TEKNOSAINS: Jurnal Sains, Teknologi & Informatika is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License. ISSN 2087-3336 (Print) | 2721-4729 (Online)

## ABSTRAK
Industri peleburan logam semakin berkembang mulai dari peleburan dengan metode pembakaran hingga peleburan dengan memanfaatkan daya listrik. Temperatur ruang peleburan dapat mencapai nilai 1000°C dalam jangka waktu yang singkat dengan mengatur besar daya listrik yang masuk ke heater untuk diubah menjadi kalor . Akan tetapi, temperatur ruang peleburan juga dapat kembali menurun dalam waktu yang singkat apabila hambatan termal tidak mampu mengurangi laju perpindahan kalor dari ruang peleburan menuju luar ruangan. Jika hal itu terus terjadi, maka  temperatur 1000°C pada mesin furnace tidak dapat tercapai sehingga proses peleburan tidak maksimal. Oleh karena  itu,  analisis  terhadap  faktor  hambatan  termal  sangat  diperlukan  dengan  tujuan  untuk  mengetahui  nilai hambatan termal pada dinding furnace sehingga temperatur ruang peleburan dapat dimaksimalkan. Metode yang dilakukan dengan mengumpulkan data yang bersumber dari referensi dan pengukuran langsung terhadap furnace untuk memperoleh data variasi dimensi dinding. Berdasarkan hasil penelitian, disimpulkan bahwa nilai hambatan termal  yang  diuji  dipengaruhi  oleh  temperatur  lingkungan  ( T 2  =  25,8°C),  temperatur  ruang  peleburan  ( T1 = 1000°C) dan konduktivitas termal pada batu sebesar k = 4,78 J/s m°C, serta luas dan tebal dinding yang bervariasi. Ketika tebal dinding semakin besar maka hambatan yang dihasilkan semakin besar. Nilai hambatan terbesar, yaitu 4,389R pada tebal dinding 150 mm. Sebaliknya ketika luas dinding yang digunakan semakin kecil maka hambatan yang dihasilkan semakin besar. Nilai hambatan terbesar 2,905R pada luas dinding 3600 mm 2 . Dengan demikian, furnace dengan dimensi dinding yang memiliki nilai ketebalan yang besar dan luas yang kecil dapat menghasilkan hambatan termal yang optimal sehingga dapat memaksimalkan temperature ruang peleburan.
Kata kunci: Dimensi; hambatan termal; induksi; peleburan.

## ABSTRACT
The metal smelting business is expanding, moving from combustion-based to electric-powered smelts. By adjusting the quantity of electrical power that enters the heater to be transformed into heat, the temperature of the melting chamber  can  quickly  approach  1000°C.  But  if  the  thermal  resistance  is  unable  to  slow  down  the  rate  of  heat transfer from the smelting chamber to the outside, the temperature inside the smelting chamber can likewise fall quickly. If that keeps happening, the furnace machine's temperature of 1000°C cannot be reached, which makes the  smelting  process  less  than  ideal.  So  that  the  temperature  of  the  smelting  chamber  can  be  maximized,  an examination of the thermal resistance factor is required in order to estimate the value of the thermal resistance on the  wall.  To  obtain  information  on  wall  dimension  fluctuation,  the  procedure  involves  gathering  data  from references and actual measurements of the furnace. Based on the findings, it was determined that the temperature
ISSN 2087-3336 (Print) | 2721-4729 (Online)

## TEKNOSAINS: Jurnal Sains, Teknologi dan Informatika
Volume 10, Nomor 1, Januari 2023, hlm 124-131 http://jurnal.sttmcileungsi.ac.id/index.php/tekno DOI: 10.37373

