BAB II TINJAUAN PUSTAKA - digilib.polban.ac.iddigilib.polban.ac.id/files/disk1/81/jbptppolban-gdl-fahmijanua... · Pada proses . paper machine. ... size press. Penambahannya berupa

6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pembuatan Kertas di PT. Pindo Deli Pulp and Paper Mills II

PT. Pindo Deli Pulp and Paper Mills mempunyai banyak mesin kertas

(Paper Machine) dan setiap mesin memiliki spesialisasi produk dan proses

tertentu. Sistem proses yang ada pada PM 9 ( Paper Machine 9) terbagi atas tiga

unit, yaitu Unit Stock Preparation, Unit Paper Machine, dan Unit Finishing

2.1.1 Unit Stock Preparation

Fungsi utama dari stock preparation adalah untuk memperoleh keseragaman

umpan (pulp) yang terdiri dari berbagai campuran untuk mencapai kondisi

optimum. Unit ini bertujuan menghasilkan buburan pulp yang siap di proses

menjadi kertas. Pada unit ini, pengolahan bahan baku berlangsung dengan melalui

berbagai tahapan, yaitu pulping, cleaning, refining, mixing, dan machine.

2.1.2 Unit Paper Machine

Paper machine merupakan alat untuk membuat buburan kertas (pulp)

menjadi lembaran kertas. Mesin ini dirancang untuk memproduksi fine paper

dengan gramatur maksimal 125 gsm dan kapasitas mesin tersebut 250.000

MT/Tahun dengan kecepatan 1300 mpm. Pada proses paper machine terbagi atas

beberapa tahapan, diantaranya adalah:

a. Forming

Forming merupakan proses pembentukan lembaran kertas dengan cara

pengurangan kadar air secara metode vakum dari buburan kertas (pulp) yang

terjadi pada former section. Buburan kertas (pulp) yang keluar dari slice headbox

dilewatkan pada celah diantara dua wire dengan cara disemprotkan pada

permukaan wire. Wire berfungsi untuk membentuk lembaran kertas basah (paper

web). Lembaran yang keluar dari bagian former mempunyai kadar air 80%.

BAB II Tinjauan Pustaka 7

Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Dan Heat Loss Setiap Section Main Dryer Unit Paper Machine 9

b. Pressing

Lembaran yang keluar dari bagian wire masih mempunyai kadar air yang

tinggi dan sudah tidak ekonomis untuk dikeluarkan menggunakan sistem vakum.

Sehingga dilakukan penekanan lembaran di antara dua roll (pressing) yaitu

lembaran masuk ke bagian press section, kemudian mengalami pengeluaran air

secara mekanis dengan cara dijepit diantara dua roll. Proses pressing ini dilakukan

secara bertahap mulai dari tekanan rendah hingga tinggi untuk mencegah kertas

putus. Kadar air pada lembaran kertas yang keluar dari bagian press adalah 50%.

c. Main Drying

Setelah melewati Press Section, lembaran masih mempunyai kadar air yang

cukup tinggi dan sudah tidak mungkin dipisahkan menggunakan metode

penekanan (press). Maka dari itu digunakanlah metode penguapan (evaporasi). Di

mana pada main dryer ini terdapat silinder-silinder untuk melewatkan lembaran

kertas dan melakukan pengeringan. Silinder – silinder tersebut dipanaskan

menggunakan steam pada bagian dalamnya. Pemanasan dilakukan secara

bertahap, mulai dari tahap awal ±600C sampai pada bagian akhir ±1500C dengan

kadar air yang keluar dari main dryer sekitar 90%.

d. Sizing

Untuk meningkatkan kualitas sifat permukaan lembaran, digunakan pelapisan

menggunakan surface sizing pada size press. Penambahannya berupa starch (pati)

dengan tujuan agar sifat permukaan kertas menjadi lebih halus dan kertas

memiliki daya serap yang baik terhadap tinta.

e. After Drying

Pelapisan surface sizing pada size press menyebabkan lembaran kertas

menjadi basah kembali. Untuk mengeringkan lembaran kertas tersebut digunakan

proses after drying yang sama halnya dengan proses main drying. Kadar air dalam

yang kelujar dalam bagian ini ±5% tergantung dari jenis kertas yang diproduksi

f. Calendering

Calendering merupakan proses penekanan lembaran kertas dengan tekanan

nip tertentu. Calendering dilakukan dengan tujuan untuk memperbaiki kehalusan



(smoothes) permukaan kertas, untuk menyeragamkan ketebalan (thickness), dan

untuk menghaluskan noda dari wire dan felt.

g. Pope Reel

Kertas yang keluar dari proses calendering sudah merupakan produk jadi.

Pope reel ini berfungsi sebagai penggulung lembaran kertas. Lembaran kertas

digulung hingga mencapai berat 33 ton atau panjang 56.000 m. Kecepatan putaran

pope reel adalah ± 1200 m/menit pada gulungan jumbo roll.

2.1.3 Unit Finishing

Finishing merupakan proses akhir penanganan lembaran kertas sebelum

dikirim ke konsumen. Pada umumnya konsumen memesan produk dalam tiga

bentuk yaitu lembaran sesuai standar, lembaran dengan ukuran khusus, dan dalam

bentuk roll.

Gambar 2.1 Skema Proses Pembuatan Kertas

2.2 Main Dryer

Ketika paper web melewati Press Section, lembaran masih mempunyai

kadar air yang cukup tinggi dan sulit dipisahkan menggunakan metode penekanan

(press) kembali. Maka dari itu digunakanlah metode penguapan (evaporasi). Di

mana pada main dryer ini terdapat silinder-silinder untuk melewatkan lembaran

kertas dan melakukan pengeringan. Secara singkat main dryer tersebut dapat



dilihat dalam gambar 2.1 yang berada dalam skema sistem proses pembuatan

kertas. Namun untuk lebih detail pada bagian main dryer dapat dilihat pada

gambar 2.2

Sumber : Red Army Evaluation, Cahya Nugraha, Uncoated Division

Gambar 2.2 Bagian Main Dryer

Pada gambar 2.2 terlihat lingkaran-lingkaran yang bertuliskan angka-angka

yang menunjukan bahwa itu adalah cylinder dryer dan lingkaran yang tidak

bertuliskan angka adalah roll penggerak untuk cylinder dryer. Bagian main dryer

memiliki cylinder sebanyak 28 buah dan terbagi dalam lima section. Adapun

banyaknya cylinder dapat dilihat dalam Tabel 2.1

Tabel 2.1 Jumlah Cylinder Tiap Section

Section Jumlah Cylinder Dryer

Section 1 3 buah

Section 2 4 buah

Section 3 7 buah

Section 4 2 buah

Section 5 12 buah



Silinder – silinder tersebut dipanaskan menggunakan steam pada bagian

dalamnya. Pemanasan dilakukan secara bertahap, mulai dari tahap awal ±600C

sampai pada bagian akhir ±1500C dengan kadar air yang keluar dari main dryer

sekitar 90%. Pada gambar 2.2 pun terlihat warna coklat yang semakin ke arah

cylinder 1 semakin pudar warnanya hingga menjadi putih. Itu menandakan bahwa

pemanasan berlangsung dari cylinder 28 pada section 5 dengan suhu yang lebih

tinggi dari cylinder-cylinder yang lainnya.

2.3 Pengeringan di Dryer Section

Proses pengeringan kertas merupakan proses terakhir dari proses pembuatan

kertas sebelum masuk ke calendar dan di gulung di pope reel. Pada bagian dryer

section inilah kualitas kertas banyak ditentukan disamping pada proses

sebelumnya. Untuk itu dalam pengoperasian mesin pengeringan perlu diketahui

atau dipahami dalam proses yang terjadi di dalam mesin pengering adalah

bagaimana menghasilkan produk kertas yang baik.

Setelah lembaran kertas basah (paper web) melewati Press Section,

lembaran masih mempunyai kadar air yang cukup tinggi dan tidak mungkin

dipisahkan menggunakan metode penekanan (press) terus-menerus. Oleh karena

itu digunakanlah metode penguapan (evaporasi). Peralatan pengering yang

digunakan berupa silinder dryer. Pada main dryer lembaran dari bagian press

section dibawa menggunakan kanvas dan lembaran kertas berada di atas kanvas.

Kemudian dilewatkan melalui silinder-silinder yang terdapat pada main dryer.

Silinder – silinder tersebut dipanaskan menggunakan steam yang

ditransformasikan kedalamnya sehingga terjadi proses perpindahan panas dari

steam menuju silinder dan dari silinder panas dialirkan ke kertas. Jadi pada

silinder ada tiga lapisan utama yang berbeda, lapisan paling luar merupakan

kertas, lapisan tengah adalah kanvas, dan lapisan paling dalam merupakan steam.

Sehingga terjadi perpindahan panas secara konveksi dan konduksi.



Gambar 2.3 Konfigurasi Dryer Section

Pada gambar 2.3 menunjukan single-tier dryer section dalam bagian wet end

di paper machine. Proses pengeringan meliputi pemasukan steam yang cukup

untuk proses evaporasi di mana panas dari steam mampu menguapkan kandungan

air dari lembaran kertas. Pemanasan dilakukan secara bertahap, mulai dari tahap

awal ±600C sampai pada bagian akhir ±1500C. Steam yang digunakan merupakan

saturated steam dan tekanan yang diberikan antara 0.34 – 5.08 kg/cm2 atau 0.33 –

4.98 bar.

Kondensat yang terbentuk di dalam silinder dryer dikeluarkan

menggunakan rotary syphon yang ditampung di separator untuk selanjutnya

dialirkan ke kondenser. Distribusi steam pada bagian ini menggunakan sistem

cascade, artinya steam sisa unit silinder yang lebih panas disalurkan kembali ke

unit sebelumnya. Sedangkan untuk penanganan uap air yang keluar dari lembaran,

digunakan sirkulasi udara dengan sistem hood tertutup. Kadar air yang keluar dari

main dryer sekitar 90%.



2.4 Komponen Dryer Section

2.4.1 Silinder Dryer

Pengeringan silinder merupakan tipe alat pengering yang terdiri dari satu

atau lebih silinder. Terbuat dari logam yang berputar sesuai dengan porosnya pada

posisi horizontal yang dilengkapi dengan pemansan internal oleh uap air, air atau

media cairan pemanas lainnya. Penggunaan uap sebagai sumber utama energi

panas dan permukaan silinder yang berputar sebagai area perpindahan panas

adalah metode yang paling umum pengeringan untuk buburan kertas (pulper)

menjadi produk kertas. Hampir seluruh paper machine di dunia perindustrian

kertas menggunakan konvensional uap panas silinder atau konfigurasi

pengeringan multi silinder. Selain memberikan efisiensi energi yang baik,

pengeringan silinder juga memungkinkan mendukung perpindahan pulper dengan

baik, dan meningkatkan kelancaran pengeringan pulper. Silinder pengeringan juga

dapat mencegah beberapa penyusutan pulper dalam machine direction dan cross

direction.

Sebagian besar silinder pengering dibuat dari cast iron maupun stainless

steel. Ujung pengering atau kepala silinder terbuat juga dari cast iron. Gambar 2.4

menunjukkan pandangan penampang silinder pengering yang mencakup semua

komponen seperti pasokan uap dan keluaran kondensat. Panjang silinder

pengering yang paling umum adalah 7,5 m dan 1,8 m untuk diameter.

Ketebalannya dapat bervariasi, tetapi 20-40 mm adalah yang paling umum untuk

digunakan dengan besarnya tekanan sekitar 1000 kPa.



Gambar 2.4 Penampang Cylinder Dryer

Umpan buburan kertas dalam hal ini adalah pulper yang akan dikeringkan

pada permukaan silinder yang dipanaskan oleh uap panas dan berputar pada

kecepatan yang diinginkan. Pada dryer section di perindustrian pulp dan kertas

memiliki sistem multi silinder atau silinder ganda. Silinder ini didesain dengan

dua silinder yang puncaknya paralel dan bahan yang akan dikeringkan

dimasukkan dari bagian atas pada daerah di antara dua drum (APV Crepaco

1992). Konfigurasi dryer multi silinder dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Konfigurasi Dryer Multi Silinder



Prinsip kerja alat pengering silinder adalah silinder berputar dengan tenaga

penggerak motor, dipanaskan dari bagian dalam dengan menggunakan steam.

Panas permukaan drum mencapai suhu 120-170 0C. Lapisan bahan yang akan

dikeringkan disebarkan secara merata pada permukaan atas silinder.

2.4.2 Kanvas Dryer

Kanvas digunakan sebagai kain pengering di bagian dryer section paper

machine. Agar proses berjalan dengan baik, maka kertas harus menempel pada

permukaan silinder dengan baik. Sehingga untuk menempel kertas tersebut maka

digunakanlah kanvas.

Gambar 2.6 Kanvas Cylinder Dryer

Kanvas ini mirip seperti ban berjalan, membawa pulper dengan kecepatan

tinggi dan menekan kertas pada dinding silinder pengering, sehingga kertas dapat

menempel dengan rata pada silinder tersebut. Akibat dari itu semua proses

perpindahan panas berlangsung dengan cepat dan efisien. Selain itu penggunaan

kanvas berfungsi agar buburan kertas tidak kontak langsung dengan permukaan

silinder pengering yang mempunyai suhu tinggi, karena akan menyebabkan

buburan kertas menjadi menempel dengan silinder pengering.



2.4.3 Sistem Steam dan Kondensat

Pada paper machine yang modern ada beberapa poin dalam sistem steam

dan kondensat yang diperhatikan. Ini termasuk dryer, steam box, wire pit, dan

proses pemanasan air. Dalam hal pengeringan kertas, steam utama dan titik

konsumsi kondensat merupakan energi panas yang dibutuhkan untuk pengeringan

kertas bersumber dari silinder pengering dan ventilasi udara panas.

Gambar 2.7 menunjukkan gambaran secara umum steam dan sistem

kondensat dari perindustrian kertas di dunia. Ada sejumlah variasi steam dan

sistem kondensat tergantung pada mesin desainnya. Desain steam dan sistem

kondensat dipengaruhi oleh tekanan steam, kecepatan mesin, gramatur,

kekeringan lembaran kertas setelah press section dan persyaratan kualitas produk

jadi. Sistem uap dan kondensat untuk grade kertas yang berbeda adalah cascade

system, thermo-compressor systems atau kombinasi dari keduanya.

Gambar 2.7 Sistem Uap (Steam) dan Kondensat pada Paper Machine Industry

2.5 Proses Pengeringan di Dryer Section

Proses pembuatan kertas sangat dipengaruhi oleh proses pengeringan di

dryer section. Dalam proses pengeringan ini terjadi perpindahan panas dan massa



karena adanya perbedaan temperatur. Panas akan mengalir dari tempat yang

temperatur tinggi ke temperatur lebih rendah.

2.5.1 Mekanisme Pengeringan di Dryer Section

Pada main dryer ini terdapat 28 s ilinder yang digunakan di mana terbagi

menjadi lima section. Silinder tersebut berputar secara linier yang sama di mana

silinder diputar dengan satu sumber yaitu motor listrik yang dihubungkan dengan

roda gigi pada setiap silindernya. Adapun skema dari mesin pengering kertas

dapat dilihat pada gambar 2.8

Gambar 2.8 Skema Dryer Section

Pada gambar terdapat penulisan I, II, dan III yang menunjukan adanya tiga

tahap utama dalam pengeringan kertas. Tahap pertama adalah tahap perjalanan

kertas mulai menempel pada silinder sampai saat kanvas mulai menyentuh

silinder. Tahap kedua adalah tahap perjalanan kertas sepanjang kanvas

menyelimuti silinder. Tahap ketiga adalah tahap perjalanan kertas pada

permukaan luar silinder saat kanvas meninggalkan, dimana kertas masih

menempel pada silinder. Tahap ke empat adalah tahap perjalanan kertas bebas

tidak menempel pada silinder, letaknya di antara dua buah silinder.

Tahap pertama, lembaran kertas mulai membungkus silinder pengering.

Akibat dari temperatur silinder lebih tinggi dari temperatur kertas maka akan

IV



terjadi perpindahan panas dari silinder pengering ke lembaran kertas yang

menyebabkan naiknya temperatur dan tekanan uap air pada permukaan lembaran

kertas sehingga laju penguapan menjadi bertambah.

Tahap kedua, kanvas akan membungkus dan menekan lembaran kertas

lebih kuat ke silinder sehingga perpindahan panas dari silinder lembaran kertas

akan bertambah besar. Panas yang masuk akan menaikkan temperatur, dengan

demikian tekanan uap air akan naik juga yang menyebabkan naiknya laju

penguapan. Setelah kanvas mulai meniggalkan silinder, kertas mulai memasuki

tahap ketiga. Pada tahap ini laju penguapan bertambah, itu disebabkan karena

pada saat kertas di selimuti oleh kanvas terjadi kenaikkan temperatur yang cukup

tinggi. Setelah melewati tahap ketiga kertas akan menuju tahap keempat, pada

tahap ini kertas tidak menempel pada silinder dan juga pada kanvas (bebas

kontak). Kertas tidak mendapatkan pertambahan energi, bahkan hanya

melepaskan energi pada dua sisi permukaannya yang menyebabkan penurunan

temperatur pada kertas.

2.5.2 Mekanisme Perpindahan Panas

Dalam pengeringan kertas metode utama dalam perpindahan panas adalah

dengan konduksi dan konveksi untuk pembuatan pada seluruh grade kertas.

Perpindahan panas secara radiasi biasanya diabaikan dalam pengeringan kertas

konvensional karena kontribusinya terhadap perpindahan panas keseluruhan jauh

lebih sedikit dari pada konduksi dan konveksi. Oleh karena itu perpindahan panas

secara konveksi dan konduksi adalah metode utama untuk dapat menghitung

besarnya perpindahan panas pada cylinder dryer.

a. Perpindahan Panas dari Steam ke Dinding Silinder

Temperatur steam (Tsat) yang dialirkan dengan laju dan tekanan tertentu

didalam dinding silinder akan mengalir secara konduksi atau rambatan dengan

menembus tahanan ketebalan dinding silinder yang bertemperatur lebih rendah



sehingga mengalami penurunan temperatur yang menghasilkan temperatur

dinding luar silinder (Tsil).

Tsat

Tsil

Gambar 2.9 Perpindahan Panas dari Tsat ke Tsil

Proses pengeringan menggunakan multi silinder dan panas TSat merupakan

sumber panas yang akan dipindahkan ke lembaran kertas. Sumber panas mengalir

melalui beberapa tahanan termal yang akan menyebabkan temperatur akan turun

mencapai temperatur permukaan kertas ( TS ). Tahanan termal tersebut meliputi

tebal dinding silinder, kotoran pada permukaan silinder dan tahanan akibat adanya

kertas.

• Konduksi

Jika sebuah logam yang salah satu ujungnya dipanaskan dalam selang waktu

tertenu, ujung lainnya pun akan terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa pada

batang logam tersebut terjadi aliran atau perpindahan kalor dari bagian logam

yang bersuhu tinggi ke bagian logam yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor

pada logam yang tidak diikuti perpindahan massa ini disebut dengan perpindahan

kalor secara konduksi. Perpindahan kalor konduksi atau hantaran adalah

perpindahan energi yang terjadi pada medium yang diam (padat atau zat yang

dapat mengalir) apabila ada gradien temperatur dalam medium tersebut, tidak

disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat perantaranya. Syarat terjadinya

konduksi kalor suatu benda adalah adanya perbedaan suhu antar dua tempat pada

benda tersebut. Kalor akan berpindah dari tempat bersuhu tinggi ke tempat

silinder



bersuhu rendah. Jika suhu kedua tempat tersebut menjadi sama, maka rambatan

kalor pun akan terhenti.

• Perpindahan Panas Konduksi pada Silinder Berongga

Suatu silinder panjang berongga dengan jari-jari dalam ri, jari-jari luar ro

dan panjang L dialiri panas sebesar q. Suhu permukaan dalam Ti dan suhu

permukaan luar To.

