Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
31
BAB III
PERTEMUAN KE : 3.
3. BAHAN-BAKAR CAIR
Bahan bakar cair adalah merupakan hydrocarbon component yang didapat dari sumber
alam maupun secara buatan.
Beberapa kelebihan bahan bakar cair dibanding dengan bahan bakar padat adalah :
Sedikit menggunakan tenaga manusia.
Kebersihan dari hasil pembakaran.
Menggunakan alat bakar yang lebih kompak.
Handlingnya yang mudah
Juga pengontrolannya lebih muda dan muda dalam penyalaan awal dan
mengakhirinya.
Salah satu kekurangan dari bahan bakar cair ini adalah “Harus menggunakan proses
pemurnian yang cukup kompleks”.
3 . 1 . Minyak Bumi (Crude Petroleum Oil) & Klasifikasinya.
Minyak bumi diperoleh dengan cara penambangan. Asal mula dari minyak bumi ini
secara pasti tidak diketahui, dan umumnya ditemukan dalam formasi batu-batuan tertentu
yang ribuan tahun yang lampau merupakan dasar lautan. Orang percaya bahwa binatang-
binatang laut pada bagian bawah lautan telah tertanam oleh lapisan batu-batuan dengan
mendapat tekanan yang cukup tinggi. Secara umum mekanisme terbentuknya minyak bumi
tidak banyak berbeda dengan mekanisme terbentuknya batubara.
Minyak bumi juga menggadung komponen-komponen ikutan seperti belerang (S),
Oxygen (O) , Nitrogen (N), pasir dan air (H2O). Walaupun komponen atau komponen dari
minyak bumi berbeda-beda dari satu tambang dengan tambang lainnya, tapi umumnya
ultimate constituents yang secara relatife tetap, presentase carbon ummnya 83 – 87% dan
presentase hidrogennya 11 - 14%.
32
Beberapa coumpound dari minyak bumi terutama adalah merupakan rangkaian
paraffin, naphtene dan aromatic beserta jumlah besar asphaltic material yang tidak
diketahui struktur kimianya. Minyak merupakan campuran dari berbagai macam minyak
sehingga tidak bias dibagi dalam rangkaian yang terpisah karena beberapa molecule dari
minyak mungkin terdiri dari molekul dari beberapa rangkaian. Karena ikatan dari
beberapa molecule minyak dari rangkaian yang berbeda sedimikian kompleksnya maka
minyak bumi dan produk-produk yang diperoleh dari minyak akan mempunyai komponen
dan propesti yang berbeda.
Minyak bumi sering diklasifikasikan oleh sejumlah relatif dari paraffin wax dan
asphalt residu dalam minyak paraffin – base, mixed – base, asphalt – base oil.
Paraffin – base oil : Sebagai contoh minyak dari pensyl vania, yang mengandung
sejumlah besar paraffin wax dengan sedikit atau tanpa asphalt.
Mixed – base oil : mengandung kedua-duanya baik paraffin wax atau asphalt.
Asphalt – base oil : yang mempunyai karateristik yang berlawanan dengan paraffin –
base. (banyak mengandung aspalnya).
3 . 1 . 1 . Rangkaian dari Hydrocarbon.
3 . 1 . 1 . 1 . Rangkaian Paraffin (Alkones)
Rumus kimia dari rangkaian ini adalah Cnh2n + 2, struktur kimianya adalah rantai
(chain).
Nama dari keluarga paraffin ini ditandai dengan akhirnya ane dengan kata dasar
menunjukan jumlah atom carbonya.
1 – meth 2– eth 3 – pron 4 – but 5 – pent
6 – hex 7 – hept 8 – oct 9 – non 10 – dec
Sebagai contohnya yang paling sederhana adalah propane :
H H H
l l l
H - C - C - C - H
l l l
H H H (C3H8)
33
Rangkaian paraffin merupakan hydrocarbon jenuh (saturated) karena setiap valensi dari
carbondipenuhi oleh Hydrogen atom, yang mana mengakibatkan rangkaian ini mempunyai
stabiltas yang tinggi.
Pada motor bensin dengan bahan bakar dari rangkaian ini kemampuan dari bahan bakar
untuk tidak berdetonasi akan turun dengan drastis jika panjang rantai normalnya naik.
Sebagai skala patokan pada pengukuran kecendrungan bahan bakar untuk tidak
berdetonasi yang ditujukan dalam angka oktan adalah iso octane (2,2,4 trimethyl pentane)
dengan angka octan = 100 dan 0 – heptane dengan angka oktan = 0
H CH3 H CH3 H
l l l l l
H - C - C - C - C - C - H
l l l l l
H CH3 H H H (C6H18 atau 2,2,4 trimethyilpentane)
H H H H H H H
l l l l l l l
H - C - C - C - C - C - C - C - H
l l l l l l l
H H H H H H H (C7H16 atau heptane)
Kemampuan bahan bakar untuk tidak berdetonasi secara kasar , merupakan
kesebandingan dengan temperature pelayanan sendiri (self ignition temperature), sehingga
bahan bakar yang jelek untuk motor bensin merupakan bahan bakar yang baik untuk motor
diesel. Dalam hal ini hexacecane (cetane)- C16H34 mempunyai temperature penyalaan
sendiri yang rendah merupakan bahan baker yang bagus untuk mesin diesel.
Sebagai skala patokan pada pengukuran kecenderungan bahan bakar untuk tidak
berdetonasi. Pada diesel yang ditujukan dengan angka cetana = 100 dan C10H22
(Heptamethylnanane) dengan angka centana = 15.
34
Alkenes ini bersifat stabil dalam penyimpangan pembakaran yang bersih, dan karena
mempunyai kemungkinan maximum untuk mengikat Hydrogen sehingga mempunyai
HHV yang tertinggi dan density yang terendah.
3 . 1 . 1 . 2 . Rangkaian Olefin. (Alkenes)
Rumus kimia dari rangkaian ini adalah CnH2n dengan struktur kimia adalah rantai
terbuka.
Nama dari keluarga olefin ini ditandai dengan akhiran ene dengan kata dasar yang
sama aturannya dengan rangkaian paraffin.
