (PLN).

19. Klem aki Digunakan untuk

menyambungkan atar kabel pada komponen yang

terpasang di alat busur listrik tersebut.

20. Fan

(Diakseshttp://pcadvisor

.com)

Digunakan untuk pendingin tempat menyimpan trafo dan komponen lainnya pada busur listrik.

No Alat Gambar Penjelasan

21. Papan kayu Digunakan sebagai bahan

pembuatan cover untuk menyimpan trafo dan komponen lain yang digunakan pada dapur busur dapur listrik.

22. Tang buaya

(diakses://http.HIperfor mancegrade.com)

Digunakan untuk menjepit elektroda pada dapur busur listrik.

23. Thermometer infrared

(diakses://http.mc-tester.com)

Digunakan untuk pengecekan suhu awal dan suhu akhir pada pengujian dapur busur listrik.

24. Kawat tembaga

Kawat tembaga berdiameter 1 mm digunakan sebagai pengganti kawat sekunder yang terpasang pada trafo yang dipakai pada pembuatan dapur busur listrik. Kawat yang digunakan ini memiliki hantaran arus dari 1.570 – 2.360 ampere.

No Alat Gambar Penjelasan

25 Trafo Transformator adalah alat

yang digunakan untuk

menaikkan atau

3.4Diagram alir pembuatan dapur busur listrik

Penelitian ini dilakukan beberapa tahapan, mulai dari persiapan, pembuatan dan pengujian busur listrik serta pengolahan data, tahapan penelitian yang dilakukan. Diagram alir pembuatan dapur busur listrik dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1 diagram alir pembuatan dapur busur listrik

Tercapai temperature tertinggi dari dapur busur listrik yaitu (T)

≤ 800 ºC.

Pengujian dapur busur listrik Manufaktur kumparan trafo Desain skema dapur busur listrik

Ya Tidak Manufaktur dapur busur listrik

Mulai

Analisis data

Kesimpulan

3.5Pembuatan dapur busur listrik

Pembuatan dapur pada tahap awal dimulai dengan membuat sketsa kasar sekema dapur dapur busur listrik pada kertas dengan pertimbangan awal agar dapur busur listrik mempunyai sifat mudah dibuat, mudah untuk merawat, dan portable.

Proses pembuatan dapur busur listrik terdapat beberapa langkah diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Rangkaian power supply

Transformer yang digunakan dalam rangkaian ini adalah transformer jenis step down dengan spesifikasi transformer tegangan input 220 VAC.

Dalam pembuatan alat ini kumparan sekunder yang ada pada sebuah trafo, dimodifikasi dengan merubah lilitan yang ada pada trafo tersebut. Hal ini dilakukan untuk menaikan arus yang akan digunakan pada trafo dan menurkan tegangan pada trafo tersebut.

Langkah-langkah memodifikasi kumparan pada trafo:

1. Langkah pertama dalam memodifikasi kumparan sekunder adalah dengan memotong lasan pada konduktor yang akan diganti menggunakan gergaji besi.

Gambar 3.2 Proses pemisahan kumparan dengan konduktor Kemudian setelah itu, pisahkan antara besi konduktor dengan kumparan tersebut,

Gambar 3.3 Pemisahan tutup bawah konduktor yang di las

Gambar 3.4 Konduktor yang terpisah dengan kumparan

Setelah terpisah kemudian pasang kembali besi yang sebelumya terpasang. Pemasangan dilakukan dengan mengelas kembali konduktor besi tersebut menggunakan lasan. Setelah besi terpasang mulai untuk melilit kembali dengan menggunakan kawat dengan diameter yang lebih besar dari lilitan sebelumnya dan merangkapkan sekitar 12 buah kawat berdiameter 1 mm agar arus yang dihasilkan bisa lebih besar.

Gambar 3.6 Proses melilit kumparan sekunder

Spesifikasi lilitan sekunder yang akan dimodifikasi antara lain: 1. Lilitan berdiameter 1 mm berbahan tembaga (made in jerman), 2. Terdiri dari 12 buah lilitan kawat berdiameter 1 mm dan

3. Kumparan sekunder dililitkan memutari konduktor besi trafo (dililit searah jarum jam).

Kemudian setelah semua terpasang dengan baik cek kembali trafo dengan menggunakan multimeter ataupun bisa langsung memasang trafo tersebut ke terminal listrik, dengan menambahkan steker pada kumparan primer yang terpasang pada trafo setelah terpasang, kemudian coba trafo dengan menempelkan antara ujung kabel kutub positif dengan ujung kabel kutub negatif pada kumparan sekunder yang telah di modifikasi tersebut.

Langkah selanjutnya membuat sebuah rumah mesin, rumah mesin ini terbuat dari kayu papan dengan ukuran 40 x 49 cm. proses pembuatan bisa di lihat pada gambar 3.8,

Gambar 3.8 Proses pembuatan Cover komponen alat yang akan dirangkaikan

Gambar 3.9 Cover yang telah dibentuk

Setelah semua sudah terpasang, kemudian mulai memasangkan panel-panel yang akan dipakai pada alat pelebur tersebut. Panel yang akan di pasang diantaranya terdiri dari panel arus, panel voltage, 2 sekring, saklar dan fan yang berguna untuk mendinginkan udara pada cover tersebut.

Selanjutnya, semua komponen dirangkai dengan memakai skema pararel, dimulai dari perakitan trafo 1 dan trafo 2, kemudian selanjutnya menambahkan komponen lainnya yaitu: 2 buah sekring 15 ampere, 1 buah saklar 18 ampere, panel arus AC/DC 50 ampere, panel voltmeter AC/DC 30 volt, fan (digunakan untuk menstabilkan suhu pada cover dapur pelebur, steker 16 ampere. Untuk merangkaikan semua komponen digunakan kabel tunggal berdiameter 2 mm, dimana kabel yang digunakan memiliki kemampuan arus sekitar 6.280 – 9.420 ampere (dapat dilihat pada table 2.9), rangkaian dapat dilihat pada gambar 3.11,

Bagian-bagian dari dapur busur listrik yang sudah di rangkai dapat dilihat pada gambar 3.12,

Keterangan: 1.Panel tegangan

2. Panel arus 3. Saklar 4. Sekring 5. Kabel input 6. Kumparan primer 7. Kumparan sekunder 8. Fan out

9. Fan in

10.10. Kabel output

Gambar 3.12 Bagian-bagian dapur busur listrik

Setelah semua terpasang kemudian langkah selanjutnya akan dilanjutkan pada proses pengujian. proses pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari dapur busur listrik. Parameter yang diukur pada proses pengujian diantaranya untuk mengetahui besar daya yang digunakan pada peleburan dapur busur listrik, menghitung besar energi busur listrik saat peleburan, menghitung daya yang dihasilkan selama waktu pengujian, menghitung laju perubahan suhu rata-rata terhadap waktu pada saat pelebuan.

