Z 0. Model matematik yang diperoleh adalah

ISSN 0216 - 3128

52

Tundjung Indrati Y., dkk.

UJI COBA TUNGKU 1000 OC DENGAN SISTEM PENGUMPAN BELT CONVEYOR UNTUK PRODUKSI ZrO2 DARI Zr(OH)4 Tundjung Indrati Y. Sudaryadi, Triyono, Moch Rosyid, Wuntat O Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Jl.Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta 55281 Email : tunjung_yahoo.co.id

ABSTRAK UJI COBA TUNGKU 1000 oC DENGAN SISTEM PENGUMPAN BELT CONVEYOR UNTUK PRODUKSI ZrO2 DARI Zr(OH)4. Telah dibuat tungku 1000 oC berbasis model matematik dengan

rz CZ = 1− c CZ 0 vC Z 0

. Model matematik yang diperoleh adalah memperhitungkan kondisi steady state. merupakan perubahan molardensity bahan sepanjang tungku yang sudah berhasil dirancang dan dikonstruksi. Dimensi tungku mempunyai data sebagai berikut panjang 123 cm, lebar 35 cm, tebal batu tahan api 35 cm, are pemanasan 20 x 20 cm sehingga volume 49.200 cm3. Badan tungku terbuat dari batu tahan api dengan elemen pemanas nikelin berdiameter 2 mm. Tungku ini dilengkapi sistem pengumpan belt conveyor. Sistem instrumentasi kendali (SIK) pengumpannya berbasis seperangkat pengendali variac micro steper driven motor stepper dan timing pully) sedangkan SIK tungku berupa program logic contoller T100MD 88. Hasil uji coba sistem pengumpan mampu mendorong nampan nampan berisi Zr(OH)4 dengan putaran 0,7 rpm sehingga waktu tinggal mencapai hampir 1 jam. Tahanan elemen pemanas nikelin terpasang 2,72±0,03 Ω. Tungku diuji tanpa material umpan pada 380 V – 386 V sebagai variac voltage mencapai 583 o C laju pemanas mencapai 7- 15 oC/menit sedangkan pada 220 V tanpa variac mencapai suhu 1000 oC laju pemanasnya 7- 10 oC/menit. Powder Zr(OH)4 sebanyak 200 g zirkonia / jam digunakan untuk validasi model matematik pada suhu 800 oC dimana hasilnya mendekati dengan model tersebut (penyimpangan 5,86±3,77 %.)sehingga perancangan berbasis model tersebut dapat dikatakan benar. Katakunci:belt conveyor, molar density, model, ujicoba, validasi

ABSTRACT TRYOUT FURNACE 1000 oC WITH BELT CONVEYOR FEEDER SYSTEM FOR ZrO2 PRODUCTION FROM Zr(OH)4. The 1000 oC furnace based on mathematical modelling steady state condition,

rz CZ = 1− c CZ 0 vC Z 0

had been designed and constructed. The material molar density will be changed along 123 cm of furnace. The dimension of furnace is 123 cm in length, 35 cm in width, 35 cm thickness, 20 x 20 cm for area, 49.200 cm3 as volume. The furnace body was made from refractory and the elemen is nikelin with diameter 2 mm. The furnace have belt conveyor feeder system. The instrumentation of feeder based on variac (micro driven motor stepper with timing pully) and the furnace have logic contoller T100MD 88 program. The fedder system is capable to force trays with Zr(OH)4 in its inside as a result of 0,7 rpm so the residence time of trays in furnace almost 1 hr. Resistance of constructed nickelin as heating elemen 2,72±0,03 Ω. The result of furnace tryout without material was 380 V – 386 V as variac voltage at 583 oC with 7-15 oC/menit and 220 V without variac until suhu 1000 oC with 7-10 oC/menit. Powder Zr(OH)4 was used for validation of mathematical model. The validation at 800 oC was close (with 5,86±3,77 in divergency with the model so the design is almost right with 200 g Zirkonia / jam. Keyword:belt conveyor, molar density, model, tryout, validation

PENDAHULUAN

Z

irkonia adalah bahan yang strategis karena sifat sifat yang baik untuk dapat diaplikasikan diberbagai industri. Zirkonia ini stabil dalam tiga bentuk struktur kristal yaitu monoklinik, tetragonal dan kubik. Sifat mekaniknya baik karena adanya transformasi martensitik dari tetragonal ke monoklinik (1,2,3).

