Pengeringan cepat batu bata berongga dengan konveksi

Pengeringan Cepat Konvektif pada Batu Bata Berongga

(FH) Ralf König, Insinyur Diploma, D-Krumbach

Abstrak

Ralf König: Pengeringan cepat konvektif pada batu bata biasa
Perkembangan pesat yang terjadi dalam masyarakat industri kita menuntut fleksibilitas dan kesiapan inovasi yang maksimal dari perusahaan. Hal ini juga berlaku untuk teknologi pengeringan pada industri tanah liat berat. Sebuah langkah revolusioner dalam bidang ini adalah pengenalan teknik pengeringan cepat. Artikel ini akan memberikan penjelasan grafis tentang prinsip pengeringan cepat batu bata checker.

Perkembangan industri yang pesat saat ini mengharuskan setiap perusahaan untuk melakukan inovasi teknologi dengan fleksibilitas dan kecepatan maksimum, sesuai dengan situasinya masing-masing. Prinsip ini juga berlaku pada bidang teknologi pengeringan pada industri pembuatan batu bata. Sekitar 100 tahun yang lalu, batu bata hijau masih dikeringkan di rak pengering yang disebut “hacks” (yaitu pengeringan alami). Saat ini, proses pengeringan alami ini sudah ketinggalan zaman. Ini hanya memperbolehkan produksi musiman, dengan siklus pengeringan 2–3 minggu; rak pengering, atau tempat pengeringan di udara terbuka, hanya dapat dibalik 10–12 kali dalam setahun. Tanpa jumlah rak pengeringan yang memadai, proses pengeringan seperti itu tidak dapat beradaptasi dengan produksi kiln yang berkelanjutan.

Perkembangan pertama dalam teknologi pengeringan adalah apa yang disebut “gudang pengeringan berkapasitas besar”, yang dibangun di atas tempat pembakaran cincin atau tempat pembakaran zigzag, menggunakan udara panas yang naik dari permukaan tempat pembakaran untuk pengeringan. Ini mengurangi siklus pengeringan menjadi 10 hari.

Pengering ruang atau terowongan saat ini menggunakan panas buangan dari tungku terowongan untuk pengeringan buatan. Siklus pengeringan tergantung pada jenis produk dan sifat bahan baku, berkisar antara 1 hingga 3 hari. Langkah revolusioner lainnya dalam bidang ini adalah diperkenalkannya teknologi pengeringan cepat, yaitu waktu pengeringan hanya 1–2 jam. Artikel ini memberikan ilustrasi grafis tentang prinsip pengeringan cepat untuk batu bata berlubang tinggi dan membahas prospek investasinya.

Asal Usul Pengeringan Cepat

Pada pertengahan tahun 1980-an, pabrik-pabrik di Republik Federal Jerman yang memproduksi katalis industri mulai berkembang. Badan katalis ini memiliki penampang 150 mm * 150 mm, panjang sekitar 1,0–1,2 m, dan fraksi rongga yang sangat tinggi. Saat itu, banyak pengering di pabrik yang baru dikembangkan ini berasal dari Novokaram. Berkaitan dengan kualitas pengeringan dan waktu pengeringan, hasil terbaik dicapai hanya ketika benda-benda hijau terkena aliran udara tembus dan aliran silang. Jika pengeringan paksa yang diperlukan melebihi tingkat tertentu, parameter produksi lainnya juga berperan, seperti kecepatan udara melalui lubang dan di atas permukaan benda-benda hijau, serta keadaan gas yang membawa panas saat benda-benda tersebut bergerak maju. Ditemukan bahwa dalam beberapa kasus, karena tekanan uap air jenuh dalam gas jauh melebihi tekanan pada benda hijau, sepertiga dari benda kering pada akhirnya dirusak oleh air kondensasi yang teradsorpsi.

