PEMILIHAN MATERIAL DALAM PEMBUATAN
DAPUR CRUSIBLE PELEBUR ALUMINIUM
BERKAPASITAS 50KG DENGAN
BAHAN BAKAR PADAT
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
M. ROLAN B. HUTAPEA NIM. 050401003
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-Nya yang dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana ini berjudul “RANCANG DAN BUAT DAPUR PELEBUR CRUCIBLE UNTUK MELEBUR ALUMINIUM/PADUANNYA DAN TEMBAGA/PADUANNYA BERKAPASITAS 50 KG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR PADAT UNTUK KEBUTUHAN LABORATORIUM FOUNDRY”. Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dalam menyelesaikan pendidikan untuk meraih gelar Sarjana Teknik.
Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ayahanda B.Hutapea dan Ibunda M.Siahaan 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. Asisten Lab. Foundry, Ir Marlon atas bimbingannya dan bantuannya selama proses perancangan bangun.
6. Saudara-saudaraku dan teman-temanku, yang telah memberikan bantuan baik material maupun spiritual, serta kesabarannya hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Akhir kata semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Dan penulis menyadari bahwasanya tugas sarjana ini jauh dari kesempurnaan, karena keterbatasan pengetahuan dan referensi maka penulis berharap saran dan kritik yang membangun untuk kesempurnaan tugas sarjana ini.
Akhir kata penulis ucapkan terima kasih atas waktu dan perhatian yang telah diberikan kepada penulis.
Medan , 14 juni 2010
M. Rolan B. Hutapea
DAFTAR ISI
2.5 Alumunium dan Paduannya ... 8
2.5.1 Sejarah Penemuan Alumunium ... 8
2.5.2 Sifat-sifat Alumunium ... 8
2.5.3 Sistem Penomoran Alumunium ... 9
2.5.4 Paduan-paduan Alumunium Yang Utama ... 11
3.1 Konstruksi Dapur Pelebur ... 29
3.8 Pemilihan alat bantu pembakaran ... 37
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.10 Penampang tanur udara 21
Gambar 2.11 Tanur induksi 22
Gambar 2.12 Penampang Pipa satu Lapis 27
Gambar 2.13 Penampang Pipa dua Lapis 28
Gambar 3.1 Konstruksi dapur pelebur 29
Gambar 3.2 Dapur Pelebur 30
Gambar 4.4 Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi 56
Gambar 4.5 Dinding dapur
56
Gambar 4.6 Cawan Lebur
62
Gambar 4.8 dinding plat luar yang telah dilubangi 67 Gambar 4.9 dinding plat luar yang telah dirol 65 Gambar 4.10 dinding plat luar yang telah berbentuk silider 66
Gambar 4.10 Proses Pengecetan 68
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Berat jenis beberapa jenis logam 4 Tabel 2.2 Alumunium Assosiasi Index System 10 Tabel 2.3 Sifat-sifat paduan Al-Cu-Mg 13
Tabel 2.4 Sifat-sifat paduan Al-Si 14
Tabel 2.5 Sifat-sifat paduan Al-Mg-Si 16 Tabel 2.6 Sifat-sifat paduan Al-Mg-Zn 17 Tabel 4.7 Perbandingan Heating Value Bahan Bakar 49
Tabel 4.1 Berat total dapur 65
Tabel 4.2 Total kalor yang terserap bahan dapur 65
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
Cp1 Panas jenis alumunium padat KJ/kg.0K
Cp2 Panas jenis alumunium cair KJ/kg.
0
K
Cp3 Panas jenis batu tahan api KJ/kg.
0
K Cp4 Panas jenis dinding plat luar KJ/kg.
0
K
Cp5 Panas jenis cawan lebur KJ/kg.
0
K
Ddb Diameter dalam Batu bata m
Dlb Diameter luar batu bata m
Dp Diameter plat luar m
ho Koefisien perpindahan panas konveksi W/m. o
C HHV Nilai pembakaran atas minyak tanah KJ/kg kb Konduktivitas thermal batu bata W/m.oC
kp Konduktivitas thermal dinding plat W/m. o
mal Massa alumunium 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 alumunium 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
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
o
K Ta Temperatur ruang bakar
o
K T1 Temperatur suhu lingkungan
o
K Uo Koefisien perpindahan panas total W/m.
o
C
V Viskositas Kinematika Cst
Xp Ketebalan plat dinding m
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengecoran Logam merupakan salah satu ilmu keteknikan yang
perkembangannya cukup pesat saat ini. Untuk itu, perlu didukung dengan
pengembangan fasilitas Pengecoran Logam di Laboratorium Foundry agar
setidaknya menyamai industri-industri di luar Laboratorium Foundry. Oleh
sebab itu, semua ahli di bidang Ilmu Pengecoran Logam harus mampu
mengembangkan industri pengecoran di Indonesia yang salah satu caranya
adalah dengan memberikan dasar-dasar kepada mahasiswa Perguruan
Tinggi program studi Teknik Produksi.
Dengan mempertimbangkan hal di atas maka diperlukan adanya
sarana praktek yang memadai, yang mana salah satu alat utama dalam
pengecoran adalah Dapur Crucible.
Dapur crucible adalah dapur yang digunakan untuk melebur logam
secara tidak langsung berhubungan dengan bahan pembakaran, dan setelah
logam mencair, crucible di angkat dari dapur atau mengambil langsung
logam cair dari tungku.
Dengan adanya Dapur Crucible maka diharapkan mahasiswa agar
dapat mempraktekkan ilmu yang diperolehnya selama di bangku
perkuliahan dan membandingkannya dengan ilmu praktek untuk lebih
memantapkan pemahaman mahasiswa dalam bidang ilmu Teknik
Pengecoran.
Dalam pertimbangan hal tersebut maka direncanakan sebuah
Crucible dengan kapasitas 50 kg untuk kebutuhan Laboratorium Foundry.
1.2 Maksud dan Tujuan
Maksud dari rancangan ini adalah membantu memantapkan
mahasiswa dalam penguasaan teori-teori dalam bidang pengecoran
mengenai efisiensi bahan bakar dapur, bahan dapur serta ketahanan bahan
peleburan yang nantinya akan dicetak sendiri dalam praktikum Pengecoran
Logam, sehingga mahasiswa benar-benar mengerti bagaimana pengecoran
sebenarnya.
Tujuan dari rancangan ini adalah :
1. Rancangan konstruksi dapur crucible.
2. Pemilihan bahan dapur.
3. Pemilihan bahan bakar .
4. Efisiensi dapur dan pemakaian bahan bakar.
1.3 Batasan Masalah
Berhubung dengan sangat luasnya persoalan dalam masalah
pengecoran, maka akan dibatasi ruang lingkup tugas sarjana ini yaitu
tentang pemilihan bahan sebuah Dapur Crucible yang akan melebur
alumunium/paduannya dengan kapasitas kecil sehingga cocok untuk sarana
praktikum di Laboratorium Teknik Pengecoran.
Agar Dapur Crucible nantinya dapat bekerja dengan baik, maka
perancangan dari dapur ini meliputi perencanaan konstruksi dapur,pemilihan
bahan dapur, besar kalor yang dibutuhkan dapur, dan pemakaian bahan
bakar.