Konduktivitas ionik dari ZrO2 kubik sering digunakan sebagai sensor O2. Zirkonia tetragonal banyak digunakan sebagai kalalis dan catalyst support untuk reaksi fasa gas dengan berbagai variasi kondisi operasi. Zirkonia ini juga dapat digunakan sebagai membrane keramik menggantikan silika, titania atau alumina dan ternyata lebih baik dalam alkaline resistance dan biocompatibilitynya. Selain hal tersebut industri

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 4 Juli 2012


ISSN 0216 - 3128

lain yang menggunakanya adalah keramik, perangkat keras. Pada industri keramik zirkonia dapat digunakan sebagai pencampur porselin, refractory, foundry, electronic ceramics, fuell cell dan thermal barriers coatings. Zirkonia juga dapat digunakan sebagai bahan baku pembentukan Zr sponge yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan baku paduan untuk industri perangkat keras, cladding bahan bakar reaktor nuklir yang berbentuk pellet atau sebagai pelapis partikel UO2 Pada industri nuklir persyaratan tambahan adalah zirkon dengan kemurnian sangat tinggi diatas 99 % dan kandungan Hafnium tidak lebih 100 ppm(4,5,6,7,8,9). Penggunaan zirkon begitu luas terlihat dari kebutuhan dunia terhadap zirkon yang sangat tinggi.. 22.300 ton di tahun 2008 dengan berbagai grade dari CF colortone (67,5 % ZrO2 dan HfO2) sampai SF Extra (99,6 % ZrO2 dan HfO2). Grade tersebut dapat juga dinyatakan berdasar pengunaannya yaitu dari refractory/abrasive grade sampai high purity advanced ceramic (HPAC) grade. Indonesia termasuk importer Zirkon pada kisaran 13 % terhadap kebutuhan industri keramik (dengan jumlah 65 ton) ditahun 2008 dan pada tahun 2007 diimpor lebih banyak yaitu 151 ton. Penurunan ini karena PT Timah Tbk ditahun 2007 telah memproduksi opacifier dengan kisaran kandungan Zr 60 % namun pada akhir tahun 2008 tidak memproduksi lagi karena opacifier masih mengandung NORM. Suatu kesempatan yang baik untuk segera mendirikan pabrik ZrO2 di Indonesia karena Indonesia adalah exporter concentrate Zr sand dengan kandungan Zr 40 – 50 % sebesar 800.000 ton ditahun 2008 dengan sumbangan dari Kalimantan Tengah 7.000 ton. Pengolahan concentrate pasir Zr menjadi ZrO2 meningkatkan nilai tambah pasir zirkon sehingga Indonesia tidak menjadi negara importir zirkonia tetapi sebagai exportir (10,11,12). Rancang bangun tungku kalsinator secara sinambung untuk produksi ZrO2 dianggap penting karena rancang bangun ini akan bermanfaat tidak hanya untuk kalsinasi Zr(OH)4 tetapi juga untuk proses pengeringan, kalsinasi ZOC (zirkon oksiklorid) dan untuk alloy treatment berskala laboratorium. Setelah perancangan dan konstruksi selesai maka kegiatan selanjutnya adalah uji coba tungku 1000 oC dengan sistem pengumpan belt conveyor untuk produksi zirkonia dari Zr(OH)4. Perancangan tungku tersebut berbasis model matematik yang mengadopsi adanya perubahan molar density (13,14,15,16,17,18,19,20) Panjang tungku dasar perancangannya mengadop dasar model matematik pengering. Badan tungku dirancang dengan konsep tungku reduksi, dimana elemen terbagi 3 segment yang daya nya menggunakan arus 3 phase dan tiap phase dihubungkan dengan nol. Sistem pengumpan

