Dapat padat, cair atau gas, sedang ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah dan non-alamiah atau buatan atau manuvactured

Daftar Isi

I. Pengertian Umum

I.1Bahan Bakar

I.2Pembakaran

II. Komposisi dan Spesifikasi Bahan Bakar

II.1Komposisi Bahan Bakar

II.2Spesifikasi Dasar

III. Macam-macam Bahan Bakar

III.1 Bahan Bakar Padat

III.2Bahan Bakar Cair

III.3Bahan Bakar Gas

IV. Proses dan Operasional Pembakaran

IV.1Proses Pembakaran

IV.2 Perbandingan Udara-Bahan Bakar

IV.3Susunan Gas Asap

IV.4 Neraca Bahan dan Neraca Kalor

IV.5 Operasi Pembakaran

IV.6 Petunjuk kepada Para Operator

V.Pencemaran

BAHAN BAKAR DAN PEMBAKARAN

Oleh

Atastina dan Sri Basoeki

I. Pengertian Umum

I.1 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 kalor. Bahan 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,

sedang contoh penggunaan kalor secara tidak langsung adalah:

- kalor diubah menjadi energi mekanik, misalnya pada motor bakar,

- kalor diubah menjadi energi listrik, misalnya pada pembangkit listrik tenaga diesel, tenaga gas dan tenaga 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. Termasuk bahan bakar padat non-alamiah antara lain: kokas, semi-kokas, arang, briket, bris, serta bahan bakar 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 gas) dan producer gas.

I.2 Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor.

Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahan-lahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala.

Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2, air (= H2O), dan gas SO2, sehingga tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa.

Bahasan ini dibatasi hanya pada bahan bakar dan proses pembakaran yang biasa terjadi dalam industri.

II. Komposisi dan Spesifikasi Bahan Bakar

II.1 Komposisi

Bahan bakar fosil dan bahan bakar organik lainnya umumnya tersusun dari unsur-unsur C (karbon), H (hidrogen), O (oksigen), N (nitrogen), S (belerang), P (fosfor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, namun unsur-unsur kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan kalor, dan 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:

a. Analisis pendekatan (proximate analysis), yaitu kandungannya akan BDT, air, abu.

BDT terdiri dari:

-bahan yang bila terbakar membentuk gas atau uap, yaitu gas CO2, CO, SO2, uap air. Bahan ini disingkat dengan 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 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 mempunyai kandungan karbon mendekati 100%.

b. Analisis tuntas (ultimate analysis), yaitu komposisi bahan sampai unsur-unsurnya, 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. Pada minyak bumi, kandungan hidrokarbon terdiri dari C5 sampai C16, meliputi seri parafin, napftena, olefin dan aromatik. Hidrokarbon-hidrokarbon tersebut 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, 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 bahan bakar gas:

Gas alam : merupakan campuran 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 bakar sangat menentukan mutu bahan bakar tersebut, karena bahan-bahan tersebut mempengaruhi besarnya nilai kalor dan sekaligus menentukan spesifikasinya.

II.2 Spesifikasi Dasar

Spesifikasi bahan bakar yang terpenting adalah:

a. Nilai Kalor atau Heating Value atau Calorific Value atau Kalor Pembakaran.

Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan oleh 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 atas atau gross heating value atau higher heating value adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 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 kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada 250C dan tekanan tetap. Air dalam sistem, setelah pembakaran berwujud uap air pada 250C.

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 perubahan-perubahan atau reaksi-reaksi yang menyertainya selesai. Abu berperan menurunkan mutu bahan bakar karena menurunkan 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 yang terjadi bila suhunya naik. Kalau suhu diberi lambang t, maka:

t1 = suhu pada saat abu mulai deformasi,

t2 = suhu pada saat abu mulai lunak,

t3 = suhu pada saat abu mulai mencair.

Kalau abu meleleh pada suhu t3 < 13000C, maka abu bertitik leleh rendah.

Kalau abu meleleh pada suhu 13000C < t3 < 14250C; abu bertitik leleh sedang.

Kalau abu meleleh pada suhu t3 > 14250C; 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 asap mengikis bidang pemanasan ketel.

d. Kandungan Belerang

Apabila bahan bakar yang mengandung belerang dibakar, belerang akan terbakar membentuk gas belerang 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 gram 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:

1. Sg 60/600F=

, dimana 0API diukur pada 600F.

2.

=

, dimana 0Be diukur pada 600F.

3.

=

, dimana lb/cuft diukur pada 600F.

4.

=

, dimana lb/gal diukur pada 600F.

