STEAM Engineering (Journal of Science, Technology, Education And Mechanical Engineering) p-ISSN 2686-4673, e-ISSN 2686-4517, Artikel 7, pp. 53 – 64, 2023

## OPTIMASI ENERGI PADA CLINKER GRATE COOLER DI INDUSTRI SEMEN
Fajar Ramadhan 1 * & Yanti Suprianti 2
1 Teknik Industri, Universitas Bina Nusantara
2 Teknik Konservasi Energi, Politeknik Negeri Bandung * E-mail: fajar.ramadhan002@binus.ac.id
Abstrak: Proses  pendinginan  klinker  di  dalam cooler semen  merupakan  aspek  yang  sangat  signifikan  dalam pembuatan semen. Hal ini tidak hanya memengaruhi kualitas clinker , tetapi juga berperan dalam rekuperasi panas untuk mengurangi konsumsi bahan bakar pada kiln dan preheater. Di industri semen, penggunaan energi terbagi menjadi 78% listrik dan 22% termal, dan hampir seluruh konsumsi energi termal terjadi dalam proses produksi clinker  (preheater,  kiln, dan cooler). Kinerja clinker  cooler ditunjukkan  oleh  nilai  efisiensi  rekuperasi  pada kondisi eksisting, yaitu 69,3%, yang berada di bawah standar 70-75%. Upaya konservasi energi dalam industri semen melibatkan pemanfaatan panas hasil proses pendinginan clinker sebagai pasokan udara pembakaran di kiln dan preheater . Sistem grate plate tipe Reduced Fall Through (RFT) dengan kompartemen tidak mampu mengatur aliran  udara  pendingin  dari  kipas  pendingin  menuju  permukaan clinker  bed .  Untuk  mengoptimalkan  proses pendinginan dan rekuperasi panas, perancangan ulang clinker cooler dilakukan dengan mengganti grate plate tipe RFT menjadi tipe Control Flow Grate (CFG) pada kompartemen lima, yang  terletak pada baris 43 hingga 48. Simulasi digunakan untuk mendukung analisis dan perancangan ini dengan memanfaatkan ANSYS 18.2. Tujuan dari  simulasi  ini  adalah  untuk  mengkaji  parameter  aliran  udara  dan  perpindahan  panas.  Efisiensi  rekuperasi clinker  cooler  pada  kondisi  eksisting  adalah  69,3%.  Namun,  setelah  proses  perancangan  teknologi,  kinerja efisiensi meningkat menjadi 72,9%.
Kata Kunci: : Control Flow Grate , Clinker cooler , Efisiensi, Grate plate , Reduced Fall Through
Abstract: The  clinker  cooling  process  within  the  cement  cooler  is  a  highly  significant  aspect  of  cement production.  It  not  only  impacts  the  quality  of  clinker  but  also  plays  a  role  in  heat  recovery  to  reduce  fuel consumption in the kiln and preheater. In the cement industry, energy usage is divided into 78% electricity and 22%  thermal  energy,  with  almost  all  thermal  energy  consumption  occurring  during  the  clinker  production process  (preheater,  kiln,  and  cooler).  The  performance  of  the  clinker  cooler  is  indicated  by  the  value  of  the recovery  efficiency  under  existing  conditions,  which  is  69.3%,  falling  below  the  standard  range  of  70-75%. Energy conservation efforts in the cement industry involve utilizing the heat generated from the clinker cooling process as a supply of combustion air for the kiln and preheater. The Reduced Fall Through (RFT) type grate plate system with compartments is unable to properly control the flow of cooling air from the cooling fan to the clinker  bed  surface.  To  optimize  the  cooling  process  and  heat  recovery,  a  redesign  of  the  clinker  cooler  is carried out by replacing the RFT type grate plate with a Control Flow Grate (CFG) type in compartments five, located in rows 43 to 48. Simulations are employed to support this analysis and design, utilizing ANSYS 18.2. The  goal  of  these  simulations  is  to  assess  airflow  parameters  and  heat  transfer.  The  clinker  cooler  recovery efficiency  under  existing  conditions  is  69.3%.  However,  following  the  technological  design  process,  the efficiency performance increases to 72.9%.
Keywords: Control Flow Grate, Clinker cooler, Efficiency, Grate plate, Reduced Fall Through

## PENDAHULUAN
Grate  Cooler merupakan  salah  satu  komponen  penting  dalam  proses  produksi  semen (Wang, dkk., 2020). Posisi penting grate cooler dalam produksi semen terletak pada perannya yang krusial. Grate Cooler digunakan dalam rangkaian produksi semen, dan sistem pembakaran klinker meliputi  tiga  bagian  utama,  yaitu  pendingin  klinker, rotary  kiln ,  dan pre-heater suspensi.  Fungsi dari  pendingin  klinker  adalah  untuk  menurunkan  suhu  klinker,  menggiling  klinker,  serta memulihkan  energi  dari  panas  klinker  dengan  cara  memanaskan  udara  yang  sebelumnya  telah didinginkan. Peralatan ini memiliki peran yang sangat penting dalam mendinginkan klinker, dimana proses  pendinginan  ini  memiliki  dampak  signifikan  terhadap  kualitas  semen  yang  dihasilkan (Ahamed, dkk., 2012). Pentingnya pendinginan klinker ini mempengaruhi berbagai aspek, termasuk
struktur,  komposisi  mineral,  kemampuan  penggilingan,  dan  akhirnya  memengaruhi  kualitas  akhir dari semen yang diproduksi (Setiyana, 2007; Hongyi, dkk., 2021).
