pembakaran.pdf

5/20/2018 Pembakaran.pdf

1/12

a an a ar an em a aran

1

BAHAN BAKAR DAN PEMBAKARAN

I. Pengertian Umum

I.1 Bahan Bakar

Ditinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakar diartikan sebagai bahan

yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya,

disertai dengan pengeluaran kalor. Bahan bakar dibakar dengan tujuan untuk

memperoleh kalor tersebut, untuk digunakan baik secara langsung maupun tak

langsung. Sebagai contoh penggunan kalor dari proses pembakaran secara langsung

adalah:

- untuk memasak di dapur-dapur rumah tangga,

- untuk instalasi pemanas,

sedang contoh penggunaan kalor secara tidak langsung adalah:

- kalor diubah menjadi energi mekanik, misalnya pada motor bakar,

- kalor diubah menjadi energi listrik, misalnya pada pembangkit listrik tenaga diesel,

tenaga gas dan tenaga uap.

Beberapa macam bahan bakar yang dikenal adalah:

- bahan bakar fosil, seperti: batubara, minyak bumi, dan gas bumi.

- bahan bakar nuklir, seperti: uranium dan plutonium.

Pada bahan bakar nuklir, kalor diperoleh dari hasil reaksi rantai penguraian atom-atom

melalui peristiwa radioaktif.

- bahan bakar lain, seperti: sisa tumbuh-tumbuhan, minyak nabati, minyak hewani.

Bahan bakar konvensional, ditinjau dari keadaannmya dan wujudnya dapat

padat, cair atau gas , sedang ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah dan non -alamiah

atau buatan atau manuvactured. Termasuk bahan bakar padat alamiah ialah: antrasit,

batubara bitumen, lignit, kayu api, sisa tumbuhan. Termasuk bahan bakar padat non-

alamiah antara lain: kokas, semi-kokas, arang, briket, bris, serta bahan bakar nuklir.

Bahan bakar cair non-alamiah antara lain: bensin atau gasolin, kerosin atau minyak

tanah, minyak solar, minyak residu, dan juga bahan bakar padat yang diproses menjadi

bahan bakar cair seperti minyak resin dan bahan bakar sintetis . Bahan bakar gas

alamiah misalnya: gas alam dan gas petroleum, sedang bahan bakar gas non-alamiah

misalnya gas rengkah (atau cracking gas) dan producer gas.

I.2 Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang

dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor.

Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahan-

lahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk

menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala.

Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat

terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2, air (= H2O), dan gas SO2, sehingga

tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa.

Bahasan ini dibatasi hanya pada bahan bakar dan proses pembakaran yang

biasa terjadi dalam industri.

II. Komposisi dan Spesifikasi Bahan Bakar

II.1 Komposisi

Bahan bakar fosil dan bahan bakar organik lainnya umumnya tersusun dari

unsur-unsur C (karbon), H (hidrogen), O (oksigen), N (nitrogen), S (belerang), P

(fosfor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, namun unsur-unsur kimia yang

penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan kalor,

dan disebut sebagai bahan yang dapat terbakar atau combustible matter, disingkat

dengan BDT.

Unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat

terbakar adalah O, N, bahan mineral atau abu dan air. Komponen-komponen ini disebut


2/12


2

sebagai bahan yang tidak dapat terbakar atau non-combustible matter, disingkat

dengan non-BDT.

Secara singkat komposisi bahan bakar padat dinyatakan menurut:

a.Analisis pendekatan (proximate analys is), yaitu kandungannya akan BDT, air,

abu.

BDT terdiri dari:

- bahan yang bila terbakar membentuk gas atau uap, yaitu gas CO2, CO, SO2, uap

air. Bahan ini disingkat dengan BTG.

- bahan yang jika terbakar tidak membentuk gas, dan pembakaran lebih lanjut

terhadap bahan ini menghasilkan kokas. Bahan ini disebut karbon tetap atau

fixed carbon disingkat KT.

Setelah proses pembakaran:

- BTG: terbakar menghasilkan gas-gas CO2, CO, SO2, dan uap air yang

keluar sebagai gas asap atau gas buang.

- non -BDT: unsur O dan N membentuk gas-gas oksigen (O2) dan nitrogen (N

2),

dan keluar sebagai gas asap. Komponen abu tetap tinggal di ruang pembakaran,

ditampung oleh penampung (ash pit), dan keluar sebagai sisa pembakaran

(refuse) disingakt SB.

- KT: terbakar membentuk kokas. Kokas mempunyai kandungan karbon

mendekati 100%.

b.Analisis tuntas (ultimate analysis), yaitu komposisi bahan sampai unsur-

unsurnya, seperti kandungan C, H, O, N, S, abu dan air. Air yang terkandung

dalam bahan bakar mencakup:

- air yang menempel secara mekanis,

- air senyawa, yaitu air yang dapat terbentuk jika unsur O dan H dalam bahan

bakar mempunyai perbandingan stoikiometeris.

