modul teknologi keramik ii

BAHAN AJAR

MATA KULIAH

TTEEKKNNOOLLOOGGII KKEERRAAMMIIKK IIII

Untuk digunakan di

Jurusan Teknik Kimia

Universitas Muhammadiyah Jakarta

Peminatan Teknologi Silikat

Disusun Oleh:

Irfan Purnawan, ST, MChemEng

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Jakarta

2013

- Bahan Ajar Teknik Pembakaran -

- Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta - i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI .................................................................................................................................... i

DAFTAR TABEL DAN GAMBAR ............................................................................................... ii

Chapter 1 Perpindahan Panas .......................................................................................................... 1

1.1. PP Konduksi ......................................................................................................................... 1

1.2. PP Konveksi ......................................................................................................................... 1

1.3. PP Radiasi ............................................................................................................................ 2

1.4. PP Keseluruhan .................................................................................................................... 2

a. PP di dinding tungku ....................................................................................................... 2

b. PP di luar dinding ............................................................................................................ 3

Chapter 2 Teknologi Pembakaran .................................................................................................. 5

2.1. Pembakaran .......................................................................................................................... 5

2.2. Aspek Ruangan Pembakaran ................................................................................................ 7

a. Keadaan Atmosfer Tungku .............................................................................................. 7

b. Tekanan Tungku .............................................................................................................. 8

c. Pencampuran Udara Bahan Bakar ................................................................................... 8

d. Nilai Panas ....................................................................................................................... 8

e. Reaksi Kimia Pembakaran .............................................................................................. 9

Chapter 3 Bahan Bakar Untuk Industri Keramik .......................................................................... 10

3.1. Macam Bahan Bakar .......................................................................................................... 10

3.2. Sifat-Sifat Asal Bahan Bakar ............................................................................................. 10

a. Bahan Bakar Padat ........................................................................................................ 10

b. Bahan Bakar Cair .......................................................................................................... 11

c. Bahan Bakar Gas ........................................................................................................... 12

Chapter 4 Proses Pembakaran Keramik ........................................................................................ 15

4.1. Pendahuluan ....................................................................................................................... 15

4.2. Sistem Pembakaran ............................................................................................................ 17

4.3. Metode Pembakaran ........................................................................................................... 18

4.4. Prinsip Pembakaran ............................................................................................................ 19

a. Prinsip Pembakaran Umum ........................................................................................... 19

b. Pembakaran Bodi Ubin Keramik (Floor Tile) ............................................................ 21

4.5. Proses yang terjadi pada Puncak Pembakaran .................................................................. 23

Chapter 5 Pengendalian Pembakaran Barang Keramik ................................................................ 25

5.1. Trayek Pembakaran ............................................................................................................ 25

5.2. Peralatan Bakar (tungku dan burner) dan kontrol .............................................................. 25

5.3. Alat Kontrol Suhu Pembakaran .................................................................................. 26

5.4. Tes laboratorium barang yang dibakar pada suhu tinggi .......................................... 28

5.5. Tes laboratorium terhadap sifat-sifat produk keramik .............................................. 29

Chapter 6 Tungku Keramik (Kiln) ............................................................................................... 30

6.1 Pengertian Tungku ..................................................................................................... 30

6.2 Syarat Tungku yang Baik .......................................................................................... 30

6.3 Faktor-faktor yang Harus Dipertimbangkan dalam Memilih/merancang Tungku ..... 30

6.4 Klasifikasi Tungku Keramik ...................................................................................... 30

6.5 Pemilihan Tungku ...................................................................................................... 31

6.6 Karakteristik Tungku Keramik ................................................................................... 32

6.7 Pengoperasian Tungku: .............................................................................................. 33

6.8 Perkembangan Tungku/Kiln ...................................................................................... 33


- Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta - ii

DAFTAR TABEL DAN GAMBAR

DAFTAR TABEL

Tabel 1: Komposisi udara pada kelembaban 80% dan 100% ......................................................... 6

Tabel 2: Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar ......................................................................... 13

Tabel 3: Sifat-sifat Pembakaran dan Perbandingan Bahan Bakar ................................................. 14

Tabel 4: Perbandingan antara proses single firing dan double firing ............................................ 18

Tabel 5: Diagram of the Transformation Brought Abour in a Clay for Red Stoneware ............... 22

Tabel 6: Spesifikasi Orthone Cone ................................................................................................ 27

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1: Segitiga Pembakaran ..................................................................................................... 5

Gambar 2: Unit Firing (pembakaran) ........................................................................................... 19

Gambar 3: Orthone Cone/Pancang Seger ...................................................................................... 27


Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta 1

Chapter 1

Perpindahan Panas

Perpindahan Panas (PP) dibedakan menjadi 3 macam:

1. PP Konduksi.

2. PP Konveksi

3. PP Radiasi.

1.1. PP Konduksi

Adalah perpindahan/perambatan panas yang berlangsung tanpa adanya perpindahan

molekul/materi dari benda yang dilalui. Perpindahan panas secara konduksi hanya terjadi

jika ada perbedaan suhu sebagai driving force. Besar kecilnya perpindahan panas sebanding

dengan besarnya perbedaan suhu dan berbanding terbalik dengan tahanan (heat resistance).

Menurut Hukum Fourier's:

Kecepatan perambatan panas pada bahan tertentu sebanding dengan luas bidang yang

dilalui, perbedaan suhu, jenis bahan dan berbanding terbalik dengan jarak yang dilalui.

dL

dtAk

dt

dQ

Persamaan di atas disederhanakan menjadi:

L

TTAkq

)( 21

Dengan:

q = perambatan panas persatuan waktu, kal/jam

Tl = suhu yang lebih tinggi, C

T2 = suhu yang lebih rendah, C

k = konduktivitas panas bahan, yang besarnya tergantung jenis bahan dan temperatur

kerja, kal. m/j.m2.c

A = luas permukaan tegak lurus arah aliran panas, m2

L = jarak yang dilalui, m

1.2. PP Konveksi

Aliran panas dibarengi aliran fluida, tetapi pada lapisan tipis dekat dinding fluida dianggap

diam dan memiliki tahanan panas spesifik serta koefisien perpindahan panas permukaan (h),

atau disebut juga tetapan film.

Lapisan x1 dan x2 sangat tipis dianggap suatu tetapan sehingga:



111

1

AhR

222

1

AhR

LLL Ah

R

1

)/(1)/()/(1 2211

21

AhAhLAh

TTq

LL

)/(1 11

1

Ah

t

=

)/(2

LL AhL

t

=

)/(1 22

3

Ah

t

1.3. PP Radiasi

Perpindahan panas radiasi tidak memerlukan media sebagai transfer panas.

4.. TA

Q

Dengan: = emisifitas

= konstanta

1.4. PP Keseluruhan

Dalam tungku Dinding tungku Dinding luar

Panas Udara

Konveksi Konduksi Konveksi

Radiasi Radiasi

Perhitungan PP dalam keadaan tetap.

Keadaan tetap: suhu, aliran panas, tidak ada perubahan waktu, tidak ada aliran udara.

a. PP di dinding tungku

x1 x2

T1

L

t2

t1 t3

T2

l1 l2 l3 1 2 3

ti t1

t2 to

ta



Dengan: = Konduktivitas panas (Kkal/m.h.C)

l = tebal refraktori (m)

Q1 = jumlah PP yang melewati dinding (Kkal/m2.h)

ti = temperatur dalam dinding (C)

t1 = temperatur lapisan 1 (C)

t2 = temperatur lapisan 2 (C)

to = temperatur luar dinding (C)

ta = temperatur luar/udara (C)

(1) 3 lapisan

332211

0

1 ///

tt

Qi

(2) n lapisan

nn

in

ttQ

/......// 22110

Temperatur masing-masing lapisan:

t1 = ti - Q1 x l1/1 = ti - 332211

0

/// tti

x l1/1

t2 = t1 - Q1 x l1/1 = t1 - 3322

0

// tti

x l2/2

b. PP di luar dinding

(1) Radiasi Q3 = jumlah panas

Q3 = hr (to - ta) kkal/m2.h

Dengan: ta = temperatur luar/udara (C)

hr = koefisien PP radiasi (kkal/m2.h.C)

hr = ao tt

ttxx

a

44

100

273

100

27388,4

0

4

= untuk besi atau refraktori = 0.85



(2) Konveksi Q4 = jumlah panas

Q4 = hc (to - ta) kkal/m2.h

Dengan: hc = koefisien PP konveksi (kkal/m2.h.C)

= bata (20C) = 0.93

= pottery (glazed 20C) = 0.92

dinding hc = 1.5 x 4 ao tt

atap hc = 2.1 x 4 ao tt

lantai hc = 1.1 x 4 ao tt

(3) Total panas: Q2

Q2 = Q3 + Q4 = (hc + hr) (to - ta)

Jadi jumlah panas yang melewati dinding = jumlah emisi panas dari permukaan

dinding luar

Q1 = Q2

Jika to tidak diketahui:

Q1 > Q2 (to primer < to sekunder)

Q1 < Q2 (to primer > t0 sekunder)



Chapter 2

Teknologi Pembakaran

2.1. Pembakaran

Arti pembakaran adalah suatu pencampuran yang cepat antara oksigen dengan elemen

bahan bakar yang menghasilkan panas sebagai akibat reaksi kimia antara elemen bahan bakar

dan oksigen.