53

ditentukan dengan putaran motor mengacu pada jarak tempuh, waktu tempuh, kecepatan dan jenis roller berbasis ANSI/SME 36,9 Schedule 40. Putaran roller conveyor disesuaikan dengan waktu nampan yang berisi Zr(OH)4 berada dalam tungku (20) . Tujuan uji coba tungku 1000 oC adalah untuk memastikan bahwa tungku ini berfungsi. Kegiatannya terdiri dari uji coba hopper dan uji coba gerak belt conveyor, uji coba tungku untuk mencapai 1000 oC dan uji coba proses kalsinasi sekaligus validasi model matematik. Skema tungku 1000 oC dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Prelayout Tungku 1000 produksi ZrO2(25)

o

C untuk

TATA KERJA Bahan Bahan yang digunakan adalah Zr(OH)4

Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari Tungku 1000 oC, TG/DTA, X Ray diffraktometer, Timbangan.

Cara Kerja Uji coba sistem pengumpan Conveyor Belt pembawa nampan-nampan (trays) yang berisi Zr(OH)4 digerakan dengan motor penggerak. Gerak putar belt conveyor diatur sehingga nampan akan mempunyai waktu tinggal dalam tungku sama dengan waktu kalsinasi. Uji coba gerak motorik belt conveyor yang membawa nampan tanpa Zr(OH)4 dilakukan untuk memprediksi waktu tinggal nampan dalam tungku minimal selama 1 jam. Selain hal tersebut uji coba juga untuk memastikan bahwa nampan tersebut dapat mendorong satu sama lain kedalam tungku baik dengan beban maupun tanpa beban Zr(OH)4.

Uji coba tungku 1000 oC Uji coba tungku 1000 oC dimulai dengan uji elemen pemanas untuk memastikan tahanan jenis elemen. Untuk memastikan capaian suhu



ISSN 0216 - 3128

54

sampai 1000 oC maka ini dilakukan dengan tungku tanpa umpan atau dengan umpan sampai variac voltage tertentu dan suhu tertentu.

Uji coba proses produksi ZrO2 dari Zr(OH)4. Data yang harus diperoleh adalah perubahan molar density sepanjang tungku sesuai dengan model matematik yang digunakan untuk perancangan, kegiatan ini sering disebut validasi. Kecepatan gerak motor akan diselaraskan dengan waktu dari hasil perhitungan model matematik proses kalsinasi Zr(OH)4. Uji coba proses kalsinasi dengan cara mengisi Zr(OH)4 kedalam nampan dengan berat tertentu dan ketebalan tertentu setelah tungku dipanaskan terlebih dahulu sampai 800 oC. Pada jarak tertentu diambil sampel dimana sampel diidentifikasi untuk ditentukan molar densitynya. Data ini kemudian di buat grafik dan disesuaikan dengan hasil simulasi. Untuk memastikan Zr(OH)4 terkalsinasi maka sampel yang keluar dari tungku setelah dingin dianalisis menggunakan XRD.

HASIL DAN PEMBAHASAN Uji coba sistem pengumpan Secara skematis blok diagram sistem tungku 1000 oC seperti tertera pada Gambar 2. Proses pemasukan nampan ke dalam tungku memanfaatkan dorongan dari nampan urutan berikutnya, maksudnya nampan nomor 1 akan masuk kedalam tungku dengan memanfaatkan dorongan dari nampan nomor 2, dan seterusnya.

