Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga

(1)

Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.

TUGAS SARJANA

TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM

RANCANGAN DAPUR PELEBUR UNTUK MELEBUR

KUNINGAN DAN PADUANNYA DENGAN KAPASITAS 50KG

UNTUK KEPERLUAN INDUSTRI SUMAH TANGGA

OLEH:

BENNY M SIBARANI NIM : 020401011

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

TUGAS SARJANA

TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM

OLEH:

BENNY M SIBARANI

NIM : 020401011

Disetujui oleh:

Dosen Pembimbing,

Ir. Raskita S.Meliala

NIP. 130 353 111

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

MEDAN

(3)

TUGAS SARJANA

TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM

OLEH:

BENNY M SIBARANI

NIM : 020401011

Telah diseminarkan dan disetujui pada seminar Tugas Sarjana

Periode ke-514, sabtu 31 MEI 2008

Dosen Pembanding I, Dosen Pembanding II,

Ir. Alfian Hamsi MSc Ir. Isril Amir

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan terlebih dahulu kepada Tuhan Yang

Maha Esa, karena berkat kasih dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan

Tugas Sarjana ini. Adapun judul dari Tugas Sarjana ini adalah “Rancangan Dapur

Pelebur Untuk Melebur Kuningan dan Panduannya Dengan Kapasitas 50Kg

Untuk Keperluan Industri Rumah Tangga”, yang mana kami juga membangun

sebuah dapur pelebur yang sederhana untuk dapat dipergunakan bagi mahasiswa

yang mengambil praktikum pengecoran logam.

Penulisan Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus

ditempuh bagi setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara untuk memperoleh gelar kesarjanaannya.

Dalam menyusun dan menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis menyadari

bahwa sebagai manusia masih banyak kekurangan-kekurangan. Oleh karena itu,

harapan penulis adanya kritikan serta saran baik oleh Dosen maupun rekan-rekan

mahasiswa.

Dalam penyusunan Tugas Sarjana ini, penulis juga menyadari sepenuh hati

bahwa tidak terlepas dari perhatian, bimbingan, dorongan dan bantuan dari semua

pihak yang terangkum dalam jalinan persaudaraan.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak DR.ING.IR Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

(5)

3. Bapak Ir.Tulus Burhanudin Sitorus,Msc ,sebagai Sekretaris Jurusan Teknik

Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

4. Bapak Ir.Alfian Hamsi,Msc, sebagai Dosen Pembanding I

5. Bapak Ir.Isril Amir, sebagai Dosen Pembanding II

6. Ir.Marlon, Asisten Laboratorium Foundry yang telah bersedia memberikan

waktunya dengan membimbing kami pada penelitian di Laboratorium

Foundry

7. Keluarga tercinta yang selalu memberikan dorongan kepada penulis untuk

menyelesaikan Tugas Sarjana ini

8. Asisten-asisten pada Lab Logam dan Lab Mekanika Teknik yang telah

membimbing penulis dalam mengadakan pengujian

9. Bram,Ria, rekan-rekan yang telah bersama-sama merencanakan dan

merancang dapur pelebur ini hingga selesai

10. Serta rekan-rekan sesama mahasiswa Jurusan Teknik Mesin yang juga

banyak membantu penulis menyelesaikan Tugas Sarjana ini

Semoga bimbingan dan bantuan yang Bapak, Ibu dan rekan-rekan berikan

mendapatkan balasan dari Tuhan Yang Maha Esa. Serta semoga Tugas Sarjana ini

dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, 28 Mei 2008

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ...vi

DAFTAR TABEL ... viii

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang Perencanaan 2

1.2 Maksud dan Tujuan Perencanaan 3

1.3 Ruang Lingkup Perencanaan 4

1.4 Metode Perencanaan 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 Logam Bukan Besi ( Nonferrous Metal ) 6

2.2 Tembaga dan Paduannya 7

2.2.1 Tembaga Murni 7

2.2.1.1 Pengaruh oksigen 9

2.2.1.2 Pengaruh hydrogen 11

2.2.1.3 Tembaga Deoksida 12

2.2.2 Paduan Tembaga 13

2.2.2.1 Kuningan 13

2.2.2.2 Perunggu (Brons) 15

(7)

dengan presipitasi 18

2.3 Seng dan Paduannya 19

2.4 Magnesium dan Paduannya 20

2.5 Alumunium dan Paduannya 21

2.5.1 Sifat-sifat alumunium 21

2.6 Dapur Crucibel 23

2.7 Pemilihan Bahan Bata Tahan Api 26

2.7.1 Pemilihan bata tahan api 27

2.7.2 Bahan tahan panas 28

2.8 Semen Tahan Api 30

2.9 Konstruksi Dapur Pelebur 32

BAB 3 PERENCANAAN DAPUR 33

3.1 Konstruksi Dapur Pelebur 33

3.2 Cawan Lebur 34

3.2.1 Kapasitas cawan lebur 36

3.3 Pemilihan Alat Pemanas 38

3.4 Bata Tahan Api 39

3.5 Penumpu Cawan Lebur 41

3.6 Ruang Bakar 42

3.7 Dinding Luar 43

3.8 Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar 44

3.8.1 Kalor untuk melebur alumunium (Q1) 45

(8)

3.8.3 Panas yang diserap dinding plat luar (Q3) 50

3.8.4 Panas yang diserap cawan lebur (Q4) 51

3.8.5 Panas yang diserap plat atas (Q5) 52

3.8.6 Kalor total yang diserap (Qtot) 53

3.8.7 Panas yang terbuang 53

3.8.8 Laju aliran panas ke dinding samping (q1) 53

3.8.9 Panas yang terbuang melalui plat atas (q2) 57

3.8.10 Panas yang terbuang melalui lubang cawan pelebur (q4) 60

3.8.11 Waktu peleburan 61

3.8.12 Kebutuhan bahan bakar 63

3.9 Tabel Hasil Perhitungan 64

BAB 4 PROSES PEMBUATAN DAPUR 66

4.1 Pembuatan Drum 66

4.2 Penyusunan Bata Tahan Api 70

4.3 Pasangan Batu Penumpuh Cawan Pelebur 71

4.4 Peralatan yang Digunakan 71

BAB 5 KESIMPULAN 72

DAFTAR PUSTAKA 75

(9)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Hubungan antara laju pengurangan dan

Ketidakmurnian dalam hantaran listrik 10

Gambar 2.2 Diagram Fasa Cu – O 11

Gambar 2.3 Diagram Fasa Cu-Zn 14

Gambar 2.4 Diagram Fasa Cu-Sn 17

Gambar 2.5 Diagram Fasa Tembaga 19

Gambar 2.6 Diagram Fasa Magnesium 20

Gambar 2.7 Diagram Fasa Aluminium 22

Gambar 2.8 Dapur Kedudukan Tetap 23

Gambar 2.9 Dapur Krusibel bisa dimiringkan 24

Gambar 2.10 Penampang Tanur Udara 25

Gambar 2.11 Tanur Induksi

(a) penampang, 26

(b) kumparan bisa diangkat 26

(c) garis gaya pada tanur induksi 26

Gambar 3.1 Bentuk dan Ukuran Cawan Lebur 37

Gambar 3.2 Dimensi Bata tahan api 41

(10)

Gambar 3.5 Suhu dan Laju Aliran Panas yang Terjadi di Dapur

Selama Proses Peleburan 47

Gambar 4.1 Bentangan Plat 67

Gambar 4.2 Tutup Plat Atas 68

Gambar 4.3 Penampangan Penutup Cawan Lebur 69

Gambar 4.4 Lubang Pemasukan Alat Pemanas 69

(11)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Ketidakmurnian dalam hantaran listrik 10

