## ANALISIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD) PENYEBARAN PANAS PADA DAPUR PELEBURAN ALUMUNIUM
Iful Rumanto 1) , Sunaryo 2) , Akhmad Irfan 3)
1) 2) 3) Universitas Sains Al-Qur’an Email : ifulrumanto23@gmail.com 1) , sunaryo@unsiq.ac.id 2) ) , irfan.akhmad@unsiq.ac.id 3)

## ABSTRAK
Penelitian pengaruh bentuk tungku terhadap sebaran panas pada dapur peleburan aluminium bertujuan  untuk  mengetahui  bentuk  tungku  dengan  sebaran  panas  paling  baik.  Penelitian  ini menggunakan temperature awal 300 0 C, heat flux 300 W/m 2 dan 3 variasi bentuk tungku. yaitu bentuk tungku hexagon , bentuk tungku segi empat, dan bentuk tungku segi 12. Hasil simulasi dari variasi pertama menghasilkan temperature tertingi 706.15 0 C dan temperature terendah 604.65 0 C, variasi kedua menghasilkan temperature tertinggi 688 0 C dan temperature terendah 526.65 0 C, dan variasi ketiga menghasilkan temperature tertinggi 704.30 0 C dan temperature terendah 535.75 0 C. Dari hasil simulasi menunjukan bahwa variasi pertama dengan bentuk tungku hexagon memiliki sebaran panas paling baik.
Kata Kunci : Dapur peleburan , flow simulation , distribusi , temperature

## ABSTRACT
Research  analysis  of  computational  fluid  dynamic  (CFD)  heat  dispersion  in  aluminum  smelting kitchens aims to determine the shape of the furnace with the best heat distribution. This study uses an initial temperature of 300 0C, a heat flux of 300 W / m2 and 3 variations in the shape of the furnace. The first variation is the shape of a hexagon furnace, the second variation is the shape of a rectangular furnace, and the third variation is the shape of a rectangular furnace. The simulation results of the first variation produce the highest temperature of 706.15 0C and the lowest temperature of 604.65 0C, the second variation produces the highest temperature of 688 0C and the lowest temperature is 526.65 0C, and the third variation produces the highest temperature 704.30 0C and the lowest temperature is 535.75 0C. From the simulation results show that the first variation with hexagon furnace form has the best heat distribution.
Keywords: smelting kitchen, flow simulation, distribution, temperatur

## 1. PENDAHULUAN
Proses O peleburan dan pengecoran logam untuk  mengubah  logam  dari  fasa  padat menjadi  fasa  cair  membutuhkan  alat  berupa tungku peleburan. Material bahan baku logam serta  jenis  tungku  yang  digunakan  harus disesuaikan  dengan  jumlah  material  yang dilebur.  Pemilihan  tungku  peleburan  yang digunakan  untuk  mencairkan  logam  harus sesuai  dengan  bahan  baku  yang  dilebur. Paduan  alumunium  seperti  kaleng  minuman ringan,  alat  instrumen  listrik,  komponen kendaraan  bermotor,  alat  rumah  tangga biasanya dilebur dengan menggunakan tungku peleburan jenis krusibel.
Dapur  krusibel  adalah  dapur  peleburan logam yang banyak digunakan dan merupakan dapur  paling  tua  di  banding  jenis  dapur  yang lainnya. Dapur ini juga sangat fleksibel karena ladel/wadah  aluminium  yang  dilebur  dapat diangkat. Oleh karena itu npeleburan aluminium  skala  kecil  dan  sedang  dilakukan menggunakan  tungku  krusibel.  Tungku  ini dibedakan  menurut  jenis  bahan  bakar  yang digunakan  yaitu,  kokas  atau  arang,  minyak, gas dan energy listrik. Tungku krusibel dengan menggunakan  energi  listrik  lebih  ramah lingkungan  dan  juga  memerluhkan  biaya sedikit  dalam  proses  peleburan  dibandingkan dengan tungku krusibele berbahan bakar kokas atau arang dan minyak.
Idealnya tungku dapur peleburan aluminium  harus  dapat  memanaskan  bahan sebanyak  mungkin,  mencapai  suhu  lebur dengan  cepat  namun  dengan  tegangan sesedikit mungkin. Untuk itu dalam pembuatan  dapur  peleburan  aluminium  perlu dilakukan analisis sebaran panas. Analisis ini bertujuan  untuk  mengetahui  sebaran  panas  di dalam dapur peleburan  menggunakan metode secara  numerik  dan  dilakukan  dengan computational  fluid  dynamic  (CFD). Metode computational  fluid  dynamic  (CFD) dengan menggunakan software  solidwork mampu memprediksi  pola  penyebaran  panas  dengan benar, juga proses  pendefinisian material dan output hasil simulasi dapat dilakukan pada satu software karena solidworks sudah terintregrasi dengan solidwork flow simulation.