Contoh :
H - C = C - H
l l C2H4 ataua ethane ethylene
H H
Rangkaian ini merupakan rangkaian yang tidak jenuh (unsaturated) yang ditujukan
dengan dua tangan (double bond) sehingga olefin secara kimia merupakan bahan yang
aktif yang bisa terikat dengan mudah dengan hydrogen membentuk rangkaian yang lain.
Olefin bisa juga terikat dengan oxygen membentuk residu yang tidak diinginkan :
Gum yang merupakan factor dari senog.
Seperti juga paraffin, olefin mempunyai pembakaran yang bersih dan nilai oktan yang
lebih tingi.
Rangkaian Diolefin.
Seperti kimia dari Diolefin adalah CnH2n – 2 dengan struktur kimia adalah rantai
terbuka dengan dua double bond (two – doble bond). Rangkaian ini merupakan rangkaian
yang tidak jenuh.
Nama dari rangkaian ini ditandai dengan akhiran diema.
Contoh :
H H H
l l l
H - C = C - C - C - C = C - C - H
35
l l l l l l l
H H H H H H H
(C7H12 or 1 – 5 heptadiene)
Diolefin adalah merupakan komponen bahan bakar yang tidak diinginkan karena
dalam penyimpangan terjadi reaksi yang menjadikan bahan bakar berwarna, dan
terbentuknya Gum ini akan membuat deposit pada mesin yang mengganggu kerja mesin
terutama pada karburator dan katup-katupnya.
3 . 1 .1 .3 Rangkaian Napthene atau Cycloparaffin.
Rangkaian napthene punya rumus kimia seperti olefin (CnH2n) dengan struktur ring
(close - chain), rangkaian ini merupakan rangkaian yang jenuh (saturated).
Nama dari rangkaian ini ditandai dengan awalan Cyclo dengan dilanjutkan dengan
dilanjutkan dengan aturan yang sama pada rangkaian paraffin.
Contoh :
H H
H C H
C C (C5H10, Cyclo petane)
H H
C C
H H H H
3 . 1 .1 .4. Rangkaian Aromatic. (Benzene derivatives)
Anggota dari keluarga Benzene mempunyai rumus umum CnH2n – 6, merupakan hydro
– carbon yang tidak jenuh (unsaturated). Struktur kimianya adalah rantai tertutup (close –
chain) dengan C mempunyai tangan double tapi dengan posisi berseling anatara carbon
atom, sehingga diberi nama Aromatic (ikatan aromatic).
36
H
C
H 1 H
C6 2C
C6H6 atau Benzene
C5 3C
H 4 H
C
H
H
C
H CH3
C C
C7H8 atau Toulene
C C
H H
C
H
Walaupun merupakan rangkaian yang tidak jenuh tapi karea mempunyai ikatan carbon
yang aneh sehingga aromatic mempunyai sifat kimia yang lebih stabil dibanding ikatan
tidak jenuh yang lain. Kenyataannya, merupakan rangkaian yang tahan terhadap
autognition dan lebih baik dibanding iso - octane.
Anggota keluarga aromatic ini adalah bahan bakar bensin yang sangat baik dimana
diproduksi dengan seacar catalytic cracking atau secara thermal cracking. Benzene yang
depasan dirsebut Benzol adalah campuran bahan bakar yang baik untuk manaikan nilai
octane. Ada beberapa bibcyclic dan polycyclic aromatic dalam minyak bumi. Rangkaian
nepthalene dari aromatic yang ditemukan dalam minyak bumi dengan ring double
ataustruktur rin benzene yang terkondensasi dengan rumus umumnya CnH2n – 12, misalnya
alpha-methylnapthalene yang mempunyai angka cetane 0.
37
H CH3
H C C H
C C C
C11H10 atau alpha -methylnapthalene.
C C C
H H
C C
H H
Perlu diketahui bahwa aromatic bersifat berasap pada pembakarannya, sehingga untuk
bahan bakar jet dibatasi pemakaiannya.
3.1.1.5. Permurnian Minyak Bumi (Refining).
Gambar 3. 1. Proses pemurnian minyak bumi.
38
Tingkat permulaan dari proses pemurnian dari minyak bumi adalah melakukan
minyak bumi panas (setelah melalui heater) kedalam Fractionating Tower dimana minyak
bumi dipisah-pisahkan menurut boiling-pointnya. Minyak dengan boiling-point yang lebih
rendah akan diperoleh tingkat yang lebih atas (pada Tower). Fraction yang paling atas
disebut straight-run Gasolin yang merupakan bagian yang yang ringan dari minyak bumi.
Minyak dengan boling-point tinggi akan keluar sebagai Raw-kerosene. Begitu seterusnya
sehingga pada tingkat-tingkat yang lebih rendah akan diperoleh Light fuel oil, Heavy gas
oil, Lube Distillate dan Heavy bottom. Dimana Lube Distillate dan Heavy bottom
merupakan product akhir, jika minyak bumi merupakan paraffin-base oil produk akhirnya
adalah cylinder stock (bahan pelumas), jika minyak bumi merupakan asphalt atau
mixedbase produk akhirnya adalah Lube Distillate dan aspghalt.
Karena yang mempunyai nilai octane yang tidak menentu, sehingga memerlukan
proses lagi untuk menaikkan nilai octananya (Chemical purifying treatment). Dan dengan
naiknya kebutuhan akan gasoline, diperlukan suatu proses yang dapat merubah produk-
produk lain dari tingkat permulaan menjadi gasoline.
Orang pertama menggunakan Thermal cracking (1913) dimana temperature yang
tepat untuk pembuatan gasoline (campuran dari silica, alumina dan nikel oksida) maka
orang bisa memperoleh proses cracking yang lebih baik (Catalytic cracking).
Gasoline yang diproduksi dari proses Catalytic Cracking mempunyai nilai octana yang
cukup tinggi, sehingga pada waktu sekarang banyak digunakan catalytic cracking dari
pada thermal-cracking.
Cracking : Decomposisi dari molekul hydrocarbon berat menjadi molekul compound
yang lebih sederhana dengan boiling-point yang lebih rendah.
