31

BAB III

PERTEMUAN KE : 3.

3. BAHAN-BAKAR CAIR

Bahan bakar cair adalah merupakan hydrocarbon component yang didapat dari sumber

alam maupun secara buatan.

Beberapa kelebihan bahan bakar cair dibanding dengan bahan bakar padat adalah :

Sedikit menggunakan tenaga manusia.

Kebersihan dari hasil pembakaran.

Menggunakan alat bakar yang lebih kompak.

Handlingnya yang mudah

Juga pengontrolannya lebih muda dan muda dalam penyalaan awal dan

mengakhirinya.

Salah satu kekurangan dari bahan bakar cair ini adalah “Harus menggunakan proses

pemurnian yang cukup kompleks”.

3 . 1 . Minyak Bumi (Crude Petroleum Oil) & Klasifikasinya.

Minyak bumi diperoleh dengan cara penambangan. Asal mula dari minyak bumi ini

secara pasti tidak diketahui, dan umumnya ditemukan dalam formasi batu-batuan tertentu

yang ribuan tahun yang lampau merupakan dasar lautan. Orang percaya bahwa binatang-

binatang laut pada bagian bawah lautan telah tertanam oleh lapisan batu-batuan dengan

mendapat tekanan yang cukup tinggi. Secara umum mekanisme terbentuknya minyak bumi

tidak banyak berbeda dengan mekanisme terbentuknya batubara.

Minyak bumi juga menggadung komponen-komponen ikutan seperti belerang (S),

Oxygen (O) , Nitrogen (N), pasir dan air (H2O). Walaupun komponen atau komponen dari

minyak bumi berbeda-beda dari satu tambang dengan tambang lainnya, tapi umumnya

ultimate constituents yang secara relatife tetap, presentase carbon ummnya 83 – 87% dan

presentase hidrogennya 11 - 14%.

32

Beberapa coumpound dari minyak bumi terutama adalah merupakan rangkaian

paraffin, naphtene dan aromatic beserta jumlah besar asphaltic material yang tidak

diketahui struktur kimianya. Minyak merupakan campuran dari berbagai macam minyak

sehingga tidak bias dibagi dalam rangkaian yang terpisah karena beberapa molecule dari

minyak mungkin terdiri dari molekul dari beberapa rangkaian. Karena ikatan dari

beberapa molecule minyak dari rangkaian yang berbeda sedimikian kompleksnya maka

minyak bumi dan produk-produk yang diperoleh dari minyak akan mempunyai komponen

dan propesti yang berbeda.

Minyak bumi sering diklasifikasikan oleh sejumlah relatif dari paraffin wax dan

asphalt residu dalam minyak paraffin – base, mixed – base, asphalt – base oil.

Paraffin – base oil : Sebagai contoh minyak dari pensyl vania, yang mengandung

sejumlah besar paraffin wax dengan sedikit atau tanpa asphalt.

Mixed – base oil : mengandung kedua-duanya baik paraffin wax atau asphalt.

Asphalt – base oil : yang mempunyai karateristik yang berlawanan dengan paraffin –

base. (banyak mengandung aspalnya).

3 . 1 . 1 . Rangkaian dari Hydrocarbon.

3 . 1 . 1 . 1 . Rangkaian Paraffin (Alkones)

Rumus kimia dari rangkaian ini adalah Cnh2n + 2, struktur kimianya adalah rantai

(chain).

Nama dari keluarga paraffin ini ditandai dengan akhirnya ane dengan kata dasar

menunjukan jumlah atom carbonya.

1 – meth 2– eth 3 – pron 4 – but 5 – pent

6 – hex 7 – hept 8 – oct 9 – non 10 – dec

Sebagai contohnya yang paling sederhana adalah propane :

H H H

l l l

H - C - C - C - H

l l l

H H H (C3H8)

33

Rangkaian paraffin merupakan hydrocarbon jenuh (saturated) karena setiap valensi dari

carbondipenuhi oleh Hydrogen atom, yang mana mengakibatkan rangkaian ini mempunyai

stabiltas yang tinggi.

Pada motor bensin dengan bahan bakar dari rangkaian ini kemampuan dari bahan bakar

untuk tidak berdetonasi akan turun dengan drastis jika panjang rantai normalnya naik.

Sebagai skala patokan pada pengukuran kecendrungan bahan bakar untuk tidak

berdetonasi yang ditujukan dalam angka oktan adalah iso octane (2,2,4 trimethyl pentane)

dengan angka octan = 100 dan 0 – heptane dengan angka oktan = 0

H CH3 H CH3 H

l l l l l

H - C - C - C - C - C - H

l l l l l

H CH3 H H H (C6H18 atau 2,2,4 trimethyilpentane)

H H H H H H H

l l l l l l l

H - C - C - C - C - C - C - C - H

l l l l l l l

H H H H H H H (C7H16 atau heptane)

Kemampuan bahan bakar untuk tidak berdetonasi secara kasar , merupakan

kesebandingan dengan temperature pelayanan sendiri (self ignition temperature), sehingga

bahan bakar yang jelek untuk motor bensin merupakan bahan bakar yang baik untuk motor

diesel. Dalam hal ini hexacecane (cetane)- C16H34 mempunyai temperature penyalaan

sendiri yang rendah merupakan bahan baker yang bagus untuk mesin diesel.

Sebagai skala patokan pada pengukuran kecenderungan bahan bakar untuk tidak

berdetonasi. Pada diesel yang ditujukan dengan angka cetana = 100 dan C10H22

(Heptamethylnanane) dengan angka centana = 15.

34

Alkenes ini bersifat stabil dalam penyimpangan pembakaran yang bersih, dan karena

mempunyai kemungkinan maximum untuk mengikat Hydrogen sehingga mempunyai

HHV yang tertinggi dan density yang terendah.

3 . 1 . 1 . 2 . Rangkaian Olefin. (Alkenes)

Rumus kimia dari rangkaian ini adalah CnH2n dengan struktur kimia adalah rantai

terbuka.

Nama dari keluarga olefin ini ditandai dengan akhiran ene dengan kata dasar yang

sama aturannya dengan rangkaian paraffin.

