PEDOMAN TEKNIS EFISIENSI

ENERGI PADA FURNACE

BIMBINGAN TEKNIS
INDUSTRI MATERIAL DASAR LOGAM
DALAM RANGKA PENINGKATAN
EFISIENSI DAN KONSERVASI ENERGI

DIREKTORAT INDUSTRI MATERIAL DASAR LOGAM

KEMENTERIAN PERINDUSTRIAN
2013
 Pengantar/ Pendahuluan
Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk melebur metal saat mencetak atau
memanaskan bahan/ material dengan tujuan untuk merubah bentuk (penggulingan,
penempaan, dll.) atau perlakuan panas.
 Jenis dan Klasifikasi Tungku
Tungku dapat diklasifikasikan secara luas menjadi tiga kategori berdasarkan cara
perpindahan panas, cara pengisian, dan cara daur ulang panas. Klasifikasi tungku seperti
terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Klasifikasi Tungku

 Karakteristik dari Tungku yang Efisien
Tungku harus dirancang sedemikian rupa sehingga dalam waktu tertentu, sebanyak mungkin
bahan/ material dapat dipanaskan pada suhu yang merata dengan bahan bakar dan tenaga
kerja yang sesedikit mungkin.
 Pasokan Energi Tungku
Kualitas bahan bakar tanur sangat penting untuk diperhatikan, karena beberapa bahan/
material ada yang tidak dapat bertoleransi dengan belerang dalam bahan bakar. Selain itu,
penggunaan bahan bakar padat akan menghasilkan partikel yang dapat mempengaruhi
kapasitas pembakaran didalam tungku. Oleh karena itu, sebagian besar tungku menggunakan
bahan bakar cair, bahan bakar gas, atau listrik sebagai pasokan energi. Tungku peleburan
untuk baja dan besi cetak menggunakan listrik dalam induksi dan tungku listrik. Tungku
peleburan non-ferrous/ bukan besi menggunakan minyak sebagai bahan bakar.
 Tungku Berbahan Bakar Minyak

Minyak tungku adalah bahan bakar utama yang digunakan dalam pemanasan dan tungku
perlakuan panas. LDO digunakan dalam tungku saat kehadiran belerang tidak diinginkan.
Beberapa tungku beroperasi dengan efisiensi serendah 7% dibandingkan hingga 90% yang
dicapai pada peralatan pembakaran lainnya seperti boiler. Faktor-faktor yang mengurangi
efisiensi meliputi suhu tinggi saat tungku harus beroperasi, massa termal/ panas yang besar,
suhu gas pipa pembuangan keluar yang tinggi, kerugian tetap selama perendaman, operasi
muatan parsial, kerugian karena kurangnya pengontrolan suhu, kerugian pembukaan,
keterlambatan dalam pembuangan penyimpanan bahkan setelah pemanasan telah dicapai, dan
lain-lain. Sebagai contoh, sebuah tungku memanaskan persediaan sampai 1200ºC akan
menghasilkan gas pipa pembuangan yang keluar setidaknya pada suhu 1200ºC jika tidak ada
pemulihan panas yang terjadi, sehingga terjadi kehilangan panas yang besar melalui cerobong
asap.
 Tungku Berbahan Bakar Gas

6.1. Pemulihan/ Penyembuhan

Pemulihan adalah proses pemanasan awal udara pembakaran dengan memanfaatkan produk
limbah pipa pembuangan. Meskipun pemulihan telah digunakan dalam industri dalam
berbagai bentuk selama bertahun-tahun, penggunaannya dalam situasi produksi kecil baru-
baru ini menjadi layak dikarenakan tingginya biaya bahan bakar. Penghematan bahan bakar
hingga 40% dapat dicapai melalui perancangan dan penerapan sistem yang tepat. Sebuah
desain aliran yang berlawanan sederhana digambarkan.

