Rotary Kiln
Rotary Rotary Kiln Kiln adalah adalah sebuah sebuah perang perangkat kat pyrop pyroproce rocessin ssing g yang yang diguna digunakan kan untuk menaikkan material sampai pada suhu tinggi (kalsinasi) dalam suatu proses berkelanjutan. Material yang biasanya diproduksi menggunakan rotary kiln meliputi: meliputi: Semen, Semen, Kapur, Kapur, Refraktori, Refraktori, Metakaolin, itanium dioksida, dioksida, !lumina, !lumina, "ermiculite, #ijih besi .
Rotary Kiln ($ikipedia)
Rotary Kiln pada %royek &hemical 'rade !lumina, ayan Prinsip Operasi
Kiln adalah bejana silinder, diletakkan pada posisi horiontal dan sedikit mirin miring, g, yang dipu diputa tarr perla perlaha han n pada pada poro porosny snya. a. Mater Materia iall yang ang akan akan diol diolah ah dimasukkan ke bagian atas silinder. Karena kiln berputar, maka material secara
bertahap bergerak menuju ujung ba$ah, dan tentunya akan mengalami sejumlah pengadukan dan pencampuran. 'as panas mele$ati sepanjang kiln, kadang kadang dalam arah yang searah dengan material yang diproses (cocurrent), tetapi biasanya dalam arah yang berla$anan (countercurrent). 'as panas dapat dihasil dihasilkan kan dalam dalam tungk tungku u ekstern eksternal, al, atau dapat dapat dihasil dihasilkan kan oleh oleh api di dalam dalam tungku. !pi yang dihasilkan dari burnerpipe (atau firing pipe) berperan seperti #unsenburner yang besar. #ahan bakar untuk pembakaran ini bisa berasal dari gas, minyak atau batu bara bubuk, yang paling banyak dipakai adalah batu bara bubuk.
Konstruksi
Komponen dasar dari rotary kiln adalah shell, lapisan tahan api (refractory lining lining), ), suppor supportt tyres tyres dan rollers rollers,, gigi gigi dri*e dri*e (dri*e (dri*e gear) gear) dan penukar penukar panas panas internal (internal heat e+changer).
Kiln Kiln shell shell ni terbua terbuatt dari dari plat plat baja baja ringan ringan yang dirol dirol,, keteba ketebalan lanny nyaa biasanya antara - dan /0 mm, dilas untuk membentuk sebuah silinder yang yang panjangnya bisa mencapai 1/0 m dengan diametre 2 m. %enempatannya biasanya terletak pada posisi poros arah timur 3 barat karena untuk mencegah 4ddy current . 5kuran diameter dibatasi sampai pada diameter tertetu karena untuk mencegah
kecenderungan shell yang akan berubah bentuk penampangnya menjadi o*al yang disebabkan oleh berat kiln tersebut, hal ini ini merupakan konsekuensi kiln selama berputar. 5ntuk ukuran panjangnya tidak ditentukan berapa batasnya, tetapi akan menjadi sulit untuk mengatasi perubahan panjang3pemuaian akibat dari pemanasan dan pendinginan jika kiln terlalu panjang (biasanya sekitar 0,- sampai 0,6 dari panjang), karena kiln berbentuk silinder.
Refractory Lining
ujuan dari lapisan refraktori adalah untuk melindungi shell baja dari suhu tinggi di dalam kiln, dan untuk melindunginya dari sifat korosif dari material proses. Refractory 7ining dapat terdiri dari batu bata tahan api atau beton cor tahan api. Refraktori dipilih berdasarkan suhu di dalam kiln dan sifat kimia dari bahan yang diproses. 8alam beberapa proses, misalnya semen, umur refraktori dapat bertahan lama dengan menjaga lapisan dari bahan yang diproses pada permukaan refraktori. Ketebalan lapisan umumnya dalam kisaran 90/00 mm. ipikal refraktori akan mampu mempertahankan penurunan suhu -000 & atau lebih antara permukaan panas dengan permukaan dingin. Suhu shell perlu dipertahankan sekitar di ba$ah /0 & untuk melindungi baja dari kerusakan, dan scanner inframerah digunakan untuk memberikan peringatan dini ;hotspot; apabila terjadi indikasi kegagalan pada refraktori.
Support Tyres dan Rollers
#an, kadangkadang disebut riding rings, biasanya terdiri dari baja cor tunggal annular ( single annular steel casting ), yang kemudian permukaannya dihaluskan. %erlu beberapa kecerdikan desain agar ban sesuai dan pas dengan shell, tetapi masih memungkinkan gerakan termal. Rol harus menopang kiln, dan memungkinkan untuk berotasi dengan meminimalisir gesekan sekecil mungkin. Sebuah kiln yang dirancang bagus, ketika listrik terputus maka akan berayun seperti pendulum berkalikali sebelum datang untuk berhenti. %ada umumnya kiln
dengan dimensi 2 + 20 m, memiliki massa sekitar --00 ton termasuk refraktori dan segala isinya, dan akan ditopang tiga ban dan set rol sepanjang kiln. Kiln yang panjang mungkin memiliki 9 set rol, sementara kiln yang pendek mungkin hanya memiliki dua. Kiln biasanya berotasi pada 0,1 rpm, tapi kadangkadang juga sampai rpm. Kiln pada pabrik semen modern biasanya berotasi pada < sampai rpm. #antalan (bearing ) dari rol harus mampu menahan beban statis dan beban hidup yang terlibat, dan juga harus terlindungi dari panas kiln dan masuknya debu. Selain menahan rol, bearing juga harus mencegah kiln agar tidak tergelincir dari rol. 'esekan antara ban dan rol, menyebabkan kecekungan, cembung atau kerucut pada kedua permukaan ban dan rol.
yre = Roller ($ikipedia)
Gear Drive
Kiln biasanya diputar dengan Single Girth Gear . 'igi tersebut dihubungkan melalui gear train menggunakan variable-speed electric motor . 'igi harus memiliki torsi a$al yang tinggi untuk menggerakkan kiln dengan beban eksentrik yang besar. Sebuah kiln 2 + 20 m membutuhkan sekitar 900 k> untuk memutar pada / rpm. Kecepatan aliran material melalui kiln sebanding dengan kecepatan rotasi, sehingga diperlukan variable speed drive untuk mengontrol masalah ini.
