TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM RANCANGAN DAPUR PELEBUR UNTUK MELEBUR ALUMUNIUM DAN PADUANNYA DENGAN KAPASITAS 30KG UNTUK KEPERLUAN LAB.

(1)

Bramanta Ginting : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Alumunium Dan Paduannya Dengan Kapasitas 30kg Untuk Keperluan Lab.Foundry, 2008.

TUGAS SARJANA

TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM

RANCANGAN DAPUR PELEBUR UNTUK MELEBUR

ALUMUNIUM DAN PADUANNYA DENGAN KAPASITAS

30KG UNTUK KEPERLUAN LAB.FOUNDRY

OLEH:

BRAMANTA GINTING NIM : 020401009

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

TUGAS SARJANA

TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM

RANCANGAN DAPUR PELEBUR UNTUK MELEBUR

ALUMUNIUM DAN PADUANNYA DENGAN KAPASITAS

30KG METAL CAIR

OLEH: BRAMANTA GINTING NIM : 020401009 Disetujui oleh: Dosen Pembimbing,

Ir. Raskita S.Meliala NIP. 130 353 111

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN

(3)

2008

TUGAS SARJANA

TEKNOLOGI PENGECORAN LOGAM

RANCANGAN DAPUR PELEBUR UNTUK MELEBUR

ALUMUNIUM DAN PADUANNYA DENGAN KAPASITAS

30Kg

OLEH:

BRAMANTA GINTING NIM : 020401009

Telah diseminarkan dan disetujui pada seminar Tugas Sarjana Periode ke-500, sabtu 16 Pebruari 2008

Dosen Pembanding I, Dosen Pembanding II,

Ir. Tugiman, MT Ir. Syahrul Abda, MSc

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan terlebih dahulu kepada Yesus Kristus, karena berkat kasih dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Adapun judul dari Tugas Sarjana ini adalah “Rancangan Bangun Dapur Pelebur Aluminium dan Panduannya untuk Keperluan Laboratorium Foundry”, 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 ..., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara

(5)

3. Bapak ..., sebagai Sekretaris Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

4. Bapak ..., sebagai Dosen Pembanding I 5. Bapak ..., sebagai Dosen Pembanding II

6. ..., 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. ..., rekan-rekan yang telah bersama-sama merencanakan dan membangun 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, 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 2.3 Seng dan Paduannya 9 2.4 Magnesium dan Paduannya 10

2.5 Alumunium dan Paduannya 11

2.5.1 Sifat-sifat alumunium 11

2.5.2 Sistem penomoran alumunium 13

2.5.3 Paduan-paduan alumunium yang utama 15

2.5.4 Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg 16

(7)

2.5.6 Paduan Al-Mg-Si ( 6001 – 6069 ) 19

2.5.7 Paduan Al-Mg-Zn ( 7075 ) 21

2.6 Dapur Crucibel 22

2.7 Pemilihan Bahan Batu Tahan Api 26

2.7.1 Pemilihan bata tahan api 26

2.7.2 Bahan tahan panas 28

2.8 Semen Tahan Api 29

2.9 Konstruksi Dapur Pelebur 31

BAB 3 PERENCANAAN DAPUR 32

3.1 Konstruksi Dapur Pelebur 32

3.2 Cawan Lebur 33

3.2.1 Kapasitas cawan lebur 35

3.3 Pemilihan Alat Pemanas 36

3.4 Bata Tahan Api 38

3.5 Penumpu Cawan Lebur 40

3.6 Ruang Bakar 41

3.7 Dinding Luar 42

3.8 Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar 43

3.8.1 Kalor untuk melebur alumunium (Q1) 44

3.8.2 Kalor yang diserap bata tahan api (Q2) 46

3.8.3 Panas yang diserap dinding plat luar (Q3) 49

3.8.4 Panas yang diserap cawan lebur (Q4) 51

(8)

3.8.6 Kalor total yang diserap (Qtot) 52

3.8.7 Panas yang terbuang 52

3.8.8 Laju aliran panas ke dinding samping (q1) 52

3.8.9 Panas yang terbuang melalui plat atas (q2) 56

3.8.10 Panas yang terbuang melalui lubang cawan pelebur (q4) 59

3.8.11 Waktu peleburan 60

3.8.12 Kebutuhan bahan bakar 62

3.9 Tabel Hasil Perhitungan 64

BAB 4 PROSES PEMBUATAN DAPUR 66

4.1 Pembuatan Drum 66

4.2 Penyusunan Batu Bata 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 TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Berat Jenis Beberapa Jenis Logam 7

Tabel 2.2 Alumunium Assosiasi Index System 13

Tabel 2.3 Sifat-sifat Paduan Al-Cu-Mg 17

Tabel 2.4 Sifat-sifat Kimia Paduan Al-Si 18

Tabel 2.5 Sifat-sifat Paduan Al-Mg-Si 20

Tabel 2.6 Sifat-sifat Paduan Al-Mg-Zn 21

Tabel 3.2 Berat Total Dapur 64

Tabel 3.3 Banyak Kalor yang Diserap Bahan Dapur 64

(12)

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 baja 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 di samping tingkat produksinya yang rendah.