Gambar 2 Proses Pemulihan

Recuperator/alat pemulihan yang sederhana dan efektif menggunakan sebuah tabung

stainless steel pada aliran keluar pipa pembuangan dengan sebuah tabung yang lebih besar di
sekitarnya. Daerah antara bagian dalam dan luar tabung harus memadai untuk memungkinkan
bebasnya sirkulasi dari udara dingin pembakaran tetapi cukup membatasi untuk
dilakukannya pengaktifan panas melalui bagian dalam tabung untuk memanaskan udara
sesuai dengan suhu pemanasan awal yang diinginkan pada saat udara keluar dari alat
pemulihan dan mengalir ke kepala burner/ pembakar. Alur/ lintasan dari produk pembakaran
panas yang mengalir melalui bagian dalam tabung harus dibatasi juga untuk memungkinkan
penetrasi yang cukup panas. Baffle dapat ditambahkan ke bagian dalam tabung atau bagian
dalam yang tunggal ditukarkan dengan beberapa tabung untuk meningkatkan luas permukaan
yang tersedia. Sangat penting untuk tidak melebihi suhu baja saat bekerja dan lapisan tahan
panas atau bagian lagi mungkin perlu digunakan. Pengalaman telah menunjukkan bahwa
selama periode waktu tertentu sebuah lapisan produk yang dihasilkan oleh proses pembuatan
kaca cenderung menumpuk pada permukaan bagian dalam tabung. Ketentuan harus dibuat
untuk pembersihan bagian dalam tabung secara berkala dan merupakan hal yang baik untuk
memiliki sebuah waduk kecil di bawah aliran keluar pipa pembuangan untuk mengumpulkan
produk-produk tersebut daripada membiarkan produk tersebut menghalangi aliran keluar
tungku pembakaran. Alat pemulihan tahan panas dapat dibuat untuk meningkatkan suhu
udara yang telah dipanaskan ke burner dan memperpanjang hidup.
Pipa udara dari alat pemulihan ke kepala burner harus memiliki penampang luas yang besar
untuk mengatasi perluasan udara dingin seperti yang dipanaskan. Ini bisa sampai 40% pada
suhu tertentu.

6.2 Pembakaran Oven Suhu Rendah

Ada banyak oven fungsional yang digunakan termasuk beberapa dengan fitur yang dirancang
dengan baik seperti sebagai ruang pembakaran yang dapat disesuaikan dengan jumlah bahan
mentah yang bervariasi dalam waktu tertentu dan pintu otomatis untuk pemuatan tanpa
bantuan tangan. Oven yang efisien akan memiliki banyak kemampuan termasuk distribusi
panas yang merata, kemampuan untuk mempertahankan suhu yang sudah ditentukan dan
menurunkan suhu pada periode waktu tertentu dengan akurat jika diperlukan.
Oven gas bekerja paling baik dengan menggunakan rancangan desain aliran bawah (aliran
pipa pembuangan dekat bagian bawah oven) dan burners yang memiliki api pendek, bersih
dengan karakteristik pengecilan yang baik (api besar ke api kecil). The burners biasanya
membakar melalui lapisan dasar, di kedua sisi daerah pemuatan, namun burners bertekanan
gas lebih tinggi dapat membakar secara horizontal sepanjang saluran dasar. Oven yang lebih
baik telah dibuat dengan menggunakan burner tekanan tinggi membakar di sekitar bagian
atas ruang, menciptakan pusaran melingkar agar gradien suhu merata.
Bahan isolasi adalah masalah preferensi pribadi dengan banyak orang mempertahakan bahwa
oven bata R.I. hampir dapat mendinginkan (dengan semua bukaan ditutup) pada tingkat yang
dibutuhkan tanpa adanya tambahan masukan panas. Terhadap hal ini harus diingat bahwa
dibutuhkan energi ekstra untuk memanaskan oven bata daripada jenis material/ bahan ringan.
Burners bertekanan gas rendah yang cocok untuk oven ini adalah beratmosfer dan merupakan
burners berjenis pipa dengan sederetan lubang yang dibor, slot atau desain baru yang
menggabungkan mixer dengan banyak slot halus di penutup burner. Jenis-jenis yang lebih
baru biasanya lebih murah, lebih efisien dan memiliki penolakan yang lebih baik. Kontrol
keselamatan biasanya thermoelectric.
Saat pengontrolan suhu menjadi pertimbangan penting, unit yang dapat di program tersedia
untuk menjaga dan mengendalikan gradien suhu secara akurat. Unit digital elektronik yang
akurat tersedia sampai dengan 8 atau 12 tahap dan mengontrol burners menggunakan katup
solenoid sesuai dengan permintaan. Kiln listrik mudah dikontrol dengan pemograman, coil
atau relay kontraktor untuk menggantikan katup solenoid.
6.3 Tungku Bersuhu Tinggi
Tungku ini membakar hingga suhu yang lebih tinggi (lebih dari 700oC) tetapi dapat
menggunakan burner serupa. Desain downdraft efektif untuk pekerjaan yang umum tetapi
juga memungkinkan untuk membakar burner bertekanan tinggi yang lebih kecil pada semua
produk. Metode ini tidak hanya bergantung pada konveksi pemasukan panas konveksi tetapi
juga, sedikit banyak, pada radiasi dari nyala api. Hal ini penting jika menggunakan metode
ini terdapat keseimbangan yang cukup dari sistem pembuangan khususnya pada tahap awal
dari sebuah pembakaran. Pemanasan awal pipa pembuangan mungkin diperlukan tetapi
apabila terjadi penurunan tekanan drastis di pipa pembuangan dan pintu keluar harus
diminimalkan. Ujung burner yang tertutup lebih baik.
Lebih besar, lebih banyak kiln industri harus menggunakan burner dengan rancangan tenaga
bertekanan lebih tinggi yang membakar permukaan, bawah atau seluruh muatan. Burner ini
menggunakan kipas udara/ blower dengan mekanisme pencampuran yang tepat untuk
memberikan kecepatan yang cukup untuk distribusi panas yang merata.
Pemograman suhu otomatis adalah penting dan dapat terhubung secara efektif dengan sistem
kompor gas apapun. Beberapa tips umumnya memanfaatkan pengaturan pilot tipe berjenjang
di kedua sisi, mengatur burners utama untuk menyala kembali dari pilot untuk pengontrolan
suhu yang akurat. Pengamanan api hanya cocok untuk pilot berjenjang dengan manual atau
otomatis spark ignition (percikan api) sebagai opsi.

