Slide 1

II. REAKSI PEMBAKARANCOMBUSTION REACTIONII.2. REAKSI PEMBAKARANReaksi pembakaran adalah reaksi oksidasi antara zat-zat dalam Bahan bakar dengan Oksigen dari Udara, yang menghasilkan panas dan cahaya dalam bentuk nyala apiAgar reaksi pembakaran terjadi, diperlukan energi awal ( ignition ) untuk memutuskan ikatan antar atomEnergi ignition tidak diperlukan lagi jika reaksi pembakaran telah menghasilkan energi panas yang cukup besar

REAKSI PEMBAKARAN Reaksi pembakaran dapat terjadi secara sempurna atau tidak sempurnaReaksi pembakaran sempurna produk hasil reaksi tidak dapat teroksidasi lebih lanjut, misal CO, HO, SO Reaksi pembakaran tidak sempurna hasil reaksi dapat teroksidasi lebih lanjut, misal : CO, C ( jelaga ), SO, CHO. Produk pembakaran tidak sempurna biasanya beracunProses pembakaran tidak sempurna mengurangi efisiensi pembakaran dan menambah jumlah emisi polutan yang berbahaya bagi lingkungan

REAKSI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR :Unsur C, H, CnHm, CO, S, P terbakarN, HO, Abu tidak terbakar, menyerap panas pembakaranO mengurangi jumlah O dalam Udara yang diperlukan untuk reaksi pembakaranKomposisi Bahan Bakar Padat dan Cair dinyatakan dalam % Berat Komposisi Bahan Bakar Gas dinyatakan dalam % VolumeUDARA PEMBAKARAN ( COMBUSTION AIR ) :Udara kering ( dry air ) komposisi kimia : 21 % O, 79 % N ( by Volume ) atau 23,2 % O, 76,8 % N ( by weight ) densitas 1,293 kg/m ( STP )

REAKSI PEMBAKARAN Udara lembab ( moist air )Mengandung Uap air ( HO ) yang dinyatakan dalam % HO ( by Volume ), gram HO/m udara, grains/cuft ( 1 grain = 0,0648 gr = 0,000143 lb ) atau Kelembaban ( Humidity )Kelembaban 100 % Udara jenuh dengan Uap airTekanan Uap air jenuh = Tekanan Uap air maksimumTekanan parsial Uap air ( pHO ) : pHO = ( % HO )( Tekanan Barometer ) pHO = ( % Kelembaban )( Tekanan Uap air jenuh )Tekanan Udara kering = Tekanan Udara lembab pHO

CONTOH 2 :Udara lembab dengan Tekanan 740 mmHg, T 25 C, Kelembaban 60 % . Berapa kandungan HO dan tekanan udara kering?Dari Tabel IV.1. pada T= 25 C diketahui Tekanan Uap air maksimum 23,8 mmHg, maka pHO = ( 60 % )( 23,8 ) = 14,3 mmHg. %HO = (14,3)(100%)/740 = 1,93 %Tekanan Udara kering = 740 14,3 = 725,7 mmHgREAKSI PEMBAKARAN SOAL LATIHAN :Udara lembab mengandung 20 gram HO/m udara lembab. Berapa % volume Uap air ?JAWAB : Volume Uap air = ( 20/18 )( 22,4 ) = 24,89 liter/m Udara lembab % Volume Uap air dalam Udara lembab = ( 24,89/1000 )( 100% ) =2,489 %

Udara lembab mengandung 1,5 % HO. Berapa Volume Udara lembab tersebut, jika Volume Udara kering = 12 m ?JAWAB : % Volume Udara kering = 100 % - 1,5 % = 98,5 % 12 m Volume Udara lembab = 12 / 0,985 = 12,18 m

