Slide 1

PERALATAN PROSES PEMBAKARANPRINSIP UMUM PEMBAKARANPERANCANGAN ALAT PEMBAKARANKLASIFIKASI DAN CONTOH ALAT PEMBAKARANIII.1. PRINSIP UMUM PEMBAKARANIII.1.1. SEGITIGA DAN TETRAHEDRON API

Api adalah oksidasi cepat bahan mudah terbakar , menghasilkan gas-gas hasil reaksi, panas dan cahayaApi dapat terjadi bila dipenuhi keberadaan 3 unsur berikut ( Fire Triangle ) :Bahan bakar ( Fuel ) atau bahan yang mudah terbakarOksigen atau UdaraPanas ( Heat )

Segitiga dan Tetrahedron Api .Tetrahedron Api ( Fire Tetrahedron ) Api yang kontinyu terjadi jika ada unsur - unsur berikut :Bahan bakar atau bahan mudah terbakar ( Fuel )OksigenPanas ( Heat )Reaksi rantai ( Chain Reaction ), yaitu reaksi berantai yang menjaga kelangsungan pembakaran Api dapat dipadamkan apabila salah satu unsur tersebut ditiadakan

II.1.2. FISIKA, WARNA DAN TEMPERATUR APIPembakaran adalah reaksi kimia fasa gas, bersifat eksotermik ( melepas energi panas dan cahaya ), berjalan sangat cepatBila energi yang dilepas sangat panas, gas-gas akan terionisasi menghasilkan plasmaApi adalah reaksi pembakaran yang merambat secara subsonik melalui suatu ruang, biasanya disertai radiasi tampak Penjalaran pembakaran secara subsonik adalah perambatan pembakaran secara konduksi ( bahan yang telah terbakar akan memanaskan dan membakar lapisan berikutnya ) Detonation adalah reaksi pembakaran yang merambat secara supersonik, menghasilkan tekanan tiba-tiba ( shock compression ) sehingga menimbulkan ledakan

Fisika, Warna dan Temperatur Api MODEL API IDEALGAS-GASPROSESPROSESGAS -GASHASIL PEMBAKARANPEMBA-KARANBAHANBAKARPEMBA-KARANHASILPEMBAKARAN adalah tebal lapisan dimana terjadi proses pembakaran. Area tersebut dikenal sebagai daerah Api ( Flame ). Pada kondisi keseimbangan :jumlah difusi panas melintas area api = pasokan energi panasWaktu difusi panas = waktu pembakaran = ( K b ) dimana K = difusifitas panas, b = waktu pembakaranFisika, Warna dan Temperatur Api Warna api terekam oleh mata karena gas hasil pembakaran pada temperatur tinggi memancarkan sinar pada panjang gelombang tampak dari Infra red sampai ke Ultra violetWarna api dan intensitas warna api tergantung pada komposisi bahan bakar, produk antara reaksi dan unsur-unsur pengotorWarna kuning kemerahan ( red-orange ) dihasilkan oleh pancaran sinar partikel padat . Api yang demikian disebut Luminous Flame . Pembakaran bahan bakar padat, cair, bahan bakar organik dan pembakaran tak sempurna bahan bakar gas menghasilkan warna api kuning kemerahan . Warna biru dihasilkan oleh radikal gas. Pembakaran sempurna bahan bakar gas hanya menghasilkan satu panjang gelombang radiasi, yaitu warna api biru

Fisika, Warna dan Temperatur Api Pembakaran dengan hasil api yang tidak kelihatan secara visual ( karena tipisnya perbedaan warna dengan lingkungan sekitar ) disebut pembakaran flameless. Contoh : Pembakaran AlkoholTemperatur api teoritis atau temperatur api adiabatik adalah temperatur api yang diperoleh dari hasil pembakaran sempurna yang terjadi seketika tanpa ada kehilangan panas kesekitar ( kondisi adiabatik )Pada kenyataannya temperatur teoritis sulit dicapai. Temperatur api akan semakin tinggi bila :Nilai Kalori ( heating value ) bahan bakar semakin tinggiTemperatur awal bahan bakar dan udara semakin tinggi Nilai air ratio mendekati 1 ( kondisi stoikiometrik )