6.4 Catatan pada Pembakaran Tungku Bersuhu Tinggi

Nozzle mixing dan premix burner gas tungku dapat diperbesar untuk mengurangi tingkat
kebisingan lingkungan memberikan kontrol tidak terganggu. Idealnya tungku harus
ditugaskan menggunakan alat analisis pembakaran, namun tanpa adanya alat ini, sedikit
mengurangi gas/ campuran udara pada tingkat udara minimum akan mencapai suhu yang
diperlukan. Premix burner jenis terbuka dapat mengalami pengurangan udara utama lebih
lanjut sebagai persentase terikut sebagai udara sekunder. Idealnya api terbuka memiliki ujung
sedikit kuning; burner bersegel berwarna biru tanpa kerucut yang keras dan tegas. Tekanan
tungku harus sedikit positif untuk memastikan pipa pembuangan tidak berlebihan dan tidak
ada kemungkinan masuknya pemborosan udara sekunder. Hal ini dapat diuji dengan cara
dasar seperti menggunakan tabung hampa dipasang melalui celah di pintu. Segel semua
lubang pintu sepenuhnya dengan bahan keramik dan pasang balon di ujung tabung. Sedikit
inflasi pada balon menunjukkan tekanan yang sedikit positif.
Tekanan tungku dikendalikan oleh pipa pembuangan dan jumlah pembuangan dengan asumsi
gas dan arus udara berada pada pengaturan yang paling efisien. Jika burner telah berkurang,
kapasitas yang lebih mungkin dengan meningkatkan ketinggian pipa pembuangan dan
menarik pemasukan gas tungku lebih besar. Tungku memakan waktu lebih lama untuk
mencapai suhu pengoperasian pada fase pemanasan awal. Biarkan waktu tersebut untuk
perlahan-lahan memanaskan castables atau bagian tungku yang mungkin belum terbakar
setelah masa suhu kritis sebelumnya. Periksa kecepatan pemanasan yang direkomendasikan
oleh produsen untuk menjadi aman dan gunakan pilot atau obor kecil serendah mungkin jika
diperlukan.
Mengacu pada petunjuk khusus tentang pengaturan dan menyesuaikan burner. Nozzle mixing
burner biasanya membutuhkan alat pemabagian proporsi khusus pada arus gas untuk kontrol
tinggi ke rendahnya secara akurat api meskipun beberapa tungku membutuhkan model yang
mampu memodulasi gas hanya untuk pendinginan yang lebih baik dan pemerataan suhu.
Premix burner memiliki katup penyesuaian gas di bawah tutup aluminium yang terletak di
ruang pencampuran. Kendurkan mur pengunci dan putar sekrup kuningan berlawanan arah
jarum jam untuk gas lebih banyak. Jika jenis regulator nol digunakan pada aliran gas untuk
single (udara) katup kontrol dari output burner, penyesuaian gas katup akan mengubah rasio
udara/ gas saja sebagai contoh jika lebih banyak gas yang dipasok akan ada api yang tercipta
secara keseluruhan. Jika kontrol manual lebih disukai, sekrup ini dapat ditetapkan untuk
maksimum gas saja dan udara manual dan katup gas disesuaikan untuk mengubah aliran.
Dapat dimungkinkan untuk mengurangi kebisingan pada premix burner tipe terbuka dengan
menyegel burner dalam port yang terbuka (memotong udara sekunder) dengan bahan
keramik. Trade off tersebut dapat mempersingkat hidup dari ujung besi cetakan dimana
pendinginan udara sekunder tidak tersedia. Ujungnya harus sering dibersihkan dengan
perhatian khusus karena kecilnya port retensi disekitar port utama. Mereka harus diganti jika
ada korosi yang berlebihan atau cetakan terluar telah terbakar. Tentu saja, pilihan yang lebih
baik adalah dengan menggunakan ujung MP keramik.
 Sistem Tungku Khusus
7.1 Tungku Penempaan
Tungku penempaan menggunakan sistem perapian terbuka, dan sebagian besar panas
ditransmisikan oleh radiasi. Hal ini digunakan untuk pemanasan awal billet dan ingot untuk
mencapai suhu tempa. Dengan demikian, suhu tungku dipertahankan pada 1200-1250ºC.
Pemuatan khusus di tungku penempaan adalah 5 sampai 6 ton, dengan tungku beroperasi
selama 16 sampai 18 jam setiap hari. Total siklus operasi dapat dibagi menjadi (i) waktu
pemanasan (ii) waktu perendaman, dan (iii) waktu penempaan. Konsumsi bahan bakar
spesifik tergantung pada jenis material dan jumlah "pemanasan kembali" yang diperlukan.

