ISSN 0854 - 5561 Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
REVIT ALiSASI CARBOLITE FURNACE type ClM
HADIJAYA 0
ABSTRAK
REVITALISASI CARBOLITE FURNACE type GLM. Teiah dilakukan Revitalisasi Tungku
carbo/ite type GLM. Tungku dapat dioperasikan pada suhu konstan untuk perlakuan
panas bahan strukt~r elemen bakar nuk!ir. Beberapa jenis perlakuan panas seperti anil,
sinter rnaupun peleburan logam non ferro dapat dilakukan menggunakan tungku yang
memiliki jangkauan suhu maksimum 1200 DC dengan kebutuhan daya listrik sebesar 1,5
kW. Grafik Kalibrasi Antara yang dilakukan pada pengendali versus thermocouple
(kalibrator) menunjukkan garis yang hampir berimpit, hal ini berarti Tungku carbo/itememiliki deviasi suhu operasi relatif rendah terutama pad a pengoperasian diatas suhu500 DC dengan kecepatan rambC:Jtpanas rata-rata sebesar 15,25 DC/menit. Delta makin
melebar ketika setting suhu tungku 1000 DC (lama kenaikan suhu 64 menit dan lama
penurunan suhu 4 menit). Tungku carbo/ite di R-206 IRM (gedung-20) telah dapatdifungsikan dan laik operasi.
KATA KUNCI : Tungku, Carbo/ite, Tungku Pemanas Logam, Pengendalian Temperatur.
PENDAHULUAN
Latar belakangPercobaan melalui proses perlakuan
panas memberikan datal informasi tentang
karakteristik yang cukup penting untuk pengembangan suatu bahan struktur. Dalam hal
perlakuan panas bahan struktur diperlukan
tungku atau tungku yang mampu bekerjadengan variable suhu dan waktu melalui
kehandalan sistem program pad a pengendali
nya. Fungsi tungku perlakuan panas adalahuntuk memberikan sifat-sifat tertentu
(karakteristik) pada bahan struktur dengancara memanaskan suatu bahan struktur
sampai menjangkau suhu yang dipersyaratkan.
Heat treatment tungku pada umumnya dapat
dioperasikan pada suhu konstan serta pelapis
tahan panasnya memiliki kemampuan yang
baik dalam mengatasi kehilangan panas.Bidang Teknologi Bahan Bakar
Reaktor Riset - P2TBDU rnemiliki inventaris 1
(satu) unit Tungku carbo/ite yang kondisinya
saat diterima tidak siap pakai. Sekalipun
umurnya relatif tua (produksi tahun 1985)
namun tampilan bodi tungku masih mulus
karena belum pernah digunakan. Tungku yangcukup lama tersimpan dalam gudang R-206
233
IRM (gedung-20) ini perlu direvitalisasi agar
dapat dimanfaatkan bagi keperluan litbang
bahan struktur khususnya untuk percobaan
annealing (perlakukan panas). Revitalisasi
adalah upaya pemulihan kinerja alat agar layak
pakai dan senantiasa dalam kondisi siapdigunakan.
Tungku carbo/ite jenis GLM dengan
pengendali jenis Eurotherm 808 adalah tungku
annealing yang dapat bekerja denganjangkauan suhu maksimum 1200 DC.
Pernanas ini memiliki nama lain yaitu LAB line
tungku dengan satu chamber sebagai ruang
panas untuk sampel yang akan dipanggang.
Chamber berdinding kaolin tahan suhu tinggi
dan dilingkari heating element yangberhubungan dengan contactor dan control
system. Selain itu, tungku dilengkapi pula
dengan sebuah thermocouple Platinum
Rhodium (Pt-Rh) untuk sensor suhu. Tungku
dapat dihidupkan/ dimatikan hanya denganmenekan tomboll/O.