## 2. METODE

## Gambar 1. Flowchart Simulasi CFD

## 1. Perumusan Masalah
Perumusan  masalah  digunakan  untuk mengetahui  hal  apa  saja  yang  akan dibahas  dalam  analisis computational fluid dynamic (CFD) pada dapur peleburan aluminium.
2. Studi pustaka
Studi pustaka adalah studi yang diperlukan  untuk  pembuatan  laporan Tugas  Akhir  sebelum  proses  simulasi computational  fluid  dynamic (CFD). Yang  dilakukan  dalam  studi    pustaka diantaranya  membaca literature ,  karya ilmiah, dan jurnal.
3. Tahapan  simulasi  computational  fluid dynamic(CFD)
Pengaplikasian  metode  CFD  digunakan antara  lain  karena  kemampuannya  untuk memperolah parameter-parameter pengujian tanpa harus melakukan pengujian  secara  aktual.  Secara  umum proses  simulasi  CFD  dibagi  menjadi  3 tahap  yaitu  Pre-Processing,  Processing, dan Post-Processing.
a. Tahap pre-processing
Tahap  preprocessing  ini  merupakan tahapan awal dalam membangun dan menganalisa  sebuah  model  komputasi  fluida (CFD).  Dalam  tahapan pre-processing ini terdiri  dari  beberapa  sub  tahapan  mulai  dari pembuatan  geometry  menggunakan software CAD  solidwork,  menentukan  jenis  fluida, meshing, serta menentukan parameter parameter yang digunakan.
a) Membuat geometry Dalam membuat gemoetry menggunakan fasilitas build
geometry dari software CAD
solidwork atau software yang lainnya.
Disini  perlu  menentukan  apakah desain yang digunakan cukup dengan 2  dimensi  atau  3  dimensi  dan  akan memodelkan  hanya  sebagian  benda atau seluruhnya.
Dalam melakukan proses
pembuatan  geometry  pada  penelitian ini terdapat beberapa alternatif pilihan desain  bentuk  tungku.  Hal  tersebut dimaksudkan agar dapat memilih dan menentukan  bentuk  tungku  yang sesuai  kriteria  perancangan.  Ada  3 alternatif bentuk tungku :
• Segi 12
Geometri  yang  berbentuk  Segi  12 bentuknya  sederhana,  namun  juga memiliki  tingkat  kesulitan  yang cukup  sulit  karena  isolator  yang
berupa insulating brick yang digunakan berbentuk balok.
• Persegi empat
Geometri yang berbentuk segi empat memiliki  kelebihan  mudah  dalam pembuatan  namun  memiliki  sebaran panasnya kurang baik.
• Hexagon (segi enam)
Geometri  yang  berbentuk  segi  enam (Hexagon) memiliki kelebihan mudah  di  buat,  karena  mendekati lingkaran sebaran panasnya lebih baik dibandingkan geometri persegi.
b) Meshing
Menentukan tipe mesh yang akan kita  gunakan,  apakah  menggunakan triangle,  quadrilateral,  tetrahedron, hexahedron,  pyramid,  prisim .  RAM computer  juga  turut  menentukan seberapa banyak cells/node yang akan dibuat. Jika spek komputernya kurang memadai  lebih  baik  menggunakan mesh defalute .
c) Menentukan jenis fluida Proses ini menentukan jenis fluida (material properties dari fluida), juga menentukan  boundary  condition  dan aliran  fluida  baik  turbulen  maupun laminar.
d) Pengaturan solver Menentukan parameter parameter yang  digunakan  seperti  sekema numerik dan kontrol konvergensi.
b. Tahap processing
Tahap  ini  sering  disebutjuga  tahapan solution  (solver  execution),  pada  tahap  ini persamaan-persamaan  yang  dilibatkan  dalam simulasi  CFD  akan  diselesaikan  secara iterative sampai mencapai kondisi konvergen. Tingkat  akurasi  dari  solver  ditentukan  oleh kondisi  batas  atau  asumsi  yang  digunakan (boundary  condition),meshing, dan numerical error  (bias  karena  keterbatasan  software  atau karena kekeliruan proses)
c. Tahap post- processing
Post  processing  merupakan  tahap  akhir dari simulasi yaitu merupakan tahap penampilan  hasil  serta  analisa  terhadap  hasil yang diperoleh berupa data kualitatif dan data kuantitatif.  Data  kuantitatif  berupa  distribusi koefisien tekanan, koefisien drag dan koefisien lift. Sedangkan data kualitatif berupa visualisasi  aliran  dengan  menampilkan  grid display, pathlines, plot kontur, plot vektor dan profil  kecepatan.  Untuk  mendapatkan  hasil yang  lebih  akurat  perlu  dilakukan  pengujian lagi.
Hasil  dari  tahap  ini  bisa  berupa  grafik warna, vector, kontur, dan bahkan animasi.
