Pembakaran dalam UDARA (O2 = 21%, N2 = 79%)

22222 )76.3( NOHCONOHC mn

222224

76.32

)76.3(4

Nm

nOHm

nCONOm

nHC mn

222224 52.72)76.3(2 NOHCONOCH

2222266 2.2836)76.3(5.7 NOHCONOHC

2Dari mana?

3

OksigenOksigen yangyang dibutuhkandibutuhkan dalamdalam pembakaranpembakaran biasanyabiasanyadisuplaidisuplai daridari udaraudara atmosferatmosfer yangyang merupakanmerupakan campurancampuranoksigen,oksigen, nitrogen,nitrogen, beberapabeberapa gasgas lainlain dandan uapuap airair.. JumlahJumlah gasgasdandan uapuap airair relatifrelatif kecilkecil sehinggasehingga dalamdalam perhitunganperhitunganpembakaranpembakaran biasanyabiasanya diabaikan,diabaikan, dandan yangyang tersisatersisa untukuntukdiperhitungkandiperhitungkan adalahadalah oksigenoksigen dandan nitrogennitrogen dengandengankomposisikomposisi::

BasisBasis massamassa 2323..33%% OO22 dandan 7676..77%% NN22

BasisBasis molarmolar atauatau volumetrikvolumetrik 2121%% OO22 dandan 7979%% NN22

SehinggaSehingga rasiorasio nitrogennitrogen :: oksigenoksigen adalahadalah33..2929 :: 11 dengandengan basisbasis massamassa33..7676 :: 11 dengandengan basisbasis molarmolar atauatau volumetrikvolumetrik

4

RasioRasio nitrogennitrogen :: oksigenoksigen dalamdalam udaraudara 33..2929 :: 11 dengandengan basisbasis massamassa33..7676 :: 11 dengandengan basisbasis molarmolar atauatau volumetrikvolumetrik

5

Soal no 1. 1 kmol etana (C2H6) dibakar dalam ruang bakardengan jumlah udara yang mengandung 10 kmol oksigen (O2).Jika produk pembakarannya CO2, H2O, O2, dan N2, tentukanpersamaan pembakaran dan massa udara & etana awal dalamruang bakar. Berapa massa tiap produk pembakaran setelahpembakaran selesai?

PersamaanPersamaan kimiakimia untukuntuk prosesproses pembakaranpembakaran iniini dapatdapat ditulisditulissbbsbb::

w,w, x,x, y,y, dandan zz merupakanmerupakan jumlahjumlah molmol yangyang tidaktidak diketahuidiketahui daridarigasgas dalamdalam produkproduk pembakaranpembakaran..

22222262 zNyOOxHwCO)N 3.76(O 10HC

6

(Soal no 1.)

SehinggaSehingga persamaanpersamaan pembakarannyapembakarannya menjadimenjadi::

22222262 N6.73O5.6O3H2CO)N 3.76(O 10HC

DenganDengan menerapkanmenerapkan konservasikonservasi massamassa untukuntuk tiaptiap elemen,elemen,menghasilkanmenghasilkan::CC :: 22 == ww ww == 22HH :: 66 == 22xx xx == 33OO :: 2020 == 22ww ++ xx ++ 22yy yy == 66..55NN22 :: 3737..66 == zz zz == 3737..66

7

(Soal no 1.)

22222262 N6.73O5.6O3H2CO)N 3.76(O 10HC

11 kmolkmol etanaetana == ((22xx1212)) ++ ((66xx11)) == 3030 kgkg1010 kmolkmol udaraudara == ((1010xx3232)) ++ ((1010xx33..7676xx2828)) == 13721372..88 kgkg

Selanjutnya,Selanjutnya, produkproduk--produkproduk pembakaranpembakaran sbbsbb::MassaMassa COCO22 == 22 xx 4444 == 8888 kgkgMassaMassa HH22OO == 33 xx 1818 == 5454 kgkgMassaMassa OO22 == 66..55 xx 3232 == 208208 kgkgMassaMassa NN22 == 3737..66 xx 2828 == 10521052..88 kgkg

Checking:

Total = 1402.8 kg

Total = 1402.8 kg

Kelebihan oksigen (O2) sebanyak 208 kg ada dalam campuran gas produk pembakaran. Dalam proses pembakaran ini, oksigen disuplai dalam jumlah lebih besar dari kebutuhan untuk menjamin terjadinya pembakaran yang sempurna.

8

Soal no 2. Tentukan rasio A/F stoikiometrik untuk pembakaransempurna batubara yang memiliki komposisi massa: 82% C; 5%H2; 6% O2; 2% N2; 1% S; dan 4% abu. Jelaskan analisis massaproduk pembakaran jika menggunakan analisis basah dananalisis kering. [Catatan: analisis basah mengasumsikanproduk H2O berupa uap air; sedangkan analisis keringmengasumsikan uap H2O terkondensasi dandikeluarkan dariproduk pembakaran]

UntukUntuk batubarabatubara dengandengan komposisikomposisi sepertiseperti didi atas,atas, prosesprosespembakaranpembakaran dandan produkproduk pembakarannyapembakarannya dapatdapat ditabulasikanditabulasikansepertiseperti dalamdalam tabeltabel didi bawahbawah iniini..

