TUGAS AKHIR
PEMBUATAN DAN PENGUJIAN DAPURBUSUR LISTRIK SKALA LABORATORIUM DENGAN KAPASITAS TUNGKU PELEBURAN
MAKSIMAL 200 GRAM
Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
DisusunOleh: Rangga Agung Saputra
20120130050
PROGRAM STUDI S.1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
PEMBUATAN DAN PENGUJIAN DAPURBUSUR LISTRIK SKALA LABORATORIUM DENGAN KAPASITAS TUNGKU PELEBURAN
MAKSIMAL 200 GRAM
Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh: Rangga Agung Saputra
20120130050
PROGRAM STUDI S.1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta,
MOTTO
”Jangan ukur diri anda dengan apa yang telah anda capai,tetapi ukur diri anda dengan apa yang telah anda raih.”
”Jika anda memiliki sebuah mimpi yang sangat indah, maka ingatlah bahwa tuhan akan memberimu kekuatan untuk membuatnya menjadi
nyata.”
”ketika seorang menyakitimu lagi dan lagi anggap saja mereka sebuah ampelas yang menggosok anda. Pada yang pada akhirnya akan bersih
PERSEMBAHAN
Bismillahirohmanirohim, dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih, Maha Penyayang, serta Maha Pemberi Nikmat, penulis mempersembahkan skripsi ini untuk :
1. Kedua orangtua tercinta, yang tak henti-hentinya memberikan kasih sayang, do’a, motivasi, dan dukungan.
2. Kedua dosen pembimbing tugas akhir, Bapak Ir Aris Widoyo Nugroho, S.M., Ph.D dan Bapak Cahyo Budiyantoro S.T.,M.Sc . yang selalu sabar membimbing, arahan, dan masukan selama pelaksanaan tugas akhir.
3. Dosen penguji, Bapak Totok Suwanda S.T.,M.T yang telah bersedia menguji, memberikan masukan, dan saran yang sangat bermanfaat bagi penulis.
4. Laboran laboratorium teknik mesin, Bapak Joko Suminto dan Bapak Mujiarto atas bantuan penyediaan alat bantu sehingga tugas akhir dapat berjalan dengan lancar.
5. Galuh , Zainal, Fikri, Enggar, Pungky serta sahabat-sahabat yang lain yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN DOSEN ... i
KATA PENGANTAR ... ii
MOTTO ... iii
PERSEMBAHAN ... iv
INTISARI ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Manfaat Membuatan ... 3
1.5 Metode Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Laporan ... 4
1.7 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN UMUM 2.1 Kajian Pustaka ... 5
2.2 Dasar Teori ... 6
2.2.1 Pengertian dapur busur listrik ... 6
2.2.2 Prinsip kerja dapur busur listrik ... 7
2.2.3 Komponen-komponen dapur busur listrik ... 9
2.2.4 Karakteristik dapur busur listrrik ... 11
2.2.6 Elemen dapur busur listrik ... 12
2.2.7 Perhitungan daya dapur busur listrik ... 15
2.2.8 Menghitung besarnya energi dapur busur listrik ... 15
2.2.9 Menghitung daya yang dihasilkan selama waktu pengujian ... 16
2.2.10Menghitung laju perubahan suhu rata-rata terhadap waktu ... 16
BAB III METODE PROSES PEMBUATAN 3.1 Pendekatan pembuatan ... 17
3.2 Tempat dan waktu penelitian ... 17
3.3 Alat dan bahan ... 18
3.4 Diagram alir ... 25
3.5 Pembuatan dapur busur listrik ... 26
BAB IV PENGUJIAN DAPUR BUSUR LISTRIK 4.1 Hasil pengujian dapur busur listrik ... 32
4.2 Spesifikasi perancangan dapur busur listrik ... 32
4.3 Proses pengujian ... 33
4.4 Pengukuran hasil pengujian ... 37
4.5 Analisis data ... 39
5.3 SOP pengoprasian dapur busur listrik ... 41
5.4 Spesifikasi komponen yang digunakan pada dapur busur listrik ... 42
5.5 Anggaran biaya pembuatan ... 43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 44
5.2 Saran ... 45
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Cara kerja tranformator dengan kumparan sekunder diganti satu kawat.
... 7
Gambar 2.2 Skema penampaang dapur busur listrik arus bolak balik ... 8
Gambar 2.3 skema pengendali sebuah busur listrik di industri... 8
Gambar 2.4 Transformer ... ... 9
Gambar 2.5 Reaktor tipe siemens ... 10
Gambar 2.6 tungku dapur busur listrik yang sedang beroprasi... 11
Gambar 2.8 Tranformator ... 13
Gambar 2.9 Carbon batrai ... 19
Gambar 3.1 diagram alir pembuatan dapur busur listrik ... 14
Gambar 3.2 Proses pemisahan kumparan dengan konduktor ... 26
Gambar 3.3 Pemisahan tutup bawah konduktor yang di las ... 27
Gambar 3.4 Konduktor yang terpisah dengan kumparan ... 27
Gambar 3.5 Proses pemasangan kumparan primer dengan konduktor ... 27
Gambar 3.6 Proses melilit kumparan sekunder ... 28
Gambar 3.7 Pengecekan trafo yang telah dimodifikasi ... 28
Gambar 3.8 Proses pembuatan Cover komponen alat yang akan dirangkaikan . 29 Gambar 3.9 Cover yang telah dibentuk ... 29
Gambar 3.10 Cover yang terpasang dengan komponen lainnya ... 29
Gambar 3.11 ProseRangkaian 2D dapur busur listrik ... 30
Gambar 3.12 Bagian-bagia dapur busur listrik ... 31
Gambar 4.1 Mesin pelebur busur listrik ... 32
Gambar 4.2 Skema 2D tungku pelebur busur listrik ... 34
Gambar 4.3 Logam alumunium dan, tungku peleburan... 34
Gambar 4.4 Tang buaya dan, elektroda ... 35
Gambar 4.6 Mekanisme kerja mesin busur listrik, Logam mulai mencair pada suhu 640 oC, Suhu 734 oC logam mulai mencair secara merata, dan Proses pendinginan logam yang dileburkan. ... 36
Gambar 4.7 Proses pemisahan logam dengan tungku pelebur, Logam dengan hasil peleburan dengan berat 152 gram dan, logam dengan massa peleburan 50 gram. ... 38
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Ukuran kawat email dan kemampuan arus ... 14
Tabel 3.1Bahan logam yang akan dileburkan dapur busur listrik... 18
Tabel 3.2 Alat dan Bahan ... 18
Tabel 4.1 Spesifikasi perancangan dapur busur listrik ... 32
Tabel 4.2 Spesifikasi percobaan pada dapur busur listrik ... 42
Tabel 4.2 Tabel perbandingan pengujian dan perancangan ... 40
Tabel 4.5 Anggaran biaya ... 43
DAFTAR LAMPIRAN
Intisari
Dapur listrik adalah peralatan yang digunakan untuk proses pembuatan logam atau peleburan logam, dimana besi bekas atau logam lain yang dipanasan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam sebuah tungku pelebur. Dapur listrik memiliki beberapa keunggulan diantaranya: lingkungan tetap bersih, tidak menimbulkan polusi asap akibat dari pembakaran, mudah dalam mengatur dan mengendalikan temperatur, efisiensi penggunaan energi panas tinggi, dan mudah dipindah-pindah. Dengan dibuatnya dapur busur listrik skala labolatorium ini diharapkan dapat menjadi alat pelebur dengan kapsitas yang lebih kecil dibandingkan dengan dapur yang sudah ada di industri maupun dipasaran, kemudian dengan harga yang relatif lebih murah dibandingkan dengan dapur busur yang sudah ada dipasaran, alat ini mampu meleburkan logam yang akan di lelehkan dengan relatif lebih cepat dibandingkan proses peleburan pada sekala kcil dengan menggunakan bahan bakar.
Pembuatan dapur listrik skala laboratorium ini dilakukan dengan merangkaikan komponen-komponen utama yang terdiri atas transformator, tang penjepit, elektroda karbon, dan alat ukur panel. Dapur listrik ini selanjutnya diuji coba untuk melakukan proses peleburan pada specimen aluminium dengan variasi massa 20, 50 dan 152 gram, dengan tungku peleburan berdiameter 22,5 mm tinggi 40mm, dan lebar 45 mm. Temperatur pada specimen diukur menggunakan thermometer infrared.