Dari keadaan tersebut di atas maka timbul beberapa masalah antara lain: 1. Bagaimana mengurangi jumlah panas yang terbuang,

2. Meningkatkan kapasitas, dan 3. Meningkatkan keselamatan kerja.

Berkaitan dengan masalah tersebut di atas, maka dalam membuat tugas sarjana ini diambil judul untuk alat pelebur aluminium dan paduannya yaitu

(13)

“Rancangan dapur pelebur untuk melebur aluminium dan paduannya dengan kapasitas 30 kg” berbahan bakar minyak tanah.

Alat pelebur ini merupakan barang modal yang amat penting di dalam menunjang peningkatan produksi barang-barang coran khususnya aluminium. Oleh sebab itu dalam pembuatannya harus teliti sesuai dengan tuntutan kondisi kerja.

Dapur pelebur ini mempunyai kapasitas 30kg 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.

1.2 Latar Belakang Perencanaan

Saat ini pengecoran aluminium yang besar dan masih aktif berproduksi masih sedikit dan salah satunya adalah PT. INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM di Kuala Tanjung Sumatera Utara. 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 Pengecoran Logam adalah salah satu teknik produksi dimana di Indonesia masih memerlukan banyak usaha dalam pembinaannya yang lebih terarah, sehingga kualitas produk, kemampuan produksi dan biaya produksi dalam

(14)

proses memproduksi benda-benda coran akan menyaingi benda-benda coran buatan luar negeri.

Perlunya ada pembinaan ini jelas terlihat oleh paraahli ilmu pengecoran untuk dapat mengembangkan industri pengecoran Indonesia yang mana salah satu cara untuk dapat meningkatkan kemampuan dibidang 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.

1.3 Maksud dan Tujuan Perencanaan

Maksud dan tujuan dari perencanaan dan pembangunan dapur pelebur alunimium 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.

(15)

1.4 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 di harapkan 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 aluminium.

1.5 Metode Perencanaan

Dalam menyelesaikan perencanaan pembangunan dapur pelebur ini dipakai tiga dasar penyelesaian, yaitu:

1. Melalui study 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 perencanaanadalah berdasarkan 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. Dan

(16)

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

(17)

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 aluminium, paduan magnesium dan paduan timah. Tabel 2.1 ini memperlihatkan perbandingan berat jenis serta berbagai logam bukan besi.

(18)

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

Tembaga diperoleh dari bijih tembaga yang disebut chalcopirit. Chalcopirit ini merupakan campuran Cu2S dan Cu Fe S2 dan terdapat dalam tambang-tambang

di bawah permukaan tanah.

Secara industri sebagian besar penggunaan tembaga dipakai untuk kawat atau bahan penukar panas karena sifat tembaga yang mempunyai sifat hantaran listrik dan panas yang baik. Tembaga ini jika di padukan dengan logam lain akan menghasilkan paduan yang banyak dibutuhkan oleh manusia. Dan yang paling sering di pakai adalah campuran antara tembaga dengan timah, mangan yang biasa di sebut perunggu digunakan untuk bagian-bagian mesin khusus dimana diperlukan sifat-sifat yang luar biasa.

(19)

Paduan antara tembaga dengan unsur-unsur lain dapat membentuk paduan lain seperti:

1. Brons

Brons adalah paduan antar tembaga dengan timah dimana kandungan dari timah kurang dari 15%. Karena mempunyai titik cair yang jelek maka brons biasanya ditambah seng, fosfor, timbal dan sebagainya.

2. Kuningan

Kuningan adalah panduan antara tembaga dan seng, dimana kandungan seng sampai kira-kira 40%. Dalam ketahanan terhadap korosi dan aus kurang baik dibanding brons tetapi kuningan mampu cornya lebih baik dan harganya lebih murah.

3. Brons Aluminium

Brons aluminium ini adalah paduan dari tembaga dan aluminium dengan tambahan nikel dan mangan. Kandungan aluminium 8 – 11,5%, nikel kurang dari 6,5%, mangan kurang dari 3,5% dan sisanya adalah tembaga.

