Jurnal Teknik Mesin Univ. Muhammadiyah Metro
URL: http://ojs.ummetro.ac.id/index.php/turbo

## PERANCANGAN DAN PEMBUATAN DAPUR PELEBURAN ALUMINIUM BERBAHAN BAKAR GAS (LPG)
Eko Nugroho 1 , Yudi Utomo 2
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Metro 1,2
Jl. Ki Hajar Dewantara 15 A Metro, Lampung Email: exonugros@gmail.com 1 , yudiutomo123@yahoo.com 2

## ABSTRAK
Industri  pengecoran  sangat  dibutuhkan  dalam  pengembangan  suatu  produk,  baik permesinan maupun produk rumah tangga. Dapur peleburan logam ( furnace ) merupakan suatu alat yang penting dalam menghasilkan suatu produk. Dapur peleburan logam yang tersedia di pasaran sangatlah mahal dan susah untuk mendapatkanya karna harus diimpor dari luar negeri, selain  itu  juga  bahan  bakar  yang  digunakan  seperti  batu  bara,  minyak  tanah,  listrik  yang ketersedian  terbatas  dan  memerlukan  biaya  yang  cukup  mahal.  Menjawab  permasalahan tersebut maka dalam penelitian ini perlu adanya perancangan dan pembuatan dapur peleburan alumunium yang sederhana, mudah pembuatanya, mudah dipindah – pindahkan ( portable ) dan yang paling penting adalah murah harganya sehingga dapat dijangkau oleh industri – industri pengecoran  skala  rumah  tangga  ataupun  skala  laboratorium.  Tujuan  penelitian  ini  adalah merancang dan membuat serta mengetahui kalor yang dibutuhkan untuk melebur alumunium, mengetahui  lama  waktu  yang  digunakan,  serta  mengetahui  efesiensi  termal  pada  dapur peleburan, dan kapasitas produksi. Metode penelitian ini adalah perancangan dan pembuatan dapur peleburan alumunium menggunakan metode pengujian dapur yaitu dengan melelehkan atau meleburkan alumunium bekas dengan menggunakan bahan bakar gas (LPG) yang dibantu udara dari blower yang dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah  Metro.  Hasil  penelitian  adalah  kalor  yang  dibutuhkan  untuk  melebur alumunium 10 kg yaitu 10925,25 kJ, dengan waktu 1 jam 30 menit dan konsumsi bahan bakar yang digunakan adalah 4,9 kg dengan efesiensi dapur peleburan 4,42 % dan efesiensi termal dapur  peleburan  97,8  %.  Untuk  kapasitas  produksi  yang  dihasilkan  dari  dapur  peleburan alumunium yaitu 9 kg dengan diameter cawan 200 mm dan tinggi 360 mm.
Kata Kunci : Dapur Peleburan, Alumunium, Bahan Bakar Gas (LPG),  Efesiensi.

## PENDAHULUAN
Proses  Pengecoran (casting) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam  dicairkan  dalam  dapur  peleburan kemudian dituang ke dalam rongga cetakan sehingga  menghasilkan  suatu  produk  cor (coran). Jenis dan klasifikasi dapur peleburan  yang  saat  ini  berkembang diantaranya  adalah  dapur  krusibel,  dapur kupola,  dapur  busur  listrik,  dapur  induksi, dapur aliran langsung [1].
Bahan  bakar  yang  biasa  digunakan untuk  proses  pengecoran  diantaranya  batu bara, bahan bakar minyak, listrik, dan kokas yang  ketersediaanya  sangat  terbatas  dan
proses pembuatan serta pengoprasianya pun membutuhkan  biaya  yang  cukup  besar sehingga  kalangan  industri  pengecoran skala  kecil  tidak  mampu  bersaing  dalam mutu,  kwalitas  serta  jumlah  produksi  yang dihasilkan.
Untuk menjawab permasalahan tersebut  di  atas  maka  perlu  adanya perancangan dan pembuatan dapur peleburan  alumunium  menggunakan  bahan bakar  gas  (LPG)  dengan  desain  yang sederhana, mudah dipindah-pindahkan
( portable )  dengan  menggunakan  bahan bakar yang efisien serta mudah perawatanya, selain itu juga untuk
membantu  para pengerajin  industri-industri pengecoran  logam  skala  kecil  ( home industry )  dalam  berkompetisi dengan produk impor. Penelitian ini merancang dan membuat  dapur  peleburan  berupa  bentuk, ukuran,  tata  letak  bahan  isolasi  yang dituangkan dalam gambar rancangan teknik. Untuk  meleburkan  alumunium  penulis menggunakan  bahan  bakar  gas  (LPG) dengan  bantuan  udara  dari  blower  untuk mendapatkan temperatur panas yang maksimal.  Panas  yang  dihasilkan  tidak semua digunakan untuk meleburkan alumunium  melainkan  panas tersebut diserap  oleh  cawan  lebur,  bata  tahan  api, panas  yang  terbuang  akibat  peleburan  dan panas  yang  hilang  secara  cuma-cuma. Selanjutnya  akan  dilakukan  pembuatan dapur  sesuai  dengan  hasil  rancangan  dan pada akhirnya akan diuji untuk meleburkan alumunium.

