Pemicu Gas I.Udara merupakan gas nyata, yang tidak mematuhi
hukum gas ideal pada semua keadaan suhu dan
tekanan.Salahsatukomponenpengisiudarayangcukupberlimpahadalahargon,yangcukup
banyak mendapat perhatian dari pada ilmuwan. Argon jugamerupakan
salah satu gas mulia yang posisinya berada dalam golongan 18
periode 3. Penggunaan argon cukup luas, baik dalam kondisi
murnimaupuncampuran,dalamindustrymakanan,manufaktur,kesehatan,dalamlampu,dll.
Aggaplah bahwa anda adalah seorang peneliti yang punya ketertarikan
yang cukup besar terhadap
unsureini.Suatupenelitianandalakukanuntukmenentukansifattermodinamikdarisiargon
tersebut. Cara yang anda lakukan adalah dengan mengukur densitas
argon pada tekanan tertentu dan suhu 300K, dengan harapan anda
dapat menentukan persamaan gas nyata yang berlaku untuk argon.
Hasil yang anda peroleh adalah sebagai berikut: Tabel 1. Hubungan
antara Vm dan P dari aragon P/MPaVm/(dm mol-1)P/MPaVm/(dm mol-1)
0.40006.22081.5002.6483 0.50004.97362.0001.2328
0.60004.14232.5000.98357 0.80003.10313.0000.81746
1.0002.47954.0000.60998 Pertanyaan : 1.Terangkan sifat-sifat yang
membedakan antara gas nyata dan gas ideal, dan hukum-hukum yang
berlaku untuk kedua jenis gas tersebut 2.Terangkan bagaimana Van
der Waals mendapatkan rumus persamaan gas nyata yang diturunkannya
dari persamaan gas ideal. Jelaskan persamaan gas nyata yang lain.
3.Kenapa argon cukup banyak mendapat perhatian dari pada ilmuwan ?
hubungkan dengan penggunaan argon dalam industry. 4.Bagaimanakah
cara anda memanfaatkan data tersebut untuk menentukan koefisien
virial B dari argon pada suhu tersebut. Jawaban : 1.Gas Ideal Gas
Nyata Molekul-molekul bergerak dalam garis lurus dan memenuhi hukum
gerak Newton I karena tidak ada gaya tarik menarik/tolak menolak
antar partikel..Terdapat gaya tarik menarik dan tolak menolak
sehingga gerakan molekul tidak lurus Kerapatan gas ideal
rendahKerapatan gas nyata besar Tidak dapat dicairkan (kondensasi)
Jumlah molekul sangat banyak Volume molekul sangat kecil sehingga
dapat diabaikan Volume molekul tidak dapat diabaikan Tidak ada gaya
yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut kecuali selama
tumbukan. Adanya interaksi atau gaya tarik menarik antar molekul
gas nyata yang sangat kuat Tumbukannya elastik (sempurna) dan
terjadi dalam waktu yang sangat singkat. Hukum-hukum yang berlaku
untuk gas ideal 2.1 Hukum Boyle
Pada1662,Boyleberujarbahwavolumesuatugasdenganjumlahtertentu,padasuhukonstan
berbanding terbalik dengan tekanan gas. Atau lebih dikenal dengan
keadaan isoterm.
Boylemembuktikanpernyataannyainidenganserangkaianpercobaantabunggelasbentuk-Jyang
ditambahkan air raksa sedikit demi sedikit hingga diketahui
perubahan volumenya. Gambar 1.1 Percobaan Boyle Sumber :
http://kimiadahsyat.blogspot.com/2009/06/hukum-boyle.html
HukumBoyledigunakanuntukmemprediksitekanangasjikavolumenyaberubahdansebaliknya.Jika
padasuatukeadaanawalpersamaanmempunyainilaitekanandanvolumemasing-masingP1danV1,danpada
keadaan akhir mempunyai nilai P2dan V2 maka berlaku persamaan : (1)
P1 = tekanan awal (Pa atau N/m2) P2 = tekanan akhir (Pa atau N/m2)
V1 = volume awal (m3) V2 = volume akhir (m3) Grafik Hubungan P dan
V 2.2 Hukum Charles-Gay Lussac Menurut Charles (1787) : Gas
hidrogen, udara, karbon dioksida, dan oksigen mengembang dengan
jumlah yang sama ketika dipanaskan dari 0 sampai 80 C.
HukumCharlesberkatabahwapadatekanantetap,volumesejumlahgasberbandinglurusdengansuhu
absolutnya. Kondisi ini disebut sebagai isobarik Menurut Gay-Lussac
(1802) Untuk semua gas, pertambahan volume untuk kenaikan suhu
setiap derajat Celsius kira-kira sama dengan 1/273 dari volume gas
pada 0 C.
