BAB 13asfasfasfas

8/19/2019 BAB 13asfasfasfas

1/18

BAB 13

CAMPURAN-CAMPURAN REAKTIF

DAN PEMBAKARAN PENDAHULUAN

Tujuan dari bab ini adalah untuk mempelajari sistem-sistemyang melibatkan reaksi kimia . Karena pembakaran bahanbakar hidro-carbon terjadi di dalam kebanyakan alat-alatpembangkit daya .

13.1 MENGENALI PEMBAKARAN

• Ketika terjadi pembakaran kimia , ikatan-2 di dalam molekul-

molekul dari reaktan-reaktan menjadi terputus , dan atom-2dan elektron-2 tersusun ulang menjadi pr!"k-pr!"k .

• Di dalam reaksi pembakaran , elemen-2 bahan bakar yang

mudah terbakar mengalami oksidasi yang cepat sehinggamenghasilkan pelepasan energi bersamaan dengan

terbentuknya produk hasil pembakaran .

• Tiga elemen kimia utama yang mudah terbakar di dalam

bahan bakar yg paling umum ditemukan adalah : karbn ,#$!r%en , dan &"'("r .

• Sulfur relatif tidak penting dlm pelepasan energi , tapi dapat

signifikan karena permasalahan p'"&$ dan kr&$ .

• embakaran !$t"nta&kan ketika :

Semua karbn yang terkandung dalam bahan bakar telah habis terbakar menjadi karbn-!$k&$!a .

Semua #$!r%en telah habis terbakar menjadi a$r .

Semua &"'("r habis terbakar menjadi &"'("r !$k&$!a .

Semua elemen-2 yang mudah terbakar lainnya telah ter-oksidasi .


2/18

• !ika kondisi-2 tersebut tidak dipenuhi , pembakaran menjadi

t$!ak t"nta& .

"eaksi-2 pembakaran dinyatakan melalui persamaan-2 kimiadalam bentuk :

reaktan pr!"k

atau : ba#an bakar ) pen%k&$!a&$ pr!"k

Dlm reaksi kimia , perlu diingat bh# terjadi konser$asi massa .Sehingga massa dari produk berjumlah sama dengan massadari reaktan .

%assa total dari setiap elemen kimia farus sama pada keduasisi dari persamaan , #alaupun elemen-2 tsb terkandung didalam senya#a kimia yang berbeda di dalam reaktan danproduk .

&kan tetapi jumlah mol dari produk dapat berbeda dengan jumlah mol reaktan .

*eba%a$ +nt# ,embakaran tuntas antara hidrogen dengan oksigen :

1 H ) / 1 H / ............. '().(*

Koefisien-2 numerik di dalam persamaan tsb , yang terletak didepan simbol kimia utk memberikan jumlah elemen kimia padakedua sisi persamaan tsb , disebut : ke($&$en &t$k$metr$+ .

ers. '().(* menyatakan :

1 km' H ) km' / 1 km' H /

&tau dalam satuan +nggris ' ritish *

1 'bm' H ) 'bm' / 1 'bm' H /

!umlah mol total sisi sebelah kiri dan kanan tidak sama .

Tapi massa total reaktan harus sama dengan massa total


3/18

produk .

ersamaan diatas memberikan pernyataan :

k% H ) 10 k% / 1 k% H /

&tau dalam satuan +nggris :

'b H ) 10 'b / 1 'b H /

BAHAN BAKAR

ahan bakar adalah at yang mudah terbakar .

embahasan ditekankan pada bahan bakar #$!rkarbn,

yang mengandung #$!r%en dan karbn .

Sulfur dan at-2 kimia lainnya mungkin juga ada .

ahan bakar hidrokarbon berbentuk : pa!at 2 +a$r 2 %a& .

ahan bakar hidrokarbon cair dihasilkan dari proses

distilasi dan cracking dari minyak mentah . Komposisinyabiasanya diberikan dalam (rak&$ ma&&a .

Ben&$n dimodelkan sebagai ktan 2 C H 1 , sedangkan

&'ar sebagai !!ekan 2 C 1 H 0 .

ahan bakar hidrokarbon berbentuk gas biasanya dinya-

takan dalam (rak&$ m' .

ahan bakar padat yang sudah dikenal : bat" bara .

Komposisi batu bara sangat ber$ariasi , tergantung lokasi

penambangan .

ntuk perhitungan pembakaran , analisis pokok batu baradinyatakan dalam basis massa , dalam bentuk jumlahrelatif elemen-2 kimia seperti : karbon , sulfur , hidrogen ,nitrogen , oksigen , dan abu .

