Macam Tungku Pembakaran, diantaranya:

1. Tunnel Kiln

Tungku berbentuk terowongan, digunakan untuk produksi kapasitas besar dan continue, panjang tungku bisa dibuat sesuai pesanan, mulai dari panjang -+ 15 meter -+ 100 meterSpoilerfor Tunnel Kiln:

2. Periodic Kiln (Tungku Periodik / Tungku Shuttle)

Tungku berukuran kecil, digunakan untuk produksi skala kecil dan sistem batchUkuran tungku dibuat sesuai pesanan, mulai dari -+ 1m kubik hingga -+ 75 m kubikSpoilerfor Shuttle Kiln:

3. Tungku Peleburan Logam

Tungku periodik yang diperuntukkan untuk meleburkan bermacam-macam logam, seperti Emas, Platina, dsbUkuran tungku dibuat sesuai pesanan, dapat dibuat untuk kapasitas Crucible 5kg dan seterusnyaSpoilerfor Tungku Peleburan Logam:

5. Tungku Pembakaran MakananTungku yang digunakan untuk memanaskan makanan, seperti penggorengan snack maupun tungku pizza

Spoilerfor Tungku Pembakaran Makanan:

Istanto T dan Juwana (2007), Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam jumlah yang banyak. Syarat terjadinya reaksi pembakaran :a. Bahan bakar (fuel)Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor, dimana bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon.

b. Oksidan (oxidant)Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang tersedia dimana-mana.

c. Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu. Banyak faktor yang mempengaruhi titik nyala; antara lain, tekanan, kecepatan, material katalis, keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan. Titik nyala biasanya menurun dengan naiknya tekanan, dan naik dengan kenaikan kandungan air (moisture content). Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan. Minyak bumi merupakancampuran berbagai macam zat organik, tetapi komponen pokoknya adalahhidrokarbon. Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam bentuk campuran dengan mineral lain. 2.2.5. Alat Bakar (Burner)Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau proses atomisasi. Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung. Salah satu alat yang dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah alat bakar (burner).2.2.5.1 Vaporizing burnerBurner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan bakar secara terus menerus. Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas. Panas diperoleh dari radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil. Uap bahan bakar yang terbentuk kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan minyak cair. Setelah keluar dari nosel, uap bahan bakar akan bercampur dengan udara dan terbakar membentuk lidah api (torch). Burner jenis ini pada umumnya dibuat dengan kapasitas 30-40 liter/jam, dengan tekanan bahan bakar 0,5-3,5kg/cm2.

Gambar 2.1 Vaporizing Burner(Curtis. A, 2001)2.2.5.2 Burner pengabutan semprotan uap/udara (steam/air atomizing burner)Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 2.2a ) dan burner dengan atomisasi tekanan rendah (gambar 2.2b). Pada jenis pertama, proses atomisasi menggunakan uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture. Tekanan uap atau udara yang digunakan sebesar 3-12 kg/cm2. Sedangkan pada jenis yang kedua, proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah, yaitu antara 0,01-0,5 kg/cm2 dengan tekanan bahan bakar 0,5-1,5 kg/cm2. Namun cara kerja dari keduanya sama. Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai berikut : minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar, yang jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum. Udara atau uap dialirkan melalui pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada mulut pembakar. Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot. Minyak bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya, dipecah-pecah menjadi butiran-butiran kabut minyak bakar, tepat di depan mulut pembakar (burner).Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya. Hal ini akan menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut burner. Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar dan udara akan membantu proses pengabutan. Sehingga akan diperoleh nyala api yang pendek dengan diameter yang besar.

Gambar 2.2 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure Air/SteamAtomizing Burner (b) Low Pressure Air/Steam Atomizing Burner(Curtis. A, 2001)2.2.5.3 Pengabutan tekan (mechanical/oil pressure atomizing burner)Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil. Tekanan yang diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kg/cm2. Tekanan ini berasal dari pompa bertekanan tinggi. Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa kerucut kabut minyak bakar yang berpusar. Burner jenis ini dapat digunakanuntuk semua jenis bahan bakar cair. Tetapi untuk minyak dengan viskositas perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya. Burner ini biasanya digunakan pada ketel, tungku-tungku dengan kapasitas besar dan dioperasikan secara manual/otomatis.