Syarat-syarat yang menentukan terjadinya pembakaran, seperti tergambar dalam segitiga

pembakaran, yaitu:

1. Bahan Bakar (Fuel)

2. Oxidizer (O2)

3. Energi Aktivasi, Ea (Activated Energy)

Gambar 1: Segitiga Pembakaran

(Combustion/Firing triangle)

Tanpa salah satu komponen tersebut di atas, maka tidak akan terjadi proses pembakaran.

Bahan bakar merupakan komponen yang terbakar yang memiliki nilai kalor tertentu

tergantung dari bentuk dan jenisnya. Mengenai bahan bakar, akan dibahas tersendiri di chapter

lain. Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi untuk melakukan

reaksi. Oksigen pun merupakan komponen yang mempengaruhi terjadinya proses pembakaran.

Tanpa oksigen, bahan bakar tidak akan teroksidasi menghasilkan panas untuk pembakaran.

Reaksi umum pembakaran:

C + O2 CO2 + panas/energi

Oksigen yang berasal dari udara mempunyai bagian volume sebesar 21% dan selebihnya

78% Nitrogen dan 1% lainnya molekul-molekul gas lain. Sedangkan bahan bakar mempunyai

elemen-elemen yang bisa terbakar menghasilkan panas yaitu karbon, hidrogen dan belerang.

Unsur/senyawa lain yang bisa terkandung dalam bahan bakar, tetapi menyerap panas hasil

pembakaran sehingga panas reaksi pembakaran bahan bakar berkurang besaran energinya, yaitu

air (H2O) dan abu (senyawa yang tidak terbakar dan merupakan sisa/residu). Dalam keadaan

kering, udara tersusun dari unsur/senyawa sebagai berikut:

O2 = 20,99% volume atau 23,20% berat

N2 = 78,03% volume atau 75,46% berat

Argon = 0,94% volume atau 1,30% berat

Lainnya = 0,04% volume atau 0,04% berat

Air (H2O) = 0 % volume atau 0 % berat

Fuel

Activated Energy

Oxidizer



Bila dalam keadaan kelembaban 80% dan 100% serta suhu 60oF ( 16C) maka

komposisinya dapat dilihat pada table 1 berikut:

Tabel 1: Komposisi udara pada kelembaban 80% dan 100%

Unsur Udara 80% Kelembaban suhu 60F 100% Kelembaban suhu 60F

02 20,696% vol

22,997% berat I

20,623% vol

22,944% berat

N2 76,938% vol

74,806% berat

76.665% vol

74.631% berat

Air 0,927% vol

1,288% berat

1,285% berat

H20 1,399% vol

0,872% berat

1,749% vol

1,096% berat

Ada 3 macam atmosfir/kondisi pembakaran:

(1) Pembakaran Netral

C + O2 CO2 + panas/energi

Pembakaran berlangsung dengan sempurna bila perbandingan antara jumlah molekul bahan

bakar dan oksigen tepat jumlahnya. Dalam hal bahan bakar terbakar habis dan tidak ada

kelebihan oksigen.

(2) Pembakaran Oksidasi

C + 2 O2 CO2 + O2 + panas/energi

Bila jumlah oksigen kelebihan, artinya semua unsur bahan bakar terbakar habis, tetapi dalam

gas hasil pembakaran masih terkandung oksigen.

(3) Pembakaran Reduksi (pembakaran tidak sempurna)

2 C + O2 CO2 + C + panas/energi

Bila oksigen kurang jumlahnya dan bahan bakar lebih banyak sehingga di dalam gas hasil

pembakaran masih mengandung unsur bahan bakar.

Nyala api pada pembakaran oksidasi cenderung lebih pendek dan lebih jernih. Sedang

pada pembakaran reduksi, nyala api cenderung lebih panjang dan kadang-kadang berasap

(hitam).

Karena O2 diperoleh dari udara, maka volume udara yang diperlukan haruslah lebih

banyak dibanding apabila digunakan oksigen murni. Didalam proses pembakaran, sering

digunakan pengertian udara primer, udara sekunder dan udara tertier.



Udara primer adalah udara yang bercampur langsung dengan bahan bakar atau di dalam

alat pembakar. Udara sekunder adalah udara luar dari sekitar pembakaran. Sedangkan udara

primer adalah udara tambahan yang dialirkan dari luar alat pembakar.

Faktor-faktor dalam pembakaran

Udara yang dialirkan kedalam ruang pembakaran bahan bakar harus menjamin

tercapainya pembakaran sempurna. Karena pembakaran sempurna bukanlah merupakan

pembakaran yang efisien, maka penambahan udara lebih tidak boleh menyebabkan banyaknya

oksigen terikut dalam gas produk pembakaran. (kelebihannya tertentu saja).

Suplai udara mesti diperhitungkan kecepatannya dalam waktu yang tepat/cukup sehingga

oksigen bergerak bebas dan bercampur dengan bahan bakar. Untuk bahan bakar padat, udara

tidak saja harus nampak berkontak dengan elemen karbon bahan bakar (karbon terikat) tetapi

juga zat terbang dalam bahan bakar (volatile matter).

Gas hasil pembakaran harus dipertahankan pada atau di atas temperatur penyalaan bahan

bakar, sehingga selalu terjadi pembakaran sempurna dari bahan bakar.

2.2. Aspek Ruangan Pembakaran

Untuk mengantisipasi terjadinya ekspansi atau perbesaran volume gas hasil pembakaran

karena kenaikan temperatur pembakaran terhadap waktu. Dengan perkataan lain jangan sampai

terjadi hambatan aliran gas asap.

a. Keadaan Atmosfer Tungku

Atmosfer tungku disebut oksidasi bila di dalam tungku terdapat kelebihan oksigen

atau udara. Kondisi oksidasi ini seringkali diperlukan untuk tujuan tertentu agar terjadi

reaksi kimia tertentu dalam barang yang dipanasi oleh panas gas hasil pembakaran. Hal

ini memberikan akibat terjadinya pemborosan bahan bakar dan timbulnya kerak-kerak

karbon. Tetapi hal ini kadang diperlukan untuk menurunkan temperatur nyala dengan

memasukkan udara dingin ketika temperatur pembakaran masih rendah.

Atmosfer tungku disebut reduksi jika di dalam tungku masih kekurangan oksigen

atau udara untuk mencapai pembakaran sempurna. Kondisi ini menyebabkan banyak

bahan bakar tak terbakar sempurna terikut dalam gas yang keluar cerobong/tungku dan

menurunkan temperatur.

Atmosfer tungku netral jika bahan bakar terbakar sempurna dan temperatur

pembakaran mencapai harga tertinggi dan menyatakan jumlah bahan bakar maksimum

yang ekonomis dalam pembakaran.



b. Tekanan Tungku

Tungku-tungku pembakaran keramik pada umumnya mempunyai tekanan 1

atmosfer atau sangat kecil lebihnya pada sepanjang proses pembakaran. Mengapa

tekanan tungku mesti atmosferik? Hal ini penting, sebab jika tekanannya lebih besar

dari 1 atmosfer maka akan terjadi semburan nyala gas dari dalam tungku keluar, melalui

celah-celah dinding tungku. Sebaliknya bila tekanannya kurang dari 1 atmosfer maka

akan terjadi hisapan udara luar oleh tungku.

c. Pencampuran Udara Bahan Bakar

Pencampuran yang baik diperlukan untuk mencapai pembakaran yang efisien.

Campuran akan homogen jika tiap partikel bahan bakar berkontak langsung dengan

partikel-partikel udara.

Pada kebanyakan bahan bakar, terjadi perubahan fasa menjadi gas sebelum ia

terbakar oleh udara dan campuran timbulan harus diusahakan agar terjadi campuran gas-

udara yang merata dan mudah terbakar pada temperatur penyalaannya.

Bahan bakar cair biasanya diuapkan dahulu menjadi uap yang mudah terbakar

menjadi gas pembakaran. Bahan bakar cair harus diatomisasi/dikabutkan untuk

menghasilkan berjuta-juta partikel cairan yang mempunyai luas permukaan yang besar

sehingga mudah menguap.

Cara lain adalah dengan memecah ikatan karbon dengan nyala di sekitarnya

menjadi ikatan hidrokarbon ringan yang mudah menguap dan kemudian terbakar.

Sedang hidrokarbon yang padat/berat akan menghasilkan nyala kuning. Reaksi

pembakaran bahan bakar pada temperatur kamar sesungguhnya telah terjadi, tetapi

sangat lambat. Akumulasi panas dari hasil reaksi pembakaran akan makin besar,

sehingga temperatur bahan bakar naik.