'ear yang ber$arna putih (kamera hp) Penukar Panas internal
%ada kiln terjadi pertukaran panas yang mungkin oleh konduksi, kon*eksi dan radiasi. 8alam proses suhu rendah, pada bagian kiln yang lebih dingin karena dimensi kiln yang panjang sehingga pemanasan a$al belum merata, maka kiln sering dilengkapi dengan penukar panas internal untuk mendorong pertukaran panas antara gas dan feed. !lat ini terdiri dari scoop atau lifter yang memancarkan feed melalui aliran gas, atau mungkin menyisipkan logam yang panas di bagian atas kiln, dan memberikan panas ke feed saat feed dimasukkan ketika kiln berputar. %enukar panas yang paling umum digunakan terdiri dari rantai menggantung menyerupai tirai dengan aliran gas.
Efisiensi termal
4fisiensi termal dari rotary kiln sekitar 026.
SS4M K7? %!8! %!#RK S4M4? Semen merupakan perekat hidraulik yang memiliki unsurunsur utama klinker (campuran antara &/S, &1S, &
dekomposisi limestone didominasi oleh mekanisme perpindahan panas antara gas pembakaran dengan material bahan baku dalam $ujud serbuk atau debu. Sedangkan dua proses berikutnya lebih didominasi oleh difusi material padat dan sebagian cair di dalam kiln. Aleh sebab itu untuk proses difusi ini faktor utama yang mempengaruhi jalannya proses adalah pertemuan antara oksidaoksida dan temperatur tinggi serta $aktu reaksi. 8alam proses pembakaran ra$ material semen maka proses sebelum menuju ke kiln maka terjadi proses kalsinasi di S% atau Suspension preheater. %engetahuan tentang S% perlu untuk mengoptimalkan proses pembakaran ra$ meal yang lebih baik.
Suspension preheater
Suspension preheater merupakan salah satu peralatan produksi untuk memanaskan a$al bahan baku sebelum masuk ke dalam rotary kiln. Suspension preheater terdiri dari siklon untuk memisahkan bahan baku dari gas pemba$anya, riser duct yang lebih berfungsi sebagai tempat terjadinya pemanasan bahan baku (karena hampir 906 E06 pemanasan debu berlangsung di sini), dan kalsiner untuk sistemsistem dengan proses prekalsinasi yang dia$ali di S% ini. %ada a$alnya proses pemanasan bahan baku terjadi dengan mengalirkan gas hasil sisa proses pembakaran di kiln melalui suspension preheater ini. ?amun dengan berkembangnya teknologi, di dalam suspension preheater proses pemanasan ini dapat dilanjutkan dengan proses kalsinasi sebagian dari bahan baku, asal peralatan suspension
preheater
ditambah
dengan
kalsiner
yang
memungkinkan
ditambahkannya bahan bakar (dan udara) untuk memenuhi kebutuhan energi yang diperlukan untuk proses kalsinasi tersebut. %eralatan terakhir ini sudah banyak ditemui untuk pabrik baru dengan kapasitas produksi yang cukup besar, dan disebut dengan suspension preheater dengan kalsiner. 8i dalam membahas proses yang terjadi di dalam suspension preheater, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain ukuran partikel bahan baku, proses pemisahan oleh siklon dan proses pemanasan bahan baku oleh gas panas.
a !kuran Partikel dan Separasi
5kuran partikel bahan baku berkaitan erat dengan luas permukaan partikel bahan baku dan massa masingmasing partikel bahan baku. 7uas permukaan partikel bahan baku merupakan salah satu faktor penting dalam proses perpindahan panas dari gas ke bahan baku. Sedangkan massa per partikel bahan baku sangat menentukan proses pemisahan partikel dari gas pemanasnya di dalam siklon. Ra$ mi+ yang permukaannya luas, dalam keadaan tersuspensi, laju proses perpindahan
panas
yang
terjadi
menjadi
lebih
tinggi
dibanding
yang
permukaannya lebih kecil. Sedangkan partikel dengan ukuran yang lebih besar akan lebih mudah dipisahkan di dalam siklon selain masih tergantung pula pada densitas (specific gra*ity) dari partikel. %ada umumnya untuk partikel dengan ukuran yang sama akan lebih mudah dipisahkan di dalam siklon bila memiliki densitas yang lebih tinggi. 8alam sistem kering distribusi partikel ra$mi+ umumnya dibuat sedemikian rupa agar residu di atas E0 mikron antara -1 D -6 dan di atas 100 mikron tidak lebih dari 1 D /6. " Proses Separasi di dalam Siklon
%roses separasi bahan baku dari aliran tersuspensi di dalam gas panas terjadi sebagai akibat adanya gaya sentrifugal yang dialami oleh bahan baku sehingga partikel bahan baku akan cenderung terlempar ke dinding siklon. %roses separasi sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel, densitas partikel, kecepatan aliran dan bentuk serta demensi siklon. c Perpindahan Panas di Siklon Preheater
%erpindahan panas antara gas dengan partikel bahan baku terjadi pada masingmasing saluran gas (gas duct) dan siklon di suspension preheater (S%). %ada saat perpindahan panas ini terjadi di dalam duct, aliran gas dengan aliran bahan baku mempunyai arah yang sama berlangsung secara paralel karena partikel terba$a oleh aliran gas. etapi jika dilihat system secara keseluruhan maka pada sistem S% terjadi perpindahan panas secara berla$anan (counter current) karena arah aliran gas ke atas sedang arah aliran bahan baku ke ba$ah. %erpindahan panas antara gas dan material terjadi pada kondisi material yang tersuspensi. Sebagian besar perpindahan panas terjadi di gas duct, menurut