Contoh :

H - C = C - H

l l C2H4 ataua ethane ethylene

H H

Rangkaian ini merupakan rangkaian yang tidak jenuh (unsaturated) yang ditujukan

dengan dua tangan (double bond) sehingga olefin secara kimia merupakan bahan yang

aktif yang bisa terikat dengan mudah dengan hydrogen membentuk rangkaian yang lain.

Olefin bisa juga terikat dengan oxygen membentuk residu yang tidak diinginkan :

Gum yang merupakan factor dari senog.

Seperti juga paraffin, olefin mempunyai pembakaran yang bersih dan nilai oktan yang

lebih tingi.

Rangkaian Diolefin.

Seperti kimia dari Diolefin adalah CnH2n – 2 dengan struktur kimia adalah rantai

terbuka dengan dua double bond (two – doble bond). Rangkaian ini merupakan rangkaian

yang tidak jenuh.

Nama dari rangkaian ini ditandai dengan akhiran diema.

Contoh :

H H H

l l l

H - C = C - C - C - C = C - C - H

35

l l l l l l l

H H H H H H H

(C7H12 or 1 – 5 heptadiene)

Diolefin adalah merupakan komponen bahan bakar yang tidak diinginkan karena

dalam penyimpangan terjadi reaksi yang menjadikan bahan bakar berwarna, dan

terbentuknya Gum ini akan membuat deposit pada mesin yang mengganggu kerja mesin

terutama pada karburator dan katup-katupnya.

3 . 1 .1 .3 Rangkaian Napthene atau Cycloparaffin.

Rangkaian napthene punya rumus kimia seperti olefin (CnH2n) dengan struktur ring

(close - chain), rangkaian ini merupakan rangkaian yang jenuh (saturated).

Nama dari rangkaian ini ditandai dengan awalan Cyclo dengan dilanjutkan dengan

dilanjutkan dengan aturan yang sama pada rangkaian paraffin.

Contoh :

H H

H C H

C C (C5H10, Cyclo petane)

H H

C C

H H H H

3 . 1 .1 .4. Rangkaian Aromatic. (Benzene derivatives)

Anggota dari keluarga Benzene mempunyai rumus umum CnH2n – 6, merupakan hydro

– carbon yang tidak jenuh (unsaturated). Struktur kimianya adalah rantai tertutup (close –

chain) dengan C mempunyai tangan double tapi dengan posisi berseling anatara carbon

atom, sehingga diberi nama Aromatic (ikatan aromatic).

36

H

C

H 1 H

C6 2C

C6H6 atau Benzene

C5 3C

H 4 H

C

H

H

C

H CH3

C C

C7H8 atau Toulene

C C

H H

C

H

Walaupun merupakan rangkaian yang tidak jenuh tapi karea mempunyai ikatan carbon

yang aneh sehingga aromatic mempunyai sifat kimia yang lebih stabil dibanding ikatan

tidak jenuh yang lain. Kenyataannya, merupakan rangkaian yang tahan terhadap

autognition dan lebih baik dibanding iso - octane.

Anggota keluarga aromatic ini adalah bahan bakar bensin yang sangat baik dimana

diproduksi dengan seacar catalytic cracking atau secara thermal cracking. Benzene yang

depasan dirsebut Benzol adalah campuran bahan bakar yang baik untuk manaikan nilai

octane. Ada beberapa bibcyclic dan polycyclic aromatic dalam minyak bumi. Rangkaian

nepthalene dari aromatic yang ditemukan dalam minyak bumi dengan ring double

ataustruktur rin benzene yang terkondensasi dengan rumus umumnya CnH2n – 12, misalnya

alpha-methylnapthalene yang mempunyai angka cetane 0.

37

H CH3

H C C H

C C C

C11H10 atau alpha -methylnapthalene.

C C C

H H

C C

H H

Perlu diketahui bahwa aromatic bersifat berasap pada pembakarannya, sehingga untuk

bahan bakar jet dibatasi pemakaiannya.

3.1.1.5. Permurnian Minyak Bumi (Refining).

Gambar 3. 1. Proses pemurnian minyak bumi.

38

Tingkat permulaan dari proses pemurnian dari minyak bumi adalah melakukan

minyak bumi panas (setelah melalui heater) kedalam Fractionating Tower dimana minyak

bumi dipisah-pisahkan menurut boiling-pointnya. Minyak dengan boiling-point yang lebih

rendah akan diperoleh tingkat yang lebih atas (pada Tower). Fraction yang paling atas

disebut straight-run Gasolin yang merupakan bagian yang yang ringan dari minyak bumi.

Minyak dengan boling-point tinggi akan keluar sebagai Raw-kerosene. Begitu seterusnya

sehingga pada tingkat-tingkat yang lebih rendah akan diperoleh Light fuel oil, Heavy gas

oil, Lube Distillate dan Heavy bottom. Dimana Lube Distillate dan Heavy bottom

merupakan product akhir, jika minyak bumi merupakan paraffin-base oil produk akhirnya

adalah cylinder stock (bahan pelumas), jika minyak bumi merupakan asphalt atau

mixedbase produk akhirnya adalah Lube Distillate dan aspghalt.

Karena yang mempunyai nilai octane yang tidak menentu, sehingga memerlukan

proses lagi untuk menaikkan nilai octananya (Chemical purifying treatment). Dan dengan

naiknya kebutuhan akan gasoline, diperlukan suatu proses yang dapat merubah produk-

produk lain dari tingkat permulaan menjadi gasoline.

Orang pertama menggunakan Thermal cracking (1913) dimana temperature yang

tepat untuk pembuatan gasoline (campuran dari silica, alumina dan nikel oksida) maka

orang bisa memperoleh proses cracking yang lebih baik (Catalytic cracking).

Gasoline yang diproduksi dari proses Catalytic Cracking mempunyai nilai octana yang

cukup tinggi, sehingga pada waktu sekarang banyak digunakan catalytic cracking dari

pada thermal-cracking.

Cracking : Decomposisi dari molekul hydrocarbon berat menjadi molekul compound

yang lebih sederhana dengan boiling-point yang lebih rendah.