Kegiatan revitalisasi diawali dengan
identifikasi sistim koneksi antar komponen
terkait, memasang socket power supply,melakukan uji operasi, melakukan kalibrasi lalu
menyusun petunjuk operasi serta perawatan
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN 0854 - 5561
Tujuan
Revitalisasi dilakukan dengan tujuan
untuk mengkondisikan tungku carbolite agar
siap pakai dan dapat dimanfaatkan pad a
percobaan annealing berbagai jenis logam
bahan struktur dan dukung elemen bakarnuklir.
TAT A KERJA
1. Peralatan: 1 (satu) unit tool set, avometer.
2. Bahanl suku cadang : socket power supply
jenisTegrand P17.
3. Ruang lingkup pekerjaan :
Kegiatan revitalisasi ini diawali dengan
identifikasi sistim koneksi antar komponen
terkait meliputi hubungan power supply dengan
heating element, pengendali, contactor dan
thermocouple. Selanjutnya memasang socket
power supply, melakukan uji operasi mul3i
suhu rendah ke suhu tinggi dengan menaikkan
setting temperature setiap 100 DC, melakukan
kalibrasi dengan thermocouple kalibrator dan
menyusun petunjuk operasi serta perawatan
tungku.
PEMBAHASAN
1. Identifikasi awal
Pada tang gal 20 dan 21 Juni 2005 lalu
dilakukan pengecekan mengenai kondisi awal
dengan membuka dinding belakang tungku
memakai alat tool set dan avometer, hasil
identifikasi sebagai berikut :Nama Alat : TUNGKU
CAR BOLl TEl LAB
Line
Type : GLMJenis Control : Eurotherm 808
Nomor Inventaris : 2.12.01.22.11.003Kondisi Per 21 Juni 2005 :
1. Kontrol : ada
2. Stop Kontak : ada
3. Lampu Indikator : ada
tungku. Hasil yang diharapkan
revitalisasi adalah Tungku carbolite
layak pakai dan siap digunakan.
setelah
menjadi
=34
4. Sistim bukal tutup pintu dengan cara putar
keatas (Gambar-1, -2)
5. Socket power supply tidak ada, jadi belum
dapat dilakukan Running Test.
Dibutuhkan socket kaki tiga jenis : LegrandP17. 57424 16 A, 220-240V.
6. Tungku carbolite tidak memiliki Mannual
operasi dan perawatan.
7. Spesifikasi tungku :
1.Kabel power supply isi 3 kawat terdiri
dari warna biru, coklat, kuning
(ground) dan socket kaki tiga jenis :
Legrand P17. 57424 16 A, 220240V.
2. Sekering kecil jumlah terpasang2 buah.
3. Heating element jenis seri diameter
1,2 mm.
4. Contactor, merk FR Electronics, tipeZRA 8030 A/1 01 250 VACI 50-60 Hz.
5. Pengendali suhu,
Eurotherm, Made in UK
Worthing England: 0903-68500.
Model NO.808/L 1/00100/(ARM C 200) IISerial No. : 629314-001-097-05-88
Software: 1.11
Ranqkaian terminal:OUTPUT1 : LOGIG OUTPUT2 : NONE
ALARM: NONE COMMS: NONE
INPUT: R THERMOCOUPLE
RANGE: 0 to 1200 DC
LGC 0 V 06.NEUTRAL 16.FP ENABLE
LGC S16 07.GROUND 17.FP ENABLE
18. RTD S2 N/C
19.RTD V-TC
20.RTD V+TC+
Power : 3,5 kW T.max: 1200 DC
Voltage: 250 VAC Element: 2-seri6.Arus : 25 A. Dimensi : 100x80x60Cm3
berat : 40 kg BTBRR-P2TBDU
BATAN, Jan 1998
Tungku carbolite memiliki jangkau
an suhu sampai 1200 DC yang didukung
oleh adanya elemen pemanas jenis Kanthal
dengan formasi seri dibelakang 3 (tiga)
bidang ruang chamber. Ruang chamberdilapisi penyekat batu tahan api, Glass wool
;'
ISSN 0854 - 5561
dan pelat baja (dinding luar), semua lapisan
itu berfungsi untuk menahan kehilangan
panas. Komponen lain seperti heating
element, thermocouple, controll temperatur
dan contactor lengkap. Seluruh komponentersebut ditest satu persatu dengan
avometer dan hubungan antar komponen
dipastikan sudah sesuai.
