Modul 2.0.09 Pembakaran I. Pendahuluan Dalam kehidupannya sehari-hari, manusia membutuhkan energi dalam jumlah besar. Masyarakat tumbuh di dalam kondisi yang bergantung pada teknologi dimana mereka membutuhkan energi dalam transportasi, memasak, kegiatan pabrik, menghasilkan listrik, dan sebagainya. Sebagian besar energi tersebut berasal dari energi pembakaran bahan bakar, khususnya bahan bakar fosil. Energi (panas) dapat dengan mudah dikonversi menjadi bentuk energi lainnya seperti energi mekanik dan energi listrik. Energi ini dapat dihasilkan melalui internal combustion engine ataupun external combustion engine. Internal combustion engine secara langsung menggunakan energi panas yang dihasilkan oleh oksidasi bahan bakar dalam ruang pembakaran untuk menggerakkan turbin atau piston, sedangkan external combustion engine menggunakan energi panas untuk menggerakkan fluida kerja seperti dalam mesin uap. Pada dasarnya, reaksi pembakaran menghasilkan zat-zat yang tidak diinginkan seperti CO 2 , CO, dan jelaga. Rekasi pembakaran sempurna akan menghasilkan CO 2 , hal ini terjadi bila suplai oksigen diberikan berlebih. Sebaliknya bila reaksi oksidasi bahan bakar kekurangan oksigen maka akan terjadi reaksi pembakaran tidak sempurna yang menghasilkan CO dan jelaga. CO lebih berbahaya dari CO 2 sehingga pembentukannya perlu dihindari. Pembakaran yang tidak efisien juga akan menghasilkan keluaran energi yang rendah serta boros bahan bakar. Untuk menghasilkan panas pembakaran yang optimal serta memaksimalkan efisiensi pembakaran, perlu dilakukan penelitian yang akan dilakukan dalam percobaan ini. Berbagai macam kondisi pembakaran serta laju gas buang akan diukur, serta energi yang dihasilkan pun dapat diketahui. Untuk itu diperlukan keterampilan dalam pengukuran supaya didapat data dan hasil yang akurat.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Ade Rahma (13007005), Dwinta Widyastuti (13007016), Carlos Jonathan (13007021), Stephanie Liana (13007024), Neysa Khumaira (13007036), Junior Setiawan (13007054), Arifin (13007059), Anthony (13007060), Harris Gocciardi
(13007061), Yohanes Eka (13007081), Marilyn (13007093), Rusnang S. (13007105)
Modul 2.0.09
Pembakaran
I. Pendahuluan
Dalam kehidupannya sehari-hari, manusia membutuhkan energi dalam jumlah
besar. Masyarakat tumbuh di dalam kondisi yang bergantung pada teknologi dimana
mereka membutuhkan energi dalam transportasi, memasak, kegiatan pabrik,
menghasilkan listrik, dan sebagainya. Sebagian besar energi tersebut berasal dari energi
pembakaran bahan bakar, khususnya bahan bakar fosil.
Energi (panas) dapat dengan mudah dikonversi menjadi bentuk energi lainnya
seperti energi mekanik dan energi listrik. Energi ini dapat dihasilkan melalui internal
combustion engine ataupun external combustion engine. Internal combustion engine
secara langsung menggunakan energi panas yang dihasilkan oleh oksidasi bahan bakar
dalam ruang pembakaran untuk menggerakkan turbin atau piston, sedangkan external
combustion engine menggunakan energi panas untuk menggerakkan fluida kerja seperti
dalam mesin uap.
Pada dasarnya, reaksi pembakaran menghasilkan zat-zat yang tidak diinginkan
seperti CO2, CO, dan jelaga. Rekasi pembakaran sempurna akan menghasilkan CO2, hal
ini terjadi bila suplai oksigen diberikan berlebih. Sebaliknya bila reaksi oksidasi bahan
bakar kekurangan oksigen maka akan terjadi reaksi pembakaran tidak sempurna yang
menghasilkan CO dan jelaga. CO lebih berbahaya dari CO2 sehingga pembentukannya
perlu dihindari. Pembakaran yang tidak efisien juga akan menghasilkan keluaran energi
yang rendah serta boros bahan bakar.
