Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar Bahan Bakar Ditinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakar diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran ka lor. Bahan B ahan bakar dibakar dengan tujuan untuk memperoleh kalor tersebut, untuk digunakan baik secara langsung maupun tak langsung. Sebagai contoh penggunan kalor dari proses pembakaran secara langsung adalah:
Untuk memasak di dapur-dapur rumah tangga
Untuk instalasi pemanas
Sedangkan contoh penggunaan kalor secara tidak langsung adalah:
Kalor diubah menjadi energi energi mekanik, misalnya pada motor bakar
Kalor diubah menjadi energi listrik, misalnya pada pembangkit listrik tenaga diesel, tenaga gas dan te naga uap
Beberapa macam bahan bakar yang dikenal adalah:
Bahan bakar fosil, seperti: batubara, minyak bumi, dan gas bumi.
Bahan bakar nuklir, seperti: uranium dan plutonium. Pada bahan bakar nuklir, kalor diperoleh dari hasil reaksi rantai penguraian atom-atom melalui peristiwa radioaktif.
Bahan bakar lain, seperti: sisa tumbuh-tumbuhan, minyak nabati, minyak hewani.
Bahan bakar konvensional, ditinjau dari keadaannmya dan wujudnya dapat padat, cair atau gas, sedang ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah dan non -alamiah atau buatan atau “manuvactured”. Termasuk bahan bakar padat alamiah ialah: antrasit, batubara bitumen, lignit, kayu api, sisa tumbuhan. tumbuhan. Termasuk bahan bakar padat nonnonalamiah antara lain: kokas, semi-kokas, arang, briket, bris, serta bahan bakar nuklir. nuklir. Bahan bakar cair non-alamiah 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. Bahan bakar gas alamiah misalnya: gas alam dan gas petroleum, sedang bahan bakar gas non alamiah misalnya gas rengkah (atau cracking crack ing gas) dan “produce gas”.
Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terb akar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahanlahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan s ampai mencapai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2 CO2,, air (= H2O) dan gas SO2, sehingga tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa.
Komposisi Bahan Bakar Bahan bakar fosil dan bahan bakar organik lainnya umumnya umumnya tersusun dari unsur-unsur C (karbon), H (hidrogen), O (oksig en), N (nitrogen nitrogen)), S (belerang), P (fosfor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, kecil, namun unsur-unsur kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan menghasilkan kalor, dan disebut disebut sebagai “bahan yang dapat terbakar” atau “combustible matter”, disingkat dengan BDT. Unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat terbakar adalah O, N, bahan mineral atau abu dan air. Komponen-komponen ini disebut sebagai “bahan yang tidak dapat terbakar” atau “non -combustible matter”, disingkat dengan non-BDT. Secara singkat komposisi bahan bakar padat dinyatakan menurut: 1. Analisis pendekatan ( proximate proximate analysis), yaitu kandungannya akan BDT, air, abu. BDT terdiri dari:
bahan yang bila terbakar membentuk gas atau uap, yait u gas CO2, CO, SO2, uap air. Bahan ini disingkat dengan BTG BTG..
bahan yang jika terbakar tidak membentuk gas, dan pembakaran lebih lanjut terhadap bahan ini menghasilkan kokas. Bahan ini disebut “karbon tetap” atau “fixed carbon” disingkat disingkat KT.
Setelah proses pembakaran:
BTG: terbakar menghasilkan gas -gas CO2, CO, SO2, dan uap air yang keluar sebagai gas asap atau gas buang.
non-BDT: unsur O dan N membentuk gas -gas oksigen (O2) dan nitrogen (N2), dan keluar sebagai gas asap. Komponen abu tetap tinggal di ruang pembakaran, ditampung oleh penampung (“ash pit”), dan keluar sebagai sisa pembakaran (“refuse”) disingakt SB.
KT: terbakar membentuk kokas. Kokas Kokas mempunyai mempunyai
kandungan karbon
mendekati 100%. b. Analisis tuntas (ultimate analysis), yaitu komposisi bahan sampai unsurunsurnya, seperti kandungan C, H, O, N, S, abu dan air. Air yang terkandung dalam bahan bakar mencakup:
air yang menempel secara mekanis.
air senyawa, yaitu air yang dapat terbentuk jika unsur O dan H dalam bahan bakar mempunyai perbandingan stoikiometeris.
