Literatur Furnace

TINJAUAN PUSTAKA FURNACE

1 Proses Perpindahan Panas

Pada umumnya proses yang terjadi di dalam industri-industri kimia sering

melibatkan energi panas, misal nya proses perpindahan panas. Pengetahuan

tentang proses perpindahan panas sangat diperlukan untuk dapat memahami

peristiwa-peristiwa yang berlangusng dalam proses pemanasan, pendinginan,

evavorasi, evavorasi, dan lain-lain.

Industri kimia membutuhkan alat bantu untuk melaksanakan operasi

pertukaran panas (heat transfer) yang disebut alat penukar panas. Dimana dengan

alat ini dapat dilakukan pengendalian terhadappanas yang terlibat dalam proses.

Furnace merupakan salah satu alat batu dalam melakukan operasi pertukaran panas

di industri kimia. (Mc. Cabe, 1999)

2 Furnace (Dapur)

Furnace adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan panas yang

dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar dalam suatu ruangan ke fluida

yang dipanaskan sampai mencapai suhu yang diinginkan (Priyo Utomo, 1998).

Struktur furnace berupa bangunan berdinding plat baja yang bagian dalamnya

dilapisi oleh material tahan api, batu isolasiuntuk menahan kehilangan panas ke

udara melalui dinding furnace dan refractory. Mekanisme perpindahan panas dari

sumber panas ke penerima dibedakan atas tiga cara, yaitu:

1. Perpindahan Panas secara Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dimana

melekul-molekul dari zat perantara tidak ikut berpindah tempat tetapi molekul-

molekul tersebut hanya menghantarkan panas atau proses perpindahan panas dari

suhu yang tinggi ke bagian lain yang suhunya lebih rendah.

2. Perpindahan Panas secara Konveksi

Perpindahan panas secara konveksi diakibatkan molekul-molekul zat

perantara ikut bergerak mengalir dalam perambatan panas atau proses

perpindahan panas dari satu titik ke titik lain dalam fluida antara campuran fluida

dengan bagian yang lain. Perpindahan panas ini dapat dibedakan menjadi dua

macam, yaitu:

a. Konveksi alam (Natural Convection)

Perpindahan panas yang terjadi bila aliran panas yang berpindah diakibatkan

perbedaan berat jenis. Pada konveksi alam aliran fluida disebabkan oleh

perbedaan suhu antara bagian satu dengan bagian lainnya sehingga terjadi

perbedaan densitas. Densitas bagian fluida dingin lebih besar dari bagian fluida

panas. Aliran terjadi akibat adanya perbedaan densitas.

b. Konveksi paksa (Forced Convection)

Perpindahan panas yang terjadi bila aliran fluida disebabkan oleh adanya

gerakan dari luar, seperti pemompaan, pengadukan, dll.

3. Perpindahan Panas secara Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi

karena perpindahan energi melalui gelombang elektromagnetik secara pancaran

atau proses perpindahan panas dari sumber panas ke penerima panas yang

dilakukan dengan pancaran gelombang panas. Antara sumber panas dengan

penerima panas tidak terjadi kontak. Bagian dapur yang terkena radiasi adalah

ruang pembakaran. (D.Q. Kern,1965)

Untuk pembakaran, bahan bakar yang digunakan pada furnace biasanya

terdiridari bahan bakar gas (fuel gas), bahan bakar minyak (fuel oil), kombinasi

bahanbakar gas dan minyak, serta bahan bakar padat seperti batubara, tergantung

seberapa besar panas yang ingin dihasilkan serta aspek keekonomisannya.

Besarnya beban panas yang harus diberikan oleh furnace kepada fluida yang

dipanaskan bergantung pada jumlah umpan dan perbedaan suhu inlet dan outlet

umpan yang ingin dicapai.

Semakin besar perbedaan suhu dan semakin banyak jumlah umpan, maka

beban dapur akan semakin tinggi. Namun, juga harus diperhatikan, bahwa suhu

yang dicapai oleh fluida proses yang dipanaskan tidak boleh mencapai suhu

dimana dapat terjadi thermal cracking pada fluida proses yang dipanaskan.

Thermal cracking akan mengakibatkan terbentuknya gas-gas ringan yang akan

mengakibatkan volume fluida hasil pembakaran menjadi sangat besar dan

melebihi volume pipa fluida proses. Bila hal ini terjadi, dapat menimbulkan

bahaya berupa meledaknya furnace. Thermal cracking dapat pula mengakibatkan

terbentuknya coke yang dapat mengurangi luas perpindahan panas pada furnace.

Furnace pada dasarnya terdiri dari sebuah ruang pembakaran yang

menghasilkan sumber kalor untuk diserap kumparan pipa (tube coil) yang

didalamnya mengalir fluida. Dalam konstruksi ini biasanya tube coil dipasang

menelusuri dan merapat kebagian lorong yang menyalurkan gas hasil bakar (flue

gas) dari ruang bakar ke cerobong asap (stack). Perpindahan kalor yang diruang

pembakaran terutama terjadi karena radiasi disebut seksi radiasi (radiant section),

sedangkan saluran gas hasil pembakaran terutama oleh konveksi disebut seksi

konveksi (convection section). Untuk mencegah supaya gas buangan tidak terlalu

cepat meninggalkan ruang konveksi maka pada cerobong seringkali dipasang

penyekat (damper). Perpindahan panas kalor melalui pembuluh dikenal sebagai

konduksi.

