RANCANG BANGUN HOPER PENGUMPAN PADA PELEBURAN PASIR ZIRKON

RANCANG BANGUN HOPER PENGUMPAN

PADA PELEBURAN PASIR ZIRKON

Sudaryadi, Wuntat Oktawijaya, Moch. Rosyid

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan –BATAN, Babarsari Yogyakarta, 55281 E-mail

ABSTRAK

RANCANG BANGUN HOPER PENGUMPAN PADA PELEBURAN PASIR ZIRKON. Telah dilakukan rancang bangun dan pembuatan hoper pengumpan pada peleburan pasir zirkon. Rancang bangun dilakukan dengan cara menghitung volume hoper dan kapasitas pengumpanan ke tungku peleburan menggunakan adjusman valve dengan motor penggerak untuk mengatur kecepatan volume pengumpanan. Hoper pengumpan diperlukan untuk melengkapi proses peleburan secara kontinyu. Bahan umpan pasir zirkon dan NaOH ditampung dalam screw feeder selanjutnya masuk ke mixer. Campuran pasir zirkon dan NaOH dengan perbandingan 1 : 1,1 dari mixer masuk ke hoper pengumpan selanjutnya ke tungku peleburan untuk dipanaskan sampai dengan suhu 900 0C selama satu jam. Selain suhu pada proses peleburan yang sangat berpengruh adalah: waktu tinggal, konsentrasi campuran antara pasir zirkon dengan NaOH dan volume sampel. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah hoper dengan kemampuan pengumpanan 2,1 kilo gram per jam pada proses peleburan dengan hasil leburan 1,8128 kilo gram.

Kata kunci : Hoper, Pengumpan, kontinyu

ABSTRACT

DESIGN AND CONSTRUCTION OF FEEDER HOPER FOR ZIRCON SAND FOUNDRIES. The feeder hoper for zircon sand foundry has been designed and constructed. Design and construction carried out by calculating the volume of the feed hoper and furnace melting capacity using adjusman valve with the motor to adjust the speed of feeding volume. Hoper feeder is required to complete the melting process continuously. Zircon sand feed material and accommodated in a screw feeder NaOH then enter into the mixer. Zircon sand mixture and NaOH in the ratio 1: 1.1 from the mixer into the next feeder hoper furnace melting to be heated up to temperatures of 900 0C for one hour. In addition to the temperature of the melting process is very influence are: residence time, concentration of a mixture of zircon sand with NaOH and the sample volume. The results of this study is the ability to feed hoper with 2.1 kilo gram per hour at the melting process with the fused 1.8128 kilo gram. Key words: hoper, feeder, continuous

PENDAHULUAN

oper adalah sebuah alat yang dipergunakan untuk mengatur aliran bahan yang berbentuk serbuk. Hoper biasanya berbentuk segi empat atau lingkaran pada bagian atas dan mengerucut dibagian bawah untuk mempermudah aliran bahan(2). Tujuan digunakan hoper pada tungku peleburan ini adalah untuk mengatur kontinyuitas pengumpanan pasir Zr sehingga diperoleh hasil

peleburan yang baik karena pemanasannya merata. Proses peleburan merupakan langkah awal pada penelitian ini yaitu pasir zirkon dicampur NaOH dengan perbandinngan (1 : 1,1) dan diaduk hingga merata. Bahan baku yang dipakai untuk mendapatkan zirkonium adalah pasir zirkon (ZrSiO4) dengan susunan dan kadar yang berbeda-beda. Bahan ini murah dan mudah diperoleh di Indonesia, jika diolah lebih lanjut mempunyai peran yang sangat strategis dalam berbagai

industri. Dalam industri nuklir, bahan ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan struktur reaktor nuklir dan sebagai kelongsong bahan bakar karena mempunyai sifat yang unggul antara lain tahan terhadap suhu tinggi, tahan terhadap korosi, mempunyai serapan neutron yang kecil (0,18 – 0,2 barn) dan dapat menaikkan sifat fisik logam paduannya. Manfaat zirkonium dalam industri non nuklir antara lain sebagai bahan elektrolit oksida padat dalam sel bahan bakar oksida padat, karena merupakan penghantar ionik yang baik(4)

Mineral zirkon yang dimiliki Indonesia sangat mudah didapatkan karena berada pada permukaan dengan kandungan zirkonium antara 35 hingga 50 % . Salah satu metode pengolahan pasir zirkon adalah metode proses basah. Adapun metode proses basah adalah pasir zirkon dilebur bersama pereaksi NaOH padat (soda api), silikat oksida dipisahkan dari mineral zirkon dan dilanjutkan proses pemurnian dengan berbagai cara (1).

Reaksi yang terjadi dalam proses peleburan adalah :

ZrSiO4 + 4 NaOH → Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2H2O Peleburan merupakan langkah awal dalam pengolahan pasir zirkon menjadi logam zirkonium pada metode proses basah. Proses ini digunakan tungku yang dilengkapi dengan hoper pengumpan yang berbentuk silinder tegak pada bagian atas dan mengerucut bagian bawah yang dilengkapi dengan ajusman valve digerakkan dengan motor untuk mengatur pengumpanan.