Pemanasan dengan microwave atau frekuensi tinggi merupakan metode ideal untuk memanaskan aliran udara. Namun, ada permasalahan yang praktis tidak dapat diatasi. Dua isu representatif disebutkan di sini:

A. Di beberapa wilayah, pemanasan frekuensi tinggi hanya digunakan untuk komponen peralatan logam seperti sensor dan selongsong sensor; tentu saja, papan pengering yang telah membawa benda-benda hijau tidak dapat digunakan kembali.
B. Pemanasan frekuensi tinggi menghasilkan listrik statis yang cukup besar di zona pemanasan. Bahkan lapisan air yang sangat tipis pada badan hijau atau antara badan hijau dan papan pengering plastik dapat menyebabkan papan hangus atau bahkan rusak karena laju pembuangan.

Oleh karena itu, metode pemanasan awal antara dengan menggunakan papan pengering yang dapat dipanaskan (untuk mencegah kondensasi pada benda hijau) terbukti berhasil dalam praktiknya. Faktanya, pengalaman yang diperoleh dalam pengeringan katalis Novokaram mengilhami gagasan untuk mengembangkan ruang pengeringan cepat untuk batu bata berlubang. Dalam beberapa tahun terakhir, Novokaram telah melakukan uji pengeringan ekstensif, dengan produk mulai dari lempengan besar (50*30*300 cm) hingga batu bata berlubang biasa dengan panjang tradisional. Telah ditemukan secara konsisten bahwa pengeringan konvektif dapat sepenuhnya mencapai hasil yang diinginkan.

Prinsip Dasar Pengeringan Cepat Konvektif

Contoh pengeringan konvektif yang paling umum adalah mengeringkan rambut dengan pengering rambut. Prinsip dasarnya adalah media pengering (biasanya udara panas) melewati benda yang akan dikeringkan, menguap dan menghilangkan kelembapan. Karena penguapan membutuhkan panas, media pengering secara bertahap menjadi dingin dan menyerap lebih banyak air selama proses tersebut (lihat Gambar 1). Kemampuan udara untuk menyerap kelembapan dibatasi oleh nilai yang bergantung pada suhu – yang disebut “tekanan uap air jenuh”. Jika nilai ini terlampaui, kelebihan uap air alami akan mengembun dalam bentuk kabut atau kondensat, yang sangat ditakuti dalam pengeringan. Keadaan udara dalam ruang pengering biasanya dinyatakan dalam suhu (°C) dan kelembaban relatif (%). Kebetulan, saat menggunakan diagram h‑x, kedua parameter ini merupakan nilai fundamental.

Mencapai Keseimbangan dalam Keadaan Arus

Titik awal untuk mempertimbangkan pengeringan cepat adalah bahwa waktu pengeringan batu bata hijau pada pengering tradisional selalu ditentukan oleh batu bata yang paling lambat keringnya. Hal ini berhubungan langsung dengan posisi bata hijau di dalam pengering (lihat Gambar 2). Misalnya, batu bata yang bagian luarnya mengering jauh lebih lambat dibandingkan batu bata yang bagian dalamnya dekat dengan kipas angin. Jadi, ketika udara pengering dari saluran tengah mengalir lebih jauh, kecepatan alirannya perlahan-lahan menurun, suhunya turun, menjadi lebih jenuh, dan kapasitas penyerapan airnya menurun. Bahkan ketika batu bata di bagian dalam pengering dapat dilepas, sistem pengeringan harus terus beroperasi sampai batu bata yang posisinya buruk tersebut juga kering – meskipun sebagian besar batu bata di dalam pengering tidak memerlukan proses pengeringan yang lama.

Oleh karena itu, langkah pertama dalam pengeringan cepat adalah menyeimbangkan kondisi aliran udara di seluruh penampang sirkulasi udara langsung. Dengan cara ini, proses pengeringan setiap bata hijau tidak bergantung pada posisinya di pengering – yaitu, proses pengeringan harus sama setiap saat selama pengeringan.

Meningkatkan Kecepatan Udara

Selama terdapat kondisi iklim yang sesuai, kecepatan udara mempunyai pengaruh yang sangat spesifik terhadap laju pengeringan. Peningkatan kecepatan udara juga mempercepat laju pengeringan. Kecepatan rendah menghasilkan aliran laminar yang seragam – contoh aliran yang relatif seragam di alam adalah sungai besar yang mengalir dengan tenang. Peningkatan kecepatan menyebabkan aliran menjadi lebih turbulen. Analogi di alam adalah aliran gunung yang mengalir melalui ngarai saat salju mencair.