Untuk menghasilkan panas pembakaran yang optimal serta memaksimalkan
efisiensi pembakaran, perlu dilakukan penelitian yang akan dilakukan dalam percobaan
ini. Berbagai macam kondisi pembakaran serta laju gas buang akan diukur, serta energi
yang dihasilkan pun dapat diketahui. Untuk itu diperlukan keterampilan dalam
pengukuran supaya didapat data dan hasil yang akurat.
Ade Rahma (13007005), Dwinta Widyastuti (13007016), Carlos Jonathan (13007021), Stephanie Liana (13007024), Neysa Khumaira (13007036), Junior Setiawan (13007054), Arifin (13007059), Anthony (13007060), Harris Gocciardi
(13007061), Yohanes Eka (13007081), Marilyn (13007093), Rusnang S. (13007105)
II. Sasaran Percobaan
Pada percobaan ini, sasaran percobaan yang ingin dicapai adalah :
- Praktikan mampu melakukan pengamatan visual terhadap kondisi flame dalam
tungku pembakaran
- Praktikan mampu mengumpulkan dan memperoleh data-data yang diperlukan untuk
analisis hasil-hasil percobaan, meliputi laju alir udara, laju alir bahan bakar, laju alir
air pendingin, temperatur air pendingin yang masuk, temperatur air pendingin yang
keluar, temperatur gas buang radiasi, dan temperatur gas buang non-radiasi.
- Praktikan mengetahui pengaruh faktor laju alir bahan bakar dan laju alir udara
terhadap proses pembakaran - Praktikan mampu melakukan penyusunan neraca energi pada percobaan
pembakaran yang dilakukan berdasarkan pengukuran yang dilakukan pada
percobaan
III. Tujuan Percobaan
Pada percobaan ini, tujuan percobaan yang ingin dicapai adalah :
- praktikan mendapatkan pengetahuan tentang proses pembakaran
- Praktikan mengetahui faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pembakaran
IV. Tinjauan Pustaka
4.1 Pembakaran
Pembakaran adalah serangkaian reaksi-reaksi kimia eksotermal antara bahan
bakar dan oksidan berupa udara yang disertai dengan produksi energi berupa panas dan
konversi senyawa kimia. Pelepasan panas dapat mengakibatkan timbulnya cahaya
dalam bentuk api. Bahan bakar yang umum digunakan dalam pembakaran adalah
senyawa organik, khususnya hidrokarbon dalam fasa gas, cair atau padat.
Terdapat bermacam-macam jenis pembakaran yang dapat dijelaskan pada poin-
poin berikut ini :
Ade Rahma (13007005), Dwinta Widyastuti (13007016), Carlos Jonathan (13007021), Stephanie Liana (13007024), Neysa Khumaira (13007036), Junior Setiawan (13007054), Arifin (13007059), Anthony (13007060), Harris Gocciardi
(13007061), Yohanes Eka (13007081), Marilyn (13007093), Rusnang S. (13007105)
1. Complete combustion
Pada pembakaran sempurna, reaktan akan terbakar dengan oksigen, menghasilkan
sejumlah produk yang terbatas. Ketika hidrokarbon yang terbakar dengan oksigen,
maka hanya akan dihasilkan gas karbon dioksida dan uap air. Namun kadang kala akan
dihasilkan senyawa nitrogen dioksida yang merupakan hasil teroksidasinya senyawa
nitrogen di dalam udara. Pembakaran sempurna hampir tidak mungkin tercapai pada
kehidupan nyata.
2. Incomplete combustion
Pembakaran tidak sempurna umumnya terjadi ketika tidak tersedianya oksigen dalam
jumlah yang cukup untuk membakar bahan bakar sehingga dihasilkannya karbon
dioksida dan air. Pembakaran yang tidak sempurna menghasilkan zat-zat seperti karbon
dioksida, karbon monoksida, uap air dan karbon. Pembakaran yang tidak sempurna
sangat sering terjadi, walaupun tidak diinginkan, karena karbon monoksida merupakan
zat yang sangat berbahaya bagi manusia. Kualitas pembakaran dapat ditingkatkan
dengan perancangan media pembakaran yang lebih baik dan optimisasi proses.
