Nilai Kalor ( Nilai Pembakaran) atau HV ( Heating Value) adalah  jumlah panas yang dikeluarkan oleh 1kg bahan bakar bila bahan bakar tersebut dibakar. Pada gas hasil pembakaran terdapat H2O dalam bentuk uap atau cairan. Dengan demikian nilai pembakaran bila H2O yang terbentuk berupa uap akan lebih kecil bila dibandingkan dengan H2O yang terbentuk sebagai cairan. Berarti ada 2 macam Nilai Pembakaran yaitu Nilai Pembakaran Atas (NPA) atau HHV dan Nilai Pembakaran Bawah (NPB) atau LHV.

1.    NPA atau HHV adalah :

Nilai Pembakaran bila didalam gas hasil pembakaran terdapat H2O berebentuk cairan

2.    NPB atau LHV adalah:

Yaitu Nilai Pembakaran bila didalam gas hasil pembakaran terdapat H2O berbentuk gas.

Prinsip pembakaran bahan bakar sejatinya adalah reaksi kimia bahan bakar dengan oksigen (O). Kebanyakan bahan bakar mengandung unsur Karbon (C), Hidrogen (H) dan Belerang (S).  Akan tetapi yang memiliki kontribusi yang penting terhadap energi yang dilepaskan adalah C dan H.  Masing-masing bahan bakar mempunyai kandungan unsur C dan H yang berbeda-beda.

            Proses pembakaran terdiri dari dua jenis yaitu pembakaran lengkap (complete combustion) dan pembakaran tidak lengkap (incomplete combustion). Pembakaran sempurna terjadi apabila seluruh unsur C yang bereaksi dengan oksigen hanya akan menghasilkan CO2, seluruh unsur H menghasilkan H2O dan seluruh S menghasilkan SO2. Sedangkan pembakaran tak sempurna terjadi apabila seluruh unsur C yang dikandung dalam bahan bakar bereaksi dengan oksigen dan gas yang dihasilkan tidak seluruhnya CO2. Keberadaan CO pada hasil pembakaran menunjukkan bahwa pembakaran berlangsung secara tidak lengkap.

            Jumlah energi yang dilepaskan pada proses pembakaran dinyatakan sebagai entalpi pembakaran yang merupakan beda entalpi antara produk dan reaktan dari proses pembakaran sempurna.  Entalpi pembakaran ini dapat dinyatakan sebagai Higher Heating Value (HHV) atau Lower Heating Value (LHV).  HHV diperoleh ketika seluruh air hasil pembakaran dalam wujud cair sedangkan LHV diperoleh ketika seluruh air hasil pembakaran dalam bentuk uap.

            Pada umumnya pembakaran tidak menggunakan oksigen murni melainkan memanfaatkan oksigen yang ada di udara.  Jumlah udara minimum yang diperlukan untuk menghasilkan pembakaran lengkap disebut sebagai jumlah udara teoritis (atau stoikiometrik).  Akan tetapi pada kenyataannya untuk pembakaran lengkap udara yang dibutuhkan melebihi jumlah udara teoritis.   Kelebihan udara dari jumlah udara teoritis disebut sebagai excess air yang umumnya dinyatakan dalam persen. Parameter yang sering digunakan untuk mengkuantifikasi jumlah udara dan bahan bakar pada proses pembakaran tertentu adalah rasio udara-bahan bakar.  Apabila pembakaran lengkap terjadi ketika jumlah udara sama dengan jumlah udara teoritis maka pembakaran disebut sebagai pembakaran sempurna.

Nilai kalori merupakan nilai panas yang dihasilkan dari pembakaran sempurna suatu zat pada suhu tertentu.

