## PERANCANGAN TUNGKU PEMANAS DENGAN MENGGUNAKAN KANTHAL A1

## Dwi Purwanto
Fakultas Teknik dan Sains, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto Email: dwipurwanto@ump.ac.id
Reza Azizul Nasa Fakultas Teknik dan Sains, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto Email: Reza@ump.ac.id

## ABSTRAK
Beberapa  material  logam  banyak  dipakai  atau  digunakan  sebagai  bahan  konstruksi bangunan  dan  sebagai  perkakas  untuk  mesin  industri.  Perlakuan  panas  merupakan  satu rangkaian  siklus  panas  meliputi  pemanasan,  penahanan  temperatur,  dan  pendinginan.  Biasanya dilakukan terutama pada logam atau paduan dalam  kondisi  padatan. Perlakuan panas pada logam dapat  dilakukan  dengan  berbagai  macam  cara,  dan  salah  satunya  yaitu  perlakuan  panas  dengan pemasan  menggunakan  tungku.  Metode  perancangan  tungku  ialah  menggunakan  elemen  kawat kanthal A1 yang dipanaskan menggunakan energi listrik untuk  menghasilkan  panas pada filamen yang  terdapat  pada  dinding  tungku,  sampai  temperatur  maksimal  1200°C  sehingga  diharapkan dapat  meningkatkan  sifat  mekanis  pada  bagian  permukaan  baja  tersebut.  Hasil  rancangan  pada penelitian  ini  akan  dilakukan  pada  laboratorium  teknik  mesin  di  universitas  muhammadiyah purwokerto. Material utama yang digunakan adalah material refraktori dengan menggunakan daya listrik  sebesar  8205,1  watt  dengan  konsumsi  pemakain  listrik  4.9  kWh  dengan  temperature maksimum 1200°C.
Kata kunci: kanthal A1, tungku, perancangan, refraktori,

## ABSTRACT
Most of the building construction materials and industrial machine tools using steel for industrial machinery. Heat  treatment  is a series of  heat  cycles including  heating, temperature holding, and cooling. Usually performed mainly on metals or alloys in solid state. Metal heat treatment can be done in various ways, and one of them is heat treatment by heating using a furnace. The furnace design  method  is  to  use  A1  kanthal  wire  elements  which  are  heated  using  electrical  energy  to produce  heat  in  the  filaments  contained  in  the  furnace  walls,  up  to  a  maximum  temperature  of 1200  °  C  so  that  it  is  expected  to  improve  the  mechanical  properties  of  the  steel  surface.  The results of the design in this study will be carried out in the mechanical engineering laboratory at Muhammadiyah University of Purwokerto. The main material used is refractory material using an electric  power  of  8205.1  watts  with  an  electricity  consumption  of  4.9  kWh  with  a  maximum temperature of 1200 ° C.
Keywords: kanthal A1, furnace, design, refractory

