TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM 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

RANCANGAN DAPUR PELEBUR UNTUK MELEBUR

KUNINGAN DAN PADUANNYA DENGAN KAPASITAS 50KG

UNTUK KEPERLUAN INDUSTRI SUMAH TANGGA

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

RANCANGAN DAPUR PELEBUR UNTUK MELEBUR

KUNINGAN DAN PADUANNYA DENGAN KAPASITAS 50KG

UNTUK KEPERLUAN INDUSTRI SUMAH TANGGA

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

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

(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 sarjana ini diambil judul untuk alat pelebur kuningan dan paduannya yaitu

(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 coran buatan luar negeri.

(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 ditingkatkan.

(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 pelebur yang sudah beroperasi yang dipakai di industri-industri pengecoran.

(18)

Dan langkah terakhir adalah menyelesaikan masalah yang timbul ketika dalam perancangan yang tidak terdapat dalam literatur sehingga memerlukan pengalaman praktek dalam menyelesaikan masalah tersebut.

(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 berbagai logam bukan besi.

(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 μΩcm atau 0,153280 Ω/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%. Hantaran panas pada 200 C telah juga diperbaiki dari 0.,923 cal/ (cm. derajat.

(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 berhubungan erat dengan kadar hydrogen dan belerang.

(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 tembaga ulet.

(23)

Gambar 2.1 Hubungan antara laju pengurangan dan ketakmurnian dalam hantaran listrik

(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 magnetron.

(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, α, β, γ, δ, ε, dan η, dari semua fasa itu yang penting secara industri adalah dua, yaitu α dan β. α mempunyai struktur

(27)

telah diketahui dari diagram fasa untuk kuningan 70-30, fasa α merupakan fasa yang lunak dan mudah dikerjakan, sedangkan kuningan 60-40, adalah fasa α+ β yang mempunyai kekuatan tinggi, 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 yang dipadukan terutama Mn, Sn, Fe, Al, Ni, Pb, dsb. Unsur-unsur ini larut padat

(28)

dalam α dan β, sehingga tidak membentuk fasa baru hanya mengubah perbandingan antara fasa α dan β.

Pb larut padat dalam kuningan hanya sampai 0,4%, dan kelebihannya mengendap dalam batas butir dan di dalam butir 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 yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, demikian juga

(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 α, β, γ, δ, η, ε, ξ dan Sn. Fasa α 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)

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 10%Sn.

(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 bisa menyala, yang menyebabkan percikan api pada waktu dipukul.

(32)

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 menyebabkan kerusakan pada cetakan dan cacat sepuh.

(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 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 bandingkan logam lain.

(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 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 mesin, dilas atau dipatri.

(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 alat pemanas dengan kedudukan tetap dapat dilihat pada Gambar 2.8.

(37)

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 tutup tanur dan menuangnya dari atas.

(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 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 bawah ini.

(39)

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 berubah sifatnya akibat pembebanan panas sehingga terjadi perubahan struktur

(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 dipergunakan. Adapun bahan-bahan dari bahan tahan api ini adalah:

(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 berbagai-bagai susunan yang dapat dipakai begitu saja untuk industri bata.

(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 pemanas dilakukan berulang kali dan teliti keadaannya.

(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 digunakan gayung pengaduk.

(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 dapur tidak terlalu tinggi.

(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 30W/m 0C. Cawan lebur ini mempunyai ukuran-ukuran sebagai berikut :

(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 Kekerasan : 170 HB

(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

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 Gravitas jenis : 40,0 oAPI

(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 jumlah bata yang dipakai adalah :

(53)

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

ρ = berat jenis bata

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

Maka berat bata adalah :

kg W 44 , 746 1600 . 2 , 0 . 9 , 0 . 4 / 1600 . 6 , 0 . 2 , 0 . 9 , 0 . 2 2 = + =π π

(54)

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 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 π d2 t – volume cawan lebur = π (0,5)2

0,7 – π (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 = 0,8 m

(57)

xd1 = tebal dinding samping

= 0,0025 m

xd2 = tebal dinding bawah dan atas

= 0,003

ρ = 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 (HHV) yaitu jumlah energi kimia yang terdapat di dalam suatu massa bahan bakar

(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 latent) pada suhu 888 oC

(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

Δt1 = 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

Δt2 = Perubahan suhu dari temperatur penuangan ke titik cair

= (953-861)0C = 920C

Maka kalor untuk melebur kuningan sebesar :

(

) (

)

kJ kkal x x x x x Q 60 , 42639 35 , 10182 92 435 , 0 50 124 50 861 092 , 0 50 1 = = + + =

(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 pada Gambar 3.5.

(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 ...(lit 5 hal 585)

= 0,84 kkal/kg0C

dt = Perubahan suhu di bata.

Suhu rata-rata bata bagian luar adalah : (27+45) / 2 = 360C

Suhu rata-rata bata bagian dalam adalah 8210C. Maka suhu rata-rata bata adalah :

(62)