NAMA :PANJI ARJANGGI
NIM :1010620030
MATA KULIAH : METODE PENELITIAN
DOSEN :Prof. Ir. ING WARDANA.,M.Eng.,Ph.D
PENGARUH LUAS PERMUKAAN PADA PEMBAKARAN BATUBARA
TERHADAP PEMBENTUKAN NOx
PENDAHULUAN
Nitrogen secara umum adalah bagian yang besar dari pada udara yang dihirup,
pada kenyataannya 80% dari udara adalah nitrogen, secara normal atom-atom
nitrogen mengambang terikat satu sama lainnya seperti pasangan kimia, tetapi
ketika udara dipanaskan seperti pada nyala api boiler (3000 F=1648 C), atom
nitrogen ini terpecah dan terikat dengan oksigen, bentuk ini sebagai nitrogen
oksida atau kadang kala itu disebut sebagai NOx. NOx juga dapat dibentuk dari
atom nitrogen yang terjebak di dalam batu bara.
Di udara, NOx adalah polutan yang dapat menyebabkan kabut coklat yang kabur
yang kadang kala terlihat di seputar kota besar, juga sebagai polusi yang
membentuk “acid rain” (hujan asam), dan dapat membantu terbentuknya sesuatu
yang disebut “ground level ozone”, tipe lain dari pada polusi yang dapat
membuat kotornya udara.
Salah satu cara terbaik untuk mengurangi NOx adalah menghindari dari
bentukan asalnya, beberapa cara telah ditemukan untuk membakar batubara di
pemabakar dimana ada lebih banyak bahan bakar dari pada udara di ruang
pembakaran yang terpanas. Di bawah kondisi ini kebanyakan oksigen
terkombinasikan dengan bahan bakar daripada dengan nitrogen. Campuran
pembakaran kemudian dikirim ke ruang pembakaran yang kedua dimana
terdapat proses yang mirip berulang-ulang sampai semua bahan bakar habis
terbakar. Konsep ini disebut "staged combustion" karena batu bara dibakar
secara bertahap
RUMUSAN MASALAH
1.Bagaimana luas permukaan mempengaruhi laju reaksi?
2.Apakah laju reaksi pembakaran batubara mempengaruhi NOx yang terbentuk?
TUJUAN PENELITIAN
1.Untuk mengetahui pengaruh luas permukaan terhadap kecepatan reaksi (laju
reaksi)
2.Untuk mengetahui faktor-faktor laju reaksi yang mempengaruhi terbentuknya
NOx
DASAR TEORI
Pada pembakaran Batubara C137H97O9NS ,memilki kecenderungan pada suhu yang
tinggi yaitu berkisar antara 1800-20000C ,sehingga pada suhu tersebut pada
reaksi pembakaran batubara memiliki kecenderungan untuk bereaksinya
Oksigen dengan Nitrogen dari udara pembakaran dan bereaksinya oksigen
dengan nirogen yang berasal dari batubara ,sesuai dengan teori laju reaksi
sebagai berikut:
aA + bB cC + dD
sehingga
V=k[A]a.[B]b
Keterangan :
V= Laju reaksi
k = Konstanta laju reaksi
(Abdy Muis, Kimia Dasar )
Laju reaksi adalah kecepatan suatu zat untuk dapat bereaksi.Laju reaksi
dipengaruhi konsentrasi pereaksi bukan hasil reaksi .Seperti yang dikemukaan
oleh Guldberg dan Waage dalam hukum aksi massa yaitu : ” laju reaksi dalam
suatu sistem pada suatu temperatur berbanding lurus dengan konsentrasi zat
yang bereaksi setelah tiap- tiap konsentrasi dipangkatkan dengan
koefisiennyadalam reaksi yang berlangsung” (Abdy Muis, Kimia Dasar )
Faktor yang mempengaruhi pembentukan NOx ,salah satunya adalah temperatur
pembakaran yang tinggi pada proses pembakaran batu bara ,karena semakin
tinggi temperatur maka laju reaksinya akan semakin cepat hal ini sesuai dengan
definisi temperatur yaitu tinggkat getaran atom yang dilambangkan dengan
derajat kelvin ,bahwasanya atom akan berhenti bergetar ketika berada pada
suhu -273 K ( Heat Transfer ,Cangel) dari teori tersebut dapat kita ambil suatu
kesimpulan bahwa semakin tinggi temperatur maka getaran atom semakin besar sehingga
peluang untuk oksigen dan nitogen baik yang berasal dari udara maupun batubara sendiri
semakin besar hal ini sesuai dengan teori bahwa laju reksi pembakaran batubara dan
pembentukan NOx akan semakin cepat hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan
bahwa tiap kenaikan temperatur 100C maka laju reaksi akan naik sebesar 2 sampai 3 kali
dari suhu semula hal ini dinyatakan dengan persamaan:
V= V (T2- T1/T).V0
Dimana : v = laju reaksi ( mol/detik)
V = kenaikan laju reaksi tiap ( 10 0C )
T2 = suhu akhir (0C)
T1 = suhu awal reaksi (0C)
V0 = laju reaksi awal
T = Kenaikan temperatur Laju reaksi 10 0C
.(Abdy Muis, Kimia Dasar)
Dari pesamaan diatas dapat diambil suatu kesimpulan bahwa semakin tinggi
suhu maka laju reaksi pembentukan NOx akan semakin besar
Oleh sebab itu , berdasarkan teori laju reaksi pula yaitu luas permukaan yang
semakin besar maka laju reaksi pun akan semakin besar karena laju reaksi yang
makin besar sehingga proses pembakaran molekul batu bara yang memiliki luas
permukaan yang besar dan volume yang kecil pada massa yang sama akan
berlangsung lebih cepat dan kemungkinan untuk terbentuknya NOxakan semakin
kecil karena waktu reaksinya yang cepat Hal ini dikarenakan Pada reaksi
heterogen (wujudnya berbeda) luas permukaan sentuhan mempengaruhi laju
reaksi .Semakin kecil ukuran partikel zat padat maka total luas permukaan
sentuhan zat padat tersebut semakin besar, sehingga peluang terjadi reaksi juga
semakin besar sehingga reaksi berlangsung semakin cepat. Hal ini dapat
dibuktikan sebagai berikut:
suatu kubus yang memilki p= 1cm ,l = 1cm , t = 1cm
Memilkiki volume sebesar =1cm3
Dan luas permukaan sebesar= 6cm2
Ketika kita perkecil kita perkecil ukuran dari kubus tersebut menjadi ¼ dari ukuran yang
sebelumnya maka kita akan mendapatkan hasil sebagai berikut ;
luas permukaan total untuk massa yang sama sebesar =10cm2
Ketika dibagi menjadi 4 bagian kubus tadi menjadi memiliki volume yang lebih
kecil dari semula ,sehingga laju reaksinya lebih besar karena diffusi udara yang
akan lebih cepat akibat molekul udara menyisip ke molekul bahan bakar karena
energi aktifasi pembakaran yang menyebabakan terjadinya perbedaan
temperatur dan konsentrasi antar molekul batubata dengan molekul udara ,hal
ini sesuai dengan persamaan heat diffusvity sebagai berikut:
Atau:
D=(k.c.m/v)1/2
(Peter Beeley, Foundry Technology 2nd)
ketika volume di perkecil maka pada massa yang sama luas permukaan akan
menjadi lebih besar dan dari persamaan diatas diffisivitas termalnya
meninggkat(Peter Beeley, Foundry Technology 2nd)
HIPOTESIS
Semakin kecil ukuran suatu molekul bahan bakar dalam hal ini batubara makan
laju reaksi pembakaran akan semakin meningkat. Hal ini dikarenakan Pada
reaksi heterogen (wujudnya berbeda) luas permukaan sentuhan mempengaruhi
laju reaksi .Semakin kecil ukuran partikel zat padat maka total luas permukaan
sentuhan zat padat tersebut semakin besar, sehingga peluang terjadi reaksi juga
semakin besar sehingga reaksi berlangsung semakin cepat. Karena pada reaksi
pembakaran batubara dipengaruhi oleh diffusifitas termal dari energi aktifasi
dimana ketika luas permukaan semakin besar volume akan semaki kecil
sehingga diffusivitas termal meningkat sesuai dengan persamman berikut ini :
D=(k.c.m/v)1/2
Sehingga laju reaksi meningkat dan udara akan memiliki kecenderungan
berikatan dengan atom C dan H,dari pada dengan N hal ini dapat disebabkan C
berada pada golongan 3A,dan H berada pada golongan 1A ,sehingga atom O
dan N cenderung berikatan dengan kefua atom tesebut agar stabil ,dari pada
berikatan antara O dan N karena laju reaksi pembakarannya cepat sehingga O
dan N tidak sempat bereaksi sehingga kadar NOx yang dihasilkan
berkurang.Kemungkinan yang lain adalah karena ukuran molekul batubara yang
kecil sehingga laju reaksinya cepat,sehingga temperatur yang dihasilkan tidak
terlalu tinggi sehingga O dan N tidak dapat saling berikatan membentuk NOx.