Bahan bakar cair terdiri dari seyawa hidrokarbon atau campuran beberapa macam senyawa hidrokarbon. hidrokarbon. Pada minyak bumi, kandungan kandungan hidrokarbon terdiri dari C5 sampai C16, meliputi seri parafin parafin,, napftena, olefin dan aromatik. Hidrokarbonhidrokarbon tersebut kadang-kadang kadang-kadang merupakan senyawa ikatan dengan belerang, oksigen dan nitrogen, yang jumlahnya beragam. Bahan-bahan gas terdiri dari campuran senyawa -senyawa C dan H yang mudah terbakar (CH4, C2H6 C2H6,, C2H4 C2H4,, C2H2, CO, H2
dan lain -lain), serta gas -gas yang tidak
terbakar (N2, CO2, SO2). Senyawa C dan H tersebut tidak selalu senyawa hidrokarbon (CO, H2). Contoh Contoh bahan bakar gas adalah gas alam yang merupakan campuran gas -gas -gas parafin hidrokarbon jenuh seperti metana, etana, gas nitrogen, gas karbon dioksida, dan lain -lain. Kandungan air di dalam bahan bakar cair dan bahan bakar gas terbats pada harga nisbi menurut kelarutanair di dalam cairan dan dalam gas tersebut. Kandungan air, kandungan abu dan kandungan belerang dalam bahan baka r sangat menentukan mutu bahan bakar tersebut, karena bahan-bahan tersebut mempengaruhi besarnya nilai kalor dan sekaligus menentukan spesifikasinya.
Spesifikasi Bahan Bakar Spesifikasi bahan bakar yang terpenting adalah: a. Nilai Kalor atau “Heating Value” atau “Calorific Value” Value” atau Kalor Pembakaran. Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan dihasilkan oleh pembakaran pembakaran sempurna 1 kilogram atau satu satuan berat bahan bakar padat atau cair atau 1 meter kubik atu 1 satuan volume bahan bakar gas, pada keadaan baku. Nilai kalor kalor atas atau “gross heating value” atau “higher heating value” adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna sempurna satu satuan berat bahan bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada tekanan tetap, suhu 250C, apabila
semua air yang mula -mula berwujud cair setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali. Nilai kalor bawah atau “net heating value” atau “lower heating value” adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas dikurangi dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada 25 derajat Celcius dan tekanan tetap. Air dalam sistem, setelah pembakaran berwujud uap air pada 25 derajat Celcius. b. Kandungan Air di dalam Bahan Bakar Air yang terkandung dalam bahan bakar padat terdiri dari:
Kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat secara kimiawi.
Kandungan air eksternal atau air mekanikal, yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis.
Air dalam bahan bakar cair merupakan air eksternal, berperan sebagai pengganggu. Air dalam bahan bakar gas merupakan uap air yang bercampur dengan bahan bakar tersebut. Air yang terkandung dalam bahan bakar menyebabkan penurunan mutu bahan bakar karena:
Menurunkan nilai kalor dan memerlukan sejumlah kalor untuk penguapan
Menurunkan titik nyala
Memperlambat proses pembakaran, dan menambah volume gas buang.
Keadaan tersebut mengakibatkan:
Pengurangan efisiensi ketel uap ataupun efisiensi motor bakar.
Penambahan biaya perawatan ketel.
Menambah biaya transportasi, merusak saluran bahan bakar cair (“fuel line”) dan ruang bakar.
c. Kandungan Abu Abu yang terkandung dalam bahan bakar padat adalah mineral yang tak dapat terbakar (non-BDT) yang tertinggal setelah proses pembakaran dan perubahanperubahan atau reaksi-reaksi yang menyertainya selesai. Abu berperan menurunkan mutu bahan bakar karena menurunkan nilai nilai kalor. Di dalam dapur atau dalam generator gas, abu dapat meleleh pada suhu tinggi, menghasilkan massa yang disebut “slag”. Sifat kandungan abu dapat ditandai oleh perubahan-perubahan perubahan-perubahan yang terjadi bila suhunya naik. Kalau suhu diberi lambang t, maka:
t1 = suhu pada saat abu abu mulai deformasi
t2 = suhu pada saat abu abu mulai lunak
t3 = suhu pada saat abu abu mulai mencair
Kalau abu meleleh pada suhu t3 < 13000C, maka abu bertitik leleh rendah. Kalau abu meleleh pada suhu 13000C < t 3 < 14250 C; abu bertitik leleh sedang. Kalau abu meleleh meleleh pada suhu t3 > 14250 C; abu bertitik leleh tinggi. Slag dapat menutup aliran udara yang masuk di antara batang-batang rooster (kisi- kisi)
