3.4 Lapisan Isolator Tanur
Dalam pengoperasian tanur, beban yang paling besar terletak pada bagian dasar tanur, akibat dari tekanan baja cair yang panas diatasnya. Untuk itu suhu dasar
tanur, harus sangat diperhatikan. Dalam hal ini suhu dasar tanur harus direncanakan maksimum 350
. Gambar dibawah ini adalah sketsa lapisan dasar tanur terdiri dari tiga bagian,
yaitu : 1.
Lapisan pertama adalah magnesia yang berfungsi sebagai lining A 2.
Lapisan kedua adalah bata tahan api yang berfungsi sebagai isolator panas B. 3.
Lapisan ketiga adalah baja yang berfungsi sebagai penahan beban atasnya C.
Gambar 3.5 Sket untuk Lapisan Tanur
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar : Hc = Tinggi cairan baja
Ht = Tinggi dasar tanur H
1
= Kedalaman dasar magnesia H
2
= Kedalaman dasar bata tahan api H
3
= Kedalaman dasar plat r
1
= Radius dasar tanur r
2
= Radius atas dasar tanur r
3
= Radius atas lapisan A r
4
= Radius atas lapisan B r
5
= Radius atas lapisan C
Untuk dapat merencanakan dasar tanur, harus diketahui data-data yang diperoleh dari lapisan tersebut adalah sebagai berikut :
A. Lapisan A Magnesia
Massa jenis ρ
= 2803,5 kgm
3
Kalor spesifik cp
= 1,13 kjkg C
Konduktifitas panas T
= 650 C ……........…k = 2,77 Wm
C T = 1660
C…………………… 9
, 1
650 -
1200 1200
- 1660
2,77 -
1,9 k
+ =
k = 1,27 Wm
C B.
Lapisan B Bata Tahan Api Massa Jenis
ρ = 2000 kgm
3
Kalor spesifik cp
= 0,96 kjkg C
Universitas Sumatera Utara
Konduktifitas panas k
= 1,09 Wm C
Emesifitas є
= 0,75 C.
Lapisan C Pelat Baja Massa jenis
ρ = 7680 kgm
3
Konduktifitas panas k
= 51,5 Wm C
Kalor spesifikp cp
= C
kg kj
o
46 ,
Kalor spesifik Laten h
= kg
kj 5
, 15
Titik lebur T
= 1510 C
Emesifitas є
= 0,38 Ketebalan
xc = 0,030 m diambil
Konveksi panas pada dasar tanur merupakan beban dengan pelat menghadap kebawah pelat horizontal , sehingga untuk dilakuakan perencanaan ketebalan
isolasi dan distribusi suhu pada setiap lapisan harus terlebih dahulu diketahui koefisien konveksinya dengan perhitungan sebagai berikut :
T
e
= T
w
– 0,25 T
w
- T
∞
T
e
= Suhu evaluasi T
w
= Suhu dasar tanur T
w
= 350 C
T
e
= 350 C – 0,25 350
C - 28 C
T
e
= 350
o
C - 80,75
o
C = 269,25
o
C T
e
= 542,25 K β
= 1Te = 1542, 25K = 0,00184 K
-1
= 1,84 x 10
-3
K
-1
T
f
=
1 2
T
w
- T
∞
suhu film
Universitas Sumatera Utara
T
f
=
1 2
350 C - 28
C T
f
= 161 C = 434 K
Pada kondisi ini kita dapat memperoleh sifat-sifat udara pada tekanan atsmofir dari lampiran. Kita harus melakukan interpolasi untuk mendapatkan nilai
parameter yang kita cari dari tabel tersebut, T = 434 K………….. v = 31,71 x 10
4
mdt K = 0,03597 wm.
o
C Pr = 0,685
Untuk permukaan bundar yang menghadap ke bawah, panjang ekivalen dapat dicari dengan :
D R
9 ,
P A
L
2
π =
= ............................Lihat 5 Halaman 312
A = Luas P = Primeter basah
0,91,8 0,81
L
2
π =
diasumsikan 1,8 m karena tebal isolasi belum diperoleh L
= 1,27 m Untuk memperoleh angka nusselt kita terlebih dahulu mencari angka grashof
Gr
L
=
2 3
. V
L T
Tw g
∞ −
β ............................Lihat 5 halaman 299
Gr
L
= Bilangan Grashop Gr
L
pr =
2 3
. V
L T
Tw g
∞ −
β pr
T
w
= Suhu dinding rata-rata T
∞
= Suhu udara
Universitas Sumatera Utara
Gr
L
pr =
2 6
3 3
10 85
, 29
27 ,
1 28
350 10
84 ,
1
− −
− x
x g
x 0,685 Gr
L
pr = 2,61 x 10
7
Kemudian kita menentukan rumus mencari angka nusselt dengan berdasarkan angka grashof yang kita peroleh tadi.
Nu = 0,13 Grl pr
13
………………………….. lihat 5 halaman 312 Nu
= Bilangan Nushlet Nu
= 0,13 2,61 x 10
7 13
Nu = 38,56
Sedangkan koefisien konveksi pada kondisi ini adalah h
=
L k
Nu
……………………………………......lihat 5 halaman 312
h = 38,56
27 ,
1 .
03597 ,
C m
W
o
h
= 1,092 Wm
o
C.