Thermal Crecking : adalah proses cracking dari minyak berat (heavy oil) dengan
menggunakan panas yang tinggi, dimana minyak berat dipanaskan pada
temperature 850 – 1100 0F dengan tekanan yang cukup tingggi (75 psi untuk
Batch prbses dan 200 psi untuk conti nues proses) dalam waktu yang relative
lama. Unsur – unsure ringan dari cracking akan meninggalkan (menguap) dan
dikondensasikan.
Catalytic Cracking : Minyak berat dipanaskan sampai temperature 825 0F dengan
tekanan 30 psi dan dialirkan melalui catalyst member yang dilapisi dengan
silica, alumina dan nikel oksida, uap yang terbentuk kemudian dipisahkan
39
(Fractionated).
Produk-produk Dasar.
Secara umum produk akhir dari proses pemurnian minyak bumi adalah :
1. Volatile products-Liguafied gas, natural gas
2. Light oils-gasoline, Jet fuel, kerosene
3. Distillates-Diesel fuel, furnace distillates, gas oil.
4. Lubricating oils
5. Greases & Waxes
6. Residues-fuel oil, coke, asphalt, carbon black, dll
7. Specialities-medicinal products, Chemicals, insacticides dll
3.2. Sifat-sifat Fisik dari Produk Minyak Bumi (Physical Properties).Sifat-sifat fisik dari produk minyak bumi merupakan bagian yang penting untuk
diambil sebagai dasar perhitungan mengenai hal-hal yang berhubungan dengan minyak
bumi selain sifat-sifat kimia dari minyak bumi.
3.2.1. Spesific Gravity & API Grafity.
Spesific grafity dan API gravity adalah suatu pernyataan yang menyatakan density
(kepadatan) atau berat persatuan volume dari suatu material. Spesific gravity & API
grafity di ukur pada temperature minyak bumi 60 0F, perkecualian dilaksanakan pada
asphalt yaitu pada temperature 77 0F (25 0C). Hubungan antara specific gravity & API
gravity adalah sbb.
Deg. API =
Specific gravity =
40
Besarnya harga dari API gravity adalah 0 – 100, sedang specific gravity adalah
merupakan harga relative dari density suatu material terhadap air atau udara. Hubungan
antara Density dan specific gravity adalah sebagai berikut .
Density ; 1b/ft3 , kg/m3
Specific gravity terhadap air =
Untuk gas specific gravitynya diukur terhadap udara.
3.2.2. Tekanan Uap ( Vapor pressure).
Tekanan uap dari suatu material menunjukan tekanan dimana material tersebut
akan mengembang (menguap) pada suatu ruangan tertutup, pada temperature tertentu.
Hal ini adalah penting untuk diketahui dalam hubungannya dengan :
a. Keamanan dalam transport
b. Kantong-kantong uap pada saluran gasoline
c. Kemampuan untuk mudah di start untuk bahan bakar motor.
Tekanan uap biasanya diukur pada temperature 100 0F untuk produk minyak bumi yang
mempunyai sifat volatile dan tidak kental.
3.2.3. Boiling Point.
Titik didih dari suatu material adalah temperature dimana material tersebut
mendidih pada tekanan atmosfir.
3.2.4. Flash & Fire Point
Adalah temperature pada keadaan dimana uap diatas permukaan minyak bumi
akan terbakar dengan cepat (meladak) atau terbakar secara continue apabila nyala api
didekatkan padanya.
3.2.5. Warna (Color).
Warna dari suatu produk minyak bumi menunjukkan derajad proses
pemurniaanya, selain dari pada itu minyak dengan titik didih yang berbeda dan dari
minyak bumi yang berbeda akan memberikan warna yang berbeda.
Sebagai contoh penyebab dari minyak hasil distilasi yang berwarnah adalah :
41
1. Temperatur yang terlalu tinggi pada proses thermal decomposition
2. Adanya material yang berwarna hitam atau terdapatnya bahan ter yang masih
terkandung.
3.2.6. Kekentalan (Viscosity).
Kekentalan dari suatu minyak adalah menunjukan sifat menghambat terhadap
aliran dan menunjukan sifat pelumasannya pada permukaan benda yang dilumasi.
Kekentalan bias didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk menggerakan suatu
bidang dengan luas tertentu pada jarak tertentu dan dalam waktu tertentu pula.
Dalam cgs system dari viscosities adalah poise atau centipoises (0,01 poise)
1 poise = 1 gr/sec cm atau 1 poise = dyne s/cm2
- Relative Viscosity.
Adalah perbandingan dari viscositas suatu cairan terhadap air pada temperature 68 0F, viscositas dari air pada 68 0F adalah 1,002 Centipoise.
- Kinematic Viscosity.
Adalah viscositas (centipoises) dibagi spesefic gravity yang diukur pada
temperature yang sama. Satuannya dalam stokes atau centi stokes. (1 stoke = 1 cm2/sec)
- Fluidity.
Adalah harga kebalikan dari viscosities. Viscosites dari suatu cairan diukur
dengan menggunakan viscosimeter
1. Saybolt Universal Viscosity.
Viscositas dari suatu cairan diukur dalam satuan waktu dengan menggunakan tabung 60
cc yang dibawahnya diberi orifice yang dilaksanakan pada temperature tetap.
Viscositas dari minyak pelumas biasanya diukur dalam universal viscosity pada
temperature 100, 130 atau 210 0F, dan dinyatakan dalam saybolt universal seconds
(SUS atau SSU)
2. Sayabolt Furol Viscosity.
42
Viscositas diukur dengan prosedur yang sama dengan universal viscosity, hanya dengan
menggantikan orifice dengan ukuran yang lebih besar. Viscositas dari minyak bakan
biasanya diukur dalam Furol viscosity pada termperatur 122 atau 210 0F
Catatan : Minyak bakar dalam hal ini heavy oil
3. Rec wood viscosity & Engler Viscosity.
Rec wood viscosity adalah merupakan ukuran viscositas yang digunakan di Inggris,
demikian juga Engler Viscosity merupakan ukuran viscositas yang digunakan di
Jerman.