Seiring dengan kenaikan temperatur bahan bakar, mempercepat kecepatan oksidasi

dan seterusnya sampai pada suatu saat terjadi pembakaran spontan. Namun hal ini

sangat sulit. Caranya dengan menyediakan sumber panas di luar bahan yang dibakar

untuk mempercepat pemanasan bahan bakar sehingga terjadi penguapan partikel bahan

bakar, dan terjadi pembakaran sendiri dari bahan bakar tersebut. Temperatur nyala

bahan bakar. Ini penting untuk terjadinya proses pembakaran yang terus menerus.

d. Nilai Panas

Nilai panas adalah panas yang dibebaskan ketika bahan bakar terbakar oleh

udara/oksigen, yaitu banyaknya panas/kalor yang diperoleh dari pembakaran 1 satuan



massa per 1 satuan volum bahan bakar. Nilai panas bahan bakar dinyatakan sebagai

BTU (British Thermal Unit), Kilokalori (kcal), joule, watt-detik.

Nilai panas kotor (Nilai kalor atas)

Gross Heating Value atau Higher Heating Value atau Higher Caloritic Value adalah

banyaknya panas/kalor yang diperoleh dari pembakaran 1 satuan massa per 1 satuan

volum bahan bakar dengan ketentuan H2O hasil pembakaran berada pada fase cair.

Nilai panas bersih (Nilai kalor bawah)

Net Heating Value atau Lower Heating Value atau Lower Caloritic Value adalah

banyaknya panas/kalor yang diperoleh dari pembakaran 1 satuan massa per 1 satuan

volum bahan bakar dengan ketentuan H2O hasil pembakaran berada pada fase gas.

Nilai panas kotor = Nilai panas bersih - panas penguapan air yang dihasilkan dari

reaksi hidrogen dan oksigen.

Pada temperatur yang tinggi gas hasil pembakaran bisa terurai/terdisosiasi, misalnya:

2 CO2 + PANAS 2 CO + O2

2 H2O + PANAS 2 H2 + O2

Temperatur mulai terjadinya proses disosiasi adalah antara 1870 - 2090 C untuk

kebanyakan bahan bakar. Temperatur nyala teoritis dapat dihitung dengan mengabaikan

kehilangan panas ke sekelilingnya.

Teoritis

NyalaTemperatur

)()( bakarbahankomponenjenisPanasxbakarbahankomponenkomponenberat

disosiasiuntukPanasBersihPanasNilai

Temperatur nyala aktual = temperatur nyala teoritis dikurangi panas yang hilang ke

sekitarnya.

Temperatur nyala akan menurun jika terdapat udara kelebihan dalam gas hasil

pembakaran. Misalnya: udara ekses 16,2% (0,86 equivalent ratio) menurunkan

temperature nyala sebesar 262. Oleh karena itu, bila temperatur tungku harus tinggi

maka ketelitian perbandingan bahan bakar/udara harus teliti atau dikontrol ketat sekali.

e. Reaksi Kimia Pembakaran

(1) C + O2 CO2 + 8.056 kcal = 33,73 MJ

(l kg) (2 2/3 kg) (3 2/3 kg)

(2) C + O2 CO + 2.417 kcal = 10,12 MJ C

(l kg) (1 1/3 kg) (3 1/3 kg)

(3) CO + O2 CO2 + 5.639 kcal = 23,61 MJ C

(1 1/3 kg) (1 1/3 kg) (3 2/3 kg)



Chapter 3

Bahan Bakar Untuk Industri Keramik

3.1. Macam Bahan Bakar

Berdasarkan keadaan fisika atau fasa-nya, terdapat 3 macam bahan bakar, yaitu:

a. Bahan Bakar Padat

Misalnya: kayu bakar/kayu hutan, sekam padi, jerami, daun tebu, serbuk gergaji, sabut &

tempurung kelapa, batu bara dan sebagainya.

b. Bahan Bakar Cair

Misalnya: minyak bumi; yaitu minyak tanah atau kerosen, minyak solar atau minyak Disel

putaran cepat (USD), minyak Disel Putaran lambat (ICO), minyak bakar jenis residu (minyak

residu)

c. Bahan Bakar Gas

Misalnya: gas alam. Gas buatan (hasil penyulingan minyak bumi mentah/crude oil), gas kota

(hasil penyulingan kokas/batu bara) dan sebagainya. Gas hasil penyulingan minyak bumi

yang populer adalah gas ELPIJI (gas propane/butane)

3.2. Sifat-Sifat Asal Bahan Bakar

a. Bahan Bakar Padat

Kayu bakar

- Kayu bakar kering matahari (setelah dijemur), biasanya mengandung air 15-20%

berat kayu

- Kayu bakar mengandung bahan bakar

- 80% berupa zat yang mudah menguap pada suhu penyalaannya

- 20% berupa arang karbon yang sukar terbakar tanpa udara yang cukup.

- Kurang dari 5% abu.

- Nilai panas kayu antara 3500 - 5500 kcal/kg (tergantung berat jenis kayu)

- Berat jenis kayu bakar bervariasi antara 0,6 - 0,7 kg/dm3. Atau kira-kira 400 -

500 kg/m3 tumpukan kayu

- Suhu penyalaan 300C

Bahan bakar limbah pertanian

Sekam Padi

- Kadar abu tinggi (sampai 24%)

- Zat yang mudah terbakar < 60%

- Zat karbon < 30%



- Kadar air + 10%

- Nilai panas: 3000 - 3500 k cal/kg

Sabut kelapa, jerami, daun tebu dan sebagainya.

- Zat mudah terbakar tinggi

- Nilai panas: 300 - 400 Kcal/kg

Tempurung kelapa

- Zat karbon tinggi

- Zat mudah terbakar rendah

- Nilai panas: 4000 - 5000 kcal/kg.

Dan sebagainya.

BatuBara

Ada bermacam-macam batu bara

1. Jenis Peat (gambut)

2. Jenis Lignit

3. Jenis Bituminus

4. Jenis Antrasit

Makin tinggi nilai panas pembakarannya, makin tinggi berat jenis batu baranya

(sampai 1,3 g/cc) tetapi makin rendah kadar zat yang mudah terbakarnya. Nilai

panas batu bara bertingkat-tingkat sesuai dengan jenisnya: Misalnya:

- Jenis Peat (gambut) : 3000 - 4000 kcal/kg

- Lignit : 4000 - 5000 kcal/kg

- Bituminus : 6000 - 7000 kcal/kg

- Antrasit : 8000 - 9000 kcal/kg

Kadar abunya juga bervariasi dari yang rendah, yaitu kurang dari 5% sampai ada

yang lebih dari 30%.

b. Bahan Bakar Cair

Yang dimaksud bahan bakar cair dalam hal ini adalah bahan bakar cair hasil

penyulingan minyak bumi. Untuk bahan bakar yang umum dipakai adalah:

Minyak tanah atau kerosene

Bahan bakar ini sebenarnya tidak boleh digunakan untuk bahan bakar bagi industri,

karena diperuntukkan bagi kebutuhan rumah tangga sebagai salah satu dari 9 bahan

pokok.

Kerosene mempunyai berat jenis antara 0,7 - 0,8 g/cc dan warnanya tergantung dari

lamanya berhubungan dengan udara. Bila berhubungan dengan udara, ada Nitrogen



yang terlarut sehingga memberi warna agak violet dalam warna yang asli (seperti

air). Kerosen mudah menyala, bila suhu sekitarnya sekitar 150C.

Minyak Solar

Minyak solar diperuntukkan sebagai bahan bakar untuk mesin-mesin disel yang

berputaran cepat baik mesin disel kendaraan umum atau industri atau untuk

pembakaran pada tungku-tungku di industri kecil.

- Berat jenis minyak solar: 0,82 - 0,87 gram/oC.

- Minyak solar ini lebih kental sedikit dibanding minyak kerosen, tetapi lebih

encer dibanding minyak disel putaran lambat.

- Nilai panasnya rata-rata 10.400 kcal/kg

- Tidak mudah menguap seperti bensin

Minyak Disel

Nama lain dari minyak disel ini ialah I.D.O. (Industrial Disel Oil) atau MDF Minyak

Disel mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

- Berat jenis 0,85 - 0,92 gram/cc

- Lebih kental dari minyak solar (35-45 detik Redwood)

- Nilai panas 10.000 kcal/kg

- Warna lebih gelap dari pada minyak solar

- Pada suhu kamar bentuknya cair

Minyak Bakar

Nama lain adalah F.O. (Fuel Oil) atau M.F.O (Marine Fuel Oil) sering pula disebut

sebagai minyak residu.

Sifat-sifat:

- Berat jenis 0,92 - 0,99 gram/cc

- Kental (400 - 1000 detik Redwood I pada suhu 40C.

- Nilai panas = 9.500 kcal/kg

- Sering tidak mudah mengalir, terutama dalam pipa alir yang kecil dan panjang

- Warna hitam gelap karena banyak karbon kasar dalam cairannya

c. Bahan Bakar Gas

Yang umum digunakan oleh industri adalah gas alam (misalnya di industri kapur

Palimanan Cirebon) dan gas ELPIJ1 atau gas yang dicairkan. Gas ELPIJI lebih mudah

dibeli, karena disimpan dalam tabung-tabung khusus yang beratnya sampai 50 kg.

Gas alam masih sulit dipakai bila tanpa membuat instalasi pipa pengalir dan daerah

sumbernya.