2. Tindakan perbaikanSetelah socket power supply jenis
Legrand P17. 57424 16 A, 220-240V. dapat
dipasang dan dipastikan semua komponen
terhubung dengan baik kemudian dilakukan
Test Run. Tungku dioperasikan pad a suhu
200°C selama 30 men it, namun ketika setting
suhu dipindah ke 300°C mulai terjadi letupan
kecil dan asap keluar dari bawah pintu tungku
(Gambar-3a,-3b). Test run distop dan dilaku
kan pengecekan. Ditemukan bagian control
temperature ternyata mengalami kerusakan
lalu dilepaskan dari bodi tungku untuk
diperbaiki. Didalam control temperature
terdapat 1(satu) IC dan 3 (tiga) kondensator
yang rusak. Perbaikan dilakukan dengan
menyolder IC dan kondensator yang
spesifikasinya sesuai. Selanjutnya kontrol
temperatur dipasang kembali dan pada test run
yang kedua kalinya, tungku carbolite sudah
berfungsi dengan baik.
3. Percobaan pengoperasianPengoperasian awal dilakukan dengan
setting suhu 100°C lalu disetiap kenaikan 100
°c hingga mencapai 1100 °c. Pada saat
Tungku dihubungkan dengan electrical supply,control switch dalam posisi OFF dan pintu
dalam keadaan tertutup rapat. Tungku mulaimemanaskan chamber ketika control switch
diputar ke posisi ON. Pengoperasian tungku
dilaksanakan mengikuti langkah-Iangkah
instruksi kerja sebagai berikut :
• Menghubungkan Tungku dengan power
supply (tombol pada posisi 0, off).
• Menghidupkan tungku dengan menekan
tombol ON (I). Beroperasinya tungku
selalu dimulai dari program yang ada pada
chamber, misalnya jika temperatur pada
235
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
area chamber 200°C maka pada':saat
tungku dihidupkan, program akan menujutemperatur ini.
• Melakukan setting suhu dengan menekan
pengatur kunci Up key (.A.), pad a 200°C.
Ketika suhu yang diinginkan terlampaui,
menurunkannya dengan menekan
pengatur Down Key ( T ).
• Pemanasan berlangsung pada suhu
setting tersebut dalam waktu tak terbatas.
• Setelah pelaksanaan pengerjaan panas
selesai semua tombol program
dikembalikan pOSISI ke-nol. Tungkudimatikan dengan menekan tombol ke
posisi OFF (0).
• Selanjutnya kabel dilepaskan dari saklar/
power supply.
4. Kalibrasi antara
Tungku dioperasikan pada suhu
setting sampai 1000 °c selama 3 (tiga) jam.
Setiap terjadi kenaikan suhu setting dilakukan
pencatatan waktu dan pengukuran suhu ruang
chamber. Pengukuran suhu dilakukan dengan
menggunakan alat Kalibrator Digital
Pyrometer.
Bagian thermal adalah bagian utama
yang berhubungan dengan pengukuran suhu,
karena bagian tersebut merupakan tempat
berlangsungnya proses pemanasan specimen
(Gambar-2). Kalibrasi antara dilakukan
temporer ketika tungku selesai direparasi
dengan tujuan untuk mencek ulang akurasi
suhu operasi. Pelaksanaan kalibrasi, diawali
dengan memasukkan probe dari thermocouple
pyrometer (kalibrator) ke bagian thermal
melalui bagian atas tungku. Data kalibrasi yangterbaca dari display pada monitor digital dicatat
(Tabel-1), demikian pula terhadap kenaikan
dan penurunan rambat panas heating element
(Tabel-2). Langkah kalibrasi dilakukan sebagaiberikut :
1. Menghubungkan tungku dengan electrical
supply, jika lampu indikator warna hijaumenyala, berarti tungku telah dimuati aruslistrik.