Hasil pembuatan dapur busur listrik yaitu dengan spesifikasi 2 buah trafo yang sudah di modifikasi inductor sekundernya dengan melilit kembali trafo dengan lilitan kawat berdiameter 1 mm, dililitkan dengan jumlah 12 buah/helai dan dililitkan searah jarum jam. Kemudian dapur dibuat dengan menggunakan batu tahan api dengan tipe SK 32 dengan kemampuan menahan panas 1200 ºC. pengujian dengan variasi massa 20 gram memelukan waktu 30 detik, massa 50 gram memerlukan waktu 75 detik, massa 152 gram memerlukan waktu 166 detik dan dengan massa 0.03kg memerlukan waktu 34 detik.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri proses pembuatan komponen-komponen atau peralatan-peralatan permesinan aluminium mempunyai peranan yang sangat penting karena sifatnya yang mudah dibentuk. Logam ini memiliki titik cair: 659,7oC, penghantar listrik dan panas yang baik, serta mempunyai sifat ketahanan korosi yang tinggi. Logam merupakan bahan yang mendominasi sebagai bahan baku yang digunakan untuk membuat berbagai jenis peralatan baik yang sederhana sampai pada peralatan yang canggih. Aluminium memiliki fungsi antara lain: untuk membuat berbagai macam peralatan rumah tangga, komponen kendaraan bermotor, membuat badan pesawat terbang, kusen pintu, kabel listrik, dan untuk kemasan berbagai jenis produk atau peralatan rumah tangga.
Pengecoran aluminium skala rumah tangga hingga skala industri umumnya menggunakan tungku yang dilengkapi dengan alat bakar (burner). Bahan bakar yang biasa digunakan adalah LNG (Liquified Natural Gas), LPG (Liquified Petroleum Gas), dan arang. Selain itu faktor keselamatan juga menjadi perhatian khusus dalam proses peleburan logam karena ketika proses peleburan berlangsung akan menghasilkan suhu yang sangat tinggi. Sehingga sangat berbahaya apabila panas yang dihasilkan terkena oleh manusia (Noviansyah, 2006).
Untuk tungku menengah, pembuatan baja modern akan menggunakan sebuah transformator sekitar 60.000.000 volt ampere (60 MVA), dengan tegangan sekunder antara 400 dan 900 volt dan arus sekunder lebih dari 44.000 ampere. Dalam tungku tersebut diharapkan akan menghasilkan jumlah 80 ton baja cair dengan waktu peleburan sekitar 50 menit dari pengisian hingga di dinginkan dalam tungku. Untuk tungku oksigen dasar dapat memiliki kapasitas 150-300 ton dengan waktu peleburan 30-40 menit. Untuk menghasilkan satu ton baja di tanur listrik membutuhkan sekitar 400 kilowatt per jam atau sekitar 440 kWh per ton, jumlah minimum teoritis energi yang dibutuhkan untuk melelehkan baja scrap adalah 300 kWh (titik leleh 1520 ° C / 2768 ° F). Untuk kapasitas 300 ton akan membutuhkan sekitar 132 MWh energi untuk mencairkan baja, dan power-on time (waktu baja sedang mencair dengan busur) sekitar 37 menit (Preston.R, AmericanSteel. Avon Books, New York, 1991).
Pada pembuatan dapur listrik skala kecil ini, dapat digunakan pada proses peleburan atau pencairan logam dimana komponen utama yaitu trafo akan dimodifikasi kemudian komponen-komponen lainnya akan dirangkaikan dengan trafo yang nantinya diharapkan mampu meleburkan logam. Setelah itu dapat mengetahui arus yang digunakan dalam proses pengujian, mengetahui besar tegangan yang dihasilkan dalam pengujian dengan menggunakan dapur listrik tersebut. Selain itu pada proses pengujian performa dari dapur busur listrik akan mengetahui suhu yang dihasilkan pada proses peleburan kemudian daya yang dihasilkan pada dapur busur listrik tersebut. Dapur busur listrik ini diharapkan dapat menjadikan inovasi baru dalam sebuah peleburan logam, khususnya aluminium dalam skala laboratorium, Untuk menjawab permasalahan tersebut akan diproses lebih lanjut dengan melakukan pembuatan peleburan logam aluminium dengan sistem yang sederhana, mudah pembuatannya, mudah dipindah-pindahkan (portable), dan ekonomis.
1.2Rumusan Masalah
1.3Batasan Masalah
1. Tidak membahas kontruksi dapur lebur.
2. Pengujian alat menggunakan tungku peleburan berkapasitas 200 gram. 3. Tungku dibuat dengan batu tahan api dengan maksimal suhu 1200 ºC. 1.4 Tujuan Pembuatan
2. Menghasilkan dapur busur listrik skala kecil dengan kapasitas tungku peleburan yang digunakan maksimal 200 gram.
3. Mengetahui perfoma dapur busur listrik dalam peleburan aluminium. 1.5Manfaat Pembuatan
Manfaat yang diharapkan dari pembuatan alat ini adalah: 1. Bagi IPTEK
Dari pembuatan alat ini diharapkan dapat menambah referensi tentang alat tepat guna dalam pengabdian masyarakat serta dapat dijadikan acuan dalam pengembangan sistem pemanas.
2. Bagi Dunia Pendidikan
Hasil pembuatan alat ini diharapkan dapat memenuhi kebutuhan laboratorium teknik mesin sebagai alat peleburan aluminium maupun logam-logam lainya dalam skala kecil.
3. Bagi Masyarakat
Hasil pembuatan alat ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu bahan pertimbangan untuk membuka peluang mendirikan industri kecil dibidang manufaktur pembuatan peralatan otomotif dan peralatan rumahan. Dapat memanfaatkan trafo bekas dan kemudian di gunakan untuk membuat sebuah dapur elektrik skala rumahan.
1.6Metode penulisan
Metode pengumpulan data yang dilakukan adalah:
1. Metode pustaka, yaitu dengan cara studi kepustakaan untuk mencari dasar teori yang ada kaitanya dengan tungku listrik.
1.7Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah para pembaca dalam membahas isi Tugas Akhir ini, maka sangat perlu bagi penulis untuk menjelaskan sistematikanya. Adapun sistematika penulisannya adalah sebagai berikut:
Bagian awal meliputi: halaman judul, halaman persetujuan, halaman pengesahan, halaman persembahan, kata pengantar, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel, dan daftar lampiran.
Bagian pokok isi dari Tugas Akhir ini diperinci dalam lima bab:
BAB I : Pendahuluan, bab ini berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan pembuatan dapur busur listrik, manfaat pembuatan, metode penulisan pembuatan dapur busur listrik, serta sistematika penulisan Tugas Akhir.
BAB II : Kajian Pustaka dan Dasar Teori, dasar teori meliputi pengertian dapur busur listrik, Prinsip kerja dapur busur listrik, karakteristik dapur busur listrik, kekurangan dan kelebihan dapur busur listrik akan dijelaskan dalam bab ini.
BAB III : Metodologi pembuatan dapur busur listrik, bab ini menjelaskan tentang proses pembuatan, alat dan bahan pembuatan dapur busur listrik, diagram alir pembuatan dapur busur listrik, proses persiapan alat dan bahan.
BAB IV : Hasil dan Pembahasan, dalam bab ini berisi tentang kinerja dari dapur busur listrik, serta daya yang dibutuhkan pada sebuah dapur busur listrik.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1Kajian Pustaka
Sistem oprasi busur listrik dilakukan pada low voltage dan low power factor dengan arus sekunder yang besar. Agar memperoleh manfaat penggunaan teknologi dapur busur elektrik yang maksimal, perusahaan dapat memodifikasi dinding dapur dan atap dengan memasang system panel pendiginan air. Dengan demikian memungkinkan dapur busur listrik beroprasi dengan power factor yang lebih tinggi untuk mendapatkan busur listrik yang lebih besar (long arc).