dalam ruang pembakaran, menutupi timbunan bahan bakar dan merusak dapur, serta abu yang terbawa oleh gas g as asap mengikis bidang pemanasan ketel. d. Kandungan Belerang Apabila bahan bakar yang mengandung m engandung belerang dibakar, belerang akan terbakar membentuk gas belerang dioksida dioksida (SO2) dan belerang trioksida (SO3). Gas -gas ini bersifat sangat korosif terhadap logam dan meracuni udara sekeliling. e. Kandungan BTG dan Daya Pembentukan Kokas Jika bahan bakar padat dibakar tanpa udara berlebihan, pertama -tama yang menguap adalah air, baru kemudian gas -gas yang terbentuk dari terbakarnya BTG. Sisa akhir pembakaran adalah KT atau kokas serta abu. Makin tua umur geologis bahan bakar padat, makin rendah kandungan BTG-nya. f. Berat Jenis ( Spesific Gravity ) Berat jenis dinyatakan dalam gr am per ml, dalam derajat API, dalam lb (baca: “pound”) per galon, atau lb per cuft, dan derajat Baume. Berat jenis disingkat sp. gr. atau sg. Definisi: perbandingan berat bahan bakar terhadap berat air, diukur pada 600F, yang pada suhu tersebut berat air = 62.4 lb/cuft. Sg bahan bakar cair berubah oleh suhu, karena adanya ekspansi, terlebih-lebih sg bahan bakar gas. Ada beberapa satuan sg seperti antara lain: 0
0
0
0
1. Sg 60/60 F = 141.5 / API 131 .5, dimana API diukur pada 60 F 2. Sg 60/60 0F = 140 / 0Be 130, dimana 0Be diukur pada 60 0F 0
0
3. Sg 60/60 F = (lb/cu ft) /62.4, dimana lb/cu ft diukur pada 60 F 0
0
4. Sg 60/60 F = (lb/gal) / 8.34, dimana lb/gal diukur pada 60 F
Banyak hubungan antara Sg dengan sifat-sifat penting bahan bakar minyak, yaitu:
Untuk pembakaran pada volume tetap: Nilai Kalor Atas, Btu/lb = 22 320 – [3 780 2
x (Sg) ]
Untuk pembakaran pada tekanan tetap: Nilai Kalor Bawah, Btu/lb = 19 960 – [3 2
780 x (Sg) ] + (1 362 x Sg)
Persen hidrogen, % = 26 – 26 – (15 x Sg)
Kalor spesifik, Btu/lb F = kal/gr F = [0.388 x 0.00045 x t ( F)] : (Sg)
Kalor laten penguapan, Btu/lb = [110 .9 x 0.09 x t ( F)] : Sg
0
0
0
1/2
0
Rumus pada butir 4 dan 5 sebenarnya hanya berlaku untuk bahan bakar hidrokarbon murni tanpa adanya ikutan, namun karena biasanya bahan ikutan jumlahnya kecil sekali, maka kedua rumus rumus tersebut masih aman untuk digunakan. g. Viskositas Viskositas adalah kebalikan fluiditas atau daya alir. Makin tinggi viskositas makin sukar mengalir. Mengingat kecepatan mengalir juga tergantung pada pada berat jenis, maka pengukuran viskositas demikian dinyatakan sebagai “viskositas kinematik”. Viskositas absolut = viskositas kinematik berat jenis cairan. Satuan viskositas antara lain: poise, gram/cm detik, atau dengan skala diukur dalam detik. Saybolt Universal diukur
Catatan: Agar minyak dapat dipompa harus mempunyai viskositas 10000 detik SU (Saybolt Universal), dan agar dapat dikabutkan dengan tekanan udara 1 psi harus mempunyai viskositas 100 detik SU. Pengaruh viskositas viskositas pada pengabutan sangat menentukan menentukan dalam mencapai pembakaran sempurna dan bersih. Jika pengabutan berlangsung dengan viskositas lebih dari 100 detik SU dan tekanan udara kurang 1 psi, maka butiranbutiran kabut minyak terlalu besar hingga susah bercampur dengan udara sekunder. Akibatnya aka n terbentuk gumpalan karbon yang mengganggu burner dan dapur. Bagi minyak- minyak berat, pemanasan pendahuluan pendahuluan harus dilakukan sebelum pengabutan. Pemanasan pendahuluan ini gunanya untuk menurunkan viskositas sampai di bawah 100 detik SU. h. Flash Point “Flash point” adalah suhu dimana bahan bakar terbakar dengan sendirinya sendirinya oleh udara udara sekelilingnya disertai kilatan cahaya. Untuk menentukan kapan minyak terbakar sendiri, Pensky-Martens memakai sistem “closed cup”, sedang Cleveland memakai
0
“open cup”. Uji dengan open cup menunjukkan angka 20 -30 F lebih tinggi daripada dengan closed cup. i. Titik Bakar atau “Ignition Point” Titik bakar adalah suhu dimana bahan bakar cair yang dipanaskan pada keadaan baku dapat terbakar selama waktu sekurang-kurangnya 5 detik. j. Bau Bau tak enak yang khas biasanya ditimbulkan oleh senyawa belerang dalam bahan bakar cair. Senyawa itu adalah belerang hidrokarbon atau merkaptan yang bersifat korosif. k. Titik Anilin Titik anilin adalah suhu dimana sejumlah volume yang sama dari bahan bakar cair dan anilin tepat bercampur. Atau, suhu terendah dimana terjadi awan yang disebabkan karena batas pemisahan fase cair dari campurannya yang homogen sejumlah volume anilin yang sama dengan volume sampel menjadi hila ng. l. Faktor Karakterisasi dan Titik Didih Faktor karakterisasi ini memberi petunjuk tentang watak dan sifat-sifat termal fraksi minyak bumi. Di samping itu, juga menyatakan perbedaan sifat parafinitas hidrokarbon secara kuantitatif atau indeks parafinitas minyak bumi mentah. Faktor karakterisasi UOP ( Universal Oil Products Company) dinyatakan dalam K.