HukumGay-LussacsendiriberisipenurunangabunganhukumBoyledanhukumCharles.Apabila
keduahukumtersebutditurunkan,makaakandiperolehdatayangmenunjukkanbahwavolumegastetap,
sementara tekanan berbanding lurus dengan suhu absolutnya. Jacques
Charles menemukan bahwa oksigen, nitrogen, hidrogen, karbon
dioksida, dan udara memuai ke
tingkatyangsamapadaintervaltemperaturyangsama,padalebihdari80kelvin.Kemudian,pada1802,
Joseph Louis Gay-Lussac mempublikasikan hasil percobaan yang sama,
mengindikasikan adanya hubungan linear antara volume dan
temperatur: (2) P1 = tekanan awal (Pa atau N/m2) P2 = tekanan akhir
(Pa atau N/m2) T1 = suhu awal (K) T2 = suhu akhir (K) Grafik
Hubungan T dan V 2.3 Hukum Avogadro
Avogadromenyatakanbahwagas-gasbervolumesama,padatemperaturdantekananyangsama,akan
mengandung jumlah molekul/partikel yang sama -Sehingga, untuk
persamaan gas ideal berlaku persamaan : P V = n R T(4) Dimana(dalam
keadaan STP) : P = tekanan (atm / mmHg / Pa) V = volume (liter) R =
konstanta gas ideal (8,314 J/K mol) n = jumlahmol (mol) T = suhu
(Kelvin) *) STP : Keadaan dimana gas mempunyai tekanan 1 atm dan
suhu 0o C (273K)
2.PersamaankeadaanvanderWaalssebenarnyamerupakanpersamaankeadaangas,miripseperti
persamaankeadaangasideal.Bedanya,persamaangasidealtidakbisamemberikanhasilyangakurat
apabila tekanan dan massa jenis ( kerapatan gas rii)l cukup besar.
Karena merasa prihatindengan keterbatasan persamaan keadaangas
ideal (PV = nRT), van derWaals
menurunkansebuahpersamaankeadaan,denganmemperhitungkanvolumemolekuldaninteraksiyang
terjadiantaramolekul-molekul.PersamaanyangditurunkanolehomvanderWaalsmerupakanhasil
modifikasi persamaan keadaan gas ideal PiV = nRT Pi diubah untuk
mengkompensasi interaksi antar-molekul melalui persamaan: Pi = P +
P(5)
Penurunanrumusgasidealmenjadinyatamembuatgayatarikmenarikantarmolekuldanmolekul-molekul
tersebut mempengaruhi volume gas yang ada. (3)
Untukmempermudahimplementasipenurunanrumusgasidealtersebutdalamgasnyata,bdianggap
mewakilivolumesatumolmolekulgas,sementaraVmerupakantotalvolumepartikeldibagidenganjumlah
total partikel. Sehingga, volume yang tadinya tersedia untuk
pemampatan tidak lagi berumus V tetapi menjadi V nb (Volume gas -
Volume total dari molekul-molekul gas) Bentuk pertama dari
persamaan ini adalah (6) keterangan: P = Tekanan gas (N/m2 = Pa) v
= volumepartikel dibagi denganjumlahtotal partikel R = Konstanta
gas universal (R = 8,315J/mol.K ) T = Suhu (K)a = Konstanta empiris
(nilainya bergantung pada gaya tarik menarik antara molekul gas) b
= konstanta empiris (mewakili volume satu mol molekul gas)
SetelahpengenalankonstantaAvogadroN
A,jumlahmoln,danjumlahnNpartikel A,persamaan dapat dirubah ke dalam
bentuk kedua (lebih dikenal) : (7) Keterangan : P = Tekanan gas
(N/m2 = Pa) V = Volume gas (m3) R = Konstanta gas universal (R =
8,315 J/mol.K ) T = Suhu (K) a = Konstanta empiris (nilainya
bergantung pada gaya tarik menarik antara molekul gas) b =
konstanta empiris (mewakili volume satu mol molekul gas) n = Jumlah
mol (mol) bn = Volume total dari molekul-molekul gas Konstanta a
dan b diperoleh melalui eksperimen. Nilai konstanta a dan b
bergantung pada jenis gas. n2/V2 = perbandingan kuadrat jumlah mol
(n) dengan kuadrat volume gas (V). Nilai n2/V2 bergantung pada
tekanan
dankerapatangas.Apabilatekanangas(P)besar,makavolumegas(V)menjadikecil.SemakinkecilV,
semakinbesarn2/V2.Ketikavolumegaskecil(n2/V2)besar,makajarakantaramolekulmenjadilebih
dekat.Semakindekatjarakantaramolekul,semakinbesarkemungkinanterjadiinteraksiantaramolekul-molekul
tersebut (bertumbukan, saling tarik menarik). Karenanya, n2/V2
berbanding lurus dengan konstanta a.
(Vnb)=Selisihantaravolumegasdenganvolumetotalmolekul-molekulgas.Konstantabmenyatakan
besarnya volume satu mol molekul gas. n = jumlah mol. Hasil kali
antara b dan n (nb) = jumlah volume total
molekul-molekulgas.Jikatekanangas(P)semakinbesarmakavolumegas(V)semakinkecil.Semakin
kecil V, semakin kecil (V nb).Ini berarti jarak antara molekul
bertambah dekat dan tentu sajagaya tarik antara molekul-molekul
semakin besar.