Kenyataanya dalam praktik untuk memperbesar power factor dapat dilakukan dengan dua cara: (1) memperkecil setting arus sekunder untuk tegangan tap tertentu dan (2) menaikkan tegan gan tap untuk arus sekunder tertentu. Kedua cara tersebut di atas dapat ditempuh sebuah pabrik untuk mencapai sasaran optimasi energi listrik dan juga elektroda. Contoh penerapan metode pertama adalah pada awal berdirinya pabrik billet baja, operasi EAF dilakukan pada arus sekunder yang relatif tinggi 43 KA, selanjutnya setelah dinding dapur dan atap dilindungi dengan pipa air pendingin, arus sekunder di set pada 41 KA. Akhir-akhir ini setting arus sekunder dilakukan pada 38 KA sehingga menghasilkan power factor yang lebih besar (Satrio.1998).
EAF memiliki banyak keuntungan yang diperlukan dalam penelitian metalurgi. Fitur tersebut meliputi keluaran suhu dan kontrol panas, analisis akurat dari lelehan, pemurnian logam, efisiensi termal yang tinggi (mencapai 70%), dan produksi baja langsung dari pig iron dan steel scrap (Oyawale, 2007).
Tungku busur listrik satu fasa hasil rancang bangun dengan dimensi diameter dalam dapur 150 mm, tinggi 200 mm (kapasitas 5-10 kg ferromangan/batch) dapat digunakan untuk proses smelting mineral tambang khususnya biji mangan menjadi ferromangan (Yayat 2013).
kupola, tanur busur listrik dan tanur kurs. Kupola atau tanur induksi frekuensi rendah dipergunakan untuk besi cor, tanur busur listrik atau tanur induksi busur tinggi dipergunakan untuk baja cor sedangkan tanur kurs untuk paduan tembaga atau paduan coran ringan. Pemakaian tanur-tanur ini dikarenakan dapat menghasilkan logam yang baik dan sangat ekonomis untuk pengecoran logam tersebut.
Dalam membuat sebuah tungku peleburan menggunakan trafo harus diperhatikan komponen-komponen utamanya antara lain: jumlah lilitan karena ini akan berpengaruh terhadap kinerja keseluruhan, efisiensi dan faktor daya. Selain itu pengamanan dalam sebuah pembuatan alat, perlu adanya pengamanan, salah satu pengamanan yang dipasaang pada sebuah alat yang berkaitan dengan listrik adalah sikring pemutus. Sikring ini berfungsi untuk pemutus arus jika terjadi arus yang berlebihi kapasitas maksimal yang diijinkan. Setelah itu komponen-komponen pengamanan lainya adalah adanya sebuah pendingin salah satunya fan pendingin yang terpasang pada setiap alat yang memiliki tegangan cukup tinggi.
2.2Dasar Teori 2.2.1 Busur listrik
Busur listrik adalah peralatan yang digunakan untuk proses pembuatan logam atau peleburan logam, dimana besi bekas atau logam lain yang dipanasan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam sebuah tungku pelebur. Busur listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult (USE). Busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi baja, dibangun oleh Halcomb steel company di Syracuse New York tahun 1906.
Martinez dkk (2000) melakukan penelitian terhadap paduan aluminium yang dilebur dalam tanur elektrik pada suhu 856o-875oC. Kemudian logam cair dituang ke dalam rongga cetakan dalam kondisi telah mengalami drop temperature hingga temperatur menjadi 700o-800oC. Untuk mengurangi timbulnya thermal shock, pada cetakan permanen (permanent mould).
yang mana ketika ada suatu rangkaian tertutup yang di dalamnya mengalir arus AC menghasilkan medan elektromagnetik yang berubah-ubah. Seperti yang terjadi transformator, medan elektromagnetik (pada kumparan primer) yang berubah-ubah tersebut mempengaruhi kumparan sekunder dan pada kumparan sekunder timbul gerak gaya listrik (GGL) induksi dan mengalir arus AC jika kumparan sekunder merupakan rangkaian tertutup. Besarnya arus pada kumparan sekunder (I2) ditentukan dari besarnya arus pada kumparan primer (I1) dan perbandingan lilitan antara kumparan primer dan skunder (N1/N2). Seperti pada Gambar 2.1, ketika kumparan sekunder kita ganti dengan 1 kawat (N2=1) dan dijadikan rangkaian tertutup, maka kita akan mendapatkan nilai perbandingan lilitan yang besar dari kumparan primer dan sekunder dan akan menimbulkan arus sekunder (I2) yang besar. Hal ini juga akan diikuti oleh kenaikan panas yang cukup besar karena adanya kenaikan beban tersebut (Zhulkarnaen, 2013:1).
Gambar 2.1.Cara kerja tranformator dengan kumparan sekunder diganti satu kawat. (Zhulkarnaen, 2013:1).
2.2.2 Prinsip kerja arus yang ada pada dapur busur listrik
lebur melalui busur listrik, yang kemudian mengalir menuju elektroda pasangannya yang berada dibawah dapur. Dapur listrik mempunyai keterbatasan salah satunya adalah dalam satu dapur listrik tidak dapat melayani secara kontinyu dan berurutan satu mesin cetak kontinyu.
Gambar 2.2 Skema penampaang dapur busur listrik arus bolak balik (Diakses dari http://www.rafdisatu.com)
Prinsip timbulnya panas pada busur api adalah timbul akibat adanya tahanan saat arus listrik mengalir. Dalam hal ini, logam yang dimuat dalam tanur yang akan memberikan tahanan terhadap arus listrik. Panas dihasilkan oleh loncatan electron (busur api) dengan aliran listrik dengan adanya aliran listrik ini maka, akan menimbulkan aliran dalam cairan yang akan menyebabkan terjadinya gerak cairan, sehingga homogenesasi cairan dapat terjadi.
2.2.3 Komponen yang digunakan pada dapur busur listrik
Busur listrik yang beredar dipasaran saat ini adalah dapur busur listrik skala industri, berikut beberapa contoh dapur busur listrik yang ada saat ini:
1. Transformator
Trafo merupakan suatu alat listrik yang berfungsi untuk menaikan atau menurunkan tegangan bolak balik melalui suatu gandengan dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi elektromagnetik. Dalam suatu pembangkit khususnya pada peleburan logam perlu adanya transformator tersebut guna untuk mengatur energi yang diperlukan untuk suatu peleburan tersebut.
Gambar 2.4 Transformer (Diakses dari http://www.testtransformer.com)
2. Controlled reactor
Controlled reactor merupakan rangkaian switching daya tinggi yang digunakan untuk pengontrol statik dan dipakai pada flexible AC transmission. Komponen ini terdiri dari reactor yang dipasang seri dengan dua buah thyristor yang dipasang pararel. Dua buah thryistor yang dipasang pararel berlawanan dinyatakan secara simetris atau bergantian. Mereka mengatur waktu dimana reaktornya harus konduksi dan mengatur komponen fundamental dari arus (jalali 1995).
system. Pada sebuah reaktor disebuah industri digunakan untuk menyetimbangkan sistem 3 fasa.
Gambar 2.5 Reaktor tipe siemens (Diakses dari http://www.energy.siemens.com)
3. Tungku dapur busur listrik
Beberapa tungku peleburam aluminium yang telah dikembangkan di antaranya tungku berbahan bakar gas yang dilaporkan oleh Sundari (2011). Tungku atau dapur yang dirancang adalah dapur crucible berbahan bakar gas LPG berbentuk silinder dengan diameter 220 mm dan tinggi 300 mm dengan kapasitas 30 kg. Dari hasil uji coba yang dilakukan diketahui bahwa untuk melebur aluminium scrap seberat 30 kg diperlukan waktu 1 jam 37 menit dan bahan bakar yang digunakan adalah 3,60 kg.
Magga (2010) mengembangkan analisis perancangan tungku peleburan logam non-ferro jenis portable berbahan bakar arang sebagai sarana pembelajaran. Tungku peleburan yang direncanakan berbentuk kotak dengan diameter dalam berbentuk selinder dan cawang pelebur berbentuk selinder, dimensi tungku adalah 50 cm x 50 cm, diameter dalam selinder 30 cm. Dari hasil analisis yang telah dilakukan diketahui bahwa besarnya kalor yang digunakan untuk melebur 5 kg aluminium diperlukan kalor sebesar 3,030,600 J. Volume dari cawan pelebur yang diperlukan adalah 1,5 liter.
diketahui peleburan 4 kg alumunium menggunakan bahan bakar solar diperlukan 5,8 liter dengan waktu peleburan 50-55 menit, sedangkan dengan menggunakan oli bekas diperlukan 6 liter, dan memerlukan waktu peleburan 60-65 menit.