Untuk diagram fasa tembaga dan paduannya dapat dilihat pada gambar keseimbangan fasa tembaga dimana pada diagram ini dapat dilihat temperatur terbentuknya fasa cairan, fasa α dan fasa β pada logam tembaga serta mengetahui temperatur cair dari kadar komposisi tembaga. Tampak dari gambar 2.1 bahwa suhu cair dari tembaga dengan kadar 100% Cu atau tembaga murni adalah 10840 C.

(20)

Gambar 2.1 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.

(21)

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 aluminium 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 aluminium atau baja dan hanya digunakan untuk konstruksi ringan. Banyak di gunakan 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 2.2.

Gambar 2.2 Diagram Fasa Magnesium ( lit 4 hal 373 )

Karena ketahanan korosi yang rendah ini maka magnesium memerlukan perlakuan kimia atau pengecatan khusus segera setelah benda di cetak tekan.

(22)

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 Aluminium dan Paduannya 2.5.1 Sifat-sifat Aluminium

Dalam pengetian kimia aluminium termasuk logam yang reaktif. Apabila di udara terbuka ia akan beraksi dengan oksigen, jika reaksi berlangsung terus maka aluminium sebenarnya bereaksi bahkan lebih cepat daripada besi. Namun lapisan luar aluminium 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 aluminium, karena lapisan aluminium kedap terhadap asam.

Aluminium 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 aluminium 2,643 kg/m3 cukup ringan di bandingkan logam lain.

(23)

Kekuatan aluminium 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 2.3 Diagram Fasa Aluminium ( lit 4 hal 375 )

Aluminium dapat ditempa, ekstruksi, dilengkungkan, diregangkan, diputar, dispons, diembos, dirol dan ditarik untuk menghasilkan kawat. Dipasaran dapat diperoleh Aluminium dalam bentuk kawat Foil, lembaran, pelat dan profil. Semua paduan Aluminium ini dapat di mampu bentuk (wrought alloys) dapat di mesin, dilas atau di patri.

(24)

2.5.2 Sistem Penomoran Aluminium

Aluminium dapat diklasifikasikan kepada tiga bahagian besar, yaitu: aluminium komersial murni, paduan aluminium mampu tempa dan aluminium cor. Assosiasi aluminium membuat sistem 4 angka untuk mengidentifikasikan aluminium. Di bawah ini adalah tabel 2.2. yang dibuat Assosiasi Aluminium untuk mengidentifikasikan aluminium ini.

Tabel 2.2 Aluminium Assosiasi Index System (lit 8 hal 104)

Paduan Aluminium Nomor

Aluminium 99,5% murni Aluminium 99,5% murni

Al-Cu merupakan unsur paduan utama Al-Mn merupakan unsur paduan utama Al-Si merupakan unsur paduan utama Al-Mg merupakan unsur paduan utama Al-Mg dan Si merupakan unsur paduan utama Al-Zn merupakan unsur paduan utama

1001 1100 2010 – 2029 3033 – 3009 4030 – 4039 5050 – 5086 6061 – 6069 7070 – 7079

Sistem ini menunjukkan nomor indeks dari paduan aluminium termasuk seperti paduan 99% aluminium murni, coper, mangan, silikon magnesium. Sistem ini tidak menunjukkan nomor yang lebih terinci. Angka pertama selalu menunjukkan paduan terbesar dari elemen Aluminium. Angka kedua mempunyai batas 0 sapai dengan 9. Angka nol menunjukkan tidak ada kontrol khusus yang terkandung dalam paduan aluminium. Angka 1 sampai 9 menunjukkan kontrol

(25)

khusus pada pembuatan aluminium. Angka setelah angka kedua menunjukkan kuantitas minimum dari unsur lain yang tidak dalam kontrol.

Sebagai contoh aluminium dengan nomor seri 1075. Ini berarti aluminium mempunyai 99,75% yang terkontrol atau aluminium murni. Sedangkan 0,25% paduan tanpa kontrol. Nomor 1180 diidentifikasikan sebagai paduan dimana 99,80% aluminium murni dengan 0,20 berbagai macam campuran tambahan.

Pada seri 2010 samapi 7079 setelah angka kedua tidak mempunyai arti khusus hanya menunjukkan pabrikasi. Angka ketiga dan terakhir memperlihatkan berapa paduan yang terkandung pada saat proses pembuatan. Sebagai contoh aluminium seri 3003 adalah aluminium mangan alloy yang mengandung sekitar 1,2% mangan dan minimum 90% aluminium. Contoh lain misalkan 6151 aluminium, adalah paduan aluminium dengan silikon – magnesium – chromium. Disini angka 6 menunjukkan bahwa paduan adalah magnesium silikon, dan angka 151 sebagai identitas paduan khusus dan persentase dari paduan. Jika angka 1 pada digit kedua menunjukkan bahwa paduan itu adalah chromium dan kandungannya adalah 0,49%. Berarti paduan itu adalah 99,51% terdiri dari aluminium magnesium dan silikon.