Thermal Crecking : adalah proses cracking dari minyak berat (heavy oil) dengan

menggunakan panas yang tinggi, dimana minyak berat dipanaskan pada

temperature 850 – 1100 0F dengan tekanan yang cukup tingggi (75 psi untuk

Batch prbses dan 200 psi untuk conti nues proses) dalam waktu yang relative

lama. Unsur – unsure ringan dari cracking akan meninggalkan (menguap) dan

dikondensasikan.

Catalytic Cracking : Minyak berat dipanaskan sampai temperature 825 0F dengan

tekanan 30 psi dan dialirkan melalui catalyst member yang dilapisi dengan

silica, alumina dan nikel oksida, uap yang terbentuk kemudian dipisahkan

39

(Fractionated).

Produk-produk Dasar.

Secara umum produk akhir dari proses pemurnian minyak bumi adalah :

1. Volatile products-Liguafied gas, natural gas

2. Light oils-gasoline, Jet fuel, kerosene

3. Distillates-Diesel fuel, furnace distillates, gas oil.

4. Lubricating oils

5. Greases & Waxes

6. Residues-fuel oil, coke, asphalt, carbon black, dll

7. Specialities-medicinal products, Chemicals, insacticides dll

3.2. Sifat-sifat Fisik dari Produk Minyak Bumi (Physical Properties).Sifat-sifat fisik dari produk minyak bumi merupakan bagian yang penting untuk

diambil sebagai dasar perhitungan mengenai hal-hal yang berhubungan dengan minyak

bumi selain sifat-sifat kimia dari minyak bumi.

3.2.1. Spesific Gravity & API Grafity.

Spesific grafity dan API gravity adalah suatu pernyataan yang menyatakan density

(kepadatan) atau berat persatuan volume dari suatu material. Spesific gravity & API

grafity di ukur pada temperature minyak bumi 60 0F, perkecualian dilaksanakan pada

asphalt yaitu pada temperature 77 0F (25 0C). Hubungan antara specific gravity & API

gravity adalah sbb.

Deg. API =

Specific gravity =

40

Besarnya harga dari API gravity adalah 0 – 100, sedang specific gravity adalah

merupakan harga relative dari density suatu material terhadap air atau udara. Hubungan

antara Density dan specific gravity adalah sebagai berikut .

Density ; 1b/ft3 , kg/m3

Specific gravity terhadap air =

Untuk gas specific gravitynya diukur terhadap udara.

3.2.2. Tekanan Uap ( Vapor pressure).

Tekanan uap dari suatu material menunjukan tekanan dimana material tersebut

akan mengembang (menguap) pada suatu ruangan tertutup, pada temperature tertentu.

Hal ini adalah penting untuk diketahui dalam hubungannya dengan :

a. Keamanan dalam transport

b. Kantong-kantong uap pada saluran gasoline

c. Kemampuan untuk mudah di start untuk bahan bakar motor.

Tekanan uap biasanya diukur pada temperature 100 0F untuk produk minyak bumi yang

mempunyai sifat volatile dan tidak kental.

3.2.3. Boiling Point.

Titik didih dari suatu material adalah temperature dimana material tersebut

mendidih pada tekanan atmosfir.

3.2.4. Flash & Fire Point

Adalah temperature pada keadaan dimana uap diatas permukaan minyak bumi

akan terbakar dengan cepat (meladak) atau terbakar secara continue apabila nyala api

didekatkan padanya.

3.2.5. Warna (Color).

Warna dari suatu produk minyak bumi menunjukkan derajad proses

pemurniaanya, selain dari pada itu minyak dengan titik didih yang berbeda dan dari

minyak bumi yang berbeda akan memberikan warna yang berbeda.

Sebagai contoh penyebab dari minyak hasil distilasi yang berwarnah adalah :

41

1. Temperatur yang terlalu tinggi pada proses thermal decomposition

2. Adanya material yang berwarna hitam atau terdapatnya bahan ter yang masih

terkandung.

3.2.6. Kekentalan (Viscosity).

Kekentalan dari suatu minyak adalah menunjukan sifat menghambat terhadap

aliran dan menunjukan sifat pelumasannya pada permukaan benda yang dilumasi.

Kekentalan bias didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk menggerakan suatu

bidang dengan luas tertentu pada jarak tertentu dan dalam waktu tertentu pula.

Dalam cgs system dari viscosities adalah poise atau centipoises (0,01 poise)

1 poise = 1 gr/sec cm atau 1 poise = dyne s/cm2

- Relative Viscosity.

Adalah perbandingan dari viscositas suatu cairan terhadap air pada temperature 68 0F, viscositas dari air pada 68 0F adalah 1,002 Centipoise.

- Kinematic Viscosity.

Adalah viscositas (centipoises) dibagi spesefic gravity yang diukur pada

temperature yang sama. Satuannya dalam stokes atau centi stokes. (1 stoke = 1 cm2/sec)

- Fluidity.

Adalah harga kebalikan dari viscosities. Viscosites dari suatu cairan diukur

dengan menggunakan viscosimeter

1. Saybolt Universal Viscosity.

Viscositas dari suatu cairan diukur dalam satuan waktu dengan menggunakan tabung 60

cc yang dibawahnya diberi orifice yang dilaksanakan pada temperature tetap.

Viscositas dari minyak pelumas biasanya diukur dalam universal viscosity pada

temperature 100, 130 atau 210 0F, dan dinyatakan dalam saybolt universal seconds

(SUS atau SSU)

2. Sayabolt Furol Viscosity.

42

Viscositas diukur dengan prosedur yang sama dengan universal viscosity, hanya dengan

menggantikan orifice dengan ukuran yang lebih besar. Viscositas dari minyak bakan

biasanya diukur dalam Furol viscosity pada termperatur 122 atau 210 0F

Catatan : Minyak bakar dalam hal ini heavy oil

3. Rec wood viscosity & Engler Viscosity.

Rec wood viscosity adalah merupakan ukuran viscositas yang digunakan di Inggris,

demikian juga Engler Viscosity merupakan ukuran viscositas yang digunakan di

Jerman.

Harga kinematic viscosity dalam stokes dapat diperoleh dari rumus approximation

dibawah ini, dimana t adalah waktu yang diperlukan untuk mengosongkan tabung minyak

(second)

Say bolt Universal; Kinematic viscosity

Bila 32 < t < 100 v = 0.00226 t – 1,95/t

Bila t 100 v = 0.00220 t – 1,35/t

Say bolt Furol ;

Bila 25 < t < 40 v = 0.0224 t – 1,84/t

Bila t ≥ 40 v = 0.0216 t – 0.60/t

Red wood Admiralty (II) v = 0.027 t – 11,20/t

Engler v = 0.00147 t – 3,74/t

- Viscosity Indes.