Bahan bakar cair terdiri dari seyawa hidrokarbon atau campuran beberapa

macam senyawa hidrokarbon. Pada minyak bumi, kandungan hidrokarbon terdiri dari

C5 sampai C16, meliputi seri parafin, napftena, olefin dan aromatik. Hidrokarbon-

hidrokarbon tersebut kadang-kadang merupakan senyawa ikatan dengan belerang,

oksigen dan nitrogen, yang jumlahnya beragam.

Bahan-bahan gas terdiri dari campuran senyawa-senyawa C dan H yang

mudah terbakar (CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CO, H2 dan lain-lain), serta gas -gas yang

tidak terbakar (N2, CO2, SO2). Senyawa C dan H tersebut tidak selalu senyawa

hidrokarbon (CO, H2). Contoh bahan bakar gas:

-

Gas alam : merupakan campuran gas-gas parafin hidrokarbon jenuh seperti

metana, etana, gas nitrogen, gas karbon dioksida, dan lain -lain.

Kandungan air di dalam bahan bakar cair dan bahan bakar gas terbats pada harga nisbi

menurut kelarutanair di dalam cairan dan dalam gas tersebut. Kandungan air,

kandungan abu dan kandungan belerang dalam bahan bakar sangat menentukan mutu

bahan bakar tersebut, karena bahan-bahan tersebut mempengaruhi besarnya nilai kalor

dan sekaligus menentukan spesifikasinya.

II.2 Spesifikasi Dasar

Spesifikasi bahan bakar yang terpenting adalah:

a.Nilai Kalor atau Heating Value atau Calorific Value atau Kalor Pembakaran.

Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna 1 kilogram

atau satu satuan berat bahan bakar padat atau cair atau 1 meter kubik atu 1 satuan

volume bahan bakar gas, pada keadaan baku.

Nilai kalor atas a tau gross heating value atau higher heating value adalah kalor

yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu satuan berat bahan bakar padat

atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada tekanan tetap, suhu 250C,

apabila semua air yang mula-mula berwujud cair setelah pembakaran mengembun

menjadi cair kembali.

Nilai kalor bawah atau net heating value atau lower heating value adalah kalor

yang besarnya sama dengan nilai kalor atas dikurangi kalor yang diperlukan oleh

air yang terkandung dalam bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran


3/12


3

bahan bakar untuk menguap pada 250C dan tekanan tetap. Air dalam sistem,

setelah pembakaran berwujud uap air pada 250C.

b.Kandungan Air di dalam Bahan Bakar

Air yang terkandung dalam bahan bak ar padat terdiri dari:

- kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat secara kimiawi.

- kandungan air eksternal atau air mekanikal, yaitu air yang menempel pada

permukaan bahan dan terikat secara fisis a tau mekanis.

Air dalam bahan bakar cair merupakan air eksternal, berperan sebagai

pengg anggu.

Air dalam bahan bakar gas merupakan uap air yang bercampur dengan bahan

bakar te rsebut.

Air yang terkandung dalam bahan bakar menyebabkan penurunan mutu bahan

bakar karena:

- menurunkan nilai kalor dan memerlukan sejumlah kalor untuk penguapan,

- menurunkan titik nyala,

- memperlambat proses pembakaran, dan menambah volume gas buang.

Keadaan tersebut mengakibatkan:

- pengurangan efisiensi ketel uap ataupun efisiensi motor bakar,

- penambahan biaya perawatan ketel,

- menambah biaya transportasi, merusak saluran bahan bakar cair (fuel line)

dan ruang bakar.

c.Kandungan Abu

Abu yang terkandung dalam bahan bakar padat adalah mineral yang tak dapat

terbakar (non-BDT) yang tertinggal setelah proses pembakaran dan perubahan-

perubahan atau reaksi-reaksi yang menyertainya selesai. Abu berperan

menurunkan mutu bahan bakar karena menurunkan nilai kalor. Di dalam dapur

atau dalam generator gas, abu dapat meleleh pada suhu tinggi, menghasilkan massa

yang disebut slag. Sifat kandungan a bu dapat ditandai oleh perubahan-perubahan

yang terjadi bila suhunya naik. Kalau suhu diberi lambang t, maka:

t1= suhu pada saat abu mulai deformasi,

t2= suhu pada saat abu mulai lunak,

t3= suhu pada saat abu mulai mencair.

Kalau abu meleleh pada suhu t3 < 13000C, maka abu bertitik leleh rendah.

Kalau abu meleleh pada suhu 13000C < t3< 1425

0C; abu bertitik leleh sedang.

Kalau abu meleleh pada suhu t3> 14250C; abu bertitik leleh tinggi.

Slagdapat menutup aliran udara yang masuk di antara batang-batang rooster (kisi-

kisi) dalam ruang pembakaran, menutupi timbunan bahan bakar dan merusak

dapur, serta abu yang terbawa oleh gas asap mengikis bidang pemanasan ketel.

d.Kandungan Belerang

Apabila bahan bakar yang mengandung belerang dibakar, belerang akan terbakar

membentuk gas belerang dioksida (SO2) dan belerang trioksida (SO3). Gas-gas ini

bersifat sangat koros if terhadap logam dan meracuni udara sekeliling .

e.Kandungan BTG dan Daya Pembentukan Kokas

Jika bahan bakar padat dibakar tanpa udara berlebihan, pertama -tama yang

menguap adalah air, baru kemudian gas -gas yang terbentuk dari terbakarnya BTG.