Banyak hubungan antara sg dengan sifat-sifat penting bahan bakar minyak, yaitu:

1. Untuk pembakaran pada volume tetap;

Nilai kalor atas, Btu/lb = 22 320 [3 780 x (sg)2]

2. Untuk pembakaran pada tekanan tetap;

Nilai kalor bawah, Btu/lb = 19 960 [3 780 x (sg)2] + (1 362 x sg)

3. Persen hidrogen, % = 26 (15 x sg)

4. Kalor spesifik, Btu/lb0F = kal/gr0C =

5. Kalor laten penguapan, Btu/lb =

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 tersebut masih aman untuk digunakan.

g. Viskositas atau Kekentalan

Viskositas adalah kebalikan fluiditas atau daya alir. Makin tinggi viskositas makin sukar mengalir. Mengingat kecepatan mengalir juga tergantung 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 Saybolt Universal diukur dalam detik.

Catatan: Agar minyak dapat dipompa harus mempunyai viskositas ( 10 000 detik SU (Saybolt Universal), dan agar dapat dikabutkan dengan tekanan udara ( 1 psi harus mempunyai viskositas ( 100 detik SU.

Pengaruh viskositas pada pengabutan sangat menentukan dalam mencapai pembakaran sempurna dan bersih. Jika pengabutan berlangsung dengan viskositas > 100 detik SU dan tekanan udara < 1 psi, maka butiran-butiran kabut minyak terlalu besar hingga susah bercampur dengan udara sekunder. Akibatnya akan terbentuk gumpalan karbon yang mengganggu burner dan dapur. Bagi minyak-minyak berat, pemanasan 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 oleh udara sekelilingnya disertai kilatan cahaya.

Untuk menentukan kapan minyak terbakar sendiri, Pensky-Martens memakai sistem closed cup, sedang Cleveland memakai open cup. Uji dengan open cup menunjukkan angka 20-300F 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 hilang.

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.

TB = titik didih rata-rata pada 1 atmosfer dalam 0Rankine.

III. Macam-macam Bahan Bakar

III.1 Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat yang biasa dipakai dalam industri dan transportasi adalah batubara. Batubara termasuk bahan bakar fosil karena terbentuk dari sisa tumbuh-tumbuhan 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 9 000-10 000 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 = 14 490 C + 61 000 Ha + 5 550 S

C, S, Ha = fraksi berat karbon, belerang dan hidrogen bebas.

NKA = dalam Btu/lb.

Catatan: 1 Btu = 252 kalori

1 lb = 453.6 gram.

Rumus Calderwood:

C =

C, S, BTG, KT = % berat C, S, BTG, KT dalam batubara

Kalau 100 BTG/KT > 80, tanda pada suku terakhir negatif.

III.2 Bahan Bakar Cair

Bahan 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 senyawa: parafin, naphtena, olefin, dan aromatik. Kelompok senyawa ini berbeda dari yang lain dalam kandungan hidrogennya.

Minyak mentah, jika disuling akan menghasilkan beberapa macam fraksi, seperti: bensin atau premium, kerosen atau minyak tanah, minyak solar, 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).

III.2.1 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.

III.2.2 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 lamu (lamp test) dan uji bakar, seperti timbulnya asap dan kabut putih. Asap disebabkan oleh hidrokarbon aromatik sedang kabut putih oleh disulfida.

III.2.3 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel atau minyak diesel dipakai untuk mengoperasikan 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.

III.2.4 Minyak Residu

Minyak residu biasa digunakan pada 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 ketel 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 kecepatan tinggi seperti pada truk dan lokomotif, pada mesin diesel kapal serta mesin diesel berkecepatan rendah untuk pembangkit tenaga listrik.

Turbin gas.

III.3 Bahan Bakar Gas

Termasuk dalam bahan bakar gas antara lain:

III.3.1 Asetilin

Gas asetilin digunakan dalam pengelasan dan pemotongan logam, yang memerlukan suhu nyala yang tinggi, dapat juga dipakai untuk lampu karbida. Gas asetilin dapat membentuk asetilida yang eksplosif jika dicampur dengan tembaga (Cu), terlebih-lebih dengan udara.

III.3.2 Blast Furnace Gas

Gas ini merupakan hasil samping peleburan bijih besi dengan kokas dan udara panas di dalam blast furnace.

III.3.3 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.

III.3.4 Gas Batubara

Gas batubara disebut juga gas kota, dibuat dari distilasi destruktif batubara dalam retort tertutup dengan pemanasan tinggi.

III.3.5 Gas Alam

Gas alam tersusun dari parafin hidrokarbon, khususnya gas metana bercampur dengan nitrogen, N2, dan karbon dioksida, CO2, diperoleh dari tambang dengan pengeboran tanah melalui batuan kapur atau batuan pasir. Kandungan metananya di atas 90%.

III.3.6 Gas Petroleum

Gas petroleum diperoleh dari fraksionasi minyak bumi mentah, dan dapat juga dari gas alam, mengandung propana dan butana sebagai komponen terbesar.

IV. Proses dan Operasional Pembakaran

IV.1 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 dioksida + panas

Pembakaran di atas dikatakan sempurna bila campuran bahan bakar dan 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, kadang-kadang sampai 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 cuft 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, ada pengertian udara primer yaitu udara yang dicampurkan dengan bahan bakar di dalam 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.

