Page 1

PEMBUATAN TUNGKU PRODUKSI KERAMIK DENGAN MENGGUNAKAN SUMBER ENERGI RENDAH KALORI

Oleh : UKAR KARSONO

BALAI BESAR KERAMIK BANDUNG 1


PROSES PRODUKSI KERAMIK Penyiapan Pengolahan Pencampuran (molen, ball mill)

Dekorasi pengglasiran

Pembentukan (press, putar, tuang)

Pembakaran (Tungku)

Pengeringan (alam, buatan)

2


Mengapa Proses Pembakaran itu Penting?     

Merupakan salah satu rantai proses produksi Sangat menentukan mutu produk (sifat fisik, mekanik, kimia, dan mineral) Kesalahan pada proses tahap sebelumnya seringkali terlihat pada tahapan ini Merupakan segmen proses dengan biaya tinggi, bahkan kadang-kadang tertinggi Kerusakan produk akibat pembakaran relatif tidak dapat digunakan lagi. 3


Mekanisme perubahan yang terjadi pada butiran selama pembakaran

4


TUNGKU PEMBAKARAN 1. Pengertian Tungku Pembakaran Keramik Adalah ruangan yang berfungsi sebagai tempat untuk menyusun produk produk-- produk keramik untuk selanjutnya dilakukan proses pembakaran sehingga diperoleh produk akhir yang sesuai dengan mutu dan sifat yang dikehendaki dikehendaki.. 2. Fungsi Tungku Pembakaran Keramik Untuk membakar produk keramik sehingga diperoleh sifat dan mutu produk akhir sesuai dengan yang dikehendaki 5


3. Jenis Tungku Pembakaran (Berdasar Bentuk, aliran api, dan cara kerjanya) 3.1. Tungku ladang • Tanpa ruang bakar tertentu • Barang keramik yang akan dibakar diletakkan diatas tumpukan bahan bakar (sampah, jerami, ranting, kayubakar, dll) • Suhu yang dicapai relatif rendah + 700 – 900 900°°C • Suhu relatif kurang merata • Panas banyak terbuang

6


Tungku ladang (pembakaran bata merah)

7


3.2. Tungku bak 

  

Sudah terdapat bangunan tungku dengan dindingdindingdinding disekelilingnya Bagian atas masih terbuka Efisiensi panas lebih tinggi dari pada tungku ladang Suhu yang dapat dicapai + 100oC lebih tinggi dari pada tungku ladang

8


Tungku jenis bak berbahan bakar kayu 9


3.3. Tungku api naik tertutup (up draught kiln)     

Tungku botol Tungku gua Tungku Cina Pencapaian suhu hingga 1100 – 1300 1300°°C Efisiensi panas lebih baik.

10


3.4. Tungku api datar 

 

Lubang-lubang gas yang menuju cerobong Lubangberada pada dasar tungku Aliran gas panas dari ruang tungku bagian bawah mengarah ke dasar cerobong Suhu kurang merata Bahan bakar kurang efisiensi

11


3.5. Tungku api berbalik (Down drought kiln) Lubang-lubang gas yang menuju cerobong Lubangberada pada dasar tungku  Di bagian depan kantong api dilengkapi dengan jembatan api  Aliran gas panas dari ruang tungku bagian atas mengarah ke bawah  Suhu lebih merata  Efisiensi bahan bakar lebih baik 

12


13


Sudut tumpul Jembatan api

Tungku api berbalik dengan bahan bakar minyak 14


Tungku Keramik Bahan Bakar Gas

15


3.6. Tungku terowongan (Tunnel kiln)        

Bentuk tungku memanjang Pada bagian bawah dilengkapi rel Barang yang dibakar berjalan diatas rel (dalam lorilori-lori) Prosesnya bersifat kontinyu (menerus) Terdapat pembagian daerah panas Efisiensi bahan bakar lebih baik Kapasitas besar Investasinya mahal 3.7. Tungku Roller (Roller Hearth Kiln)

     