Gambar 2.3 Mechanical or Oil PressureAtomizing Burner (Curtis. A, 20012.2.5.4 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut. Minyak bakar dialirkan masuk ke suatu ruang. Di dalam ruang tersebut terdapat ujung poros yang berlubang, dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan pengabutan (spray cup). Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan kecepatan tinggi, sekitar 3450 rpm, kadang-kadang mencapai 6000 rpm. Minyak bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan. Selanjutnya kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus.Besarnya udara penghembus ini adalah 20% dari udara yang dibutuhkan untuk pembakaran. Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu dengan poros mangkokan.

Gambar 2.4 Horizontal Rotary-CupAtomizing Burner (Curtis. A, 2001)2.2.6. Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama PembakaranMuin (1988), mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima syarat yaitu : a. Pencampuran reaktan secara murni.b. Suplai udara yang cukup.c. Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran.d. Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran.e. Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api.Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual) karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air). Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan : CO2, air, dan SO2. Pada pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas, pada gas asap akan terdapat sisa bahan bakar, gas CO, hidrosil (OH), aldehid (R-CHO) dan nitrogen, serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen. Semua produk pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2.ada beberapa jenis Tungku Keramik:Wood Fired: adalah tungku yang menggunakan bahan bakar kayu. Tungku ini adalah jenis tungku yang paling jadul ( kuno ), sudah ada ribuan tahun yang lalu. Untuk mencapai temperature tinggi bisa menghabiskan hampir satu ton kayu.

Wood FiredGas Fired: Jenis tungku ini lebih modern dan lebih praktis, bersih dibanding dengan tungku diatas, karena memakai instalasi gas, akan lebih mudah ditambahkan alat pengatur sehingga bisa menghasilkan keramik yang lebih baik. Cara menaikkan suhu dengan sistem periodik.

Gas FiredElectric : Tungku ini paling modern, lebih bersih daripada kedua jenis diatas. Dan lebih mudah dalam pengontrolannya. Hasilnya juga lebih bagus , menghasilkan permukaan glasir yang lebih kilap dan sempurana. Kendalanya adalah bila biaya listrik tinggi. Sehingga beberapa seniman keramik mengubahnya menjadi tungku gas.

ElectricRaku : adalah jenis pembakaran yang unik. Keramik dibakar sehingga mencapai suhu dimana keramik membara, dikeluarkan seketika dan langsung dimasukkan kedalam drum yang sudah ada bekas Koran atau dedaunan, sehingga terbakar dan langsung ditutup. Akan menghasilkan keramik yang unik pula.Bottle kiln : Tungku ini adalah tungku yang juga Kuno, popular pada abad 18 sampai tahun 1960 an. Ukuran dan bentuknya tidak ada yang sama, tergantung pada pembuatnya. Bila yang membuat pabrik keramik yang besar, juga mempunyai tungku yang besar, sehingga bisa dimasuki beberapa orang didalam . Lama pembakaran bisa 48 jam. Biasanya setelah api dipadamkan, tungku akan dingin setelah 48 jam kemudian. Tetapi bila keramik sangat dibutuhkan lebih cepat dikeluarkan, pada suhu yang masih panas orang bisa mesuk dan membongkar keramik menggunakan baju dan kaos tangan tahan api.

Bottle KilnAnagama Kiln: Kiln anagama adalah jenis tungku keramik kuno dibawa ke Jepang dari China melalui Korea pada abad ke-5. Anagama berarti tungku berbentuk Gua. Bahan bakar menggunakan kayu bakar, lama bakar bisa 48 jam sampai 12 hari tergantung volume barang yang dibakar. Sumber api didepan dan dikeluarkan dibelakang. Tungku ini bisa mencapai suhu 1400 derajat celcius.

