UNIVERSITAS MUHAMMADIYAHJURUSAN TEKNIK KIMIA

Furnaceatau juga sering disebut dengantungku pembakaranTungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk melelehkan logam untuk pembuatan bagian mesin (casting) atau untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya (misalnya rolling/penggulungan, penempaan) atau merubah sifat-sifatnya (perlakuan panas).

Ruangan RefraktoriTerbuat dari bahan isolasi untuk menahan panas pada suhu operasi yang tinggi.Persyaratan umum bahan refraktoriTahan terhadap suhu tinggiTahan terhadap Perubahan suhu yang mendadakTahan terhadap lelehan terak logam, kaca, gas panas, dll.Tahan terhadap beban pada kondisi perbaikan

5. Tahan terhadap beban dan gaya abrasi6. Menghemat panas7. Memiliki koefisien ekspansi panas yang rendah8. Tidak boleh mencemari bahan yang bersinggungan

Ruangan Refraktori

Gambar a. Lining refraktori tungkubusur/ arcGambar b. Dinding bagian dalam refraktori dengan blok burner

Perapianuntuk menyangga atau membawa baja, yang terdiri dari bahan refraktori yang didukung oleh sebuah bangunan baja, sebagian darinya didinginkan oleh air.

BurnersBurners yang menggunakan bahan bakar cair atau gas digunakan untuk menaikan dan menjaga suhu dalam ruangan. Batubara atau listrik dapat digunakan dalam pemanasan ulang/reheating tungku.

CerobongDigunakan untuk membuang gas buang pembakaran dari ruangan

Pintu Pengisian dan Pengeluaranuntuk pemuatan dan pengeluaran muatan. Peralatan bongkar muat termasuk roller tables, conveyor, mesin pemuat dan pendorong tungku

IsolatorBahan-bahan isolasi sangat mengurangi kehilangan panas yang melalui dinding. Isolasi dicapai dengan memberikan sebuah lapisan bahan yang memiliki konduktivitas panas rendah antara permukaan panas dibagian dalam tungku dan permukaan luar, jadi menjaga suhu permukaan luar tetap rendah.

Bahan-bahan isolasi dapat dikelompokkan sebagai berikut :1. Batu bata isolasi2. Castables isolasi3. Serat keramik4. Kalsium silikat5. Pelapis keramik

Muffle furnaceSalt bath furnace

Lanjutan Macam-Macam FurnaceVacuum furnaceFluidized-bed furnaceBlast Furnace

Blast Furnace (dapur tinggi)Blastfurnaceadalah tanuryg digunakanuntuk peleburanuntuk memproduksiindustri logam

Click picture for watch blast furnace 3D animation

Blast Furnace 3D animation

Kehilangan panas dalam tungku meliputi (BEE, 2005 and US DOE, 2004):

Blast Furnace 3D animation

acdeb

Proses perpindahan panas yang terjadi pada furnace

1. KonveksiPerpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir di sekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa fluida (cairan atau gas).

2. Radiasi Perpindahan panas yang terjadi karena pancaran atau sinaran atau radiasi gelombang elektromagnetik, tanpa memerlukan media perantara.

3. KonduksiProses perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah, dengan media penghantar panas tetap.

Metoda langsung

Jumlah panas (Q) yang akan dipindahkan ke stok dapat dihitung dengan persamaan ini:

Q = m x Cp (t1 t2)

Dimana, Q = Besarnya panas stok dalam kKalm = Berat stok dalam kgCp= Panas jenis stok rata-rata dalam kKal /kg oCt1 = Suhu akhir stok dalam oCt2 = Suhu stok mula- mula sebelum masuk tungku dalam oC

Metoda tidak langsung Efisiensi tungku dapat juga ditentukan melalui metoda tidak langsung, mirip dengan evaluasi efisiensi boiler. Prinsipnya sederhana yaitu kehilangan panas dikurangkan dari panas yang dipasok ke tungkuLanjutan perhitungan kinerja tungku

Hitung efisiensi tungku pemanas ulang dengan pembakaran menggunakan minyak denganmetoda langsung dan tidak langsung menggunakan data dibawah ini.Suhu operasi: 1200oCSuhu gas buang keluar setelah pemanas awal: 600oCSuhu ambien: 40oCSuhu diluar Furnace: 200oCSpecific gravity bahan bakar minyak: 0,92Pemakaian bahan bakar minyak rata-rata : 400 liter /jam = 400 x 0,92 =368 kg/jamNilai kalor minyak: 10000 kKal/kgPersentase O2 rata-rata dalam gas buang: 12 persen

Contoh perhitungan efisiensi tungku

Udara teoritis yang diperlukan untuk membakar1 kg minyak: 14 kg Berat stok: 6000 kg/jam Panas jenis bilet: 0,12 kKal/kg/0C Panjang Furnace : 30 meter Diameter Furnace : 8 meter (tebal dinding 0,154 in) Tebal Isolator : 0,045 meter = 1,77 in k Steel: 26,1 Btu/hr ft oF k Bata Merah (isolator): 0,1268 Btu/hr ft oF (emisivitas): 0,6

Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungku

Perhitungan dengan metoda langsung Panas yang masuk sebesar 400 liter per jam. Specific gravity bahan bakar digunakan untuk merubah besaran diatas menjadi kg. Oleh karena itu;: 400 l/jam x 0,92 kg/l = 368 kg/jam

Panas yang masuk dihitung sebagai berikut:= m x Cp x T= 6000 kg x 0,12 kKal/kg oC x (1200 40) oC= 835200 kKalEfisiensinya adalah= (panas masuk/panas keluar ) x 100= [(835200 / (368 x 10000)] x 100 = 22,69 % Perkiraan kehilangan panas 100% 25% = 75%Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungku

Perhitungan dengan metoda tidak langsung Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungkuKehilangan panas yang berbeda dihitung seperti dibawah ini.a) Kehilangan panas dalam gas buangUdara berlebih (EA)= O2 persen/ (21 O2 persen)= 12 / (21 12)= 133 %

Massa udara yang dipasokkan= (1 + EA/100) x Udara teoritis= (1+ 1,13) x 14= 32,62 kg/kg bahan bakar minyak

Perhitungan dengan metoda tidak langsung(Lanjutan) Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungkuPeralatan Energi Panas: Tungku dan Refraktori

Dimana,m = berat gas buang (udara + bahan bakar) = 32,62 + 1,0 = 33,62 kg/kg minyakCp = panas jenisT = perbedaan suhu

% Kehilangan panas = {33,62 x 0,24 x (600 40)} x 100 = 45,1 % 10000

Perhitungan dengan metoda tidak langsung(Lanjutan) Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungkub) Kehilangan panas dari kadar air dalam bahan bakar

Dimana,M = kg kadar air dalam 1 kg bahan bakar minyakTfg = Suhu gas buang, 0CTamb = Suhu ambien, 0CGCV = Nilai Kalor Kotor bahan bakar, kKal/kg

% Kehilangan panas = 0,15 x {584 + 0,45 (600 40)} x 100 = 1,36% 10000

Qr = h A (T1-T2)

hr =

hr = hr = 7,0735 W/m2.K

Qr = 7,0375 W/m2.K x 854,08 m2 x (473-373) KQr = 601058,8 W

Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungkuc) Kehilangan panas dari bukaan pada tungku (Radiasi)

q = 601058,8 W = 2050905,244 Btu/hr

q = 517156,2664 Kkal/jam

% Kehilangan panas = 517156,2664 Kkal/jam x 100 = 14,05 % (368 kg/jam) x 10000 Kkal/kg

Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungkuc) Kehilangan panas dari bukaan pada tungku (Radiasi)

Qc = h A (T1-T2)hc = 1,32 ( )

hc = 1,32 ( )1/4 hc = 3,8845 W/m2.K

Qc = 3,8845 W/m2.K x 854,08 m2 x (473-373) K Qc = 331767,376 WQc = 285455,56 kkal/jam% kehilangan panas = 285455,5619 x 100% = 7,75 % 368 x 10000

Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungkud) Proses Konveksi pada Furnace

e) Kehilangan panas dari permukaan atau dinding tungku (Konduksi)Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungku

Q = 128312,8183 BTU/hr =32031,305 kkal

= 9390,39417 BTU/hr = 2367,88 kkal/jam% Kehilangan panas dari perpipaan = 2367,88 kkal/jam x 100 = 0,064 % 368 kg/jam x 10000 kkal/kge) Kehilangan panas dari perpipaan (Konduksi)Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungku

Perhitungan dengan metoda tidak langsung(Lanjutan) Lanjutan Contoh perhitungan efisiensi tungkuDengan menjumlahkan kehilangan-kehilangan a sampai f memberikan kehilangan total:a) Kehilangan gas buang = 45,1 %b) Kehilangan dikarenakan kadar air dalam bahan bakar = 1,36 %c) Kehilangan dikarenakan bukaan (radiasi)= 14,05 %d) konveksi dlm tungku= 7,75 %e) Kehilangan melalui permukaan/kulit tungku = 0,934 %Total kehilangan = 69,194 %

Efisiensi tungku dihitung melelui metoda tidak langsung = 100 69,194 = 30,806 %

1. Pembakaran sempurna dengan udara berlebih yang minimum2. Distribusi panas yang benar3. Operasi pada suhu tungku yang optimum4. Menurunkan kehilangan panas dari bukaan tungku5. Mempertahankan jumlah draft tungku yang benar6. Penggunaan kapasitas yang optimum7. Pemanfaatan kembali limbah panas gas buang8. Kehilangan refraktori yang minimum9. Penggunaan lapisan keramik10. Pemilihan refraktori yang benar

Jumlah panas yang hilang dalam gas buang (kehilangan cerobong) tergantung pada jumlah udara berlebih. Untuk mencapai pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan jumlah udara yang minimum, penting untuk mengendalikan perembesan udara, mempertahankan tekanan udara pembakaran, kualitas bahan bakar dan memantau jumlah udara berlebih. Terlalu banyak udara berlebih akan menurunkan suhu nyala api, suhu tungku dan laju pemanasan. Udara berlebih yang terlalu sedikit akan mengakibatkan kenaikan komponen ya ng tidak terbakar dalam gas-gas buang yang diangkut melalui cerobong dan hal ini juga mengakibatkan kehilangan kerak yang lebih bnyak 1. Pembakaran sempurna dengan udara berlebih yang minimum

2. Distribusi panas yang benarTungku harus dirancang untuk menjamin bahwa pada waktu tertentu, stok dipanaskan secara merata sampai suhu yang dikehendaki dengan jumlah bahan bakar yang minimum.

3. Operasi pada suhu tungku yang optimumOperasi pada suhu yang terlalu tinggi menyebabkan kehilangan panas, oksidasi berlebihan, de-karbonisasi dan tekanan pada refraktori. Pengendalian otomatis terhadap suhu tungku lebih disukai untuk mencegah kesalahan manus ia..

4. Menurunkan kehilangan panas dari bukaan tungku Panas juga hilang dikarenakan perbedaan tekanan antara bagian dalam tungku dan lingkungan ambien yang mengakibatkan gas pembakaran merembes keluar melalui bukaan.Cara efektif dalam mengurangi kehilangan panas melalui bukaan tungku adalah dengan membuka pintu tungku lebih jarang dan untuk jangka waktu yang sesingkat mungkin

5. Mempertahankan jumlah draft tungku yang benar Jika terdapat tekanan negatif dibagian dalam tungku, udara dapat merembes melalui retakan dan bukaan dan mempengaruhi pengendalian perbandingan udara-bahan bakar. Hal ini pada gilirannya dapat menyebabkan logam tidak mencapai suhu yang dikehendaki atau suhunya tidak seragam, yang akan mempengaruhi proses berikutnya seperti penempaan dan penggulungan/rolling. Pemakaian bahan bakar dan laju peno lakan produk akan meningkat. Pengujian yang dilakukan terhadap tungku kedap udara menunjukan perembesan udara mencapai 40 persen. Untuk menghindari ini, tekanan yang sedikit positif harus dicapai dibagian dalam tungku.

6. Penggunaan kapasitas yang optimumSalah satu faktor yang sangat penting yang mempengaruhi efisiensi tungku adalah bebannya. Hal ini termasuk jumlah bahan yang ditempatkan dalam tungku, susunan bagian dalam tungku dan waktu tinggal dibagian dalam tungku.

7. 7. Pemanfaatan kembali limbah panas gas buang tujuan utamanya harus meminimalkan jumlah limbah panas yang dihasilkan melalui tindakan konservasi energi. Pemanfaatan kembali limbah panas harus dipertimbangkan hanya jika konservasi energi lebih lanjut tidak

8. Kehilangan refraktori yang minimumBesarnya kehilangan pada dinding tergantung pada:Emisivitas dinding

2. Konduktivitas panas refraktori3. Ketebalan dindingTerdapat beberapa cara untuk meminimalkan kehilangan panas melalui kulit tungku:1. Pemilihan bahan refraktori yang cocok2. Penambahan ketebalan dinding3. Pemasangan batu bata isolasi.

9. Penggunaan lapisan keramikPelapis keramik dalam ruang tungku menaikan perpindahan panas dengan cepat dan efisien, merata dan memperpanjang umur refraktori.

1o. Pemilihan refraktoriPemilihan refraktori bertujuan untuk memaksimalkan kinerja tungku, kiln atau boiler. Pabrik pembuat tungku atau pengguna harus mempertimbangkan hal-hal berikut dalam pemilihan refraktori:

1. Jenis tungku2. Jenis muatan logamnya3. Keberadaan terak/slag4. Area penggunaan5. Suhu kerja6. Tingkat abrasi dan dampaknya7. Beban struktur tungku8. Tekanan karena tingginya suhu pada struktur dan fluktuasi suhu9. Kesesuaian bahan kimia terhadap lingkungan tungku10. Perpindahan panas dan konservasi bahan bakar

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAHJURUSAN TEKNIK KIMIA