Adalah suatu system empiris untuk menunjukkan kecepatan perubahan viscositas dari

minyak pada perubahan dalam temperaturnya. Dalam hal ini merupakan index kepekaan

viscositas dari minyak terhadap peubahan temperature. Pengukurannya adalah didasarkan

pada perbandingan dari viscositas minyak bumi yang dipilih, yang mempunyai batas

maximum dan minimum dari kepekaan viscositas terhadap temperature.

Index tersebut dalam range 0 – 100, minyak dengan index diatas 100 dapat dibuat juga dari

berbagai macam campuran minyak bumi, dan penambahan additive.

3.2.7. Cloud & Pour Points

Minyak bumi bila didingankan akan menjadi plastic solid sebagai hasil dari pemisahan

dari wax (lilin) atau penggumpalan dari hydrocarbon. Pada beberapa macam minyak,

43

pemisahan lilin akan terlihat pada temperature sedikit diatas temperature padatnya, bila

temperature mencapai kondisi tersebut diketahui Cloud point.

Pada minyak dimana lilin tidak terpisah pada waktu terjadi pemadatan atau terjadi

pemisahan tapi tidak bisa dilihat mata, maka cloud point tidak bias diketahui. Pada minyak

dimana tetap bias mengalir pada temperature terendah sebelum pemadatan disebut Pour

point.

Hal ini merupakan bagian yang penting untuk menjamin minyak pelumas tetap bercirculasi

dalam hubunggannya dengan start dari mesin dalam keadaan dingin.

3.2.8. Knock Karakteristic.

Normal haptane dan 2,2,4 trimetlyloentane dipakan sebagai standard untuk menentukan

nilai octane suatu minyak dengan menggunakan mesin dari CFR. Satuan dari intensitas

knock yang mana diketahui sebagai nilai octane, adalah didefinisikan sebagai prosentase

volume dari iso octane (2,2,4 trymethypentane) dan normal hectane. Range octane diatas

100 bisa diperoleh dengan memberikan TEL (tetra ethyleod – (C2H5)4 pb) atau dengan

memberikan additive lainnya.

3.2.9. Test untuk Bituminous & Semi solid Materisis.

Test yang dilaksanakan pada bahan asphalt adalah untuk mengetahui ductility,

penetrasi, specific gravity.

3.2.10. Gum & Gasoline.

Untuk mengetahui kandungan atau adanya Gum dalam gascoline adalah penting karena

akan membentuk deposit pada penyimpanan dan pada bagian-bagian mesin, adanya Gum

dalam gasoline dinyatakan dalam Gum stability.

3.3. BENSIN (GASOLINE).Bensin yang dijual dipasaran adalah campuran dari sejumlah produk yang dihasilkan

dari beberapa proses. Dengan cara percampuran (blending) tersebut maka sifat dari bahan

bakar dapat diatur untuk memberikan karakteristrik operasi seperti yang diinginkan.

Sehingga bensin harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :

Karakteristik Knock. Persyaratan yang ada sekarang adalah nilai oktan, bahan bakar

harus mempunyai nilai oktan sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh motor. Motor

dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi memiliki tekanan inikatif rata-rata

44

yang lebih tinggi pula sehingga memerlukan bahan bakar dengan angka oktan yang

lebih tinggi (gambar dibawah memberikan gambaran secara umum).

Kemudahan menguatp (Volatility). Bahan bakar bensin harus mempunyai sifat mudah

menguap, hal ini akan berkaitan dengan ;

a. Karakteristik Starting

Motor akan mudah untuk distart apabila sebagian dari bahan bakar mempunyai titik

didih yang rendah sehingga akan mudah terbentuk uap bahan bakar yang bersam

dengan udara merupakan campuran yang mudah terbakar

b. Karakteristik kantong uap (Vapor-lock)

Bahan bakar harus mempunyai tekanan uap rendah pada temperature disaluran

bahan bakar. Hal ini bertujuan untuk menhindari penguapan disaluran masuk dan

Gambar 3.2. Imep and CCR versus ON.

pada ruangan pengapung di karburator sehingga mengakibatkan terhentinya atau

terhambatnya aliran bahan bakar.

Indi

cate

d M

ean

Effe

ctiv

e Pr

essu

re P

erce

nt

Octane Number

Com

pres

sion

Rat

io

45

c. Kemampuan Jalan (Running Performance)

Secara umum bahan bakar dengan temperature distilasi yang terendah lebih

diinginkan, hal ini akan memberikan waktu percampuran udara dan bahan bakar

yang lebih singkat untuk membentuk campuran yang mudah terbakar .

d. Dilusi di kotak poros engkol (Crank Case Dilution)

Dilusi dengan minyak pelumas bisa terjadi bila bahan bakar berkondensasi atau

tidak menguap dalam motor, sehingga diinginkan bahan bakar dengan rane

temperature distilasi yang rendah.

Sifat-sifat bensin yang dipasarkan di Indonesia terdapat pada table.

Tabel 3. 1.. Sifat-sifat bensin premium.

SIFAT BATASAN METODE TEST

Min Max ASTM LAIN

Konock Rating D-2699

Research Helene Number ON 87

T.F.I. Content ml/AC 2,5 /mil gallon D-526 IP-116

D-86

Distillation

10% vol.evap.to oC 74

50% vol.evap.to oC 88 125

90% vol.evap.to oC 180

End Point oC 205

20% - 10% evap oC 8 1)

Residue % vol 2,0

R.V.P.at 100oF psi 9,0 1) D-323

Existent Gum mg/100 ml 4 D-381

Induction Period min 240 D-525

Sulphut Content % wt 0,20 D-1266

Copperstrip corrosion 3hrs/122oF No.1 D-130

Doctor Test or Negative D-484

Alternatively Mercaptan Sulphur %wt 0,0015 D-1219

Colour Yellow

46

Dye content : Yellow gr/100 AC 0,5

Odour Marketable.