Variabel Bebas
Ukuran Batu bara dengan luas permukaan yang berbeda-beda
Variabel Kontrol
Temperatur
Mol Batubara 1 mol (gr/Mr) ;Mr= 1931 ;gr = 1931 gr
Kecepatan aliran udara
METODE PENELITIAN
1.Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
Alat dan Bahan yang digunakan antara lain:
Alat
Ruang pembakaran berbentuk kotak dengan p=10cm;l=10cm;t=10cm(dengan
lapisan isolasi bata tahan api k=1,04 W/m 0C)
Saluran buang hasil pembakaran
Alat Ukur NOx
Timbangan digital
Elemen Pemanas Listrik
Kompresor udara
Stopwatch
Jangka sorong
Bahan
batubara ukuran p=1cm:1cm:t=1cm (dengan berat 1931 gr)
batubara ukuran p=0,5cm ; l =0,5cm ;t =0,5 cm (dengan berat 1931 gr)
batubara ukuran p=0,25cm ; l =0,25cm ;t =0,25 cm (dengan berat 1931 gr)
batubara ukuran p=1mm ; l =1mm;t =1mm (dengan berat 1931 gr)
2 Bentuk batubara ke bentuk kubus dengan ukuran yang sudah ditentukan
diatas
3.Batubara dikelompokan pada ukuran yang sama
4.Timbang batubara pada timbangan digital pada berat 1931gr(1mol)
5.Batubara yang sudah ditimbang letakan pada bejana berdasarkan berat dan
ukurannya
6.Pasang alat ukur NOx pada saluran buang hasil pembakaran
7.Pasang ruang pembakaran dengan saluran buang hasil pembakaran
8.Pasang elemen pemanas pada dinding bagian dalam ruang pembakaran
9.Hubungkan ruang pembakaran dengan selang yang berisi udara dari
kompresor
10.Siapkan stopwatch untung mencatat waktu pembakaran
11.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=1cm kedalam
ruang pembakaran
12.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen
13.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas
14.Biarkan proses pembakaran berlangsung
15.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak
tampak lagi nyala apinya
16.Catat waktu pembakaran pada stopwatch
17.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx
18.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara untuk pengujian
berikutnya
19.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=0,5cm kedalam
ruang pembakaran
20.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen
21.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas
22.Biarkan proses pembakaran berlangsung
23.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak
tampak lagi nyala apinya
24.Catat waktu pembakaran pada stopwatch
25.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx
26.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara untuk pengujian
berikutnya
27.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=0,25cm kedalam
ruang pembakaran
28.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen
29.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas
30.Biarkan proses pembakaran berlangsung
31.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak
tampak lagi nyala apinya
32.Catat waktu pembakaran pada stopwatch
33.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx
34.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara untuk pengujian
berikutnya
35.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=1mm kedalam
ruang pembakaran
36.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen
37.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas
38.Biarkan proses pembakaran berlangsung
39.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak
tampak lagi nyala apinya
40.Catat waktu pembakaran pada stopwatch
41.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx
42.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara
43.Rapihkan kembali alat-alat yang digunakan
44.Dari data pengukuran hitung laju reaksi v= (mol/detik)
45.Bandingkan laju reaksi dengan NOx yang diukur dari alat ukur NOx ,sesuai
dengan ukuran batubara yang dibakar
46.Lakukan pengujian ulang minimal 3x agar data yang didapat benar-benar
akurat