3. Smouldering combustion
Smouldering merupakan bentuk pembakaran yang lambat, bertemperatur rendah, dan
tidak berapi, yang dipertahankan oleh panas ketika oksigen menyerang permukaan dari
bahan bakar pada fasa yang terkondensasi. Pembakaran ini dapat dikategorikan sebagai
pembakaran yang tidak sempurna. Contoh pembakaran ini adalah inisiasi kebakaran
yang dikarenakan rokok, dan sisa kebakaran hutan yang masih menghasilkan hawa
panas.
4. Rapid combustion
Rapid combustion merupakan pembakaran yang melibatkan energi dalam jumlah yang
banyak dan menghasilkan pula energi cahaya dalam jumlah yang besar. Jika dihasilkan
volume gas yang besar dalam pembakaran ini dapat mengakibatkan peningkatan
tekanan yang signifikan, sehingga terjadi ledakan.
5. Turbulent combustion
Pembakaran yang menghasilkan api yang turbulen sangat banyak digunakan untuk
aplikasi industri, misalnya mesin berbahan bakar bensin, turbin gas, dll, karena
turbulensi membantu proses pencampuran antara bahan bakar dan pengoksida.
6. Slow combustion
Ade Rahma (13007005), Dwinta Widyastuti (13007016), Carlos Jonathan (13007021), Stephanie Liana (13007024), Neysa Khumaira (13007036), Junior Setiawan (13007054), Arifin (13007059), Anthony (13007060), Harris Gocciardi
(13007061), Yohanes Eka (13007081), Marilyn (13007093), Rusnang S. (13007105)
Pembakaran yang terjadi pada temperatur yang rendah. Contoh pembakaran ini adalah
respirasi seluler.
Pembakaran dapat terjadi dengan kecepatan yang sangat tinggi, seperti dalam
mesin motor roket. Turbin gas, dan mesin pembakaran internal. Pembakaran juga dapat
terjadi dengan kecepatan yang sangat rendah (seperti api pada lilin). Pada pembakaran
dengan kecepatan rendah, terjadi siklus umpan balik terjadi di antara fasa gas bahan
bakar dan bahan bakar. Pada fasa gas. Oksigen di dalam udara mendorong pembakaran
bahan bakar fasa gas dan panas akan dilepaskan secara eksoterm. Sebagian dari panas
akan digunakan untuk mempertahankan kelangsungan reaksi pembakaran, sedangkan
sebagian lainnya dipindahkan kembali kepada fasa terkondensasi
Pada reaksi pembakaran, selalu terjadi serangkaian proses yang berurutan,
dimulai dari proses berlangsungnya pembakaran hingga proses reaksi pembakaran
berakhir. Proses-proses tersebut selalu sama untuk pembakaran semua jenis bahan
bakar. Rangkaian proses tersebut dapat dikategorikan menjadi lima buah proses yang
berbeda-beda, yaitu pre-ignition, flaming combustion, smoldering combustion, glowing
combustion, dan extinction.
Pre-ignition (pra penyalaan) adalah fasa penyerapan panas dalam pembakaran,
yang mana panas diberikan kepada bahan bakar yang menyebabkan proses penguapan
air dan zat-zat lain, sehingga menghasilkan gas-gas yang dapat mempertahankan
keadaan api. Selama fasa pra-penyalaan, temperatur dari sistem bahan bakar dinaikkan
dengan metode perpindahan panas secara konduksi, konveksi, radiasi. Panas untuk pra-
penyalaan (pre-ignition) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan
temperatur bahan bakar menjadi temperatur penyalaan (ignition temperature). Pada
fasa ini, akan dihasilkan produk mayoritas berupa uap air yang dihasilkan dari kadar air
yang tercampur secara molekuler dengan bahan bakar. Temperatur bahan bakar akan
sulit meningkat apabila kadar air ini belum teruapkan. Pada fasa ini, akan terjadi
degradasi senyawa organik, yang lebih sering dikenal dengan nama pirolisis. Pirolisis
adalah degradasi termal dari bahan-bahan kimia, yang mana ikatan yang mendukung
molekul-molekul kompleks diputuskan, sehingga melepaskan molekul-molekul yang
berukuran kecil dari material bahan bakar dalam bentuk gas.