## 1. PENDAHULUAN
Pengecoran adalah  suatu  proses  manufaktur  yang  menggunakan  logam  cair  dan  cetakan untuk  menghasilkan  parts  atau  komponen  dengan  bentuk  yang  mendekati  bentuk  geometri  akhir produk  jadi.  Logam  cair  akan  dituangkan  atau  ditekan  ke  dalam  cetakan  yang  memiliki  rongga sesuai  dengan  bentuk  yang  diinginkan.  Setelah  logam  cair  memenuhi  rongga  dan  kembali  ke bentuk  padat,  selanjutnya  cetakan  disingkirkan  dan  hasil  cor  dapat  digunakan  untuk  proses sekunder.
Pemanas listrik  adalah salah satu  peralatan yang banyak digunakan dikehidupan sehari-hari, prinsip kerjanya adalah dengan menggunakan suatu elemen pemanas yang dialiri oleh arus listrik. Kemudian, energi  listrik  dirubah menjadi  energi panas yang terjadi pada elemen pemanas. Panas yang  timbul  disebabkan  karena  material  elemen  pemanas  terbuat  dari  logam  yang  memiliki resistansi yang tinggi. [1].
Untuk memanaskan logam dibutuhkan suatu alat yang disebut dengan tungku, tungku dilihat dari  segi  energi  panas  yang  ditransfernya  terbagi  kedalam  dua  kelompok,  yaitu  tungku  yang memanfaatkan  energi  panas  yang  dihasilkan  oleh  proses  pembakaran  gas,  dan  tungku  yang menghasilkan  panas  yang  memanfaatkan  listrik  sebagai  sumber  energinya  (tungku  induksi). Definisi  tungku  induksi  yaitu  tungku  listrik  yang  memanfaatkan  prinsip  induksi  untuk memanaskan logam hingga titik leburnya dimana panas yang diterapkan oleh pemanasan induksi medium  konduktif  (biasanya  logam).  Frekuensi  operasi  berkisar  dari  frekuensi  yang  digunakan antara 60 Hz sampai dengan 400 kHz bahkan bisa lebih tinggi hal tersebut tergantung dari material yang mencair, kapasitas tungku dan kecepatan pencairan yang diperlukan. Medan magnet ini juga akan  melakukan  mixing  pada  logam  cair  akibat  adanya  gaya  magnet  antara  koil  dan  logam  cair yang akan menimbulkan efek pengadukan ( stiring effect ) untuk menghomogenkan komposisi pada logam cair [2].
Tungku  adalah  sebuah  peralatan  yang  digunakan  untuk  mencairkan  logam  pada  proses pengecoran  ( casting) atau  untuk  memanaskan  bahan  dalam  proses  perlakuan  panas (heat Treatmet) . Karena gas buang dari bahan bakar berkontak langsung dengan bahan baku, maka jenis bahan bakar yang dipilih menjadi  penting. Sebagai  contoh, beberapa bahan tidak akan mentolelir sulfur  dalam  bahan  bakar.  Bahan  bakar  padat  akan  menghasilkan  bahan  partikulat  yang  akan mengganggu bahan baku yang ditempatkan didalam tungku [2].
Khantal adalah jenis kawat pemanas yang cukup banyak digunakan sebagai elemen pemanas. Kawat khantal memiliki resistansi yang sangat tinggi yang merupakan paduan dari besi, kromium dan  alumunium  (FeCrAl)  dapat  beroprasi  pada  temperatur  1400  C  (2550  F).  Kawat  khantal biasanya  digunakan  untuk  skala  industri  karena  dapat  bekarja  pada  temperatur  dan  tingkat, vketahanan  oksidasi  yang  tinggi.  Namun,  memerlukan  waktu  yang  lebih  lama  untuk  mencapai temperatur yang diinginkan [3].

## 2. METODOLOGI
Prinsip  kerja  Tungku  pemanas  listrik  adalah  memanfaatkan  prinsip  induksi  untuk memanaskan logam hingga titik leburnya dimana panas yang diterapkan oleh pemanasan induksi medium konduktif (biasanya logam) dan tidak menutup kemungkinan untuk material logam selain baja, diharapkan untuk merancang tungku pemanas dari listrik bisa sampai temperature 1200°C.
Gambar 1. Diagram Alir

## 2.1 Pemilihan Rancangan
Pada  pemilihan  rancangan  ini  terdapat  beberapa  komponen  yang  digunakan  untuk membuat tungku dengan temperature maksimal 1200°C.
Batu Tahan Api High temperature refractory cement Solid state with heat sink Ceramic Connector
Kawat khantal AWG
A1
Termokopel tipe K Limit switch No
Power Switch
Ink Bird ITC-406 VV Ink Bird SSR-40DA
Besi Hollow Pelat Siku

## Gambar 2. Komponen tungku induksi

## Gambar 3. Desain tungku dan identifikasi ukuran tungku
Konsep  Rancangan  untuk  rangka  pada  tunggu  dibuat  dengan  material  dari  pelat  siku  yang disambungkan  dengan  menggunakan  2  jenis  metode,  yang  pertama  menggunakan  permanent  joining process yaitu dengan pesawat las  SMAW dan elektroda 260, yang kedua dengan menggunakan Threaded Fasteners yaitu baut dan mur.
Gambar 4. Rangka tungku pemanas

## Gambar 5. Batang elemen pemanas
Keramik  jenis  ini  lebih  dikenal  sebagai  material  yang  tahan  api  serta  tetap  stabil  pada temperatur  yang  tinggi.  Refraktori  tersebut  tidak  meleleh,  tidak  terdeformasi,  mempunyai perubahan  volume  yang  sangat  kecil  (baik  perubahan  volume  terhadap  penyusutan  ataupun pemuaian),  dan  pembuatan  rangka  dengan  menggunakan  las  listrik  dan  bahan  materialnya dari baja dengan tebal 5 mm.