## Analisis efektivitas laju panas pada furnace 1000℃ dengan memperhatikan dimensi dinding wadah peleburan

## Analysis effectiveness of heat rate in 1000℃ furnace by considering the dimensions of walls melting container
Ahmad Zohari 1* , Ilham Taufik Maulana 1 , Eka Bima Saputra 1 , Adik Susilo Wardoyo 2
1* Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Politeknik Gajah Tunggal, Indonesia, 15133
2 Jurusan Teknik Elektronika, Fakultas Teknik, Politeknik Gajah Tunggal, Indonesia, 15133
1*,2 Jl. Gajah Tunggal No.16, RT.001/RW.002, Alam Jaya, Kec. Jatiuwung, Kota Tangerang, Banten 15133
*Koresponden Email: zohari2980@gmail.com
Artikel dikirim: 09/12/2022                     Artikel direvisi: 18/12/2022                     Artikel diterima: 19/12/2022
of the environment had an impact on the heat resistance values measured. (T2 = 25.8°C), the melting chamber's temperature (T1 = 1000°C), the fire brick's thermal conductivity at k=4.78 J/s m° C, as well as the variation area and wall thickness the resultant resistance increases with increasing wall thickness. The highest resistance rating is 4.389R with a 150 mm wall thickness. Otherwise, the resistance is higher when a smaller portion of the wall is employed. On a 3600 mm2 wall area, the resistance value with the highest value is 2.905R. In order to increase the temperature of the smelting chamber, a furnace with wall dimensions that have a significant thickness value and a compact area can generate the best thermal resistance.
Keywords: Dimensions; induction; thermal resistance; smelting.

## 1. PENDAHULUAN
Setiap industri selalu menginginkan hasil yang maksimal dengan pengeluaran yang tidak banyak. Berbagai  strategi  dan  metode  diterapkan  dalam  setiap  prosesnya  agar  hasil  yang  didapatkan  sesuai dengan  harapan [1] .  Kondisi  ini  menjadikan  pelaku  setiap  industri  berinovasi  dan  berupaya  untuk menciptakan  gagasan  baru  yang  lebih  sederhana  dengan  kualitas  yang  terus  meningkat [2] .  Salah satunya  adalah  inovasi  di  bidang  industri  peleburan  logam.  Seperti  yang  telah  diketahui,  dalam meleburkan  beberapa  jenis  logam  dibutuhkan  temperatur  yang  cukup  tinggi.  Temperatur  tersebut diperoleh dengan cara membuat suatu tungku pembakaran dengan panas yang sangat tinggi sehingga dapat meleburkan logam [3] . Panas tersebut dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar yang berada di dalam  tungku  peleburan.  Untuk  mencapai  temperatur  1000°C  dibutuhkan  nyala  api  atau  panas  yang besar dan tentunya akan menimbulkan resiko apabila tidak berhati – hati.
Percobaan terus dilakukan hingga peleburan dengan memanfaatkan listrik ditemukan. Konsep ini sebelumnya  telah  diteliti  selama  dua  tahun  oleh  V.V.  Petrov  pada  tahun  1802  sampai  tahun  1803. Metode ini berhasil diterapkan dan konsepnya telah diaplikasikan dalam peleburan logam pada tahun 1850-an. Pada tahun 1906, metode peleburan ini dikembangkan lagi oleh Dr. Paul Heroult (USA) untuk memproduksi baja tetapi masih terdapat kekurangan sehingga kurang ekonomis untuk peleburan baja per tahunnya.
Analisis–analisis  baru  dilakukan  untuk  mengembangkan  metode  tersebut.  Salah  satunya  adalah analisis terhadap pengaruh laju perpindahan kalor yang beresiko tinggi untuk meningkatkan kebutuhan energi  listrik.  Laju  perpindahan  kalor  juga  akan  berpengaruh  pada  temperatur  ruang  yang  akan digunakan untuk meleburkan logam. Temperatur ruang peleburan dapat mencapai nilai 1000°C dalam jangka  waktu  yang  singkat  dengan  mengatur  besar  daya  listrik  yang  masuk  ke heater untuk  diubah menjadi kalor . Akan tetapi, temperatur ruang peleburan juga dapat kembali menurun dalam waktu yang singkat apabila hambatan termal tidak mampu mengurangi laju perpindahan kalor dari ruang peleburan menuju luar ruangan. Perpindahan kalor mengakibatkan pertukaran suhu ruang dengan suhu lingkungan. Jika hal itu terus terjadi, maka  temperatur 1000°C pada mesin furnace tidak dapat tercapai sehingga proses  peleburan  tidak  maksimal  untuk  meleburkan  logam.  Dalam  hal  ini,  laju  perpindahan  kalor dipengaruhi  oleh  temperatur  ruang  peleburan,  temperatur  lingkungan,  konduktivitas  termal  material penyusun  dinding,  dan  besar  hambatan  termal  yang  mengurangi  laju  perpindahan  kalor.  Adapun temperatur lingkungan yang standar untuk wilayah tropis berkisar pada angka 25,8 – 27,1 °C [4] .
Perpindahan kalor yang berlangsung pada dinding (batu dan semen tahan api) penyusun furnace merupakan  proses  perpindahan  kalor  secara  konduksi,  yang  berarti  sangat  bergantung  pada konduktivitas termal  dan juga  hambatan termal.  Pengukuran  konduktivitas  termal  terhadap  komposit (campuran batu dengan semen tahan api) telah dilakukan pada penelitian sebelumnya oleh peneliti lain, diantaranya [5]–[7] , [5] meneliti variasi komposisi bata ringan menggunakan jaringan syaraf tiruan guna memprediksi sifat termal bata ringan tersebut [6] . Meneliti perubahan nilai konduktivitas termal pada bata ringan dengan menggunakan sebuah crude palm oil sebagai bahan penyimpanan kalor atau panas [7] . Mengukur konduktivitas termal material bata api menggunakan sistem hoteplate berbasis arduino.

