Pendahuluan 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

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)

Reaksi ke-a disebut sebagai reaksi tidak lengkap, sedang reaksi C + O2 CO2 + 97.80 (reaksi lengkap)

Suhu hasil pembakaran bergantung pada: Komposisi bahan kimia yang dibakar Jumlah udara yang disertakan Suhu udara Suhu bahan pada saat pembakaran Catatan: jumlah udara harus mendekati jumlah teori

1. Pembakaran terjadi jika ada bahan yang dapat dibakar. 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

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.

komposisi dari satuan carbon akan ditunjukkan 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

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)

Nilai kalor dapat ditentukan dengan 2 cara: dari analisa kandungan kimianya dengan percobaan

Karena ada kandungan humiditas dan air di dalam bahan maka ada 2 macam nilai kalor dalam arti sebenarnya: Nilai kalor superiur: yang mana meliputi kalor dari hasil kondensasi pada 00C dari kandungan uap air yang tercampur dengan asap, dengan simbol P.

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

Bahan yang dapat dibakar 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 1 Sulfur S 2220 Hidrogen H 3090 2610 0.844 Karbon mono CO 3066 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

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 Bila suatu bahan bakar yang mempunyai setiap 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

Dengan demikian

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

Dalam gas/asap hasil pembakaran sebanyak 1 Nm3 kita akan mendapatkan suatu volume total air yang terdiri dari: 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.

Pembakaran sempurna dari metane mengikuti persamaan: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Biasanya untuk hidrokarburan berat dapat didekati dengan persamaan rata-rata empirik sbb:

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

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) 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)

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

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)

5. Penentuan Nilai Kalor Nilai kalor dari suatu yang dapat terbakar ditentukan dengan: dengan perhitungan (jika komposisinya diketahui) 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.

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

Hidrogen, Oksigen dan Minyak (Berat) Yang Tinggi 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.

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:

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

Sama untuk hidrogen, pembakaran 1 mol H2, menghasilkan 58.2 kcal. Pembakaran 1 Nm3 hidrogen akan menghasilkan

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

Penerapan: dari hasil analisa suatu anthracite 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)

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:

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:

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 Arus listrik O2 oksigen Pembakaran filamen air Termokopel (0T)

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