Gambar 2. Blok diagram sistem tungku 1000 oC Melihat konsep pengiriman nampan ke dalam tungku, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, jarak tempuh nampan di dalam tungku mempengaruhi putaran shaft roller konveyor, hal ini dikarenakan putaran shaft mendorong nampan satu demi satu masuk ke dalam tungku, putaran roller conveyor sebagai pengantar dan pendorong nampan. Putaran ini berpengaruh dengan waktu tinggal nampan di dalam tungku, semakin cepat putaran semakin cepat nampan melalui tungku, begitu pula sebaliknya. Penentuan putaran motor mengacu pada jarak tempuh, waktu tempuh, kecepatan putar. Roller yang digunakan berbasis ANSI/SME 36,9 Schedule 40 sehingga didapat kecepatan keliling yang disebut shaft roller 0,1 rpm. Motor dipasaran mempunyai kecepatan 1400 rpm dengan reduktor putaran 1:32. reduksi putaran mencapai 44 rpm dan 1,4 rpm. Perbandingan roda gigi lurus dengan spesifikasi roda gigi 23 dan diameter luar 50 maka putarannya

1,4 rpm, kemudian kedua jumlah gigi 46 dan diameter luar 50 maka putarannya menjadi rpm 0,7. Spesifikasi roda terakhir 161 dan diameter luar 165. Jadi dalam sistem pengumpan terdapat 2 buah reducer ditambah 3 roda gigi. Data uji coba sistem pengumpan tertera pada Tabel 1. Tabel 1. Data uji coba sistem pengumpan No 1 2 3 4 5

Putaran 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4

Waktu 35 38 37 36 35

No 6 7 8 9 10

Putaran 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

Waktu 59 58 58 57 58

Rata-Rata 36,2 Rata-Rata 58 Semakin pelan putaran motor penggerak, waktu tinggal nampan atau trays dalam badan tungku semakin lama. Hal ini dapat dimengerti karena panjang tungku (m) dibagi jumlah putaran (rotasi,m/menit dengan angka yang kecil) akan memberikan waktu (menit) yang lebih lama. Putaran motor yang telah dilengkapi dengan reduser maksimal memberikan waktu tinggal maksimum 58 menit, karena reduser akan memberikan harga rpm yang kecil.

Uji coba tungku 1000 oC Uji elemen pemanas Dari hasil pengukuran tiap segment diperoleh arus 21 amper. Daya listrik yang digunakan adalah 21 A x 220 Volt = 4620 watt dan setiap segment dengan daya 4500 watt. Perhitungan distribusi lilitan mengacu pada 3 segmen tersebut yang pada setiap segmen terdiri 4 blok elemen, yaitu blok samping kanan dan kiri. Masing-masing blok terdiri dari 6 alur elemen yang tingginya 15 cm, kemudian blok atas dan bawah masing-masing 8 alur elemen dan tingginya 20 cm. Daya listrik dibagi dua jadi masing masing 2500 watt. Untuk memperoleh distribusi lilitan baik maka dipilih hubungan seri antara blok samping kanan dan bawah atau samping kiri dan atas. Rumus yang digunakan W = V x I ; V = I x R sehingga I = V/R. Jadi panjang nikelin menggunakan L = 1/ρ (R x q) dan jumlah lilitan menggunakan rumus L = π D n dan didapat jumlah lilitan, n =1263 lilitan. Dengan jumlah alur 14 maka setiap alur berisi 90 lilitan. Setelah didapat 14 blok pemanas maka blok pemanas ini kemudian di uji terutama tahanannya. Dari rancangan semula tahanan 2,1 Ω, nikelin terbeli 2,2 Ω sedangkan tahanan hasil uji blok rata rata 2,734±0,036 Ω dengan data uji tertera pada Tabel 2. Tahanan jenis hasil pengukuran elemen pemanas yang dibuat bentuk spiral lebih tinggi dibandingkan dengan tahanan jenis nikelin yang dibeli hal ini karena proses pembentukan dari kawat nikelin yang lurus berubah menjadi spiral.