9

(Soal no 2.)Komponen Massa per kg

Bahan BakarPersamaan

PembakaranO2 yang diperlukan

per kg BB (kg)Produk per kg

BB (kg)

C

H2

O2

N2

S

Abu

0.82

0.05

0.06

0.02

0.01

0.04

C+O2CO2

12+32 44

2H2+O22H2O4+32 36

-

-

S+O2SO2

32+3264

-

0.82 x (32/12) = 2.187

0.05 x (32/4) = 0.4

-0.06

-

0.01 x (32/32) = 0.01

-

0.82 x (44/12) = 3.007

0.05 x (36/4) = 0.45

-

0.02

0.01x(64/32) = 0.02

-

Total = 2.537 kg O2

10

(Soal no 2.)

DariDari tabeltabel didi atasatas diperolehdiperoleh:: OO22 yangyang diperlukandiperlukan perper kgkg BBBBadalahadalah sebesarsebesar 22..537537 kgkg..

DenganDengan asumsiasumsi udaraudara mengandungmengandung 2323..33%% OO22 berbasisberbasis massamassa;;makamaka jumlahjumlah udaraudara yangyang dibutuhkandibutuhkan perper kgkg BBBB adalahadalah

SehinggaSehingga A/FA/F stoikiometrikstoikiometrik pembakaranpembakaran batubarabatubara iniini adalahadalah10.89 : 110.89 : 1

kg 10.89233.0

537.2

11

(Soal no 2.)

UntukUntuk melakukanmelakukan analisisanalisis basahbasah dandan keringkering produkproduk pembakaranpembakaran;; gunakangunakandatadata produkproduk pembakaranpembakaran padapada tabeltabel sebelumnyasebelumnya.. ProdukProduk COCO22,, HH22OO dandanSOSO22 samasama sepertiseperti dalamdalam tabeltabel..

ProdukProduk NN22 merupakanmerupakan jumlahjumlah totaltotal NN22 daridari udaraudara dandan daridari bahanbahan bakarbakar;;

NN22 == NN22 dalamdalam udaraudara ++ NN22 daridari bahanbahan bakarbakar== ((00..767767 xx 1010..8989)) kgkg ++ 00..0202 kgkg== 88..373373 kgkg

TotalTotal produkproduk pembakaranpembakaran untukuntuk analisisanalisis basahbasah::== COCO22 ++ HH22OO ++ NN22 ++ SOSO22 == 33..007007 ++ 00..4545 ++ 88..373373 ++ 00..0202== 1111..8585 kgkg

TotalTotal produkproduk pembakaranpembakaran untukuntuk analisisanalisis keringkering::== COCO22 ++ NN22 ++ SOSO22 == 33..007007 ++ 88..373373 ++ 00..0202== 1111..44 kgkg

12

(Soal no 2.)TabulasiTabulasi produkproduk pembakaranpembakaran dandan analisisanalisis basahbasah && keringkering produkprodukpembakaranpembakaran disajikandisajikan sepertiseperti berikutberikut iniini::

Produk Massa per kg BB Analisis basah (%)

Analisis kering (%)

COCO22 3.007 25.37 26.38

HH22O O 0.45 3.8 -

NN22 8.373 70.66 73.45

SOSO22 0.02 0.17 0.17

Prosentase produk pembakaran dengan memperhitungkan H2O.

Prosentase produk pembakaran tanpa memperhitungkan H2O.

13

Soal no 3. Dalam sebuah mesin uji mesin bensin digunakanbahan bakar dengan komposisi 85.5% C; 14.4% H2 dan 0.1% S.Tentukan equivalence ratio jika konsumsi udara dan bahanbakar selama pengujian adalah 1.5 kg/min dan 0.09 kg/min.Campuran tersebut “kaya” atau “miskin”?

DariDari datadata yangyang diketahui,diketahui, A/FA/F ratioratio aktualaktual dapatdapat dihitungdihitung::

A/FA/F ratioratio stoikiometrikstoikiometrik untukuntuk BBBB bensibensinn dalamdalam pengujianpengujiandihitungdihitung menggunakanmenggunakan tabulasitabulasi didi bawahbawah iniini..

1:67.1609.0

5.1

f

a

m

m

14

(Soal no 3.)

Komponen Massa per kg Bahan Bakar

PersamaanPembakaran

O2 yang diperlukan per kg BB (kg)

C

H2

S

0.75

0.25

0.001

C+O2CO2

12+32 44

2H2+O22H2O4+32 36

S+O2SO2

32+3264

0.855 x (32/12) = 2.280

0.144 x (32/4) = 1.152

0.001 x (32/32) = 0.001

Total = 3.433 kg O2

DariDari hasilhasil perhitunganperhitungan didi atas,atas, OO22 yangyang diperlukandiperlukan tiaptiap kgkg BBBBbensinbensin adalahadalah 33..433433 kgkg;; sehinggasehingga udaraudara yangyang diperlukandiperlukan tiaptiapkgkg BBBB bensinbensin adalahadalah

kg 14.73233.0

433.3

15

(Soal no 3.)

