12/21/2012

1

Pendahuluan

1. Pendahuluan Umum Tentang Pembakaran

Pembakaran adalah proses/produksi aktivitas

untuk menghasilkan panas.

misalnya:

- pemanas air

- oven pada industri

- motor pembakaran dalam

- turbin gas dll

Pembakaran adalah suatu reaksi kimia yang

terjadi antara 2 komponen yang menghasilkan panas dan

sinar/cahaya

Maka ada bahan yang dapat terbakar

Misal:

- metal dalam bentuk filamen dalam udara

- tepung misal gas chlore (Cl)

Suatu bahan dapat terbakar hanya

Jika sebelumnya diletakkan di atas suhu

minimal,disebut sebagai suhu pembakaran

Contoh Suhu-Suhu Pembakaran

Yang dapat dibakar Suhu pembakaran

a. Hidrogen 550

b. CO 300

c. Metana 650

d. Hidrokarborant berat 600-800

e. Karbon 700

f. Karbon tanah 325

g. Karbon kayu 360

12/21/2012

2

Bahan bakar cair harus diubah bentuknya

menjadi bentuk kecil-kecil (halus)

memperluas kontak dengan oksigen,

sebelum ditempatkan dalam ruang yang

mempunyai suhu pembakaran/cukup tinggi

Bahan bakar padat juga harus dibentuk dalam

ukuran kecil sebelum dilakukan pembakaran.

Kalau tidak, akan terjadi proses gasifikasi

pembakaran segera.

Bahan bakar industri selalu mengandung C, H, S

Reaksi kimia ditetapkan pada reaksi berikut:

C + O2 CO2 + 97.80 kcal

H2 + ½ O2 H2O + 69.0 kcal

S + O2 SO2 + 69.2 kcal

panas hasil pembakaran

Biasanya pembakaran karbon terjadi dalam 2

tahap

C + ½ O2 CO + 29.04 kcal (a)

CO + ½ O2 CO2 + 68.20 kcal (b)

12/21/2012

3

Reaksi ke-a disebut sebagai reaksi tidak lengkap,

sedang reaksi

C + O2 CO2 + 97.80 (reaksi

lengkap)

Suhu hasil pembakaran bergantung pada:

1. Komposisi bahan kimia yang dibakar

2. Jumlah udara yang disertakan

3. Suhu udara

4. Suhu bahan pada saat pembakaran

Catatan: jumlah udara harus mendekati jumlah

teori

Kesimpulan

1. Pembakaran terjadi jika ada bahan yang

dapat dibakar.

2. Memerlukan oksigen

3. Menempatkan bahan yang dibakar di atas suhu pembakaran

4. Oksigen yang diperlukan > kebutuhan minimal

5. Udara pembakaran harus dicampur secara baik dengan bahan yang dibakar

Untuk mendapatkan pembakaran sempurna.

Jika tidak sempurna maka dalam hal solide ada

bahan yang tak terbakar

12/21/2012

4

2. Bahan- Bahan Industri yang Dapat Dibakar

2.1 Bahan Bakar Padat:

- Karbon

- Kayu

- Batu bara/arang

- Spon hasil decomposisi bahan tumbuhan

2.2 Bahan Bakar Cair:

- destilasi dari residu minyak

- destilasi dari bahan vegetal (kayu)

2.3 Bahan Bakar Gas

- Gas dari batu bara

- Gas natural CH4

- Gas butane/propane

3. Komposisi dan Kemampuan Panas

Data fundamental dari suatu pembakaran adalah:

- Komposisi kimia, yang menyusun bahan

- Kemampuan panas, nilai energi

4. Komposisi merupakan: perbandingan berbagai

komponen yang menyusunnya (bahan kimiawinya) dinyatakan dengan masa per satuan berat bahan. Untuk solide dan liquid dan persatuan volume untuk bahan bakar gas.

12/21/2012

5

Contoh:

komposisi dari satuan carbon akan ditunjukkan

c + h + o + n + s + w + d kg/kg

0.78 0.038 0.034 0.026 0.014 0.058 0.050 = 1

Nilai perbandingan yang dapat dibakar maka

kg

kg

dw

CCo 875.0

05.0058.01

780.0

1

kgkgho 042.0892.0

038.0

kgkgOo 038.0892.0

034.0

kgkgno 029.0892.0

026.0

kgkgso 016.0892.0

014.0

Dapat dibuktikan bahwa:

C0 + h0 + O0 + n0 + s0 = 1

B. Nilai Kalor

Besaran ini menunjukkan banyaknya panas

yang dilepaskan oleh suatu bahan pada

pembakaran lengkap untuk satu satuan massa

(untuk bahan bakar padat) atau untuk satu

satuan volume (untuk bahan bakar gas/cair)

12/21/2012

6

Nilai kalor dapat ditentukan dengan 2 cara:

a. dari analisa kandungan kimianya

b. dengan percobaan

Karena ada kandungan humiditas dan air di

dalam bahan maka ada 2 macam nilai kalor

dalam arti sebenarnya:

a. Nilai kalor superiur: yang mana meliputi kalor dari hasil kondensasi pada 00C dari kandungan uap air yang tercampur dengan asap, dengan simbol P.

b. Nilai kalor inferiur: nilai kalor bahan dimana panas kondensasi dari air tidak diperhitungkan (I).

