PRAKTIKUM BOM KALORI METER 1. Tujuan Percobaan Untuk menetukan Nilai Kalor bahan bakar (padat atau cair). Bahan bakar yang akan diuji dalam percobaan ini adalah batubara standar pengujian batubara mengikuti ASTM D 2015. 2. Kajian Pustaka Batubara merupakan bahan bakar fosil berupa mineral organik yang dapat terbakar, yang terbentuk dari sisa tumbuhan purba yang mengendap yang selanjutnya berubah bentuk akibat proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan tahun. Pada saat ini, penggunaan batubara cukup luas cakupannya sebagai alternatif sumber energi primer, dibandingkan penggunaan minyak dan gas yang harganya relatif lebih mahal. Selain didasari juga oleh beberapa faktor lain,seperti tersedianya cadangan batubara yang sangat banyak dan tersebar luas. British Petroleum, pada Laporan Tahunan 2006, memperkirakan pada akhir 2005, sekitar lebih dari 909.064 juta ton tersebar di seluruh dunia. Kemudian, batubara dapat diperoleh dari banyak sumber di pasar dunia dengan pasokan yang stabil, serta aman untuk ditransportasikan dan disimpan. Kemudian, pengaruh pemanfaatan batubara terhadap lingkungan disekitarnya sudah dipahami dan dipelajari secara luas. Rank merupakan peringkat dan derajad batubara berdasarkan proses pengubahan atau genesa batubara. Peringkat batubara adalah dasar klasifikasi dari lignit ke antrasit. Peringkat batubara naik pada proses pembentukan batubara, metamorfosis menyebabkan kandungan zat terbang (Volatile matter) menurun. Peringkat batubara yang tertinggi menunjukkan metamorfosis yang lebih besar. Peringkat batubara secara

umum adalah lignit, batubara sub-bitumen, batubara bitumen dan antrasit (urutan peringkat rendah keperingkat tertinggi). Rank calculation:

perhitungan peringkat batubara (lihat rank). Rank variety : jenis-jenis batubara berdasarkan urutan

metamorfosis. Penentuan jenis-jenis batubara secara umum adalah merupakan hasil pemikiran para pakar tetapi juga dengan pertimbangan sifat-sifat kimia dan fisika Derajat batubara adalah posisi batubara pada seri kualifikasi mulai dari gambut sampai antrasit. Perkembangannya sangat dipengaruhi oleh temperatur, tekanan dan waktu (Lopatin, 1971; Bostick, 1973). Banyak parameter yang telah dipergunakan untuk penentuan derajat batubara (cook, 1982), salah satu diantaranya adalah refleksi vitrinit. Cara ini belum dikenal di Indonesia, tetapi telah berkembang pesat di Amerika, JErman, Australia dan lain-lain, terutama perusahaan-perusahaan yang

berkecimpung di dalam eksplorasi minyak dan gas. Semua jenis mineral bisa diukur refleksinya, tetapi kelompok vitrinit adalah yang umum dipilih. Kelompok ini cenderung terbentuk sebagai pecahan-pecahan kasar dan homogen, merupakan kelompok maseral utama pada kebanyakan batubara dan menunjukkan korelasi yang bagus dengan parameter lain yang dipakai sebagai indikasi derajat batubara. Dengan cara refleksi vbitrinit ini, pengukuran dapat dilakukan dengan singkat dan pasti. 2.1. Klasifikasi Batubara Pengklasifikasian batubara didasarkan pada derajat dan kualitas dari batubara tersebut, yaitu: a. Gambut (peat) Golongan ini sebenarnya belum termasuk jenis batubara, tapi merupakan bahan bakar. Hal ini disebabkan karena masih merupakan fase awal dari proses pembentukan batubara. Endapan ini masih

memperlihatkan sifat awal dari bahan dasarnya (tumbuh-tumbuhan). Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

Gambar 1. Gambut (peat) b. Lignite (Batubara Cokelat, Brown Coal) Golongan ini sudah memperlihatkan proses selanjutnya berupa struktur kekar dan gejala pelapisan. Apabila dikeringkan, maka gas dan airnya akan keluar. Endapan ini bisa dimanfaatkan secara terbatas untuk kepentingan yang bersifat sederhana, karena panas yang dikeluarkan sangat rendah. Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya. . Batu bara ini berwarna hitam, sangat rapuh, nilai kalor rendah dengan kandungan karbon yang sangat sedikit, kandungan abu dan sulfur yang banyak. Batu bara jenis ini dijual secara eksklusif sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga uap (PLTU).

Gambar 2. Lignite

c. Sub-Bituminous (Bitumen Menengah) Golongan ini memperlihatkan ciri-ciri tertentu yaitu warna yang kehitam-hitaman dan sudah mengandung lilin. Endapan ini dapat digunakan untuk pemanfaatan pembakaran yang cukup dengan

temperatur yang tidak terlalu tinggi. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus. karakteristiknya berada di antara batu bara lignite dan bituminous, terutama digunakan sebagai bahan bakar untuk PLTU. Sub-bituminous coal mengandung sedikit carbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang tidak efisien.