Sisa akhir pembakaran adalah KT atau kokas serta abu. Makin tua umur geologis

bahan bakar padat, makin rendah kandungan BTG-nya.

f.Berat Jenis (Spesific Gravity)

Berat jenis dinyatakan dalam gram per ml, dalam derajat API, dalam lb (baca:

pound) per galon, atau lb per cuft, dan derajat Baume. Berat jenis disingkat sp.

gr. atau sg.

Definisi: perbandingan berat bahan bakar terhadap berat air, diukur pada 600F,

yang pada suhu tersebut berat air = 62.4 lb/cuft.

Sg bahan bakar cair berubah oleh suhu, karena adanya ekspansi, terlebih-lebih sg

bahan bakar gas.

Ada beberapa satuan sg seperti antara lain:

1. Sg 60/600F =

5.131API

5.141

0 + , dimana

0API diukur pada 60

0F.


4/12


4

2. =130Be

140

0 + , dimana

0Be diukur pada 60

0F.

3. =4.62

cuft/lb , dimana lb/cuft diukur pada 60

0F.

4. =34.8

gal/lb , dimana lb/gal diukur pada 60

0F.

Banyak hubungan antara sg dengan sifat-sifat penting bahan bakar minyak, yaitu:

1.Untuk pembakaran pada volume tetap;

Nilai kalor a tas, Btu/lb = 22 320 [3 780 (sg)2]

2.Untuk pembakaran pada tekanan tetap;

Nilai kalor bawah, Btu/lb = 19 960 [3 780 (sg)2] + (1 362 sg)

3.

Persen hidrogen, % = 26 (15 sg)

4.Kalor spesifik, Btu/lb0F = kal/gr

0C =

( )[ ]

sg

Ft00045.0388.0 +

5.

Kalor laten penguapan, Btu/lb = ( )[ ]sg

Ft09.09.110

Rumus pada butir 4 dan 5 sebenarnya hanya berlaku untuk bahan bakar

hidrokarbon murni tanpa adanya ikutan, namun karena biasanya bahan ikutan

jumlahnya kecil sekali, maka kedua rumus tersebut masih aman untuk digunakan.

g.Viskositas atau Kekentalan

Viskositas adalah kebalikan fluiditas atau daya alir. Makin tinggi viskositas makin

sukar mengalir. Mengingat kecepatan mengalir juga tergantung pada berat jenis,

maka pengukuran viskositas demikian dinyatakan sebagai viskositas kinematik.

Viskositas absolut = viskositas kinematik berat jenis cairan.

Satuan viskositas antara lain: poise, gram/cm detik, atau dengan skala Saybolt

Universaldiukur dalam detik.

Catatan: Agar minyak dapat dipompa harus mempunyai viskositas 10 000 detik

SU (Saybolt Universal), dan agar dapat dikabutkan dengan tekanan udara

1 psi harus mempunyai viskositas 100 detik SU.

Pengaruh viskositas pada pengabutan sangat menentukan dalam mencapai

pembakaran sempurna dan bersih. Jika pengabutan berlangsung dengan viskositas

> 100 detik SU dan tekanan udara < 1 psi, maka butiran-butiran kabut minyak

terlalu besar hingga susah bercampur dengan udara sekunder. Akibatnya akan

terbentuk gumpalan karbon yang mengganggu burner dan dapur. Bagi minyak-

minyak berat, pemanasan pendahuluan harus dilakukan sebelum pengabutan.

Pemanasan pendahuluan ini gunanya untuk menurunkan viskositas sampai di

bawah 100 detik SU.

h.Flash Point

Flash point adalah suhu dimana bahan bakar terbakar dengan sendirinya oleh

udara sekelilingnya disertai kilatan cahaya.

Untuk menentukan kapan minyak terbakar sendiri, Pensky-Martens memakai

sistem closed cup, sedang Cleveland memakai open cup. Uji dengan open cup

menunjukkan angka 20 -300F lebih tinggi daripada dengan closed cup.

i.Titik Bakar atau Ignition Point

Titik bakar adalah suhu dimana bahan bakar cair yang dipanaskan pada keadaan

baku dapat terbakar selama waktu sekurang-kurangnya 5 detik.

j.Bau

Bau tak enak yang khas biasanya ditimbulkan oleh senyawa belerang dalam bahan

bakar cair. Senyawa itu adalah belerang hidrokarbon atau merkaptan yang bersifat

korosif.

k.Titik Anilin

Titik anilin adalah suhu dimana sejumlah volume yang sama dari bahan bakar cair

dan anilin tepat bercampur. Atau, suhu terendah dimana terjadi awan yang

disebabkan karena batas pemisahan fase cair dari campurannya yang homogen

sejumlah volume anilin yang sama dengan volume sampel menjadi hilang.

l.Faktor Karakterisasi dan Titik Didih

Faktor karakterisasi ini memberi petunjuk tentang watak dan sifat-sifat termal

fraksi minyak bumi. Di samping itu, juga menyatakan perbedaan sifat parafinitas


5/12


5

hidrokarbon secara kuantitatif atau indeks parafinitas minyak bumi mentah. Faktor

karakterisasi UOP (Universal Oil Products Company) dinyatakan dalam K.

sg

3 TK

B=

TB= titik didih rata-rata pada 1 atmosfer dalam0Rankine.