Flaming combustion adalah fasa pembakaran yang paling efisien, yang
menghasilkan paling sedikit jumlah asap per unit bahan bakar yang dikonsumsi. Fasa
ini merupakan fasa transisi dari proses pembakaran yang endotermik menjadi proses
Ade Rahma (13007005), Dwinta Widyastuti (13007016), Carlos Jonathan (13007021), Stephanie Liana (13007024), Neysa Khumaira (13007036), Junior Setiawan (13007054), Arifin (13007059), Anthony (13007060), Harris Gocciardi
(13007061), Yohanes Eka (13007081), Marilyn (13007093), Rusnang S. (13007105)
pembakaran yang eksotermik. Pada umumnya, fasa ini terjadi pada saat temperatur
mencapai 300°C. Energi yang digunakan untuk mempertahankan api dan
mempertahankan reaksi berantai dari pembakaran dikenal dengan panas pembakaran.
Temperatur yang dicapai di dalam fas ini bervariasi, bergantung pada jenis bahan
bakar.
Smoldering combustion adalah fasa pembakaran yang paling tidak efisien, dimana
pada fasa ini dihasilkan paling banyak jumlah asap per unit bahan bakar yang
dikonsumsi. Pada fasa ini, terjadi kekurangan api, dan diasosiasikan dengan kondisi
dimana kadar oksigen terbatas, baik dikarenakan deposit jelaga dari bahan bakar
(terutama jelaga dengan rasio luas permukaan terhadap volume yang besar). Fasa
pembakaran ini terjadi pada temperatur rendah.
Glowing combustion adalah fasa pembakaran, dimana hanya bara dari bahan
bakat =r yang dapat diamati. Glowing cobustion menandakan proses oksidasi bahan
padat hasil pembakaran yang terbentuk pada fasa sebelumnya Fasa pembakaran ini
terjadi ketika tidak lagi tersedia energi yang cukup untuk menghasilkan asap
pembakaran yang merupakan karakteristik dari fasa pembakaran sebelumnya, sehingga
tidak dihasilkan lagi tar atau bahan volatil dari bahan bakar. Produk utama yang
dihasilkan dari fasa pembakaran ini adalah gas-gas tak tampak, seperti gas karbon
monoksida dan gas karbon dioksida.
Extinction merupakan proses pemadaman api ketika reaki pembakaran tidak lagi
berlangsung dan segitiga api telah terputus. Perihal mengenai segitiga api akan
dijelaskan lebih rinci pada subbab api.
Jika diasumsikan pembakaran terjadi pada kondisi yang sempurna, dimana tidak
terdapat penambahan atau pengurangan panas, maka temperatur pembakaran adiabatis
dapat ditentukan dengan didasarkan pada hukum pertama termodinamika. Pada kasus
pembakaran bahan bakar fosil, temperatur pembakaran bergantung pada panas
pembakaran, perbandingan stoikiometri udara dan bahan bakar, dan kapasitas panas
spesifik dari bahan bakar dan udara. Dalam industri, perbandingan stoikiometri udara
dan bahan bakar lebih dikenal dengan istilah persen kelebihan udara (percent of excess
air).
Bahan bakar yang diinjeksikan kedalam tungku pembakaran membutuhkan
sejumlah udara teoretik agar reaksi dapat berjalan dengan sempurna. Kebutuhan udara
dapat dihitung secara stoikiometrik meskipun dalam kenyataannya sering terjadi reaksi
Ade Rahma (13007005), Dwinta Widyastuti (13007016), Carlos Jonathan (13007021), Stephanie Liana (13007024), Neysa Khumaira (13007036), Junior Setiawan (13007054), Arifin (13007059), Anthony (13007060), Harris Gocciardi
(13007061), Yohanes Eka (13007081), Marilyn (13007093), Rusnang S. (13007105)
samping yang dapat menyebabkan adanya panas yang hilang. Biasanya dalam
pembakaran udara dipasok lebiah banyak dari kebutuhan stokiometrik sebagai usaha
untuk meningkatkan keefisienan proses tetapi komposisi udara yang dipasok juga tidak
boleh terlalu tinggi karena dapat menyebabkan pembakaran kurang sempurna bahkan
tidak berjalan.
Reaksi pembakaran merupakan reaksi kimia dimana berlaku hukum kekekalan
massa dan energi . Panas yang timbul selama proses pembakaran akan terbagi menjadi
panas yang lain seperti untuk air,gas buang dan sebagian panas yang hilang. Untuk
Udara dan LPG,panasnya dapat meningkatkan panas pembakaran tetapi dapat juga
menurunkan (mengurangi) kalor pembakaran tergantung pada temperatur referensinya.