Implikasi dari turbulensi dalam pengeringan adalah adanya lapisan udara stasioner pada permukaan benda hijau, yang disebut lapisan batas. Lapisan ini menghambat pengeringan dan menjadi lebih tipis selama proses pengeringan (lihat Gambar 3). Partikel udara yang bergerak cepat lebih mudah menyerap partikel air dibandingkan partikel yang bergerak lebih lambat.

Setelah kecepatan udara meningkat, laju pengeringan meningkat dengan cepat, dan kadar air gas meningkat lebih dari 5%. Tentu saja, pada kecepatan udara yang lebih tinggi, kondisi utama yang harus diperhatikan adalah keadaan aliran gas yang kontinyu harus seragam untuk mencapai hasil yang memuaskan. Artinya, benda hijau di seluruh penampang harus terkena aliran udara, dan kecepatan udara harus sama. Hal ini lebih mudah diucapkan daripada dilakukan, dan dalam kondisi saat itu, studi eksperimental ini memakan waktu lebih dari satu tahun.

Rasio Cross‑Flow terhadap Through‑Flow

Karena peraturan baru mengenai isolasi termal, volume rongga menjadi lebih besar. Artinya, dinding bagian dalam lubang menjadi semakin tipis. Dinding lubang tipis seperti ini memiliki kelebihan, dan tidak menimbulkan banyak masalah dalam pengeringan, karena selain ketebalan dinding yang berbeda, hanya terdapat sedikit perbedaan – jumlah uap air yang dihasilkan juga berbeda (lihat Gambar 4). Jika perbedaan kadar air sangat kecil, perbedaan penyusutan juga kecil, dan risiko retak kering menjadi sangat rendah.

Di sisi lain, karena luas permukaan memainkan peran yang menentukan dalam pengeringan konvektif, produk berongga dengan voidage tinggi ini memiliki luas permukaan internal yang besar – sekitar tiga kali luas permukaan luar. Jadi, untuk kadar air tertentu, semakin besar luas permukaannya, semakin mudah pengeringannya.

Rasio aliran silang terhadap aliran tembus untuk batu bata berlubang harus memenuhi proporsi tertentu. Proporsi ini bergantung pada tinggi A celah antara permukaan atas badan hijau bawah dan permukaan bawah papan pengering atas, dan lebar B celah antara dua batu bata yang berdekatan (seperti ditunjukkan pada Gambar 6). Namun, karena keterbatasan pengaturan kipas pada pengering konvektif dan pengering terowongan, rasio aliran yang sesuai tidak selalu dapat dicapai – atau dicapai sepenuhnya. Pengeringan cepat yang berhasil memerlukan tiga kondisi: kondisi aliran di seluruh penampang harus sama (kecepatan udara yang sama untuk aliran silang dan aliran tembus); kecepatan udara tidak boleh berada di bawah nilai tertentu; dan laju aliran silang dan aliran tembus untuk setiap batu bata harus konsisten.

Pengalaman di Bidang Rapid Drying

Selama dua tahun terakhir, Novokaram telah melakukan penelitian berkelanjutan di pabriknya, memperoleh informasi penting di bidang pemodelan aerodinamis. Selain itu, kesimpulan yang didasarkan pada teori telah dikonfirmasi. Berdasarkan prinsip dasar ini, pabrik percontohan skala besar untuk pengeringan cepat produk berongga tanah liat dibangun, dan selanjutnya, tiga pabrik batu bata berbeda dilengkapi dengan metode pengeringan cepat. Parameter karakteristik pengeringan yang relevan dicantumkan sebagai contoh di bawah ini.

Pengeringan Cepat dan Pengeringan Retak

Seringkali ada kesalahan yang menyatakan bahwa pengeringan retakan merupakan akibat langsung dari penyusutan. Seperti yang dijelaskan secara singkat dalam artikel ini, retakan yang mengering bukanlah akibat langsung dari penyusutan. Retakan yang mengering disebabkan oleh penyusutan yang berbeda-beda di dalam badan hijau, yang pada gilirannya bergantung pada distribusi kelembapan yang berbeda. Dalam pengeringan cepat, benda-benda hijau harus terkena udara secara merata sehingga perbedaan kelembaban yang dihasilkan sangat kecil. Dengan mengingat latar belakang ini, mudah untuk melihat mengapa pengeringan cepat tidak serta merta menyebabkan retakan pengeringan disebabkan oleh sensitivitas pengeringan yang tinggi.