III. Macam-macam Bahan Bakar

III.1 Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat yang biasa dipakai dalam industri dan transportasi adalah

batubara. Batubara termasuk bahan bakar fosil karena terbentuk dari sisa tumbuh-

tumbuhan yang mengalami proses geologis dalam jangka waktu jutaan tahun.

Berdasarkan perbedaan umur geologis, berturut-turut dari yang paling tua, batubara

dibagi sebagai:

-

antrasit,- semi-bitumen ,

-

bitumen,

- sub-bitumen,

- lignit.

Makin muda umur batubara, makin besar kandungan unsur hidrogennya, makin rendah

nisbah KT terhadap BTG. Karena berasal dari tumbuh-tumbuhan maka batubara

tersusun terutama oleh bahan organik. Untuk menyatakan komposisi batubara,

digunakan analisis pendekatan dan analisis tuntas. Nilai kalor berkisar antara 9 000-10

000 kkal/kg, yang dipengaruhi oleh kadar C, H dan S.

Beberapa rumus pendekatan yang diperoleh secara empiris, menyatakan

hubungan antara nilai kalor, kadar C, kadar H dan kadar S, ataupun kadar KT dan

BTG.

Rumus Dulong:

Nilai kalor atas, NKA = 14 490 C + 61 000 Ha+ 5 550 S

C, S, Ha = fraksi berat karbon, belerang dan hidrogen bebas.

NKA = dalam Btu/lb.

Catatan: 1 Btu = 252 kalori

1 lb = 453.6 gram.

Rumus Calderwood:

C = ( )

55.1

kt

BTG

100800053.0S5.40NKA00512.088.5

+

C, S, BTG, KT = % berat C, S, BTG, KT dalam batubara

Kalau 100 BTG/KT > 80, tanda pada suku terakhir negatif.

III.2 Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair yang biasa dipakai dalam industri, transportasi maupun

rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran berbagai

hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senyawa: parafin, naphtena, olefin, dan

aromatik. Kelompok senyawa ini berbeda dari yang lain dalam kandungan

hidrogennya.

Minyak mentah, jika disuling akan menghasilkan beberapa macam fraksi,

seperti: bensin atau premium, kerosen atau minyak tanah, minyak solar, minyak bakar,

dan lain-lain. Setiap minyak petroleum mentah mengandung keempat kelompok

senyawa tersebut, tetapi perbandingannya berbeda. Perbedaan minyak mentah yang

utama ialah:

- minyak aspaltik, yang terdiri sebagian besar naphtena dan aromatik,

- minyak prafin, sebagian besar berupa parafin (lilin).

III.2.1 Bensin atau Gasolin atau Premium

Gasol in dibuat menurut kebutuhan mesin, seperti avgas (aviation gasoline),

premium dan gasol in biasa , terdiri dari C4 sampai C12. Sifat yang terpenting pada

gasolin adalah angka oktana. Angka oktana adalah angka yang menyatakan besarnya

kadar isooktana dalam campurannya dengan normal heptana. Isooktana mempunyai


6/12


6

angka oktana = 100, sedang normal heptana mempunyai angka oktana = 0. Makin

tinggi angka oktana gasolin semakin baik unjuk kerjanya.

III.2.2 Kerosen

Termasuk kerosen adalah:

- Bahan bakar turbin gas pada pesawat terbang.

-

Minyak bakar, biasa dipakai untuk dapur rumah tangga, bahan bakar kapal laut,

dan penerangan lampu kereta api di masa lalu.

Mutu kerosen tergantung pada sifatnya dalam uji lamu (lamp test) dan uji bakar, seperti

timbulnya asap dan kabut putih. Asap disebabkan oleh hidrokarbon aromatik sedang

kabut putih oleh disulfida.

III.2.3 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel atau minyak diesel dipakai untuk mengoperasikan mesin

diesel atau compression ignition engine. Mutunya ditentukan oleh angka cetana.

Makin tinggi angka cetana, makin tinggi unjuk kerja yang diberikan oleh bahan bakar

diesel. Angka cetana adalah besarnya kadar volume cetana dalam campurannya dengan

metilnaphtalen. Cetan murni mempunyai angka cetana = 100, sedang aromatik

mempunyai angka cetana = 0. Unjuk kerja adalah persentase rata-rata daya yang dapat

diperoleh dari mesin dengan bahan bakar tertentu dibandingkan dengan daya yang

diperoleh dari bahan bakar yang mempunyai angka cetana = 100.