1) Penyesuaian dibenarkan dengan menggunakan volatility adjustment table.*) Lihat peraturan Ditjen MIGAS No. 002/P/DM/MIGAS/1979.

3.3.1. Kecepatan Ketukan (Knock)

Kecepatan ketukan dari bahan bakar bensin diperoleh dengan membandingkan bahan

bakar tersebut yang merupakan campuran dari berbagai bahan bakar murni dengan bahan

bakar standar. Sebagai bahan bakar standar adalah normal heptanes dengan angka oktan 0

dan 2, 2, 4 – trimetil pentane ( iso oktan) dengan angka oktan 100. Angka oktan bahan

bakar 80 menunjukan bahwa bahan bakar mempunyai pembacaan ketukan yang sama pada

motor standar (CFR-Coordinating Fuel Research Engine) dengan bahan bakar uji yang

terdiri dai campuran (volumetric) 80 bagian iso oktan dan 20 bagian normal heptanes pada

kondisi pengoperasian yang sama. Metode pengujian yang dilakukan sesuai dengan

standar yang ada, misalnya dapat digunakan standar ASTM skala pembacaan pada motor

standar bisa dinaikkan diatas 100 yaitu dengan menambahkan tetra ethyl leod pada iso

oktan.

Bahan bakar uji yang mempunyai angka oktan diatas 100 ada dua cara untuk menyatakan :

- 100 + penambahan TEL (mis. 1,2 ml Tel-per gallon)

- Dicari dari rumus :

ON (diatas 100) =

T = ml TEL/gal.

3.3.2. Kemudahan Menguap (Volatility).

Bahan bakan bensin pada umumnya terdiri dari campuran (blanding) beberapa macam

bahan bakar murni. Pada suatu temperature dan tekanan tertentu fase uap dan fase cair

bahan bakar akan terdiri dari beberapa unsure (macam bahan bakar murni) pembentuk.

Misalnya bahan bakar yang terdiri dari campuran yang mengandung 5 mol butane dan 95

mol iso oktan dibawa ke temperature 100 0F, jika penguapan yang terjadi sangat kecil (bisa

diabaikan) tekanan uap bahan bakar tersebut adalah :

47

P =∑ xi p1

xbutane = 0,05pbutane = 51,6 psiaxisookten= 0,95p Isooktan = 1,72 psia

p = 0,05 . 51,6 + 0,95 . 1,72 = 4,20 psia.

Dengan berlanjutnya penguapan maka bahan bakar yang mudah menguap akan

pertama-tama meninggalkan, kandungan butane dalam cairan akan turun dan tekanan uap

juga akan turun (mendekati batas 1,72 psia). Untuk pemakaian di daerah dengan

temperature rendah (musim dingin) diinginkan kandungan butane yang lebih banyak untuk

memudahkan starting, kebalikannya untuk daerah panas kandungan butane diinginkan

lebih sedikit untuk menghindarkan terjadinya kantung uap (vapor-lock).

Perhitungan untuk keseimbangan penguapan dari bahan bakar yang terdiri dari berbagai

unsure sangat sulit dilaksanakan, hal ini disebabkan oleh :

Unsur-unsur yang dikandung bahan bakar sangat banyak dan tidak diketahui

benar

Rumus empiris yang ada belum bisa memberikan hasil yang sangat tepat

Karena alasan tersebut diatas perlu digunakan metode sederhana untuk menduga

kemudahan dari bahan bakar untuk menguap di dalam motor bensin dengan temperature,

tekanan dan perbandingan udara-bahan bakar tertentu yang dipunyainya..

Pengujian sederhana dilakasanakan dengan mendistilasi bahan bakar dalam peralatan uji

seperti gambar 3.

48

Gambar. 3. Peralatan Uji Distilasi ASTM

Bahan bakar yang diuji dimasukan dalam gelas (flask) sebanyak 199 ml, temperature

dicatat pada saat tetes pertama jatuh di gelas penampung. Demikian juga apabila jumlah

tetes dalam gelas penampung mencapai 5, 10, 15% dan selanjutnya hingga tetes terakhir

(merupakan titik temperature akhir-end point temperature). Perlu diketahui bahwa pasti

ada sejumlah kecil bahan bakar yang tidak ikut menguap (residu) dan bahan bakar yang

tidak sempat terondensasi (sebagas loss).

Contoh hasil destilasi dari bahan bakar yang merupakan campuran dari isotoktan dan

n-pentane terlihat dalam gambar 4.

Thermometer

Condenser tube

Ice Water bathFlask

Fuel for Test

Bunsen Burner

Graduated Receiver

49

Gambar. 4. Kurva destilasi.

Peralatan uji yang lain seperti diperkenalkan oleh Bridgeman dan Brown adalah peralatan

untuk mensimulasikan kondisi sebenarnya dari motor, prosesnya disebut distilasi

keseimbangan udara (EAD) seperti ditunjukkan pada gambar 5.

Manometer

Heating Coil

Thermometer

Gasoline Intake

Cooling Coil

Separator

Vapor Air Mixture Outlet

Equilibrium Coil

Air Coil

Air Intake

Liquid Receiver

Manometer

Heating Coil

Thermometer

Gasoline Intake

Cooling Coil

Separator

Vapor Air Mixture Outlet

Equilibrium Coil

Air Coil

Air Intake

Liquid Receiver

50

Gambar. 5. Destilasi Keseimbangan Udara.

51

3.4. BAHAN BAKAR DIESEL.

Bahan bakar disel yang dijual dipasaran adalah hasil dari destilasi langsung

( straight-run ), cracking atau merupakan campuran ( blending ). Walaupun dalam

pembicaraan ini terutama mengenai bahan bakar disel tapi karena salah satu factor yang

penting yaitu ignitability menyangkut factor yang perlu pada bahan bakar minyak untuk

turbin gas dan jet, maka scope pembicaraan juga akan menjangkau hal tersebut diatas.

Untuk menyediakan bahan bakar yang baik untuk motor diesel bukanlah hal yang

sederhana seperti pada motor bensin, hal tersebut disebabkan karena proses pembakaran

yang heterogen pada motor diesel sehingga membuatnya kompleks, yang mana tergantung

pada karakteristik injeksi bahan bakarnya. Secara umum coservasi yang bisa dilakukan

terhadap bahan bakar diesel adalah mengenai :

Karakteristik Knock, bahan bakar diesel harus mempunyai catatan rating ( atau angka

cetane ) yang cukup tinggi untuk menghindari knock.