literatur yaitu sekitar 90 6 sedang sisanya terjadi di siklon. ?amun demikian proses ini masih tergantung pada ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, perpindahan panas akan terjadi dalam $aktu yang lebih singkat, sehingga tidak menutup kemungkinan seluruh proses perpindahan panas partikel berukuran kecil terjadi di dalam duct. >aktu tinggal partikel ra$ mi+ pada preheater <stage dengan ketinggian kurang lebih 0m, dari tempat feeding sampai dengan inlet kiln, kurang lebih antara -1 D 10 detik. Selama perioda ini ra$ mi+ dipanaskan dari 0 0& sampai dengan 900 0& atau lebih, sementara gas panas turun dari sekitar --00 0& menjadi sekitar //0 0&. 7aju gas dan material pada gas duct sekitar 10 D 11 m3detik. >aktu yang dibutuhkan untuk separasi di siklon harus diseimbangkan dan disesuaikan dengan $aktu yang dibutuhkan untuk mengeluarkan material pada pipa ra$ mi+ sehingga penyumbatan material yang mengganggu kelancaran aliran bahan baku dapat dihindari. %roses perpindahan panas antara gas dengan debu yang ber*ariasi ukurannya akan dibahas tersendiri. 8engan ber*ariasinya kualitas material baku dan bahan bakar di suatu tempat, konfigurasi suspension preheater yang telah dikembangkan di dunia ini banyak sekali. Sebagai contoh @7S telah mengembangkan berbagai konfigurasi seperti S%, 7&, 7&4, S7&, S7& D , dan S7&S. 8iantara konfigurasi tersebut yang ada di ndonesia antara lain konfigurasi S%, S7& dan S7& D S. Sedangkan KB8 German mengembangkan %yroclone yang apabila dilihat fungsi atau prinsip kerjanya mirip dengan 7&nya @7S. Ka$asaki mengembangkan RS% (Reinforced Suspension %reheater) calciner. &ontoh lain %olysius juga mengembangkan 8opol %reheater &alciner.
Rotary Kiln
Kiln berputar (rotary kiln) merupakan peralatan utama di seluruh unit pabrik semen, karena di dalam kiln akan terjadi semua proses kimia pembentukan klinker dari bahan bakunya (ra$ mi+). Secara garis besar, di dalam kiln terbagi menjadi / one yaitu one kalsinasi, one transisi, dan one sintering (klinkerisasi). %erkembangan teknologi mengakibatkan sebagian
one kalsinasi dipindahkan ke suspension preheater dan kalsiner, sehingga proses yang terjadi di dalam kiln lebih efektif ditinjau dari segi konsumsi panasnya. %roses perpindahan panas di dalam kiln sebagian besar ditentukan oleh proses radiasi sehingga diperlukan isolator yang baik untuk mencegah panas terbuang keluar. solator tersebut adalah batu tahan api dan coating yang terbentuk selama proses. Karena fungsi batu tahan api di tiap bagian proses berbeda maka jenis batu tahan api disesuaikan dengan fungsinya. @aktorfaktor yang mempengaruhi pembentukan coating antara lain : -. komposisi kimia ra$ mi+ 1. kondukti*itas termal dari batu tahan api dan coating /. temperatur umpan ketika kontak dengan coating <. temperatur permukaan coating ketika kontak dengan umpan . bentuk dan temperatur flame %ada one sintering fase cair sangat diperlukan, karena reaksi klinkerisasi lebih mudah berlangsung pada fase cair. etapi jumlah fase cair dibatasi 10/0 6 untuk memudahkan terbentuknya coating yang berfungsi sebagai isolator kiln. %ada kiln tanpa udara tertier hampir seluruh gas hasil pembakaran maupun untuk pembakaran sebagian bahan bakar di calciner melalui kiln. Karena di dalam kiln diperlukan temperatur tinggi untuk melaksanakan proses klinkerisasi, maka kelebihan udara pembakaran bahan bakar di kiln dibatasi maksimum sekitar 10 D /06, tergantung dari bagaimana sifat ra$meal mudah tidaknya dibakar (burnability of the rawmix). 8engan demikian maksimum bahan bakar yang dibakar di inline calciner adalah sekitar 10 D 16. %ada umumnya calciner jenis ini bekerja dengan pembakaran bahan bakar berkisar antara -06 hingga 106 dari seluruh kebutuhan bahan bakar, karena pembakaran di calciner juga akan menghasilkan temperatur gas keluar dari top cyclone yang lebih tinggi yang berarti pemborosan energy pula. Sisa bahan bakar yang berkisar antara 906 hingga E06 dibakar di kiln. 5ntuk menaksir seberapa kelebihan udara pembakaran di kiln dalam rangka memperoleh operasi kiln yang baik akan dilakukan perhitungan tersendiri. Kiln tanpa udara tertier dapat beroperasi dengan cooler jenis planetary sehingga
instalasi menjadi lebih sederhana dan konsumsi daya listrik lebih kecil dibanding dengan sistem kiln yang memakai cooler jenis grate. %ada kiln dengan udara tertier, bahan bakar yang dibakar di kiln dapat dikurangi hingga sekitar <06 saja (bahkan dapat sampai sekitar /6), sedangkan sisanya yang 206 dibakar di calciner. 8engan demikian beban panas yang diderita di kiln berkurang hingga tinggal sekitar /00 kkal3kg klinker. Karena dimensi kiln sangat bergantung pada jumlah bahan bakar yang dibakar, maka secara teoritis kapasitas produksi kiln dengan ukuran tertentu menjadi sekitar 1, kali untuk sistem kiln dengan udara tertier dibanding dengan kiln tanpa udara tertier. Sebagai contoh untuk kapasitas <000 ton per hari (%8), kiln tanpa udara tertier membutuhkan diameter sekitar , m. Sedangkan untuk kiln dengan ukuran yang sama pada system dengan udara tertier misalnya sistem S7& dapat beroperasi maksimum pada kapasites sekitar -0.000 %8. ?amun kiln dengan udara tertier harus bekerja dengan cooler jenis grate cooler sehingga diperlukan daya listrik tambahan sekitar k>h3ton klinker dibanding kiln dengan planetary cooler. %eralatan utama kiln, selain shell kiln itu sendiri adalah burner dan bata tahan api (refractory). #entuk api yang dihasilkan oleh proses pembakaran sangat menentukan proses perpindahan panas yang terjadi dan pada akhirnya akan mementukan kualitas klinker. Sedangkan bata tahan api selain berfungsi untuk melindungi shell kiln dan mengurangi panas yang mengalir ke lingkungan juga berpengaruh terhadap pembentukan coating. a #urner