## TINJAUAN PUSTAKA

## Dapur Peleburan
Adalah  dapur  yang  berfungsi  untuk merubah fase padat menjadi cair (meleburkan)  dengan  cara  dipanaskan hingga  mencapai  titik  cair  tertentu.  Proses ini  dinamakan  pencairan  bahan.  Cairan bahan  ini  dapat  merupakan  paduan  dari beberapa  bahan  yang  dilebur  dan  dipadu menjadi satu.
Secara  detail  proses  peleburan memiliki fungsi sebagai berikut:
1. Mengubah  fase  padat  bahan  baku menjadi cair
2. Melakukan  peleburan  dan  memadu bahan-bahan  awal  menjadi  bahan yang sesuai dengan komposisi yang diinginkan.
3. Mengubah  komposisi  suatu  bahan baku
4. Menggunakan  perlakuan  khusus untuk mengubah sifat bahan. Berdasarkan energi yang digunakan,
dapur  yang  sering  digunakan  untuk peleburan  logam  dapat  diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu :
1. Dapur dengan media bahan bakar
a. Dapur tinggi ( Blast furnace )
b. Dapur kupola ( Cupola furnace )
c. Dapur krusibel ( Crucible furnace )
d. Dapur kowi
2. Dapur dengan energi listrik
a. Dapur induksi
b. Dapur busur api
Namun untuk jenis dapur tinggi dan dapur kupola sudah mulai jarang digunakan karena  pertimbangan  tertentu.  Sedangkan bahan bakar yang digunakan untuk peleburan  logam  yaitu  :  minyak  tanah, listrik, batu bara, kokas, gas, solar dan arang kayu.

## Dapur Krusible
Adalah  dapur  yang  paling  tua digunakan.  Krusibel  adalah  tempat  yang berbentuk menyerupai cawan atau mangkuk digunakan  untuk  peleburan  bahan  non logam.  Nama  krusible  diambil  dari  bentuk benda  tersebut  yang  krus  (diameter  bagian bawah  lebih  kecil  dibandingkan  dengan bagian  atas).  Dapur  ini  mempunyai konstruksi paling sederhana, sangat fleksibel  dan  serba  guna  untuk  peleburan skala  kecil  dan  sedang.  Bahan  bakar  dapur krusibel adalah gas, listrik dan bahan bakar minyak  karena  akan  mudah  mengawasi operasinya dan mudah dalam perawatanya.

## Gambar 1. Tiga jenis dapur krusibel yang sering digunakan [2]

## Perhitungan Dapur Peleburan
Dalam  perancangan  dan  pembuatan dapur  peleburan  alumunium  ada  beberapa perhitungan  yang  akan  dicari  untuk mendapatkan  efesiensi  termal  pada  dapur peleburan. Adapun yang akan diperhitungkan adalah sebagai berikut :
1) Kalor Untuk Melebur Alumunium (Q 1 )
Kalor yang dibutuhkan adalah:
Q 1 = Q a + Q b + Q c = (m al . C p1 . ∆T 1 ) + (m al . h)+
(m al . C p2 . ∆T 2 )
Dengan : Q 1 =  kalor  untuk  melebur  alumunium (kJ) Q a =  kalor  yang  menaikan  suhu  kamar menjadi suhu cair alumunium (℃) Q b = kalor yang merubah fase alumunium padat menjadi cair (℃)
Q c
=  kalor  yang  menaikan  temperatur cair ke temperatur penuangan (℃) m al =  masa  alumunium  yang  akan dilebur (kg) C p1 = kalor jenis bahan alumunium padat = 0,215 kkal/kg ℃ [3] C p2 = kalor jenis bahan alumunium cair = 0,26 kkal/kg ℃   [3] h =  kalor  lebur  atau  kalor  latent alumunium
= 95 kkal/kg          [3] ∆T 1 =  perubahan  suhu  dari  suhu  kamar menjadi suhu cair alumunium ℃ ∆T 2 =  perubahan  suhu  dari  suhu  cair alumunium menjadi suhu penuangan ℃ 2) Kalor yang Diserap Batu Tahan Api (Q 2 ) Batu  tahan  api  digunakan  sebagai penahan panas (bahan isolator). Kalor yang diterima  oleh  bata  tahan  api  selama  proses peleburan  dapat  dihitung  dengan  rumus sebagai berikut [4]:
Q 2 = m b . C pb .  ∆T b Dengan: Q 2 =  kalor  yang  diserap  bata  tahan  api (kJ)
C pb = panas jenis bata
= 0,48 kkal/kg ℃ [3] ∆T b = perubahan suhu pada bata (℃) m b =  masa  bata  yang  menerima  panas (kg)
m b = 1/4 . π . (D lb 2 – D db 2 ) . t b . ρ
Diketahui:
D lb = diameter luar bata (m)
D db = diameter dalam bata (m) tb =  tinggi  bata  yang  menerima  panas (m) ρ = masa jenis bata =1600 (kg/m 3 ) [3]
3) Kalor yang Diserap Cawan Lebur (Q 3 )
Cawan  lebur  adalah  bagian  yang paling  besar  mengalami  perubahan  suhu. Besar kalor yang diserap cawan lebur dapat dicari dengan rumus berikut [4]:
Q 3 = m c .C pc . ∆T c Dengan: Q 3 = kalor yang diserap cawan lebur (kj)
C pc = panas jenis cawan lebur = 0,46 kkal/kg ℃ [3] ∆T b =  perubahan  suhu  pada  cawan  lebur (℃)
m c = masa cawan yang menerima panas (kg) mc = 1/4 . π . (D lc 2 – D dc 2 ) . t c . ρ
Diketahui: D lc = diameter luar cawan lebur (m) D dc = diameter dalam cawan lebur (m) t c = tinggi cawan yang menerima panas (m) ρ = masa jenis cawan = 7.833 (kg/m3) [4]
4) Kalor  yang  Diserap  Dinding  Plat  Luar (Q 4 ) Besar  kalor  yang  diserap  oleh dinding plat luar adalah [4]:
Q 4 = m pl .Cp pl . ∆T pl Dengan :
Q 4 =  kalor  yang  diserap  dinding  plat luar (kJ)
Cp pl = panas jenis dinding plat luar.