Sifat-sifat Gas:

Berat jenis diukur terhadap berat jenis udara

Berat jenis udara = 1,225 kg/m3 (Pada t = 0C, tekanan 1 atm)

= 0,0765 lt/ft3

Berat jenis gas Propane (LPG) = 1.856 x 1,225 kg/m3

= 2,27 kg/m3

Bila berat jenis udara dianggap = 1

maka berat jenis propan = 1,52

berat jenis butan = 2,0

Panas Pembakaran Gas

Gas Propane: 21.600 BTU/lb atau kg

kcal

454,0

20,5443

11.989,43 kcal/kg atau 12.000 kcal gas/kg.

Gas Butane = 21.200 BTU/lb

= 1.767,400 kcal/kg

= 22.439,59 kcal/m3

Sifat-sifat Gas

Gas Propane

Berat jenis: 1,52 bila BD udara = 1, atau 1,862 kg/m3

Panas Pembakaran = 11.989 kcal/kg = 12.000 kcal/kg = 22.400 kcal/m3

Butan

Berat jenis: 2 bila BD udara = 1, atau: 2,45 kg/m3 (Pada C, 1 atmosfer)

Panas Pembakaran: 11.676 kcal/kg = 11.800 kcal/kg = 28.500 kcal/m3

Tabel 2: Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Bahan Bakar Minimum, Suhu

Penyalaan (oC)

Temperatur Nyala

Teoritis (C)

Kecepatan Nyala

(M/Det)

Udara Teoritis

(%)

1. Gas Butane 480 1973 0,4 97

2. CO Gas 609 1950 0,52 55

3. Bensin 280 - - -

4. Hidrogen 572 2045 2,83 57

5. Gas Alam - 1941 0,30 100

6. Propane 500 1967 0,85 -



Tabel 3: Sifat-sifat Pembakaran dan Perbandingan Bahan Bakar

Bahan bakar

Sifat Pembakaran Bahan Bakar Gas Bahan Bakar Minyak Bahan Bakar Padat

1. Efisiensi pembakaran Baik Agak baik Miskin (kecil)

2. Asap Hampir tidak ada Moderat Banyak

3. S02 gas Hampir tidak ada Sedikit Banyak

4. Abu Hampir tidak ada Sedikit Banyak

5. Pengendalian pembakaran Mudah Moderat Sulit

6. Sifat nyala Nyala pendek Antara gas & padat Panjang

7. Otomatisasi Mudah Tidak begitu sulit Sulit

8. Ruang bakar Paling kecil Lebih besar dari gas Paling besar

9. Harga per kalori Paling mahal Sedang Sedikit mahal

10 Tempat penyimpan Mahal Moderat Murah

11. Fasilitas pembakaran Seperti minyak Mahal Tidak mahal

12. Pencegahan polusi Tidak masalah Makin berat minyak

makin sulit/masalah

Masalah

13. Residu/sisa Tidak ada Hampir tidak ada Ada

14. Kerusakan ruang bakar Kecil Sedang Signifikan

15. Pengukuran penghematan Mudah Moderat Sulit

16. Safety Precaution Perlu Perlu Tidak perlu

17. Penggunaan peralatan Mudah Sukar untuk F.O Sulit



Chapter 4

Proses Pembakaran Keramik

4.1. Pendahuluan

Produk keramik sedikitnya telah mengalami satu kali pembakaran_untuk mengubah

barang mentah berbentuk tertentu secara Irreversible menjadi produk yang keras, tahan lapuk

oleh air dan kimia. Ceramic Tiles meliputi produk-produk Ubin Dinding (Floortiles), Granito

dan Genteng Berglasur.

Keramik berasal dari kata Yunani Kuno "KERAMOS" yang berarti api. Oleh karena itu,

produk keramik dalam proses produksi meski sudah berbentuk barang keramik belum bisa

disebut keramik selama belum dibakar.

Baik produk Walltiles (WT) maupun Floortiles (FT) merupakan bahan bangunan yang

nilainya dibanding seluruh produk keramik dunia bisa mencapai 80%. Indonesia merupakan

negara yang maju cepat industri keramiknya pada periode 1992-1998 dari urutan 12 produksi

dunia Ceramic Tiles melompat ke urutan 6 besar dunia, bahkan pernah ke urutan 5 besar dunia

pada tahun 1998.

Kapasitas terpasang produksi tiles Indonesia sekitar 400 juta m2 per tahun, dimana

sekarang ini bekerja pada 70% kapasitas terpasang. Italia sebagai negara nomor satu di dunia

dalam produksi Ceramic Tiles mempunyai produksi 560 juta m2 per tahun. Indonesia dalam

pemakaian Ceramic Tiles baru mencapai 1.0 m2 per kapita per tahun. Sedangkan untuk Italia

sudah mencapai angka 14 m2 per kapita per tahun.

Barang keramik yang berglasir secara tradisional dibakar dua kali yaitu pembakaran

biskuit (Biscuit Firing) untuk semua bodi kecuali porselen keras harus sampai masak. Barang

biskuit ini kemudian dilapisi bahan glasir dan dibakar glost (mengkilap) pada suhu yang lebih

rendah untuk mematangkan glasir. Dalam hal porselen keras (hard porcelain) pembakaran

biscuit tidak sampai masak bodinya, produk yang berpori yang ingin dihasilkan. Kemudian

setelah diglasir dilakukan pembakaran glost pada suhu yang lebih tinggi sehingga bodi dan glasir

masak bersama-sama.

Kecenderungan modern adalah ingin menghilangkan pembakaran kedua dan barang yang

berglasir mentah dapat dibakar sekali sehingga disebut once firing atau single firing. Kedua bodi

dan glasir, komposisinya harus diatur agar cocok untuk metloda single firing ini agar sukses.

Barang keramik dekoratif mengalami pembakaran lebih dari sekali. Dekorasi under glaze

seringkali diterapkan dengan menggunakan minyak atau pernis yang harus dibakar habis dalam

api pada suhu 700 - 800C, sebelum dilapisi glasir, sedangkan dekorasi on glaze diterapkan pada



permukaan keramik berglasir dengan pembakaran hingga 600 - 900C biasanya 750 - 850C

dalam tungku dekorasi (enamel kiln) yang mana harus berupa muffle kiln atau electric kiln.

Warna yang berbeda memerlukan temperatur dekorasi yang berbeda pula, sehingga dapat

memerlukan sejumlah pembakaran. Dalam pembakaran bodi keramik perubahan kimia dan fisika

akan terjadi karena aksi panas yang bekerja pada bodi keramik. Perubahan ini makin kompleks

bila campuran bodi keramik juga kompleks dan termasuk ada reaksi yang sempurna dan tidak

sempurna, cepat dan lambat dan sebagainya. Geometri barang yang dibakar juga mempengaruhi.

Dalam pembakaran barang keramik tertentu, tidak hanya agar dapat dicapai temperatur

tinggi yang diinginkan tetapi penting, pula pengendalian kecepatan pemanasan dan pendinginan.

Skejul pembakaran yang terbaik untuk bodi diatur sesuai reaksi yang bakal terjadi.

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam pembuatan skejul pembakaran:

A. Komposisi Bodi

- Air terikat dan air higroskopis dapat bebas diuapkan

- Pembakaran dan pemisahan campuran dan pengotor organic

- Pembakaran dan pemisahan pengotor berbelerang

- Reduksi dan oksidasi konstituen bodi

- Perubahan volume secara gradual

- Perubahan volume mendadak ketika pemanasan/pendinginan

- Temperatur kemasakan.

B. Penyiapan Bodi

- Ukuran butir konstituen bodi

- Geometri barang keramik

- Permeabilitas permukaan dapat dilewati gas, konduktifitas panas dan elastisitas pada

temperatur berbeda.

C. Metoda Pembakaran

- Waktu dan panas diperlukan untuk memanaskan tungku dan perabotnya.

- Beda waktu antara barang yang disusun yang berbeda lokasi untuk mencapai suhu yang

ditetapkan.

- Cara pengendalian metoda pemanasan.

D. Pembakaran Glasir

Faktor utama yang berpengaruh:

- Pemanasan yang merata dan juga pendinginannya

- Oksidasi endapan karbon sebelum glasir menutup permukaan

- Kematangannya glasir tepat dan tidak mereduksi kekentalan glasir hingga mengalir

meninggalkan barang.



Dalam perkembangannya proses pembakaran mengalami perubahan yang pesat dengan

memunculkan teknik pembakaran cepat (Fast Firing) untuk keramik konvensional.

Berkembangnya fast firing untuk komoditi ubin, sanitair, genteng dan table ware menyebabkan

teknik pembakaran yang lama disebut conventional firing.

4.2. Sistem Pembakaran

Bahan dan produk keramik dapat dibakar dalam bermacam-macam tipe tungku

pembakaran baik yang beroperasi secara periodik ataupun secara kontinyu. Tungku keramik

berdasarkan aliran nyala api di dalam tungku, dari sumber produksi nyala api di kantong api, ke

susunan barang yang dibakar/dipanasi kemudian dibuang ke udara atmosfer ada tiga macam:

- Tungku Api Naik (Up Draft Kiln)

- Tungku Api Berbalik (Down Draft Kiln)

- Tungku Api Mendatar (Cross Draft Kiln).