7Fisika, Warna dan Temperatur Api BAHAN BAKAR PADAT DAN CAIRBAHAN BAKAR GASWARNA APITEMPERATUR CJENIS APITEMPERATUR CRed, just visible525Oxyhydrogen> 2000Red, dull700Bunsen Burner1300 - 1600Cherry red, dull800Blowtorch1300Cherry red, full900Cherry red, clear1000Orange, deep1100Orange, clear1200Whitish1300White bright1400White dazzling15008III.1.2. KARAKTERISASI PEMBAKARANBahan bakar gas adalah bahan bakar yang ideal, karena paling mudah bercampur dengan O ( udara ) dan dinyalakanReaksi pembakaran berjalan sangat cepat jika :Ada kontak intim antara molekul-molekul zat yang bereaksiLuas permukaan kontak yang besar per satuan massaAda kondisi thermal yang diciptakan sebelum dan selama reaksi berjalanUntuk mendapatkan reaksi pembakaran yang intensif, bahan bakar padat dan cair perlu :Pengecilan ukuran butiran ( pulverisasi, atomisasi, penguapan )Pemanasan awal ( preheating ) udara dan bahan bakarPengadukan dan pencampuran ( fluidisasi, mixing ) bahan bakar dengan udara III.1.2.1. Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar GasPengapian bahan bakar gas tergantung pada temperatur pengapian ( ignition temperature ) dan batas keterbakaran ( flameability limit ) campuran bahan bakar gas dan udaraJika Tm = temperatur campuran bahan bakar gas dan udara dan Ti = Temperatur pengapian, maka :Jika Tm > Ti pengapian cepat, kecepatan reaksi pembakaran meningkatJika Tm < Ti pengapian sulitTi meningkat jika kandungan gas inert dan HO meningkatPengapian hanya dapat terjadi pada rentang komposisi campuran bahan bakar gas dan udara tertentu ( flameability limit ). Pengapian campuran kaya maupun miskin bahan bakar sulit terjadi.

Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Gas Batas keterbakaran ( Xfl ) dapat diperkirakan menurut formula berikut : Xfl = [ yi / ( yi/Xfli ) dimana, yi = fraksi mol gas i dalam bahan bakar Xfli = batas keterbakaran gas i

BATAS KETERBAKARAN GAS DAN TEMPERATUR PENGAPIANGASXfl bawah ( % )Xfl atas ( % )Ti ( F )H475968CO12,5741191 - 1216CH5151301CH312,5968 - 1166CH2,110,1871CH1,356,751044Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Gas Pembakaran sempurna bahan bakar gas dapat dicapai dengan menggunakan sedikit udara berlebih ( antara 5 10 % excess air kandungan O dalam Gas buang 1 2 % )Laju penjalaran api ( flame speed, flame propagation, Si ) adalah kecepatan perambatan api dalam campuran bahan bakar gas dan udara Si = / b ( kondisi laminar )Laju penjalaran api dapat secara pelahan, cepat, dipercepat. Laju penjalaran api yang sangat tinggi dapat menimbulkan ledakan ( detonation ) Laju penjalaran api akan maksimum apabila campuran mengandung sedikit kelebihan bahan bakar dibandingkan terhadap nilai campuran stoikiometriknya

Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Gas Panjang dan kondisi api tergantung pada laju alir bahan bakar gas : Laju alir bahan bakar gas yang rendah menghasilkan penjalaran api laminar, sehingga diperoleh api yang tenang.Panjang api laminar sebanding dengan laju alir bahan bakar gasJika laju alir gas sedikit ditingkatkan, ujung api akan bergejolak akibat terjadinya turbulensi. Jika laju alir terus ditingkatkan, seluruh bagian api akan bergejolak. Kondisi api turbulen dengan panjang api tidak berubah banyak. Panjang api turbulen sebanding dengan diameter lubang penyembur ( nozzle ) bahan bakar gasBila laju alir campuran gas dan udara = kecepatan penjalaran api, maka api akan stabil

Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Gas Hubungan daerah stabilitas Api, nozzle, Reynolds No.