Gambar 1.1. Skema Furnace

3 Tipe Furnace

1. Furnace Berdasarkan Konstuksinya Secara Umum terdiri dari:

Tipe Box

Furnace yang berbentuk kotak/ box dan mempunyai burner di samping atau

di bawah yang tegak lurus terhadap dinding furnace. Nyala api di dalam furnace

adalah mendatar atau tegak lurus. Tube furnace dipasang mendatar atau tegak

lurus.

Furnace tipe box mempunyai bagian radiasi dan konveksi yang dipisahkan

oleh dinding batu tahan api yang disebut bridge wall. Burner dipasang pada ujung

dapur dan api diarahkan tegak lurus dengan pipa atau dinding samping dapur (api

sejajar dengan pipa). Dapur jenis ini jarang digunakan karena perhitungan

ekonomi/harganya mahal.

Aplikasi dapur tipe box :

a. Beban kalor berkisar antara 60-80 MM Btu/Jam atau lebih

b. Dipakai untuk melayani unit proses dengan kapasitas besar.

c. Umumnya bahan bakar yang dipakai adalah fuel oil

d. Dipakai pada instalasi-instalasi tua, adakala nya pada instalasi baru yang

mempunyai persediaan bahan bakar dengan kadar abu (ash) tinggi.

Keuntungan memakai dapur tipe box :

a. Dapat dikembangkan sehingga bersel 3 atau 4

b. Distribusi fluks kalor merata disekeliling pipa

c. Ekonomis untuk digunakan pada beban kalor diatas 60-80 MM. Btu/jam

Kerugian memakai dapur tipe box :

a. Apabila salah satu aliran fluida dihentikan, maka seluruh operasi dapur harus

dihentikan juga, untuk mencegah pecahnya pipa (kurang fleksibel)

b. Tidak dapat digunakan memanasi fluida yang harus dipanasi oada suhu

tinggi dan aliran fluida yang singkat.

c. Harga relative mahal

d. Membutuhkan area relative luas.

(Amirudin BPAT, 2005)

Gambar 1.2. Tipe Box Furnace

Tipe Silinder Vertikal

Furnace yang berbentuk silinder tegak yang mempunyai burner padalantai

furnace dengan nyala api tegak lurus ke atas sejajar dengan dinding

furnace.Dikatakan tipe vertical karena tube di dalam seksi radiasidipasang tegak

lurus dansejajar dinding furnace.

Contoh jenis pemanas berapi tipe vertical :

a. Pemanas vertical silindris tanpa seksi konveksi

b. Pemanas vertical silindris berkumparan helix

c. Pemanas vertical silindris dengan ruang konveksi aliran silang

d. Pemanas silindris tanpa seksi konveksi terpadu

e. Pemanas tipe punjang (orbor atau wicket)

Keuntungan memakai dapur tipe silindris :

a. Konstruksi sederhana, sehingga harganya relatif murah

b. Area yang diperlukan relative kecil

c. Luas permukaan pipa dapat tersusun lebih besar sehingga thermal efisiensinya

lebih tinggi.

d. Ekonomis untuk bahan bakar sekitar 60-80 MM Btu/jam

(Fuels & Combustion, BPAT PT. Pertamina RU III, 2006).

Gambar 1.3. Type Vertical Clindrycal Furnace

Tipe Cabin

Furnace jenis ini terdiri dari kamar-kamar dimana tube-tubenya dipasang

secara horizontal. Letak burner pada bagian bawah furnace dan nyala api sejajar

tegak lurus dengan dinding furnace. Dapur tipe kabin mempunyai bagian radiasi

pada sisi samping dan bagian kerucut furnace. Bagian konveksi terletak di bagian

atas furnace sedangkan bagian terbawah disebut shield section. Burner dipasang

pada lantai dapur dan menghadap ke atas sehingga arah pancaran api maupun flue

gas tegak lurus dengan susunan pipa, adakalanya burner dipasang horizontal.

Dapur tipe ini ekonomis karena efisiensi termalnya tinggi.

Keuntungan memakai dapur tipe kabin:

1. Bentuk konstruksi kompak dan mempunyai thermal effisiensi tinggi

2. Beban panas sekitar 20-300 MM Btu/jam

3. Pada dapur tipe kabin bersel, memungkinkan pengendalian operasi secara

terpisah (fleksibel)

Gambar 1.3. Beberapa jenis furnace

High Temperatur Chemical furnace

Furnace tipe ini umumnya digunakan sebagai reactor, dimana fluida yang

mengalir melalui pipa radiasi akan memperoleh panas radiasi secara merata.

Burner dipasang dilantai dengan arah pancaran api vertical dan dipasang di

dinding dengan arah pancaran api mendatar. Dengan cara pemasangan Burner

tersebut maka tube akan memperoleh panas radiasi yang sama dari kedua sisinya

sehingga mengurangi kemungkinan terbentuknya coke serta penurunan suhu metal

di tube.

2. Furnace Berdasarkan Draft

Draft adalah perbedaan