41
RANCANG BANGUN DAPUR PELEBUR ALUMINIUM BERBAHAN BAKAR
PADAT YANG LEBIH HEMAT ENERGI DAN LEBIH RAMAH LINGKUNGAN
Oleh: Joko Winarno1
ABSTRACT
In this work the performance of solid fueled furnace designed for aluminium melting with forced air flow was studied. The raw materials used in this experiment were aluminum scrap, wood charcoal and coal briquette as solid fuel. The performance evaluation of such furnace was carried out in order to determine efficiency and operation cost of the furnace. Towards this objective, measurement was taken for quantity of solid fuel used for different aluminum scrap melted and their corresponding melting time and temperature. The result showed that the efficiency of the designed furnace was 10,35% and the operation cost of this furnace was Rp. 1,560/ kg aluminum scrap for coal briquette fuel and Rp.2,880 / kg aluminum scrap for wood charcoal fuel.
Keywords: furnace, solid fuel, aluminum, efficiency, operation cost
A. Pendahuluan
Aluminium merupakan salah satu material logam non-ferro yang banyak digunakan baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam berbagai industri. Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium, saat ini banyak dilakukan proses remelting atau peleburan ulang aluminium bekas (aluminium scrap) terutama pada industri rumah tangga hingga industri kecil. Adanya kebijakan program konversi energi dari minyak tanah ke gas elpiji dari Pemerintah, saat ini banyak industri pengecoran aluminium skala rumah tangga hingga industri kecil menggunakan oli bekas karena harganya lebih murah dan ketersediaannya cukup banyak.
Dalam prakteknya, pembakaran oli bekas banyak menimbulkan permasalahan baik dari sisi kesehatan maupun dari sisi lingkungan. Oli bekas ini termasuk golongan limbah yang berbahaya (B3), apabila oli bekas ini langsung dibuang akan mencemari lingkungan karena dalam minyak pelumas bekas terkandung kotoran-kotoran logam, aditif, sisa bahan bakar dan kotoran lainnya dan jika minyak oli bekas dibakar begitu saja tanpa ada perlakuan awal juga akan menimbulkan pencemaran lingkungan dan mengganggu kesehatan.
Berbagai upaya pengembangan tungku atau dapur untuk peleburan aluminium saat ini telah banyak dilakukan untuk meningkatkan unjuk kerja tungku sehingga efisiensi pembakarannya dapat ditingkatkan. Di samping itu, pengembangan tungku ini juga dimaksudkan untuk menurunkan dampak lingkungan yang ditimbulkan dari proses pembakaran bahan bakar di dalam tungku peleburan yang selama ini juga menjadi permasalahan yang dihadapi oleh para pengusaha industri pengecoran logam non-ferro, khususnya aluminium.
Beberapa tungku peleburan aluminium yang telah dikembangkan di antaranya tungku berbahan bakar padat dengan sistem aliran udara paksa (Winarno, 2012). Tungku yang dirancang berbentuk kubus dengan ukuran 600 x 600 x 600 mm dengan kapasitas peleburan 5 kg aluminium scrap. Hasil pengujian dengan menggunakan briket batu bara menunjukkan bahwa besarnya kebutuhan bahan bakar adalah 2,3 kg baban bakar per kg aluminium scra dengan efisiensi sebesar 5,45 % karena rugi-rugi kalor yang terjadi masih cukup besar.
Sundari (2011) telah mengembangkan 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
1
42
digunakan untuk melebur 5 kg aluminium diperlukan kalor sebesar 3,030,600 J. Volume dari cawan pelebur yang diperlukan adalah 1,5 liter.
Ashgi (2009) juga telah melakukan rancang bangun tungku peleburan aluminium berbahan bakar minyak dengan sistem aliran udara paksa. Dapur peleburan yang dirancang dibuat dari tatanan bata tahan api yang dilekatkan dengan campuran semen dan pasir tahan api. Dapur lebur mempunyai tinggi 62 cm, diameter luar 57 cm dan, diameter dalam 31 cm. Dari hasil pengujiannya 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.
Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan dilakukan rancang bangun sebuah tungku peleburan aluminium berbahan bakar padat dengan sistem udara paksa yang dilengkapi dengan katup pengatur aliran udara. Tungku (dapur) pelebur didesain sedemikian sehingga proses pembakaran berlangsung secara lebih sempurna dengan rugi-rugi kalor yang seminimal mungkin. Dengan desain seperti ini, diharapkan bahan bakar yang diperlukan untuk proses peleburan dapat dihemat dan dampak lingkungan yang ditimbulkan juga dapat diminimalkan. Dalam penelitian ini juga akan dilakukan uji performa dari tungku yang dirancang dengan menggunakan dua jenis bahan bakar padat, yakni briket batu bara dan arang kayu.
B. Dasar Teori
Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik. Berat jenis alumunium adalah 2,643 kg/m3 cukup ringan dibandingkan logam lain. Kekuatan alumunium yang berkisar 83 – 310 Mpa dapat melalui pengerjaan dingin atau pengerjaan panas (Surdia dkk, 1994). Di pasaran Alumunium ditemukan dalam bentuk kawat foil, lembaran, pelat dan profil. Semua paduan alumunium ini dapat mampu dibentuk, dimesin, dilas atau dipatri.
Proses peleburan adalah proses pencairan bahan (besi cor) dengan jalan dipanaskan di dalam sebuah dapur peleburan, setelah bahan mencair kemudian dituang ke dalam cetakan (Arifin, 1976). Pada proses peleburan alumunium digunakan dapur jenis crucible. Dapur crucible adalah dapur yang paling tua digunakan. Dapur ini kontruksinya paling sederhana dan menggunakan kedudukan tetap dimana pengambilan logam cair dilakukan dengan menggunakan ladle atau gayung. Dapur ini sangat fleksibel dan serbaguna untuk peleburan dengan skala kecil dan sedang. Dapur Crucible yang ada berbentuk pot yang terbuat dari lempung dicampur dengan pasir. Terdapat tiga macam crucible menurut jenis bahan bakar: gas, minyak dan kokas. Dapur Crucible dengan bahan bakar kokas jarang digunakan karena kurang efisien.
Jumlah panas/kalor yang diperlukan dalam peleburan aluminium dapat digambarkan sebagai berikut (Zemansky, 1994):
Gambar 1. Tahapan Peleburan Alumiium
Kalor yang diperlukan dalam peleburan aluminium adalah :
43 Q1 = kalor untuk menaikkan suhu kamar menjadi suhu cair aluminium
Q2 = kalor untuk mencairkan aluminium
Q3 = kalor untuk menaikkan suhu (aluminium dari 660 0C sampai 750 0C)
Waktu yang diperlukan untuk melebur aluminium dapat dihitung dengan persamaan :
cawan
Qlebur = kalor yang diperlukan untuk melebur aluminium
qcawan = laju aliran kalor yang diserap oleh cawan/kowi pelebur
Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan dapat ditentukan dengan persamaan (Culp dan Sitompul, 1976) :
bb
HHVbb = nilai pembakaran tinggi bahan bakar
C. Metode Penelitian
44 Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Setelah hasil dari pengujian tungku telah memenuhi kriteria yang telah ditentukan, kemudian dilakukan analisis yang mendalam untuk mendapatkan kesimpulan terhadap hasil rancangan tungku. Selanjutnya kesimpulan ini digunakan untuk membuat rekomendasi ke pihak-pihak terkait.
D. Hasil dan Pembahasan
Hasil rancangan tungku yang telah dibuat dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 2. Tungku Hasil Rancangan
45 Gambar 3. Pengujian Tungku Hasil Rancangan
Distribusi temperatur pada berbagai waktu peleburan pada pengujian yang pertama, yakni dengan menggunakan bahan bakar briket batubara dan pengujian yang kedua, yakni dengan menggunakan bahan bakar arang kayu dapat dilihat pada gambar 4 dan 5..