Volume hoper dihitung dengan rumus: V=

p

m

Dimana : V = Volume hoper (m3) m = Kapasitas umpan (Kg) p = Massa jenis umpan (Kg/m3)

TATA KERJA Bahan 1. pasir zirkon 2. NaOH 3. plat SS 4. pipa SS 5. besi siku 6. Elektrode 7. Filler 8. gas Argon PERALATAN 1. mesin bubut 2. skit match 3. mesin las 4. mesin roll 5. roll meter 6. mesin potong 6. stop watch. Langkah Kerja

Cara kerja yang dilakukan sebagai berikut : - Dilakukan penghitungan volome hoper,

kecepatan pengumpanan dan daya motor yang diperlukan

- Dilakukan pembuatan hoper meliputi : Shell, konis, rumah impeler, impeler

- Dilakukan instalasi hoper pada tungku peleburan.

- Dilakukan ujicoba operasi dan diamati volume pengumpanan yang dihasilkan berdasarkan putaran motor penggerak

- Dicatat data hasil ujicoba hoper pengumpan dan dievaluasi sebagai laporan.

HASIL DAN PEMBAHASAN. I. Perancangan hoper pengumpan 1. Menentukan ukuran Hoper

Volume hoper ditentukan berdasarkan berat jenis dari pasir zirkon = 3,2871 g/cm3 = 206,6839 lb/ft3, kapasitas 50 kg/jam = 110,25 lb/jam, maka dipilih hoper berupa tangki berbentuk silinder tegak bagian bawah berbentuk konis bersudut 450.

Volume konis : 1/3 x luas alas x tinggi (dimana t = 0,5 D) Vk = 1/3 x luas alas x 0,5 D = 1/3 x Л /4 x D2 x 0,5 D = Л /24 x D3 Vshel = Л /4 x D2 x H,

jadi vol. Hoper = Л /4 x D2 _{x H + Л /24 x D}3 , diambil D= H maka V = Л /4 x D2 _{x D + Л /24 x D}3 = Л x 7/24 x D3 D t

Volume = 110,25 / 206,6839 = 0,5334 ft3/jam

Basis 1 jam operasi = 0.5334 ft3/jam x 1jam = 0,5334 ft3. Jadi 0,5334 = Л x 7/24 x D3 D = 0,835 ft. = 24,15 cm (diambil 24 cm) H = D = 24 cm dan t = 0,5 D = 12 cm. 2. Menentukan dimensi dan ukuran Adjusment

Valve

Diameter pipa keluar ditentukan = 2 ” = 50,8 mm Diameter adjusment valve = 3” = 76,2 mm Jumlah sirip (kipas) = 8 buah 3. Menghitung Putaran ( N ) N = k putaran Vol menit Vol ). / ( / Di mana :

k = prosentase kapasitas yang dialirkan ( dilihat berdasarkan lampiran 1 dan lampiran 5 )

Untuk pasir zirkon

Kapasitas yang diinginkan =1 kg/jam, ρ pasir zirkon = 4,8 gr/cm3 jadi kapasitas = 1000 gr/jam : 4,8 gr/cm3

= 208,333 cm3/jam Vol per menit =

60

Q

Vol per menit =

60

333

,

208

cm3 /mnt Vol per menit = 3,472 cm3

N =

k

putaran

Vol

menit

Vol

).

/

(

/

N =

15

,

0

).

5,8378

(

472

,

3

= 3,965 ≈ 4

Jadi untuk mendapatkan kapasitas 1 kg/jam Zr, dibutuhkan putaran motor 4 rpm

4. Menghitung daya motor yang dibutuhkan (HP) Untuk pasir Zr. Hpp = ₆

10

1

.

.

.

x

Fb

Fd

N

L

Fb (factor bearing) = 4,4. Faktor ini berdasarkan jenis barang seperti yang ditunjukkan pada lampiran 1 N = 4 rpm Hpp = ₆ 10 1 4 , 4 18 4 0826 , 1 x x x ftx Hpp = 0,428 x 10-3 Hpm = 6 10 1 . . . .. . x Fp Fm Fr W L C

C (kapasitas) = 1 kg/jam = 0,00774 ft3/jam

Fr (factor jarak) = 1. Faktor ini berdasarkan flight type yang digunakan standar, seperti yang ditunjukkan pada lampiran 3

Fm (factor material) = 1,7. Faktor ini berdasarkan jenis material, seperti yang ditunjukkan pada lampiran 4

Fp (factor paddle) = 1. Faktor ini ditunjukkan pada lampiran 5 W = 4,56 gr/ml = 251,33 lb/ft3 Hpm= 6 3 3

10

1

1

7

,

1

1

/

33

,

251

0826

,

1

/

00774

,

0

x

x

x

x

ft

lb

ftx

jamx

ft

Hpm = 3,5804 x 10-6 Hptotal =

e

Fbl

Hp

Hp

_{p m}

).