Bentuknya mirip seperti tungku terowongan Barang yang dibakar berjalan pada roller yang berputar Terdapat pembagian daerah panas Kecepatan pembakaran sangat tinggi < 1 jam Kapasitas besar Cocok untuk benda benda--benda yang berbentuk sederhana dan (ubin)  Efisiensi bahan bakar baik  Investasi tinggi tinggi..

tipis

16


Roller

Tungku Roller (Roller Hearth Kiln)

17


4. Jenis Tungku Pembakaran (berdasarkan bahan bakar) 

  

Tungku berbahan bakar padat (kayu, Batu bara, limbah pertanian dll) Tungku berbahan bakar minyak Tungku berbahan bakar gas Tungku Listrik

18


DESAIN TUNGKU 1. Faktor Penting dalam Merancang Tungku 1.1. Produk, ď Ž

ď Ž

Jenis/bentuk produk, ukuran dan berat; ubin, genteng, sanitair, alat makan minum, keramik hias dll. (untuk merancang dimensi tungku) Jenis body; gerabah, semi porselen, porselen, hard porselen dll (untuk merancang suhu kerja tungku)

1.2. Produksi Perencanaan dan pengendalian produksi: Target kapasitas produksi dan Estimasi persentase tingkat kegagalan tiap tahapan proses/proses pembakaran (untuk merancang volume dan dimensi tungku, serta menentukan jenis tungku yang paling cocok). 19


1.3. Sumber Panas/Bahan Bakar dan Nilai Kalori Jenis bahan bakar dan nilai kalori, sangat penting dalam menentukan jenis dan kapasitas burner, Menghitung dimensi cerobong,luas penampang lubang gas buang pada lantai tungku, serta luas penampang kanal ke cerobong, Contoh : (LPG: Nilai kalori = 27680 kal/Nm³, Specifik Gravity = 2,53 kg/ Nm³, Theoritical air volume =30,368 Nm³/Nm³, Theoritical combustión gas volume =32,818 Nm³/Nm³, ) 20


Nilai kalor bahan bakar Bahan bakar

Nilai kalor,kkal/kg

Gas alam

13.000

Bensin

11.300

Kerosene

11.100

Solar

10.700

Minyak bakar

18.700

Kayu

3.600

Batubara antrasit

7.800

Batubara lignit

4.400 21


Bahan bakar padat sisa pertanian Analisis pendekatan (proximate analysis) Parameter

Sekam padi

Serbuk gergaji

Tempurung kelapa

Kadar air

10,79

37,98

13,95

Kadar abu

16,73

1,63

3,52

Bahan mudah menguap

56,46

81,22

61,91

Karbon tetap

16,02

17,15

20,62 22


1.4. Atmosphere dalam Tungku • • • •

Suhu Oksidasi, Reduksi, Netral Tekanan tungku Menentukan kebutuhan alat kontrol dan jenis refraktori

1.5. Kondisi Penyusunan Barang dalam Tungku   

Terbuka menggunakan plat dan props Tertutup menggunakan Sagar/ selves Ukuran produk yang dibakar, ukuran sagar atau kiln furniture dapat dijadikan dasar perhitungan dalam merancang ukuran lantai atau ukuran dan jumlah kiln car/lori , (untuk tungku shuttle atau tungku tunnel). 23


Sudut tumpul

Kiln furniture

Susunan produk keramik hias dalam tungku shuttle

24


1.6. Tanah    

Luas ruang yang tersedia Kekerasan tanah, 4 – 5 ton/m² Kedalaman air permukaan maksimum - 1,5 m Pondasi harus mampu menahan beban tungku dan barang yang dibakar serta dapat menjamin toleransi permukaan rel ± 1 mm (untuk tungku shuttle atau tungku tunnel).