Udara  hasil  proses  pendinginan  terbagi  menjadi  tiga  jenis,  yaitu  udara  sekunder,  udara tersier, dan  udara  buang. Udara  sekunder digunakan  sebagai udara  pembakaran  dalam kiln ,  udara tersier berperan dalam memanaskan awal material raw meal di preheater , sementara udara buang diarahkan  menuju elektrostatic  precipitator untuk  pemisahan  antara  debu  dan  gas  panas.  Setelah terpisah  dari  debu,  gas  panas  kemudian  dilepaskan  ke  cerobong  asap,  sementara  debu  jatuh  dan diangkut oleh konveyor ke silo klinker.
Grate cooler menghadapi permasalahan terkait adanya false air dalam proses pendinginan klinker,  yang  kuantitasnya  tidak  dapat  terkendali.  Tingginya false  air disebabkan  oleh  tidak sempurnanya  distribusi  udara  pendingin  klinker  dari  kipas  pendingin  menuju  permukaan clinker bed melalui grate plate . Industri semen pada umumnya menggunakan  tiga  jenis  grate  plate, yaitu Fix Inlet, Control Flow Grate (CFG), dan Reduced Fall Through (RFT).  Tipe fix inlet digunakan pada  kompartemen  satu, tipe  CFG  digunakan  pada kompartemen  dua, tiga,  dan  empat,  sementara tipe RFT digunakan pada kompartemen lima, enam, tujuh, delapan, dan sembilan.
Menurut  penelitian  dari  Zanoli,  dkk.  (2023)  bahwa  pengontrol  udara  bertujuan  untuk mengendalikan  variabel  proses  kritis  pada rotary  kiln dan grate  cooler ,  dengan  upaya meminimalkan konsumsi bahan bakar batubara khusus pada kiln serta mengurangi konsumsi energi listrik oleh unit kipas pendingin di dalam sistem pendingin. Penelitian menurut Sayane, dkk. (2020) menyatakan bahwa pabrik semen Mazandaran di Iran akan diretrofit untuk mengurangi penggunaan energi dan meningkatkan efisiensi, proyek ini mencakup desain pemulihan panas dari grate cooler (AQC boiler) dan gas buang siklon (SP boiler). Penelitian menurut Joseph, dkk. (2022) menyatakan bahwa pengaruh tinggi bed klinker terhadap proses pendinginan, kinerja pendingin klinker penting untuk  pemulihan  energi  dan  kualitas  semen,  penelitian  ini  membuat  model  tiga  dimensi  dari bed klinker dikembangkan dengan menggunakan perangkat lunak solidworks. Simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) menunjukkan bahwa tinggi tempat tidur 0,6 m memiliki pemulihan energi optimal. Kemudian studi menurut Shao, dkk. (2016) menyoroti pentingnya distribusi udara dalam pendinginan klinker untuk efisiensi dan pengurangan energi, model optimisasi berhasil menemukan solusi  terbaik  dengan  meminimalkan  entropi  dan  tekanan,  distribusi  udara  dan  ketebalan  lapisan klinker  diatur  untuk  mengurangi  konsumsi  daya  kipas  pendingin,  dan  hasilnya  menunjukkan penghematan  signifikan  dalam  volume  udara,  konsumsi  daya,  dan  temperatur  klinker.  Penelitian selanjutnya  mengusulkan  model  prediksi  tekanan grate  cooler semen  berdasarkan  analisis pengendalian otomatis saat ini, menggunakan algoritma jaringan saraf gabungan multi-model yang meningkatkan  akurasi  prediksi  tekanan grate secara  signifikan  (Geng,  dkk.,  2020).  Penelitian  ini juga didukung oleh penelitian Taweel, dkk., (2018) ini menganalisis energi dan eksergi berdasarkan profil suhu klinker untuk memprediksi suhu udara sekunder, udara tersier, dan udara buang dalam pemulihan panas.
Distribusi udara dapat diatur dengan memilih grate plate yang sesuai atau dapat mengontrol aliran udara  pendingin  klinker.  Aktualnya  penggunaan grate plate tipe  RFT  kurang efektif dalam mengendalikan  aliran  udara  pendinginan  karena  kurangnya  sistem ducting untuk  mengarahkan udara menuju bed klinker. Sedangkan penggunaan grate plate tipe CFG mampu mengontrol aliran udara  berkat  penggunaan  sistem ducting .  Penelitian  ini  akan  membahas  tentang  metode  retrofit untuk meningkatkan kinerja teknologi grate cooler di industri semen dengan mengganti grate plate tipe RFT pada kondisi aktual dengan tipe CFG .