K = (TB)
1/3
: Sg, di mana TB adalah titik didih rata-rata pada 1 atmosfer dalam derajat
Rankine.
Bahan Bakar Padat Bahan bakar padat yang biasa dipakai dalam industri dan transport asi adalah batubara. Batubara termasuk bahan bakar fosil karena terbentuk dari sisa tumbuhtumbuhan yang mengalami proses geologis dalam jangka waktu jutaan tahun. Berdasarkan perbedaan umur geologis, berturut-turut dari yang paling tua, batubara dibagi sebagai:
antrasit
semi-bitumen
bitumen
sub-bitumen
lignit
Makin muda umur batubara, makin besar kandungan unsur hidrogennya, makin rendah nisbah KT terhadap BTG. Karena berasal dari tumbuh-tumbuhan maka batubara tersusun terutama oleh bahan organik. Untuk menyatakan komposisi batubara, digunakan analisis pendekatan dan analisis tuntas. Nilai kalor berkisar antara 9 000 10000 kkal/kg, yang dipengaruhi oleh kadar C, H dan S. Beberapa rumus pendekatan yang diperoleh secara empiris, menyatakan hubungan antara nilai kalor, kadar C, kadar H dan kadar S, ataupun kadar KT dan BTG. Rumus Dulong:
Nilai kalor atas, NKA = 14490 C + 61000 Ha + 5550 S, di mana C, S, Ha = fraksi berat berat karbon, belerang dan hidrogen bebas; dan NKA dalam Btu/lb.
Catatan: 1 Btu = 252 kalori 1 lb
= 453.6 gram.
Rumus Calderwood: 1.55
C = 5.88 x 0.00512 x NKA x 40.5S x 0.0053 x 80 x 100(BTG : KT) C, S, BTG, KT = % berat C, S, BTG, KT dalam batubara Kalau 100 BTG/KT > 80, tanda pada suku terakhir negatif.
Bahan Bakar Cair Bahan bakar cair cai r yang biasa dipakai dalam industri, transportasi tr ansportasi maupun rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran berbagai hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senyawa: senyawa: parafin, naphtena, olefin, olefin, dan aromatik. Kelompok senyawa ini berbeda berbeda dari yang lain dalam kandungan hidro gennya. Minyak mentah, jika disuling akan menghasilkan beberapa macam fraksi, seperti: bensin atau premium, kerosen kerosen atau minyak tanah, minyak solar, minyak minyak bakar, dan lain -lain. Setiap minyak petroleum mentah mengandung keempat kelompok senyawa tersebut, tetapi perbandingannya berbeda. Perbedaan minyak mentah yang utama ialah:
Minyak aspaltik, yang terdiri sebagian besar naphtena dan aromatik
Minyak prafin, sebagian besar berupa parafin (lilin)
a. Bensin atau Gasolin atau Premium
Gasolin dibuat menurut kebutuhan mesin, seperti avgas ( aviation gasoline), premium dan gasolin biasa, terdiri dari C4
sampai C12. Sifat yang terpenting pada
gasolin adalah “angka oktana”. Angka oktana adalah angka yang menyatakan besarnya kadar isooktana dalam campurannya dengan normal heptana. Isooktana mempunyai angka oktana 100, sedang normal heptana mempunyai angka oktana 0. Makin tinggi angka oktana gasolin semakin baik unjuk kerjanya. b. Kerosen Termasuk kerosen adalah:
Bahan bakar turbin gas pada pesawat 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. Asap disebabkan oleh hidrokarbon aromatik sedang kabut putih oleh disulfida. c. Bahan Bakar Diesel Bahan bakar diesel atau minyak diesel diesel dipakai untuk mengoperasikan mesin mesin diesel atau “compression ignition engine”. Mutunya ditentukan oleh angka cetana. Makin tinggi angka cetana, makin tinggi unjuk kerja yang diberikan oleh bahan bakar diesel. Angka cetana adalah besarnya kadar volume cetana dalam campurannya dengan metilnaphtalen. Cetan murni mempunyai angka cetana = 100, sedang aromatik mempunyai angka cetana 0. Unjuk kerja adalah persentase rata-rata daya yang dapat diperoleh dari mesin dengan bahan bakar tertentu dibandingkan dengan daya yang diperoleh dari bahan bakar yang mempunyai angka cetana 100. d. Minyak Residu Minyak residu biasa digunakan pada ketel ketel uap, baik yang stasioner maupun yang bergerak. Dalam hal instalasinya, pemakaian minyak residu dalam ketel uap akan lebih murah dibanding batubara. Disamping itu, pemakaian minyak residu tidak menimbulkan masalah abu. Akan tetapi pada ke tel uap tekanan tinggi dan suhu tinggi dapat menimbulkan korosi dan kerusakan pada “superheater tube”. Pemakaian minyak residu kecuali dalam ketel uap antara lain:
Tanur dalam industri baja, tanur tinggi dalam industri semen dan industri lain yang mempunyai kaitan dengan semen, serta berbagai dapur dalam industri petroleum dan industri kimia.
Mesin diesel, kecuali pada mesin diesel diesel kecepatan tinggi seperti pada truk dan lokomotif, pada mesin diesel kapal serta mesin diesel berkecepatan rendah untuk pembangkit tenaga listrik.
Turbin gas.
Bahan Bakar Gas Termasuk dalam bahan bakar gas antara lain: a. Asetilena Gas asetilena digunakan dalam pengelasan dan pemotongan logam, yang memerlukan suhu nyala yang tinggi, dapat juga dipakai untuk lampu karbida. Gas asetilena dapat membentuk asetilida yang eksplosif jika dicampur dengan tembaga (Cu), terlebih-lebih dengan udara. b. Blast Furnace Gas Gas ini merupakan hasil samping peleburan bijih besi dengan kokas dan udara panas di dalam “blast furnace”. c. Gas Air Biru ( Blue Water Gas) Dibuat dari reaksi antara kukus ( steam) dengan karbon padat yang dipanasi pada suhu tinggi, merupakan campuran antara gas H2 dan gas CO. d. Gas Batubara Gas batubara disebut juga gas kota, kota, dibuat dari dis tilasi destruktif batubara dalam dalam retort tertutup dengan pemanasan tinggi. e. Gas Alam Gas alam tersusun dari parafin hidrokar bon, khususnya gas metana bercampur dengan nitrogen, N2, dan karbon karbon dioksida, CO2, diperoleh diperoleh dari tambang dengan pengeboran tanah melalui melalui batuan kapur atau batuan pasir. pasir. Kandungan metananya di atas 90%. f. Gas Petroleum Gas petroleum diperoleh dari fraksionasi minyak bumi mentah, dan dapat juga dari gas alam, mengandung propana dan butana sebagai komponen terbesar.
Proses Pembakaran Dalam pembakaran proses yang terjadi adalah oksidasi dengan reaksi sebagai berikut:
Karbon + oksigen
= Karbon dioksida + panas
Hidrogen + oksigen = Uap air + panas
Sulfur + oksigen
= Sulfur Sulfur dioksida + panas
Pembakaran di atas dikatakan sempurna sempurna bila campuran bahan bakar dan oksigen oksigen (dari udara) mempunyai perbandingan yang tepat, hingga tidak diperoleh sisa. Bila oksigen terlalu banyak, dikatakan campuran “lean” (kurus). Pembakaran ini menghasilkan api oksidasi. Sebaliknya, bila bahan bakarnya terlalu banyak (atau tidak cukup oksigen), dikatakan campuran “rich” (kaya). Pembakaran ini menghasilkan api reduksi. Api reduksi ditandai oleh lidah api panjang, panjang, kadang-kadang kadang-kadang sampai terlihat terlihat berasap. Keadaan ini juga disebut pembakaran tidak sempurna. Seperti diketahui, oksigen untuk pembakaran diperoleh dari udara yang terdiri dari 20% O2 dan 80% N2. Sebagai contoh, bila diperlukan 1 lb O2, berarti memerlukan 4.32 lb udara atau setiap cu ft O2 perlu 4.78 cuft udara. Gas N2 yang mengisi 80% dari udara, tidak ikut dalam reaksi pembakaran, malahan menghisap panas dari hasil reaksi pembakaran. Untuk menentukan jumlah O2
yang tepat pada setiap pembakaran,
merupakan hal yang tidak mudah. Pada umumnya dipakai kelebihan udara. Keuntungannya tidak terjadi pemborosan bahan bakar. Kerugiannya mengurangi panas hasil pembakaran. Untuk ini dijaga ada kelebihan udara, tetapi tidak terlalu banyak (antara 5-15%). Dalam pembakaran, pembakaran, ada pengertian udara primer yaitu udara udara yang dicampurkan dengan bahan bakar di dalam burner burner (sebelum pembakaran) dan udara sekunder yaitu udara yang dimasukkan dalam ruang pembakaran setelah burner , melalui ruang sekitar ujung burner atau melalui tempat lain pada dinding dapur.