III.2.4 Minyak Residu

Minyak residu biasa digunakan pada ketel uap, baik yang stasioner maupun

yang bergerak. Dalam hal instalasinya, pemakaian minyak residu dalam ketel uap akan

lebih murah dibanding batubara. Disamping itu, pemakaian minyak residu tidak

menimbulkan masalah abu. Akan tetapi pada ketel uap tekanan tinggi dan suhu tinggi

dapat menimbulkan korosi dan kerusakan pada superheater tube. Pemakaian minyak

residu kecuali dalam ketel uap antara lain:

- Tanur dalam industri baja, tanur tinggi dalam industri semen dan industri lain

yang mempunyai kaitan dengan semen, serta berbagai dapur dalam industri

petroleum dan industri k imia.

- Mesin diesel, kecuali pada mesin diesel kecepatan tinggi seperti pada truk dan

lokomotif, pada mesin diesel kapal serta mesin diesel berkecepatan rendah untuk

pembangkit tenaga listrik.

-

Turbin gas.

III.3 Bahan Bakar Gas

Termasuk dalam bahan bakar gas antara lain:

III.3.1 Asetilin

Gas asetilin digunakan dalam pengelasan dan pemotongan logam, yang

memerlukan suhu nyala yang tinggi, dapat juga dipakai untuk lampu karbida. Gas

asetilin dapat membentuk asetilida yang eksplosif jika dicampur dengan tembaga (Cu),

terlebih-lebih dengan udara.

III.3.2 Blast Furnace Gas

Gas ini merupakan hasil samping peleburan bijih besi dengan kokas dan udara

panas di da lam blast furnace.

III.3.3 Gas Air Biru (Blue Water Gas)

Dibuat dari reaksi antara kukus (steam) dengan karbon padat yang dipanasi

pada suhu tinggi, merupakan campuran antara gas H2 dan gas CO.

III.3.4 Gas Batubara

Gas batubara disebut juga gas kota, dibuat dari dis tilasi destruktif batubara

dalam retort tertutup dengan pemanasan tinggi.


7/12


7

III.3.5 Gas Alam

Gas alam tersusun dari parafin hidrokarbon, khususnya gas metana bercampur

dengan nitrogen, N2, dan karbon dioksida, CO2, diperoleh dari tambang dengan

pengeboran tanah melalui batuan kapur atau batuan pasir. Kandungan metananya di

atas 90%.

III.3.6 Gas Petroleum

Gas petroleum diperoleh dari fraksionasi minyak bumi mentah, dan dapat juga

dari gas alam, mengandung propana dan butana sebagai komponen terbesar.

IV. Proses dan Operasional Pembakaran

IV.1 Proses Pembakaran

Dalam pembakaran proses yang terjadi adalah oksidasi dengan reaksi sebagai

berikut:

Karbon + oksigen = Karbon dioksida + panas

Hidrogen + oksigen = Uap air + panas

Sulfur + oksigen = Sulfur dioksida + panas

Pembakaran di atas dikatakan sempurna bila campuran bahan bakar dan oksigen (dari

udara) mempunyai perbandingan yang tepat, hingga tidak diperoleh sisa.

Bila oksigen terlalu banyak, dikatakan campuran lean (kurus). Pembakaran ini

menghasilkan api oksidasi.

Sebaliknya, bila bahan bakarnya terlalu banyak (atau tidak cukup oksigen), dikatakan

campuran rich (kaya). Pembakaran ini menghasilkan api reduksi. Api reduksi

ditandai oleh lidah api panjang, kadang-kadang sampai terlihat berasap. Keadaan ini

juga disebut pembakaran tidak sempurna .

Seperti diketahui, oksigen untuk pembakaran diperoleh dari udara yang terdiri

dari 20% O2dan 80% N2. Sebagai contoh, bila diperlukan 1 lb O2, berarti memerlukan

4.32 lb udara atau setiap cuft O2perlu 4.78 cuft udara. Gas N2yang mengisi 80% dari

udara, tidak ikut dalam reaksi pembakaran, malahan menghisap panas dari hasil reaksi

pembakaran. Untuk menentukan jumlah O2 yang tepat pada setiap pembakaran,

merupakan hal yang tidak mudah. Pada umumnya dipakai kelebihan udara.

Keuntungannya tidak terjadi pemborosan bahan bakar. Kerugiannya mengurangi panas

hasil pembakaran. Untuk ini dijaga ada kelebihan udara, tetapi tidak terlalu banyak

(antara 5-15%).

Dalam pembakaran, ada pengertian udara primer yaitu udara yang

dicampurkan dengan bahan bakar di dalam burner (sebelum pembakaran) dan udara

sekunder yaitu udara yang dimasukkan dalam ruang pembakaran setelah burner,

melalui ruang sekitar ujung burner atau melalui tempat lain pada dinding dapur.

IV.2 Perbandingan Udara-Bahan Bakar

Untuk memperoleh reaksi pembakaran yang baik diperlukan:

1.Perbandingan tertentu antara bahan bakar dengan udara.

2.Pencampuran yang baik antara bahan bakar dengan udara.

3.Permulaan dan kelangsungan penyalaan campuran.

Penjelasan 1: lihat tabel 1.

