perhitungan efisiensi boiler

PERHITUNGAN EFISIENSI BOILER

PERHITUNGAN EFISIENSI BOILER

Efisiensi adalah suatu tingkatan kemampuan kerja dari suatu alat. Sedangkan efisiensi pada

boiler adalah prestasi kerja atau tingkat unjuk kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari

perbandingan antara energi yang dipindahkan ke atau diserap oleh fluida kerja didalam ketel

dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Untuk tingkat efisiensi pada boiler atau ketel

uap tingkat efisiensinya berkisar antara 70% hingga 90%.(Agung.N, 2007)

Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler :

- Metode Langsung :energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam)

dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler.

- Metode tak Langsung :efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan

energi yang masuk

Pembakaran

Pembakaran terjadi secara proses kimia antara bahan-bahan yang mudah terbakar dengan

oksigen dari udara untuk menghasilkan energi panas yang dapat digunakan untuk keperluan lain.

Komponen utama bahan-bahan yang mudah terbakar adalah carbon, hidrogen, dan campuran

lainnya. Dalam proses pembakaran komponen ini terbakar menjadi karbondioksida dan uap air.

Sejumlah sulfur juga terdapat pada sebagian besar bahan bakar.(Singer, 1991).

Pada proses pembakaran jumlah oksigen yang digunakan dapat mempengaruhi kualitas

pembakaran. Oksigen merupakan salah satu elemen udara yang jumlahnya mencapai 20.9%

seluruh komponen dari udara. Bahan bakar akan erbakar pada keadaan normal jika terdapat

udara yang cukup.

Neraca Kalor

Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang terhadap waktu

disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas dan buruknya operasi dan

pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan

bakar dan kualitas air dapat mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat

membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji

efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi

terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan.

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi.

Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar

diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan

energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing-masing.

(UNEP, 2008).

Gambar. Diagram neraca energi boiler.

Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang

meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar berikut memberikan gambaran

berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam.

Gambar. Kehilangan panas panas pada boiler

berbahan bakar batu bara

Heat Exchanger

Heat exchanger adalah alat untuk memindahkan energi panas dari suatu fluida ke fluida lain.

Fluida panas memberikan panasnya ke fluida dingin melalui suatu media atau secara langsung

sehingga akan terjadi perubahan sesuai dengan yang dikehendaki, baik penurunan maupun

kenaikan temperatur. Pada umumnya perpindahan panas ini terjadi secara kombinasi antara

konduksi dan konveksi.

Beda temperatur rata-rata logaritmik (ÄTlmtd)

Besarnya ÄTlmtd dapat dihitung berdasarkan jenis susunan aliran yang diterapkan dalam

penukar kalor. Persamaan untuk menghitung ÄTlmtd pada aliran sejajar, berlawanan dan aliran

silang (cross flow) dijelaskan dalam penjelasan berikut.

Metode beda temperatur rata-rata logaritmik digunakan sebagai langkah awal dalam analisa

heat exchanger, bila temperatur masuk dan keluar fluida pada heat exchanger diketahui, baik

untuk fluida panas maupun dingin, sehingga dapat menentukan beda temperatur rata-rata

logaritmik. Jika keadaan masuk fluida panas diidentifikasikan kondisi 1dan keadaan keluar fluida

diidentifikasikan 2, sedang keadaan fluida dingin diidentifikasikan sesuai dengan point-point

tersebut.

Untuk aliran berlawanan arah

Untuk aliran searah

Klasifikasi Boiler PLTU Taman Jeranjang 1X25 MW Lombok

Berdasarkan pada tujuan dan konstruksinya boiler di PLTU Jeranjang, termasuk kategori

industrial boiler karena memiliki spesifikasi antara lain boiler digunakan untuk menggerakkan

turbin, bisa menggunakan bahan bakar berupa minyak, memiliki kapasitas uap sebesar 130 ton

per jam (210.000 kg/jam), bertekanan desain pada superheater 9.8 MPa (bertekanan desain 104

kg/cm2, tekanan desain outlet superheater 91 kg/cm2), temperatur desain outlet superheater 540

° C (513 0C), temperature pada feedwater 215 ° C, temperature pada primary air heater 150 ° C,

temperature pada secondary air heater 150 ° C, temperature exhaust gas 150 ° C, dengan

perakitannya dilakukan di PLTU Jeranjang dimana boiler tersebut akan digunakan.

Berdasarkan daerah yang mengalami pemanasan, boiler di PLTU Jeranjang termasuk tipe

water tube boiler. Disitu terlihat jelas bahwa air sirkulasi pada boiler masuk melalui pipa-pipa

dan panas hasil pembakaran dilewatkan melalui permukaan luar pipa tersebut.

Berdasarkan jenisnya boiler PLTU Jeranjang termasuk boiler FBC (Fluidized Bed

Combustion). Boiler yang. udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas

melalui bed partikel padat seperti pasir dalam keadaan terfluidisasikan dipanaskan hingga ke

suhu nyala batubara dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara akan

terbakar dengan cepat dan bed mencapai suhu yang seragam dan disangga oleh saringan halus,

partikel tidak akan terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya

berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran

udara – bed tersebut disebut “terfluidisasikan”. Dengan kenaikan kecepatan udara selanjutnya,

terjadi pembentukan gelembung, turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan

permukaan bed yang rapat. Bed partikel padat menampilkan sifat cairan mendidih dan terlihat

seperti fluida - “bed gelembung fluida/bubbling fluidized bed”.

Analisa Kondisi Komisioning

PLTU Jeranjang dalam rencana pengoperasian normalnya menggunakan bahan bakar coal.

Untuk melakukan analisa lebih lanjut, maka perlu dilakukan perhitungan untuk mendapatkan

rumus empiris maupun rumus molekul dari bahan bakar tersebut. Data yang didapat dari hasil

fuel analysis yang digunakan pada saat komisioning adalah:

- Carbon, C = 85.46 wt%

- Hydrogen, H = 11.68 wt%

- Sulphur, S = 2.24 wt%

- Nitrogen, N = 0.07 wt%

- Oxygen, O = 0.20 wt%

- Ash, a = 0.04 wt%

- Moisture = 0.31 wt%

- HHV = 10473 kcal/kg

- LHV = 9840 kcal/kg

- Spesific gravity = 0.9475

Beban 25 MW

Boiler

Input :

~Laju aliran massa dari feed water

= (139580 kg/h)

= 38.77 kg/s

~Entalpi dari feed water

= 183.19 kcal/kg

= 766315.04 joule/kg

Output :

~Laju aliran massa dari boiler steam outlet

= 139760 kg/h

= 38.82 kg/s

~Entalpi dari boiler steam outlet

= 817.9 kcal/kg

= 3421337.86 joule/kg

~Energi panas yang diterima oleh air

= 38.82 kg/s x 3421337.86 joule/kg - 38.77 kg/s x

766315.04 joule/kg

= 103112201.69 joule/s

Furnace

Input :

~Laju aliran massa bahan bakar

= 9246 kg/h

= 2.57 kg/s

~Heating value bahan bakar

= 9840 kcal/kg

= 41161467.84 joule/kg

~Laju aliran massa udara pembakaran

= 136836 kg/h

= 38.01 kg/s

~Entalpi dari udara pembakaran

= 324426.50 joule/kg

Output:

*Flue gas

~Laju aliran massa gas buang

= 139912.2 kg/h

= 38.86 kg/s

~Entalphi dari gas buang

= 341819.64 joule/kg

~Energi panas hasil pembakaran

= (2.57 kg/s x 41161467.84 joule/kg + 38.01 kg/s x 324426.50 joule/kg) - (38.86 kg/s

x 341819.64 joule/kg)

= 104763171.77 joule/s

~Kerugian energi yang tidak ditransfer ke air

= 104763171.77 joule/s - 103112201.69 joule/s

= 1650970.08 joule/s

Analisa Kondisi Sekarang

Data yang didapat dari hasil fuel

analysis adalah:

- Carbon, C = 85.12 wt%

- Hydrogen, H = 12.09 wt%

- Sulphur, S = 2.04 wt%

- Nitrogen, N = 0.65 wt%

- Oxygen, O = 2.13 wt%

- Ash, a = 0.01 wt%

- Moisture = 0.5 wt%

- HHV = 18497 Btu/Lb

- LHV = 17619 Btu/Lb

- Spesific gravity = 0.9816

Beban 25 MW

Boiler

Input :

~Laju aliran massa dari feed water

= 155667 kg/h

= 43.24 kg/s

~Entalpi dari feed water

= 245.98 kcal/kg

= 1028941.92 joule/kg

Output :

~Laju aliran massa dari boiler steam outlet

= 155000 kg/h

= 43.06 kg/s

~Entalpi dari boiler steam outlet

= 813.63 kcal/kg

= 3403476.13 joule/kg

~Energi panas yang diterima oleh air

= 43.06 kg/s x 3403476.13 joule/kg - 43.24 kg/s x 1028941.92 joule/kg

= 102046249.35 joule/s

Furnace

Input :

~Laju aliran massa bahan bakar

= 9634 kg/h

= 2.68 kg/s

~Heating value bahan bakar

= 9826.54 kcal/kg

= 41105163.64 joule/kg

~Laju aliran massa udara pembakaran

= 143640 kg/h

= 39.90 kg/s

~Entalpi dari udara pembakaran

= 176.14 kcal/kg

= 736816.18 joule/kg

Output:

*Flue gas

~Laju aliran massa gas buang

= 153090 kg/h

= 42.53 kg/s

~Entalphi dari gas buang

= 486932.23 joule/kg

~Energi panas hasil pembakaran

= (2.68 kg/s x 41105163.64 joule/kg + 39.90 kg/s x 736816.18 joule/kg) - (42.53 kg/s

x 486932.23 joule/kg)

= 118694157.63 joule/s

~Kerugian energi yang tidak ditransfer ke air

= 118694157.63 joule/s - 102046249.35 joule/s

= 16647908.29 joule/s

Gambar.

Perhitungan Heat Loss

Perhitungan efisiensi boiler komisioning

Perhitungan efisiensi ini menggunakan metode kehilangan panas (heat loss). Dari perhitungan

ini kita bisa mendapatkan adanya penurunan efisiensi boiler yang diakibatkan oleh kehilangan

panas dari sistem yang ada di boiler. Kerugian panas tersebut meliputi :

Kerugian koreksi harga asam

= ÄHac / HHV / (1+a) x

= 0.11 %

Kerugian gas buang kering

= Dry gas at AH inlet x 0.24 x (Uncorrected gas temp at AH outlet - Temp dry bulb) x

/ (1+a)

= 11.25 %

Kerugian adanya air dalam bahan bakar

= Moisture in fuel x Entalphy diff x / (1+a)

= 0.003 %

Kerugian untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar

= Moisture from hydrogen x Entalphy diff x / (1+a)

= 1.14 %

Kerugian CO

= Dry gas at AH inlet x CO wt% at AH inlet x 24.2 x / (1+a)

= 0 %

Kerugian karbon yang tidak terbakar

= 81 x Solid combustible loss / HHV / (1+a) x

= 0

Kerugian uap untuk sample

= Total sampling losses / Fuel heat input / (1+a) x

= 0.02 %

Kerugian panas adanya kadar air didalam udara pembakaran

= Moisture in air x 0.46 x Uncorrected gas temp at AH outlet - Temp dry bulb

x / (1+a)

= 0.03 %

Kerugian uap untuk pengabutan bahan bakar minyak

= Moisture from burner atomizing steam x (Saturated steam entalphy at drum - Feed

water entalphy at drum inlet) x / (1+a)

= 0.02 %

Kerugian perpindahan panas dan aliran

= 0.07 % (American Boiler Manufacturer Association chart)


= 0 %



= 0%



= 0.11 %

Kerugian panas untuk udara pembakaran

= Moisture in air x 0.46 x Uncorrected gas temp at AH outlet - Temp dry bulb x / (1+a)

= 0.35 %




= 0.21 %



Gambar. Diagram neraca kalor boiler kondisi komosioning.

Perhitungan efisiensi boiler kondisi Sekarang

Berikut ini adalah persentase masing-masing rugi tersebut.

Kerugian koreksi harga asam

= ÄHac / HHV / (1+a) x

= 0.81 %

Kerugian gas buang kering

= Dry gas at AH inlet x 0.24 x (Uncorrected gas temp at AH outlet - Temp dry bulb)

x / (1+a)

= 14.85 %

Kerugian adanya air dalam bahan bakar

= Moisture in fuel x Entalphy diff x / (1+a)

= 0.001 %

Kerugian untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar

= Moisture from hydrogen x Entalphy diff x / (1+a)

= 9.33 %

Kerugian CO


= 0 %



= 0%



= 0.11 %

Kerugian panas untuk udara pembakaran

= Moisture in air x 0.46 x Uncorrected gas temp at AH outlet - Temp dry bulb

x / (1+a)

= 0.35 %




= 0.21 %



Gambar. Grafik Selisih kerugian panas antara kondisi

komisioning dengan kondisi sekarang

Dari perhitungan diatas, didapat adanya penurunan efisiensi boiler yang diakibatkan oleh

kehilangan panas dengan kerugian panas terbesar terjadi pada gas buang. Semakin tinggi gas

buang berarti semakin tinggi panas yang dikeluarkan dari boiler. Hal ini berarti terjadi

pemborosan panas yang berdampak pada penurunan efisiensi dari boiler tersebut.

Penyebab naiknya temperatur gas buang boiler diantaranya kurangnya permukaan

perpindahan panas dan fouling yang terjadi pada tubing-tubing perpindahan panas. Yang

disebabkan oleh kerak, baik yang berasal dari bahan bakar maupun feed water. Naiknya

temperatur gas buang juga disebabkan karena turunnya performa air heater.

Pembahasan boiler

Efisiensi boiler FBC mengalami penurunan panas sebesar 4.17%. Penurunan ini bisa

diakibatkan oleh banyak hal, berikut adalah faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler

tersebut.

Faktor laju udara bersih yang disuplai melewati air heater. Boiler harus dioperasikan dengan

laju aliran udara yang lebih dari kebutuhan udara teoritis yang dihitung berdasarkan analisa gas

asap. Tetapi udara berlebih yang terlalu banyak juga akan mengakibatkan terjadinya losses

karena pengambilan panas sendiri oleh udara berlebih untuk dibawa bersama gas buang, untuk

itulah dilakukan analisa gas asap untuk menentukan kebutuhan udara actual (W udara actual).