IV.2 Perbandingan Udara-Bahan Bakar

Untuk memperoleh reaksi pembakaran yang baik diperlukan:

1. Perbandingan tertentu antara bahan bakar dengan udara.

2. Pencampuran yang baik antara bahan bakar dengan udara.

3. Permulaan dan kelangsungan penyalaan campuran.

Penjelasan 1: lihat tabel 1.

Penjelasan 2: 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 bahan bakar padat, tentunya tidak dapat dilakukan pengabutan. Untuk mendekati bentuk kabut tersebut diperlukan pemecahan/penghalusan butirannya dalam pulverizer dan sprayer.

Penjelasan 3: Pada awal 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.

IV.3 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.

IV.4 Neraca Bahan dan Neraca Kalor

Berat massa bahan yang masuk ruang pembakaran = berat massa bahan yang keluar.

(a + b) = (c +d +e)

a = berat bahan bakar kering + air (kelembaban).

b = berat udara + uap air yang terkandung dalam udara.

Air dalam d dan e = (air yang terkandung dalam bahan bakar) + (air dari kelembaban udara) + (air yang terbentuk dari reaksi pembakaran).

IV.5 Operasi Pembakaran

Kalor pembakaran yang diperoleh dari reaksi bahan bakar dengan udara, dipergunakan untuk:

Menaikkan suhu bahan bakar yang dibakar dalam dapur.

Menaikkan suhu campuran bahan bakar dan udara.

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 flow meter yang disambungkan dengan mekanisme servo pada katup kontrol otomatis.

Kontrol Aliran

Menjaga kesetimbangan aliran pemasukan udara/bahan bakar dan pengeluaran gas asap.

IV.6 Petunjuk kepada Operator

Di bawah ini beberapa petunjuk yang akan membantu para Operator dalam menangani beberapa jenis oven.

Oven dengan bahan bakar batubara.

1. Kedalaman api ( 15 inchi dari pintu.

Pemasukan batubara ( 1.5-2 sekop penuh tiap sqft 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 hati-hati. Setelah pembersihan nyala api akan 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.

Oven dengan bahan bakar gas.

1. Burner harus selalu bersih dan dipelihara secara rutin. Semua bagian pengatur harus mudah digerakkan. Pengontrol udara pada 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 nyala api baik. Untuk lebih tepat dilakukan analisa gas asap. Akan lebih membantu para Operator bila dilengkapi alat pencatat CO2.

4. Pada blast furnace yang umumnya bekerja dengan nyala api non luminous, nyala api yang panjang dan lemah, menunjukkan terlalu banyak gas. Aliran gas harus dikecilkan, hingga nyala api lebih 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 diubah-ubah lagi.

6. Klep pada cerobong harus disetel untuk memperoleh kesetimbangan aliran dalam dapur.

Cara pengetesan:

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.

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 besar-kecilnya 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 dicatat, demikian juga dengan berat bahan yang dipanaskan.

6. Kebocoran pada dinding oven adalah penyebab besarnya kehilangan panas.

Dinding oven harus selalu disemir dengan bahan tertentu antara lain campuran tanah liat dan semen api untuk mencegah bocoran udara.

V. Pencemaran

Pada proses pembakaran bahan bakar konvensional (bukan bahan bakar nuklir), tak dapat dihindari kemungkinan terjadinya pencemaran, baik oleh komponen-komponen dalam gas asap yang bersifat racun bagi kesehatan serta mengganggu kenyamanan manusia, maupun oleh radiasi kalor.

Khusus pencemaran oleh bahan-bahan hasil pembakaran, meliputi 5 macam 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 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 bagi kesehatan manusia ialah:

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 oksidant, berupa kabut. Kabut oksidant ini menimbulkan iritasi pada mata, hidung dan tenggorokan.

DAFTAR PUSTAKA

1. I. Glassman, Combustion, Academic Press,

New York, 1977

2. Martin P. Wanielista, Engineering and The Environment,

University of Central Florida,

California, 1984

3. Ministry of Power, The Efficient Use of Fuel,

Her Majestys Stationary Office,

London, 1958

4. The North American Manufacturing Company,

Combustion Handbook, Cleveland,

Ohio, 1965

5. The Sheel Petroleum Co. Ltd, Oil Fuel,

Saterlow & Sons Limited,

London and Dunstable, 1956

gas hasil pembakaran = c kg

bahan bakar = a sisa udara + air = d kg

sisa pembakaran = e kg

udara uap air = b kg - sisa bahan bakar

- abu

- air

ruang

pembakaran

_1480324271.unknown

_1480325091.unknown

_1480503176.unknown

_1480328557.unknown

_1480325001.unknown

_1480324151.unknown

_1480324219.unknown

_1480324054.unknown