REAKSI PEMBAKARAN Reaksi pembakaran mudah terjadi bila molekul-molekul bahan bakar dan udara dapat kontak intim. Kontak molekuler yang intensif terjadi pada fasa Gas dan temperatur sistem yang tinggiOleh sebab itu bahan bakar cair perlu dikabutkan ( atomized ) atau diuapkan ( vaporized ). Pada bahan bakar padat , kontak molekuler terjadi ketika Oksigen terdifusi kedalam pori-pori dan teradsorpsi pada permukaan pori-pori. Proses difusi Oksigen kedalam pori-pori semakin intensif apabila ukuran bahan bakar padat lebih kecil. Oleh sebab itu bahan bakar padat perlu dibuat bubuk ( pulverized )REAKSI PEMBAKARAN Reaksi pembakaran bahan bakar cair atau gas terjadi bila :Campuran gas atau uap bahan bakar dan udara berada dalam flameability limit Temperatur sistem diatas temperatur pengapian spontan ( Spontaneous Ignition Temperature = SIT )Pada kondisi P, T tertentu, dapat terjadi pembakaran tak sempurna. Terbentuk cool flame ( nyala api dengan temperatur api lebih rendah dari temperatur api pembakaran sempurna ) akibat bahan bakar terkonversi menjadi produk-produk pembakaran antara, misal CO, CHOREAKSI PEMBAKARAN Tahapan proses pembakaran bahan bakar padat :Preheating pemanasan awal sampai mencapai SITDistilation ( Gaseous phase ) molekul gas-gas hasil distilasi kontak dengan O dari udara terjadi reaksi pembakaran gas-gas hasil distilasiCharcoal phase ( Solid phase ) Jika jumlah gas-gas hasil distilasi tidak cukup, mekanisme reaksi pembakaran yang dominan adalah difusi dan adsorpsi gas Oksigen kedalam permukaan pori-pori bahan bakar padat. Reaksi pembakaran Carbon oleh Oksigen terjadi bila temperatur sistem diatas SIT Pembakaran terjadi tanpa nyala ( bara )

REAKSI PEMBAKARAN Tipe-tipe Reaksi Pembakaran :Pembakaran cepat : pembakaran dengan melepaskan energi panas, cahaya dan jumlah gas hasil pembakaran yang besar dalam waktu yang singkat. Pengembangan jumlah gas yang besar dan tiba-tiba akan menghasilkan tekanan yang berlebihan dan ledakan Pembakaran lambat : pembakaran pada temperatur rendahPembakaran sempurna : pembakaran dengan jumlah Oksigen yang tepat secara stoikiometrik. Hasil reaksi tidak dapat lagi teroksidasiPembakaran tak sempurna : pembakaran dengan jumlah Oksigen yang tidak cukup. Terbentuk hasil-hasil pembakaran yang masih dapat teroksidasi lebih lanjutPembakaran turbulen : pembakaran yang dikarakterisasi dengan aliran turbulen. Turbulensi membantu pencampuran bahan bakar dan udara lebih baik ( pembakaran pada Gas Turbine, Mesin bakar )II.1. STOIKIOMETRI REAKSI PEMBAKARANReaksi pembakaran dikatakan stoikiometri jika jumlah Oksigen ( O ) yang dipasok tepat habis digunakan dalam reaksi. CnHm + ( n + m )O + 3,762 ( n + m )N nCO + m HO + 3,762 ( n + m )NReaksi pembakaran mengikuti hukum kekekalan massa : Massa bahan yang masuk kedalam sistem = massa bahan yang keluar sistem Konversi berat volume pada kondisi STP ( Hukum Avogadro ) :

