m L
r r
L
46 ,
3 97
, 3
9 ,
985 ,
1 .
2 .
9 ,
.
2 10
2 10
= =
=
π π
6 6
2 3
2 3
10 .
66 ,
7 Pr
10 .
93 ,
38 68
, 46
, 3
. 30
500 10
. 96
, 1
. 81
, 9
Pr .
Pr
= −
= −
=
− −
∞
Gr V
L T
T g
Gr
w
β
karena nilai GrPr 2.10
8
maka kita menggunakan persamaan
63 ,
25 10
. 66
, 7
13 ,
Pr 13
,
3 1
6 3
1
= =
=
Nu Gr
Nu
sehingga koefisien perpindahan kalor konveksi tutup atas adalah:
K m
W h
L k
Nu h
. 302
, 46
, 3
04089 ,
63 ,
25
2
= =
=
3.7 Emisivitas Udara Dalam Tanur
Keadaan dalam tanur merupakan permasalahan perpindahan kalor secara radiasi dengan medium yang bersifat absorbsi dan transmisi. Permukaan cairan
logam merupakan sumber kalor radiasi dan bidang diatasnya Aa = dinding silinder serta tutup tanur merupakan bidang yang menerima radiasi dan udara yang
terkurung didalamnya merupakan medium yang bersifat absorbsi dan transmisi.
Dengan demikian dapat kita cari
Universitas Sumatera Utara
A
b
= 8,24 m
2
bidang permukaan cairan A
a
= A
s
+ A
2
= 15,87 + 8,66 m
2
= 23,36 m
2
Fbg = Fag = 1 karena kedua bidang bersentuhan dengan udara.
Fba = 1 = karena bidang ini tertutupi
a 196
, 38
, .
36 ,
23 38
, 1
. 1
= −
= ∈
∈ −
b a
b
A b
0065 ,
75 ,
. 36
, 23
75 ,
1 .
1 =
− =
∈ ∈
−
a a
a
A c
136 ,
1 12
, 1
1 1
1 1
= −
= −
g
Fba ε
d 011
, 1
24 ,
8 .
12 ,
. 1
1 .
. 1
= =
∈
b g
A Fbg
e 306
, 12
, .
1 .
36 ,
23 1
. .
1 =
= ∈
g a
Fag A
f Ebb
= σ T
1 4
= 5,669 x 10
-8
1933
4
= 824737 w Diamana :
b
∈ = 0,38
a
∈ = 0,75
g
∈
= 0,12 T
1
=Temperatur cairan = 1660
o
C =1933
o
K σ
= konstanta Bolztman = 5,669 . 10
-8 4
2
. K m
W
3.8 Radiasi pada tutup dan dinding tanur
Karena diantara dua pelat-pelat itu berisi cairan dan kedua pelat-pelat sejajar itu, maka dapat digambarkan jaringan radiasi sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Ab.Ebb Ab.jb
1- Є
b Є
b
Fbg. Є
g Fba1-
Є g
Aa.ja
Fag. Є
g Є
a 1-
Є a
Aa.EbA 1
2
3 4
5
1 1
1
Ab + Aa Є
bg
Gambar 3.12 Jaringan Radiasi dalam Tanur
a Tinjauan titik 1-2
Pertukaran kalor secara radiasi dari permukaan cairan baja dengan udara q
=
b b
Jb Ab
Ebb Ab
∈ ∈
− −
1 .
.
Jb =
q Ab
Ebb
b b
∈ ∈
− −
. 1
Jb = Ebb – 0,198 q …………………………………………………..1
Dimana : A
a
= Luas bidang dasar tanur A
b
= Luas bidang permukaan cairan
b Tinjauan titk 4-5
Pertukaran kalor secara radiasi dari permukaan udara dengan bidang diatas tanur.
Universitas Sumatera Utara
q =
a a
Eba A
Ja Aa
a
∈ ∈
− −
1 .
.
Ja =
q A
Eba
a a
a
∈ ∈
− +
. 1
Ja = Eba + 0,0065 q ……………………………………………………2
c Tinjauan titik 2-4
Pertukaran kalor secara transmisi dari permukaan cairan baja dengan permukaan bidang atas melalui udara
q
t
=
Fg Fba
Ja A
Jb A
a b
− −
1 1
. .
q
t
= 136
, 1
. .