= 0,46 kkal/kg ℃
[3] ∆T pl = perubahan suhu pada dinding plat luar (℃)
m pl =  masa  plat  yang  menerima  panas (kg) m pl = π . D pl . t pl . x pl . ρ
Diketahui: D pl = diameter plat luar (m) t pl =  tinggi  plat  yang  menerima  panas (m) x pl
= ketebalan dinding plat luar (m)
ρ = masa jenis plat luar = 7.833 (kg/m 3 ) [4]
5) Kalor yang Diserap Plat Atas (Q 5 )
Dapat  dicari  dengan  menggunakan rumus sebagai berikut :
Q 5 = m pa .Cp pa . ∆T pa [4] Dengan : Q 5
= kalor yang diserap plat atas (kJ) Cppa   = panas jenis plat atas = 0,46 (kkal/kg ℃) [3]
∆Tpa   = perubahan suhu pada plat atas (℃) mpa   =  masa  plat  yang  menerima  panas (kg) mpa   = π . D pa . t pa .  x pa . ρ
Diketahui: D pa
= diameter plat atas (m) t pa
=  tinggi  plat  yang  menerima  panas
(m) x pa = tebal plat atas (m) ρ
= masa jenis plat = 7.833 (kg/m 3 ) [4]
6) Kalor Total yang Diserap (Q total )
Banyaknya  kalor  total  ialah  jumlah keseluruhan  kalor  yang  diserap  oleh  bahan dapur peleburan yaitu :
Q total = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5
Diketahui :
Q1 =  kalor  untuk  melebur  alumunium
(kJ)
Q2 =  kalor  yang  diserap  batu  tahan  api (kJ) Q3 =  kalor  yang  diserap  cawan  lebur (kJ) Q4 =  kalor  yang  diserap  dinding  plat luar (kJ) Q5 = kalor yang diserap plat atas (kJ)
7) Laju  Aliran Panas  Pada  Dinding Dapur
(q 1 )
Laju  aliran  panas  kedinding  harus diperkecil semaksimal mungkin,  agar tidak banyak  panas  yang  terbuang.  Laju  aliran panas  pada  dinding  dapat  dicari  dengan rumus sebagai berikut [4]:
q 1 = 2.  π .L .  (∆T) ln( r2 r1 ) Ksemen + ln( r3 r2 ) Kbata + ln( r4 r3 ) Kplat
Diketahui:
q1 =  laju  aliran  panas  pada  dinding (Joule/sekon) k = konduktivitas termal (W/m ℃) ∆T = perubahan suhu pada dinding (℃)
t
= tinggi (m)
r 1 = jari – jari semen (m)
r 2 = jari – jari tebal semen (m) r 3 = jari – jari bata (m) r 4 = jari – jari plat luar (m)
8) Panas yang Terbuang Melalui Cerobong (q 2 ) Panas  yang  keluar  melalui  plat  atas akan keluar secara konduksi melalui plat dan keluar melalui konveksi keudara bebas. Laju aliran panas melalui plat ini dapat  dihitung [4]:
q 2 = h . A . ∆T
Diketahui:
q 2 =  laju  aliran  panas  pada  plat  atas (kJ/jam) A = luas permukaan plat atas (m 2 ) = 1/4 . π. d 2
∆T = perubahan suhu pada plat atas (℃)
h =  koefisien  perpindahan  panas (W/m2 ℃) Re = (ρ.v.d)/μ Nu = 0,023 . Re d 0,8 . Pr 0,4 sehingga h = Nu . k/d
9) Panas  yang  Terbuang  Melalui  Cawan Lebur (q 3 )
Panas  yang  keluar  melalui  lubang cawan  lebur  secara  konveksi  dapat  dicari dengan [4]:
q3 = h . A . ∆T
Diketahui:
q 3 =  laju  aliran  panas  pada  cawan (kJ/jam) A = luas permukaan cawan (m 2 ) = 1/4 . π. d 2
∆T = perubahan suhu pada cawan (℃)
h =  koefisien  perpindahan  panas (W/m 2 ℃) Re = (ρ.v.d)/μ Nu = 0,023 . Red 0,8 . Pr 0,4 sehingga
h = Nu . k/d
Banyak  laju  aliran  kalor  yang terbuang dalam proses peleburan ini adalah: qtotal = q 1 + q 2 + q 3 Diketahui: q 1 = laju aliran pada dinding (kJ/jam) q 2
=  panas  yang  terbuang  melalui  plat atas (kJ/jam)
q 3
=  panas  yang  terbuang  melalui cawan lebur (kJ/jam)
10) Waktu Peleburan