3.Argondikenalkarenakemurniankimianya,padasuhuyangtinggi.Argondipergunakanuntuk
pengelasan,sebagaigaspelindung.Argon,baikmurnimaupunmengandungsedikitkarbondioksida,
oksigen,hidrogendanhelium,banyakdipergunakansebagaigaspelindungdalamaplikasipengelasan
terhadapbajakarbondansteinless,aluminium,magnesium,dansebagainya.Argontidakberbau,tidak
berwarna,tidakberasa,mudahlarutdalamair,danbukangasyangmudahterbakar.Argonjuga
dipergunakandibidangmetalurgiuntukpengolahanpanassistemgasproteksi,khususnyauntuk
memperkuat baja yang banyak mengandung karbon, dimana dekarburisasi
harus dihindari. Argon bertindak
sebagaigaspembawasilanepadapergantiankomposisisilikon.Argondipergunakandiindustribesidan
baja dengan cara-cara sebagai berikut :-dengan mempergunakan cairan
argon, argon mencegah oksidasi dari baja cair dan akan berlangsung
proses pengurangan belerang dan gas-gas di dalam cairan baja Pada
bidang lampu listrik, argon dipergunakan untuk mengisi :-bola lampu
pijar-tabung lampu pospor, dalam campuran dengan neon, helium dan
gas merkuri.-tabung lampu radio thyratron, dalam campuran dengan
neon.
Argonjugadigunakansebagaigaspembawadalamkromatografi.Dicampurdenganmetan,argondipakai
untukmembersihkanGeiger-MullercounteruntukdeteksisinarXdansinargamma.Peralatanini
dipergunakan untuk memonitor radiasi nuklir dan untuk analisa
spektrum yang dipancarkan oleh alat analisa sinar X.4.P/MpaVm/(dm3
mol -1)P/MPaVm/(dm3 mol -1) 0.40006.22081.5001.6483
0.50004.97362.0001.2328 0.60004.14232.5000.98357
0.80003.10313.0000.81746 1.0002.47954.0000.60998 Menggunakan
persamaan K.Omes : PVm = A + BP 0.4000 x 6.2208 = A + B . 0,4
0.5000 x 4.9736 = A + B . 0,5 - 0.00152 = - 0.1 B B = - 0.0152
Grafik II.Kembali ke masa lampau, anggaplah anda seorang
ilmuwanyang secaratidak sengaja menemukan
unsureargonketikaandasedangmelakukanpenelitianuntukmenentukanmassamolardari
nitrogen, salah satu komponen udara, dengan melakukan pengukuran
densitasnya. Dalam penelitian
iniandamemanfaatkansuatuglassglobeyangandaisidenganduasampelnitrogen,yaitupure
nitrogendanatmosphericnitrogen,dimanapadasampelkeduaandasudahmenghilangkan
y = 2.4754x-1.008 y = 2.4754x-1.008 012345670 1 2 3 4 50,4 0,4Power
(0,4)Power (0,4)Power
(0,4)komponenudarayanglain,yaituoksigen,karbondioksida,danuapair.Dibawahkondisiyang
sama, massa nitrogen yang anda dapatkan untuk kedua sampel tersebut
adalah 2,2990g dan 2,3102g. Pertanyaan : 1.Apakah hubungan antara
densitas dengan massa molar (BM), sehingga anda bisa menentukan
massa molar dengan pengukuran densitas? Adakah cara lain yang dapat
digunakan? Sertakan
masing-masingdengansatucontoh.Denganmemanfaatkandatapadasoal1,bagaimanakah
cara anda menentukan massa molar dari argon.
2.Sarankanlahsuatuprosedurlengkapyangandalakukanuntukmenentukanmassamolar
nitrogen dengan cara di atas.
3.Bagaimanaandabisamendugabahwadisampeludaraadaunsurlainselainnitrogen?Jika
diasumsikan bahwa unsure lain tersebut adalah argon, tentukanlah
fraksi mol argon di udara. Jawaban 1.Hubungan densitas dengan massa
molar ada pada persamaan Avogrado yaitu
setelahmengetahuibahwamoladalahberatbendadibagidenganmassamolarbendatersebut
maka persamaan diatas menjadi
Sehingga menjadi,
Pada persamaan diatas terdapat berat benda dan volume benda yang
merupakan juga elemen untuk mencari berat jenis benda yang
mempunyai rumus
maka
Ada cara lain dalam menentukan massa molar yaitu :
DenganmetodeDumas,beratmolekulyangdidapatadalahdaricairanyangmudahmenguap,yaitudalam
fase uap pada suatu bejana. Persamaanya yaitu
Lalu pada gas nyata, dapat dicari dari persamaan Berthelot
yang
maka persamaannya jadi (
) (
)
(
) Karena
maka
(
) Selain dua cara diatas, terdapat tambahan teori tentang
pembatasan berat jenis. Metode ini memberikan hasil yang sempurna
jika tekanan mendekati nol dan gas mendekati gas ideal.Pada
persamaan diatas
Dan
Cara menentukan massa molar argon dari data nomor 1 yaitu dengan
menggunakan rumus (untuk gas ideal)
Atau bisa juga menggunakan rumus (Untuk gas nyata) (
) (
)
(
)
Proseduryangperludilakukanuntukmenentukanmassamolarnitrogenadalahdata-datatentangtekanan
dansuhukritisuntukmembantupenyelesaianrumus,sedangkanrumusyangdipakaiyaituuntukgasnyata
karenapadadasarnyagasidealdialamhampirtidakada.Lalu,kalkulatordisiapkanuntukmembantudalam
perhitungan. Setelah semua sudah siap, masukkan data-data ke dalam
rumus dan lakukan perhitungan maka akan ketemu massa molar.
