192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]

7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]

1/23

Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng

niversitas Indonesia

niversitas Indonesia

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

akultas Teknik Jurusan Teknik Mesin



2/23


Reaksi Dasar Proses

eaksi Dasar Proses

Pembakaran

embakaran

Reaksi Pembakaran

eaksi Pembakaran

komponen sebelum reaksi:komponen sebelum reaksi: reaktanreaktan(bahan bakar +(bahan bakar +oksidator)oksidator)

komponen setelah reaksi:komponen setelah reaksi: produk

produk

Bahan bakar + oksidator Produk

karbon (C)karbon (C)

hidrogen (H)hidrogen (H)

sulfur (S)sulfur (S)

Reaksi Dasar

2 2C O CO+ (1.1)

2 2 2

1H O H O

2+ (1.2)

2 2S O SO+ (1.3)

Komponen tama

omponen tama

Bahan Bakar Fosil

ahan Bakar Fosil


3/23


Reaksi Dasar Proses

eaksi Dasar Proses

Pembakaran

embakaran

Koefisien di depan masingmasing suku persamaan reaksidisebut koefisien stoikiometri (stoichiometric coefficients)

2 2 2

1H O H O

2+

Reaksi Dasar

koefisien stoikiometri

Pembakaran Karbon Tidak

Sempurna

21C O CO2

+ (1.!)

Karbonmonoksida dalam produk pembakaran pemakaian energi "ang tidak efisien merupakan polutan di udara.


4/23


Reaksi Dasar Proses

eaksi Dasar Proses

Pembakaran

embakaran

Contoh !"

#entukan reaksi stoikiometri pembakaran metana (CH!) danheptana (C

$H

1%)

Pen#elesaian "

&embakaran metana (CH!):

&embakaran heptana (C$H

1%):

'ari kesetimbangan oksigen2x 1! + 22 x 11

*aka :

4 2 2 2CH 2O CO 2H O+ +

7 16 2 2 2C H + xO 7CO + 8H O

7 16 2 2 2C H + 11O 7CO + 8H O


5/23


dara Teoritis

dara Teoritis

dara "ang dipergunakan dalam keban"akan prosespembakaran berasal dari udara bebas.

'alam keban"akan analisis teoritis,praktis- udara dianggap

dalam kondisi kering (dry air) "ang tersusun dari komponen:

oksigen (2

)

nitrogen (/2)

argon (0r)

karbondioksida (C2)

helium (He)

neon (/e)- dsb. ntuk perhitungan pembakaran- satu satuan olume (mol)

udara kering dapat diasumsikan terdiri dari: 21 oksigen $ nitrogen

Komposisi dara Kerin$


6/23


dara Teoritis

dara Teoritis

Pemenuhan Kebutuhan %ksi$en Dari dara

Kebutuhan oksigen pada pembakaran- dapat dipenuhi oleh

oksigen dari udara sbb:

1 mol 2dipenuhi oleh

1 mol 2+ 3-$% mol /2 !-$% mol udara 1 kg

2 dipenuhi oleh

1 kg 2+ 3-34 kg /

2 !-34 kg udara

Hubungan di atas menun5ukkan 5umlah kebutuhan udara

kering minimum "ang akan memberikan oksigen untuk

pembakaran "ang sempurna.

6umlah udara ini disebut sebagai udara teoritisatau udara

stoikiometri


7/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng

dara Teoritis

dara Teoritis

Contoh !&"

#entukan reaksi stoikiometri pembakaran metana (CH!)dengan menggunakan udara sebagai oksidatorn"a

Pen#elesaian "

&embakaran methana CH!dengan udara kering:

7eaksi stoikiometri diatas menun5ukkani diperlukan

2(1+3-$%) -82 mol udara untuk membakar 1 molmetana dengan sempurna.

( )4 2 2 2 2 2CH + 2 O + 3,76N CO + 2H O + (2)(3,76)N



Persamaan mum Stoikiometri

ersamaan mum Stoikiometri

Pembakaran

embakaran

Formula Fikti' Bahan Bakar

9ahan bakar seara umum mengandung unsurunsur karbon(C)- hidrogen (H)- oksigen ()- nitrogen (/) dan belerang (S)

6ika prosentase berat (fraksi massa) masingmasing unsur

"ang terkandung dalam suatu bahan bakar fosil adalah: Karbon (C)

Hidrogen (H)

ksigen () Sulfur (S) /itrogen (/)

*aka formula fiktif bahan bakar dapat din"atakan sebagai

CxH

y

zS

p/

q dimana:

12x

=

1y

=

16z

=

32p

=

14q

= (1.8ae)





Pembakaran

embakaran

Kebutuhan dara Masin$(masin$ nsur Bahan

Bakar

Karbon'ari reaksi:

2 2C + O CO

*aka:

ntukxmol C- kebutuhan udara adalah :x(1(2) + 3-$% (/

2)) !-$%xmol

HidrogenKebutuhan udara dihitung berdasarkan asumsi oksigen "ang

terkandung dalam bahan bakar "ang sudah atau akan bereaksidengan

hidrogen membentuk air (H2). 'engan demikian hidrogen "ang masih

memerlukan udara dapat diealuasi dengan langkah berikut:

7eaksi hidrogen dengan oksigen "ang terdapat dalam bahan bakar:

2 2 2

1H + O H O

2

ntuk se5umlah zmol oksigen bereaksi dengan 2zmol hidrogen





Pembakaran

embakaran

Kebutuhan dara Masin$(masin$ nsur Bahan

Bakar

6adi hidrogen "ang masih memerlukan udara adalah sebesar (y-2z)

mol

'ari reaksi:2 2 2

1H + O H O

2

Hidrogen (lan5utan)

ntuk (y-2z) mol H (ekialen dengan (y-2z),2 mol H2)- kebutuhan mol

udara adalah:

( )( )

( )2 2

2 21(O ) 3,76(N ) (4,76)

4 4

y z y z + =

Sulfur

'ari reaksi:2 2

S + O SO*aka:

ntukpmol S- kebutuhan udara adalah :p(1(2) + 3-$% (/

2)) !-$%pmol





Pembakaran

embakaran

Kebutuhan dara Bahan Bakar Fikti' C

)

*

#

%

+

S

p

,

-

*aka untuk satu mol bahan bakar dengan formula fiktifC

x H

y

z S

p /

q akan diperoleh kebutuhan mol udara

stoikiometris sebesar :

( )2 2

2 2

1(O )+ 3,76(N ) (4,76)4 4

y z y z

x p x p

+ + = + + (1.%)

Persamaan mum

Stoikiometris

( )2 2

2 2 2 2

2C H O S N O + 3,76N4

2 CO H O SO 3,76 N

2 2 4

x y z p q y zx p

y q y zx p x p

+ + + + + + + + +

(1.$)



dara .ebih

dara .ebih

Sulit mendapatkan penampuran "ang memuaskan antarabahan bakar dengan udara pada proses pembakaran aktual

dara perlu diberikan dalam 5umlah berlebih untuk

memastikan ter5adin"a pembakaran seara sempurna

seluruh bahan bakar "ang ada

.atar Belakan$ dan Tu/uan dara

.ebih

De'inisi dara .ebih

dara "ang diberikan untuk pembakaran dalam 5umlah "ang

lebih besar dari 5umlah teoritis "ang dibutuhkan bahan bakar

% udara teoritis = 100 100

% udara lei! = % udara teoritis 100

ua ua

us us

m N

m N

=

(1.ab)

m dan N menun5ukkan massa dan mol- sedangkan indeks ua dan us

menun5ukkan udara aktual dan udara stoikiometris



dara .ebih

dara .ebih

Contoh !0"

#entukan reaksi pembakaran metana (CH!) denganmenggunakan 14 udara berlebih

Pen#elesaian "

*etana (CH!) dibakar dengan 14 udara berlebih

&ersamaan pembakaran:

( )4 2 2 2 2 2 2CH (1,1) 2 O + 3,76N CO 2H O 0, 2O (1,1) (2)(3,76)N+ + + +



dara .ebih

dara .ebih

dara lebih dapat dideduksi dengan pengukuran komposisi produkpembakaran dalam keadaan kering (dry basis). 6ika produk

merupakan hasil pembakaran sempurna- maka persentase udara lebih

dapat din"atakan sebagai:

Penentuan dara .ebih dari Komposisi Produk

( )( ) ( )

2

2 2

O

N O

% udara lei! = 100"3,76

prod

prod prod

N

N N

(1.)

( )

( ) ( )2

2 2

O

N O

% udara lei! = 100"3,76

prod

prod prod

(1.14)

pengukuran gas biasan"a din"atakan dalam fraksi mol ()- maka

persamaan (1.14) lebih sering digunakan


15/23


dara .ebih

dara .ebih

Contoh !1"

&engukuran produk kering pembakaran dari sebuah alat pembakar(burner) "ang menggunakan gas alam dan udara menun5ukkan

kandungan olumetri 8 oksigen dan karbon dioksida.

#entukan udara lebih pada proses pembakaran tersebut

Pen#elesaian "

'ari pengukuran diketahui:

2 2 2O CO N0,0# $ 0,0 $ da& 0,86 (dari 'eredaa&) = = =

'engan menggunakan rumus (1.14)- maka

0,0#% udara lei! = 100 28

0,86" 3,76 0,0# =

6adi udara lebih dalam proses pembakaran tersebut adalah 2


16/23


Rasio dara(Bahan Bakar

asio dara(Bahan Bakar


7asio udarabahan bakar merupakan nilai "ang menun5ukkanperbandingan antara 5umlah udara "ang disuplai dengan 5umlah

bahan bakar "ang dipergunakan (dibakar) "ang dapat din"atakan

dalam basis massa,berat (by weight) maupun basis olume,mol

u u u

bb bb bb

m M NAFm M N

= = (1.11)

dimana Mmenun5ukkan massa molekuler- sedangkan indeks udan

bbmenun5ukkan udara dan bahan bakar.

ntuk keperluan perhitungan praktis massa molekuler udara adalah

2- kg,kmol


17/23




Rasio Bahan Bakar( dara

Kebalikan dari AFsering 5uga digunakan dalam analisis stoikiometripembakaran dan disebut sebagai rasio bahan bakarudara (fuel air

ratio) "ang dirumuskan sebagai berikut:

(1.12)

7asio bahan bakar udara- FAsering 5uga disimbulkan dengan f.

bb bb bb

u u u

m M NFAm M N= =


18/23




Contoh !2"

#entukan perbandingan udara bahan bakar pada pembakaransempurna dari metana dengan udara teoritis.