Untuk  mengetahui  waktu  yang dibutuhkan untuk dapat meleburkan alumunium, maka harus mengetahui berapa besar laju aliran panas kecawan lebur. Laju aliran  panas  kecawan  dapat  dicari  dengan rumus sebagai berikut [4]:
q c = K c .  A c ∆X c (T c2 – T c1 )
Diketahui :
qc =  laju  aliran  kalor  kecawan  lebur (kJ/jam) kc = konduktivitas cawan lebur = 54 (W/m° C) [4] ∆X c = tebal cawan lebur (m)
T c1 = suhu bagian dalam cawan (℃)
T c2 = suhu bagian luar cawan (℃) A c = luas permukaan cawan lebur (m 2 ) =  1/4  .π .d 2
Waktu  yang  dibutuhkan  untuk melebur alumunium padat menjadi cair pada dapur  peleburan  ini,  dapat  diketahui  dari besarnya  angka  perbandingan  antara  kalor yang dibutuhkan untuk melebur alumunium dengan laju aliran kalor yang diterima oleh cawan lebur, yaitu [4]:
t = Q 1 q 𝑐 Diketahui :
t
= waktu (jam)
Q 1 =  kalor  untuk  melebur  alumunium
(kJ) q c =  kalor  yang  diterima  cawan  lebur (kJ/jam)
11) Kapasitas Produksi Dapur Peleburan Fungsi  cawan  lebur  adalah  tempat untuk  logam  cair  selama  proses  peleburan berlansung.  Cawan  lebur  harus  memiliki titik cair yang jauh lebih tinggi dari titik cair logam yang akan dilebur, sehingga kapasitas produksi  dapat  dicari  dengan  menimbang alumunium sebelum peleburan dan sesudah peleburan.
12) Konsumsi Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan dalam proses  peleburan  alumunium  adalah  gas
(LPG)  yang  mempunyai  nilai  pembakaran tinggi  yaitu  50400  kJ/kg.  Maka  jumlah bahan  bakar  yang  dibutuhkan  adalah perbandingan  dari  jumlah  kalor  yang dibutuhkan  untuk  melebur  alumunium  dan kalor  yang  terbuang  dengan  jumlah  energi per masa bahan bakar yaitu [5]:
m bb = Q lebur + Q yang diserap
nilai kalor bb Diketahui:
m bb = masa bahan bakar (kg) Q lebur =  kalor  yang  diperlukan untuk  melebur  alumunium (kJ) Q yang diserap =  kalor  yang  diserap  oleh bahan dapur (kJ)

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan pada Agustus – September 2015 di Laboratorium Teknik  Mesin  Universitas  Muhammadiyah Dalam penelitian ini ada beberapa peralatan dan  bahan  yang  akan  digunakan  untuk perancangan dan pembuatan dapur pelebur. Adapun alat yang digunakan adalah Burner, Pemantik  api/mancis,  Selang  dan  regulator gas, Termokopel, Cawan lebur, Blower, Gas (LPG),  dan  Ladle.  Sedangkan  bahan  yang digunakan dalam penelitian ini adalah Bata tahan  api,  Semen  tahan  api,  Plat  besi  atau baja  karbon,  Plat  besi,  Aluminium  scrap (piston bekas).
Dalam  perencanaan  dan  pembuatan dapur peleburan ini akan dirancang sebagai berikut :
1. Konstruksi dapur Dapur  pelebur  ini  dirancang  untuk melebur  alumunium  secara  fisik,  dapur  ini memakai  bahan  bakar  gas  (LPG)  untuk memanasi sebuah cawan lebur yang terletak ditengah – tengah yang dilapisi dengan bata tahan  api,  dimana  antara  cawan  lebur  dan bata tahan api tersebut terdapat ruang bakar.
2. Cawan lebur Fungsi  cawan  lebur  adalah  untuk tempat  mencairkan  alumunium  selama proses peleburan berlangsung. Cawan lebur harus  memiliki  titik  cair  yang  lebih  tinggi dari titik logam cair yang akan dilebur. Pada perencanaan  ini  cawan  lebur  yang  dipakai
adalah  pipa  silinder  yang  terbuat  dari  baja karbon rendah dengan ukuran diameter 200 mm, tebal 3 mm dan tinggi 360 mm.