Gambar 2.2 Diagram Fasa Cu – O 11

Gambar 2.3 Diagram Fasa Cu-Zn 14

Gambar 2.4 Diagram Fasa Cu-Sn 17

Gambar 2.5 Diagram Fasa Tembaga 19

Gambar 2.6 Diagram Fasa Magnesium 20

Gambar 2.7 Diagram Fasa Aluminium 22

Gambar 2.8 Dapur Kedudukan Tetap 23

Gambar 2.9 Dapur Krusibel bisa dimiringkan 24

Gambar 2.10 Penampang Tanur Udara 25

Gambar 2.11 Tanur Induksi

(a) penampang, 26

(b) kumparan bisa diangkat 26

(c) garis gaya pada tanur induksi 26

Gambar 3.1 Bentuk dan Ukuran Cawan Lebur 37

Gambar 3.2 Dimensi Bata tahan api 41

(12)

Gambar 3.5 Suhu dan Laju Aliran Panas yang Terjadi di Dapur

Selama Proses Peleburan 47

Gambar 4.1 Bentangan Plat 67

Gambar 4.2 Tutup Plat Atas 68

Gambar 4.3 Penampangan Penutup Cawan Lebur 69

Gambar 4.4 Lubang Pemasukan Alat Pemanas 69

(13)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Berat Jenis Beberapa Jenis Logam 7

Tabel 2.2 Paduan Tembaga Utama Tempaan 13

Tabel 3.1 Berat Total Dapur 64

Tabel 3.2 Total Kalor yang Diserap 64

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi dewasa ini dapat memungkinkan ilmu

pengetahuan berkembang dengan pesat, dilain pihak teknologi akan berfungi dan

berkembang lebih jauh lagi jika ilmu pengetahuan yang diterapkan.

Bila kita perhatikan satu sosok komponen teknologi yang canggih, pada

hakekatnya berasal dari komponen yang sederhana yang telah mengalami

modifikasi lebih lanjut.

Kalau kita lihat industri pengecoran logam rakyat yang banyak terdapat

diberbagai tempat, misalnya Ceper, Tegal dan lain-lain. Pada umumnya masih

menggunakan dapur lebur yang sangat sederhana, yaitu hanya berupa cawan

pelebur yang kecil dan terbuat dari baaja yang ditumpu dan kemudian dibakar/

dipanasi dengan kompor minyak tanah atau arang kayu.

Dengan kondisi seperti itu, maka dalam pengoperasiannya banyak sekali

energi panas yang terbuang dan keselamatan kerja yang kurang terjamin

disamping tingkat produksinya yang rendah.

Dari keadaan tersebut diatas maka timbul beberapa masalah antara lain:

1. Bagaimana mengurangi jumlah panas yang terbuang.

2. Meningkatkan kapasitas.

3. Meningkatkan keselamatan kerja.

Berkaitan dengan masalah tersebut diatas, maka dalam membuat tugas

(15)

“ Rancang bangun dapur pelebur untuk melebur kuningan dan paduannya

dengan kapasitas 50kg untuk keperluan industri rumah tangga.” berbahan bakar

minyak tanah.

Alat pelebur ini merupakan barang modal yang amat penting di dalam

menunjang peningkatan produksi barang-barang coran khususnya kuningan. Oleh

sebab itu dalam pembuatannya harus teliti sesuai dengan tuntutan kondisi kerja.

Dapur pelebur ini mempunyai kapasitas 50kg memakai bahan bakar

minyak tanah dapat mengatasi masalah-masalah tersebut diatas. Dapur pelebur ini

terdiri dari beberapa komponen yang dalam pembuatannya memerlukan

pertimbangan- pertimbangan perencanaan yang meliputi perhitungan perpindahan

panas, pemilihan bahan, gambar dan pembuatan serta pengoperasiannya yang

mana semua ini merupakan penerapan pengetahuan secara teori dan pratek.

1.1 Latar Belakang Perencanaan

Saat ini pengecoran kuningan yang besar dan masih aktif berproduksi

masih sedikit dan salah satunya adalah Jaya Baja Jl.Metal No.15/9. Sedangkan

pengecoran logam yang berbentuk non industri atau berproduksi kecil banyak

bertebaran, yang mana mutunya masih perlu di perhatikan untuk dapat

ditingkatkan agar dapat bersaing di pasaran.

Ilmu Teknik Pengcoran Logam adalah salah satu teknik produksi dimana

di Indonesia masih memerlukan banyak usaha dalam pembinaannya yang lebih

terarah, sehingga kualitas produksi, kemampuan produksi dan biaya produksi

dalam proses memproduksi benda-benda coran akan menyaingi benda-benda

(16)

Perlunya ada pembinaan ini jelas terlihat oleh para ahli ilmu pengecoran

untuk dapat mengembangkan industri pengecoran Indonesia yang mana salah satu

cara untuk dapat meningkatkan kemampuan di bidang ilmu pengecoran dengan

memberikan dasar-dasar ilmu pengetahuan yang baik kepada mahasiswa di

perguruan tinggi yang mengambil program studi Teknik Produksi.

Dengan mempertimbangkan hal diatas maka diperlukan adanya sarana

praktek yang memadai, yang mana salah satu utama dalam pengecoran adalah

dapur pelebur.

1.2 Maksud dan Tujuan Perencanaan

Maksud dan tujuan dari perencanaan dan pembangunan dapur pelebur

kuningan dengan kapasitas kecil ini adalah untuk dapat lebih memantapkan

mahasiswa dalam penguasaan teori mengenai pemilihan bahan dapur, bahan

penyekat panas serta efisiensi pemakaian bahan, juga pemilihan dapur pelebur

yang sesuai dengan material yang akan dilebur. Dimana penguasaan teori ini

dapat langsung diterapkan dalam praktek pembangunan dapur pelebur tersebut.

Dan juga nantinya mahasiswa dapat membuat cetakan-cetakan logam sendiri yang

selanjutnya dapat menghasilkan benda-benda cor yang kualitasnya dapat terus

(17)

1.3 Ruang Lingkup Perencanaan

Berhubungan dengan sangat luasnya persoalan dalam permasalahan

pengecoran, maka akan dibatasi ruang lingkup tugas sarjana ini yaitu tentang

rancangan sebuah dapur pelebur yang akan melebur alunimium dengan kapasitas

kecil sehingga cocok untuk dijadikan sebagai contoh untuk bahan pembanding

dalam melakukan praktikum di Laboratorium Teknik Pengecoran.

Karena pada perencanaan dapur pelebur ini diharapkan agar dapur

peleburan ini nantinya akan dapat bekerja dengan baik maka perencanaan dari

dapur ini meliputi perencanaan besarnya kalor yang dibutuhkan dapur yang

nantinya akan berhubungan dengan pemakaian bahan bakar dan efisiensi dapur

serta ketahanan bahan dapur tersebut terhadap operasi dapur dan juga mengetahui

sifat-sifat material yang akan dilebur yaitu kuningan.

1.4 Metode Perencanaan

Dalam menyelesaikan perencanaan pembangunan dapur pelebur ini

dipakai tiga dasar penyelesaian, yaitu:

1. Melalui studi literatur dan saran dari dosen pembimbing.

2. Melalui perbandingan di lapangan dan perhitungan perencanaan.

3. Melalui penyelesaian persoalan-persoalan yang muncul dalam proses

perancangan.