## 126  Ahmad Zohari, Ilham Taufik Maulana, Adik Susilo Wardoyo

## Analysis effectiveness of heat rate in 1000℃ furnace by considering the dimensions of walls melting container
Selain  itu,  penulis  juga  menganalisis  suatu  penelitian  dan  menjadi  sumber  acuan  mengenai  nilai konduktivitas termal pada batu yaitu sebesar 4,78 J/s m°C [8] .  Berdasarkan data konduktivitas termal yang telah diperoleh, maka faktor selanjutnya yang perlu dikaji adalah besarnya hambatan termal yang terjadi.
Hambatan  termal  merupakan  kemampuan  suatu  bahan  untuk  menghambat  laju perpindahan  kalor yang mengalir karena perbedaan temperatur antara sisinya [9] . Besarnya hambatan termal ditentukan oleh luas dinding peleburan dan jarak antar sisi dalam dengan sisi luar (tebal dinding). Oleh karena itu, perlu  dilakukan  analisis  terhadap  pengaruh  dimensi  (tebal  dan  luas  dinding)  dengan  tujuan  untuk mengetahui  nilai  dari  hambatan  termal  pada  dinding furnace yang  mana  dapat  memaksimalkan temperatur ruang peleburan.

## Gambar 1. Dimensi dinding furnace
Gambar  1  ditampilkan  tebal  dan  sisi  dinding  yang  akan  menjadi  variasi  perhitungan  hambatan termal. Sisi dinding dibagi menjadi dua, yaitu sisi dalam dan sisi luar dinding, yang mana digunakan untuk mencari luas dinding. Adapun pengertian tebal dinding dalam penelitian ini merujuk pada jarak antar sisi luar dan sisi dalam dinding peleburan, sedangkan pengertian luas dinding merupakan selisih antara luas sisi luar dan luas sisi dalam dinding.

