BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori II.1.1 Definisi Flash dan Fire Point
Flash Point atau titik nyala dari suatu minyak adalah suhu terendah dimana minyak dipanasi dengan peralatan standar hingga menghasilkan uap yang dapat dinyalakan dal;am pencampuran dengan udara. Titik Nyala secara prinsip ditentukan untuk mengetahui bahaya terbakar produk produk Minyak bumi. Denagn diketahui titik yala suatu produk minyak pelumas, kita dapat mengetahui kondisi maksimum yang dapat dihadapai minyak pelumas tersebut. Salah satu contoh dari pentingnya informasi ini adalah untuk menentukan jenis minyak pelumas yang tepat untuk digunakan didalam system hidrolik tekanan tinggi seperti pada pesawat terbang atau pada alat penempa bertekanan tinggi, dimana kebocoran minyak dari saluran pipa dapat menyebabnkan terjadinya musibah dengan adanya kontak dari minyak yang tumpah dengan logam yang sangat panas. Titik nyala merupakan sifat fisika minyak yang sangat penting yang harus diketahui dari produk-produk hasil pengolahan minyak bumi, baik itu minyak pelumas, bahan baker maupun produk lainnya. Dengan diketahi titik nyala suatu produk minyak kita dapat menerapkan produk tersebut dengan tepat. Hal ini berartimemberikan perlindungan pada mesin yang menggunakan dan memberikan keamanan pada orang yang menangani. Fire Point atau Titik api bahan bakar adalah suhu di mana ia akan terus menyala selama minimal 5 detik setelah kunci kontak dengan api terbuka. Pada titik nyala, suhu yang lebih rendah, suatu zat akan terbakar sebentar, tetapi uap tidak mungkin dihasilkan pada tingkat untuk mempertahankan api. Tabel Sebagian besar sifat material hanya akan mencantumkan poin materi flash, tetapi secara umum titik api dapat diasumsikan sekitar 10 ° C lebih tinggi dari titik flash. Namun, ini ada pengganti untuk pengujian jika titik api adalah keamanan critical.This adalah titik di mana oksidasi minyak pelumas dimulai Titik nyala ( flash point) flash point) dan titik api (fire point) (fire point) merupakan salah satu parameter penting yang diukur untuk mengetahui spesifikasi suatu bahan bakar. Definisi Flash Definisi Flash Point dan Point dan Fire Fire Point menurut Point menurut metode uji standar ASTM ( American American Standart For Testing Material ) adalah sebagai berikut: II-1
Bab II Tinjauan Pustaka
Flash point didefinisikan sebagai sebagai suhu terendah yang terkoreksi dengan tekanan barometer pada 101,3 kpa (760 mmhg) ,dimana penggunaan nyala uji menyebabkan uap dari sampel menyala pada kondisi pengujian tertentu.
Fire Point didefinisikan sebagai suhu terendah dimana sampel terbakar secara terus menerus selama lima detik.