Gambar 2. Perancangan cawan lebur
3. Penumpu cawan lebur Penumpu berfungsi untuk menumpu cawan lebur pada ruang bakar. Penumpu ini terbuat dari bata tahan api jenis SK 32 yang mampu menahan temperatur 1710℃ sedangkan  temperatur  ruang  bakar  hanya mencapai  sekitar  660℃.  Pada  penumpu cawan Penumpu yang digunakan berjumlah empat buah dengan ukuran tinggi 100 mm, lebar 100 mm.
Gambar 3. Perancangan penumpu cawan lebur
Keterangan:
1) Bata tahan api sebagai penumpu cawan lebur.
2) Ruang bakar pada bagian cawan lebur.
4. Ruang bakar Adalah  tempat  dimana  nyala  api memanasi  cawan  lebur,  ruang  bakar  ini dilapisi  dengan  campuran  semen  dan  bata tahan  api  yang  telah  tersusun  dengan  rapi dengan lebar ruang bakar 50 mm, sedangkan
tinggi ruang bakar adalah tinggi cawan lebur ditambah tinggi dudukan cawan lebur yaitu 450 mm.
Gambar 4. Perancangan ruang bakar
Keterangan :
1) Ruang bakar
2) Tinggi ruang bakar
5. Tutup dapur Fungsi  tutup  dapur  yaitu  untuk meredam panas saat proses peleburan. Pada tutup dapur terdapat lubang  yang berfungsi untuk  mengontrol  material  yang  dilebur serta  keluarnya  panas,  dan  tuas  angkat berfungsi  sebagai  pegangan  saat  tutup dibuka.  Tutup  terbuat  dari  baja  plat  tipis sebagai  dinding  penahanya,  diameter  luar 570 mm dan diameter dalam 100 mm.
6. Dinding luar
Fungsi  dinding  luar  adalah  sebagai penahan  yang  mengelilingi  bata  tahan  api sehingga  panas  yang  keluar  cukup  sedikit. Dinding  luar  dapur  terbuat  dari  baja  plat tipis yang dirol membentuk silinder dengan diameter  500  mm,  tinggi  500  mm.  Untuk dinding pada bagian bawah sama memggunakan  baja    plat  tipis  dengan diameter 500 mm.
Langkah – langkah dalam melakukan  pengujian  pada  penelitian  ini sebagai berikut:
1) Menyiapkan  dapur  terlebih  dahulu, kemudian menghubungkan burner bahan  bakar  gas  tersebut  kesaluran masuk  bahan  bakar.  Sebelum  itu diperiksa terlebih dahulu apakah selang bahan  bakar  sudah  terpasang  dengan baik.
2) Memasukkan  cawan  lebur  ke  dalam dapur dengan terlebih dahulu memeriksa  cawan  lebur  apakah  terjadi kebocoran  dan  membersihkan  cawan lebur  dari  kotoran,  ini  dimaksudkan agar  kualitas  alumunium  pada  proses peleburan  tidak  tercampur  dengan kotoran  ataupun  benda  yang  akan dilebur.
3) Mengatur  jumlah  bahan  bakar  gas  dan udara  yang  akan  digunakan  untuk proses  peleburan  alumunium,  lalu
menghidupkan api menggunakan pematik.  Langkah  ini  bertujuan  agar pada  saat  proses  peleburan  tidak menghabiskan  bahan  bakar  terlalu banyak dan mempercepat proses
peleburan.
4) Proses  awal  pemanasan  cawan  lebur, memasukkan alumunium kedalam
cawan  lebur  kemudian  menutup  agar pemanasan yang terjadi di dalam cawan tersebut tidak menyebar keluar sehingga  panas  di  dalam  cawan  akan cepat  meleburkan  alumuium  dan  lebih efisiensi  waktu.  Pada  langkah  ini alumunium  ditimbang  terlebih  dahulu sebelum  dimasukan  ke  dalam  cawan lebur
5) Ketika  cawan  lebur  sudah  panas  dan berwarna  merah,  alumunium  akan menyusut  dan  terjadi  proses  peleburan alumunium  di  dalam  cawan  lebur tersebut, jika alumunium sudah mencair, maka sisa alumunium dibuang dan  alumunium  diaduk  secara  terus menerus.  Pada  saat  inilah  proses pengecoran  dapat  dilakukan  pada cetakan yang telah disiapkan sebelumnya.
6) Pengambilan  data  dilakukan  selama proses  peleburan  terjadi  pada  dapur peleburan  adalah  dengan  menganalisa perpindahan  kalor  yang  terjadi,  waktu yang dibutuhkan untuk melebur alumunium,  kalor  yang  dibutuhkan untuk  melebur  alumunium,  jumlah bahan  bakar  yang  digunakan  dan efesiensi dapur peleburan.
Metode  penelitian  secara  singkat ditunjukkan  pada  gambar  diagram  alir berikut.
Gambar 5. Diagram Alir Perancangan Dapur Peleburan Alumunium

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian dapur peleburan dilakukan dengan cara melebur alumunium bekas menggunakan bahan bakar gas (LPG) dengan  laju  aliran  2,3  m/s  dibantu  dengan suplai  udara dari blower dengan laju aliran 7,3  m/s  untuk  mendapatkan  temperatur maksimal. Berikut spesifikasi dapur peleburan dan data hasil peleburan alumunium. Diameter luar dapur = 570 mm Diameter dalam dapur = 330 mm Tinggi dapur = 520 mm Tebal semen tahan api =  5 mm Tebal plat dapur = 2 mm Diameter luar cawan = 206 mm Diameter dalam cawan = 200 mm Tinggi cawan lebur = 360 mm Bahan bakar = LPG 12kg
Suplai udara = Blower Tinjaun pada penelitian yang
dilakukan selama proses peleburan alumunium  menggunakan  bahan  bakar  gas (LPG) dapat disajikan pada tabel 1.