Faktor burner, fungsi burner adalah untuk mencampur bahan bakar dan udara dengan proporsi

yang sesuai untuk terjadinya penyalaan api dan untuk menjaga kondisi pembakaran yang terus

menerus berjalan dengan baik. Burner yang tidak disetel dengan baik akan mengakibatkan

pencampuran udara dan bahan bakar tidak sesuai dan pada setiap laju pembebanan akan

meningkatkan kebutuhan udara berlebih dan memboroskan bahan bakar sehingga efisiensi boiler

akan turun.

Temperatur udara pembakaran juga merupakan faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler,

temperatur udara pembakaran dapat dinaikkan dengan memanfaatkan temperatur gas buang yang

tinggi melalui air heater, efisiensi boiler dapat ditingkatkan sebesar 1% pada setiap kenaikan

temperatur udara pembakaran sebesar 25 C.

Fouling merupakan faktor utama yang mempengaruhi efisiensi boiler. Fouling yaitu terjadinya

deposit ataupun kerak pada permukaan perpindahan panas yang dapat mengakibatkan tidak

efisiensinya hasil pembakaran sehingga mengakibatkan temperatur gas buang akan tinggi.

Blowdown juga berpengaruh terhadap efisiensi boiler. Endapan yang terbentuk didinding tube

pada sisi air dapat mengurangi efisiensi dan bahkan kerak dapat merusak tubenkarena over

heating. Endapan-endapan tersebut disebabkan oleh tingginya konsentrasi suspended solids dan

dissolved solids, hal itu juga dapat menyebabkan terbentuknya busa (foam) sehingga

menyebabkan carry over. Oleh karena itu konsentrasi solids harus dijaga pada kondisi tertentu,

dan ini dilakukan dengan proses blowdown, dimana air dibuang keluar dan segera digantikan

oleh air umpan boiler. Karena blowdown adalah air yang dikeluarkan dalam keadaan temperatur

tinggi, maka hal ini merupakan pembuang panas yang mengakibatkan penurunan efisiensi.

Faktor yang keempat adalah pemanfaatan kondensat, bila uap air memberikan energi termal

kedalam suatu sistem proses, panas yang diserap oleh proses umumnya adalah panas latennya,

sedangkan kondensatnya yang masih membawa panas sensible akan meninggalkan sistem proses

pada temperatur tinggi. Mengingat kondensat pada dasarnya adalah air murni dengan temperatur

tinggi, maka sejauh tidak terkontaminasi kondensat dapat dimanfaatkan sebagai air umpan boiler

yang ideal. Kontaminasi kondensat adalah salah satu hal yang tidak memungkinkan kondensat

untuk dimanfaatkan sebagai air umpan, sebagai altertnatif, panas yang ada pada kondensat dapat

dimanfaatkan melalui heat exchanger.

Faktor lain yang juga mempengaruhi efisiensi adalah data ultimate residu, sebagaimana dapat

kita bandingkan bahwa high heating value (nilai panas tertinggi) residu yang digunakan pada

saat komisioning lebih besar 113 kcal/kg dari pada yang digunakan pada kondisi sekarang. Hal

ini jelas berpengaruh terhadap proses pembakaran yang terjadi. Proses pembakaran akan

menghasilkan energi panas yang lebih tinggi jika bahan bakar yang digunakan memiliki HHV

yang tinggi, begitu pula sebaliknya. Kandungan karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, sulphur,

moisture, ashcontent dalam bahan bakar residu juga berpengaruh terhadap hasil dari proses

pembakaran. Karbon, hidrogen dan sulphur merupakan konstituen yang terbakar. Lain halnya

dengan nitrogen yang akan terbakar hanya dengan temperatur pembakaran yang tinggi, tetapi hal

ini dapat mengakibatkan terjadinya polusi udara karena nitrogen akan bereaksi menjadi NOx.

BOILER

Pada dasarnya Boiler adalah suatu wadah yang berfungsi sebagai pemanas air, panas pembakaran

dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan

untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan

panas ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat sekitar 1600

kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler

merupakan peralatan yang harus dikelola dengan baik. Bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan

boiler bisa berupa gas, minyak dan batu bara. Di Indonesia bahan bakar yang umum digunakan adalah

solar.

Sistem Pada Boiler

Sistem boiler terdiri dari sistem umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sisitem air umpan

menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Sistem steam

mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipan ke

titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan

alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan

bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang digunakan dalam sistem bahan

bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam disebut air umpan. Ada dua sumber air umpan: 1.

Kondensat atau steam yang mengembun yang mengembun ke proses. 2. Air make up (air baku yang

sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler ke plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi

boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah

panas pada gas buang.

Jenis-Jenis Boiler

Berdasarkan type pipa:

Fire Tube Boiler

Terdiri dari tanki air yang dilubangi dan dilalui pipa-pipa, dimana gas panas yang mengalir pada tanki

tersebut digunakan untuk memanaskan air di tanki. Air yang dipanaskan menhasilkan uap panas yang

dapat digunakan untuk memanaskan air di kamar mandi ataupun laundry. Fire tube boilers biasanya

digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang.

Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan

tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas dalam

operasinya.

Water tube Boiler

Air mengalir melalui susunan pipa yang terletak di dalam gas panas yang dihasilkan dari pembakaran.

Pada boiler watertube, air panas tidak berubah menjadi uap, sehingga bisa langsung digunakan untuk

keperluan seperti air panas di kamar mandi, laundry. Ketika air dalam pipa-pipa didih mendapat

pemanasan., air dalam pipa mendidih sehingga air mengandung uap dan berat jenis air berkurang., air dan

uap mengalir ke atas. Air yang berat jenisnya lebih besar akan turun dan menggantikan posisi air yang

menuju ke atas. Pada drum atas air dan uap berpisah menjadi uap jenuh, kemudian uap jenuh disalurkan

ke superheater untuk diubah menjadi uap panas lanjut. Uap panas lanjut yang keluar dari superheater

inilah yang akan dimanfaatkan sebagai penggerak mesin uap.

Berdasarkan bahan bakar yang digunakan:

Solid Fuel. Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar padat (batu bara,

sampah kota, kayu) dengan oksigen dan sumber panas.

Oil fuel. Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar cair (solar, residu,

kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.

Gaseous Fuel. Pemanasan yang terjadi antara pembakaran antara LNG (Liquid Natural Gas) dengan

oksigen dan sumber panas. Harga bahan baku pembakarannya lebih murah diantara semua boiler yang

lain.

Electric. Pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai sumber panas.

Berdasarkan kegunaan boiler

Power boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe watertube boiler, hasil steam yang

dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampu memutar steam turbin dan

menghsilkan listrik dari generator. Kegunaan utamanya sebagai penghasil steam untuk menghasilkan

listrik dari generator.

Industrial Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan watertube boiler atau firetube

boiler.Kegunaannya untuk menjalankan proses industri dan sebagai tambahn panas. Steam memiliki

tekanan yang sedang dan kapasitas yang besar.