Harga kinematic viscosity dalam stokes dapat diperoleh dari rumus approximation
dibawah ini, dimana t adalah waktu yang diperlukan untuk mengosongkan tabung minyak
(second)
Say bolt Universal; Kinematic viscosity
Bila 32 < t < 100 v = 0.00226 t – 1,95/t
Bila t 100 v = 0.00220 t – 1,35/t
Say bolt Furol ;
Bila 25 < t < 40 v = 0.0224 t – 1,84/t
Bila t ≥ 40 v = 0.0216 t – 0.60/t
Red wood Admiralty (II) v = 0.027 t – 11,20/t
Engler v = 0.00147 t – 3,74/t
- Viscosity Indes.
Adalah suatu system empiris untuk menunjukkan kecepatan perubahan viscositas dari
minyak pada perubahan dalam temperaturnya. Dalam hal ini merupakan index kepekaan
viscositas dari minyak terhadap peubahan temperature. Pengukurannya adalah didasarkan
pada perbandingan dari viscositas minyak bumi yang dipilih, yang mempunyai batas
maximum dan minimum dari kepekaan viscositas terhadap temperature.
Index tersebut dalam range 0 – 100, minyak dengan index diatas 100 dapat dibuat juga dari
berbagai macam campuran minyak bumi, dan penambahan additive.
3.2.7. Cloud & Pour Points
Minyak bumi bila didingankan akan menjadi plastic solid sebagai hasil dari pemisahan
dari wax (lilin) atau penggumpalan dari hydrocarbon. Pada beberapa macam minyak,
43
pemisahan lilin akan terlihat pada temperature sedikit diatas temperature padatnya, bila
temperature mencapai kondisi tersebut diketahui Cloud point.
Pada minyak dimana lilin tidak terpisah pada waktu terjadi pemadatan atau terjadi
pemisahan tapi tidak bisa dilihat mata, maka cloud point tidak bias diketahui. Pada minyak
dimana tetap bias mengalir pada temperature terendah sebelum pemadatan disebut Pour
point.
Hal ini merupakan bagian yang penting untuk menjamin minyak pelumas tetap bercirculasi
dalam hubunggannya dengan start dari mesin dalam keadaan dingin.
3.2.8. Knock Karakteristic.
Normal haptane dan 2,2,4 trimetlyloentane dipakan sebagai standard untuk menentukan
nilai octane suatu minyak dengan menggunakan mesin dari CFR. Satuan dari intensitas
knock yang mana diketahui sebagai nilai octane, adalah didefinisikan sebagai prosentase
volume dari iso octane (2,2,4 trymethypentane) dan normal hectane. Range octane diatas
100 bisa diperoleh dengan memberikan TEL (tetra ethyleod – (C2H5)4 pb) atau dengan
memberikan additive lainnya.
3.2.9. Test untuk Bituminous & Semi solid Materisis.
Test yang dilaksanakan pada bahan asphalt adalah untuk mengetahui ductility,
penetrasi, specific gravity.
3.2.10. Gum & Gasoline.
Untuk mengetahui kandungan atau adanya Gum dalam gascoline adalah penting karena
akan membentuk deposit pada penyimpanan dan pada bagian-bagian mesin, adanya Gum
dalam gasoline dinyatakan dalam Gum stability.
3.3. BENSIN (GASOLINE).Bensin yang dijual dipasaran adalah campuran dari sejumlah produk yang dihasilkan
dari beberapa proses. Dengan cara percampuran (blending) tersebut maka sifat dari bahan
bakar dapat diatur untuk memberikan karakteristrik operasi seperti yang diinginkan.
Sehingga bensin harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :
Karakteristik Knock. Persyaratan yang ada sekarang adalah nilai oktan, bahan bakar
harus mempunyai nilai oktan sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh motor. Motor
dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi memiliki tekanan inikatif rata-rata
44
yang lebih tinggi pula sehingga memerlukan bahan bakar dengan angka oktan yang
lebih tinggi (gambar dibawah memberikan gambaran secara umum).
Kemudahan menguatp (Volatility). Bahan bakar bensin harus mempunyai sifat mudah
menguap, hal ini akan berkaitan dengan ;
a. Karakteristik Starting
Motor akan mudah untuk distart apabila sebagian dari bahan bakar mempunyai titik
didih yang rendah sehingga akan mudah terbentuk uap bahan bakar yang bersam
dengan udara merupakan campuran yang mudah terbakar
b. Karakteristik kantong uap (Vapor-lock)
Bahan bakar harus mempunyai tekanan uap rendah pada temperature disaluran
bahan bakar. Hal ini bertujuan untuk menhindari penguapan disaluran masuk dan
Gambar 3.2. Imep and CCR versus ON.
pada ruangan pengapung di karburator sehingga mengakibatkan terhentinya atau
terhambatnya aliran bahan bakar.
Indi
cate
d M
ean
Effe
ctiv
e Pr
essu
re P
erce
nt
Octane Number
Com
pres
sion
Rat
io
45
c. Kemampuan Jalan (Running Performance)
Secara umum bahan bakar dengan temperature distilasi yang terendah lebih
diinginkan, hal ini akan memberikan waktu percampuran udara dan bahan bakar
yang lebih singkat untuk membentuk campuran yang mudah terbakar .
d. Dilusi di kotak poros engkol (Crank Case Dilution)
Dilusi dengan minyak pelumas bisa terjadi bila bahan bakar berkondensasi atau
tidak menguap dalam motor, sehingga diinginkan bahan bakar dengan rane
temperature distilasi yang rendah.
Sifat-sifat bensin yang dipasarkan di Indonesia terdapat pada table.
Tabel 3. 1.. Sifat-sifat bensin premium.
SIFAT BATASAN METODE TEST
Min Max ASTM LAIN
Konock Rating D-2699
Research Helene Number ON 87
T.F.I. Content ml/AC 2,5 /mil gallon D-526 IP-116
D-86
Distillation
10% vol.evap.to oC 74
50% vol.evap.to oC 88 125
90% vol.evap.to oC 180
End Point oC 205
20% - 10% evap oC 8 1)
Residue % vol 2,0
R.V.P.at 100oF psi 9,0 1) D-323
Existent Gum mg/100 ml 4 D-381
Induction Period min 240 D-525
Sulphut Content % wt 0,20 D-1266
Copperstrip corrosion 3hrs/122oF No.1 D-130
Doctor Test or Negative D-484
Alternatively Mercaptan Sulphur %wt 0,0015 D-1219
Colour Yellow
46
Dye content : Yellow gr/100 AC 0,5
Odour Marketable.