Aluminium juga dapat digolongkan apakah bisa di heat-treatment atau tidak. Aluminium yang tidak dapat dilakukan perlakuan panas termasuk aluminium murni atau seri 1000; mangan atau seri 3000 dan magnesium seri 5000. Aluminium dapat di heat-treatment jika mengandung satu dari copper, magnesium, silikon ataupun zinc. Seri 4000 adalah seri silikon dari paduan aluminium yang sebahagian besar dapat dilas dan untuk bahan pengisi pada proses pengelasan.

(26)

2.5.3 Paduan-paduan Aluminium yang Utama

Aluminium lebih banyak dipakai sebagai paduan daripada logam murni sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat mekanisnya serta mampu cornya di perbaiki dengan menambah unsur-unsur lain. Unsur-unsur paduan yang di tambahkan pada aluminium murni selain dapat menambah kekuatan mekaniknya juga dapat memberikan sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi dan ketahanan aus.

Adapun paduan-paduan aluminium yang sering dipakai yaitu: 1. Al – Cu dan Al – Cu – Mg

Mempunyai kandungan 4% Cu dan 0,5% Mg untuk menambah kekuatan paduan dan mampu mesin yangbaik dan terutama dipakai pada bahan pesawat terbang.

2. Al – Mn

Mn adalah unsur yang memperkuat Al tanpa mengurangi ketahanan korosi dan dipakai untuk membuat paduan yang tahan korosi.

3. Paduan Al – Si

Sangat baik kecairannya yang mempunyai permukaan yang bagus sekali, mempunyai tahanan korosi yang sangat baik, sangat ringan, koefisien pemuaian yang kecil dan penghantar yang baik untuk listrik dan panas. Karena kelebihan yang menyolok, paduan ini sangat banyak dipakai.

4. Paduan Al – Mg

Paduan ini mempunyai kandungan magnesium sekitar 4% sampai 10% mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, dapat di tempa, dirol dan di ekstruksi. Karena sangat kuat dan mudah dilas sekarang banyak dipakai

(27)

sebagai bahan untuk tangki LNG, kapal laut, kapal terbang serta peralatan-peralatan kimia.

2.5.4 Paduan Al – Cu dan Al – Cu – Mg

Seperti yang telah dikemukakan pada uraian sebelumnya, paduan coran aluminium ini mengandung 4 – 5% Cu. Ternyata dari fasa paduan ini mempunyai daerah luas dari pembekuannya, penyusustan yang besar, resiko besar pada kegetasan panas dan mudah terjadi retakan pada coran. Adanya Si sangat berguna untuk mengurangi keadaan itu dan penambahan Ti sangat efektif untuk memperhalus butir. Dengan perlakuan panaos pada paduan ini dapat dibuat bahan yang mempunyai kekuatan tarik kira-kira 25 kgf/mm2.

Sebagai paduan, Al-Cu-Mg ini mengandung 4% Cu dan 0,5% Mg ditemukan oleh A. Wilm dalam usahanya mengembangkan paduan Al yang kuat, dan dinamakannya yaitu duralumin. Duralumin adalah paduan praktis yang sangat terkenal disebut paduan aluminium dengan nomor 2017, komposisi standarnya adalah 4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn dan sisanya adalah aluminium. Dan bila kadar Mg ditingkatkan menjadi komposisi.

4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn dinamakan paduan dengan nomor 2044 nama lamanya yaitu duralumin super. Paduan yang mengandung Cu mempunyai ketahanan korosi yang jelek jadi apabila diingini ketahanan korosi yang tinggi maka permukaannya dilapisi dengan Al murni atau paduan aluminium yang tahan korosi yang disebut pelat alklad. Paduan dalam sistem ini terutama dipakai sebagai bahan pesawat terbang. Tabel di bawah ini menunjukkan sifat-sifat dari paduan aluminium ini.

(28)

Tabel 2.3 Sifat-sifat Paduan Al-Cu-Mg (lit 8 hal 137)

Paduan Keadaan Kekuatan tarik (kgf/mm2) Kekuatan mulur (kgf/mm2) Perpanjangan Kekuatan geser (kgf/mm2) Kekerasan Brinell Batas lelah (kgf/mm2)

Paduan Al-Cu-Mg ini dihasilkan melalui proses pencampuran paduan ini pada temperatur 5500 C seperti terlihat pada gambar 2.4 dimana pada gambar ini paduan harus dipanaskan sampai temperatur A sehingga komponen-komponen larutan membentuk larutan padat.