Jadi,langkah permulaan yang diambil dari perencanaan adalah berdasakan

pada data-data atau perhitungan pada literatur serta masukan dari dosen

pembimbing. Selanjutnya adalah melaksanakan perbandingan dengan dapur

(18)

Dan langkah terakhir adalah menyelesaikan masalah yang timbul ketika

dalam perancangan yang tidak terdapat dalam literatur sehingga memerlukan

(19)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Logam Bukan Besi (Nonferrous Metal)

Indonesia merupakan negara penghasil bukan besi yaitu penghasil timah

putih, tembaga, nikel, aluminium 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 ini adalah daya tahannya 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 dibagi dalam dua golongan menurut berat jenisnya,

yaitu logam berat dan logam ringan. Logam berat adalah logam yang

mempunyai berat jenis di atas 5 kg/m3 sedangkan logam ringan adalah logam

yang berat jenisnya kurang dari 5 kg/m3.

Berat jenis dari masing-masing logam non besi ini dapat dilihat pada Tabel

2.1. Secara umum dapat dinyatakan bahwa makin berat suatu logam bukan besi

maka makin baik 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

(20)

Tabel 2.1 Berat Jenis Beberapa Jenis Logam ( lit 1 hal 64 )

Logam Berat Jenis

( kg / m3 )

Aluminium

Tembaga

Kuningan

Timah Hitam

Magnesium

Nikel

Seng

Besi

Baja

2.643

8.906

8.750

11.309

1.746

8.703

7.144

7.897

7.769

2.2 Tembaga dan Paduannya 2.2.1 Tembaga Murni

Secara industri sebagian besar penggunaan tembaga dipakai sebagai kawat

atau bahan untuk penukar panas dalam memanfaatkan hantaran listrik dan

panasnya yang baik. Sejak tahun 1913 sebagai satuan hantaran listrik

dipergunakan % IACS (International Annealed Copper Standard) yang

mempunyai nilai rata-rata 100% untuk tembaga teknis. Dalam standar ini suatu

hantaran dinyatakan 100% kalau tahanan spesifik pada 200 C adalah 1,7241 cm

atau 0,153280 /g.m (pada masa jenis 8,89 g/cm3). Sesuai dengan perkembangan

dalam teknologi pemurnian, kemurnian tembaga telah sangat diperbaiki dan

sekarang tembaga yang paling murni mempunyai konduktifitas listrik 103%.

(21)

detik) dalam tahun 1950-an sampai 0,941 cal/ (cm. derajat. detik) dalam tahun

1970-an.

Gambar. 2.1 menunjukkan perubahan % IACS oleh konsentrasi,

ketakmurnian, (a) untuk kasus yang mengandung oksigen rendah dan (b) untuk

yang mengandung 0,03% Oksigen. Pengaruh unsur paduan pada hantaran listrik

umumnya banyak dipengaruhi oleh unsur-unsur yang membentuk larutan padat;

yang memberikan pengaruh lebih kecil kalau terjadi presipitasi. Dengan adanya

oksigen perbandingan pengurangan dari P, As, dsb, menurun, hal ini disebabkan

larutan pada jumlahnya menurun oleh adanya formasi oksida.

Tembaga murni untuk keperluan industri dicairkan dari tembaga yang

diproses dengan elektrolisa, dan diklasifikasikan menjadi tiga macam menurut

kadar oksigen dan cara deoksidasi, yaitu tembaga ulet, tembaga deoksidasi, dan

tembaga bebas oksigen. Kalau O terkandung dalam tembaga unsur-unsur

pengotor dapat mengendap sebagai oksida maka jumlah larutan padat untuk

menaikkan hantaran listrik, menjadi kurang. Dengan oksida yang banyak pada

temperatur tinggi dapat menyebabkan kegetasan hydrogen, untuk mencegah ini

dipergunakan tembaga deoksidasi atau tembaaga bebas oksigen. Dalam tembaga

murni untuk keperluan industri biasa terdapat unsur-unsur gas yang memberikan

pengaruh terhadap berbagai sifat. Oksigen adalah unsur yang penting yang

(22)

2.2.1.1 Pengaruh oksigen

Gambar. 2.2 menunjukkan digram fasa untuk sistem Cu-O jumlah larutan

padat maksimum dari O pada titik eutektik 1065 0 C, adalah 1,008%. Tembaga

ulet mengandung sampai 0,04% O terdiri dari struktur berfasa ganda dengan Cu

dan Cu2O. Dalam coran, struktur eutektik dari Cu- Cu2O dapat dilihat, tetapi

dengan pengerjaan berubah menjadi struktur dimana partikel-partikel Cu2O

mengarah dalam arah pengerjaan. Cu2O merupakan fasa berbentuk piringan

diharapkan memberikan pengaruh yang kurang buruk terhadap sifat-sifat

mekanik, tetapi kalau jumlahnya banyak akan menyukarkan dalam pengerjaan

dingin, jadi lebih baik mengontrol kadar oksigen agar rendah walaupun untuk

(23)

(24)

2.2.1.2 Pengaruh hidrogen

Tembaga cair mengabsorb hidrogen bersama-sama oksigen. Banyak H2

yang terkandung membentuk gas pada waktu pendinginan. Kalau pencairan

tembaga dilakukan pada atmosfir yang lembab terjadi desosiasi H2O pada

permukaan tembaga cair. Jumlah hidrogen yang larut di dalam tembaga cair

sebanding lurus dengan akar 2 dari konsentrasi hidrigen, dan hidrigen masuk ke

dalam tembaga dalam keadaan atom. Dalam keadaan padat kelarutan hidrogen

menurun banyak, tetapi hidrigen dengan jumlah besar yang cukup dapat terlarut

dalam keadaan padat di antara kisi atom. Menurut pengukuran yang sebenarnya

dalam keadaan padat terkandung H sebanyak 1/2 – 1/3 dari O.

Gambar. 2.2 Diagram fasa Cu – O.

H dalam tembaga yang mengandung O bereaksi dengan Cu2O membentuk

(25)

gelembung-Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.

gelembung yang mengakibatkan berbagai cacat dalam batas butir. Jadi tembaga

liat mengandung jumlah O yang cukup menjadi getas karena pemanasan dalam

atmosfir tereduksi, hal ini sering dinamakan penyakit hidrogen. Untuk keadaan

tersebut tidak dapat dipergunakan tembaga ulet kecuali tembaga deoksidasi,

tembaga bebas hidrogen atau tembaga deoksidasi fosfor.

2.2.1.3 Tembaga deoksidasi

P sering dipergunakan untuk deoksidasi Cu. Karena kegetasan yang

disebabkan hidrogen merupakan kerugian, maka tembaga deoksidasi faktor

dipergunakan untuk pengelasan dan penyolderan. Jumlah P tersisa adalah 0,004 –

0,040% yang mengurangi konduktifitas listrik. Sebagai tambahan CaB6 dan Li

dipergunakan juga untuk deoksidasi. Karena Li adalah efektif untuk deoksidasi

dan untuk dihidrogenisasi tanpa menyebabkan penurunan hantaran listrik, maka

dengan maksud yang sama dapat dipergunakan juga bagi tembaga bebas oksigen.

