1

PAPARAN KULIAH

BAHAN BAKAR DAN PELUMAS Disusun untuk perkuliahan Bahan bakar dan pelumas

Disusun Oleh:

Drs. Supraptono, MPd.

TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2004

2

TINJAUAN MATA KULIAH

A. Nama dan Kode Mata Kuliah : Bahan Bakar dan Pelumas. B. Jurusan/Program Studi : PTM S1/TM S1/TM D3. C. Deskripsi Mata Kuliah : Mahasiswa dapat menguasai tentang dasar

pengertian yang berkaitan dengan bahan bakar dan pelumas beserta fungsi dan kegunaan bagi kehidupan.

D. Kegunaan Mata Kuliah : dapat mengetahui energi yang ditimbulkan

oleh pembakaran bahan bakar yang meliputi pengenalan bahan bakar, hakekat bahan bakar, energi dan pembakaran, analisa pembakaran, kebutuhan udara pembakaran, pelumas dan sistem pelumasan, karakteristik minyak pelumas, dan sistem pelumasan.

E. Tujuan Instruksional Umum : mahasiswa dapat mengetahui tentang

fungsi bahan bakar dan pelumas dalam pemakaian. F. Susunan dan materi pengajaran: pengenalan bahan bakar, hakekat bahan

bakar, energi dan pembakaran, analisa pembakaran, kebutuhan udara pembakaran, pelumas dan sistem pelumasan, karakteristik minyak pelumas, dan sistem pelumasan

G. Petunjuk Pelajaran Bagi Mahasiswa: pembelajaran dilakukan dengan multi

media, buku ajar, diskusi, dan tugas-tugas sebagai pengayaan materi sehingga diharapkan mahasiswa mempersiapkan diri sebelum perkuliahan dilaksanakan. Untuk memperlajari mata kuliah ini mahasiswa harus sudah menempuh mata kuliah kimia teknik.

3

KATA PENGANTAR

4

DAFTAR ISI PENGANTAR. DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR BAB I. PENGENALAN BAHAN BAKAR Pengertian bahan bakar Macam-macam bahan bakar Cara perolehan bahan bakar Syarat bahan bakar dalam pemakaian BAB II. HAKEKAT BAHAN BAKAR Komposisi bahan bakar Sifat-sifat bahan bakar Tara kalor mikanik BAB III. ENERGI DAN PEMBAKARAN Dasar pengertian pembakaran Unsur yang terkandung dalam bahan bakar Proses pembakaran dan hasilnya BAB IV. ANALISA PEMBAKARAN Nomenklatur Stoichiometri massa dan volume Emisi gas buang BAB V. KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN Udara pembakar Pengaruh pencemaran lingkungan Persyaratan kesehatan BAB VI. PELUMAS DAN SISTEM PELUMASAN Dasar pengertian pelumasan Macam minyak pelumas Guna dan fungsi minyak pelumas BAB VII. KARAKTERISTIK MINYAK PELUMAS Sifat fisika dan kimia minyak pelumas Aditif, fungsi dan kegunaannya Karakteristik minyak pelumas BAB VIII. SISTEM PELUMASAN Macam-macam teknik pelumasan Pelumasan pada otomotif. DAFTAR PUSTAKA

5

BAB I.

PENGENALAN BAHAN BAKAR Bahan bakar adalah bahanbahan yang di gunakan dalam proses

pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin dapat berlangsung. Jenis bahan bakar yang dikenal dalam kehidupan seharihari, digolongkan berdasar asal bahan bakar dapat di bagi menjadi tiga, yaitu: (1) bahan bakar nabati, (2) bahan bakar mineral, dan (3) bahan bakar fosil. Berdasarkan bentuknya, digolongkan menjadi tiga bentuk, yaitu: (1) bahan bakar padat, (2) bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas.

DESKRIPSI Materi dalam bab 1. akan dipelajari tentang: (1) Pengertian bahan bakar,

(2) Macam-macam bahan bakar, (3) Cara perolehan bahan bakar, dan (4) Syarat bahan bakar dalam pemakaian.

TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Setelah mempelajari materi pada bab 1. mahasiswa dapat mengetahui: (1)

Dasar pengertian bahan bakar, (2) Macam-macam bahan bakar yang digunakan dalam kehidupan, (3) Cara perolehan bahan bakar, dan (4) Syarat-syarat yang harus dipenuhi bahan bakar dalam pemakaian.

6

BAB I. PENGENALAN BAHAN BAKAR A. Pengertian Bahan Bakar

Bahan bakar adalah bahanbahan yang di gunakan dalam proses

pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin

dapat berlangsung. Banyak sekali jenis bahan bakar yang kita kenal dalam

kehidupan kita seharihari. Penggolongan ini dapat dibagi berdasar dari asalnya

bahan bakar dapat di bagi menjadi tiga golongan, yaitu: (1) bahan bakar nabati,

(2) bahan bakar mineral, dan (3) bahan bakar fosil. Apabila dilihat dari bentuknya,

maka bahan bakar di bagi menjadi tiga bentuk, yaitu: (1) bahan bakar padat, (2)

bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas. Namun demikian hingga saat ini bahan

bakar yang paling sering di pakai adalah bahan bakar mineral cair. Hal ini

dilakukan karena banyaknya keuntungankeuntungan yang di perolah dengan

menggunakan bahan bakar dengan jenis mineral tersebut.

Setiap bahan bakar memiliki karakteristik dan nilai pembakaran yang

berbedabeda. Karakteristik inilah yang menentukan sifatsifat dalam proses

pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat di sempurnakan

dengan jalan menambah bahan-bahan kimia ke dalam bahan bakar tersebut,

dengan harapan akan mempengaruhi daya anti knocking atau daya letup dari

bahan bakar, dan dalam hal ini menunjuk apa yang dinamakan dengan bilangan

oktan (octane number). Proses pembakaran bahan bakar dalam motor bensin atau

mesin pembakaran dalam sangat di pengaruhi oleh bilangan tersebut, sedangkan

di motor Diesel sangat di pengaruhi oleh bilangan setana (cetane number).

Adapun tujuan dari pembakaran bahan bakar adalah untuk memperoleh

energi yang di sebut dengan energi panas (heat energy). Hasil pembakaran bahan

bakar yang berupa energi panas dapat di bentuk menjadi energi lain, misalnya :

energi untuk penerangan, energi mekanis dan sebagainya. Dengan demikian setiap

hasil pembakaran bahan bakar akan di dapatkan suatu bentuk energi yang lain

yang dapat di sesuaikan dengan kebutuhan. Sisasisa hasil pembakaran dalam

bahan bakar harus di perhatikan. Oleh karena itu sisa dari hasil pembakaran yang

kurang sempurna akan dapat berpengaruh negatif terhadap lingkungan. Sisa

7

pembakaran ini akan mengandung gas-gas beracun, yang terutama di timbulkan

oleh pembakaran pada motor bensin. Sedangkan hasil pembakaran yang di

timbulkan oleh motor Diesel akan dapat menimbulkan gas asap yang berwarna

gelap yang akan mengotori lingkungan. Namun pada kenyataanya, polusi yang di

timbulkan oleh pembakaran pada motor Diesel ini tidak berbahaya bagi

lingkungan, jika di bandingkan dengan gas sisa hasil pembakaran pada motor

bensin.

B. Pengertian Bahan Bakar Minyak Bahan bakar minyak adalah bahan bakar mineral cair yang di peroleh

dari hasil tambang pengeboran sumur sumur minyak, dan hasil kasar yang di

peroleh di sebut dengan minyak mentah atau crude oil. Hasil dari pengolahan

minyak mentah ini akan menghasilkan bermacam bahan bakar yang memiliki

kualitas yang berbeda-beda. Minyak dalam hal ini merupakan bahan bakar yang di

Indonesia pemakaianya telah lama kita pergunakan dalam kehidupan seharihari.

Sebelumnya, lebih banyak di gunakan orang dengan istilah minyak tanah, yang

artinya minyak yang di hasilkan dari dalam tanah (R.P. Koesoemadinata : 1980).

Berdasar asal-muasalnya yaitu dengan di ketahuinya minyak tanah atau

minyak mentah itu terdapat bersamasama dengan gas alam, maka istilah yang

lazim digunakan sekarang ini adalah minyak dan gas bumi.dalam beberapa bahasa

lain, misalnya : petroleum (Bahasa Inggris) yang berasal dari kata petro yang

berarti batu dan oleum yang berarti minyak. Jadi dengan kata lain petrolium

berarti minyak yang berasal dari batu. Sebenarnya istilah minyak bumi lebih tepat

digunakan, sebab minyak terdapat di bumi dan bukan dalam tanah, atau juga tepat

apabila disebut sebagai minyak mentah, artinya minyak yang belum di kilang.

Istilah lain yang biasa di pakai adalah natural gas atau gas alam.

Adapun istilah minyak tanah kita kenal sebagai kerosin, yaitu salah satu

hasil pengilangan minyak bumi, yang juga sering di sebut sebagai minyak latung,

yang dalam hal ini latung berarti batu, dengan demikian minyak latung sama

pengertiannya petro-oleum.

8

Komposisi Minyak Bumi

Kebanyakan senyawa yang ditemukan dalam minyak bumi adalah

gabungan dari hydrogen dan carbon. Material-material ini disebut hidrokarbon,

senyawa lain yang ada seperti belerang, oksigen, dan nitrogen. Pengoperasian

fisik dari kilang minyak seperti: penguapan, penggesekan, dan pendinginan untuk

menentukan jenis hidrokarbon yang besar karena dalam material tersebut

merupakan bagian yang penting dalam minyak, tetapi pengoperasian secara

kimiawi, seperti: pengilangan dan penyaringan, hal ini dilakukan untuk

mengelompokkan senyawa belerang, oksigen dan nitrogen, dengan metode yang

sama seperti sejumlah hidrokarbon aktif untuk menyediakan senyawa-senyawa

tersebut. Minyak mentah Rusia dan minyak naphtane utama sebagian besar

berisi oksigen. Oksigen yang terdapat di dalamnya sering berkombinasi dalam

bentuk asam naphtene. Nitrogen juga sering ditemukan dalam minyak naphtane

utama dan pada umumnya seperti bentuk senyawa dasar yang mirip dengan alkil

quiolin. Belerang yang ada biasanya merupakan belerang bebas, hydrogen sulfida

atau sebagai senyawa organic, seperti: thiophenes, asam sulfonik, mercaptan, alkil

sulfida. Beberapa senyawa-senyawa belerang ditemukan di dalam minyak mentah,

tetapi senyawa-senyawa tersebut dihasilkan dari senyawa lain selama pengilangan

dan destilasi. Senyawa belerang biasanya menyebabkan masalah karena bersifat

korosif. Sebagian besar dari senyawa metal organic berisi besi, nikel, vanadium,

arsenik dan lain-lain, senyawa-senyawa tersebut di antaranya ditemukan di dalam

minyak, beberapa diantaranya beracun dan bersufat katalis.

Berbagai jenis rangkaian dari hidrokarbon ditemukan pada minyak mentah

dan jenis rangkaian lain dihasilkan dengan pemecahan dan hidroginasi. Banyak

jenis rangkaian tersebut diantaranya adalah jenis yang telah teridentifikasi di

dalam minyak dengan rumus kimia sebagai berikut: CnH2n+2, CnH2n, CnH2n-2,

CnH2n-4, CnH2n-6, CnH2n-8, CnH2n-10, CnH2n-14, CnH2n-20. Beberapa dari

senyawa tersebut mempunyai tingkatan yang tidak pernah dihasilkan secara

sintetis atau untuk kepentingan penelitian, dalam hal komposisi n = 5 s/d 16 . Hal

ini terdapat beberapa senyawa sebagai pembanding tingkatan dalam minyak.