Komersial Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan watertube boiler atau firetube boiler.

Kegunaannya untuk menjalankan proses operasi komersial. Tekanan yang dimiliki rendah.

Residential Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan boiler tipe firetube boiler. Boiler ini

memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah, biasanya digunakan pada perumahan.

Heat Recovery Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan boiler tipe watertube boiler atau

firetube boiler. Steam yang dihasilkan memiliki kapasitas dan tekanan yang besar, kegunaan utamanya

sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasil steam ini diguanakn untuk menjalankan

proses industri.

Berdasarkan konstruksi boiler

Packcage Boiler. Disebut packcage boiler karena sudah tersedia sebagai paket yang lengkap pada saat

dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam

Berdasarkan Tekanan Kerja Boiler

Low pressure boilers. Tipe ini memiliki steam operasi kurang dari 15 psi, menghasilkan air dengan

tekanan dibawah 160 psi dan temperature dibawah 250 F.

High Pressure boilers. Tipe ini memiliki steam operasi lebih dari 15 psi, menghasilkan air dengan tekanan

di atas 160 psi dan temperature di atas 250 F.

Komponen Utama Boiler

Furnace. Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar.

Steam Drum. Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam.

Superheater Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam

pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

Air Heater. Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar

yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.

Economizer. Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air

yang terkondensasi dari sistem sebelumnya.

Safety valve. Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam

melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.

Blowdown valve. Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di

dalam pipa steam.

Pemanfaatan Boiler

a.Pada kapal. Fungsi utama ketel uap di kapal adalah untuk menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan oleh

boiler selain sebagai pemanas bahan bakar seperti yang telah disebutkan, juga bisa digunakan untuk

menggerakkan turbin uap yang juga digunakan sebagai motor penggerak utama kapal, untuk peralatan

pemanas ( pemanas ruangan, bahan bakar). Pada kapal tanker digunakan sebagai pembersih tangki

minyak ( Tank Cleaning).

b.Pemasok konsumsi energi listrik pada system proses produksi di Pabrik

c.PDAM, menyediakan keran air panas

Secara umum yaitu mengubah air kondensat menjadi gas untuk keperluan pembentukan tenaga

pada turbin dengan bahan bakar bagasse. Berikut proses pada boiler, langkah pertama adalah air

dalam tangki kondensat diberlakukan proses deaerasi dengan tujuan membuang kandungan

oksigen di dalam air, agar dalam proses pemanasan tidak terdapat sisa oksigen, karena oksigen

ini akan menyebabkan korosi. Selanjutnya air yang disebut feeding water ini mengalami proses

penyesuaian pH, yaitu dengan penambahan NaOH (basa) dan ada juga penambahan Exxo

(silikat, basa) untuk perlindungan selama pemanasan di boiler agar pipa tidak mengalami karat

yang dapat mengganggu proses pemanasan. Sesudah diproses, feeding water akan dipompa

dengan tenaga listrik atau turbin yang dijalankan secara bergantian dan masuk ke dalam ketel

uap (furnace) untuk mengalami proses pemanasan dengan bahan bakar.

Keterangan :

1. Dearator

2. Bagasse distribution conveyor

3. Dapur (furnace)

4. Superheated steam valve

5. Air heather

6. Induced Draft Fan (I.D.F)

7. Cerobong asap (chimney)

8. Secondary fan

http://2.bp.blogspot.com/-SIog4UiE4Yk/TovAsVTxsFI/AAAAAAAAAHU/6mqRHmYBlK4/s1600/78.png

Komponen Utama dari Boiler

1. Ruang Pembakaran (Furnace)

Furnace adalah dapur sebagai penerima panas bahan bakar untuk pembakaran, yang terdapat fire

gate di bagian bawah sebagai alas bahan bakar dan yang sekelilingnya adalah pipa-pipa air ketel

yang menempel pada dinding tembok ruang pembakaran yang menerima panas dari bahan bakar

secara radiasi, konduksi, dan konveksi.

2. Drum Air dan Drum Uap

Drum air terletak pada bagian bawah yang berisi dari tangki kondensat yang dipanaskan dalam

daerator, disamping itu berfungsi sebagai tempat pengendapan kotoran-kotoran dalam air yang

dikeluarkan melalui proses blowdown. Drum uap terletak pada bagian atas yang berisi uap yang

kemudian disalurkan ke steam header.

3. Pemanas Lanjut (Super Heater)

Super heater adalah bagian-bagian ketel yang berfungsi sebagai pemanas uap, dari saturated

steam (±250°C) menjadi super heated steam (±360°C).

4. Air Heater

Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar.

5. Dust Collector

Dust collector adalah alat pengumpul abu atau penangkap abu pada sepanjang aliran gas

pembakaran bahan bakar sampai kepada gas buang.

6. Soot blower

Soot blower adalah alat yang berfungsi sebagai pembersih jelaga atau abu yang menempel pada

pipa-pipa.

Peralatan Bantu Pada Ketel Uap

1. Air pengisi ketel (boiler feed water) didapatkan dari 2 sumber yaitu : air condensate,

didapatkan dari hasil pengembunan uap bekas yang telah digunakan sebagai pemanas pada

evaporator, juice heater dan vacuum pan. Air condensate ini ditampung dan kemudian dialirkan

ke station boiler sebagai air umpan pengisi ketel dengan persyaratan Ph: 8,5, Iron (ppm) : 0,002,

Oxygen (ppm) : 0,02

2. Dearator merupakan pemanas air sebelum dipompa kedalam ketel sebagai air pengisian.

Media pemanas adalah exhaust steam pada tekanan ± 1 kg/cm2 dengan suhu ± 150°C, sehingga

didapatkan air pengisian ketel yang bersuhu antara 100°C-105°C. Fungsi utamanya adalah

menghilangkan oksigen (O2) dan untuk menghindari terjadinya karat pada dinding ketel.

3. High pressure feed water pump Berfungsi untuk melayani kebutuhan air pengisi ketel yang

dijadikan uap, sampai dengan kapasitas ketel yang maksimum, sehingga ketel uap akan dapat

bekerja dengan aman. Kapasitas pompa harus lebih tinggi dari kapasitas ketel, minimum 1,25

kali, tekanan pompa juga harus lebih tinggi dari tekanan kerja ketel, agar dapat mensupply air

kedalam ketel.

4. Induced Draft Fan (I.D.F) Alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghisap gas asap sisa

pembakaran bahan bakar, yang keluar dari ketel.

5. Force Draft Fan (F.D.F) merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghembus

bahan bakar. F.D.F. ini dijalankan apabila I.D.F. sudah dijalankan terlebih dahulu. Udara yang

dihembuskan oleh F.D.F. dilewatkan melalui air heater terlebih dahulu, supaya mendapatkan

udara penghembus bersuhu tinggi antara 250°C-350°C.

6. Secondary Fan merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai alat penghembus

pembakaran bahan bakar yang kedua sebagai pembantu F.D.F. untuk mendapatkan pembakaran

yang lebih sempurna lagi.

7. Conveyor merupakan alat pembawa atau pengangkut abu dari sisa-sisa pembakaran bahan

bakar, baik yang dari rangka bakar (fire grate) ataupun juga dari alat-alat pengumpul abu (dust

collector), untuk dibuang dan diteruskan ke kolam penampungan dan akan di angkut oleh truck

sebagai kompos.