Di Amerika Serikat tembaga oksigen dibuat dari tembaga elektrolitik yang

sangat murni dengan mempergunakan tungku induksi frekuensi rendah, dalam

atmosfir gas CO dengan pengecoran kontinu, hasilnya dinamakan tembaga

hantaran tinggi bebas oksigen (tembaga OFHC). Di Jerman tembaga dibuat

sampai 0,013%O yang dihilangkan gasnya dengan Li dan dituang dalam atmosfir

CO didapat tembaga bebas oksigen. Di Jepang tembaga dibuat dengan

mencairkannya dalam vakum atau dalam gas CO. Dengan demikian O menjadi

lebih rendah dari 0,001%, kadar H lebih rendah, tidak terjadi penggetasan

hidrogen. Tembaga tersebut dipergunakan untuk katoda tabung sinar X dan

(26)

2.2.2 Paduan Tembaga

Tembaga membentuk larutan padat dengan unsur-unsur logal lain dalam

daerah yang luas, dan dipergunakan untuk berbagai keperluan. Tabel 2.2

menunjukkan contoh dari paduan tembaga untuk proses pembentukan.

Paduan untuk coran hampir mempunyai komposisi kimia yang sama tetapi

untuk memperbaiki mampu cornya dan mampu mesinnya komposisi kimianya

agak berbeda dalam beberapa komponen.

Tabel 2.2 Paduan Tembaga Utama Tempaan

2.2.2.1 Kuningan

Kuningan berasal dari zaman Romawi, Gb. 2.3 menunjukkan diagram fasa

Cu-Zn. Dalam sistem ini terdapat 6 fasa yaitu, , , , , , dan , dari semua fasa

itu yang penting secara industri adalah dua, yaitu dan . mempunyai struktur

(27)

telah diketahui dari diagram fasa untuk kuningan 70-30, fasa merupakan fasa

yang lunak dan mudah dikerjakan, sedangkan kuningan 60-40, adalah fasa +

yang mempunyai kekuatan tinggi, dan banyak paduan dari in yang mempunyai

kekuatan tarik yang tinggi. Paduan dengan kira-kira 45%Zn mempunyai kekuatan

yang paling tinggi akan tetapi tidak dapat dikerjakan, jadi hanya dipergunakan

untuk paduan coran.

Gambar. 2.3 Diagram fasa Cu-Zn

(1) Kuningan khusus

Kuningan yang dicampur unsur ketiga untuk memperbaiki ketahanan

korosi, ketahanan aus, mampu mesin, dsb, disebut kuningan khusus. unsur-unsur

(28)

dalam dan , sehingga tidak membentuk fasa baru hanya mengubah

perbandingan antara fasa dan .

Pb larut padat dalam kuningan hanya sampai 0,4%, dan kelebihannya

mengendap dalam batas butir dan di dalam butir terdispersikan secara halus yang

hal ini memperbaiki mampu mesin dan membuat permukaan yang halus oleh

karena itu dipergunakan untuk roda gigi pada jam yang dibebani secara ringan.

Sn memperbaiki ketahanan korosi dan sifat-sifat mekaniknya kalau

ditambahkan dalam daerah larutan padat.

Al adalah adalah efektif untuk memperhalus butir kristal dan memperbaiki

ketahanan korosi terhadap air laut jadi paduan ditambah 1,5 sampai 2,5%Al dapat

dipergunakan untuk pipa kondensor dsb.

(2) Kuningan berkekuatan tarik yang tinggi

Kuningan yang berkekuatan tarik yang tinggi dibuat dari kuningan 60-40

dengan paduan 5%Mn, 2%Fe, dan 2%Al, tidak melebihi jumlah 3-5%. Ni

memberikan pengaruh sama dan memperbaiki sifat-sifatnya sesuai dengan jumlah

yang ditambahkan, yang bisa ditambahkan sampai 10%.

2.2.2.2 Perunggu (brons)

Paduan ini dikenal oleh manusia sejak lama sekali. Perunggu merupakan

paduan antara Cu dan Sn dalam arti yang sempit. Tetapi dalam arti yang luas

perunggu berarti paduan Cu dengan unsur logam lainnya selain dari Zn.

Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan, perunggu merupakan paduan

(29)

ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya oleh karena itu banyak dipergunakan

untuk berbagai komponen mesin, bantalan, pegas, coran artistik dsb.

(1) Perunggu timah putih

Gambar. 2.4 menunjukkan diagram Cu-Sn. Ada delapan fasa, yaitu , ,

, , , , dan Sn. Fasa merupakan struktur fcc pada 520 0 C larut pada

15,8%Sn, dan kalau temperatur diturunkan batas kelarutan padatnya juga menurun

akan tetapi memerlukan waktu yang sangat lama untuk mengendapkan fasa Sn,

oleh karena itu tidak perlu lagi memperhatikan perubahan batas kelarutan padat.

Selanjutnya komposisi dari paduan praktis adalah 4-12%Sn, oleh karena itu tidak

perlu memperhatikan fasa-fasa di daerah paduan tinggi.

Sn adalah lebih mahal dari kuningan. Oleh karena itu kuningan

dipergunakan sebagai bahan baku dan selanjutnya bahan yang dicampur 4-5%Sn

dipergunakan untuk keperluan khusus sedangkan hampir semua paduan perunggu

ini dalam industri dipakai dalam bentuk coran. Brons timah putih mempunyai

sejarah yang lama, sehingga dari penggunaannya paduan dasar dengan 8-12%Sn

dinamakan metal, paduan dengan 10%Sn dan 23%Sn dinamakan admiralty gun

metal, sedangkan yang mengandung 18-23%Sn disebut ”brons bell” dan paduan

(30)

[image:30.595.116.459.83.438.2]

Gambar. 2.4 Diagram fasa Cu-Sn

(2) Perunggu posfor (brons posfor)

Pada paduan tembaga posfor berguna sebagai penghilang oksida, oleh

karena itu penambahan posfor 0,05-0,5% pada paduan memberikan kecairan

logam yang lebih baik. Brons posfor mempunyai sifat-sifat lebih baik dalam

keelastisannya, kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Ada tiga macam brons

posfor yang dipergunakan dalam industri yaitu brons biasa yang tidak mempunyai

kelebihan P yang dipakai dalam proses menghilangkan oksida, brons posfor untuk

pegas dengan kadar 0,05-0,15% yang ditambahkan kepada brons yang

mengandung Sn kurang dari10% dan brons posfor untuk bantalan yang

mengandung 0,3-1,5%P ditambahkan kepada brons yang mengandung lebih dari

(31)

(3) Brons Aluminium

Paduan yang dipergunakan dalam industri mengandung 6-7%Al

dipergunakan untuk pabrikasi dan paduan dengan 9-10%Al dipergunakan untuk

coran. Paduan ini mempunyai kekuatan yang baik dari pada brons timah putih

dengan sifat mampu bentuk yang lebih dan ketahanan korosi yang baik, sehingga

penggunaannya lebih luas. Tetapi mampu cornya kurang baik sehingga

memerlukan teknik yang khusus pada pengecorannya.

2.2.2.2 Paduan tembaga yang dapat dikeraskan dengan presipitasi

Ada beberapa macam paduan tembaga yang mempunyai diagram fasa di

mana kelarutan pada larutan padat di daerah Cu meningkat menurut temperatur.

