PROSES PEMBAKARANA. PENDAHULUANGambaran singkat tentang keistimewaan utama bahan bakar, energi dari Matahari diubah menjadi energi kimia dengan fotosintesa. Namun, sebagaimana kita ketahui, bila kita membakar tanaman atau kayu kering, menghasilkan energi dalam bentuk panas dan cahaya, kita melepaskan energi matahari yang sesungguhnya tersimpan dalam tanaman atau kayu melalui fotosintesa. Kita tahu bahwa hampir kebanyakan di dunia pada saat ini kayu bukan merupakan sumber utama bahan bakar. Kita umumnya menggunakan gas alam atau minyak bakar di rumah kita, dan kita menggunakan terutama minyak bakar dan batubara untuk memanaskan air menghasilkan steam untuk menggerakan turbin untuk sistim pembangkitan tenaga yang sangat besar. Bahan bakar tersebut batubara, minyak bakar, dan gas alam sering disebut sebagai bahan bakar fosil. Berbagai jenis bahan bakar (seperti bahan bakar cair, padat, dan gas) yang tersedia tergantung pada berbagai faktor seperti biaya, ketersediaan, penyimpanan, handling, polusi dan peletakan boiler, tungku dan peralatan pembakaran lainnya.Pengetahuan mengenai sifat bahan bakar membantu dalam memilih bahan bakar yang benar untuk keperluan yang benar dan untuk penggunaan bahan bakar yang efisien. Uji laboratorium biasanya digunakan untuk mengkaji sifat dan kualitas bahan bakar.

B.PEMBAHASAN1. PembakaranProses pembakaran dapat diartikan sebagai reaksi antara bahan bakar (baik berbentuk padat, cair, ataupun gas) dengan oksigen, diikuti cahaya dan timbul kalor. Oksigen yang dipakai biasanya dari udara. Dari pengertian tersebut dapat di simpulkan bahwa proses pembakaran harus memenuhi tiga syarat utama, yaitu :1.Bahan bakar2.Oksidiser ( segala sesuatu yang mengandung oksigen ).3. Sumber kalor (heat source ).Meskipun beberapa unsur yang dihasilkan dari pembakaran bersifat buruk apabila berlebih ( CO,CO2, SO2 dan SO3 ) akan tetapi proses pembakaran pada umumnya berdampak positif apabila terjadi secara sempurna. Yang dimaksud dengan pembakaran sempurna (complete combustion) adalah pembakaran yang terjadi dengan reaksi yang terkontrol atau sesuai dengan batas wajar. Misalkan pembakaran dimana semua unsur C, H dan S yang terkandung dalam bahan bakar bereaksi membentuk CO2, H2O dan SO2 secara sempurna dengan jumlah yang masih wajar.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 dan campurannya stoikiometris (kalau jumlah oksigen dalam campuran tepat untuk bereaksi dengan C, H dan S membentuk CO2, H2O dan SO2). Sebaliknya pembakaran tidak sempurna / parsial / incomplete combustion terjadi jika proses pembakaran bahan bakar menghasilkan intermediate combustion product seperti CO, H2, aldehid, disamping CO2 dan H2O. Kalau oksidatornya adalah udara, gas hasil pembakaranjuga 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. 2. Definisi bahan bakar dalam proses pembakaranBahan Bakar (Sumber Daya Energi) adalah bahan atau material berupa bahan padat, cair maupun gas yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas melalui proses pembakaran.Sifat bahan bakar adalah apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran dengan sendirinya, disertai pengeluaran kalor. Klasifikasi Bahan BakarBerdasarkan proses terbentuknya, dibagi:- Bahan bakar alamiah,- Bahan bakar non-alamiah / buatan.Berdasarkan bentuknya bahan bakar dibedakan menjadi 3 yaitu :1. Bahan bakar cair ( Liquid Fuel )2. Bahan bakar gas ( Gaseous Fuel ) 3. Bahan bakar padat ( Solid Fuel )Bahan bakar fosil diklasifikasikan secara umum berdasarkan fasenya diatas, yakni: padat, cair, dan gas. Tiap-tiap bahan bakar, terbakar dengan cara yang unik, dan begitu pula dengan kebutuhan penanganannya yang juga khusus.2.1 . Bahan Bakar CairBahan 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 fosil berfase cair didapatkan dari minyak bumi mentah. Minyak bumi yang masih mentah akan mengalami proses lebih lanjut untuk memisahkannya menjadi berbagai jenis minyak. Dari minyak mentah yang diolah akan didapatkan LPG, bensin, solar, kerosin, avtur, dan beberapa jenis lainnya. Tiap-tiap jenis minyak memiliki komposisi kimia, temperatur ignition, viskositas, dan flash point yang berbeda-beda. Flash point adalah temperatur terendah dari suatu material untuk dapat menguap dan selanjutnya terbakar di udara.Minyak bumi secara prinsip tersusun atas parafin, isoparafin, aromatik, naftan, dan hidrokarbon-hidrokarbon lainnya. Minyak bumi juga dapat mengandung polutan seperti vanadium dan nikel. Meskipun juga terdapat sedikit residu dan ash (abu) yang jumlahnya tidak lebih dari 0,5%, namun keduanya dapat mengganggu dengan membentuk kerak dan mengurangi efisiensi perpindahan panas, Di sinilah diperlukan adanya zat aditiv yang berfungsi untuk mengurangi gangguan adanya pembentukan kerak.Hasil pengolahan minyak bumi merupakan bahan bakar dan dapat kita golongkan kedalam beberapa kelompok; gas-gas hidrokarbon ringan, bensin (gasoline), kerosin, bahan bakar pesawat jet dan minyak diesel, minyak bakar dan produk-produk lainnya, perhatikan bagan 10.21Bagan 10.21. Hasil pengolahan minyak bumiProses pembakaran minyak bergantung pada proses pencampurannya dengan udara. Ada pula jenis minyak bumi yang harus mengalami proses atomizing terlebih dahulu sebelum melalui proses pembakaran. Udara atau uap air dibutuhkan untuk proses atomizing tersebut, sehingga didapatkan droplet yang sekecil-kecilnya dan didapatkan campuran antara bahan bakar dengan udara yang sempurna.Bahan bakar cair seperti minyaktungku/furnaceoildan LSHS(low sulphur heavy stock)terutama digunakandalam penggunaan industri. Berbagai sifat bahan bakar cair diberikandibawah ini :a. DensitasDensitasdidefinisikan sebagai perbandingan massabahan bakar terhadap volumbahan bakarpada suhu acuan15C.Densitasdiukur dengan suatu alat yang disebuthydrometer.Pengetahuan mengenaidensitasini berguna untuk penghitungankuantitatif dan pengkajiankualitas penyalaan. Satuandensitasadalahkg/.