.
Gambar 2.6 tungku dapur busur listrik yang sedang beroprasi(Diakses dari http://viansteel.com)
2.2.4 Karakteristik dapur busur listrik
Karakteristik busur listrik adalah sebagai berikut: 1. Secara teknis:
a. Mampu melepaskan panas dalam waktu yang relatif singkat. Hal ini dikarenakan kerapatan energinya tinggi.
b. Dengan pemanas dapur elektrik dimungkinkan untuk mencapai suhu yang sangat tinggi.
c. Pemanasan dapat dilakukan pada lokasi tertentu.
d. Sistem dapat dibuat bekerja secara manual dan otomatis. 2. Pemakaian energi:
a. Pemanas listrik secara umum memiliki efisiensi energi yang tinggi, akan tetapi hal ini bergantung pada karakteristik material yang dipanaskan.
2.2.5 Keuntungan dapur busur listrik
1. Penggunaan panas dapat dikendalikan dengan mudah. 2. Asap yang dihasilkan relatif rendah.
3. Mudah di pindah ke tempat lain.
5. Efisiensi panas sangat baik sekitar 70% Kekurangan dapur busur listrik
1. Biaya yang tinggi akibat kebutuhan listrik adalah kekurangan dari sebuah peleburan menggunakan dapur busur elektrik.
2.2.6 Elemen dapur busur listrik
Busur elektrik pada umumnya terdiri dari beberapa elemen penting yang terdapat pada mesin pemanas yaitu:
1. Tranformator (trafo)
Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan trafo untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, power supply, mesin fotokopi, gardu listrik dan sebagainya.
masukkan (input) yang akan dinaikkan atau diturunkan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan keluaran (output).
Gambar 2.8 Tranformator (Diakses dari transformatorstepdown.com) 2. Induktor
Induktor adalah komponen yang tersusun dari lilitan kawat. Induktor termasuk juga komponen yang dapat menyimpan muatan listrik berupa medan magnetik atau lebih tepatnya fluks magnetik. Induktansi adalah kemampuan suatu induktor (misalnya selenoida atau toroida) dalam menyimpan fluks magnetik. Induktansi (L) (diukur dalam henry) adalah efek dari medan magnet yang terbentuk disekitar induktor pembawa arus yang bersifat menahan perubahan arus. Arus listrik yang melewati konduktor membuat medan magnet sebanding dengan besar arus. Perubahan dalam arus menyebabkan perubahan medan magnet yang mengakibatkan gaya elektromotif lawan melalui induktansi yang bersifat menantang perubahan arus. Induktansi diukur berdasarkan jumlah gaya elektromotif yang ditimbulkan untuk setiap perubahan arus terhadap waktu. Sebagai contoh, sebuah induktor dengan induktansi 1 Henry menimbulkan gaya
elektromotif sebesar 1 volt saat arus dalam indukutor berubah dengan kecepatan 1
ampere setiap sekon. Jumlah lilitan, ukuran lilitan, dan material inti menentukan
induktansi. Besarnya arus pada induktor dipengaruhi oleh besarnya diameter kawat
email yang digunakan dalam sebuah induktor seperti yang ditunjukkan pada tabel
Tabel 2.1 ukuran kawat email dan kemampuan arus
(Diakses dari http://multiteknik.com/) 3. Elektroda
Elektroda dibuat dari bahan carbon atau grafit dimana elektroda dari bahan
grafit lebih menguntungkan sebab lebih tahan terhadap temperatur tinggi.
Di sebuah pabrik industri biasanya menggunakan 3 elektroda yang dipasang
secara vertikal dalam formasi segitiga. elektroda dikelilingi pendingin dan penutup
untuk mendinginkan dan mengurangi gas yang digunakan dapat dinaikkan atau
diturunkan secara otomatis.
Gambar 2.10 Carbon batrai
2.2.7 Daya
Secara umum pengertian daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam Watt atau Horsepower (HP). Horsepower merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP sama dengan 746 watt. Sedangkan watt merupakan satuan daya listrik dimana 1 watt memiliki daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1 ampere dan tegangan 1 volt (Mad Sangadat 2015). Untuk menghitung daya digunakan persamaan (2.1).
P = VxI ……….(2.1)
Dimana P adalah daya listrik dengan satuan Watt, V adalah tegangan dengan satuan Volt dan I adalah Arus dengan satuan Ampere.
2.2.8 Menghitung besarnya energi dapur busur elektrik.
Energi yang dibutuhkan oleh pemanas busur elektrik dari suhu T1 sampai T2 dihitung dengan rumus (2.2).
Q = m .c . (T2-T1) (joule) ………(2.2)
Keterangan Q : Panas (Joule) m : Massa Material (kg)
c : Kalor Jenis Material (J.kg-1.k-1) T1 : Suhu awal (oC)
2.2.9 Menghitung daya yang dihasilkan selama waktu pengujian menaikan temperature specimen dalam t (detik).
Pm = 4.17 x m x c x T2/t ………(2.3) Keterangan t : waktu (detik)
m : Massa material (kg)
c : Kalor jenis material (J.kg-1.k-1) T2 : Temperatur specimen/suhu akhir (oC)
2.2.10 Menghitung laju perubahan suhu rata-rata terhadap waktu.
∆i = T2-T1/t (oC/detik) ………....(2.4) Keterangan
∆i = laju perubahan suhu terhadap waktu (oC/detik) T2= Suhu akhir (oC)
BAB III
METODE PROSES PEMBUATAN
Dalam bab ini akan dibahas mengenai tempat serta waktu dilakukannya
proses pembuatan dapur busur listrik, alat dan bahan yang digunakan dalam
proses pembuatan dapur busur listrik, cara merangkai alat pelebur yang dibuat,
diagram alir pembuatan dapur busur listrik, serta prosedur-prosedur pembuatan
dapur busur listrik.
3.1 Pendekatan pembuatan
Pendekatan pembuatan merupakan suatu sistem pengambilan data dalam
suatu pembuatan dapur busur listrik Metode ini menggunakan metode pembuatan
dapur busur listrik dan pengembangan yaitu suatu proses atau langkah-langkah untuk
mengembangkan suatu produk baru, atau menyempurnakan produk yang telah ada, yang dapat dipertanggungjawabkan.
3.2 Tempat dan waktu penelitian
3.2.1 Tempat penelitian : Lab proses produksi
1. Laboratorium Teknik mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Yogyakarta Jln. Lingkar barat, Tamantirto,
Kasihan, Bantul 55183.
2. Pembuatan alat : jalan wates km 5 yogyakarta.
3.3 ALAT DAN BAHAN
Bahan yang digunakan dalam pembuatan dapur busur listrik dapat dilihat
pada tabel 3.1 berikut:
Table 3.1 Bahan yang dileburkan dapur busur listrik
No Bahan Gambar Penjelasan
1. Alumunium Benda kerja yang di lebur
adalah alumunium bekas yang
tidak tepakai. Alumunium
memiliki titik lebur sekitar
659,7 OC.
Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan dapur busur listrik dapat
dilihat pada tabel 3.2 berikut:
Tabel 3.2 Alat yang digunakan dalam pembuatan
No Alat Gambar Penjelasan
1. Bor Bor digunakan untuk
melubangi kayu. Kayu yang di
lubangi ini berfungsi sebagai
No Alat Gambar Penjelasan
2. Elektroda Digunakan sebagai penerus
arus yang bersumber dari trafo
pada dapur busur listrik.
3. Solder Solder digunakan untuk
merakit kabel yang akan di
hubungkan dengan komponen
lainya.
4. Tang Digunakan untuk memotong
kawat ataupun kabel yang di
pakai dalam pembuatan alat
pelebur listrik.
5. Obeng Digunakan untuk
mengencangkan baut yang
terpasang pada panel voltase
maupun panel arus yang
digunakan pada alat busur
listrik .
6. Kamera saku
(Diakseshttp://Bhphotovi
deo.com)
Digunakan sebagai sarana
dokumentasi pada saat proses
pembuatan alat busur listrik
No Alat Gambar Penjelasan
7. Multimeter Digunakan sebagai pengukur
arus input maupun output yang
dihasilkan pada dapur busur
listrik.