II.I.2. Metodologi dan Alat Ukur flash Point dan fire Point
Setiap cairan memiliki tekanan uap, yang merupakan fungsi dari suhu yang cair. Dengan meningkatnya suhu, kenaikan tekanan uap. Dengan meningkatnya tekanan uap, konsentrasi uap dari cairan yang mudah terbakar di udara meningkat. Oleh karena itu, suhu menentukan konsentrasi uap dari cairan yang mudah terbakar di udara. Sebuah konsentrasi tertentu uap di udara diperlukan untuk mempertahankan pembakaran, dan konsentrasi yang berbeda untuk setiap cairan yang mudah terbakar. Titik nyala dari cairan yang mudah terbakar adalah suhu terendah dimana akan ada uap mudah terbakar cukup untuk menyalakan jika sebuah sumber pengapian diterapkan. Titik nyala ( flash point) dan titik api (fire point) merupakan salah satu parameter penting yang diukur untuk mengetahui spesifikasi suatu bahan bakar. Titik nyala ( flash point ) adalah temperatur dimana timbul sejumlah uap yang apabila bercampur dengan udara membentuk suatu campuran yang mudah menyala. Titik nyala dapat diukur dengan jalan melewatkan nyala api pada bahan bakar yang dipanaskan secara teratur. Titik nyala merupakan sifat bahan bakar yang digunakan untuk prosedur penyimpanan agar aman dari bahaya kebakaran. Semakin tinggi titik nyala suatu pelumas berarti semakin aman dalam penggunaan dan penyimpanan. Metode standar untuk pengukuran titik nyala adalah ASTM D- 92. Titik api ( fire point ) adalah temperatur dimana bahan bakar cair yang dipanaskan pada keadaan baku dapat terbakar selama waktu sekurang-kurangnya 5 detik. Titik nyala ( flash point) adalah karakteristik tunggal zat yang mudah terbakar yang digunakan untuk menaksir sifat suatu bahan. Flash point yang rendah dapat menjadi indikasi adanya bahan yang sangat volatile dalam cairan. Titik api yang digunakan untuk menaksir risiko dari kemampuan bahan untuk mendukung pembakaran. Nilai-nilai ini juga mempengaruhi bagaimana bahan bakar cair dikirimkan, disimpan, dan dibuang (Kennedy, 1990). Macam-macam metode untuk menetukan flash dan fire point
1. Open Flash point Laboratorium Teknik Pembakaran
II-2
Bab II Tinjauan Pustaka
Flash point dari suatu cairan ditentukan dalam wadah dimana tes nyala dilakukan secara berkala di atas suatu permukaan. Dalam perangkat cup terbuka sampel yang terkandung dalam cangkir terbuka yang dipanaskan, dan pada interval nyala dibawa atas permukaan. Titik nyala diukur sebenarnya akan bervariasi dengan ketinggian nyala api di atas permukaan cairan, dan pada ketinggian yang cukup suhu titik nyala diukur akan bertepatan dengan titik api. Contoh paling dikenal adalah Cleveland cup terbuka (COC).
2. Closed Flash point Flash point dari suatu cairan ditentukan dalam wadah tertutup. Ada dua jenis penguji cangkir
tertutup: non-ekuilibrium, seperti Pensky-Martens mana uap di atas cairan
tidak berada dalam kesetimbangan suhu dengan cairan, dan keseimbangan, seperti Skala Kecil (umumnya dikenal sebagai Setaflash) di mana uap yang dianggap dalam keseimbangan suhu dengan cairan. Dalam kedua jenis cangkir ditutup dengan tutup melalui mana sumber api dapat diperkenalkan. Penguji cangkir tertutup biasanya memberikan nilai lebih rendah untuk titik nyala dari cangkir terbuka (biasanya 5-10 ° C lebih rendah, atau 9-18 ° F lebih rendah) dan merupakan pendekatan yang lebih baik untuk suhu di mana tekanan uap mencapai batas bawah yang mudah terbakar. Untuk menentukan Flash Point dan Fire Point dari bahan bakar, beberapa metode yang sering digunakan adalah Metode “TAG CLOSED TESTER” menurut ASTM D 56 -82, Metode “PENSKY-MARTENS CLOSED TESTER” menurut ASTM D 93 -34, dan Metode “CAWAN TERBUKA CLEVELAND” menurut ASTM D 92 -36. Untuk lebih jelasnya akan diterangkan di bawah ini : 1. Metode “TAG CLOSED TESTER” menurut ASTM D 56 -79. Metode ini digunakan untuk menentukan Flash Point dan Fire Point dari bahan baker yang mempunyai viskositas di bawah 5,5 cst pada 40 oC atau 9,5 cst pada 25 oC yang tidak mengandung padatan terlarut, dan tidak mempunyai kecenderungan membentuk lapisan dipermukaan selama proses pengujian. 2. Metode “PENSKY-MARTENS CLOSED TESTER” menurut ASTM D 93 -80. Metode ini digunakan untuk menentukan Flash Point dan Fire Point dari bahan bakar o
o
yang mempunyai viskositas dibawah 5,5 cst pada 40 C atau 9,5 cst pada 25 C yang mengandung padatan terlarut, dan yang mempunyai kecenderungan membentuk lapisan dipermukaan selama proses pengujian. II-3
Laboratorium Teknik Pembakaran
Bab II Tinjauan Pustaka
3. Metode “CAWAN TERBUKA CLEVELAND” menurut ASTM D 92 -36. Metode ini digunakan untuk menentukan Flash Point dan Fire Point semua produk minyak bumi yang mempunyai Flash Point pada pengujian cawan terbuka dibawah 179 oF o
( 79 C ) kecuali minyak bakar.