8i dalam rotary kiln selain jumlah panas yang dibutuhkan untuk pembakaran ra$ mi+ harus terpenuhi, perlu juga diperhatikan bentuk nyala saat pembakaran bahan bakar pada burner. #entuk nyala ini mempengaruhi kualitas klinker yang dihasilkan. Kedua parameter ini dipengaruhi oleh proses pembakaran saat bahan bakar mulai keluar dari ujung burner hingga habis terbakar. Secara umum, pembakaran terjadi melalui < tahapan proses, yaitu : %encampuran %enyalaan Reaksi Kimia %enyebaran %anas 3 %roduk %embakaran
5ntuk mendapatkan bentuk nyala yang diinginkan merupakan pekerjaan yang cukup kompleks sebab selain dengan mengatur aliran di burner tip, bentuk nyala juga dipengaruhi oleh kondisi di dalam kiln itu sendiri. !da dua kemungkinan pengaturan bentuk nyala, yaitu : -. #entuk nyala cone flame, di mana bentuk ini dihasilkan dengan komponen kecepatan aliran aksial diletakkan di bagian dalam sedang komponen radial di bagian luar. 1. #entuk nyala hollow cone flame, di mana bentuk ini diperoleh dengan meletakkan komponen aksial di bagian luar sedang komponen radialnya di bagian dalam. 8ari bentuk nyala ada beberapa hal penting yang berpengaruh terhadap kualitas klinker yang dihasilkan, yaitu : -. 7aju %embakaran (burning rate) 7aju pembakaran ini sangat berpengaruh terhadap ukuran komponen alite (&/S) yang terbentuk. Komponen alite yang berukuran kecil akan mengakibatkan klinker yang dihasilkan tidak dusty, sehingga mempunyai potensi kuat tekan yang tinggi dan proses penggilingannya mudah. 1. emperatur tertinggi (maksimum temperature) %ada temperatur tertinggi yang sesuai akan dihasilkan klinker dengan litre $eight yang baik, sehingga mempunyai potensi kuat tekan yang tinggi dan akan mudah digiling. etapi pada temperatur tertinggi yang terlalu tinggi akan dihasilkan klinker yang sifatnya berla$anan dengan sifat D sifat tersebut. /. >aktu pembakaran (burning time) Kondisi ini sangat berpengaruh pada ukuran belite (& 1S), yaitu kenaikan $aktu pembakaran akan memperbesar ukuran belite sehingga potensi kuat tekannya akan tinggi serta akan mudah digiling. Selain itu kenaikan $aktu pembakaran akan menurunkan kandungan &aA bebas. <. 7aju pendinginan (cooling rate) Kondisi ini sangat berpengaruh pada $arna belite yang mengindikasikan struktur kristalnya. %endinginan yang lambat akan menghasilkan klinker dengan kuat tekan yang rendah.
%roses
pembakaran,
perhitungan
kebutuhan
udara
pembakaran,
perhitungan kelebihan udara di setiap konfigurasi S%, dan perpindahan panas sntara gas dan material ra$meal secara lebih mendetail diberikan dalam modul tersendiri. Bal lain yang erat sekali kaitannya dengan proses pembakaran di kiln ini adalah parameter yang disebut dengan beban panas kiln (thermal load). 8ua parameter yang me$akili thermal load ini antara lain: -. #eban panas *olumetrik (*olumetric thermal load) didefinisikan sebagai produksi klinker (%8) dibagi dengan *olume bersih kiln (m / ), sehingga satuan dari beban panas *olumetrik adalah %83m / . 1. #eban panas ona pembakaran (burning one thermal load) adalah beban panas hasil pembakaran bahan bakar di kiln (kkal3jam atau sering ditulis kkal3h) dibagi dengan luas penampang kiln (m 1 ). 8engan demikian satuan parameter beban panas ona pembakaran adalah kkal3h3m1. " Refractory Lining
Refraktori (bata tahan api) adalah material non metal yang dapat dipakai untuk konstruksi atau melapisi tungku yang beroperasi pada temperature tinggi dan juga mampu untuk mempertahankan bentuk dan komposisi kimianya pada temperatur tinggi. @ungsi refraktori pada industri semen adalah untuk melindungi bagian metal agar tidak langsung kontak dengan nyala api atau gas3padatan yang sangat panas. Sebagai contoh shell kiln akan sangat turun kekuatannya pada temperatur di atas <00 0& sementara itu temperatur klinker berkisar -/0 D -0 0
&, serta nyala api di kiln bias mencapai -E00 0&. Selain itu refraktori juga
berfungsi untuk mencegah kehilangan panas sehingga berada pada kondisi yang masih bisa ditoleransi (-1 D 11 6 dari panas pembakaran). Bal ini penting untuk mempertahankan temperatur nyala sehingga proses yang terjadi di dalam kiln akan terjamin kualitasnya. Konsumsi refraktori berkisar 0,0 D 0,- kg3ton klinker. Gadi secara ringkas fungsi refraktori adalah sebagai proteksi (pengaman operasi)
kiln
shell
terhadap
temperatur
tinggi,
sebagai
bahan
untuk
memperpanjang umur teknis shell kiln, dan sebagai isolator panas. %erpindahan panas dan kerusakan bata tahan api akan dibahas tersendiri.