2. Memutar switch ON, jika lampu warna
kuning menyala berarti elemen pemanas
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
mulai dimuati arus listrik dan tungku siapberoperasi,
3. Memilih suhu operasi yang dikehendaki
dengan menekan kunci Up key (A) atau
Down Key (T) pada Temperature
Pengendali. Jika menghendaki
pengoperasian suhu konstan pada waktu
tertentu atau menghendaki pengaktifan
alarm, maka pengaturan kunci-kunci
dilakukan melalui sistim pemerograman.
4. Melakukan pengukuran suhu dengan
menggunak8n thermocouple pyrometer
(kalibrator), menentukan setting suhu danmencatat waktu perambatan suhu.
5. Tungku dimatikan dengan memutar switch
OFF, lalu lepaskan socket cable powersupply.
Pelaksanaan kalibrasi dilakukan untuk
mengetahui perubahan suhu yang sebenarnya
terjadi pad a ruang pemanas yaitu dengan
memasang probe thermocouple. Data
pengukuran yang terbaca pada display
monitor digital dicatat pada setiappertambahan suhu 100 DC dan dalam waktu
yang bersamaan. Data hasil kaliberasi sepertipad a Tabel-1 dan Tabel-2.
5. Perawatan dan cara mengatasi gangguan
Bila terjadi gangguan pada saat
tungku carbo/ite beroperasi, segera tungkudimatikan dengan menekan tombol ke posisi
OFF (0), putuskan hubungan dengan power
supply kemudian cari penyebab gangguan
(gambar-1). Gangguan aliran listrik oleh suatu
sebab dapat mengakibatkan kerusakan.
Tetapi kerusakan tidak akan sampai terjadi
asa:kan gangguan tersebut berlangsung
kurang dari 2 menit. Gangguan yang lebih dari
2 menit akan mengakibatkan kerusakan padaheater (heater tidak menyala lagi ketika power
dihubungkan). Termokopel pada tungku akan
terus teroksidasi selama tungku dioper2sikan
sekalipun pad a suhu rendah dan mengaki
batkan pembacaan menjadi kurang akurat,
agar ketepatan pembacaan pada Pengendali
Temperature lebih terjamin ketepatannya,
maka akan lebih baik jika termokopel dig antisetiap 6 (enam) bulan sekali.
236
ISSN 0854 - 5561
Pad a kondisi dingin, elemen sangat
peka terhadap benturan kerena itu muatan
tungku (sample) tidak boleh kontak langsung
dengan elemen pemanas. Barang-barang yang
mudah terbakar agar dijauhkan dari tungku
dengan batas terdekat yang diperkenankan
yaitu radius 25 Cm. Gas-gas dan uap berba
haya yang dibebaskan ketika keramik
terpanggang banyaknya tergantung dari jumlah
clay dan pernis. Gas-gas ItU menyatu meialui
cerobong pengeluaran asap oleh karena itu
perlu diperhatikan bahwa pengeluaran asap
jangan sampai terhambaUterhalang. Pintu
pintu ruangan harus dibuka agar asap/ gas
terbuang keluar (tidak terhirup operator) dan
kondisi udara diruang kerja tetap sehat.
Waspadai bila mengoperasikan tungku pad asuhu tl11ggi karena dapat menimbulkan
bahaya api (uap panas yang dilepaskan
menjangkau atap bangunan pada arealtertentu.
Pengeringan dan pembentukan
lapisan oksida pelindung pad a elemen
pemanas akafl terjadi satu kali yaitu dengan
pemanasan perlahan sampai suhu tungku
mencapai 1000 DC. Jika berlangsung proses
reduksi (penghilangan 02) dimana tungkuharus dioperasikan pada tekanan atmosfer,
kemur1gkinan akan terbentuk lapisan oksida
pelindung yang baru pad a elemen pemanas.