Gambar 3. Sub-bituminous d. Bituminous Golongan ini dicirikan dengan sifat-sifat yang padat, hitam, rapuh (brittle) dengan membentuk bongkah-bongkah prismatik. Berlapis dan tidak mengeluarkan gas dan air bila dikeringkan. Endapan ini dapat digunakan antara lain untuk kepentingan transportasi dan industri. Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-

10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia. . Umumnya dipakai untuk PLTU, tapi dalam jumlah besar juga dipakai untuk pemanas dan aplikasi sumber tenaga dalam industri dengan membentuknya menjadi kokas-residu karbon berbentuk padat.

Gambar 4. Bituminous e. Anthracite Golongan pecahannya ini berwarna hitam, keras, kilap tinggi, dan

memperlihatkan

pecahan

chocoidal.

Pada

proses

pembakaran memperlihatkan warna biru dengan derajat pemanasan yang tinggi. Digunakan untuk berbagai macam industri besar yang memerlukan temperatur tinggi. Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%, terbakar lambat, dengan batasan nyala api biru (pale blue flame) dengan sedikit sekali asap.

Gambar 5. Antracite

2.2. Kualitas Batubara Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang mempengaruhi potensi kegunaannya. Umumnya, untuk menentukan kualitas batubara dilakukan analisa kimia pada batubara yang diantaranya berupa analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis proksimat dilakukan untuk menentukan jumlah air (moisture), zat terbang (volatile matter), karbon padat (fixed carbon), dan kadar abu (ash), sedangkan analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur jarang. Batubara bermutu rendah, seperti lignite dan sub-bituminous, memiliki tingkat kelembaban (moisture) yang tinggi dan kadar karbon yang rendah, sehingga energinya juga rendah. Semakin tinggi mutu batubara, umumnya akan semakin keras dan kompak, serta warnanya akan semakin hitam mengkilat. Selain itu, kelembabannya pun

akan berkurang sedangkan kadar karbonnya akan meningkat, sehingga kandungan energinya juga semakin besar. Secara umum, parameter kualitas batubara yang sering digunakan adalah: a) Kalori (Calorivic Value atau CV, satuan cal/gr atau kcal/gr) CV merupakan indikasi kandungan nilai energi yang terdapat pada batubara, dan merepresentasikan kombinasi pembakaran dari karbon, hidrogen, nitrogen, dan sulfur. b) Kadar kelembaban (Moisture, satuan persen) Hasil analisis untuk kelembaban terbagi menjadi free moisture (FM) dan inherent moisture (IM). Jumlah dari keduanya disebut dengan Total Moisture (TM). Kadar kelembaban ini mempengaruhui jumlah pemakaian udara primer untuk mengeringkan batubara tersebut. c) Zat terbang (Volatile Matter atau VM, satuan persen) Kandungan VM mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas api. Hal ini didasarkan pada rasio atau perbandingan antara kandungan karbon (fixed carbon) dengan zat terbang, yang disebut dengan rasio bahan bakar (fuel ratio). Semakin tinggi nilai fuel ratio, maka jumlah karbon di dalam batubara yang tidak terbakar juga semakin banyak. Jika perbandingan tersebut nilainya lebih dari 1,2 maka pengapian akan kurang bagus sehingga mengakibatkan kecepatan pembakaran menurun. d) Kadar abu (Ash content, satuan persen) Semakin tinggi kadar abu, secara umum akan mempengaruhi tingkat pengotoran, keausan, dan korosi peralatan yang dilalui. e) Kadar sulfur (Sulfur content, satuan persen) Kandungan sulfur dalam batubara biasanya dinyatakan dalam Total Sulfur (TS). Kandungan sulfur ini berpengaruh terhadap tingkat korosi sisi dingin yang terdapat pada pemanas udara, terutama apabila suhu kerja lebih rendah daripada titik embun sulfur. Selain itu, berpengaruh juga

terhadap efektivitas penangkapan abu pada electrostatic presipitator.

