BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pembakaran meupakan oksidasi cepat bahan bakar disertai dengan

produksi panas. Pembakaran sempurna dapat terjadi jika ada pasokan oksigen

yang cukup. Dari proses pembakaran dihasilkan oksida. Oksida unsur pembentuk

bahan bakar seperti CO, CO2, SO2, H2O, O2 sisa dan N2, yang biasanya dibuang

ke atmosfer. Pada percobaan kali ini akan dilakukan pengukuran komposisi gas

hasil pembakaran dengan cara menampung sejumlah gas tertentu. Jika gas

dianggap sebagai gas ideal, maka perbandingan volume gas menunjukan pula

perbandingan mol.

1.2 Prinsip

Berdasarkan kuantitas dan kualitas gas sisa pembakaran.

1.3 Tujuan

1. Menentukan komposisi campuran gas hasil pembakaran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Pembakaran

Pembakaran merupakan oksidasi cepat bahan bakar disertai dengan

produksi panas, atau panas dan cahaya. Pembakaran sempurna bahan bakar terjadi

hanya jika ada pasokan oksigen yang cukup. Oksigen (O2) merupakan salah satu

elemen bumi paling umum yang jumlahnya mencapai 20.9% dari udara. Bahan

bakar padat atau cair harus diubah ke bentuk gas sebelum dibakar. Biasanya

diperlukan panas untuk mengubah cairan atau padatan menjadi gas. Bahan bakar

gas akan terbakar pada keadaan normal jika terdapat udara yang cukup. Hampir

79% udara (tanpa adanya oksigen) merupakan nitrogen, dan sisanya merupakan

elemen lainnya.

Nitrogen dianggap sebagai pengencer yang menurunkan suhu yang harus

ada untuk mencapai oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran. Nitrogen

mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas dari pembakaran

bahan bakar dan mengencerkan gas buang. Nitrogen juga mengurangi transfer

panas pada permukaan alat penukar panas, juga meningkatkan volum hasil

samping pembakaran, yang juga harus dialirkan melalui alat penukar panas

sampai ke cerobong. Nitrogen ini juga dapat bergabung dengan oksigen (terutama

pada suhu nyala yang tinggi) untuk menghasilkan oksida nitrogen (NOx), yang

merupakan pencemar beracun. Karbon, hidrogen dan sulfur dalam bahan bakar

bercampur dengan oksigen di udara membentuk karbon dioksida, uap air dan

sulfur dioksida, melepaskan panas masing-masing 8.084 kkal, 28.922 kkal dan

2.224 kkal. Pada kondisi tertentu, karbon juga dapat bergabung dengan oksigen

membentuk karbon monoksida, dengan melepaskan sejumlah kecil panas (2.430

kkal/kg karbon). Karbon terbakar yang membentuk CO2 akan menghasilkan lebih

banyak panas per satuan bahan bakar daripada bila menghasilkan CO atau asap.

Setiap kilogram CO yang terbentuk berarti kehilangan panas 5654 kKal (8084 –

2430).

2.2 Pembakaran Tiga T

Tujuan dari pembakaran yang baik adalah melepaskan seluruh panas yang

terdapat dalam bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan pengontrolan “tiga T”

pembakaran yaitu :

(1) Temperature/ suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan dan menjaga

penyalaan bahan bakar

(2) Turbulensi atau pencampuran oksigen dan bahan bakar yang baik, dan

(3) Time/ Waktu yang cukup untuk pembakaran yang sempurna.

Bahan bakar yang umum digunakan seperti gas alam dan propan biasanya

terdiri dari karbon dan hidrogen. Uap air merupakan produk samping pembakaran

hidrogen, yang dapat mengambil panas dari gas buang, yang mungkin dapat

digunakan untuk transfer panas lebih lanjut.

Gas alam mengandung lebih banyak hidrogen dan lebih sedikit karbon per

kg daripada bahan bakar minyak, sehingga akan memproduksi lebih banyak uap

air. Sebagai akibatnya, akan lebih banyak panas yang terbawa pada pembuangan

saat membakar gas alam. Terlalu banyak, atau terlalu sedikit nya bahan bakar

pada jumlah udara pembakaran tertentu, dapat mengakibatkan tidak terbakarnya

bahan bakar dan terbentuknya karbon monoksida. Jumlah O2 tertentu diperlukan

untuk pembakaran yang sempurna dengan tambahan sejumlah udara (udara

berlebih) diperlukan untuk menjamin pembakaran yang sempurna. Walau

demikian, terlalu banyak udara berlebih akan mengakibatkan kehilangan panas

dan efisiensi. Tidak seluruh bahan bakar diubah menjadi panas dan diserap oleh

peralatan pembangkit. Biasanya seluruh hidrogen dalam bahan bakar terbakar.

Saat ini, hampir seluruh bahan bakar untuk boiler, karena dibatasi oleh standar

polusi, sudah mengandung sedikit atau tanpa sulfur. Sehingga tantangan utama

dalam efisiensi pembakaran adalah mengarah ke karbon yang tidak terbakar

(dalam abu atau gas yang tidak terbakar sempurna), yang masih menghasilkan CO

selain CO2.