Gambar 3 Diagram Dasar Operasi Tungku

7.2 Tungku Rerolling Mills

i ) Tungku jenis batch
Tungku jenis batch digunakan untuk pemanasan skrap, ingot kecil, dan billet dengan berat 2-
20 kg. Untuk batch jenis rerolling, pengisian dan pemakaian dari bahan dilakukan secara
manual, dan produk akhir dalam bentuk batang, strip, dll. Suhu saat beroperasi adalah 1200ºC.
Total siklus waktu dapat dibagi menjadi waktu pemanasan dan waktu rerolling.
ii ) Tungku kontinyu jenis pusher
Aliran proses dan siklus operasi tungku kontinyu jenis pusher adalah sama dengan tungku
batch. Suhu saat beroperasi adalah 1250ºC.
Bahan atau penyimpanan memulihkan sebagian dari panas pada gas pembuangan ketika
bergerak turun sepanjang tungku. Penyerapan panas oleh bahan dalam tungku lambat, stabil,
dan seragam di seluruh penampang dibandingkan dengan tungku tipe batch.
 Evaluasi Kinerja Tungku Khusus
Keseimbangan panas tungku akan memiliki komponen yang ditunjukkan pada Gambar 4-3.
Hal ini dapat dilihat bahwa beberapa kerugian ini tidak ada dalam peralatan seperti boiler,
yang merupakan alasan mengapa boiler seringkali jauh lebih efisien daripada tungku.

Gambar 4 Efisiensi Tungku

Kerugian tungku yang normal adalah sebagai berikut:

• Penyimpanan panas dalam struktur tungku;
• Kerugian dari dinding luar atau struktur tungku;
• Panas diangkut keluar dari tungku oleh konveyor muatan, perlengkapan, nampan;
• Kerugian radiasi dari lubang, bagian yang terkena panas, dll;
• Panas yang terbuang karena infiltrasi udara dingin ke dalam tungku, dan
• Panas yang terbuang karena udara berlebih yang digunakan dalam burner.