Gambar 2. grafik warna post- processing Grafik tersebut dibaca berdasarkan warnanya,  warna  biru  menunjukan  suhu terendah  dan  warna  merah  menunjukan  suhu tertinggi.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Simulasi  CFD  dilakukan  dengan  cara memodelkan  suatu  bentuk  tungku  peleburan logam. Tujuan dari Simulasi ini adalah untuk membandingkan  sebaran  panas  yang  ada  di dalam tungku berdasarkan bentuknya. Permodelan  yang  dilakukan  adalah  dengan membuat  3  bentuk  tungku  peleburan  logam dengan  bentuk  elemen  yang  pemanas  sama. Sumber  panas  berasal  dari  elemen  tersebut supaya dapat mengetahui mana bentuk tungku yang memiliki sebaran panas paling baik.
Dalam simulasi yang dilakukan, beberapa kondisi batas pada sistem adalah :
Tabel 1. kondisi batas simulasi tungku No Kondisi Batas Simulasi Keterangan 1. Bentuk tungku Tinggi : 26 cm Lebar  : 42 cm 2. Heat flux 300 W/m 2 3. Temperatur awal 300 0 C 4. Bahan isolator insulating brick 5. Bahan elemen pemanas paduan nikel 6. Krusibel Bahan : alloy steel Diameter  :  13,5 cm Tinggi : 19 cm 7. Jenis sebaran Konduksi
Beberapa  hasil  simulasi  CFD  dari  berbagai bentuk dapat di sajikan sebagai berikut :
1) Tungku Hexagon
Gambar 3. Geometri tungku hexagon
Berikut  hasil  simulasi  pada  bentuk geometri hexagon : Name Type Min Max Hexagon   Temperature   573,20 kelvin 979,30 kelvin
Gambar 4. Hasil simulasi tungku hexagon Berdasarkan  hasil  simulasi  di  atas, temperatur  tertingi  adalah  979.30  kelvin (706.15  0C)  terjadi  pada  bagian  belakang krusibel  yang  paling  dekat  dengan  koil pemanas. Temperatur terkecil terjadi padabagian  depan  atas  krusibel  untuk  tempat penuangan  aluminium  cair,  tempertaurnya adalah 877.80 kelvin (604.65 0C).
2) Tungku Kotak
Berikut  ini  adalah  model  tungku  dengan bentuk  geometri  kotak,  dengan  diameter  luar tungku sebesar 42 cm dan tinggi 26 cm, diberi temperature  awal  sebesar  3000C  dan  rambat panasnya sebesar 300 W/m2. Dalam penelitian yang  ini  dapat  diketahui  berapa  suhu maksimum dan minimum pada tungku kotak.
Gambar 5. Geometri tungku kotak Berikut  hasil  simulasi  pada  bentuk geometri kotak :
Name Type Min Max Hexago n Temperatur e 573,20 kelvin 961,60 kelvin
Gambar 6. Hasil simulasi tungku kotak Berdasarkan  hasil  simulasi  di  atas, temperatur tertingi adalah 961.60 Kelvin (688 0C)  terjadi  pada  bagian  dasar    krusibel  yang paling dekat dengan koil pemanas. Temperatur terkecil terjadi pada bagian bagian atas tungku, tempertaurnya  adalah  799.80  Kelvin  (526.65 0C).
3) Tungku Segi 12 Berikut  ini  adalah  model  tungku  dengan bentuk geometri segi 12, dengan diameter luar tungku sebesar 42 cm dan tinggi 26 cm, diberi temperature  awal  sebesar  3000C  dan  rambat panasnya sebesar 300 W/m2. Dalam penelitian yang  ini  dapat  diketahui  berapa  suhu maksimum dan minimum pada tungku segi 12.
Gambar 7. Geometri tungku segi 12 Berikut  hasil  simulasi  pada  bentuk geometri segi 12 :
Name Type Min Max Hexago n Temperatur e 573,20 kelvin 977,30 kelvin
Gambar 8. Hasil simulasi tungku segi 12 Berdasarkan  hasil  simulasi  di  atas, temperatur  tertingi  adalah  977.30  Kelvin (704.30 0C) terjadi pada bagian dasar  krusibel yang  paling  dekat  dengan  koil  pemanas. Temperatur terkecil terjadi pada bagian bagian atas  tungku,  tempertaurnya  adalah  808.90 Kelvin (535.75 0C).
Berdasarkan hasil uji simulasi dari ketiga bentuk  tungku,  bentuk  dengan  suhu  tertinggi adalah  hexagon.  Tungku  berbentuk  hexagon memiliki sebaran panas paling baik karena dari hasil  simulasi  sebaran  panasnya  sampai  ke bagian atas krusibel dan mencapai suhu paling tinggi  dibandingkan  bentuk  tungku  yang lainnya yaitu 706.15 0C.
Tabel 2. Perbandingan temperatur maksimum dan minimum pada 3 variasi bentuk tungku Temperatur e Hexago n Segi empa t Segi 12 Temp. tertinggi 706.15 0 C 688 0 C 704.3 0 0 C Temp. terendah 604.65 0 C 526.65 0 C 535.7 5 0 C
4. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1. Kesimpulan
Dari  penelitian  ini  didapati  kesimpulan sebagai berikut :
1. Temperature tertinggi pada tungku peleburan  bentuk hexagon adalah  979.30 kelvin,  pada  bentuk  tungku  segi  empat adalah  961.60  kelvin  dan  pada  tungku berbentuk  segi  12  adalah  977.30  kelvin. Simulasi  sebaran  panas  perlu  dilakukan
untuk  menentukan  sebaran  panas  yang paling merata.
2. Proses  sebaran  panas  yang  terjadi  pada dapur  peleburan  yaitu  panas  merambat dari  elemen  pemanas  ke  krusibel,  baru kemudian  merambat  ke  alumunium  yang akan dilebur.