8. Cerobong asap (Chimney) berfungsi untuk membuang udara sisa pembakaran.

Perawatan dan pemeliharaan yang dilakukan pada boiler adalah sebagai berikut:

· Mengecek kekencangan rantai, belt dan melumasi bearing.

· Mengeluarkan abu dari dalam ketel.

· Pembersihan saringan (screen) pada masing-masing bagian atau alat.

· Mengecek I.D.F. impeller dan dust collector.

BOILER

Pada dasarnya Boiler adalah suatu wadah yang berfungsi sebagai pemanas air, panas

pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Steam pada tekanan tertentu

kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna

dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam,

volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk

mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dengan

baik. Bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan boiler bisa berupa gas, minyak dan batu

bara. Di Indonesia bahan bakar yang umum digunakan adalah solar.

Sistem Pada Boiler

Sistem boiler terdiri dari sistem umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sisitem air umpan

menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Sistem steam

mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem

pemipan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran

dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang

digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.

Peralatan yang digunakan dalam sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang

digunakan sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam disebut air umpan. Ada dua sumber air

umpan: 1. Kondensat atau steam yang mengembun yang mengembun ke proses. 2. Air make up

(air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler ke plant proses.

Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan

awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

Jenis-Jenis Boiler

Berdasarkan type pipa:

Fire Tube Boiler

Terdiri dari tanki air yang dilubangi dan dilalui pipa-pipa, dimana gas panas yang mengalir pada

tanki tersebut digunakan untuk memanaskan air di tanki. Air yang dipanaskan menhasilkan uap

panas yang dapat digunakan untuk memanaskan air di kamar mandi ataupun laundry. Fire tube

http://yudilesmono.blogdetik.com/2011/03/13/boiler/

boilers biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam

rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam

sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boilers dapat menggunakan

bahan bakar minyak bakar, gas dalam operasinya.

Water tube Boiler

Air mengalir melalui susunan pipa yang terletak di dalam gas panas yang dihasilkan dari

pembakaran. Pada boiler watertube, air panas tidak berubah menjadi uap, sehingga bisa langsung

digunakan untuk keperluan seperti air panas di kamar mandi, laundry. Ketika air dalam pipa-pipa

didih mendapat pemanasan., air dalam pipa mendidih sehingga air mengandung uap dan berat

jenis air berkurang., air dan uap mengalir ke atas. Air yang berat jenisnya lebih besar akan turun

dan menggantikan posisi air yang menuju ke atas. Pada drum atas air dan uap berpisah menjadi

uap jenuh, kemudian uap jenuh disalurkan ke superheater untuk diubah menjadi uap panas lanjut.

Uap panas lanjut yang keluar dari superheater inilah yang akan dimanfaatkan sebagai penggerak

mesin uap.

Berdasarkan bahan bakar yang digunakan:

Solid Fuel. Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar padat

(batu bara, sampah kota, kayu) dengan oksigen dan sumber panas.

Oil fuel. Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar cair (solar,

residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.

Gaseous Fuel. Pemanasan yang terjadi antara pembakaran antara LNG (Liquid Natural Gas)

dengan oksigen dan sumber panas. Harga bahan baku pembakarannya lebih murah diantara

semua boiler yang lain.

Electric. Pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai sumber panas.

Berdasarkan kegunaan boiler

Power boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe watertube boiler, hasil steam

yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampu memutar steam

turbin dan menghsilkan listrik dari generator. Kegunaan utamanya sebagai penghasil steam untuk

menghasilkan listrik dari generator.

Industrial Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan watertube boiler atau firetube

boiler.Kegunaannya untuk menjalankan proses industri dan sebagai tambahn panas. Steam

memiliki tekanan yang sedang dan kapasitas yang besar.

Komersial Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan watertube boiler atau firetube

boiler. Kegunaannya untuk menjalankan proses operasi komersial. Tekanan yang dimiliki

rendah.

Residential Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan boiler tipe firetube boiler.

Boiler ini memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah, biasanya digunakan pada perumahan.

Heat Recovery Boiler. Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan boiler tipe watertube

boiler atau firetube boiler. Steam yang dihasilkan memiliki kapasitas dan tekanan yang besar,

kegunaan utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasil steam ini

diguanakn untuk menjalankan proses industri.

Berdasarkan konstruksi boiler

Packcage Boiler. Disebut packcage boiler karena sudah tersedia sebagai paket yang lengkap pada

saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam

Berdasarkan Tekanan Kerja Boiler

Low pressure boilers. Tipe ini memiliki steam operasi kurang dari 15 psi, menghasilkan air

dengan tekanan dibawah 160 psi dan temperature dibawah 250 F.

High Pressure boilers. Tipe ini memiliki steam operasi lebih dari 15 psi, menghasilkan air

dengan tekanan di atas 160 psi dan temperature di atas 250 F.

Komponen Utama Boiler

Furnace. Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar.

Steam Drum. Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan

steam.

Superheater Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main

steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

Air Heater. Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan

udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam

tungku pembakaran.

Economizer. Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air

dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya.

Safety valve. Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan

steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.

Blowdown valve. Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang

berada di dalam pipa steam.

Pemanfaatan Boiler

a.Pada kapal. Fungsi utama ketel uap di kapal adalah untuk menghasilkan uap. Uap yang

dihasilkan oleh boiler selain sebagai pemanas bahan bakar seperti yang telah disebutkan, juga

bisa digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang juga digunakan sebagai motor penggerak

utama kapal, untuk peralatan pemanas ( pemanas ruangan, bahan bakar). Pada kapal tanker

digunakan sebagai pembersih tangki minyak ( Tank Cleaning).

b.Pemasok konsumsi energi listrik pada system proses produksi di Pabrik

c.PDAM, menyediakan keran air panas

Seperti yang telah disinggung rumus kimia merupakan salah satu ciri khas senyawa kimia.

Rumus kimia suatu senyawa menyatakan lambang dan jumlah atom unsur yang menyusun

suatu senyawa tanpa menyebut senyawa tersebut termasuk senyawa ionik atau kovalen.

Rumus kimia sendiri terbagi menjadi rumus empiris dan rumus molekul.

Rumus molekul dan rumus empiris suatu senyawa hanya terjadi perbedaan jumlah

atom, sedangkan atom unsur penyusun senyawa tetap. Namun demikian beberapa senyawa

memiliki rumus molekul dan rumus empirisnya yang sama, misalnya H2O (air) dan NH3

(amoniak).

Jumlah atom dalam suatu rumus kimia menyatakan jumlah mol dari unsur terkait, jadi

rumus kimia suatu senyawa merupakan perbandingan mol atom unsur penyusun senyawa

tersebut. Dari perbandingan atom atau perbandingan mol ini dapat ditentukan perbandingan

massa dan % massa dari unsur-unsur yang menyusun senyawa tersebut.