Mekanisme terjadinya flash point
Setiap cairan yang mudah terbakar memiliki tekanan uap, yang merupakan fungsi dari temperatur suatu bahan bakar cair. Dengan naiknya suhu, maka tekanan uap akan mengalami kenaikan, dengan meningkatnya tekanan uap, konsentrasi penguapan cairan yang mudah terbakar di udara meningkat, karena itu suhu yang menentukan konsentrasi penguapan cairan yang mudah terbakar di udara dalam kondisi kesetimbangan. Cairan yang mudah terbakar yang berbeda membutuhkan konsentrasi yang berbeda dari bahan bakar di udara untuk mempertahankan pembakaran. Titik nyala adalah suhu minimum di mana ada konsentrasi yang cukup dari penguapan bahan bakar di udara untuk menyebarkan pembakaran setelah sumber pengapian dinyalakan.
Metode Pengujian Flash Point dan Fire Point berdasarkan ASTM D92-05A adalah sebagi berikut : 1. Isi tempat sampel (cup) sampai tanda batas pengisian. Suhu sampel dan tempatnya tidak boleh melebihi 56°C (100°F) di bawah titik nyala yang diharapkan. 2. Apabila sampel yang akan diuji dalam bentuk padat, maka perlu dicairkan sehingga perlu dipanaskan terlebih dahulu pada suhu yang tidak boleh melebihi 56°C (100°F). 3. Pastikan panas awalnya akan naik 5-6°C (9-30°F)/menit. Apabila suhu sampel sekitar 56°C(100°F) panasnya perlu diturunkan sampai suhu 28°C (50° F) dengan kecepatan 5-6°C (9-11°F)/menit. 4. Pada suhu 28°C(50°F) terakhir terjadi kenaikan suhu dari suhu sebelumnya, pada kondisi ini perlu dijaga dari terganggunya pengujian oleh uap ataupun busa. 5. Catat pengamatan sebagai titik nyala, ketika asap muncul
dan menyebar di seluruh
permukaan sampel. 6. Untuk menentukan titik api, lanjutkan pemanasan yang dilakukan pada sampel setelah diketahui titik nyalanya, sehingga terjadi peningkatan suhu 5-6°C(9-11°F)/menit. Melanjutkan pemanasan hingga terjadi nyala api selama minimal 5 detik. 7. Catat suhu titik api yang terdeteksi pada saat sampel menyala. Laboratorium Teknik Pembakaran
II-4
Bab II Tinjauan Pustaka
8. Ketika peralatan selesai digunakan, untuk keamanan peralatan usahakan suhunya kurang dari 60°C(140°F), kemudian bersihkan tempat sampel ( cup) sesuai dengan prosedur.
Ketelitian untuk Flash Point dan Fire Point menurut metode ASTM D 92-05A adalah : a. Repeatability o
o
- Flash Point
: 15 F(8 C)
- Fire Point
: 15oF(8oC)
b. Reproduceability o
o
- Flash Point
: 30 F(17 C)
- Fire Point
: 25oF(14oC)
Untuk mengoreksi Flash Point dan Fire Point digunakan persamaan sebagai berikut : Flash Point dan Fire Point terkoreksi =
F 0,06(760 P )
Atau = C 0,03(760 P ) Dimana : F = Flash Point dan Fire Point teramati dalam 5oF terdekat o
C = Flash Point dan Fire Point teramati dalam 2 C terdekat. P = Tekanan barometer, mmHg.