b. Specific gravity

Didefinisikan sebagai perbandingan berat dari sejumlah volumminyakbakar terhadap beratair untuk volumyang sama pada suhutertentu.Densitasbahan bakar, relatif terhadap air,disebutspecific gravity.Specific gravityair ditentukan sama dengan1.Karenaspecificgravityadalah perbandingan, maka tidak memiliki satuan..Specific gravityuntuk berbagai bahan bakar minyak diberikandalam tabel dibawah:

Tabel 1.Specific gravityberbagai bahan bakar minyak(diambil dari Thermax India Ltd.)Bahan bakarminyakL.D.O(Minyak Diesel Ringan)MinyakTungku/FurnaceOilL.S.H.S(Low Sulphur Heavy Stock)

Specific Gravity0,85-0,870,89-0,950,88-0,98

c. ViskositasViskositassuatu fluida merupakan ukuranresistansibahan terhadap aliran.Viskositastergantungpada suhu dan berkurang dengan naiknya suhu. Tiap jenis minyakbakarmemiliki hubungan suhuviskositastersendiri.Viskositasmempengaruhi derajat pemanasan awal yang diperlukan untukhandling, penyimpanan dan atomisasi yang memuaskan. Jika minyak terlalu kental,makaakan menyulitkan dalam pemompaan, sulit untuk menyalakanburner, dan sulit dialirkan.d. Titik Nyala

Titik nyala suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana bahan bakar dapat dipanaskansehingga uap mengeluarkan nyala sebentar biladilewatkan suatunyalaapi.Titik nyala untukminyaktungku/furnaceoiladalah C

e. Titik TuangTitik tuang suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana bahan bakar akan tertuang ataumengalir bila didinginkan dibawah kondisi yang sudah ditentukan. Ini merupakan indikasiyang sangat kasaruntuk suhuterendah dimana bahan bakar minyak siap untuk dipompakan.

f. Panas JenisPanas jenis adalah jumlah kKal yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 kg minyak sebesarCSatuan panas jenis adalah kkal/ .Besarnya bervariasimulai dari 0,22hingga 0,28tergantung padaspecific gravityminyak.Panas jenis menentukan berapa banyak steam atau energi listrik yang digunakan untuk memanaskan minyak ke suhu yang dikehendaki. Minyakringanmemiliki panas jenis yang rendah, sedangkan minyak yang lebih berat memiliki panasjenis yang lebihtinggi.

g. Nilai KalorNilai kalor merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan., dan diukur sebagai nilaikalor kotor/gross calorific valueatau nilai kalor netto/nett calorific value.Tabel2.Nilai kalor kotor(GCV)untuk beberapa bahan bakar minyak(diambil dariThermax India Ltd.)

Bahan bakar minyakNilai Kalor kotor(GCV)(kkal/kg)Minyak Tanah-11.100Minyak Diesel-10.800L.D.O-10.700MinyakTungku/Furnace-10.500LSHS-10.600

h. SulfurJumlah sulfur dalam bahan bakar minyak sangat tergantung pada sumber minyak mentah danpada proses penyulingannya. Kandungan normal sulfur untuk residu bahan bakar minyak(minyakfurnace) berada pada2-4 %.Kandungan sulfuruntukberbagaibahan bakar minyakditunjukkanpadaTabel 3.

Tabel3.Persentase sulfur untukberbagaibahan bakar minyak(diambil dariThermaxIndia Ltd.)