Untuk memperjelas hal ini perhatikan contoh berikut! misalnya vitamin C yang

mengandung asam askorbat dengan rumus molekul C6H8O6, maka:

· Rumus molekul C6H8O6

· Perbandingan mol atom unsur

C : H : O = 6 : 8 : 6

· Perbandingan massa unsur

C : H : O = 6 x Ar. C : 8 x Ar.H : 6 x Ar.O

= (6 x 12) : (8 x 1) : (6 x 16)

= 72 : 8 : 96

· Jumlah perbandingan = Mr

72 + 8 + 96 = 176

· % massa masing-masing unsur

Berikut adalah rumus untuk menghitung % massa unsur dalam senyawa

Contoh soal menentukan kadar unsur dalam senyawa

Berapa persen (%) C, O, N dan H yang terdapat dalam urea, CO(NH2)2, jika diketahui Ar.C = 12,

Ar.O = 16, Ar.N = 28 dan Ar.H =1?

Jawab

Langkah penyelesaian

1. Tentukan mol masing unsur-unsur dalam senyawa

Atom C = 1 mol

Atom O = 1 mol

Atom N = 2 mol

Atom H = 4 mol

http://wanibesak.files.wordpress.com/2010/10/clip_image002.gif




2. Dari mol atom tentukan massa masing-masing unsur dalam senyawa dengan cara: kalikan

dengan atom relatif (Ar) masing-masing atom

Atom C = 1 mol x 12 g/mol = 12 g

Atom O = 1 mol x 16 g/mol = 16 g

Atom N = 2 mol x 14 g/mol = 28 g

Atom H = 4 mol x 1 g/mol = 4 g

3. Jumlahkan massa semua atom yang telah diperoleh untuk memperoleh massa molekul (massa

molekul relatif)

Atau dengan cara

H

4. Tentukan % massa masing-masing unsur dengan cara:

Massa masing-masing atom dibagi dengan massa semua atom dalam senyawa (massa molekul

relatif) kemudian dikali 100%.

Dengan cara ini diperoleh:







Jika terdapat 120 Kg urea maka massa N adalah sebesar = 46, 67% x 120 Kg = 56 Kg.

Rumus Empiris dan Rumus Molekul

Rumus Empiris

Rumus empiris adalah rumus kimia yang menyatakan perbandingan terkecil jumlah

atom-atom pembentuk senyawa. Misalnya senyawa etena yang memiliki rumus molekul C2H4,

maka rumus empiris senyawa tersebut adalah CH2.

Dalam menentukan rumus empiris yang dicari terlebih dahulu adalah massa atau

persentase massa dalam senyawa, kemudian dibagi dengan massa atom relatif (Ar) masing-

masing unsur. artinya untuk menentukan rumus empiris yang perlu dicari adalah perbandingan

mol dari unsur-unsur dalam senyawa tersebut.

Contoh

Suatu senyawa mengandugn 64,6 g natrium, 45,2 g belerang dan 90 g oksigen. Jika diketahui

Ar.N = 23, Ar.S = 32, ddan Ar.O = 16. Maka tentukan rumus empiris senyawa tersebut?

Jawab

Jadi rumus empiris senyawa tersebut adalah Na2SO4.

Rumus Molekul




Rumus molekul adalah rumus kimia yang menyatakan jenis dan jumlah atom yang

menyusun suatu senyawa. Misalnya: C2H4 (etena), CO(NH2)2 (urea) dan asam asetat atau asam

cuka (CH3COOH). Rumus molekul dapat didefinisikan sebagai rumus kimia yang menyatakan

perbandingan jumlah dan jenis atom sesungguhnya dari suatu senyawa.

Dari rumus molekul asam cuka diketahui bahwa rumus molekul tersebut tidak ditulis

C2H4O2. Beberapa alasan rumus molekul asam cuka tidak ditulis demikian yaitu

1. Untuk membedakan dengan senyawa lain yang memiliki jumlah atom penyusun yang sama

misalnya metil format (HCOOCH3).

2. Rumus molekul menggambarkan struktur molekul. Artinya dari rumus molekul kita dapat

menunjukan atom-atom saling berikatan. Pada molekul asam cuka atom C yang pertama

mengikat 3 atom H dan 1 atom C berikutnya dan atom C berikunya mengikat 2 atom O

kemudian 1 atom O mengikat 1 atom H.

Contoh soal menentukan rumus molekul dari rumus empiris

200 g senyawa organik mempunyai massa molekul relatif = 180, senyawa ini terdiri

dari 40% karbon, 6,6% hidrogen dan sisanya adalah oksigen. Jika diketahui Ar.C = 12, Ar.H = 1,

dan Ar.O = 16. Maka tentukan rumus molekul senyawa ini?

Jawab




Jadi rumus empiris senyawa tersebut adalah CH2O

Dari rumus molekul yang telah diperoleh maka rumus molekul dapat ditentukan sbagai berikut

CH2O)n

(Ar C x n) + (2.Ar H x n) + (Ar.O) = Mr senyawa

12n + 2n + 16n = 180

30n = 180

n = 6

jadi rumus molekulnya adalah C6H12O6.

Menentukan Rumus Empiris dan Rumus Molekul Berdasarkan Ar dan Mr

Tentukan rumus molekul yang dimiliki senyawa dengan umus empiris CH, jika

diketahui Mr senyawa tersebut adalah 78?

Jawab

Mr senyawa = (CH)n

78 = (12 + 1)n

78 = 13n

n = 6

jadi rumus molekul yang dimiliki senyawa tersebut adalah (CH)n = C6H6.


Contoh Soal

Massa molekul relatif suatu senyawa organik yang memiliki rumus empiris CH2O

adalah 180, jika diketahui Ar.C= 12, Ar.H =1 Ar.O = 16, tentukan rumus molekul senyawa

tersebut?

Jawab

Mr senyawa = (CH2O)n

180 = (12 + 2+ 16)n

180 = 30n

n = 6

jadi rumus molekul yang miliki senyawa tersebut adalah (CH2O)n = C6H12O6

Persamaan Reaksi

Seperti yang telah disinggung pada bab sebelumnya, bahwa perubahan kimia yang

terjadi pada materi disebut juga reaksi kimia. Reaksi kimia yang terjadi dapat berlangsung

secara eksoterm dan endoterm. Reaksi berlangsung secara eksoterm bila reaksi yang terjadi

disertai pembebasan sejumlah energi, sedangkan kebalikan dari reaksi eksoterm disebut reaksi

endoterm. Energi yang terlibat dapat berupa energi cahaya, energi panas dan energi-energi yang

lainnya.

Pada reaksi kimia terdapat zat awal yang belum mengalami perubahan yang disebut

reaktan atau pereaksi dan zat yang telah mengalami perubahan yang disebut produk atau zat hasil

reaksi. Zat-zat yang terlibat dalam reaksi kimia dapat berupa unsur dan senyawa. Rekasi yang

dimaksud disini bukan reaksi fisi atau reaksi fusi, sehingga zat-zat sebelum dan sesudah reaksi

adalah zat-zat yang sama.

Reaksi kimia yang terjadi biasanya tulis dalam bentuk persamaan reaksi. Persamaan

reaksi merupakan pernyataan yang mengungkapkan atau menggambarkan suatu proses kimia

dengan menggunakan rumus kimia. Karena itu penulisan persamaan reaksi harus dapat

menyatakan fenomena kimia yang sebenarnya, dimana zat-zat yang bereaksi dan zat-zat hasil

reaksi harus tergambarkan dengan jelas. Agar lebih jelas perhatikan reaksi yang terjadi antara gas

hidrogen dan gas oksigen untuk membentuk air, yang digambarkan sebagai berikut:

Keterangan:

· tanda panah menunjukan arah reaksi. Dibaca membentuk atau menghasilkan atau

bereaksi menjadi.