Manfaat dan penggunaan dari penetapan Flash Point dan Fire Point produk-produk dari minyak bumi menurut metode uji ASTM D 92-05A antara lain adalah sebagai berikut
:
1. Flash Point dapat digunakan untuk mengukur kecenderungan sample untuk membentuk campuran yang mudah menyala jika ada udara di bawah kondisi terkontrol. Ini merupakan satu-satunya sifat bahan bakar yang harus dipertimbangkan dalam memperkirakan timbulnya bahaya kebakaran pada bahan bakar tersebut. 2. Flash Point diperlukan dalam pelayaran dan peraturan keamanan bahan bakar yang akan ditransport untuk mendefinisikan bahan-bahan yang mudah menyala dan juga mudah terbakar, seseorang seharusnya tetap mengacu pada aturan – aturan khusus yang terkait pada definisi yang tepat dari penggolongan bahan-bahan tersebut diatas. 3. Flash Point dapat menunjukkan adanya bahan yang mudah menguap dan mudah terbakar II-5
Laboratorium Teknik Pembakaran
Bab II Tinjauan Pustaka
didalam suatu bahan yang relatif tidak mudah untuk menguap ataupun relatif tidak mudah untuk terbakar. 4. Fire Point dapat juga digunakan untuk mengukur karakteristik dari sample untuk mendukung proses pembakran.
Produk minyak bumi yang biasanya ditetapkan nilai flash poin dan fire point adalah sebagai berikut :
BIOSOLAR
Biosolar adalah bahan bakar diesel yang terbuat dari unsur Hayati-Nabati non fosil, biosolar tersebut mengandung 5% Fatty Acid Methyl Ester (FAME) dan 95% solar murni bersubsidi. (http://www.lintasberita.com/Nasional/Berita-Lokal/kerja-keras-biosolar-adalah-energikita.(page1)
Keunggulan dari bahan bakar biosolar : 1. Ramah lingkungan 2. Pembakarannya bersih 3. Biodegradable 4. Mudah dikemas dan disimpan 5. Merupakan bahan bakar yang dapat diperbarui. 6. Pemakaian Biosolar itu lebih hemat dari pada solar biasa. misalnya satu liter solar biasa bisa sampai 9,76 km, sedangkan Biosolar bisa mencapai 10,14 km. ( http://asiksmansa.blogspot.com/2010/03/biosolar-vs-solar.html ).(page2)
Tabel II.1.2.1 Spesifikasi Biosolar
Sifat
Satuan
Min
Maks
Met.ASTM
Berat jenis 15 C
Kg/m
815
870
D 1298
Warna ASTM
-
-
3
D 1500
Angka setana
-
48
-
D 613-95
Indeks setana
-
45
-
D 4737-96a
Viskositas 400C
Mm2/sec
2,0
5,0
D 445-97
Titik tuang
o
-
18
D 97
C
Laboratorium Teknik Pembakaran
II-6
Bab II Tinjauan Pustaka
Kandungan sulfur Korosi
% m/m
bilah Menit
-
0,35
D 2622-98
-
No. 1
D 130-94
tembaga
% m/m
-
0,1
D 4530-93
Residu karbon
0
60
-
D93-99c
C
Titik nyala (http://www.pertamina.com/uploads/download/BIOSolar.pdf).(page4) Biosolar mempunyai titik nyala minimum 60 °C sehingga untuk penyimpanan di dalam ruangan harus memperhatikan sistem ventilasi. Penyimpanan di tangki timbun harus memperhatikan persyaratan sesuai dengan klarifikasinya. Uap yang mudah terbakar dapat terbentuk walaupun disimpan pada temperatur di bawah titik nyala. Jauhkan dari bahan – bahan yang mudah terbakar. Tempat penyimpanan harus di grounding dan bonding serta dilengkapi dengan pressure vacuum valve dan flame arrester. Jauhkan dari bahan yang mudah terbakar, api, listrik atau sumber listrik lainnya. Apabila biosolar digunakan pada ruangan yang relatif tertutup maka harus dilengkapi dengan ventilasi keluar (exhaust fan). Ventilasi dan peralatan yang dipakai harus bersifat kedap gas (http://www.pertamina.com/uploads/download/BIOSolar.pdf).(page4)
SOLAR
Solar adalah salah satu produk dari minyak bumi yang mempunyai titik didih antara o
o
250 C sampai dengan 350 C. Solar digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. Kualitas solar sebagai bahan bakar motor diesel putaran tinggi sanagat menetukan kelancaran operasi, cara kerja, usia motor, dan kebersihan sisa pembuangan dari motor diesel. Secara umum observasi yang bisa dilakukan terhadap bahan bakar diesel adalah : -
angka oktane yang relatif tinggi
-
volatility harus baik agar terjadi pembakaran sempurna
-
volatilnya harus tinggi agar mempermudah penyalan , angka octane tinggi sehingga temperatur penyalaan rendah.