1) Penyesuaian dibenarkan dengan menggunakan volatility adjustment table.*) Lihat peraturan Ditjen MIGAS No. 002/P/DM/MIGAS/1979.
3.3.1. Kecepatan Ketukan (Knock)
Kecepatan ketukan dari bahan bakar bensin diperoleh dengan membandingkan bahan
bakar tersebut yang merupakan campuran dari berbagai bahan bakar murni dengan bahan
bakar standar. Sebagai bahan bakar standar adalah normal heptanes dengan angka oktan 0
dan 2, 2, 4 – trimetil pentane ( iso oktan) dengan angka oktan 100. Angka oktan bahan
bakar 80 menunjukan bahwa bahan bakar mempunyai pembacaan ketukan yang sama pada
motor standar (CFR-Coordinating Fuel Research Engine) dengan bahan bakar uji yang
terdiri dai campuran (volumetric) 80 bagian iso oktan dan 20 bagian normal heptanes pada
kondisi pengoperasian yang sama. Metode pengujian yang dilakukan sesuai dengan
standar yang ada, misalnya dapat digunakan standar ASTM skala pembacaan pada motor
standar bisa dinaikkan diatas 100 yaitu dengan menambahkan tetra ethyl leod pada iso
oktan.
Bahan bakar uji yang mempunyai angka oktan diatas 100 ada dua cara untuk menyatakan :
- 100 + penambahan TEL (mis. 1,2 ml Tel-per gallon)
- Dicari dari rumus :
ON (diatas 100) =
T = ml TEL/gal.
3.3.2. Kemudahan Menguap (Volatility).
Bahan bakan bensin pada umumnya terdiri dari campuran (blanding) beberapa macam
bahan bakar murni. Pada suatu temperature dan tekanan tertentu fase uap dan fase cair
bahan bakar akan terdiri dari beberapa unsure (macam bahan bakar murni) pembentuk.
Misalnya bahan bakar yang terdiri dari campuran yang mengandung 5 mol butane dan 95
mol iso oktan dibawa ke temperature 100 0F, jika penguapan yang terjadi sangat kecil (bisa
diabaikan) tekanan uap bahan bakar tersebut adalah :
47
P =∑ xi p1
xbutane = 0,05pbutane = 51,6 psiaxisookten= 0,95p Isooktan = 1,72 psia
p = 0,05 . 51,6 + 0,95 . 1,72 = 4,20 psia.
Dengan berlanjutnya penguapan maka bahan bakar yang mudah menguap akan
pertama-tama meninggalkan, kandungan butane dalam cairan akan turun dan tekanan uap
juga akan turun (mendekati batas 1,72 psia). Untuk pemakaian di daerah dengan
temperature rendah (musim dingin) diinginkan kandungan butane yang lebih banyak untuk
memudahkan starting, kebalikannya untuk daerah panas kandungan butane diinginkan
lebih sedikit untuk menghindarkan terjadinya kantung uap (vapor-lock).
Perhitungan untuk keseimbangan penguapan dari bahan bakar yang terdiri dari berbagai
unsure sangat sulit dilaksanakan, hal ini disebabkan oleh :
Unsur-unsur yang dikandung bahan bakar sangat banyak dan tidak diketahui
benar
Rumus empiris yang ada belum bisa memberikan hasil yang sangat tepat
Karena alasan tersebut diatas perlu digunakan metode sederhana untuk menduga
kemudahan dari bahan bakar untuk menguap di dalam motor bensin dengan temperature,
tekanan dan perbandingan udara-bahan bakar tertentu yang dipunyainya..
Pengujian sederhana dilakasanakan dengan mendistilasi bahan bakar dalam peralatan uji
seperti gambar 3.
48
Gambar. 3. Peralatan Uji Distilasi ASTM
Bahan bakar yang diuji dimasukan dalam gelas (flask) sebanyak 199 ml, temperature
dicatat pada saat tetes pertama jatuh di gelas penampung. Demikian juga apabila jumlah
tetes dalam gelas penampung mencapai 5, 10, 15% dan selanjutnya hingga tetes terakhir
(merupakan titik temperature akhir-end point temperature). Perlu diketahui bahwa pasti
ada sejumlah kecil bahan bakar yang tidak ikut menguap (residu) dan bahan bakar yang
tidak sempat terondensasi (sebagas loss).
Contoh hasil destilasi dari bahan bakar yang merupakan campuran dari isotoktan dan
n-pentane terlihat dalam gambar 4.
Thermometer
Condenser tube
Ice Water bathFlask
Fuel for Test
Bunsen Burner
Graduated Receiver
49
Gambar. 4. Kurva destilasi.
Peralatan uji yang lain seperti diperkenalkan oleh Bridgeman dan Brown adalah peralatan
untuk mensimulasikan kondisi sebenarnya dari motor, prosesnya disebut distilasi
keseimbangan udara (EAD) seperti ditunjukkan pada gambar 5.
Manometer
Heating Coil
Thermometer
Gasoline Intake
Cooling Coil
Separator
Vapor Air Mixture Outlet
Equilibrium Coil
Air Coil
Air Intake
Liquid Receiver
Manometer
Heating Coil
Thermometer
Gasoline Intake
Cooling Coil
Separator
Vapor Air Mixture Outlet
Equilibrium Coil
Air Coil
Air Intake
Liquid Receiver
50
Gambar. 5. Destilasi Keseimbangan Udara.
51
3.4. BAHAN BAKAR DIESEL.
Bahan bakar disel yang dijual dipasaran adalah hasil dari destilasi langsung
( straight-run ), cracking atau merupakan campuran ( blending ). Walaupun dalam
pembicaraan ini terutama mengenai bahan bakar disel tapi karena salah satu factor yang
penting yaitu ignitability menyangkut factor yang perlu pada bahan bakar minyak untuk
turbin gas dan jet, maka scope pembicaraan juga akan menjangkau hal tersebut diatas.