· Huruf kecil dalam tanda kurung yang setelah rumus kimia (yang ditulis miring) menyatakan

wujud zat. Wujud zat dinyatakan dengan singkatan yakni

§ s (solid) untuk zat berwujud padat

§ l (liquid) untuk zat berwujud cair

§ g untuk zat berwujud gas

§ aq (aqueous, baca: akues) untuk zat yang larut dalam air.

· Bilangan yang mendahului rumus kimia (2 pada H2, 1 pada O2 dan 2 pada H2O) disebut

koefisien reaksi. Koefisien reaksi untuk menyetarakan jumlah atom atau jumlah molekul atau

jumlah ion sebelum dan sesudah reaksi.

Pada contoh di atas dapat diketahui bahwa jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi

adalah sama, hal ini disebut persamaan setara. Berikut adalah penjumlahannya:



· Jumlah atom H di ruas kiri = jumlah atom H di ruas = 4

· Jumlah atom O di ruas kiri = jumlah atom O di ruas = 2

Untuk keperluan tertentu, persamaan reaksi dibubuhkan atribut lain. Berikut adalah beberapa

atribut yang biasa ditemukan pada persaaman reaksi:

· Warna zat

· Δ ada bawah atau atas anak panah= tanda proses pemanasan

· = tanda kesetimbangan

· ΔH = harga perubahan entalpi

· E° = harga potensial elektrode

Tujuan dan Penyetaraan Persamaan Reaksi

Tujuan dari penyetaran persamaan reaksi yaitu untuk memenuhi hukum kekekalan massa

atau hukum Lavoisier dan teori atom Dalton. Hukum kekealan massa berbunyi “dalam sistem

tertutup massa zat sebelum dan setelah reaksi adalah tetap” dan tori atom dalton

menyatakan “dalam reaksi kimia tidak ada atom yang hilang atau tercipta tetapi hanya

terjadi penataan ulang”. Artinya jumlah dan jenis atom dalam reaksi kimia adalah tetap atau

sama.

Agar jumlah dan jenis atom yang terdapat pada reaktan dan produk tetap maka pada

persamaan reaksi masing-masing spesi yang terlibat dalam reaksi kimia diberi koefisien yang

sesuai. Seperti pada contoh pembentukan H2O koefisien reaksi menyatakan jumlah atom, jumlah

ion ataupun jumlah molekul, namun selain itu kofisien reaksi juga menyatakan mol zat yang

terlibat dalam reaksi kimia. Misalnya contoh pembentukan air:


Koefisien yang dimiliki menyetakan 2 mol gas hidrogen bereaksi dengan 1 mol gas

oksigen membentuk 2 mol air atau 2 molekul gas hidogen bereaksi dengan 1 molekul gas

oksigen membentuk 2 molekul air.

Berikut adalah langkah-langkah menulis persamaan reaksi dan penyetaraannya

Misalnya logam aluminium bereaksi dengan gas O2 membentuk aluminium oksida.

Tulislah persamaan reaksi dan penyetaraannya?

1) Menulis rumus kimia atau lambang unsur dari reaktan dan produk dengan wujud masing-

masing spesies.

2) Tetapkan koefisien salah satu spesi sama dengan 1 (biasanya spesi yang rumus kimianya lebih

kompleks).

Pada reaksi di atas spesi yang lebih kompleks adalah Al2O3 = 1

3) Setarakan unsur yang terkait langsung dengan zat yang telah diberi koefisien 1.

Koefisien Al2O3 = 1

Maka Al diruas kanan = 2

Al diruas kiri = 1

Agar jumlah atom Al pada kedua ruas sama maka Al pada ruas kiri diberi kofisien 2. Mka

persamaan reaksinya menjadi:



Atom O

Koefisien Al2O3 = 1

Maka atom O diruas kanan = 3

Jumlah atom O diruas kiri = 2

Agar jumlah atom O pada kedua ruas sama maka atom O pada ruas kiri diberi koefisien 3/2.

Persamaan reaksinya menjadi:

Agar koefisien tidak dalam bentuk pecahan koefisien pada kedua ruas dikalikan dengan satu

bilangan sehingga memberikan suatu bilangan bulat. Agar diperoleh bilangan bulat maka kedua

ruas dikali 2, sehingga diperoleh persamaan reaksi yang setara dengan koefisien dalam bentuk

bilangan bulat:

4) Biasanya oksigen disetarakan paling terakhir jika masih terdapat unsur-unsur lain.

Contoh

Reaksi gas metana (CH4) dengan gas oksigen membentuk gas karbon dioksida dan uap air.

Tulislah persamaan reaksi dan setarakan persamaan reaksi tersebut?

Jawab

1. Menulis rumus kimia atau lambang unsur dari reaktan dan produk dengan wujud masing-

masing spesies.



2. Tetapkan koefisien salah satu spesi sama dengan 1 (biasanya spesi yang rumus kimianya lebih

kompleks). Sedangkan koefisien yang lainnya disetarakan huruf sebagai kofisien sementara.

CH4 = 1, koefisien zat yang lain disetarakan dengan huruf, maka persamaan reaksinya menjadi:

3. Setarakan unsur yang terkait langsung dengan zat yang telah diberi koefisien 1.

Dari reaksi tersebut unsur yang beriktan langsung dengan zat telah diberi koefisien 1 adalah C

dan H.

penyetaraan atom C

Atom C diruas kiri = 1

Atom C diruas kanan = b

Maka jumlah atom C diruas kanan = b = 1

Penyetaraan atom H

Jumlah atom H di ruas kiri = 4

Jumlah atom H di ruas kanan = 2c

Maka jumlah atom H di ruas kanan atau harga koefisien c = 2c = 4, c = 2

Dari penyetaraan ini maka persamaan reaksi menjadi




4. Setarakan atom O

Jumlah atom O di ruas kanan = 2 + 2 = 4

Jumlah atom O di ruas kiri = 2a

Maka jumlah atom O di ruas kiri atau harga koefisien a = 2a = 4, a = 2

Maka persamaan reaksinya menjadi:

Catatan: koefisien 1 biasanya tidak ditulis, penulisan du atas dan untuk penyetaraan reaksi

selanjutnya hanya untuk memberikan gambaran mengenai tahap-tahap penyetaraan saja.

Contoh

Reaksi besi(III) oksida dengan larutan asam sulfat membentuk besi(III) sulfat dan air.

Tulislah persamaan reaksi dan setarakan persamaan reaksi tersebut?

Jawab


masing spesies.



Koefisien Fe2(SO4)3 = 1 dan koefisien yang lain menggunakan huruf. Persamaan reaksi menjadi:




Dari reaksi tersebut unsur yang beriktan langsung dengan zat telah diberi koefisien 1 adalah Fe,

S dan O. Namun O disetarakan terakhir karena unsur O terdapat di lebih dari dua zat.