-
Kandungan belerang , abu, dan residu harus memenuhi standartagar tidak terkorosi
-
Mudah mengalir dan nilai Flash Point (titik nyala) tinggi supaya aman.
Solar didalam penggunaannya juga harus memenuhi syarat-syarat tertentu, yaitu : 1. Syarat Penyalaan. II-7
Laboratorium Teknik Pembakaran
Bab II Tinjauan Pustaka
Sifat penyalaan dalam bahan bakar diesel dinilai dengan angka setana yang diukur dengan mesin pengukur standart. Dengan sifat penyalaan yang sesuai dengan kebutuhan mesin, akan terjadi pembakaran yang teratur tanpa adanya ketukan. Sifat penyalaan ini dapat juga ditentukan berdasarkan indeks setana yang diperoleh dari pemeriksaan dan dihitung tanpa menggunakan mesin penghitung standart. 2. Syarat Penguapan. Sifat penguapan suatu bahan bakar dapat diketahui dari nilai Flash Point serta uji penyulingan (destilasi) yang menunjukkan kemampuan dari suatu bahan bakar. 3. Syarat Pemompaan dan Penyemprotan. Minyak solar harus cukup cair dan encer agar mudah dalam pemompaan dan dalam penyemprotan. Untuk itu, viskositas titik tuang dan titik keruh ditentukan batas – batasnya. 4. Syarat kebersihan. Syarat kebersihan solar perlu diperhatikan agar tidak mengganggu kelancaran dari aliran dan juga pembakaran. Dalam hal ini kandungan air dan adanya sedimen diberi batasan yang maksimum. Demikian juga untuk kandungan belerang dan residu karbon (arang pembakaran).
Tabel II.1.2.2 Spesifikasi Solar. Sifat
Satuan
Min
Maks
Met.ASTM
Berat jenis
60/60 F
o
0,82
0,87
D 1295
Warna ASTM
-
-
3
D 1500
Angka setana
-
45
-
D 613
Indeks setana
-
48
-
D 976
Viskositas kinematik
100oF,cst
1,6
5,8
D 445
Viskositas SSU
100oF,dt
3,5
45
D 88
Titik tuang
o
-
65
D 97
Kandungan belerang
% berat
-
0,5
D 1551
Korosi bilah
3jam/100oC -
No. 1
-
Residu karbon
% berat
-
-
D 189
Titik nyala
o
F
150
-
D 93
Distilasi 40 % evap.
o
C
40
-
D 86
F
Tembaga
(http://www.pertamina.com/uploads/download/Solar.pdf).(page4) Laboratorium Teknik Pembakaran
II-8
Bab II Tinjauan Pustaka
II.2
Aplikasi Industri
Pengujian Karakteristik Fisika Biogasoline Sebagai Bahan Bakar Alternatif Pengganti Bensin Murni
Sumber energi utama yang digunakan di berbagai negara saat ini adalah minyak bumi yang diolah menjadi berbagai jenis bahan bakar, seperti: elpiji, solar, bensin, minyak tanah, parafin, dll. Semakin banyak eksploitasi yang dilakukan terhadap minyak bumi, maka keberadaan minyak bumi dari hari ke hari semakin terancam. Hal ini dikarenakan minyak bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui, dan jumlahnya yang berada di alam terbatas, sehingga untuk memperoleh suatu minyak bumi diperlukan proses yang memakan waktu sampai jutaan tahun lamanya. Selain itu peningkatan harga minyak bumi akan memberikan dampak yang besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang. Selain itu Indonesia merupakan negara paling boros energi jika dibanding dengan banyak negara di dunia seperti Perancis, AS, Kanada, Jepang, Inggris, Jerman, bahkan juga dengan Malaysia dan Thailand, dimana 51,66 persen kebutuhan energinya dipasok dari minyak. (sumber : www.antara.co.id).