Tungku perlakuan panas biasanya
digunakan berdasarkan kebutuhan temperatur
antara 100 DC - 700 DC untuk pemakaian yangterus-menerus atau temperatur antara 700 DC1200 DC untuk pemakaian berkala. Pemakai
an secara terus-menerus yang dimaksudkan
adalah pengoperasian tungku selama lebih
dari 3(tiga) jam, sedangkan pemakaian secara
berkala adalah pengoperasian tungku selamakurang dari 3(tiga) jam. Berdasarkan alasan
tersebut maka kalibrasi dilakukan pada batassuhu 100 - 1000 DC. Hasil kalibrasi antara
ditunjukkan pada tabel 1, dan 2. Uji operasi
tungku sampai suhu tertinggi yaitu 1000 DC
memerlukan total waktu 3 jam (Tab~1 2).
Kenaikan suhu ruang pemanas pad a ruang
chamber yang membedakan pembacaan suhu
tungku dengan pembacaan suhu thermokopel
ISSN 0854 - 5561
kalibrator seperti ditunjukkan pad a Gambar 6.
Perbedaan pembacaan suhu ber~isar antara
10 DC sampai 24 DC atau < 3%. Makin tinggisuhu setting tungku, makin rendah selisih
derajat pengukuran antara tungku dan
kalibrator karena kerja contactor cenderung
stabil pada pasokan arus tinggi. Kurva kalibrasi
yang merupakan hubungan antara SLJhu
tungku dengan waktu menunjukkan garis yang
hampir berimpit, hal ini berarti Tungku
carbo/ite memiliki deviasi suhu operasi relative
rendah terutama pad a pengoperasian diatas
500 DC dengan kecepatan rambat panas rata
rata sebesar 15,25 DC/menit. Pada Gambar 7
tampak terjadi deviasi (delta) suhu display
terhadap suhu setting. Garis atas merupakan
batas kenaikan rambat panas yang melampaui
suhu setting, misalnya ketika tungku disetting
pada suhu 200 DC maka panas tungku terus
naik dan berhenti pada penunjukan 222 DC,
lamanya kenaikan panas pada posisi 200 DC_222 DC tersebut sekitar 17 menit. Pad a saat
titik 200 DC terlampaui sistim kontaktor
berhenti memasok power arus listrik (Gambar
5). Sedangkan penurunan panas dari posisi
222 DC menjadi 200 DC memerlukan waktu 15
menit dan ketika melampaui titik 200 DC sistim
kontaktor kembali bekerja. Delta rambat panas
ini dipengaruhi oleh setting suhu. Delta makin
melebar ketika setting suhu tungku 1000 DC
(lama kenaikan 64 menit dan lama penurunan
4 men it). Keadaan demikian merupakan
karakteristik Tungku carbo/ite type GLM yangtelah didesain fabrikan.
Kecepatan rambat panas ( K ) dapat
diperkirakan berdasarkan jumlah slope pad a
grafik (Gbr.7) kenaikan suhu ruang pemanas.Jika ditarik garis diagonal dari titik suhu awal
(tsa = 100 DC) ke titik suhu akhir (tsb = 1000
DC) maka akan terhitung jumlah slope = 5.
Selanjutnya kecepatan rambat panas dihitungsebagai berikut :
K t-trumhal _.\'11 sa
Slope waktu
237
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Kralllhal _ 1aaaoe -1 aaoe5 64 - 5menit
Krambat= 15,25 DC/menit
KESIMPULAN
Tungku carbo/ite type GLM dengan
pengendali type Eurotherm 808 selesai
direvitalisasi. Uji operasi tungku sampai suhu
tertinggi yaitu 1000 DCmemerlukan total waktu
3 jam. Kenaikan suhu ruang pemanas pada
ruang chamber yang membedakan
pembacaan suhu tungku dengan pembacaan
suhu thermokopel kalibrator berkisar antara 10
DC sampai 24 DC atau < 3%. Kurva kalibrasi
yang merupakan hubungan antara suhu
tungku dengan waktu menunjukkan garis yang
hampir berimpit, hal ini berarti Tungku
carbo/ite memiliki deviasi suhu operasi relative
rendah dengan kecepatan rambat panas ratarata sebesar 15,25 DC/menit. Delta makin
melebar ketika setting suhu tungku 1000 DC
(lama kenaikan 64 menit dan lama penurunan
4 men it). Delta rambat panas ini dipengaruhi
oleh setting suhu. Keadaan demikian
merupakan karakteristik Tungku carbo/ite type
GLM yang telah didesain fabrikan.
