FURNACE type ClM HADIJAYA 0

(1)

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/ite memiliki deviasi suhu operasi relatif rendah terutama pad a pengoperasian diatas suhu

500

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 dapat difungsikan dan laik operasi.

KATA KUNCI : Tungku, Carbo/ite, Tungku Pemanas Logam, Pengendalian Temperatur.

PENDAHULUAN

Latar belakang

Percobaan melalui proses perlakuan panas memberikan datal informasi tentang karakteristik yang cukup penting untuk pe-ngembangan suatu bahan struktur. Dalam hal perlakuan panas bahan struktur diperlukan tungku atau tungku yang mampu bekerja dengan variable suhu dan waktu melalui kehandalan sistem program pad a pengendali-nya. Fungsi tungku perlakuan panas adalah untuk memberikan sifat-sifat tertentu (karakteristik) pada bahan struktur dengan cara 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 yang cukup lama tersimpan dalam gudang R-206

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 siap digunakan.

Tungku carbo/ite jenis GLM dengan pengendali jenis Eurotherm 808 adalah tungku annealing yang dapat bekerja dengan jangkauan 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 yang berhubungan 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 dengan menekan 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

(2)

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 bakar nuklir.

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 : GLM

Jenis Control : Eurotherm 808

Nomor Inventaris : 2.12.01.22.11.003 Kondisi 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 : Legrand P17. 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,

220-240V.

2. Sekering kecil jumlah terpasang 2 buah.

3. Heating element jenis seri diameter

1,2 mm.

4. Contactor, merk FR Electronics, tipe

ZRA 8030 A/101250 VACI 50-60 Hz. 5. Pengendali suhu,

Eurotherm, Made in UK

Worthing England: 0903-68500.

Model NO.808/L 1/00100/(ARM C 200) II Serial 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-seri

6.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 chamber dilapisi penyekat batu tahan api, Glass wool

(3)

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 komponen

tersebut ditest satu persatu dengan avometer dan hubungan antar komponen dipastikan sudah sesuai.

2. Tindakan perbaikan

Setelah 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 pengoperasian

Pengoperasian 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 mulai memanaskan 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

area chamber 200°C maka pada':saat tungku dihidupkan, program akan menuju temperatur 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. Tungku dimatikan 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 yang terbaca dari display pada monitor digital dicatat (Tabel-1), demikian pula terhadap kenaikan dan penurunan rambat panas heating element (Tabel-2). Langkah kalibrasi dilakukan sebagai berikut :

1. Menghubungkan tungku dengan electrical supply, jika lampu indikator warna hijau menyala, berarti tungku telah dimuati arus listrik.

2. Memutar switch ON, jika lampu warna kuning menyala berarti elemen pemanas

(4)

mulai dimuati arus listrik dan tungku siap beroperasi,

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 dan mencatat waktu perambatan suhu.

5. Tungku dimatikan dengan memutar switch OFF, lalu lepaskan socket cable power supply.

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 setiap pertambahan suhu 100 DC dan dalam waktu yang bersamaan. Data hasil kaliberasi seperti pad a Tabel-1 dan Tabel-2.

5.

Perawatan dan cara mengatasi gangguan

Bila terjadi gangguan pada saat tungku carbo/ite beroperasi, segera tungku dimatikan 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 pada heater (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 anti setiap 6 (enam) bulan sekali.

236

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 a suhu tl11ggi karena dapat menimbulkan bahaya api (uap panas yang dilepaskan menjangkau atap bangunan pada areal tertentu.

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 tungku harus 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 yang terus-menerus atau temperatur antara 700 DC -1200 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 selama kurang dari 3(tiga) jam. Berdasarkan alasan tersebut maka kalibrasi dilakukan pada batas suhu 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

(5)

kalibrator seperti ditunjukkan pad a Gambar 6. Perbedaan pembacaan suhu ber~isar antara 10 DC sampai 24 DC atau < 3%. Makin tinggi suhu 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 yang

telah 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 dihitung sebagai berikut :

K

_{rumhal _.\'11}

t-t

_sa

Slope

waktu

Kralllhal _

1 aaaoe

-1

aaoe

5 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 DC memerlukan 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 rata-rata 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 Tungku Perlakuan Panas Bahan Struktur Elemen Bakar Nuklir", Proseding FIP Lomba Inovasi IPTEK 2000.

(6)

LAMPIRAN

TABEL-1: DATA KENAIKAN SUHU RUANG CHAMBER DENGAN FUNGSI WAKTU

Suhu Setting Suhu KalibratorWaktu Tungku ;

°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 Setting Batas kenaikan SuhuLama PenurunanLama Kenaikan Tungku ;

°c

R. Chamber;Suhu ( Menit)Suhu ( Menit )

°c

0 000 100 1405 20 200 2351517 400 4281236 600 620842 800 829655 1000 1094464 } .' 238

FURNACE type ClM HADIJAYA 0

REVIT ALiSASI

CARBOLITE

FURNACE

type

ClM

HADIJAYA 0

500

Latar belakang

KERJA

PEMBAHASAN

2. Tindakan perbaikan

3. Percobaan pengoperasian

4. Kalibrasi antara

5.

K

t-t

Slope

waktu

1

aaaoe

-1

aaoe

5menit

°c

°c

°c

°c

eUROTHERM

R

OP21=::1

I

PAR

I

''''-1

I~I

0

808

02

r---1

II

~'

06

07

0

0

CONTACTOR

FR Electronics

Type: ZRA 80 30A/1 0

1

1200

1000

800

600

400

200

o

1

---'--1__-

---~---J=

-b--,

L---J--

.

"I

1

---~T---T-~T-

-1

o

10

20

30

40

50

60

70

Waktu;

menit

70

ED

--e- Pen.nmn s.hJ