2.Menentukan massa molar (BM) dari nitrogen dengan metode Regnault.
Pada bejana yang divakumkan dan yang telah ditimbang, kita isi
dengan gas nitrogen yang yang akan dicari massa molar (BM)-nya.
Setelah diisi, bejana ditimbang kembali di mana selisih berat akhir
dan berat awal bejana merupakan berat nitrogen. Volume bejana
ditentukandenganmengisinyadenganairyangdensitasnyatelahdiketahuikemudianditimbanglagi.Oleh
karena itu, massa molar dihitung dengan:
3.Sampel di udara, terdapat unsur lain selain nitrogen sebab
Kita ketahui bahwa: Wcampuran: 2.3102 gr Wnitrogen: 2.2990 gr
Wargon: 0.0112 gr BMnitrogen: 14 gr/mol N2 = 28 gr/mol BMargon: 40
gr/mol
ntotal = nnitrogen + nargon = 0.082 + 0.0028 = 0.0848 mol
Sehingga, fraksi mol argon di udara yang dilambangkan dengan Nargon
adalah Nargon = nargon/ntotal = 0.0028/0.0848 = 0.033
III.Ketertarikan anda terhadap argon membuat anda kemudian
melakukan pencarian berikutnya tentang
kinetikadariargontersebut,untukdapatmenurunkanpendekatanyangmasukakaltentangsifat
fisiknya. Beberapa teori kinetika yang berhubungan dengan gas yang
dapat dipelajari adalah seperti laju molekul, tumbukan, jalan bebas
rata-rata, dan seterusnya. Pertanyaan : 1.Bagaimana anda dapat
menjelaskan istilah-istilah yang berhubungan dengan kinetika gas,
seperti laju molekul, tumbukan, jalan bebas rata-rata, viskositas.
Turunkan persamaan yang berhubungan dengan istilah tersebut.
2.Jikaandadiberikandatadiameterargonadalah0.36nmdanviskositasnyapada25oCadalah208P,bagaimanaandadapatmenentukanlajumolekul,tumbukan,jalanbebasrata-rataargonpada25oCdan
tekanan1atn.Denganmengacupadaviskositasargon,dandenganmemanfaatkanmetodepoiseuille,
bagaimanaandadapatmenentukanviskositasCFCjikapadakondisiyangsama,aronmembutuhkan
waktu 18.0 s dan CFC 72.0 s. Jawaban : 1.. a.) Laju
MolekulMenurutteorikinetik,semuamolekuldidalam temperaturyangsama,
molekul-molekultersebutbergerak dengan laju rms (u)
m1u12 =
m2u22 =
m3u32
Daripersamaandiatasbisadisimpulkanbahwasemakinbesarmassadarisuatumolekul,semakinlambat
laju molekul tersebut dan untuk mencari rumus laju molekul gas
rata-rata (u), dapat dicari dengan menurunkan rumus hukum gas
ideal. PV = nRT PV =
n(Nm)u2 = nRT
nMu2 = nRT Sehingga menghasilkan rumusu =
laju molekul gas rata-rata b.) Tumbukan Dalam wadah yang berisi
gas, akan terdapat n* molekul yang identik tiap cm3 . Cara mencari
jumlah molekul yang bertabrakan tiap detik : vo2 n*
Dimanavadalahkecepatanmolekulyangdinyatakandalamcm/s,danoadalahdiametermolekul.
Sedangkan cara mencari frekuensi tumbukan molekul bisa dicari
dengan rumus: Z = tvo2 (n*)2 c.) Jalan Bebas Rata-Rata Jalan bebas
rata-rata, L dapatdicari jika sebuah molekul memiliki kecepatan
rata-ratav
dan tumbukan yang bertabrakan tiap detik melalui rumus vo2 n* ,
maka jarak rata-rata antara tumbukan atau jalan bebas rata-rata
adalah L=
o d.) Viskositas Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju
aliran cairan yang melalui tabung berbentuk silinder,
carainidapatdigunakanuntukcairanmaupungas.Hargakekentalanmutlaksukaruntukditentukan,dalam
prakteknya yang dicari adalah kekentalan relatifnya yaitu
perbandingan antara kekentalan zat itu dengan kekentalan zat cair
lainnya (biasanya sebagai pembanding digunakan air).