Penjelasan 2: Campuran yang baik adalah yang homogen dan tiap partikel bahan bakar

harus kontak langsung dengan partikel udara.

Pada umumnya bahan bakar telah berubah menjadi uap (combustible vapor) sebelum

terbakar. Untuk mempercepat terjadinya combustible vapor diperlukan proses

pengabutan.

Butiran-butiran kabut tersebut luas permukaannya menjadi sangat besar, hingga

mempercepat penguapan. Untuk bahan bakar padat, tentunya tidak dapat dilakukan

pengabutan. Untuk mendekati bentuk kabut tersebu t diperlukan

pemecahan/penghalusan butirannya dalam pulverizer dansprayer.

Penjelasan 3: Pada awal pembakaran, diperlukan nyala api atau loncatan api listrik

setelah sebagian kecil bahan bakar mulai terbakar, maka sebagian

panas pembakaran digunakan untuk menaikkan suhu bahan bakar


8/12


8

ruang

embakaran

bahan bakar = a

udara uap air = b

gas hasil pembakaran = c kg

sisa udara + air = d

sisa pembakaran = e kg

- sisa bahan bakar

- abu

-

air

sampai suatu saat suhu bahan bakar cukup tinggi untuk terbakar

sendiri. Bila kondisi ini sudah dicapai, bantuan nyala api sudah tidak

diperlukan lagi.

IV.3 Susunan Gas Asap

Apabila pembakaran berlangsung sempurna, maka susunan gas asap hanya

terdiri dari: CO2, H2O, SO2, N2 dari udara dan O2 kelebihan. Pembakaran tidak

sempurna, maka disamping gas-gas tersebut di atas, terjadi pula gas CO serta sisa

bahan bakar yang tidak terbakar. Besarnya kadar gas CO2 dalam gas asap merupakan

indikator sempurna atau tidak sempurnanya pembakaran.

IV.4 Neraca Bahan dan Neraca Kalor

Berat massa bahan yang masuk ruang pembakaran = berat massa bahan yang keluar.

(a + b) = (c +d +e)

a = berat bahan bakar kering + air (kelembaban).

b = berat udara + uap air yang terkandung dalam udara.

Air dalam d dan e = (air yang terkandung dalam bahan bakar) + (air dari kelembaban

udara) + (air yang terbentuk dari reaksi pembakaran).

IV.5 Operasi Pembakaran

Kalor pembakaran yang diperoleh dari reaksi bahan bakar dengan udara,

dipergunakan untuk:

- Menaikkan suhu bahan bakar yang dibakar dalam dapur.

- Menaikkan suhu campuran bahan bakar dan udara.

- Sebagian besar yang lain terbuang sebagai:

- radiasi ke sekeliling,

- terbawa keluar cerobong dalam gas asap,

- konduksi dan konveksi ke peralatan dapur.

Temperatur dapur akan maksimum bila kehilangan-kehilangan di atas minimum.

Pada pengoperasian burner memperhatikan kecepatan nyala:

- Pada nyala yang stabil, kecepatan nyala sama dengan kecepatan campuran

bahan bakar dan udara yang keluar dari burner.

- Bila kecepatan nyala lebih besar akan terjadi flash back.

- Bila kecepatan nyala lebih kecil akan terjadi blow off.

Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan nyala:

- tekanan campuran bahan bakar dan udara,

- suhu pembakaran,

- perbandingan udara primer dan bahan bakar,

-

efek pendinginan dari lingkungan.

Kecepatan nyala ini tidak dapat diperhitungkan lebih dahulu, kecuali pada keadaan

yang sangat tertentu saja.

Untuk memperoleh efisiensi yang tinggi dalam pengoperasian dapur, perlu

alat-alat kontrol sebagai berikut:

- Kontrol Suhu


9/12


9

Bahan bakar yang masuk ke dalam dapur banyaknya dikontrol oleh temperatur

dalam dapur, antara lain pirometer radiasi dan temperatur atap dapur. Bila

dibaca terlalu tinggi, maka jumlah bahan bakar harus dikurangi dan seteru snya.

- Kontrol Pembakaran

Pengaturan bahan bakar/udara digunakan flow meter yang disambungkan

dengan mekanisme servo pada katup kontrol otomatis.

-

Kontrol Aliran

Menjaga kesetimbangan aliran pemasukan udara/bahan bakar dan pengeluaran

gas asap.

IV.6 Petunjuk kepada Operator

Di bawah ini beberapa petunjuk yang akan membantu para Operator dalam

menangani beberapa jenis oven.

Oven dengan bahan bakar batubara.

1.Kedalaman api 15 inchi dari pintu.

Pemasukan batubara 1.5-2 sekop penuh tiap sqft luas pembakaran. Bila

kebanyakan menghasilkan asap dan boros bahan bakar.

2.Kisi-kisi pembakaran harus selalu tertutup oleh bahan bakar, dijaga ketinggian nyala

api, garukan digunakan bila perlu.

3.Bara api yang tertutup abu harus dicegah dengan membersihkan api secara hati-hati.

Setelah pembersihan nyala api akan bersih kembali.