8. Stopwatch
(Diakses
http://pngimg.com)
Digunakan sebagai mengukur
waktu pada yang di perlukan
pada saat proses pengujian alat
busur listrik.
9. Timbangan
digital
Digunakan untuk mengukur
massa logam yang akan
dilebur. (kapasitas maksimal
timbangan 5 kg).
10. Penggaris Digunakan untuk mengukur,
diantaranya pada saat
pembuatan cover atau tempat
trafo tersebut, kayu yang akan
di bentuk akan diukur
menggunakan penggaris.
11. Gergaji Digunakan sebagai alat
pemotong kayu dalam
No Alat Gambar Penjelasan
12. Pisau kater Digunakan untuk mengupas
kulit kabel yang akan di
rangkaikan dengan komponen
komponen yang lainya.
13. Tenol Digunakan untuk
menyambungkan antar ujung kabel dengan komponen lain.
14. Panel arus Panel arus ini akan membaca
kuat arus yang akan dihasilkan
oleh trafo pada saat proses
peleburan logam sedang
berlangsung. (kapasitas
maksimal 50 ampere)
15. Panel voltase Berfungsi untuk membaca
tegangan yang dihasilkan oleh
alat pelebur busur listrik.
(kapasitas maksimal 30
ampere)
16. Sekring
(Diakseshttp://bengkelgr
atis.com)
digunakan sebagai pengaman
dalam suatu
rangkaian listrik apabila
terjadi kelebihan muatan listrik
atau suatu hubungan arus
No Alat Gambar Penjelasan
17. Saklar
(Diakseshttp://pigmant7
up.com)
Digunakan untuk
menyambungkan dan
memutuskan arus listrik pada
alat busur listrik.
18. Steker Digunakan untuk mengambil
arus yang ada pada terminal
yang terhubung langsung ke
sumber listrik (PLN).
19. Klem aki Digunakan untuk
menyambungkan atar kabel
pada komponen yang
terpasang di alat busur listrik
tersebut.
20. Fan
(Diakseshttp://pcadvisor
.com)
Digunakan untuk pendingin
tempat menyimpan trafo dan
komponen lainnya pada busur
No Alat Gambar Penjelasan
21. Papan kayu Digunakan sebagai bahan
pembuatan cover untuk
menyimpan trafo dan
komponen lain yang
digunakan pada dapur busur
dapur listrik.
22. Tang buaya
(diakses://http.HIperfor
mancegrade.com)
Digunakan untuk menjepit
elektroda pada dapur busur
listrik.
23. Thermometer
infrared
(diakses://http.mc-tester.com)
Digunakan untuk pengecekan
suhu awal dan suhu akhir pada
pengujian dapur busur listrik.
24. Kawat
tembaga
Kawat tembaga berdiameter
1 mm digunakan sebagai
pengganti kawat sekunder
yang terpasang pada trafo
yang dipakai pada pembuatan
dapur busur listrik. Kawat
yang digunakan ini memiliki
hantaran arus dari 1.570 –
No Alat Gambar Penjelasan
25 Trafo Transformator adalah alat
yang digunakan untuk
menaikkan atau
3.4Diagram alir pembuatan dapur busur listrik
Penelitian ini dilakukan beberapa tahapan, mulai dari persiapan,
pembuatan dan pengujian busur listrik serta pengolahan data, tahapan penelitian
yang dilakukan. Diagram alir pembuatan dapur busur listrik dapat dilihat pada
gambar 3.1 berikut:
Gambar 3.1 diagram alir pembuatan dapur busur listrik Tercapai temperature
tertinggi dari dapur busur listrik yaitu (T)
≤ 800 ºC.
Pengujian dapur busur listrik Manufaktur kumparan trafo Desain skema dapur busur listrik
Ya Tidak Manufaktur dapur busur listrik
Mulai
Analisis data
Kesimpulan
3.5Pembuatan dapur busur listrik
Pembuatan dapur pada tahap awal dimulai dengan membuat sketsa kasar
sekema dapur dapur busur listrik pada kertas dengan pertimbangan awal agar
dapur busur listrik mempunyai sifat mudah dibuat, mudah untuk merawat, dan
portable.
Proses pembuatan dapur busur listrik terdapat beberapa langkah
diantaranya adalah sebagai berikut:
1. Rangkaian power supply
Transformer yang digunakan dalam rangkaian ini adalah transformer
jenis step down dengan spesifikasi transformer tegangan input 220 VAC.
Dalam pembuatan alat ini kumparan sekunder yang ada pada sebuah trafo,
dimodifikasi dengan merubah lilitan yang ada pada trafo tersebut. Hal ini
dilakukan untuk menaikan arus yang akan digunakan pada trafo dan menurkan
tegangan pada trafo tersebut.
Langkah-langkah memodifikasi kumparan pada trafo:
1. Langkah pertama dalam memodifikasi kumparan sekunder adalah dengan
memotong lasan pada konduktor yang akan diganti menggunakan gergaji
besi.
Gambar 3.2 Proses pemisahan kumparan dengan konduktor
Gambar 3.3 Pemisahan tutup bawah konduktor yang di las
Gambar 3.4 Konduktor yang terpisah dengan kumparan
Setelah terpisah kemudian pasang kembali besi yang sebelumya terpasang.
Pemasangan dilakukan dengan mengelas kembali konduktor besi tersebut
menggunakan lasan. Setelah besi terpasang mulai untuk melilit kembali dengan
menggunakan kawat dengan diameter yang lebih besar dari lilitan sebelumnya dan
merangkapkan sekitar 12 buah kawat berdiameter 1 mm agar arus yang dihasilkan
bisa lebih besar.
Gambar 3.6 Proses melilit kumparan sekunder
Spesifikasi lilitan sekunder yang akan dimodifikasi antara lain:
1. Lilitan berdiameter 1 mm berbahan tembaga (made in jerman),
2. Terdiri dari 12 buah lilitan kawat berdiameter 1 mm dan
3. Kumparan sekunder dililitkan memutari konduktor besi trafo (dililit searah
jarum jam).
Kemudian setelah semua terpasang dengan baik cek kembali trafo dengan
menggunakan multimeter ataupun bisa langsung memasang trafo tersebut ke
terminal listrik, dengan menambahkan steker pada kumparan primer yang
terpasang pada trafo setelah terpasang, kemudian coba trafo dengan menempelkan
antara ujung kabel kutub positif dengan ujung kabel kutub negatif pada kumparan
sekunder yang telah di modifikasi tersebut.
Langkah selanjutnya membuat sebuah rumah mesin, rumah mesin ini
terbuat dari kayu papan dengan ukuran 40 x 49 cm. proses pembuatan bisa di lihat
pada gambar 3.8,
Gambar 3.8 Proses pembuatan Cover komponen alat yang akan dirangkaikan
Gambar 3.9 Cover yang telah dibentuk
Setelah semua sudah terpasang, kemudian mulai memasangkan
panel-panel yang akan dipakai pada alat pelebur tersebut. Panel yang akan di pasang
diantaranya terdiri dari panel arus, panel voltage, 2 sekring, saklar dan fan yang
berguna untuk mendinginkan udara pada cover tersebut.