Tabel berikut memberikan nilai kalor superiur dan interiur dari komponen yang ada

Bahan yang dapat dibakar

Simbol/formula kimia

P (kcal/kg) I (kcal/kg) I/P

Carbon C 8100 8100 1

Sulfur S 2220 2220 1

Hidrogen H 3090 2610 0.844

Karbon mono CO 3066 3066 1

Oksida

methane CH4 9490 8520 0.898

Acetylene C2H2 14210 13730 0.966

Ethylene C2H4 14930 14090 0.934

Propene C3H8 23670 21740 0.918

Butane C4H10 30750 28340 0.921

benzena C6H6 35140 33690 0.941

12/21/2012

7

Hubungan antara P dan I akan dipengaruhi oleh

kandungan air dari bahan. Semakin bahan

tersebut hygroskopis maka bahan tersebut akan

mempunyai perbedaan P dan I yang besar.

Bahan Bakar Cair/Solid

Misal suatu bahan bakar yang mengandung massa kg nya; w kg H2O dan h kg hydrogene.

1 kg H2 memberikan air sebanyak 9 kg H2O pada

pembakaran, dalam asap yang berasal dari 1 kg

bahan bakar (9 h + w) kg H2O

Tetapi setiap kg H2O membebaskan 597 kcal

pada waktu kondensasi, sehingga kondensasi

Uap air dalam asap yang berasal dari 1 kg

bahan bakar akan membebaskan

kcalwhQ 597)9(

Dengan demikian

kgkcalwhIQIP /597)9(

)(6005400 praktekdalamwhIP

12/21/2012

8

Bahan Bakar Gas

Komposisi bahan bakar gas diberikan oleh

analisa, umumnya diekspresikan dalam volume

dari penyusun-penyusun gas yang dapat

terbakar/tidak.

Dalam hal ini kita hanya mengamati hidrogen

bebas dan bahan-bahan yang mengandung

hidrogen (air dan hidrokarburan).

Hidrokarburan disusun dari satu bagian oleh

methan dan bagian lain oleh hidrokarburan

yang lebih berat yang dituliskan dengan formula

pmHC

Dalam gas/asap hasil pembakaran sebanyak

1 Nm3 kita akan mendapatkan suatu volume total

air yang terdiri dari:

a. air yang berada dalam gas, w Nm3

b. air hasil dari pembakaran hidrogen bebas; dari persamaan yang ada, volume dari uap air ini adalah sama pada volume hidrogen yang membakar atau h Nm3.

c. air hasil pembakaran dari hidrogen yang berasal dari hidrokarburan atau pembakaran sempurna metane.

12/21/2012

9

Pembakaran sempurna dari metane mengikuti

persamaan:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Biasanya untuk hidrokarburan berat dapat

didekati dengan persamaan rata-rata

empirik sbb:

OHCOOHC pm 222 45.245.2670.3

Dengan demikian pembakaran dari volume

(CH4 +ΣCmhP) Nm3 dari hidrokarburan akan

menghasilkan:

(2CH4 + 2.45 ΣCmhP) Nm3 uap air

Total untuk 1 Nm3 kita akan memperoleh suatu

Volume

(w + h + 2 CH4 + 2.45 ΣCmhP) Nm3 uap air

Tetapi 1 Nm3 uap air setara dengan k mole

atau kg 414.22

1

414.22

18

12/21/2012

10

Setiap 1 kg uap air membebaskan 597 kcal

dengan cara kondensasi.

Uap air total yang ada dalam asap dari 1Nm3

gas yang dapat terbakar akan membebaskan

energi dengan kondensasi sebesar:

dan kita menuliskan:

P = I + Q (dari persamaan awal)

kcalhCCHhw

xhCCHhwQ

pm

pm

480)45.22(

414.22

59718)45.22(

4

4

4. Hubungan antara Nilai Kalor Pada Tekanan

dan Volume Tetap

Hubungan antara panas reaksi pada

tekanan tetap Qp dan pada volume tetap Qv

adalah:

Qp = Qv + p (V1 - V2) = Qv + (N1 - N2) RT

Maka dapat dituliskan dalam nilai kalor

minimum (P)