## 4.2. Saran
Saran  yang  diberikan  setelah  dilakukan penelitian adalah perlu dikembangkan penelitian  lebih  lanjut  terkait  sebaran  panas berdasarkan bahan elemen dan bahan krusibel yang berbeda.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Alviandra.  (2017). Pengaruh  Penambahan
Unsur Paduan Magnesium pada Al-Si Menggunakan Dapur Krusibel Terhadap Sifat Kekerasan dan Struktur Mikro . Jurusan teknik mesin
Universitas Merdeka Malang.
[Ansys].. (2013). Ansys Fluent User’s Guide . Ansys, Inc. USA.
Cengel Y. A. dan Cimbala J. M. (2006). Fluid Mechanics:Fundamentals and Applications .  McGraw  Hill.  New
York. Istana  B.  dan  Lukman  J.  (2012). Rancang Bangun  dan  Pengujian  Tungku Peleburan Aluminium Berbahan
Bakar Minyak Bekas . Jurusan Teknik
Mesin  Universitas  Muhammadiyah Riau. Holman  J.P.    (1994). Perpindahan  Kalor. Jakarta : Erlangga. Magga  R.  (2010). Analisis  Perancangan Tungku  Pengecoran  Logam(non- fero)  Sebagai  Sarana  Pembelajaran
Teknik Pengecoran , JIMT Vol. 7, No.
1.
Meilan  E.  (2018). Desain  dan  Pembuatan Tungku  Krusibel  unruk  Peleburan Aluminium Dengan Bahan Bakar Gas dan  Proses  Pengamatan  Tungku
Serta  Proses  Pengujian  Pengecoran Menggunakan  Cetakan  Pasir  Hitam Dengan  Variasi  Jarak  Penuangan .
Program Studi Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta. Reynold  W.C.  &  Perkins  H.C.  (1983). Thermodinamika Teknik . Jakarta Pusat : Erlangga. Taukia F. (2008). Dasar-dasar CFD Menggunakan  Fluent ,  Informatika.
Bandung.
Versteeg  H.K.  dan  Malalasekera  W.  (1995).
An  Introduction  to  Computational Fluid  Dynamics:  The  Finite  Volume
Method . Longman Group Ltd. England.