## 2.1 Pintu Tungku

## Gambar 6. Pintu tungku pemanas
Untuk  bahan  pada  pintu  menggunakan  plat  yang  sama  seperti  pada  rangka  atau  badan tungku dengan ukuran 345mm x 230mm, dan untuk bahan pengisinya menggunakan keramik fiber  blanket  karena  bahan  ini  lebih  ringan,  dan  digolongkan  pada  refraktori  yang  berbasis serat aluminosilikat, putih, tidak berbau dan tahan suhu mencapai 1200 ºC.

## 2.2 Detail rancangan untuk Elemen Pemanas
Komponen elemen pemanas pada tungku.
a. Elemen-elemen kanthal dapat digunakan sampai 1400 o C.
b. Tahanan jenis bahan ini (1,35 – 1,45) X 10 -6 Ωm.
c. Bahan bahan Elemen Pemanas :
- Kawat yang digunakan : Kawat kanthal - Tahanan jenis kawat : 0.195 Ω - Berat : 50.5 g/m - Diameter kawat : 3 mm - Panjang kawat : 30 m - Dimeter batang pemanas : 25 mm - Panjang Batang pemanas : 279 cm
Gambar 7. Wiring Connection

## 3. HASIL PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN

## Gambar 8. Alat Tungku Pemanas
Perancangan  yang  dihasilkan  dari  tungku  listrik  yakni  memanfaatkan  energi  listrik  sebagai sumber  panas  yang  diharapkan  dapat  mencapai  temperatur  1200°C  dalam  waktu  ±  60  menit, sehingga  dapat  memanaskan  material  baja,  aluminium  maupun  kuningan  yang  dapat  dikontrol temperaturnya dengan menggunakan Ink Bird ITC-406 VV.

## 3.1 Detail Rancangan Menghitung Berat Tungku
A. Refraktori dan Badan Tungku
- Berat fire brick SK34:
Volume = p x ℓ x t = 230 x 114 x 65 = 1.704.300 mm 3 = 1.704,3 cm 3
Jumlah Bata = 40 pcs
Total volume  = 1704,3 x 40 = 68.172 cm 3 Berat = P x V = 0,8 x 68.172 = 54,5376 kg - Batang Pemanas: Volume = (π/4) d 2 t = (π/4) 25 2 x 115,5 = 56.667 mm 3 = 56,6 cm 3
Jumlah Batang = 2 pcs
Total volume  = 56,6 x 2 = 113,3 cm 3
Berat batang = ρ x V = 0,23 x 113,3 = 26,066 gr = 0,26 kg
- Berat Plat Samping dan Atas:
Volume = p x ℓ x t = 180 x 295 x 4 = 212.000 mm 3 = 212,4 cm 3 Jumlah plat = 4 pcs V total = 212,4  x 4 = 849,6 cm 3 Berat plat = ρ x V = 7,64 x 849,6 = 6.491 gr = 6.5 kg B. Pintu Tungku Berat Pintu: Volume = ρ x ℓ x t = 345 x 230 x 18 = 1.428.300 mm 3 142.8 cm 3 Berat = 7,64 x 142.8 = 10.912 gr
= 10.9 kg
C. Total Berat Bahan Refraktori dan Badan Tungku 10,9 + 6,5 + 0,26 + 54,53 = ± 75 kg

## 3.2 Menghitung Daya Listrik
➢ R  = Panjang kawat x Tahanan jenis kawat = 30 m x 0.195 Ω
= 5.85 Ω
➢ P    = R V 2 = 85 . 5 220 2 = 85 . 5 000 . 48
= 8205,1 watt
= 8,2051 kW
3.3 Menghitung Kuat Arus Listrik
I = V P = 220 2051 , 8 = 37,2 A [Menggunakan MCB 50 Ampere masih Aman]

## 3.4 Konsumsi Pemakaian Listrik
Konsumsi listrik dihitung dari temperatur dalam hingga 1200 ºC. Diketahui : Daya yang digunakan untuk mencapai 1200 ºC adalah : 8205,1 watt. Waktu yang di tempuh untuk mencapai 1200 ºC adalah : ± 36 menit.
kWh = 1000 P x 60 h = 1000 1 , 8205 x 60 36 = 8.2051 x 0.6 = 4.9 kWh

## 4. EVALUASI RANCANGAN
Analisis Kelayakan Ekonomi dan Keuangan Produk Pada  tahap  ini  terlebih  dahulu  dilakukan  perhitungan  biaya  yang  dikeluarkan  untuk memproduksi  satu  unit  Tungku Pemanas  dengan  pengeluaran  total  yakni  ±  Rp.  5.000.000 diharapkan dapat dijual dengan harga yang lebih tinggi.

