BAB I

MAKSUD DAN TUJUAN

1.1. Maksud Percobaan

Praktikum bom calorimeter ini dimaksudkan untuk menunjang teori yang telah / sedang

diberikan pada mata kuliah konversi energi.

1.2. Tujuan Praktikum

Tujuan utama praktikum ini adalah :

1. Mengenal dari dekat peralatan bom kalorimeter sebagai alat uji, mengetahui

bagaimana cara penggunaan, kemampuan dan sifat-sifatnya.

2. Untuk mengetahui parameter-parameter pengujian dari suatu bom kalorimeter.

3. Dapat menyadari pentingnya suatu pengujian bom calorimeter yang dikaitkan

penggunaannya didalam praktek.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1.Jenis Bahan Bakar

II.1.1. Bahan Bakar Fosil

Ada 3 kelas bahan bakar fosil yang umum digunakan yaitu : batubara, minyak bumi dan gas

alam. Bahan bakar lain seperti nafta, minyak pasir, ter dan turunan bahan bakar fosil dan pada

umumnya digabung kedalam salah satu dari ketiga kategori bahan bakar fosil tersebut. Semua

bahan bakar fosil dihasilkan dari pemfosilan senyawa karbohidrat senyawa itu dengan rumus

kimia Cx(H2O)x yang dihasilkan oleh tanaman hidup melalui proses fotosintesis ketika ia

merubah secara langsung energy surya menjadi energy kimia.

Batubara

Batubara, bahan bakar fosil yang terbanyak, diperkirakan adalah tumbuh-tumbuhan yang

menjadi fosil. Ditaksir bahwa paling tidak diperlukan 20 kaki tumbuh-tumbuhan yang

dipadatkan untuk memperoleh lapisan batubara sebesar 1 kaki. Tumbuhan yang dipadatkan

ini, tanpa adanya udara serta dipengaruhi suhu dan tekanan tinggi, selanjutnya akan berubah

menjadi turf (Tumbuhan kapuk), suatu bahan bakar yang mempunyai grade sangat rendah,

kemudian akan menjadi batubara coklat, lalu menjadi legnite, kemudian menjadi batubara

subbitumin, lalu menjadi bitumen dan akhirnya batubara antrasitik.

Menurut ASTM, batubara diklasifikasikan dalam empat kategori utama menurut umur

dari yang tertua, yaitu batubara antrasitik, batubara bitumen, batubara subbitumin, dan

batubara lignitik. Variasi sifat-sifat dan komposisi batubara berdasarkan umur dapat dilihat

pada table 2.1 berikut.

Gambar 2.1. Variasi Sifat-Sifat dan Komposisi Batubara Berdasarkan Umur

Ada dua basis analisa batubara, yakni analisa proksimasi dan analisa ultimasi. Analisa

proksimasi adalah analisa batubara yang paling sederhana dan menghasilkan fraksi massa dari

karbon tetap (FC), bahan dapat menguap (VM), kebasahan (M), dan abu (A) dalam batubara.

Analisa ultimasi adalah suatu analisa laboratorium yang memuat fraksi massa karbon (C),

hidrogen (H2), oksigen (O2), sulfur (S), dan nitrogen (N2) didalam batubara sekaligus dengan

nilai pembakaran tinggi (HHV)-nya.

Minyak Bumi

Minyak bumi (petroleum) dianggap berasal dari kehidupan laut yang membusuk

sebagian. Minyak bumi atau minyak mentah (crude oil) biasanya ditemui didalam kubah

karang berpori yang besar.

Ada enam jenis komersial dari bahan bakar minyak (BBM). BBM No. 1 adalah yang

paling ringan, paling tidak viskos, dan dibuat untuk dapur pembakaran yang bekerja dengan

sistem penguapan (vaporizing burner). BBM No. 2 adalah suatu minyak pemanas domestik

yang serba guna. BBM No. 3 sudah tidak tersedia lagi secara komersil. BBM No. 4 adalah

minyak pemanas jenis komersil yang relative ringan dan merupakan minyak yang paling berat

yang dapat dipompakan tanpa pemanasan pada suhu sedang. BBM No. 5 adalah suatu bahan

bakar minyak jenis komersil yang berat dan viskos. BBM No. 6 atau minyak “bunker-C”

adalah bahan bakar minyak yang paling berat dan viskos. Kedua jenis terakhir ini perlu

dipanaskan terlebih dahulu sebelum dipompakan.

Sifat-sifat terpenting dari minyak bumi serta turunannya adalah nilai pembakaran, berat

atau bobot jenis, titik nyala, dan titik lumernya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada

gambar berikut :

Gambar 2.2. Sifat-Sifat Turunan Minyak Bumi

Bahan Bakar Gas

Hampir semua bahan bakar gas adalah bahan bakar fosil atau hasil sampingan dari bahan

bakar fosil. Bahan bakar ini dapat dibagi menjadi 3 bagian besar, yaitu: gas alam, gas pabrik,

dan gas hasil sampingan. Komposisi bahan bakar gas umumnya dinyatakan dalm bentuk

fraksi mol atau volume dari komponen gas itu.