Bahan bakar minyakPersen sulfurMinyak Tanah0,050,2Minyak Diesel0,050,25L.D.O0,51,8MinyakFurnace2,04,0LSHS< 0,5

i. Kadar AbuKadar abu erat kaitannya dengan bahan inorganik atau garam dalam bahan bakar minyak.Kadar abupada distilat bahan bakardiabaikan. Residu bahan bakar memiliki kadar abu yangtinggi. Garam-garam tersebut mungkin dalam bentuk senyawasodium, vanadium,kalsium,magnesium,silikon,besi, alumunium, nikel, dll.Umumnya, kadar abu berada padakisaran 0,030,07 %.

j.Residu KarbonResidu karbon memberikan kecenderunganpengendapan residu padat karbonpadapermukaan panas, sepertiburneratauinjeksi nosel,bila kandungan yang mudah menguapnyamenguap. Residu minyak mengandung residu karbon 1 persen atau lebih.k. Kadar AirKadar air minyaktungku/furnacepada saat pemasokan umumnyasangat rendah sebabprodukdisulingdalam kondisi panas. Batasmaksimum1% ditentukan sebagai standar.

2.2 BahanBakar GasBahan bakar gas merupakanbahan bakaryang sangat memuaskan sebabhanya memerlukansedikithandlingdan sistimburnernyasangat sederhana danhampirbebas perawatan. Gasdikirimkan melalui jaringanpipadistribusi sehingga cocok untuk wilayah yang berpopulasitinggi atau padat industri. Walau begitu,banyakpemakai perorangan yang besar memilikipenyimpan gas, bahkanbeberapa diantara mereka memproduksi gasnya sendiri.

a. Jenis-jenis bahan bakar gasBerikut adalah daftar jenis-jenis bahanbakar gas:*Bahan bakar yang secara alami didapatkan dari alam:Gas alamMetandari penambangan batubara*Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padatGasyang terbentukdari batubaraGas yangterbentukdari limbah danbiomasaDari proses industri lainnya (gasblast furnace)*Gas yang terbuat dariminyak bumiGasPetroleumcair(LPG)Gas hasil penyulinganGas dari gasifikasi minyak*Gas-gas dari proses fermentasi

Bahan bakar bentuk gas yang biasa digunakan adalah gaspetroleumcair(LPG),gasalam, gashasil produksi, gasblast furnace, gasdari pembuatan kokas,dll.Nilai panas bahan bakargas dinyatakan dalam Kilokalori per normal meter kubik (kKal/) ditentukanpada suhunormal(C) dan tekanan normal(760 mm Hg).

b. Sifat-sifat bahan bakar gasKarenahampir semua peralatan pembakaran gas tidak dapat menggunakan kadungan panasdari uap air,maka perhatian terhadapnilaikalor kotor(GCV)menjadikurang. Bahan bakarharus dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto(NCV).Hal inibenarterutama untuk gasalam,dimanakadungan hidrogenakanmeningkattinggikarenaadanyareaksipembentukanair selama pembakaran.

c. LPGLPGterdiri daricampuran utama propandan Butandengan sedikit persentasehidrokarbontidak jenuh (propilen dan butilene)dan beberapa fraksi yang lebih ringan dan yanglebih berat.Senyawa yang terdapat dalam LPG adalahpropan(Propilen(normaldaniso-butan() danButilen() LPGmerupakan campuran dari hidrokarbon tersebut yang berbentuk gas pada tekananatmosfir, namun dapat diembunkan menjadi bentuk cair pada suhu normal, dengan tekananyangcukup besar. Walaupundigunakan sebagai gas, namun untuk kenyamanan dan kemudahannya,disimpandanditransportdalam bentuk cair dengan tekanantertentu.LPG cair, jikamenguapmembentuk gas dengan volumsekitar 250 kali.

UapLPGlebihberatdari udara: butanberatnya sekitardua kali berat udara dan propansekitar satu setengah kali berat udara.Sehingga, uapdapatmengalirdidekat permukaantanahdanturunhingga ke tingkat yang paling rendah dari lingkungandandapatterbakar pada jaraktertentu dari sumber kebocoran.Pada udarayang tenang, uap akan tersebar secara perlahan.Lolosnyagas cairwalaupun dalam jumlah sedikit, dapat meningkatkan campuranperbandingan volumuap/ udarasehingg adapatmenyebabkanbahaya

2.3. Bahan Bakar PadatPembakaran bahan bakar padat dibutuhkan proses yang lebih kompleks. Bahan bakar terlebih dahulu dihancurkan untuk mendapatkan area permukaan yang lebih luas, dan harus mendapatkan pemanasan awal untuk bisa menguap sehingga lebih mudah untuk terbakar. Sebagai tambahan, dibutuhkan ruang furnace yang lebih besar untuk memastikan proses pembakaran menyeluruh pada keseluruhan bahan bakar.