1.7. Kondisi Tenaga Kerja    

Tingkat keahlian di bidang konstruksi Tingkat keahlian operator Jumlah tenaga kerja (shift) Kondisi tenaga kerja penting diperhatikan untuk menentukan tingkat operasi, (manual, semi otomatis atau otomatis penuh). 25


1.8. Ambient Condition    

Ketinggian dari permukaan laut Tekanan atmosphere (ketinggian 0 m = 760 cm Hg) Rata-rata suhu Merupakan parameter dalam perhitungan geometric cerobong, luas penampang lubang gas buang pada lantai tungku dan kanal ke cerobong.

1.9. Dana/Budget  Bahan struktur tungku (umur pakai)  Modernisasi (Konservasi energi dan pengendalian operasi)  Alat-alat pengaman.  Menentukan pilihan bahan, umur pakai, efisiensi, keamanan, dan estetika 26


2. Persyaratan Tungku yang Baik  

   

Dapat mencapai suhu yang diinginkan Suhu diseluruh ruangan tungku relatif merata Pemakaian bahan bakar efisien Umur pakainya awet Biaya konstruksi rendah Pengoperasian, pengendalian dan perawatannya mudah

27


3. Bagian Penting Tungku Pembakaran Pondasi tungku: sebagai dudukan bangunan tungku  Ruang bakar (firing chamber): bagian utama sebuah tungku yang dipergunakan untuk menaruh barang yang sedang dibakar  Kantong api (luweng): sebagai tempat utama masuknya api dari bahan bakar yang dibakar  Cerobong tungku (stack, chimney): untuk menarik gas panas hasil bakaran  Lantai tungku (floor): sebagai lantai dasar untuk menyusun barang yang dibakar  Lobang kanal: saluran gas panas dari ruang bakar menuju cerobong  Atap tungku (arch): sebagai penutup bagian ruang 28 bakar 


4. Pedoman Dalam Pembuatan Desain Tungku 4.1. Ukuran Ruang Bakar • • • • • •

Lebar ruang bakar (W) : 60 – 350 cm Tungku dengan bahan bakar gas, W = 60 – 200 cm Tungku dengan bahan bakar kayu, W = 120 – 200 cm Tungku dengan bahan bakar minyak, W = 100 – 350 cm Perbandingan antara tinggi dan lebar ruang bakar ( H : W ) = 0,7 – 1,2 Paling ideal adalah berbentuk kubus

4.2. Kantong api     

Jarak antar kantong api maksimum 130 cm Jarak antara kantong api ke dinding terluar maksimum 130 cm Panjang kantong api 85 – 120 cm Lebar kantong api 45 – 80 cm Tinggi kantong api 85 cm

29


4.3. Cerobong ( lihat konstruksi ) - Tinggi cerobong tungku gas : relatif pendek - Tinggi cerobong tungku minyak : relatif tinggi - Tinggi cerobong tungku kayu : relatif tinggi 4.4. Lobang lantai dan lobang kanal - Ukuran lobang lantai biasanya 5 x 5 cm atau 7 x 7 cm - Jumlah luas lobang lantai : luas lantai = 0.1 - Jumlah luas lobang lantai : jumlah luas kantong api = 0.2 : 0,35 - Jumlah luas lobang lantai : luas penampang kanal = 1 :1 30


4.5. Atap dan dinding Tungku â&#x20AC;˘ Pasangan atap digunakan untuk atap ruang tungku, pintu dan lobang kanal sebaiknya berbentuk lengkung agar konstruksi lebih kokoh dan aliran gas panas lebih mudah (lancar) â&#x20AC;˘ Dinding tungku harus kuat sebagai tumpuan bagian atap (boog) dan mampu menahan rambatan panas dari bagian dalam tungku ke bagian luar. 31


5. Material Konstruksi Tungku 5.1.

Bata Merah

Sebagai dinding tungku Harga relatif murah Untuk hot face dengan suhu operasi di bawah 900° 900°C Untuk back face (dinding bagian luar yang dingin) Spesi antar pasangan batamerah digunakan campuran pasir dan tanah liat Efisiensi energi rendah

   

5.2. Refraktori

  

 