Ja Aa
Jb Ab
− ……………………………………………….....3
d Tinjauan titk 3-4
Pertukaran kalor secara absorbsi dari permukaan cairan baja dengan udara. q
a
=
g a
b
Fag Ja
A Jb
A ∈
− .
1 .
.
Ebg =
a g
q Fag
Ja ∈
+ .
1
Ebg Jb
q Fbg
A
a g
b
− =
∈ .
. 1
…………………………………………………...4 Subsitusikan persamaan 4
g a
a g
b
Fag A
Ja Jb
q Fbg
A ∈
+ −
= ∈
. .
1 .
. 1
Universitas Sumatera Utara
Jb – Ja =
a g
a g
b
q Fag
A Fbg
A .
. 1
. .
1 ∈
+ ∈
Jb – Ja = 1,011 + 0,306 q
a
q
a
= 316
, 1
JA Jb
− …………………………………………………………….5
Kalor Total yang dipindahkan secara trasmisi dan absorbsi Kalor total yang dipindahkan secara transmisi dan absorbsi haruslah sama
dengan jumlah perpindahan kalor antara kedua bidang permukaan, sehingga : q = q
a
+ q
t
q =
136 ,
1 .
. 316
, 1
Ja A
Jb A
Ja Jb
a b
− +
−
q = 0,76 Jb – 0,76 Ja + 7,25 – 23,99 Ja
q = 8,01 Jb - 21,32 Ja ..............................................................................6
Subtitusikan persamaan 6 dan 1 q
= 8,1 Ebb – 0,198 q – 21,32 Ja q
= 8,1 Ebb – 1,6 q -21,32 Ja Ja
= 0,3 Ebb – 0,105 q ...........................................................................7 Subtitusikan persamaan 7 dan 2
Eba + 0,0065 q = 0,3 Ebb – 0,13 q 0,138 q = 0,3 Ebb – Eba
1 = 1792906 - 4,1 x 10
-7
T
a 4
…………………………………………..8 Kalor yang dikondusikan oleh dinding tanur qa
q
s
=
a s
a
A Eba
Ja ∈
∈ −
− .
1
Universitas Sumatera Utara
q q
s
=
a a
a a
s a
. A
Eba Ja
. A
Eba Ja
∈ ∈
− −
∈ ∈
− −
1 1
q
s
=
a s
A A
q
s
= 15,8723,36 q q
s
= 0,68 q Sehingga :
0,68 q =
5 ,
51 9
10 1
09 ,
1 2
9 1
. 2
r r
n r
r n
T T
L
a
+ ∞
−
π
0,68 q =
15 ,
5 96
, 1
985 ,
1 1
09 ,
1 66
, 1
96 ,
1 1
. 5
, 1
14 ,
3 2
n n
T T
a
+ −
∞
q =
014 ,
∞ −T
T
a
………………………………………………….9 Untuk kedua nilai Ta dan q dapat dicari dengan metode grafis ataupun
metode coba-coba. Dari data yang diperoleh :
T
a
= 1428,4 K = 1155,4
C q
= 80385,7 w Dari persamaan 1
Jb = Ebb – 0,2653 q
Jb = 824737 – 0,198 80385,7
Jb = 808820,6 w
Universitas Sumatera Utara
Dari persamaan 6 q
a
= 8,01 Jb – 21,32 Ja 80385,7
= 8,01 808820,6 – 21,32 Ja Ja
= 300106,3 w Dari persamaan 5
w qa
Ja Jb
qa
9 ,
38656 316
, 1
300106,3 6
, 808820
316 ,
1
= −
= −
=
dari persamaan 4 Ebg
= qa
. .
. 1
Ja
g
Fag Aa
∈ +
Ebg = 300106,3 +
9 ,
38656 .