Kalau paduan ini didinginkan secara tiba-tiba dari larutan padat yang homogen

pada temperatur tinggi dan kemudian dituangkan pada temperatur yang cocok,

maka akan terjadi pengerasan oleh adanya fasa presipitasi yang halus yang

terdispersikan. Sebagai tambahan terhadap paduan biner yaitu Cu-Ag, Cu-Cd,

Cu-Zr, Cu-Cr, Cu-Ti, Cu-Fe2P-Cd, Cu- Ni2Si, Cu-Be Co, Cu-Ti-Sn-Cr, dsb. Di

antara semua itu paduan Cu-Be mempunyai kekuatan yang paling tinggi dengan

pengerasan presipitasi, penggunaannya bukan saja untuk pegas-pegas yang dapat

dialiri listrik dan elektroda-elektroda untuk pengelasan titik, tetapi juga untuk

palu-palu yang dipergunakan di dalam pabrik-pabrik yang mengolah produk yang

(32)

[image:32.595.139.479.78.443.2]

Gambar 2.5 Diagram Fasa Tembaga ( lit 4 hal 361 )

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 dipergunakan untuk pelapisan

pada besi, bahan baterai kering dan untuk keperluan percetakan.

Selain itu seng juga mudah di cetak dengan permukaan yang bersih dan rata,

daya tahan korosi yang tinggi serta biaya yang murah. Dikenal seng komersial

dengan 99,99% seng yang di sebut special high grade. Untuk cetak tekan

diperlukan logam murni karena unsur-unsur seperti timah, kadmium dan tin dapat

(33)

Paduan seng banyak digunakan dalam industri otomotif, mesin cuci,

pembakar minyak, lemari es, radio, gramafon, televisi, mesin kantor dan

sebagainya.

2.4 Magnesium dan Paduannya

Paduan Magnesium (Mg) merupakan logam yang paling ringan dalam hal

berat jenisnya. Magnesium mempunyai sifat yang cukup baik seperti alumunium

hanya saja tidak tahan terhadap korosi. Magnesium tidak dapat dipakai pada suhu

di atas 1500 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 konstruksi ringan. Banyak 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 6500 C yang perubahan fasanya

[image:33.595.134.493.498.677.2]

dapat dilihat pada Gambar 2.6.

(34)

Karena ketahanan korosi yang rendah ini maka magnesium memerlukan

perlakuan kimia atau pengecatan khusus segera setelah benda di cetak tekan.

Paduan magnesium memiliki sifat tuang yang baik dan sifat mekanik yang baik

dengan komposisi 9% Al, 0,5% Zn, 0,13% Mn, 0,5% Si, 0,3% Cu, 0,03% Ni dan

sisanya Mg. Kadar Cu dan Ni harus rendah untuk menekan korosi.

2.5 Alumunium dan Paduannya 2.5.1 Sifat-sifat Alumunium

Dalam pengetian kimia alumunium termasuk logam yang reaktif. Apabila di

udara terbuka ia akan beraksi dengan oksigen, jika reaksi berlangsung terus maka

alumunium sebenarnya bereaksi bahkan lebih cepat daripada besi. Namun lapisan

luar alumunium oksida yang terbentuk pada permukaan logam itu merekat kuat

sekali pada logam di bawahnya dan membentuk lapisan yang kedap oleh karena

itu dapat dipergunakan untuk keperluan konstruksi tanpa takut terhadap 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 dalam cairan alkali. Sebaliknya berbagai asam

termasuk asam nitrat pekat tidak berpengaruh kepada alumunium, karena lapisan

alumunium kedap terhadap asam.

Alumunium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi

sangat baik karena pada permukaannya terdapat 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 di

(35)

Kekuatan alumunium yang berkisar 83 – 310 Mpa dapat dilipatkan melalui

pengerjaan dingin atau pengerjaan panas. Dengan menambah unsur paduan

pengerjaan panas atau dengan dan perlakuan panas dapat diperoleh paduannya

[image:35.595.115.514.197.518.2]

dengan kekuatan melebihi 700 Mpa paduannya.

Gambar 2.7 Diagram Fasa Alumunium ( lit 4 hal 375 )

Alumunium dapat ditempa, ekstruksi, dilengkungkan, diregangkan, diputar,

dispons, diembos, dirol dan ditarik untuk menghasilkan kawat. Dipasaran dapat

diperoleh Alumunium dalam bentuk kawat Foil, lembaran, pelat dan profil.

Semua paduan Alumunium ini dapat di mampu bentuk (wrought alloys) dapat di

(36)

Dapur crucibel adalah dapur yang paling tua digunakan. Dapur ini

konstruksinya 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 krusibel ini adalah gas atau bahan bakar minyak, karena mudah

mengawasi operasinya. Ada pula dapur yang dapat dimiringkan sehingga

pengambilan logam dengan menampung di bawahnya. Dapur ini biasanya dipakai

untuk skala sedang dan skala besar. Dapur krusibel jenis ini ada yang

dioperasikan dengan tenaga listrik sebagai alat pemanasnya yaitu dengan induksi

listrik frekuensi rendah dan dapat juga dengan bahan bakar gas atau minyak

sebagai bahan bakarnya. Sedangkan dapur krusibel yang memakai burner sebagai

[image:36.595.153.451.419.693.2]

alat pemanas dengan kedudukan tetap dapat dilihat pada Gambar 2.8.

(37)

[image:37.595.150.491.83.406.2]

Gambar 2.9 Dapur Krusibel bisa dimiringkan

Tanur udara terbuka adalah tanur yang bentuknya seperti tungku yang agak

rendah dan logam cair akan melebar dan dangkal. Pada bagian bawah tanur

dipasang 4 buah ruang pemanas (regenarator). 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. Tanur udara terbuka biasanya

digunakan untuk peleburan baja. Tanur ini dipanaskan dengan alat pemanas

dengan bahan bakarnya minyak. Burner dan udara pembakaran ditempatkan pada

salah satu ujung tanur dan udara sisa pembakaran akan 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

(38)

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 dibanding dengan kupola. Sering juga tanur

ini dikombinasikan dengan kupola dalam operasinya. Mula-mula peleburan

dilakukan dengan kupola kemudian cairan dipindahkan ke tanur udara untuk

[image:38.595.112.509.252.494.2]

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 krusibel

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 krusibel dan mencairkan logam di dalam

krusibel. Bentuk dari tanur induksi listrik dapat dilihat pada Gambar 2.11 di

(39)

[image:39.595.123.522.86.520.2]

Gambar 2.11 Tanur Induksi (a) Penampang

(b) Kumparan yang bisa diangkat (c) Garis gaya pada tanur induksi

2.7 Pemilihan Bahan Bata Tahan Api

Bahan bata tahan api yang digunakan untuk dapur pelebur tipe krusibel

dengan bahan bakar minyak tanah ini, ditentukan dengan memperhatikan

sifat-sifat dapur dan disebabkan dapur yang bekerja pada temperatur 9780 C.

Dari perencanaan suhu tersebut diharapkan beban dari dapur tidak akan

(40)

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 bata tahan api untuk lapisan dinding dapur

dan alas dapur bahannya haruslah ditentukan dan dipilih sebaik mungkin agar

dapat bertahan lama, tidak mudah pisah dan dapat meningkatkan efesiensi dapur.

2.7.1 Pemilihan Bata Tahan Api

Bata tahan api yang umum digunakan untuk dapur pelebur tipe krusibel adalah

bata tahan api SK32 yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

- Tidak melebur pada suhu yang relatif tinggi

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

suhu

- Tidak hancur di bawah pengaruh tekanan yang tinggi ketika digunakan pada

suhu yang tinggi

- Mempunyai koefisien thermal yang rendah sehingga dapat memperkecil

suhu yang keluar

- Memiliki tekanan listrik tinggi jika digunakan untuk dapur listrik

Bahan tahan api ini diklasifikasikan dalam beberapa jenis yaitu golongan

Asam, Basa dan Netral. Pemilihan ini sesuai dengan dapur apa yang akan

(41)

1. Bahan Tahan Api Jenis Asam

Biasanya terdiri dari pasir silica dan tanah liat tahan api (fire clay). Silica

adalah bentuk murni melebur pada suhu 17100 C. Bahan tahan api ini

terdiri dari hidrat alumina silica (Al2O3, 2SiO2, 2H2O).