10

5 8

3 2

1

7 6

4 9

BAB IV

PENGUJIAN DAPUR BUSUR LISTRIK

4.1.Hasil Pengujin Dapur Busur Listrik

Dapur busur listrik yang telah dibuat kemudian diuji untuk peleburan logam dengan variasi massa logam sesuai kapasitas tungku yang telah dibuat seperti ditunjukkan pada gambar 4.1,

Gambar 4.1 Dapur pelebur busur listrik

Keterangan: 1.Panel arus 2.Panel tegangan 3.Batu tahan api 4.Elektroda 5.Tang buaya 6.Saklar 7.Sekring

4.2. Spesifikasi Perancangan Dapur Busur Listrik

Spesifikasi perancangan Dapur busur listrik yang telah dibuat ditunjukkan pada tabel 4.1,

Tabel 4.1 Spesifikasi perancangan Dapur busur listrik

Transformator 2 buah

Vinput 220 V

Iinput max 30 A

Voutput max 22 V

Ioutput max 300 A

Kapasitas tungku 200 gram

2

3

5 6 1

7

Berdasarkan tabel 4.1, diketahui spesifikasi dapur yang telah dirancang sebelumnya memiliki tegangan pada trafo sebesar 220 volt. Tegangan tersebut kemudian turun menjadi 22 volt.

Proses selanjutnya adalah pengujian, proses ini dilakukan untuk mengetahui hasil perancangan yang sebelumnya telah direncanakan. Hasil tersebut akan dibandingkan dengan hasil pengujian dapur busur listrik.

4.3. Proses Pengujian

Langkah-langkah pada proses pengujian peleburan dengan menggunakan mesin busur listrik diantaranya:

1. Menyambungkan mesin busur listrik ke sumber listrik (PLN).

2. Menyiapkan kowi untuk menempatkan benda kerja yang akan dileburkan yang sebelumnya telah dibuat dengan kapasitas maksimal 200 gram. Tungku dibuat dari batu tahan api, bentuk dan dimensi dapat dilihat pada gambar 4.2,

Gambar 4.2, Skema 2D tungku pelebur busur listrik

Sedangkan bentuk kowi yang sebenarnya ditunjukkan pada gambar 4.3, berikut:

Gambar 4.3, (1). Logam alumunium dan, (2). tungku peleburan. 1

3. Pasang elektroda pada tang buaya yang sebelumnya sudah disiapkan, (elektroda yang gunakan diambil dari batu baterai bekas yang sudah tidak terpakai).

Gambar 4.4, (1). Tang buaya, (2) elektroda

4. Masukkan logam yang akan dileburkan ke kowi peleburan.

Gambar 4.5, (1). Logam alumunium tebal 8 mm, dan (2). Tebal alumunium tebal 13 mm.

5. Menyalakan saklar mesin pelebur pada posisi ON.

6. Mencoba terlebih dahulu sentuhkan antara elektroda positif (+) dan elektroda (-) yang dipasang pada tang buaya.

7. Setelah selesai penyetingan, persiapkan peralatannya untuk kepentingan pengambilan data yaitu stopwatch, kamera, alat pengecek suhu, buku,

1

2

1

bolpoin kertas A4 yang sebelumnya telah dipersiapkan.

8. Saat akan memulai peleburan, nyalakan stopwatch selama proses berlangsung, kemudian catat arus yang terbaca pada amperemeter.

9. Lakukan pengecekan suhu pada alat pengecek suhu yang telah dipersiapkan. Jika aluminium sudah mencair, segera matikan power bersamaan dengan stopwatch.

Pengujian pertama menggunakan benda kerja aluminium dengan massa benda 50 gram, kemudian dilanjutkan dengan pengujian aluminium dengan massa 152 gram. Pada pengujian dengan menggunakan massa logam 50 gram membutuhkan waktu 75 detik sedangkan massa 152 gram membutuhkan waktu 166 detik.

Proses peleburan logam menggunakan mesin busur listrik dapat dilihat pada gambar 4.6,

Gambar 4.6, (1). Mekanisme kerja mesin busur listrik, (2). Logam mulai mencair pada suhu 640 oC, Suhu 734 oC logam mulai mencair secara merata, dan (3). Proses pendinginan logam yang dileburkan.

Dari Gambar 4.6, terlihat hasil pengujian yang dilakukan bahwa panas pada proses peleburan terjadi kenaikan suhu yang sangat cepat dalam waktu yang sangat singkat. Untuk meleburkan logam dengan massa 152 gram, membutuhkan waktu 166 detik. Pada proses peleburan yang ditunjukan pada gambar 1, logam mulai meleleh pada suhu 640 oC. Kemudian pada gambar 2, suhu 734 oC logam yang dileburkan mulai meleleh secara merata. Hal ini membuktikan mesin yang dibuat dapat bekerja dengan baik dan sesuai harapan.Parameter pada pengujian dapur busur listrik dapat dilihat pada Tabel 4.2, berikut:

Tabel 4.2. Spesifikasi percobaan pada dapur busur listrik Pengujian Massa

(kg) Logam

Jumlah lilitan sekunder

Tegangan (volt)

I maksimal (ampere)