1. Bata tahan api Sebagai lapisan bagian dalam tungku (hot face) Dapat berupa bata tahan api pejal atau bata tahan api jenis isolasi Bata tahan api isolasi dapat dipakai pada bagian hot face ataupun back face Suhu operasi mencapai suhu tinggi (> 1000° 1000°C) Jenisnya bisa berupa bata silika, alumina silikat, alumina tinggi, magnesia, zirconia. Harga relatif mahal 32


2. Serat refraktori  Dapat berbentuk lembaran (blanket) atau papan (board)  Sebagai lapisan isolasi panas pada bagian dalam tungku (hot face) ataupun back face (untuk mengisi ruang antara pasangan dinding dan casing tungku) 3. Mortar refraktori  Berupa campuran antara samot (grog) berukuran halus dengan tanah liat dan sedikit deflokulan (water glass)  Digunakan sebagai spesi pada susunan antara bata tahan api  Ketebalan spesi diusahakan setipis mungkin 33


INSULATION PRODUCTS

34


INSULATION PRODUCTS

35

35


4. Kastabel refraktori  Terbuat dari campuran agregat (grog) tahan api dan semen hidrolis kandungan alumina tinggi  Umumnya digunakan pada bagianbagian-bagian yang mempunyai geometri tidak beraturan  pemasangannya dengan cara dituang (dicor)  Padat dan mengeras tanpa melalui pembakaran terlebih dahulu  Jenisnya bisa berupa: - Normal cement castable (kandungan semen > 10% - Low cement castable (kandungan semen 33-10% - Ultra low cement castable (kandungan semen < 3% - Zero cement castable (tanpa semen)

36


5.3. Material Logam ď&#x201A;§ Untuk tungku-tungku kapasitas relatif kecil, logam

dipakai sebagai bingkai (outer casing) dan kaki-kaki tungku ď&#x201A;§ Untuk tungku-tungku kapasitas relatif besar, logam dipakai untuk tulangan penguat ataupun sabuk (ring) pada dinding luar tungku ď&#x201A;§ Tempat dudukan peralatan lain (burner dan lainlain)

37


Tungku Api berbalik pembakaran keramik dengan bahan bakar padat

38


39


Tungku Olsen 24 seri

40


Potongan C-C

41


Potongan A-A

42


Potongan B-B

43


KONSTRUKSI BANGUNAN TUNGKU ď Ž

ď Ž

Dasar utama dalam mengkonstruksi bangunan tungku keramik adalah adanya tukang batu (brick layer) yang ahli / pengalaman dalam bidang tungku keramik. Dalam mengkonstruksi bangunan tungku keramik terdapat patokan / pedoman sebagaimana dibahas berikut ini.

44


1. Konstruksi Dinding Tungku, Lurus dan Tegak Ada 3 ketentuan :  Bila tinggi bangunan dinding 1 meter atau kurang, tebal dinding bata cukup setengah bata (± 115 mm)  Bila tinggi bangunan dinding 1.5 meter atau kurang tanpa adanya tulangan penyokong, tebal dinding bata cukup satu bata (± 230 mm)  Bila tinggi dinding bata 3.5 meter atau kurang sedikit, tebal dinding satu setengah bata (±345 mm) Bila dinding tungku lebih dari 3.5 meter tanpa ada penguat maka tebal dinding disesuaikan dengan 3 hal diatas (misal : tinggi dinding 5 meter, maka tebal dinding 2.5 bata atau ± 575 mm). 45


Lima Dasar Teknik Pasang Bata untuk Dinding Lurus     

Susunan Bata Rebah (Header Courses) Susunan Bata Memanjang (Stretcher Courses) Susunan Kombinasi Rebah & Memanjang (Header – Stretcher Course) Susunan Miring (Rowlock Course) Susunan Berdiri (Soldier Course) Konstruksi Dinding Lurus (Tegak)

• Tiga aturan utama dalam membuat konstruksi dinding lurus (tegak) • Dinding tegak/lurus setebal setengah bata tanpa disokong tidak boleh lebih tinggi dari 1 meter. • Dinding tegak/lurus setebal satu bata tanpa disokong tidak boleh lebih tinggi dari 1,5 meter. • Dinding tegak/lurus setebal satu setengah bata tanpa disokong tidak boleh lebih tinggi dari 3,5 meter.