Gambar 2.4 Diagram Fasa Al-Cu-Mg (lit 8 hal 133)

2.5.5 Paduan Al – Si (4030 – 4039)

Paduan Al-Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan bagus sekali, tanpa ketegasan panas dan sangat baik untuk paduan cor. Sebagai

(29)

tambahan paduan ini mempunyai ketahanan korosi yang baik dan sangat ringan, koefisien pemuaian yang kecil dan penghantar listrik dan panas yang baik. Karena mempunyai kelebihan yang mencolok ini maka paduan ini sangat banyak dipergunakan. Paduan Al-Si ini ditemukan pertama kali oleh A. Pacz pada tahun 1921 dan paduan yang telah diadakan perlakuan tersebut dinamakan silumin.

Paduan Al-Si dengan kandungan 12% Si sangat banyak dipakai untuk paduan cor cetak. Tetapi dalam hal modifikasi tidak perlu dilakukan sifat-sifat paduan ini dapat diperbaiki dengan perlakuan panas dan sedikit di perbaiki dengan tambahan unsur paduan lainnya yang umum di pakai yaitu 0,15 – 0,4% dan 0,5% Mg. Paduan yang diberi perlakuan pelarutan dan di tempa dinamakan silumin γ dan paduan yang hanya di temper saja dinamakan silunmin β. Paduan yang memerlukan paduan panas ditambah juga dengan unsur Mg, Cu, dan Ni untuk memberikan kerasan pada saat proses pemanasan. Bahan ini biasa di pakai untuk torak motor. Tabel ini menunjukkan pada kekuatan dan sifat-sifat mekanik Al-Si.

(30)

Dan pada gambar 2.5 juga dapat dilihat terjadinya diagram fasa dari paduan ini dimana dari gambar ini dapat diketahui titik eutektik yaitu pada suhu 5770 C serta fasa paduan mencair dan terjadinya fasa lainnya.

Gambar 2.5 Diagram Fasa Al-Si (lit 4 hal 375)

Koefisien pemuaian termal dari Si sangat rendah, oleh karena itu paduannya pun mempunyai koefisien yang rendah apabila di tambah Si lebih banyak. Berbagai cara dicoba untuk memperhalus butir primer Si, seperti yang telah dikembangkan pada paduan Hypereotektik Al-Si sampai dengan 29% Si. Paduan Al-Si juga banyak dipakai untuk elektroda pengerasan terutama yang mengandung 5% Si.

(31)

Kalau sedikit Mg ditambahkan pada Al pengerasa penuaan sangat terjadi. Paduan dalam sistem ini mempunyai kekuatan kurang baik sebagai bahan tempaan dibandingkan dengan paduan-paduan lainnya tetapi sangat liat dan sangat baik mampu bentuknya yang tinggi pada temperatur biasa. Mempunyai kemampuan bentuk yang baik pada ekstruksi dan tahan korosi dan sebagai tambahan banyak digunakan untuk rangka-rangka konstruksi.

Karena paduan ini mempunyai kekuatan yang sangat baik tanpa mengurangi sifat kehantaran listriknya maka dapat digunakan untuk kabel tenaga listrik. Dalam hal ini pencampuran dengan Cu, Fe, dan Mn perlu dihindari karena unsur-unsur itu menyebabkan tahanan listrik menjadi tinggi. Kelebihan dari paduan Al-Mg-Si dapat dilihat pada tabel 2.5 sedangkan untuk perubahan fasa dari paduan ini dapat dilihat dari gambar 2.6.

Tabel 2.5 Sifat-sifat Paduan Al-Mg-Si (lit 8 hal 140)

(32)

2.5.8 Paduan Al-Mg-Zn (7075)

Aluminium menyebabkan keseimbangan biner semu dengan senyawa antar logam Mg Zn2 dan kelarutannya menurun apabila temperatur turun. Telah

diketahui sejak lama bahwa paduan sistem ini dapat dibuat keras sekali dengan penuaan setelah perlakuan pelarutan. Tetapi sejak lama tidak dipakai sebab mempunyai sifat patah getas oleh retakan korosi tegangan.

Di Jepang pada permulaan tahun 1940 Igarasi dan kawan-kawan mengadakan studi dan berhasil mengembangkan suatu paduan dengan penambahan kira-kira 3% Mn atau Cr dimana butir kristal padat diperhalus dan mengubah bentuk resivitasi serta retakan korosi tegangan hampir tidak terjadi. Pada saat itu paduan tersebut dinamakan duralumin super ekstra.