1 0.02 Al 20 17 23

2 0.05 Al 20 17 23

3 0.152 Al 20 17 24

4 0.03 Brass 20 17 23

Tabel 4.2, merupakan tabel hasil pengujian dapur busur listrik. Pada pembuatan diketahui tegangan pada trafo sebesar 220. Pada percobaan pertama yaitu menggunakan massa peleburan 20. Pada percobaan ini tegangan yang dihasilkan mesin busur listrik sebesar 17 volt (Output) dan arus yang digunakan pada proses peleburan 23 ampere (Input). Percobaan kedua menggunakan massa 50 gram, pada percobaan ini arus yang digunakan sebesar 23 ampere (input) dan tegangan 17 volt. Percobaan ketiga menggunakan massa 152 gram, pada percobaan ini arus yang dihasilkan sebesar 24 ampere, dan tegangan sebesar 17 volt. Kemudian percobaan keempat yaitu mengunakan logam kuningan dengan massa 30 gram, arus yang dihasilkan yaitu 23 ampere dan tegangan 17 volt. Perancangan dan pengujian terdapat perbedaan karena arus dan tegangan dari sumber (PLN) tidak selalu sama, sehingga mengakibatkan terjadinya rugi-rugi pada aliran listrik yang digunakan. Hal tersebut merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi arus dan tegangan yang dihasilkan antara perancangan dan pengujian dapur busur listrik.

4.4 Pengukuran Hasil Pengujian

Hasil pengujian yang diukur meliputi suhu, waktu lebur, arus listrik yang mengalir pada benda kerja dan tegangan yang dihasilkan oleh dapur busur listrik tersebut. Pengukuran suhu dilakukan dengan menggunakan Thermometer infrared yang mempunyai suhu maksimal 800 oC. Pada proses pengujian dengan massa 152 gram, suhu yang dihasilkan mencapai 734 oC.

Dapur busur listrik yang telah selesai dibuat dengan spesifikasi mesin: arus yang dihasilkan dengan massa 152 gram yaitu sebesar 24 ampere, tegangan yang dihasilkan yaitu 17 volt, dan suhu maksimal yang dihasilkan oleh dapur busur

listrik sebesar 1200 oC. Dapur yang telah dibuat dan berfungsi dengan baik kemudian diuji performanya. Pengujian performa dapur dilakukan untuk menghitung suhu pada saat proses peleburan, waktu lebur, arus yang mengalir pada logam dan tegangan yang dihasilkan oleh dapur busur listrik. Logam yang telah dilebur dapat dilihat pada gambar 4.7,

Gambar 4.7, (1). Proses pemisahan logam dengan tungku pelebur, (2). Logam dengan hasil peleburan dengan berat 152 gram dan, logam dengan massa peleburan 50 gram.

Permukaan bagian dalam dari logam hasil peleburan dengan variasi massa dapat dilihat pada gambar 4.8, berikut:

Gambar 4.8, (1) Permukaan bagian dalam dari hasil peleburan dengan massa 152 gram, dan (2). Hasil peleburan dengan massa 20 gram dan 50 gram.

Pada gambar 4.8, permukaan bagian dalam pada logam peleburan dengan variasi massa yang berbeda menghasilkan permukaan dalam yang baik, pada proses peleburan, logam yang telah dileburkan mencair secara merata. Hal ini menjelaskan bahwa logam yang dileburkan oleh mesin busur listrik bekerja sesuai yang di harapkan.

1. ₂. ₃.

4.5 Analisis Data

Analisis data pada percobaan mesin adalah dengan cara membandingkan hasil peleburan pada benda kerja aluminium dan kuningan dengan variasi massa benda kerja. Hal–hal yang dibandingkan adalah waktu titik cair aluminium, suhu yang dihasilkan, dan perhitungan daya.

4.4.1 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.02 kg

Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus

persamaan 2.3 dengan data sebagai berikut: t = 166 detik,

M = 0.02 kg, C = 900 (J/kg), T1 =30 oC,

T2 = 620 oC.

Maka daya Pm adalah sebagai berikut:

Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)

= 4.17 x 0.02 kg x 900 j/kg x 620 oC/34 (detik) = 1368.7 Watt.

4.4.2 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t (detik), dengan data sebagai berikut:

t = 34 detik, M = 0.02 gr, C = 900 (J/kg).

Maka harga Q (joule) adalah sebagai berikut: Q = M . C . (t2-t1)

= 0.02 kg x 900 j/kg x ( 620 oC-30 oC) = 10620 (joule).

Menghitung laju perubahan suhu

Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4 dengan data sebagai berikut:

T2 = 620 oC,

t = 34 (detik).

Maka, harga laju perubahan suhu ∆ṫ adalah sebagai berikut: ∆ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)

= (620-30)oC/34 (detik)

Parameter hasil perancangan mesin busur listrik yang sebelumnya telah dibuat dengan mengasumsikan nilai yang telah didapat dari teori. Harga parameter diatas didapat dari teori yang ada sebelumnya, kemudian parameter tersebut diolah untuk perbandingan pengujian yang dilakukan dengan menggunakan mesin busur listrik.

Tabel 4.3 perbandingan antara hasil perancangan dengan pengujian pada dapur busur listrik.

Pada tabel 4.3 menjelaskan bahwa Pada perhitungan yang sama untuk massa yang bervariasi yaitu: 0.02, 0.05, 0.152, 0.03 gram, seluruh perhitungan hasil daya, energi, dan laju perubahan suhu pada hasil pengujian benda kerja. Kebutuhan daya, suhu, dan waktu yang diperlukan selama proses pengujian dengan variasi massa. dijelaskan bahwa proses pengujian dengan variasi massa yang berbeda, akan membutuhkan daya listrik yang berbeda. Hasil perancangan, dapat dibandingkan dengan hasil pengujian yang telah dilakukan. Perbedaan waktu pengujian ini terjadi karena daya pada pengujian lebih besar dari perancangan. Hasil perancangan, daya yang dihasilkan diasumsikan maksimal 6600 watt, nilai tersebut didapat dari hasil pengukuran pada mesin busur listrik, No Massa (kg) Jenis logam Kalor jenis benda (J/kg K)

Hasil percobaan Hasil perancangan T Akhir T Awal Pm (watt) t (detik) T Akhir T Awal Pm (watt) t (detik)