Untuk menyediakan bahan bakar yang baik untuk motor diesel bukanlah hal yang
sederhana seperti pada motor bensin, hal tersebut disebabkan karena proses pembakaran
yang heterogen pada motor diesel sehingga membuatnya kompleks, yang mana tergantung
pada karakteristik injeksi bahan bakarnya. Secara umum coservasi yang bisa dilakukan
terhadap bahan bakar diesel adalah mengenai :
Karakteristik Knock, bahan bakar diesel harus mempunyai catatan rating ( atau angka
cetane ) yang cukup tinggi untuk menghindari knock.
1. Karakteristik starting, bahan bakar harus memberikan / membuat mesin mudah
distart sehingga bahan bakar harus tinggi volatilynya, membentuk campuran yang
mudah terbakar dengan cepat, cetane rating yang tinggi sehingga temperatur
penyalaannya ( ignition temp ) rendah.
2. Asap dan Bau, bahan bakar harus tidak mempunyai kecenderungan membentuk
asap dan berbau pada gas buangnya. Secara umum bahan bakar yang mempunyai
volatility yang baik akan terbakar dengan cukup sempurna sehingga tidak terbentuk
asap.
3. Korosi dan Keausan, bahan bakar harus tidak menyebabkan korosi sebelum
pembakaran atau korosi dan keausan sesudah pembakaran. Hal ini berhubungan
dengan kandungan belerang, abu dan residu dalam bahan bakar.
4. Mudah di Handle, bahan bakar harus mudah mengalir dan mempunyai titik
nyala ( flash poin ) yang tinggi supaya aman.
3.4.1. Pengujian pada Bahan Bakar Diesel.
52
Untuk memenuhi persyaratan tersebut di atas dilakukan test pada bahan bakar yang
meliputi test mengenai :
a. Viscosity.
Viscositas bahan bakar mempunyai pengaruh vyang besar terhadap bentuk dari
semprotan bahan bakar. Dimana untuk bahan bakar dimana bahan bakar dengan
semprotan yang tinggi akan memberikan atomisasi yang rendah sehingga mesin sulit di
start dan gaz buang yang berasap. Jika viskositas bahan bakar rendah akan terjadi
kebocoran pada pompa bahan bakarnya dan mempercepat keausan pada komponen
pompa dan injector bahan bakar. Untuk mesin berkecepatan tinggi diinginkan bahan
bakar dengan SU viscosity 35-75 sec (6uml pada temperature 100°f).
b. Belerang.
Diketahui bahwa kadar belerang dalam bahan bakar adalah penyebab keausan pada
bagian- bagian mesin, karena dalam proses pembakaran dengan jumlah axcess air yang
keluar akan terbentuk belerang terioksida (SO3) yang dengan minyak pelumas akan
membentuk varnish yang keras dan juga carbon, apabila dengan H2O akan membentuk
asam belerang. Keausan terjadi karena asam yang korosif dan gerusan oleh carbon
material. Kandungan belerang dibatasi secara ekonomis sampai 0.5%.
c. Carbon residu.
Apabila bahan bakar dibakar dengan sejumlah oksigen yang terbatas akan
menghasilkan residu berbentuk carbon. Residu carbon yang tinggi akan membentuk
deposit pada ruang bakar. Untuk mengukur carbon residu dilakukan dengan conradson
carbon test dimana bahan bakar dipanaskan pada temperature tinggi dalam waktu yang
lama, sebagian dari bahan yang tersisa merupakan carbon residu. Untuk light distillate
oil kira- kira 10% dari bahan yang tersisa merupakan carbon residu.
d. Abu (ash).
Abu merupakan residu dari bahan bakar yang tidak bisa dibakar, merupakan penyebab
keausan karena abrasiveness dari abu.
e. Air dan sodium.
53
Kebersihan dari bahan bakar diesel merupakan syarat mutlak, karena kotoran dari air
adalah penyebab keausan pada system pompa bahan bakarnya. air garam terutama
merupakan bahan yang korosif.
f. Flash point.
Flash point merupakan factor yang penting untuk keamanan terhadap kebakaran.
Minyak bakar mempunyai flash point 150- 300°F.
g. Distillation.
Untuk mengetahui tingkat volatility dari bahan bakar salah satunya diukur dengan
cara distilasi. Temperatur dimana seluruh bahan bakar habis diuapkan (dengan
tertinggal residu) dinamakan end – point temperature. Karakteristik yang paling
penting adalah temperature yang rendah untuk 50 %, 90 % distillasi dan end –
point temperature, dimana diinginkan end – point temperature kurang dari 700° F.
h. Ignition Quality.
Kemampuan bahan bakar untuk mudah terbakar oleh auto ignition disebut ignition
quality. Untuk mengkorelasikan antara sifat fisis dari bahan bakar dan cetane
rating, digunakan angka index yaitu Diesel index atau ignition quality, karena
bahan bakar paraffin mempunyai catane rating yang tinggi maka bisa disimpulkan
bahwa adanya paraffin compound dalam bahan bakar berhubungan dengan ignition
quality. Penentuan diesel index ( ignition quality ) dari bahan bakar dibuat dengan
mengukur aniline point ( temperature dimana bahan bakar dan aniline tercampur
dengan sempurna ), dengan menggunakan rumus impiris :
D I = aniline point ( ° F ) x API grav ( 60 ° F )
( aniline merupakan aromatic compound dengan rumus kimia C₆H₅NH₂ )
D I dan cetane rating dari bahan bakar untuk Diesel putaran tinggi adalah 40 -60,
dimana angka cetane kurang dari 40 akan terjadi Knock.
i. Nilai Panas.
100
54
Nilai panas dari bahan bakar diesel diukur dengan bomb kalori meter. Untuk
memperoleh perkiraan nilai panasnya bisa dipakai rumus empiris dibawah ini :
HHV = 18.650 + 40 ( API – 10 ) BTU/Lb
API adalah API garv pada 60℉
Catatan :
Cetane Rating.
Untuk mengukur cetane rating dari bb digunakan CFR engine. Untuk bahan bakar,
misalanya mempunyai cetane rating 66, berarti bahwa bahan bakar tersebut
mempunyai ignition delay yang sama dengan campuran 66 % cetane dan 34 % 1 –
mathylnaphthalane.
55
Gambar. 6. CFR Engine.
Tabel 3.2. Spesifikasi Bahan bakar solar ( HSD ) yang berlaku di Indonesia dewasa ini.