8.1 Efisiensi tungku

Efisiensi tungku adalah rasio output yang berguna berbanding input panas. Efisiensi tungku
dapat ditentukan baik dengan metode langsung dan tidak langsung.
Metode pengujian langsung
Efisiensi tungku dapat dihitung dengan mengukur jumlah bahan bakar dikonsumsi per satuan
berat bahan yang dihasilkan dari tungku:
 Efisiensi termal tungku = (Panas dipenyimpanan)/(Panas bahan bakar yang
dikonsumsi)
Jumlah panas yang akan diberikan (Q) kepada penyimpanan dapat ditentukan dari
rumus:
Q = m x Cp x (t2-t1)

Q = Jumlah panas dalam kkal

M = Berat material dalam kg
Cp = rata-rata (mean) panas spesifik , dalam kkal / kg°C
t2 = Suhu akhir yang diinginkan, dalam °C
t1 = Suhu awal muatan sebelum memasuki tungku, dalam °C

Metode pengujian tidak langsung

Serupa dengan metode untuk mengevaluasi efisiensi boiler dengan metode langsung,
efisiensi tungku juga dapat dihitung dengan metode tidak langsung. Efisiensi tungku dihitung
setelah dikurangi kerugian panas sensible dalam gas pembuangan, kerugian karena
kelembaban dalam gas pembuangan, kehilangan panas karena lubang pada tungku,
kehilangan panas melalui lapisan tungku, dan kerugian lainnya yang tidak terhitung dari
pemasukan ke dalam tungku.
Parameter yang harus diperhitungkan untuk menghitung efisiensi tungku menggunakan
metode tidak langsung meliputi konsumsi tungku minyak per jam, produksi material,
kuantitas udara berlebih, suhu gas pembuangan, suhu tungku pada berbagai zona, suhu
lapisan, dan panas suhu udara pembakaran. Efisiensi ditentukan dengan mengurangkan
semua kerugian panas dari 100.
Parameter pengukuran
Pengukuran berikut harus dilakukan untuk menghitung keseimbangan energi di tungku
pemanasan berbahan bakar minyak (mis. tungku pemanas):
i) Berat penyimpanan/ Jumlah billet yang dipanaskan;
ii) Suhu dinding tungku, atap, dll.;
iii) Suhu gas pembuangan;
iv) Analisa gas pembuangan, dan
v) Konsumsi bahan bakar minyak.
Instrumen seperti termometer inframerah, pemantau konsumsi bahan bakar, permukaan alat
ukur termokopel dan lainnya yang diperlukan untuk mengukur parameter diatas. Referensi
manual harus dirujuk untuk data seperti panas spesifik, kelembaban, dll

8.2 Data yang Bermanfaat

• Selain metode konvensional, Japanese Industrial Standard (JIS) GO 702:

"Metode keseimbangan panas untuk tungku kontinyu untuk baja" digunakan dengan
tujuan menentukan kehilangan panas dan efisiensi tungku pemanasan.
• Perpindahan panas oleh radiasi sebanding dengan suhu mutlak pangkat 4. Akibatnya,
kerugian radiasi meningkat secara eksponensial seiring dengan meningkatnya suhu.

Tabel 1 Perbandingan Kerugian Radiasi Panas pada Berbagai Suhu

Relative
C1 (°C) C2 (°C) K1 (C1+273) K2 (C2+273) (K1/K2)4 Radiant Heat
Transfer
1.0 (baseline
700 20 973 293 122
value)
900 20 1173 293 255 2.1
1100 20 1373 293 482 3.96
1300 20 1573 293 830 6.83
1500 20 1773 293 1340 11.02
1700 20 1973 293 2056 16.91

(Catatan: C1 adalah suhu panas tubuh dan C2 adalah suhu udara lingkungan)
Dengan kata lain, kerugian radiasi dari pintu tungku terbuka pada suhu 1500°C adalah 11 kali
lebih besar dari kerugian dari tungku yang sama pada suhu 700°C. Sebuah latihan yang baik
untuk pencair besi dan baja adalah untuk menjaga tutup tungku ditutup sepanjang waktu dan
menjaga pakan terus menerus dari muatan dingin ke rendaman.

8.3 Menentukan Radiasi Benda Hitam pada Suhu Tertentu

Jika badan tungku memiliki lubang, panas di tungku lolos ke luar sebagai panas radiasi.
Kehilangan panas karena adanya lubang-lubang dapat dihitung dengan menghitung radiasi
benda hitam pada suhu tungku, dan mengalikan nilai-nilai tersebut dengan emisivitas
(biasanya 0,8 untuk tungku bata), dan faktor dari radiasi melalui lubang. Kerugian radiasi
benda hitam dapat langsung dihitung dari kurva seperti yang diberikan dalam Gambar 5.