1 0.02 Al 900 850 30 6600 34.9 30 620 30

1368. 7

2 0.05 Al 900 850 30 6600 87.4 30 692 75

1731. 39 3

0.15

2 Al 900 850 30 6600 265.7 30 734 166

2489. 19 4 0.03 Brass 380 850 30 6600 24.2 30 720 34

1006. 65

kemudian hasil tersebut diolah dan didapatkan nilai 6600 watt, dengan mengasumsikan efisiensi pada perhitungan sebesar 80%. Sedangkan pada proses pengujian daya yang dihasilkan bervariasi kemudian titik lebur logam pada perancangan diasumsikan 850 oC, sedangan pada pengujian titik lebur logam alumunium yaitu antar 620-734 oC .Hal ini yang menjadikan perbedaan waktu (t) antara proses perancangan dan pengujian. Semakin tinggi titik lebur yang diasumsikan pada logam, maka semakin lama proses peleburan berlangsung. Hal tersebut terjadi pada perancangan yang dilakukan, dengan mengasumsikan titik lebur yang tinggi maka waktu yang diperlukan menjadi lebih lama.

Untuk mengoprasikan dapur busur listrik agar tidak membahayakan orang-orang yang menggunakan maka dibuat SOP sebagai berikut:

4.6 SOP PENGOPRASIAN DAPUR BUSUR LISTRIK

1. Pasangkan steker dengan sumber listrik ( penyambung arus listrik PLN dengan mesin.

2. Pasangkan elektroda carbon pada tang jepit yang sudah dirangkaikan dengan kabel output pada dapur busur listrik.

3. Persiapkan dapur pelebur atau tungku pelebur yang terbuat dari batu bata tahan api.

4. Masukan logam yang akan dileburkan pada tungku pelebur.

5. Gunakan APD diantaranya sarungtangan, sepatu, kaca mata pelindung,dan masker.

6. Tekan tombol saklar pada posisi on, untuk menyalakan dapur busur listrik. 7. Sentuhkan terlebih dahulu kutub positip dan negative agar arus bisa keluar

dengan normal pada proses peleburan.

8. Lakukan peleburan pada logam yang akan dileburkan didalam tungku. 9. Setelah selesai digunakan, matikan dapur busur listrik.

10. Lepas elektroda dari tang penjepit. 11. Bersihkan tungku peleburan.

Komponen komponen pada tabel merupakan komponen yang akan di pasangkan dari trafo yang sudah dimodifikasi sebelumnya, komponen komponen dapur busur listrik dapat dilihat pada tabel 4.4

Tabel 4.4 Spesifikasi komponen yang digunakan pada dapur busur listrik.

No Alat Spesifikasi

1. Transformator 220 VAC

2. Sekring 15 ampere ( 2buah)

3. Saklar 18 ampere

4. Steker 16 ampere

5. Batu tahan api T = 1200 °C

6. Kawat tembaga D = 1mm ( kemampuan arus 6280-9420 ampere)

7. Elekltroda Kemampuan suhu T = 3800 º C

8. Fan 16 ampere

9. Kabel 10 ampere

10. Panel arus 50 ampere 11. Panel tegangan 30 ampere

Tabel 4.5 Anggaran biaya pembuatan.

No Jenis pengeluaran Jumlah unit yang di beli Biaya

1. Trafo step down 2 buah Rp. 580.0000

2. sekring 2 buah Rp. 10.000

3. Papan kayu 250x150x1 (cm) Rp. 20.000

4. Kawat tembaga 2 kg Rp. 260.000

5. steker 1 buah Rp. 3000

6. Fan in 3(6x6) cm Rp. 40.000

7. Tang buaya 2 buah Rp. 120.000

8. Kabel 5 meter Rp. 40.000

9. Aluminium 200 gram Rp. 30.000

10. Batu tahan api 2 buah Rp. 20.000

11. Panel arus 1 buah Rp. 75.000

12. Panel tegangan 1 buah Rp. 60.000

13. Saklar 1 buah Rp. 5000

14. Fan out 1(9x9) cm Rp.17.000

15. Handle 1 buah Rp.3000

16. Akrilik 2mm (25cmx50cm) Rp.50.000

17. Mur dan baut 2(M8x20) Rp.5000

18. Jasa pembuatan Rp. 350.000

BABV PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan pada pembuatan, pengujian dan analisa yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan oleh pembuat dan penguji dapur busur listrik sebagai berikut:

1. Dapur busur listrik yang telah dirancang dan dibuat dengan spesifikasi yaitu: tegangan kerja sekunder 220 volt, diturunkan menjadi 17 volt, arus dibatasi dengan pengaman 2 sekring, dengan arus 15 ampere pada masing-masing sekring, besarnya kawat untuk mengganti kumparan primer digunakan pada alat ini memiliki diameter 1 mm dengan jumlah kawat 12 buah. Kawat dililitkan pada konduktor trafo 1 dan trafo2 dengan jumlah lilitan 20 lilitan (dililit searah jarum jam).

2. Dapur pelebur ini dibuat dengan kapasitas tungku maksimal 200 gram, tungku dibuat dengan menggunakan batu tahan api. Tungku peleburan menggunakan tipe fire brick SK 32.

3. Pada pengujian yang dilakukan dengan massa 0.02 kg, waktu yang dibutuhkan

yaitu 30 detik, massa 0.05 kg dibutuhkan waktu 75 detik, dan massa 0.152 kg dibutuhkan waktu 166 detik, dan 0.03 kg dibutuhkan waktu 34 detik.

5.2 Saran

Saran yang dapat berikan untuk pengembangan tugas tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Kawat kumparan sekunder sebaiknya menggunakan kawat yang memiliki

spesifikasi yang baik, kawat yang disarankan berdiameter 1 mm dengan jumlah 45 buah/helai. Hal ini dilakukan agar arus yang dihasilkan akan lebih besar.

2. Pada saat proses peleburan disarankan memakai tungku yang terbuat dari batu tahan api dan memiliki ketahanan suhu yaitu 2000°C, agar tungku bias digunakan untuk meleburkan logam lainnya seperti besi.