46 Gambar 5. Distribusi Temperatur Pada Pengujian yang Kedua
Dari hasil pengujian tungku peleburan aluminium yang pertama diketahui bahwa tungku yang dirancang mampu untuk meleburkan aluminium scrap rata-rata 2,5 kg per jam. Waktu yang diperlukan hingga titik lebur adalah 1 jam, dan waktu yang diperlukan hingga mencapai temperatur 810 oC adalah 1,25 jam. Jumlah bahan bakar yang digunakan hingga mencapai temperatur 810 oC adalah 3,25 kg. Hal ini berarti kebutuhan bahan bakar untuk melebur aluminium adalah sebesar 1,3 kg baban bakar per kg aluminium scrap. Besarnya laju pembakaran bahan bakar ini lebih kecil jika dibandingkan dengan tungku peleburan berbahan bakar solar yang mencapai 1,4 liter per kg aluminium scrap, tungku peleburan berbahan bakar oli bekas yang mencapai 1,5 liter per kg aluminium scrap dan tungku peleburan berbahan bakar minyak tanah yang mencapai 1,6 liter per kg aluminium scrap.
Dari hasil perhitungan diketahui bahwa besarnya kalor rata-rata yang digunakan untuk melebur aluminium scrap hingga mencapai temperatur akhir 796 oC adalah 1095 kJ per kg aluminium scrap. Jika briket batu bara yang digunakan memiliki nilai kalor permbakaran tinggi (HHV) sebesar 20092 KJ/kg, maka besarnya kalor rata-rata yang dilepas bahan bakar batu bara di ruang bakar untuk dapat melebur aluminium scrap hingga mencapai temperatur akhir 796 oC adalah 26120,6 kJ per kg aluminium scrap. Berdasarkan hasil analisis kalor ini dapat diketahui bahwa bersarnya efisiensi tungku peleburan aluminium yang dengan bahan bakar briket arang adalah 10,5%. Dengan cara yang sama dapat diketahui bahwa bersarnya efisiensi tungku peleburan aluminium yang dengan bahan bakar arang kayu adalah 10,1%, sehingga besarnya efisiensi rata-rata dari tungku yang dirancang adalah 10,3 %. Efisiensi tungku ini lebih tinggi jika dibandingkan dengan hasil evaluasi efisiensi tungku peleburan aluminum scrap berbahan bakar gas LPG yang mencapai 19,5% (Sundari, 2011) dan juga masih lebih rendah jika dinadingkan dengan besarnya efisiensi Tungku Rumah Tangga (TRT) yakni berkisar 14% - 26% (Supriyatno dkk, 1994).
Hasil analisis kinerja tungku dan biaya operasi peleburan aluminium yang dirancang dan beberapa tungku lainnya dapat dilihat pada tabel 1. Berdasarkan hasil analisis biaya operasi peleburan seperti ditunjukkan oleh tabel di atas, maka ini dapat diketahui bahwa bersarnya biaya operasi tungku peleburan aluminium dengan bahan bakar briket batu bara yang dirancang adalah Rp. 1560 per kg aluminium. Besarnya biaya operasi ini masih lebih tinggi dibandingkan biaya operasi tungku peleburan aluminum berbahan bakar gas LPG yang hanya Rp. 1.200 per kg (Sundari, 2011), akan tetapi lebih rendah dari jenis tungku lainnya.
47
E. Kesimpulan
Dari serangkaian hasil pengujian dan analisis data yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Tungku yang dirancang dapat digunakan untuk melebur aluminium dengan laju peleburan 2,5 kg aluminium acrap per jam dan laju konsumsi bahan bakar sebesar 1,3 kg bahan bakar per jam. 2. Besarnya laju pembakaran bahan bakar ini lebih kecil jika dibandingkan dengan tungku peleburan
berbahan bakar solar, berbahan bakar oli bekas dan tungku peleburan berbahan bakar minyak tanah.