Namun pemisahan senyawa-senyawa murni sangat sulit karena sifat dari masing-

9

masing tingkatan tersebut berbeda dan titik didihnya berbeda, yang mana tidak

bisa dipisahkan dengan fraksinasi dan prevalent. Kesulitan pemisahan dan

kemajemukan dari hidrokarbon tersebut menjadikan minyak sebagai obyek

penelitian yang menarik di bidang kimia perminyakan.

Jenis rangkaian hidrokarbon, dari jenis rangkaian hidrokarbon yang

terdapat dalam perminyakan hanya beberapa yang telah diteliti melalui

pengembangan komersiil yang cukup berhasil. Jenis terbaik dan telah diketahui

adalah paraffin, olefin, nephtane, aromatis, diolefin, dan asetilen.

Jenis rangkaian paraffin (CnH2n+2), senyawa ini mempunyai sifat yang

stabil. Penamaan dalam senyawanya diakhiri dengan ane methane, ethane,

hexane, dan hexadekane. Dalam suhu ruangan jenis-jenis ini tidak tereaksi oleh

penguapan asam belerang, terkonsentrasi alkali, asam nitris atau bahkan oleh

asam krom oksida kuat, kecuali yang berisi sebuah atom karbon tersier. Mereka

bereaksi secara lambat dengan klorin dalam sinar mata hari dan begitu juga blorin,

apabila terdapat katalis. Reaksi biasanya terjadi dari substitusi unsur dan senyawa

kimia atom hydrogen. Tingkatan terendah telah teridentifikasi disebagian besar

minyak mentah, tetapi menurut Mabery , bahwa Mahoning County, Ohio, minyak

mentah tidak berisi hidrokarbon paraffin. Jenis tingkatan paraffin yang lebih

tinggi dimungkinkan menghasilkan minyak yang lebih banyak walaupun minyak

mentah itu masuk secara bebas dari bak yang tidak berisi hidro karbon paraffin

yang bertitik didih rendah. Bak paraffin mungkin terdiri dari urutan berantai

hidrokarbon paraffin lurus dan bercabang. Egloff, Schaad dan Lowry telah

membuat penelitian melalui pembusukan hidrokarbon paraffin.

Jenis rangkaian olefin atau etilen (CnH2n). Senyawa ini mempunyai

komposisi hidro karbon tak jenuh contohnya jenis dari rangkaian ini

memungkinkan mengelompok secara langsung dengan material yang lain seperti

klorin, bromin, asam hidroklorin dan asam belerang tanpa salah penempatan asam

hydrogen. Nama-nama dari hidrokarbon ini adalah berakhiran ene, sebagai

etana (etilen), propena (propilen), dan butana (butilen). Senyawa-senyawa yang

tak jenuh bereaksi dan larut dalam asam belerang dan berubah dari minyak bumi

10

tapi mereka berada dalam hasil yang terpecah. Egloff, Schaad dan Lowry teleh

membuat penelitian yang sangat luar biasa dari literature hidrokarbon olefin.

Jenis rangkaian naptin (CnH2n) . Rangkaian ini mempunyai jenis rumus

yang sama pada jenis olefin hanya saja pada senyawa ini mempunyai sifat-sifat

yang berbeda. Naptin adalah senyawa lingkaran atau siklik, mengingat olefin

adalah senyawa rantai yang lurus, dimana dua ikatan tersebut menghubungkan

atom-atom karbon. Naptin adalah senyawa-senyawa jenuh dan olefin adalah

senyawa tak jenuh. Senyawa tak jenuh dapat bereaksi dengan senyawa kombinasi

serta bahan-bahan yang lain, tetapi senyawa jenuh hanya dapat bereaksi oleh

penempatan hydrogen bahan-bahan lain. Banyak literatur kimia menyebutkan

bahwa naptin disebut metilen. Contohnya, tetrametilen, pentametilen, dan

heksametilen. Hal ini mengingat penamaan yang ada sekarang adalah siklobutana,

siklopentana, dan sikloheksana. Sebagaimana contoh tersebut hubungan dari

rangkaian ke rangkaian siklik yang lain mempertimbangkan benzana dan

sikloheksana. Baik senyawa-senyawa berisi enam (6) atom-atom karbon per

molekul, tapi enam atom hydrogen itu harus ditambahkan benzana untuk

menghasilkan sikloheksana. Molekul sikloheksana bersifat jenuh, tetapi molekul-

molekul benzana adalah sangat tak jenuh, jadi molekul-molekul benzana tersebut

mempunyai tiga kombinasi dari tiga atom karbon. Ikatan-ikatan tripel yang

terbentuk adalah benzana yang sangat aktif sehingga disebut bahan yang sangat

aktif, namun sikloheksana tidak mempunyai ikatan yang ganda dan juga tidak

bereaksi. Bagaimanapun kebanyakan dari reaksi-reaksi benzana adalah dengan

mensubstitusikan dari pada mengkombinasi. Naptana tidak seperti isomer-

isomernya olefin, mereka tidak dapat larut dengan mudah dalam asam belerang.

Neptana telah banyak diketemukan di semua jenis minyak mentah. Tapi sekali

lagi minyak mentah Mahoning County adalah sebuah pengecualian. Minyak

mentah ini berisi rangkaian hidrokarbon CnH2n-2 dan CnH2n-4, tapi tidak ada

paraffin atau neptana yang sederhana. Egloff, Bollman dan Levinson telah

melakukan riset dari siklohidrokarbon yang menghasilkan formulasi sebagai

terlihat pada gambar di bawah ini.

11

H H H H H H H H H H H H

l l l l l l l l l l l l

H C C C C C C H H C C C C C = C

l l l l l l l l l l l

H H H H H H H H H H H

Gb. (a) Normal Heksana C6H14 Gb. (b) Normal Heksana C6H12

H

H H C

H H H C C H

C

H C C - H

H C C H H C C H

C

H H C

H H

H

Gb. (c) Cycloheksana C6H12 Gb. (d) Benzena C6H6

H H H H H H H H H H H

l l l l l l l l l l l

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

l l l l l l l l

H H H H H H H H

H - C - H

I

H

Gb. (e) Heksadiena 1,5, C6H10. Gb. (f) Isomeric isofarafin compound

12

Jenis rangkaian Aromatik (CnH2n-6), formula ini biasa disebut seri

benzena yang merupakan kimia aktif. Hidrokarbon ini mudah untuk melakukan

oksidasi dengan formasi asam organic. Aromatik tersebut bisa ditambahkan atau

disubstitusikan dengan produk tergantung pada reaksinya. Hanya beberapa jenis

minyak mengandung sejumlah kecil dari aromatik bertitik didih rendah seperti

benzena dan toluene. Mabery menemukan kuantitas relatif yang lebih banyak dari

aromatik dalam minyak di Ventura, Coalinga, Poentehills dan Chalifornia.

Beberapa minyak mentah di bagian Sumatra dan Kalimantan juga kaya akan

aromatik tersebut. Seri ini ditemukan pada bensin dengan katalis dan kandungan

yang tinggi untuk kualitas anti ketukan (knocking).

Jenis rangkaian Diolefin (CnH2n-2), formula ini seperti pada jenis olefin

memiliki dua atom hydrogen untuk mengadakan dua ikatan ganda dalam molekul

masing-masing. Ikatan ganda ini disebabkan karena sifatnya yang sangat reaktif.

Diolefin dikerjakan pada polimeresasi atau kombinasi dengan beberapa bentuk

ikatan molekul sangat berat dalam bentuk larutan padat diolefin dan karet, dari

proses ini tidak dikerjakan dengan pemecahan gaselin, tetapi kemungkinan tidak

ditemukan dalam petroleum mentah. Proses polemerisasi dibuat dengan asam

sulfur.

Jenis siklik dengan formulasi CnH2n-2, CnH2n-4, CnH2n-8. Masih ada

beberapa formulasi lain dengan komposisi yang tak begitu dikenal, namun

demikian banyak literature menyebutkan jenis-jenis yang menguasai dalam

minyak dengan titik didih tinggi, minyak gas, dan minyak pelumas. Sebagian

besar hidrokarbon dalam minyak pelumas adalah jenuh. Menurut Seyr bahwa

antara 20 % dari minyak pelumas larut dalam sulfur dioksida. Berdasar penelitian

Doubtles menemukan bahwa sekitar 20 % terikat dalam hidrokarbon jenuh.

Kandungan isomeric. Kerancuan pada pemahaman sering muncul yang

disebab kan adanya perbedaan kandungan tetapi memiliki formula molekul yang

sama. Kandungan isomeric memiliki formula molekul yang sama karena

perbedaan internal dalam struktur. Kandungan dari formula tipe CnH2n bisa jenuh

atau terserap. Formula dari kandungan jenuh cyclohehance dan kandungan terisap

hexane-1 dapat dijelaskan bahwa formula dari n-hexane, 2-metil pentane, dan 2-

13

dimetil butana, memiliki tipe formula yang sama yaitu CnH2n+2 atau C6H14 .

Kelompok atom seperti kelompok metil menurut kandungannya biasa disebut

alkil group atau radikal. Bagian-bagian ini mengacu pada kelompok atom-atom

karbon dan hidrogen yang berada dalam satu unit, karena atom ini berperan

seperti kelompok dalam reaksi kimia. Atom-atom tersebut didefinisikan sebagai

hidrokarbon menovalent yaitu kelompok yang memiliki formula secara umum

CnH2n+1 . Biasanya kelompok radikal terdiri dari metil (CH3), etil (C2H5) dan

propile (C3H7). Radikal-radikal tersebut bukan kelompok ikatan individu karena

harus selalu ditarik radikal lainnya, elemen seperti kelompok atom lain.

Ada dua isomer butana yang mungkin yaitu viz n-butana dan 2-metil

propana, 3 pentana, 5 heksana, 9 heptana. Jumlah isomer hidrokarbon yang

mungkin tersebut dapat meningkat secara cepat sesuai dengan jumlah atom-atom

karbon yang meningkat, ikatan-ikatan dari atom-atom yang mempunyai jenis

rumus kimia CnH2n-4 memungkinkan pembentukan isomer. Rangkaian ini

mengindikasikan sejumlah isomer yang mungkin tapi tak jenuh, molekul

hidrokarbon tinggi yang kuat dalam minyak yang mungkin sedikit atau isolasi dari

ikatan tersebut adalah komplek yang membuktikan jumlah hidrokarbon isomer

yang munkin (CnH2n+2) berupa rangkaian yang terpisah-pisah.

Sejumlah kemungkinan dari alifatik (CnH2n+2) hidrokarbon isomerik.

Atom Karbon Isomer

6 5

7 9

8 18

9 35

12 355

15 4.347

18 60.523

25 36.797.588

40 62.491.178.805.831

14

C. Macammacam Bahan Bakar Minyak 1. Bensin

Bensin berasal dari kata benzana, lazim sebenarnya zat ini berasal dari gas

tambang yang mempunyai sifat beracun dan merupakan persenyawaan dari

hidrokarbon tak jenuh, artinya dapat bereaksi dengan mudah terhadap unsur

unsur lain. Bentuk ikatan adalah rangkap, dan senyawa molekulnya di sebut

alkina. Bahan bakar jenis ini biasa disebut dengan kata lain gasoline. Bensin pada

dasarnya adalah persenyawaan jenuh dari hidro karbon, dan merupakan komposisi

isooctane dengan normal-heptana.Serta senyawa molekulnya tergolong dalam

kelompok senyawa hidrokarbon alkana. Kualitas bensin dinyatakan dengan angka

oktan, atau octane number.

Angka oktan adalah prosentase volume isooctane di dalam campuran

antara isooctane dengan normal heptana yang menghasilkan intensitas knocking

atau daya ketokan dalam proses pembakaran ledakan dari bahan bakar yang sama

dengan bensin yang bersangkutan. Isooctane sangat tahan terhadap ketokan atau

dentuman yang kita beri angka oktan 100, heptane yang sangat sedikit tahan

terhadap dentuman di beri bilangan 0. Pada motor percobaan, bermacammacam

bensin di bandingkan dengan campuran isooctane dan normal heptana tersebut.