DAFTAR PUSTAKA

Ashagi, 2009, Rancang Bangun Dapur Kowi Pelebur Alumunium Berbahan Bakar Minyak, Digital Library, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Hurst, R . 1994. Power Quality andGrounding Handbook, The Electricity Forum, Toronto, Canada.

Magga, R., 2010, Analisis Perancangan Tungku Pengecoran Logam (non Ferro) Sebagai Sarana Pembelajaran Teknik Pengecoran, JIMT Vol. 7, No 1, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Tadulako.

Martinez, K.M., 2000, Effect of Mold Coating on The Thermal Fatigue in Al Permanent Mold Casting, AFS Transaction.

Noviansyah, 2006. Perancangan Pemanas Induksi Berkapasitas 200W, Proseding Semnas Ilmu Rekayasa Universitas Guna Dharma 20-21 Nopember 2006, Jakarta

Preston, R.1991, American Steel. Avon Books, New York.

Sangadat, Mad 2015.perancangan dan pembuatan dapur induksi skala labolatorium beserta pengujianya.

Satrio, Agus M. 1998. Thermodinamika.Cilegon : unit otonompus diklat PT Krakatau steel. Sasanjalali, Ian Dabson, Robert H. Lassseter and Giri Venkataramanan, 1995, Switching

Time Bifurcations in a ThyristorControlled Reactor, IEEE Transaction on Circuits and system, Fudemental Theory and AplicationVol. 43, No 3hal 209.

Siagian, 2009.Aplikasi Thyristor-Controller Reactor (TCR) pada industri.

Sundari, E., 2011, Rancang Bangun Dapur Peleburan Aluminium BahanBakar Gas, jurnal

Austenit Volume 3Nomor1, April 1 2011, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya.

Surdia, Tata dan Saito Sinkoru, 2000 Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta. Oyawale.Dkk. 2007, ‘’Design and prototype Depelopment of a Mini- Electric arc Furnace.

Departement of Industrial and Prod Engineering.Universityof Ibadan. Nigeria. Yayat, 2013Uji Performa TungkuBusurListrikSkalaLabolatoriumDalam Proses

PembuatanFerromangan. ProsidingSemirata FMIPA Universitas Lampung.

Yukovany Zhulkarnean. 2013. Perancangan Dan Pembuatan Pemanas Induksi Dengan Metode Pancake Coil Berbasis Mikro controller Atmega 8535.Universitas Brawijaya

LAMPIRAN

HASIL PERHITUNGAN DENGAN MASSA 0,05, 0,152, 0.03GRAM. 4.4.1 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.05 kg

Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus persamaan 2.3 dengan data sebagai berikut:

t = 75detik, M =0.05kg, C = 900 (J/kg), T1=30 oC, T2= 692 oC.

Makadaya Pm adalah sebagai berikut: Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)

= 4.17 x 0.05kg x 900j/kg x 692 o_{C/75 (detik)} = 1731.38 Watt.

4.4.2 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t (detik), dengan data sebagai berikut:

T=75detik, M= 0.05 gr, C= 900 (J/kg).

Maka harga Q (joule) adalah sebagai berikut: Q =m . c .(t2-t1)

= 0.05 kg x 900j/kgx ( 692o_C-30o_C) =29790 (joule).

4.4.3 Menghitung laju perubahan suhu

Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4 dengan data sebagai berikut:

T2=692oC, T1=30oC, T =75 (detik).

Maka, harga laju perubahan suhu ṫ adalah sebagai berikut: ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)

= (692-30)o_{C/75 (detik)} = 8.826o_C/detik

4.4.4 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.152 kg

Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus persamaan2.3 dengan data sebagai berikut:

t = 166detik, M =0.152kg, C = 900 (J/kg), T1=30 oC, T2= 734oC.

Maka daya Pm adalah sebagai berikut: Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)

= 4.17 x 0.152kg x 900 j/kg x 734oC/ 166 (detik) = 2489.19 Watt.

4.4.5 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t (detik), dengan data sebagai berikut:

t =166 detik, M= 0.152 gr, C= 900 (J/kg).

Maka hargaQ (joule) adalah sebagai berikut: Q =m . c .(t2-t1)

= 0.152kgx900j/kgx ( 734 o_C-30o_C) =95040 (joule).

4.4.6 Menghitung laju perubahan suhu

Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4 dengan data sebagai berikut:

T2=734 oC, T1=30oC, t =166 (detik).

Maka, harga laju perubahan suhu ṫ adalah sebagai berikut: ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)

= (734-30)o_{C/166 (detik)} = 4.24o_C/detik.

4.4.7 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.03 kg

Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus persamaan2.3 dengan data sebagai berikut:

t = 34 detik, M =0.03kg, C = 380 (J/kg), T1=30 oC, T2= 720oC.

Maka daya Pm adalah sebagai berikut: Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)

= 4.17 x 0.03 kg x 380 j/kg x 720oC/ 34 (detik) = 1006.65 Watt.

4.4.8 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t (detik), dengan data sebagai berikut:

t =34 detik, M= 0.03 gr, C= 380 (J/kg).

Maka harga Q (joule) adalah sebagai berikut: Q =m . c .(t2-t1)

= 0.03kg x 380j/kgx ( 720o_C-30o_C) =7866(joule).

4.4.9 Menghitung laju perubahan suhu

Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4 dengan data sebagai berikut:

T2=720oC, T1=30oC, t = 34 (detik).

Maka, harga laju perubahan suhu ṫ adalah sebagai berikut: ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)

= (720-30)o_{C/34 (detik)} = 20.29o_C/detik.

Lampiran

Pembuatan dan pengujian dapur busur listrik skala labolatorium

dengan kapasitas tungku peleburan maksimal 200 gram

(Fabrication oflaboratory scale of electric arc furnace with melting

furnace maximum capacity 200 grams and it’spreliminary testing)

Rangga Agung Saputra

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammdiyah Yogyakarta

Jalan Lingkar Selatan Taman Tirto, Kasihan Bantul, DI Yogyakarta, Indonesia, 55183 Ranggaagung123@yahoo.com

Intisari

Dapur listrik adalah peralatan yang digunakan untuk proses pembuatan logam atau peleburan logam, dimana besi bekas atau logam lain yang dipanasakan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam sebuah tungku pelebur. Dapur listrik memiliki beberapa keunggulan diantaranya: lingkungan tetap bersih, tidak menimbulkan polusi asap akibat dari pembakaran, mudah dalam mengatur dan mengendalikan temperatur, efisiensi penggunaan energi panas tinggi, dan mudah dipindah-pindah.