Tungku api naik umumnya untuk pembakaran produk keramik secara tradisional yang

efisiensi pembakarannya rendah yaitu kurang dari 20%. Produk yang dibakar misalnya bata

merah, genteng, dan gerabah kasar (Mayolica).

Tungku api berbalik umumnya digunakan untuk membakar genteng natural atau berglasir

suhu rendah antara 800 - 900C dan tungku api berbalik jenis shuttle kiln yaitu lantai/ruang

penyusunan barang dikonstruksi di atas lori yang bisa didorong keluar dan masuk dan dilengkapi

tutup pintu tungku.

Barang yang dibakar dalam tungku Shuttle lebih beragam, demikian juga temperatur

pembakarannya bervariasi lebar (800 oC - 1400 C). Barang keramik di dalam Shuttle kiln

disusun di atas dudukan refraktori yang berupa plat atau Saggers (kotak/silinder) dan penyangga

dari refraktori untuk menyusun plat-plat secara bersusun (shelves). Apabila digunakan susunan

yang tertutup, tidak diperlukan penyangga (refractory supporter) dan tungku shuttle ini

berfungsi sebagai tungku "muffle" yang diaplikasi apabila barang yang dibakar diinginkan tidak

bersinggungan dengan nyala api (pembakaran netral).

Tungku Shuttle berkembang menjadi lebih produktif dan beroperasi kontinyu/semi

kontinyu, yaitu menjadi tunnel kiln dan kemudian menjadi Roller Hearth Kiln. Perkembangan

proses pembakaran dengan tunnel kiln dan Roller Hearth Kiln merubah teknologi produksi

keramik, dari mulai mutu bahan mentah, penyiapan bahan baku, proses pembentukan dan

pengeringan yang harus mampu memfasilitasi implementasi fast firing (proses pembakaran yang

lebih cepat). Lama pembakaran yang sebelumnya mencapai 24-50 jam dalam shuttle Kiln atau

Tunnel Kiln kini menjadi hanya 30-90 menit untuk pembakaran ubin, 2-4 jam genteng/table

wares dan 6-7 jam untuk Sanitair Wares.



Proses pembakaran keramik merupakan unit operasi yang padat energi, sehingga

perbaikan teknologi diarahkan kepada peningkatan efisiensi bahan bakar dari sekitar 30-40%

menggunakan tungku konvensional (shuttle & tunnel kiln) kini bisa dicapai efisiensi hingga 60%

dengan Roller Hearth Kiln.

4.3. Metode Pembakaran

Berdasarkan metode pembakarannya, secara umum terdapat 2 cara pembuatan keramik,

yaitu:

- Single Firing

Proses single firing adalah proses pembuatan keramik dengan menggunakan satu kali

pembakaran yaitu pembakaran glasur atau glost firing. Proses utamanya meliputi persiapan

bahan baku, penggilingan, pengeringan, pencetakan dan pengeringan cepat, pengglasuran

dan pembakaran. Bodi keramik yang telah dicetak di mesin pres langsung diglasur tanpa

dibakar terlebih dahulu. Proses ini lebih sederhana dibandingkan proses double firing dan

biasanya digunakan untuk pembuatan keramik lantai (floor tile).

- Double Firing

Proses double firing adalah proses pembuatan keramik dengan menggunakan dua kali

pembakaran yaitu pembakaran biskuit atau bodi keramik dan pembakaran glasur atau glost

firing. Proses utamanya hampir sama dengan single firing, yaitu meliputi persiapan bahan

baku, penggilingan, pengeringan, pencetakan dan pengeringan cepat, pembarakan biskuit,

pengglasuran dan pembakaran glasur. Bodi keramik yang telah dicetak mesin pres dibakar

terlebih dahulu sebelum diglasur. Kemudian setelah pengglasuran, keramik di bakar lagi.

Proses ini biasanya digunakan untuk pembuatan keramik dinding (wall tile)

Tabel 4: Perbandingan antara proses single firing dan double firing

Single Firing Double Firing

Bodi keramik lebih mudah dilapisi

glasur daripada bodi keramik yang sudah

dibakar matang.

Untuk membakar bodi keramik sampai

matang diperlukan waktu yang lebih

lama, sehingga memberi cukup waktu

kepada glasur untuk membentuk

intermediate layer (lapisan tipis hasil

reaksi antara bodi dan glasur).

Bodi keramik telah lebih dulu

dibakar sehingga lebih sulit dilapisi

glasur.

Saat pembakaran kedua kali, bodi

keramik sudah matang sehingga

pembentukan intermediate layer

kurang sempurna.



Memiliki ketahanan yang lebih besar

terhadap crazing (retak-retak) dan cacat

pembakaran lainnya.

Proses lebih sederhana.

Investasi lebih kecil.

Ketahanan terhadap crazing lebih

rendah dibanding single firing.

Proses lebih kompleks.

Investasi lebih besazr.

4.4. Prinsip Pembakaran

Pembakaran merupakan langkah proses yang paling penting dalam pambuatan keramik.

Fungsi pembakaran adalah merubah green tile/keramik yang masih mempunyai kekuatan rendah

(dengan breaking load 27 kg/cm2), mudah pecah dan mempunyai permukaan yang kurang

bagus menjadi keramik matang dengan breaking load tinggi, lebih besar dari 450 kg/cm2,

mempunyai permukaan yang halus, mengkilap baik polos maupun berdekorasi dan tidak mudah

pecah.

Gambar 2: Unit Firing (pembakaran)

Selama pembakaran, terjadi perubahan-perubahan fisika dan kimia yang sangat kompleks

seperti dijelaskan berikut ini.

a. Prinsip Pembakaran Umum

Untuk menentukan parameter pembakaran tersebut diperlukan 1 seri pemeriksaan

laboratorium. Berikut adalah hal-hal pokok yang terjadi selama pembakaran ubin

keramik:

a. Sampai dengan temperatur 110 oC, air higroskopik dalam bodi dan glasur akan

keluar menguap.

b. Sampai dengan temperatur 200 oC, air yang menyeliputi kristal, akan menguap.

c. Pada temperatur 350 650 oC, humus yang terdapat dalam bahan baku bodi seperti

tanah liat, kaolin dan feldspar, akan terbakar mengeluarkan gas CO2.

Reaksinya: Cx Hy + O2 CO2 + H2O

Sulfida dan sulfat yang terdapat sebagai impuritas, juga akan berdisosiasi.

FeS2 + O2 Fe2O3

800 oC 1000 oC

Na2SO4 akan berdisosiasi menjadi Na2O + SO3



d. Pada temperatur 450-650 oC air kristal yang ada pada bahan-bahan bodi akan pecah,

air keluar sebagai uap sehingga terjadi kerusakan kristal. Proses ini terjadi pada

tanah liat, kaolin, mika dan chlorite.

Kaolin dan tanah liat (clay)

Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O Al2O3 + 2 SiO2 + 2 H2O

Mika

K2O . 3 Al2O3 . 6 SiO2 . 2 H2O K2O + 3 Al2O3 + 6 SiO2 + 2 H2O

Mika berdekomposisi pada 850-1000 oC dan dekomposisi berakhir pada

temperatur 1000 oC.

Chlorite

Mg3 (Mg3-X AlX) (Si4-X AlX) O10 (OH)8 , dengan x = 1 dan 2.

Chlorite berdekomposisi pada temperatur 700 oC, dengan reaksi sebagai

berikut, misalnya pada Chlorite dengan x = 1.

MgO.4 Mg(OH)2.Al2O3. 3 SiO2 5 MgO + Al2O3 + 3 SiO2 + 4 H2O + 2 O2

e. Antara temperatur 210-280 oC akan terjadi perubahan kristal-kristal Quartz.

-crystobalite -crystobalite, dengan perubahan volume 2 %

Pada temperatur 573 oC

-quartz -quartz, dengan perubahan volume 5 %

Pada kedua temperatur di atas, pembakaran harus dilakukan dengan rate of heating

lamban (kenaikan temperatur lambat).

f. Dalam body ubin keramik terdapat sedikit beberapa senyawa kalsium,

magnesium/dolomit sebagai impuritas, meskipun jumlahnya sedikit, tetapi akan

mengganggu karena dapat mengakibatkan terjadinya reaksi dekomposisi pada

temperatur 800-950 oC.

CaCO3 CaO + CO2

MgCO3 MgO + CO2

(Dolomit) MgCO3. CaCO3 CaO + MgO + 2 CO2

g. Campuran antara K2O, Al2O3dan SiO2 sebagian akan mulai melebur pada

temperatur 732 oC. Semakin tinggi temperatur, maka akan makin bertambah tingkat

meleburnya. Begitu pula antara Na2O, Al2O3dan SiO2 mulai melebur pada

temperatur 695 oC dan tingkat leburan akan bertambah bila temperatur terus naik.

h. Pada temperatur 700 oC akan terjadi pembentukan kristal dari senyawa silikat atau

senyawa silikon aluminit kompleks. Reaksi silika dan alumina akan membentuk

tekstur bodi keramik yang membuat bodi keramiknya lebih keras dan mempunyai

breaking load lebih tinggi.



b. Pembakaran Bodi Ubin Keramik (Floor Tile)

Perubahan-perubahan yang terjadi pada pembakaran bodi ubin keramik dapat

diamati dari analisis diffraktometri (x-rays), yaitu sebagai berikut:

(1) Terjadi perusakan kristal kaolin / tanah liat mulai pada temperatur 500 oC.