Perbandingan Udara -Bahan Bakar Untuk memperoleh reaksi pembakaran yang baik diperlukan: 1. Perbandingan tertentu antara bahan bakar dengan udara. Table 1
Fuel
Carbon
Proper Combining Proportions for Perfect Combustion cu ft
cu ft
lb
lb
cu ft
cu ft
O2 per
air per
O2 p
air p
O2 p
air p
Stat
Symb
cu ft
cu ft
er lb
er lb
er lb
er lb
e
ol
fuel
fuel
fuel
fuel
fuel
fuel
C
…
…
2 .6 6
1 1. 5
3 1 .6
151.
Soli
Hydrog en Carbon
d
H2
0.5
2.39
7
2
5
3
Gas
CO S
0.5
2.39
8
34.5
94.8
453
…
…
0.57
2.47
6.79
32.5
4.32
11.8
56.7
CH4
monoxi
Gas
de
Soli
Sulfur
d
Metha
Gas
ne
Gas
Ethane
C4H1
Vap
Propan
0
or
e
Vap
C8H1
Butane
or
8
Octane
Liqu
C2H6 C3H8
2 3.5 5 6.5 …
9.56 16.72 23.9 31.1 …
id
2 1
17.2
7
226.
4
8
47.4
5
3.73
16.1
44.3
212
5
2
43.1
206.
3.63
15.6
5
8
3.58
15.4
5
8
3.51
15.1
5 42.6 203. 41.6
5 199
5 2. Pencampuran yang baik antara bahan bakar dengan udara. Campuran yang baik adalah yang homogen dan tiap partikel bahan bakar harus kontak langsung dengan partikel udara. Pada umumnya bahan bakar telah berubah menjadi uap ( combustible vapor ) sebelum terbakar. Untuk mempercepat terjadinya “combustible vapor” diperlukan proses pengabutan. Butiran-butiran kabut tersebut luas permukaannya menjadi sangat besar, hingga mempercepat penguapan. Untuk Untuk bahan bakar padat, tentunya tidak dapat dapat dilakukan pengabutan. Untuk mendekati bentuk kabut tersebu t diperlukan pemecahan/penghalusan butirannya dalam “pulverizer” dan sprayer . 3. Permulaan dan kelangsungan penyalaan campuran. Pada awal pembakaran, pembakaran, diperlukan nyala api atau loncatan api listrik setelah sebagian kecil bahan bakar mulai terbakar, maka sebagian panas pembakaran digunakan untuk menaikkan suhu bahan bakar sampai suatu saat suhu bahan bakar cukup tinggi untuk terbakar sendiri. Bila kondisi ini sudah dicapai, bantuan nyala api sudah tidak diperlukan lagi.
Susunan Gas Asap
Apabila pembakaran berlangsung sempurna, maka susunan gas asap hanya terdiri dari: CO2, H2O, SO2, N2 dari udara dan O2 kelebihan. Pembakaran tidak sempurna, maka disamping gas -gas tersebut di atas, terjadi pula gas CO serta sisa bahan bakar yang tidak terbakar. Besarnya kadar gas CO2 dalam gas asap merupakan indikator sempurna atau tidak sempurnanya pembakaran.
Neraca Bahan dan Neraca Kalor Berat massa bahan yang masuk ruang pembakaran = berat massa bahan yang keluar. Aliran masuk ruang bakar:
bahan bakar (a)
udara uap air (b)
Aliran keluar ruang bakar:
gas hasil pembakaran (c)
sisa udara dan air (d)
sisa pembakaran (e), yang terdiri dari sisa bahan bakar, abu dan air
Neraca: a + b = c + d + e Catatan:
Bahan bakar (a) merupakan berat bahan bakar kering ditambah air (kelembaban)
Udara uap air (b) merupakan berat udara ditambah uap air yang terkandung dalam udara.