## 2. METODE.
Mekanisme  proses  perpindahan  panas  di  dalam  dinding  furnace  terjadi  secara  konduksi,yang berarti  sangat  melibatkan  konduktivitas  termal  untuk  mengetahui  seberapa  cepat  dan  seberapa  besar suhu  material  dapat  menghantarkan  panas [10] .  Konduktivitas  panas  diartikan  sebagai  kemampuan suatu materi untuk menghantarkan panas, merupakan salah satu parameter yang diperlukan dalam sifat karakteristik suatu material [11] . Harga konduktivitas termal pada bahan dinding telah diperoleh dari pengujian oleh peneliti lain sehingga analisis yang dilakukan adalah pengaruh dimensi luas dan tebal dinding terhadap hambatan termal yang terjadi untuk mengurangi laju perpindahan kalor [12] .
Sebelum dilakukan analisis pengaruh dimensi dinding terhadap harga hambatan termal, terlebih dahulu dilakukan suatu pengumpulan data yang bersumber dari referensi terkait untuk memperoleh data variasi  dimensi  dinding  furnace  induction  1000°C.  Selain  itu,  pengukuran  secara  langsung  juga dilakukan  terhadap  tungku  peleburan  furnace  induction  1000°C  yang  dirancang  oleh  peneliti.  Hasil pengumpulan data dan pengukuran dimensi berupa tebal dan luas dinding ditunjukan pada Tabel 1.
Tabel 1. Variasi dimensi dinding Sampel Tebal (mm) Luas (mm²) A 50 8650 B 50 4500 C 50 6900 D 45 7150 E 50 7150 F 90 7150 Pengukuran I 130 7150 Pengukuran II 65 7150 Pengukuran III 50 3600 Pengukuran IV 150 7150
Hasil pengumpulan data dari referensi terkait dan pengukuran data pada sisi 1, sisi 2, sisi 3 dan sisi 4 dinding furnace induction 1000°C di workshop politeknik gajah tunggal, diperoleh variasi ukuran lebar  dan  luas  dalam  satuan  milimeter  (mm).  Pengumpulan  data  dan  pengukuran  dimensi  dinding dilakukan  karena  hambatan  termal  dihasilkan  oleh  konduktivitas  termal  yang  terdapat  pada  dinding. Proses  perpindahan  kalor  yang  terjadi  disebut  perpindahan  panas  konduksi.  Perpindahan  kalor  yang melalui perantara (dinding), dimana zat perantaranya tidak ikut berpindah. Dalam arti lain perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel–partikelnya [13] . Hukum dasar untuk proses perpindahan panas konduksi adalah Hukum Fourier sebagai berikut [14] , [15] .
𝑞 𝑘 = [−∆𝑇] ∆𝑥 𝑘𝐴 atau 𝑞 𝑘 𝐴 = 𝑇 2 −𝑇 1 ∆𝑥 𝑘
(1)
Bila aliran panas dinyatakan dengan analogi listrik menjadi:
𝑞 𝑘 = 𝑇 2 −𝑇 1 ∆𝑥 𝑘𝐴 (2)
Hubungan hambatan termal dengan aliran panas:
𝑅 𝑡ℎ = ∆T 𝑞 𝑘 (3)
Jika perbedaan suhu dijabarkan maka :
𝑅 𝑡ℎ = 𝑇 2 −𝑇 1 𝑞 𝑘 (4)
Metode penelitian yang digunakan adalah teknik pengumpulan data dan teknik analisis data berupa perhitungan hambatan termal dengan konduktivitas k = 4,78 J/s m °C, temperature lingkungan  ( 𝑇 2 = 25,8  °C)  dan  temperatur  ruang  peleburan  ( 𝑇 1 =  1000  °C).  Langkah  -  langkah  yang  dilakukan  dalam kegiatan penelitian ditunjukan pada Gambar 2.
a) Studi pustaka
Pada tahap ini dilakukan studi pustaka mengenai hambatan termal yang terjadi selama proses hardening induction furnace.
b) Menghitung hambatan termal
Pada tahap ini dilakukan perhitungan pada tiap variasi dimensi ruangan furnace untuk mengetahui nilai hambatan termal. .

## 128  Ahmad Zohari, Ilham Taufik Maulana, Adik Susilo Wardoyo
Analysis effectiveness of heat rate in 1000℃ furnace by considering the dimensions of walls melting container
c) Nilai hambatan termal
Pada tahap ini, akan didapatkan nilai hambatan termal pada masing-masing dimensi ruangan dan dapat menentukan dimensi terbaik yang akan diaplikasikan pada pembuatan furnace sehingga akan didapatkan pemanasan maksimal.