Bilangan oktan untuk bensin adalah sama dengan banyaknya prosen isooctane

dalam campuran itu. Semakin tinggi ON bahan bakar menunjukkan daya bakarnya

semakin tinggi. Bensin yang ada di pasaran di kenal ada tiga kelompok : (1)

Regulargrade, (2) Premiumgrade, dan (3) Third-grade Gassoline. Adapun di

Indonesia pertamina mengelompokkanya menjadi : bensin, premium, aviation gas

dan super 98.

2. Minyak Tanah

Minyak tanah merupakan campuran kompleks antara beratus- ratus macam

hidro karbon dalam minyak tanah terdapat karbon tak jenuh, tetapi hasil kracking

yaitu penyulingan pada suhu dan tekanan yang tinggi terjadi pula senyawa hidro

karbon yang tidak jenuh. Adapun terjadinya minyak tanah ini berdasarkan

pertimbangan geologis maupun dasar pertimbangan kimia yang telah di ketahui,

15

menyatakan bahwa minyak tanah terjadi dari sisa sisa hewan dan tumbuhan. Hal

ini nampak dalam beberapa fraksi minyak tanah mempunyai kegiatan optik dan

terdapatmya porpirin yang ada hubunganya dengan khlorofil maupun hemin.

Sehingga dapat di simpulkan bahwa sisasisa tumbuhan mengandung khlorofil,

sedang sisasisa hewan mengandung haemoglobin.

Pengambilan minyak tanah dilakukan dengan jalan pengeboran minyak

bumi sampai dengan lapisan tertentu, kemudian di lakukan penyulingan. Hasil

dari penyulingan meperoleh sejumlah fraksi yang berhasil di pisahkan,antara lain :

(1) Petroleum eter, fraksi pertama yang mendidih antara 35C sampai dengan

80C, (2) Gassoline / bensin, fraksi kedua yang mendidih antara 50C sampai

dengan 220C, (3) Kerosin, fraksi ketiga yang mendidih antara 200C sampai

dengan 300C, (4) Parafin padat, cair, petroleum, fraksi yang mempunyai

temperatur tertinggi, dan (5) Residu, fraksi yang terakhir.

3. Minyak Solar

Minyak solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak bumi

mentah, bahan bakar ini mempunyai warna kuning cokelat yang jernih. Minyak

solar ini biasanya digunakan sebagai bahan bakar pada semua jenis motor Diesel

dan juga sebagai bahan bakar untuk pembakaran langsung di dalam dapurdapur

kecil yang menghendaki hasil pembakaran yang bersih. Minyak ini sering di sebut

juga sebagai gas oil, ADO, HSD, atau Dieseline. Pada temperatur biasa, artinya

pada suhu kamar tidak menguap, dan titik nyalanya jauh lebih tinggi dari pada

bahan bakar bensin.

Kualitas solar dinyatakan dengan angka setane atau cetane number (CN).

Bilangan setane yaitu besar prosentase volume normal cetane dalam campuranya

dengan methylnapthalene yang menghasilkan karakteristik pembakaran yang

sama dengan solar yang bersangkutan (Drs. Warsowiwoho : 1976). Secara umum

solar dapat diklasifikasikan sebagai berikut: (1) Light Diesel Fuel (LDF)

mempunyasi CN = 50, (2) Medium Diesel Fuel (MDF) mempunyasi CN = 50, dan

(3) Heavy Diesel Fuel (HDF) mempunyasi CN = 35.

16

LDF dan MDF sering dikatakan sebagai solar no.1 dan 2. Kedua jenis

solar ini sebenarnya letak perbedaanya adalah pada efek pelumasanya saja. LDF

dalam hal ini lebih encer, jernih, dan ringan, sedang MDF lebih gelap, berat, dan

dan dalam pemakaianya dealam motor bakar di perlukan syarat- syarat khusus.

4. Minyak Diesel

Minyak Diesel adalah bahan bakar minyak jenis penyulingan kotor yang

mengandung fraksifraksi berat atau campuran dari jenis destilase dengan fraksi

yang berat (residual fuel oil) dan berwarna hitam dan gelap, tetapi tetap cair pada

suhu rendah. Minyak Diesel ini banyak di gunakan sebagai bahan bakar mesin

Diesel yang berputar sedang atau lambat dan juga sebagai bahan bakar untuk

pembakaran langsung dalam dapurdapur industri. Bagi kehidupan sehari-hari

minyak ini sering disebut sebagai MDF (Medium Diesel Fuel).

5. Minyak Bakar

Minyak bakar adalah bahan bakar yang bukan berasal dari hasil

penyulingan, tetapi jenis residu. Minyak ini mempunyai tingkat kekentalan yang

tinggi dan juga titik tuang (pour point) yang lebih tinggi dari pada minyak Diesel,

serta berwarna hitam gelap. Bahan bakar jenis ini banyak di pergunakan sebagai

bahan bakar pada sistem pembakaran langsung dalam dapurdapur industri yang

besar. Pembakaran langsung yang di maksud adalah pada sistem eksternal

combustion engine atau mesin pembakaran luar, misalnya: pada mesin uap, dapur-

dapur baja, dan lain sebagainya. Minyak ini di sebut juga sebagai MFO (Medium

Fuel Oil).

6. Bensol

Bensol adalah bahan bakar hasil tambahan dari pada industri gas batu bara

dan pabrik kokas. Bensol dapat di peroleh dengan cara mencuci gas yang keluar

dari dapur dengan ter yang ringan. Bahan bakar minyak ini sangat baik di gunakan

pada kendaraan bermotor, karena sangat tahan terhadap knocking atau dentuman,

sehingga memenuhi syarat pada motor dengan kompresi tekanan yang tinggi.

17

Kadangkadang di pakai sebagai campuran bensin untuk mempertinggi sifat anti

dentuman (knoking). Bensol membeku pada temperatur 5C di bawah nol.

Dengan menambahkan tuluol dan xylol titik beku dari bahan bakar ini dapat di

turunkan.

D. Cara Perolehan Bahan Bakar 1. Bahan bakar yang berasal dari tumbuhan

Sebenarnya bahan bakar, terutama bahan bakar minyak telah lama di kenal

oleh bangsa Indonesia. Hanya saja pada saat itu minyak hanya di gunakan sebatas

sebagai penerangan rumah tangga di waktu malam hari. Namun pengenalan

minyak masih sangat sederhana, misalnya pada penggunaan obor, yang semua itu

sebenarnya merupakan bahan bakar minyak yang di pergunakan dalam bentuk

yang lain. Bahan bakar minyak ini dapat diperoleh melalui proses peragian atau

dengan jalan penggilingan yang berasal dari tumbuhtumbuhan yang telah

terkubur sekian tahun lamanya. Adapun proses terjadinya adalah sebagai berikut,

di tinjau bagaimana benih suatu tumbuhan mulai tumbuh dari lembaganya, maka

benih tersebut keluar akar yang kemudian masuk ke dalanm tanah, sedagkan

batangnya muncul di udara. Akar dari tumbuhan ini mengambil makanan dari

dalam tanah. Daun pada batang mengambil makanan dari udara atau sebagai

dapur untuk memasak makanan tersebut. Akan tetapi sebelumnya bibit kecil itu

memerlukan persediaan makanan sedikir sekali sebagai bekalnya. Modal

tumbuhan itu terdapat di dalam benihnya. Sesungguhnya makanan sebenarnya

adalah sebagian besar merupakan benih tumbuhan, misalnya tanaman padi yang di

tumbuk atau di giling menjadi beras, buahbuahan yang bertempurung seperti

kelapa, pala, kemiri dan sebagainya adalah benih pohon atau selubung benih

tempat makanan persediaan untuk tumbuhan tadi. Bahan makanan yang

mengandung minyak mudah di simpan dan di timbun dalam jangka waktu yang

cukup lama. Demikian juga pada tumbuh-tumbuhan yang menyimpan makananya

dalam bentuk minyak pada bijihnya. Itulah sebabnya hampir semua bahan bakar

yang berbentuk minyak nabati berasal dari benih tumbuh-tumbuhan. Apalagi

benih tumbuhan yang mengandung minyak tadi, misalnya : kenari, kemiri, kacang

18

tanah dan sebagainya jika dikeringkan maka akan terdapat minyak yang dapat di

bakar hingga memberi nyala api. Namun perlu di ketahui bahwa minyak jenis

seperti itu sangatlah terbatas jumlahnya, sehingga bahan bakar yang demikian itu

sangat mahal harganya di pasaran, maka sebagian orang tidak lagi menggunakan

bahan bakar yang semacam itu karena dianggap kurang ekonomis. Untulk

menanggulangi hal itu, maka sekarang ini banyak di produksi jenis minyak

tersebut dengan jalan peragian (arsenium), misalnya tetes tebu, ketela pohon,

kentang dan sebagainya.

Bahan bakar jenis ini banyak di gunakan untuk bahan pembuatan alkohol.

Walaupun pembuatanya menggunakan fasilitas yang relatif lebih murah, namun

produksinya sangat rendah, sehingga kurang memadai apabila di bandingkasn

dengan jumlah penggunanya. Bahan bakar yang di hasilkan dengan jalan seperti

di atas sering di sebut sebagai bahan bakar alkohol dan spiritus.

2. Bahan bakar mineral

Bahan bakar minyak mineral ini di dapatn dari tambang sehingga sering

juga di sebut sebagai minyak bumi ataun minyak mineral atau juga minyak

tambang. Bahan bakar mineral ini sangat penting artinya bagi kehidupan manusia,

karena dunia memerlukanya begitu banyak sehingga manusia mencari di mana-

mana. Adanya kebutuhan yang banyak itu maka eksploitasi terhadap minyak bumi

dilakukan secara besar-besaran. Keadaan yang seperti itu, dikhawatirkan akan

memacu terjadinya kelangkaan minyak dunia. Teknologi modern tentang

pengolahan minyak telah ditemukan dengan cara melakukan penyulingan

terhadap minyak bumi. Proses dimulai dengan memasukkan saluran pipa ke dalam

sumur galian yang di dalamnya mengandung minyak, gas dan air. Pipa tersebut

kemudian di hubungkan dengan menara destilasi, yang mana di dalam menara itu

minyak mentah dan gas alam akan di proses dengan temperatur yang tinggi agar

mencair dan dapat dipisahkan menjadi jenis bahan bakar yang berbeda-beda.

19

E. Syarat Bahan Bakar dalam Pemakaian Ada beberapa tipe bahan bakar dan pelumas yang digunakan pada

kendaraan bermotor. Beberapa diantaranya berisi racun dan zat kimia yang mudah

terbakar dan ini harus di tangani dengan hatihati. Penggunaan tipe bahan bakar

atau pelumas disesuaikan dengan karaktristik terhadap kebutuhan, agar tidak

terjadi kesalahan yang menyebabkan kerusakan pada mesin pembangkit tenaga.

Pemakaian bahan bakar yang tidak sesuai dengan karakter mesin mungkin dapat

menyebabkan kerusakan pada sistem kerja mesin maupun efek yang lain, yaitu

berupa polusi lingkungan. Oleh karena itu sangatlah penting bagi kita untuk

mengetahui perbedaan tipe karakteristik pelumas dan bahan bakar, beserta cara

penangananya yang benar. Sampai saat ini bahan bakar yang biasa di gunakan

pada mobil dan sebagian kendaraan bermotor adalah bensin dan solar (Diesel),

dan beberapa negara ada yang menggunakan alkohol, LPG dan bahan bakar

lainya. Namun demikian secara garis besar penjelasan dan penggunaan tentang

bahan bakar yang ada dipasaran umum, yaitu berupa bensin dan solar (Diesel).

