Top Banner
PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN (TANUR PUTAR) Di PT.INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA, Tbk Nezekiel, ST Universitas Gunadarma ABSTRAK Proses pembakaran yang terjadi pada tanur kiln ini disebabkan karena adanya perpaduan antara bahan bakar batubara dengan udara atau oksigen yang betekanan tinggi dimana batubara yang digunakan adalah batubara yang telah dihaluskan hingga berbentuk seperti tepung yang dapat menghasilkan semburan api hingga suhu C ° 1500 . Kiln memiliki dua lapisan yaitu lapisan luar dan lapisan dalam dimana pada lapisan luar dilapisi dengan baja st 400 sedangkan pada lapisan dalam menggunakan bata tahan api jenis CAST-15ES yang berfungsi sebagai isolasi untuk menahan panas yang terjadi pada saat proses pembakaran terjadi untuk menahan panas hingga suhu C ° 1500 dimana bata ini memiliki kemampuan tahan panas dan air yang baik. Dalam proses pembakaran di kiln terjadilah proses perpindahan panas secara alamiah baik secara konduksi, konveksi dan radiasi. Dalam perpindahan panas ini mambahas perpindahan panas secara konduksi, dimana panas yang terjadi antara didalam dan diluar kiln itu berbeda. Dalam hal ini membahas perpindahan yang terjadi dari dalam hingga ke luar kiln dengan suhu bagian dalam C ° 1500 yang dalam prosesnya melewati beberapa hambatan baik dari material yang di panaskan hingga dinding isolasi bata tahan api dan baja st 400 kemudian barulah kita bisa mengetahui panas akhir setelah melewati hambatan-hanbatan tadi menggunakan perhitungan perpindahan panas secara konduksi. Kata Kunci : Proses Perpindahan Panas Pada Dinding Rotary Kiln (Tanur Putar) PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan teknologi, penanganan material (material handling) di dunia industri menjadi bagian yang sangat penting didalam rangkaian proses produksi. Tak terkecuali di industri semen PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk. transportasi untuk bahan baku semen seperti batu kapur (limestone), tanah liat (clay), pasir besi (laterite), pasir silica (silica sand) juga memanfaatkan teknologi tersebut, seperti ban berjalan (belt conveyor) dan tidak menggunakan trasportasi darat lagi seperti mobil truck yang dalam pengoprasiannya kurang efisien dan banyak memakan biaya oprasional. Dari semua system operasi di PT. Indocement Tunggal Pakarsa, Tbk menggunakan sistem otomatisasi pada saat proses produksinya. Dari proses awal penambangan hingga proses penggilingan akhirnya, semua itu diatur oleh satu pusat control yang dinamakan
15

PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Dec 09, 2016

Download

Documents

lenhan
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN(TANUR PUTAR)

Di PT.INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA, Tbk

Nezekiel, STUniversitas Gunadarma

ABSTRAK

Proses pembakaran yang terjadi pada tanur kiln ini disebabkan karena adanyaperpaduan antara bahan bakar batubara dengan udara atau oksigen yang betekanantinggi dimana batubara yang digunakan adalah batubara yang telah dihaluskan hinggaberbentuk seperti tepung yang dapat menghasilkan semburan api hingga suhu C°1500 .Kiln memiliki dua lapisan yaitu lapisan luar dan lapisan dalam dimana pada lapisanluar dilapisi dengan baja st 400 sedangkan pada lapisan dalam menggunakan bata tahanapi jenis CAST-15ES yang berfungsi sebagai isolasi untuk menahan panas yang terjadipada saat proses pembakaran terjadi untuk menahan panas hingga suhu C°1500dimana bata ini memiliki kemampuan tahan panas dan air yang baik. Dalam prosespembakaran di kiln terjadilah proses perpindahan panas secara alamiah baik secarakonduksi, konveksi dan radiasi. Dalam perpindahan panas ini mambahas perpindahanpanas secara konduksi, dimana panas yang terjadi antara didalam dan diluar kiln ituberbeda. Dalam hal ini membahas perpindahan yang terjadi dari dalam hingga ke luarkiln dengan suhu bagian dalam C°1500 yang dalam prosesnya melewati beberapahambatan baik dari material yang di panaskan hingga dinding isolasi bata tahan api danbaja st 400 kemudian barulah kita bisa mengetahui panas akhir setelah melewatihambatan-hanbatan tadi menggunakan perhitungan perpindahan panas secara konduksi.

Kata Kunci : Proses Perpindahan Panas Pada Dinding Rotary Kiln (Tanur Putar)

PENDAHULUANSeiring dengan perkembanganteknologi, penanganan material(material handling) di dunia industrimenjadi bagian yang sangat pentingdidalam rangkaian proses produksi.Tak terkecuali di industri semen PT.Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk.transportasi untuk bahan baku semenseperti batu kapur (limestone), tanahliat (clay), pasir besi (laterite), pasirsilica (silica sand) juga memanfaatkanteknologi tersebut, seperti ban berjalan

(belt conveyor) dan tidakmenggunakan trasportasi darat lagiseperti mobil truck yang dalampengoprasiannya kurang efisien danbanyak memakan biaya oprasional.

Dari semua system operasi di PT.Indocement Tunggal Pakarsa, Tbkmenggunakan sistem otomatisasi padasaat proses produksinya. Dari prosesawal penambangan hingga prosespenggilingan akhirnya, semua itu diaturoleh satu pusat control yang dinamakan

Page 2: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Central Control Room (CCR). Di dalamCCR selama proses produksiberlangsung semuanya dapat dipantaudari computer yang ada di CCR, hinggaapi yang ada didalam tanur Kiln jugadapat dilihat dengan jelas menggunakankamera yang ditempel pada pintu masukkiln. Pada proses pembakaran di tanurkiln menggunakan bahan bakar batubarasebagai bahan bakar utamanyasedangkan bahan bakar pemantik awalsetelah shut down menggunkana bahanbakar Industri Diesel Oil (IDO) karenamemiliki nyala api yang tinggidibandingkan dengan batu bara. Dalamproses kerjanya, kiln melakukanpembakaran dengan proses pembakarandalam. Pada saat proses produksiberlangsung panas didalm kiln dapatmencapai CC 00 15001400 − .

LANDASAN TEORISejarah Perkembangan Semen Semen berasal dari katacementum yang berarti bahan perekatyang mampu mempersatukan ataumengikat bahan-bahan padat menjadisatu kesatuan yang kokoh atau suatuproduk yang mempunyai fungsi sebagaibahan perekat antara dua atau lebihbahan sehingga menjadi suatu bagianyang kompak atau dalam pengertianyang luas adalah material plastis yangmemberikan sifat rekat antara batuan-batuan konstruksi bangunan. Semen pada awalnya dikenal diMesir tahun 500 SM pada pembuatan

piramida, yaitu pada pengisian padaruang kosong diantara celah-celahtumpukan batu. Semen yang dibuatbangsa Mesir merupakan kalsinasigypsum yang tidak murni, sedangkankalsinasi batu kapur mulai digunakanpada zaman Romawi. Kemudianbangsa Yunani membuat semendengan cara mengambil tanah vulkanis(vulcanis tuff) yang berasal dari pulauSantoris yang kemudian dikenaldengan Santoris Cement. BangsaRomawi menggunakan semen yangdiambil dari material vulkanik yangada dipegunungan Vesuvus dilembahNapples yang dikenal dengan namaPozzulona Cement, yang diambil darinama sebuah kota di Italia yaituPozzoula.

JENIS-JENIS SEMENDalam pengelompokanya semen dibagimenjadi dua jenis, diantaranya dapatdilihat pada gambar 2.1 dibawah ini:

Gambar. 2.1 Jenis-jenis semen

Semen PortlandSemen portland adalah semen hidraulisyang dihasilkan dengan caramenghaluskan klinker yang terjadi darisilikat-silikat kalsium yang bersifathidraulis, bersama bahan tambahan yangbiasa digunakan adalah gypsum. Klinker

adalah penamaan untuk gabungankomponen produk semen yang belumdiberikan tambahan bahan lain untukmemperbaiki sifat semen. Komposisisemen Portland dan spesifikasi fisikasemen Portland ditampilkan pada tabel2.1 dan 2.2, dapat dilihat dibawah ini:

Page 3: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Tabel 2.1. Komposisi Kimia Semen Portland

Page 4: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Tabel 2.2. Spesifikasi Fisika Semen Portland

- Tipe I (Ordinary Portland Cement)Ordinary Portland Cement adalah semenporland yang dipakai untuk segalamacam konstruksi apabila tidakdiperlukan sifat-sifat khusus, misalnyaketahanan terhadap sulfat, panas hiderasidan lain sebagainya. Ordinary PortlandCement mengandung 5 % MgO, 2,5-3 %SO 3 . Sifat-sifat Ordinary PortlandCement berada diantara sifat-sifatmoderate heat semen dan hight earlystrength porland cement.

- Tipe II (Moderate Meat PortlandCement)Moderate Meat Portland Cement adalahsemen Portland yang dipakai untukpemakaian konstruksi yangmenggunakan ketahanan terhadap sulfatdan panas hiderasi yang sedang,biasanya digunakan untuk daerahPelabuhan dan bagunan sekitar pantai.Moderate Meat Portland Cement terdiridari 20 % 2SiO , 6 % 32OAl , 6 %

32OFe , 6 % MgO, dan 8 % AC3 . Semenini lebih banyak mengandung SC2 dan

Page 5: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

mengandung lebih sedikit AC3

dibandingkan dengan semen tipe I.

- Tipe III (Hight Early Strenght PortlandCement)Hight Early Strenght Portland Cementadalah semen yang digunakan dalamkeadaan darurat dan musim dingin. Jugadipakai untuk produksi beton tekan.Hight Early Strenght Portland Cementini mempunyai kandungan SC3 lebihtinggi dibandingkan dengan semen tipelainnya sehingga lebih cepat mengerasdan cepat mengeluarkan kalor. HightEarly Strenght Portland Cement tersusunatas 6 % MgO, 3,5-4,5 % 32OAl , 35 %

SC3 , 40 % SC2 , dan 15 % AC3 . Sementipe ini sangat cocok untukpembangunan gedung-gedung besar,pekerjaan-pekerjaan berbahaya, pondasi,pembetonan pada udara dingin, dan padaprestressed concretel, yang memerlukankekuatan awal yang tinggi.

- Tipe IV (Low Heat Portland Cement)Low Heat Portland Cement adalahsemen Portland yang digunakan untukbangunan dengan panas hiderasi rendahmisalnya pada bangunan beton yangbesar dan tebal, baik sekali untukmencegah keretakan. Low Heat PortlandCement mempunyai kandungan SC3

dan AC3 lebih rendah sehinggapengeluaran kalornya lebih rendah. LowHeat Portland Cement tersusun atas 6,5% MgO, 2,3 % 3SO , dan 3 % AC3 .Semen ini biasanya digunakan untukpembuatan atau keperluan hidraulikengineering yang memerlukan panashiderasi rendah.

- Tipe V (Shulphato Resistance PortlandCement)

Shulphato Resistance Portland Cementadalah semen Portland yang mempunyikekuatan tinggi terhadap sulfur danmempunyai kandungan AC3 lebihrendah dibandingkan dengan tipe-tipelainnya, sering digunakan untukbangunan didaerah yang kandungansulfat tinggi, misalnya: Pelabuhan,Terowongan, Pengeboran di Laut, danbangunan pada musim panas. ShulphatoResistance Portland Cement tersusunatas 6 % MgO, 2,3 % 3SO , 5 % AC3 .

- Semen Putih (White Cement)

Semen Putih adalah semen yang dibuatdengan bahan baku batu kapur yangmengandung oksida besi dan oksidamagnesia yang rendah (kurang dari 1 %)sehingga dibutuhkan pengawasantambahan agar semen ini tidakterkontaminasi terhadap 32OFe selamaproses berlangsung. Pembakaran padatanur putar menggunakan bahan bakargas, hal ini dimaksudkan agar untukmengurangi kontaminasi terhadap abuhasil pembakaran, juga terhadap oksidasimangan sehingga warna dari semenputih tersebut tidak terpengaruh. Semenputih mengandung 24,2 % 2SiO , 4,2 %

32OAl , 0,39 % 32OFe , 65,8 % CaO, 1,1% MgO dan 0.02 % 32OMn . Semen putihdigunakan untuk bangunan arsitekturdan dekorasi.

- Semen Sumur Minyak (Oil WellCement)

Semen Sumur Minyak adalah semenPortland yang dicampur dengan bahanretarder khusus lignin, asam borat,casein, gula, atau organic hidroxid acid.Semen sumur minyak mengandung 6 %MgO, 3 % 3SO , 48-65 % SC3 , 3 %

AC3 , 24 % AFC4 + AC32 , dan 0,75 %

Page 6: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

alkali ( ON 2 ). Fungsi retarder disiniadalah untuk mengurangi kecepatanpengerasan semen atau memperlambatwaktu pengerasan semen, sehinggaadukan dapat dipompakan kedalamsumur minyak atau gas. Semen sumurminyak digunakan antara lain untukmelindungi ruangan antara rangka sumurminyak dengan karang atau tanahsekelilingnya, sebagai rangka sumurminyak dari pengaruh air yang korosif.

- Semen MansorySemen Mansory adalah semen hidraulikyang digunakan sebagai adukankonstruksi masonry, mengandung satuatau lebih blast furnance slag cement(semen kerak dapur tinggi), semenPortland Pozzolan, semen alam ataukapur hidraulik dan bahan penambahnyamengandung satu atau lebih bahan-bahan seperti: Kapur Padam, BatuKapur, Chalk, Calceous Shell, Talk, Slagatau tanah liat yang dipersiapkan untukkeperluan ini. Sifat semen inimempunyai penyerapan air yang baik,berdaya plastisitas yang tinggi dan kuattekan yang rendah.

- Semen Cat

Semen Cat merupakan tepung semendari semen Portland yang digilingbersama-sama dengan zat pewarna,filter, dan water repellent agent. Semencat biasanya dibuat warna putih yaitudengan titanium oksida atau ZnS.Sebagai filter biasanya dipakai waterrepellent agent atau bahan silica.

Semen Non Portland

Semen Non Portland dibagi menjadibeberapa jenis diantaranya sebagaiberikut:

- Semen alam (Natural Cement)

Semen alam merupakan semen yangdihasilkan dari proses pambakaran batukapur dan tanah liat pada suhu 850 –1000 derajat celcius kemudian tanahyang digiling menjadi semen halus.

- Semen Alumina Tinggi (HightAlumina Cement)

Semen Alumina Tinggi pada dasarnyaadalah suatu semen kalsium aluminatyang dibuat dengan meleburkancampuran batu gamping, bauksit danbauksit ini biasanya mengandung oksidabesi, silica, magnesia, dan ketidakmurnian lainnya. Cirinya ialah bahwakekuatan semen ini berkembang dengancepat, dan ketahanannya terhadap airlaut dan air yang mengandung sulfatlebih baik.

- Semen Portland Pozzoland

Semen Portland Pozzolan bahan yangmengandung senyawa silica dan aluminadimana bahan pozzolan itu sendiri tidakmempunyai sifat seperti semen akantetapi dalam bentuk halusnya dandengan adanya air, maka senyawa-senyawa tersebut akan bereaksimembentuk kalsium aluminat hidratyang bersifat hidraulis.

Bahan pozzoland tersusun atas 45 – 72% 2SiO , 10 -18 % 32OAl , 1 – 6 %

32OFe , 0,5 – 3 % MgO, 0,3 – 1,6 %

3SO .

Semen Portland Pozzolan merupakansuatu bahan pengikat hidraulis yang dibuat dengan penggilingan besama-samaterak semen Portland dan bahan yangmempunyai sifat pozzolan, ataumencampurkan secara merata bubuk

Page 7: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

semen Portland dan bubuk bahan lainyang mempunyai siafat pozzolan. Bahanpozzolan yang ditambahkan besarnyaantara 15 – 40 %.

- Semen Sorel

Semen Sorel adalah semen yang dibuatmelalui reaksi eksotermik larutanmagnesium klorida 20 % terhadap suaturamuan magnesia yang didapatkan darikalsinasi magnesit dan magnesia yang didapatkan dari larutan garam. Semensorel mempunyai sifat keras dan kuat,mudah terserang air dan sangat korosif.Penggunaannya terutama semen lantai,dan sebagai dasar pelantai dasar sepertiubin dan terazu.

- Portland Blast Furnance Slag Cement

Portland Blast Furnance Slag Cementadalah semen yang dibuat dengan caramenggiling campuran klinker semenPortland dan kerak dapur tinggi (BlastFurnance Slag) secara homogen. Kerak(Slag) adalah bahan non metal hasilsamping dari pabrik pengecoran besidalam tanur ( dapur tinggi ) yangmengandung antara campuran Kapur( 3CaCO ) Silica ( 2SiO ) dan Alumina( 32OAl ). Sifat semen ini jikakehalusannya cukup, mempunyai kuattekan yang sama denga semen Portland,betonnya lebih stabil dari beton semenPortland, permeabilitinya rendah,pemuaian dan penyusutan dalam udarakering sama dengan semen Portland.

TEKNOLOGI PEMBUATANSEMEN

Pada saat proses pembuatan semen harusmemperhatikan tahapan-tahapan prosespengerjaannya sehingga hasil yangdidapat menjadi maksimal dan dapatmeningkatkan hasil produksi. Jenis-jenis

pembuatan semen dapat dilihat padatabel 2.4 dibawah ini:

Tabel. Jenis-Jenis Pembuatan Semen

- Proses basah

Pada proses ini, bahan baku dipecahkemudian dengan menambahkan airdalam jumlah tertentu serta dicampurkandengan luluhan tanah liat. Bubur halusdengan kadar air 25-40 % (Slurry)dikalsinasikan dalam tungku panjang(Long Rotary Kiln).KeuntunganØ Umpan lebih homogen, semen

yang diperoleh lebih banyak.Ø Efisiensi penggilingan lebih

tinggi dan tidak memerlukansuatu unit homogenizer.

Ø Debu yang timbul relatif sedikit.KerugianØ Bahan bakar yang digunakan

lebih banyak, butuh air yangcukup banyak.

Ø Tanur yang digunakan terlalupanjang karena memerlukan zonadehidrasi yang lebih panjanguntuk mengendalikan kadar air.

Ø Biaya produksi lebih mahal.

- Proses Semin Basah

Pada proses ini penyediaanumpan tanur hampir sama dengan prosesbasah. Hanya saja disini umpan tanurdisaring terlebih dahulu dengan filterpress. Filter cake dengan kadar 15-25 %digunakan sebagai umpan tanur.

Page 8: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Konsumsi panas pada proses ini sekitar1000-1200 Kcal / kg klinker. Prosesproduksi ini jarang dipakai karena biayaproduksi yang terlalu tinggi dan kurangmenguntungkan.

- Proses Semi Kering

Proses ini dikenal dengan grate proses,dimana merupakan transisi dari prosesbasah dan proses kering dalammembentuk semen. Pada proses iniumpan tanur disemprot dengan airdengan alat yang disebut garanutor (pelletizer ) untuk diubah menjadigranular atau nodule dengan kandunganair 10 %-12 % dan ukurannya 10mm-12mm seragam. Proses ini menggunakantungku tegak ( shaft kiln ) atau longrotary kiln. Konsumsi panas sekitar 1000Kcal / kg klinker.

- Proses Kering

Pada proses ini bahan baku diolah (dihancurkan ) didalam Raw Mill dalamkeadaan kering dan halus. Hasilpenggilingan ( tepung baku ) dengankadar air 0,5-1 % dikalsinasikan dalamrotari kiln. Proses ini menggunakanpanas 1500-1900 Kcal / Kg klinker.Keuntungan :Ø Tanur yang digunakan relatif

pendek.Ø Panas yang dibutuhkan relatif

rendah, sehingga bahan bakaryang digunakan relatif sedikit,dan membutuhkan air yangrelatif sedikit juga.

Ø Kapasitas produksi lebih besar.Kerugian :Ø Kadar air sangat mengganggu

proses, karena materialmenempel pada alat.

Ø Campuran umpan kuranghomogen.

Ø Banyak debu yang dihasilkansehingga dibutuhkan alatpenangkap debu.

REFRAKTORI BATA TAHAN API

YANG DIGUNAKAN PADA

DINDING KILN

Refraktori secara umum dapatdidefinisikan sebagai suatu bahan tahanterhadap suhu tinggi yang berbentukbata dan bubuk (powder), sedangkanrefraktori menurut ilmu material adalahbahan anorganik yang tidak meleleh ataumelebur pada suhu tinggi, sering jugadisebut high temperature material.Dalam industri, refraktori adalah sebagaibahan anorganik dalam konstruksiperalatan yang digunakan untukmemanaskan, membakar, atau meleburbahan industri.

- Kandungan Senyawa Refraktori

Bahan-bahan yang terdapat dalamrefraktori, biasanya merupakan senyawaoksida logam yang memiliki daya tahanterhadap suhu tinggi. Berikut inibeberapa senyawa oksida yang terdapatdalam refraktori:

Tabel. Kandungan Yang TerdapatDalam Refraktori

Ø Silikon Oksida

Silikon oksida banyak dijumpai dalambebatuan dan mineral-meneral,

Page 9: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

mempunyai titik leleh 1713 oC. Silikonoksida juga dapat dibentuk dari silikonyang direaksikan dengan oksigenmembentuk dioksida.

Ø Kalsium Oksida

Senyawa padat putih dengan titik leleh2572 °C dibentuk melalui pemanasankalsium dengan oksigen atau daripenguraian kalsium karbonat (batukapur).

Ø Magnesium Oksida

Magnesium oksida mempunyai titikleleh 2800°C, dapat dibuat denganmemanaskan magnesium denganoksigen, atau dari penguraian garam-garam Mg-nya seperti Mg(OH)2,MgCO3, Mg(NO3)2.

Ø Besi (III) Oksida

Suatu zat padat berwarna coklatkemerah-merahan dengan titik leleh1580 oC, yang dapat diperoleh denganmemanaskan Fe(OH)3 atau FeSO4 padasuhu tinggi (Sunarya, 2003).

- Sifat-Sifat Refraktori

Aksi kimia mugkin terjadi karenakontak dengan kerak, abu bahan bakar,gas tanur, atau dengan produk-produkseperti kaca atau baja. Oleh karena itu,untuk penggunaan refraktori perludiperhatikan bahan baku yangdigunakan, suhu pengerjaan didalamtanur, dan beban yang diberikan padawaktu pemanasan, serta reaksi kimiayang berlangsung.

Ø Titik lebur.

Kebanyakan refraktori komersialmelunak secara berangsur dalamjangkauan suhu yang cukup luas dantidak mempunyai titik cair yang tajam,karena biasanya terdiri dari berbagaimineral. Seperti pada refraktori untukdinding tanur, biasanya refraktorimelunak secara berangsur akibat adanyaaksi kimia yang disebabkan berbagaikondisi pada tanur. Titik lebur daribeberapa contoh umum refraktori, baikyang berupa zat murni maupun produkteknis, dapat dilihat pada Tabel dibawahini:

Tabel. Titik lebur berbagai refraktori

Page 10: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Ø Porositas

Porositas berkaitan langsung denganberbagai sifat fisika bata lainnya,termasuk ketahanan terhadap serangankimia. Makin tinggi porositas suatu bata,makin mudah bata tersebut dipenetrasioleh fluks cair dan gas. Untuk setiapjenis bata tertentu, bata yangporositasnya paling rendah adalah yangpaling keras dan paling tinggikonduktivitas termal dan kapasitaskalornya.

Ø Ketahanan terhadap perubahansuhu

Bata yang mempunyai ekspansi termalpaling rendah dan teksturnya palingkasar, sangat tahan terhadap perubahantermal yang berlangsung mendadak danjuga paling sedikit mengalami regangan.

DASAR-DASAR PERPINDAHANPANASPerpindahan panas didefinisikan sebagaiberpindahnya energi dari satu tempat ketempat lainnya yang disebabkanperbedaan temperatur antara tempat-tempat tersebut. Bila dalam suatu sistemterdapat gradien temperatur atau bila duasistem yang temperaturnya berbedadisinggungkan maka akan terjadiperpindahan energi yang disebut panas(heat). Energi ini tidak dapat diukur ataudiamati secara langsung tetapi arahperpindahan dan pengaruhnya dapatdiamati dan diukur.

Pada umumnya terdapat tiga prosesperpindahan panas yaitu konduksi,konveksi, dan radiasi. Ilmu perpindahanpanas tidak hanya membahas bagaimanaenergi itu berpindah dari suatu bagian kebagian lainnya tetapi juga meramalkanlaju perpindahan energi pada suatu

kondisi-kondisi tertentu. Ilmuperpindahan panas berbeda dari ilmutermodinamika. Dalam perpindahanpanas membahas masalah lajuperpindahan panas sedangkan padatermodinamika membahas sistem dalamkeseimbangan. Termodinamika dapatdigunakan untuk meramalkan energiyang diperlukan untuk mengubah sistemdari keadaan setimbang satu ke keadaansetimbang lainnya, tetapi tidak dapatmeramalkan kecepatan perpindahanpanas tersebut. Keadaan ini disebabkanpada waktu perpindahan panas ituberlangsung, sistem tidak berada dalamkeadaan setimbang.

Perpindahan kalor merupakan fenomenaalam yang seringkali kita dapatkan padakehidupan sehari-hari. Saat menanaknasi, mandi dengan air hangat, minumkopi dan lain sebagainya. Sebelum lebihjauh membahas perpindahan panas, akandibahas terlebih dahulu tantang beberapaistilah:Fluks kalor (heat fluks), q =didefinisikan sebagai besarnya lajuperpindahan kalor persatuan luas bidangnormal terhadap arah perpindahan kalor.Konduktivitas thermal, k = merupakankonstanta kesetaraan, yang merupakankarakteristik thermal dari material ataubenda.Konduksi

Jika pada suatu benda terdapatgradient temperatur, maka pada bendatersebut terjadi perpindahan energi daribagian temperature tinggi kebagiantemperature rendah. Besarnya flukskalor yang berpindah berbanding lurusdengan gradient temperature pada bendatersebut. Secara metematis dinyatakansebagai:

xT

Aq

∂∂

(2.11)

Page 11: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Dengan memasukan konstanta kesetaranyang disebut sebagai konduktivitasthermal, didapat persamaan berikut yangdisebut juga hokum fourier tentangkonduksi kalor.

xTkAq

∂∂

−= (2.12)

Tanda minus (-) untuk menunjukan arahperpindahan kalor terjadi dari bagiantemperature tinggi kebagian temperaturerendah.Konduksi pada dinding datar:

Jika persamaanxTkAq

∂∂

−= diintegrasi:

(2.13)TkAxq ∂∫=∂∫ akan didapatkan:

( )12 TTx

kAq −∆

−= (2.14)

Apabila pada suatu sistem terdapat lebihdari satu macam bahan, misalnyadinding berlapis-lapis (seperti ditunjukanpada gambar), maka aliran kalor dapatdigambarkan sebagai berikut:

( ) ( ) ( )342312 TTxAkTT

xAkTT

xAkq

c

c

b

b

a

a −∆

−=−∆

−=−∆

−=

(2.15)

Gambar. dinding dengan tiga lapisanyang berbeda

Jika digambarkan dalam anlogi listrik

didapat:

Persamaan fourier dapat juga dituliskansebagai berikut:Aliran kalor = Beda potensial kalor

Tahanan termal

Persamaan tersebut mirip dengan hokumohmdalam jaringan listrik, sehinggauntuk perpindahan kalor dapat puladidekati dengan analogi listrik, dimanaaliran kalor akan sama dengan:

∑∆

=th

menyeluruh

RT

q (2.16)

Harga tahanan termal totalthR tergantung pada susunan dinding

penyusunnya, apakah susunan seri atauparallel atau gabungan.

Kondisi pada silinderPada kasus perpindahan panas padabentuk silinder pada jarak r dari pusatsilinder, tabung atau pipa yangpanjangnya L dan mempunyai jari-jari 1rdan jari-jari luar 0r , seperti yangditunjukan pada gambar berikut:

Gambar. perpindahan panas padasilinder

Page 12: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Pada jarak r akan berlaku:

drdTKAQr −= (2.17)

Dan pada jarak (r + dr) berlaku:

drdr

dQQQ rrdrr .+=+ (2.18)

Dalam keadaan mantap laju aliran kalorpada jarak r dan (r+dr) akan samasehingga:

0=dr

dQr (2.19)

Atau

0=

drdTr

drd (2.20)

Sehingga didapat solusi persamaantersebut dengan cara mengintegrasi:

21 ln CCT r += (2.21)Dengan kondisi batas temperatur: (i) iTT = pada irr = (ii) 0TT = pada 0rr =

0

0

0

0

ln

ln

rrrr

TTTT

ii

=−−

(2.22)

Karena A = 2π rL, untuk laju alirankalor akan berlaku:

i

o

i

rrTT

rLQln

2 0−= π (2.23)

Dan sebenarnya tahanan termal adalah:

kLrr

R ith π2

ln 0

= (2.24)

Dengan cara yang sama melibatkankonveksi pada permukan bagian dalamdan luar silinder, maka untuk pipa yangtiga lapis bahan komposit (A, B dan C)akan berlaku:

0011

12ln

2ln

2ln1 3

4

2

3

1

2

AhLkLkLkAhR

C

rr

B

rr

A

rr

oh ++++πππ

(2.25)

Dimana :ih = koefisien konveksi permukaan

bagian dalam pipaiA = luas permukaan perpindahan panas

bagian dalam pipa0h = koefisien konfeksi permukaan

bagian luar pipa0A = luas permukaan perpindahan panas

bagian luar pipa

HASIL DAN PEMBAHASAN

Proses pengolahan material dari rawmill sebelum masuk ke Kiln

PT. Indocement Tunggal Pratamadalam proses produksinya telahmenggunakan peralatan yang sangatcanggih diantaranya pada saat peleburanbahan-bahan material, telahmenggunakan peralat-peralatan yangsistem kerjanya dikendalikan secaraotomatis dari central control room(CCR) yang mana didalam Raw Millterdapat beberapa alat penghancurdiantaranya meja yang berputar dandiatasnya terdapat vertical rolling yangberjumlah 3 buah dimana meja danvertical rolling ini mempunyai prinsipkerjannya berputar kemudian menekanmaterial yang masuk kedalam Raw Millkemudian menghancurkan material-material tersebut hingga menjadi halusdan bentuknya seperti tepung, dimanauntuk menggerakkan komponen-komponen yang ada di dalam Raw Milldigunakan mesin hydraulic yangtekanannya berbeda-beda sesuai dengankebutuhan dimasing-masing

Page 13: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

komponennya. Kemudian setelahmaterial hancur, ada sebuah fan yangsangat besar yang berfungsi untukmenghisap material yang telah hancurtersebut lalu ditampung didalam silodengan kapasitas 10.000 ton. Kemudianmaterial tersebut dialirankan kembali keSuspention Preheater (SP) dimana SPmemiliki lima cyclone dan dimsing-masing cyclone memiliki panas yangberbeda-beda dimana pada prosesprapemanasan ini dimaksudkan agarmaterial yang hendak masuk ke kilndapat dengan cepat hancur dan tidakterjadi penggumpalan pada materialyang saat itu masuk ke kiln, dikarenakanmaterial yang telah masuk kekiln harusbenar-benar mendapatkan pemanasanyang merata agar hasil dari klinker yangdihasilkan memiliki kualitas yang tinggidan kualitas dari semen tersebut bagus.

Gambar. Suspention Preheater (SP)

Kinerja KilnPada saat material telah masuk ke

kiln, terdapat empat zona prosespemanasan diantaranya calsinasi zonediamana pada proses ini material yangbaru masuk kedalam kiln, materialtersebut terkalsinasi dikarenakanmendapatkan panas yang lebih tinggidari pada di dalam SP berkisar antara1100-1200 C0 sehingga mengakibatkanperubahan bentuk pada material tersebutyang tadinya berupa serbuk-serbuk padatmenjadi serbuk-serbuk yang mulaiterlihat meleleh, kemudian ada lagi yangnamanya transisi zone dimana padaproses ini bahan material mandapatkanpemanasan yang lebih tinggi berkisarantara 1200-1300 C0 dimana pada prosesini material hampir mendekati cair danyang terakhir terdapat proses burningzone dimana pada prose ini materialbenar-benar mendapatkan pemanasansecara penuh dari kiln hingga materialtersebut mencair dan panasnya mencapai1400–1500 C0 kemudian proses yangterakhir adalah proses cooling zone,pada proses ini material yang telahmasuk ke cooler mendapatkanpendinginan secara cepat atau prosespendinginan yang dikagetkan karenapada cooler ini panas pada materialharus lebih dingin dibandingkan didalamkiln dimaksudkan supaya klinkertersebut tidak lengket pada great plat danpanas pada cooler mencapai 150-200 C0 .Panas yang dihasilkan didalam tungkukiln tidak serta merta berimbas keluar dikarena pada dinding kiln dilapisi olehbata tahan api yang mampu menahanpanas yang sangat tinggi hingga1600 C0 sehingga lingkungan yangdisekitar kiln tidak terlalu panas padasaat kita berada disekitar area kiln.

Page 14: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Kiln memiliki tiga penyangga /support untuk dapat menahan berat kilntersebut diantaranya ada di ujungsebelah kanan dan kiri dan jugaditengah, ketiga penyangga ini sangatberperan penting untuk menahan tanurkiln agar tidak jatuh dan di salah satusuppor tersebut terdapat satu motor yangberfungsi untuk memutar kiln saatberoprasi. Berikut spesifikasi dari kilnbeserta gambarnya dapat dilihat dibawahini:Kiln

• Diameter : 5,5 meter

• Panjang : 87 meter

Motor Penggerak• Ukuran kiln drive : 1500 KW (2 x750 KW )• Jumlah support : 3

• Maximum speed : 3,5 rpm

Gambar. kiln secara keseluruhan

Gambar. kiln tampak luar

Gambar. kiln tampak dalam

Di dalam proses pembakaranpada kiln menggunakan bahan bakarIdustrial Diesel Oil (IDO) dan batubarayang menjadi bahan bakar utama dalamproses pembakaran dengan kapasitas15,40 ton per-jam untuk membakarmaterial yang ada didalam kiln,sedangkan untuk IDO digunakan sebagaibahan bakar pemantik awal pada saatkiln hendak dinyalakan setelah shutdown. Pada dasarnya mengapa batu barayang digunakan sebagai bahan bakarnyakarena biaya prosuksi nya lebih murahsehingga dapat mengurangi cosdibandingkan menggunakan bahan bakarIDO. Kemudian pada dinding kilndilapisi oleh bata tahan api yang berfugsiuntuk melindungi dinding kiln daripanas yang terbuat dari besidimaksudkan agar tidak meleleh padasaat proses pembakaran berlangsungdimana untuk pemasangan bata tahan apikita menggunakan alat yang disebutDAT dimana alat ini berfungsi untukmenekan bata agar dapat padat dan rapatsatu sama lainnya, berikut gambar prosespemasangan bata tahan api pada dindingkiln:

Page 15: PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING ROTARY KILN ...

Gambar. proses pemasangan bata tahanapi pada dinding kiln

KESIMPULADari hasil penulisan ini dapatdisimpulkan sebagai berikut:Ø Pada saat proses perpindahan panas

ini terjadi disebabkan karena adanyaproses pemanasan yang dihasilkandari panas yang bertekanan tinggiyang berasal dari dalam kiln yangkemudian panas tersebut mengalirdari temperatur yang tinggi ketemperatur yang lebih rendah dimanaperpindahan panas ini dilakukansecara konduksi. Dari hasilperhitungan, ternyata panasdimasing-masing bahan isolasiadalah berbeda-beda karenadimasing-masing bahan memilikidaya hambat panas yang berbeda.

Ø Proses pembakaran yang terjadididalam kiln itu terjadi karenaadanya proses pembakaran dimanakiln menggunakan bahan bakarbatubara sebagai bahan bakarutamanya dan oksigen yangdisemburkan dengan tekanan tinggisehingga dapat menghasilkan apiyang besar yang kemudianmenimbulkan panas hingga suhu

CC °−° 15001400 .

DAFTAR PUSTAKA

1.Duda, Walter H. 1984. “Cement DataBook”, International ProcessEngineering in the Cement Industry, 2nd Edition. Boverlag Gm Bh. WeisBaden anfBerum, Mc Donald andEvan. London

2.Bermasconi, G 1995. “TeknologiKimia”. Terjemahan Lienda Hanjojo.Pt. Prandnya Paramita, Jakarta.

3.http://www.indocement.com (12maret 2009)

http://www.google.com/ pembuatansemen/ jenis-jenis pembuatan semen.(12 maret 2009)

http://www.ebooks.com/ konductivitythermal properties (24 juni 2009)

http://www.google.com/ konduckivitastermal semen portland tipe 1 (18agustus 2009)

4.Kumpulan Makalah Diskusi KinerjaMechanical ( meintanance ) di PT.ITP,Tbk, 1999 diselenggarakan 19-20Agustus 1999, digedung InstitutCement dan beton IndonesiaDangsana, Bogor.

5.Materi Basic Cement Teknologi ( BCT ) Training dan Devolopment Section GA dan Personal Deparment.