Besaran-besaranyangterkandungdalamhokumStokesmerupakanbesaran-besaranyangsecarateknis
sudah ditentukan besarnya., kecuali harga q (koefisien
viskositas)dan V (kecepatan benda). Oleh karena itu, terbuka
kemungkinan untuk memanfaatkan hubungan ini untuk menentukan
viskositas fluida, apabila dengan suatu harga V dapat ditentukan
maka harga q dapat dihitung dari persamaan ; ( )VgR9212 q= ; q =
Koefisien Viscosit R = Jari-jari bola (cm)V =Kecepatan (ikmdet)
=Massa jenis bola pelurug=Kecepatan gravitasi (2det ikm ) 1 =Massa
jenis zat cair Pemicu Cairan I. Cairan boleh dianggap sebagai
keberlajutan fasa gas ke dalam kawasan volume yang kecil dan
tarikan
molekulyangsangattinggi.Energikohesifdalamcairanhauslebihtinggidaripadadalamgas
meskipun pada tekanan tinggi.Fenomena kritikal dalam cairan.
Apabila suatu cairan diletakan dalam suatu tabung tertutup,
sebagian tertentu akan menguap untuk membentuk uap. Tekanan uap
merupakan sifat untuk setiap cairan dan tekanan adalah konstan pada
temperaturyang diberikan, dimana tekanan
uapjenuhmeningkatseiringdengankenaikantemperatur.Sifatfisikcairandanuapmenjadiidentik
dantidakadaperbedaandapatdiamatidiantaramereka.Cairanpadakondisiinidisebutsebagaititik
kritikal. Jadi, masing-masing temperatur, tekanan uap jenuh dan
volume molar yang berhubungan pada titik ini disebut sebagai
temperatur kritikal (Tc), tekanan kritikal (Pc) dan volume kritikal
(Vc). Tidak ada cairan yang dapat wujud pada temperatur diatas
kritikal dibawah tekanan apa saja yang diberikan. Yang menarik
fenomena kritikal adalah bersifat reversible. Pertanyaan :
1.ApayangandaketahuitentangTc,PcdanVc?Terangkandenganjelasdansingkatdanberikut
contoh? 2. Apa bedanya dengan cairan superkritik (sc) dengan
kritikal?
3.Apafungsidanmanfaatcairanpadakondisikritikalataupunsuperkritikalberbandingdengancairan
pada kondisi STP? 4. Apa hubungn P, V dan T untuk kondisi gas dan
cair? Jawaban : 1.
Tcadalahtemperaturkritisyaitutemperaturmaksimumdimanasebuahgasdapatdiubahmenjadicairan
dengan kenaikan dalam tekanan. Pc adalah Tekanan kritis yaitu
tekanan yang diperlukan untuk mencairkan gas pada titik
kritis.diatas tekanan kritis, menaikkan temperatur tidak akan
menyebabkan cairan menguap untu memberikan sistem 2 fase.Vc adalah
volume kritis yaitu Volume zat yang bersesuaian dengan suhu
kritisnya Contoh: SubstansiSuhu kritis (C)Suhu kritis (K)Tekanan
kritis (atm)Tekanankritis (MPa) Argon122.4150.848.14.870
Ammonia[1]132.4405.6111.311.28 Bromin 310.858410210.340
Klorin143.841776.07.700 2.Cairan superkritis (Super critical Fluid,
SFC) adalah suatu gas yang suhu dan tekanannya berada di atas suhu
dan tekanan kritisnya. Cairan tersebut memiliki sifat fisika gas
tetapi dengan tingginya kerapatan yang tetap ada menjadikan gas
tersebut juga tetap memiliki sifat-sifat cairan sehingga tidak
dapat
dibedakan.Sedangkankritikaladalah,titikkritis,yaitusebuahtitiksuhudimanafasecairandanuaptidakbisa
dibedakan.Padasaatmendekatitemperaturtitikkritis,propertigasdancairanmenjadisama,faseini
disebut Fluida superkritikal. Jadi perbedaannya adalah cairan
superkritis adalah fase dimana sifat cairan dan
gastidakdapatdibedakandantitikkritisadalahtitikdimanamencapaitemperaturkritikaldantekanan
kritikal sehingga fase cairan dan gas tidak dapat dibedakan.