1.4 Metode Penulisan
Dalam menyelesaikan perancangan 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
2. Studi Literatur
Berupa kajian literature dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang
berhubungan dengan hal yang dibahas.yang meliputi: perumusan,
analisa hasil perhitungan dan pembahasan.
3. Diskusi
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dengan mahasiswa
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Logam Bukan Besi (Nonferrous Metal)
Indonesia merupakan negara penghasil bukan besi yaitu penghasil
timah, putih, tembaga, nikel, alumunium dan sebagainya. 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 non besi adalah mempunyai daya tahan
terhadap korosi yang tinggi, daya hantar listrik yang baik dan dapat berubah
bentuk secara mudah. Pemilihan dari paduan 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 di bagi dalam dua golongan menurut berat
jenisnya, yaitu logam berat dan logam ringan. Logam berat adalah logam
yang mempunyai berat jenis diatas 5 kg/m3.
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.
Tabel 2.1 Berat jenis beberapa jenis logam
2.2 Tembaga dan Paduannya
Tembaga diperoleh dari bijih tembaga yang disebut Chalcoporit.
Chalcoporit ini merupakan campuran Cu2S dan Cu Fe S2 dan terdapat dalam tambang-tambang dibawah permukaan tanah.
Secara industri sebagian besar penggunaan tembaga dipakai untuk
kawat atau bahan penukar panas karena sifat tembaga yang mempunyai sifat
hantaran listrik dan panas yang baik. Tembaga ini jika dipadukan dengan
logam lain akan menghasilkan paduan yang banyak dibutuhkan oleh
manusia. Dan yang paling sering dipakai adalah campuran antara tembaga
dan timah, mangan yang biasa disebut perunggu digunakan untuk
bagian-bagian mesin khusus dimana diperlukan sifat-sifat yang luar biasa
Paduan antara tembaga dengan unsur-unsur lain dapat membentuk
paduan lain seperti:
1. Brons
Brons adalah paduan antara tembaga dengan timah dimana kandungan
dari timah kurang dari 15% karena mempunyai titik cair yang kurang
baik maka brons biasanya ditambah seng, fosfor, timbal dan
sebagainya.
2. Kuningan
Kuningan adalah paduan antara tembaga dan seng, dimana kandungan
seng sampai kira-kira 40%. Dalam ketahanan terhadap korosi dan aus
kurang baik dibanding brons tetapi kuningan mampu cornya lebih baik
dan harganya lebih murah.
3. Brons Alumunium
Brons alumunium ini adalah paduan dari tembaga dan alumunium
dengan tambahan nikel dan mangan. Kandungan alumunium 8-15,5%,
nikel kurang dari 6,5% mangan kurang dari 3,5% dan sisanya adalah
tembaga.
Untuk diagram fasa dan paduannya dapat dilihat pada gambar 2.1
kesetimbangan fasa tembaga dimana pada diagram ini dapat dilihat
serta mengetahui temperatur cair dari kadar komposisi tembaga dengan
kadar 100% Cu atau tembaga murni adalah 1084°C.
Gambar 2.1 Diagram fasa tembaga (Cu-Al)
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 hampir tidak rusak di udara biasa. Dan dapat
digunakan untuk pelapisan pada besi, bahan baterai kering dan untuk
keperluan percetakan.
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 unsur-unsur seperti timah, cadmium
dan tin dapat menyebabkan kerusakan pada cetakan cacat sepuh.
Paduan seng banya digunakan dalam industri otomotif, mesin cuci,
pembakar minyak, lemari es, radio, gramafon, televisi, mesin kantor dan
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.
Magnesium dan paduannya lebih mahal daripada alumunium atau
baja dan hanya digunakan untuk industri pesawat terbang, alat potret,
teropong, suku cadang mesin dan untuk peralatan mesin yang berputar
dengan cepat dimana diperlukan nilai inersia yang rendah. Logam
magnesium ini mempunyai temperatur 650°C yang perubahan fasanya dapat
dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Diagram fasa magnesium (Al-Mg)
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
2.5 Alumunium dan Paduannya
2.5.1 Sejarah Penemuan Alumunium
Bauksit merupakan salah satu sumber alumunium yang terdapat di
alam. Bauksit ini banyak terdapat di daerah Indonesia terutama di daerah
Bintan dan pulau Kalimantan. Alumunium ini pertama kali ditemukan oleh
Sir Humprey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur dan kemudian di
reduksi pertama kali oleh H.C. Oersted pada tahun 1825.
C.M. Hall seorang berkebangsaan Amerika dan Paul Heroult
berkebangsaan Prancis, pada tahun 1886 mengolah alumunium dari alumina
dengan cara elektrolisa dari garam yang terfusi. Selain itu Karl Josep Bayer
seorang ahli kimia berkebangsaan Jerman mengembangkan proses yang
dikenal dengan nama proses Bayer untuk mendapat alumunium murni.
Proses Bayer ini mendapat alumunium dengan memasukkan bauksit
halus yang sudah dikeringkan kedalam pencampur lalu diolah dengan soda
api (NaOH) dibawah pengaruh tekanan dan suhu diatas titik didih. NaOH
akan bereaksi dengan bauksit menghasilkan aluminat natrium yang larut.
Selanjutnya tekanan dikurangi dengan ampas yang terdiri dari oksida besi,
silicon, titanium dan kotoran-kotoran lainnya dipisahkan. Lalu alumina
natrium tersebut dipompa ke tangki pengendapan dan dibubuhkan Kristal
hidroksida alumina sehingga Kristal itu menjadi inti Kristal. Inti dipanaskan
diatas suhu 980°C dan menghasilkan alumina dan dielektrosida sehingga
terpisah menjadi oksigen dan aluminium murni.Pada setiap 1 kilogram
alumunium memerlukan 2 kilogram alumina dan 4 kilogram bauksit, 0,6
kilogram karbon, criolit dan bahan-bahan lainnya. Penggunaan alumunium
ini menduduki urutan kedua setelah besi dan baja dan tertinggi pada logam
bukan besi untuk kehidupan industri
2.5.2 Sifat-sifat Alumunium
Dalam pengertian kimia alumunium merupakan logam yang reaktif.
Apabila di udara terbuka ia akan bereaksi dengan oksigen, jika reaksi
Permukaan alumunium sebenarnya bereaksi bahkan lebih cepat daripada
besi. Namun lapisan luar alumunium oksida yang terbentuk pada permukaan
logam itu merekat kuat sekali pada logam dibawahnya, dan membentuk
lapisan yang kedap. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk keperluan
kontruksi tanpa takut pada sifat kimia yang sangat reaktif. Tapi jika logam
bertemu dengan alkali lapisan oksidanya akan mudah larut. Lapisan
oksidanya akan bereaksi secara aktif dan akhirnya akan mudah larut pada
cairan sekali. Sebaliknya berbagai asam termasuk asam nitrat pekat pekat
tidak berpengaruh terhadap alumunium karena lapisan alumunium kedap
terhadap asam.