Selanjutnya, semua komponen dirangkai dengan memakai skema pararel,
dimulai dari perakitan trafo 1 dan trafo 2, kemudian selanjutnya menambahkan
komponen lainnya yaitu: 2 buah sekring 15 ampere, 1 buah saklar 18 ampere,
panel arus AC/DC 50 ampere, panel voltmeter AC/DC 30 volt, fan (digunakan
untuk menstabilkan suhu pada cover dapur pelebur, steker 16 ampere. Untuk
merangkaikan semua komponen digunakan kabel tunggal berdiameter 2 mm,
dimana kabel yang digunakan memiliki kemampuan arus sekitar 6.280 – 9.420
ampere (dapat dilihat pada table 2.9), rangkaian dapat dilihat pada gambar 3.11,
Bagian-bagian dari dapur busur listrik yang sudah di rangkai dapat dilihat
pada gambar 3.12,
Keterangan:
1.Panel tegangan
2. Panel arus
3. Saklar
4. Sekring
5. Kabel input
6. Kumparan primer
7. Kumparan sekunder
8. Fan out
9. Fan in
10.10. Kabel output
Gambar 3.12 Bagian-bagian dapur busur listrik
Setelah semua terpasang kemudian langkah selanjutnya akan dilanjutkan
pada proses pengujian. proses pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja
dari dapur busur listrik. Parameter yang diukur pada proses pengujian diantaranya
untuk mengetahui besar daya yang digunakan pada peleburan dapur busur listrik,
menghitung besar energi busur listrik saat peleburan, menghitung daya yang
dihasilkan selama waktu pengujian, menghitung laju perubahan suhu rata-rata
terhadap waktu pada saat pelebuan. 10
5 8
3 2
1
7
6
BAB IV
PENGUJIAN DAPUR BUSUR LISTRIK
4.1.Hasil Pengujin Dapur Busur Listrik
Dapur busur listrik yang telah dibuat kemudian diuji untuk peleburan
logam dengan variasi massa logam sesuai kapasitas tungku yang telah dibuat
seperti ditunjukkan pada gambar 4.1,
Gambar 4.1 Dapur pelebur busur listrik
Keterangan:
4.2. Spesifikasi Perancangan Dapur Busur Listrik
Spesifikasi perancangan Dapur busur listrik yang telah dibuat ditunjukkan
pada tabel 4.1,
Tabel 4.1 Spesifikasi perancangan Dapur busur listrik
Transformator 2 buah
Vinput 220 V
Iinput max 30 A
Voutput max 22 V
Ioutput max 300 A
Kapasitas tungku 200 gram
Berdasarkan tabel 4.1, diketahui spesifikasi dapur yang telah dirancang
sebelumnya memiliki tegangan pada trafo sebesar 220 volt. Tegangan tersebut
kemudian turun menjadi 22 volt.
Proses selanjutnya adalah pengujian, proses ini dilakukan untuk
mengetahui hasil perancangan yang sebelumnya telah direncanakan. Hasil
tersebut akan dibandingkan dengan hasil pengujian dapur busur listrik.
4.3. Proses Pengujian
Langkah-langkah pada proses pengujian peleburan dengan menggunakan
mesin busur listrik diantaranya:
1. Menyambungkan mesin busur listrik ke sumber listrik (PLN).
2. Menyiapkan kowi untuk menempatkan benda kerja yang akan dileburkan
yang sebelumnya telah dibuat dengan kapasitas maksimal 200 gram.
Tungku dibuat dari batu tahan api, bentuk dan dimensi dapat dilihat pada
Gambar 4.2, Skema 2D tungku pelebur busur listrik
Sedangkan bentuk kowi yang sebenarnya ditunjukkan pada gambar 4.3, berikut:
Gambar 4.3, (1). Logam alumunium dan, (2). tungku peleburan. 1
3. Pasang elektroda pada tang buaya yang sebelumnya sudah disiapkan,
(elektroda yang gunakan diambil dari batu baterai bekas yang sudah tidak
terpakai).
Gambar 4.4, (1). Tang buaya, (2) elektroda
4. Masukkan logam yang akan dileburkan ke kowi peleburan.
Gambar 4.5, (1). Logam alumunium tebal 8 mm, dan (2). Tebal alumunium tebal 13 mm.
5. Menyalakan saklar mesin pelebur pada posisi ON.
6. Mencoba terlebih dahulu sentuhkan antara elektroda positif (+) dan
elektroda (-) yang dipasang pada tang buaya.
7. Setelah selesai penyetingan, persiapkan peralatannya untuk kepentingan
pengambilan data yaitu stopwatch, kamera, alat pengecek suhu, buku, 1
2
1
bolpoin kertas A4 yang sebelumnya telah dipersiapkan.
8. Saat akan memulai peleburan, nyalakan stopwatch selama proses
berlangsung, kemudian catat arus yang terbaca pada amperemeter.
9. Lakukan pengecekan suhu pada alat pengecek suhu yang telah
dipersiapkan. Jika aluminium sudah mencair, segera matikan power
bersamaan dengan stopwatch.
Pengujian pertama menggunakan benda kerja aluminium dengan
massa benda 50 gram, kemudian dilanjutkan dengan pengujian aluminium
dengan massa 152 gram. Pada pengujian dengan menggunakan massa
logam 50 gram membutuhkan waktu 75 detik sedangkan massa 152 gram
membutuhkan waktu 166 detik.
Proses peleburan logam menggunakan mesin busur listrik dapat dilihat
pada gambar 4.6,
Gambar 4.6, (1). Mekanisme kerja mesin busur listrik, (2). Logam mulai mencair pada suhu 640 oC, Suhu 734 oC logam mulai mencair secara merata, dan (3). Proses pendinginan logam yang dileburkan.
Dari Gambar 4.6, terlihat hasil pengujian yang dilakukan bahwa panas
pada proses peleburan terjadi kenaikan suhu yang sangat cepat dalam waktu yang
sangat singkat. Untuk meleburkan logam dengan massa 152 gram, membutuhkan
waktu 166 detik. Pada proses peleburan yang ditunjukan pada gambar 1, logam
mulai meleleh pada suhu 640 oC. Kemudian pada gambar 2, suhu 734 oC logam
yang dileburkan mulai meleleh secara merata. Hal ini membuktikan mesin yang
dibuat dapat bekerja dengan baik dan sesuai harapan.Parameter pada pengujian dapur busur listrik dapat dilihat pada Tabel 4.2, berikut:
Tabel 4.2. Spesifikasi percobaan pada dapur busur listrik
pembuatan diketahui tegangan pada trafo sebesar 220. Pada percobaan pertama
yaitu menggunakan massa peleburan 20. Pada percobaan ini tegangan yang
dihasilkan mesin busur listrik sebesar 17 volt (Output) dan arus yang digunakan
pada proses peleburan 23 ampere (Input). Percobaan kedua menggunakan massa
50 gram, pada percobaan ini arus yang digunakan sebesar 23 ampere (input) dan
tegangan 17 volt. Percobaan ketiga menggunakan massa 152 gram, pada
percobaan ini arus yang dihasilkan sebesar 24 ampere, dan tegangan sebesar 17
volt. Kemudian percobaan keempat yaitu mengunakan logam kuningan dengan
massa 30 gram, arus yang dihasilkan yaitu 23 ampere dan tegangan 17 volt.
Perancangan dan pengujian terdapat perbedaan karena arus dan tegangan dari
sumber (PLN) tidak selalu sama, sehingga mengakibatkan terjadinya rugi-rugi
pada aliran listrik yang digunakan. Hal tersebut merupakan salah satu faktor yang
mempengaruhi arus dan tegangan yang dihasilkan antara perancangan dan
pengujian dapur busur listrik.
4.4 Pengukuran Hasil Pengujian
Hasil pengujian yang diukur meliputi suhu, waktu lebur, arus listrik yang
mengalir pada benda kerja dan tegangan yang dihasilkan oleh dapur busur listrik
tersebut. Pengukuran suhu dilakukan dengan menggunakan Thermometer infrared
yang mempunyai suhu maksimal 800 oC. Pada proses pengujian dengan massa
152 gram, suhu yang dihasilkan mencapai 734 oC.
Dapur busur listrik yang telah selesai dibuat dengan spesifikasi mesin: arus
yang dihasilkan dengan massa 152 gram yaitu sebesar 24 ampere, tegangan yang
listrik sebesar 1200 oC. Dapur yang telah dibuat dan berfungsi dengan baik
kemudian diuji performanya. Pengujian performa dapur dilakukan untuk
menghitung suhu pada saat proses peleburan, waktu lebur, arus yang mengalir
pada logam dan tegangan yang dihasilkan oleh dapur busur listrik. Logam yang
telah dilebur dapat dilihat pada gambar 4.7,
Gambar 4.7, (1). Proses pemisahan logam dengan tungku pelebur, (2). Logam dengan hasil peleburan dengan berat 152 gram dan, logam dengan massa peleburan 50 gram.
Permukaan bagian dalam dari logam hasil peleburan dengan variasi massa dapat dilihat pada gambar 4.8, berikut:
Gambar 4.8, (1) Permukaan bagian dalam dari hasil peleburan dengan massa 152 gram, dan (2). Hasil peleburan dengan massa 20 gram dan 50 gram.