(2) Chlorite berdekomposisi pada temperatur 700 oC.

(3) Kristal mika pecah dengan cepat pada temperatur 850 1000 oC.

K2O . 3 Al2O3 . 6 SiO2 . 2 H2O K2O + 3 Al2O3 + 6 SiO2 + 2 H2O

(4) Quartz mulai mencair sebagian pada temperatur 950 oC dan semakin banyak yang

mencair bila temperatur naik, tetapi tidak pernah seluruhnya mencair walaupun

sampai temperatur tinggi (1160 oC).

(5) Feldspar masih belum berubah sampai pada temperatur 1000 oC, tetapi mulai

melunak dan mencair total pada temperatur 1100oC.

(6) Pada temperatur 1100 oC, terbentuk spinel yang menyebabkan bodi keramik

bertambah kuat.

MgO + Al2O3 MgO . Al2O3

(7) Pada temperatur 1100 1160 oC mulai terbentuk mullite yang makin banyak

terbentuk bila temperaturnya tinggi, kemudian mulai mengkristal.

3 Al2O3 + 2 SiO2 3 Al2O3 . 2 SiO2

(8) Beberapa fase cair sudah mulai terbentuk pada temperatur 900 oC dan semakin

banyak pada saat temperatur dinaikkan. Hampir semua quartz mencair dan bereaksi

dengan oksida-oksida lain. Hampir terjadi seluruh perubahan mineralogi material

pada temperatur 1100 oC. Bodi keramik berubah menjadi amorf atau fase vitreous

yang mempunyai kekerasan dan breaking load yang lebih tinggi sesudah

didinginkan. Diagram perubahan dari raw material menjadi vitreous body/red stone

ware terlampir.

(9) Pada temperatur lebih dari 1100 oC tergantung dari komposisi body, senyawa silicon

aluminat semakin banyak terbentuk yang merupakan fase vitreous. Dengan

hilangnya gas-gas karbon, pori-pori menjadi menyempit dan terjadi penyusutan

sampai terbentuk body vitreous yang mempunyai kekerasan dan breaking load yang

tinggi.

Kaolin dan tanah liat akan berubah menjadi mullite dan vitreous silica dari

temperatur 650 oC sampai 1160 oC.

3 (Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O) 3 Al2O3 . 2 SiO2 + 4 SiO2 + 6 H2O

650 1160 oC muliite vitreous



Pada temperatur 800-1160 oC, talc akan berubah menjadi enstalite dan amorphous

silika.

3 MgO . 4 SiO2 3 MgO . SiO2 + SiO2

Setelah pembakaran sampai puncak temperatur, maka body keramik mengalami

pendinginan secara cepat dengan memperhatikan harus didinginkan secara lambat

pada daerah 573 oC. Pendinginan dilakukan sampai sedikit di atas suhu kamar,

sehingga keramik yang keluar kiln tidak mengalami retak.

Transformasi yang terjadi pada ubin keramik yaitu perubahan fisika dan kimia yang dapat dilihat

pada tabel berikut:

Tabel 5: Diagram of the Transformation Brought Abour in a Clay for Red Stoneware

Temperature, oC

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Compounds

Kaolinite

Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O

Raw

Mat

eria

l

Com

pon

ents

Chlorite

MgO.4 Mg(OH)2.Al2O3. 3 SiO2

Micas

K2O . 3 Al2O3 . 6 SiO2 . 2 H2O

Quartz, SiO2

Feldspars

Na2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O

K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O

SiO2-Al2O-Fe Compounds

Co

mp

on

ents

Of

Neo

Fo

rmat

ion

Spinel (MgO-Al2O3)

Mullite (3 Al2O3-2 SiO2)

Vitreous phase

Reaksi-reaksi utama yang terjadi (Reaksi peleburan pada floor tile):

Pembentukan Spinel

MgO + Al2O3 MgO . Al2O3 (Spinnel)

Pembentukan Mullite

3 Al2O3 + 2 SiO2 3 Al2O3 . 2 SiO2 (Mullite)

900 oC 1200 oC

800 1160 oC enstalite amorphous silica



Pembentukan feri-silika-alumina

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 SiO2 . Al2O3 . Fe2O3 (fsa)

Pada temperatur 770 oC, K2O dari feldspar akan bereaksi dengan Silika, dengan reaksi

sebagai berikut:

K2O + 4 SiO2 K2O . 4 SiO2 atau K2Si4O9 (770 oC)

Kemudian K2O dari feldspar yang mencair pada temperatur 1045 oC akan bereaksi

dengan silika, dengan reaksi sebagai berikut:

K2O + 2 SiO2 K2O . 2 SiO2 atau K2Si2O5 (1045 oC)

K2O dari feldspar bereaksi dengan alumina silika membentuk Leucite

K2O + Al2O3 + 4 SiO2 K2O . Al2O3 . 4 SiO2 (Leucite)

Pembentukan Cordierite

2 MgO + 2 Al2O3 + 5 SiO2 2 MgO . 2 Al2O3 . 5 SiO2

Pembentukan Nepheline

Na2O + Al2O3 + 2 SiO2 Na2O . Al2O3 . 2 SiO2 (Nepheline)

Selama pembakaran ubin keramik selalu terjadi perubahan-perubahan fisik seperti bahan

baku mineral yang banyak berbentuk kristal, pada temperatur tinggi berubah menjadi amorf dan

fase vitreous. Perubahan ini menyebabkan bodi menjadi kompak dan pori-pori mengecil,

sehingga penyerapan air pun lebih kecil (3 6 %).

Selama pembakaran pun banyak terjadi reaksi kimia, baik reaksi dekomposisi maupun

reaksi pembentukan seperti telah dijelaskan sebelumnya. Dalam reaksi tersebut, ada sebagian

bodi yang diubah menjadi titik-titik gelas.

4.5. Proses yang terjadi pada Puncak Pembakaran

Proses yang terjadi pada puncak (suhu maksimal) pembakaran, yaitu:

a. Sintering

Pada proses sintering, butiran-butiran yang paling halus pada body (tergantung dari bahan

dan jenis keramik) bereaksi dengan flux (Na2O, K2O dan SiO2) membentuk lapisan gelas

tipis. Proses sintering berhubungan dengan pengikatan (bonding), perekatan (adhesi) dan

pemadatan (solidification) dari bahan-bahan yang diolah. Hal ini dapat ditinjau dari

perubahan volumenya. Semakin kecil butiran bahan, akan memudahkan proses sintering

(mendekati titik lebur) tanpa terjadinya retak-retak dan deformasi (perubahan bentuk). Bila

temperatur dinaikkan, permukaan gas-gas mengembang dan menguap, mejadikan partikel

bebas bergerak saling mendekati dan membentuk ikatan yang lebih kuat. Karakteristik



hasil sintering dapat dilihat pada sifat-sifat fisik body, yaitu penyusutan (shrinkage),

penyerapan/keporosan (porosity) dan kekuatan mekanik (CRC).

b. Vitrifikasi

Vitrifikasi merupakan proses peleburan awal dari oksida-oksida Na2O / K2O pelebur

dalam body keramik yang berbutir halus. Pada proses ini, flux (Na2O, K2O, CaO + SiO2)

berubah menjadi massa vitrous (massa gelas). Vitrikfikasi terjadi pada temperatur antara

1050 - 1320 oC tergantung dari bahan dan jenis keramik.

c. Fusion

Fusion atau secara umum dikenal dengan istilah melting terjadi pada glazur (karena paling

banyak mengadung flux). Fusion terjadi pada titik lebur glazur, flux pada glazur

menyebabkan glazur meleleh/mencair (melt). Untuk beberapa saat, kondisi yang terjadi

pada titik maksimum pembakaran ini dipertahankan agar glazur meleleh sempurna dan

terdistribusi merata (homogen) di atas permukaan body. Kemudian lelehan ini akan

menggelas pada proses pendinginan.



Chapter 5

Pengendalian Pembakaran Barang Keramik

Jenis dan komposisi keramik sangat banyak dan memerlukan kondisi dan cara

pembakaran yang berbeda. Untuk mendapatkan hasil bakaran yang baik, perlu ada persiapan dan

pengendalian yang baik.

5.1. Trayek Pembakaran

Trayek Pembakaran Barang Keramik adalah:

Kurva yang menyatakan hubungan antara waktu dan suhu pembakaran.

Trayek berguna bagi operator sebagai pemandu pembakaran sehingga dapat mengatur

kecepatan pembakaran. Tiap jenis barang keramik memiliki kurva trayek pembakaran berbeda

dan spesifik. Karenanya trayek pembakaran suatu barang tidak dapat digunakan begitu saja

untuk barang lain.

Kurva trayek pembakaran dapat dibuat dari data pembakaran atau dilatometer benda coba

dari massa barang bersangkutan. Secara garis besar trayek pembakaran sebagai berikut:

- Periode penggarangan kecepatan rendah.