Air dalam d dan e adalah air yang terkandung dalam bahan bakar ditambah air dari kelembaban udara ditambah air yang terbentuk dari reaksi pembakaran.
Operasi Pembakaran Kalor pembakaran yang diperoleh dari reaksi bahan bakar dengan udara dipergunakan untuk: 1. Menaikkan suhu bahan bakar yang dibakar dalam dapur. 2. Menaikkan suhu campuran bahan bakar dan udara. 3. Sebagian besar yang lain terbuang sebagai:
radiasi ke sekeliling
terbawa keluar cerobong dalam gas asap
konduksi dan konveksi ke peralatan dapur
Temperatur dapur akan maksimum bila kehilangan-kehilangan di atas minimum. Pada pengoperasian burner memperhatikan kecepatan nyala: Pada nyala yang stabil, kecepatan nyala sama dengan kecepatan campuran bahan bakar dan udara yang keluar dari burner .
Bila kecepatan nyala lebih besar akan terjadi “flash back”.
Bila kecepatan nyala lebih kecil akan terjadi “blow off”.
Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan nyala:
tekanan campuran bahan bakar dan udara
suhu pembakaran
perbandingan udara primer dan bahan bakar
efek pendinginan dari lingkungan
Kecepatan nyala ini tidak dapat diperhitungkan lebih dahulu, kecuali pada keadaan yang sangat tertentu saja. Untuk memperoleh efisiensi yang tinggi dalam pengoperasian dapur, perlu alat-alat kontrol sebagai berikut:
Kontrol Suhu. Bahan bakar yang masuk ke dalam dapur banyaknya dikontrol oleh temperatur dalam dapur, antara lain pirometer radiasi dan temperatur atap dapur. Bila dibaca terlalu tinggi, maka jumlah bahan bakar harus dikurangi dan seterusnya.
Kontrol Pembakaran. Pengaturan bahan bakar/udara digunakan flowmeter yang disambungkan dengan mekanisme servo pada katup kontrol otomatis.
Kontrol Aliran. Menjaga kesetimbangan kesetimbangan aliran pemasukan udara/bahan udara/bahan bakar dan pengeluaran gas asap.
Petunjuk kepada Operator Di bawah ini beberapa petunjuk yang akan membantu para Operator dalam menangani beberapa jenis oven.
a. Oven dengan bahan bakar batubara.
1. Kedalaman api 15 inchi dari pintu. Pemasukan batubara 1.5-2 sekop penuh tiap sq ft luas pembakaran. Bila kebanyakan menghasilkan asap dan boros bahan bakar. 2. Kisi-kisi pembakaran harus selalu tertutup oleh bahan bakar, dijaga ketinggian nyala api, garukan digunakan bila perlu. 3. Bara api yang tertutup abu harus dicegah dengan membersihkan api secara hatihati. Setelah pembersihan nyala api ak an bersih kembali. 4. Jarak batangan penyangga api harus teratur dan bila bengkok harus segera diluruskan. 5. Pemasukan udara dijaga agar nyala api baik. 6. Kebocoran oven harus dicegah agar tidak ada udara luar masuk. b. Oven dengan bahan bakar gas.
1. Burner harus selalu bersih dan dipelihara secara rutin. Semua bagian pengatur harus mudah digerakkan. Pengontrol
udara pada injektor injektor seringkali
macet oleh kotoran/korosi atau rusak. 2. Penutup oven harus bebas, bekerja baik dan rapat, agar udara luar tidak masuk. 3. Pengendalian udara yang tepat harus selalu dijaga agar agar nyala api baik. Untuk Untuk lebih tepat dilakukan analisa gas asap. Akan lebih membantu para Operator bila dilengkapi alat pencatat CO2. 4. Pada blast furnace yang umumn ya bekerja dengan nyala api non luminous, nyala api yang panjang dan lemah, lemah, menunjukkan terlalu banyak gas. Aliran gas harus dikecilkan, dikecilkan, hingga nyala api lebih pendek pendek dan berwarna kekuning-kuningan. Atau menambah suplai udara hingga terdengar nyala api terkuat. Nyala api kekuning-kuningan dan cerah adalah yang paling baik. Makin cerah makin baik. 5. Sekali burner disetel dengan menghasilkan nyala yang baik, jangan diubahubah lagi. 6. Klep pada cerobong harus disetel untuk memperoleh kesetimbangan aliran dalam dapur. Cara pengetesan: Hembuskan Hembuskan asap/dekatkan nyala api kecil pada lubang di dinding oven. Bila asap tidak terisap masuk atau lidah api nyala tidak menuju ke lubang, maka letak “damper” betul.