Perbandingan batu bata yang dikeringkan dengan metode tradisional dengan batu bata yang dikeringkan dengan sangat cepat menegaskan kesimpulan di atas. Pada tingkat mutu yang sama, mutu batu bata cepat kering lebih tinggi.

Kelembaban Sisa dan Waktu Pengeringan

Target awal kami adalah waktu pengeringan ≤ 2 jam. Kadar air sisa setelah pengeringan bergantung pada siklus pengeringan, spesifikasi produk, dan bahan baku, umumnya berkisar antara 0,5% hingga 2,5%. Perlu diperhatikan bahwa memperpanjang proses pengeringan hanya beberapa menit dalam pengeringan cepat dapat mengurangi sisa kelembapan secara signifikan. Di pabrik yang sama, waktu pengeringan tradisional adalah sekitar 32–48 jam, dengan kadar air sisa 1,0%–2,5%. Tidak ada perbedaan kualitas pembakaran antara produk yang dikeringkan dengan cepat dan produk yang dikeringkan dengan metode tradisional.

Kurva Pengeringan Optimal

Seperti halnya pengeringan konvektif konvensional, kurva pengeringan yang disesuaikan dengan bahan mentah harus dicari agar pengeringan cepat. Kurva pengeringan cepat dapat dipahami sebagai versi terkompresi dari kurva pengeringan tradisional – dalam pandangan ini, pengeringan cepat hanyalah pengeringan konvensional “gerakan cepat”.

Proses Pengeringan Cepat

Jika benda hijau telah diolah dengan uap, penting – seperti halnya pengeringan biasa – untuk memindahkannya dari ekstruder ke ruang pengering dalam waktu sesingkat mungkin. Semakin tinggi suhu badan hijau, semakin intensif pengeringan awal – yaitu, badan hijau sudah mulai mengering pada suhu yang lebih tinggi, tanpa fase pemanasan bertahap di ruang pengering, sehingga tidak membuang-buang waktu yang berharga.

Rasio aliran silang dan aliran selama pengeringan telah ditekankan. Rasio ini sangat bergantung pada keakuratan pemasangan batu bata di bengkel. Namun, akurasi pengaturan yang lebih tinggi berarti investasi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, studi eksperimental khusus dilakukan untuk melihat apakah pola setting yang cukup akurat masih dapat diterima. Hasil pengujian menunjukkan bahwa toleransi perangkat pengaturan dan pembongkaran konvensional dapat diterima untuk seluruh proses dan tidak memiliki efek buruk pada rasio aliran silang terhadap aliran tembus. Artinya, dalam kondisi teknologi saat ini, perangkat pengaturan konvensional dapat digunakan.

Keuntungan Pengeringan Cepat

Saat memperkenalkan desain baru, setiap pengusaha langsung menanyakan kelebihannya – tidak terkecuali pengeringan cepat konvektif.

Apa kelebihan pengeringan cepat konvektif dibandingkan pengeringan konvektif tradisional? Aspek yang paling mendasar dan penting adalah kualitas. Terutama pengurangan kebutuhan waktu menjadi prioritas. Di banyak pabrik batu bata tanah liat yang berbeda, uji pengeringan cepat dilakukan tanpa menetapkan kurva pengeringan yang rumit, dan batu bata yang dibakar memperoleh kualitas yang baik atau sangat baik. Jika dibandingkan dengan batu bata yang diproduksi dengan metode tradisional, batu bata yang dipilih untuk dikeringkan dengan cepat setidaknya sama baiknya dengan batu bata yang dikeringkan dengan metode tradisional – bahkan tanpa perlu mengetahui apakah kurva pengeringan telah disesuaikan dengan bahan mentah yang tersedia.

Keuntungan lain yang sangat penting adalah berkurangnya investasi yang diperlukan untuk membangun pabrik yang cepat kering. Seperti ditunjukkan pada Gambar 7, seluruh ruang pengeringan cepat menempati ruang yang jauh lebih sedikit di gedung produksi. Artinya, untuk keluaran yang sama, luas lantai produksi dikurangi, atau alternatifnya, keluaran ditingkatkan – sehingga menghasilkan efek penghematan. Selain itu, proses pengeringan cepat disederhanakan, rute transportasi diperpendek, dan peralatan pengangkutan yang diperlukan disederhanakan, yang juga berkontribusi terhadap penurunan investasi modal.

Terakhir, beberapa data teknis harus disebutkan. Di ruang pengering tradisional, konsumsi panas sekitar 3200–3600 kJ/kg H₂O. Konsumsi listrik bergantung pada karakteristik penghilangan air dari bahan mentah itu sendiri. Menurut catatan dari berbagai pembuatan batu bata, konsumsi listrik adalah 5–11 kWh per ton bahan bakar.

Contoh Produksi Pengeringan Cepat

Gambar 7 adalah skema tata letak proses produksi pada pembuatan batu bata dimana proses pengeringan tradisional telah digantikan oleh sistem pengeringan cepat.

Demikian pula pada pembuatan batu bata lainnya, batu bata hijau dipotong, diletakkan di atas papan pengering, kemudian dipindahkan ke mobil pengering. Papan pengering ditempatkan pada mesin pengering, yang kemudian melewati ruang pengering cepat. Mobil pengering berada selama waktu tertentu di setiap kompartemen – yaitu, kondisi yang berbeda terjadi di setiap tahap. Kecepatan udara berbeda-beda di setiap kompartemen, namun prinsip pengeringan aliran silang dan aliran tembus serta kecepatan perjalanan mobil pengering adalah sama di semua kompartemen. Saat mobil pengering memasuki sirkulasi, separuh proses pengeringan telah selesai. Selama tahap pra-pengeringan, saat berpindah dari satu kompartemen ke kompartemen berikutnya, suhu terus meningkat sementara kelembapan relatif terus menurun. Ruang pengering cepat yang dijelaskan di sini memiliki 10 bagian di setiap arah. Jika seseorang berpikir secara dangkal tentang pengering terowongan tradisional, secara alami orang akan menganggapnya memiliki 20 zona pengeringan.

Setelah mobil pengering keluar dari ruang pengering cepat, langkah selanjutnya berjalan seperti biasa. Batu bata kering dikeluarkan dari gerbong pengering, ditempatkan di gerbong terowongan kiln, menunggu untuk dimuat ke dalam kiln, dan kemudian dibakar. Pembongkaran dan pengemasan terowongan kiln tidak terpengaruh oleh pengeringan yang cepat.

Sumber Artikel

Artikel ini ditulis oleh penulis Ralf König, Diploma Engineer (D‑Krumbach), dan pertama kali diterbitkan di International Brick and Tile Industry (ZI‑China Issue), 1996–1998, edisi gabungan berbahasa Mandarin, Bauverlag GmbH. Itu diposting di sini untuk tujuan pembelajaran dan referensi saja. Hak cipta milik penulis asli dan penerbit asli.

Informasi Kontak:
Jika ada penulis atau pemegang hak cipta yang menganggap metode kutipan di situs ini tidak pantas, atau ingin mengubah/menghapus konten, silakan menghubungi kami melalui:
Surel: [info@Brictec.com]
Telp : [029-89183545]
Alamat: [ZTE Industrial Park, Jalan Tangyan Selatan No. 10, Zona Teknologi Tinggi Xi'an, Tiongkok]
Kami berjanji untuk merespons dalam waktu 24 jam setelah menerima pemberitahuan Anda dan menangani masalah ini segera sesuai permintaan Anda.

Komitmen Integritas Akademik:
Perusahaan kami secara ketat mematuhi prinsip-prinsip integritas akademik dan menghormati hak kekayaan intelektual semua sarjana. Jika ada kutipan yang tidak tepat, kami menyampaikan permintaan maaf yang sebesar-besarnya dan akan segera memperbaikinya.