Pembuatan dapur listrik skala laboratorium ini dilakukan dengan merangkaikan komponen-komponen utama yang terdiri atas transformator, tang penjepit, elektroda karbon, dan alat ukur panel. Dapur listrik ini selanjutnya diuji coba untuk melakukan proses peleburan pada specimen aluminium dengan variasi massa 20, 50, 30 dan 152 gram, dengan tungku peleburan berdiameter 22,5 mm tinggi 40mm, dan lebar 45 mm. Temperatur pada specimen

diukur menggunakan thermometer infrared.

Hasil pengujian dengan variasi massa 20 gram memelukan waktu 30 detik, massa 50 gram memerlukan waktu 75 detik, massa 152 gram memerlukan waktu 166 detik dan 30 gram dengan lama waktu pengujian 34 detik.

Kata kunci :Dapur busur listrik,Tungku peleburan,Peleburan aluminium. Abstract

Electric arc furnace is the equipment used for the metal manufacture or metal smelting, where scrap metal or others metal are heated up and melted by an electric arc from the electrode to the scrap iron in a blast furnace. Anelectric arc furnaces have several advantages, including: keep a clean environment, non-polluting smoke caused by burning, easy to manage and control the temperature, the efficiency of high-heat energy use, and can be moveable

A laboratory scale electric arc furnace is made by assembling of several component consisting of a transformer, forceps, carbon electrodes and panel measuring instrument. Electric arc furnace than tested by doing the melting process of the aluminum specimen with mass variation of 20, 30, 50 and 152 grams, with furnace smelting dimension are 22.5 mm in diameter, 40 mm in height and 45 mm in width. Temperatures on the specimens was measured

by using thermometer infrared.

By varying the mass of aluminium,the result of experimentas follow 30 seconds for 20 grams, 75 second for 50 grams, 166 second for 152 grams and 34 second for 30 grams.

6 Gambar 3. 4 Proses pemasangan kumparan

primer dengan konduktor

Gambar 3.5 Proses melilit kumparan sekunder

Spesifikasi lilitan sekunder yang akan dimodifikasi antara lain:

1. Lilitan berdiameter 1 mm berbahan tembaga (made in jerman),

2. Terdiri dari 12 buah lilitan kawat berdiameter 1 mm dan

3. Kumparan sekunder dililitkan memutari konduktor besi trafo (dililit searah jarum jam).

Kemudian setelah semua terpasang dengan baik cek kembali trafo dengan menggunakan multimeter ataupun bisa langsung memasang trafo tersebut ke terminal listrik, dengan menambahkan steker pada kumparan primer yang terpasang pada trafo setelah terpasang, kemudian coba trafo dengan menempelkan antara ujung kabel kutub positif dengan ujung kabel kutub negatif pada kumparan sekunder yang telah di modifikasi tersebut.

Gambar 3.6 Pengecekan trafo yang telah dimodifikasi

Langkah selanjutnya membuat sebuah rumah dapur busur listrik, rumah dapur ini terbuat dari kayu papan dengan ukuran 40 x49 cm. Setelah cover selesai, kemudian mulai memasangkan panel-panel yang akan dipakai pada alat pelebur tersebut. Panel yang akan di pasang diantaranya terdiri dari panel arus, panel voltage, 2 sekring, saklar dan fan yang berguna untuk mendinginkan udara pada cover tersebut.

Gambar 3.7, Cover yang terpasang dengan komponen lainnya.

Selanjutnya, semua komponen dirangkai dengan memakai skema seri, dimulai dari perakitan trafo 1 dan trafo 2, kemudian selanjutnya menambahkan komponen lainnya yaitu: 2 buah sekring masing-masing 15 ampere, 1 buah saklar 18 ampere, panel arus 50 ampere, panel voltmeter 30 volt, fan (digunakan untuk menstabilkan suhu pada coverdapur busur listrik pelebur, steker 16 ampere. Untuk merangkaikan semua komponen digunakan kabel tunggal berdiameter 2 mm, dimana kabel yang digunakan memiliki kemampuan arus sekitar 6.280 – 9.420 ampere (dapat dilihat pada table 2.9), Skema rangkaian dapur busur listrik dapat dilihat pada gambar 3.8,

7 Bagian-bagian dari Dapur busur listrik yang sudah di rangkai dapat dilihat pada gambar 3.9,

Gambar 3.9 bagian-bagian dapur busur listrik Setelah semua terpasang kemudian langkah selanjutnya akan dilanjutkan pada proses pengujian. proses pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari dapur busur listrik. Parameter yang diukur pada proses pengujian diantaranya untuk mengetahui besar daya yang digunakan pada peleburan dapur busur listrik, menghitung besar energi busur listrik saat peleburan, menghitung daya yang dihasilkan selama waktu pengujian, menghitung laju perubahan suhu rata-rata terhadap waktu pada saat pelebuan.

PENGUJIAN PERFORMA DAPUR BUSUR LISTRIK

4.1. Hasil pengujian msin busur listrik Dapur busur listrik yang telah dibuat kemudian diuji untuk peleburan logamdengan variasi massa logam sesuai kapasitas tungku yang telah dibuat seperti ditunjukkan pada gambar 4.1,

Gambar 4.1 dapur busur listrik

4.2.Spesifikasi Perancangan dapur Busur Listrik

Spesifikasi perancangan dapur busur listrik yang telah dibuat ditunjukkan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Spesifikasi perancangan dapur busur listrik.

Berdasarkan tabel 4.1, diketahui spesifikasi dapur busur listrik yang telah dirancang sebelumnya memiliki tegangan pada trafo sebesar 220 volt. Tegangan tersebut kemudian turun menjadi 22 volt, Proses selanjutnya adalah pengujian, proses ini dilakukan untuk mengetahui hasil perancangan yang sebelumnya telah direncanakan. Hasil tersebut akan dibandingkan dengan hasil pengujian dapur busur listrik.

