BAB 13 : CAMPURAN BEREAKSI DAN PEMBAKARAN Anggota Kelompok : 1. Elang Fachri 13108007 2. Moya Zamzami 13108009 3. Satrio Swandiko 13108012

Tujuan dan Konsep Dasar Mempelajari sistem-sistem dengan reaksi kimia Konsep-Konsep Dasar : Konservasi Massa Konservasi Energi (Hk. Termodinamika I) Hukum Termodinamika II Eksergi Kimia

Proses Pembakaran Reaksi Pembakaran : Reaktan (Bahan Bakar + Oksider)  Produk Bahan Bakar : Zat yang dapat dibakar ( difokuskan pada HC saja) C8H18, C12H26, CH4 Oksider : Zat yang mengoksidasi bahan bakar O2 murni, udara (21%O2, 79%N2) Produk : Zat hasil pembakaran CO2, H2O, N2, CO, HC

Internal & External Combustion Mesin Uap 4-Stroke Cycle 2-Stroke Cycle

Perbandingan Udara-Bahan Bakar (Air-Fuel Ratio : AF) AF = Basis massa; AF = Basis molal Mair= 28,97; Mfuel = lihat Tabel A-1 Contoh Reaksi Pembakaran : CH4 +2(O2+3,76N2)CO2+2H2O+7.52N2 Persen Udara Teoritik : Persen Udara Lebih 150% udara teoritik = 50% udara lebih (pembakaran miskin) Persen Udara Kurang 80% udara teoritik = 20% udara kurang (pembakaran kaya)

Perbandingan Ekuivalen (Φ) : Φ > 1 : Pembakaran Kaya Φ =1 : Pembakaran Stoikiometrik Φ < 1 : Pembakaran Miskin

Pembakaran Miskin : Produk terdiri dari CO2, H2O, N2, dan O2 Pembakaran Miskin : Produk terdiri dari CO2, H2O, N2, dan O2. (ex: Pembakaran Oktan + Udara) A. Pembakaran Stoikiometrik Neraca Massa : Jadi,

B. Pembakaran dengan 150% udara teoritik Neraca massa : Jadi, Perbandingan ekuivalen (Φ) : 15,1/22,6 = 0,67 < 1 (miskin) Bila temperatur gas buang terlalu tinggi, maka ada energi yang terbuang yang sebenarnya dapat digunakan. Bila temperatur produk di bawah temperatur ttik embun, maka bahan-bahan dari baja dapat terancam korosi

KONSERVASI ENERGI BAGI SISTEM YANG BEREAKSI Tingkat keadaan acuan standar untuk elemen stabil, dimana h = 0: Tref = 298,15 K (25oC) = 537 R (77oF) Pref = 1 atm (berlaku untuk bentuk-bentuk stabil, contoh: O2, H2O, dan N2, bukan H, O atau N ) = entalpi pembentukan = entalpi senyawa (compound) pada tingkat keadaan standar/acuan= energi yang dikeluarkan atau diserap ketika senyawa tersebut terbentuk dari elemen-elemennya.  bila menyerap panas (endotermik),  bila melepas panas (eksotermik). Lihat Tabel A-25 dan A-25 E

Dari tabel uap, tabel gas ideal, dan lainnya  Entalpi senyawa selain pada tingkat keadaan standar : Untuk air di Tabel A-25: a. sebagai cairan, atau b. sebagai uap air Dari tabel uap, tabel gas ideal, dan lainnya Entalpi pembentukan (Tabel A-25); = 0 untuk elemen stabil pada Tref, Pref

Entalpi Penguapan : > Tingkat keadaan hipotetikal (tidak ada) > Digunakan bila dihitung dari tabel gas ideal (Tabel A.23 atau A.23.E)

Enthalpy for Reacting Systems Analisis pada control volume Theoretical amount of air reaktan: fuel, udara produk : gas karbondioksida dan nitrogen, uap air Dry products of combustion reaktan : fuel, udara produk : gas karbondioksida, karbonmonoksida, oksigen, dan nitrogen, uap air Aplikasi : combustion engine, combustion chamber Analisis pada control mass

Absolute Entropy Absolute Entropy entropy yang relatif terhadap keadaan absolute zero, 0 K

Third Law of Thermodinamics Hukum suhu 0 Kelvin (-273,15 Celcius): Teori termodinamika menyatakan bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi karena gerakan kinetik dalam skala molekular. Jika gerakan ini dihentikan, maka suhu material tersebut akan mencapai 0 derajat kelvin. Temperatur absolut (0 K) tidak pernah bisa dicapai, hanya bisa didekati saja.

Aplikasi : Kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala molekular yang menggangu aliran elektron. Kerata masa depan: Maglev, Magnetic Levitation Train

Bidang kedokteran: Magnetic Resonance Imaging (MRI) Pemetaan geografis: HTS-SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices)

Pembangkit listrik dengan magnet superkonduktor

Sel Bahan Bakar (Fuel Cell) Sel Bahan Bakar adalah sel elektrokimia yang mengubah bahan bakar menjadi arus listrik dan air. Contoh dari sel bahan bakar adalah sel bahan bakar hidrogen-oksigen Fuel cell menggunakan reaksi kimia, lebih baik daripada mesin pembakaran. Prosesnya merupakan kebalikan dari elektrolisis. Pada elektrolisis, arus listrik digunakan untuk menguraikan air menjadi hidogen dan oksigen. Dengan membalik proses ini, hidrogen dan oksigen direaksikan dalam fuel cell untuk memproduksi air dan arus listrik.

Gambar diagram blok dari sebuah sel bahan bakar. Pada sel tersebut terjadi reaksi: Reaksi Hidrogen Reaksi Oksigen Reaksi Total

Keuntungan Dan Kendala Keuntungan fuel cell yaitu, efisiensi tinggi dapat mencapai 80%, tidak bising dan gas buang yang bersih bagi lingkungan. Kendala yang masih membatasi pengguanaan fuel cell adalah : Apabila digunakan bahan bakar hidrogen, maka dibutuhkan tanki pengaman yang berdinding tebal dan memiliki katup pengaman. Selain itu diperlukan kompresor untuk memasukan ke adalam tanki. Apabila yang dibawa adalah hidrogen cair, maka akan timbul kesulitan karena harus dipertahankan pada temperatur -253,15oC pada tekanan 105Pa. Apabila digunakan metanol sebagai pengganti hidrogen, maka dibutuhkan reformer. Tetapi efisiensi menjadi menurun. Temperatur yang cukup tinggi saat pengoperasian antara 60o-120oC

Macam Fuel Cell Pada saat ini ada 7 jenis fuel cell yaitu:  Alkaline (AFC) Proton exchange membrane, juga disebut Proton Electrolyte Membrane(PEM) Phosphoric Acid(PAFC) Molten carbonate(MCFC) Solid oxide(SOFC) Direct methanol fuel cells (DMFC) Regenerative fuel cells

Alkaline (AFC)

Proton Electrolyte Membrane (PEM)

Phosphoric Acid(PAFC)

Molten carbonate(MCFC)

Solid oxide(SOFC)

Direct methanol fuel cells (DMFC)

Regenerative fuel cells