Paduan yang terdiri dari 5,5% Zn, 2,5-1,5% Mn, 1,5% Cu, 0,3% Cr, 0,2% Mn dan sisanya Al sekarang dinamakan paduan 7075 mempunyai kekuatan tertinggi di antara paduan-paduan lainnya. Sifat-sifat mekaniknya dapat dilihat pada tabel Penggunaan paduan ini yang paling besar adalah untuk bahan konstruksi untuk pesawat terbang, di samping itu penggunaannya juga penting untuk bahan

(33)

konstruksi. Perubahan fasa dari paduan ini dapat dilihat pada gambar dimana pada gambar ini dapat dilihat fasa-fasa untuk mendapatkan paduan ini.

Tabel 2.6 Sifat-sifat Paduan Al-Mg-Zn (lit 8 hal 141)

Gambar 2.7 Diagram Fasa Paham Al-Mg-Zn (lit 8 hal 141)

2.6 Dapur Crucibel

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

(34)

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.

Gambar 2.8 Dapur Kedudukan Tetap Gambar 2.8 Dapur Kedudukan Tetap

(35)

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.

(36)

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 danbaja tahan panas yang tinggi.

Tanur ini bekerja berdasarkan arus induksi yang timbul dalam muatan yang menimbulkan panas seihngga memanasi krusibel dan mencairkan logam di dalam krusibel. Bentuk dari tanur unduksi listrik dapat dilihat pada gambar 2.11 di bawah ini.

(37)

Gambar 2.11 Tanur Induksi (a) Penampang

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

2.7 Pemilihan Bahan Batu Tahan Api

Bahan batu 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 6800 C.

Dari perencanaan suhu tersebut diharapkan beban dari dapur tidak akan berubah sifatnya akibat pembebanan panas sehingga terjadi perubahan struktur

(38)

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

Batu tahan api yang umum digunakan untuk dapur pelebur tipe krusibel adalah bata tahan api 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:

(39)

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 batu 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

(40)

berbagai-bagai susunan yang dapat dipakai begitu saja untuk industri batu bata. Dua sifat menyebabkan tanah liat cukup dipakai untuk industri bakar.

1. Keadaan liat atau dapat diremas yang perlu untuk tetap berada dalam bentuk yang sekali diberikan.

2. Struktur seperti batu bata yang baru terjadi setelah hasil pembakaran. Jika panas terlampau tinggi dalam pembakaran, maka bahan bakar 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 batu bata atau untuk melebur batu 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 64)

Di mana 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 batu bata liat bakar yang termasuk golongan bahan tahan api jenis asam dimana konduktivitas dari bata ini adalah 0,69 W/m0 C. Pemilihan batu ini berdasarkan penelitian yang kami

(41)

lakukan pada batu bata ini yaitu batu bata dipanasi sampai suhu kurang lebih 10000 C di dalam oven pemanas dilakukan berulang kali dan teliti keadaannya. Ternyata batu bata tanah liat ini tidak mengalami perubahan bentuk struktur mekanis dan fisiknya secara besar atau batu bata tanah liat bakar ini mampu dan sesuai untuk digunakan pada dapur peleburan ini.

Dengan tahannya batu bata tanah liat ini dipanasi sampai suhu sekitar 10000 C, sedangkan suhu dapur yang direncanakan hanya lebih kurang 8000 C sehingga batu ini dapat digunakan untuk dapur pelebur ini, selain itu konduktivitas dari batu 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 batu bata tahan api serta untuk menutup celah yang terjadi dari penyusunan batu 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%

(42)

- K2O dengan kadar 0,04%

- TiO2 dengan kadar 0,03%

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 batu bata dengan baik dan akibatknya batu 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 dibonglar.

Jadi karakteristik dari bahan bata tahan panas dari dapur ini yaitu: a) Bahan penyekat panas : Batu Bata Tanah Liat Bakar

Titik Cair : 17100 C atau 1983 K

(43)

Berat Jenis : 2,1 g/cm3

b) Bahan pengikat : Semen tahan api SK 32

Titik Cair : 17100 C atau 1983 K

Konduktivitas panaas : 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 aluminium cair digunakan gayung pengaduk.

BAB 3

PERENCANAAN DAPUR

3.1. Konstruksi Dapur Pelebur

Dapur Pelebur atau Crucible ini dirancang untuk melebur logam secara fisik. Selanjutnya setelah logam mencair dan diketahui komposisi yang

(44)

dikehendaki, logam cair tersebut dituang kedalam cetakan serta kemudian dilakukan proses permesinan.