Alumunium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahan
korosi yang sangat baik karena pada permukaannya terhadap suatu lapisan
oksida yang melindungi logam dari korosi dan hantaran listriknya cukup
baik sekitar 3,2 kali daya hantar listrik besi. Berat jenis alumunium 2,643
kg/m3 cukup ringan dibandingkan logam lain
Kekuatan alumunium yang berkisar 83-310 MPa dapat dilipatkan
melalui pengerjaan dingin atau penerjaan panas. Dengan menambah unsur
pangerjaan panas maka dapat diperoleh paduannya dengan kekuatan
melebihi 700 MPa paduannya.
Alumunium dapat ditempa, diekstruksi, dilengkungkan,
direnggangkan, diputar, dispons, dirol dan ditarik untuk menghasilkan
kawat. Dengan proses pemanasan dapat diperoleh alumunium dengan
bentuk kawat foil, lembaran pelat dan profil. Semua paduan alumunium ini
dapat di mampu bentuk (wrought alloys) dapat di mesin, di las dan di patri
2.5.3 Sistem Penomoran Alumunium
Alumunium dapat diklasifikasikan kepada tiga bagian besar yaitu:
alumunium komersial murni paduan alumunium mampu tempa, dan
alumunium cor. Asosiasi alumunium membuat sistem 4 angka
mengidentifikasikan alumunium. Di bawah ini ada tabel 2.2. yang dibuat
Tabel 2.2 Alumunium Assosiasi Index System
Sistem ini menunjukkan nomor indeks dari paduan alumunium
termasuk seperti paduan 99% alumunium murni, coper, mangan, silicon
magnesium. Sistem ini tidak menunjukkan paduan terbesar dari elemen
alumunium. Angka kedua mempunyai batas 0 sampai dengan 9. Angka nol
menunjukkan tidak ada kontrol khusus pada pembuatan alumunium. Angka
setelah angka kedua menunjukkan kuantitas minimum dari unsur lain yang
tidak dalam kontrol.
Sebagai contoh alumunium dengan nomor seri 1075. Ini berarti
alumunium mempunyai 99,75% yang terkontrol atau alumunium murni.
Sedangkan 0,25% paduan tanpa kontrol. Nomor 1180 diidentifikasikan
sebagai paduan dimana 99,80% alumunium murni dengan 0,20% berbagai
macam campuran tambahan. ………
Pada seri 2010 sampai 7079 setelah angka kedua tidak mempunyai
arti khusus hanya menunjukkan pabrikasi. Angka ketiga dan terakhir
memperlihatkan berapa paduan yang terkandung pada saat proses
pembuatan. Sebagai contoh alumunium seri 3003 adalah alumunium
mangan alloy yang mengandung sekitar 1,2% mangan dan minimum 90%
alumunium. Contoh lain misalkan 6151 alumunium, adalah paduan
alumunium dengan silicon-magnesium-chromium. Disini angka 6
menunjukkan bahwa paduan adalah magnesium silicon, dan angka 151
sebagai identitas paduan khusus dan persentase dari paduan. Jika angka 1
Paduan Alumunium Nomor
Alumunium 99,5% murni
Alumunium 99,5% murni
Al-Cu merupakan unsur paduan utama
Al-Mn merupakan unsur paduan utama
Al-Si merupakan unsur paduan utama
Al-Mg merupakan unsur paduan utama
Al-Mg dan Si merupakan unsur paduan utama
Al-Zn merupakan unsur paduan utama
pada digit kedua menunjukkan bahwa paduan itu adalah chromium dan
kandungannya adalah 0,49%. Berarti paduan itu adalah 99,51% terdiri dari
alumunium magnesium dan silicon.
Alumunium juga dapat digolongkan apakah bisa di heat-treatment
atau tidak. Alumunium yang tidak dapat dilakukan perlakuan panas
termasuk alumunium murni atau seri 1000, mangan atau seri 3000 dan
magnesium seri 5000. Alumunium dapat di heat-treatment jika mengandung
satu dari copper, magnesium, silicon ataupun zinc. Seri 4000 adalah seri
silicon dari paduan alumunium yang sebagian besar dapat dilas dan untuk
bahan pengisi pada proses pangelasan.
2.5.4 Paduan-paduan Aluminium yang utama
Alumunium lebih banyak dipakai sebagai paduan daripada logam
murni sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat mekanisnya serta
mampu cornya diperbaiki dengan menambah unsur –unsur lain.
Unsur-unsur paduan yang tidak ditambahkan pada alumunium murni selain dapat
menambah kekuatan mekaniknya juga dapat memberikan sifat-sifat baik
lainnya seperti ketahanan korosi dan ketahanan aus.
Adapun paduan-paduan alumunium yang sering dipakai yaitu:
1. Al-Cu dan Al-Cu-Mg
Mempunyai kandungan 4% Cu dan 0,5% Mg untuk menambah
kekuatan paduan mampu mesin yang baik serta dipakai pada bahan
pesawat terbang.
2. Al-Mn
Mn adalah unsur yang memperkuat Al tanpa mengurangi ketahanan
korosi dan dipakai untuk membuat paduan yang tahan korosi.
3. Paduan Al-Si
Sangat baik kecairannya dam mempunyai permukaan yang bagus
sekali, mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik sangat ringan,
koefisien pemuai yang kecil, dan penghantar yang baik untuk listrik
dan panas. Karena kelebihan yang menyolok maka paduan ini sangat
4. Paduan Al-Mg
Paduan ini mempunyai kandungan magnesium sekitar 4% sampai
10% mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, dapat ditempa,
di rol dan di ekstruksi. Karena sangat kuat dan mudah di las maka
banyak dipakai sebagai bahan untuk kapal laut, kapal terbang serta
peralatan-peralatan kimia.
2.5.5 Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg
Seperti telah dikemukakan pada uraian sebelumnya, paduan coran
alumunium ini mengandung 4-5% Cu. Ternyata dari fasa paduan ini
mempunyai daerah luas dari pembekuannya, penyusutan yang besar, resiko
besar pada kegetasan panas dan mudah terjadi retakan pada coran. Adanya
Si sangat berguna untuk mengurangi keadaan itu dan penambahan Si
sefektif untuk memperhalus butir. Dengan perlakuan panas pada paduan ini
dapat dibuat bahan yang mempunyai kekuatan tarik kira-kira 25kgf/mm2 Sebagai paduan, Al-Cu-Mg ini mengandung 4% Cu, dan
0,5%ditemukan oleh A.Wilm dalam usahanya mengembangkan paduan Al
yang kuat, dinamakannya yaitu duralumin. Duralumin adalah paduan praktis
yang sangat terkenal disebut paduan alumunium dengan nomor 2017,
komposisi standarnya adalah 4% Cu, 1,5% Mn dinamakan paduan dengan
nomor 2044 nama lamanya yaitu duralumin super. Paduan yang
mengandung Cu mempunyai ketahanan korosi yang buruk, jadi apabila
diingini ketahanan korosi yang tinggi maka permukaanya dilapisi dengan Al
murni atau paduan alumunium yang tahan korosi yang disebut pelat alklad.
Paduan dalam sistem ini terutama dipakai sebagai bahan pesawat terbang.