Pp = Pv + (N1 - N2) RT

Bahan yang dibakar adalah diacukan pada

suhu 0 0C (273) 0K maka terme RT dapat

dituliskan sebagai berikut:

(N1 - N2) x 1.98 x 273 = 540 (N1 - N2)

dan

Pp = Pv + 540 (N1 - N2)

12/21/2012

11

Air ada dalam gas pembakaran tetap pada

keadaan cair. Jadi volumenya tidak berubah,

hanya unsur-unsur C, H,S dan O yang terbakar

sedangkan N tidak terbakar. Sehingga

volvolvol

OHOH

volvol

SOOS

volvol

COOC

12

11

21

11

11

222

22

22

1 kg O2 yang mana dapat membakar 1/8 kg H2,

0 kg O2 yang terkandung dalam 1 kg bahan

bakar akan dapat membakar 0/8 kg H2 dan

memberikan/menghasilkan air.

Jadi tinggal hanya terbakar oleh udara (h-0/8)

kg hidrogen oleh 1 kg bahan bakar, massa

Hidrogen yang memerlukan massa oksigen 8 x

lebih besar; berarti 8 (h-o/8) kg oksigen atau

8 (h - 0) atau 0.25 (h - 0) kilomol oksigen. 32 8 8

Pembakaran hidrogen yang mana adalah

sama pada volume oksigen pembakar,

berarti bersesuaian pada (N1-N2) kilomole.

Kita mempunyai:

N1 - N2 = 0.25 (h - 0/8)

Pp = Pv + 0.25 (h - 0/8) 540

Pp = Pv + 135 (h - 0/8)

dan

Ip = Iv – 135 (h + 0/8 + w/4.5)

12/21/2012

12

5. Penentuan Nilai Kalor

Nilai kalor dari suatu yang dapat terbakar

ditentukan dengan:

a. dengan perhitungan (jika komposisinya diketahui)

b. dengan percobaan dengan peralatan kalorimeter.

5.1 Penentuan Dengan Perhitungan

Ada beberapa formula

5.1.1 Bahan Bakar Padat/Cair Dengan

Kandungan H dan O Rendah

Formula yang digunakan

I = 8100 C + 29000 (h - 0/8) + 2500 s – 600 w

Penetapan formula di atas sangat sederhana.

Nilai kalor dari unsur-unsur bahan bakar yang

mana diambil:

8100kcal/kg untuk karbon (C)

29000 kcal/kg untuk hidrogen (H)

2500 kcal/kg untuk sulfur (S)

Berat C kg karbon yang terkandung dalam 1 kg

bahan bakar akan menghasilkan 8100 C kal,

berat S kg sulfur memberikan 2500 S kcal.

Untuk hidrogen adalah sesuai dengan

menerangkan kebenaran elemen 29000 (h-0/8)

dalam persamaan di atas.

12/21/2012

13

Jika bahan bakar mengandung oksigen bebas

(bukan oksigen yang diikat dalam air). Oksigen

tersebut tidak cukup untuk membakar semua

hidrogen, tetapi oksigen berperan sedikit dalam

pembakaran di dalam bagian bahan bakar

oksigen tersebut bergabung.

Seperti menurut persamaan dalam pembakaran,

1 kg oksigen dapat membakar 1/8 kg hidrogen,

berat 0 kg oksigen yang mana membakar 0/8 kg

hidrogen sehingga hidrogen yang terbakar

dengan oksigen dari udara hanya tinggal (h-0/8)

kg hidrogen per kilogram bahan bakar yang akan

menghasilkan energi sebanyak 29000 (h-0/8)

kcal

Ekspresi (h-0/8) sering dikenal dengan hidrogen

yang dapat digunakan.

-600 w: menunjukan jumlah panas diperlukan untuk menguapkan w kg H2O yang terkandung pada 1 kg bahan bakar, dimana panas ini diambil dari panas yang dihasilkan dalam pembakaran

5.1.2 Bahan Bakar Padat Pada Kandungan Hidrogen, Oksigen dan Minyak (Berat) Yang Tinggi Kita dapat menggunakan formula empiris dan Vondracek w,c,s,h didefinisinya sama dengan sebelumnya. co: menunjukkan kandungan karbon dari bahan bakar murni artinya selain humiditi dan kadar abu.

wsohCCI o 600250082150012807860 4

12/21/2012

14

dimana

d = kandungan kadar abu (kg/kg)

5.1.3 Bahan Bakar Gas

Jika a menunjukkan kandungan dari suatu dalam

suatu bahan bakar (Nm3/Nm3) dan I: nilai kalor

minimal (kcal/Nm3) sehingga untuk bahan bakar

gas nilai I gabungan dapat ditulis:

kgkgdw

Co /1

1

I = Σ a Ii kcal/Nm3

Untuk bakar gas yang berat (selain metane

(CH4) dapat dijadikan menjadi ΣCmHp yang

mana mempunyai nilai kalor = 17000 kcal/Nm3

Sehingga nilai I dapat ditulis:

I = 2580 h + 3050 CO+8530 CH4+17000 ΣCmHp

Contoh-contoh kalor yang dihasilkan dari reaksi

berikut:

C + O2 CO2 + 97.6 kcal

C + ½ O2 CO + 29.4 kcal

H2 + ½ O2 H2O + 69.0 kcal

CO+ ½ O2 CO2 + 68.2 kcal

S + O2 SO2 + 69.2 kcal

CH4 + 2O2 2CO2 + 2H2O + 195.2 kcal

C2H4+3O2 2O2 + 2H2O + 319.6 kcal

C2H2 + 5/2 O2 2CO2 + H2O + 304.9 kcal

Kita melihat bahwa, untuk karbon (sebagai

contoh), 1 mole karbon melepaskan, dengan

pembakaran sempurna, sebanyak 97.6 kcal,

pembakaran 1 kg karbon akan menghasilkan

kcalx

I 813012

10006.97

12/21/2012

15

Sama untuk hidrogen, pembakaran 1 mol H2,

menghasilkan 58.2 kcal. Pembakaran 1 Nm3

hidrogen akan menghasilkan

kcal2596414.22

1000x2.58I

dimana:

58.2 = 69.0 - (0.018 x 600) = 58.2

0.018 = massa molaire air (kg/mole)

Sama untuk CO, pembakaran 1 Nm3 akan

menghasilkan

kcalx

I 042.3414.22

10002,58

Penerapan: dari hasil analisa suatu anthracite (karbon yang dicampur minyak) didapat data sebagai berikut:

C + h + o + n + s + w + d

0.860 0.035 0.025 0.010 0.010 0.020 0.040 = 1

Nilai kalor minimalnya (I) menurut persamaan

yang ada:

I = (8100C) + 29000 (h - 0/8) + (2500 x s)

= 8100 (0.86) + 29000 (0.035 - 0.025/8)

= 7907 kcal+ (2500 x 0.01)

12/21/2012

16

Nilai kalor superiur (max)

P = I + (9h + w) 597

= 7907+ (9 x 0.035 + 0.020) 597

= 8100 kcal/kg

Nilai perbedaan nilai kalor superiur (max) pada p

konstan dan v konstan

Pp – Pv = 135 (h - 0/8)

= 4.3 kcal/kg

Contoh 2

Suatu bahan bakar cair mempunyai komposisi:

C + h + O + n + s

0.852 0.126 0.010 0.004 0.008 = 1kg

Tentukan nilai kalor berdasarkan formula

Vondracek:

kgkcal

x

I

/9550

)008.02500(

10

010.0126.0(21500852.0)085212807860( 4

12/21/2012

17

5.2 Penentuan Nilai Kalor Dengan Cara

Percobaan

Penentuan nilai kalor bahan dengan cara

perhitungan mempunyai beberapa kelemahan:

- dalam praktek agak sulit diterapkan

- formula yang ada mengabaikan nilai kalor kombinasi dari setiap unsur yang ada (dan unsur sangat sulit untuk dideteksi)

- memerlukan komposisi lengkap

Sehingga penentuan nilai kalor bahan secara

total dapat dilakukan dengan cara langsung

secara percobaan, seperti dengan:

- bombe kalorimeter

- tipe Junkers

5.2.1 Untuk Bahan Bakar Padatan Atau Cairan

Alat yang digunakan adalah: bombe kalorimeter dari Mahler.

Secara skematis alat ini dapat ditunjukkan pada gambar

Untuk menghitung nilai kalor bahan yang diukur

maka menggunakan persamaan sebagai berikut:

m

Vm

m

ttMMPv

)31600(

))((

1

121

12/21/2012

18

Dimana

m = massa bahan yang diuji (g)

m1= masa spiral (elemen pemanas dari besi) (g)

M = masa air dalam kalorimeter (g)

t1 = suhu awal air (0C)

t2 = suhu akhir air (0C)

V = volume larutan soda caustik yang diperlukan

untuk menetralkan air dalam kalorimeter

(cm3)

M1 = massa kalorimeter (g)

Kalorimeter Mahler

air

oksigen

Pembakaran

filamen

Termokopel (0T)

Arus listrik O2

Contoh :

Dalam suatu percobaan terhadap suatu karbon

diperoleh hasil:

m = 1.02167 g t1 = 22.454 0C

m1= 0.02 g t2 = 22.706 0C

M = 2604 g V = 7 cm3

M1= 698 g

Hitung:

kalor value (nilai kalor) dari karbon pada

volume konstan

kgkcalataugramcal

xxPv

//7266

02167.1

)73160002.0()454.20706.22()6982604(