Pen#elesaian "

7eaksi pembakaran:

( )4 2 2 2 2 2CH + 2 O + 3,76N CO + 2H O + (2)(3,76)N

( ) ( )

( ) ( )4 4 4CH CH CH

4

28,% " 2(1 3,76)

16 " 1

17,2 udara" CH

u u ukg kmol kmol m M N

AF m M N kg kmol kmol

+

= = =

=

*aka 7asio dara9ahan 9akar:


19/23


Rasio 3kivalen

asio 3kivalen

&erbandingan antara rasio udara bahan bakar stoikiometrikdengan rasio udarabahan bakar aktual atau perbandingan

antara rasio bahan bakarudara aktual dengan rasio bahan bakar

udara stoikiometrik

Rasio 3kivalen 43-u ivalen5e Ratio 6

s a

a s

AF FA

AF FA = = (1.13)

; 1 terdapat kelebihan bahan bakar dan ampuran disebutampuran ka"a bahan bakar (fuel-richmixture).

< 1 ampurann"a disebut ampuran miskin bahan bakar (fuel-

lean mixture)

1 merupakan ampuran stoikiometrik


20/23


Rasio 3kivalen

asio 3kivalen

'engan menggunakan rasio ekialen- persen udara teoritis ataupersen udara lebih dapat ditentukan sebagai berikut:

*ubun$an Rasio 3kivalen den$an dara .ebih

(1.1!ab)

( )

100% udara teoritis =

100 1*% udara lei! =


21/23


Rasio 3kivalen

asio 3kivalen

Contoh !7"

Sebuah alat pembakar (burner) turbin gas beroperasi pada bebanpenuh dengan la5u aliran massa udara 18- kg,s. 9ahan bakarn"a

adalah gas alam dengan komposisi ekialen C1-1%

H!-32

. #entukan rasio

udarabahan bakar dan la5u aliran massa bahan bakar 5ika proses

pembakaran hendak di5aga pada kondisi ampuran miskin bahan

bakar (fuel-lean mixture) dengan rasio ekialen 4-2%

Pen#elesaian "

'iketahui:

pembakaran C1-1%

H!-32

rasio ekialen- 4-2%

la5u aliran udara aktual-'itan"a: rasio udarabahan bakar stoikiometrisAFdan la5u aliran bahanbakar-

1#,% "suam =&

bbam&


22/23


Rasio 3kivalen

asio 3kivalen

Pen#elesaian 4lan/utan6 "

'ari persamaan umum reaksi pembakaran (1.$)- maka reaksi

pembakaran proses di atas adalah:

( )

( )

1,16 4,32 2 2 2 2 2

1,16 4,32 2 2 2 2 2

4,32 4,32 4,32C H 1,16 O +3,76N 1,16 H O 3,76 1,16 N

4 2 4

C H 2,24 O +3,76N 1,16 2,16H O 8,42N

CO

CO

+ + + + +

+ + +

*enggunakan persamaan (1.11)- rasio udarabahan bakar stoikiometrik

dapat ditentukan sebagai berikut:

*assa molekuler udara- Mu 2- kg,kmol

*assa molekuler bahan bakar- Mbb

(1-1%)(12) + (!-32)(1) 1-2! kg,kmol

*aka rasio udarabahan bakar stoikiometris:

(28, "ol)(2,24(1+3,76) ol)16,8

(18,24 "ol)(1 ol)

u u u

s

bb bb bbs s

m M NAF

m M N

= = = =


23/23

Lab Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr Ir Harinaldi M EngDr Ir Harinaldi M Eng

Rasio 3kivalen

asio 3kivalen

Pen#elesaian 4lan/utan6 "

7asio udarabahan bakar aktual dengan rasio ekialen- 4-2%

dapat ditentukan dengan persamaan (1.13):

Karena rasio udarabahan bakar 5uga men"atakan rasio la5u aliranmassa udarabahan bakar- maka dengan menggunakan persamaan

(1.11) dengan pen"esuaian simbol maka la5u aliran bahan bakar dapat

ditentukan:

16,8%#%,06

0,286

s

a

AFAF = = =

1#,% "s0,26% "s

#%,06ua ua

a bba

bba a

m mAF m

m AF= = = =

& &

&&

192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]

Documents

Transcript of 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]