12/20/2012
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 1.
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)
Contoh Suhu-Suhu Pembakaran Yang dapat dibakar
Suatu bahan dapat terbakar hanya Jika sebelumnya diletakkan di atas suhu minimal,disebut sebagai suhu pembakaran
a. Hidrogen b. CO c. Metana d. Hidrokarborant berat e. Karbon f. Karbon tanah g. Karbon kayu
Suhu pembakaran 550 300 650 600-800 700 325 360
1
12/20/2012
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 industri selalu mengandung C, H, S Reaksi kimia ditetapkan pada reaksi berikut:
Bahan bakar padat juga harus dibentuk dalam ukuran kecil sebelum dilakukan pembakaran. Kalau tidak, akan terjadi proses gasifikasi pembakaran segera.
Biasanya pembakaran karbon terjadi dalam 2 tahap
C H2
+ +
O2 ½ O2
CO2 H2O
+ 97.80 kcal + 69.0 kcal
C
+
½ O2
CO + 29.04 kcal
(a)
S
+
O2
SO2
+ 69.2 kcal
CO +
½ O2
CO2 + 68.20 kcal
(b)
panas hasil pembakaran
2
12/20/2012
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
3
12/20/2012
2. Bahan- Bahan Industri yang Dapat Dibakar 2.1 Bahan Bakar Padat: - Karbon - Kayu - Batu bara/arang - Spon hasil decomposisi bahan tumbuhan
3. Komposisi dan Kemampuan Panas Data fundamental dari suatu pembakaran adalah: - Komposisi kimia, yang menyusun bahan - Kemampuan panas, nilai energi
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
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.
4
12/20/2012
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
ho
0.038 0.042 kg kg 0.892
Oo
0.034 0.038 kg kg 0.892
0.026 no 0.029 kg kg 0.892 so
0.014 0.016 kg kg 0.892
Nilai perbandingan yang dapat dibakar maka
Co
C 0.780 kg 0.875 1 w d 1 0.058 0.05 kg
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)
5
12/20/2012
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.
Tabel berikut memberikan nilai kalor superiur dan interiur dari komponen yang ada
b.
Nilai kalor inferiur: nilai kalor bahan dimana panas kondensasi dari air tidak diperhitungkan (I).
Bahan yang Simbol/formula P (kcal/kg) I (kcal/kg) dapat dibakar kimia Carbon C 8100 8100 Sulfur Hidrogen Karbon mono Oksida methane Acetylene Ethylene Propene Butane benzena
I/P 1
S H CO
2220 3090 3066
2220 2610 3066
1 0.844 1
CH4 C2H2 C2H4 C3H8 C4H10 C6H6
9490 14210 14930 23670 30750 35140
8520 13730 14090 21740 28340 33690
0.898 0.966 0.934 0.918 0.921 0.941
6
12/20/2012
Bahan Bakar Cair/Solid 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.
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
Q (9h w) 597kcal
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
Dengan demikian
P I Q I (9h w) 597 kcal / kg P I 5400h 600w (dalam praktek)
7
12/20/2012
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
Cm H p
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.
8
12/20/2012
Pembakaran sempurna dari metane mengikuti persamaan: CH4 +
2O2
CO2
+
2H2O
Dengan demikian pembakaran dari volume (CH4 +ΣCmhP) Nm3 dari hidrokarburan akan menghasilkan: (2CH4 + 2.45 ΣCmhP) Nm3 uap air
Biasanya untuk hidrokarburan berat dapat didekati dengan persamaan rata-rata empirik sbb: Cm H p 3.670 O2 2.45 CO2 2.45 H 2O
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 atau 18 kg
1 22.414
k mole
22.414
9
12/20/2012
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: 18 x597 22.414 ( w h 2CH 4 2.45 Cm hp ) 480 kcal
Q ( w h 2CH 4 2.45 Cm hp )
dan kita menuliskan: P =
I
+
Q (dari persamaan awal)
10