- Periode pra pemanasan dapat dipercepat, tetapi bahan yang mengandung kuarsa cukup banyak

harus pelan pada suhu 600 - 800 C.

- Pemanasan dapat dipercepat setelah periode pra pemanasan lewat, yaitu diatas 900 C.

- Setelah mencapai suhu akhir pembakaran ditahan 2 - 4 jam tergantung susunan barang

dalam tungku dan kapasitasnya.

Periode Pendinginan dikendalikan dengan mengatur skep tungku dan pengaturan pembukaan

udara pada lubang bakar (untuk tungku periodik).

5.2. Peralatan Bakar (tungku dan burner) dan kontrol

Pengukuran, Pengamatan atau pengaturan yang perlu dalam pengendalian:

Temperatur.

Kecepatan burner

Waktu

Tarikan Cerobong

Suasana Pembakaran (Oksidasi, Reduksi atau Netral).

Kontrol pembakaran dibagi menjadi 3 (tiga) kelompok:

Alat kontrol suhu pembakaran

Tes laboratorium barang yang dibakar pada suhu tinggi

Tes laboratorium terhadap sifat-sifat produk hasil bakar.



5.3. Alat Kontrol Suhu Pembakaran

Sebagai alat kontrol suhu pembakaran ada 3 (tiga) macam yaitu optic (pyrometer),

thermoskop dan thermocoupple.

a. Alat Optik (Pyrometer)

Alat ukur panas yang berdasarkan warna nyala atau warna barang dibakar. Warna ini

ditangkap oleh pirometer yang akan menunjukkan tingginya temperatur yang diamati.

Kekurangannya tidak dapat mengukur barang yang tidak membara. Pirometer radiasi:

langsung menunjukkan tinggi suhu. Pirometer optik: membandingkan warna nyala dengan

warna kawat pijar dalam alat tersebut.

Alat optik mirip seperti camera atau teropong yang bila diarahkan pada barang panas

yang dibakar, terdapat dua lingkaran merah besar dan kecil satu pusat, yang warna

merahnya berbeda intensitas. Tugas kita untuk membuat warna kedua lingkaran tersebut

sama dengan memutar-mutar lensa. Setelah warna sama, maka suhu benda panas dapat

dibaca pada perunjuk

b. Thermoskop

Alat pengukur temperatur berdasarkan jumlah panas yang diterima alat ini.

Thermoskop terbuat dari campuran bahan keramik dengan komposisi berbeda. Bila

thermoskop terkena panas maka akan melebur dan berubah bentuk pada suhu tertentu. Ada

4 macam thermoskop yang biasa digunakan, yaitu:

Pancang Seger atau Orthon Cone

Batang keramik yang dicetak berbentuk piramid kecil dengan diberi nomor

tertentu sesuai temperatur. Pancang ini dipasang miring 81 derajat di atas pelat

tahan api, taruh di tungku dan ditempatkan di tempat yang mudah dilihat dari

luar. Untuk mengamati suhu biasanya dipasang beberapa pancang ( 3).

Pancang Seger dan Orthon bentuknya sama, namun orthon lebih kecil dan

penunjukkan suhu berbeda sedikit. Pancang tidak menunjukkan suhu nominal

tetapi lebih menunjukkan jumlah kerja panas yang diterima. Disebut orthone

cone (buatan USA) dan seger kegel (buatan Jerman). Prinsip Orthon atau Seger

akan membengkok pada temperatur tertentu. Orthon atau Seger diletakkan di

antara barang yang dibakar. Untuk melihat suhu pembakaran ada tabel antara

nomor Orthon atau Seger dan suhu (lihat table 6 di bawah).



Gambar 3: Orthone Cone/Pancang Seger

Tabel 6: Spesifikasi Orthone Cone

CONE NO. END POINT CONE NO. END POINT

012 840oC 1 1125oC

011 875 2 1135

010 890 3 1145

09 930 4 1165

08 945 5 1180

07 975 6 1190

06 1005 7 1210

05 1030 8 1225

04 1050 9 1250

03 1080 10 1260

02 1095 11 1285

01 1110 12 1310

13 1350

14 1390

Batang Hardcorft

Alat pengukur temperatur sejenis pancang namun bentuknya segiempat. Pada

pemakaiannya diletakkan di atas penyangga, biasanya empat buah. Pada suhu

tertentu batang ini akan melengkung.

Cincin Bullers

Alat pengukur temperatur berbentuk cincin terbuat dari bahan keramik dengan

komposisi seperti barang yang dibakar, biasanya 6 buah. Tiap waktu cincin

diambil, didinginkan dan diukur diameternya dengan alat khusus.



Pencatat Watkin

Alat pengukur temperatur berbentuk pelet terbuat dari campuran bahan keramik

yang melebur pada temperatur berbeda. Pelet dipasang pada bahan tahan api

ukuran 5x1,3x1,3 cm berlubang dengan diameter 6,3 mm untuk penempatan

pelet. Setelah pembakaran selesai baru dapat dilihat pelet mana yang melebur.

c. Termokopel

Alat pengukur panas terbuat dari 2 macam kawat yang ujungnya dihubungkan

dengan las. Jika ujung sambungan terkena panas maka timbul tegangan listrik yang

dapat diukur dengan alat ukur listrik (galvanometer).

Prinsipnya adalah dua logam yang berbeda (Pt dan Rf - Rh) yang disambung

pada ujung Coupple. Bila kena panas, maka akan terjadi arus listrik - voltage -

dikonversi ke suhu, Thermocoupple menunjukkan suhu atmosfer pembakaran,

bukan suhu keramik yang dibakar.

5.4. Tes laboratorium barang yang dibakar pada suhu tinggi

Ada 3 (tiga) macam tes laboratorium pada suhi tinggi yaitu:

a. Thermal-Expansion Analysis (TEA) / Dilatometer

TEA adalah suatu analisis lab yang mempelajari pertambahan panjang sampel bodi

dengan fungsi temperatur. Pada umumnya sampai dengan temperatur 800 oC sampel

selalu bertambah panjang, dan kemudian menyusut drastis mulai pada temperatur

tersebut.

Test piece sepanjang 50 mm dipanaskan pada alat Dilatometer sampai temperature

900 oC. Perubahan panjang yang terjadi antara 30-900C itulah yang diukur,

dinyatakan dengan:

%100xo

dan angkanya biasanya terletak antara 4 - 9 x 10-6. Angka tersebut diberi nama

C.O.E (Coeffisien of Expansion).

b. Differential Thermal Analysis (DTA)

DTA adalah suatu analisis yang mempelajari apabila bodi / glasur keramik

dipanaskan, maka sampel tersebut akan menyerap / mengeluarkan panas.

Contoh body keramik diletakkan pada alat DTA dan dipanaskan sampai 1000 oC.

Sepanjang pemanasan tersebut pada tiap tahap suhu akan ditunjukkan terjadi reaksi

endotermis atau eksotermis. Hasil DTA berupa grafik.



c. Thermal Gravimetric Analysis (TGA)

TGA adalah suatu jenis analisis yang memeriksa hubungan antara berat bahan,

fungsi, temperatur. Sampel dibakar di dalam alat thermogravimetric sampai

temperatur 1100 oC. Penyusutan berat dari temperatur kamar sampai temperatur

1100 oC tersebut digambarkan dalam suatu grafik.

Contoh body keramik diletakkan pada alat TGA dan dipanaskan sampai suhu

1100C. Maka akan terjadi pengurangan berat dari contoh yang disebabkan senyawa

yang berdekomposisi dan mengeluarkan serta humus yang terbakar.

5.5. Tes laboratorium terhadap sifat-sifat produk keramik

a. Pengisapan Air (PA)

Berat contoh keramik sesudah dibakar W1. Kemudian contoh direbus selama 3 jam -

didinginkan dan permukaannya dilap dengan kain basah. Berat basah W2. Maka

pengisapan air adalah:

%1001

12x

W

WWPA

b. Penyusutan Bakar

Panjang contoh sebelum dibakar L1

Panjang contoh setelah dibakar L2

Penyusutan = %1001

21x

L

LL

c. Bending Strenght (BS)

Dihitung dengan rumus sbb:

bxhx

LxRdxBS

22

3

Rd : pembacaan skala pada alat

h : tebal contoh dalam cm

L : jarak pisau penopang di bawah contoh

b : lebar sampel pada tempat yang patah pada pengukuran ini

d. Loss of Ignition

Yaitu jumlah prosentase berat yang hilang sewaktu dibakar sampai 1200C untuk

body FT dan 1140 oC untuk body WT.



Chapter 6

Tungku Keramik (Kiln)

6.1 Pengertian Tungku

Tungku adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan pembakaran.

6.2 Syarat Tungku yang Baik

1. Mencapai suhu yang diinginkan dengan mudah.

2. Suhu seluruh bagian tungku merata.

3. Pemakaian bahan bakar irit/efisien.

4. Umur pakainya lama (awet).

5. Pengoperasian dan pemeliharaan mudah dan murah.

6.3 Faktor-faktor yang Harus Dipertimbangkan dalam Memilih/merancang Tungku

1. Kapasitas pembakaran

2. Suhu dan kondisi pembakaran.

3. Jenis barang yang dibakar.

4. Jenis bahan bakar.

6.4 Klasifikasi Tungku Keramik

1) Menurut bentuk:

o Tungku bulat.

o Tungku persegi.

o Tungku ring (melingkar).

o Tungku terowongan.

o Tungku botol.