Anagama kilnAnagama kiln1 Pintu selebar 75 cm2 Lokasi api3 Lantai menanjak terbuat dari pasir silika4 Damper5 Cerobong6 Cerobong atas7 Bata tahan api melengkungContinuous kiln: kadang disebut Tunnel kiln . Bahan bakar ada yang memakai minyak tanah, gas, ada yang menggunakan listrik. Tungku ini bentuknya memanjang, sumber apinya ditengah, mengggunakan kereta atau roller untuk membawa keramik dari depan pintu masuk keluar dibelakang. Sehingga awal masuk, barang akan menerima panas yang masih rendah, makin ketengah makin panas, ada istilah pembagian ruangan yaitu Preheating Zone ( awal masuk ), Firing zone ( zona api ), Cooling zone ( pendinginan ), pada jenis ini pemanasannya lebih merata serta menhemat bahan bakar dan menghasilkan barang yang lebih banyak.Shuttle Kiln: Tungku ini sampai sekarang adalah tungku yang banyak dipakai, termasuk di Indonesia. Karena lebih mudah membuatnya dan harganya jauh lebih murah dibanding Tunnel Kiln. Shuttle kiln menggunakan bahan bakar minyak tanah, gas atau listrik. Pemakaian bahan bakar lebih boros dibanding Continuous Kiln. Karena setiap mulai bakar tungku sudah dingin, dan kalau mengeluarkan juga menunggu dingin, sehingga banyak panas yang terbuang.

Berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan, burner diklasifikasikan menjadi 3, yaitu :1. Burner bahan bakar cair2. Burner bahan bakar gas3. Burner bahan bakar padat

1. Pembahasan

Sebuah furnace memiliki komponen-komponen sebagai berikut :1. Ruang refraktori dibangun dari bahan isolasi untuk menahan panas pada suhu operasi yang tinggi.2. Perapian untuk menyangga atau membawa baja, yang terdiri dari bahan refraktori yang didukung oleh sebuah bangunan baja, sebagian darinya didinginkan oleh air.3. Burner yang menggunakan bahan bakar cair atau gas digunakan untuk menaikan dan menjaga suhu dalam ruangan. Batubara atau listrik dapat digunakan dalam pemanasan ulang/reheating furnace.4. Cerobong digunakan untuk membuang gas buang pembakaran dari ruangan.5. Pintu pengisian dan pengeluaran digunakan untuk pemuatan dan pengeluaran muatan. Peralatan bongkar muat termasuk roller tables, conveyor, mesin pemuat dan pendorong tungku.

Gas burner adalah sebuah alat untuk menghasilkan api untuk memanaskan produk menggunakan bahan bakar gas seperti asetilen, gas alam atau propana. Beberapa burner mempunyai tempat masuknya udara untuk mencampur bahan bakar gas dengan udara untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna. Asetilen biasanya digunakan dengan mencampurkannya dengan oksigen.

Banyak aplikasi seperti soldering, brazing dan pengelasan yang menggunakan oksigen daripada udara untuk membuat apinya menjadi lebih panas sehingga bisa melelehkan besi. Untuk skala laboratorium, digunakan natural gas fired bunsen burner. Untuk melelehkan logam dengan titik leleh sampai dengan 1100oC seperti tembaga, perak dan emas, bisa digunakan burner dengan bahan bakar propana dengan campuran udara. Pembakaran gas dibagi menjadi 2 cara, tergantung apakah gas dan udara dicampurkan terlebih dahulu atau tidak sebelum pembakaran. Jika udara dan gas dicampurkan terlebih dahulu sebelum proses pembakaran, seperti pada bunsen burner, proses pembakaran berlangsung secara hidroksilasi. Hidrokarbon dan oksigen dengan proses hidroksilasi menjadi aldehida. Penambahan panas dan oksigen menguraikan aldehida menjadi H2, CO, CO2 dan H2O.

Proses pembakaran bahan bakar gas tidak memerlukan proses pengabutan atau atomisasi, bahan bakar langsung berdifusi dengan udara. Ada dua tipe burner dengan bahan bakar gas, yaitu:1. Non Aerated BurnerTipe ini bahan bakar gas dan udara tidak dicampur dulu sebelum terjadi proses pembakaran. Bahan bakar gas bertekanan dilewatkan melalui nozzle, udara akan berdifusi secara alamiah dengan bahan bakar. Proses pembakaran dengan tipe ini dinamakan difusi.

2. Aerated BurnerPada aerated burner, bahan bakar gas dan udara dicampur dulu sebelum terjadi proses pembakaran. Udara sekunder dibutuhkan untuk menyempurnakan pembakaran. Penggunaan udara sekunder ini tergantung dari cara udara primer dimasukkan ke dalam furnace.