Charactaristik Gas oil ( HSD ) Test MethodsA.D.O
56
Spesifik gravity 60/60 ℉ 0.820 to 0.865 ASTM D
1298
Flash poin (P.M.cc) °f Min 154 (68°C) ASTM D 93
Viscositiy Kinematic at 100 °F cs 1.6 to 5.8 ASDM D 445
Pour poin max °F 65 ASDM D 97
Cloud poin max °F 60 ASDM D 97
Sediment Content % wt max. 0.01 ASDM D 473
Water contemt % wt max 0.65 ASDM D 95
Colour ASTM max 3.0 ASDM D
1500
Ash content % wt max 0.01 ASDM D 428
Carbon residue (conratson) % wt max 0.05 ASDM D 189
Sulfur content % wt max 0.3 ASDM D
1551
Copper strip corrosion max. No.1 ASDM D 130
Strong acid number mg KOH/g nil ASDM D 974
Total acid number mg KOH/g max. 0.6 ASDM D 974
Cetane Number min. 45 ASDM D 613
Recofery at 300°C % vol min. 40 ASDM D 86
3.5 BAHAN BAKAR UNTUK GAS TURBIN DAN JET.
Stationer gas turbin, biasanya direncanakan selain untuk membakar bahan bakar
gas juga minyak ringan ( grade 2 atau 2D, lihat table 3). Untuk gas turbin dengan
ukuran yang besar biasanya direncanakan untuk membakar minyak berat (grade 4
atau 6, lihat tabel 4 ). Yang perlu diperhatikan untuk bahan bakar turbin gas adalah
sifat tidak korosi dan tidak membuat deposit. Sifat dari bahan bakar untuk turbin
ini adalah tidak terlalu kompleks karena turbin gas beroperasi pada beban dan
kecepatan yang mendekati konstan.
Tabel. 4.
57
Requirement ASTM D1655 Mil-J-5624
Designation Jet A jet B Jp-1 JP-3 j p-4 j P-5 JP-6
Flash point, •1: (min-max) 110-150 110 (min)
140 (min)
Freezing point, •F (max) -40 f - 60 -76 -76 -76 -55 -65
Gravity,,AP1 (min-max) 39-51 45-57 3.5 (max) 50-60 45-57 36-48 37-50
Vapor pressure, Reid psig (min-max) 0-3 5-7 2-3
Distillation, • F
10 percent max 400 410 400
20 percent max 290 240 290
50 percent max 450 370 350 370
90 percent max 470 490 470 470
EP max 550 572 550
Heating value, lower, (Btu/lb„,) min 18,400 18,400 18,300 18,400 18,400 18,300 18,400
Sulfur, (percent by mass) (max) 0.3 0.3 0.2 0.4 0.4 0.4 0.4
Smoke point,t mm (min) 25 20
Aromatics, vol. percent, (max) 20 20 20 25 25 25 25
Potential gum, mg/100 ml (max) 14 14 8 14 14 14 14
Jet bahan bakar yang mempunyai sifat seperti kerosene (grade JP – 1, lihat tabel 4 )
adalah jenis bahan bakar, yang pertama kali dipakai untuk bahan bakar jet. Bahan bakar
yang banyak di pakai sekarang ( JP-3 & JP-4 ) merupakan bahan bakar dengan boiling
range yang besar ( mempunyai perbedaan yang besar pada 10% - 90 % distillation
temperature ), yang mana berada antara gasoline dan kerosene.
3.6. KEROSENE.
Kerosene merupakan bahan bakar untuk di gunakan sebagai minyak bakar
( burning oil ), minyak lampu atau juga digunakan sebagai bahan bakar jet. Nilai atau
harga dari kerosene tergantung pada kelakuan kerosene sebagai bahan bakar pada test yang
58
dilakukan dengan cara membakar dan dengan menggunakan lampu. Pengujian yang
dilakukan dengan membakar kerosene ( burnig test ), kerosene mempunyai kecenderungan
menghasilakan asap hitam, asap putih pada cerobong ( chimney ) dan membentuk jamur
pada sumbu. Asap hitam (smoking ) terutama disebabkan karena struktur aromatic
hydrocarbon, asap putih mungkin disebabkan karena disulfide dan pembentukan jamur
diperkirakan berhubungan dengan adanya aromatic dan disulfide.
Tingkat kecenderungan kerosene untuk menghasilkan asap hitam diketahui dengan
melaksanakan test untuk mengetahui “ smoke point “, smoke point adalah tinggi dari flame
(nyala ) dengan menggunakan lampu standart yang mana tidak menghasilkan asap ( test
menurut Institute of Petroleum Britis ).
Gmb. 7. Smoke point
Kerosene yang banyak diperdagangkan mempunyai smoke point = 17
Property dari kerosene dapat dilihat pada table dibawa ini.
Smoke point ( mm )
59
Tabel. 5. Sifat-sifat dari kerosene, bahan bakar Traktor dan produk lain.
* Temperature at 95 % recovered. ь Spesial services require 0,5 Max.
Name of product Gravity, API
Flash,oFmin
Dist. temp, °F
Sulfur %,max
Smok
e po
int,
min
Cor
rosi
on, c
oppe
rstr
ip
Color,Saybolt,
min
Bur
ning
test
, tim
e
OthersI.B.P"
mm
10%
rec
over
ed,m
ax
E.P.,max
Kerosene:
Special arctic export 46 - 49 110 - 120 300 - 325 465 - 490 0 .05 – 0.1 +30 24 hr
Signal or long-time burning oil 44 - 48 110 - 125 300 - 335 480 - 600 0.04 - 0.1 .29 - 34 ..... +25 to + 30 120 min(and 14 day) 10 wick char
Domestic, 41-43, w.w. 41 - 44 105 - 130 350 - 370 480 - 572 0.05 - 0 .1 25 - 30 ..... +16 to + 30 24 hr 20 wick char
Domestic, 44-46, w.w. 44 - 46 110 - 130 350 - 370 470 - 572 0.03 - 0.1 26 - 32 +30 24 hr (and 21 day)
Federal, VV-K-211a. 115 572 0.13 +16 24 hr
300°F mineral-seal ... 36 - 39 250 - 260 480 - 540 . .... 600 - 700 +16 to +25 20 hr
Range oil 43 145 515 +25 72 hr
Tractor fuel, ASTM D1215 Light grade 347 465 – 518* 1 Pass 35 min o.n.Reguler grade 347 - 401 465 – 518* 1.0 Pass 35 min o.n.