2. Bahan Tahan Api Jenis Basa

Biasanya terdiri dari magnesia, clionie 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 karbonat dan magnesia (CaCO3, MgCO3) Dolomite stabil

yang terdiri dari CaCO3, SiO3 dan MgO adalah bahan tahan api yang lebih

baik dari pada dolomite biasa sehingga lebih tidak mudah retak.

3. Bahan Tahan Api Jenis Netral

Terdiri dari carbon, grafit, cliromite dan silimanite. Bahan tahan api ini

tidak membentuk phasa 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

21890 C silimate terdiri dari 63% Al2O3 dan 37% SiO2 dan mempunyai

titik cair sekitar 19000 C.

2.7.2 Bahan Tahan Panas

Bahan dasar untuk pembuatan bata yang dibakar adalah tanah liat. Tanah liat

itu terjadi dari tanah napal (tanah nawas asam kersik) yang dicampur dengan

bahan yang alin seperti pasir.Bahan dasar tanah liat didapat di alam dalam

(42)

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 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 itu menentukan besarnya derajat panas yang dibutuhkan.

Untuk menggantikan struktur asli dalam struktur bata atau untuk melebur bata.

Tanah napal atau tanah tawas asam kersik atau batu bata mengandung

Veldspaat susunannya adalah:

- Tanah tawas 39,56%

- Asam kersik 46,50%

- Air 13,94% (lit 14 hal 71)

Dimana asam kersik itu sendiri melebur pada suhu 18000 C. Untuk tanah tawas

meleburnya dibutuhkan suhu yang tinggi lagi jadi jika asam kersik dan tanah

tawas bersenyawa dengan asam kersik menjadi tanah tawas asam kersik maka

persenyawaan ini pada suhu 12000 C sudah merupakan kaca.

Kualitas hasil yang didapat bertalian rapat dengan susunan.tanah liat, zat

bakar, panas yang terjadi ketika membakar dan lamanya membakar.

Bahan tahan panas yang dipakai untuk dapur ini adalah bata liat bakar yang

termasuk golongan bahan tahan api jenis asam dimana konduktivitas dari bata ini

adalah 0,69 W/m0 C. Pemilihan bata ini berdasarkan penelitian yang dilakukan

pada bata ini yaitu bata dipanasi sampai suhu kurang lebih 10000 C di dalam oven

(43)

Ternyata bata tanah liat ini tidak mengalami perubahan bentuk struktur

mekanis dan fisiknya secara besar atau bata tanah liat bakar ini mampu dan sesuai

untuk digunakan pada dapur peleburan ini.

Dengan tahannya bata tanah liat ini dipanasi sampai suhu sekitar 10000 C,

sedangkan suhu dapur yang direncanakan hanya lebih kurang 9000 C sehingga

bata ini dapat digunakan untuk dapur pelebur ini, selain itu konduktivitas dari bata

ini juga kecil sehingga dapat mengurangi panas yang keluar dari ruang bakar

maka efesiensi panas dapat lebih ditingkatkan.

2.8 Semen Tahan Api

Bahan pengikat berfungsi untuk mengikat bata tahan api serta untuk menutup

celah yang terjadi dari penyusunan bata.Bahan pengikat yang dipakai ini adalah

semen tahan api yang juga dapat menambah ketahanan bahan tahan api terhadap

suhu tinggi.

Untuk dapur peleburan ini dipakai bahan pengikat yaitu semen tahan api

dengan nomor jenis SK 32 yang dijual pasaran dengan komposisi kimia:

- SiO2 dengan kadar 96,33% ... (lit 4 hal 526)

- Al2O3 dengan kadar 0,28%

- CaO dengan kadar 2,74%

- Fe2O3 dengan kadar 0,56%

- Na2O dengan kadar 0,04%

- K2O dengan kadar 0,04%

(44)

Sebagai bahan pengikat, semen tahan api ini dicampur dengan air dan pasir

silika dengan perbandingan 1 : 2 : 3. Campuran semen dan pasir silika ini

kemudian diaduk selama kurang lebih 2 menit dan kemudian ditambahkan air dan

diaduk kurang lebih dari 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 bata dengan baik dan akibatnya bata dapat ambruk

atau berlepasan. Selain kadar air yang berlebihan menyebabkan air berusaha

melepaskan diri sehingga akibatnya permeabilitas keadaan permukaan yang besar.

Pemakaian bahan pengikat juga memerlukan teknik yang baik karena tidak

boleh terjadinya retak dan harus dipadatkan sepadat mungkin. Selain itu ukuran

butir dari pasir silika dan semen tahan api juga harus dijaga dalam keadaan yang

seragam.

Kadar semen dan pasir silika 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

bata tahan api susah dibongkar.

Jadi karakteristik dari bahan bata tahan panas dari dapur ini yaitu:

a) Bahan penyekat panas : Bata Tahan Api SK32

Titik Cair : 17100 C atau 1983 K

Konduktivitas panaas : 0,69% W/m0 C

(45)

b) Bahan pengikat : Semen tahan api SK 32

Titik Cair : 17100 C atau 1983 K

Konduktivitas panas : 1,1% W/m0 C

Berat Jenis : 1,75 g/cm3

2.9 Konstruksi Dapur Pelebur

Sesuai dengan judul perencanaan, maka berikut yang akan dijelaskan adalah

dapur pelebur dengan bahan bakar minyak. Konstruksi dapur pada dasarnya hanya

merupakan sebuah cawan pelebur yang terletak ditengah-tengah sebuah silinder

baja yang dilapisi dengan penyekat panas terdapat ruang bakar di antara cawan

pelebur dan dinding penyekat panas. Di bagian bawah terdapat unit pembangkit

untuk menyukupi kebutuhan energi panas untuk mengambil alumunium cair

(46)

BAB 3

PERENCANAAN DAPUR

3.1. Kontruksi Dapur Pelebur

Dapur Pelebur atau Crucible ini dirancang untuk melebur logam secara

fisik. Selanjutnya setelah logam mencair dan diketahui komposisi yang

dikehendaki,logam cair tersebut dituang ke dalam cetakan serta kemudian

dilakukan proses permesinan.

Alasan pemilihan dapur crucible yang digunakan karena :

1. Dapur crucible ini tidak memerlukan teknik pembuatan dan

pengoperasian yang terlalu rumit dibanding dapur pelebur jenis

lainnya, sehingga cocok digunakan untuk penelitian dan praktikum

bagi laboratorium foundry.

2. Dapur pelebur crucible ini dapat menggunakan bahan bakar yang

murah seperti minyak tanah

3. Cocok digunakan untuk melebur logam bukan besi yang mempunyai

temperatur cair tidak terlalu tinggi seperti aluminium.

4. Mudah dalam pengoperasiannya terutama untuk pengambilan terak

pada logam aluminium.

5. Bahan-bahannya murah dan mudah didapat sehingga biaya pembuatan

(47)

Dapur crucible ini memakai bahan bakar minyak tanah yang memanasi

sebuah cawan lebur yang terletak di tengah-tengah sebuah silinder baja yang

dilapisi dengan bata tahan api,dimana antara cawan lebur dan bata tahan api

tersebut terdapat ruang bakar.