4.3. Proses Pengujian

Langkah-langkah pada proses pengujian peleburan dengan menggunakan dapur busur listrik diantaranya:

1. Menyambungkan dapur busur listrik ke sumber listrik (PLN).

2. Menyiapkan tungku untuk

menempatkan benda kerja yang akan dileburkan yang sebelumnya telah dibuat

Transformator 2 buah

Vinput 220 V

Iinput max 30 A

Voutput max 22 V

Ioutput max 300 A

dengan kapasitas maksimal 200 gram. Tungku dibuat dari batu tahan api, bentuk dan dimensi dapat dilihat pada gambar 4.2,

Gambar 4.2, Skema 2D tungku pelebur busur listrik

Sedangkan bentuk tungku

sebenarnya ditunjukkan pada gambar 4.3,

Gambar 4.3, Logam alumunium dan, tungku peleburan.

3. Pasang elektroda pada tang buaya yang sebelumnya sudah disiapkan, (elektroda yang gunakan diambil dari batu baterai bekas yang sudah tidak terpakai).

Gambar 4.4, Tang buaya, dan elektroda 4. Masukkan logam yang akan dileburkan

ke tungku peleburan.

8 dengan kapasitas maksimal 200 gram.

dibuat dari batu tahan api, bentuk dan dimensi dapat dilihat pada gambar 4.2,

Gambar 4.2, Skema 2D tungku pelebur busur Sedangkan bentuk tungku yang sebenarnya ditunjukkan pada gambar 4.3,

4.3, Logam alumunium dan, tungku Pasang elektroda pada tang buaya yang sebelumnya sudah disiapkan, (elektroda yang gunakan diambil dari batu baterai bekas yang sudah tidak terpakai).

, dan elektroda g akan dileburkan

Gambar 4.5, (1). Logam alumunium tebal mm, dan (2). Tebal alumunium tebal 13 mm. 5. Menyalakan saklar

pelebur pada posisi ON.

6. Mencoba terlebih dahulu sentuhkan antara elektroda positif (+) dan elektroda (-) yang dipasang pada tang buaya.

7. Setelah selesai penyetingan, persiapkan peralatannya untuk kepentingan pengambilan data yaitu s

kamera, alat pengecek suhu, buku, bolpoin kertas A4 yang sebelumnya telah dipersiapkan.

8. Saat akan memulai peleburan, nyalakan stopwatch selama proses berlangsung kemudian catat arus yang terbaca pada amperemeter.

9. Lakukan pengecekan suhu pada alat pengecek suhu yang telah dipersiapkan. Jika aluminium sudah mencair, segera matikan power bersamaan dengan stopwatch.

Pengujian pertama menggunakan benda kerja aluminium dengan massa benda 50 gram, kemudian dilanjutkan dengan pengujian aluminium dengan massa 152 gram. Pada pengujian dengan menggunakan massa logam 50 gram membutuhkan waktu 75 detik sedangkan massa 152 gram membutuhkan waktu 166 detik dan 30 gram memerlukan waktu 34 detik.

Proses peleburan logam menggunakan dapur busur listrik dapat dilihat pada gambar 4.6,

1

2

Logam alumunium tebal 8 , dan (2). Tebal alumunium tebal 13 mm. Menyalakan saklar dapur busur listrik pelebur pada posisi ON.

Mencoba terlebih dahulu sentuhkan antara elektroda positif (+) dan ) yang dipasang pada tang Setelah selesai penyetingan, persiapkan peralatannya untuk kepentingan pengambilan data yaitu stopwatch, kamera, alat pengecek suhu, buku,

oin kertas A4 yang sebelumnya Saat akan memulai peleburan, nyalakan selama proses berlangsung, kemudian catat arus yang terbaca pada Lakukan pengecekan suhu pada alat pengecek suhu yang telah dipersiapkan. aluminium sudah mencair, segera matikan power bersamaan dengan Pengujian pertama menggunakan benda kerja aluminium dengan massa benda 50 gram, kemudian dilanjutkan dengan pengujian aluminium dengan massa 152 gram. Pada pengujian dengan menggunakan massa logam 50 gram membutuhkan waktu 75 detik sedangkan massa 152 gram membutuhkan waktu 166 dan 30 gram memerlukan waktu 34 Proses peleburan logam menggunakan

9 Gambar 4.6, (1).Mekanisme kerja dapur busur listrik, (2).Logam mulai mencair pada suhu 640o_{C, Suhu 734} o_{C logam mulai mencair}

secara merata, dan (3). Proses pendinginan logam yang dileburkan.

Dari Gambar 4.6, terlihat hasil pengujian yang dilakukan bahwa panas pada proses peleburan terjadi kenaikan suhu yang sangat cepat dalam waktu yang sangat singkat. Untuk meleburkan logam dengan massa 152 gram, membutuhkan waktu 166 detik. Pada proses peleburan yang ditunjukan pada gambar 1, logam mulai meleleh pada suhu 640o_{C. Kemudian pada} gambar 2, suhu 734 o_{C logam yang} dileburkan mulai meleleh secara merata.Hal ini membuktikan dapur yang dibuat dapat bekerja dengan baik dan sesuai harapan.Parameter pada pengujian dapur busur listrik dapat dilihat pada Tabel 4.3,

Tabel 4.3. Spesifikasi percobaan pada dapur busur listrik

Tabel 4.3, merupakan tabel hasil pengujian dapur busur listrik. Pada tabel pengujian dijelaskan bahwa tegangan pada trafo sebesar 220.Pada percobaan pertama yaitu menggunakan masa peleburan 20. Pada percobaan ini tegangan yang dihasilkan dapur busur listrik sebesar 17 volt (Output)dan arus yang digunakan pada proses peleburan 23 ampere (Input). Percobaan kedua menggunakan massa 50 gram, pada percobaan ini arus yang digunakan sebesar 23 ampere(input) dan tegangan 17 volt. Percobaan ketiga menggunakan massa 152 gram, pada percobaan ini arus yang dihasilkan sebesar 24 ampere, dan tegangan sebesar 17 volt.