4.Jarak batangan penyangga api harus teratur dan bila bengkok harus segera

diluruskan.

5.

Pemasukan udara dijaga agar nyala api baik.

6.Kebocoran oven harus dicegah agar tidak ada udara luar masuk.

Oven dengan bahan bakar gas .

1.Burnerharus selalu bersih dan dipelihara secara rutin. Semua bagian pengatur harus

mudah digerakkan. Pengontrol udara pada injektor seringkali macet oleh

kotoran/korosi atau rusak.

2.Penutup oven harus bebas, bekerja baik dan rapat, agar udara luar tidak masuk.

3.Pengendalian udara yang tepat harus selalu dijaga agar nyala api baik. Untuk lebih

tepat dilakukan analisa gas asap. Akan lebih membantu para Operator bila dilengkapi

alat pencatat CO2.

4.Pada blast furnaceyang umumnya bekerja dengan nyala api non luminous, nyala api

yang panjang dan lemah, menunjukkan terlalu banyak gas. Aliran gas harus

dikecilkan, hingga nyala api lebih pendek dan berwarna kekuning-kuningan. Atau

menambah suplai udara hingga terdengar nyala api terkuat.

Nyala api kekuning-kuningan dan cerah adalah yang paling baik. Makin cerah makin

baik.

5.Sekali burner disetel dengan menghasilkan nyala yang baik, jangan diubah-ubah

lagi.

6.Klep pada cerobong harus disetel untuk memperoleh kesetimbangan aliran dalam

dapur.

Cara pengetesan:

Hembuskan asap/dekatkan nyala api kecil pada lubang di dinding oven. Bila asap

tidak terisap masuk atau lidah api nyala tidak menuju ke lubang, maka letak

damper betul.

7.Bila oven tidak dipakai, saluran gas, udara dan damperharus d itutup.

Oven dengan bahan bakar minyak.

1.Viskositas minyak harus benar.

2.Minyak harus bebas air, karena dapat menunda pembakaran dan membentuk asap

tebal.

3.Burner harus dilengkapi dengan katup berskala yang menunjukkan besar-kecilnya

aliran minyak.


10/12


10

4.Burnerharus dibuka dan dibersihkan secara teratur, sebaiknya tiap penggantian shift.

5.

Bila oven dimatikan, burner harus dipindahkan untuk melindungi dari panas radiasi.

6.Celah lubang burnerharus dicek secara periodik.

Aturan umum untuk penghematan bahan bakar:

1.Dengan alat yang ada harus dibuat rencana agar beban oven selalu penuh .

2.

Nyala api harus selalu dijaga berada dalam oven. Agar dicegah terjadinya

pembakaran di luar oven atau pada a liran gas asap.

3.Pintu-pintu harus selalu dijaga dalam kondisi baik dan tertutup rapat/tidak bocor.

4.Penggunaan bahan bakar harus disesuaikan dengan kondisi pembakaran.

5.Jumlah bahan bakar harus selalu dicatat, demikian juga dengan berat bahan yang

dipanaskan.

6.Kebocoran pada dinding oven adalah penyebab besarnya kehilangan panas.

Dinding oven harus selalu disemir dengan bahan tertentu antara lain campuran tanah

liat dan semen api untuk mencegah bocoran udara.

V. Pencemaran

Pada proses pembakaran bahan bakar konvensional (bukan bahan bakar

nuklir), tak dapat dihindari kemungkinan terjadinya pencemaran, baik oleh komponen-

komponen dalam gas asap yang bersifat racun bagi kesehatan serta mengganggu

kenyamanan manusia, maupun oleh radiasi kalor.

Khusus pencemaran oleh bahan-bahan hasil pembakaran, meliputi 5 macam

bahan pencemar utama yaitu:

1.

Partikulat, yaitu padatan atau cairan yang sangat ke cil, tersuspensi dalam gas asap.

Partikulat ini terlepas ke atmosfer, dan efek yang ditimbulkan berupa:

- terganggunya penglihatan oleh kabut partikulat,

- menyebabkan bronkhitis, emphysema dan kanker.

2.Bas belerang oksida, atau SOx, yaitu SO2dan SO3.

Biasanya gas SO3terbentuk dalam dapur karena oksidasi SO2menjadi SO3. Akibat

yang ditimbulkan oleh gas-gas ini ialah:

- Apabila terjadi kontak dengan air akan terbentuk asam belerang (H2SO4) yang

bersifat korosif terhadap logam dan merusak instalas i dapur.

- Gas SO2 dan SO3 membentuk kabut di atmosfer, mengakibatkan terjadinya

hujan asam yang membahayakan kehidupan tumbuh-tumbuhan.

-

Menimbulkan iritasi pada saluran pernafasan.

3.Gas nitrogen oksida, terbentuk apabila pembakaran dilakukan dalam udara, pada

suhu yang cukup tinggi. Hal ini terjadi karena gas nitrogen N2 dan gas oksigen O2

bereaksi membentuk NO dan NO2. Efek yang ditimbulkan oleh gas ini ialah:

- dapat merusak kehidupan tanaman dan binatang,

- mengganggu kesehatan manusia karena menimbulkan iritasi pada saluran

perna fasan ,

- bersifat korosif pada logam,

- menimbulkan hujan asam oleh terbentuknya asam nitrat di atmosfer,

- apabila bereaksi dengan uap atau gas da ri senyawa organik dengan bantuan sinar

matahari dapat menimbulkan kabut fotokimia.