2) Menurut mode operasi:

o Tungku berkala (periodik).

o Tungku terus menerus (kontinyu).

o Tungku semi kontinyu.

3) Menurut kontak panas:

o Tungku api langsung.

o Tungku api tak langsung (muffle).

o Tungku semi muffle.



4) Menurut arah aliran panas:

o Tungku api naik (up draught).

o Tungku api berbalik (down draught).

o Tungku api datar (Horizontal draught).

5) Menurut bahan bakar:

o Tungku bahan bakar kayu.

o Tungku bahan bakar minyak.

o Tungku bahan bakar gas

o Tungku bahan bakar batubara

6) Menurut pemakaiannya:

o Tungku pembakaran biskuit.

o Tungku pembakaran glasir.

o Tungku peleburan frit.

o Tungku dekorasi.

7) Menurut nama penemunya:

o Tungku Hoffmann.

o Tungku Dessler.

o Tungku Bull.

Dalam industri keramik, tungku diberi nama gabungan dari klasifikasi tersebut.

6.5 Pemilihan Tungku

Untuk memilih tungku yang sesuai dengan keperluan, perlu diperhatikan beberapa

keunggulan dan kekurangan masing-masing tungku.

1. Keuntungan Tungku Persegi

- Memerlukan tempat lebih kecil daripada tungku bulat untuk kapasitas yang sama.

- Lebih mudah menyusun dan membongkar barang yang dibakar dibandingkan dengan

tungku bulat.

- Dapat dibuat untuk kapasitas yang besar.

- Konstruksinya lebih mudah.

2. Keuntungan Tungku Bulat

- Suhu dalam tungku lebih merata, tidak ada titik mati.

- Dibandingkan dengan tungku persegi, konsumsi bahan bakarnya lebih irit dan bahan

konstruksinya lebih sedikit.



3. Keuntungan Tungku Kontinyu.

- Bahan bakarnya lebih irit.

- Distribusi suhu lebih baik.

- Waktu yang dipergunakan lebih pendek (kapasitas besar).

- Lebih mudah penyusunan dan pembongkaran barang.

- Memerlukan tempat yang lebih kecil untuk memproduksi jumlah barang tertentu.

4. Keuntungan Tungku Berkala.

- Produksinya fleksibel (dapat disesuaikan dengan kondisi pasar).

- Pengoperasiannya lebih mudah.

- Pemeliharaannya mudah/sederhana.

- Biaya investasi lebih murah daripada tungku kontinyu.

6.6 Karakteristik Tungku Keramik

1. Tungku Api Datar .

Gas panas mengalir dari ruang bakar masuk ke ruang pemanasan sejajar lantai, memanaskan

barang, kemudian keluar melalui cerobong. Temperatur yang paling tinggi terletak dekat

ruang bakar dan menurun ke arah cerobong.

Perbedaan temperatur antara tempat dekat lubang bakar dan cerobong cukup besar.

2. Tungku Api Naik.

Gas panas dari ruang bakar di bagian bawah mengalir ke ruang pemanas di atasnya,

memanaskan barang dan keluar dari cerobong di bagian alas. Tungku ini dapat dibuat

sederhana dan biaya rendah. tetapi konsumsi bahan bakarnya relatif tinggi (boros) dan

perbedaan temperatur antara bagian bawah dan atas cukup besar. sehingga mutu produknya

bervariasi (tidak seragam).

Tungku api naik dapat berbentuk bulat atau persegi. Tungku persegi banyak digunakan pada

industri bata genteng. sedang tungku bulat digunakan pada industri keramik halus khususnya

gerabah.

Ciri-Ciri tungku api naik:

- Pemakaian bahan bakar agak boros, karena kehilangan panas pada pendinginan.

- Suhu pembakaran relatif rendah (< 1000 oC).

- Perbedaan suhu bagian atas dan bawah cukup besar.

- Cara pengoperasian mudah.

- Biaya konstruksi dan pemeliharan lebih murah dibandingkan tungku jenis lain.



3. Tungku Api Berbalik.

Bentuk tungku ini dibuat untuk mengurangi kelemahan tungku api datar dan naik. Gas panas

dari ruang bakar dipaksa mengalir ke atas oleh jembatan api, oleh atap tungku dan tarikan

cerobong dihisap ke lantai tungku melalui barang yang dibakar. Setelah memanaskan barang,

gas panas dikumpulkan melalui saluran di bawah lantai tungku (kanal) dan keluar melalui

cerobong.

Mode aliran gas pada tungku api berbalik ini digunakan pada tungku-tungku tipe lain yang

berkembang kemudian antara lain tungku shuttle dan lain-lain.

Tungku api berbalik dapat berbentuk bulat maupun persegi.

Ciri-ciri tungku api berbalik:

- Tungku ini dapat menciptakan suhu dalam tungku yang lebih merata.

- Suhu pembakaran relatif lebih tinggi (sampai 1400 C).

- Perbedaan suhu bagian atas dan bawah tidak terlalu besar.

- Atmosfir tungku dapat diatur melalui skep yang dipasang pada saluran kanal gas antara

tungku dan cerobong.

- Banyak digunakan pada pembakaran barang porselen maupun bata tahan api.

6.7 Pengoperasian Tungku:

- Pengisian/penyusunan barang.

- Penutupan pintu tungku.

- Pembakaran.

- Pendinginan.

- Pembongkaran.

6.8 Perkembangan Tungku/Kiln

Kiln adalah tungku pembakaran keramik, baik keramik pecah-belah, sanitar maupun Wall

Tile (WT) dan Floor Tile (FT).

1. Snake Kiln

Sejarah perkembangan kiln dimulai dari Zaman Tiongkok Kuno, dimana SNAKE KILN

(kiln ular) yang panjang terdiri dari 10 unit kiln dibangun berantai ke atas pada lereng

gunung yang berfungsi sebagai penghematan energi.

Bila kiln 1 dibakar dan didinginkan, maka kiln 2 yang berada sedikit lebih tinggi dalam

keadaan dipanaskan dengan menggunakan gas hasil pembakaran dan gas panas dari kiln 1.

Demikian diteruskan dengan kiln 3 dan seterusnya.



2. Periodik Kiln

Periodik kiln adalah kiln yang berbentuk kubah yang di dalamnya berbentuk kubus dengan

bagian atap yang melengkung. Gas hasil pembakaran menuju cerobong asap yang tinggi 15-

25 m melalui lubang-lubang kecil di lantai dan kanal yang menuju cerobong. Periodik kiln

merupakan batch kiln yang mempunyai satu siklus sbb:

Diisi dengan barang-barang keramik dan disusun ke atas menggunakan saggor - pintu ditutup

- pembakaran - pendinginan - pengeluaran produk dan mulai diisi kembali untuk siklus

berikutnya. Konsumsi panas sangat tinggi dan bisa mencapai 2600 kcal per kg produk yang

dibakar. Tentu saja kiln seperti ini tidak efisien lagi untuk zaman sekarang. Dengan

perbaikan design dan menggunakan bahan Glasswol dan Ceramic Tiles, maka pemakaian

bahan bakar dapat diturunkan menjadi 1900 kcal per kg produk. Kiln periodik jenis ini

masih sangat cocok sampai sekarang untuk pembakaran isolator-isolator besar dan barang

sanitair.

3. Tunnel Kiln

Tunnel kiln adalah sebuah tungku pembakaran keramik yang bekerja secara terus-menerus

dan berkesinambungan. Jadi bukan batch kiln lagi. Barang keramik yang akan dibakar masuk

kiln secara terus-menerus dan produk keramik keluar secara terus-menerus juga yang disusun

pada kereta-kereta kiln.

Kiln menyerupai terowongan kereta api yang panjangnya antara 60-150 m. Konsumsi panas

sudah ada perbaikan menjadi sekitar 1500 kcal per kg produk. Sebagian besar tunnel kiln

bertahan sampai 1975, kecuali yang dipakai untuk membakar pecah-belah dan sanitair masih

digunakan sampai sekarang.

4. Roller Kiln

Pembakaran keramik adalah rakus akan energi, tebukti perlu 1500-1900 kcal per kg produk.

Pada tahun 1975 saat harga minyak mentah dunia meningkat hebat dari USD 2 menjadi USD

12 per barrel, maka terjadi revolusi teknologi pada design kiln. Lahirlah yang disebut

ROLLER KILN. WT dan FT satu lapisan berada di atas roller-roller yang berputar sepanjang

kiln sambil dibakar dengan burner dari kiri ke kanan. Mulai saat itu, pembakaran WT dan FT

yang semula 30-50 jam cycle-nya turun drastis. menjadi 30-50 menit. Keperluan energi turun

drastic menjadi 350 kcal per kg produk atau hanya 22% dari sebelumnya. Oleh karena itu,

pemakaian Roller Kiln berkembang secara pesat sekali.

modul teknologi keramik ii

Documents