2.3.a .Teknik untuk mengetahui karakter termal dari sebuah bahan bakarpadatData termal seperti proximate dan ultimate analysis telah biasa digunakan dalam mengevaluasi batubara, biomas, dan bahan bakar lainnya. Dalam beberapa dekade terakhir, teknik analisis termal (TA = thermal analysis) seperti thermogravimetry analysis (TGA), differential thermal analysis, dan thermal mechanical analysis telah menjadi perhatian lebih dalam mengevaluasi karakter termal dari komponen bahan bakar tersebut.Data yang diperoleh dari berbagai teknik di atas dapat menjadi informasi yang berguna dalam penentuan mekanisme reaksi, parameter kinetik, kestabilan termal, perubahan fase, panas reaksi, dan berbagai aspek lainnya terkait sistem reaksi gas-padat dan gas-cair.TGA merekam perubahan berat dari sebuah sampel sebagai fungsi waktu atau temperatur. Jika kita mendifferensialkan kurva TGA, maka akan diperoleh DTG atau Differential Thermogravimetry Analysis. DTG membantu menyediakan informasi tentang parameter kinetik. Dari kurva DTG kita bisa mengetahui laju perubahan berat dari sebuah sampel sebagai fungsi waktu atau temperatur.Teknik lain yang digunakan dalam analisis termal dari sampel organik yaitu proximate analysis, dimana dari teknik analisis ini kita mengetahui jumlah moisture content, total volatile matter, ash content, dan sebuah estimasi dari fixed carbon content.Ultimate analysis digunakan untuk mengetahui jumlah komponen penyusun dari sampel organik, seperti batubara dan biomassa. Misalnya sebuah sampel batubara ingin diketahui berapa persen kandungan karbon, hidrogen, nitrogen, dan sulfurnya.Contoh Bahan Bakar Padat:1. Kayu dan sisa tumbuhan: kadar abu rendah, kadar air relatif tinggi (tergantung pada spesies dan umur pohon, iklim, kondisi penyimpanan).Kandungan air = W Nilai kalor (rumus pendekatan): QL = (4400 - 50W) Termasuk sisa tanaman: batang tebu, kulit buah, sekam, jerami, dll.2. Peat, bahan yang terbentuk dari dekomposisi dan disintegrasi tanaman graminae(seperti tebu, bambu, alang-alang) oleh tekanan air di dalam rawa. Kandunganabunya tergantung pada lumpur rawa. Bahan bersifat higroskopis. Kandungan airnyatergantung pada kondisi pengeringan, transportasi dan penyimpanan. Nilai kalorbawahnya 1700-3000 kkal/kg.

3. Batubara ( Bahan Bakar Fosil)Batubara diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama yakniantracit, bituminous,danlignit,meskipun tidak jelas pembatasan diantaranya.Pengelompokannya lebih lanjut adalah semi-antracit, semi-bituminous,dansub-bituminous.Antracitmerupakan batubara tertuajikadilihat dari sudut pandang geologi, yang merupakanbatubara keras,tersusun dari komponenutama karbon dengan sedikit kandungan bahan yang mudah menguap danhampirtidakberkadar air.Lignitmerupakan batubaratermudadilihat dari pandangan geologi. Batubara inimerupakan batubara lunak yang tersusun terutama dari bahan yang mudah menguapdankandungan air dengan kadarfixed carbonyang rendah.Fixed carbonmerupakan karbondalam keadaan bebas, tidak bergabungdengan elemen lain. Bahan yang mudah menguapmerupakan bahan batubara yang mudah terbakar yang menguap apabila batubara dipanaskan.Batubara yang umumdigunakan, contohnya padaindustri di India adalah batubarabituminousdansub-bituminous.Pengelompokanbatubara India berdasarkan nilai kalornyaadalah sebagai berikut:Kelas Kisaran Nilai Kalor(dalam kKal/kg)ALebih dari6200B56006200C49405600D42004940E33604200F24003360G 13002400

AnalisisbatubaraTerdapat dua metode untuk menganalisisbatubara : analisisultimatedan analisisproximate.Analisisultimatemenganalisisseluruh elemen komponen batubara, padat atau gas dananalisisproximatemeganalisishanyafixed carbon,bahan yang mudah menguap, kadar airdan persen abu.Analisisultimateharus dilakukanoleh laboratorium dengan peralatan yanglengkapoleh ahli kimia yang trampil, sedangkananalisisproximatedapatdilakukan dengan peralatan yang sederhana.(Catatan:proximatetidak ada hubungannya dengan kataapproximate).1.Analisis ProximateAnalisis proximate merupakan analisis yang digunakan untuk memperkirakan kinerja vahan bakar pada saat pemanasan dan pembakaran antara lain kadar air, zat terbang (volatile matter), kadar kalori dan abu. 2.Analisis UltimateAnalisis ultimate dijalankan dengan analisis kimia untuk menentukan kadar karbon (C), hidrogen (H2), oksigen (O2), nitrogen (N2), dan belerang (S).Analisis proximateAnalisis proximate menunjukan persen berat dari fixed carbon, bahan mudah menguap, abu, dan kadar air dalam batubara. Jumlah fixed carbon dan bahan yang mudah menguap secara langsung turut andil terhadap nilai panas batubara. Fixed carbon bertindak sebagai pembangkit utama panas selama pembakaran. Kandungan bahan yang mudah menguap yang tinggi menunjukan mudahnya penyalaan bahan bakar. Kadar abu merupakan hal penting dalam perancangan grate tungku, volum pembakaran, peralatan kendali polusi dan sistim handling abu pada tungku. Analisis proximate untuk berbagai jenis batubara diberikan dalam Tabel 6.Tabel 6. Analisis proximate untuk berbagai batubara (persen)ParameterBatubaraIndiaBatubaraIndonesiaBatubara AfrikaSelatan