## METODE
Proses Perpindahan Panas pada Grate Cooler
Proses  perpindahan  kalor  antara  klinker  yang  panas  dengan  udara  pendingin  yang  disuplai oleh kipas pendingin terjadi dalam bentuk quenching , yaitu proses pendinginan tiba-tiba. Tujuan dari proses quenching adalah  memastikan  bahwa  klinker  yang  keluar  dari  output kiln dalam  wujud  cair dapat segera mengalami perubahan fase menjadi padat. Untuk mencapai hal ini, diperlukan tekanan udara  dan  kecepatan  udara  yang  tinggi  yang  dihasilkan  oleh  kipas  pendingin,  terutama  pada  zona rekuperasi.  Pendekatan  pendinginan  yang  cepat  ini  berperan  penting  dalam  mengurangi  risiko terbentuknya snowman dan burn plates pada grate cooler (Alsop, 2005). Proses pendinginan klinker berlangsung di dua zona utama, yaitu zona rekuperasi atau recuperation zone dan zona pendinginan
klinker atau cooling zone . Udara pendingin pada zona rekuperasi ini didistribusikan dengan tekanan dan  kecepatan  yang  tinggi,  dimaksudkan  untuk  mendinginkan  klinker  yang  keluar  dari kiln dengan temperature  mencapai  1450°C  dan  memastikan  perubahan  fase  dari  wujud  cair  menjadi  padat. Mekanisme perpindahan kalor pada grate tipe reciprocating adalah dalam bentuk cross flow (Holman, 1979). Udara yang disuplai oleh kipas pendingin dialirkan melalui saluran ducting untuk grate plate tipe CFG dan diarahkan ke dalam kompartemen untuk grate plate tipe RFT. Udara ini yang mengalir dengan baik melalui ducting dan kompartemen kemudian didistribusikan ke atas bed klinker. Proses  distribusi  udara ini dipengaruhi oleh  faktor resistansi  yang  berasal  dari  granulometri clinker.  Semakin  granule  bentuk  clinker,  resistansi  pendinginannya  cenderung  semakin  rendah. Resistansi  pendinginan  ini  memiliki  pengaruh  signifikan  terhadap  proses  pendinginan  clinker,  di mana semakin rendah resistansi ini, proses perpindahan panas yang efektif antara clinker yang panas dan udara pendingin dapat terjadi dengan lebih baik. Sebaliknya, resistansi pendinginan yang tinggi akan menghambat efisiensi proses pendinginan clinker, mengakibatkan proses tersebut tidak berjalan secara  optimal.  Gambar  di  bawah  ini  mengilustrasikan  bagaimana  ukuran  material  clinker  dalam proses  pendinginan  memiliki  pengaruh  yang  signifikan  terhadap  perpindahan  panas  yang  terjadi. Gambar II.14 membandingkan beberapa ukuran clinker dalam proses pendinginan.

## Gambar 1. Pengaruh dari ukuran clinker dan tahanan udara
(Sumber : Holcim Technology Ltd.)
Proses  pendinginan  klinker  dapat  dianggap  berhasil  jika  hasil  keluaran    klinker  dari  tahap pendinginan memiliki temperatur antara 90 hingga 180°C, serta semakin meningkatnya pemanfaatan kalor  dari  udara  sekunder  untuk  proses  pembakaran  dalam kiln .  Udara  sekunder  yang  digunakan dalam pembakaran kiln memiliki profil temperatur antara 1230 hingga 1450°C.
Kinerja  dari  sebuah  alat  pendingin  klinker  dinyatakan  dalam  kemampuannya  dalam meregenerasi panas dari klinker yang panas (LafargeHolcim, 2016). Proses perpindahan kalor antara udara pendingin dan klinker panas juga dipengaruhi oleh luas permukaan objek perpindahan panas itu sendiri.  Semakin  besar  luas  permukaan  kontak,  maka  proses  perpindahan  kalor  akan  berlangsung dengan  lebih  cepat.  Sebaliknya,  jika  luas  permukaan  kontak  kecil,  maka  proses  perpindahan  kalor akan berlangsung lebih lambat.
Klinker yang memasuki grate cooler setelah mengalami proses pembakaran di kiln memiliki kapasitas  antara  7800  hingga  8200  ton  per  hari  (Data  Sheet  Holcim  Cilacap,  2012).  Kedatangan clinker ke dalam clinker cooler dapat diungkapkan melalui persamaan 1.1.
CI =
Besarnya kalor clinker input dapat dinyatakan dengan persamaan 1.2.