7. Bila oven tidak dipakai, saluran gas, udara dan damper harus ditutup. c. Oven dengan bahan bakar minyak.
1. Viskositas minyak harus benar. 2. Minyak harus bebas air, karena dapat menunda pembakaran dan membentuk asap tebal. 3. Burner harus dilengkapi dengan katup berskala yang menunjukkan besarkecilnya aliran minyak. 4. Burner harus dibuka dan dibersihkan secara teratur, sebaiknya tiap penggantian shift. 5. Bila oven dimatikan, burner harus dipindahkan untuk melindungi dari panas radiasi. 6. Celah lubang burner harus dicek secara periodik. Aturan umum untuk penghematan bahan bakar: 1. Dengan alat yang ada harus dibuat rencana agar beban oven selalu penuh. 2. Nyala api harus selalu dijaga berada dalam oven. Agar dicegah terjadinya pembakaran di luar oven atau pada aliran gas asap. 3. Pintu-pintu harus selalu dijaga dalam kondisi baik dan tertutup rapat/tidak bocor. 4. Penggunaan bahan bakar harus disesuaikan dengan kondisi pembakaran. 5. Jumlah bahan bakar harus selalu selalu dicatat, demikian juga dengan berat bahan yang dipanaskan. 6. Kebocoran pada dinding oven adalah a dalah penyebab besarnya kehilangan panas. Dinding oven harus selalu disemir dengan bahan tertentu antara lain campuran tanah liat dan semen api untuk mencegah bocoran udara.
Pencemaran Pada proses pembakaran bahan bahan bakar konvensional (bukan bahan bakar nuklir), tak dapat dihindari kemungkinan terjad i nya pencemaran, baik oleh komponenkomponen dalam gas asap yang bersifat racun bagi kesehatan serta mengganggu kenyamanan manusia, maupun oleh radiasi kalor.
Khusus pencemaran pencemaran oleh bahan-bahan hasil pembakaran, meliputi 5 macam bahan bahan pencemar utama yaitu: 1. Partikulat, yaitu padatan atau cairan yang sangat kecil, tersuspensi dalam gas asap. Partikulat ini terlepas ke atmosfer, dan efek yang ditimbulkan berupa:
terganggunya penglihatan oleh kabut partikulat
menyebabkan bronkhitis, emphysema dan kanker
2. Bas belerang oksida, atau SOx, yaitu SO2 dan SO3.
Biasanya gas SO3 SO3 terbentuk dalam dapur karena oksidasi SO2 menjadi SO3. Akibat yang ditimbulkan oleh gas -gas ini ialah:
Apabila terjadi kontak dengan air akan terbentuk asam belerang (H2SO4) yang bersifat korosif terhadap logam dan merusak instalasi dapur.
Gas SO2
dan SO3
membentuk kabut di atmosfer, mengakibatkan
terjadinya hujan asam yang membahayakan kehidupan tumbuh-tumbuhan.
Menimbulkan iritasi pada saluran pernafasan.
3. Gas nitrogen oksida, terbentuk apabila pembakaran dilakukan dalam udara, pada suhu yang cukup tinggi. Hal ini terjadi karena gas nitrogen N2 dan gas oksigen O2 bereaksi membentuk NO dan NO2. Efek yang ditimbulkan oleh gas ini ialah:
dapat merusak kehidupan tanaman dan binatang
mengganggu kesehatan manusia karena menimbulkan iritasi pada saluran pernafasan
bersifat korosif pada logam
menimbulkan hujan asam oleh terbentuknya asam nitrat di atmosfer
apabila bereaksi dengan uap atau gas dari senyawa organik dengan bantuan sinar matahari dapat menimbulkan kabut fotokimia
4. Gas karbon monoksida yang terbentuk apabila pembakaran tidak sempurna. Efek yang ditimbulkan oleh gas CO CO bagi kesehatan manusia ialah apabila apabila gas tersebut terhisap melalui pernafasan, gas CO bereaksi dengan haemoglobin dalam darah, sehingga menghambat transfer oksigen yang membahayakan kehidupan manusia. 5. Gas -gas senyawa organik.
Akibat yang ditimbulkan oleh adanya gas ini adalah di atmosfer dengan gas NOx membentuk oksidan berupa kabut. Kabut oksidan ini menimbulkan iritasi pada mata, hidung dan tenggorokan.
