## ANALISA PERPINDAHAN PANAS DALAM ROTARY KILN UNIT III PT. ANTAM, TBK ( PERSERO ) UBPN SULTRA

## Indriatma
Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin S1 Universitas Halu Oleo Kampus Hijau Bumi Tridarma Anduonohu, Kendari 93232 E-mail: Indriatmast@gmail.com

## Abstrak
Perpindahan panas adalah proses berpindahnya energi dari suatu tempat ketempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu  di  tempat-tempat tersebut,  perpindahan panas juga  dapat  berlangsung  dengan  beberapa  cara konveksi, konduksi dan radiasi. Penelitian ini bertujuan  memberikan gambaran dan informasi mengenai proses perpindahan  panas  dalam  rotary  kiln    PT.  ANTAM  Tbk,  (Persero)  dan  menghitung  panas  yang  terbuang kelingkungan  dari  proses  operasi  rotary  kiln.  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  laju  perpindahan  panas  dari dalam ke dinding rotary kiln dipengaruhi oleh perbedaan temperatur dimana temperature dalam tertinggi berada pada tyre  1-2  pada beban  115  T/H  sebesar  1275 K,  temperature dinding sebesar  775  K  dan temperature lingkungan sebesar  328  K.  Besarnya  panas  yang  terbuang  berada  pada  tyre  3-4  dimana beban  40  t/h 153.549 Pada beban 70 t/h sebesar155.330 pada charge 115 t/h  sebesar 222.036 joule.
Kata kunci: PT.Antam,Tbk (Persero), Rotary kiln, Perpindahan panas.

## Abstract
Heat tranfer  is   migration process energy  from a place to the others, because of differences in temperature in these places, the heat transfer can take place in several ways convection, conduction and radiation. Objectives of this  research  are  to  provide  an  overview  and  information  on  the  heat  transfer  process  in  a  rotary  kiln  PT. ANTAM  Tbk  (Persero)  and  calculate  the  wasted  heat  kelingkungan  of  the  rotary  kiln  operation.  The  results showed that the rate of heat transfer to the  walls of the rotary kiln is influenced by the temperature difference where the highest temperature in the tire is at 1-2 on the load 115 T / H at 1275 K, the temperature of the walls at 775 K and ambient temperature of 328 K. The amount the waste heat is at 3-4 where the tire load of 40 t / h 153 549 at load 70 t / h on a charge amounting to 155 330 115 t / h of 222 036 joules.
Keyword: PT.Antam,Tbk (Persero), Rotary kiln, Heat transfer.

## 1. Pendahuluan
Penggunaan perpindahan panas dalam sebuah industri sangat penting. Dalam sebuah industri perpindahan panas dapat berupa pemanasan dan saat pengolahan bahan baku dan saat pengeringan.  Pengaturan untuk melakukan pindah panas dalam industri diperlukan untuk menjaga mutu dari bahan itu sendiri. PT. ANTAM  Tbk,  (persero)  merupakan salah satu
industri FeroNikel yang  menggunakan  proses perpindahan panas pada rotary Kiln.
Rotary  Kiln merupakan sebuah perangkat pyroprocessing yang digunakan untuk menaikkan material  sampai pada suhu tinggi  (kalsinasi) dalam suatu  proses  berkelanjutan.  Material  yang biasanya diproduksi menggunakan rotary  kiln meliputi: Semen,  Kapur,  Refraktori, Titanium dioksida, Alumina, Bijih besi.
Rotary  kiln dilengkapi dengan  burner  yang terpasang pada ujungnya,  udara panas  yang
dihembuskan berlawanan arah dengan laju material yang  masuk untuk  proses kalsinasi.  Proses  ini bertujuan untuk mengurangi kadar  LOI  (Lost  of Ignation) ≤  0,01.  Kadar  LOI  yang tinggi mengganggu kestabilan dalam tanur yang  dapat mengakibatkan goncangan yang  kuat  di  dalam tanur. Rotary Kiln memiliki dimensi panjang 90 m untuk unit 1 dan unit 2, sedangkan unit 3 memiliki panjang 110 m.