Tabel 1. Temperatur rata – rata pada setiap bagian material dapur peleburan
Data  pada  tabel  1  selanjutnya digunakan  untuk  menghitung  laju  aliran kalor  pada  setiap  bahan  material  dapur peleburan dan banyaknya jumlah kalor yang terserap oleh bahan material.
1) Kalor untuk Melebur Alumunium (Q 1 )
Banyaknya kalor untuk melebur alumunium adalah;
Q 1 = Q a + Q b + Q c = (m al . Cp 1 . ∆ T 1) +( m al . h) + (m al . Cp 2 . ∆ T 2 ) = (10 kg . 0,215 kkal/kg ℃ . 663 ℃ ) +
(10  kg  .  95  kkal/kg)  +  (10  kg  .  0,26 kkal/kg ℃ . 90 ℃ )
= 1425,45 kkal + 950 kkal + 234 kkal = 2609,45 kkal
= 10925,25 kJ
2) Kalor yang diserap Batu Tahan Api (Q 2 ) Q 2 = m b .Cp b . ∆ T b m b = 1 4 . 𝜋 . (D lb 2 – D db 2 ) . t b . 𝜌 m b = 1 4 . 3,14 . (0,57 2 m – 0,33 2 m) .
0,52 m . 1600 kg/m 3 m b =  0,785  .  (0,32  m  –  0,11  m)  .  832 kg/m 2
m b = 137,15 kg
Sehingga  banyaknya  panas  yang  diserap bata tahan api adalah :
Q 2 = 137,15 kg . 0,84 kkal/kg ℃ . 447,4 ℃ Q 2 = 51543,16 kkal
Q 2 = 215800,9 kJ
3) Kalor yang diserap Cawan Lebur (Q 3 )
Q 3 = m c .Cp c . ∆ T c m c = 1 4 . 𝜋 . (D lc 2 – D dc 2 ) . t c . 𝜌 m b = 1 4 . 3,14 . (0,206 2 m – 0,2 2 m) . 0,36 m . 7833 kg/m 3 m b =  0,785  .  (0,043  m  –  0,04  m)  .
2819,88 kg/m 2
m b = 6,64 kg
Maka kalor yang diserap cawan lebur:
Q 3 = 6.64 kg . 0,46 kkal/kg ℃ . 742 ℃ Q 3 = 2266,36 kkal
Q 3 = 9488,79 kJ
4) Kalor  yang  diserap  Dinding  Plat  Luar (Q 4 ) Q 4 = m pl .Cp pl . ∆ T pl m pl = 𝜋 . D pl . t pl . x pl . 𝜌 m pl = 3.14 . 0,57  m . 0,52  m . 0,002 m . 7833 kg/m 3 m pl = 14,58 Kg
Sehingga banyaknya kalor yang diserap oleh dinding plat luar adalah:
Q 4 = 14,58 kg . 0,46 kkal/kg ℃ . 389,7 ℃ Q 4 = 2613,63 kkal Q 4 = 10942,7 kJ
5) Kalor yang diserap Plat Atas (Q 5 )
Banyaknya kalor yang diserap plat atas : Q 5 = m pa .Cp pa . ∆ T pa Berat plat yang mengalami perubahan suhu adalah:
m pa = 𝜋 . D pa . t pa . x pa . 𝜌 m pa = 3,14 . 0,57 m . 0,045 m . 0,002 m
. 7833 kg/m 3
m pa = 1,26 kg
Sehingga kalor yang diserap plat atas selama peleburan adalah :
Q 5 = 1,26 kg . 0,46 kkal/kg ℃ . 399,3 ℃ Q 5 = 231,4 kkal Q 5 = 968,82 kJ
6) Kalor Total yang diserap (Q total ) Jumlah  keseluruhan  kalor  yang  diserap oleh bahan dapur peleburan adalah:
Q total = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 Q total =  10925,25  kJ  +  215800,9  kJ  + 9488,79 kJ + 10942,7 kJ + 968,82 kJ Q total = 248126,46 kJ
7) Laju  Aliran  Panas  Konveksi  pada Dinding Dapur (q 1 )
Laju aliran panas konveksi pada dinding dapur dapat dihitung sebagai berikut :
q 1 = 2.𝜋.L .  ∆T ln ( r2 r1 ) Ksemen + ln ( r3 r2 ) Kbata + ln ( r4 r3 ) Kplat = 2 .  3,14 .  0,52 m .  389 ℃ ln( 0,17 m 0,16 m ) 1,1 W/m ℃ + ln ( 0,29 m 0,17 m ) 0,60 W/m ℃ + ln ( 0,292 m 0,29 m ) 54 W/m ℃ = 1270,3 m ℃ 0,958 W/m ℃ = 1325,99 Watt = 4773,56 kJ/jam