46


Konstruksi dinding tegak lurus/tegak ini ada lima cara yaitu : 

Pasangan “header”, pasangan tipe ini bagian permukaan yang kena api adalah lebar dan tebal.

Pasangan lurus : pasangan tipe ini bagian permukaan yang kena api adalah panjang dan tebal.

47


Pasangan kombinasi antara “header” dan lurus

Pasangan “Rowlock”

Pasangan “Soldier”

48


ď Ž

Pasangan dinding lurus setebal satu batu bata (ikatan Inggris)

ď Ž

Pasangan dinding lurus setebal satu setengah bata ada tiga macam:

49


2. Tipe dinding lengkung (Boog/Arches)

    

Bonded Arches (Pengikat) Ring Arches (Cincin) Ribbed Arches (Bertulang) Straight Arches (Lurus) Corbel Arches

50


Bonded arches

Ribbed arches

 Ring arches

51


ď Ž

ď Ž

Straight arches

Corbel arches Konstruksi boog (arch), tipe ini jarang dipakai untuk tungku periodik yang benar tetapi banyak dipakai sebagai konstruksi kantong api untuk tungku api naik.

52


3. Konstruksi Skewback 

Stabilitas pasangan boog tergantung dari beberapa faktor antara lain: • Derajat kelengkungan boog • Tebal pasangan boog • Ada skew yang mendukung pasangan boog tersebut Skewback adalah bagian bangunan yang di pinggir yang mempunyai fungsi menghantarkan gaya pasangan boog ke dinding tungku atau kerangka penguat yang dibangun untuk keperluan tersebut.

53


ď Ž

Secara sketsa kedudukan skewback terhadap boog adalah sebagai berikut:

ď Ž

Beberapa konstruksi skewback yang dipakai antara lain sebagai berikut:

54


4. Derajat Kelengkungan Pasangan Boog ď Ž

Dalam membuat boog yang stabil dimensi boog yaitu derajat kelengkungan sangat penting

5. Konstruksi dilatasi (expansion joints) ď&#x201A;&#x2014; Bila tungku dipanaskan dan kemudian didinginkan maka

dinding tungku akan memuai dan menyusut ke arah vertikal dan horizontal ď&#x201A;&#x2014; Maka agar bata yang membentuk pasangan dinding tungku tidak hancur atau retak perlu adanya konstruksi dilatasi (expansion joints) 55


ď Ž

Gambar expansion joints dinding tungku

a.

b.

c.

56


Rancangan dan Penempatan Bata Penahan Miring (Skew Back) • Buttress : dinding penahan • Skewback : penahan miring (trapes)

57


ď Ž

Konstruksi atap lengkung dengan besi penjepit pasangan bata atap melingkar :

ď&#x201A;&#x2014; Konstruksi Atap lengkung dengan besi penjepit :

58


6. Konstruksi Cerobong  

Bagian Atas, Pasangan Bata Merah Bagian Bawah, Pasangan Batu Kali Pasangan bata umumnya pasangan bata melengkung (bentuk cerobong silinder). Beberapa saja yang bentuknya empat persegi.

7. Konstruksi Pondasi Dasar Fondasi :  Bila berupa lempung lunak dan basah, daya dukung tanah ± 1 ton per ft2 atau ± 1 kg/cm2  Bila berupa lempung berpasir dan lempung basah, daya dukung tanah ± 2 ton per ft2 atau ± 2 kg/cm2 59


 

Bila berupa lempung berpasir halus dan lempung kering, daya dukung tanah ± 3 ton per ft2 atau ± 3 kg/cm2 Bila berupa lempung berpasir kasar dan halus serta kering, daya dukung tanah ± 4 ton per ft2 atau ± 4 kg/cm2 Dalam konstruksi daya dukung tanah untuk menerima bahan bangunan harus diatas 2 kg/cm2. Bila daya dukung tanah ≥ 2 kg/cm2 maka terdapat ketentuan empiris atau praktek bahwa : Kedalaman fondasi = ⅛ tinggi cerobong Lebar fondasi = ⅛ tinggi cerobong