Q CI = CI x Cp x (T CI – T ref ) dengan : Q CI = Kalor Clinker Input (kJ/jam)
CI = Massa clinker input (kg/jam)
Cp = Kalor spesifik clinker (kJ/kg ˚C) T CI = Temperatur clinker input (˚C) T ref = Temperatur referensi atau temperatur pada kondisi ambient (32˚C)
Luas duct atau saluran udara buang dapat dinyatakan dengan persamaan 1.3.
A d = ¼ x 𝞹 x (D d ) 2
dengan : A d = Luas duct /saluran udara buang (m 2 ) D d = Diameter duct /saluran udara buang (m)
Volume udara buang dapat dinyatakan dengan persamaan 1.4.
gas = v gas x A d x 3600 dengan :
gas = Volume gas/udara buang (m 3 /jam)
v gas = Kecepatan gas/udara buang (m/s) A d = Luas duct /saluran udara buang (m 2 )
Laju alir massa udara buang dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai 1.5.
WA = V gas x ρ gas,din dengan :
WA = Massa udara buang/ waste air (kg/jam) V gas = Volume gas/udara buang (m 3 /jam) ρ gas din = Massa jenis udara dinamik (Kg/m 3 )
Kalor udara buang dapat dinyatakan dengan persamaan 1.6. Q WA = WA x Cp x (T WA -T ref ) dengan : Q WA = Kalor udara buang/ Waste Air (kJ/jam)
Cp = Kalor spesifik udara buang (kJ/kg ˚C) T TA = Temperatur udara buang (˚C)
T ref = Temperatur referensi atau temperatur pada kondisi ambient (32˚C)
Luas duct atau saluran udara tersier dapat dinyatakan dengan persamaan 1.7.
A d = ¼ x 𝞹 x (D d ) 2
dengan : A d = Luas duct /saluran udara tersier (m 2 ) D d = Diameter duct /saluran udara tersier (m)
Volume udara tersier dapat dinyatakan dengan persamaan 1.8.
gas = v gas x A d x 3600
Dimana :
gas = Volume gas/udara tersier (m 3 /jam) v gas = Kecepatan gas/udara tersier (m/s) A d = Luas duct /saluran udara tersier (m 2 )
Laju alir massa udara tersier dapat dinyatakan dengan persamaan 1.9.
TA = gas x ρ gas,din Dengan :
TA = Massa udara tersier (kg/jam)
gas = Volume udara tersier (m 3 /jam) ρ gas din = Massa jenis udara dinamik (Kg/m 3 )
Kalor dari udara tersier dapat dinyatakan dengan persamaan 1.10.
Q TA = TA x Cp x (T TA -T ref ) dengan : Q TA = Kalor udara tersier (kJ/jam) Cp       = Kalor spesifik udara tersier (kJ/kg ˚C)
T TA = Temperatur udara tersier (˚C) T ref = Temperatur referensi atau temperatur pada kondisi ambient (32˚C)
Massa udara sekunder dapat dinyatakan dengan persamaan 1.11.
A = CA – TA – WA dengan :
A = Massa udara sekunder/ secondary air (kg/jam)
TA = Massa udara tersier/ tertiary air (kg/jam)
WA = Massa udara buang/ waste air (kg/jam)
Kalor udara sekunder dapat dinyatakan dengan persamaan 1.12.
Q SA = A x Cp x (T SA – T ref ) dengan : Q SA = Kalor udara sekunder (kJ/jam)
A = Massa udara sekunder (kg/jam)
Cp = Kalor spesifik udara sekunder (kJ/kg ˚C)
T SA = Temperatur udara sekunder (˚C) T ref = Temperatur pada kondisi ambient , 32˚C (˚C)
Massa clinker yang keluar dari cooler dapat dinyatakan dengan persamaan 1.13.
CO = CI – CD dengan :
CO = Massa clinker output (kg/jam)
CI = Massa clinker input (kg/jam)
CD = Massa clinker dust (kg/jam)
Kalor clinker dapat dinyatakan dengan persamaan 1.14.
Q CO = CO x Cp x (T CO – T ref ) dengan : Q CO = Kalor clinker output (kJ/jam)
CO = Massa clinker output (kg/jam) Cp       = Kalor spesifik clinker (kJ/kg ˚C) T CO = Temperatur clinker output (˚C) T ref = Temperatur pada kondisi ambient (32 ˚C)
Losses akibat radiasi dan losses akibat konvesi dapat dinyatakan dengan persamaan 1.15 dan 1.16 (Bejan, 1987).
Radiation losses = e σ (T 1 4 - T 2 4 ) dimana : Radiation losses dalam satuan kJ/jam e      = Emisivitas bahan (0 ≤ e ≤ 1, dan e = 1 ketika   benda hitam sempurna) σ     = Konstanta Stefan - Boltzman (5,67 x 10 -8 W/m 2 K 4 ) T = Temperatur mutlak benda (K)
Convection Losses  = h c A (T w – T s ) Dimana : h c = Koefisien konveksi (W/m 2 ˚C) A = Luas permukaan benda (m 2 )
T w = Temperatur dinding (˚C) T s = Temperatur ambient (32˚C)
Gambar 2. Skema neraca massa dan neraca energi teknologi clinker cooler
Recuperation efficiency clinker cooler dapat dinyatakan dengan persamaan 1.17.