Tabel 2. Data uji tahanan elemen pemanas N N Pengukuran Ω o o 1 Blok pertama 2,8 8 2 Blok kedua 2,7 9 3 Blok ketiga 2,7 10 4 Blok keempat 2,7 11 5 Blok kelima 2,7 12 6 Blok keenam 2,7 13 7 Blok ketujuh 2,7 14

ISSN 0216 - 3128

55

Pengukuran

Ω

Blok kedelapan Blok kesembilan Blok kesepuluh Blok kesebelas Blok keduabelas Blok ketigabelas Blok keempat belas

2,7 2,8 2,75 2,7 2,75 2,7 2,7

Rata rata pengukuran

2,72±0,03

Tabel 3. Data uji tungku pada tegangan variac 380 V – 386 V Laju pemanasan Menit ke Menit ke Suhu, oC o C/menit Pengamatan ke 1 2 3 5 62 60 60 7,12 40 10 100 100 95 45 15 160 160 158 12,3 50 20 235 235 235 15 55 25 310 310 310 15 60

Suhu, oC Pengamatan ke 1 2 3 375 375 375 435 437 435 456 458 457 520 520 520 582 583 583

Tabel 4. Data uji tungku pada tegangan variac 220 V Laju Menit ke Menit ke Suhu, oC pemanasan, Pengamatan ke o C/menit 1 2 3 5 62 60 60 7,12 55 10 100 100 95 60 15 145 140 145 9 65 20 192,5 190 195 9,75 70 25 245 245 245 10,5 75 30 295 295 295 10 80 35 345 350 345 10,34 85 40 396 400 400 10,4 90 45 452 452 450 10,6 95 50 500 502 505 10,3 100

Suhu, oC Pengamatan ke 1 2 3 554,5 555 555 605 605 605 655 657 658 710 710 708 758,5 758,5 758,5 807,5 808 810 856 855 855 905 905 905 952,5 952,5 952,5 995 989 995

Identifikasi laju pemanasan Tabel 3 merupakan data uji tungku pada tegangan variac 380V – 386 V. Tungku teruji sampai dengan suhu 583oC dengan laju pemanasan 7–15oC/menit. Tabel 4 merupakan data uji tungku pada tegangan variac 220 V. Tungku teruji sampai dengan suhu 1000 oC dengan laju pemanasan 910oC Berdasar data dari Tabel 2 dan Tabel 3 tersebut bahwa uji coba tungku dengan tegangan yang lebih tinggi laju pemanasannya lebih cepat. Dapat dikatakan bahwa tungku lebih cepat mencapai suhu tertentu apabila daya yang diterima (watt) lebih besar. Secara sederhana rumus yang digunaan adalah W = V x I dan V = I x R. Tahanan tetap dan arus dianggap tetap maka tegangan ditambah maka daya (W) akan lebih besar dan energi yang diberikan ke suatu sistem lebih besar.

Laju pemanasan, o C/menit 13 12,12 12,5 12,6 12,6 Laju pemanasan, o C/menit 10,46 10,2 10,3 10,46 9,9 9,8 9,5 9,94 9,5 8,1

Hal yang sebaliknya terjadi bila tegangan turun sehingga laju pemanasan akan lebih pelan seperti yang terjadi pada uji tungku pada tegangan 220 (Tabel 4).

Uji coba proses produksi zirkonia dari Zr(OH)4 Perancangan tungku 1000 oC berbasis model matematik mempunyai tujuan tidak hanya untuk kalsinasi Zr(OH)4 tetapi juga sebagai pengering, alloy treatment (model matematik terlampir). Panjang tungku 123 m adalah hasil perancangan berbasis model matematik dengan harapan ZrO2 akan didapat dengan simulasi perubahan molar density Zr(OH)4 menjadi ZrO2. Pada validasi model matematik data yang diidentifikasi adalah perubahan molar density bahan yang masuk kedalam tungku dengan pengoperasian suhu 800 oC. Hasil validasi adalah


ISSN 0216 - 3128

56

perubahan molar density dari titik 0,01 sampai dengan 0,06 m mendekati perhitungan model matematik tetapi setelah bahan mencapai titik 0,06 m perubahan molar density mulai perlahan tetap (Gambar 3). Hal ini dapat difahami bahwa struktur kristal ZrO2 sudah mulai terbentuk dan sebagai referensi atau komparasi proses dapat dilihat pada kurva TG/DTA yang tertera pada Gambar 4. Penyimpangan antara perhitungan model dan hasil uji coba atau uji fungsi sampai 5,86±3,77 %. Hal ini dapat dimengerti karena model yang digunakan adalah mengadopsi perubahan linier.