2.3 Konsep Udara Berlebih

Untuk pembakaran yang optimum, jumlah udara pembakaran yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis. Bagian

dari gas buang mengandung udara murni, yaitu udara berlebih yang ikut

dipanaskan hingga mencapai suhu gas buang dan meninggalkan boiler melalui

cerobong. Analisis kimia gas- gas merupakan metode objektif yang dapat

membantu untuk mengontrol udara dengan lebih baik. Dengan mengukur CO2

atau O2 dalam gas buang (menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau

peralatan Orsat atau beberapa peralatan portable yang murah) kandungan udara

berlebih dan kehilangan di cerobong dapat diperkirakan. Udara berlebih yang

dibutuhkan tergantung pada jenis bahan bakar dan sistim pembakarannya.

Cara yang lebih cepat untuk menghitung udara berlebih adalah dengan

menggunakan gambar 2 dan 3, setelah persen CO2 atau O2 dalam gas buang

diukur.

Untuk pembakaran bahan bakar minyak yang optimum, CO2 atau O2 dalam gas

buang harus dicapai sebagai berikut :

CO2 = 14,5% - 15%

O2 = 2-3 %

2.4 Sistem Draft

Fungsi draft dalam sistim pembakaran adalah untuk membuang produk

pembakaran, yaitu gas buang, ke atmosfir. Draft dapat diklasifikasikan menjadi

dua jenis yaitu :

a. Natural draft

Natural draft merupakan draft yang dihasilkan oleh cerobong. Hal ini

diakibatkan oleh perbedaan berat antara kolom gas panas dibagian dalam

cerobong dan kolom udara luar dengan berat dan luas permukaan yang sama.

Karena lebih ringan dari udara luar, gas buang cerobong cenderung naik, dan

udara luar yang lebih berat mengalir melalui terowongan abu memasuki ruangan

menggantikan tempat gas buang yang naik. Draft biasanya dikontrol oleh damper

yang dioperasikan secara manual yang menghubungkan boiler dengan cerobong.

Tidak digunakan fan atau blower pada sistim ini. Gas hasil pembakaran dibuang

pada ketinggian tertentu sehingga tidak mengganggu masyarakat sekitar.

b. Mechanical draft

Merupakan draft buatan yang dihasilkan oleh fan. Tiga jenis dasar draft

yang digunakan adalah:

Balanced draft : Fan (blower) forced-draft (F-D) mendorong udara menuju

tungku dan sebuah fan induksi draft (I-D) membuang gas ke cerobong, sehingga

menyediakan draft untuk membuang gas dari boiler. Tekanan dijaga antara 0,05

hingga 0,10 inci air dibawah tekanan atmosfir pada boiler dan sedikit positif untuk

memanaskan ulang dan pada perlakuan panas tungku.

Induced draft : Fan induksi draft menarik draft yang cukup untuk mengalir

menuju tungku, sehingga hasil pembakaran dapat terbuang ke atmosfir. Tekanan

udara tungku dijaga pada tekanan sedikit negatif dibawah tekanan atmosfir

sehingga udara pembakaran

mengalir melalui sistim.

Forced draft: Sistim forced draft menggunakan sebuah fan untuk mengalirkan

udara ke tungku, memaksa hasil pembakaran mengalir melalui unit dan kemudian

naik ke cerobong.

BAB III

HASIL PERCOBAAN

3.1 Percobaan Analisa Gas Sisa Pembakaran

No Gas Sisa Pembakaran Volume

1 Co2 29 mL2 CO 13 mL

3 O2 3 mL

4 N2 42 mLTabel 3.1 Hasil percobaan analisa orsat

BAB IV

PEMBAHASAN

Dari hasil percobaan diperoleh data bahwa volume gas yang terdapat pada

gas sisa pembakaran adalah CO2 29 mL, CO 13 mL, O2 3 mL dan N2 42 mL. Gas

yang terbentuk dari sisa pembakaran ini adalah karbon yang bercampur dengan

oksigen di udara sehingga membentuk karbon dioksida (CO2), dengan reaksi :

C+O2CO2

CO2 memiliki volume yang cukup besar, hal ini dikarenakan masih banyaknya

karbon yang belum terbakar sempurna pada saat pembakaran berlangsung, selain

CO2, karbon yang belum terbakar sempurna pun membentuk gas CO yang

melepaskan sejumlah kecil panas, dengan reaksi :

C+ 12

O2

C O

Karbon terbakar yang membentuk CO2 akan menghasilkan lebih banyak panas per

satuan bahan bakar daripada bila menghasilkan CO atau asap.

Sisa gas hasil pembakaran juga menghasilkan oksigen dengan volume 3

mL, sisa gas pembakaran ini memiliki volume yang kecil. Hal ini dikarenakan

oksigen tidak bereaksi sempurna pada saat pembakaran berlangsung, sehingga gas

sisanya pun masih mengandung sedikit oksigen.