Alasan pemilihan dapur crucible yang digunakan dibandingkan dengan memakai dapur pelebur jenis lainnya 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 perak pada logam aluminium.

5. Bahan-bahannya murah dan mudah didapat sehingga biaya pembuatan dapur tidak terlalu tinggi.

Dapur crucible ini memakai bahan bakar minyak tanah yang memanasi sebuah cawan lebur yang terletak di tengah-tengah sebuah silinder baja yang dilapisi dengan batu bata tahan api, dimana antara cawan lebur dan batu bata tahan api tersebut terdapat ruang bakar.

(45)

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 30 kg 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 :

- Diameter luar : 300 mm - Tebal : 3 mm

- Tinggi : 370 mm

Pemilihan silinder baja ini sebagai cawan lebur didasarkan bahwa logam yang akan dilebur adalah aluminium dengan temperatur cair 6600C, sedangkan silinder baja mempunyai titik lebur 1538oC. Cawan lebur yang direncanakan ini juga harus mempunyai ruang volume cawan yang mampu melampung logam cir aluminium sesuai dengan spesifikasi tugas yang kurang lebih 30 kg metal cair.

(46)

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 dengan batas temperatur kerja atau sudah mengalami perubahan rekristalisasi pada suhu 810oC. Sedangkan dapur ini hanya bekerja pada temperatur maksimum 750oC dan masih berada di bawah batas temperatur kerja dari baja karbon ini.

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

Bahan : Baja Paduan Karbon Rendah AISI 1310

Titik Cair : 1538oC atau 1710 K

Konduktivitas panas : 43 W/moC Kekuatan tarik : 95 kg/mm2

Batas mulur : 40 kg/mm2

Kekerasan : 170 HB

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 ketinggi cawan lebur.

(47)

Kapasitas maksimum logam aluminium yang dapat ditampung pada cawan lebur adalah : W_maks =V_c.ρ_al Dimana ; c c c al t r cawan Volume V m kg ium alu jenis berat . . / 707 . 2 min 2 3 π ρ = = = = Dimana ; m peleburan untuk maksimum cawan tinggi t m cawan diameter D c c 3 , 0 3 , 0 = = = =

Dalam perhitungan alas cawan diasumsikan rata lihat pada gambar 3.1, maka ; kg W 10 , 55 2707 . 3 , 0 . 147 , 0 . 2 max = =π

Kapasitas ini mencukupi untuk kapasitas yang direncanakan yaitu 30 kg, aluminium cair. Berat cawan lebur adalah :

W₁=π.ρ.D_c.x₁.t+π /4.ρ.D_c2.x₁

Dimana ;

c

D = diameter luar cawan yaitu 0,300 m ρ = 7801 kg/m3

...(lit. 5 hal 581) t = 0,37 m

(48)

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.

Gambar 3.1. Bentuk dan Ukuran cawan lebur

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

(49)

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 di bandingkan 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. Tetapi penggunaan dapur yang menggunakan dapur lainnya seperti cawan lebur dan dinding dapur. 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 Gravitasi jenis : 40,0 oAPI

(50)

Bata tahan api adalah bahan yang dapat menahan temperatur tinggi dari panas yang terjadi di dalam dapur selama operasi. Pada perencanaan ini batu bata tahan panas yang digunakan adalah batu bata tanah liat bakar.

Untuk dinding dan alas dapur diperlukan kombinasi tipe empat persegi panjang dan tipe segi tiga lancip sedanmkan untuk pendukung cawan pelebur diperlukan tipe lurus.

Jika : Tinggi dapur = 800 mm

Diameter ruang bakar = 500 mm Tinggi ruang bakar = 600 mm

Maka batu bata tanah liat 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 :

(51)

Batu bata disusun dan sebagai bahan pengikat dipakai semen tapi SK 32 dengan karakteristik sebagai berikut :

Titik lebur : 1710oC ...(lit 6 hal 767) Konduktivitas : 1,1 W/m0C

Tegangan patah : 308 psi

Berat batu bata tahan api ini adalah :

ρ π ρ π. . . . /4. . 2. 2 1 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

(52)

Maka berat bata adalah :

kg W 064 , 746 1600 . 2 , 0 . 9 , 0 . 4 / 1600 . 6 , 0 . 2 , 0 . 9 , 0 . 2 2 = + =π π

Dimensi batu bata tahan api dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Dimensi Batu Bata

3.5 Penumpu Cawan Lebur

Penumpu cawan lebur berfungsi untuk menumpu cawan lebur pada ruang bakar. Penumpu ini terbuat dari batu bata tahan api jenis SK 32 yang mampu menahan temperatur 1710 oC sedangkan temperatur ruang bakar hanya sampai sekitar 660 oC. 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 = 30 kg + 28,84 kg = 58,84 kg

(53)

A = Luas penampang penumpu

= 230. 115 = 26450 mm2 G = Berat persatuan panjang = 58,84/0,3 = 196,11 kg/m

Beban total yang diterima oleh satu penumpu yaitu 1/3 (58,84) = 19,61 kg

3.6 Ruang Bakar

Ruang bakar adalah tempat nyala api utnuk 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 tigii dudukan dari cawan lebur yaitu 230 mm. Maka dimesni ruang bakar dapat dilihat pada gambar 3.3.