1. Karakteristik starting, bahan bakar harus memberikan / membuat mesin mudah

distart sehingga bahan bakar harus tinggi volatilynya, membentuk campuran yang

mudah terbakar dengan cepat, cetane rating yang tinggi sehingga temperatur

penyalaannya ( ignition temp ) rendah.

2. Asap dan Bau, bahan bakar harus tidak mempunyai kecenderungan membentuk

asap dan berbau pada gas buangnya. Secara umum bahan bakar yang mempunyai

volatility yang baik akan terbakar dengan cukup sempurna sehingga tidak terbentuk

asap.

3. Korosi dan Keausan, bahan bakar harus tidak menyebabkan korosi sebelum

pembakaran atau korosi dan keausan sesudah pembakaran. Hal ini berhubungan

dengan kandungan belerang, abu dan residu dalam bahan bakar.

4. Mudah di Handle, bahan bakar harus mudah mengalir dan mempunyai titik

nyala ( flash poin ) yang tinggi supaya aman.

3.4.1. Pengujian pada Bahan Bakar Diesel.

52

Untuk memenuhi persyaratan tersebut di atas dilakukan test pada bahan bakar yang

meliputi test mengenai :

a. Viscosity.

Viscositas bahan bakar mempunyai pengaruh vyang besar terhadap bentuk dari

semprotan bahan bakar. Dimana untuk bahan bakar dimana bahan bakar dengan

semprotan yang tinggi akan memberikan atomisasi yang rendah sehingga mesin sulit di

start dan gaz buang yang berasap. Jika viskositas bahan bakar rendah akan terjadi

kebocoran pada pompa bahan bakarnya dan mempercepat keausan pada komponen

pompa dan injector bahan bakar. Untuk mesin berkecepatan tinggi diinginkan bahan

bakar dengan SU viscosity 35-75 sec (6uml pada temperature 100°f).

b. Belerang.

Diketahui bahwa kadar belerang dalam bahan bakar adalah penyebab keausan pada

bagian- bagian mesin, karena dalam proses pembakaran dengan jumlah axcess air yang

keluar akan terbentuk belerang terioksida (SO3) yang dengan minyak pelumas akan

membentuk varnish yang keras dan juga carbon, apabila dengan H2O akan membentuk

asam belerang. Keausan terjadi karena asam yang korosif dan gerusan oleh carbon

material. Kandungan belerang dibatasi secara ekonomis sampai 0.5%.

c. Carbon residu.

Apabila bahan bakar dibakar dengan sejumlah oksigen yang terbatas akan

menghasilkan residu berbentuk carbon. Residu carbon yang tinggi akan membentuk

deposit pada ruang bakar. Untuk mengukur carbon residu dilakukan dengan conradson

carbon test dimana bahan bakar dipanaskan pada temperature tinggi dalam waktu yang

lama, sebagian dari bahan yang tersisa merupakan carbon residu. Untuk light distillate

oil kira- kira 10% dari bahan yang tersisa merupakan carbon residu.

d. Abu (ash).

Abu merupakan residu dari bahan bakar yang tidak bisa dibakar, merupakan penyebab

keausan karena abrasiveness dari abu.

e. Air dan sodium.

53

Kebersihan dari bahan bakar diesel merupakan syarat mutlak, karena kotoran dari air

adalah penyebab keausan pada system pompa bahan bakarnya. air garam terutama

merupakan bahan yang korosif.

f. Flash point.

Flash point merupakan factor yang penting untuk keamanan terhadap kebakaran.

Minyak bakar mempunyai flash point 150- 300°F.

g. Distillation.

Untuk mengetahui tingkat volatility dari bahan bakar salah satunya diukur dengan

cara distilasi. Temperatur dimana seluruh bahan bakar habis diuapkan (dengan

tertinggal residu) dinamakan end – point temperature. Karakteristik yang paling

penting adalah temperature yang rendah untuk 50 %, 90 % distillasi dan end –

point temperature, dimana diinginkan end – point temperature kurang dari 700° F.

h. Ignition Quality.

Kemampuan bahan bakar untuk mudah terbakar oleh auto ignition disebut ignition

quality. Untuk mengkorelasikan antara sifat fisis dari bahan bakar dan cetane

rating, digunakan angka index yaitu Diesel index atau ignition quality, karena

bahan bakar paraffin mempunyai catane rating yang tinggi maka bisa disimpulkan

bahwa adanya paraffin compound dalam bahan bakar berhubungan dengan ignition

quality. Penentuan diesel index ( ignition quality ) dari bahan bakar dibuat dengan

mengukur aniline point ( temperature dimana bahan bakar dan aniline tercampur

dengan sempurna ), dengan menggunakan rumus impiris :

D I = aniline point ( ° F ) x API grav ( 60 ° F )

( aniline merupakan aromatic compound dengan rumus kimia C₆H₅NH₂ )

D I dan cetane rating dari bahan bakar untuk Diesel putaran tinggi adalah 40 -60,

dimana angka cetane kurang dari 40 akan terjadi Knock.

i. Nilai Panas.

100

54

Nilai panas dari bahan bakar diesel diukur dengan bomb kalori meter. Untuk

memperoleh perkiraan nilai panasnya bisa dipakai rumus empiris dibawah ini :

HHV = 18.650 + 40 ( API – 10 ) BTU/Lb

API adalah API garv pada 60℉

Catatan :

Cetane Rating.

Untuk mengukur cetane rating dari bb digunakan CFR engine. Untuk bahan bakar,

misalanya mempunyai cetane rating 66, berarti bahwa bahan bakar tersebut

mempunyai ignition delay yang sama dengan campuran 66 % cetane dan 34 % 1 –

mathylnaphthalane.

55

Gambar. 6. CFR Engine.

Tabel 3.2. Spesifikasi Bahan bakar solar ( HSD ) yang berlaku di Indonesia dewasa ini.

