NAMA :PANJI ARJANGGI

NIM :1010620030

MATA KULIAH : METODE PENELITIAN

DOSEN :Prof. Ir. ING WARDANA.,M.Eng.,Ph.D

PENGARUH LUAS PERMUKAAN PADA PEMBAKARAN BATUBARA

TERHADAP PEMBENTUKAN NOx

PENDAHULUAN

Nitrogen secara umum adalah bagian yang besar dari pada udara yang dihirup,

pada kenyataannya 80% dari udara adalah nitrogen, secara normal atom-atom

nitrogen mengambang terikat satu sama lainnya seperti pasangan kimia, tetapi

ketika udara dipanaskan seperti pada nyala api boiler (3000 F=1648 C), atom

nitrogen ini terpecah dan terikat dengan oksigen, bentuk ini sebagai nitrogen

oksida atau kadang kala itu disebut sebagai NOx. NOx juga dapat dibentuk dari

atom nitrogen yang terjebak di dalam batu bara.

Di udara, NOx adalah polutan yang dapat menyebabkan kabut coklat yang kabur

yang kadang kala terlihat di seputar kota besar, juga sebagai polusi yang

membentuk “acid rain” (hujan asam), dan dapat membantu terbentuknya sesuatu

yang disebut “ground level ozone”, tipe lain dari pada polusi yang dapat

membuat kotornya udara.

Salah satu cara terbaik untuk mengurangi NOx adalah menghindari dari

bentukan asalnya, beberapa cara telah ditemukan untuk membakar batubara di

pemabakar dimana ada lebih banyak bahan bakar dari pada udara di ruang

pembakaran yang terpanas. Di bawah kondisi ini kebanyakan oksigen

terkombinasikan dengan bahan bakar daripada dengan nitrogen. Campuran

pembakaran kemudian dikirim ke ruang pembakaran yang kedua dimana

terdapat proses yang mirip berulang-ulang sampai semua bahan bakar habis

terbakar. Konsep ini disebut "staged combustion" karena batu bara dibakar

secara bertahap

RUMUSAN MASALAH

1.Bagaimana luas permukaan mempengaruhi laju reaksi?

2.Apakah laju reaksi pembakaran batubara mempengaruhi NOx yang terbentuk?

TUJUAN PENELITIAN

1.Untuk mengetahui pengaruh luas permukaan terhadap kecepatan reaksi (laju

reaksi)

2.Untuk mengetahui faktor-faktor laju reaksi yang mempengaruhi terbentuknya

NOx

DASAR TEORI

Pada pembakaran Batubara C137H97O9NS ,memilki kecenderungan pada suhu yang

tinggi yaitu berkisar antara 1800-20000C ,sehingga pada suhu tersebut pada

reaksi pembakaran batubara memiliki kecenderungan untuk bereaksinya

Oksigen dengan Nitrogen dari udara pembakaran dan bereaksinya oksigen

dengan nirogen yang berasal dari batubara ,sesuai dengan teori laju reaksi

sebagai berikut:

aA + bB cC + dD

sehingga

V=k[A]a.[B]b

Keterangan :

V= Laju reaksi

k = Konstanta laju reaksi

(Abdy Muis, Kimia Dasar )

Laju reaksi adalah kecepatan suatu zat untuk dapat bereaksi.Laju reaksi

dipengaruhi konsentrasi pereaksi bukan hasil reaksi .Seperti yang dikemukaan

oleh Guldberg dan Waage dalam hukum aksi massa yaitu : ” laju reaksi dalam

suatu sistem pada suatu temperatur berbanding lurus dengan konsentrasi zat

yang bereaksi setelah tiap- tiap konsentrasi dipangkatkan dengan

koefisiennyadalam reaksi yang berlangsung” (Abdy Muis, Kimia Dasar )

Faktor yang mempengaruhi pembentukan NOx ,salah satunya adalah temperatur

pembakaran yang tinggi pada proses pembakaran batu bara ,karena semakin

tinggi temperatur maka laju reaksinya akan semakin cepat hal ini sesuai dengan

definisi temperatur yaitu tinggkat getaran atom yang dilambangkan dengan

derajat kelvin ,bahwasanya atom akan berhenti bergetar ketika berada pada

suhu -273 K ( Heat Transfer ,Cangel) dari teori tersebut dapat kita ambil suatu

kesimpulan bahwa semakin tinggi temperatur maka getaran atom semakin besar sehingga

peluang untuk oksigen dan nitogen baik yang berasal dari udara maupun batubara sendiri

semakin besar hal ini sesuai dengan teori bahwa laju reksi pembakaran batubara dan

pembentukan NOx akan semakin cepat hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan

bahwa tiap kenaikan temperatur 100C maka laju reaksi akan naik sebesar 2 sampai 3 kali

dari suhu semula hal ini dinyatakan dengan persamaan:

V= V (T2- T1/T).V0

Dimana : v = laju reaksi ( mol/detik)

V = kenaikan laju reaksi tiap ( 10 0C )

T2 = suhu akhir (0C)

T1 = suhu awal reaksi (0C)

V0 = laju reaksi awal

T = Kenaikan temperatur Laju reaksi 10 0C

.(Abdy Muis, Kimia Dasar)

Dari pesamaan diatas dapat diambil suatu kesimpulan bahwa semakin tinggi

suhu maka laju reaksi pembentukan NOx akan semakin besar

Oleh sebab itu , berdasarkan teori laju reaksi pula yaitu luas permukaan yang

semakin besar maka laju reaksi pun akan semakin besar karena laju reaksi yang

makin besar sehingga proses pembakaran molekul batu bara yang memiliki luas

permukaan yang besar dan volume yang kecil pada massa yang sama akan

berlangsung lebih cepat dan kemungkinan untuk terbentuknya NOxakan semakin

kecil karena waktu reaksinya yang cepat Hal ini dikarenakan Pada reaksi

heterogen (wujudnya berbeda) luas permukaan sentuhan mempengaruhi laju

reaksi .Semakin kecil ukuran partikel zat padat maka total luas permukaan

sentuhan zat padat tersebut semakin besar, sehingga peluang terjadi reaksi juga

semakin besar sehingga reaksi berlangsung semakin cepat. Hal ini dapat

dibuktikan sebagai berikut:

suatu kubus yang memilki p= 1cm ,l = 1cm , t = 1cm

Memilkiki volume sebesar =1cm3

Dan luas permukaan sebesar= 6cm2

Ketika kita perkecil kita perkecil ukuran dari kubus tersebut menjadi ¼ dari ukuran yang

sebelumnya maka kita akan mendapatkan hasil sebagai berikut ;

luas permukaan total untuk massa yang sama sebesar =10cm2

Ketika dibagi menjadi 4 bagian kubus tadi menjadi memiliki volume yang lebih

kecil dari semula ,sehingga laju reaksinya lebih besar karena diffusi udara yang

akan lebih cepat akibat molekul udara menyisip ke molekul bahan bakar karena

energi aktifasi pembakaran yang menyebabakan terjadinya perbedaan

temperatur dan konsentrasi antar molekul batubata dengan molekul udara ,hal

ini sesuai dengan persamaan heat diffusvity sebagai berikut:

Atau:

D=(k.c.m/v)1/2

(Peter Beeley, Foundry Technology 2nd)

ketika volume di perkecil maka pada massa yang sama luas permukaan akan

menjadi lebih besar dan dari persamaan diatas diffisivitas termalnya

meninggkat(Peter Beeley, Foundry Technology 2nd)

HIPOTESIS

Semakin kecil ukuran suatu molekul bahan bakar dalam hal ini batubara makan

laju reaksi pembakaran akan semakin meningkat. Hal ini dikarenakan Pada

reaksi heterogen (wujudnya berbeda) luas permukaan sentuhan mempengaruhi

laju reaksi .Semakin kecil ukuran partikel zat padat maka total luas permukaan

sentuhan zat padat tersebut semakin besar, sehingga peluang terjadi reaksi juga

semakin besar sehingga reaksi berlangsung semakin cepat. Karena pada reaksi

pembakaran batubara dipengaruhi oleh diffusifitas termal dari energi aktifasi

dimana ketika luas permukaan semakin besar volume akan semaki kecil

sehingga diffusivitas termal meningkat sesuai dengan persamman berikut ini :

D=(k.c.m/v)1/2

Sehingga laju reaksi meningkat dan udara akan memiliki kecenderungan

berikatan dengan atom C dan H,dari pada dengan N hal ini dapat disebabkan C

berada pada golongan 3A,dan H berada pada golongan 1A ,sehingga atom O

dan N cenderung berikatan dengan kefua atom tesebut agar stabil ,dari pada

berikatan antara O dan N karena laju reaksi pembakarannya cepat sehingga O

dan N tidak sempat bereaksi sehingga kadar NOx yang dihasilkan

berkurang.Kemungkinan yang lain adalah karena ukuran molekul batubara yang

kecil sehingga laju reaksinya cepat,sehingga temperatur yang dihasilkan tidak

terlalu tinggi sehingga O dan N tidak dapat saling berikatan membentuk NOx.

Variabel Bebas

Ukuran Batu bara dengan luas permukaan yang berbeda-beda

Variabel Kontrol

Temperatur

Mol Batubara 1 mol (gr/Mr) ;Mr= 1931 ;gr = 1931 gr

Kecepatan aliran udara

METODE PENELITIAN

1.Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

Alat dan Bahan yang digunakan antara lain:

Alat

Ruang pembakaran berbentuk kotak dengan p=10cm;l=10cm;t=10cm(dengan

lapisan isolasi bata tahan api k=1,04 W/m 0C)

Saluran buang hasil pembakaran

Alat Ukur NOx

Timbangan digital

Elemen Pemanas Listrik

Kompresor udara

Stopwatch

Jangka sorong

Bahan

batubara ukuran p=1cm:1cm:t=1cm (dengan berat 1931 gr)

batubara ukuran p=0,5cm ; l =0,5cm ;t =0,5 cm (dengan berat 1931 gr)

batubara ukuran p=0,25cm ; l =0,25cm ;t =0,25 cm (dengan berat 1931 gr)

batubara ukuran p=1mm ; l =1mm;t =1mm (dengan berat 1931 gr)

2 Bentuk batubara ke bentuk kubus dengan ukuran yang sudah ditentukan

diatas

3.Batubara dikelompokan pada ukuran yang sama

4.Timbang batubara pada timbangan digital pada berat 1931gr(1mol)

5.Batubara yang sudah ditimbang letakan pada bejana berdasarkan berat dan

ukurannya

6.Pasang alat ukur NOx pada saluran buang hasil pembakaran

7.Pasang ruang pembakaran dengan saluran buang hasil pembakaran

8.Pasang elemen pemanas pada dinding bagian dalam ruang pembakaran

9.Hubungkan ruang pembakaran dengan selang yang berisi udara dari

kompresor

10.Siapkan stopwatch untung mencatat waktu pembakaran

11.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=1cm kedalam

ruang pembakaran

12.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen

13.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas

14.Biarkan proses pembakaran berlangsung

15.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak

tampak lagi nyala apinya

16.Catat waktu pembakaran pada stopwatch

17.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx

18.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara untuk pengujian

berikutnya

19.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=0,5cm kedalam

ruang pembakaran

20.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen

21.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas

22.Biarkan proses pembakaran berlangsung

23.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak

tampak lagi nyala apinya

24.Catat waktu pembakaran pada stopwatch

25.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx

26.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara untuk pengujian

berikutnya

27.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=0,25cm kedalam

ruang pembakaran

28.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen

29.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas

30.Biarkan proses pembakaran berlangsung

31.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak

tampak lagi nyala apinya

32.Catat waktu pembakaran pada stopwatch

33.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx

34.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara untuk pengujian

berikutnya

35.Masukkan batu bara yang pertama yang berukuran p=l=t=1mm kedalam

ruang pembakaran

36.Nyalakan elemen pemanas dengan cara menyalakan arus listrik ke elemen

37.Nyalakan stopwatch bersamaan dengan elemen pemanas

38.Biarkan proses pembakaran berlangsung

39.Matikan stopwatch ketika batubara sudah menjadi abu dan sudah tidak

tampak lagi nyala apinya

40.Catat waktu pembakaran pada stopwatch

41.Catat kadar NOx pada alat ukur NOx

42.Bersihkan ruang pembakaran dari sisa abu batubara

43.Rapihkan kembali alat-alat yang digunakan

44.Dari data pengukuran hitung laju reaksi v= (mol/detik)

45.Bandingkan laju reaksi dengan NOx yang diukur dari alat ukur NOx ,sesuai

dengan ukuran batubara yang dibakar

46.Lakukan pengujian ulang minimal 3x agar data yang didapat benar-benar

akurat