60


Dalam praktek ada ketentuan bahwa :  Tinggi cerobong = ( 3 x tinggi efektif tungku + ⅓ jarak cerobong + X )  Diameter cerobong = 0.20 – 0.25 diameter tungku Konstruksi fondasi :  Perlu pasangan beton kedap air pada kanal cerobong.  Fondasi dari pasangan batu kali dengan adukan semen ( 1 : 5 ). Pada bagian atas, pasangan batu kali dengan adukan semen kedap air ( 1 : 3 ).  Fondasi harus stabil (titik berat lebih dari 0.5 tingginya).

61


Konstruksi Tungku Api Berbalik Kapasitas 10 m Bahan Bakar Kayu

62


63


PERLENGKAPAN TUNGKU PEMBAKARAN 1. Instalasi Pasokan bahan bakar  Rangka besi  Pipa atau selang  Tangki bahan bakar. 2. Alat pembakar (burner) • Jenis pipa spiral (biasanya untuk bahan bakar minyak) • Jenis otomatis (automatic oil burner) • Jenis ventury (untuk bahan bakar gas) • Fuel bed/kisibed/kisi-kisi (untuk bahan bakar padat) 64


3. Peralatan Kontrol Suhu Thermocouple Terbuat dari 2 jenis logam yang mempunyai perbedaan sifat fisis (misal Pt – Rh) yang dimasukkan dalam tabung terbuat dari bahan refraktori Dilengkapi dengan kabel penghubung dan galvanometer sebagai penunjuk suhu Perlu ketersediaan tenaga listrik Rentang suhu yang dapat diamati adalah sangat panjang mulai suhu kamar – suhu tinggi (sesuai jenis thermocouplethermocouple-nya) Harga relatif mahal Pancang Seger/Orthon Terbuat dari campuran bahan-bahan keramik Berbentuk piramid segitiga Tidak membutuhkan listrik Murah Sekali pakai Satu nomor pancang Standar hanya untuk satu titik suhu Rentang suhu yang dapat diukur dengan alat ini adalah 600o –2050oC (SK 022 – 42) 65


Pancang Seger sebagai alat uji titik lunak/lebur

66


6.4 Perabotan Tungku (Kiln Furniture) 1. Pengertian

: Perabotan yang terbuat dari bahan tahan api (termasuk refraktori) tetapi tidak digunakan langsung dalam konstruksi tungku

2. Fungsi

: Sebagai wadah, penyangga atau pelindung langsung terhadap produk produk--produk yang dibakar dalam ruang bakar suatu tungku tungku..

3. MacamMacam-macam perabotan tungku Pelat Kapsel (Saggar)

: Umumnya berbentuk bujur sangkar tipis Berbentuk wadah atau pelindung produk yang dibakar (kotak, silinder, tabung dan lain lain--lain) lain)..

Timbler/stilt

: Penyangga berujung runcing, digunakan untuk menyangga produk keramik yang seluruh permukaan luarnya berglasir berglasir..

Batang penyangga

: Berbentuk silinder berlobang, silinder pejal, atau batangan, digunakan untuk menyangga langsung produk yang dibakar atau plat & kapsel kapsel..

Krusibel

: Umumnya berbentuk mangkok atau tabung sebagai wadah 67 produk--produk yang dibakar produk dibakar..


68

68


PENUTUP ď Ž

ď Ž

Pembuatan tungku produksi keramik sebaiknya berdasarkan atas pertimbangan 9 faktor penting, termasuk potensi ketersediaan bahan bakar. Peningkatan nilai tambah produk keramik dengan upaya peningkatan efisiensi proses pembakaran adalah baik, dan akan lebih baik lagi jika disertai dengan peningkatan mutu dan desain produk.

69


70

desain  

desain tungku bbk bandung

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you