Berdasarkan uji fungsi, dapat disimpulkan
bahwa Tungku carbo/ite di R-206 IRM
(gedung-20) telah dapat difungsikan dan laik
operasi.
DAFTAR PUSTAKA
1. CHRISTIE J. GEANKOPLlS, " Transport
Processes and Unit Operations", Second
Edition, USA, 1983.
2. HOLMAN, J.P, Heat Transfer, 5th Edition,
Mc GrawHilllnternational - Book Company,1981.
3. RM. FRANCIS.D.YURY, Pokok-Pokok IImu
Elektronika untuk Keterampilan, M2S
Bandung, 1984.
4. HADIJAYA D., " Rancang Bangun TungkuPerlakuan Panas Bahan Struktur Elemen
Bakar Nuklir", Proseding FIP LombaInovasi IPTEK 2000.
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
LAMPIRAN
ISSN 0854 - 5561
TABEL-1: DATA KENAIKAN SUHU RUANG CHAMBER DENGAN FUNGSI WAKTU
Suhu SettingSuhu KalibratorWaktu
Tungku ; °c°c( Menit )
0
0 0
100
1155
200
22217
300
31028
400
40436
500
49939
600
58742
700
67648
800
78055
900
89059
1000
99064
TABEL-2: DATA KENAIKAN SUHU RUANG CHAMBER BERDASARKAN KINERJA
ELEMEN PEMANAS
Suhu SettingBatas kenaikan SuhuLama KenaikanLama Penurunan
Tungku ; °cR. Chamber; °cSuhu ( Menit )Suhu ( Menit)
0
000
100
140520
200
2351715
400
4283612
600
620428
800
829556
1000
1094644
}.'
238
ISSN 0854 - 5561
Gambar-1: Tungku dengan pintu tertutup
eUROTHERMR
M
OP1r:=::1
OP21=::1
I ArM I
I PAR I
''''-1I~I
0
808
Gambar-3a: Sistim pengatur suhu
239
Hasil HasH Penelitian EBN Tahun 2005
Gambar-1: Tungku dengan pintu terbuka
~1
11
0212r---1IIWarna kabel :
3
13 1.Biru
4
14
~'
2. Memh II1l1da
15 0616
5. Mel<,h Ilia
0717
6. Hitall1
8
18 7. Kilning
9
19 0 19. Birll
10
20 0 20. Plltih
Gambar-3b:Terminal kabel pengatur suhu
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
CONTACTOR FR ElectronicsType: ZRA 8030A/1 0
R
S
T
o
@
®
ISSN 0854 - 5561
o./nput arus
I, Konta11or
2. Elemen pemanas1DeteA10r
4. Pe~qatur davafKon7ro/ temftet8turflr!ain SJilitc!J,
Gambar-4: Sistim pengatur input dayalistrik.
1200
Gambar-5: Wiring diagram Tungku carbo/ite
1000
800
::I..c 600::I
en
400
200
o
I I 1 II 1__ ----- I--------'--1__- I
-----~------J= -b--,------: I I
L-----J-- . "I j! I I 1------~T---T-~T--1
o 10 20 30 40 50 60 70
Waktu; menit
Gambar-6: Kurva kalibrasi Tungku carbolite
240
ISSN 0854 - 5561
70
ED
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
--e- Pen.nmn s.hJ
o..•.
o 4CD Em
Sltu;
1CXD 1aD
Gambar-7: Kurva Deviasi Suhu Setting Tungku carbo/ite
241
Top Related