MEMBUAT M/DEL UDARA PEMBAKARAN

/ksigen dibutuhkan di dalam setiap reaksi pembakaran .


4/18

Dalam aplikasi pembakaran , udara menyediakan oksigen

yang dibutuhkan .

Komposisi dari udara kering diberikan dalam Tabel (2.(

ntuk perhitungan pembakaran , digunakan pemodelansederhana sbb :

Semua komponen udara selain oksigen digabung-

kan bersama-sama dgn nitrogen . /leh sebab ituudara dianggap terdiri dari : 1 k&$%en dan 45 n$tr%en dengan ba&$& m'ar .

Dengan idealisasi tsb rasio molar nitrogen terhadap

oksigen adalah 6245 7 621 8 3240 . /leh sebab itu , jika suplai oksigen untuk pembakaran diberikan olehudara , &et$ap m' k&$%en !$&erta$ 'e# 3240 m' n$tr%en . dara yang dimaksud adalah udara yangtidak mengandung uap air . !ika udara lembab dipa-kai dalam pembakaran , uap air yang terkandungdiperhitungkan dalam persamaan pembakaran .

!uga diasumsikan bah#a nitrogen yang terkandung

di dalam udara 9t$!ak: mengalami proses kimia .Tetapi jika dicapai temperatur yang cukup tinggi ,nitrogen dapat membentuk senya#a seperti n$tr$k k&$!a !an n$tr%en !$k&$!a .

Ra&$ U!ara-Ba#an Bakar

Dua parameter yang sering dipakai untuk memberikan

kuantifikasi jumlah bahan bakar adalah : ra&$ "!ara- ba#an bakar dan kebalikannya : ra&$ ba#an bakar- "!ara .

Ra&$ "!ara-ba#an bakar adalah rasio jumlah udara di

dalam sebuah reaksi terhadap jumlah bahan bakar ."asio ini dapat dituliskan dengan basis molar ' mol udaradibagi dengan mol bahan bakar * atau dgn basis massa'massa udara dibagi dgn massa bahan bakar* . Kon$ersi


5/18

diantara kedua nilai ini dilakukan dengan menggunakanberat molekul udara M "!ara dan bahan bakar , M ba#an bakar .

bakar bahan

udara

M xbakar bahanmol

M xudaramol

bakar bahanmassa

udaramassa=

=

bakar bahan

udara

M

M

bakar bahanmol

udaramol

atau

=

bakar bahan

udara

M

M AF AF ............. '().2*

dimana AF adalah rasio udara-bahan bakar denganbasis molar AF adalah rasio dengan basis massa .

ntuk perhitungan pembakaran , berat molekul udara

yang dipakai adalah : 20,1 . Tabel &-( memberikan databerat molekul beberapa hidrokarbon yang penting .

Karena AF adalah sebuah rasio , bilangan ini memilikinilai yang sama #alaupun kuantitas dari udara dan bahanbakar diberikan dalam satuan S+ maupun +nggris .

U!ara Ter$t$&

!umlah minimum udara yang memberikan oksigen yang

cukup utk pembakaran tuntas thp semua : karbon, hidrogen,dan sulfur yang terkandung di dalam bahan bakar disebut

;"m'a# "!ara ter$t$& .

ntuk pembakaran tuntas dengan jumlah udara teoritis ,produk yang dihasilkan terdiri dari : karbon-dioksida, air,sulfur-dioksida, nitrogen yang menyertai oksigen di dalamudara , dan setiap nitrogen yang terkandung di dalam bahanbakar .

/ksigen bebas tidak akan muncul sebagai salah satu

produk pembakaran .

*eba%a$ +nt# ,


6/18

embakaran tuntas : methan < CH = > :

CH = ) a < / ) 3240 N > b C/ ) + H / ) ! N

......................... '().)*

Dimana : a2 b2 +2 ! mereprentasikan jumlah mol dari oksigen,karbon-dioksida, air, dan nitrogen .

Dengan prinsip konser$asi massa , akan diperoleh 3 persa-maan dengan 3 $ariabel :

4 : b 8 1 / : b ) + 8 a

5 : + 8 = 6 : ! 8 3240 a

Dengan menyelesaikan pers.-2 tsb maka diperoleh :

CH = ) < / ) 3240 N > 1 C/ ) H / ) 42? N

.......................... '().3*

!umlah udara pembakaran adalah : 2 mol oksigen 7 '2 8 ),9*mol nitrogen , sehingga total 1,2 mol udara per mol bahanbakar .