Gambar 5 Radiasi Benda Hitam

Faktor Pemanfaatan Tungku

Pemanfaatan memiliki efek penting pada efisiensi tungku dan merupakan faktor yang sering
diabaikan atau diremehkan. Jika tungku bersuhu, maka kerugian pasti akan terjadi baik ada
atau tidak suatu produk dalam tungku.

Kerugian Pasti
Energi yang hilang dari pengisian atau penjagaan dalam bentuk panas:
(a) konduksi, (b) konveksi, dan/ atau (c) radiasi.

Rancangan Pengendali Tungku

Pengendali tekanan tungku memiliki pengaruh besar pada efisiensi tungku berbahan bakar
minyak. Menjalankan tungku pada tekanan yang sedikit positif mengurangi masuknya udara
dan dapat meningkatkan efisiensinya.

Panas Secara Teoritis

Dalam contoh untuk mencairkan satu ton baja dari temperatur lingkungan 200C:
Panas baja secara spesifik = 0.186 Wh/kg/0C
Panas laten untuk pencairan baja = 40 Wh/kg/0C
 Titik leleh baja = 16000C
Total panas teoritis = panas sensible + panas laten

Panas sensible = 1000kg x 0.186 Wh/kg 0C x (1600-1620)0C = 294 kWh/T

Panas laten = 40Wh/kg x 1000kg = 40 kWh/T
Panas total = 294 + 40 = 334 kWh/T

Jadi secara teoritis energy yang dibutuhkan untuk melelehkan satu ton baja dari 200C
= 334 kWh.
Energi yang sebenarnya digunakan untuk mencairkan pada suhu 16000C adalah 700
kWh.
Efisiensi = 334 kWh/700kWh x 100 = 48%

Nilai efisiensi tungku tertentu untuk tungku pemanasan dan penempaan (seperti yang diamati
dalam beberapa uji coba yang dilakukan oleh Badan Audit Energi pada tungku tersebut)
diberikan pada Tabel 2 dan 3.

Tabel 2 Tungku Pemanas Billet Jenis Pusher (untuk rolling mills)

Furnace Specific Fuel Thermal Efficiency
Capacity Consumption Achieved
Up to 6 T/hr 40 - 45 Ltrs/ton 52%

7 - 8 T/hr 35 - 40 Ltrs/ton 58.5%

10 - 12 T/hr 33 - 38 Ltrs/ton 63

15 - 20 T/hr 32 - 34 Ltrs/ton 66.6%

20 T/hr & above 30 - 32 Ltrs/ton 71%

 Tabel 3 Tungku Penempaan Jenis Pusher
Furnace Specific Fuel Thermal Efficiency
Capacity Consumption Achieved
500-600 kg/hr 80 - 90 Ltrs/ton 26%

1.0 T/hr 70 - 75 Ltrs/ton 30.0%

1.5 - 2.0 T/hr 65 - 70 Ltrs/ton 32.50%

2.5 - 3.0 T/hr 55 - 60 Ltrs/ton 38%

Angka konsumsi bahan bakar dalam tabel sesuai dengan kondisi ketika tungku yang
beroperasi terus-menerus pada kapasitas golongannya.
Catatan: Ini adalah angka percobaan dan tidak dapat dianggap sebagai standar untuk tungku
yang bersangkutan.
 Tindakan Ekonomi Bahan Bakar Umum pada Tungku

9.1 Pembakaran dengan Sedikit Udara Berlebih

Untuk mendapatkan pembakaran bahan bakar sempurna dengan jumlah udara yang
minimum , diperlukan untuk mengontrol infiltrasi udara, menjaga tekanan udara pembakaran,
dan memantau kualitas bahan bakar dan udara berlebih. Udara berlebih yang lebih banyak
akan mengurangi suhu api, suhu tungku, dan kecepatan pemanasan .
Sebuah persamaan sederhana untuk menghitung udara berlebih dari persentase oksigen pada
pipa gas pembuangan untuk bahan bakar apapun dalam sistem pembakaran adalah :

% Udara berlebih = (% Oksigen)*100/(21 - %Oksigen) .