η = x100%

## Perancangan dan Realisasi
Perancangan proses grate cooler di industri semen yang melibatkan penggantian grate plate tipe RFT dengan CFG merupakan bentuk modifikasi teknologi grate cooler di industri semen. Pendekatan ini melibatkan  penggantian  salah  satu  komponen  utama  dalam  teknologi  tersebut,  yaitu grate  plate . Penggantian ini khususnya dilakukan pada kompartemen lima. Tujuan dari perancangan ini adalah untuk meningkatkan performa grate cooler pada industri semen pada umumnya.
Data perancangan ini berdasarkan hasil simulasi yang dilakukan setelah pergantian grate plate tipe RFT  dengan  CFG  menggunakan  perangkat  lunak  ANSYS  Fluent.  Simulasi  ini  menghasilkan  sejumlah parameter  operasional  pasca  perancangan,  termasuk  temperatur  udara  pendingin,  temperatur  udara sekunder, temperatur udara tersier, dan temperatur udara buang. Selain itu, juga diperoleh data aliran udara pendingin, aliran udara sekunder, aliran udara tersier, dan aliran udara buang.
Tahap awal dalam perancangan proses ini melibatkan simulasi setelah penggantian grate plate tipe RFT menjadi CFG pada kompartemen lima menggunakan perangkat lunak ANSYS Fluent.
Tahap  kedua  melibatkan  penentuan  parameter  dasar  yang  dibutuhkan  dalam  perancangan,  yang diperoleh  dari  hasil  simulasi  tahap  pertama  menggunakan  ANSYS  Fluent.  Parameter  tersebut  meliputi temperatur  klinker  masukan  dan  keluaran,  laju  aliran  massa  klinker,  temperatur  udara  masukan  dan keluaran, serta laju aliran massa udara masukan dan keluaran. Komponen udara keluaran terdiri dari udara sekunder, udara tersier, dan udara buang.
Tahap ketiga melibatkan perancangan proses grate cooler dengan menghitung performanya setelah penggantian grate  plate tipe  RFT  dengan  CFG  pada  kompartemen  lima.  Perhitungan  ini  menggunakan persamaan umum yang serupa dengan perhitungan performa grate cooler pada kondisi aktual (persamaan 1.1 hingga 1.17).
Tahap keempat melibatkan evaluasi performa grate cooler hasil perancangan dibandingkan dengan performa grate cooler pada kondisi aktual. Jika evaluasi menunjukkan bahwa performa grate cooler hasil perancangan lebih unggul daripada yang ada pada kondisi aktual, maka perancangan dianggap berhasil dan melanjutkan  ke  tahap  berikutnya.  Jika  performa grate  cooler hasil  perancangan  lebih  rendah  daripada kondisi aktual, maka langkah kembali ke tahap kedua, yakni dengan melakukan modifikasi pada beberapa data awal hasil simulasi grate cooler .
Tahap  kelima  melibatkan  simulasi  sinkronisasi grate  cooler hasil  perancangan  dengan  sistem proses pembuatan klinker lengkap, yang terdiri dari preheater, kiln, dan grate cooler . Simulasi ini bertujuan untuk menguji apakah teknologi grate cooler hasil perancangan dapat diintegrasikan dalam sistem proses pembuatan klinker. Penilaian dilakukan melalui pengamatan dampak perubahan parameter operasi, seperti temperatur udara sekunder masukan kiln , temperatur udara tersier masukan preheater , dan temperatur udara buang masukan electrostatic precipitator (ESP), terhadap kinerja komponen-komponen tersebut.
Gambar 3. Tahap Perancangan Proses Grate Cooler
Tahap keenam melibatkan penilaian apakah teknologi grate plate tipe CFG dapat diterapkan atau tidak  dalam  sistem grate  cooler .  Jika  hasil  simulasi  sinkronisasi  tidak  menunjukkan  kesalahan,  maka teknologi grate  plate tipe  CFG  dianggap  dapat  diterapkan  dalam  sistem grate  cooler dan  perancangan dianggap  berhasil.  Jika  terdapat  kesalahan  dalam  simulasi  sinkronisasi,  langkah  kembali  ke  tahap  awal, yaitu dengan memodifikasi beberapa kondisi awal parameter operasi grate cooler .
Tahap  ketujuh  melibatkan  analisis  lebih  mendalam  tentang  perancangan  proses grate  cooler dengan penggantian grate plate tipe RFT menjadi CFG pada kompartemen lima di industri semen.