!adi rasio udara-bahan bakar dgn basis molar adalah : 52?

ntuk menghitung rasio udara-bahan bakar dengan basismassa , gunakan pers. '().2* :

19,1704,16

97,2852,9 =

=

=

bakar bahan

udara

M

M AF AF

!umlah udara yang disuplai biasanya lebih besar atau lebihkecil dari jumlah teoritis . !umlah udara aktual yang disuplai

dinyatakan dalam bentuk per&enta&e "!ara ter$t$& .!umlah udara suplai dpt juga dinyatakan sebagai : per&enta&eke'eb$#an atau per&enta&e kek"ran%an udara .

*eba%a$ +nt# ,


7/18

embakaran tuntas methan dgn dengan udara teoritis (; < :

CH = ) < / ) 3240 N >

1 C/ ) H / ) / ) 112 N

Ra&$ Ek"$@a'en&$ ,

&dalah rasio dari rasio aktual bahan bakar-udara terhadaprasio bahan bakar-udara untuk pembakaran dengan jumlahudara teoritis .

!ika rasio ekui$alensi lebih kecil dari satu , reaktan-2 memben-tuk +amp"ran en+er < 'ean > .

!ika rasio tsb lebih besar satu , reaktan-reaktan membentuk+amp"ran kenta' < r$+# > .

MENENTUKAN PR/DUK HA*IL PEMBAKARAN

ada pembakaran 9t"nta&: hidrokarbon, produk

pembakaran yang dihasilkan hanyalah : C/ 2 H / , dan N . Sementara / juga akan terbentuk jika terjadi kelebih ansuplai udara .

!ika bahan bakar telah ditentukan dan pembakaran terjadi

secara tuntas, jumlah dari masing-2 produk dapat ditentu-kan dengan menerapkan prinsip konser$asi massa padapersamaan kimia .

ada pembakaran yang 9t$!ak t"nta&: , produk-2 pem-

bakaran dari pembakaran aktual dan jumlah masing-2

produk dpt ditentukan hanya melalui pengukuran . &lat-2 yg dipakai utk mengukur komposisi dari produk-2

pembakaran : Orsat Analyzer, Gas Chromatograph,+nfrared &nalyer, dan =lame ioniation detector . &lat-2tsb dapat digunakan utk mengetahui fraksi-2 mol dariproduk-2 gas hasil pembakaran .


8/18

&nalisa gas buang dapat dilakukan berdasarkan : Dry

=lue >as &nalysis ' &nalisa >as uang Kering * atau ?et=lue >as &nalysis ' &nalisa >as uang asah * .

5asil analisa gas buang dinyatakan dalam : Ana'$&a

Gra@$metr$ atau Ana'$&a '"metr$


9/18

C/NT/H ,

@%&K&"&6 &5&6 &K&" 4&+" /KT&6 ' C H 1 *

D@6>&6 ; < D&"& A@+5 .

5+T6> : D&6 AF !+K& M udara B 20,1 kgCkmol

PENELE*AIAN ,

"eaksi Stoichiometric :

C H 1 ) a < / ) 3240 N > b C/ ) + H / ) ! N Dari prinsip konser$asi massa diperoleh persamaan :

4 : b B 0 / : 2 b 7 c B 2 a

5 : 2 4 B (0 6 : d B ),9 a

Sehingga diperoleh : a B (2, b B 0 c B 1 dan d B 3

"eaksi Stoichiometric menjadi :

C H 1 ) 12? < / ) 3240 N >

C/ ) 5 H / ) =4 N "eaksi &ktual , dengan e8cess air ; < :

C H 1 ) 12? 12? b C/ )+ H / ) ! N )e /

enerapan konser$asi massa :

4 : b B 0 / : 2 b 7 c 7 2 e B (, 8 (2, 8 2

5 : 2 4 B (0 6 : d B (, 8 (2, 8 ),9

Sehingga diperoleh : b B 0 c B 1 d B ;, dan e B 9,2

"eaksi &ktual menjadi :

C H 1 ) 124? < / )3240 N >

C/ ) 5 H / ) 462? N ) 02? /


10/18

"asio udara E bahan bakar dengan basis molar :

B

B 01,2

"asio udara E bahan bakar dengan basis massa :

AF B

AF B 01,2 8

AF B 22,90

ANALI*A GA* BUANG ,

5asil reaksi aktual dengan ; < udara lebih :