(

+

Fbl (factor beban lebih) = 3. Hoper_ ini ditunjukkan pada lampiran 6e (efisiensi penggerak) = 0,94. Hoper_ ini berdasarkan jenis reducer yang digunakan, seperti yang ditunjukkan pada lampiran 7 Hptotal =

94

,

0

3

).

10

3,5804

10

x

0,428

(

-3

+

x

−6 Hptotal = 0,013 HP

Daya motor terendah di pasaran 0,18 HP. Sehingga hoper ini memakai motor dengan daya 0,18 HP

Hoper sebagai pelengkap pada prose kalsinasi dapat berbentuk segi empat atau silinder sesuai dengan keperluan. Kebanyakan digunakan hoper silinder tegak dengan bagian bawah berbentuk konis dengan sudut 45 0, diameter dan tinggi shell sama, sedangkan tinggi konis diambil 0,5 diameter.

Volume shell (Vs) = Л /4 x D2 x H

Volume konis (Vk) = 1/3 x luas alas x 0,5 D = 1/3 x Л /4 x D2

x 0,5 D = Л /24 x D3

Jadi volume hoper = Л /4 x D2 _{x D + Л /24 x D}3 = Л x 7/24 x D3

II. Proses pembuatan hoper pengumpan. Pembuatan hoper pengumpan dimulai dari penyiapan bahan, peralatan dan alat pendukung lainnya.

Pertama plat SS tebal 2 mm dipotong sesuai dengan ukuran kemudian diroll untuk membuat shell (tabung) dengan diameter 24 cm dan tinggi 24 cm, berikutnya dibuat konis dengan ukuran disatu sisi diameter 24 cm dan sis lain diameter 6,6 cm tinggi 12 cm, plat dilas dengan

las argon dan disambung antara shell dan konisnya. Selanjutnya dibuat impeler dan rumah impeler sebagai unsur utama pada hoper pengumpan, rumah impeler dibuat dengan pipa berdiameter 3” dan impeler dengan diameter 2” denga 8 sirip untuk memindahkan pasir zirkon dari shell ke tungku peleburan. Hoper dijalankan dengan motor penggerak 0,25 pk yang dilengkapi dengan inverter untuk mengatur kecepatan motor yang mempengruhi jumlah pengumpanannya.

Gambar 1. Hopper pengumpan III. Ujicoba hoper pengumpan.

Setelah hoper pengumpan diinstal dilakukan ujicoba dan didapat data sebagai berikut:

Tabel 1. ujicoba kapasitas pengumpanan hoper pengumpan.

No Skala Inverter Put. Impeler

(put/mnt) Kap. Pengumpanan (gr) Ket.

1. 2. 3. 4. 5. 2,50 4,06 6,04 9,06 10,00 1 2 3 4 5 197 392 602 810 998

Skala inverter berpengaruh terhadap putaran motor dan impeler yang berhubungan dengan kapasitas pengumpanan, jadi semakin besar skala inverter yang digunakan semakin besar pula kapasitas pengumpanan yang dihasilkan.

KESIMPULAN

Dari hasil pembuatan hoper pengumpan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

Hoper pengumpan dibuat untuk melengkapi proses peleburan pasir zirkon menggunakan tungku rotary kiln secara kontinyu dengan kapasitas umpan peleburan (campuran pasir zirkon dan NaOH) seberat 2 kilo gram per jam. Hoper hasil rancang bangun dengan ukuran tinggi dan diameter sama yaitu 24 cm, tinggi konis bagian bawah : 12 cm dengan kapasitas pengumpanan 197 gram tiap menit dan dilengkapi dengan skala inverter untuk mengatur kapasitas pengumpanan yang diinginkan.

DAFTAR PUSTAKA

1. Benjamin.M.MA. Nuclear Reactor Materials and Aplications,Van Nostrand, Reinhold Co. New York. 1983.

2. Google : Http//www.el. wikipedia. Org/wki/zirconium (IV) hydroxide.

3. Lutsman B And Kerze,. Jr., The Metalurgy of Zirconium., 1st ed, Mc Graw Hill Book Company, inc, New york (1950).

4. Sudarsono K., Proses Fabrikasi Zirkonium dan Kelongsong Zircalloy., Buletin, Vol VIII, No 3 1987.

TANYA JAWAB Triyono

 Mohon dijelaskan data inverter yang digunakan untuk pengaturan kecepatan motor penggerak impeller, sehingga diperoleh range pengaturan keluaran hopper sesuai yang diinginkan.

 Mohon diinformasikan apakah motor

penggerak yang digunakan berupa motor 3~atau motor 1 ~.

Sudaryadi

 Data yang diperoleh dari uji coba hoper sbb: skala inverter 2,5 pada putaran motor 1 rpm, kapasitas pengumpan: 197 gram. Inverter yang digunakan : Hitachi x200

 Motor penggerak yang digunakan 1~ dengan daya : 0,25 PK