Gambar 3. Hasil validasi model matematik proses produksi ZrO2 dari Zr(OH)4 berbasis perubahan molar density


sebanyak 200 g/jam sama dengan difraktogram zirkonia referensi terutama pada posisi 2θ. Dari uraian tersebut diatas maka tungku 1000 oC dengan sistem pengumpan belt conveyor berfungsi untuk memproduksi ZrO2 dengan suhu kalsinasi 800 oC.

Gambar 5 (a)Hasil Analisis Zr(OH)4 dan ZrO2 dengan metoda XRD Difraktogram Zr(OH)4 (b) Difratogram Zr(O)2 hasil uji fungsi tungku 600 oC (c) Difraktogram ZrO2 hasil uji funsi tungku 800 oC (d) Difraktogram ZrO2 diunduh dari referensi dengan proses kalsinasi suhu 750 oC.

KESIMPULAN

Gambar 4. Kurva TG/DTA kalsinasi Zr(OH)4

Perubahan struktur kristal Zr(OH)4 Perubahan struktur kristal Zr(OH)4 terdapat pada Gambar 5 dengan catatan Gambar 5a Pada merupakan difraktogram Zr(OH)4. difraktogram Zr(OH)4 terlihat bahwa intensitas yang paling jelas pada 2θ = 30o ini merupakan intensitas bidang difraksi dari calon struktur kristal ZrO2. Gambar 5b merupakan difraktogram ZrO2 hasil pemanasan 600 oC dan ini sudah merupakan difraktogram ZrO2 karena difaktogramnya mirip dengan difraktogram ZrO2 yang diperoleh dari referensi (Gambar 5d). Intensitas dari bidang difraksi struktur kristal ZrO2 hasil pemanasan suhu 800 oC semakin tinggi. Difraktogram yang diperoleh dari zirkonia hasil produksi dari Zr(OH)4

Hasil penelitian uji coba tungku 1000 oC dengan sistem pengumpan belt conveyor untuk produksi ZrO2 dari Zr(OH)4 dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Sistem pengumpan cukup mampu untuk mengoperasikan gerak nampan berisi Zr(OH)4. 2. Elemen pemanas yang terpasang terukur tahanannya 2,723 ± 0,03Ω cukup memberikan daya cukup sehingga laju pemanasan pada tegangan variac 380 – 386 V sampai suhu 583oC mempunyai laju pemanasan 7- 15 oC dan tegangan variac 220 V sampai suhu 1000 oC mempunyai laju pemanasan 7 - 10 oC/menit. 3. Validasi perancangan tungku 1000 oC berbasis model matematik atas perubahan molar density cukup valid dan hal ini berkesesuaian dengan kurva TG/DTA. Penyimpangan yang didapat 5,86±3,77 %. 4. Bahan Zr(OH)4 yang dipanaskan/ dikalsinasi menjadi ZrO2 dengan studi ZrO2 ternyata kurva difraktogramnya berkesesuaian dengan difraktogram ZrO2 referensi. 5. Hasil perancangan dan uji coba berupa spesifikasi tungku 1000 oC sebagai berikut, panjang tngku : 123 cm, lebar : 35 cm, tebal : 35 cm, dimensi mulut tungku : 20 x 20 cm, volume ruang pemanas : 49.200 cm3, kapasitas : 200 g Zirkonia / jam - 500 g Zirkonia / jam,



ISSN 0216 - 3128

Body : batu tahan api, pemanas nikelin diameter 2 mm dengan tahanan 2,723 ± 0,03Ω., voltage : variac 380 V – 386 V dengan suhu : 583 oC, tanpa variac : 220 V (perphase terhadap normal) dengan capaian suhu 1000 oC

DAFTAR PUSTAKA 1.