## 2. Tujuan penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Untuk memberikan gambaran dan informasi mengenai  proses  perpindahan panas dalam rotary kiln PT. ANTAM Tbk, (Persero).
b. Menghitung panas yang terbuang kelingkungan dari  proses  operasi rotary kiln

## 3. Batasan masalah
Batasan  masalah  dalam  penelitian  ini adalah
a. Proses berlangsung steady state
b. Rotary Kiln berlangsung normal
c. Pembakaran batubara berlangsung sempurna.
d. Perpindahan panas dari flame burner diabaikan
e. Perhitungan dititik beratkan pada perpindahan panas dari dinding ke lingkungan.
f. Perpindahan radiasi diabaikan.

## 4. Teori dasar
4.1  Perpindahan Panas Perpindahan panas
adalah
proses berpindahnya  energi  dari  suatu  tempat  ketempat yang  lain  dikarenakan  adanya  perbedaan  suhu  di tempat – tempat tersebut. Perpindahan panas dapat berlangsung dengan beberapa cara seperti:
A. Konveksi B. Konduksi
C. Radiasi

## A. Konveksi
Proses  perpindahan  energi  dengan  kerja gabungan  dari  konduksi  panas,  penyimpanan energi,  dan  proses  mencampur.  Proses  ini  terjadi pada  permukaan  padat,  cair  dan  gas.  Perpindahan panas  konveksi  tergantung  dari  viskositas  fluida. Disamping  ketergantungan  nya  terhadap  sifat-sifat termal  fluida,  seperti:  konduktivitas  termal,  kalor spesifik,  dandensitas.  Hal  ini  disebabkan  karena viskositas  mempengaruhi  laju  perpindahan  energi di daerah dinding. Seperti persamaan dibawah ini.
q = h. A . (Tw – T  )
ada dua jenis perpindahan panas konveksi yaitu :

## 1) Konveksi alami
Gerakan  fluida  dalam konveksi  bebas,  baik fluida  gas  maupun  cair,  terjadi  karena  gaya  apung yang  alami  apabila  densitas  fluida  di  dekat permukaan  perpindahan  kalor    berkurang  sebagai akibat  proses  pemanasan. Gaya  apung  ini  tidak akan  terjadi  apabila  fluida  itu  tidak  mengalami sesuatu  gaya  dari  luar  seperti  gaya  gravitasi, walaupun  gravitasi  bukan  satu-satunya  gaya  luar yang dapat menghasilkan arus konveksi bebas.
2) Konveksi paksa
Konveksi paksa disebabkan karena adanya gaya pemaksa yang  menyebabkan fluida bergerak dan mempunyai kecepatan. yang menyebabkan fluida bergerak dan mempunyai kecepatan. Pada umumnya peralatan untuk memindahkan panas pada  industry  maupun otomotif menggunakan sisitem konveksi paksa.

## B. Konduksi
Definisi  konduksi  atau  pengertian  hantaran konduksi yaitu  perpindahan  kalor  melalui  suatu bahan,  yang  tidak  disertai  perpindahan  bahan  itu.
Proses hantaran kalor ini disebabkan oleh molekul- molekul  bahan  logam  yang  suhunya  lebih  tinggi akan bergetar lebih cepat dan membentur molekul- molekul  lain  yang  suhunya  lebih  rendah. Seperti persamaan dibawah ini.
q = -k ( )

## C. Radiasi.
Merupakan  proses  transport    panas  dari  benda bersuhu tinggi kebenda bersuhu rendah bila benda- benda  itu  terpisah  didalam  suatu  ruangan  bahkan bila  terdapat  diruang  hampa  diantara  benda-benda tersebut, seperti pada persamaan dibawah ini.
Q pancaran = σ . A.T 4
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju perpindahan kalor secara radiasi 1) Tetapan Stefan Boltzmann 2) Luas permukaan A, makin besar luas permukaan makin cepat perpindahan kalor.
3) Suhu,  makin  besar  beda  suhu  makin  cepat perpindahan kalor
4) Emisivitas

## Bilangan Reynold
Bilangan  Reynolds  merupakan  bilangan tak berdimensi  yang  dapat  digunakan  untuk menetukan  jenis  aliran,  apakah  aliran  tergolong aliran  laminar  atau  aliran  turbulen. Bilangan Reynolds sangat dipengaruhi  oleh kecepatan aliran fluida  dan  kekentalan fluida.bilangan  Reynolds terbagi dua, yaitu :