#ahan #akar #ahan bakar adalah bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran dengan sendirinya, disertai pengeluaran kalor. #ahan bakar dapat terbakar dengan sendirinya karena: kalor dari sumber kalor H kalor yang dihasilkan dari proses pembakaran ($ulan,10-0) #ahan bakar adalah material dengan suatu jenis energi yang bisa diubah menjadi energi berguna lainnya. &ontoh yang umum adalah energi potensial yang dirubah menjadi energi kinetis. ($ikipedia,10-0) #ahan bakar
adalah setiap bahan
yang
dapat digunakan untuk
menghasilkan energi untuk menghasilkan kerja mekanik secara terkendali. 8engan kata lain, ini adalah at yang menghasilkan energi, terutama panas yang dapat digunakan. 8itinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakar diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor. #ahan bakar terdiri dari beberapa jenis,yaitu : -.#erdasarkan bentuknya : a.#ahan bakar padat #ahan bakar padat adalah bahan bakar yang sifat keras, atau strukturnya sangat rapat. &ontoh bahan bakar padat adalah batubara, arang, kayu. #ahan bakar padat yang biasa dipakai dalam industri dan transportasi adalah batubara. #atubara termasuk bahan bakar fosil karena terbentuk dari sisa tumbuhtumbuhan yang mengalami proses geologis dalam jangka $aktu jutaan tahun. #erdasarkan perbedaan umur geologis, berturutturut dari yang paling tua, batubara dibagi sebagai: antrasit, semi bitumen, bitumen, subbitumen, lignit.
Makin muda umur batubara, makin besar kandungan unsur hidrogennya, makin rendah nisbah K terhadap #'. Karena berasal dari tumbuhtumbuhan maka batubara tersusun terutama oleh bahan organik. 5ntuk menyatakan komposisi batubara, digunakan analisis pendekatan dan analisis tuntas. ?ilai kalor #erkisar antara E 000-0000 kkal3kg, yang dipengaruhi oleh kadar &, B dan S. 8iba$ah ini adalah gambar dari bahan bakar padat.
b.#ahan bakar cair #ahan bakar cair adalah bahan bakar yang strukturnya tidak rapat, jika dibandingkan dengan bahan bakar padat molekulnya dapat bergerak bebas. #ensin3gasolin3premium, minyak solar, minyak tanah adalah contoh bahan bakar cair. #ahan bakar cair yang biasa dipakai dalam industri, transportasi maupun rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran berbagai hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senya$a: parafin, naphtena, olefin, dan aromatik. Kelompok senya$a ini berbeda dari yang lain dalam kandungan hidrogennya. Minyak mentah, jika disuling akan menghasilkan beberapa macam fraksi, seperti: bensin atau premium, kerosene atau minyak tanah, minyak solar, minyak bakar, dan lainlain. Setiap minyak petroleum mentah
mengandung
keempat
kelompok
senya$a
tersebut,
tetapi
perbandingannya berbeda. %erbedaan minyak mentah yang utama ialah: minyak aspaltik, yang terdiri sebagian besar naphtena dan aromatik, minyak prafin, sebagian besar berupa parafin (lilin).
8iba$ah ini diantaranya adalah bahan bakar cair : #ensin atau Gasolin atau Premium
'asolin dibuat menurut kebutuhan mesin, seperti a*gas (a*iation gasoline), premium dan gasolin biasa, terdiri dari & < sampai &-1. Sifat yang terpenting pada gasolin adalah Iangka oktanaJ. !ngka oktana adalah angka yang menyatakan besarnya kadar isooktana dalam campurannya dengan normal heptana. sooktana mempunyai angka oktana -00, sedang normal heptana
mempunyai angka oktana 0. Makin tinggi angka oktana gasolin semakin baik unjuk kerjanya.
Kerosen
ermasuk kerosen adalah: #ahan bakar turbin gas pada pesa$at terbang. Minyak bakar, biasa dipakai untuk dapur rumah tangga, bahan bakar kapal laut, dan penerangan lampu kereta api di masa lalu. Mutu kerosen tergantung pada sifatnya dalam uji lampu (lamp test) dan uji bakar, seperti timbulnya asap dan kabut putih. !sap disebabkan oleh hidrokarbon aromatik sedang kabut putih oleh disulfida.