Tabel 2.3. Sifat-sifat paduan Al-Cu-Mg
Paduan Al-Cu-Mg ini dihasilkan melalui proses pencampuran
paduan ini pada temperatur 550°C seperti terlihat pada gambar 2.3. dimana
pada gambar ini paduan harus diupanaskan sampai temperatur A sehingga
komponen-komponen larutan membentuk larutan padat. …
2.5.6 Paduan Al-Si (4030-4039)
Paduan Al-Si ini sangat baik kecairannya, yang mempunyai
permukaan bagus sekali, pada ketegasan panas dan sangat baik untuk
paduan cor. Sebagai tambahan paduan ini mempunyai ketahanan korosi
yang baik dan sangat ringan, koefisien pemuaian yang kecil dan penghantar
listrik dan panas yang baik. Karena mempunyai kelebihan yang mencolok
ini maka paduan ini sangat banyak dipergunakan. Paduan Al-Si ini
ditemukan pertama kali oleh A. Pacz pada tahun 1921 dan paduan yang
telah diadakan perlakuan tersebut dinamakan silumin.
Paduan Al-Si dengan kandungan 12% sangat banyak dipakai untuk
paduan cor cetak. Tetapi dalam hal modifikasi tidak perlu dilakukan.
Sifat-sifat paduan ini dapat diperbaiki dengan perlakuan panas dan sedikit
diperbaiki dengan tambahan unsur paduan lainnya yang umum dipakai yaitu
0,15 – 0,4% Mn dan 0,5% Mg. paduan yang diberi perlakuan peraturan dan ditempa dinamakan silumin β. Paduan yang memerlukan paduan panas ditambah juga dengan unsur Mg, Cu dan Ni untuk memberikan kekerasan
pada saat proses pemanasan. Bahan ini biasa dipakai untuk torak motor.
Tabel 2.4 ini menunjukkan kekuatan dan sifat mekanis Al-Si.
Tabel 2.4 Sifat-sifat kimia paduan Al-Si
Paduan Perlakuan Temperatur Uji (°C) 174°C, 6-10 jam penuaan
Pada gambar 2.4 juga dapat dilihat terjadinya diagram fasa dari
paduan ini dimana dari gambar ini dapat diketahui titik eutektik yaitu pada
suhu 577°C serta fasa paduan mencair serta terjadinya fasa lainnya.
Gambar 2.4 Diagram Fasa Al-Si
Koefisien pemuaian termal dari Si sangat rendah, oleh karena itu
paduannya mempunyai koefisien yang rendah juaga apabila ditambah Si
lebih banyak. Berbagai cara dicoba untuk memperhalus butir primer Si,
seperti yang telah dikembangkan pada paduan Hypereotektik Al-Si sampai
dengan 29%Si. Paduan Al-Si juga banyak dipakai untuk elektroda
pengerasan terutama yang mengandung 5% Si.
2.5.7 Paduan Al-Mg-Si (6001 – 6069)
Kalau sedikit Mg ditambahkan pada Al pengerasan penuaan sangat
jarang terjadi. Paduan alam sistem ini mempunyai kekuatan yang kurang
tetapi sangat liat dan sangat baik mampu bentuknya yang tinggi pada
temperatur biasa. Mempunyai kemampuan bentuk yang lebih baik pada
ekstruksi dan tahan korosi dan sebagai tambahan banyak digunakan untuk
angka-angka konstruksi.
Karena paduan ini mempunyai kekuatan yang sangat baik tanpa
mengurangi sifat kehantaran listriknya maka dapat digunakan untuk kabel
tenaga listrik. Dalam hal ini pencampuran dengan Cu, Fe dan Mn perlu
dihindari karena unsur-unsur itu menyebabkan tahanan listrik menjadi
tinggi. Kelebihan dari paduan Al-Mg-Si dapat dilihat pada tabel 2.5,
sedangkan untuk perubahan fasa dari paduan ini dapat dilihat dari gambar
2.5.
Tabel 2.5 Sifat-sifat paduan Al-Mg-Si (lit 8 hal 139)
Paduan Keadaan
2.5.8 Paduan Al-Mg-Zn (7075)
Alumunium menyebabkan keseimbangan biner semu dengan
senyawa antar logam MgZn2 dan kelarutannya menurun apabila temperatur turun. Telah Diketahui sejak lama bahwa paduan sistem ini dapat dibuat
keras sekali dengan penuaan setelah perlakuan pelarutan. Tetapi sejak lama
tidak dipakai sebab mempunyai sifat patah getas oleh retakan korosi
tegangan
Di Jepang pada permulaan tahun 1940 Igarasi dan kawan-kawan
mengadakan studi dan berhasil mengembangkan suatu paduan logam
dengan penambahan kira-kira 3% Mn atau Cr dimana butir kristal dapat
diperhalus dan mengubah bentuk resivitasi serta retakan korosi tegangan
hampir tidak terjadi. Pada saat itu paduan tersebut dinamakan Duralumin
super ekstra.
Paduan yang terdiri dari 5,5% Zn, 2,5-1,5% Mn, 1,5% Cu, 0,3%
Cr, 0,2% Mn dan sisanya Al sekarang dinamakan paduan 7075 mempunyai
kekuatan tertinggi diantara paduan-paduan lainnya. Sifat-sifat mekaniknya
dapat dilihat pada tabel 2.6. Penggunaan paduan ini yang paling besar
adalah untuk bahan konstruksi untuk pesawat terbang. Disamping itu
penggunaannya juga penting untuk bahan konstruksi. Perubahan fasa dari
paduan ini dapat dilihat pada gambar 2.6. dimana pada gambar ini dapat
dilihat fasa-fasa untuk mendapatkan paduan ini.
Tabel 2.6 Sifat-sifat paduan Al-Mg-Zn (lit 8 hal 141)
Gambar 2.6 Diagram Fasa paduan Al-Mg-Zn
2.6 Dapur Crucible
Dapur Crucible adalah jenis dapur yang paling tua digunakan.
Dapur ini mempunyai konstruksi paling sederhana. Dapur ini ada yang
menggunakan kedudukan tetap dimana pengambilan logam cair dengan
memakai gayung. Dapur ini sangat Fleksibel dan serba guna untuk
peleburan yang skala kecil dan sedang. Bahan bakar Dapur Crucible ini bisa
berupa gas, padat, dan cair. Karena bantuknya yang sederhana maka dapur
ini mudah dalam 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
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
mempercepat 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 2.9 dibawah ini
Gambar 2.9. Tanur udara terbuka (a) tanur udara terbuka (b) 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
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
Gambar 2.11. Tanur Induksi (a) Penampang (b) Kumparan yang bisa
2.7 Batu Tahan Api
Pemilihan bahan batu yang akan digunakan untuk dapur pelebur tipe
Crucible dengan bahan bakar padat ini, ditentukan dengan memperhatikan
sifat-sifat dapur tersebut seperti dapur yang bekerja sampai temperatur
13000C 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. Oleh karena itu dalam pemilihan batu bata untuk lapisan dinding
dapur dan alas dapur bahannya haruslah ditentukan dan dipilih sebaik
mungkin agar dapat bertahan lama dan dapat meningkatkan efisiensi dapur.