Seperti pada gambar dibawah: 3.Berikut adalah manfaat-manfaat dan
fungsi fluida superkritis atau kritis: -Dry-cleaning -Reaksi Kimia
-Impregnasi dan pengecatan -Formasi nano dan mikro partikel
-Supercritical drying -Oksidasi air superkritis -Supercritical
water power generation -Produksi biodiesel -Penangkapan dan
penyimpanan karbon minyak -Refrigerasi -Dll. 4.Hubungan p,v,t untuk
kondisi gas dan cair dapat dilihat pada diagram fase:
Apabilasuhuditurunkandantekanandinaikanmakafasegasdapatbertansisimenjadifasecairan,dan
sebaliknyaapabila suhudinaikkandantekananditurunkanmakafase
cairandapatbertransisi menjadifase gas. Untuk 3 dimensinya
berbentuk seperti gambar dibawah:
II.CO2dapatdihilangkandarigasbuangpadapembangkitlisrtiktenagabatubaradenganperkuatan
prosesbaruyangmanaCO2dapatdiperolehkembalisebagaicairanmurnidenganproses
destilasi/penyulingan.BoileryangdimodifikasiuntukmembakarbahanbakardalamcampuranCO2
dan oksigen bukan udara. Gas buang sebagian didaur ulang dan
dicampur dengan oksigen dari pabrik pemisahan udara untuk membakar
bahan bakar.Kelebihan gas buang dikompresi, cair dan suling ke
dalam CO2 murni dan produk SO2 ditambah NO2. Efisiensi pembangkit
listrik bersih dan biayayang dikeluarkan lebih hemat.Pertanyaan :
Gas CO2 dapat dicairkan menjadi cairan pada kondisi tertentu,
tentunya pada tekanan tinggi, apa yang anda ketahui tentang manfaat
pencairan CO2 yang kita kenali sebagai gas buang dari pembakar?
Jelaskan dan beri
contohbeberapamanfaatataupunteknikyangdigunakan?SoxdanNoxdikenalsebagaigasbuangyang
beracun. Dapatkah anda memberikan usulan untuk memanfaatkan atau
menangani gas beracun ini? berikan contoh. Jawaban :
GasCO2adalahgasrumahkacayangberbahaya.Akumulasinyadiudaraakanmeningkatkansuhubumi.GasCO2
dalam jumlahbesardapat ditemukanpada gas buang yang dihasilkandari
peralatan industri sepertisteam generator, furnace, blast furnace
pada industri besi dan baja, rotary kiln pada industri semen, dan
lain sebagainya.
PencairangasCO2bemanfaatuntukmemisahkangasCO2tersebutdarigasbuangpembakaran.CO2
cairhasil pencairan gas CO2 yang berfungsi sebagai bahan pendingin
pada pengelasan logam dan pengecoran, bahan minuman berkarbonat dan
air soda, pelarut yang baik bagi kebanyakan zat organik, pemadam
api pada sebagian alat pemadam kebakaran. Adapun di bidang
pertambanganminyak bumi, manfaat CO2 cair justru sangat besar.
Fluida ini dialirkan
kedalamsumber-sumberminyakyangmulaimenipiscadangannyauntukmengangkatcadanganminyaktersisa.
Namun, fluida ini tidak mampu mengangkat minyak secara maksimum.
Gambar3. Proses Pencairan Gas CO2 Salahsatumetode pencairan gas CO2
adalah metode Linde-Hampson seperti pada gambar di atas
.Disinigasbaruyangakandicairkan(1)dicampurdengangasyangtidakberhasildicairkanpadatahap
sebelumnya(9)sehinggatemperaturnyaturunsampaititik(2)dankemudianbersama-samamasukke
kompresor bertingkat. Pengkompresian dilakukan bertingkat sampai
titik (3) dengan dilengkapi intercooling.
Gastekanantinggikemudiandidinginkansampaititik(4)dalamafter-coolerdenganmenggunakanmedia
pendingindandidinginkanlebihlanjutsampaititik(5)dalamalatpenukarkalorregenerativedengan
membuangkalornyakegasyangtidakberhasildicairkanpadatahapsebelumnyadanakhirnyadi-throttled
ke titik (6) sehingga berubah menjadi campuran jenuh. Uap
dipisahkan dari gas yang telah berubah menjadi cair untuk kemudian
dilewatkan melalui alat penukar kalor regenerative untuk menjalani
tahap berikutnya. 2. Di bawah ini dijelaskan beberapa teknik dalam
mengurangi emisi NOx: -Penggunaan Bahan Bakar Rendah Nitrogen
PenurunankadarnitrogendalambahanbakarakansecaraotomatismengurangipembentukanemisiNOx.
Karenasulitmenguranginitrogendidalambahanbakar,olehkarenaitudigunakanbahanbakar
methanol. -Humidifikasi
Proseshumidifikasiadalahpenyemprotanairkedalamaliranudaramasukpadamotorpenggerak.
Tujuannyaadalahuntukmenurunkansuhuudarayangmasukkedalamruangbakaryangpadaakhirnya
temperature pembakaran dapat diturunkan. Teknik ini diketahui dapat
menurunkan emisi NOx sampai 50%.-Emulsi
Penggunaanairyangdicampurkandalambahanbakarsaatinitelahbanyakdilakukan.Penggunaanbahan
bakar campuran ini dapatmengurangi emisi NOxkarena terjadinya
prosesledakan mikro (micro explosion) dalam proses pembakaran.
Ledakan mikro ini terajdi karena perbedaan titik didih antara kedua
fluida.