## 1) Internal Flow
Merupakan aliran fluida yang mengalir didalam pipa.untuk  aliran  internal,  jenis  aliran  yang  terjadi dapat  diketahui  dengan  mendapatkan  bilangan Reynolds dari persamaan :

## = .

## 2) Eksternal Flow
Merupakan aliran fluida diluar atau aliran fluida yang  mengalir  pada  permukaan  suatu  benda.untuk menentukan  jenis  aliran,  dapat  diketahui  dengan menentukan nilai Reynolds dengan persamaan :

## = .

## 4.2 Bilangan Nusselt
Bilangan  Nusselt  adalah  rasio pindah  panas konveksi  dan  konduksi  normal  terhadap  batas dalam  kasus  pindah  panas  pada  permukaan  fluida; bilangan nusselt adalah satuan tak berdimensi yang dinamai  menggunakan  nama  Wilhelm  Nusselt. Aliran  panas  konduksi  dan  konveksi  sifatnya sejajar  satu  sama  lainnya  dan  terhadap  permukaan normal terhadap bidang batas, sehingga

## 4.3 Konduktivitas Termal
Konduksi  termal  adalah  suatu  fenomena transport di mana perbedaan temperatur menyebabakan  transfer  energi  termal  dari  satu daerah  benda  panas  ke  daerah  yang  sama  pada
temperatur  yang  lebih rendah. Panas  yang  di transfer dari satu titik ke titik lain melalui salahsatu dari  tiga  metoda  yaitu  konduksi,  konveksi,  dan radiasi.
konduktivitas  termal  =  laju  aliran  panas  × jarak / ( luas × perbedaan suhu ).

## 4.4 Rotary Kiln
Rotary  Kiln    adalah  sebuah  perangkat pyroprocessing yang  digunakan  untuk  menaikkan temperatur  material  sampai  pada  suhu  tinggi (kalsinasi) dalam suatu proses berkelanjutan.
Rotary Kiln memiliki tiga penyangga / support untuk dapat menahan berat kiln tersebut, penyangga  ini  sangat  berperan  penting  untuk menahan  tanur  kiln  agar  tidak  jatuh  dan  di  salah satu  suppor  tersebut  terdapat  satu  motor  yang berfungsi untuk  memutar  kiln  saat  beroperasi, seperti pada gambar 1 berikut ini.
(Sumber: PT.Antam, 2015)

## 4.5 Komponen Rotary Kiln
Komponen dari rotary kiln sebagai berikut :
a) Shell b) Refractory c) Tyre d) Roller e) Thruster f) Gear Box g) Burner h) Blower

## 4.6 Prinsip Kerja Rotary Kiln
Karena  kiln  berputar,  maka  material  secara bertahap  bergerak  menuju  ujung  bawah,  dan tentunya  akan  mengalami  sejumlah  pengadukan dan  pencampuran.  Gas  panas  melewati  sepanjang kiln,  kadang-kadang  dalam  arah  yang  searah dengan  material  yang  diproses  (co-current),  tetapi biasanya  dalam  arah  yang  berlawanan  (counter- current). Gas panas dapat dihasilkan dalam tungku
Dinding Lingkungan Feed 1 2-Jan 11,5 430 43 32 2 3-Feb 21,5 340 40 32 3 3 – 4 31,5 185 37 32 4 5-Apr 34,5 104 35 32 No Tyre
Panjang (m)
Temperatur ( o C) Tyre Panjang(m) Beban t/h) Putaran (rpm) T1 Kalsine P1 P2
1 1-2 11,5 90 0,8 855 743
2 2-3 21,5 90 0,8 790 743 3 3-4 33,5 90 0,8 634 743
4 4-5 34,5 90 0,8 290 743 NO KILN Temperatur (°C) 100 200
Tekanan (m3/min)
eksternal,  atau  dapat  dihasilkan  oleh  api  di  dalam tungku. Api  yang dihasilkan  dari burner-pipe (atau firing  pipe)  berperan  seperti bunsen-burner yang besar.  Bahan  bakar  untuk  pembakaran  ini  bisa berasal dari bubuk.
Gambar 2. Prinsip kerja Rotary Kiln
(Sumber http://www.cementkilns.co.uk/)