## HASIL DAN DISKUSI
Perbaikan  pada  teknologi grate  cooler di  industri  semen  dilakukan  melalui  modifikasi komponen  teknologi  yang  sudah  ada,  terutama  pada  bagian grate  plate .  Modifikasi  ini  bertujuan untuk  mengoptimalkan  proses  perpindahan  panas  antara  udara  pendingin  dan  klinker  yang  panas, sehingga udara hasil dari proses pendinginan dapat dimanfaatkan secara optimal untuk pembakaran di kiln dan preheater kalsiner.
Penggantian grate  plate tipe  RFT  dengan  tipe  CFG  pada  baris  43,  44,  45,  46,  47,  dan  48 dipertimbangkan dengan memperhatikan bahwa jika penggantian grate plate dilakukan pada seluruh area kompartemen lima, maka ada potensi bahwa udara panas yang seharusnya dimanfaatkan dalam saluran  udara  tersier  justru  akan  terbuang  melalui  saluran  udara  buang.  Hal  ini  menjadi  sia-sia, mengingat  tujuan  utama  dari  penggantian  adalah  untuk  meningkatkan  pasokan  udara  pembakaran.
Mulai Data awal rancangan dari hasil simulasi  Temperatur, tekanan, dan laju alir massa clinker
 Temperatur, tekanan, dan laju alir udara pendingin
 Temperatur, tekanan, dan debit udara output (udara sekunder, udara tersier, dan udara buang)
Perancangan proses clinker cooler dengan mengganti grate plate tipe RFT dengan CFG pada kompartemen lima Performa clinker cooler setelah mengganti grate plate tipe RFT dengan
CFG pada kompartemen lima > Performa clinker cooler pada kondisi existing A Ya Simulasi sinkronisasi clinker cooler hasil perancangan pada satu sistem clinker production (preheater, kiln, cooler) A Apakah Simulasi sinkronisasi clinker cooler hasil perancangan pada satu sistem clinker production (preheater, kiln, cooler) berhasil ? Membuat analisis performa clinker cooler hasil perancangan secara komprehensif dalam sebuah Laporan Tugas Akhir Selesai Simulasi clinker cooler pada kondisi setelah penggantian grate plate tipe RFT menjadi CFG pada kompartemen lima menggunakan software ANSYS Tidak Data hasil simulasi perancangan clinker cooler digunakan untuk membuat laporan Ya
Penggantian grate plate pada kompartemen lima ini juga melibatkan investasi yang cukup besar. Hal ini terjadi karena area kompartemen lima dan enam terletak di antara saluran udara tersier dan saluran udara buang.
Gambar 4. Plot vector dari clinker cooler kondisi setelah penggantian
Gambar 5. Streamline aliran fluida udara setelah penggantian
Gambar 6.Temperatur Aliran Fluida Udara Setelah Penggantian
Gambar 7.Plot temperatur dinding clinker cooler setelah penggantian
Gambar 8. Distribusi kecepatan udara pada clinker cooler setelah penggantian
Tabel  2  menggambarkan  data  operasi grate  cooler hasil  simulasi  menggunakan  ANSYS Fluent  setelah  penggantian grate  plate tipe  RFT  dengan  CFG  pada  kompartemen  lima.  Data  ini memungkinkan  analisis  terhadap  performa  teknologi grate  cooler ,  yang  menunjukkan  efisiensi rekuperasi sebesar 72,9%. Performa hasil rancangan ini menunjukkan peningkatan dari nilai efisiensi rekuperasi pada kondisi aktual, yang sebelumnya mencapai 69,3%.

## Perbandingan Antara Kondisi Aktual dan Hasil Perancangan
Analisis  perbaikan  teknologi  di  industri  semen  berfokus  pada  hasil  analisis  simulasi grate cooler yang  menunjukkan  adanya  peningkatan  dalam  nilai  temperatur  udara  hasil  dari  proses pendinginan. Udara hasil dari proses pendinginan ini meliputi udara sekunder, udara tersier, dan udara buang.  Parameter  operasional  ini  cenderung  mengalami  peningkatan  dari  kondisi  aktual.  Gambar IV.10  mengilustrasikan  kenaikan  temperatur  udara  sekunder,  udara  tersier,  dan  udara  buang  dari kondisi actual menuju kondisi setelah penggantian grate plate .
