PEMILIHAN MATERIAL DALAM PEMBUATAN DAPUR CRUSIBLE PELEBUR ALUMINIUM BERKAPASITAS 50KG DENGAN BAHAN BAKAR PADAT SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik M. ROLAN B. HUTAPEA NIM. 050401003 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-nya yang dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana ini berjudul RANCANG DAN BUAT DAPUR PELEBUR CRUCIBLE UNTUK MELEBUR ALUMINIUM/PADUANNYA DAN TEMBAGA/PADUANNYA BERKAPASITAS 50 KG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR PADAT UNTUK KEBUTUHAN LABORATORIUM FOUNDRY. Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa Departemen Teknik Mesin dalam menyelesaikan pendidikan untuk meraih gelar Sarjana Teknik. Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ayahanda B.Hutapea dan Ibunda M.Siahaan yang membesarkan serta mendidik penulis, dan dengan doa-doanya yang selalu menyertai penulis setiap saat. 2. Ibu Ir.Raskita S Meliala selaku dosen pembimbing tugas sarjana yang telah memberi arahan, bimbingan dan pelajaran berharga dari awal hingga selesainya tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr.Ir.Ing.Ikhwansyah Isranuri, M.Eng dan bapak Ir.Tulus Burhanuddin Sitorus,MT Selaku Ketua jurusan dan Sekretaris Teknik Mesin Fakultas Teknik. 4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di Universitas sumatera Utara, Yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 5. Asisten Lab. Foundry, Ir Marlon atas bimbingannya dan bantuannya selama proses perancangan bangun. 6. Saudara-saudaraku dan teman-temanku, yang telah memberikan bantuan baik material maupun spiritual, serta kesabarannya hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 7. Semua pihak yang telah mendukung dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
Akhir kata semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Dan penulis menyadari bahwasanya tugas sarjana ini jauh dari kesempurnaan, karena keterbatasan pengetahuan dan referensi maka penulis berharap saran dan kritik yang membangun untuk kesempurnaan tugas sarjana ini. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih atas waktu dan perhatian yang telah diberikan kepada penulis. Medan, 14 juni 2010 M. Rolan B. Hutapea NIM : 030401003
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... ii DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR TABEL... v DAFTAR NOTASI... vi BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Maksud dan Tujuan... 1 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Metode Penulisan... 2 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Logam Bukan Besi... 4 2.2 Tembaga dan Paduannya... 5 2.3 Seng dan Paduannya... 6 2.4 Magnesium dan Paduannya... 7 2.5 Alumunium dan Paduannya... 8 2.5.1 Sejarah Penemuan Alumunium... 8 2.5.2 Sifat-sifat Alumunium... 8 2.5.3 Sistem Penomoran Alumunium... 9 2.5.4 Paduan-paduan Alumunium Yang Utama... 11 2.5.5 Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg... 12 2.5.6 Paduan Al -Si... 14 2.5.7 Paduan Al-Mg -Si... 15 2.5.8 Paduan Al-Mg-Zn... 17 2.6 Dapur Crucible... 18 2.7 Pemilihan Bahan Batu Tahan Api... 23 2.7.1 Pemilihan Batu Tahan Api... 23 2.7.2 Bahan Batu Tahan Api... 24 2.8 Semen Tahan Api... 25 2.9 Perpindahan Panas... 26 BAB III. PERENCANAAN DAPUR