2.7.1 Pemilihan Batu Tahan Api
Batu bata yang umum digunakan unuk dapur pelebur tipe Crucible
adalah Batu bata yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a) Tidak melebur pada suhu yang relatif tinggi
b) Sanggup menahan lanjutan panas yang terjadi tiba-tiba ketika
pembebanan suhu
c) Tidak hancur di bawah pengaruh tekanan yang tinggi ketika
digunakan pada suhu yang tinggi.
d) Mempunyai koefisien thermal yang rendah sehingga dapat
memperkecil suhu yang keluar
e) 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
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)
2.7.2 Bahan Batu Tahan Api
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
Dasar dan susunan bahan-bahan menentukan besarnya derajat panas yang
dibutuhkan . Untuk menggantikan struktur asli dalam struktur batu bata
atau untuk melebur batu bata. Kualitas hasil yang didapat bertalian rapat
dengan susunan. Tanah liat ,zat bakar ,panas yang terjadi jika membakar
dan lamanya membakar... (lit 11 hal 136)
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... (lit 11 hal 136)
Dengan tahannya batu bata ini dipanasi sampai suhu diatas 1200 0C, sedangkan suhu dapur yang direncanakan hanya lebih kurang 1000 0C sehingga batu bata deli clay ini dapat digunakan untuk dapur pelebur, selain
itu harga dari tiap batu bata deli clay relative 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... (lit 11 hal 136)
2.8 Semen Tahan Api
Bahan pengikat berfungsi untuk mengikat batu tahan api yang satu
dengan batu tahan api yang lain. Bahan pengikat juga dapat digunakan
untuk menutup celah yang terjadi dari penyusunan batu tahan api sehingga
mengurangi terbuangnya panas di dalam ruang bakar. Bahan pengikat yang
dipakai ini adalah semen tahan api.
Untuk dapur peleburan ini dipakai bahan pengikat yaitu semen tahan
a) SiO2 dengan kadar 96,33 %
Sebagai bahan pengikat, semen ini dicampur dengan air dan pasir silica
dengan perbandingan 1 : 2 : 3. 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 bata dengan
baik dan akibatnya batu bata dapat ambruk atau berlepasan. Selain kadar air
yang berlebihan menyebabkan air berusaha melepaskan diri sehingga
akibatnya permeabilitas permukaan yang besar.
Pemakaian bahan pengikat juga memerlukan teknik yang baik.
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 mudah dibongkar.
2.9Perpindahan Panas
Penerapa prinsip-prinsip perpindahan kalor untuk merancang
(design) alat-alat guna mencapai sesuatu tujuan teknik sangatlah penting,
karena dalam menerapkan prinsip ke dalam rancanganlah orang bekerja
ke arah pencapaian tujuan untuk mengembangkan barang hasil yang
memberikan manfaat ekonomi. Akhirnya ekonomi pulalah yang memegang
peranan penting dalam perancangan dan dan pemilihan material penukar
Setiap penerapan tertentu akan menentukan kaidah yang harus
dipatuhi untuk mendapatkan rancangan yang terbaik yang sesuai dengan
kebutuhan dan pertimbangan ekonomi.
Dalam perancangan dinding dapur menggunakan batu tahan api dan
plat berbentuk tabung. Perpindahan panas dari tabung ini menggunakan
rumus :
T1 Tf = T2
R1 = R2 =
q
=
=
…..…….………..(lit 5 hal.65)dimana :
q = perpindahan kalor
T1 = suhu dalam
T2 = suhu luar
K = konduktifitas termal
h = koefisien perpindahan kalor
L = panjang selinder
Pada perancangan ini dingunakan 2 jenis material yaitu batu tahan api dan
plat baja, maka bentuk dari dinding ini seperti selinder 2 lapis. Untuk
selinder 2 lapis ini digunakan persamaan :
R2 =
T1 T2
R1 = R3 =
Maka digunakan persamaan:
q =
BAB III
PERENCANAAN DAPUR
3.1 Konstruksi Dapur Pelebur
Crucible ini dirancang untuk melebur logam, dalam
perancangan ini adalah paduan aluminium. Selanjutnya setelah
logam mencair, logam cair tersebut dituang ke dalam cetakan
kemudian dilakukan proses pendinginan dan selanjutnya dilakukan
proses permesinan.
Pada gambar 3.1 dapat dilihat bentuk konstruksi dari Dapur
Crucible yaitu sebuah cawan pelebur (Crucible Grafit) yang terletak
ditengah-tengah sebuah yang tumpu oleh batu tahan api dan dilapisi
dengan penyekat panas kemudian terdapat ruang bakar diantara
cawan pelebur dan dinding penyekat panas.
Gambar 3.2. Dapur Pelebur
Alasan pemilihan dapur Crucible yang akan digunakan di
banding dengan memakai dapur pelebur jenis lainnya karena:
a. Dapur pelebur ini tidak memerlukan teknik
pengoperasian yang terlalu rumit dibanding dapur
pelebur jenis lainnya, sehingga cocok digunakan untuk
penelitian dan praktikum bagi Laboratorium Foundry.
b. Dapur Crucible ini dapat menggunakan bahan bakar
yang ekonomis sesuai dengan kemampuan mahasiswa,
seperti batubara.
c. Cocok digunakan untuk melebur logam bukan besi yang
mempunyai temperatur cair yang cukup tinggi seperti
alumunium dan Tembaga.
d. Mudah dalam pengoperasiannya terutama untuk
Crucible ini memakai bahan bakar batubara yang memanasi
sebuah cawan lebur yang terletak ditengah-tengah sebuah silinder
baja yang dilapisi dengan batu tahan api, dimana antara cawan
lebur dan batu bata tersebut terdapat ruang bakar.
3.2 Cawan Lebur
Fungsi cawan lebur adalah tempat untuk menahan logam
cair dalam tungku peleburan selama proses peleburan berlangsung.
Cawan tersebut harus mempunyai titik cair yang jauh lebih tinggi
dari titik cair logam yang akan dilebur.
Banyak jenis bahan cawan lebur yang mempunyai bahan
dan ketahanan panas yang berbeda. Pemilihan cawan harus sesuai
dengan kapasitas dan logam apa yang akan dilebur. Adapun
jenis-jenis cawan lebur yang sering dipakai adalah:
1. Crucible Baja cor
Crucible Baja cor dapat dijadikan crucible
karena baja ini adalah logam yang memiliki titik lebur
yang tinggi. Baja ini mempunyai titik lebur hingga
1425°C. Namun logam ini hanya dapat digunakan
untuk melebur logam-logam yang mempunyai titik
cair rendah seperti aluminium.
Biasanya crucible jenis ini dipakai di home
industri untuk peleburan aluminium, karena rucible
baja cor ini mempunyai kelemahan, crucible ini tidak
mampu melebur logam dengan kapasitas besar secara
terus menerus. Jika digunakan secara terus menerus
dapat mengakibatkan penipisan pada dinding luar
sehingga kurang baik jika dipakai oleh industri
2. Crucible Grafit
Crucible Grafit adalah crucible yang paling
sering digunakan pada industri peleburan. Crusible jenis
ini sangat baik digunakan untuk peleburan logam. Grafit
adalah bahan yang ideal digunakan dalam proses
peleburan karena grafit mempunyai titik lebur yang
tinggi. Grafit mempunyai titik lebur hingga 3623°C.
Komposisi dari crucible grafit ini adalah karbon dan
karbida silikon.