Pada burner tipe ini selalu ada pengaman untuk mencegah nyala balik ke sumber campuran bahan bakar udara. Aerated burner dibagi menjadi 2 jenis :a. Atmospheric or Natural Draft Burners (Bunsen Burners)

Alat ini menggunakan efek mekanis yaitu prinsip venturi, sehingga atmospheric burner gas disebut juga dengan venturi burner gas. Pada kasus burner gas venturi, gas keluar dari jet di depan penyempitan dari pipa burner. Gas sudah bertekanan dan penyempitan semakin mempercepat sehingga menghasilkan vakum parsial dibelakang jet yang menyerap udara ke pipa burner. Ini berarti bahwa venturi burner akan mencampur lebih banyak udara dengan gas daripada bunsen sederhana. Campuran bahan bakar dan udara yang ditingkatkan menyebabkan venturi burner menjadi lebih efektif dan bisa menghasilkan tipe api yang bervariasi, dari oksidasi sampai reduksi. Juga bentuk dari pipa burner setelah penyempitan memperlambat kecepatan gas, menyebabkan udara dan gas lebih bercampur menyeluruh sebelum menemui flame retention head. Keunggulan ini, flame retention head, pada akhir pipa burner didesain untuk memastikan bahwa api tidak membakar pipa, atau meluncur dari head burner, yang merupakan masalah pada desain burner sederhana.

Roda pada ujung kiri dari burner adalah control udara utama dan berputar pada lubang supply gas. Roda ini dapat berputar untuk menutup melawan badan burner, menghentikan udara untuk bercampur dengan gas. Batang dari kuningan, dimana gas mengalir, dapat digerakkan dengan memutar maju atau mundur ke badan burner. Hal ini penting untuk memaksimalkan performa burner. Jika batang terlalu jauh didalam burner maka efek venturi dikecilkan, begitu juga jika terlalu jauh diluar burner jumlah udara yang diserap akan terlalu kecil. Untuk mengeset posisi yang benar pertama hubungkan burner dengan gas supply, set piringan udara utama sehingga hanya ada 1 atau 2 mm celah diantaranya dan badan burner dan menyalakan api gas. Set batang kuningan sehingga jet sejauh mungkin diluar burner, kemudian alirkan angin perlahan-lahan, secara simultan gerakkan roda udara utama sehingga celah tetap konstan. Amati apinya, saat rasio udara-gas maksimal dicapai api harus berubah dari kuning menjadi biru dan suara burner meningkat sejalan dengan banyaknya udara yang terhisap ke burner. Jika batang terlalu jauh maka api akan berubah kembali menjadi api kuning.

Burner ini merupakan jenis yang sederhana, tidak terlalu mahal dan paling banyak digunakan untuk keperluan domestik atau komersial. Burner ini dibuat dengan berbagai variasi bentuk dan ukuran untuk memberikan panjang api dengan panas keluar yang sesuai.

b. Forced Draft Burners

Pada Forced Draft Burner sejumlah gas yang dibutuhkan untuk menyuplai panas keluaran dicampur dengan udara bertekanan untuk pembakaran sempurna. Udara yang dialirkan memiliki tekanan 2 in H2O. Kebutuhan udara disuplai oleh electric fan atau blower. Tidak dibutuhkan udara sekunder. Semua kebutuhan udara untuk pembakaran disuplai oleh udara primer.

3.1 Forced draft burner digunakan saat panas atau energi yang dibutuhkan sangat besar. Biasanya digunakan pada industri gas. Biasanya api dihasilkan oleh olakan dari gas panas di sekitar api utama. Forced Draft burner biasanya dikontrol secara otomatis jadi gas yang tidak terbakar tidak akan masuk ke combustion chamber.

Kelebihan dari sistem forced Draft adalah dapat menghasilkan nyala api yang besar dan lebih hemat karena udara disuplai dari udara primer. Kelemahan pengoperasian sistem ini adalah realibilitas fan/blower dan driver. Gangguan (failure) pada keduanya dapat menyebabkan heater dan unit shut down. Selain itu adanya peningkatan panas menyebabkan presentase NOx dalam flue gas tinggi.Natural Draft Burners kadang-kadang digunakan dalam sistem forced draft. Hal ini bertujuan agar operasi tetap berlangsung ketika fan/blower atau driver tidak berfungsi. Pada kondisi tersebut air door pada air supply ductwork akan terbuka secara otomatis dan udara ambient mengalir masuk.Rancangan Tungku PembakaranSebagai tahap penerapan hasil studi pustaka, tahap selanjutnya adalah perancangan tungku down draft kiln. Pada perancangan ini terdapat komponen utama sebagai berikut :1. Batu bata merahBatu bata merah ini digunakan untuk membuat bentuk tungku disertai cerobong. Disamping itu, batu bata merah juga digunakan untuk membuat alas atau penyangga gerabah. Batu bata merah ini disusun dengan pola dan teknik penyusunan dengan formasi H sebagai berikut:

Gambar 1 Teknik penyusunan batu bata merah untuk tungku Untuk menghitung atau memprediksi jumlah bata merah pada tungku maka perlu ada pola atau perumusan tertentu yaitu: Optimasi juga dapat dengan mengisi pori-pori dinding tungku dengan abu bekas pembakaran gerabah. Abu bahan bakar juga memberikan kalor tambahan selama pembakaran. Pengukuran temperatur di dinding tungku berpengisi abu dapat mencapai 350C saat pembakaran (Murni at al, 2007; Darmanto et al, 2004). Abu juga berfungsi sebagai isolator sehubungan nilai koefisien konduksi relatif rendah.2. Pengukur suhuDalam proses pembakaran gerabah, pengendalian suhu pembakaran perlu diperhatikan agar hasil pembakaran yang diinginkan dapat tercapai. Dalam praktek pembakaran benda gerabah, yang perlu diketahui adalah jenis tanah liat/komposisi tanah liat, jenis glasir, dan suhu yang akan dicapai. Suatu jenis tanah liat atau komposisi glasir yang telah dibakukan biasanya sudah ditentukan suhu bakarnya. Untuk mengukur suhu bakar dapat digunakan thermocouple, pyrometer dan pyrometric cone (pancang). Sebetulnya, thermocouple pyrometer merupakan satu kesatuan alat pengukur suhu,yang biasa disebut dengan pyrometer.

Gambar 2 Penampang thermocouple pada dinding tungku.Rancangan tungku ini sendiri adalah sebagai berikut:1. Mempunyai tungku dengan panjang dan lebar 2 meter serta tinggi 3 meter.2. Mempunyai cerobong dengan panjang dan lebar 0.5 meter serta tinggi 3.5 meter.Adapun skema perancangan tungku tersebut adalah sebagai berikut:

Gambar 3 Rancangan tungku (tampak depan)

Gambar 4 Sirkulasi api tungku (tampak depan)

Gambar 5 Bagian-bagian dan sirkulasi api (tampak samping)3.2 PROSEDUR KERJA TUNGKU PEMBAKARANProsedur kerja tungku pembakaran gerabah dengan tungku down drift kiln adalah sebagai berikut:1. Menyusun kayu bakar pada lubang pengapian dan lakukan pemanasan pada cerobong asap dengan menggunakan kayu bakar selama kurang lebih 30- 60 menit, setelah selesai tutup lubang cerobonq dengan bata tahan api.2. Nyalakan api pada bagian lubang api utama dengan cara melakukan pemanasan pada mulut lubang api kemudian nyalakan kayu bakar sehingga api menyala di luar. Pemanasan ini berlangsung 1-2 jam, kemudian dorong bara-bara api masuk ke dalam kantong api.3. Lakukan pembakaran benda dengan menambahkan potongan-potongan kayu lunak yang mudah terbakar pada lubang api. Pembakaran berlangsung terus menerus selama 3-4 jam. Panas yang berkembang di dalam tungku api dibesarkan dengan memberi kayu bakar terus menerus. Besarkan api dengan cara mendorong bara-bara api masuk ke dalam kantong api agar panas api di dalam ruang bakar meningkat. Tambahkan dengan kayu-kayu lunak yang lebih kecil untuk memudahkan menjadi api secara cepat dan suhu pada tungku pembakaran mecapai suhu yang diinginkan.4. Kecilkan api apabila sudah mencapai suhu yang diinginkan dan pancang sudah melengkung berarti pembakaran telah mencapai titik matang yang diinginkan kemudian matikan bara-bara api pada lubang api.5. Tutup lubang pembakaran denqan bata tahan api dan tutup pula skep atau damper untuk mempertahankan panas pada ruang6. Pembongkaran dapat dilakukan setelah didinginkan minimal sama dengan waktu pembakaran dan lakukan dengan membuka pintu secara hati-hati karena selama 1-2 hari api masih panas. Bongkar benda-benda gerabah tersebut dengan menggunakan sarung tangan asbes.