GERHARD ERBERS, Zirconium Oxide,Stabilized Zirconium Oxide, HiCharms Ltd,http://www.hicharms.com/zirconiumoxide .html.Copyright 2006, 2. CHARLES SKIDMORE, Zirconium dan Hafnium, MinChem Ltd,UK,2008. 3. ANONIM, 1700 oC Hotspot Laboratory Furnace from Zirear Zirconia, http://www.azom.com/details.asp?ArticleD3170, 2009 4. BERNARD BINGENE, HAKON AUSTRHEIM,MARTINE WHITE HOUSE Ilmenite As A Source for Zirconium During High Grade Metaphormism Textural Evidence from the Caledonides of Westernn Norway and Implications for Zircon Geochronology, Journal of Petrology, vol 42, no 2, hal 335 – 375, 2001. 5. SHIOZAWA.S, HTR Nuclear Process Heat Applications (Hydrogen Production), HTR/ECS HTR School,Chadarache,France, 2002. 6. DAVID.E.BALDVIN,The Gen IV Modular Helium Reactor (its potential for Smal and Medium Grid, presented to Society of Nuclear Engineers of Croasia, 26 January 2007. 7. YOUNG WOO LEE, Development of HTGR Coated Particle Fuel Technology in Korea, KAERI-NHDD Project/Fuel,2-5 Oct 2006. 8. MAGESH G.KULAKARNI, RAJESH GOPINATH, Solid Acid Catalyzed Biodiesel Production by Simultaneous Esterification and Tranesterification, Green Chemestry,1056 – 1062,8,2006, 9. RAMLI SITANGGANG, Fuell Cell Perhatian Dunia, Indonesia Belum Serius, Informasi Kampus, UPN Veteran Yogyakarta, vol 14, no 170, Juni 2009. 10. ANONIM, 2008 Annual Report on Zircon Sand Market,Asian Metal ltd rights reserved, 2009. 11. ANONIM, Kalimantan and its Impact on Global Zircon Suplay and Demand Review and outlook 2012, Special report TZ Mineral International,30 Juni 2008.

57

12. TUNDJUNG INDRATI, Optimalisasi Pengolahan Pasir Zr menjadi ZrO2, Laporan Kerjasama PTAPB-BATAN dan BPPT, 2004 13. ANONIM, Furnace for Powder Metallurgy, Fluidtherm Technology, 2004. 14. SHIMA S., T. NAKAYAMA,M.NAGATOMI, Screw Conveyor for Dischargeing Reduced Iron from Rotary Hearth Reduction Furnace, World Intelectual Property Organization, 18 Oktober 2007 (WO/2007/116878). 15. ALAN.W.ROBERTS, Design Considerations and Performance Evaluation of Screw Conveyors, The University of Newcastle Australia.2000. 16. VAN EVANS, Furnace Conveyor Belt having thermal barrier, http//www.wikipatents.com/6669471.html, Dec 30, 2003. 17. PROEFONTWERP, A Design Tool for Conveyor Belt Furnaces, Technische Universiteit Eindhoven, November 2000. 18. TUNDJUNG INDRATI, Penentuan Jenis Kalsinator Berdasarkan Pembentukan ZrO2, Proseding P3N,ISSN 1410-8178,23 September 2006. 19. WAHYUDI BUDI SETIAWAN,Review Konsep Konsep Dasar Pemodelan Matematis (Chemical Engineering Tools), Penyegaran Model Mathematik – PTAPB,BATAN, 2008 20. TUNDJUNG INDRATI, Rancang bangun tungku conveyor belt 1000oC untuk produksi serbuk zirkonia, Laporan teknis program insentif, 2010.

TANYAJAWAB Sri Rinanti Susilowati − Tungku 100 oC dirancang untuk pemanasan sampai berapa derajat? − Penggunaan standar apa sebagai pembanding menggunakan TGA? Tundjung Indrati Y • Perancangannya sampai 1000oC dan uji coba mencapai suhu 995oC. • Standar bahan yang digunakan di TGA sama. Pembanding yang digunakan adalah berat hilang baik yang terjadi di TGA maupun di data uji coba.