Pada gambar 4.8, permukaan bagian dalam pada logam peleburan dengan
variasi massa yang berbeda menghasilkan permukaan dalam yang baik, pada
proses peleburan, logam yang telah dileburkan mencair secara merata. Hal ini
menjelaskan bahwa logam yang dileburkan oleh mesin busur listrik bekerja sesuai
yang di harapkan.
1. 2. 3.
4.5 Analisis Data
Analisis data pada percobaan mesin adalah dengan cara membandingkan
hasil peleburan pada benda kerja aluminium dan kuningan dengan variasi massa
benda kerja. Hal–hal yang dibandingkan adalah waktu titik cair aluminium, suhu
yang dihasilkan, dan perhitungan daya.
4.4.1 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.02 kg
Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus
persamaan 2.3 dengan data sebagai berikut:
t = 166 detik,
M = 0.02 kg,
C = 900 (J/kg),
T1 =30 oC,
T2 = 620 oC.
Maka daya Pm adalah sebagai berikut:
Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)
= 4.17 x 0.02 kg x 900 j/kg x 620 oC/34 (detik)
= 1368.7 Watt.
4.4.2 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t
(detik), dengan data sebagai berikut:
t = 34 detik,
M = 0.02 gr,
C = 900 (J/kg).
Maka harga Q (joule) adalah sebagai berikut:
Q = M . C . (t2-t1)
= 0.02 kg x 900 j/kg x ( 620 oC-30 oC)
= 10620 (joule).
Menghitung laju perubahan suhu
Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4
dengan data sebagai berikut:
T2 = 620 oC,
t = 34 (detik).
Maka, harga laju perubahan suhu ∆ṫ adalah sebagai berikut: ∆ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)
= (620-30)oC/34 (detik)
Parameter hasil perancangan mesin busur listrik yang sebelumnya telah
dibuat dengan mengasumsikan nilai yang telah didapat dari teori. Harga parameter
diatas didapat dari teori yang ada sebelumnya, kemudian parameter tersebut
diolah untuk perbandingan pengujian yang dilakukan dengan menggunakan mesin
busur listrik.
Tabel 4.3 perbandingan antara hasil perancangan dengan pengujian pada dapur
busur listrik.
Pada tabel 4.3 menjelaskan bahwa Pada perhitungan yang sama untuk
massa yang bervariasi yaitu: 0.02, 0.05, 0.152, 0.03 gram, seluruh perhitungan
hasil daya, energi, dan laju perubahan suhu pada hasil pengujian benda kerja.
Kebutuhan daya, suhu, dan waktu yang diperlukan selama proses pengujian
dengan variasi massa. dijelaskan bahwa proses pengujian dengan variasi massa
yang berbeda, akan membutuhkan daya listrik yang berbeda. Hasil perancangan,
dapat dibandingkan dengan hasil pengujian yang telah dilakukan. Perbedaan
waktu pengujian ini terjadi karena daya pada pengujian lebih besar dari
perancangan. Hasil perancangan, daya yang dihasilkan diasumsikan maksimal
6600 watt, nilai tersebut didapat dari hasil pengukuran pada mesin busur listrik,
Hasil percobaan Hasil perancangan
kemudian hasil tersebut diolah dan didapatkan nilai 6600 watt, dengan
mengasumsikan efisiensi pada perhitungan sebesar 80%. Sedangkan pada proses
pengujian daya yang dihasilkan bervariasi kemudian titik lebur logam pada
perancangan diasumsikan 850 oC, sedangan pada pengujian titik lebur logam
alumunium yaitu antar 620-734 oC .Hal ini yang menjadikan perbedaan waktu (t)
antara proses perancangan dan pengujian. Semakin tinggi titik lebur yang
diasumsikan pada logam, maka semakin lama proses peleburan berlangsung. Hal
tersebut terjadi pada perancangan yang dilakukan, dengan mengasumsikan titik
lebur yang tinggi maka waktu yang diperlukan menjadi lebih lama.
Untuk mengoprasikan dapur busur listrik agar tidak membahayakan
orang-orang yang menggunakan maka dibuat SOP sebagai berikut:
4.6 SOP PENGOPRASIAN DAPUR BUSUR LISTRIK
1. Pasangkan steker dengan sumber listrik ( penyambung arus listrik PLN dengan
mesin.
2. Pasangkan elektroda carbon pada tang jepit yang sudah dirangkaikan dengan
kabel output pada dapur busur listrik.
3. Persiapkan dapur pelebur atau tungku pelebur yang terbuat dari batu bata tahan
api.
4. Masukan logam yang akan dileburkan pada tungku pelebur.
5. Gunakan APD diantaranya sarungtangan, sepatu, kaca mata pelindung,dan
masker.
6. Tekan tombol saklar pada posisi on, untuk menyalakan dapur busur listrik.
7. Sentuhkan terlebih dahulu kutub positip dan negative agar arus bisa keluar
dengan normal pada proses peleburan.
8. Lakukan peleburan pada logam yang akan dileburkan didalam tungku.
9. Setelah selesai digunakan, matikan dapur busur listrik.
10. Lepas elektroda dari tang penjepit.
11. Bersihkan tungku peleburan.
Komponen komponen pada tabel merupakan komponen yang akan di pasangkan
dari trafo yang sudah dimodifikasi sebelumnya, komponen komponen dapur busur
listrik dapat dilihat pada tabel 4.4
Tabel 4.4 Spesifikasi komponen yang digunakan pada dapur busur listrik.
No Alat Spesifikasi
1. Transformator 220 VAC
2. Sekring 15 ampere ( 2buah)
3. Saklar 18 ampere
4. Steker 16 ampere
5. Batu tahan api T = 1200 °C
6. Kawat tembaga D = 1mm ( kemampuan arus 6280-9420
ampere)
7. Elekltroda Kemampuan suhu T = 3800 º C
8. Fan 16 ampere
9. Kabel 10 ampere
10. Panel arus 50 ampere
Tabel 4.5 Anggaran biaya pembuatan.
No Jenis pengeluaran Jumlah unit yang di beli Biaya
1. Trafo step down 2 buah Rp. 580.0000
2. sekring 2 buah Rp. 10.000
3. Papan kayu 250x150x1 (cm) Rp. 20.000
4. Kawat tembaga 2 kg Rp. 260.000
5. steker 1 buah Rp. 3000
6. Fan in 3(6x6) cm Rp. 40.000
7. Tang buaya 2 buah Rp. 120.000
8. Kabel 5 meter Rp. 40.000
9. Aluminium 200 gram Rp. 30.000
10. Batu tahan api 2 buah Rp. 20.000
11. Panel arus 1 buah Rp. 75.000
12. Panel tegangan 1 buah Rp. 60.000
13. Saklar 1 buah Rp. 5000
14. Fan out 1(9x9) cm Rp.17.000
15. Handle 1 buah Rp.3000
16. Akrilik 2mm (25cmx50cm) Rp.50.000
17. Mur dan baut 2(M8x20) Rp.5000
18. Jasa pembuatan Rp. 350.000
BABV PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pada pembuatan, pengujian dan analisa yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan oleh pembuat dan penguji dapur busur listrik sebagai berikut:
1. Dapur busur listrik yang telah dirancang dan dibuat dengan spesifikasi yaitu: tegangan kerja sekunder 220 volt, diturunkan menjadi 17 volt, arus dibatasi dengan pengaman 2 sekring, dengan arus 15 ampere pada masing-masing sekring, besarnya kawat untuk mengganti kumparan primer digunakan pada alat ini memiliki diameter 1 mm dengan jumlah kawat 12 buah. Kawat dililitkan pada konduktor trafo 1 dan trafo2 dengan jumlah lilitan 20 lilitan (dililit searah jarum jam).
2. Dapur pelebur ini dibuat dengan kapasitas tungku maksimal 200 gram, tungku dibuat dengan menggunakan batu tahan api. Tungku peleburan menggunakan tipe fire brick SK 32.