#ahan #akar Diesel
#ahan bakar diesel atau minyak diesel dipakai untuk mengoperasikan mesin diesel atau Icompression ignition engineJ. Mutunya ditentukan oleh angka cetana. Makin tinggi angka cetana, makin tinggi unjuk kerja yang diberikan oleh bahan bakar diesel. !ngka cetana adalah besarnya kadar *olume cetana dalam campurannya dengan metilnaphtalen. &etan murni mempunyai angka cetana -00, sedang aromatik mempunyai angka cetana 0. 5njuk kerja adalah persentase ratarata daya yang dapat diperoleh dari mesin dengan bahan bakar tertentu dibandingkan dengan daya yang diperoleh dari bahan bakar yang mempunyai angka cetana -00.
$inyak Residu
Minyak residu biasa digunakan pada ketel uap, baik yang stasioner maupun yang bergerak. 8alam hal instalasinya, pemakaian minyak residu dalam ketel uap akan lebih murah dibanding batubara. 8isamping itu, pemakaian minyak residu tidak menimbulkan masalah abu. !kan tetapi pada ketel uap tekanan tinggi dan suhu tinggi dapat menimbulkan korosi dan kerusakan pada Isuperheater tubeJ. %emakaian minyak residu kecuali dalam ketel uap antara lain:
anur dalam industri baja, tanur tinggi dalam industri semen dan industri lain yang mempunyai kaitan dengan semen, serta berbagai dapur dalam industry petroleum dan industri kimia. Mesin diesel, kecuali pada mesin diesel kecepatan tinggi seperti pada truk dan lokomotif, pada mesin diesel kapal serta mesin diesel berkecepatan rendah untuk pembangkit tenaga listrik. urbin gas.
c.#ahan bakar gas #ahan bakar gas adalah bahan bakar yang strukturnya molekulnya dapat bergerak bebas. #erikut ini adalah yang termasuk bahan bakar gas : %setilin
'as asetilin digunakan dalam pengelasan dan pemotongan logam, yang memerlukan suhu nyala yang tinggi, dapat juga dipakai untuk lampu karbida. 'as asetilin dapat membentuk asetilida yang eksplosif jika dicampur dengan tembaga (&u), terlebihlebih dengan udara.
I#last @urnace 'asJ 'as ini merupakan hasil samping peleburan bijih besi dengan kokas dan udara panas di dalam Iblast furnaceJ.
'as !ir #iru (#lue >ater 'as) 8ibuat dari reaksi antara kukus (steam) dengan karbon padat yang dipanasi pada suhu tinggi, merupakan campuran antara gas B1 dan gas &A.
'as #atubara 'as batubara disebut juga gas kota, dibuat dari distilasi destruktif batubara dalam retort tertutup dengan pemanasan tinggi.
'as !lam 'as alam tersusun dari paraLn hidrokarbon, khususnya gas metana bercampur dengan nitrogen, ?1, dan karbon dioksida, &A1, diperoleh dari tambang dengan pengeboran tanah melalui batuan kapur atau batuan pasir. Kandungan metananya diatas E06.
'as %etroleum 'as petroleum diperoleh dari fraksionasi minyak bumi mentah, dan dapat jug dari gas alam, mengandung propana dan butana sebagai komponen terbesar.
1.#erdasarkan proses terbentuknya : a.#ahan bakar alamiah #ahan bakar alamiah ialah bahan bakar yang berasal dari alam. &ontoh bahan bakar padat alamiah antara lain : antrasit, batubara bitumen, lignit, kayu api, sisa tumbuhan. Sedangkan bahan bakar gas alamiah misalnya: gas alam dan gas petroleum.
b.#ahan bakar nonalamiah #ahan bakar nonalamiah ialah bahan bakar yang tidak berasal dari alam atau buatan manusia. &ontoh dari bahan bakar padat nonalamiah antara lain: kokas, semikokas, arang, briket, bris, serta bahan bakar nuklir. Sedangkan bahan bakar cair nonalamiah antara lain: bensin atau gasolin, kerosin atau minyak tanah, minyak solar, minyak residu, dan juga bahan bakar padat yang diproses menjadi bahan bakar cair seperti minyak resin dan bahan bakar sintetis. 5ntuk bahan bakar gas nonalamiah misalnya gas rengkah (atau cracking gas) dan Iproducer gasJ.
Sumber bahan bakar : Bayati &ontohnya: #iodiesel #iodiesel dari Minyak nabati, seperti minyak kelapa sa$it dan jarak pagar. 8igunakan untuk pengganti solar. #iodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran monoalkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak he$an. Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah mele$ati proses ini, tidak seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. ?amun, dia lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas.
#ioetanol #ioetanol dari tanaman yang mengandung pati 3 gula, seperti sagu, singkong, tebu dan sogum. 8igunakan untuk pengganti bensin. #ioetanol (&1BAB) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme
#iooil #iooil dari minyak nabati (straight *agetable oil) dan #iomass melalui proses pirolisa. 8igunakan untuk pengganti minyak tanah.
#iogas #iogas dari limbah cair dan limbah kotoran ternak. 8igunakan untuk pengganti minyak tanah. #iogas adalah gas yang dihasilkan oleh akti*itas anaerobik atau fermentasi dari bahanbahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan he$an, limbah domestik (rumah tangga), sampah
biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. #iogas dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan maupun untuk menghasilkan listrik.