Kadar air5,98

9,438,5

Abu38,6313,9917

Bahan mudah menguap(volatile matter)20,7029,7923,28

Fixed Carbon34,6946,7951,22

Parameter-parameter tersebut digambarkan dibawah ini.Fixed carbon: Fixed carbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku setelah bahan yang mudah menguap didistilasi. Kandungan utamanya adalah karbon tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang tidak terbawa gas. Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai panas batubara.

Bahan yang mudah menguap (volatile matter): Bahan yang mudah menguap dalam batubara adalah metan, hidrokarbon, hydrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar, seperti karbon dioksida dan nitrogen. Bahan yang mudah menguap merupakan indeks dari kandunagnbahan bakar bentuk gas didalam batubara. Kandunag bahan yang mudah menguap berkisar antara 20 hingga 35%. Bahan yang mudah menguap:-Berbanding lurus dengan peningkatan panjang nyala api, dan membantu dalam memudahkan penyalaan batubara-Mengatur batas minimum pada tinggi dan volum tungku-Mempengaruhi kebutuhan udara sekunder dan aspek-aspek distribusi-Mempengaruhi kebutuhan minyak bakar sekunder.

Kadar abuAbu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungannya berkisar antara 5% hingga40%. Abu: Mengurangi kapasitas handling dan pembakaran Meningkatkan biaya handling Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan efisiensi boiler Menyebabkan penggumpalan dan penyumbatan

Kadar Air:Kandungan air dalam batubara harus diangkut, di-handling dan disimpan bersama-samabatubara. Kadar air akan menurunkan kandungan panas per kg batubara, dan kandungannyaberkisar antara 0,5 hingga 10%. Kadar air:- Meningkatkan kehilangan panas, karena penguapan dan pemanasan berlebih dari uap-Membantu pengikatan partikel halus pada tingkatan tertentu-Membantu radiasi transfer panas

Kadar SulfurPada umumnya berkisar pada 0,5 hingga 0,8%. Sulfur:- Mempengaruhi kecenderungan teradinya penggumpalan dan penyumbatan-Mengakibatkan korosi pada cerobong dan peralatan lain seperti pemanas udara daneconomizers- Membatasi suhu gas buang yang keluar

Analisis UltimateAnalsis ultimate menentukan berbagai macam kandungan kimia unsur- unsur seperti karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dll. Analisis ini berguna dalam penentuan jumlah udara yang diperlukan untuk pemakaran dan volum serta komposisi gas pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan suhu nyala dan perancangan saluran gas buang dll. Analisis ultimate untuk berbagai jenis batubara diberikan dalam tabel dibawah.Tabel 7. Analisis ultimate batubaraParameterBatubara India, %Batubara Indonesia, %

Kadar Air5,989,43

Bahan Mineral (1,1 x Abu)38,6313,99

Karbon41,1158,96

Hidrogen2,764,16

Nitrogen1,221,02

Sulfur0,410,56

Oksigen9,8911,88

Tabel 8. Hubungan antara analisis ultimate dengan analisis proximate

%C=0,97C+ 0,7(VM - 0,1A) - M(0,6-0,01M)

%H=0,036C + 0,086 (VM -0,1xA) - 0,0035(1-0,02M)

%=2,10 -0,020 VM

Dimana

C=% fixed carbon

A=% abu

VM=% bahan mudah menguap (volatile matter)

M=% kadar air

Catatan: persamaan diatas berlaku untuk batubara dengan kadar air lebih besar dari 15%

3. Unsur Berbahaya dari Proses Pembakaran yang Tidak SempurnaOksida Nitrogen (NO dan NO2)Gas nitrogen monoksida (NO) memiliki sifat tidak berwarna, yang pada konsentrasi tinggi juga dapat menimbulkan keracunan. Di samping itu, gas oksida nitrogen juga dapat menjadi penyebab hujan asam. Keberadaan gas nitrogen monoksida (NO) di udara disebabkan karena gas nitrogen ikut terbakar bersama dengan oksigen (O2), yang terjadi pada suhu tinggi.Oksida Belerang (SO2 dan SO3)Gas belerang dioksida (SO2) mempunyai sifat tidak berwarna, tetapi berbau sangat menyengat dan dapat menyesakkan napas meskipun dalam kadar rendah. Gas ini dihasilkan dari oksidasi atau pembakaran belerang yang terlarut dalam bahan bakar miyak bumi serta dari pembakaran belerang yang terkandung dalam bijih logam yang diproses pada industri pertambangan.Karbon Dioksida (CO2)Sebagaimana gas CO, maka gas karbon dioksida juga mempunyai sifat tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak merangsang. Gas CO2 merupakan hasil pembakaran sempurna bahan bakar minyak bumi maupun batu bara. Dengan semakin banyaknya jumlah kendaraan bermotor dan semakin banyaknya jumlah pabrik, berarti meningkat pula jumlah atau kadar CO2 di udara.Karbon Monoksida (CO)Gas karbon monoksida adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan tidak merangsang. Hal ini menyebabkan keberadaannya sulit dideteksi. Padahal gas ini sangat berbahaya bagi kesehatan karena pada kadar rendah dapat menimbulkan sesak napas dan pucat. Pada kadar yang lebih tinggi dapat menyebabkan pingsan dan pada kadar lebih dapat menyebabkan kematian.C. EVALUASI KINERJA BAHAN BAKAR