Gas alam adalah satu-satunya bahan bakar fosil gas yang sebenarnya dan biasanya

terperangkap dalam lapisan batu kapur (limestone) diatas reservoir minyak bumi. Gas alam

terdiri dari metana dengan sedikit fraksi gas lainnya.

Diantara semua bahan bakar fosil, gas alam mempunyai nilai pembakaran grafimetik

tertinggi, yaknik sekitar 55800 Kj/Kg atau 24000 Btu/lbm. Nilai pembakaran volumetriknya

sekitar 37000 Kj/m3 atau 1000 Ptu/Kaki3 pada 1 atmosfir dan 24˚C.

Pembakaran gas alam mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan minyak dan

batubara. Ia dapat terbakar dengan sedikit abu. Gas alam dapat diangkut dengan mudah

melalui saluran pipa dan gas dari luar negeri kadang-kadang dikonversikan menjadi gas alam

cair (LNG).

Bahan bakar gas pabrik terdiri dari beberapa jenis, diantaranya adalah liquified,

petroleum gas (LPG), gas air, gas air karburasi, gas alam pengganti (substitute natural

gas/SNG) dan gas produser.

II.1.2.Bahan Bakar Nuklir

Energi diperoleh dari bahan bakar nuklir didapat melalui proses peluruhan radioaktif,

proses fusi, dan proses fisi.

II.2.Nilai Kalor

Nilai pembakaran merupakan jumlah energi kimia yang terdapat dalam satu massa atau

volume bahan bakar. Ada dua macam nilai pembakaran, yaitu nilai pembakaran tinggu (High

Heating Value/HHV) atau brutto dan nilai pembakaran rendah (Low Heating Value/LHV).

Perbedaan antara kedua nilai ini pada dasarnya adalah sama dengan panas laten penguapan

dari uap air yang terdapat dalam hasil gas buang ketika bahan bakar dibakar dengan uap

kering.

Dalam suatu system pembakaran actual, hal ini termasuk air yang terdapat di dalam

bahan bakar yang telah dibakar (kebasahan) dan air yang dihasilkan dari pembakaran

hidrogen, tetapi tidak termasuk kebasahan yang dihasilkan oleh udara pembakaran. Oleh

karena panas laten penguapan air pada 1 lb/in2abs (tekanan parsial kira-kira uap air di gas

buang) adalah sekitar 2400 Kj/Kg, perbedaan antara HHV dan LHV dihitung dengan cara

pendekatan berdasarkan rumus:

HHV-LHV = 2400(M+9H2) Kj/Kg

Dimana M dan H2 adalah kebasahan dan fraksi massa hidrogen bahan bakar.

II.3.Proses Pembakaran

Proses pembakaran bahan bakar fosil aktual berlangsung dalam dua cara. Apabila suatu

bahan bakar fosil gas hidrokarbon (termasuk cairan dapat menguap) dicampur dan dipanaskan

sebelum berlangsungnya penyalaan aktual, oksigen mempunyai kesempatan untuk bereaksi

dengan molekul hidrokarbon dalam suatu proses yang disebut hidroksilasi. Senyawa-senyawa

yang terbentuk oleh interaksi ini disebut hidroksilasi, yang bersifat tidak stabil dan sangat

cepat dikonversi menjadi aldehida. Aldehida ini secara berangsung-angsur terbakar menjadi

karbon dioksida dan air. Nyala api yang dihasilkan adalah nyala api biru atau tak bercahaya

(nonluminous). Pembakaran jenis ini biasanya digunakan pada Bunsen burner di laboratorium

dan pada kompor gas konvensional dimana didinginkan pemanasan setempat.

Model pembakaran yang lain berupa pemasukan bahan bakar dan udara ke pembakar

tanpa mencampur reaktan tersebut terlebih dahulu. Hal ini menghasilkan terjadinya waktu

pencampuran yang sangat pendek serta pemanasan bahan bakar dan udara sangat cepat.

Disebabkan pemanasan secara cepat ini, senyawa-senyawa hidrokarbon tersebut pecah

menjadi senyawa-senyawa yang lebih ringan, dan akhirnya menjadi unsur-unsur dasar karbon

dan hidrogen. Sebagai hasil dekomposisi termal ini, sebagian besar pembakaran terjadi antara

hidrogen dan karbon elemental. Unsur hidrogen terbakar dengan nyala api yang hampir tak

terlihat sedangkan unsur karbon terbakar dengan nyala api kuning yang khas.