Bensin merupakan bahan bakar kendaraan saat ini. Sebagai bahan bakar utama untuk kendaraan bermotor ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi bensin sebagai bahan bakar yaitu : 1. Mudah bercampur dengan udara dan terdistribusi merata di dalam intake manifold. 2. Tahan terhadap detonasi atau knocking. 3. Tidak mudah terbakar sendiri sebelum waktu yang di tentukan (preignition). 4. Tidak memiliki kecenderungan menurunkan efisiensi volumetris dari mesin. 5. Mudah ditangani. 6. Murah dan mudah didapat. 7. Menghasilkan pembakaran yang bersih, tanpa menyisakan korosi pada komponen peralatan mesin. 8. Memiliki nilai kalor yang cukup tinggi. II-9
Laboratorium Teknik Pembakaran
Bab II Tinjauan Pustaka
9. Tidak membentuk gum dan varnish yang dapat merusak komponen mesin. Etanol dipasaran dikenal dengan nama alkohol. Etanol memiliki rumus molekul C2H5OH. Etanol atau etil alcohol adalah cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah terbakar, larut dalam air, biodegradable, tidak karsinogenik, dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan dampak lingkungan yang signifikan. Penggunaan etanol sebagai bahan bakar bernilai oktan tinggi atau aditif peningkat bilangan oktan pada bahan bakar sebenarnya sudah dilakukan sejak abad 19. Mula-mula etanol digunakan untuk bahan bakar lampu pada masa sebelum perang saudara di Amerika Serikat. Kemudian pada tahun 1860 Nikolaus Otto menggunakan bahan bakar etanol dalam mengembangkan mesin kendaraan dengan siklus Otto. Mobil Model T karya Henry Ford yang diluncurkan pada tahun 1908 dirancang untuk menggunakan bahan bakar etanol atau gasoline. Namun karena harganya yang sangat tinggi, etanol kalah bersaing dengan bahan bakar yang terbuat dari minyak bumi. Harga minyak bumi yang membumbung belakangan ini membuat orang kembali mempertimbangkan etanol untuk dijadikan bahan bakar kendaraan. Flash Point dan Fire Point
Adapun langkah langkah pengujiannya adalah: 1. Sampel dimasukkan ke dalam cawan, kemudian letakkan cawan pada alat, tutupnya dipasang, stirrer dihubungkan dengan motor pengaduk, dan thermometer dipasang dengan baik. 2. Setelah alat-alat dipasang dengan baik, maka stop kontak dipasang. 3. Nyala api pemandu (pilot flame) dinyalakan dari aliran bahan bakar elpiji dengan panjang nyala ± 4 mm dan disiapkan di mulut penutup celah (shutter). 4. Pemanas dinyalakan hingga suhu bahan bakar naik t idak lebih dari 5 0C per menit (prediksi dahulu karakteristik bahan bakar ). 5. Alat penutup celah (shutter) dioperasikan sehingga api pemandu turun/masuk ke dalam cawan/cup dan biarkan ± 2 detik, setelah itu kembalikan shutter pada posisi semula. 6. Ulangi prosedur diatas untuk setiap kenaikan 4 0C menit hingga titik nyala / flash point dan titik bakar / fire point tercapai. 7. Apabila ketika api pemandu masuk kedalam cairan uap bahan bakar tersulut dengan cepat maka suhu yang terbaca pada thermometer adalah flash point bahan bakar uji. 8. Apabila saat api pemandu masuk kedalam cairan uap bahan bakar terbakar secara kontinyu maka suhu yang terbaca pada thermometer adalah fire point bahan bakar uji. 9. Pengulangan pengujian dilakukan 3 kali. Laboratorium Teknik Pembakaran
II-10
Bab II Tinjauan Pustaka
II-11
Laboratorium Teknik Pembakaran