1. Bahan bakar bensin

Bensin mengandung hidro karbon hasil sulingan dari produksi minyak

mentah. Bensin mengandung gas yang mudah terbakar, umumnya bahan bakar ini

di pergunakan untuk mesin dengan pengapian busi. Sifat yang di miliki bensin

antara lain : (1) Mudah menguap pada temperatur normal, (2) Tidak berwarna,

tembus pandang dan berbau, (3) Titik nyala rendah (-10 sampai -15C), (4) Berat

jenis rendah (0,60 s/d 0,78), (5) Dapat melarutkan oli dan karet, (6) Menghasilkan

jumlah panas yang besar (9,500 s/d 10,500 kcal/kg), dan (7) Setelah di bakar

sedikit meninggalkan karbon.

Adapun syaratsyarat bensin yang baik dan memberikan kerja mesin yang

lembut, yaitu : (1) Mudah terbakar, artinya mampu tercipta pembakaran serentak

di dalam ruang bakar dengan sedikit knocking atau dentuman, (2) Mudah

menguap, artinya bensin harus mampu membentuk uap dengan mudah untuk

memberikan campuran udara dengan bahan bakar yang tepat saat menghidupkan

mesin yang masih dingin, (3) Tidak beroksidasi dan bersifat pembersih, artinya

20

sedikit perubahan kualitas dan perubahan bentuk selama di simpan. Selain itu juga

bensin harus mencegah pengendapan pada sistem intake, (4) Angka octane, adalah

suatu angka untuk mengukur bahan bakar bensin terhadap daya anti knock

characteristic. Bensin dengan nilai oktan yang tinggi akan tahan terhadap

timbulnya engine knocking.

2. Bahan bakar Diesel

Bahan bakar Diesel biasa juga di sebut debgan light oil atau solar, yaitu

suatu campuran dari hidro karbon yang telah di destilase setelah bensin dan

minyak tanah dari minyak mentah pada temperatur 200C sampai 340C. Bahan

bakar jenis ini atau biasa disebut sebagai bahan bakar solar sebagian besar di

gunakan untuk menggerakkan mesin Diesel. Bahan bakar Diesel mempunyai sifat

utama sebagai berikut : (1) Tidak berwarna atau sedikit kekuning-kuningan dan

berbau, (2) Encer dan tidak menguap di bawah temperatur normal, (3) Titik nyala

tinggi (40C sampai 100C), (4) Terbakar spontan pada 350C, sedikit di bawah

bensin, (5) Berat jenis 0,82 s/d 0,86, (6) Menimbulkan panas yang besar (10,500

kcal/kg), dan (7) Mempunyai kandungan sulfur yang lebih besar di banding

dengan bensin.

Syaratsyarat pengunaan solar sebagai bahan bakar harus memperhatikan

kualitas solar, antara lain adalah sebagai berikut: (1) Mudah terbakar, artinya

waktu tertundanya pembakaran harus pendek/singkat, sehingga mesin mudah di

hidupkan. Solar harus memungkinkan kerja mesin yang lembut dengan sedikit

knocking, (2) Tetap encer pada suhu dingin (tidak mudah membeku), menunjukan

Solar harus tetap cair pada suhu rendah sehingga mesin akan mudah di hidupkan

dan berputar lembut, (3) Daya pelumasan, artinya Solar juga berfungsi sebagai

pelumas untuk pompa injeksi dan nossel. Oleh karena itu harus mempunyai sifat

dan daya lumas yang baik, (4) Kekentalan, berkait dengan syarat melumas dalam

arti Solar harus memiliki kekentalan yang baik sehingga mudah untuk dapat di

semprotkan oleh injektor, (5) Kandungan sulfur, karakteristik Sulfuir yang dapat

merusak pemakaian komponen mesin sehingga mempersyaratkan kandungan

sulfur solar harus sekecil mungkin (< 1 %), dan (6) Angka cetane, Yaitu suatu

21

cara untuk mengontrol bahan bakar solar dalam kemampuan untuk mencegah

terjadinya knocking, tingkat yang lebih besar memiliki kemampuan yang lebih

baik.

Ringkasan simpulan.

Berdasar uraian di atas dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Bahan bakar adalah bahanbahan yang diperlukan untuk pembakaran

2. Bahan bakar yang di pakai di masyarakat beraneka macam, maka harus pandai

memilih bahan bakar yang baik dan tepat untuk proses pembakaran.

3. Bahan bakar yang sering di pakai adalah bensin, solar dan minyak tanah.

Untuk mengetahui bensin yang baik dengan melihat angka octan-nya, sedang

solar yang baik dapat di lihat dari angka cetan-nya.

BAB II. HAKEKAT BAHAN BAKAR

Komposisi bahan bakar, hingga saat ini bahan bakar cair merupakan bahan bakar yang banyak digunakan, mengingat segi keuntungan yang ada untuk keperluan-keperluan pada motor bakar pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). Komposisi bahan bakar dapat dikenali dengan Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon.

Sifat-sifat bahan bakar, pada setiap bahan bakar mempunyai karateristik dan nilai pembakaran yang berbeda-beda. Bahan bakar minyak mempunyai nilai kalor tinggi, karaterisik ini menentukan sifat-sifat dalam proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat disempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia kedalam bahan bakar tersebut. Tara kalor mikanik, tujuan pembakaran bahan bakar untuk memperoleh energi yang disebut energi panas (heat energy), yang dapat diubah menjadi bentuk energy mechanich. Sisa-sisa hasil pembakaran bahan bakar harus diperhatikan, karena pembakaran yang kurang sempurna mengandung gas-gas beracun dapat berpengaruh negatip terhadap lingkungan.

DESKRIPSI: Materi dalam bab II. akan dipelajari tentang: (1) Komposisi bahan bakar,

(2) Sifat-sifat dan karakteristik bahan bakar, dan (3) Tara kalor mikanik. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS

Setelah mempelajari materi pada bab 1I. mahasiswa dapat mengetahui: (1) Komposisi struktur bahan bakar, (2) Sifat-sifat bahan bakar yang digunakan dalam kehidupan, dan (3) Kesetaraan energi dalam tara kalor mekanik.

23

BAB II. HAKEKAT BAHAN BAKAR

Pendahuluan

Bahan bakar adalah bahan-bahan yang digunakan dalam proses

pembakaran. Jika ditinjau menurut asalnya, bahan bakar digolongkan menjadi tiga

golongan, yaitu bahan bakar nabati, bahan bakar mineral dan bahan bakar fosil.

Sedangkan ditinjau menurut bentuknya, maka bahan bakar dapat dibagi menjadi

tiga kelompok yaitu bahan bakar berbentuk padat, cair dan gas.

Hingga saat ini bahan bakar cairlah yang merupakan bahan bakar yang

banyak dipergunakan diseluruh dunia. Hal ini mengingat banyak segi keuntungan

yang ada bahan bakar mineral cair ini sebagian besar dipergunakan untuk

keperluan-keperluan pada motor bakar pembakaran dalam (Internal Combustion

Engine)

Pada setiap bahan bakar mempunyai karateristik dan nilai pembakaran

yang berbeda-beda. Karaterisik inilah yang akan menentukan sifat-sifat dalam

proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat

disempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia kedalam bahan bakar

tersebut.

Adapun tujuan dari pembakaran bahan bakar adalah untuk memperoleh

energi yang disebut energi panas. Sisa-sisa hasil pembakaran bahan bakar didalam

motor bakar harus diperhatikan. Oleh karena itu sisa dari pembakaran yang

kurang sempurna akan dapat berpengaruh negatip terhadap lingkungannya. Sisa

pembakaran yang kurang sempurna akan mengandung gas-gas beracun, yang

terutama ditimbulkan oleh pembakaran pada motor bensin.

A. Karakteristik Minyak Penggunaan minyak sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntungan, baik

ditinjau dari segi teknik maupun segi ekonomi. Keuntungan bahan bakar minyak

dibanding dengan bahan bakar yang lain terutama disebabkan karena berbagai

sifat fisika yang ada pada minyak tersebut. Adapun sifat-sifat minyak yang

menguntungkan antara lain :

24

1. Sifat cair bahan bakar minyak Sifat ini ditinjau dari segi teknik sangat menguntungkan, yaitu cairan

mudah sekali mengalir dan mudah sekali menyesuaikan dengan tempat

penampungan. Cairan mudah sekali ditransportasikan dengan memompakannya

melalui pipa sehingga mengalir sendiri, mudah disimpan dalam bentuk tangki

yang bagaimanapun. Misalnya saja pada pengilangan minyak, transportasi dengan

kapal tangker yang relatif lebih praktis dan tidak memakan tempat. Sifat mengalir

sendiri tidak memerlukann peralatan pembantu yang rumit dan perawatan yang

relatif murah dibanding dengan bahan bakar padat. Jadi dengan sifat cair bahan

bakar minyak cenderung lebih praktis dalam pemakaian.

2. Bahan bakar minyak mempunyai nilai kalor tinggi Bahan bakar minyak memiliki kalor yang tinggi dibandingkan bahan bakar

yang lain dalam jumlah kg yang sama. Misalnya 1 kg solar akan menghasilkan

kalori yang lebih tinggi dari pada 1 kg batu bara atau kayu.

Tabel 1 Nilai kalor macam-macam bahan bakar (RP. Koesoemadinata : 1980)

Bahan bakar Kalori / gram

Kayu 3.990 4.420

Arang kayu 7.260

Batu bara muda / lignit 3.328 3.339

Batu bara subbitumina 5.289 5.862

Batu bara bitumina 5.650 8.200

Lemak hewan 9.500

Minyak nabati 9.300 9.500

Alkohol 6.456

Aspal 5.295

Minyak mentah 10.419 10.839

Minyak bunker 10.283 10.764

Solar 10.667

Minyak tanah 11.006

Bensin 11.528

25

Besarnya nilai kalor yang dihasilkan pada bahan bakar dapat dilihat pada tabel

berikut di atas tersebut.

3. Minyak menghasilkan beberapa macam bahan bakar Berdasar minyak mentah hasil pengeboran dapat diperoleh berbagai

macam fraksi destilasi yang merupakan bahan bakar untuk keperluan bermacam-

macam mesin pula. Hal ini sangat menguntungkan dalam perancangan model

mesin termasuk sistem bahan bakarnya, sehingga kebutuhan bahan bakar dapat

disesuaikan dengan masing-masing jenis mesin tersebut. Misalnya saja hasil dari

penambangan explorasi yang dipisahkan dengan penyulingan diperoleh sejumlah

fraksi-fraksi yaitu : fraksi 1 Petroleum eter, fraksi ke 2 Gasoline, fraksi ke 3

Kerosine, fraksi ke 4 Parafine cair, Petroleum dan Parafine padat, dan fraksi

terakhir residu.

4. Minyak mineral dapat menghasilkan macam-macam pelumas Perlu diketahui bahwa hasil dari penambangan minyak mineral dapat juga

diperoleh berbagai minyak pelumas, yang memungkinkan pembuatan macam-

macam jenis pelumas mesin, misalnya : pelumas motor bensin, pelumas motor

diesel, pelumas veresneliing, pelumas gardan, pelumas pesawat dan macam-

macam pelumas sebagai pencampur bahan bakar pada motor bakar.

5. Minyak pelumas dapat berfungsi sebagai bahan baku petrochemicals.

Minyak dapat pula sebagai bahan petrokimia, yaitu bahan sintetis dalam

pembuatan barang seperti bahan plastik, tekstil, dan lainya. Plastik sebagai alat

pembungkus telah memegang peranan dalam kehidupan, praktis penggunaannya

dan relatif lebih murah. Tekstil seperti nylon dan sebagainya dibuat dari bahan

minyak mineral juga. Selain itu juga pipa-pipa dan bejana banyak yang terbuat

dari plastik, bukan lagi dari besi.

B. Sifat Fisika Minyak Mineral Seperti halnya zat cair, kuantitas bahan bakar minyak diukur berdasarkan

volumenya. Adapun ukuran yang dipakai di Indonesia adalah M3 atau juga Ton,

sedangkan pada perdagangan international digunakan satuan Barrel yang besarnya

kira-kira 159 liter.