Hubungan panjang api dan peningkatan laju alir

TRANSISITURBULENPan-jangApiLAMINAR Peningkatan Laju alir0.200.15STABLE LIFT UP0.100.05BLOW OFFmm Nre 5.000 10.00014Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Gas Jika laju alir campuran gas dan udara < kecepatan penjalaran api terjadi back fire atau flash back ( api berbalik arah )Jika laju alir campuran gas dan udara > kecepatan penjalaran api api akan terangkat jauh dari lubang penyemburan ( lift up ) dan kondisi api tak stabil ( bergejolak, turbulen ). Jika laju alir >> kecepatan penjalaran api akan menghasilkan blow off ( api mati )

Pembakaran gas menghasilkan warna api biru. Jika jumlah udara pembakaran kurang dan pencampuran kurang baik akan dihasilkan warna api kuning kemerahanJika jumlah udara pembakaran terlalu banyak, diperoleh nyala api biru dengan temperatur yang lebih rendah

III.1.2.2. Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar CairTahapan pembakaran bahan bakar cair :Atomisasi ( pengkabutan ) Evaporasi ( penguapan )Pencampuran Uap ( gas ) dengan udaraPengapian ( ignition )Menjaga kelangsungan pembakaran ( kestabilan api )Temperatur awal bahan bakar cair yang tinggi akan menurunkan viscositas. Semakin encer bahan bakar cair, pengaliran dan proses atomisasi semakin mudahProses pengkabutan bertujuan untuk mempermudah proses penguapan ( semakin luas permukaan / massa butir, akan semakin meningkatkan laju penguapan )Keberhasilan penciptaan Api tergantung pada waktu penguapan. Semakin lambat laju penguapan, semakin sulit pengapian

Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Cair Proses pencampuran bahan bakar dan udara terjadi pada ruang pembakaran.Mekanisme kontak ( pencampuran ) molekul-molekul uap ( gas ) bahan bakar cair dengan udara berlangsung secara difusi. Panjang api ditentukan oleh ukuran nozzle, ruang pencampuran dan metoda pemasokan udaraWarna api yang dihasilkan umumnya kuning- kemerahan. Warna Api merah-kehitaman terjadi jika jumlah udara pembakaran kurang dan atau penguapan tidak baikAsap hitam terjadi apabila pembakaran tak sempurna ( kekurangan udara, terjadi Pyrolysis )Abu sisa pembakaran bahan bakar cair relatif sedikit

III.1.2.3. Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar PadatMetoda pembakaran :Fluidized bedFixed bedMetoda Fluidized bed : Bahan bakar padat perlu di pulverisasi ( dibuat serbuk )Menggunakan udara sebagai media fluidisasi dan OksidatorUdara primer udara vortex ( pusar ) untuk mengaduk bahan bakar padat / mempercepat reaksiUdara sekunder ( lebih kaya O ) untuk menstabilkan apiUdara tersier untuk menyempurnakan pembakaranPembakaran menghasilkan Abu ( Fly ash )Serbuk bahan bakar padat dapat mengabrasi bata tahan api dinding dapurKarakteristik Pembakaran Bahan Bakar Padat Metoda Fixed BedPembakaran diatas kisi-kisi ( grate )Udara primer untuk reaksi pembakaranUdara sekunder untuk penyempurnaan pembakaran ( mengoksidasi gas-gas yang belum terbakar dan Zat terbang)Terjadi dekomposisi ( gasifikasi ) bahan bakar menjadi Zat terbang ( VM ). Reaksi oksidasi Zat terbang akan menghasilkan api ( flame )Pembakaran bahan bakar padat yang tidak banyak mengandung Zat terbang akan menghasilkan pembaraan sajaPembakaran meninggalkan Abu ( dry ash )Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Padat Fluidized Bed

Fixed Bed

20