Sifta fisik dan kimia bahan bakar: -.#atubara @ormula :&-/CBECAE?S (jenis bituminus) 5nsur utama : &arbon, Bidrogen, dan Aksigen >arna : #lack 3 Bitam berkilauan metalik Kandungan : 926 D E96 unsur &arbon
1.!rang %engertian : Residu hitam berisi karbon tidak murni 5nsur utama : &arbon, Bidrogen, dan Aksigen >arna : Bitam ringan mudah hancur Kandungan : 926 D E96 unsur &arbon
/.Kayu %engertian : #agian batang atau cabang serta ranting tumbuhan erbentuk dari : !kumulasi selulosa dan lignin pada dinding sel >arna : ratarata &oklat ekstur : %enampilan sifat struktur pada bidang lintang
<.#ensin (gasolin) %engertian : &uran cairan yang berasal dari minyak bumi %enyusunnya : Bidrokarbon >arna : Kuning bening (cairan) #erat jenis : 0,C- D 0,CC (C-E,C kg3m /)
.Kerosin (minyak tanah)
%engertian : Keros Nunani: lilin, di S$iss sebagai minyak tanah Garak lebur : 2- o& D (12 o&) Suhu pengapian : 110 o& Suhu pembakaran : 200 o&
2.8iesel %engertian : %roduk akhir yang digunakan sebagai bahan bakar ?ama lain : Solar 8iciptakan oleh : Rudolf 8iesel 8igunakan untuk : mesin diesel
C.!setilin %engertian : %roses pengelasan secara manualdengan pemanasan permukaan logam yang akan dilas atau disambung sampai mencair oleh nyala gas asetilin melalui pembakaran &1B1 dengan gas A 1 dengan atau tanpa logam pengisi. erbentuk dari : &uran karbida ditambah air Rumus : &a&1 O 1B1A &1B1 O &a (AB) 1 O kalor
9.I#last @urnace 'asJ 747 = 577 : 1C6 dan C6 erbentuk dari : %roduk samping tanur tiup Suhu pembakaran : diatas -00 o& ?ilai panas : E/ #5
E.'as !lam %engertian : #ahan bakar fosil berbentuk gas erbentuk dari : metana (&B <) Kandungan : terdiri dari etana,propana,butana >arna : #iru muda atau kuning kemerahmerahan
-0.'as %etroleum
8isebut juga : 7%', '%7 erbentuk dari : &uran hidrokarbon gas propana dan butana ?ilai kalor : 12,- k>h3m/ --. 7ignit (batubara muda) %engertian : #agian batang atau cabang serta ranting tumbuhan komposisi : kandungan & 1/6, kadar air 226, abu 26 Genis : +yloid lignit dan kompak lignit >arna : &oklat kehitaman
SS4M %4M#!K!R!? 84?'!? #!B!? #!K!R &!R !. #ensin -. Sistem #ahan #akar Sepeda Motor Sistem bahan bakar sepeda motor pada umumnya terdiri dari beberapa komponen antara lain yaitu : angki bensin , Saringan bensin, selang bensin dan karburator. %ada tangki bensin dilengkapi dengan pengukur tinggi bensin, untuk tipe ini pada karburator dilengkapi kran bensin . !pabila keran bensin dibuka maka secara alamiah bensin akanmengalir menuju ke karburator. !gar bensin yang masuk ke karburator bersih dari kotoran terlebih dahulu disaring oleh saringan bensin. Komponenkomponen sistem bahan bakar dapat dilihat seperti gambar diba$ah ini. 'ambar Komponen Sistem #ahan #akar Sepeda Motor 1. Karburator a. %rinsip kerja karburator Karburator memproses bahan bakar cair menjadi partikel kecil dan dicampur dengan udara sehingga memudahkan penguapan. %rosesnya serupa dengan penyemburan ( spray). %ada gambar diba$ah ini diterangkan prinsip dari penyemburan. Sebagai akibat dari derasnya tiupan angin di (a), suatu kondisi *acum (tekanan diba$ah atmosfir) terjadi di (b).%erbedaan tekanan antara *acum dan atmosfir udara di (c) mengakibatkan semburan terjadi pada gasoline
b. !turan Kerja Karburator. #ahan bakar dan udara dibutuhkan motor bensin untuk berjalan. #ahan bakar berupa bensin dicampur dengan udara oleh karburator supaya mudah terbakar dan di alirkan keruang bakar. 8engan kata lain, karburator bekerja sesuai aturan sebagai #erikut : P "olume campuran udara dan bahan bakar sesuai kebutuhan mesin. P Menciptakan campuran udara dan bahan bakar sedemikian rupa tepat sesuai kecepatan mesin. P Merubah bensin menjadi partikelpartikel bercampur dengan udara sehingga mudah disemburkan atau dikabutkan.
/. &uran #ahan #akar dan 5dara Saat langkah isap pada mesin, tekanan didalam silinder lebih rendah dari atmosfir, maka aliran udara tercipta yang mengalir melalui karburator kedalam saluran pemasukan kesilinder. %ada bagian dari aliran ini, ada bagian yang menyempit yang disebut dengan "enturi. 8engan adanya *enturi tersebut maka aliran menjadi lebih deras dan menciptakan Ke*acuman pada bagian *enture tersebut. %ada titik tersebut dipasang saluran dimana bahan bakar disemprotkan. #ahan
bakar
masuk,
terpancar
membentuk
partikelDpartikel
kecil
dan
disemburkan. %ada dasarnya karburator digunakan untuk membedakan langkah ini dalam beberapa tingkatan dalam mekanisme yang komplek. %artikel bahan bakar yang terbentuk pada proses ini mengalir melalui pipa pemasukan (intake pipe) dan sebelum sampai ke silinder telah berubah menjadi uap dan secara sempurna membentuk campuran bahan bakar dan udara. #iasanya, saat proses peralihan dari cairan bahan bakar menjadi partikel ( disemburkan ) katup gas terbuka secara penuh dan putaran mesin pada putaran tinggi, dengan aliran udara mencapai kecepatan maksimum, maka pada saat ini merupakan titik optimum kerja proses penyemburan. Ketika katup gas tertutup berarti kecepatan mesin perlahan, aliran angin juga turun maka tidak seluruh bahan bakar berubah menjadi partikel dan
partikelpartikel bahan bakar yang besar tertinggal, tidak tersemburkan, dengan demikian pada putaran rendah konsentrasi perbandingan udara dan bahan bakar menjadi jenuh.