C H 1 ) 124? < / )3240 N >

C/ ) 5 H / ) 462? N ) 02? /

&nalisa berbasis massa :


11/18

'08(27(08(* kg . 7 124? '28(9728(38),9* kg udara

'(2728(9* kg C/ ) 5 '28(7(9* kg H / )

462? '1=> k% N ) 02? '28(9* kg /

11= kg . 7 ?4= kg udara

3? kg C/ ) 10 kg H / ) 154= k% N ) 66 kg /

4heck keseimbangan massa:

((3 7 23 B )2 7 (92 7 (13 7 2;;

2900 kg B 2900 kg Sudah betul

&nalisa untuk setiap ( kg ahan akar :

' "eaksi diatas semuanya dibagi ((3 * :

1 kg . 7 2?45 kg udara

32644 kg C/ ) 12=16 kg H / ) 14231? k% N )

124?== kg /

ANALI*A GA* BUANG UNTUK *ETIAP 1 k% BB ,

Un&"r

G.B Ma&&a 2 k%

Ma&&a

FG Ma&&a DFG 4/2 ),;0 (),;1 (),1)

62 (,)(0 ),3)0 0,(3

/2 (,33 ,33( ,1(0

52/ (,32(; 9,;29


12/18

Total ?=>

Total D=>

2),01

22,(1(;; (;;

?=> : ?et =lue >as C >as uang asah

D=> : Dry =lue >as C >as uang Kering ' tanpa 52/ *

Ana'$&a '"metr$& ,

5asil reaksi aktual dengan ; < udara lebih :

C H 1 ) 124? < / )3240 N >

C/ ) 5 H / ) 462? N ) 02? /

ANALI*A GA* BUANG UNTUK *ETIAP 1 m'e BB ,

Un&"r G.B

"m'a# m'e ' FG ' DFG

4/2 0,; 0,)) 1,33;

62 ;, ,2;; 0),(09

/2 9,2 9,99 ,)3

52/ 1,; 1,9;;

Total ?=>

Total D=>

1),

03,(;; (;;

4atatan : erbandingan mole B erbandingan Folume

Un&"r G.B

Ma&&a

Berat M'ek"'

"m'a#M'ek"'

' FG

' DFG

4/2 (),;1 33 ;,219 0,)21 1,3)01

62 ),3)0 20 2,9220 ,2;(3 0),(091


13/18

/2 ,33( )2 ;,2)2 9,9992 ,)32

52/ 9,;29 (0 ;,))30 1,11

Total ?Total D

(;; ),30),(21

(;; (;;

TUGA* ,

ahan akar >as terdiri atas :

• ropane ' 4358 * : 3; < ' massa *

• n-utane ' 44510 * : 9; < ' massa *Diminta : - &= jika @8cess &ir B ); <

- &nalisa Folumetris : ?et =lue >as

PENELE*AIAN ,

PEMBAKARAN PR/PANE < C 3H > ,


C 3H ) a < / ) 3240 N > b C/ ) + H / ) ! N

Dari prinsip konser$asi massa diperoleh persamaan :

4 : b B ) / : 2 b 7 c B 2 a

5 : 2 c B 0 6 : d B ),9 a

Sehingga diperoleh : a B b B ) c B 3 dan d B (0,0

"eaksi Stoichiometric menjadi :C 3H ) ? < / ) 3240 N > 3 C/ ) = H / ) 12 N

"eaksi &ktual dengan @8cess &ir ); < :

C 3H ) 123 ? b C/ ) + H / ) ! N ) e /



14/18

4 : b B ) / : 2 b 7 c 7 2 e B (,) 8 8 2

5 : 2 c B 0 6 : d B (,) 8 8 ),9

Sehingga diperoleh : b B ) c B 3 d B 23,33 dan e B (,


C 3H ) 02? < / )3240 N >

3 C/ ) = H / ) =2== N ) 12? /


')8(2708(* kg C 3H 7 02? '28(9728(38),9* kg udara

3'(2728(9* kg C/ ) = '28(7(9* kg H / )

=2== '1=> k% N ) 12? '28(9* kg /

33 kg C 3H 7 523 kg udara

13 kg C/ ) 4 kg H / ) 0=23 k% N ) = kg /

4heck keseimbangan massa :

33 7 012,)2 B ()2 7 2 7 903,)2 7 30

1)9,)2 B 1)9,)2 etul

ntuk setiap ( kg C 3H ' semua dibagi 33 * :

( kg C 3H 7 62 kg udara

3 kg C/ ) 12030= kg H / ) 1?2??4 k% N ) 126565 kg /

Karena dalam ( kg . mengandung ;,3 kg C 3H maka :

;,3 kg C 3H 7 211 kg udara

12 kg C/ ) 620?=0 kgH / ) 0211 k% N ) 62=303 kg /

...................................................... a!