BAB III

PERALATAN YANG DIGUNAKAN

1) Kalorimeter

Gambar 3.1. Kalorimeter

2) Tabung Bom

Gambar 3.2. Tabung Bom

3) Tabung Gas Oksigen

4) Alat Ukur Tekanan Gas Oksigen

Gambar 3.3. Alat Ukur Tekanan Gas Oksigen

5) Termometer dengan Pembacaan hingga 1/100˚C

6) Pengaduk Air

Gambar 3.4. Pengaduk Air

7) Timbangan, untuk menimbangi bahan baker yang akan diukur nilai panasnya

8) Electromotor Pengaduk

9) Pengatur Penyalaan

Gambar3.4. Pengatur Penyalaan

10) Kawat Penyala

11) Cawan tempat bahan bakar yang akan diukur

Gambar 3.6. Cawan Bahan Bakar

12) Gelas Ukur, untuk mengukur jumlah air pendingin

Gambar 3.7. Gelas Ukur

BAB IV

PROSEDUR PERCOBAAN

1. Membersihkan tabung bom dari sisa pengujian sebelumnya.

2. Menimbang bahan bakar yang akan diukur dengan timbangan sebesar 0,15 gram.

3. Mengukur volume bahan bakar.

4. Menyiapkan kawat untuk penyala dengan menggulungnya dan memasangnya pada

tangkai penyala yang terpasang pada penutup bom.

5. Menempatkan cawab berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala.

6. Menutup bom dengan kuat setelah dipasang ring-O dengan memutar penutup tersebut.

7. Mengisi oksigen kedalam bom dengan tekanan 30 bar.

8. Menempatkan bom yang telah dipasang kedalam kalorimeter.

9. Memasukkan air pendingin sebanyak 1250 mL.

10. Menutup kalorimeter dengan penutupnya.

11. Menghidupkan pengaduk air pendingin selama 5 (lima) menit sebelum penyalaan

dilakukan.

12. Membaca dan mencatat suhu air pendingin.

13. Menghidupkan penyalaan.

14. Mengaduk air pendingin selama 5 (lima) menit setelah penyalaan berlangsung.

15. Membaca dan mencatat kembali suhu air pendingin.

16. Mematikan pengaduk.

17. Menyiapkan kembali peralatan untuk pengujian selanjutnya.

18. Melakukan kembali pengukuran sebanyak 5 (lima) kali berturut-turut untuk suatu bahan

bakar yang diuji/diukur. Hasil pengujian adalah harga rata-rata dari hasil kelima

pengukuran yang dilakukan.

BAB V

ANALISA PERCOBAAN

Analisa percobaan dilakukan dengan menggunakan rumus-rumus:

Nilai Panas (HHV) = (T1 - T2 - 0,05) x cv x 1000 (Kj/kg)

HHV = (Kj/kg)

Dimana: T1 = Suhu air pendingin sebelum dinyalakan

T2 = Suhu air pendingin setelah dinyalakan

cv = Panas jenis bom kalorimeter

Kenaikan suhu akibat kawat menyala = 0,05˚C

Umumnya kandungan hidrogen didalam bahan bakar cair adalah berkisar 15%, maka

setiap kilogram bahan bakar akan mengandung 0,15 kg hydrogen. Air yang dihasilkan dalam

pembakaran adalah ½ kali jumlah mol hidrogen dalam kandungan bahan bakar. Misalnya

untuk bahan bakariso-oktan C8H18, maka jumlah air yang akan terbentuk setiap pembakaran 1

kg bahan bakar adalah 9 x 0,15 = 1,35 kg. Panas laten pengkondensasian yang terjadi dari uap

dengan tekanan parsial 20 kN/m2 (dari table uap) adalah 2400 Kj/kg. Maka panas laten

pengkondensasian uap yang terjadidari hasil pembakaran setiap 1 kg bahan bakar adalah

2400 x 1,35 = 3240 Kj.

Tekanan parsial 20 kN/m2 yang diambil adalah merupakan hal yang biasa terjadi pada

knalpot motor bakar. Kesalahan yang mungkin terjadi dengan asumsi ini cukup kecil, karena

tabel uap terlihat pada tekanan parsial rendah perubahan panas laten pengkondensasian cukup

rendah, sebagaimana halnya pada knalpot motor. Maka:

LHV = HHV – 3240 (Kj/kg).

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan

Pada bagian ini, para praktikan menyimpulkan hasil yang telah didiskusikan dari pengujian.

Hasil kesimpulan ini dapat pula merupakan perbandingan perhitungan hasil teori dan hasil

praktek.

6.2. Saran-Saran

Pada bagian ini, praktikan dapat memasukkan saran agar proses pengujian selanjutnya bisa

berjalan lebih baik lagi. Saran yang diberikan diharapkan dapat memberi masukan untuk

perbaikan, misalnya spesimen uji, peralatan uji, kondisi praktikum, peranan dosen dan asisten,

dan sebagainya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Culp Jr., Archie Y, Prinsip-Prinsip Konversi Energi, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1986.

2. Viliro, C.C, Thermal Engineering, International Text Book Company, Searntur, 1963.

3. Rangkuti, Chailullah, Panduan Praktikum Bom Kalorimeter, Laboratorium Motor Bakar

Jurusan Teknik Mesin USU, 1996.