BAHAN BAKAR DAN PEMBAKARAN
BAHAN BAKAR DAN PEMBAKARAN
Bahan Bakar dan PembakaranI. Tinjauan Umum
1. Definisi
Bahan bakar = bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran
dengan sendirinya, disertai pengeluaran kalor.
Bahan bakar dapat terbakar dengan sendirinya karena: kalor dari sumber kalor < kalor
yang dihasilkan dari proses pembakaran.
2. Macam Bahan Bakar
- Bahan bakar organik, terdiri dari:
- Bahan bakar fosil, misal: batubara, minyak bumi, gas bumi.
- Sisa tumbuhan, minyak nabati, minyak hewan.
- Bahan bakar nuklir, misal: Uranium, Plutonium.
Kalor dihasilkan dari reaksi rantai penguraian atom-atom melalui peristiwa
radioaktif.
Bahan bakar nuklir: tidak dibahas.
Bahan bakar organik tersusun dari unsur- unsur C, H, O, N, S, P dan lain-lain
dalam jumlah kecil, sedang yang berperan sebagai bahan bakar adalah: C, H, S.
Berdasarkan wujudnya, bahan bakar dibagi:
- bahan bakar padat,
- bahan bakar cair,
- bahan bakar gas.
Berdasarkan proses terbentuknya, dibagi:
- bahan bakar alamiah,
- bahan bakar non-alamiah.
3. Pembakaran
Pembakaran ialah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan bakar,
disertai keluarnya kalor.
Pembakaran spontan =
Pembakaran sempurna =
Pembakaran parsial =
4. Komposisi
4.1 Bahan bakar padat (khususnya batubara):
- menurut analisis pendekatan (proximate analysis):
- air
- abu
- bahan yang dapat terbakar (combustible matter) = BDT; hasil
pembakarannya: gas dan fixed carbon
- fixed carbon
- menurut analisis tuntas (ultimate analysis): komposisi unsur-unsur C, H, O, N,
S, abu dan air.
Air yang terkandung: - air dari kelembaban,
- air senyawa,
Air kelembaban: menempel secara mekanik.
Air senyawa: air yang dapat terbentuk jika unsur O dan H dalam bahan bakar
mempunyai perbandingan stoikiometris.
Bahan yang dapat terbakar (= BDT) terdiri dari:
- BTG (bahan yang bila terbakar menghasilkan gas dan uap air) = volatile
combustible matter = VCM.
- KT (karbon tetap) = fixed carbon = FC.
4.2 Bahan bakar cair
= campuran beberapa macam senyawa hidrokarbon.
Minyak bumi: - C5-C16
- parafin, naftena, olefin, aromatik.
- membentuk senyawa ikatan dengan S, O, N.
4.3 Bahan bakar gas
= campuran atau tunggal senyawa yang mengandung C dan H, dari C0-C4, misal: CH4,
C2H6, C2H4, C2H2, CO, H2, C3H8, C4H10.
Bahan bakar padat tersusun dari:
- Komponen yang dapat terbakar, yaitu komponen yang mengandung: C, H, S,
yaitu unsur-unsur yang bila terbakar membentuk gas, disebut sebagai “bahan
dapat terbakar yang membentuk gas” atau “BTG” atau “VCM”.
Reaksinya: C + O2----> CO2 / CO
H + O2 ----> H2O
S + O2 ----> SO2 / SO3
- Komponen yang bila terbakar tidak membentuk gas, yaitu “karbon tetap” atau
“KT” atau “FC” (fixed carbon).
- Komponen yang tidak dapat terbakar, yaitu O, N, bahan mineral atau abu dan
H2O.
Bahan bakar cair tersusun dari:
- Senyawa-senyawa hidrokarbon cair, sedikit mengandung S, O dan N sebagai
asosiasi dengan karbon dan hidrogen dari senyawa hidrokarbon tersebut, serta
abu.
Bahan bakar gas tersusun dari:
- Campuran senyawa-senyawa karbon dan hidrogen (yang mudah terbakar), dan
gas- gas yang tidak terbakar.
Spesifikasi dasar bahan bakar:
Bahan bakar padat:
a. Nilai kalor = heating value = calorific value.
Nilai kalor atas (GHV) = gross heating value = higher heating value.