Setelah menganalisa volume Co2, CO, dan O2 maka kita dapat menghitung

volume gas berlebih dari pembakaran. Gas berlebih yang dimaksud adalah N2. N2

yang diperoleh memiliki volume yang paling banyak dalam percobaan ini, hal ini

dikarenakan sejumlah tertentu udara berlebih diperlukan untuk pembakaran

sempurna minyak bakar, tetapi jika terlalu banyak udara berlebih dapat

menyebabkan kehilangan panas dan terlalu sedikit udara berlebih dapat

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna.

BAB V

KESIMPULAN

1. Karbon yang tidak sempurna bereaksi dengan oksigen menjadi CO2 dan CO

2. Pembakaran tidak sempurna menghasilkan gas sisa pembakaran CO2, O2, CO,

dan N2.

3. N2 merupakan gas berlebih.

4. N2 menyebabkan pembakaran berlngsung tidak sempurna

DAFTAR PUSTAKA

1. Bureau of Energy Efficiency. Energy Efficiency in Thermal Utilities. Chapter I.

2004

2. Department of Coal, Government of India. Coal and Cement Industry –

Efficient utilization.1985

3. Department of Coal, Government of India. Coal and Furnace Operation –

Improved techniques. 1985

4. www.google.com

LAMPIRAN A

DATA PERCOBAAN

No Keterangan Volume1 Volume awal 100 mL2 Volume penurunan 97 mL

1 CO2 68 mL2 CO 55 mL3 O2 52 mL

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

B.1 Menghitung volume penurunan gas sisa pembakaran pada botol 1

Volume penurunan = Volume awal – Volume penurunan 1

= 100 mL – 96 mL

= 4 mL

B.2 Menghitung volume penurunan 2 gas sisa pembakaran ( Volume CO2)

Volume CO2 = Volume penurunan 1 – Volume penurunan CO2

= 96 mL – 68 mL

= 29 mL

B.3 Menghitung volume penurunan gas sisa pembakaran ( Volume CO)

Volume CO = Volume penurunan 2 – Volume penurunan CO

= 68 mL – 55 mL

= 13 mL

B.4 Menghitung volume penurunan gas sisa pembakaran ( Volume O2)

Volume O2 = Volume penurunan 3 – Volume penurunan O2

= 55 mL mL – 52 mL

= 3 mL

B.5 Menghitung volume sisa gas pembakaran N2

Volume N2 = ( 97 mL – (V1 + V2 +V3 )

= ( 97 mL – (29 mL + 13 mL + 3 mL ) )

= 42 mL

LAMPIRAN C

PROSEDUR KERJA

C.1 Alat

1. Orsat

2. Pembakar

3. Semprong

4. Botol semprot

5. Timer

6. Korek api

7. Penyangga

C.2 Bahan

1. Aquades

2. Api

C.3 Cara Kerja

1. Mengisi botol 6 dengan air hingga air penuh, sehingga air tersebut akan

mengisi pula botol 1

2. Mengatur kran sehingga kran b, c, dan d tertutup sedangkan yang lainnya

terbuka.

3. Menyalakan alat pembakar dan mengalirkan campuran gas hasil

pembakarannya mengikuti arah panah beberapa saat, agar udara yang asal mengisi

saluran terbuang.

4. Mengatur kran a dan menurunkan botol 6 sehingga permukaan air dalam botol

1 turun dan campuran gas mengalir kedalam botol 1. Menaikan kembali botol 6

sehingga gas mengalir lagi keluar.

5. Mengulangi langkah 4 beberapa kali, sehingga udara asal dalam botol 1 dapat

dianggap telah semuanya terdorong keluar. Pada saat botol 6 dinaikan sampai

volume air di botol pada skala nol, kran a pada keadaan terbuka, untuk membuang

gas.

6. Mengatur permukaan air pada botol 1 sehingga berada pada skala 100 mL

7. Menutup kran a dan membuka kran b

8. Menaik turunkan permukaan air di botol 1 sehingga campuran gas mengalir ke

botol 4 dan gas CO2 terserap oleh bahan penyerap NaOH. Mencatat skala yang

digunakan oleh permukaan air di botol 1, misalnya V1 yaitu volume gas CO2

9. Menutup kran b dan membuka kran C

10. Menaik turunkan kran permukaan air pada botol 1 sehingga campuran gas

mengalir ke botol 3 dan gas CO terserap oleh CuCl2. Mencatat skala yang

ditunjukan oleh permukaan air botol 4 misalnya V2 yaitu volume CO.

11. Menutup kran c dan membuka kran d

12. Menaik turunkan permukaan cairan di botol 1, sehingga campuran gas

mengalir ke botol 2 dan gas O2 terserap oleh larutan pirogalol. Mencatat skala

yang ditunjukan oleh permukaan cairan, misalnya V3, yaitu volume gas O2

13. Volume gas N2 = ( 100 – V1 – V2- V3 ) = V4

LAMPIRAN C

PROSEDUR KERJA