4.Gas karbon monoksida yang terbentuk apabila pembakaran tidak sempurna. Efek

yang ditimbulkan oleh gas CO bagi kesehatan manusia ialah:

- apabila gas tersebut terhisap melalui pernafasan, gas CO bereaksi dengan

haemoglobin dalam darah, sehingga menghambat transfer oksigen yang

membahayakan kehidupan manusia.

5.Gas-gas senyawa organik.

Akibat yang ditimbulkan oleh adanya gas ini adalah:

Di atmosfer dengan gas NOxmembentuk oksidant, berupa kabut. Kabut oksidant

ini menimbulkan iritasi pada mata, hidung dan tenggorokan.


11/12


11

Table 1 Proper Combining Proportions for Perfect Combustion

FuelState Symbol

cu ft O2

per

cu ft fuel

cu ft air

per

cu ft fuel

lb O2

per

lb fuel

lb air

per

lb fuel

cu ft O2

per

lb fuel

cu ft air

per

lb fuel

Carbon Solid C 2.667 11.52 31.65 151.3

Hydrogen Gas H2 0.5 2.39 8 34.5 94.8 453

Carbon

monoxide Gas CO 0.5 2.39 0.572 2.47 6.79 32.5

Sulfur Solid S 1 4.32 11.87 56.7

Methane Gas CH4 2 9.56 4 17.28 47.4 226.5

Ethane Gas C2H6 3.5 16.72 3.735 16.12 44.3 212

Propane Vapor C3H8 5 23.9 3.635 15.68 43.1 206.5

Butane Vapor C4H10 6.5 31.1 3.585 15.48 42.6 203.5

Octane Liquid C8H18 3.51 15.15 41.6 199

Table 2 Gross and Net Heating Values of Simple Fuels

Gross heating value Net heating valueFuel Symbol

Btu/cu ft Btu/lb Btu/cu ft Btu/lb

Carbon C 14,093 14,093

Hydrogen H2 325.0 61,100 275.0 51,623

Carbon monoxide CO 321.8 4,347 321.8 4,347

Sulfur S 3,982 3,982

Methane CH4 1013.2 23.879 913.1 21,520

Ethane C2H6 1792.0 22,320 1641 20,432

Propane2 C3H8 2590.0 21,661 2385 19,944

Normal butane2 N-C4H10 3370.0 21,308 3113 19,680

Acetylene2 C2H2 1488.0 21,344 1438 20,617

Hydrogen sulfide2 H2S 647.0 7,100 596 6,545

2Heating values may be somewhat less for commercial forms of these compounds


12/12


12

Table 3 combustion Characteristics of Fuelsa(See also Table 18)

Theoretical flame

temperature 0F

(dissociation considered)

Flammability limits

% by volume gas

in mixture

Fuel Minimum

ignition

temp 0F in air in oxygen Lower limit Upper limit

Maximum

flame

velocity

ft per sec

% theore -

ical air

for max

flame

velocity

Hydrogen (H2) 1056 3887 5385 4.00 74.2 9.2

c

57Carbon Mono-xide

(CO) 1128 3850 12.50 74.2 1.7 57

Acetylene (C2H2) 804 5630 2.50 80.0 4.9c 91

Methane (CH4) 1170 3484 5.00 15.0 1.5c 90

Ethane (C2H6) 882 3540 3.10 12.45 1.4c 94

Propane (C3H8) 898 3573 2.10 10.10 1.4c 96

Normal Butane

(n-C4H10) 826 3583 1.86 8.41 1.3c 97

Hydrogen Sulfide

(H2S) 558 4.3 45.5

Natural Gas 3525d 4790

d 4.9 15.0 0.99 100

Producer Gas 3010 20.7 73.7 0.87 69

Carbureted

Water Gas 3700 5050 6.4 37.7 2.15 90

Blast Furnace Gas 2650 35.0 73.5

Coke Oven Gas 3610 5.1 30.0 2.2 93

Commercial

Propaneb

920-1020 3595 2.4 9.6

Commercial

Butaneb

900-1000 3615 1.9 8.6

Gasoline 536-804 1.4-1.5 7.4-7.6

aData in this table is for combustion in air at atmospheric

pressure. Theoretical flame temperatures are calcul ated

for 100% theoretical air, dissociation considered. Data is

primarily from Gaseous Fuels, L. Shaidman (Editor),

American Gas Association, New York, 1948.

bData is from The Science of Petroleum, Vol. II, Oxford

University Press, 1938.

c From Scholte and Vaags as reported in Combustion And

Flame , Vol. 3, No. 4, Dec. 1959, page 498.

dFrom Gas-Air-Oxygen Combustion Studies, AGA

Project IGR-61

pembakaran.pdf

Documents