Charactaristik Gas oil ( HSD ) Test MethodsA.D.O

56

Spesifik gravity 60/60 ℉ 0.820 to 0.865 ASTM D

1298

Flash poin (P.M.cc) °f Min 154 (68°C) ASTM D 93

Viscositiy Kinematic at 100 °F cs 1.6 to 5.8 ASDM D 445

Pour poin max °F 65 ASDM D 97

Cloud poin max °F 60 ASDM D 97

Sediment Content % wt max. 0.01 ASDM D 473

Water contemt % wt max 0.65 ASDM D 95

Colour ASTM max 3.0 ASDM D

1500

Ash content % wt max 0.01 ASDM D 428

Carbon residue (conratson) % wt max 0.05 ASDM D 189

Sulfur content % wt max 0.3 ASDM D

1551

Copper strip corrosion max. No.1 ASDM D 130

Strong acid number mg KOH/g nil ASDM D 974

Total acid number mg KOH/g max. 0.6 ASDM D 974

Cetane Number min. 45 ASDM D 613

Recofery at 300°C % vol min. 40 ASDM D 86

3.5 BAHAN BAKAR UNTUK GAS TURBIN DAN JET.

Stationer gas turbin, biasanya direncanakan selain untuk membakar bahan bakar

gas juga minyak ringan ( grade 2 atau 2D, lihat table 3). Untuk gas turbin dengan

ukuran yang besar biasanya direncanakan untuk membakar minyak berat (grade 4

atau 6, lihat tabel 4 ). Yang perlu diperhatikan untuk bahan bakar turbin gas adalah

sifat tidak korosi dan tidak membuat deposit. Sifat dari bahan bakar untuk turbin

ini adalah tidak terlalu kompleks karena turbin gas beroperasi pada beban dan

kecepatan yang mendekati konstan.

Tabel. 4.

57

Requirement ASTM D1655 Mil-J-5624

Designation Jet A jet B Jp-1 JP-3 j p-4 j P-5 JP-6

Flash point, •1: (min-max) 110-150 110 (min)

140 (min)

Freezing point, •F (max) -40 f - 60 -76 -76 -76 -55 -65

Gravity,,AP1 (min-max) 39-51 45-57 3.5 (max) 50-60 45-57 36-48 37-50

Vapor pressure, Reid psig (min-max) 0-3 5-7 2-3

Distillation, • F

10 percent max 400 410 400

20 percent max 290 240 290

50 percent max 450 370 350 370

90 percent max 470 490 470 470

EP max 550 572 550

Heating value, lower, (Btu/lb„,) min 18,400 18,400 18,300 18,400 18,400 18,300 18,400

Sulfur, (percent by mass) (max) 0.3 0.3 0.2 0.4 0.4 0.4 0.4

Smoke point,t mm (min) 25 20

Aromatics, vol. percent, (max) 20 20 20 25 25 25 25

Potential gum, mg/100 ml (max) 14 14 8 14 14 14 14

Jet bahan bakar yang mempunyai sifat seperti kerosene (grade JP – 1, lihat tabel 4 )

adalah jenis bahan bakar, yang pertama kali dipakai untuk bahan bakar jet. Bahan bakar

yang banyak di pakai sekarang ( JP-3 & JP-4 ) merupakan bahan bakar dengan boiling

range yang besar ( mempunyai perbedaan yang besar pada 10% - 90 % distillation

temperature ), yang mana berada antara gasoline dan kerosene.

3.6. KEROSENE.

Kerosene merupakan bahan bakar untuk di gunakan sebagai minyak bakar

( burning oil ), minyak lampu atau juga digunakan sebagai bahan bakar jet. Nilai atau

harga dari kerosene tergantung pada kelakuan kerosene sebagai bahan bakar pada test yang

58

dilakukan dengan cara membakar dan dengan menggunakan lampu. Pengujian yang

dilakukan dengan membakar kerosene ( burnig test ), kerosene mempunyai kecenderungan

menghasilakan asap hitam, asap putih pada cerobong ( chimney ) dan membentuk jamur

pada sumbu. Asap hitam (smoking ) terutama disebabkan karena struktur aromatic

hydrocarbon, asap putih mungkin disebabkan karena disulfide dan pembentukan jamur

diperkirakan berhubungan dengan adanya aromatic dan disulfide.

Tingkat kecenderungan kerosene untuk menghasilkan asap hitam diketahui dengan

melaksanakan test untuk mengetahui “ smoke point “, smoke point adalah tinggi dari flame

(nyala ) dengan menggunakan lampu standart yang mana tidak menghasilkan asap ( test

menurut Institute of Petroleum Britis ).

Gmb. 7. Smoke point

Kerosene yang banyak diperdagangkan mempunyai smoke point = 17

Property dari kerosene dapat dilihat pada table dibawa ini.

Smoke point ( mm )

59

Tabel. 5. Sifat-sifat dari kerosene, bahan bakar Traktor dan produk lain.

* Temperature at 95 % recovered. ь Spesial services require 0,5 Max.

Name of product Gravity, API

Flash,oFmin

Dist. temp, °F

Sulfur %,max

Smok

e po

int,

min

Cor

rosi

on, c

oppe

rstr

ip

Color,Saybolt,

min

Bur

ning

test

, tim

e

OthersI.B.P"

mm

10%

rec

over

ed,m

ax

E.P.,max

Kerosene:  

Special arctic export 46 - 49 110 - 120 300 - 325   465 - 490 0 .05 – 0.1     +30 24 hr  

Signal or long-time burning oil 44 - 48 110 - 125 300 - 335   480 - 600 0.04 - 0.1 .29 - 34 ..... +25 to + 30 120 min(and 14 day) 10 wick char

Domestic, 41-43, w.w. 41 - 44 105 - 130 350 - 370   480 - 572 0.05 - 0 .1 25 - 30 ..... +16 to + 30 24 hr 20 wick char

Domestic, 44-46, w.w. 44 - 46 110 - 130 350 - 370   470 - 572 0.03 - 0.1 26 - 32   +30 24 hr (and 21 day)  

Federal, VV-K-211a.     115   572 0.13     +16 24 hr  

300°F mineral-seal ... 36 - 39 250 - 260 480 - 540 . ....   600 - 700     +16 to +25 20 hr  

Range oil 43 145     515       +25 72 hr  

Tractor fuel, ASTM D1215  Light grade       347 465 – 518* 1   Pass     35 min o.n.Reguler grade       347 - 401 465 – 518* 1.0   Pass     35 min o.n.