Reaksi pembakaran sempurna hydrocarbon seperti ini:

HHV dan LHV adalah notasi theoretical, hanya dipakai untuk indikasi dan tidak menunjukkan kondisi yang sebenarnya dalam praktek. Alasannya bahan bakar dan gas hasil pembakaran tidak pernah berada pada temperatur yang sama sesuai asumsi yang dipakai untuk perhitungan HHV dan LHV. Dalam praktek, energi yang bisa kita peroleh dari pembakaran bahan bakar akan selalu lebih kecil dari HHV atau LHV, karena ada energi dalam bentuk panas yang dibawa pergi oleh gas hasil pembakaran. Itulah sebabnya efisiensi semua mesin konversi energi (steam power plant, internal combustion engine, gas turbine) tidak pernah bisa 100 %.

Jadi HHV dan LHV sama sekali tidak ada hubungannya dengan fase dari bahan bakarnya, baik bahan bakar padat maupun cair, sama-sama punya HHV dan LHV. Kalau soal gampang atau susahnya membakar, juga tidak ada hubungannya dengan HHV & LVH. Karena, pembakaran itu proses eksotermis, jadi tidak mengambil panas (energi) dari lingkungan justru memberikan panas ke lingkungan. Sebenarnya yang bisa dibakar itu adalah fase gas, kalau ada bahan bakar cair, maka harus terbentuk cukup uap di atas permukaannya supaya bisa memulai pembakaran. Kalau kita mulai dari temperatur ambient, untuk bahan bakar cair tertentu, misalnya diesel oil, mesti diberikan suhu yang cukup supaya tekanan uapnya cukup tinggi untuk membentuk fase uap yang bisa dibakar

Rumus Dulong & Petit untuk menghitung Nilai Panas

M = Moinsture (kebasahan)

Jumlah kebutuhan udara untuk proses pembakaran juga dapat dihitung dengan persamaan pembakaran.

Komposisi udara = 21 % O2 dan 79 % N2 dll dalam Volume atau dalam komposisi berat ; 23,2 % O2 dan 76,8 % N2 dll.

Higher (HHV) and Lower (LHV) Heating values of some common fuels

Fuel HHVMJ/kg

HHVBTU/lb

HHVKJ/mol

LHVMJ/kg

Hydrogen 141.80 61,000 286 119.96Methane 55.50 23,900 889 50.00Ethane 51.90 22,400 1,560 47.80

Propane 50.35 21,700 2,220 46.35Butane 49.50 20,900 2,877 45.75Pentane 48.60 21,876 3,507 45.35

Kerosene 46.20 19,862 43.00Diesel 44.80 19,300 43.4Coal 

(Anthracite)32.50 14,000

Coal (Lignite) 15.00 8,000Wood (MAF) 21.7 8,700

Wood fuel 24.2 9,142 17.0Peat (damp) 6.00 2,500Peat (dry) 15.00 6.500

Higher heating value of some less common fuels Tabel

Fuel HHV MJ/kg BTU/lb kJ/molMethanol 22.7 9,800 726.0Ethanol 29.7 12,800 1,300.0

1-Propanol 33.6 14,500 2,020.0Acetylene 49.9 21,500 1,300.0Benzene 41.8 18,000 3,270.0

Ammonia 22.5 9,690 382.6Hydrazine 19.4 8,370 622.0Hexamine 30.0 12,900 4,200.0

Carbon 32.8 14,100 393.5

DENSITAS

Densitas didefinisikan sebagai perbandingan massa bahan bakar terhadap volum bahan bakar pada suhu acuan 15°C. Densitas diukur dengan suatu alat yang disebut hydrometer. Pengetahuan mengenai densitas ini berguna untuk penghitungan kuantitatif dan pengkajian kualitas penyalaan. Satuan densitas adalah kg/m3 .