8) Panas yang Terbuang Melalui Cerobong (q 2 )
Besar  laju  aliran  panas  konveksi  yang keluar melalui plat atau pembuangan adalah sebagai berikut :
q 2 konv = h . A . ∆ T 663 ℃ – 37 ℃ = 626 ℃ = 899.15 K Dari  tabel  siftat-  sifat  udara  pada  tekanan atmosfer didapat sebagai  berikut :
Rumus  interpolasi  = selisih T
selisih T pada tabel x (selisih  angka  yang dicari)+angka T terkecil
𝜌 = 850 K – 899,15 K 850 K−900 K x  (0,3925  –  0,4149)  +
0,4149
=  0,3929 kg/ m 3
𝜇 = 850 K – 899,15 K 850 K−900 K x (3,899 – 3,765) + 3,765
= 3,89 kg/m.s x 10 −5
k = 850 K – 899,15 K 850 K−900 K x (0,06279 – 0,06028) +
0,06028
= 0,06274 W/m ℃ p r = 0,694
Re = 0,3929 kg m3 .  5,3 m/s.  0,1 m
3,89 kg/m.s x 10 −5 = 5347
Nu = 0,023 . Re 0,8 . Pr 0,4 = (0,023).( 5347) 0,8 . (0,694) 0,4 = 19,087 h = 19,087 .  0,06274w/m ℃ 0,1 m = 11,975 W/m 2 ℃ q 2 = 11,975 W/m 2 ℃ . 0,01 m 2 . 626 ℃ = 74,96 Watt
= 269,856 kJ/jam
9) Panas  yang  Terbuang  Melalui  Cawan Lebur (q 3 )
Panas yang keluar melalui lubang cawan lebur  secara  konveksi  adalah  sebagai berikut:
q 3 konv = h . A . ∆ T Selisih T cawan 775 ℃ - 27 ℃ = 748 ℃ = 1021.15K
Dari  tabel  siftat-  sifat  udara  pada  tekanan atmosfer didapat sebagai berikut :
𝜌 = 1000 K – 1021,15 K 1000 K−1100 K x (0,3204 – 0,3524) + 0,3524 = 0,345 kg/ m 3 𝜇 = 1000 K – 1021,15 K 1000 K−1100 K x (4,44 – 4,152) + 4,152 = 4,212  kg/m.s x 10 −5
k = 1000 K – 1021,15 K
1000 K−1100 K x (0,0732 – 0,06752) + 0,06752 = 0,068656  W/m ℃ p r = 1000 K – 1021,15 K 1000 K−1100 K x (0,704 – 0,702) + 0,702 = 0,70242
Re = 0,345 kg m3 .  1,2 m s .  0,2 m 4,212   kg/m.s x 10 −5 = 196,58
Nu = 0,023 . Re 0,8 . Pr 0,4
= (0,023) . (196,58) 0,8 . (0,70242) 0,4
= 1,352 h = 1,352 .  0,068656 W/m ℃ 0,2 m =0,464 W/m 2 ℃ q 3 = 0,464 W/m 2 ℃ . 0,2 m . 748 ℃
= 96,6416 Watt
= 347,909 kJ/jam
Jumlah  laju  aliran  panas  konveksi  yang terbuang dalam proses peleburan ini adalah:
q total = q 1 + q 2 + q 3 q total =  4773,56  kJ/jam  +  269,856 kJ/jam + 347,909 kJ/jam q total = 5391,31 kJ/jam
10) Waktu Peleburan Untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan untuk dapat melebur alumunium adalah :
q c = K c .  A c ∆X c (T c2 – T c1 ) A c = 1 4 . 𝜋 . d 2 = 1 4 . 3,14 . 0,2 m . 0,2 m = 0,03 m 2
Sehingga laju aliran kecawan adalah :
q c = 54 W/m° C .  0,03 m 2
0,003m . ( 750 ℃ - 745 ℃ ) q c = 2700 Watt q c = 9720 kJ/jam Waktu  yang  digunakan  untuk  melebur alumunium  dapat  diketahui  dari  besarnya angka  perbandingan  antara  kalor  yang dibutuhkan  untuk  melebur  alumunium dengan laju aliran kalor yang diterima oleh cawan lebur, yaitu:
t = Q 1 q 𝑐 t = 10925,25 kJ
9720 kJ/jam
t = 1,30 jam = 90 menit
11) Kapasitas Produksi Dapur Peleburan
Kapasitas  produksi  dapur  peleburan yang dihasilkan dengan melebur alumunium 10 kg adalah 9 kg alumunium dengan waktu 90 menit.