1 kmol setiap gas ( STP ) = 22,4 m ( 273 K, 101,33 kNm )1 gmol = 22,4 lt ( 0 C, 760 mmHg )1 lbmol = 359 ft ( 32 F, 14,7 lb/in )BERAT MOLVOLUME W Kg, gW / ( BM ) Kgmol, gmol( W / BM )( 22,4 ) m, ltW lbW / ( BM ) lbmol( W / BM )( 359 ) ftSTOIKIOMETRI REAKSI CONTOH 3 : PEMBAKARAN BAHAN BAKAR PADAT ATAU CAIRBatubara dengan komposisi 72% C, 4% H, 8% O, 1% N, 3% HO dan 12% Abu, dibakar dengan Udara pada kondisi STP. Berapa Volume Udara yang diperlukan per Kg Batubara? Berat atom C = 12, H = 1, O = 16, N = 14JAWAB :Dasar : 1 kg BatubaraREAKSIO [ kg ]CO [ kg ]HO [ kg ]C + O CO(32/12)(0,72)=1,92(44/12)(0,72)=2,042H + O 2HO(32/4)(0,04) =0,32(36/4)(0,04)=0,36Total2,242,040,36O yang dibutuhkan reaksi= 2,24 kgO yang ada dalam Batubara= 0,08 kg O yang diperlukan dari Udara= 2,16 kg 23,2 % O dalam UdaraSTOIKIOMETRI REAKSI CONTOH 3 ( lanjutan )Berat Udara yang diperlukan = 2,16 / 0,232 = 9,31 kgDensitas Udara pada kondisi STP = 1,293 kg/m, makaVolume Udara yang diperlukan = 9,31 / 1,293 = 7,20 mAtau secara langsung :Vol. O pada reaksi 1= (32/12)(0,72)(1/32)(22,4)= 1,344 mVol. O pada reaksi 2= (32/4)(0,04)(1/32)(22,4)= 0,224 m +Vol. O yang diperlukan reaksi= 1,568 mVol. O dalam Batubara= (0,08)(1/32)(22,4)= 0,056 m Vol. O yang diperlukan dari Udara= 1,512 mUdara mengandung 21 % O by Volume, maka Volume Udara yang diperlukan = 1,512 / 0,21= 7,20 mSTOIKIOMETRI REAKSI Pada Contoh 3 diatas, berapa Volume dan Komposisi gas hasil pembakaran ( gas buang ) ?JAWAB :Vol. CO dari reaksi 1= (44/12)(0,72)(1/44)(22,4)= 1,344 mVol. HO dari reaksi 2= (36/4)(0,04)(1/18)(22,4)= 0,448 mVol. HO dari Batubara= (0,03)(1/18)(22,4)= 0,037 mVol. HO dalam gas buang= 0,448 + 0,037= 0,485 mVol. N dari Udara= (0,79)(7,20)= 5,688 mVol. N dari Batubara= (0,01)(1/28)(22,4)= 0,008 mVol. N dalam gas buang= 5,688 + 0,008= 5,696 mKomposisi Gas Buang :CO= 1,344 m(1,344)(100%)/(7,525)= 17,86 %HO= 0,485(0,485)(100%)/(7,525)= 6,44 %N= 5,696 +(5,696)(100%)/(7,525)= 75,70 % +Volume Gas Buang= 7,525 m= 100,00 %STOIKIOMETRI REAKSI CONTOH 4 : PEMBAKARAN BAHAN BAKAR GASGas dengan komposisi 25% CH, 45% H, 3% CO, 10% CO, 1% O, 1% CH, 15% N dibakar dengan udara. Tentukan Volume Udara yang diperlukan, serta Volume dan komposisi gas buang yang dihasilkan.JAWAB :Dasar : 1 m bahan bakarREAKSIO [ m ]CO [ m ]HO [ m ]CH + 2O CO + 2HO(2/1)(0,25)=0,50(1/1)(0,25)=0,25(2/1)(0,25)=0,502H + O 2HO(1/2)(0,45)=0,225(2/2)(0,45)=0,452CO + O 2CO(1/2)(0,10)=0,05(2/2)(0,10)=0,10CH + 3O 2CO + 2HO(3/1)(0,01)=0,03(2/1)(0,01)=0,02(2/1)(0,01)=0,01Total0,8050,370,97O yang diperlukan reaksi= 0,805 mO dari bahan bakar gas= 0,01 m O yang diperlukan dari Udara= 0,795 m 21 %STOIKIOMETRI REAKSI CONTOH 4 ( lanjutan )Jadi Volume Udara yang diperlukan = 0,795 / 0,21 = 3,78 mGas buang terdiri dari :Komposisi gas buang :CO dari hasil reaksi = 0,37mCO dari bahan bakar gas= 0,03 +mTotal CO dalam gas buang=0,40m(100%)(0,40/4,51)= 10 %HO dari hasil reaksi=0,97m(100%)(0,97/4,51)= 15 %N dari Udara = ( 0,79 )( 3,78 ) = 2,99mN dari bahan bakar gas = 0,15 +mTotal N dalam gas buang=3,14 +m(100%)(3,14/4,51)= 75 % +Volume gas buang=4,51m = 100 %STOIKIOMETRI REAKSI CONTOH 4 ( lanjutan )Berapa jumlah Udara yang diperlukan dan Volume gas buang yang dihasilkan jika digunakan udara berlebih 10% ?JAWAB :Kelebihan udara= ( 0,10 )( 3,78 )= 0,378 mJumlah udara yang diperlukan= 3,78 + 0,378= 4,158 mPerhitungan Volume dan Komposisi Gas buang :O dari kelebihan udara=( 0,21 )( 0,378 )= 0,079 mN dari kelebihan udara= 0,378 0,079= 0,299 mVolume Gas buangKomposisi Gas buangCO= 0,40 m( 100% )( 0,40/4,888 )= 8,2 %HO= 0,97 m( 100% )( 0,97/4,888 )= 19,8 %O= 0,079 m( 100% )( 0,079/4,888 )= 1,6 %N= 3,14 + 0,299= 3,439 m +( 100% )( 3,439/4,888 )= 70,4 % +Volume gas buang= 4,888 mTotal= 100,0 %STOIKIOMETRI REAKSI CONTOH 4 ( lanjutan )Jika udara yang digunakan tersebut adalah udara lembab yang mengandung 10% HO, berapa jumlah udara berlebih dan lembab yang diperlukan ? Bagaimana Volume dan Komposisi gas buang ?JAWAB :Volume udara berlebih kering = 100% - 10% = 90 % 4,158 mJadi Volume udara berlebih dan lembab = 4,158 / 0,90 = 4,62 mPerhitungan Volume dan Komposisi Gas buang :HO dalam udara lembab berlebih = 4,62 4,158 = 0,462 mVolume Gas buangKomposisi Gas buangCO= 0,40 m( 100% )( 0,40/5,35 )= 7,5 %HO= 0,97 + 0,462= 1,432 m( 100% )( 1,432/5,35 )= 26,8 %N= 3,439 m( 100% )( 3,439/5,35 )= 64,2 %O= 0,079 m +( 100% )( 0,079/5,35 )= 1,5 % +Volume Gas buang= 5,35 mTotal= 100,0 %STOIKIOMETRI REAKSI Secara teoritis, jumlah udara pembakaran yang sesuai dengan jumlah Oksigen stoikiometrik akan menghasilkan reaksi pembakaran sempurna. Jumlah udara pembakaran yang sesuai dengan jumlah Oksigen stoikiometrik pada kondisi STP, disebut Jumlah udara pembakaran teoritisMeskipun telah diberikan pasokan udara teoritis, apabila pencampuran bahan bakar dan udara tidak homogen, akan terdapat daerah yang kaya oksigen dan kurang oksigen. Pada daerah yang kaya oksigen akan terjadi pembakaran sempurna, sedang daerah yang miskin oksigen terjadi sebaliknya.Pembakaran tidak sempurna terjadi, jika :Udara ( O ) yang diperlukan < Udara ( O ) teoritisTerdapat sisa bahan bakar ( unburned C, unburned hydrocarbon ). Pencampuran bahan bakar dan udara yang tidak merata ( homogen )