4.4 Pengukuran Hasil Pengujian

Hasil pengujian yang diukur meliputi suhu, waktu lebur, arus listrik yang mengalir pada benda kerja dan tegangan yang dihasilkan oleh dapur busur listrik tersebut.Pengukuran suhu dilakukan dengan menggunakan Thermometer infrared yang mempunyai suhu maksimal 800 oC. Pada proses pengujian dengan massa 152 gram, suhu yang dihasilkan mencapai 734 o_{C. Dapur busur listrik yang} telah selesai dirancang dan dibuat dengan spesifikasi dapur: arus yang dihasilkan dengan massa 152 gram yaitu sebesar 24 ampere, tegangan yang dihasilkan yaitu17 volt, dan suhu maksimal yang dihasilkan oleh dapur busur listrik sebesar 1200 o_C. dapur yang telah dibuat dan berfungsi dengan baik kemudian diuji performanya. Pengujian performa dapur dilakukan untuk menghitung suhu pada saat proses peleburan, waktu lebur, arus yang mengalir pada logam dan tegangan yang dihasilkan oleh dapur busur listrik. Logam yang telah dilebur dapat dilihat pada gambar 4.7,

Gambar 4.7, (1). Proses pemisahan logam dengan tungku pelebur, (2). Logam dengan hasil peleburan dengan berat 152 gram dan, logam dengan massa peleburan 50 gram.

Permukaan bagian dalam dari logam hasil peleburan dengan variasi massa dapat dilihat pada gambar 4.8, berikut:

Gambar 4.8, (1) Permukaan bagian dalam dari hasil peleburan dengan massa 152 gram, dan

10 (2). Hasil peleburan dengan masa 20 gram.

Pada gambar 4.8, permukaan bagian dalam pada logam peleburan dengan variasi massa yang berbeda menghasilkan permukaan dalam yang baik, pada proses peleburan, logam yang telah dileburkan mencair secara merata. Hal ini menjelaskan bahwa logam yang dileburkan oleh dapurbusur listrik bekerja sesuai yang di harapkan.

Tabel 4.4. Kebutuhan daya, suhu, dan waktu yang diperlukan selama proses pengujian dengan variasi massa.

Pada tabel 4.4, dijelaskan bahwa proses pengujian dengan variasi massa yang berbeda, akan membutuhkan daya listrik yang berbeda. Hasil perancangan, dapat dibandingkan dengan hasil pengujian yang telah dilakukan.Perbedaan waktu pengujian ini terjadi karena daya pada pengujian lebih besar dari perancangan. Hasil perancangan, daya yang dihasilkan diasumsikan yaitu 6600 watt, nilai tersebut didapat dari hasil pengukuran pada dapur busur listrik, kemudian hasil tersebut diolah dan didapatkan nilai 6600 watt, dengan mengasumsikan efisiensi pada perhitungan sebesar 80%. Sedangkan pada proses pengujian daya yang dihasilkan bervariasi seperti ditujukan pada tabel 4.4, kemudian titik lebur logam pada perancangan diasumsikan 850 o_{C, sedangan pada} pengujian titik lebur logam alumunium yaitu antar 620-734 oC.Hal ini yang menjadikan perbedaan waktu (t) antara proses perancangan dan pengujian. Semakin tinggi titik lebur yang diasumsikan pada logam, maka semakin lama proses peleburan berlangsung. Hal tersebut terjadi pada perancangan yang dilakukan, dengan mengasumsikan titik lebur yang tinggi maka waktu yang

diperlukan menjadi lebih lama. V. Penutup

5.1 Kesimpulan

1. dapur busur listrik yang telah dirancang dan dibuat dengan spesifikasi yaitu: tegangan kerja sekunder 220 volt, diturunkan menjadi 17 volt, arus dibatasi dengan pengaman 2 sekring, dengan arus 15 ampere pada masing-masing sekring, besarnya kawat untuk mengganti kumparan primer digunakan pada alat ini memiliki diameter 1 mm dengan jumlah kawat 12 buah. Kawat dililitkan pada konduktor trafo 1 dan trafo 2 dengan jumlah lilitan 20 lilitan (dililit searah jarum jam).

2. dapur pelebur ini dibuat dengan kapasitas tungku maksimal 200 gram, tungku dibuat dengan menggunakan batu tahan api. Tungku peleburan menggunakan tipe fire brick SK 32. 3. Pada pengujian yang dilakukan dengan

massa 0.02 kg, waktu yang dibutuhkan yaitu 30 detik, massa 0.05 kg dibutuhkan waktu 75 detik, dan massa 0.152 kg dibutuhkan waktu 166 detik, dan 0.03kg dibutuhkan waktu 34 detik. 5.2 Saran

Saran yang dapat berikan untuk pengembangan tugas tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Kawat kumparan sekunder sebaiknya menggunakan kawat yang memiliki spesifikasi yang baik, kawat yang disarankan berdiameter 1 mm dengan jumlah 45 buah/helai. Hal ini dilakukan agar arus yang dihasilkan akan lebih besar.

2. Pada saat proses peleburan disarankan memakai tungku yang terbuat dari batu tahan api dan memiliki ketahanan suhu yaitu 2000°C, agar tungku bisa digunakan untuk meleburkan logam lainnya seperti besi.

11 DAFTAR PUSTAKA

Hurst, R . 1994. Power Quality and Grounding Handbook, The Electricity Forum, Toronto,

Canada.

Martinez, K.M., 2000, Effect of Mold Coating on The Thermal Fatigue in Al Permanent Mold Casting, AFS Transaction.

Preston, R.1991, American Steel. Avon Books, New York.

Sangadat,Mad. 2012. Perancangan dan pembuatan dapur induksi skala laboratorium dan pengujiannya. Satrio, Agus M. 1998. Thermodinamika. Cilegon : unit otonom pusdiklat PT Krakatau steel.

Surdia, Tata dan Saito Sinkoru, 2000 Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta. Yayat, 2013 Uji Performa Tungku Busur

Listrik Skala Labolatorium Dalam Proses Pembuatan Ferromangan. Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung.