Download - TUGAS KHUSUS-Panas Pembakaran Dan Heat Transfer -Khiftefa

8/16/2019 TUGAS KHUSUS-Panas Pembakaran Dan Heat Transfer -Khiftefa

1/25

Laporan Kerja Praktek PT. KRAKATAU STEEL

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia sebagai suatu negara yang berkembang memiliki banyak kebutuhan

dalam berbagai sektor. Kebutuhan ini harus didukung oleh kemajuan industri yang

diharapkan dapat memenuhi kebutuhan tersebut bahkan sehingga akan mengurangi

tingginya nilai impor barang secara signifikan. Perindustrian di Indonesia sudah mulai

maju dan berkembang sesuai dengan tuntutan zaman. Industri baja merupakan salah satu

industri yang memiliki peranan penting dalam kemajuan teknologi dan industri lain,

dikarenakan industri ini memasok bahan baku yang dapat diolah menjadi berbagai macam

hasil yang sangat beragam dan dibutuhkan dalam proses industri yang lain. Besi dan baja

merupakan logam yang paling banyak digunakan dan memegang peranan yang teramat

penting dalam kehidupan manusia sehari hari.

Pabrik Cold Rolling Mill P!. Krakatau "teel memproduksi baja lembaran

dingin sebagai bahan baku untuk otomotif, atap rumah, produk berkaleng, peralatan

rumah tangga, dan sebagainya. Bahan baku pembuatan baja lembaran dingin yaitu baja

lembaran panas yang dihasilkan oleh pabrik Hot Strip Mill . Bahan baku berupa baja

lembaran panas disimpan di #1 sebelum diproses lebih lanjut sehingga pada proses

penyimpanan ini timbul karat atau scale pada permukaan strip.

Penghilangan karat ini dilakukan pada unit Continuous Pickling Line $%PL& dimana

terjadi proses pencucian logam menggunanakan senya'a (%l. )ari unit %PL ini

dihasilkan limbah berupa larutan besi klorida sebagai hasil pencucian strip menggunakan

(%l. Larutan besi klorida ini selanjutnya disebut Waste Pickle Liquor $*PL&, proses

pelepasan scale ini dilakukan secara terus menerus dalam Pickling Tank sehingga

diperlukan suplai (%l yang terus menerus ke dalam Pickling Tank .

+ntuk menjaga kontinuitas dari proses pickling ini maka diperlukan unit operasi yang

dapat mengembalikan (%l agar bisa digunakan kembali, unit operasi ini dinamakan Acid

Regeneration Plant $-P&. Larutan hasil daur ulang atau yang biasa disebut regenerated

acid mempunyai konsentrasi 1/ 10/ grl dan dipakai kembali untuk mencuci baja

lembaran dengan konsentrasi standar yang dapat dikendalikan melalui penambahan air

1Khiftefa Hana Estikasari (11/319849/TK/38928)

Jurusan Teknik Kimia Universitas Ga!ah "aa


2/25


pada tangki. "edangkan untuk menjaga kebutuhan (%l karena adanya massa (%l yang

hilang dalam sistem, maka perlu ditambahkan fresh acid dengan kadar 23 2/4. +ntuk

dapat mengetahui jumlah kebutuhan fresh acid yang perlu ditambahkan maka perlu

diketahui jumlah (%l yang hilang dalam sistem. "alah satu cara untuk menyelesaikan

masalah ini yaitu dengan menghitung neraca massa (%l overall pada unit %PL dan -P.

1.3 -umusan 5asalah

Pada tugas khusus ini akan dibahas mengenai perhitungan Panas Pembakaran #atural

6as perhitungan transfer panas pada alat Batch nnealing 7urnace $B7& yang berada di

Pabrik Cold Rolling Mill $%-5& P!. Krakatau "teel.

1.2 !ujuan

!ujuan dari pengerjaan tugas khusus ini adalah menghitung nilai kalor yang

dihasilkan dari pembakaran natural gas pada B7, serta untuk mengetahui nilai transfer

panas yang terjadi pada alat B7.

1.8 5anfaat

5anfaat yang dapat diperoleh dari pengerjaan tugas khusus ini adalah9

1. Bagi Pabrik 5engetahui Panas Pembakaran #atural 6as dan transfer panas yang terjadi pada alat

Batch nnealing 7urnace

3. Bagi Penulis

5enghitung panas pembakaran natural gas dan mengetahui nilai transfer panas yang

terjadi pada alat Batch nnealing 7urnace $B7& berdasarkan perhitungan dan teknis

lapangan yang dapat menambah pengetahuan untuk penulis.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Deskripsi Unit Proses Batch Annealing Furnace




3/25


)eskripsi unit proses di B7 sebagai beikut 9

Pada setiap stack pada proses B7, didukung oleh peralatan : peralatan sebagai berikut 9

- Annealing ase

- !urnace Hood

- "nner Protective #as Cover $ "nner Cover

- Cooling Hood

- Convector Plate

- Protective #as Product $ H%& #as

- 'lectrical Measure(ent ) Control 'quip(ent

- Heat '*changer +nit

- Solar Hight !uel ,il




4/25


Soaking

Primary Cooling

Over aging

Secondary Cooling

Heating

690

480

420

ToC

t (Second)20.8 8.46!."#64.

6ambar 8. iagra( Te(peratur vs Waktu

• %oil diletakkan ditumpuk diatas .ase ditambah dengan pemisah coil Converter

Plate yang digunakan untuk memisahkan coil yang satu dengan yang lain, yang

kemudian ditutup dengan inner cover , kemudian tumpukan dipanaskan dengan

burner yang berada disekeliling bagian ba'ah furnace.

• Annealing ase juga dilengkapi dengan lo/er $ !an resirkulasi yang berfungsi

untuk mensirkulasi mendistribusikan panas mulai dari ba'ah hingga menyebar

sampai ke bagian atas. (al ini untuk menghindari terjadinya perbedaan panas pada

masing : masing coil baik yang ba'ah maupun yang atas. Perbedaan panas ini dijaga

agar masih dalam batas : batas toleransi. !an ini juga berfungsi untuk mensuplai gas

(#; Protective #as kedalam ruangan annealing . Protective #as ini mempunyai

sifat konduktif yang menyerap panas dari furnace dan mensirkulasikannya.

• Panas dari furnace ini disirkulasikan mele'ati rongga : rongga Convector Plate ke

ujung:ujung coil dengan kecepatan tinggi sehingga sampai kebagian tengah coil .

"etelah selesai proses pemanasan dan soaking0 furnacediangkat atau dipindahkan

dari .ase dan proses pendinginan dimulai.

• Pada a'alnya pendinginan dilakukan dengan udara biasa $ambient air& selama± 1

jam, kemudian cooling hood diletakkan diatas .ase menutupi inner cover . Panas

diserap dari inner cover dan udara pengganti akan mele'ati rongga antara inner




5/25


cover dan cooling hood . Coolinghood ini dilengkapi dengan a*ial fan yang terletak

pada bagian atas.

• Ketika temperatur coil bagian ba'ah mencapai /


6/25


: #as '*it Te(peratur 9 ?/o% (a*

: Heat '*changer Area 9 11 53

: Water !lo/ 9 1? 52

: Water 'ntr1 Te(perature 9 22o%

: Water '*it Te(perature 9 /


7/25


Perpindahan panas pada umumnya dibedakan menjadi tiga cara perpindahan panas yang

berbeda 9 konduksi $conduction E juga dikenal dengan istilah hantaran&, konFeksi

$conFection E juga dikenal dengan istilah ilian&, dan radiasi $radiation E juga dikenal dengan

istilah pancaran&.

2.".1 Perpina#an Panas $Ka%or& se'ara Konuksi

Perpindahan panas secara konduksi adalah proses perpindahan panas jika panas

mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ketempat yang suhunya lebih rendah, dengan

media penghantar panas tetap.

)alam prosesnya, jika pada suatu benda terdapat gradien $perubahan& suhu $temperatur&,

maka akan terjadi perpindahan energi dari bagian yang bersuhu tinggi ke bagian benda yang

bersuhu rendah. 5aka energy berpindah secara konduksi dan laju perpindahan panas

berbanding lurus dengan gradient suhu normalnya 9

q

A

∂T

∂ x

Gika dimasukkan konstanta proporsionalitas $proportionality constant& atau tetapan ke

sebandingan, maka9

q

A=−kA

∂T

∂ x

di mana $ & ialah laju perpindahan panas dan $ԛ ∂ T ∂ x¿ merupakan gradien suhu kearah

perpindahan panas $kalor&. Konstanta positif $k& disebut konduktiFitas atau kehantaran

thermal $thermal conductiFity& benda, sedangkan tanda $:& minus diselipkan agar memenuhi

kedua hukum thermodinamika, yaitu bah'a panas mengalir ke tempat yang lebih rendah

dalam skala suhu, sebagaimana juga ditunjukkan dalam sistem koordinat pada 6ambar 3./.

%Khiftefa Hana Estikasari (11/319849/TK/38928)



8/25


Persamaan 3.1 disebut dengan hukum 7ourier tentang konduksi kalor, yang merupakan

persamaan dasar dari konduktiFitas thermal, dan bah'a satuan $k& ialah *att per meter per

derajat %elcius $dalam sistem satuan yang menggunakan *att sebagai satuan aliran kalor&.

2.".2 Perpina#an Panas $Ka%or& se'ara Kon(eksi

Perpindahan panas secara konFeksi ialah perpindahan panas yang terjadi antara

permukaan padat dengan fluida yang mengalir di sekitarnya, dengan menggunakan media

penghantar berupa fluida $cairangas& )alam sebuah contoh yang telah umum diketahui,

bah'a plat logam panas akan menjadi dingin lebih cepat bila di taruh di depan kipas angin

dibandingkan

dengan bilamana ditempatkan di udara tenang, atau dalam contoh lain bila di dinginkan

dengan air dibandingkan dengan udara. )ari contoh perpindahan kalor secara konFeksi diatas

menyatakan bah'a, gradien $kecepatan perubahan& suhu bergantung pada laju aliran fluida

dan medan alirannya.

5ekanisme perpindahan panas $kalor& secara konFeksi memiliki hubungan secara

mekanisme fisis dengan perpindahan panas konduksi.

2.) Panas pem*akaran

Panas pembakaran merupakan nilai kalor yang dihasilkan dari suatu proses

pembakaran. Pembakaran adalah reaksi proses atau reaksi oksidasi yang sangat cepat

antara bahan bakar $fuel& dan oksidator dengan menimbulkan nyala dan panas. Bahan

bakar $fuel& merupakan segala substansi yang melepaskan panas ketika dioksidasi dan

secara umum mengandung unsur:unsur karbon $%&, hidrogen $(&, oksigen $@&, nitrogen

$#&, dan sulfur $"&. "ementara oksidator adalah segala substansi yang mengandung

oksigen $misalnya udara& yang akan bereaksi dengan bahan bakar $fuel&.




9/25


)alam proses pembakaran fenomena: fenomena yang terjadi antara lain interaksi

proses kimia dan fisika, pelepasan panas yang berasal dari energi ikatan ikatan kimia,

proses perpindahan panas, proses perpindahan massa, dan gerakan fluida.

Pembakaran akan terjadi bila unsur bahan bakar mengalami oksidasi. Proses

pembakaran juga disebut reaksi eksotermis. Pada proses pembakaran dimana bahan

bakar yang digunakan adalah gas alam akan terjadi reaaksi sebagai berikut 9

%(8 H 3 @3 → %@3 H 3 (3@

6as alam $#atural gas& tersusun oleh komponen utama gas metana $%(8&.

"elain gas metana terkadang pada gas alam juga ditemui gas etana, propana, butana,

karbonmonoksida, nitrogen, helium, dan hidrogen sulfida dalam jumlah kecil. Bahan

bakar gas alam memiliki beberapa kelebihan jika dibanding jenis bahan bakar padat dan

cair, yaitu 9

1. !ersedia dalam jumlah yang sangat besar di dalam perut bumi.

3. !ransportasi gas alam lebih mudah karena bisa melalui pipa:pipa gas ba'ah

tanah.

2. 5enghasilkan pembakaran yang bersih, tidak menghasilkan hasil pembakaran

yang membahayakan bagi lingkungan, tidak menghasilkan abu.

8. )apat digunakan pada ruang bakar yang sederhana.

/. (arga bahan bakar gas lebih murah dibanding bahan bakar cair.

.

BAB III




10/25


+ET,D,L,-I

".1. +etoe Pengumpu%an Data

5etode atau langkah langkah pada pelaksanaan pengambilan data untuk tugas khusus

adalah sebagai berikut 9

a 5etode @bserFasi

5etode ini dilakukan dengan pengamatan langsung terhadap suatu objek pengambilan

data.

b 5etode "tudi Pustaka $"tudi Literatur&

5etode ini dilakukan dengan mencari buku:buku referensi sebagai dasar analisis dan

pembuatan laporan.

".2 ara +empero%e# Data

)ata:data yang diperlukan untuk menghitung panas pembakaran natural gas dan transfer

panas di unit B7 terdiri dari beberapa data . dapun data:data yang diambil terdiri dari 9

a. )ata primer

)ata primer adalah data yang diperoleh berdasarkan pengamatan langsung di pabrik atau

berupa data yang sudah terlampirkan dari pabrik. )ata:data tersebut antara lain9

)ata input reaktor 9

• 7lo' 9 #atural 6as

Laju masuk =/ #m2hr

!ekanan 1 atm

!emperatur masuk 3=0 K

!abel 8.1 Komposisi $fraksi& #atural 6as

Kompone

n

Komposisi

$fraksi&

#3


11/25


i:%8(1<


12/25

"en'anaisa hasi erhitun'an an mem*uatkesimuan ari hasi +an' iaatkan

"eakukan erhitun'an anas em*akaran natura'as an transfer anas overall i ,-.

"enentukan t0iki0metri ari eaksireaksi i unitBatch Annealing Furnace

"enari an men'umukan ata serta meakukanstui iteratur

"uai


6ambar 8.1 lgoritma Perhitungan

".) Per#itungan Stoikiometri

"toikiometri $kadang disebut stoikiometri reaksi& adalah ilmu yang mempelajari dan

menghitung hubungan kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia $persamaan

kimia&. Kata ini berasal dari bahasa Dunani stoikheion $elemen& dan (etri3 $ukuran&.

"toikiometri didasarkan pada hukum:hukum dasar kimia, yaitu hukum kekekalan

massa, hukum perbandingan tetap, dan hukum perbandingan berganda.

-eaksi yang terjadi di unit B7 9

-eaksi Pembakaran #atural 6as

%(8 $g& H 3 @3 $g& %@3 $g& H 3 (3@ $aJ&

BAB I/

HASIL an PE+BAHASAN




13/25


).1 Per#itungan Panas Pem*akaran Natura% -as

Komposisi +dara@ksigen $ @3 & =/< m

2jam

#itrogen $#3& 2/8 m2jam

!ekanan $P& 1,8 atm

!emperatur $!& 2


14/25


%(8

H 3 @3 %@3 H 3(3@

a'al 8,18 2/,?3/

bereaks

i 8,18 =,83= 8,18 =,83=

sisa


15/25


-umus Perhitungan Panas $Antalpi Pembentukan&

!1 3/ o% 3=0 K

!3


16/25


(f H B! H %!3

(f :2=2,833H $1,/=A:


17/25


H reaksi=¿ : 21=


18/25


).2 Per#itungan Transer Panas i unit Batch Annealing Furnace $BA!&

6ambar "kema "ederhana !ransfer Panas di B7

!ransfer panas B7 dapat dituliskan sebagai berikut9

natural gas konduksi konFeksi gas (#; konduksi koil sisa

+ntuk dapat mengetahui sisa, perlu dihitung terlebih dahulu konduksi, konFeksi

koil dan konduksi koil.




19/25


a. 5 natura% gas 6 722 k'a%8s

*. 5 konuksi

• 5enghitung nilai k komponen

konduksi ini merupakan panas yang terserap yang mele'ati lapisan inner coFer,

bahan dari lapisan inner ini adalah "":2


20/25


+ntuk dapat menghitung panas konFeksi diperlukan data berupa koefisien transfer

panas, luas transfer panas dan perubahan suhu yang terjadi.

• 5enghitung nilai koefisien transfer panas konFeksi $h&

Ta*e% Properties -as Nitrogen

Ta*e% Properties -as Hirogen

)ata 6as #itrogen! 1< o% =02 K

Interpolasi tabel

T$K& $kg8m"&

'p

$kJ8kg.&

0 kg8m.s

$149:&

(0 m28s

$149:& k $;8m.&

a%a0m28s

$149)& Pr

=


21/25


& $149:& $149:& $149)&

0


22/25


-e 2,31 1


23/25


Luas transfer panas konFeksi Luas inner Luas total koil

18,/2 m3

!1 =


24/25


BAB /

PENUTUP

/.1 Kesimpulan

Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan dan pengolahan data lapangan yang

diperoleh selama praktek kerja di unit atch Annealing !urnace Krakatau "teel %ilegon,

maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut 9

8 Panas Pembakaran #atural 6as /


25/25


DA!TA< PUSTAKA

(olman, G.P. M Heat Transfer N, !enth Aditition, 5c. 6ra' (ill "eries in 5echanical

Angineering., #e' Dork, 3