## Gambar 2. Diagram alir penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data yang diperoleh dari hasil perhitungan hambatan termal pada tebal dan luas yang  bervariasi digunakan untuk membuat analisis data. Persamaan yang digunakan adalah analogi aliran panas dengan aliran listrik Persamaan (2) dan (3). Hasil perhitungan ditampilkan pada Tabel 2 dan 3.
Tabel 2. Variasi tebal dinding Sampel Tebal (mm) Luas (mm 2 ) Hambatan Termal (R) D 45 7150 1,316 E 50 7150 1,463 F 90 7150 2,633 Pengukuran I 130 7150 3,803 Pengukuran II 65 7150 1,901 Pengukuran IV 150 7150 4,389 Tabel 3. Variasi luas dinding Sampel Tebal (mm) Luas (mm 2 ) Hambatan Termal (R) A 50 8650 1,209 B 50 4500 2,324 C 50 6900 1,516 E 50 7150 1,463 Pengukuran III 50 3600 2,905
Dari  hasil  perhitungan  pada  tabel  2  dan  3 terlihat  bahwa  hambatan  termal  yang  dihasilkan  oleh dinding  dengan  tebal  yang  berbeda  dan luas  yang  sama  adalah  hambatan  semakin  besar  ketika tebal
dinding  yang  digunakan  semakin  besar.  Sedangkan  hambatan  termal  yang  dihasilkan  oleh  dinding dengan tebal yang sama dan luas yang berbeda adalah hambatan yang dihasilkan semakin besar ketika luas yang digunakan semakin kecil.
Gambar 3. Hambatan termal vs tebal dinding
Gambar 3 ditampilkan hasil perhitungan hambatan termal oleh perbedaan tebal yang digambarkan dalam  bentuk  kurva.  Grafik  tersebut  menunjukan  bahwa  semakin  tebal  dinding  maka  semakin  besar pula  nilai  hambatan  termal  yang  dihasilkan.  Nilai  hambatan  termal  terkecil  dan  terbesar  pada  data tersebut berturut-turut adalah 1,316 R pada tebal dinding 45 mm dan 4,389 R pada tebal dinding 150 mm.
Gambar 4. Hambatan termal vs luas dinding
Gambar  4  ditampilkan  hasil  perhitungan  hambatan  termal  oleh  perbedaan  luas  dinding  yang digambarkan dalam bentuk kurva. Grafik tersebut menunjukan bahwa semakin kecil luas dinding yang digunakan maka hambatan termal yang dihasilkan semakin besar. Nilai hambatan terkecil dan terbesar pada data tersebut  berturut-turut adalah 1,209 R pada luas dinding 8650 mm 2 dan 2,905 R pada luas dinding 3600 mm 2 .
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 D E P-II F
P-I P-IV Tebal (mm) Hambatan Termal (R) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 A E C B
P-III Luas (mm2) Hambatan Termal (R)

## 130  Ahmad Zohari, Ilham Taufik Maulana, Adik Susilo Wardoyo
Analysis effectiveness of heat rate in 1000℃ furnace by considering the dimensions of walls melting container

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian, maka dapat disimpulkan bahwa nilai hambatan termal pada furnace yang diuji pada temperatur lingkungan ( T 2 = 25,8 °C) dan temperatur ruang peleburan ( T1 = 1000 °C) memiliki nilai konduktivitas termal pada batu sebesar k = 4,78 J/s m °C dan dimensi (luas dan tebal) dinding  yang  bervariasi.  Ketika  tebal  dinding  furnace  semakin  besar  maka  hambatan  termal  yang dihasilkan akan semakin besar. Nilai hambatan termal terbesar yang dihasilkan, yaitu 4,389 R pada tebal dinding 150 mm. Sebaliknya, ketika luas dinding furnace yang digunakan semakin kecil maka hambatan yang dihasilkan akan semakin besar. Nilai hambatan termal terbesar, yaitu 2,905 R pada luas dinding 3600 mm 2 . Dengan demikian, furnace dengan dimensi dinding yang memiliki nilai ketebalan yang besar dan luas yang kecil dapat menghasilkan hambatan termal yang optimal sehingga dapat memaksimalkan temperature ruang peleburan.