## 5. KESIMPULAN
Dari  perancangan  yang  telah  dilakukan,  maka  penulis  dapat  membuat  kesimpulan  sebagai berikut:  material  batu  tahan  api  type  SK34  dengan  jumlah  40  Pcs  memiliki  temperatur maksimalnya  1400 o C,  filament  berbahan  dasar  FeCrAl  sebagai  penghantar  panas  menggunakan kanthal  A1  yang  digunakan  sampai  temperature  1200 o C  dengan  panjang  279cm,  konsumsi pemakaian  listrik  pada  perancangan  ini  yakni  4.9  kWh  /  36  menit.  Desain  yang  dibuat menggunakan autocad dan solidwork dengan menghasilkan gambar 2D dan 3D berupa komponen –  komponen  tungku  pemanas,  tungku  pemanas  memiliki  tinggi  47cm  panjang  51cm  dan  lebar 55cm.

## 6. SARAN
Saran  kedepannya  ialah  melakukan  perubahan  pada  dimensi  tungku  sehingga  mempunyai ruang kosong yang lebih besar, sehingga dapat  menampung  banyak material logam yang akan di heat treatment.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Suryana,  Cahya.  2012. Trainer  Dispenser  Hot  And  Cool  Unit  Proyek  Akhir. D3  Thesis. Negeri Yogyakarta
[2]  Abrianto Akuan, 2009, “Tungku Peleburan Logam”
[3]  Surdia, Tata, 1986, Teknik Pengecoran logam , Edisi kedua, PT Pradaya Paramita Bandung
[4]  Yulianto,  A.,  Darmawan,  A.  S.,  &  Wahyono,  E.  (2012).  redesain  dapur  krusibel  dan penggunaannya  untuk  mengetahui  pengaruh  pemakaian  pasir  resin  pada  cetakan  centrifugal casting. jurusan teknik mesin universitas muhammadiyah Surakarta
[5]  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.
[6]  Andhika,  Dwi.  (2009).  Meneliti  Hubungan  Antara  Kadar  Tanah  Liat  Pada  Cetakan Pengecoran  Aluminium  Dengan  Kehaluhan  Permukaan  Hasil  Cetak  Dan  Kekuatan  Tarik. jurusan teknik mesin universitas malang.
[7]  Istana,  Budi,  Lukman,  Japri,  (2012)  Rancang  bangun  dan  pengujian  tungku  peleburan aluminium  berbahan  bakar  minyak  bekas,  jurusan  teknik  mesin  universitas  muhammadiyah riau.
[8]  Arianto  Leman  .S.  dan  Tiwan,  2014  “  Pengembangan  Tungku  Peleburan  Aluminium  untuk Mengengembangkan kompetensi Pengecoran di SMK Prodi Keahlian Teknik Mesin.
[9]  Muhammad  Rais  Rahmat,  “Perancangan  Dan  Pembuatan  Tungku  Heat  Treatment”Jurnal Imiah Teknik Mesin, Vol. 3, No.2 Agustus 2015 Universitas Islam 45 Bekasi,
[10]  Hadyan  gilang  kurnia,  2013  “Sistem  Instrumentasi  Termokopel  Jurusan  Teknik  Elektro Fakultas Teknik Univeresitas Diponegoro 2013.
[11]  Agus  Rizal,  Yudi  Samantha,  Asep  Rachmat,  2016  “PEMBUATAN  TUNGKU  PEMANAS ( MUFLLE  FURNACE )  KAPASITAS  1200 0 C” Teknik  Mesin,  Fakultas  Teknik,  Universitas
Majalengka.
[12]  Ariffudin,  S.  D.,  &  Wulandari,  D.  (2014).  Perancangan  Sistem  Pemanas  Pada  Rancang Bangun  Mesin  Pengaduk  Bahan  Baku  Sabun  Mandi  Cair  Satriya  Dwi  Ariffudin.  Teknik Mesin, Universitas Negeri Surabaya, 1, 52–57.