Bagian ini menjelaskan prinsip-prinsip pembakaran, bagaimana kinerja bahan bakar dapat dievaluasi dengan menggunakan perhitungan stokiometri kebutuhan air, konsep udara berlebih, dan sistim draft gas buang.1. Prinsip-prinsip Pembakarana) Proses pembakaranPembakaran merupakan oksidasi cepat bahan bakar disertai dengan produksi panas, atau panas dan cahaya. Pembakaran sempurna bahan bakar terjadi hanya jika ada pasokan oksigen yang cukup. Oksigen (O2) merupakan salah satu elemen bumi paling umum yang jumlahnya mencapai 20.9% dari udara. Bahan bakar padat atau cair harus diubah ke bentuk gas sebelum dibakar. Biasanya diperlukan panas untuk mengubah cairan atau padatan menjadi gas. Bahan bakar gas akan terbakar pada keadaan normal jika terdapat udara yang cukup. Hampir 79% udara (tanpa adanya oksigen) merupakan nitrogen, dan sisanya merupakan elemen lainnya. Nitrogen dianggap sebagai pengencer yang menurunkan suhu yang harus ada untuk mencapai oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran.Nitrogen mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas dari pembakaran bahan bakar dan mengencerkan gas buang. Nitrogen juga mengurangi transfer panas pada permukaan alat penukar panas, juga meningkatkan volum hasil samping pembakaran, yang juga harus dialirkan melalui alat penukar panas sampai ke cerobong. Nitrogen ini juga dapat bergabung dengan oksigen (terutama pada suhu nyala yang tinggi) untuk menghasilkan oksida nitrogen (NOx), yang merupakan pencemar beracun. Karbon, hidrogen dan sulfur dalam bahan bakar bercampur dengan oksigen di udara membentuk karbon dioksida, uap air dan sulfur dioksida, melepaskan panas masing-masing 8.084 kkal, 28.922 kkal dan 2.224 kkal. Pada kondisi tertentu, karbon juga dapat bergabung dengan oksigen membentuk karbon monoksida, dengan melepaskan sejumlah kecil panas (2.430 kkal/kg karbon). Karbon terbakar yang membentuk CO2 akan menghasilkan lebih banyak panas per satuan bahan bakar daripada bila menghasilkan CO atau asap.C + O2 CO 2 + 8.084 kkal/kg Karbon2C + O2 2 CO + 2.430 kkal/kg Karbon2H 2 + O2 2H2O + 28.922 kkal/kg HidrogenS + O2 SO2 + 2.224 kkal/kg Sulfur

Setiap kilogram CO yang terbentuk berarti kehilangan panas 5654 kKal (8084 2430).

b) Pembakaran Tiga TTujuan dari pembakaran yang baik adalah melepaskan seluruh panas yang terdapat dalam bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan pengontrolan tiga T pembakaran yaitu (1) Temperature/ suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan dan menjaga penyalaan bahan bakar, (2) Turbulence/ Turbulensi atau pencampuran oksigen dan bahan bakar yang baik, dan (3) Time/ Waktu yang cukup untuk pembakaran yang sempurna. Bahan bakar yang umum digunakan seperti gas alam dan propan biasanya terdiri dari karbon dan hidrogen. Uap air merupakan produk samping pembakaran hidrogen, yang dapat mengambil panas dari gas buang, yang mungkin dapat digunakan untuk transfer panas lebih lanjut.Gas alam mengandung lebih banyak hidrogen dan lebih sedikit karbon per kg daripada bahan bakar minyak, sehingga akan memproduksi lebih banyak uap air. Sebagai akibatnya, akan lebih banyak panas yang terbawa pada pembuangan saat membakar gas alam.Terlalu banyak, atau terlalu sedikit nya bahan bakar pada jumlah udara pembakaran tertentu, dapat mengakibatkan tidak terbakarnya bahan bakar dan terbentuknya karbon monoksida. Jumlah O2 tertentu diperlukan untuk pembakaran yang sempurna dengan tambahan sejumlah udara (udara berlebih) diperlukan untuk menjamin pembakaran yang sempurna. Walau demikian, terlalu banyak udara berlebih akan mengakibatkan kehilangan panas dan efisiensi. Tidak seluruh bahan bakar diubah menjadi panas dan diserap oleh peralatan pembangkit.Biasanya seluruh hidrogen dalam bahan bakar terbakar. Saat ini, hampir seluruh bahan bakar untuk boiler, karena dibatasi oleh standar polusi, sudah mengandung sedikit atau tanpa sulfur. Sehingga tantangan utama dalam efisiensi pembakaran adalah mengarah ke karbon yang tidak terbakar (dalam abu atau gas yang tidak terbakar sempurna), yang masih menghasilkan CO selain CO2.Gambar 1. Pembakaran yang sempurna, yang baik dan tidak sempurna (Biro Efisiensi Energi, 2004)