Distillate, ASTM D396
1955 Grade No. 1... 35 .2-48 .5 114 - 185 317 - 396 350 - 420 487 - 586 0.018 - 0.5 ь Pass -10 to -60pour point
1956 Grade No. 2.... 34.8 - 44 .9 120 - 185 312 - 382 360 - 428 474 -620 0.01 - 0 .96 ь Pass Zero to -65pour point
Rocket fuel, RP- I .... 42 - 45 110 365 - 410 525 0.05 28 Pass Freezing point -40oF Aromatics, 5 % max
31
3.7. BAHAN BAKAR RESIDU.
Bahan bakar residu merupakan sisa dari produk-produk minyak bumi yang
lain. Beberapa produk sisa ( residual product ) adalah minyak bakar residu, minyak
bakar untuk diesel, road oil, spray oil, coke, point asphalt. dll. Properti dari minyak
bakar residu dan dusting oil bisa dilihat pada table dibawah.
Tabel. 6. Refinery products and Test Methods Fuel and Dusting Dils
OIL
Flash
point,
℉,
Min
Water
and
sediment
, max %
Pour point,
℉,
max
Maximum viscositay
sec
1. ASTM No.5………..
1955 range
1956………………..
2. Low viscosity, 1933…
3. Bunker B, 1933……...
4. ASTM No.6…………
1955 range………….
1956 range………….
5. Light dusting oil…….
6. Heavy duting oil…….
130
130 - 306
136 - 300
150
150
150
150-430
140-420
305-350
300-365
1
0 - 0. 8
0-0 . 8
1
1
2
0-1 . 8
0-1 . 6
…………
...............
-20 to + 60
-30 to + 50
…………
…………
…………
5 to 80
0 to + 60
0 to – 50
-5 to - 20
40 furol at 122℉ 11-40 Furol at 122℉
11-40 Furol at 122℉100 Universal at 100℉
100 Furol at 122 ℉300 Furol at 122℉
51 -295 Furol at122℉28 -292 Furol at 122 ℉
111-223 Universal at 100℉ 246-599 Universal at 100℉
U. S. Bur. Mines Inform. Circ. 7730, Oktober, 1995.
Minyak bakar jenis ini harus bebas dari kecenderungan untuk korosi, asam,
partikel padat dan bahan padat ikutan lainnya yang mempunyai kemungkinan untuk
menyumbat atau merusak alat bakar ( burner ) atau juga harus bebas dari bahan-
bahan kimia yang bisa membentuk flux dengan batu api pada dinding tungku bakar.
Dari beberapa minyak residu mengandung vanadium dan sodium dalam jumlah yang
sangat kecil, yang hal ini akan mengakibatkan korosi apabilah digunakan sebagai
bahan bakar ketel atau turbin gas.
32
Dengan menggunakan additive magnesium, calcium, zinc, dll kesukaran
tersebut dapat diatasi. Nilai kalor dari minyak bakar residu adalah berkisar antara
6.260.000 – 6.450.000 BTU/bb. Viscositas dari minyak bakar residu merupakan hal
yang penting untuk diperhatikan karena kesukarannya dalam handling dan
automizing ( pengabutan ) dari minyak yang kental (lihat table di bawah ini ).
Tabel. 7. Fuel – oil Temp.for Burner.
Furol Viscosity Firing temperature, oFAt 122 oF Mechanical Atomization Stem atomization
30 130 - 82 97 - 13035 136 - 191 103 - 136
40 Fuel 5 max 143 - 199 108 - 14345 Fuel 6 min 148 - 205 113 - 148
60 161 - 216 123 - 16180 171 - 226 132 - 171100 179 - 233 139 - 179120 184 - 239 145 - 184160 193 - 248 154 - 193200 200 - 254 160 - 200240 204 - 259 164 - 204
300 fuel 6 max 210 - 265 170 – 210
Nelson, W. L, Oil Gas J., Dec. 22, 1952, P. 353.
Nelson, W. L, Oil Gas J., Sept. 13, 1954, P. 138.
Keuntungan dari pemakaian minyak residu disbanding dengan batu bara :
1. Berat 20% lebih ringan dan ruang yang ditempati (volume ) 50% lebih
kecil dengan nilai bakar yang sama.
2. Tidak terjadi kehancuran dalam penyimpanan.
3. Bebas dari kebakaran yang mendadak.
4 .Minyak bakar dapat dialirkan ke dapur pembakaran sehingga tanpa
menggunakan tenaga orang.
5. Effisiensi pembakaran lebih tinggi dan tidak menghasilkan asap.
6. Tidak menghasilkan debu,abu sehingga tidak mengotori tempat
sekitarnya.
7. Mengurangi ongkos pembersihan ruang bakar.
8. Excess-air yang diperlukan untuk pembakaran minimal.
33
Minyak residu dengan kadar belerang yang tinggi apabila dipakai pada ketel,
temperature gas hasil pembakaran yang melewati air-preheatur dan economiter
harus cukup tinggi supaya tidak mennimbulkan korosi. Bahan bakar dengan
kandungan belerang 6% memerlukan temperature 60 ℉ lebih tinggi disbanding
bahan bakar dengan kandungan belerang 2% ( sebagai contoh perbandingan ).
Tabel. 8. Analisa bahan-bahan pokok (property dari minyak residu Indonesia )
Physical properties Residu Klamono Destilat minas Residu Minas Metoda
> 370°C 220-300°C >300°C
1.Specific Gravity 60/60℉ 0,9930 0,8119 0,8818 ASTM D 1288
2.Pour point ℉ 55 10 110 ASTM D 97
3.Asphaltene content % wt 4,73 - 0,72 IP 143
4.Kinematic Viscosity
at 100℉ , cs - 2,46 - ASTM D 445
at 210℉ , cs 90,6 - 13,0 ASTM D 449
5.Flash point ℉ 465 210 355 ASTM D 93
6.Sulphor contant % wt 1,2 0,02 0,11 IP 63
7.Aniline point ℉ - 166,5 - ASTM D 611