f) Kadar karbon (Fixed carbon atau FC, satuan persen) Nilai kadar karbon ini semakin bertambah seiring dengan meningkatnya kualitas batubara. Kadar karbon dan jumlah zat terbang digunakan sebagai perhitungan untuk menilai kualitas bahan bakar, yaitu berupa nilai fuel ratio. g) Ukuran (Coal size) Ukuran batubara dibatasi pada rentang butir halus dan butir kasar. Butir paling halus untuk ukuran maksimum 3 mm, sedangkan butir paling kasar sampai dengan ukuran 50 mm. h) Tingkat ketergerusan (Hardgrove Grindability Index atau HGI) inerja pulverizer atau mill dirancang pada nilai HGI tertentu. Untuk HGI lebih rendah, mesin harus beroperasi lebih rendah dari nilai standarnya untuk menghasilkan tingkat kehalusan yang sama. Kualitas batubara ditentukan dengan analisis batubara di

laboraturium, diantaranya adalah analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis proksimat dilakukan untuk menentukan jumlah air, zat terbang, karbon padat, dan kadar abu, sedangkan analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur jarang. a. Analisis proksimat batubara (coal proximate analysis) Analisis proksimat batubara bertujuan untuk menentukan kadar Moisture (air dalam batubara) kadar moisture ini mengcakup pula nilai free moisture serta total moisture, ash (debu), volatile matters (zat terbang), dan fixed carbon (karbon tertambat). Moisture ialah kandungan air yang terdapat dalam batubara sedangkan abu (ash) merupakan kandungan residu non-combustible yang umumnya terdiri dari senyawa-senyawa

silika oksida (SiO2), kalsium oksida (CaO), karbonat, dan mineral-mineral lainnya,Volatile matters adalah kandungan batubara yang terbebaskan pada temperatur tinggi tanpa keberadaan oksigen (misalnya CxHy, H2, SOx, dan sebagainya), Fixed carbon ialah kadar karbon tetap yang terdapat dalam batubara setelah volatile matters dipisahkan dari batubara. Kadar fixed carbon ini berbeda dengan kadar karbon (C) hasil analisis ultimat karena sebagian karbon berikatan membentuk senyawa hidrokarbon volatile. b. Analisis ultimat batubara (coal ultimate analysis) Analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kadar karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen, (N), dan sulfur (S) dalam batubara. Seiring dengan perkembangan teknologi, analisis ultimat batubara sekarang sudah dapat dilakukan dengan cepat dan mudah. Analisa ultimat ini sepenuhnya dilakukan oleh alat yang sudah terhubung dengan komputer. Prosedur analisis ultimat ini cukup ringkas; cukup dengan memasukkan sampel batubara ke dalam alat dan hasil analisis akan muncul kemudian pada layar komputer.

3. Data Pengamatan 3.1. MassaMassa Nilai Kalor Massa awal Massa sisa Massa yang terbakar Fuse Eire 5960,40 kj/kg 0,02 gr

Massa crucibile + batubara Massa crucibile Massa Batubara 3.2. Temperatur

= 18,87 gr = 17,36 gr = 1,51 gr

t (menit) T C t (menit) T C t (menit) T C t (menit) T C t (menit) T C t (menit) T C

1:00 29.75 7:15 29.91 9:00 30.59 10:45 31.22 12:30 31.61 14:15 31.79

2:00 29.9 7:30 29.92 9:15 30.71 11:00 31.3 12:45 31.64 14:30 31.78

3:00 29.93 7:45 29.96 9:30 30.79 11:15 31.37 13:00 31.67 14:45 31.8

4:00 29.95 8:00 30.03 9:45 30.89 11:30 31.41 13:15 31.69 15:00 31.81

5:00 29.93 8:15 30.32 10:00 30.96 11:45 31.46 13:30 31.72 15:15

6:00 29.92 8:30 30.36 10:15 31.07 12:00 31.51 13:45 31.75 6:00

7:00 29.92 8:45 30.45 10:30 31.15 12:15 31.55 14:00 31.77 7:00

3.3.Kondisi Sebelum Sesudah

Kondisi ruanganTemperatur (C) 28,81 Tekanan (cmHg)

4. Analisa Data dan Perhitungan 4.1. Grafik perubahan temperatur

T (C)32 31.5 31 30.5 30 29.5 0:00 4:48 9:36 14:24 19:12

waktu (menit)

4.2. Persamaan yang digunakan untuk menghitung Nilai Kalor Bahan Bakar

(HHV =

) (

)

Dimana : HHV adalah nilai kalor bahan bakar yang diukur (kj/kg) H T adalah nilai air calorimeter = 11,5664 kj/C adalah selisih temperature akhir dengan temperature awal (T f T) adalah massa fuse wire (kg)

adalah nilai kalor fuse wire = 5860,40 kj/kg adalah massa bahan bakar (kg) 4.3. Perhitungan Dari grafik diperoleh T = 31,81C 29.96C = 1,85C

(HHV =

) (

)

((HHV =

)(

)) ((

)(

)

HHV = 14131,94 kj/kg, = 6,07564 Btu/lb

atau

5. Kesimpulan Hasil perhitungan nilai kalor sampel batubara melalui pengujian dengan bom kalorimeter pada temperature ruangan 28,81 C adalah 14131,94 kj/kg atau 6,07564 Btu/lb, sehingga jenis batubara ini termasuk dalam kelas antara lignite dan peat