Specific gravity

Didefinisikan sebagai perbandingan berat dari sejumlah volum minyak bakar terhadap berat air untuk volum yang sama pada suhu tertentu. Densitas bahan bakar, relatif terhadap air, disebut specific gravity. Specific gravity air ditentukan sama dengan 1. Karena specific gravity adalah perbandingan, maka tidak memiliki satuan. Pengukuran specific gravity biasanya dilakukan dengan hydrometer. Specific gravity digunakan dalam penghitungan yang melibatkan berat dan volum. Specific gravity untuk berbagai bahan bakar minyak diberikan dalam tabel dibawah:

Tabel 1. Specific gravity berbagai bahan bakar minyak

Viskositas

Viskositas ialah nilai yang diukur dari daya hambatan aliran yang dialami suatu fluida pada suatu tekanan tertentu, biasanya sering disebut kekentalan atau penolakan terhadap penuangan. Contoh sederhananya yaitu membandingkan air dengan oli, tentu air akan lebih cepat mengalir jika dibandingakan dengan oli, dikarenakan kekentalan yang dimiliki oli lebih tinggi dari air. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa semakin tinggi vikositas suatu cairan maka semakin susah cairan tersebut untuk bergerak mengair begitupun sebaliknya.

Viskositas suatu fluida merupakan ukuran resistansi bahan terhadap aliran. Viskositas tergantung pada suhu dan berkurang dengan naiknya suhu. Viskositas diukur dengan Stokes / Centistokes. Kadang-kadang viskositas juga diukur dalam Engler, Saybolt atau Redwood. Tiap jenis minyak bakar memiliki hubungan suhu – viskositas tersendiri. Pengukuran viskositas dilakukan dengan suatu alat yang disebut Viskometer.

Viskositas merupakan sifat yang sangat penting dalam penyimpanan dan penggunaan bahan bakar minyak. Viskositas mempengaruhi derajat pemanasan awal yang diperlukan untuk handling, penyimpanan dan atomisasi yang memuaskan. Jika minyak terlalu kental,maka akan menyulitkan dalam pemompaan, sulit untuk menyalakan burner, dan sulit dialirkan. Atomisasi yang jelek akam mengakibatkan terjadinya pembentukan endapan

Bahan bakar minyak

L.D.O (Minyak Diesel Ringan)

Minyak Tungku/

Furnace Oil

L.S.H.S (Low Sulphur Heavy Stock)

Specific Gravity

0,85 - 0,87 0,89 - 0,95 0,88 - 0,98

karbon pada ujung burner atau pada dinding-dinding. Oleh karena itu pemanasan awal penting untuk atomisasi yang tepat.

Titik Nyala (fire and flash point)

Flash point adalah temperatur dimana fraksi akan menguap dan menimbulkan api bila terkena percikan api dan kemudian mati dengan sendirinya dengan rentan waktu yang cepat. Hal ini disebabkan karena pada kondisi tersebut belum mampu untuk  membuat bahan bakar bereaksi dan menghaslikan api yang kontiniu

Flash point dapat ditentukan dengan melakukan pemanasan yang tetap terhadap suatu fraksi bahan bakar, setelah mencapai titik suhu tertentu maka fraksi tersebut akan mengalami penguapan. Uap tersebut akan menyala jika sumber api di arahkan pada uap tersebut sehingga akan menimbulkan percikan api dan akan padam dengan sendirinya akibat adanya tekanan uap dari bawahnya. jadi dengan kata lain, semakin tinggi flash point suatu fraksi maka akan sulit untuk terbakar begitupun jika fraksi memiliki flash point rendah berarti akan mudah terjadi pembakaran. . Titik nyala untuk minyak tungku/ furnace oil adalah 66oC.

Panas jenis (specific heat)

Panas Jenis adalah jumlah kKal yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 kg minyak sebesar 1 0C. Satuan panas jenis adalah kkal/kg0C. Besarnya bervariasi mulai dari 0,22 hingga 0,28 tergantung pada specific gravity minyak. Panas jenis menentukan berapa banyak steam atau energi listrik yang digunakan untuk memanaskan minyak ke suhu yang dikehendaki. Minyak ringan memiliki panas jenis yang rendah, sedangkan minyak yang lebih berat memiliki panas jenis yang lebih tinggi.