3. Pada pengujian yang dilakukan dengan massa 0.02 kg, waktu yang dibutuhkan
5.2 Saran
Saran yang dapat berikan untuk pengembangan tugas tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Kawat kumparan sekunder sebaiknya menggunakan kawat yang memiliki
spesifikasi yang baik, kawat yang disarankan berdiameter 1 mm dengan jumlah 45 buah/helai. Hal ini dilakukan agar arus yang dihasilkan akan lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
Ashagi, 2009, Rancang Bangun Dapur Kowi Pelebur Alumunium Berbahan Bakar Minyak, Digital Library, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Hurst, R . 1994. Power Quality andGrounding Handbook, The Electricity Forum, Toronto, Canada.
Magga, R., 2010, Analisis Perancangan Tungku Pengecoran Logam (non Ferro) Sebagai Sarana Pembelajaran Teknik Pengecoran, JIMT Vol. 7, No 1, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Tadulako.
Martinez, K.M., 2000, Effect of Mold Coating on The Thermal Fatigue in Al Permanent Mold Casting, AFS Transaction.
Noviansyah, 2006. Perancangan Pemanas Induksi Berkapasitas 200W, Proseding Semnas Ilmu Rekayasa Universitas Guna Dharma 20-21 Nopember 2006, Jakarta
Preston, R.1991, American Steel. Avon Books, New York.
Sangadat, Mad 2015.perancangan dan pembuatan dapur induksi skala labolatorium beserta pengujianya.
Satrio, Agus M. 1998. Thermodinamika.Cilegon : unit otonompus diklat PT Krakatau steel. Sasanjalali, Ian Dabson, Robert H. Lassseter and Giri Venkataramanan, 1995, Switching
Time Bifurcations in a ThyristorControlled Reactor, IEEE Transaction on Circuits and system, Fudemental Theory and AplicationVol. 43, No 3hal 209.
Siagian, 2009.Aplikasi Thyristor-Controller Reactor (TCR) pada industri.
Sundari, E., 2011, Rancang Bangun Dapur Peleburan Aluminium BahanBakar Gas, jurnal
Austenit Volume 3Nomor1, April 1 2011, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya.
Surdia, Tata dan Saito Sinkoru, 2000 Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta. Oyawale.Dkk. 2007, ‘’Design and prototype Depelopment of a Mini- Electric arc Furnace.
Departement of Industrial and Prod Engineering.Universityof Ibadan. Nigeria. Yayat, 2013Uji Performa TungkuBusurListrikSkalaLabolatoriumDalam Proses
PembuatanFerromangan. ProsidingSemirata FMIPA Universitas Lampung.
LAMPIRAN
HASIL PERHITUNGAN DENGAN MASSA 0,05, 0,152, 0.03GRAM. 4.4.1 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.05 kg
Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus persamaan 2.3 dengan data sebagai berikut:
t = 75detik, M =0.05kg, C = 900 (J/kg), T1=30 oC, T2= 692 oC.
Makadaya Pm adalah sebagai berikut: Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)
= 4.17 x 0.05kg x 900j/kg x 692 oC/75 (detik) = 1731.38 Watt.
4.4.2 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t (detik), dengan data sebagai berikut:
T=75detik, M= 0.05 gr, C= 900 (J/kg).
Maka harga Q (joule) adalah sebagai berikut: Q =m . c .(t2-t1)
4.4.3 Menghitung laju perubahan suhu
Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4 dengan data sebagai berikut:
T2=692oC, T1=30oC, T =75 (detik).
Maka, harga laju perubahan suhu ṫ adalah sebagai berikut: ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)
= (692-30)oC/75 (detik) = 8.826oC/detik
4.4.4 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.152 kg
Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus persamaan2.3 dengan data sebagai berikut:
t = 166detik, M =0.152kg, C = 900 (J/kg), T1=30 oC, T2= 734oC.
Maka daya Pm adalah sebagai berikut: Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)
= 4.17 x 0.152kg x 900 j/kg x 734oC/ 166 (detik) = 2489.19 Watt.
4.4.5 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t (detik), dengan data sebagai berikut:
t =166 detik, M= 0.152 gr, C= 900 (J/kg).
Maka hargaQ (joule) adalah sebagai berikut: Q =m . c .(t2-t1)
4.4.6 Menghitung laju perubahan suhu
Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4 dengan data sebagai berikut:
T2=734 oC, T1=30oC, t =166 (detik).
Maka, harga laju perubahan suhu ṫ adalah sebagai berikut: ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)
= (734-30)oC/166 (detik) = 4.24oC/detik.
4.4.7 Hasil perhitungan daya mesin busur listrik dengan massa 0.03 kg
Perhitungan daya (Pm) mesin busur listrik dihitung dengan rumus persamaan2.3 dengan data sebagai berikut:
t = 34 detik, M =0.03kg, C = 380 (J/kg), T1=30 oC, T2= 720oC.
Maka daya Pm adalah sebagai berikut: Pm = 4.17 x M x C x Takhir /t(detik)
= 4.17 x 0.03 kg x 380 j/kg x 720oC/ 34 (detik) = 1006.65 Watt.
4.4.8 Menghitung besarnya energi mesin busur listrik (Q) selama waktu t (detik), dengan data sebagai berikut:
t =34 detik, M= 0.03 gr, C= 380 (J/kg).
Maka harga Q (joule) adalah sebagai berikut: Q =m . c .(t2-t1)
4.4.9 Menghitung laju perubahan suhu
Basarnya laju perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.4 dengan data sebagai berikut:
T2=720oC, T1=30oC, t = 34 (detik).
Maka, harga laju perubahan suhu ṫ adalah sebagai berikut: ṫ = (T2-T1)(oC)/t(detik)
Lampiran
Pembuatan dan pengujian dapur busur listrik skala labolatorium
dengan kapasitas tungku peleburan maksimal 200 gram
(Fabrication oflaboratory scale of electric arc furnace with melting
furnace maximum capacity 200 grams and it’spreliminary testing)
Rangga Agung Saputra
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammdiyah Yogyakarta
Jalan Lingkar Selatan Taman Tirto, Kasihan Bantul, DI Yogyakarta, Indonesia, 55183 Ranggaagung123@yahoo.com
Intisari
Dapur listrik adalah peralatan yang digunakan untuk proses pembuatan logam atau peleburan logam, dimana besi bekas atau logam lain yang dipanasakan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam sebuah tungku pelebur. Dapur listrik memiliki beberapa keunggulan diantaranya: lingkungan tetap bersih, tidak menimbulkan polusi asap akibat dari pembakaran, mudah dalam mengatur dan mengendalikan temperatur, efisiensi penggunaan energi panas tinggi, dan mudah dipindah-pindah.
Pembuatan dapur listrik skala laboratorium ini dilakukan dengan merangkaikan komponen-komponen utama yang terdiri atas transformator, tang penjepit, elektroda karbon, dan alat ukur panel. Dapur listrik ini selanjutnya diuji coba untuk melakukan proses peleburan pada specimen aluminium dengan variasi massa 20, 50, 30 dan 152 gram, dengan tungku peleburan berdiameter 22,5 mm tinggi 40mm, dan lebar 45 mm. Temperatur pada specimen
diukur menggunakan thermometer infrared.
Hasil pengujian dengan variasi massa 20 gram memelukan waktu 30 detik, massa 50 gram memerlukan waktu 75 detik, massa 152 gram memerlukan waktu 166 detik dan 30 gram dengan lama waktu pengujian 34 detik.
Kata kunci :Dapur busur listrik,Tungku peleburan,Peleburan aluminium. Abstract
Electric arc furnace is the equipment used for the metal manufacture or metal smelting, where scrap metal or others metal are heated up and melted by an electric arc from the electrode to the scrap iron in a blast furnace. Anelectric arc furnaces have several advantages, including: keep a clean environment, non-polluting smoke caused by burning, easy to manage and control the temperature, the efficiency of high-heat energy use, and can be moveable
A laboratory scale electric arc furnace is made by assembling of several component consisting of a transformer, forceps, carbon electrodes and panel measuring instrument. Electric arc furnace than tested by doing the melting process of the aluminum specimen with mass variation of 20, 30, 50 and 152 grams, with furnace smelting dimension are 22.5 mm in diameter, 40 mm in height and 45 mm in width. Temperatures on the specimens was measured
by using thermometer infrared.
By varying the mass of aluminium,the result of experimentas follow 30 seconds for 20 grams, 75 second for 50 grams, 166 second for 152 grams and 34 second for 30 grams.