Crucible grafit ini dibuat dengan proses
sintering. Sintering adalah proses pemanasan dibawah
suhu leleh dan dalam bentuk padat untuk membentuk
fase tertentu dan mengompakkan komposisi fase yang
diinginkan. Sintering menggunakan energi panas untuk
proses penyatuan antar partikel.
3. Crucible Keramik
Keramik juga mempunyai sifat keras, kuat dan
stabil dalam temperature tinggi. Sifat keramik yang baik
inilah yang membuat keramik sering digunakan dalam
bahan untuk pembuatan alat mesin yang bekerja dalam
temperature tinggi seperti turbin dan kendaraan.
Keramik yang mempunyai senyawa oksida dan
sulfida yang mempunyai sifat konduktor yang baik.
Crucible ini baik digunakan pada dapur induksi. Tetapi
crucible jenis ini jarang digunakan dalam industri
peleburan karena mengingat harganya yang mahal.
Pada perencanaan ini cawan lebur yang dipakai adalah
Crucible Grafit yang dapat menampung 50 kg logam cair
aluminium dan mempunyai titik lebur yang tinggi sehingga sifatnya
tidak berubah pada saat proses peleburan. Pemilihan cawan lebur
yang akan dilebur yaitu alumunium dengan temperatur cair 659°C
dan temperatur tuang 750°C, sedangkan cawan lebur grafit
mempunyai titik lebur 3623°C. Cawan lebur yang akan
direncanakan ini juga harus mempunyai ruang volume cawan yang
mampu menampung logam cair alumunium sesuai dengan
spesifikasi tugas yaitu kurang lebih 50 kg metal cair.
Dapat diketahui temperatur cair dari cawan lebur yaitu
Crucible Grafit berkisar 3623°C. sedangkan dapur ini hanya bekerja
pada temperatur maksimum 1300°C dan masih berada dibawah batas
temperatur kerja dari cawan berbahan grafit ini.
Maka dapat dibuat sifat-sifat Crucible yang digunakan yaitu:
Bahan : Grafit
Titik Cair : 3623° K
Koefisien Pemuaian Panas : 10 × 10-6/°C
Kekuatan tarik : 70 kg/mm2
Bentuk ukuran dari cawan lebur dapat dilihat pada gambar 3.2
3.3 Batu Tahan Api
Batu adalah bahan yang dapat menahan temperatur tinggi
dari panas yang terjadi di dalam dapur selama beroperasi. Terdiri
dari pasir silika dan tanah liat tahan api.
Pada batu bata tahan api terdapat dua jenis bata yang di
pergunakan yaitu:
1 . Bata tahan api empat persegi panjang .
Dimana ukuranya sebagai berikut:
Panjang = 200 mm
Lebar = 100 mm
Tinggi = 50 mm
2 . Bata tahan api segitiga lancip
Dimana ukuranya sebagai berikut:
Panjang = 140 mm
Lebar = 70 mm
Tinggi = 50mm
Dimensi batu bata dapat dilihat pada gambar 3.3
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 : 1715°C
Konduktivitas : 1,16 W/m°C
3.4 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 1715°C sedangkan temperatur
ruang bakar hanya sampai sekitar 800°C. Penumpu juga harus
mempunyai kekuatan untuk menahan beban dari crucible dan
aluminium yang akan di cairkan. Dengan pertimbangan ini maka
penumpu menggunakan batu tahan api jenis SK-32 yang mempunyai
karakteristik:
Tinggi : 100 mm
Lebar : 50 mm
Panjang : 200 mm
Penumpu ini akan menahan berat dari logam yang akan dilebur dan
berat dari cawan lebur.
3.5 Semen Tahan Api
Bahan pengikat berfungsi untuk mengikat batu tahan api
yang satu dengan batu tahan api yang lain. Bahan pengikat juga
dapat digunakan untuk menutup celah yang terjadi dari penyusunan
batu tahan api sehingga mengurangi terbuangnya panas di dalam
ruang bakar. Bahan pengikat yang dipakai ini adalah semen tahan
api.
Untuk dapur peleburan ini dipakai bahan pengikat yaitu
semen tahan api yang dijual dipasaran dengan komposisi kimia :
a. SiO2 dengan kadar 96,33 %
Ketahanan temperatur dari semen tahan api ini adalah
1400oC. Sebagai bahan pengikat, semen ini dicampur dengan air dan pasir silica dengan perbandingan Air : Pasir : Semen Tahan Api = 1 :
2 : 3.
3.6. Dinding Luar
Dinding luar yang dipakai pada dapur terbuat dari baja
karbon dengan pengerjaan tempa. Penempaan plat baja
menggunakan system rol sehingga membentuk selinder. Plat ini
digunakan untuk mempermudah penyusunan batu tahan api pada
saat proses pembuatan dapur, juga dapat mencegah robohnya
Pada dapur ini digunakan plat yang mempunyai ketebalan 2,5
mm, sehingga memudahkan pada saat pengerolan.
Karakteristik dari dinding luar ini adalah:
Bahan : Baja karbon rendah AISI 1019
Titik cair : 1170°C
Konduktivitas thermal : 54 W/m°C
Kekuatan tarik : 47 kg/mm2
Gambar 3.6 Dinding luar
3.8 Pemilihan Alat Bantu Pembakaran
Bahan bakar yang digunakan pada crucible ini adalah
batubara. Dalam hal ini pembakaran batubara tidak dapat dibakar
begitu saja untuk memanaskan paduan aluminium, tetapi arus
menggunakan alat bantu pembakaran yang dapat menyuplai
oksigen ke dalam ruang bakar. Untuk itu digunakan blower.
agar pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar lebih
maksimal. Penggunaanya memang sudah banyak di kalangan
industri-industri, terutama yang memakai bahan bakar padat.
Pemilihan blower dalam hal ini menyusuaikan dengan
rancangan lubang yang ada pada dapur. Dalam perancangan ini,
digunakan blower tipe sentrifugal. Salah satu jennisnya adalah
blower keong.
Adapun spesifikasi dari blower ini adalah:
Merk : Katsu ( Made In China )
Tipe : sentrifugal
Ukuran ; 2”
Putaran : 6000 rpm
Kapasitas Blower : 109,281 /kg
Penggunaan blower pada dapur tidak terlalu rumit,
hanya dengan meletakkan blower di muka lubang tempat masuk
bahan bakar, lalu dihidupkan sampai paduan alumunium mencair.
Gambar blower dapat kita lihat pada gambar 3.7 di bawah ini :
BAB IV
PEMILIHAN BAHAN
4.1 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 Crucible Grafit yang dapat menampung
50 kg logam cair. Crucible Grafit ini bagian atasnya mempunyai lubang
tempat masuknya logam yang akan di cairkan.
Dari kapasitas cawan lebur yang mempunyai kapasitas sebesar 50 kg
maka bias didapat volume dari cawan lebur.
Volume dari cawan lebur adalah:
V =
=
= 0,0188 m
3= 18,8 liter
Maka volume dari cawan lebur adalah 18,8 liter.