2. Perhitungan Stokiometri Kebutuhan Udaraa) Perhitungan stokiome tri udara yang dibutuhkan untuk pembakaran minyak bakarUntuk pembakaran diperlukan udara. Jumlah udara yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan metode yang diberikan dibawah ini. Langkah pertama adalah menentukan komposisi minyak bakar. Spesifikasi minyak bakar dari analisis laboratorium diberikan dibawah ini:

Unsur% Berat

Karbon 85,9

Hidrogen 12

Oksigen 0,7

Nitrogen 0,5

Sulfur 0,5

H2O 0,35

Abu0,05

GCV bahan bakar 10880 kkal/kg

Dari data analisis dengan jumlah sampel minyak bakar 100 kg, maka reaksi kimianya adalah sebagai berikut:UnsurBerat Molekul (kg / kg mol)C12O2 32H2 2S 32N2 28CO2 44SO2 64H2O 18

C + O2 CO2H2 + 1/2O2 H2OS + O2 SO2Unsur bahan bakarC + O2 CO212 + 32 44

12 kg karbon memerlukan 32 kg oksigen membentuk 44 kg karbon dioksida, oleh karena itu 1 kg karbon memerlukan 32/12 kg atau 2,67 kg oksigen (85,9) C + (85,9 x 2,67) O2 315,25 CO2 2H2 + O2 2H2O 4 + 32 364 kg hidrogen memerlukan 32 kg oksigen membentuk 36 kg air, oleh karena itu 1 kg hidrogen memerlukan 32/4 kg atau 8 kg oksigen.(12) H2 + (12 x 8) O2 (12 x 9 ) H2OS + O2 SO232 + 32 64

32 kg sulfur memerlukan 32 kg oksigen membentuk 64 kg sulfur dioksida, oleh karena itu 1kg sulfur memerlukan 32/32 kg atau 1 kg oksigen(0,5) S + (0,5 x 1) O2 1,0 SO2

Oksigen total yang dibutuhkan = 325,57 kg(229,07+96+0,5)Oksigen yang sudah ada dalam100 kg bahan bakar (ditentukan) = 0,7 kgOksigen tambahan yang diperlukan = 325,57 0,7 = 324,87 kgJadi, jumlah udara kering yang diperlukan = (324,87) / 0,23(udara mengandng 23% berat oksigen) = 1412,45 kg udaraUdara teoritis yang diperlukan = (1412,45) / 100 = 14,12 kg udara / kg bahan bakarJadi, dari contoh diatas terlihat, untuk membakar setiap kg minyak bakar, diperlukan udara 14,12 kg.

b) Perhitungan kandunganCO2 teoritis dalam gas buangSangat perlu untuk menghitung kandungan CO2 dalam gas buang, karena dapat digunakan untuk menghitung udara berlebih dalam gas buang. Sejumlah tertentu udara berlebih diperlukan untuk pembakaran sempurna minyak bakar, tetapi jika terlalu banyak udara berlebih dapat menyebabkan kehilangan panas dan terlalu sedikit udara berlebih dapat mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna. CO2 dalam gas buang dapat dihitung sebagai berikut:Nitrogen dalam gas buang = 1412.45 324,87 = 1087,58 kg% volum CO2 teortis dalam gas buang dihitung seperti dibawah ini:Mol CO2 dalam gas buang = (314,97) / 44= 7,16Mol N2 dalam gas buang = (1087,58) / 28 = 38,84Mol SO2 dalam gas buang = 1/64 = 0,016

% Volum CO2 teoritis = (MolCO2 x 100) / Mol Total (Kering) = (7,16 x 100) / (7,16 + 38,84 + 0,016) = 15,5%c) Perhitungan unsure-unsur gas buang dengan udara berlebihSetelah diketahui kebutuhan udara teoritis dan kandungan CO2 teoritis dalam gas buang, langkah berikutnya adalah mengukur persen CO2 sebenarnya dalam gas buang. Pada perhitungan dibawah diasumsikan bahwa % CO2 terukur dalam gas buang adalah sebesar 10%. % Udara berlebih = [(% CO2 teoritis / CO2 sebenarnya) 1] x 100= [(15,5/10 1)] x 100= 55%Udara teoritis yang diperlukan untuk 100 kg bahan bakar yang terbakar= 1412,45 kgJumlah total pasokan udara yang diperlukan dengan udara berlebih 55% = 1412,45 x 1,55 = 2189,30 kg