12 ,
. 1
. 36
, 23
1
Ebg = 438006,16 w
Suhu udara dalam tanur Ebg
= σ T
g 4
T
g 4
= Ebg σ
T
g 4
= 438006,16 W 5,66 x 10
-8 4
2
. K m
W
T
g 4
= 6,41 x 10
12 4
2
. K m
W
T
g
= 1498,74
o
K = 1225,7 C
Universitas Sumatera Utara
3.8.1 Distribusi suhu pada dinding silinder
q
s
=
09 ,
1 1
2
2 9
5
r r
n T
T L
a
−
π
0,68 q =
09 ,
1 66
, 1
96 ,
1 1
4 ,
1428 73
, 1
14 ,
3 2
5
n T
−
T
5
= 1428,4 K - 771,6 K = 656,8 K = 383,8
o
C Sedangkan pada lapisan E pelat baja
q
s
=
5 ,
51 1
2
9 10
6 5
r r
n T
T L
−
π
0,682 =
5 ,
51 985
, 1
985 .
11 1
8 ,
656 5
, 1
14 ,
3 2
6
n T
−
T
6
= 656,8 K - 1,25 K T
6
= 655,5 K = 382,5
o
C Dari hasil T
6
dibawah 500 C, sehingga ketebalan sebesar 0,3 m dapat
diterima. q
s
panas yang merambat pada dinding tanur diasumsikan sama dengan q
f
panas yang merambat pada tutup tanur 3.8.2
Distribusi panas pada tutup tanur Tebal isolasi tutup tanur x
f
q
f
= h
r k
x k
x T
T A
g f
a 10
2
1 +
+ −
∞
0,682 80385,7 =
985 ,
1 302
, 1
5 ,
51 025
, 09
, 1
300 4
, 1428
66 ,
8 +
+ −
f
x
x
f
= 0,29 m
Universitas Sumatera Utara
q
f
= 09
, 1
7 2
f a
x T
T A
−
0,682 80385,7 = 09
, 1
29 ,
4 ,
1428 66
, 8
7
T −
T
7
= 588,7 K = 315,7 C
q
f
= 5
, 51
7 2
g a
x T
T A
−
0,682 80385,7 = 5
. 51
025 ,
7 ,
588 66
, 8
8
T −
T
8
= 587,2 K = 314,2
o
C
3.9 Volume dan Massa dinding dan tutup tanur
Dari perhitungan diatas, dapat diketahui volume dari massa dari masing- masing-lapisan, yaitu :
3.9.1 Lapisan D
Volume Lapisan D V
D
= π [R
9 2
- R
2 2
] L = 3,14 [1,96
2
- 1,66
2
] 1,73 V
D
= 5,89 m
3
Massa lapisan D m
D
= ρ . V
D
= 2000 kgm
3
5,89 m
3
m
D
= 11798,74 kg
Universitas Sumatera Utara
3.9.2 Lapisan E
Volume lapisan E V
E
= π [R
10 2
- R
9 2
] L = 3,14 [1,985
2
- 1,96
2
] 1,73 V
E
= 0,536 m
3
Massa Lapisan E m
E
= ρ . V
E
= 7680 kgm
3
0,536 m
3
m
E
= 4211 kg 3.9.3
Lapisan F Volume Lapisan F
V
F
= A
2
. x
f
= 8,66 x 0,29 = 2,51 m
3
Massa Lapisan F m
F
= ρ . V
F
= 2000 kgm
3
2,51 m
3
= 5022,8 kg 3.9.4
Lapisan G Volume Lapisan G
V
G
= A
2
. X
G
= 8,66 x 0,025 = 0,23 m
3
Massa Lapisan G
Universitas Sumatera Utara
m
G
= ρ .V
G
= 2000 kgm
3
0,23 m
3
= 433 kg 3.9.5
Udara dalam tanur Volume udara dalam tanur
V
U
= π. R
2 2
. L = 3,14 1,66
2
1,73 V
U
= 14,96 m
3
Massa udara dalam tanur Dari lampiran Diperoleh
ρ
udara
= 0,23 kgm
3
m
u
= ρ . V
U
= 0,23 kgm
3
x 11,5 m
3
m
u
= 2,63 kg 3.9.6
Massa tanur keseluruhan Dengan diketahui berat bagian tanur, maka kita dapat kita ketahui berat
keseluruhan adalah : m
TB
= MassaTanur Busur Listrik m
TB
= m
A
+ m
B
+m
C
+ m
D
+ m
F
+ m
G
= 10793,5 + 19840 + 943,2 + 11798,74 + 4211 + 433 kg m
TB
=48019,44 kg
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 PERENCANAAN DAYA