Agar cairan tidak tumpah maka ditambahkan 10% dari dimensi cawan
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 : 300 mm
• Tebal : 2,8mm
Maka dari volume cawan lebur yang mempunyai volume sebesar
20,6 liter dapat ditentukan ukuran dari tinggi cawan lebur yaitu:
Volume 20,6 liter = 0,020 m3
Volume = volume bola + Volume selinder
= π + (Luas alas × Tinggi)
20600000 mm3 = (3,14)(122 mm)3 + (3,14 × (122 mm)2 × T )
20600000 mm3 = 3801175,2 mm3 + 46735,76mm2 T
T =
= 359,44 mm
Dari hasil perhitungan maka didapat tinggi dari dimensi cawan lebur
sebagai berikut:
• Tinggi : 482 mm
Dari data diatas maka dapat dihitung masa cawan lebur:
- -
= 25,43 + 1,3468
Pemilihan silinder grafit ini sebagai cawan lebur didasarkan pada
logam yang akan dilebur yaitu alumunium dengan temperature cair
659°C dan tembaga dengan temperature cair 1083 °C, sedangkan
silinder grafit mempunyai titik lebur 3623°C. Cawan lebur yang
akan direncanakan ini juga harus mempunyai ruang volume cawan
yang mampu menampung logam cair alumunium sesuai dengan
spesifikasi tugas yaitu kurang lebih 50 kg metal cair.
Maka dapat dibuat sifat-sifat Crucible yang digunakan yaitu:
Bahan : Grafit
Titik Cair : 3623° K
Koefisien Pemuaian Panas : 10 × 10-6/°C
Kekuatan tarik : 70 kg/mm2
Bentuk ukuran dari cawan lebur dapat dilihat pada gambar 4.1
4.2 Batu Tahan Api
Pemilihan bahan batu bata yang akan digunakan untuk dapur pelebur
tipe Crucible dengan bahan bakar batu bara ini, ditentukan dengan
memperhatikan sifat-sifat dapur tersebut seperti dapur yang bekerja sampai
temperatur 13000C .
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.
Oleh karena itu dalam pemilihan batu bata untuk lapisan dinding dapur
dan alas dapur bahannya haruslah ditentukan dan dipilih sebaik mungkin
agar dapat bertahan lama, tidak mudah pisah dan dapat meningkatkan
efisiensi dapur. Batu yang digunakan adalah jenis SK-32,yang mempunyai
karakteristik:
Titik lebur : 1715°C
Konduktivitas : 1,16 W/m°C
Dimensi batu tahan api dapat dilihat pada gambar 4.2
4. 2.1 Pemilihan Batu Tahan Api
Batu bata yang umum digunakan unuk dapur pelebur tipe Crucible
adalah Batu bata yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a) Tidak melebur pada suhu yang relatif tinggi
b) Sanggup menahan lanjutan panas yang terjadi tiba-tiba ketika
pembebanan suhu
c) Tidak hancur di bawah pengaruh tekanan yang tinggi ketika
digunakan pada suhu yang tinggi.
d) Mempunyai koefisien thermal yang rendah sehingga dapat
memperkecil suhu yang keluar
e) 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
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 .
4.2.2 Bahan Batu Tahan Api
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 inustri 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. 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 dapur ini adalah 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
1700 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
Dengan tahannya batu bata ini dipanasi sampai suhu sekitar 1715 0C, sedangkan suhu dapur yang direncanakan hanya lebih kurang 1300 0C sehingga batu bata tahan api jenis ini dapat digunakan untuk dapur pelebur,
selain itu harga dari tiap batu bata tahan api jenis ini relative 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.
4.3 Semen Tahan Api
Bahan pengikat berfungsi untuk mengikat batu serta untuk menutup
celah yang terjadi dari penyusunan batu tahan api. Bahan pengikat yang
dipakai ini adalah semen tahan api yang juga dapat menambah ketahanan
batu terhadap suhu tinggi.
Untuk dapur peleburan ini dipakai bahan pengikat semen tahan api
dengan komposisi kimia :
a. SiO2 dengan kadar 96,33% b. Al2O3 dengan kadar 0,28%
c. CaO dengan kadar 2,74%
d. Fe2O3 dengan kadar 0,56%
e. Na2O dengan kadar 0,04%
f. K2O dengan kadar 0,04%
g. TiO2 dengan kadar 0,03%
4.4 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 900 mm. untuk dinding
penahan bagian bawah dipasang baja karbon dengan ketebalan 3 mm
Dimana:
L = π.D
L = Panjang plat sebelum dirol
D = Diameter drum (mm)
L = π . 900 = 2826 mm
Gambar 4.3. Bentangan Plat
Massa dinding luar adalah :
m3 = berat dinding samping
dimana :
Dd = diameter dinding luar
= 0,9025
t = tinggi dinding
= 0,8 m
d = tebal dinding samping
= 0,0025 m
= berat jenis dinding
= 7833 kg/m3 ………...…(lit.5 hal 581)
Maka :
m3 = π . 0,9025 . 0,8 . 0,0025 .7833
= 44,39 kg
Karakteristik dari dinding luar ini adalah:
Bahan : Baja karbon rendah AISI 1109
Titik cair : 1170°C
Konduktivitas thermal : 54 W/m°C
Kekuatan tarik : 47 kg/mm
4.5 Perhitungan Kebutuhan Kalor Aluminium
Bahan bakar yang dipakai untuk dapur pelebur ini adalah bahan
bakar jenis padat, yaitu batubara. selain bahan bakar padat, dapur crucible
dapat juga menggunakan bahan bakar cair dan gas. Sifat-sifat yang penting
dari bahan bakar ini adalah nilai pembakaran., berat atom, berat jenisnya
Untuk mendapatkan jumlah bahan bakar yang akan digunakan maka
harus diketahui jumlah panas yang terpakai dan terbuang.
4.5.1. Kalor Untuk Melebur Alumunium (Q1)
Kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan alumunium meliputi:
a) QA yaitu kalor yang menaikkan temperature Alumunium padat
dari 27°C suhu kamar hingga mancapai titik peleburan
Alumunium (660°C)
b) QB yaitu kalor yang berubah fasa Alumunium padat menjadi cair
(kalor latent) pada suhu 660°C.
c) QC yaitu kalor untuk menaikkan temperature alumunium cair dari
660°C ke temperature penuang 750°C.
Maka kalor yang dibutuhkan adalah:
Q1 = QA + QB + QC
Δt1 = parbedaan suhu dari titik cair alumunium dengan suhu kamar
= (660-27)°C
h = panas latent alumunium .….(lit 6 hal 680)
= 95 kkal/kg
CP2 = panas jenis alumunium cair ….(lit 5 hal 581)
Δt2 = perubahan suhu dari temperature penuangan titik cair
= (750-660)°C
= 90°C
Maka kalor untuk melebur alumunium sebesar :
Q1 = (50 × 0,125 × 663) + (30 x 95) + (50 × 0,26 × 90)
= 6163,75 kkal
= 25887,75 Kj
Dan dalam hal ini bahan bakar yang digunakan adalah batu bara
(coal),sedangkan batu bara ini mempunyai nilai kalor kotor 29.600 .
Tabel 4.7 Perbandingan Heating Value Bahan Bakar
Bahan Bakar
• 1 kJ/kg = 0.4299 Btu/ lb m = 0.23884 kcal/kg1 kJ / kg = 0,4299 Btu / lb = 0,23884 m kkal / kg
• 1 Btu/lb m = 2.326 kJ/kg = 1.8 kcal/kg1 Btu / lb m = 2,326 kJ / kg = 1,8 kkal / kg
( W Rose Cooper dan JR (eds) (1977) Data Teknis Bahan Bakar, edisi 7, Inggris Komite Nasional, Konferensi Energi Dunia, London.)