Jumlah udara berlebih (udara berlebih nyata - teoritis)= 2189,30 1412,45= 776,85 O2 (23%) = 776,85 x 0,23= 178,68 kg N2 (77%) = 776,85 178,68= 598,17 kgJumlah kandungan akhir unsur gas buang dengan udara berlebih 55% untuk setiap 100 kg bahan bakar adalah seperti dibawah ini:CO2 = 314,97 kgH2O = 108,00 kgSO2 = 1 kgO2= 178,68 kgN2= 1685,75 kg (= 1087,58 dalam udara + 598,17 dalam udara berlebih)

d) Perhitungan % volum CO2 teoritis dalam gas buang keringSetelah didapat hasil perhitungan jumlah unsur dalam satuan berat, kemudian dapat dihitung jumlah unsur berdasarkan satuan volum sebagai berikut:Mol CO2 dalam gas buang = 314,97 / 44 = 7,16Mol SO2 dalam gas buang = 1/64 = 0,016Mol O2 dalam gas buang = 178,68 / 32 = 5,58Mol N2 dalam gas buang = 1685,75 / 28 = 60,20% volum CO2 teoritis= (Mol CO2 x 100) / mol total (kering)= (7,16 x 100) / (7,16 + 0,016 + 5,58 + 60,20)= 10%% volum O2 teoritis = (5,58 x 100) / 72,956= 7,5%

3. Konsep Udara Berlebih

Untuk pembakaran yang optimum, jumlah udara pembakaran yang sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis. Bagian dari gas buang mengandung udara murni, yaitu udara berlebih yang ikut dipanaskan hingga mencapai suhu gas buang dan meninggalkan boiler melalui cerobong. Analisis kimia gas- gas merupakan metode objektif yang dapat membantu untuk mengontrol udara dengan lebih baik. Dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas buang (menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat atau beberapa peralatan portable yang murah) kandungan udara berlebih dan kehilangan di cerobong dapat diperkirakan. Udara berlebih yang dibutuhkan tergantung pada jenis bahan bakar dan sistim pembakarannya. Cara yang lebih cepat untuk menghitung udara berlebih adalah dengan menggunakan gambar 2 dan 3, setelah persen CO2 atau O2 dalam gas buang diukur.

Gabar 2. Hubungan antara CO2 & Udara Berlebih (Biro Efisiensi Energi, 2004)

Gambar 3. Hubungan antara oksigen sisa dan udara berlebih (Biro Efisiensi Energi, 2004)Untuk pembakaran bahan bakar minyak yang optimum, CO2 atau O2 dalam gas buang harus dicapai sebagai berikut:CO2 = 14.515 %O2 = 23 %

D. KESIMPULANBahan bakar fosil diklasifikasikan secara umum berdasarkan fasenya: padat, cair, dan gas. Tiap-tiap bahan bakar, terbakar dengan cara yang unik, dan begitu pula dengan kebutuhan penanganannya yang juga khusus. Dibutuhkan pula alat-alat yang spesifik untuk mendapatkan campuran reaktan yang baik dan mentransfer energi panas yang dihasilkan untuk mendapatkan proses pembakaran yang efisien.Bahan bakar gas biasanya terbakar dengan cara premix atau difusi. Pembakaran premix adalah api yang terbentuk pada saat oksigen bercampur dengan bahan bakar sebelum api tersebut terbentuk di bagian ujungnya. Fenomena ini ditandai dengan nyala api yang berwarna biru. Sedangkan pembakaran difusi adalah api terbentuk karena pembauran yang sempurna antara bahan bakar dengan oksigen.Bahan bakar cair harus terlebih dahulu berubah fase menjadi uap dan ter-atomizing sebelum bercampur dengan udara dan terbakar. Sedangkan pada pembakaran bahan bakar padat dibutuhkan proses yang lebih kompleks. Bahan bakar terlebih dahulu dihancurkan untuk mendapatkan area permukaan yang lebih luas, dan harus mendapatkan pemanasan awal untuk bisa menguap sehingga lebih mudah untuk terbakar. Sebagai tambahan, dibutuhkan ruang furnace yang lebih besar untuk memastikan proses pembakaran menyeluruh pada keseluruhan bahan bakar.Terdapat dua metode untuk menganalisisbatubara : analisisultimatedan analisisproximate.1.Analisis ProximateAnalisis proximate merupakan analisis yang digunakan untuk memperkirakan kinerja bahan bakar pada saat pemanasan dan pembakaran antara lain kadar air, zat terbang (volatile matter), kadar kalori dan abu. 2.Analisis UltimateAnalisis ultimate dijalankan dengan analisis kimia untuk menentukan kadar karbon (C), hidrogen (H2), oksigen (O2), nitrogen (N2), dan belerang (S).E. DAFTAR PUSTAKA

Petroleum Conservation Research Association. www.pcra.org

Department of Coal, Government of India. Coal and Industrial Furnaces Efficientutilization. 1985

Bureau of Energy Efficiency. Energy Efficiency in Thermal Utilities. Chapter 1. 2004Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia www.energyefficiencyasia.org

KULIAH KIMIA TEKNIKMAKALAHPEMBAKARAN

Disusun Oleh :Muh. Rafiq Annur(101.03.1107)

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND YOGYAKARTA