3.2. Cawan Lebur

Fungsi cawan lebur adalah tempat untuk logam cair selama proses peleburan

berlangsung. Cawan lebur harus mempunyai titik cair yang jauh lebih tinggi dari

titik logam yang akan dilebur. Pada perencanaan ini cawan lebur yang dipakai

adalah silinder dari baja yang dapat menampung 50kg logam cair.

Silinder baja di bagian atasnya dibuat berlubang. Cawan tuang ini terbuat

dari baja dengan kadar karbon kurang dari 1% dengan konduktivitas panas

(48)

- Diameter luar : 300 mm

- Tebal : 3 mm

- Tinggi : 370 mm

Pemilihan silinder baja ini sebagai cawan lebur didasarkan bahwa logam

yang akan dilebur adalah kuningan dengan temperatur cair 8880C, sedangkan

silinder baja mempunyai titik lebur 1538oC. Cawan lebur yang direncanakan ini

juga harus mempunyai ruang volume cawan yang mampu menampung logam cair

kuningan sesuai dengan spesifikasi tugas yang kurang lebih 50 kg metal cair.

Cawan lebur yang dipergunakan adalah silinder baja yang terbuat dari baja

paduan yang pembuatannya melalui proses pengolahan panas dengan berbentuk

lembaran kandungan karbon rendah. Dapat diketahui temperatur cair dari bahan

cawan lebur yaitu baja karbon rendah berkisar 1538oC. Sedangkan dapur ini

hanya bekerja pada temperatur maksimum 1188oC dan masih berada dibawah

batas temperatur kerja dari baja karbon ini.

Maka dapat dibuat sifat-sifat cawan lebur yang digunakan yaitu :

Bahan : Baja Paduan AISI 1310

( Mn < 1%, Si < 1%, C = 0,5%)

Titik Cair : 1538oC

Konduktivitas panas : 43 W/moC

Kekuatan tarik : 95 kg/mm2

Batas mulur : 40 kg/mm2

(49)

3.2.1. Kapasitas Cawan Lebur

Sesuai dengan perencanaan dimana Cawan Lebur akan mampu

menampung logam cair pada saat operasi peleburan dimana logam cair tidak akan

tumpah melebihi ketinggian cawan lebur.

Kapasitas maksimum logam kuningan yang dapat ditampung pada cawan

lebur adalah :

Wmaks =Vc.ρ

Dimana ; c c c cu t r cawan Volume V m kg kuningan jenis berat . . . / 8530 2 3 π ρ = = = = Dimana ; m peleburan untuk maksimum cawan tinggi t m cawan diameter D c c 3 , 0 294 , 0 = = = =

Dalam perhitungan alas cawan diasumsikan rata lihat pada gambar 3.1,

maka; kg W 63 , 173 8530 . 3 , 0 . 147 , 0 . . 2 max = =π

Kapasitas ini mencukupi untuk kapasitas yang direncanakan yaitu 50 kg,

aluminium cair. Berat cawan lebur adalah :

(50)

Dimana ;

c

D = diameter luar cawan yaitu 0,300 m

ρ = 7801 kg/m3 ...(lit. 5 hal 581)

t = 0,37 m

x = 0,003 m

maka berat cawan lebur adalah :

kg W 84 , 28 003 , 0 . 3 , 0 . 7801 . 4 / 003 , 0 . 37 , 0 . 7801 . 2 1 = + =π π

[image:50.595.156.444.331.624.2]

Bentuk dan ukuran dari cawan lebur dapat dilihat pada Gambar 3.1.

(51)

3.3. Pemilihan Alat Pemanas

Alat pemanas ini berfungsi untuk mencukupi kebutuhan panas yang

diperlukan untuk peleburan. Alat pemanas ini harus diletakkan sedemikian

mungkin sehingga api dapat bersikulasi dengan merata di dalam dapur. Dan untuk

dapur peleburan yang direncanakan ini, alat pemanas yang digunakan adalah

kompor minyak yang menggunakan bahan bakar minyak tanah.

Ada beberapa macam alat yang dapat membangkitkan panas bagi

kebutuhan dapur. Macam-macam sumber panas itu dapat dibangkitkan dengan

batu bara, induksi listrik, minyak, gas dan lain-lain.

Banyak yang menjadi pertimbangan kenapa kompor minyak tanah ini yang

digunakan. Salah satunya adalah karena pertimbangan biaya dimana harga dari

kompor minyak tanah ini murah dibandingkan dengan penggunaan alat pemanas

dengan bahan bakar lainnya.

Pertimbangan lainnya yaitu kompor minyak tanah yang digunakan ini

mempunyai kapasitas tangki sebesar 40 liter.

Selain itu minyak tanah yang digunakan sebagai bahan bakar mudah

didapatkan dan murah juga untuk disimpan dan diangkut.

Maka karakteristik dari alat pemanas yang digunakan adalah :

Alat pemanas : Kompor Minyak

Bahan bakar : Minyak tanah

Berat jenis : 0,82 g/cm3

Nilai pembakaran atas : 15940 kJ/Kg

(52)

Bata tahan api adalah bahan yang dapat menahan temperatur tinggi dari

panas yang terjadi di dalam dapur selama operasi. Pada perencanaan ini bata tahan

panas yang digunakan adalah bata tahan api jenis SK32.

Untuk dinding dan alas dapur diperlukan kombinasi tipe empat persegi

panjang dan tipe segi tiga lancip sedangkan untuk pendukung cawan pelebur

diperlukan tipe lurus.

Jika : Tinggi dapur = 800 mm

Diameter ruang bakar = 500 mm

Tinggi ruang bakar = 600 mm

Maka bata tahan api diperlukan adalah sebagai berikut :

buah x bata tebal lapis tiap batas jumlah x dapur tinggi panjang persegi tempat Tipe 224 50 14 800 = = = buah x bata tebal lapis tiap batas jumlah x dapur tinggi lancip tiga segi Tipe 224 50 14 800 = = =

Tebal alas dapur = 200 mm

Tebal bata yang dipakai 200 mm selebihnya dilapisi dengan pasir, maka

(53)

buah x 37 37 37 200 = =

Bata disusun dan sebagai bahan pengikat dipakai semen SK 32 dengan

karakteristik sebagai berikut :

Titik lebur : 1710oC ...(lit 6 hal 767)

Konduktivitas : 1,1 W/m0C

Tegangan patah : 308 psi

Berat bata tahan api ini adalah :

ρ π

ρ

π. . ₁. . /4. 2. ₂.

2 Db xb tb Db xb

W = +

Dimana ;

Db = diameter luar bata

= 0,9 m

tb = tinggi bata

= 0,6 m

xb1 = tebal samping bata

= 0,2 m

= berat jenis bata

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

Maka berat bata adalah :

(54)

[image:54.595.114.513.111.265.2]

Dimensi bata tahan api dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Dimensi Bata tahan api

3.4. Penumpu Cawan Lebur

Penumpu cawan lebur berfungsi untuk menumpu cawan lebur pada ruang

bakar. Penumpu ini terbuat dari bata tahan api jenis SK 32 yang mampu menahan

temperatur 1710 oC sedangkan temperatur ruang bakar hanya sampai sekitar 888

o

C. Penumpu yang digunakan berjumlah tiga buah dengan ukuran :

Tinggi : 230 mm

Lebar : 115 mm

Tebal : 65 mm

Berat dari ketiga penumpu ini adalah 3. 0,40 kg = 1,2 kg. Penumpu ini

akan menahan berat yang akan ditumpu yaitu :

W = 50 kg + 28,84 kg

= 78,84 kg

A = Luas penampang penumpu

(55)

G = Berat persatuan panjang

= 78,84/0,3 = 262,81 kg/m

Beban total yang diterima oleh satu penumpu yaitu 1/3 (78,84) = 26,25 kg

3.5. Ruang Bakar

Ruang bakar adalah tempat nyala api untuk membakar dinding cawan.