Di sisi lain, jika kelebihan udara berkurang, maka komponen yang tidak terbakar pada pipa
gas pembuangan akan meningkat dan akan terbuang dalam pipa gas pembuangan melalui
cerobong. Oleh karena itu optimasi udara pembakaran merupakan tindakan yang paling
menarik dan ekonomis untuk konservasi energi . Dampak dari tindakan ini lebih tinggi bila
suhu dari tungku tinggi .
Jumlah panas yang hilang dalam pipa gas pembuangan tergantung pada jumlah udara
berlebih. Dalam kasus tungku membawa gas pipa pembuangan pada 900ºC, persentase panas
yang hilang ditunjukkan pada Tabel 4 .

Tabel 4 Kehilangan panas dalam pipa pembuangan gas berdasarkan tingkat udara berlebih

% of total heat in the fuel carried away by waste gases

Excess Air
(flue gass temp. 900 °C)

25 48

50 55

75 64

100 71

9.2 Distribusi Panas yang Benar

Untuk distribusi panas yang tepat , ketika menggunakan burners minyak, langkah-langkah
yang harus diambil adalah sebagai berikut :
i) Mencegah pelampiasan api dengan menyelaraskan burner dengan benar untuk
menghindari api menyentuh material. Api tidak boleh menyentuh benda padat dan
harus bebas dari setiap benda padat. Gangguan apapun akan mengacaukan
pengatoman partikel bahan bakar, sehingga mempengaruhi pembakaran dan
menciptakan asap hitam. Kalau api menimpa penyimpanan, akan ada peningkatan
skala kerugian, yang sering tersembunyi di alam tapi berharga nilainya.
ii) Jika api menimpa pada unsur tahan panas, produk pembakaran tidak sempurna dapat
mengendap dan bereaksi dengan unsur tahan panas saat suhu api tinggi.
iii) Api pada pembakar yang berbeda dalam tungku harus menjauhi satu sama lain. Jika
mereka bertemu, akan terjadi pembakaran yang tidak efisien. Hal ini membuat
burners terhuyung pada sisi yang berlawanan.
iv) Api burner memiliki kecenderungan untuk menyebar dengan bebas di ruang
pembakaran tepat di atas material. Dalam tungku pemanasan ulang kecil, sumbu
kompor tidak pernah ditempatkan sejajar dengan perapian tetapi selalu mengarah ke
atas. Flames seharusnya tidak memukul atap.

Gambar 6 Keselarasan Burner dan Distribusi Panas

v) Desain-desain dengan beberapa burner berkapasitas besar menghasilkan api yang
panjang, yang mungkin sulit tersimpan dalam dinding tungku. Burners lain yang
berkapasitas kurang memberikan distribusi panas yang lebih baik di dalam tungku dan
juga meningkatkan umur tungku.
vi) Untuk tungku pemanasan ulang kecil, diperlukan untuk memiliki api panjang dengan
warna kuning keemasan saat membakar minyak tungku untuk penyeragaman panas.
Api tersebut tidak boleh terlalu panjang sehingga memasuki cerobong asap dan keluar
melalui bagian atas atau melalui pintu. Ini akan terjadi jika terlalu banyak minyak
dibakar. Dalam kasus tersebut, sebagian besar dari bahan bakar tambahan terbuang
dari tungku.
 Tungku Pemulihan Limbah Panas

Karena tungku beroperasi dalam domain suhu yang tinggi; suhu cerobong sangat tinggi, dan
pemulihan limbah panas adalah kesempatan efisiensi energi utama dalam tungku. Limbah
panas yang dipulihkan secara konvensional digunakan baik untuk pemanasan awal udara
pembakaran atau untuk memanaskan material itu sendiri.

Gambar 7 Diagram Limbah Panas

10.1 Beberapa Sistem Pemulihan Limbah Panas Umum

Jenis penukar panas pipa ganda
Alat ini umumnya berbentuk silinder konsentris, dimana udara pembakaran melewati anulus
dan gas buang dari tungku melalui bagian tengah. Recuperators tersebut sangat murah untuk
dibuat, cocok digunakan untuk gas kotor, memiliki ketahanan yang tidak berarti terhadap
aliran, dan dapat menggantikan pipa pembuangan atau cerobong asap jika ruangan terbatas.
 Gambar 8 Alat Penukar Panas

Recuperators Konveksi
Recuperators Konveksi pada dasarnya terdiri dari bundel drawn atau tabung cetakan. Sayap
internal dan/ atau eksternal dapat ditambahkan untuk membantu perpindahan panas. Udara
pembakaran biasanya melewati tabung dan gas buang di luar tabung, tapi ada beberapa
aplikasi yang kondisinya terbalik . Misalnya, dengan gas kotor, lebih mudah untuk menjaga
tabung bersih jika udara mengalir di luar. Variasi desain meliputi tabung ‗ U' dan sistem
lintasan ganda.