26

1. Berat Jenis Berat jenis merupakan sifat minyak yang penting yang memiliki nilai

dalam perdagangan. Berat jenis disebut juga grafitasi jenis atau specific grafity,

adalah suatu perbandingan berat dari bahan bakar minyak dengan berat dari air

dalam volume yang sama, dengan suhu yang sama pula (600 F). Bahan bakar

minyak pada umumnya mempunyai berat jenis antara 0,82 0,96 dengan kata lain

minyak lebih ringan dari pada air.

Dalam perdagangan international, berat jenis dinyatakan dalam API

Grafity atau derajat API (American Petroleum Institute)

5,1315,141060

60

0 =Fberatjenis

API

Api menunjukan kualitas dari minyak tersebut, makin kecil berat jenis atau

makin tinggi derajat API berarti makin baik pula kualitasnya, karena lebih banyak

mengandung bensin. Sebaliknya jika semakin rendah derajat API maka mutu

minyak tersebut kurang baik karena banyak mengandung lilin/aspal residu. Selain

derajat API dapat juga dipakai derajat Baume.

130140060

60

0 =Fberatjenis

Baume

Tabel 2 Konversi Berat Jenis, 0API dan 0Baume

Berat jenis 0 Baume 0 API

1,0000 10,0 10,0

0,9655 15,0 15,1

0,9333 20,0 20,1

0,9032 25,0 25,2

0,8750 30,0 30,2

0,8485 35,0 35,3

0,8235 40,0 40,3

0,8000 45,0 45,4

0,7778 50,0 50,4

27

Pada tabel berikut di atas dapat dilihat dengan jelas konversi dari berat jenis, 0API

dan 0Baume pada suhu 600 F.

2. Viskositas Viskositas adalah suatu ukuran dari besar perlawanan zat cair untuk

mengalir atau ukuran dari besarnya tahanan geser dalam dari suatu bahan cair.

Satuan viskositas adalah centi poise. Pada umumnya makin tinggi derajat API,

makin kecil viskositasnya, begitu pula sebaliknya. Cara mengukur viskositas

dengan jalan menghitung lama waktu mengalirnya suatu minyak yang banyaknya

telah ditentukan melalui lubang viskometer.

Viskositas/kekentalan sangat penting artinya bagi penggunaan bahan bakar

minyak untuk motor bakar maupun mesin industri, karena akan berpengaruh

terhadap bentuk dan tipe mesin yang menggunakan bahan bakar tersebut.

3. Nilai Kalori Nilai kalori bahan bakar minyak adalah jumlah panas yang ditimbulkan

oleh suatu gram bahan bakar tersebut dengan meningkatkan temperatur 1 gr air

dari 3,50 C 4,50 C, dengan satuan kalori (RP. Koesoemadinata : 1980). Dengan

kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang diperoleh dari pembakaran suatu

jumlah tertentu bahan bakar di dalam zat asam. Makin tinggi berat jenis minyak

bakar, makin rendah nilai kalori yang diperolehnya. Misalnya bahan bakar minyak

dengan berat jenis 0,75 atau grafitasi API 70,6 mempunyai nilai kalori 11.700

kal/gr.

4. Titik Tuang Titik tuang suatu minyak adalah suhu terendah minyak yang keadaanya

masih dapat mengalir karena berat sendiri. Titik tuang diperlukan sehubungan

dengan kondisi dari pengilangan dan pemakaian dari minyak tersebut, sehingga

diharapkan minyak masih dapat dipompakan atau mengalir pada suhu yang berada

di bawah titik tuang.

28

5. Titik Didih Titik didih minyak berbeda-beda sesuai dengan grafitasinya. Untuk

wilayah dengan grafitasi API-nya rendah, maka titik didihnya tinggi karena

mempunyai berat jenis yang tinggi. Sedangkan untuk grafitasi API-nya tinggi

maka titik didihnya rendah.

6. Titik Nyala Titik nyala adalah suhu terendah dari bahan bakar minyak yang dapat

menimbulkan nyala api dalam sekejap apabila pada permukaan bahan bakar

minyak tersebut dipercikan api. Pada bahan bakar minyak dengan grafitasi API

tinggi maka titik didihnya rendah, sehingga titik nyalanya juga rendah artinya

bahan bakar minyak tersebut akan mudah terbakar, demikian juga sebaliknya.

7. Kadar Abu Kadar abu adalah sisa-sisa bahan bakar minyak yang ketinggalan setelah

semua bagian yang dapat terbakar dalam proses pembakaran minyak terbakar

habis. Berdasar kadar abu ini dapat diperkirakan banyaknya logam-logam yang

terkandung dalam minyak maupun elemen-elemen yang ada.

8. Air dan Endapan Air dan endapan yang dipersyaratkan dalam minyak tidak boleh lebih dari

0,5 %. Air yang banyak terkandung pada minyak bakar dapat menyebabkan

pembakaran tidak sempurna, sedangkan endapan pada minyak akan dapat

memperbanyak jumlah gas sisa pembakaran dan abu.

9. Warna Warna pada bahan bakar minyak berhubungan dengan berat jenisnya.

Untuk berat jenis tinggi, warnanya hijau kehitam-hitaman dan untuk berat jenis

rendah warnanya coklat kehitam-hitaman. Warna ini disebabkan adanya berbagai

kotoran dan endapan, misalnya senyawa Hidrokarbon yang disertai ikatan

berbagai jenis unsur-unsur logam ataupun yang lainnya.

29

10. Bau Bahan bakar minyak ada yang berbau sedap dan tidak sedap. Hal ini

dipengaruhi oleh molekul aromat. Bahan bakar minyak yang berasal dari

Indonesia biasanya berbau tidak sedap karena mengandung senyawa Nitrogen

atau Belerang dan juga H2S.

C. Komposisi Bahan Bakar Minyak Mineral Umumnya bahan bakar minyak atau hampir seluruhnya merupakan ikatan

Hidrokarbon, yang terdiri dari unsur Carbon (C), dan Hidrogen(H) yang

tergabung sebagai senyawa hidrokarbon. Jadi hal ini C dan H merupakan unsur

yang pokok didalam bahan bakar minyak mineral. Di samping unsur C dan H

didalamnya terdapat juga unsur-unsur lain seperti Sulfur (S), Nitrogen (N),

Oksigen (O) dan logam - logam dalam jumlah kecil. Komposisi dari pada minyak

yang telah dihilangkan air dan garamnya adalah terdiri dari unsur mayor Carbon

(C) 8387 % dan impuritis 0-5% Nitrogen (N) 0-1% dan Oksigen (O2) 0-1%.

Adapun senyawasenyawa Hidrokarbon yang terdapat di dalam minyak

dapat berbentuk:

1. Senyawa Hidro karbon parafinik (Cn H2n+2), yang jenis minyak ini Hidro

karbon mempunyai rumus gabungan berbentuk lurus dan dapat bercabang.

2. Senyawa Hidrokarbon Naftenik atau Naphta (Cn H2n ) minyak jenis ini disebut

juga siklo parafin, yang ikatan Hidrokarbonya yang mempunyai rumus bangun

membentuk suatu rangkaian tertutup atau siklus.

3. Senyawa Hidrokarbon aromatik, jenis ini rumus bangun dari ikatan

Hidrokarbonnya merupakan ikatan tertutup dari benzena bersama dengan

derivatif-derevatifnya.

Selain ketiga bentuk senyawa hidrokarbon tersebut di dalam produk bahan

bakar minyak masih terdapat juga senyawa yang lain yaitu senyawa Hidrokarbon

olifin (Cn H2n ) dan juga senyawa hidrokarbon diolifin (Cn H2n-2 ). Ikatan-ikatan ini

dikenal dengan ikatan hidrokarbon tidak jenuh, dimana secara alamiah tidak ada

pada minyak mentah. Di samping adanya penggolongan jenis bahan bakar

minyak, yaitu minyak mineral dan yang lain, masih memiliki sifat-sifat yang

30

khusus. Sifat-sifat ini bergantung dari lokasi tempat di perolehnya bahan bakar

minyak tersebut. Hal inilah yang kadang-kadang menyulitkan dalam menentukan

sifat fisika maupun sifat-sifat kimianya.

D. Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon.

Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling

sederhana, yaitu senyawa hidrokarbon beratom C (satu) sampai molekul yang

beratom C (empat) adalah memiliki nama yang khusus (CnH2n+2):

Untuk n = 1, dinamakan metana dan rumus molekulnya CH4 n = 2, dinamakan etana dan rumus amolekulnya C2H6 n = 3, dinamakan propana dan rumus molekulnya C3H8 n = 4, dinamakan butana dan rumus molekulnya C6H10

Kemudian selanjutnya, mulai senyawa hidrokarbon yang beratom C (lima)

yaitu disebut alkana sampai dengan berikutnya penamaan dengan menggunakan

bilangan Yunani. Kadang-kadang penamaan untuk hidrokarbon bercabang diberi

nama sebagai derivatif dari metana, dimana hidrogen disubstitusi dengan gugusan

alkali. Adapun rumus strukturnya adalah sebagai berikut:

Nama pentana, n = 5 untuk atom C

H H H H H ! ! ! ! ! H- C C C C C - H ! ! ! ! ! H H H H H Isomer dengan pentana H H H H H ! ! ! ! H C H H- C - C C C H H ! H ! ! ! ! H C C C H H HCH H H H ! H H H C H H

Iso pentana 2 metil butana neo pentana 2, 2 dimetil

Dimetil etil metana propana tetra metil metana

31

Apabila diperhatikan dari anggota deret metana, rumus satu dengan

lainnya, membentuk suatu deret yang masing-masing berbeda dengan CH2, dari

deret tersebut yang masing-masng mempunyai sifat fisika dan kimia sama disebut

deret homolok. Di samping itu dikenal pula adanya: (1) atom C primer, yaitu atom

carbon tersebut hanya mengikat satu carbon lainnya, (2) atom C sekunder, yaitu

atom carbon yang mengikat dua atom carbon lainnya, (3) atom C tertier, yaitu

atom carbon yang mengikat tiga atom carbon lainnya, dan (4) atom C kwartener,

yaitu atom Carbon yang mengikat empat atom carbon lainnya.

Contoh. C C 1 = atom C primer 4 ! ! 2 = atom C sekunder C -C C - C C C 3 = atom C tertier ! 3 2 1 4 = atom C kwartener C

Apabila suatu hidrocarbon (alkana) kehilangan satu atom hidrogen maka

membentuk suatu gugus yang disebut gugus radikal. Gugus radikal yang demikian

biasa dinamakan gugus alkil. Gugus radikal yang lazim adalah:

CH3 disebut gugus metil

CH3 CH2 disebut gugus etil

CH3 CH2 CH2 disebut gugus n- propil

CH3

CH-

CH3 CH3 CH2 CH2 - CH2 adalah gugus n butil

CH3 CH2-CH CH3 adalah gugus sekunder butil CH CH- CH adalah gugus isbutil 3 ! CH3

CH3 ! CH - C - adalah gugus tertier butil 3 ! CH3

32

Penulisan dalam senyawa-senyawa organik gugus alkali tersebut biasanya ditulis

dengan lambang huruf R, yang artinya radikal.

E. Tara Kalor Mekanik Tara kalor mekanik adalah suatu panas sejumlah 1 kilo kalori setara

dengan usaha sebesar 427 kgm, artinya untuk mengangkat beban seberat 427 kg

dengan jarak lintasan 1 m, atau 1 kg beban sejauh 427 m diperlukan energy

sebanyak 1 kilo kalori, dapat dikatakan bahwa 1 kkal sama dengan 427 kgm. Hal

ini deapat diketahui bahwa:

Usaha = Gaya x Jarak , dalam hal ini Usaha (Joule), Gaya (Newton atau

kgm /s2 ) dan Jarak (meter).

a. Bahan bakar bensin Bensin merupakan bahan bakar motor, hasil dari pemurnian minyak kasar,

bensin mempunyai Bj 0,7 dan nilai pembakarannya=10.000 kkal, artinya bila 1 kg

bensin dibakar dengan sempurna menghasilkan kurang lebih 10.000 kilo kalori,

jadi (10.000 x 427) kgm = 4.270.000 kgm. Aplikasi, karena bahan bakar ini

menyala pada suhu yang rendah maka kompresi yang diijinkan pada motor bensin

adalah terbatas yaitu antara (4 -5) atmosfir.

b. Bahan bakar gas Menurut asalnya bahan bakar gas dapat dibedakan menjadi: (1) Gas dari

sumber minyak. Bahan bakar ini sering disebut pula dengan gas bumi dan

mempunyai nilai pembakaran 6500 kkal. Bahan bakar ini baik sekali digunakan

untuk bahan bakar gas. Maka konversinya (6500 x 427) kgm = 2.775.500 kgm.