Distillate, ASTM D396                      

1955 Grade No. 1... 35 .2-48 .5 114 - 185 317 - 396 350 - 420 487 - 586 0.018 - 0.5 ь   Pass     -10 to -60pour point

1956 Grade No. 2.... 34.8 - 44 .9 120 - 185 312 - 382 360 - 428 474 -620 0.01 - 0 .96 ь   Pass     Zero to -65pour point

Rocket fuel, RP- I .... 42 - 45 110   365 - 410 525 0.05 28 Pass Freezing point -40oF Aromatics, 5 % max

31

3.7. BAHAN BAKAR RESIDU.

Bahan bakar residu merupakan sisa dari produk-produk minyak bumi yang

lain. Beberapa produk sisa ( residual product ) adalah minyak bakar residu, minyak

bakar untuk diesel, road oil, spray oil, coke, point asphalt. dll. Properti dari minyak

bakar residu dan dusting oil bisa dilihat pada table dibawah.

Tabel. 6. Refinery products and Test Methods Fuel and Dusting Dils

OIL

Flash

point,

℉,

Min

Water

and

sediment

, max %

Pour point,

℉,

max

Maximum viscositay

sec

1. ASTM No.5………..

1955 range

1956………………..

2. Low viscosity, 1933…

3. Bunker B, 1933……...

4. ASTM No.6…………

1955 range………….

1956 range………….

5. Light dusting oil…….

6. Heavy duting oil…….

130

130 - 306

136 - 300

150

150

150

150-430

140-420

305-350

300-365

1

0 - 0. 8

0-0 . 8

1

1

2

0-1 . 8

0-1 . 6

…………

...............

-20 to + 60

-30 to + 50

…………

…………

…………

5 to 80

0 to + 60

0 to – 50

-5 to - 20

40 furol at 122℉ 11-40 Furol at 122℉

11-40 Furol at 122℉100 Universal at 100℉

100 Furol at 122 ℉300 Furol at 122℉

51 -295 Furol at122℉28 -292 Furol at 122 ℉

111-223 Universal at 100℉ 246-599 Universal at 100℉

U. S. Bur. Mines Inform. Circ. 7730, Oktober, 1995.

Minyak bakar jenis ini harus bebas dari kecenderungan untuk korosi, asam,

partikel padat dan bahan padat ikutan lainnya yang mempunyai kemungkinan untuk

menyumbat atau merusak alat bakar ( burner ) atau juga harus bebas dari bahan-

bahan kimia yang bisa membentuk flux dengan batu api pada dinding tungku bakar.

Dari beberapa minyak residu mengandung vanadium dan sodium dalam jumlah yang

sangat kecil, yang hal ini akan mengakibatkan korosi apabilah digunakan sebagai

bahan bakar ketel atau turbin gas.

32

Dengan menggunakan additive magnesium, calcium, zinc, dll kesukaran

tersebut dapat diatasi. Nilai kalor dari minyak bakar residu adalah berkisar antara

6.260.000 – 6.450.000 BTU/bb. Viscositas dari minyak bakar residu merupakan hal

yang penting untuk diperhatikan karena kesukarannya dalam handling dan

automizing ( pengabutan ) dari minyak yang kental (lihat table di bawah ini ).

Tabel. 7. Fuel – oil Temp.for Burner.

Furol Viscosity Firing temperature, oFAt 122 oF Mechanical Atomization Stem atomization

30 130 - 82 97 - 13035 136 - 191 103 - 136

40 Fuel 5 max 143 - 199 108 - 14345 Fuel 6 min 148 - 205 113 - 148

60 161 - 216 123 - 16180 171 - 226 132 - 171100 179 - 233 139 - 179120 184 - 239 145 - 184160 193 - 248 154 - 193200 200 - 254 160 - 200240 204 - 259 164 - 204

300 fuel 6 max 210 - 265 170 – 210

Nelson, W. L, Oil Gas J., Dec. 22, 1952, P. 353.

Nelson, W. L, Oil Gas J., Sept. 13, 1954, P. 138.

Keuntungan dari pemakaian minyak residu disbanding dengan batu bara :

1. Berat 20% lebih ringan dan ruang yang ditempati (volume ) 50% lebih

kecil dengan nilai bakar yang sama.

2. Tidak terjadi kehancuran dalam penyimpanan.

3. Bebas dari kebakaran yang mendadak.

4 .Minyak bakar dapat dialirkan ke dapur pembakaran sehingga tanpa

menggunakan tenaga orang.

5. Effisiensi pembakaran lebih tinggi dan tidak menghasilkan asap.

6. Tidak menghasilkan debu,abu sehingga tidak mengotori tempat

sekitarnya.

7. Mengurangi ongkos pembersihan ruang bakar.

8. Excess-air yang diperlukan untuk pembakaran minimal.

33

Minyak residu dengan kadar belerang yang tinggi apabila dipakai pada ketel,

temperature gas hasil pembakaran yang melewati air-preheatur dan economiter

harus cukup tinggi supaya tidak mennimbulkan korosi. Bahan bakar dengan

kandungan belerang 6% memerlukan temperature 60 ℉ lebih tinggi disbanding

bahan bakar dengan kandungan belerang 2% ( sebagai contoh perbandingan ).

Tabel. 8. Analisa bahan-bahan pokok (property dari minyak residu Indonesia )

Physical properties Residu Klamono Destilat minas Residu Minas Metoda

> 370°C 220-300°C >300°C

1.Specific Gravity 60/60℉ 0,9930 0,8119 0,8818 ASTM D 1288

2.Pour point ℉ 55 10 110 ASTM D 97

3.Asphaltene content % wt 4,73 - 0,72 IP 143

4.Kinematic Viscosity

at 100℉ , cs - 2,46 - ASTM D 445

at 210℉ , cs 90,6 - 13,0 ASTM D 449

5.Flash point ℉ 465 210 355 ASTM D 93

6.Sulphor contant % wt 1,2 0,02 0,11 IP 63

7.Aniline point ℉ - 166,5 - ASTM D 611