<. Menentukan Gumlah &uran 5dara dan #ahan #akar 8iantara periode $aktu tertentu, beberapa kali pembakaran terjadi saat mesin berputar pada kecepatan rendah adalah sedikit dan bila putaran mesin tinggi maka akan banyak. #ila ditentukan sejumlah campuran udara dan bahan bakar dibutuhkan untuk terjadinya pembakaran suatu saat, ternyata bah$a pembakaran terjadi banyak sekali, berindikasi bah$a *olume campuran udara dan bahan bakar juga tinggi. Konsekuensinya, dengan meningkatkan atau menurunkan jumlah campuran bahan bakar yang disalurkan oleh karburator ke mesin, kecepatan mesin akan naik dan turun dan kemampuan akan naik atau turun. 8alam kenyataannya, bila tuas gas diputar dan kabel ditarik sejauh gerakan kabel tersebut. Kebanyakan udara
pada karburator memungkinkan lebih
banyak
campuran bahan bakar dan udara mengalir masuk dan meningkatkan cepat putaran mesin. Sebaiknya dengan menutup tuas gas, tertutup juga katup gas dan menurunkan laju putaran mesin
#. Solar (diesel) Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi). Mesin ini ditemukan pada tahun -9E1 oleh Rudolf 8iesel, yang menerima paten pada 1/ @ebruari -9E/. 8iesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. 8ia mempertunjukkannya pada 4+position 5ni*erselle (%ameran 8unia) tahun -E00 dengan menggunakan minyak kacang (lihat biodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh &harles @. Kettering. #agaimana mesin diesel bekerja
Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti dinyatakan oleh Bukum &harles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. 5dara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. #eberapa saat sebelum piston pada posisi itik Mati !tas (M!) atau #8& (#efore op 8ead &enter), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nole supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Basil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. %enyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) M! untuk menghindari detonasi. %enyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection). 7edakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke ba$ah dan menghasilkan tenaga linear. #atang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. enaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. 5ntuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen : Q urbocharger atau supercharger untuk memperbanyak *olume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo3supercharger. Q ntercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. 5dara yang panas *olumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak. Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. #eberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala (spark3glo$ plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum penyalaan mesin. 7ainnya menggunakan pemanas Iresisti*e gridJ dalam
Iintake manifoldJ untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin. 8alam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan *iscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. ni dapat mempengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nole, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. &ara umum yang dipakaiadalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik. 5ntuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah go*ernor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu para putaran yang diinginkan. !pabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat berkerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka bisa mengakibatkan o*er *oltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai tujuan ini melalui elektronik kontrol modul (4&M) atau elektronik kontrol unit (4&5) D yang merupakan IkomputerJ dalam mesin. 4&M34&5 menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari table kalibrasi yang disimpan dalam 4&M34&5, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan $aktu melalui aktuator elektronik atau hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin. !da dua kelas mesin diesel: duastroke dan empatstroke. banyak mesin diesel besar bertipe mesin dua tak. Mesin yang lebih kecil biasanya menggunakan tipe mesin empat tak. #iasanya jumlah silinder dalam kelipatan dua, meskipun berapapun jumlah silinder dapat digunakan selama poros engkol dapat diseimbangkan untuk mencegah getaran yang berlebihan. nline2 paling banyak diproduksi dalam mesin tugasmedium ke tugasberat, meskipun "9 dan straight < juga banyak diproduksi. Mesin disel bekerja dengan kompresi udara yang cukup tinggi, sehingga pada mesin disel besar perlu ditambahkan sejumlah udara yang lebih banyak. Maka dugunakan Supercharger atau turbocharger pada intake manifold, dengan
tujuan memenuhi kebutuhan udara kompresi. Keunggulan dan kelemahan dibanding dengan mesin businyala. 5ntuk keluaran tenaga yang sama, ukuran mesin diesel lebih besar daripada mesin bensin karena konstruksi besar diperlukan supaya dapat bertahan dalam tekanan tinggi untuk pembakaran atau penyalaan. 8engan konstruksi yang besar
tersebut
penggemar
modiLkasi
relatif
mudah
dan
murah
untuk
meningkatkan tenaga dengan penambahan turbocharger tanpa terlalu memikirkan ketahanan komponen terhadap takanan yang tinggi. Mesin bensin perlu perhitungan yang lebih cermat untuk modifikasi peningkatan tenaga karena pada umumnya komponen di dalamnya tidak mampu menahan tekanan tinggi, dan menjadikan mesin diesel kandidat untuk modifikasi mesin dengan biaya murah. %enambahan
turbocharger
atau
supercharger
ke
mesin
bertujuan
meningkatkan jumlah udara yang masuk dalam ruang bakar dengan demikian pada saat kompresi akan menghasilkan tekanan yang tinggi dan pada saat penyalaan atau pembakaran akan menghasilkan tenaga yang besar. %enambahan turbocharger atau supercharger pada mesin diesel tidak berpengaruh besar terhadap pemakaian bahan bakar karena bahan bakar disuntikan secara langsung ke ruang bakar pada saat ruang bakar dalam keadaan kompresi tertinggi untuk memicu penyalaan agar terjadi proses pembakaran. Sedangkan penambahan turbocharger atau supercharger pada mesin bensin sangat mempengaruhi pemakaian bahan bakar karena udara dan bahan bakar dicampur dengan komposisi yang tepat sebelum masuk ruang bakar, baik untuk mesin bensin dengan sistem karburator maupun sistem injeksi.