(2) Gas air, Gas air adalah campuran dari monoksid arang (CO), dioksid arang

(CO2) dan zat air (H2) untuk membuat gas air ini digunakan uap air yang dialirkan

melalui kokas yang menyala pada suhu 1200o C 1600o C dan mempunyai nilai

pembakaran 2000 - 2200 kkal. Jadi nilai pembakaran gas air tersebut setara

dengan (2000 x 427) kgm = 954.000 kgm dan atau sama dengan (2200 x 427)

kgm = 939.400 kgm.

33

c. Gas generator. Gas ini dapat diperoleh dari pembakaran kokas di dalam dapur generator.

Hasil dari gas generator ini adalah sangat panas dan mempunyai nilai pembakaran

700-1000 kkal. Jadi nilai kalori dari pembakarannya, apabila disetarakan menjadi

(700 x 427) kgm = 298.900 kgm, dan atau (1000 x 427) kgm = 427.000 kgm. Gas

generator kebanyakan dipakai untuk pemggerak turbin gas.

Ringkasan/simpulan Penggunaan minyak sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntumgan,

baik ditinjau dari segi teknik maupun dari segi ekonomi. Setiap bahan bakar mempunyai karakteristik dan nilai pembakaran yang berbeda-beda. Karakteristik tersebut mementukan sifat-sifat dalam proses pembakaran, di mana sifat yang kurang menguntungkan dapat disempurnakan dengan jalan menambahkan bahan kimia ke dalam bahan bakar tersebut.

Adapun sifat-sifat yang menguntungkan antara lain adalah: (1) sifat cair sehingga di dalam pemakaian lebih praktis, (2) mempunyai nilai kalor tinggi dibandingkan dengan bahan bakar yang lain dalam jumlah kilogram yang sama, (3) dapat menghasilkan beberapa macam bahan bakar , dan (4) dapat berfungsi sebagai bahan baku petrochemical.

Sifat-sifat fisika bahan bakar minyak antara lain: (1) Berat jenis, bahan bakar minyak umumnya mempunyai berat jenis antara 0,82 sampai 0,96. Dunia perdagangan terutama yang dikuasai oleh perusahaan Amerika, dinyatakan dalam API (American Petroleum Institute), (2) Viskositas, adalah ukuran dari besar perlawanan zat cair untuk mengalir, atau ukuran dari besarnya tahanan geser dalam dari suatu bahan cair, (3) Nilai kalori, yang dimaksud dengan niali kalori adalah jumlah panas yang ditimbulkan oleh pembakaran satu gram bahan bakar minyak tersebut untuk meningkatkan temperatur (3,50 s/d 4,50) Celcius pada satu gram air dan satuannya adalah kalori, (4) Titik tuang, titik tuang adalah suhu terendah minyak yang kadarnya masih dapat mengalir karena berat sendiri, (5) Titik didih, minyak dengan gravitas API rendah maka titik didihnya tinggi, sedang untuk gravitas tinggi maka titik didihnya rendah, (6) Titik nyala, flash point adalah suhu terendah dari bahan bakar minyak yang dapat menimbulkan nyala api dalam sekejap apabila pada permukaan bahan bakar minyak tersebut

34

dipercikan api, (7) Kadar abu, adalah sisa-sisa pembakaran yang ditinggalkan setelah semua bagian yang dapat terbakar dalam minyak terbakar habis, kadar abu tidak boleh lebih (0,05 %) dari beratnya, (8) Air dan endapan yang terdapat dalam bahan bakar minyak adalah sangat sedikit yang dipersyaratkan tidak boleh lebih (0,5 %) dari beratnya, (9) Warna, bahan bakar minyak mempunyai macam-macam warna yaitu hitam dan ada kalanya justru tidak berwarna atau netral, (10) Bau, ada yang berbau sedap dan tak sedap (Indonesia) karena mengandung senyawa nitrogen ataupun belerang (sulphur), dan juga disebabkan adanya H2S. Pada umumnya bahan bakar minyak merupakan ikatan hidrokarbon yang terdiri dari unsur karbon dan hidrogen. Di samping unsur C dan H juga terdapat unsurunsur lain seperti sulfur (S), nitrogen (N2), oksigen (O2) dan logam-logam lain dalam jumlah yang kecil. Adapun senyawa-senyawa hidrokarbon dalam minyak dapat berbentuk: (1) senyawa hidrokarbon parafinik (Cn H2n +2 ), (2) senyawa hidrokarbon naftenik atau naphta ( Cn H2n ), (3) senyawa hidrokarbon aromatik. Memiliki tara kalor mekanik, yaitu bahwa dalam 1 kilo kalori mempuyai kesetaraan 427 kgm (bahwa usaha sama dengan gaya kali jarak).

35

BAB III.

ENERGI DAN PEMBAKARAN

Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan bakar dengan zat asam yang kemudian menghasilkan panas (heat energy). Oleh karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran. Pembakaran dapat berlangsung secara sempurna namun dapat juga berlangsung secara tidak sempurna. Hal ini tergantung dari unsur-unsur yang terkandung pada bahan bakar tersebut dan proses pembakarannya. Untuk memahami energi dan pembakaran harus diketahui pengertian pembakaran beserta unsur yang terkandung dalam bahan bakar dan kebutuhan udara dalam pembakaran dengan proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume.

DESKRIPSI:

Materi dalam bab III. akan dipelajari tentang peri hal: (1) Pengertian Pembakaran, (2) Unsur yang terkandung dalam bahan bakar, (3) Udara, (4) Kebutuhan udara dalam pembakaran, dan (5) Proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume.

TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS

Tujuan instruksional khusus, setelah mempelajari materi pada bab 1I. mahasiswa dapat: (1) Menyebutkan dasar pengertian tentang pembakaran, (2) Mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam bahan bakar, (3) Mengetahui tentang Udara pembakar, (4) Menghitung Kebutuhan udara dalam pembakaran, dan (5) Menganalisa proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume.

36

BAB III. ENERGI DAN PEMBAKARAN

A. Pengertian Pembakaran

Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan

bakar dengan zat asam yang kemudian menghasilkan panas dan disebut heat

energy. Oleh karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam

dan suhu yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran.

Pembakaran dapat berlangsung secara sempurna namun dapat juga

berlangsung secara tidak sempurna. Hal ini tergantung dari unsur-unsur yang

terkandung pada bahan bakar tersebut dan proses pembakarannya. Apabila pada

bahan bakar tidak mengandung unsur-unsur yang tidak dapat terbakar maka

pembakaran akan berlangsung sempurna, sehingga hasil pembakaran berupa gas

bekas pembakaran yang tidak berbahaya bagi kehidupan dan lingkungannya.

Akan tetapi apabila pada bahan bakar tersebut mengandung unsur-unsur yang

tidak terbakar, maka akan tersisa yang berakibat sisa-sisa pembakaran tersebut

dapat menimbulkan gas yang berbahaya (beracun) bagi kesehatan dan lingkungan.

Untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna dilakukan usaha-usaha sebagai

berikut: (1) Diusahakan dengan membuat ruang pembakaran sedemikian rupa

sehingga tidak terdapat ruangan atau sudut-sudut mati yang disebut ruang rugi, (2)

Pemasukan bahan bakar dalam silinder (untuk pembakaran dalam) diusahakan

dalam bentuk kabut yang sangat halus sehingga bahan bakar dapat kontak lebih

sempurna dengan udara pembakaran, (3) Diusahakan pencampuran yang baik

(homogen) antara bahan bakar dengan udara sehingga pembakaran dapat ber-

langsung dengan cepat, dan (4) Memberikan jumlah udara lebih dari jumlah

kebutuhan minimal sehingga setiap bagian bahan bakar mendapat cukup udara

untuk dapat membakar dalam waktu yang cepat, dan (5) Mempertinggi kecepatan

pembakaran yaitu memperpendek waktu pembakaran. Misalnya, untuk motor

diesel kurang dari 0,1 detik dan untuk motor bensin kurang dari 0,005detik, dan

37

untuk pembakaran pada ketel uap (external combustion) dengan cara memberikan

hembusan-hembusan udara pembakar melalui pemancar-pemancarnya.

B. Unsur yang terkandung dalam bahan bakar.

Kebanyakan bahan bakar terdiri atas hidrogen (H2) dan karbon (C) baik

bahan bakar tersebut berbentuk padat (misalnya arang, batu bara), cair (misalnya

minyak tanah, premium, solar) atau gas (misal gas bumi, bio gas). Bahan bakar

berbentuk padat adalah sisa-sisa endapan tanaman dari zaman geologi yang silam.

Komponen-komponennya yang dapat terbakar terutama adalah karbon (C),

hidrogen (H2) dan sebagian kecil zat belerang (S). Akan tetapi kadang kala

terdapat komponen yang tidak dapat terbakar berupa nitrogen (N), air (H2O) dan

abu (As).

Bahan bakar cair merupakan campuran yang komplit dari sejumlah

hidrokarbon, yang terdiri dari unsur karbon (C), dan hidrogen (H2). Kebanyakan

bahan bakar cair adalah campuran hidrokarbon yang diperoleh dari minyak

mentah melalui proses destilasi (penyulingan), dan pemecahan (cracking). Hasil

yang diperoleh dapat berupa bensin, premium, kerosin, solar, minyak diesel, dan

bahan bakar lain. Perbedaan antara jenis-jenis bahan bakar ini dapat dilihat dari

kurva destikasi. Kurva destilasi diperoleh dengan memanaskan perlahan-lahan

sejumlah bahan bakar hingga menguap, kemudian mengembangkannya dan

memisahkan uap yang tertinggal. Penyulingan yang dilakukan pada minyak

mentah dapat menghasilkan berbagai kualitas minyak terhadap pembakaran

maupun energi yang dihasilkan oleh pembakaran minyak tersebut. Hal ini

dilakukan agar dalam pemakaian disesuaikan terhadap karakteristik peralatan

yang digunakan dengan kepentingan yang diharapkan.

38

Gambar 1: kurva destilasi untuk bahan bakar hidrokarbon

Gambar 2: Skema eksplorasi minyak dan alat penyulingan.

39

Tabel 3. Fraksi hidrokarbon hasil penyulinagn minyak bumi

Fraksi Ukuran Molekul Titik Didih (0C) Kegunaan

Gas

Eter petroleum

Bensin

(gasoline)

Kerosin,

minyak

diesel/solar

Minyak

pelumas

Parafin

Aspal

C1-C5

C5-C7

C5-C12

C12-C18

C16 ke atas

C20 ke atas

C25 ke atas

-160-30

30-90

30-200

180-400

350 ke atas

merupakan zat padat

dengan titik cair

rendah

residu

Bahan bakar (LPG)

Sumber hidrogen

Pelarut, binatu

kimia (dry cleaning)

Bahan bakar motor

Bahan bakar mesin

diesel

Bahan bakar

industri untuk

cracking

Pelumas

Membuat lilin dan

lain-lain

Bahan bakar dan

untuk pelapis jalan

raya.