Nilai kalor bawah (NHV) = net heating value = lower heating value.
b. Kandungan air dalam bahan bakar
air internal = air higroskopis.
air eksternal = air mekanikal.
c. Kandungan abu
Abu = bahan mineral = bahan yang tidak dapat terbakar.
d. Kandungan belerang
S terkandung dalam senyawa organik (= Sor), dalam pyrite (= Sp), dalam senyawa
sulfat (= Ss).
S total = Sor + Sp + Ss
e. Kandungan bahan yang dapat membentuk gas = VCM = BTG
= unsur-unsur C, H, S.
f. Kandungan FC atau KT
Bahan bakar cair:
a. nilai kalor’
b. kandungan air dalam bahan bakar,
c. kandungan belerang dan abu,
serta:
g. berat jenis,
h. viskositas,
i. flash point,
j. parafinitas.
Bahan bakar gas:
kecuali a, b, juga:
k. “flammability limits” (batas nyala), yaitu batas komposisi bahan bakar dalam
campurannya dengan gas inert misalnya N2 agar dapat menyala,
l. komposisi ( b termasuk komposisi),
m. suhu nyala adiabatis,
n. suhu dan tekanan.
Pembakaran
Proses pembakaran = reaksi antara bahan bakar dan oksigen, diikuti cahaya
dan timbul kalor. Oksigen yang dipakai biasanya dari udara. Udara terdiri dari: 79%
N2 + 21% O2.
Catatan: - Untuk komposisi gas, yang dimaksud adalah komposisi volum atau
komposisi mol.
- Untuk bahan padat dan cair, yang dimaksud komposisi adalah komposisi
berat.
Pembakaran sempurna = complete combustion terjadi kalau semua unsur C, H
dan S yang terkandung dalam bahan bakar bereaksi membentuk CO2, H2O dan SO2.
Pembakaran sempurna dapat dicapai dengan:
- pencampuran antara bahan bakar dan oksidator tepat/baik, dengan rasio
udara
bahan bakar
tepat. Pencampuran yang baik terjadi kalau berlangsung secara turbulen.
Campuran stoikiometris: kalau jumlah oksigen dalam campuran tepat untuk
bereaksi dengan C, H dan S membentuk CO2, H2O dan SO2.
Pembakaran sempurna = perfect combustion, yaitu “complete combustion”
yang jumlah bahan bakar dan oksidatornya (oksigen atau udara) stoikiometris.
Pembakaran parsial = incomplete combustion terjadi jika proses pembakaran
bahan bakar menghasilkan “intermediate combustion product” seperti CO, H2,
aldehid, disamping CO2 dan H2O. Kalau oksidatornya udara, gas hasil pembakaran
juga mengandung N2.
Pembakaran parsial dapat terjadi antara lain karena:
- pasokan oksidatornya terbatas atau kurang dari jumlah yang diperlukan,
- nyala ditiup/diembus,
- nyala didinginkan dengan dikenai benda/permukaan dingin.
Pembakaran spontan = spontaneous combustion terjadi jika zat/bahan
mengalami oksidasi perlahan-lahan, kalor yang dihasilkan tidak dilepas, sehingga
suhu bahan naik secara perlahan juga sampai suhu mencapai titik bakarnya (ignition
point), maka bahan terbakar dan menyala.
Oksidasi: reaksi antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, berlangsung
relatif pelan, tanpa timbul cahaya dan tanpa timbul kalor yang cepat, meskipun jumlah
kalor yang dihasilkan seluruhnya cukup berarti.
Kalor Pembakaran: kalor yang dihasilkan dari pembakaran sempurna 1 satuan
berat bahan bakar padat atau bahan bakar cair atau 1 satuan volume bahan bakar gas
pada kondisi baku.
Kondisi baku: tekanan 1 atm, suhu 250C atau 600F atau 00C.
Available heat = kalor guna = (kalor pembakaran) – (kalor untuk mengubah
suhu bahan bakar dan udara menjadi suhu baku T0) – (kalor untuk mengubah suhu
hasil pembakaran ke T0)
Kalor yang diperlukan = heat required = (kalor untuk mendapatkan kerja) +
(kalor hilang dari dinding sistem pembakaran) + (kalor hilang karena radiasi dari
lubang-lubang sistem pembakaran) + (kalor untuk pemanasan awal sistem
pembakaran). –untuk operasi batch-
Kalor yang diperlukan = kalor guna.
sumber: http://teknikmesinpnup.blogspot.co.id/2011/02/bahan-bakar-dan-pembakaran.html
Posting Komentar