3.MetodeutamadalammengurangiemisiSOxdarimotordieselmengontrolbatasankandungansulphur
dalam bahan bakar. -Marpol Anex
VIMengamanatkanbatasankandungansulphurdalambahanbakaruntukpenggerakdikapaldanindustri
sebesar4.5%m/m.BegitujugaEUmembatasibatasansulphurbagimotordieseldijalanrayasebesar
0.05%m/m (500 ppm). Bahkan di masa mendatang akan lebih diturunkan
menjadi 250 ppm atau bahkan
100ppm.Kandungansulphurminyakmentahumumnyaadalahantara0.1sampai5%,sehinggauntuk
menurunkankandungannyaakantergantungdarisumberdancarapengolahanminyakmentahitusendiri.
Dalam pemakaian saat ini bahan bakar residu umumnya memiliki
kandungan sulphur antara 1.5-3.5% m/m.
Kecualiuntukkawsan-kawasantertentuyanglebihketatdalampengawasanpemakaianbahanbakarbagi
penggerak utama. -De-sulphurisation De-sulphurisation
adalahprosespengolahankembaliprodukbahanbakarsehinggakandungan
sulphurnyaberkurang.Walauprosesinimembutuhkanbiayayangtingginamunmemilikikeuntungan
yaitu didapatkannya sulphur untuk membantu proses industri terkait,
misal industri detergen, pulp, kulit dan lainsebagainya. 4. Metode
Sekunder Pengurangan Emisi NOx dan SOx. Metode sekunder pengurangan
emisi ini ditujukan lebih kepada memberikan efek positip kepada
lingkungan secara
keseluruhan.Efekpositipyangdiperolehdaripenurunanemisiyangdihasilkandarimetodeinitidakboleh
memberikanbebankepadalingkunganlainsepertiadanyasampahmaterialdariproduksi/prosesyangdilakukan.
Kontrol emisi dengan menggunakan metode sekunder ini banyak
dilakukan pada sektor industri dan juga perkapalan
disebabkanolehsemakinketatnyaregulasilingkungan.Berikut2macammetodesekunderyangsaatinibanyak
diterapkan: -Selective Catalytic Reduction (SCR) untuk mengurangi
emisi NOx Prinsiputamasistem
SelectiveCatalyticReduction(SCR)adalahpenggunaanurea((NH2)2CO)atau
amoniak (NH3). Bahan ini diinjeksikan ke dalam aliran gas buang,
dan NOx akan berubah menjadi N2 dan uap air. Reaksi kimia yang
terjadi seperti tertera di bawah ini: 2NO + 2NH3 +
O2 2N2 + 3H2O 6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O
EfisiensidarisistemSCRinisangatberartiuntukmengurangiemisiNOxyaitusebesar90-95%dan
menghasilkan nitrogen dan uap air yang tidak berbahaya bagi
lingkungan. -Seawater Exhaust Gas Scrubber untuk mengurangi emisi
SOx
Prinsiputamasisteminiadalahmendinginkangasbuangsampaipadatitikembundarigasbuangtersebut
danmengakibatkanterjadinyakondensasipadaSOx.Saatterjadinyapendinginanakibatkontakgasbuang
dengan air laut, dimana air laut adalah asam natural dengan pH 8.1,
terjadi kombinasi kerja yaitu netralisasi
danpengencerangasbuang.Sisteminiawalnyabanyakdigunakansebagaisistemuntukde-sulphurisasi
dalam industri, namun saat ini banyak digunakan untuk aplikasi
penurunan SOx di kapal. Dalam suatu kasus,
emisiSOxmenurundari497ppmmenjadi48ppmdenganpHwaterscrubbermenurundari8.01menjadi
2.95, dari sifat basa menjadi sifat asam.
III.Proseshidrotermalgasifikasibiomassayangberbedasedangdalampengembangan.Berbeda
denganprosesgasifikasibiomassatanpaair,biomassadengankadarair(biomassahijau)dapat
dikonversi dengan lengkap dan lebih efisiensi untuk gas. Tergantung
pada kondisi reaksi, metana atau hidrogen adalah gas yang dapat
dibakar dan dihasilkan. Beberapa proses katalis digunakan. Dalam
beberapa tahun terakhir, kemajuan penting dicapai dalam
pengembangan berbagai proses
gasifikasibiomassahidrotermal.Namun,beberapatantanganmasihadadansolusiteknisyang
diperlukan sebelum fasilitas produksi skala besar dapat dibangun.
Pertanyaan : 1.Apa yang dimaksud proses hidrotermal ? Jelaskan !
2.Gasifikasi biomassa bisa menjadi sumberenergibaruyang terbarukan,
berikan contoh dan jelaskan beberapa metode yang digunakan. Jawaban
: 1. Hidrotermal berasal dari kata hidro yang artinya air, dan
thermal yang berarti panas. Jadi sistem hidrotermal adalah sistem
yang di dalamnya terkandung air dengan berbagai fasa, bisa dalam
bentuk air, uap basah ataupun uap kering.