Jadi kesimpulannya dalam proses peleburan logam Aluminium ini,batu bara
dapat digunakan sebagai bahan bakar pada bapur crucible ini.
4.5.2 Kalor Yang Diserap Batu Tahan Api (Q2)
Untuk mengetahuin berapa banyak kalor yang diterima bata selama proses
peleburan dapat dihitung dengan rumus :
Q2 = mb . CP3 . dt
Dimana :
mb = massa batu bata yang menerima panas
CP3 = panas jenis batu bata ….….(lit 5 hal 585)
= 0,84 kkal/kg°C
dt = perubahan suhu di batu bata
= suhu rata-rata batu tahan api bagian luar adalah :
=
Suhu rata-rata batu tahan api bagian dalam adalah:
= (620 + 36) / 2
= 328°C
Dengan demikian maka perubahan suhu (dt) yang terjadi adalah :
= 328 – 27
= 301°C
Massa batu tahan api menerima panas adalah :
m = . . (Dlb2 – ddb2) . tb . ρ
dimana :
Dlb = diameter luar bata = 0.9 m
Ddb = diameter dalam bata
= 0,5 m
tb = tinggi dapur 0.8 m = berat jenis bata
= 1600 kg/m3 Maka :
m = . . (0,92 – 0,52) . 0,8 . 1600
= 562,668 kg
Sehingga banyaknya panas yang diserap batu bata adalah :
Q2 = 562,668. 301 . 0,84
= 71135,016 kkal
4.5.3 Panas Yang Diserap Dinding Plat Luar (Q3)
Bidang yang mengalami perubahan suhu pada bidang dinding luar
ini sama dengan yang dialami batu tahan api.
Maka besarnya kalor yang diserap oleh dinding plat luar adalah:
Q3 = mpl. CP4 . dt
Dimana :
mpl = massa plat luar
Cp4 = panas jenis plat luar
= 0,46 kkal/kg°C
dt = perubahan suhu plat
massa plat yang mengalami perubahan suhu adalah :
m = π . Dp. tp . dp .
dimana :
Dp = diameter luar
= 0,9025 m
dp = ketebalan dinding plat
= 0,0025 m
tp = tinggi dapur 0.8
= berat jenis dinding plat …….….(lit 5 hal 581)
= 7833 kg/m3 Maka :
m = π x 0,90250 x 0,8 x 0,0025 x 7833
Suhu pada plat yang tertinggi adalah 45°C,
Maka suhu rata-rata yang dialami dinding plat adalah :
= 36°C
Maka perubahan suhu (dt) yang terjadi adalah :
36 – 27 = 9°C
Maka :
Q3 = 443950 kg . 0,46 kkal / kg°C . 9°C
= 91,895 kkal
= 768626 kJ
4.5.4 Panas yang Diserap Cawan Lebur (Q4)
Cawan lebur adalah bagian yang paling besar mengalami perubahan
suhu. Besarnya kalor yang diserap cawan lebur ini adalah :
Q4 = mcl . CP5 . dt
Dimana :
Mcl = massa cawan lebur
= 26,798 kg
CP5 = panas jenis cawan lebur ……...….(lit 5 hal 585)
= 0,46 kkal/kg°C
dt = perubahan suhu
= 755 - 27
Maka :
Q4 = 26,798kg. 0,84 kkal/kg°C . 728°C
= 16387,51 kkal
= 68827,55 kJ
Q4 (kalor pembakaran) 68827,55 > Q1 (kalor yang dibutuhkan untuk
melebur alumunium) 25887,75. Dapat disimpulkan bahwa kalor yang
dihasilkan dapur crucible telah memenuhi untuk melebur 50 kg paduan
alumunium.
4.5.5 Kalor Total Yang Terserap (Qtot)
Banyaknya kalor total adalah jumlah dari keseluruhan kalor yang
terserap oleh bahan dapur yaitu :
Qtot = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
= (25887,75+ 597534.142 + 768626 + 68827,55) kJ
= 1460875,304 kJ
4.5.6 Laju Aliran Panas ke Dinding Samping (q1)
Laju aliran panas ke dinding samping harus diperkecil semaksimal
mungkin, agar tidak banyak panas yang terbuang. Cara memperkecil laju
aliran yang besar adalah dengan memakai alat penyekat yang baik. Alat
penyekat yang baik tergantung pada jenis penyekat dan ketebalannya.
Semakin kecil konduktivitas dan semakin besar ketebalan panas yang akan
diisolasi akan semakin baik. Proses perpindahan panas adalah secara
Batu tahan api
Cawan lebur
Konveksi
Konduksi
Radiasi
Konduksi
Gambar 4.6. Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi
Perpindahan panas meliputi :
a) perpindahan panas secara konduksi dari sumber panas ke
dinding bata.
b) Perpindahan panas secara konduksi dari dinding bata ke plat
baja.
c) Perpindahan panas secara radiasi dari dinding plat ke udara
bebas.
Maka besar perpindahan kalor yang terjadi pada dinding dapur adalah:
q =
Dimana :
T1 = temperature ruang bakar
= 755°C
T2 = temperature luar ruang bakar = 27°C
r1 = jari-jari dalam batu = 0,25 m
r2 = jari-jari luar batu
= 0,45 m
r3 = jari-jari luar dinding = 0,45 m + 0,0025 m
= 0,4525 m
L = 0,8 m
kb = konduktivitas thermal ………..…(lit 5 hal 584)
= 0,69 W/m°C
kp = konduktivitas thermal dinding plat baja ..(lit 5 hal 581)
= 54 W/m°C
h0 = koefisien perpindahan panas konveksi
koefisien perpindahan panas konveksi dapat dicari dengan rumus:
h0 = Nu. k/d ………….…….….(lit 5 hal 261)
Dimana : Nu = bilangan nusselt
= 0,9 m + 0,05 m
= 0,905 m
k = konduktivitas thermal udara
konduktivitas thermal udara bergantung pada suhu,
suhu film (tf) = (tp + tI) / 2
= (45 + 27) / 2
= 36°C
Maka sifat-sifat udara pada 36°C adalah:
a) Koefisien suhu konduktivitas thermal (β)
= 1/tf
= 1/36°C
= 1/305°K
= 3,2 × 10-3/°C
b) Viskositas kinematika (v)
= 1666 . 10-5 (m2/s)
c) Konduktivitas thermal (k)
= 0,02692 (w/m°C)
d) Bilangan prandal (pr)
=0,70602 ………….….(lit 5 hal 589)
Bilangan nusselt dapat dicari dengan rumus :
Nu1/2 = 0,825 + …….….(lit 5 hal 303)
Gr . Pr = . Pr …….….(lit 5 hal 229)
=
= 0,1073.1010
Maka :
Nu1/2 = 0,825 +
= 11,204
Maka bilangan nusselt : Nu = 125,536
Maka :
h0 = 125,536 × 0,02692/0,905
= 3,734 W/m°C
maka :
q =
` =
=
q =2388,45 W