Penyetaraan atom Fe

Jumlah atom Fe di ruas kiri = 2a

Jumlah atom Fe di ruas kanan = 2

Maka jumlah atom Fe diruas kiri atau harga koefisien a = 2a = 2, a = 1

Penyetaraan atom S

Jumlah atom S di ruas kiri = b

Jumlah atom S di ruas kanan = 3

Maka jumlah atom S di ruas kiri atau harga koefisien b = 3


4. Setarakan atom lainnya. Atom O disetarakan setelah semua atom setara.

Penyetaraan atom H

Jumlah atom H di ruas kiri = 6

Jumlah atom H di ruas kanan = 2c



Maka jumlah atom H di ruas kanan atau harga koefisien b = 2c = 6, c = 3


5. Setarakan atom O. Karena semua atom telah setara, maka oksigen seharusnya telah setara

juga. Untuk meyakinkan jumlah atom O pada kedua ruas telah setara, maka dilakukan

penjumlahan atom O pada kedua ruas.

Jumlah atom O di ruas kiri = 3 + 12 = 15

Jumlah atom O di ruas kanan = 12 + 3 = 15.

Dari penjumlahan ini, terbukti jumlah atom O pada ruas kiri dan ruas kanan telah setara. Jadi

persamaan reaksi setaranya adalah sebagai beriktu:

Contoh

Reaksi antara tembaga dengan larutan asam nitrat encer menghasilkan tembaga(II)

sulfat, gas nitrogen oksida dan air. Tulislah persamaan reaksi dan setarakan persamaan reaksi

tersebut?

Jawab


masing spesies.






Koefisien Cu(NO3)2 = 1, dan koefisien yang lain menggunakan huruf. Persamaan reaksi menjadi:


Pada reaksi di atas, hanya Cu yang dapat langsung disetarakan yaitu a = 1. Untuk unsur yang

lainnya walaupun terkait langsung dengan Cu(NO3)2 tetapi tidak dapat langsung disetarakan

karena terdapat di lebih dari dua zat yang belum mempunyai harga korfisien. Maka untuk

menyetarakannya ikuti persamaan-persamaan berikut:

· Menyetarakan atom N : b = 2 + c ……………………… (1)

· Menyetarakan atom H : b = 2d …………………………. (2)

· Menyetarakan atom O : 3b = 6 + c + d ……………… (3)

Dari persamaan-persamaan di atas nyatakan nilai c dan d dalam b, sebagai berikut:

· Dari persamaan (1), b = 2 + c berarti c = b – 2

· Dari persamaan (2), b = 2d berarti d = 0,5 b

Substitusikan nilai c cdan d ke dalam persamaan (3)

3b = 6 + c + d

3b = 6 + b – 2 + 0,5 b

1,5b = 4


b =

nilai b yang telah diperoleh di substitusikan ke persamaan (1) dan (2) untuk memperoleh nilai c

dan d. Maka nilai c dan d berturut-turut adalah

Maka persamaan reaksinya menjadi:

karena masih dalam bentuk pecahan maka dikalikan 3 sehingga diperoleh koefisien dalam

bentuk bilangan bulat.

Sifat persamaan reaksi

a. Jenis unsur-unsur sebelum dan sesudah reaksi selalu sama

b. Jumlah masing-masing atom sebelum dan sesudah reaksi selalu sama

c. Perbandingan koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol. Khusus untuk yang berwujud

gas perbandingan koefisien menyatakan perbandingan volume pada suhu den tekanannya sama.

Stoikiometri Reaksi

Hubungan mol dengan koefisien reaksi

Seperti yang telah dijelaskan pada bagian-sebelumnya, koefisien zat dalam suatu

persamaan reaksi menyatakan jumlah mol zat itu. Oleh sebab itu jumlah mol zat atau massa zat

yang terlibat dalam suatu reaksi dapat ditentukan. Aspek kuantitatif zat-zat yang terlibat dalam

dalam reaksi inilah yang disebut stoikiometri reaksi. Stoikiometri reaksi ini sangat diperlukan





terutama dalam merencanaakan banyaknya zat yamg akan dihasilkan dari suatu reaksi kimia

dalam industri maupun dalam laboratorium.

Dengan mengeahui koefisien persamaan reaksi maka jumlah mol suatu zat

dalam persamaan reaksi telah diketahui. Mol zat yang telah diketahui dapat digunakan

untuk menentukan massa zat yang diperlukan dalam suatu reaksi. Karena hal tersebut

koefisien reaksi disebut sebagai dasar stoikiometri reaksi.

Contoh

Logam aluminium yang dilarutkan ke dalam asam sulfat menghasilkan aluminium sulfat dan gas

hidrogen, sesuai reaksi berikut:

Berapa mol mol gas hidrogen yang dihasilkan jika digunakan 0,5 mol aluminium yang dilarutkan

dalam asam sulfat?

Jawab

artinya dengan melarutkan 0,5 mol aluminium menghasilkan 0,75 mol gas hidrogen.

Dari mol gas hidrogen yang telah diketahui dapat ditentukan massa hidrogen yang dihasilkan.

Massa hidrogen dapat ditentukan dengan cara mengalikan mol hidrogen yang diperoleh dengan

Mr.H2.




Contoh

Perhatikan reaksi berikut:

Berapa volume gas hidrogen (STP) yang terbentuk jika digunakan 5,4 gram Al? (Ar Al = 27)

Jawab

a) Setarakan reaksi kimia yang terjadi jika persamaan reaksi belum setara. Pada persamaan reaksi

di atas telah setara sehingga tidak perlu disetarakan.

b) Menyatakan jumlah mol zat yang diketahui, yakni aluminium.

c) Menentukan jumlah mol zat yang ditanyakan yakni gas H2.

d) Menentukan volume gas H2 yang dihasilkan






V = n x Vm

= 0,3 mol x 22,4 L mol‾1 = 6,72 L.

Hipotesis Avogadro dan Hubungan Volume dengan Koefisien Reaksi

Pada tahun 1811, Ameo Avogadro mengemukakan sebuah hipotesis yang

mengatakan: “pada tekanan (P) dan suhu (T) yang sama, gas-gas yang memiliki volume

sama mengandung jumlah molekul (jumlah mol) yang sama pula”.

Artinya pada P dan T sama, perbandingan volume gas-gas yang terlibat dalam suatu reaksi sama

dengan perbandingan jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi tersebut. Karena pada persamaan

reaksi, koefisien menyatakan jumlah mol zat, maka volume gas yang terlibat dalam suatu reaksi

sama dengan koefisien zat itu.

Hubungan antara koefisien suatu zat dengan volume dapat dirumuskan sebagai berikut:

Contoh

Pada suhu dan tekanan tertentu 0,5 mol gas oksigen volumenya adalah 2 liter. Hitunglah

volume dari 1,5 mol gas hidrogen pada suhu dan tekanan yang sama dengan gas oksigen tersebut

Jawab






Contoh

Tentukan berapa volume gas belerang trioksida (SO3) yang dihasilkan dan berapa

volume gas O2 yang dibutukan, jika direaksikan 1 liter gas belerang dioksida (SO2) dengan gas

oksigen?

Jawab

Persamaan reaksi

SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

SO2 yang bereaksi = 1 liter




perhitungan efisiensi boiler

Documents