3. Besarnya efisiensi rata-rata tungku peleburan aluminium yang dirancang adalah sebesar 10,3 % karena rugi-rugi kalor masih terjadi.
4. Besarnya biaya operasi dari tungku peleburan aluminium yang dirancang adalah Rp. 1.560 per kg untuk bahan bakar briket batu bara dan Rp. 2.880 per kg untuk bahan bakar arang kayu.
F. Rekomendasi
Oleh karena itu kami dapat memberikan saran dan rekomendasi kebijakan (policy brief) sebagai berikut :
1. Dinas Perindustrian, Perdagangan, Koperasi dan Pertanian melalui UPT Logam perlu melakukan upaya lebih jauh untuk mengembangkan tungku peleburan aluminium skala industri berbahan bakar padat untuk menggantikan tungku peleburan aluminium berbahan bakar oli bekas.
2. Dinas Perindustrian, Perdagangan, Koperasi dan Pertanian melalui UPT Logam perlu melakukan sosialisasi kepada para pengusaha peleburan aluminium untuk tidak menggunakan oli bekas sebagai bahan bakar di dalam peleburan aluminium dan beralih menggunakan bahan bakar gas LPG karena dengan desain tungku yang baik dapat tungku dengan bahan bakar gas LPG ini dapat memberikan efisiensi dan biaya operasi yang lebih rendah dibandingkan dengan tungku berbahan bakar oli bekas.
3. Dinas Lingkungna Hidup perlu melakukan pengawasan yang lebih ketat terhadap pembakaran oli bekas secara langsung tanpa melalu proses pre-treatmnt terlebih dahulu sehingga dapat meminimalkan dampak lingkungan yang lebih serius akibat maraknya penggunaan oli bekas sebagai bahan bakar.
Daftar Pustaka
Anonim, 2012, Dapur Peleburan Logam, http://hapli.wordpress.com, diakses pada 19 April 2013.
Anonim, 2012, Peleburan Dengan Tanur Induksi, http://hapli.wordpress.com, diakses pada 19 April 2013.
48 Archie W. Culp, Jr., Darwin Sitompul, 1976, Prinsip-Prinsip Konversi Energi, Mc Graw Hill, New York. Arifin, Syamsul, 1976, Ilmu Logam, Jilid I, Ghalia Indonesia, Jakarta.
Ashgi, 2009, Rancang Bangun Dapur Kowi Pelebur Aluminium Berbahan Bakar Minyak, Digital Library, Universitas Sebelas Maret, Surakarta, http://digilib.uns.ac.id., diakses pada 18/02/2013, 12:46.
Chengel, Yunus and Michael Boles, 1998. Thermodynamics: An Engineering Approach. Highstown: McGraw-Hill. Ighodalo, O.A., Akue, G., Enaboifo, E., Oyedoh, J., 2011, Performance Evaluation Of The Local Charcoal-Fired
Furnace For Recycling Aluminium, Journal Of Emerging Trends in Engineering and Applied Sciences (JETEAS) 2 (3) 448 – 450, Scholarlink Research Institute Journals (ISSN : 2141 – 7016).
Magga, R., 2010, Analisis Perancangan Tungku Pengecoran Logam (non-Ferro) Sebagai Sarana Pembelajaran Teknik Pengecoran, JIMT Vol. 7, No. 1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tadulako. Sundari, E., 2011, Rancang Bangun Dapur Peleburan Aluminium Bahan Bakar Gas, Jurnal Austenit, Volume 3
Nomor 1, April 2011, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Siwijaya.
Surdia, Tata dan Saito Sinkoru, 2000, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta.
Supriyatno, Nazif dan Mamat, 1994, Pengujian Efisiensi Energi Tungku Rumah Tangga, Porsiding Seminar Ilmiah, P3FT, LIPI, Jakarta.
Tata Surdia, 2000, Teknik Pengecoran Logam, Pradya Pramita, Jakarta