Sistemhidrotermal(hydrothermalsystem)diartikansebagaisuatusistemairdidalambatuanyang
mengandungairbersuhucukuptinggi,baikmelaluianalisalaboratoriummaupunanalisalangsungdilapangan(AJ
Ellis dan Mahon, 1977). Sistem hidrotermal merupakan suatu sistem
yang paling banyak dieksploitasi untuk pembangkit tenaga listrik
atauuntukkeperluanlainnya.Sisteminimempunyaitemperaturyangcukuptinggidanfasadarisisteminijuga
dipengaruhiolehtekanan.Jikatekanannyabesardantemperaturcukuptinggimakadidalamreservoirfluidaakan
berada dalam fasa cair, sebaliknya jika temperatur reservoir cukup
tinggi namun tekanannya rendah maka fasa fluida dalam reservoir
akan berbentuk uap. 2. Gasifikasi Biomassa merupakan cara yang
dapat digunakan untuk menghasilkan gas sintetis (syn-gas) dari
bahanbakarpadatyangantaralainberasaldaribiomassa(sampahpadatperkotaan,limbahpertanian,
perkebunan dan kehutanan) dan batubara. Dengan pemanasan dalam
gasifier, bahan baku biomassa/batubara akan terurai menjadi gas
hidrogen, methana, karbon monoksida, karbon dioksida, nitrogen,
polutan dan abu.
Komponensyn-gasyangdapatdimanfaatkanuntukmenghasilkanenergiadalahhidrogen,methandan
karbonmonoksida.Polutandanabusisagasifikasidiserapolehgascleaning&coolingsubsystemyang
terdiridaricycloneuntukmemfilterpartikelpadatyangterbawagasdanwetscrubberuntukmemfilter
polutan dan partikel padat yang masih terbawa gas. Gas cooling
subsystem digunakan untuk mendinginkan
gassintetisuntukmeningkatkandensitygas.Gassintetisyangdihasilkanselanjutnyadapatdimanfaatkan
untukpembakaran/pemanasan(heating/drying)maupundapatjugadigunakansebagaibahanbakar
pembangkit berbahan bakar gas atau bias juga pembangkit berbahan
bakar diesel yang dimodifikasi.
Salahsatubiomassayangdijadikansumberenergibaruadalahgambut.Siapasangkagambutyang
selamainikitakenalhanyasebagaisalahsatujenistanahyangmemilikitingkatkeasamanyangtinggi,
ternyata mungkin untuk dijadikan sebagai sumber energi baru.Gambut
memiliki kadar karbon cukup tinggi sehingga berpotensi untuk
dijadikan bahan bakar. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk
mengolah gambut menjadi bahan bakar adalah gasifikasi. Dengan
teknikgasifikasi,gambutdiharapkandapatmenjadisumberbahanbakaryangpotensialuntukmengatasi
krisis energi.
Gambutmerupakantimbunanmaterialvegetasiyangtidakterdekomposisisecarasempurna.Pada
prinsipnya,gambutterbentukdarivegetasiyangmengalamihambatandalamprosesdekomposisinyapada
lingkunganasamdimanaterjadigenanganairsepanjangtahunataudisebutkondisirawa.Padakondisiini,
dekomposisiyangmembutuhkankehadiranoksigenmenjaditerhambat,sehinggavegetasidilingkungan
tersebut terakumulasi dengan lambat (Fuchsman, 1980).
Gambutmemilikibentukdanukuranyangberagam.Sebagianbesargambutyangdigunakan
berbentukbongkahan.Selainitugambutjugamemilikikadarairtinggi.Sebagaiumpangasifikasi,jika
digunakan secara langsung, maka gambut akan sulit diproses dan
dapat mengganggu kinerja gasifikasi. Oleh
sebabitu,pengolahanawalterhadapgambutperludilakukan.Pengolahanawaltersebutberupapengecilan
dan penyeragaman ukuran serta pengurangan kadar air pada gambut.
Prosesgasifikasigambutterdiridaritahappemanasangasifier,pengumpananpasir,pengumpanan
bahanbakar.Pemanasangasifierdilakukanhinggatemperaturbagianbawahgasifiermencapaitemperatur
gasifikasi,yaitu8001000C.Padasaattemperaturbagianbawahgasifiermencapai700C,pasir
diumpankan ke gasifier. Ketika temperatur gasifikasi tercapai,
bahan bakar diumpankan ke gasifier.
Berdasarkanpercobaangasifikasiyangtelahdilakukan,dapatdisimpulkanbahwagambutdapat
tergasifikasi melalui mekanisme fluidisasi. Sifat reaktif gambut
memungkinkan terjadinya gasifikasi dengan
cepat.Karakteristikgasifikasigambutyangdiperolehpadapercobaangasifikasigambutyaitu:profil
temperaturgasifikasi; kandungangas produser terdiri dari CO, H2,
CH4,CO2, O2, dan N2; perolehangas produser; nilai bakargas produser
(LHV); efisiensi gasifikasi; serta konversikarbon. Danyang tidak
kalah penting adalah nilai bakar gas produser (LHV) yang cukup
besar, yakni 1330 1370,6 kJ/Nm3.