Bahan bakar yang berbentuk gas, dapat diperoleh dari sumber-sumber gas

alam dan proses pengolahan. Beberapa jenis hidrokarbon dalam endapan minyak

tanah terdapat dalam bentuk gas pada tekanan atmosfer. Contoh yang umum

dijumpai adalah metana (CH4) yang dikenal sebagai gas rawa. Tetapi bahan bakar

gas yang paling banyak digunakan adalah yang diperoleh dari pemanasan batu

bara dan proses pembuatan berupa gas bio.

40

Proses pembakaran bahan bakar selalu menghasilkan heat energi atau

energi panas dan gas bekas yang dalam hal ini merupakan faktor/unsur-unsur

tambahan yang ada pada setiap bahan bakar. Adanya unsur yang demikian sangat

mempengaruhi panas yang dihasilkan beserta kadar abu sisa pembakaran. Panas

tersebut biasa dihitung dalam satuan kalori atau kilo kalori, yang apabila diubah

menjadi suatu bentuk usaha disebut tara kalor mekanik. Besaran kesetaraannya

adalah bahwa untuk setiap kilo kalori dapat menghasilkan usaha kilogram meter

sebesar 427 kgm, disingkat 1kkal = 427 kgm.

Adapun unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar di dapati

sangat kecil bila dibandingkan dengan dua unsur di atas. Namun demikian dapat

menentukan proses pembakaran yang sedang berlangsung. Hal ini disebabkan

unsur-unsur tadi ada yang menguntungkan (memperbesar nilai-nilai pembakaran)

dan ada yang tidak menguntungkan (terjadi reduksi panas). Unsur-unsur yang

dimaksud adalah: (1) Sulphur (S), (2) Oksigen (O2), (3) Hydrogen (H2), dan (4)

Air (H2o). Dengan demikian setiap 1 kg bahan bakar mengandung unsur-unsur

Karbon (zat arang), Hydrogen (zat air), Sulphur (belerang), Oksigen (zat asam),

Nitrogen (zat lemas) dan air.

Table 4. Unsur-unsur yang terkandung dalam bahan bakar.

Unsur-unsur dalam bahan bakar Simbol Berat atom Berat

Molekul

Carbon (zat arang)

Hydrogen (zat air)

Sulphur (belerang)

Oksigen (zat asam)

Nitrogen (zat lemas)

Water (air)

C

H2Sebab

O2N2H2O

12

1

32

16

14

-

-

2

-

32

28

18

41

C. Udara. Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara

terdapat zat pembakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja

tetapi juga gas lain. Prosentase menurut volume gas-gas yang terkandung pada

udara:

a. zat pembakar (zat asam) 21 % b. zat lemas (nitrogen) 79 % c. gas + kotoran 1 % Prosentase menurut beratnya gas-gas yang terkandung dalam udara:

a. zat pembakar (zat asam) 23,2 % b. zat lemas (nitrogen) 76,8 % c. gas lain + kotoran 1 %.

Udara yang dimasukkan untuk proses pembakaran harus sesuia dengan

kebutuhan agar didapat campuran yang baik antara bahan bakar dan udara. Oleh

karena itu mengetahui kebutuhan udara dalam proses pembakaran merupakan hal

yang sangat penting.

D. Kebutuhan Udara dalam Bahan Bakar. Kebutuhan udara tergantung dari unsur-unsur yang ada dalam bahan

bakar. Apabila 1 kg bahan bakar mengandung unsur C %, H %, dan S %, maka:

1. Untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 322 kg O2 atau 11,5 kg udara

Reaksi pembakaran : C(s) + O2 (g) CO2 (g) + panas 2. Untuk pembakaran 1 kg H dibutuhkan 8 kg O2 atau 34,5 kg udara

Reaksi pembakaran : 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O(l) 3. Untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 1 kg O2 atau 4,3 kg udara

Reaksi Pembakaran : S(s) + O2 (g) SO2 (g)

42

Jadi kebutuhan O2 untuk pembakaran bahan bakar yang mengandung C %,

H2 %, dan S % adalah = 2 C + 8 H2 + S kg, kebutuhan O2 sebenarnya adalah

kebutuhan O2 teoritis dikurangi O2 yang terkandung dalam bahan bakar.

Kebutuhan O2 sebenarnya untuk setiap kg udara adalah:

25,5 % {(2 C + 8 H2 + S)} O2} kg.

Kebutuhan udara untuk pembakaran adalah:

Gu = 233,01 {(2 C + 8 H2 + S)} O2} kg.

Atau

Gu = {(11,5 C + 3,4 H2 + 4,3 S)} 4,3 O2} kg.

E. Proses Pembakaran dengan Analisa Massa dan Analisa Volume. 1. Pembakaran Hidrogen

Reaksi Pembakaran : 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2 OAnalisa massa:

Berat atom Hidrogen (H) = 1, Massa Hidrogen dalam proses 2 x 2 = 4

Berat atom Oksigen (O) = 16, Massa Oksigen dalam proses 2 x 16 =32

Massa air adalah 2 x (2 + 16) = 36, Dengan demikian dapat ditulis:

4 massa H2 direaksikan dengan 32 massa O2 menghasilkan 36 massa H2O

atau 1 massa H2 direaksikan dengan 8 massa O2 menghasilkan 9 massa H2O

Untuk perbandingan 1 kg H2 menjadi:

1 kg H2 + 8 kg O2 9 kg H2O Kebutuhan udara untuk pembakaran 1 kg H2 adalah:

Oksigen 23,3 % untuk pembakaran 8 kg O2

= 233,08

= 34,5 kg Udara.

Dari 34,5 kg udara terdapat 8 kg O2 maka besarnya nitrogen adalah

= 34,5 kg 8 = 26,5 kg N2

43

Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg H2 dibutuhkan 34,5 kg

udara akan menghasilkan 9 kg H2O dengan 26,5 kg zat lemas (nitrogen)

Analisa volume:

Reaksi pembakaran : 2 H2 + O2 2 H2 O Menurut Avogadro perbandingan besarnya molekul sama dengan

perbandingan volume, maka reaksi pembakaran dapat ditulis:

1 m3 H2 + 0,5 m3 O2 1 m3 H2 O Udara terdapat 21 % dari volume maka kebutuhan 0,5 O2 dibutuhkan udara

= 21,05,0

= 2,38 m3

Dengan demikian nitrogen yang dihasilkan

= 2,38 m3 0,5 m3

= 1,88 m3 N2

Untuk pembakaran 1 m3 H2 akan menghasilkan 1 m3 H2 O, dan 1,88 m3 N2 .

2. Pembakaran Carbon

Analisa massa :

Reaksi Pembakaran : C + O2 CO2 Berdasarkan massa: {12} + {(2 x 16)} {12 + (2 x 16)} Atau 1 + 2 kg = 3 kg CO2

Untuk 2 kg O2 membutuhkan udara sebesar

= 233.0322

kg

= 11,5 kg

44

Besarnya nitrogen yang dihasilkan

= 11,5 2

= 11,5 2,66

= 8,84 kg

Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 11,5 kg udara akan

menghasilkan 3,66 kg CO2 dengan 8,84 kg zat lemas (nitrogen)

Analisa volume :

Reaksi pembakaran : C + O2 CO2Berdasarkan volume 1 m3 C + 1 m3 O2 1 m3 CO21 m3 O2 dibutuhkan udara sebesar 1 / 0,21 = 4,76 m3

Nitrogen yang dihasilkan 4,476 1 = 3,76 m3

Dengan demikian untuk membakar 1 m3 C dibutuhkan 4,76 m3 udara

menghasilkan 1 m3 CO2 dan 3,76 m3 N2

3. Pembakaran Sulphur

Analisa massa

Reaksi Pembakaran : S + O2 SO2 Berdasarkan massa {32} + {2 x 16} {(32) + (2 x 16)} 32 + 32 64 1 + 1 2 Jadi 1 kg S + 1 kg O2 2 kg SO2 Untuk 1 kg O2 dibutuhkan udara sebanyak:

1 / 0,233 = 4,3 kg

Besarnya nitrogen = 4,3 1 = 3,3 kg

Dengan demikian 1 kg S + 4,3 kg udara 2 kg SO2 + 3,3 kg N2

45

Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 4,3 kg udara akan

menghasilkan 2 kg SO2 dengan 3,3 kg zat lemas (nitrogen)

Analisa volume

Reaksi pembakaran : S + O2 SO2 Berdasarkan volume 1 m3 S + 1 m3 O2 2 m3 SO2 1 m3 O2 dibutuhkan udara sebesar

1 / 0,21 = 4,76 m3

Jumlah nitrogen yang terdapat dalam udara pembakar : 4,76 1 = 3,76 m3

Dengan demikian 4,76 m3 udara untuk membakar 1 m3 sulphur akan

menghasilkan 2 m3 SO2 ditambah hasil 3,76 m3 nitrogen (N2)

Ringkasan/simpulan

Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan

bakar dengan zat asam yang menghasilkan panas dan disebut heat energy. Oleh

karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu

yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran.

Unsur-unsur yang ada dalam bahan bakar adalah: (1) Sulphur (S), (2)

Oksigen (O2), (3) Hydrogen (H2), dan (4) Air (H2o). Dengan demikian setiap 1 kg

bahan bakar mengandung unsur-unsur Karbon (zat arang), Hydrogen (zat air),

Sulphur (belerang), Oksigen (zat asam), Nitrogen (zat lemas) dan air.

Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara

terdapat zat pembakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja

tetapi juga gas lain.

46

BAB IV. ANALISA PEMBAKARAN

Nomenklatur atau penamaan senyawa hidrokarbon berdasar konggres di Geneva Switzerland pada tahun 1892, disebut dengan penamaan sistim Geneva. Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling sederhana, yaitu senyawa hidrokarbon beratom C satu sampai molekul yang beratom C empat atau lebih, adalah memiliki nama yang khusus. Suatu reaksi kimia adalah proses dimana ikatan atom di dalam molekul zat-zat yang bereaksi dipecahkan diikuti oleh penyusunan kembali atom-atom tersebut dalam kombinasi molekul baru.

Pembakaran stoikiometrik adalah pembakaran dimana semua atom-atom hidrogen diubah menjadi H2O dan semua atom zat arang diubah menjadi CO2. Gas hasil pembakaran ditentukan oleh reaksi pembakaran unsur-unsurnya. Kandungan unsur-unsur pada senyawa pembakaran tergantung pada persamaan rumus kimia yang ada pada bahan yang bereakasi.

Polusi adalah terjadinya pencemaran yang menyebabkan rusaknya ekologi lingkungan dan kelestarian alam, karena adanya suatu bahan dalam konsentrasi ambang batas. Ada tiga komponen pokok dapat disebut sebagai pencemaran, yaitu: (1) lingkungan yang terkena adalah lingkungan hidup manusia, (2) yang terkena dampak negatif secara langsung adalah manusianya, dan (3) di dalam lingkungan tersebut terdapat bahan yang berbahaya akibat dari aktivitas manusia.

DESKRIPSI:

Materi dalam bab IV. akan dipelajari tentang: (1) Nomenklatur senyawa hidrokarbon, (2) Persamaan reaksi pembakaran, (3) Emisi gas buang, dan (4) Pengaruh emisi gas buang bagi lingkungan.

TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS

Setelah mempelajari materi pada bab 1V. ini maka mahasiswa dapat: (1) mengetahui komposisi struktur bahan bakar dengan nomenklatur senyawa hidrokarbon, (2) memahami persamaan reaksi pembakaran, (3) menyebutkan emisi gas buang, dan (4) mengetahui pengaruh emisi gas buang bagi lingkungan.

47

BAB IV. ANALISA PEMBAKARAN

A. Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon

Nomenklatur atau penamaan senyawa hidrokarbon yang biasa dipakai

dalam komposisi kimia berdasar pada hasil kongres di Geneva Switzerland pada

tahun 1892, sehingga hal ini terkenal disebut dengan penamaan sistim Geneva.

Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling sederhana,

yaitu senyawa hidrokarbon beratom C satu sampai molekul yang beratom C empat

adalah memiliki nama yang khusus:

Untuk n = 1, dinamakan metana dan rumus molekulnya CH4 n = 2, dinamakan etana dan rumus molekulnya C2H6 n = 3, dinamakan propana dan rumus molekulnya C3H8 n = 4, dinamakan butana dan rumus molekulnya C4H10

Kemudian selanjutnya, mulai senyawa hidrokarbon yang beratom C lima,

yaitu disebut alkana sampai dengan berikutnya penamaan menggunakan bilangan

yunani (bilangan latin) dengan menambahkan akhiran ana misalnya yang

beratom C enam disebut heksana (C6H14) dan seterusnya. Kadang-kadang

penamaan untuk hidrokarbon bercabang diberinama sebagai derivatif dari metana,

dimana hidrogen disubtitusi dengan gugusan alkil. Sebagai contoh dapat dilihat

pada rumus senyawa hidrokarbon dengan atom C adalah lima (pentana ) dengan

rumus: C5H12. Adapun rumus strukturnya adalah sebagai berikut:

Nama pentana, n = 5 untuk atom C.

H H H H H

I I I I I

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

I I I I I

H H H H H

Isomer dengan pentana

48

H H H H H

I I I I H C H

H --- C ------ C ------C ----- C ----- H H I H

I I I I H C --- C --- C H

H HCH H H H I H

H H C H

H

Iso pentana Neo pentana

2 metil butana 2, 2 dimetil propana

dimetil etil metana tetra metil metana

Apabila diperhatikan dari anggota deret metana, rumus satu dengan

lainnya, membentuk suatu deret yang masing-masing berbeda dengan CH2, dari

deret tersebut masing-masing mempunyai sifat fisika dan kimia yang sama disebut

deret homolok. Di samping itu dikenal pula adanya: (1) Atom C primer, yaitu

atom karbon tersebut hanya mengikat satu atom karbon lainnya, (2) Atom C

sekunder, yaitu atom karbon yang mengikat dua atom kartbon lainnya, (3) Atom

C tertyier, yaitu atom karbon yang mengikat tiga atom karbon lainnya, dan (4)

Atom C kwartener, yaitu atom karbon yang mengikat empat atom karbon lainnya.

Contoh:

C C 1 = atom C primer

4 I I 2 = atom C sekunder

C ----- C ----- C ------ C ----- C ----- C 3 = atom C tertier

I 3 2 1 4 = atom C kwartener

C

Apabila suatu hidro karbon (alkana) kehilangan satu atom hidrogen, maka

membentuk suatu gugus yang disebut gugus radikal. Gugus radikal yang demikian

dinamakan gugus alkil. Gugus radikal yang lazim adalah:

49

CH3 lazim disebut gugus metil.

CH3 CH 2 disebut gugus etil.

CH3 CH 2 CH 2 disebut gugus n profil .

CH3 CH - adalah gugus isopropil

CH3

CH3 CH 2 CH 2 CH 2 adalah gugus n butil.

CH3 CH 2 CH CH 3 adalah gugus sekunder butil.

CH3 CH CH adalah gugus isobutil.

I

CH3

CH3

I

CH 3 --- C --- adalah gugus tertier butil.

I

CH3 Penulisan dalam senyawa-senyawa organik gugus alkil tersebut biasanya ditulis

dengan lambang huruf R, yang artinya radikal.

CH C H2

HC C -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- HC CH -- CH2 -- CH2 CH3

HC CH C H2 CH2 CH C H2

Ikatan aromatik Ikatan naftanik

50

Rumus bangun suatu molekul hidrokarbon kompleks.

1-(3 fenil propil ) 3 propil siklo eksana yang meliputi satu ikatan aromatik

satu ikatan naftenik dan rantai panjang parafin.

B. Pembakaran

Analisis proksimat dari zat arang menghasilkan prosentase air,zat-zat yang

dapat menguap, karbon yang tetap (tak dapat bereaksi). Analisis ultimat dapat

memberikan jumlah prosentase zat arang, hidrogen, oksigen, belerang, nitrogen

yang dapat dinyatakan dengan dasar basah (as received) atau kering, yaitu

dengan uap yang ditentukan dalam analisis proksimat tidak disertakan.

Persamaan Stoikiometrik

Suatu reaksi kimia adalah proses dimana ikatan atom didalam molekul-

molekul zat-zat yang bereaksi dipecahkan,diikuti oleh penyusunan kembali atom-

atom tersebut dalam kombinasi molekul yang baru. Pembakaran stoikiometrik

adalah pembakaran dimana semua atom-atom hidrogen diubah menjadi H2O dan

semua atom zat arang diubah menjadi CO2.

Jadi untuk metana , CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

Persamaan diatas menyatakan bahwa satu mol metana bereaksi dengan

dua mol oksigen dan membentuk satu mol karbondioksida dan air. Proses

pembakaran oksigen diasalurkan sebagai udara dan bukan dalam bentuk

murni.Berdasarkan volume udara mengandung 21% oksigen dan 79% nitrogen

yaitu untuk tiap mol oksigen terdapat 79 / 21 = (3.76 mol nitrogen), sehigga

reaksinya ditulis :

CH4 + {2 O2 + 2 (3.76) N2 } CO2 + 2 H2O + 7.52 N2

Berdasarkan dari persamaan diatas atom karbon diubah menjadi CO2 dan semua

atom hidrogen menjadi H2O dengan bersenyawa dengan oksigen dari udara.

Jumlah udara minimum yang memberikan oksigen yang cukup untuk

dioksidasi lengkap dari semua karbon,hidrogen,dan elemen-elemen yanh dapat

terbakar didalam bahan bakar yang sering disebut udara teoretis. Secara teoretis

pembakaran adalah perbandingan udara terhadap bahan bakar (air fuel ratio) yaitu

51

perbandingan antara massa udara dengan massa bahan bakar. Sebagai salah satu

contoh dalam persamaan stoikiometrik adalah sebagai berikut :

1. Tentukan perbandingan udara / bahan bakar stoikiometrik dan produk-

produk pembakaran oktana,C8H18.

2. Bandingkan analisis molar dari produk pembakarannya dengan produk

yang diperileh bila C8H18 dibakar dengan 200% udara teoretis.

Penyelesaian :

1. Perbandingan udara bahan bakar stoikiometrik diperoleh dari persamaan ;

C8H18 + 12.5 O2 + {12.5 (3.76)N2 } 8CO2 + 9 H2O + 47 H2Jumlah udara persatuan massa bahan bakar :

11428x47 325,12 +x =15 lbm udara / lbm bahan bakar.

Analisis molar dari produk pembakaran untuk pembakaran stoikiometrik :

Jumlah mol Prosetase volume CO2 8 12.5 H2O 9 14 N2 47 73.5

2. Persamaan pembakaran dengan 200% udara teoretis ;

C8H18 + 2 (12,5)O2 + 2 (12,5 + 3,76)N2 8 CO2 + 9H2 + 12,5 O2 + 94 N2 Analisis volumetrik dari produk pembakaran :

N X1 CO2 8 6,5 H2O 9 7,3 O2 12,5 10,1

Contoh ;

Analisis volumetrik dari suatu gas adalah 26% CO ,12% H2, 72% dan 55%

N2, udara sejumlah 1,3 ft3 digunakan untuk pembakaran tiap ft3 gas.

Berapa besar temperatur minimum yang diperbolehkan pada tiap

permukaan yang berhubunga dangan gas produk pembakaran supaya tidak

terjadi konbdensasi?

Penyelesaian ;

52

Reaksi ;

0.26 mol CO + 0,13 mol O2 = 0,26 mol CO2 0,12 mol H2 + 0,06 mol O2 = 0,12 mol NO

produk pembakaran ;

CO2 = 0,26 mol (dari pembakaran CO) + 0,07 mol (bersama-sama bahan

bakar) = 0,33 mol.

H2O = 0,12 mol ( dari pembakaran H2 )

O2 = 1,2 x 0,21 mol (dari udara ) 0,19 mol (digunakan oksidasi CO

dan H2 )

N2 = 1,2 x 0,79 mol (dari udara) + 0,55 mol (dari bahan bakar)

= 1,449 mol.

Jumlah mol produk = 0,33 + 0,12 + 0,062 + 1,494 = 2,011 mol.

Tekanan persial uap H2O ;

011,212,0 =14,7 =0,876 psia.

3. Pembakaran Hidrogen

Pembakaran dari hidrogen dengan oksigen menghasilkan air. Proses

pembakaran ini dapat ditulis:

2 H2 + O2 = 2 H2O.

a. Analisa Massa.

Berat atom hidrogen (H) = 1, analisa massa hidrogen dalam proses = 2

x 2 = 4

Barat atom oksigen (O) = 16; maka massa oksigen dalam proses = 2 x

16 = 32.

Masa air adalah: = 2 x ( 2+16 ) = 36

Dengan demikian dapat ditulis:

4 massa H2 dicampur dengan 32 massa O2 = 36 massa H2O

atau:

1 massa H2 ditambah 8 massa O2 = 9 massa H2 O.

Untuk perbandingan 1 kg H2 menjadi:

1 kg H2 + 8 kg O2 = 9 kg H2 O

53

oksigen terdapat dalam udara sebesar 23,2% dari massa, sedang dalam

pembakaran 1kg H2 dibutuhkan 8kg O2..

Kebutuhan udara untuk pembakaran 1kg H2 adalah = 8/0,232 =

34,5kg.

Dari 34,5 kg udara terdapat 8kg O2 , maka besarnya nitrogen adalah:

= 34,5 8 = 26,5kg.

Dengan demikian untuk pembakaran 1kg H2 dibutuhkan 34,5kg udara

akan menghasilkan 9kg air dengan 26,5kg zat lemas (nitrogen ).

b. Analisa Volume

Pembakaran hidrogen dengan oksigen adalah:

2 H 2 + O2 = 2 H2 O

Dari 2 H2 adalah 2 molekul H2 .

O2 adalah 1 molekul O2 .

2 H2O adalah 2 molekul H2 O .

Menurut Avogadro perbandingan besarnya molekul sama dengan

perbandingan volume, maka pada pembakaran ini dapat ditulis

1 m2 H2 + 0,5 m3 O2 = 1 m3 H2 O .

artinya pembakaran 1 m3 H2 dibutuhkan 0,5 m3 O2 akan menghasilkan

1,5 m3 gas dan 1 m3 air.

Udara terdapat 21 % O2 dari volume, maka kebutuhan 0,5 O2

dibutuhkan udara.

= 0,5 / 0,21 = 2,38 m3.

Dengan demikian Nitrogen yang dihasilkan

= 2,38 0,5 = 1,88 m3 N2 .

Jadi dari analisa volume, untuk pembakaran 1 m3 H2 akan

menghasilkan 1 m3 H2 O dan 1,88 m3 N2.

54

C. Emisi Gas Buang Gas hasil pembakaran bahan bakar dapat ditentukan oleh reaksi

pembakaran unsur-unsurnya. Kandungan unsur-unsur pada senyawa pembakaran

tergantung pada persamaan rumus kimia yang ada pada bahan yang bereakasi.

Pembakaran 1 kg C menghasilkan 3,66 kg CO2 dan 8,64 kg N2.

Pembakaran 1 kg H2 menghasilkan 9 kg H2O dan 26, 5 kg N2.

Pembakaran 1 kg S menghasilkan 2 kg SO2 dan 3,3 kg N2.

Apabila bahan-bahan mengandung O2, maka juga mengandung N2 sebesar

232,1768,0 = x massa O2.

Atau = 3,3 x massa O2.

Untuk mudahnya diambil contoh seperti dibawah ini.

Contoh 1 :

1 kg bahan bakar mengandung 82 % C, 12 % H2.

2 % O2 , 1 % S dan 3 % N2.

Tentukan gas-gas hasil pembakaran dan prosentasenya.

Jawab :

Untuk unsur C mendapat CO2 = 0,82. (3,66)= 3,01 kg.

N2 = 0,82. (8,64)= 7,25