(54)

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

3.7 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 :

(55)

t = tinggi dinding = 0,8 m

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

3.8 Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar

Bahan bakar yang dipakai untuk dapur pelebur ini adalah memakai bahan bakar minyak yaitu minyak tanah. Dapur-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

(56)

pembakaran tinggi (HHV) yaitu jumlah energi kimia yang terdapat di dalam suatu massa bahan bakar 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 Aluminium - 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

3.8.1 Kalor Untuk Melebur Aluminium (Q1)

Kalor yang dibutuhkan untuk melebur Aluminium seperti :

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

(57)

- Q yaitu kalor yang merubah fase aluminium padat mejadi cair (kalor latent) pada suhu 660 oC

- Q yaitu kalor yang menaikkan tempteratur aluminium cair dari 660 oC ke temperatur penuangan 750 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 aluminium yang akan dilebur = 30 kg

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

= 0,215 kkal/kg0C

Δt1 = Perbedaan suhu dari titik cair aluminium dengan suhu kamar.

= (660 - 27)0C = 6330C

h = Panas latent Aluminium ...(lit 6 hal 680) = 95 kkal / kg

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

= 0,26 kkal/kg0C

Δt2 = Perubahan suhu dari temperatur penuangan ke titik cair

= (750-660)0C = 900C

(58)

(

) (

)

kJ kkal x x x x x Q 73 , 31971 85 , 7634 90 26 , 0 30 95 30 633 215 , 0 30 1 = = + + =

3.8.2 Kalor yang Diserap Bata Tahan Api (Q2)

Batu bata yang akan digunakan sebagai alat penyekar 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 batu 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 didapur dapat dilihat pada gambar 3.5.

(59)

q

1

2 3 4 2 3

Gambar 3.5. Suhu dan laju aliran panas yang terjadi didapur selama proses peleburan

Keterangan dari gambar 3.5. adalah :

- A adalah suhu di dalam cawan lebur yang diukur dengan menggunakan thermocouple yaitu 6600C, B adalah suhu pada plat dinding bagian atas yaitu 6200C, C adalah suhu rata-rata pada bata tahan api yaitu 360C, D adalah suhu diruang bakar yaitu 7500C serta E adalah suhu pada tertinggi pada plat dinding bagian samping yaitu 450C

- q1 adalah laju aliran kalor kje 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

(60)

Dimana :

mb = Massa batu bata yang menerima panas

Cp3 = Panas jenis batu bata ...(lit 5 hal 585)

= 0,84 kkal/kg0C

dt = Perubahan suhu di batu bata.

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

Suhu rata-rata bata bagian dalam adalah 6200C. Maka suhu rata-rata bata adalah :

(620 + 36) / 2 = 3280C

Dengan demikian maka perubahan suhu (dt) yang terjadi adalah : 328 – 27 = 3010C

Berat bata yang menerima panas adalah : m = ¼ . π . (D1b2 – Ddb2) . tb . p

dimana :

D1b = diameter luar bata

= 0,9 m

Ddb = diameter dalam bata

= 0,5 m

tb = tinggi bata yang menerima panas

= 0,4 m

ρ = berat jenis bata = 1600 kg / m3

(61)

Maka :

m = ¼ . π . (0,92 – 0,52) . 0,4 . 1600 = 281,48 kg

Sehingga banyaknya panas yang diserap bata adalah : Q2 = 281,47 . 301 . 0,84

= 71169,40 kkal = 298020,99 kJ

3.8.3 Panas yang Diserap Dinding Plat Luar (Q3)

Bidang yang mengalami perubahan suhu pada dinding luar ini sama dengan yang dialami bata. Hanya 0,4 meter saja dari atas yang mengalami perubahan suhu.

Maka besarnya kalor yang diserap dinding plat luar ini adalah : Q3 = mp1 . Cp4 . dt

Dimana :

Mp1 = massa plat luar

Cp4 = panas jenis plat luar

= 0,46 kkal / kg0C dt = perubahan suhu plat

Massa plat yang mengalami perubahan suhu adalah : = π . Dp . tp . xp. ρ