## REFERENSI
[1] O. Aprilida, T. Soraya, N. Septiana, J. I. Keuangan, and D. Perbankan, “Menggunakan Metode Full Costing Pada Pabrik Roti Pelangi Nusantara Di Kota Metro of production method of full costing FIDUSIA,” 40 | Jurnal Fidusia , vol. 1, no. 2, 2018.
[2] H. Dwijo Wiyono, T. Ardiansyah, T. Rasul, and F. Bahasa dan Seni, “Kreativitas Dan Inovasi Dalam Berwirausaha,” Jurnal Usaha , vol. 1, no. 2, p. 2020, 2020.
[3] L.  Ridwan,  “Rancang  Bangun  Tungku  Listrik   Peleburan  Aluminium  Dengan  Memanfaatkan Limbah  Evaporation  Boat  Sebagai  Pelapis  Dinding  Tungku,”  Skripsi,  Universitas  Negeri Semarang, Semarang, 2019.
[4] A. N. S. Budi, I. Qiram, and D. Sartika, “Pengaruh Persentase Kepekatan Kaca Film Terhadap Distribusi Termal Dan Pencahayaan Kabin Kendaraan,” Jurnal V-Mac , vol. 6, no. 1, pp. 1–4, 2021.
[5] G.  P.  Wiryawan,  “Prediksi  Sifat  Termal  Bata  Ringan   Berdasarkan  Variasi Komposisi  Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan,” Tugas AKHIR, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, 2016.
[6] L. Laila and A. Y. Darma, “Kajian Perubahan Nilai Konduktivitas Termal Pada Bata Ringan Dengan  Penggunaan  Crude  Palm  Oil  (CPO)  Sebagai  Bahan  Penyimpan  Kalor,” Journal  of Applied Science , vol. 2, no. 2, pp. 18–23, 2020.
[7] Mulyadi,  Djuhana,  and  F.  Astuti,  “Pengukuran  Konduktivitas  Panas  Material  Bata  Api Menggunakan Sistem Hote Plate Berbasis Arduino Measurement Of Thermal Conductivity Of Firebrick Using Hot Plate System Base On Arduino,” 2020.
[8] Vi.  Sri  Wardhani  dan  Hengky  Poedjo  Rahardjo  Pusat  Sains  dan  Teknologi  Nuklir  Terapan  - BATAN  and  J.  Tamansari,  “Pengukuran  Konduktivitas  Termal  Bata  Incinerator  Batan Bandung,” 2015.
[9] T.  Ayodha  Ajiwiguna,  A.  Barkah,  and  T.  Fisika,  “Pengaruh  Laju  Aliran  Udara  Terhadap Hambatan Termal Heatsink Untuk Pendingin Elektronik,” Jurnal Penelitian dan Pegembangan Telekomunikasi, Kendali, Komputer, Elektrik, dan Elektronika (TEKTRIKA) , vol. 1, no. 2, pp. 144–147, 2016.
[10] J.  Prihartono  and  R.  Irhamsyah,  “Analisis  Konduktivitas  Termal  Pada  Material  Logam (Tembaga, Alumunium Dan Besi),” PRESISI , vol. 24, no. 2, pp. 49–54, 2022.
[11] Sucipto,  T.  Priangkoso,  and  Darmanto,  “Analisa  Konduktivitas  Termal  Baja  St-37  Dan Kuningan,” Momentum , vol. 9, no. 1, pp. 13–17, 2013.
[12] R. K. Rajput, Engineering Thermodynamics Third Edition Si Units Version , 3rd ed., vol. 3. 2007.
[13] J. R. Welty, C. E. Wicks, R. E. Wilson, and G. L. Rorrer, Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer 5th Edition , 5th ed., vol. 5. Oregon: John Wiley & Sons, Inc., 2000.
[14] J. P. Holman, Heat Transfer Tenth Edition , 10th ed., vol. 10. Southern Methodist: McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering, 2008.
[15] F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman, and A. S. Lavine, Fundamentals Of Heat And Mass Transfer Sixth Edition , 6th ed., vol. 6. Indiana: John Willey & Sons Inc., 2007.