Recuperators Konveksi lebih cocok untuk suhu gas buang kurang dari sekitar 900°C. Diatas
900ºC, recuperators keramik dapat digunakan karena dapat menahan suhu yang lebih tinggi.
 Gambar 9 Recuperators Konveksi

Regeneratif Burner
Dalam regeneratif burner, panas dari gas disimpan sebelum mereka keluar dan masuknya
udara pembakaran dipanaskan dari panas yang disimpan ini, beralih antara dua ruang
bergantian. Siklus waktu dikontrol secara akurat untuk penggantian. Pilihan meliputi
regeneratif burner dan pra-pemanas regeneratif udara untuk pemulihan panas.

Gambar 10 Regeneratif Burner

10.2 Bahan Keramik untuk Mengurangi Massa Termal

Massa termal dalam tungku berkontribusi secara signifikan terhadap hilangnya penyimpanan
panas, terutama pada tungku batch dengan bata tahan api yang sangat besar. Setiap kali
tungku mengalami siklus pemanasan, seluruh massa tahan panas perlu dipanaskan kembali.
Pengenalan bahan keramik untuk menggantikan lapisan batu bata api konvensional
membantu mengurangi massa termal hampir 15% dari aslinya, membantu menurunkan
konsumsi bahan bakar dan pengurangan waktu batch juga.

Gambar 11 Penggunaan Bahan Keramik

10.3 Pelapis Keramik untuk Meningkatkan Emisivitas

Perpindahan panas dalam tungku sebagian besar bergantung pada radiasi, yang pada
gilirannya tergantung pada emisivitas. Pada suhu yang lebih tinggi, emisivitas menurun dan
berada di urutan 0,3. Lapisan tahan api dengan emisivitas tinggi, jika diaplikasikan pada
permukaan dalam tungku,
meningkatkan emisivitas ke 0,8, sehingga memberikan kontribusi dalam menigkatkan
perpindahan panas. Penerapan pelapis emisivitas tinggi di ruang tungku mendukung
perpindahan panas yang cepat dan efisien, penyeragaman pemanasan, dan memperpanjang
umur komponen tahan panas dan logam seperti tabung-tabung pemancar panas dan unsur-
unsur pemanas. Untuk tungku berselang atau dimana pemanasan cepat diperlukan,
penggunaan lapisan tersebut dapat mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 10%.
Manfaat lainnya adalah keseragaman suhu dan peningkatan kehidupan tahan panas.
 Tips untuk Meningkatkan Efisiensi Energi pada Tungku

Umum
• Membuat sistem manajemen informasi pada pemuatan, efisiensi , dan spesifik
konsumsi bahan bakar.
• Mencegah infiltrasi udara, menggunakan pintu atau tirai udara.
• Memantau perbandingan O2/CO2/CO dan kontrol udara berlebih.
• Meningkatkan desain burner, pengendalian pembakaran, dan instrumentasi .
• Pastikan bahwa ruang tungku pembakaran berada di bawah tekanan yang sedikit
positif.
• Gunakan lapisan bahan keramik dalam kasus penumpukan operasi.
• Sesuaikan beban dengan kapasitas tungku.
• Memodifikasi peralatan dengan peralatan pemulihan panas.
• Memeriksa siklus waktu dan menghindari perpanjangan waktu dan kelebihan
pemanasan.
• Sediakan pengendali suhu.
• Pastikan bahwa api tidak menyentuh penyimpanan.

Isolasi
• Perbaikan isolasi yang rusak.
• Gunakan termometer inframerah untuk memeriksa area dinding yang panas selama
cuaca panas.
• Pastikan bahwa semua permukaan yang terisolasi dilapisi dengan lapisan aluminium.
• Lindungi semua flensa, katup, dan kopling .

Limbah pemulihan panas

• Memulihkan panas maksimum dari gas pipa pembuangan.
• Memastikan pemeliharaan permukaan pemanasan dengan pembersihan teratur.