Jumlah Sulfur (sulphur content)

Jumlah sulfur dalam bahan bakar minyak sangat tergantung pada sumber minyak mentah dan pada proses penyulingannya. Kandungan normal sulfur untuk residu bahan bakar minyak (minyak furnace) berada pada 2 - 4 %. Kandungan sulfur untuk berbagai bahan bakar minyak ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Persentase sulfur untuk berbagai bahan bakar minyak

Bahan bakar minyak Persen sulfur

Minyak Tanah 0,05 – 0,2

Minyak Diesel 0,05 – 0,25

L.D.O 0,5 – 1,8

Minyak Tungku/Furnace -

2,0 – 4,0

LSHS < 0,5

Kerugian utama dari adanya sulfur adalah resiko korosi oleh asam sulfat yang terbentuk selama dan sesudah pembakaran, dan pengembunan di cerobong asap, pemanas awal udara dan economizer.

Kadar Abu (ash content)

Kadar abu erat kaitannya dengan bahan inorganik atau garam dalam bahan bakar minyak. Kadar abu pada distilat bahan bakar diabaikan. Residu bahan bakar memiliki kadar abu yang tinggi. Garam-garam tersebut mungkin dalam bentuk senyawa sodium, vanadium, kalsium, magnesium, silikon, besi, alumunium, nikel, dll. Umumnya, kadar abu berada pada kisaran 0,03 – 0,07 %. Abu yang berlebihan dalam bahan bakar cair dapat menyebabkan pengendapan kotoran pada peralatan pembakaran. Abu memiliki pengaruh erosi pada ujung burner, menyebabkan kerusakan pada refraktori pada suhu tinggi dapat meningkatkan korosi suhu tinggi dan penyumbatan peralatan.

Residu Karbon (carbon residue)

Karbon  residu adalah kecenderungan suatu bahan bakar untuk membentuk deposit karbon  melalui proses kimia di bawah suhu tinggi dan dalam kondisi inert. Karbon residu dibedakan atas residu karbon dan coke (arang/kokas). Residu karbon tidak seluruhnya karbon sedangkan coke berasal dari pengubahan karbon karena proses pirolisis. Terdapat hubungan antara karbon residu dan oAPI gravity minyak dan juga konstituen aspaltik. Untuk (% massa) karbon residu tinggi, maka  semakin tinggi pula (% massa)  kandungan aspaltik, berarti minyak tersebut tidak mudah menguap (non volatil). Hal ini terutama dianggap sebagai produk sampingan dari pembakaran bahan bakar. Karbon Residu ialah partikel sisa dari produk bahan bakar yang tertransformasi. Ketika bensin dibakar dan digunakan oleh mesin kendaraan bermotor dalam proses evaporasi dan pirolisis akan menghasilkan pembuanganyang mengandung karbon monoksida dan kokas/arang.

Kadar Air (water content)

Kadar air minyak tungku/furnace pada saat pemasokan umumnya sangat rendah sebab produk disuling dalam kondisi panas. Batas maksimum 1% ditentukan sebagai standar. Air dapat berada dalam bentuk bebas atau emulsi dan dapat menyebabkan kerusakan dibagian dalam permukaan tungku selama pembakaran terutama jika mengandung garam terlarut. Air juga dapat menyebabkan percikan nyala api di ujung burner, yang dapat mematikan nyala api, menurunkan suhu nyala api atau memperlama penyalaan.

Spesifikasi khusus bahan bakar minyak terlihat pada tabel dibawah.

Tabel 4. Spesifikasi khusus bahan bakar minyak

Karakteristik Bahan Bakar MinyakMinyak Furnace L.S.H.S L.D.O

Masa Jenis (g/cc pada

150C)

0,89 - 0,95 0,88 - 0,98 0,85 - 0,87

Titik Nyala (0C)

66 93 66

Titik Tuang (0C)

20 72 18

G.C.V. (kKal/kg)

10.500 10.600 10.700

Endapan, % Berat Max.

0,25 0,25 0,1

Total Sulfur, % Berat, Max

Sampai 4,0 Sampai 0,5 Sampai 1,8

Kadar Air, % Vol. Max.

1,0 1,0 0,25

% Abu, Berat Max

0,1 0,1 0,02