PEMBAKARAN n-BUTANE < C =H 16 > ,



15/18

C =H 16 ) a < / ) 3240 N > b C/ ) + H / ) ! N

Dari prinsip konser$asi massa diperoleh persamaan :

4 : b B 3 / : 2 b 7 c B 2 a

5 : 2 c B (; 6 : d B ),9 a

Sehingga diperoleh : a B 9, b B 3 c B dan d B 23,33

"eaksi Stoichiometric menjadi :

C =H 16 ) 02? < / ) 3240 N > = C/ ) ? H / ) =2== N

"eaksi &ktual dengan @8cess &ir ); < :C =H 16 ) 123 02? b C/ ) + H / ) ! N ) e /


4 : b B 3 / : 2 b 7 c 7 2 e B (,) 8 9, 8 2

5 : 2 c B (; 6 : d B (,)8 9, 8 ),9

Sehingga diperoleh : b B 3 c B d B )(,2 dan e B (,1


C =H 16 ) 2=? < / )3240 N >

= C/ ) ? H / ) 31244 N ) 125? /


'38(27(;8(* kgC =H 16 7 2=? '28(9728(38),9* kg udara

='(2728(9* kg C/ ) ? '28(7(9* kg H / )

31244 '1=> k% N ) 125? '28(9* kg /

0 kg C =H 16 7 11062610 kg udara

140 kg C/ ) 56 kg H / ) 52010 k% N ) 02= kg /

4heck keseimbangan massa :

0 7 ((9;,;(9 B (9 7 1; 7 001,9(9 7 92,3

(2(0,;(9 B (2(0,;(9 etul


16/18

ntuk setiap ( kg C =H 16 ' semua dibagi 0 * :

( kg C =H 16 7 626663 kg udara

3263=? kg C/ ) 12??14 kg H / )

1?233 k% N ) 1264?5 kg /

Karena dalam ( kg . mengandung ;,9 kg C =H 16 maka :

;,9 kg C 3H 7 12666 kg udara

1264 kg C/ )625316 kg H / )5265 k% N )620=?0 kg /

...................................................... "!

Dari kedua reaksi pembakaran tersebut diatas akhirnya

didapat persamaan 'a* dan 'b* sbb :

;,3 kg C 3H

7 211 kg udara

12 kg C/ ) 620?=0 kgH / ) 0211 k% N ) 62=303 kg /

...................................................... a!

;,9 kg C 3H 7 12666 kg udara

1264 kg C/ )625316 kg H / )5265 k% N )620=?0 kg /

...................................................... "!

Sehingga diperoleh :

&= B


17/18

&= B

&= B 2;,((22

ANALI*A /LUMETRI* , ET FLUE GA* < FG >

Un&" r

FG

Per#$t"n%anMa&&a 2 k%

Ma&&ak%

Ma&&a

FG

Berat

m'e

"m' m'e

' FG

4/2 (,27(,02; ),;2; (3,)( 33 ;,)2 1,2

62 9,22((71,2;21 (,323; ),;9 20 2,9;1 3,)(

/2 ;,3)9)7;,939 (,;0(1 ,(2 )2 ;,(9; 3,9

52/ ;,9397;,1)(; (,09 ,( (0 ;,3( ((,00

Total 2(,((22 (;; ),(( (;;

Sehingga hasil akhir &nalisa Folumetris ?et =lue >as adalah :

ANALI*A /LUMETRI* ET FLUE GA*

Un&"r FG ' FG

4/2 1,2


18/18

62 3,)(

/2 3,9

52/ ((,00

Total (;;

13. K/N*ERA*I ENERGI-*I*TEM REAKTIF

13.3 MENENTUKAN TEMPERATUR API ADIABATIK

13.= ENTR/PI AB*/LUT DAN HUKUM KETIGA TERM/

13.? *EL BAHAN BAKAR

13.0 MEMPERKENALKAN EERGI KIMIA

13.4 EERGI KIMIA *TANDAR

13. RANGKUMAN EERGI

13.5 EFI*IEN*I EERGETIK

DARI *I*TEM REAKTIF 13.16 RINGKA*AN BAB DAN PEUNUK BELAAR

Documents

BAB 13asfasfasfas