Ruang bakar mempunyai ukuran 1/3 dari ukuran diameter cawan lebur, dengan

demikian maka lebar ruang bakar ini adalah 100 mm sedangkan tinggi ruang

bakar adalah tinggi cawan lebur ditambah tinggi dudukan dari cawan lebur yaitu

[image:55.595.127.476.341.643.2]

230 mm. Maka dimensi ruang bakar dapat dilihat pada gambar 3.3.

(56)

Ukuran dari ruang bakar ditentukan dari :

1. Lebar = 2.1/3. diameter cawan lebur + diameter cawan .... (lit 11 hal

263)

= 2.1/3 . 300 + 300

= 500 mm

2. Tinggi = tinggi cawan lebur + 230 + tebal bata tahan api dasar

= 370 + 230 + 100

= 700 mm

3. Volume d2 t – volume cawan lebur

= (0,5)2

0,7 – (0,3)2 0,37 = 0,44 m3

3.6. Dinding Luar

Dinding luar yang dipakai terbuat dari baja karbon dengan pengerjaan

tempa. Ketebalan dinding adalah 2,5 mm. Plat baja karbon dirol untuk

membentuknya menjadi silinder dengan diameter 900 mm. Untuk dinding

penahan bagian bawah dipasang saja karbon dengan ketebalan 3 mm. Berat

dinding luar adalah :

W3 = berat dinding samping + berat dinding atas dan bawah

ρ π

ρ

π . . . . 2. /4. . 2.

2

3 Dd t xdl Dd xd

W = +

Dimana :

Dd = tinggi dinding luar yaitu 0,9 m

t = tinggi dinding

(57)

xd1 = tebal dinding samping

= 0,0025 m

xd2 = tebal dinding bawah dan atas

= 0,003

= berat jenis dinding

= 7833 kg / m3 ...(lit 5 hal 581)

Maka : kg W 19 , 74 7833 . 003 , 0 . 9 , 0 . 4 / . 2 7833 . 8 , 0 . 0025 , 0 . 9 , 0 . 2 3 = + =π π

Karakteristik dari dinding luar ini adalah :

Bahan : Baja Karbon Rendah AISI 1109

Titik Cair : 1538oC

Konduktivitas thermal : 54 W/moC

Kekuatan tarik : 47 kg / mm2

Kekerasan : 103 HB

3.7. Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar

Bahan bakar yang dipakai untuk dapur pelebur ini adalah memakai bahan

bakar minyak yaitu minyak tanah. Dapur krusibel pada umumnya menggunakan

bahan bakar minyak tetapi ada juga yang menggunakan bahan bakar lain seperti

kayu ataupun batu bara. Sifat-sifat penting dari bahan bakar ini adalah nilai

pembakaran, berat atom, berat jenisnya, titik nyalanya. Nilai pembakaran tinggi

(58)

atau volume bahan bakar. HHV ini sangat berhubungan dengan kebutuhan akan

bahan bakar.

Dinyatakan dalam suatu kiloJoule / kg ataupun British Thermal Units / per –

pound – massa. Untuk minyak tanah nilai HHVnya adalah 45940 kJ / kg.

Untuk mendapatkan jumlah bahan bakar maka harus diketahui jumlah

panas yang terpakai dan yang terbuang. Saat proses peleburan, panas yang

dibutuhkan meliputi :

- Kalor yang dibutuhkan untuk melebur kuningan

- Kalor yang diserap bata

- Kalor yang diserap cawan lebur

- Kalor yang diserap dinding plat samping

- Kalor yang diserap dinding atas

- Laju aliran panas ke cawan lebur

- Laju aliran panas yang keluar melalui dinding dapur samping

- Laju aliran panas yang keluar melalui gas buang

- Laju aliran panas yang keluar melalui penutup atas

3.7.1. Kalor Untuk Melebur kuningan (Q1)

Kalor yang dibutuhkan untuk melebur kuningan seperti :

- QA yaitu kalor yang dinaikkan temperatur kuningan padat dari 27oC

(suhu kamar) hingga mencapai titik kuningan (888 oC).

- Q yaitu kalor yang merubah fase kuningan padat mejadi cair (kalor

(59)

- Q yaitu kalor yang menaikkan temperatur kuningan cair dari 888 oC

ke temperatur penuangan 978 oC.

Maka kalor yang dibutuhkan adalah :

2 2 1 1 1 . . . .

.C t m h m Cp t

m Q Q Q Q al al p al C B A ∆ + + ∆ = + + = Dimana ; 1 A

m = Massa kuningan yang akan dilebur

= 50 kg

Cp1 = Panas jenis kuningan padat ...(lit 5 hal 581)

= 0,092 kkal/kg0C

t1 = Perbedaan suhu dari titik cair kuningan dengan suhu kamar.

= (888 - 27)0C

= 8610C

h = Panas latent kuningan ...(lit 6 hal 680)

= 124 kkal / kg

Cp2 = Panas jenis kuningan cair ...(lit 6 hal 680)

= 0,435 kkal/kg0C

t2 = Perubahan suhu dari temperatur penuangan ke titik cair

= (953-861)0C

= 920C

Maka kalor untuk melebur kuningan sebesar :

(60)

3.7.2. Kalor Yang Diserap Bata Tahan Api (Q2)

Bata tahan api yang akan digunakan sebagai alat penyekat panas akan

menyerap panas sehingga panas dari ruang bakar hanya sedikit yang akan sampai

ke dinding luar dapur. Suhu tertinggi pada dinding plat luar dapur adalah 450C.

Tetapi tidak seluruh bata akan menyerap dan menerima panas. Hal ini disebabkan

karena kalor yang keluar dari kompor naik ke atas kemudian karena ada plat

penutup atas sehingga laju aliran kalor tersebut tertahan. Panas sebagian akan

keluar dari plat atas secara konduksi, sebagian keluar melalui lubang pembuangan

dan sebagian akan merambat keluar dinding, sehingga suhu dinding yang tertinggi

adalah pada bagian atas. Pada bagian bawah dinding tidak mengalami

penambahan suhu. Suhu dan laju aliran kalor yang terjadi di dapur dapat dilihat

(61)

Gambar 3.5. Suhu dan laju aliran panas yang terjadi di dapur selama proses

peleburan

Keterangan dari gambar 3.5. adalah :

- A adalah suhu didalam cawan lebur yang diukur dengan menggunakan

thermocouple yaitu 8610C, B adalah suhu pada plat dinding bagian

atas yaitu 8210C, C adalah suhu rata-rata pada bata tahan api yaitu

360C, D adalah suhu di ruang bakar yaitu 9730C serta E adalah suhu

tertinggi pada plat dinding bagian samping yaitu 450C

- q1 adalah laju aliran kalor ke dinding samping, q2 adalah laju aliran

kalor yang melalui plat atas dan q3 yaitu laju aliran kalor yang melalui

lubang pembuangan.

Kalor yang diterima bata selama proses peleburan dapat dihitung dengan

Q2 = mb . Cp3 . dt

Dimana :

mb = Massa bata yang menerima panas

Cp3 = Panas jenis bata ...(l