ISSN 0216 - 3128

58


LAMPIRAN Perancangan berbasis model matematik proses kalsinasi Zr(OH)4 menjadi ZrO2 menggunakan software MATLAB. Model matematik tersebut disusun dimulai dengan menyusun persamaan neraca massa bahwa laju massa masuk dikurangi dengan laju massa keluar ditambah dengan laju terbentuknya bahan baru selama proses sama dengan laju massa terakumulasi. Oleh karena kondisi steady state maka laju masa yang terakumulasi sama dengan 0. Untuk selanjutnya untuk menyelesaikan persamaan tersebut disusun dengan persamaan tidak berdimensi mengacu pada artikel pengeringan. Q Cz – [Q (Cz + dz)] + dV.rc = dV

Q (Cz – Cz – dCz) + dV.rz = dV

δ Cz

-Q

+ rc =

dV

δ Cz δt

δ Cz δt

δ Cz d Cz =+ rc δt δV Q

δ ⎛⎜ V Q ⎞⎟ -

⎝

⎠ = δτ

δ Cz δτ

+ rc =

δ Cz δt

Untuk kondisi steady state

δ Cz δτ

= - rc

→-

δ Cz δt

δ Cz δ ⎛⎜ V Q ⎞⎟ ⎠ ⎝

= 0, maka

= - rc

⎛ δ Cz ⎞ ⎜⎜υ ⎟⎟ = - rc ⎝ δz ⎠ δC υ z = - rc δz

-

BC : z = 0 ; Cz = Czo C → C zo δF = δC z F= z C zo ψ=

z L

φ=

rc . L υ . C zo

→ L δψ = δ z

→ rc =

υ . C zo L

φ

Masukkan persamaan tanpa dimensi ke 1 C δF υ C zo υ zo =− φ L δψ L F

ψ

1

0

∫ δF = − φ ∫ δ ψ



F =1−φψ

→

ISSN 0216 - 3128

⎛ rc . L Cz = 1 − ⎜⎜ C zo ⎝ υ . C zo

59

⎞⎛ z⎞ ⎟⎜ ⎟ ⎟⎝L⎠ ⎠

Cz r z =1− c C zo υ . C zo Keterangan :

υ

= kecepatan padatan secara linier (m/s-1)

rc z L Cz F

= kecepatan kalsinasi ( δ . s-1) = jarak = panjang tungku = molar density, mol/m3= g/cm3 = kandungan kelembaban tanpa dimensi = panjang tanpa dimensi

ψ φ

= suatu konstanta Adanya unsur z maka panjang tungku dapat diperoleh yaitu 123 cm. Gambar 2 dan 3 merupakan program komputasinya dan grafik perubahan molar density atau berat jenis bahan yang memberikan data harga z. Czo=0.0244; %molar density Zr(OH)4 umpan (gmol/cm3) v=0.01; %kecepatan padatan secara linier ( rc=0.001; %kecepatan kalsinasi (asumsi) Cz=0.0244:0.002:0.0367; %molar density pada titik Z (dari 0,024-0,0367 gmol/cm3) Z=(Czo-Cz)*(v/rc) %panjang kalsinator (cm) plot(Cz,Z) xlabel('Cz(gmol/cm3)') ylabel('Z(cm)') title('Z berbanding Cz')

Program perhitungan panjang tungku

Grafik Perubahan molar density sepanjang tungku.

Perhitungan penyimpangan Z, m 0,01 0,02 0,04 0,06 0,07 0,08 0,1

Model calculation Data uji fungsi/ujicoba 0,0157 0,015 0,027 0,027 0,028 0,03 0,03 0,033 0,031 0,035 0,033 0,035 0,033 0,036 Rata rata harga penyimpangan

Penyimpanga,% 46 0 0,6 10 9,6 6 9 11,6

Penyimpangan.% dihilangkan 0 0,6 10 9,6 6 9 5,86±3,77


Z 0. Model matematik yang diperoleh adalah

Recommend Documents