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