Gambar 2.10 Silinder Berongga

Aliran panas hanya berlangsung ke arah radial (arah r) saja. Luas bidang

aliran panas dalam system silinder ini adalah :

Ar= 2πrL (1)

Sehingga hukum Fourier menjadi:

(2)

Sumber : Luqman Buchori, Perpindahan Panas (Heat Transfer).

b. Perpindahan Panas dari Kertas ke Udara Sekeliling

Panas yang dipindahkan dari kertas menuju udara sekeliling ada dua bentuk

yaitu panas akibat penguapan (evaporasi) dan panas akibat konveksi. Panas akibat

konveksi berupa panas sensible yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur



antara udara dengan permukaan kertas basah. Panas akibat penguapan berupa

panas laten yang terjadi karena terdapat beda tekanan parsial antara uap air di

udara dan tekanan air pada kertas basah. Adapun model sistemnya seperti yang

ditunjukkan pada gambar 2.11

V

Qconv Qevap

TK

Gambar 2.11. Model Perpindahan Panas dari Kertas ke Udara Sekeliling

• Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat

dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media

penghantar berupa fluida (cairan/gas). Arus fluida yang melintas pada suatu

permukaan, maka akan ikut terbawa sejumlah enthalphi. Aliran enthalphi ini disebut

aliran konveksi kalor atau konveksi. Konveksi merupakan suatu fenomena

makroskopik dan hanya berlangsung bila ada gaya yang bekerja pada partikel atau

ada arus fluida yang dapat membuat gerakan melawan gaya gesek (McCabe,1993).

Contoh sederhana pepindahan panas secara konveksi adalah aliran air yang

dipanaskan dalam belanga.Kalor yang dipindahkan secara konveksi dinyatakan

dengan persamaan Newton tentang pendinginan (Holman, 1986 ).

Perpindahan panas konveksi tergantung pada viskositas fluida, disamping

ketergantungannya terhadap sifat-sifat termal fluida, seperti konduktivitas termal,

kalor spesifik, dan densitas. Hal ini disebabkan karena viskositas mempengaruhi

laju perpindahan energi di sistem konveksi, yaitu :

• Perpindahan panas konveksi alami (natural convection)

Gerakan fluida dalam konveksi bebas, baik fluida gas atau cair terjadi

karena gaya apung yang alami apabila densitas fluida di dekat permukaan

Kertas



perpindahan kalor berkurang sebagai akibta 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.

• Perpindahan panas konveksi paksa (forced convection)

Konveksi paksa disebakan karena adanya gaya pemaksa yang menyebabkan

fluida bergerak dan mempunyai kecepatan. Pada umumnya peralatan untuk

memindahkan panas pada industri menggunakan sistem konveksi paksa.

Sebagai gambaran dalam fenomena perpindahan panas konveksi alamiah

dan paksa didalam pipa dinyatakan sebagai berikut

𝑞𝑞 = 𝑚𝑚 .𝐶𝐶𝐶𝐶.𝑑𝑑𝑑𝑑

= ℎ𝑐𝑐 𝑥𝑥 𝐴𝐴 (𝑑𝑑𝑇𝑇 − 𝑑𝑑𝑇𝑇) (3)

Untuk mencari nilai hc (koefisien perpindahan panas konveksi) digunakan

bilangan-bilangan tak berdimensi seperti :

Bilangan Grashof

𝐺𝐺𝐺𝐺 = 𝐿𝐿3 𝑥𝑥 𝜌𝜌2 𝑥𝑥 𝑔𝑔 𝑥𝑥 𝛽𝛽 𝑥𝑥 𝛥𝛥𝑑𝑑

𝜇𝜇2

(4)

Bilangan Prandtl

𝑃𝑃𝐺𝐺 = 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑥𝑥 𝜇𝜇𝑘𝑘

(5)

Bilangan Nusselt

𝑁𝑁𝑁𝑁 = ℎ𝑐𝑐 𝑥𝑥 𝐿𝐿𝑘𝑘

(6) Sumber : Luqman Buchori, Perpindahan Panas (Heat Transfer).



Keterangan

L panjang silinder

π densitas

g percepatan gravitasi

π 1/T (Koefisien ekspansi volume)

µ viskositas

k konduktivitas bahan

Untuk Konveksi Paksa

𝑞𝑞 = 𝑈𝑈 𝐴𝐴 𝛥𝛥𝑑𝑑

(7)

U = koefisien perpindahan panas keseluruhan

π T = LMTD (Logaritmic Mean Temperature Difference)

Nilai LMTD didapat dari

𝐿𝐿𝐿𝐿𝑑𝑑𝐿𝐿 = 𝛥𝛥𝑑𝑑1 − 𝛥𝛥𝑑𝑑2

ln𝛥𝛥𝑑𝑑1𝛥𝛥𝑑𝑑2

(8) Sumber : Geankoplis, Transport Processes and Separation Process Principles Fourt

Edition

Perpindahan panas melalui konduksi erat hubungannya dengan Hukum

Fourier. Hubungan dasar yang menguasai aliran kalor melalui konduksi ialah

berupa kesebandingan antara laju aliran kalor yang melintas pada permukaan

isotermal dan gradien suhu yang terdapat dalam permukaan tersebut. sesuai

dengan persamaan (2) bentuk dasar perpindahan panas secara konduksi pada

kondisi steady state ditunjukkan pada persamaan (9), sedangkan perpindahan

panas konveksi ditunjukkan pada persamaan (10). :



Q = kAπ T / Ax (9)

Q = hAπ T (10)

Sumber : Ajit K Ghosh, Fundamentals of Paper Drying – Theory and Application from

Industrial Perspective

Keterangan:

Q Panas transfer rate, J / s (W)

k Termal konduktivitas, W / m.K

A Luas permukaan perpindahan panas, m2

T Suhu, K

X Diameter atau ketebalan, m

H Koefisien perpindahan panas, W/m2 oC

Laju perpindahan konduksi panas adalah berbanding lurus dengan k

(konduktivitas termal bahan) dan gradien temperatur, AT / Ax. Koefisien

perpindahan panas tergantung pada sifat fisik fluida dan kondisi aliran. Dalam

pengeringan kertas, tekanan perpindahan panas konveksi terjadi pada antarmuka

antara uap dan kondensat dalam silinder, dan antara kertas dan udara luar silinder.

Jenis aliran adalah turbulen. Perpindahan panas konvektif dianggap sebagai aliran

dari analisis cairan dan dimensi digunakan untuk mengkarakterisasi koefisien

perpindahan panas (h).

• Resistensi Perpindahan Panas

Panas dipindahkan dari daerah bertemperatur tinggi ke daerah temperatur

rendah. Tingkat panas ditransfer dari steam dalam silinder ke kertas di permukaan

silinder yang tergantung pada gradien suhu keseluruhan dan resistensi yang

berbeda untuk perpindahan panas:



Q = UA (Ts - Tp) (11) Sumber : Ajit K Ghosh, Fundamentals of Paper Drying – Theory and Application from


Keterangan:

Q Laju aliran panas dari pengering dalam untuk kertas

U Koefisien perpindahan panas total

Ts Temperatur steam

Tp Temperatur kertas

Gambar 2.12 menunjukkan panas yang berbeda dan resistensi perpindahan

panas yang terlibat ketika paper web kontak dengan silinder.

Gambar 2.12 Potongan Gambar Panas Pada Cylinder Dryer Dan Resistensi Perpindahan

Panas.

Resistensi berbagai arus panas ditunjukkan pada tabel 2.2 Tabel 2.2 Sumber resistensi perpindahan panas dan aliran panas



Sumber : Ajit K Ghosh, Fundamentals of Paper Drying – Theory and Application from


Keterangan:

A Area

h Konduktansi termal konduktif

k Termal konduktivitas

L Panjang

Karena dalam kondisi steady state, panas yang ditransfer melalui setiap

lapisan dan nilai q adalah sama. Aliran panas sama dengan tekanan total dibagi

dengan resistansi total, oleh karena itu:

(12)

(13)

Sumber : Ajit K Ghosh, Fundamentals of Paper Drying – Theory and Application from Industrial

Perspective



Sehingga jika persamaan-persamaan yang terdapat pada tabel 2.2 dan

persamaan (13) saling di substitusi, maka didapatkan nilai koefisien perpindahan

panas total (U) secara umum sebagai berikut:

(14)

Sumber : Ajit K Ghosh, Fundamentals of Paper Drying – Theory and Application from Industrial

Perspective

Documents

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - digilib.polban.ac.iddigilib.polban.ac.id/files/disk1/81/jbptppolban-gdl-fahmijanua... · Pada proses . paper machine. ... size press. Penambahannya berupa