Tabel 1 Perbandingan data hasil simulasi existing terhadap hasil rancangan No Lokasi Temperatur (˚C) Aktual Modifikasi 1 Udara Sekunder 1173,57 1207,67 2 Udara Tersier 696,67 930,86 3 Udara Buang 411,30 666,56
Tabel 2 Data parameter operasi clinker cooler setelah penggantian No Parameter Pengamatan 1 Temperatur Clinker Masuk ke Cooler 1367 °C 2 Temperatur Udara Masuk Cooler 35 °C 3 Temperatur Udara Keluar Cooler ke EP 411,304 °C 4 Temperatur Udara Keluar Cooler ke Kiln (Secondary Air) 1173,57 °C 5 Temperatur Udara Keluar Cooler ke Kalsiner (Tertiary Air) 696,678 °C 6 Temperatur Clinker Keluar Cooler 90,28 °C 7 Temperatur Grate 1 88,13 °C 8 Temperatur Grate 2 80,9 °C 9 Temperatur Grate 3 - 10 Temperatur Lingkungan 32 °C 11 Flow Rate Kiln Feed 6903 ton/hari 12 Cooling Fan 472 FAF 22410 m 3 /jam 472 FA1 15000 m 3 /jam 472 FA2 21340 m 3 /jam 472 FA3 15000 m 3 /jam 472 FA4 34000 m 3 /jam 472 FA5 35000 m 3 /jam 472 FA6 51240 m 3 /jam 472 FA7 52690 m 3 /jam 472 FA8 34980 m 3 /jam 472 FA9 50000 m 3 /jam 472 FAA 45000 m 3 /jam 472 FAB 44630 m 3 /jam 472 FAC 45010 m 3 /jam 472 FAD 45410 m 3 /jam 472 FAE 45410 m 3 /jam 13 Konsentrasi Debu Keluaran Chimney 9,9 mg/m 3 14 Dynamic Pressure Tertiary 1,88 Mbar 15 Dynamic Pressure Secondary 0,2 Mbar 16 Dynamic Pressure Chimney 0,51 Mbar 17 Static Pressure Tertiary 13 Mbar 18 Static Pressure Chimney 0,8 Mbar 19 Bulk Density of Clinker 1,282 kg/m 3
Gambar  9  memperlihatkan  profil  temperatur  udara  yang  keluar  dari grate  cooler ,  meliputi udara sekunder, udara tersier, dan udara gas buang. Nilai-nilai temperatur ini mengalami peningkatan dibandingkan  dengan  kondisi  aktual.  Untuk  udara  sekunder,  terjadi  peningkatan  dari  1173,57  ˚C menjadi 1207,67 ˚C. Kenaikan temperatur udara sekunder ini berdampak pada peningkatan efisiensi pembakaran  di  dalam kiln .  Udara  tersier  mengalami  kenaikan  dari  696,678  ˚C  menjadi  930,86  ˚C. Kenaikan  temperatur  udara  tersier  ini  berkontribusi  pada  peningkatan  efisiensi  pada preheater, dengan meningkatkan kinerja proses pemanasan awal raw meal dan kalsinasi di kalsiner. Udara buang juga  mengalami  kenaikan  dari  411,304  ˚C  menjadi  666,563  ˚C.  Udara  buang  ini  dialirkan  ke  ESP untuk dipisahkan antara udara panas dan debu. Setelah itu, udara panas dibuang melalui stack.
Gambar 9. Profil kenaikan temperatur udara output clinker cooler
Kebutuhan udara sekunder dan udara tersier untuk mendukung proses lain dalam pembuatan semen  sangatlah  krusial,  karena  terdapat  ketergantungan  dan  kaitan  erat  di  antara  proses-proses tersebut.  Jika  kebutuhan  udara  untuk  proses  pembakaran  tidak  terpenuhi,  dampaknya  bisa mengganggu  proses  lainnya,  bahkan  dapat  berdampak  pada  kualitas  produk  akhir  yang  dihasilkan (Perry, 1979).
Hasil  dari  analisis  ini  menunjukkan  peningkatan  efisiensi  grate  cooler  dari  69,3%  menjadi 72,9%  atau  mengalami  peningkatan  efisiensi  sebesar  3,6%.  Kondisi  ini  sejalan  dengan  penelitian Oyepata (2020) yang memodelkan sistem pendingin klinker dengan skala lebih kecil dalam rasio 25:1 dan  simulasi  CFD  untuk  meneliti  kinerja  pendingin  klinker  dengan  variasi  parameter  geometri, menunjukkan  peningkatan  kinerja  hingga  15%  dalam  hal  energi  dan  10%  dalam  efisiensi  energi dibandingkan pendingin yang sudah ada.

## SIMPULAN
Perancangan proses grate cooler di industri semen, yang melibatkan penggantian grate plate tipe RFT dengan CFG pada kompartemen lima, menghasilkan kesimpulan bahwa suhu udara output dari grate cooler ,  yang  mencakup  udara  sekunder,  udara  tersier,  dan  udara  buang,  mengalami  peningkatan setelah  dilakukan  penggantian.  Temperatur  udara  sekunder  meningkat  dari  1173,57  ˚C  menjadi 1207,67 ˚C, udara tersier mengalami peningkatan dari 696,678 ˚C menjadi 930,86 ˚C, dan suhu udara buang meningkat dari 411,304 ˚C menjadi 666,563 ˚C. Selain itu, efisiensi grate cooler pada kondisi eksisting  mencapai  69,3%,  sementara  hasil  perancangan  cooler  menghasilkan  efisiensi  yang  lebih baik, mencapai 72,9%.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada pimpinan PT Solusi Bangun Indonesia dan Jurusan Teknik Konversi  Energi  Politeknik  Negeri  Bandung  atas  fasilitas  yang  telah  diberikan  dalam  mendukung penelitian ini.