3.1 Konstruksi Dapur Pelebur... 29 3.2 Cawan Lebur... 31 3.3 Batu Tahan Api... 34 3.4. Penumpu Cawan Lebur... 35 3.5 Semen Tahan Api... 36 3.7 Dinding Luar... 36 3.8 Pemilihan alat bantu pembakaran... 37 BAB IV. PEMILIHAN BAHAN 4.1 Cawan Lebur... 39 4.2 Batu Tahan Api... 42 4.2.1. Pemilihan Batu Tahan Api... 43 4.2.2. Bahan Batu Tahan Api... 44 4.3 Semen Tahan Api... 45 4.4 Dinding Luar... 46 4.5 Perhitungan Kebutuhan Kalor... 47 4.5.1 Kalor untuk Melebur Alumunium (q1)... 48 4.5.2 Kalor yang diserap Batu Tahan Api (q2)... 51 4.5.3 Kalor yang diserap Dinding Plat Luar (q3)... 53 4.5.4 Kalor yang diserap Cawan Lebur (q4)... 54 4.5.5 Kalor Total yang terserap (Q tot)... 55 4.5.6 Laju Aliran Panas ke Dinding Samping (q1)... 55 4.5.7 Panas yang Terbuang Melalui lubang Cawan Pelebur (q2)... 60 4.5.8 Waktu Peleburan... 62 4.5.9 Evisiensi Dapur Crusible... 64 4.6 Tabel Hasil Perhitungan... 65 4.7 Proses Pembuatan Dapur... 66 4.7.1 Pembuatan dinding luar... 67 4.7.2 Memasang Batu Tahan Api... 69 4.7.3 Bahan Pengikat... 69 4.7.4 Pengecatan Dinding Luar... 69 BAB V. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan....71
5.2 Saran... 72 DAFTAR PUSTAKA... 73 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Diagram Fasa Tembaga 6 Gambar 2.2 Diagram Fasa Magnesium 7 Gambar 2.3 Diagram Fasa Al-Cu-Mg 13 Gambar 2.4 Diagram Al-Si 15 Gambar 2.5 Diagram Al-Mg-Si 16 Gambar 2.6 Diagram Fasa Al-Mg-Zn 18 Gambar 2.7 Dapur kedudukan tetap 19 Gambar 2.8 Dapur Crucible yang bisa dimiringkan 19 Gambar 2.9 Tanur udara terbuka 20 Gambar 2.10 Penampang tanur udara 21 Gambar 2.11 Tanur induksi 22 Gambar 2.12 Penampang Pipa satu Lapis 27 Gambar 2.13 Penampang Pipa dua Lapis 28 Gambar 3.1 Konstruksi dapur pelebur 29 Gambar 3.2 Dapur Pelebur 30 Gambar 3.3 Bentuk dan ukuran cawan lebur 33 Gambar 3.4 Dimensi batu tahan api 34 Gambar 3.5 Penumpu cawan lebur 35 Gambar 3.6 Dinding luar 39 Gambar 3.7 Blower 38 Gambar 4.1 Bentuk dan ukuran cawan lebur 41 Gambar 4.2 Batu tahan api 42 Gambar 4.3 Bentangan Plat 46 Gambar 4.4 Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi 56 Gambar 4.5 Dinding dapur 56 Gambar 4.6 Cawan Lebur 62 Gambar 4.7 dinding plat luar 67
Gambar 4.8 dinding plat luar yang telah dilubangi 67 Gambar 4.9 dinding plat luar yang telah dirol 65 Gambar 4.10 dinding plat luar yang telah berbentuk silider 66 Gambar 4.10 Proses Pengecetan 68 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Berat jenis beberapa jenis logam 4 Tabel 2.2 Alumunium Assosiasi Index System 10 Tabel 2.3 Sifat-sifat paduan Al-Cu-Mg 13 Tabel 2.4 Sifat-sifat paduan Al-Si 14 Tabel 2.5 Sifat-sifat paduan Al-Mg-Si 16 Tabel 2.6 Sifat-sifat paduan Al-Mg-Zn 17 Tabel 4.7 Perbandingan Heating Value Bahan Bakar 49 Tabel 4.1 Berat total dapur 65 Tabel 4.2 Total kalor yang terserap bahan dapur 65 Tabel 4.3 Total laju aliran panas 65
DAFTAR SIMBOL SIMBOL KETERANGAN SATUAN Cp 1 Panas jenis alumunium padat KJ/kg. 0 K Cp 2 Panas jenis alumunium cair KJ/kg. 0 K Cp 3 Panas jenis batu tahan api KJ/kg. 0 K Cp 4 Panas jenis dinding plat luar KJ/kg. 0 K Cp 5 Panas jenis cawan lebur KJ/kg. 0 K D db Diameter dalam Batu bata m D lb Diameter luar batu bata m D p Diameter plat luar m h o Koefisien perpindahan panas konveksi W/m. o C HHV Nilai pembakaran atas minyak tanah KJ/kg k b Konduktivitas thermal batu bata W/m. o C k p Konduktivitas thermal dinding plat W/m. o C L Tinggi ruang bakar m m b Massa batu bata kg m bb Massa bahan bakar kg m pl Massa plat dinding luar kg m cl Massa cawan lebur kg m al Massa alumunium yang akan dilebur kg N u Bilangan Nusselt - P r Bilangan Prandal - q 1 Kalor yang terbuang dari dinding dapur KJ/jam q 2 Kalor yang terbuang dari lubang cawan lebur KJ/jam Q 1 Kalor yang diserap untuk melebur alumunium KJ Q 2 Kalor yang diserap batu tahan api KJ Q 3 Kalor yang diserap dinding plat luar KJ Q 4 Kalor yang diserap cwan lebur KJ Q t1 Kalor total yang diserap KJ Q t2 Kalor yang terbuang selama proses KJ r 3 Jari-jari dalam bata m r 4 Jari-jari luar bata m
r 5 Jari-jari luar dinding m R e Bilangan Reynold - t b Tinggi bata yang menerima panas m t p Tinggi plat yang mengalami prubahan suhu m t f T a T 1 Suhu film Temperatur ruang bakar Temperatur suhu lingkungan U o Koefisien perpindahan panas total W/m. o C V Viskositas Kinematika Cst X p Ketebalan plat dinding m X pa Ketebalan plat atas m o K o K o K