## 5. Metodologi penelitian
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Waktu  pelaksaan  penelitian  adalah  bulan november – desember  2015.  Tempat  pelaksanaan penelitian  di  rotary  kiln  unit  3  PT.  ANTAM  Tbk, (Persero) UBPN Sultra.
B. Alat dan bahan
Penelitian ini menggunakan data yang ada pada computer unstuck memonitor kondisi rotary  kiln yang  ada pada central  control  room  (CCR) dan Thermometer Infrared.
C.
Prosedur pengambilan data Dalam melaksanakan penelitian ini,
pengumpulan
data
dilakukan dengan menggabungkan  data  sistem  komputer  pada  ruang kontrol dan data pengukuran langsung.
1. Data sistem  komputer ruang control meliputi :
 Kapasitas material yang masuk (T/H)
 Putaran rotary kiln (Rpm)
 Temperatur dalam rotary kiln ( o C)
 Presure air primary (m3/min)
 Presure air secondary (m3/min)
2. Data pengukuran langsung meliputi:
 Spesifikasi rotary kiln
 Temperatur dinding rotary kiln (oC)
 Temperatur lingkungan (oC)
 Temperatur masuk material ( o C)
6.

## Hasil dan pembahasan
Pengambilan  data  dilakukan  pada  saat  rotary kiln  unit  3  beroperasi  dengan  melihat  proses  pada sistem  komputer  untuk  mengatur  /  mengontrol agar  proses  produksi  berjalan sesuai  standar operation  prosedur  (SOP)  yang  berlaku  pada  PT. Antam,  (persero)  Tbk. dan  pengukuran  secara langsung Seperti  pada  gambar dan  tabel  hasil pengamatan dibawah ini.
Gambar 3. Monitor control operasi rotary kiln. (Sumber: PT. Antam, 2015)
Gambar 4. Pengukuran langsung operasi rotary kiln. (Sumber: PT. Antam, 2015)
Tabel 1. Data pengamatan system komputer rotary kiln.
Tabel 2. Data Pengukuran dengan termometer infra merah.
 Diameter dalam = 5,3 m
 Diameter luar = 5,75 m
 Konduktivitas termal beton = 0,8  w/m.K
 Konduktivitas bahan baja = 50  w/m.K
 Panjang tyre 1-2 = 11,5 m
 Tahanan Termal A = 0,0014 .
 Tahanan Termal B = 4,69x 10 ² .
p Cp µ v
k
kg/m 3 ( kj / kg. o C) ( kg / m.s ) (m 2 /s) (W/m.K) Pr 0.6998 1.0303 2.685x10 -5 38.42x10 -6 0.04064 0.68 54000 56000 58000 60000 62000 64000 40 70 115 Q (jo ul e ) Beban (T/H) Grafik Laju perpindahan panas dari dalam kelingkungan terhadap variasi beban Laju perpindaha n panas

Laju perpindahan panas (q) q = ( ) = ( ) , ². , ².
= 276.751 W/m
Laju  perpindahan  panas  dari  dalam  ke permukaan dinding rotary kiln unit 3 pada tyre 1-2  dengan  beban  40  t/h  adalah 276.751 W/m
 Suhu limbak
Tf  =  (Tw + Tb) / 2 =   (701.66 + 306) / 2 = 503,83 K (dibulatkan menjadi     504 K )
 Interpolasi temperatur dan densitas
T p 500 0.7048 504 x 550 0.6423
Cara melakukan interpolasi :
X  = ρ a + (Tb-Ta) / (Tc – Ta).( ρ c - ρ a ) = 0,7048 + (0,8) x (-0,625)
=  0.6998kg/m 3