## DAFTAR RUJUKAN
Ahamed, J. U., Madlool, N. A., Saidur, R., Shahinuddin, M. I., Kamyar, A., & Masjuki, H. H. (2012). Assessment of energy and exergy efficiencies of a grate clinker cooling system through the optimization of its operational parameters.
Energy, 46(1), 664–674. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.06.074
Alsop, P. A. 2005. Cement Plant Operation Handbook for Dry Process Plant. 4th edition. Tradeship Publication, Ltd.
Bejan, Adrian. 1987. Convection Heat Transfer. New York : Mc. Graw Hill Book Company. Duda, Walter H. 1985. “Cement Data Book” Vol 1 3rd Edition. Bauverlag GmbH. Berlin.
Geng,  Y.,  Wang,  X.,  &  Jiang,  P.  (2020).  Prediction  of  the  Cement  Grate  Cooler  Pressure  in  the Cooling Process Based on a Multi-Model Fusion Neural Network. IEEE Access, 8, 115028– 115040. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3002768 Hongyi, W., Kun, Z., Xinjun, Z., Limei, S., & Feng, D. (2021). Multi-objective optimization design of cement  grate  cooler  control  system  based  on  improved  long  short-term  memory  network. Transactions  of  the  Institute  of  Measurement  and  Control,  43(15),  3399–3412. https://doi.org/10.1177/01423312211023017
Holman, J.P. 1978. Perpindahan Kalor. Terjemahan oleh E. Jasjfi. 1984. Jakarta : Erlangga. Joseph,  S.  O.,  Dahunsi,  O.  A.,  Idowu,  E.  T.,  Aremu,  A.  M.,  Akintunde,  D.  O.,  Swanru,  Y.  S.,  & Idowu,  T.  E.  (2022).  Effect  of  Clinker  Bed  Height  on  Clinker  Cooling  Process  on  Clinker Grate Coolers  Used in  Cement  Plant  Ergonomic Evaluation  of dynamic  and  post effects of vibration  on  earthmoving  equipment  operators  View  project  Aerodynamic  Optimization Using  Genetic  Algorithms  View  project  Effect  of  Clinker  Bed  Height  on  Clinker  Cooling Process  on  Clinker  Grate  Coolers  Used  in  Cement  Plant.  In  International  organization  of Scientific Research (Vol. 12). Page. www.iosrjen.org
LafargeHolcim. 2016. Reference Guide for Thermal Technology. Swiss: Holcim. Oyepata, J. S., Akintunde, M. A., Dahunsi, O. A., Yaru, S. S., & Idowu, E. T. (2021). Modelling of clinker cooler and evaluation of its performance in clinker cooling process for cement plants. Nigerian Journal of Technology, 39(4), 1093–1099. https://doi.org/10.4314/njt.v39i4.16
Perry, K. E. 1979. “Cement Manufacturer’s Hand Book”. Chemical Publishing Co., Inc., New York. Sanaye,  S.,  Khakpaay,  N.,  Chitsaz,  A.,  Hassan  Yahyanejad,  M.,  &  Zolfaghari,  M.  (2020).  A comprehensive approach for designing, modeling and optimizing of waste heat recovery cycle and  power  generation  system  in  a  cement  plant:  A  thermo-economic  and  environmental assessment. Energy Conversion and Management, 205.
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112353
Setiyana, B. (2007). Analisis Unjuk Kerja Grate Clinker Cooler pada Proses Produksi Semen (Vol. 9). Shao, W., Cui, Z., & Cheng, L. (2016). Multi-objective optimization design of air distribution of grate cooler  by  entropy  generation  minimization  and  genetic  algorithm.  Applied  Thermal Engineering, 108, 76–83. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.07.088
Taweel, T. J. B., Sokolova, E., Sergeev, V., & Solovev, D. B. (2018). Energy and Exergy Analysis of Clinker  Cooler  in  the  Cement  Industry.  IOP  Conference  Series:  Materials  Science  and Engineering, 463(3). https://doi.org/10.1088/1757-899X/463/3/032101
Wang, S., Yu, H., Lu, S., Wang, X., & Liu, H. (2020). Application of least square support vector machine with adaptive particle swarm parameter optimization in grate pressure optimization setting of grate cooler. Proceedings - 2020 35th Youth Academic Annual Conference  of  Chinese  Association  of  Automation,  YAC  2020,  632–637. https://doi.org/10.1109/YAC51587.2020.9337619
Zanoli, S. M., Pepe, C., & Astolfi, G. (2023). Advanced Process Control for Clinker Rotary Kiln and Grate Cooler †. Sensors, 23(5). https://doi.org/10.3390/s23052805