Dengan demikian kita dapatkan bahwa tahanan termal konveksi pada dasar tanur sehingga dari data-data diatas dapat dijabarkan :
a Tahanan termal lapisan A
W C
m R
C m
W m
k x
R
o a
o a
a a
2
4446 ,
. 27
, 1
35 ,
= =
= x
a
= 0,35 m hasil survei
Universitas Sumatera Utara
A q
=
a a
x T
T k
2 1
− ………………………………………………………a
x
a
= Tebal lapisan A
b Tahanan termal lapisan B
b b
b
k x
R =
A q
=
b b
x T
T k
3 2
− ………………………………………………………b
x
b
= Tebal lapisan b
c Tahanan termal lapisan C
W C
m R
C m
W m
k x
R
o C
o c
c C
2
00582 ,
. 5
, 51
030 ,
= =
=
A q
=
c w
c
x T
T k
3
− ………………………………………………………c
x
b
= Tebal lapisan c
Universitas Sumatera Utara
d Tahanan termal lapisan dasar tanur
W C
m R
Nu R
o u
u
2
026 ,
56 ,
38 1
1
= =
=
A q
=
u w
c
R T
T k
∞
− ………………………………………………….d
Dalam permasalahan perpindahan panas ini, semua lapisan merupakan satu kesatuan dan saling bergantung, sehingga tahanan termal yang melalui tiap-tiap
lapisan ini haruslah sama, sehingga. a
Persamaan b
b
R T
T A
q
3 2
− =
3 2
. T
R A
q T
b
+
=
b Subtitusi persamaan b ke persamaan a
a b
R T
R A
q T
A q
+
−
=
3 1
.
3 1
. .
T T
R A
q R
A q
b a
− =
+
b a
R R
T T
A q
+ −
=
3 1
…………………………………………………………e
Universitas Sumatera Utara
c Persamaan c
c w
R T
T A
q −
=
3
w c
T R
A q
T +
= .
3
d Subtitusikan persamaan c ke e
b a
w c
R R
T R
A q
T A
q +
+
−
= .
1
R
a
+ R
b
A q
+ R
c
A q
= T
c
- T
w
c b
a w
c
R R
R T
T A
q +
+ −
= ……………………………………………………f
e Persamaan d
u w
R T
T A
q
∞
− =
T
w
= R
u
A q
+ T
∞
f Subtitusikan persamaan d ke persamaan e
c b
a u
R R
R T
R A
q T
A q
+ +
+
−
=
∞ 1
R
a
+ R
b
+ R
c
A q
+ R
u
A q
= T
1
- T
∞
u c
b a
R R
R R
T T
A q
+ +
+ −
=
∞ 1
…………… ………………………………g g
Selanjutnya eleminasikan persamaan f dengan persamaan g
Universitas Sumatera Utara
u c
b a
R R
R R
T T
+ +
+ −
∞ 1
=
c b
a w
R R
R T
T +
+ −
1
W C
m R
R R
R C
R C
R C
C R
C C
o b
b b
b o
b o
b o
o b
o o
2
345 ,
1632 08
, 735
1310 1
, 624
47642 ,
1632 45042
, 1310
026 ,
00582 ,
4446 ,
28 1660
00582 ,
4446 ,
350 1660
= +
= +
+ =
+ +
+ +
− =
+ +
−
sehingga kita dapat menghitung ketebalan lapisan B atau lapisan batu bata tahan api, dengan memasukkan nilai R
b
pada rumus:
b b
b
k x
R =
dimana :
mm m
x C
m W
W C
m k
R x
b o
o b
b b
6 ,
37 376
, .
09 ,
1 .
. 345
, .
2 2
= =
= =
h Persamaan g
2 2
2 1
8 ,
1986 4
, 821
, 1632
026 ,
00582 ,
345 ,
4446 ,
30 1660
m W
A q
m W
A q
W C
m C
C R
R R
R T
T A
q
o o
o u
c b
a
= =
+ +
+ −
= +
+ +
− =
∞
Dari hasil yang diperoleh ini dapat diketahui distribusi suhu pada bidang dasar tanur sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
a Persamaan a
Dengan memasukkan nilai kalor per satuan luas yang dihasilkan ke persamaan dibwah diperoleh besar temperatur titik 2
C T
W C
m m
W C
R A
q T
T R
T T
A q
o o
o a
a
67 ,
776 .
4446 ,
. 8
, 1986
1660 .
2 2
2 1
2 2
1
=
−
=
−
= −
=
b Persamaan b
C T
W C
m m
W C
R A
q T
T R
T T
A q
o o
o b
b
22 ,
91 .
345 ,
. 8
, 1986
67 ,
776 .
3 2
2 2
3 3
2
=
−
=
−
= −
=
c Persamaan c
C T
W C
m m
W C
R A
q T
T R
T T
A q
o w
o o
C w
C w
65 ,
79 .
00582 ,
. 8
, 1986
22 ,
91 .
2 2
3 3
=
−
=
−
= −
=
Dengan mengetahui ketebalan pada tiap-tiap lapisan bagian bawah, dapat dihitung semua ukurannya :
H
1
= h
t
+ x
a
= 0,794 + 0,35 m = 1,14 m
H
2
= h
1
+ x
b
= 1,14 + 0,376 m = 1,52 m
Universitas Sumatera Utara
H
3
= h
2
+ x
c
= 1,52 + 0,030 m = 1,55 m
r
3
= R
2
+ x
a
cos 50 = 1,66 + 0,35 0,642 m
= 2,2 m r
4
= R
3
+ x
b
cos 50 = 2,2 + 0,376 0,642 m
= 2,78 m r
5
= R
4
+ x
c
cos 50 = 2,78 + 0,030 0,64 m
= 2,82 m
Universitas Sumatera Utara
3.5 Volume dan Massa Tiap Lapisan Tanur