## Berdasarkan hasil interpolasi
 Bilangan Reynold = 276.271,13
 Bilangan prandalt  = 133.879
 Koefisien perpindahan panas(h)
h = N Ud = . / . , x (133.879)
= 1,206 W/m. K
 Laju perpindahan panas
Q = h.A.∆T
=   h. 2πL.(T1 -T3)
= 1,206 W/m. K
x 2x3,14 x 11,5
(1090 K -320 K )
=  57.087 joule
Panas  yang  terbuang  kelingkungan  pada tyre 1-2 beban 40 t/h adalah 57.087 joule
Dengan  cara  yang  sama  maka  didapatkan hasil perhitungan pada lamiran 4-7
 Grafik
Grafik 1 : laju perpindahan panas dari dalam kepermukaan dinding terhadap variasi beban
Grafik  diatas  menunjukan  laju  perpindahan panasdari  dalam  ke  permukaan  dinding  kiln    pada tyre  1-2  dengan  varisi  beban.  Dari  grafik  terlihat bahwalaju perpindahan panas meningkat berdasarkan  besarnya  beban    yang  masuk  kedalam rotary  kiln.  Pada  beban  40  t/h  laju  perpindahan panas  sebesar  276.751  W/m  ,  pada  beban  70  t/h laju  perpindahan  panas  sebesar  321.592  W/m  dan pada  charge  115  t/hperpindahan  panas  sebesar 350.318 W/m.
Grafik 2 : laju perpindahan panas dari dalam kelingkungan terhadap variasi beban
Grafik  diatas  menunjukan  laju  perpindahan  panas dari dalam ke lingkungan rotary kiln  pada tyre 1-2 dengan varisi beban 40 t/h, 70 t/h dan 115 t/h. Dari grafik  terlihat  bahwa  panas  yang  terbuang meningkat berdasarkan besarnya bebanyang masuk kedalam  rotary  kiln.  Pada  charge  40  t/h  laju perpindahan  panas  sebesar    57.087joule,  pada charge 50 t/h perpindahan panas sebesar 62.021joule  dan  pada  charge  115  t/h    perpindahan panas sebesar 62.351joule.

## 7. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini :
1. Proses  perpindahan  panas  pada  rotary  kiln  unit secara  konduksi  dan  konveksi  paksa,  panas merambat dari dalam sampai keluar kelingkungan  hal  ini  terjadi  dengan  adanya perbedaan temperatur dimana temperatur dalam tertinggi  berada  pada  tyre  1-2  pada  beban  115 T/H sebesar 1275 K, temperatur dinding sebesar 775  K  dan  temperatur  lingkungan  sebesar  328 K.
2. Berdasarkan  perhitungan  panas  yang  terbuang kelingkungan  terbesar  pada  tyre  3-4dengan beban  40  t/h  153.549  joule  dengan  luas permukaan (A) 210.38 m, koefisien perpindahan  panas  (h)  1,0828  W/m.k,  bilangan reynold  (Re)  319.863  aliran  turbulen,  bilangan nusselt (Nu) 151.442. Pada beban70 t/h sebesar 155.330  joule  dengan  luas  permukaan  (A) 210.38  m,  koefisien  perpindahan  panas  (h) 1,0825  W/m.k,  bilangan  reynold  (Re)  322.893 aliran  turbulen,  bilangan  nusselt  (Nu) 152.112 dan  pada  beban  115  t/h    sebesar  222.036 jouledengan    luas  permukaan  (A)  210.38  m, koefisien  perpindahan  panas  (h)  0,911  W/m.k, bilangan  reynold  (Re)  239.568  aliran  turbulen, bilangan nusselt (Nu) 119.791.

## Daftar Pustaka
R.W.  Serth,  “Process  Heat Transfer  Copyright”, UK: Elsevier Ltd, 2007.
Dr.  Eduardo  Cao,  “Heat  Transfer  in  Process Engineering”  ,  New  York:  The  McGraw -Hill Companies, Inc, 2010.
Adrian  Bejan  &  Allan  D.  Kraus,  “Heat  Transfer Handbook”,  New  Jersey:  John  Wiley  &  Sons,  Inc, 2003.
T.  Kup pan,  “Heat  Exchanger  Design  Handbook”, New York: Marcel Dekker, Inc, 2000.
Geankoplis, C.J. 1987. Transport Process and Unit Operations. A11yn and Bacon Inc.
Hartono,  Rudi.  2008.  Penukar  Panas.  Cilegon, Banten: Penerbit Camelia.
Holman,  J.P.  1987.  Heat  Transfer.  New  York:  Mc Graw Hill.
Kern,  D.Q.  1950.  Process  Heat  Transfer.  New York: Mc Graw Hill.
Masyithah,  Z  dan  Haryanto,  B.  2006.  Perpindahan Panas. Medan: USU
Sholeh,  Muhamad.  2009.  Perpindahan  Panas. (http://www.mohammadsholeh. wordpress.com/2009/08/18/amphp-ampp-5/) [8 Mei 2011]
Kern,  D.Q.,  “Process  Heat  Transfer”,  International Student  Edition,  McGraw  Hill  Kogakusha,  Ltd., New York.