19STOIKIOMETRI REAKSI Komponen Gas buang ( Flue gas, Chimney gas ) adalah :Gas-gas yang terbentuk dari reaksi pembakaran sempurna atau tidak sempurnaGas-gas yang langsung dibebaskan dari bahan bakarGas-gas dari udara/udara berlebih/udara lembab ( N, O, HO )Jika pembakaran tak sempurna, sehingga sebagian Carbon dan Hidrocarbon yang tak terbakar terbawa kedalam gas buang, akan menimbulkan asap berwarna hitamKomponen Abu sisa pembakaran :Unburned CarbonOksida-oksida anorganik yang tak terbakar

II.2. PERBANDINGAN UDARA DAN BAHAN BAKAR ( AIR FUEL RATIO )Air Fuel Ratio ( AFR ) adalah perbandingan massa udara ( ma ) terhadap massa bahan bakar ( mf ) pada kondisi STP AFR = ma / mf Lambda ( ) adalah ukuran sampai seberapa jauh penyimpangan perbandingan campuran udara dan bahan bakar dari nilai stoikiometriknya = ( AFR ) / ( AFR )s = 1, campuran udara dan bahan bakar tepat secara stoikiometrik < 1, campuran kaya bahan bakar. Jumlah panas dan Temperatur hasil pembakaran lebih rendah dari kondisi stoikiometriknya > 1, campuran miskin bahan bakar . Udara berlebih ( N ) akan menyerap panas gas-gas hasil pembakaran% Excess Combustion Air ( % ECA, % Udara berlebih ) adalah % kelebihan massa udara nyata ( mar ) terhadap massa udara stoikiometrik ( mas ) % ECA = ( 100% )( mar mas ) / ( mas )AIR FUEL RATIO Equivalence ratio ( ) adalah perbandingan massa bahan bakar terhadap massa Oksigen pada kondisi nyata ( mf /mo )a dengan massa bahan bakar terhadap massa Oksigen pada kondisi stoikiometrik ( mf /mo )s = ( mf / mo )a / ( mf / mo )s = ( nf / no )a / ( nf / no )s n = jumlah molHubungan Lambda dan Equivalence ratio : = 1 /