KekuatanKekuatan campurancampuran udaraudara--bahanbahan bakarbakar (mixture(mixture strength)strength)::

KarenaKarena nilainyanilainya kurangkurang daridari 100100%%,, makamaka campurancampuran tersebuttersebutmerupakanmerupakan campurancampuran ““miskinmiskin””..

DariDari hasilhasil perhitunganperhitungan didi atas,atas, OO22 yangyang diperlukandiperlukan tiaptiap kgkg BBBBbensinbensin adalahadalah 33..433433 kgkg;; sehinggasehingga udaraudara yangyang diperlukandiperlukan tiaptiapkgkg BBBB bensinbensin adalahadalah

kg 14.73233.0

433.3

%4.88884.016.67

14.73

ratio A/F

ratio A/Fstrength Mixture

actual

tricstoichiome

16

Soal no 4. Sebuah tungku bakar ketel uap disuplai bahan bakarmetana (CH4). Tentukan rasio A/F stoikiometrik. Jika rasio A/Faktualnya 20:1, tentukan analisis basah gas buang berbasisvolume produk pembakaran. [Catatan: analisis basahmengasumsikan produk H2O berupa uap air; sedangkananalisis kering mengasumsikan uap H2O terkondensasi dandikeluarkan dari produk pembakaran]

MassaMassa atomikatomik bahanbahan bakarbakar::CC :: 11 xx 1212 == 1212HH :: 44 xx 11 == 44

%% MassaMassa CC dalamdalam CHCH44 ==

%% MassaMassa HH dalamdalam CHCH44 ==

%75412

12

%25412

4

17

Tungku bakar boiler (ketel uap)

18

(Soal no 4.)

Komponen Massa per kg Bahan Bakar

PersamaanPembakaran

O2 yang diperlukan per kg BB (kg)

C

H2

0.75

0.25

C+O2CO2

12+32 44

2H2+O22H2O4+32 36

0.75 x (32/12) = 2.0

0.25 x (32/4) = 2.0

Total = 4.0 kg O2

DariDari hasilhasil perhitunganperhitungan didi atas,atas, OO22 yangyang diperlukandiperlukan tiaptiap kgkg BBBBbensinbensin adalahadalah 44..00 kgkg;; sehinggasehingga udaraudara yangyang diperlukandiperlukan tiaptiap kgkgBBBB bensinbensin adalahadalah

kg 17.17233.0

0.4

19

(Soal no 4.)

A/FA/F ratioratiostoikiometrikstoikiometrik == 1717..1717 :: 11A/FA/F ratioratioaktualaktual == 2020 :: 11

UdaraUdara yangyang disuplaidisuplai perper kgkg MetanaMetana adalahadalah 2020 kgkg..OO22 yangyang disuplaidisuplai perper kgkg MetanaMetana == 2020 xx 00..233233 == 44..6666 kgkg

KarenaKarena campurancampuran udaraudara--BBBB dalamdalam kondisikondisi “miskin”“miskin” makamaka bisabisakitakita asumsikanasumsikan pembakaranpembakaran terjaditerjadi secarasecara sempurnalsempurnal dandankelebihankelebihan oksigenoksigen akanakan terjaditerjadi padapada produkproduk pembakaranpembakaran::

KelebihanKelebihan OO22 == OO22 yangyang disuplaidisuplai –– OO22 dalamdalam pembakaranpembakaran== 44..6666 –– 44== 00..6666 kgkg

20

(Soal no 4.)

NitrogenNitrogen merupakanmerupakan gasgas inertinert;; masukmasuk dandan keluarkeluar tungkutungku bakarbakartanpatanpa mengalamimengalami perubahanperubahan..

NN22 yangyang disuplaidisuplai == 00..767767 xx 2020 == 1515..3434 kgkg

DariDari tabeltabel::

COCO22 dalamdalam produkproduk ==

HH22OO dalamdalam produkproduk ==

kg 2.7512

4475.0 x

kg 2.254

3625.0 x

21

(Soal no 4.)

Kesetimbangan massa tungku bakar ketel uapKesetimbangan massa tungku bakar ketel uap

Boiler furnace (tungku bakar ketel uap)

20 kg udara

1 kg CH4

2.75 kg CO2

2.25 kg H2O

0.66 kg O2

15.34 kg N2

Total keluar = 21 kgTotal masuk = 21 kg

22

(Soal no 4.)

Analisis basah produk pembakaran:

Komponen mi Mi Ni=(mi/Mi) (Ni/N)x100% = (Vi/V)%

CO2 2.75 44 0.0625 8.27

H2O 2.25 18 0.125 16.53

O2 0.66 32 0.0206 2.73

N2 15.34 28 0.5479 72.47

Total 0.756 100%

23