12) Konsumsi Bahan Bakar
Jumlah  bahan  bakar  yang  digunakan selama proses peleburan adalah:
m bb = Q lebur + Q total yang terserap nilai bahan bakar
= 10925,25 kJ + 237201,21 kJ 50400 kJ/kg
= 4,9 kg
13) Efisiensi Termal Peleburan Alumunium
𝜂 = Q alumunium Q in . 100 % = 10925,25 246960 .100 %
= 4,42 %
14) Efesiensi Termal Dapur Peleburan
Efesiensi termal dapur peleburan adalah:
𝜂 = Q use Q in . 100 %
= 261588,05
246960 .100 %
= 97,8 %
Setelah  melakukan  pegujian  dan perhitungan  adapun  pembahasan  dapur peleburan alumunium adalah sebagai berikut:
1) Hasil  perhitungan  banyaknya  kalor untuk  meleburkan  alumunium  10  kg yaitu 10925,25 kJ.
2) Dari  hasil  pengujian  dapur  peleburan alumunium  didapat  waktu  1,39  jam untuk  meleburkan  alumunium  10  kg dengan laju aliran udara 7,3 m/s dan laju aliran  bahan  bakar  gas  2,3  m/s.  Laju aliran udara dan bahan bakar gas sangat berpengaruh  terhadap  waktu  yang dibutuhkan untuk meleburkan alumunium,  semakin  besar  laju  aliran udara  dan  bahan  bakar  maka  konsumsi pemakaian  bahan  bakar  semakin  boros selain  itu  juga  banyak  kalor  yang terbuang.  Dari  hasil  perhitungan  waktu yang dibutuhkan untuk melebur alumunium  padat  menjadi  cair  dapat yaitu 1,30 jam.
3) Dari  hasil  perhitungan  efiensi  termal peleburan  alumunium  yaitu  4,42  %  hal tersebut  kurang  efisien  dikarenakan banyaknya kalor yang terbuang ke udara bebas melalui plat atas, ruang bakar, dan kalor  yang  terserap  bahan  isolasi,  dan ruang  bakar  yang  terlalu  lebar.  Maka untuk itu perlu dipersempit ruang bakar sehingga panas yang keluar tidak terlalu banyak.
4) Dari  hasil  perhitungan  efesiensi  termal dapur  peleburan  yaitu  97,8  %,  didapat dari  banyaknya  kalor  yang  digunakan pada  dapur  peleburan  dibagi  dengan kalor  yang  masuk  artinya  banyak  kalor yang  diserap  oleh  dapur  peleburan berbanding  lurus  dengan  jumlah  kalor yang masuk.

## KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan dan pembahasan dalam perancangan dan pembuatan  dapur  peleburan  yang  telah
dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Jenis  dapur  yang  digunakan  yaitu  dapur berbentuk silinder
2. Kebutuhan kalor
a. Kalor yang digunakan untuk
melebur alumunium yaitu : 10925,25 kJ
b. Kalor total yang diserap dapur yaitu : 248126,46 kJ
c. Kalor total yang terbuang pada dapur yaitu : 5391,31 kJ/jam
3. Waktu yang digunakan
untuk meleburkan alumunium 10 kg adalah 90 menit
4. Kapasitas produksi dapur peleburan yang dihasilkan  yaitu  9  kg  dengan  waktu  90 menit.
5. Konsumsi  bahan  bakar  yang  digunakan adalah 4,9 kg
6. Efesiensi  termal  peleburan  alumunium 4,42 %
7. Efesiensi termal dapur peleburan 97,8 %

## SARAN
1. Untuk  mendapatkan  efesiensi  dapur peleburan  yang  baik  perlu  dipersempit pada  ruang  bahan  bakar  supaya  panas yang  keluar  tidak  terlalu  banyak  dan jarak  nyala  api  dengan  cawan  lebur jangan terlalu dekat.
2. Dalam  menentukan  pemakaian  bahan bakar  perlu  adanya  alat  yang  lebih spesifikasi untuk dapur peleburan dengan bahan bakar gas (LPG) hal ini dilakukan untuk bertujuan menghemat bahan bakar dan  efesiensi  pada  dapur  peleburan alumunium.
3. Pada saat pengoperasian dapur, pemanasan  dilakukan  bertahan  sebelum beroprasi  penuh  untuk  menghindari kerusakan pada batu tahan api dan cawan lebur. Kondisi suhu dapur peleburan juga tidak melebihi 750 ℃ untuk menghindari kerusakan  pada  cawan  lebur  yang mengalami  perubahan  struktur  dan akhirnya  retak  bila  dibebani  panas  yang terlalu tinggi.
4. Perlu  adanya  pembuatan  cetakan  untuk menuang alumunium menggunakan pasir
silika dengan bentonit untuk mendapatkan  hasil  cetakan  yang  lebih baik.
5. Perlu  dilakukan  perbandingan  jumlah udara dengan bahan bakar (AFR).

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Sudjana,  H.  2008. Teknik  Pengecoran Logam .  Direktorat  Pendidikan Sekolah  Menegah  Kejuruan, Jakarta.
[2]. Groover,  M.  2000. Fundemental  of Modern Manufacturing.
Bradley, University, New York.
[3]. Litheal, 1982. Metal Working Teknologi . Mc Graw Hill Inc, New York.
[4]. Holman,  JP.  1997. Heat  Transfer .
Cetakan Kedua Erlangga,
Jakarta.
[5]. Culp  Jr,  Darwin  Sitompul.  1976. Prinsip-Prinsip Konversi
Energi. Mc  Graw  Hill,  New York.