Proses Pembakaran Bahan Bakar

BAB I

PENDAHULUAN

I.     LATAR BELAKANG

Kehidupan kita sehari-hari tidak lepas dari kebutuhan akan bahan bakar. Bahan bakar merupakan senyawa kimia yang dapat menghasilkan energi melalui perubahan kimia. Contoh yang paling sederhana adalah makanan yang kita santap sehari-hari. Makanan yang sebagian besar terdiri dari karbohidrat diubah di dalam tubuh kita menjadi senyawa gula yang mampu menghasilkan energi.

Dari manakah datangnya energi tersebut atau bagaimana energi tersebut terbentuk? Energi tersebut terbentuk dari suatu proses pembakaran. Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Kalor tersebutlah yang  merupakan energi.

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas 2 mata kuliah Bahan Bakar dan Pelumas. Di samping itu juga untuk menambah pengetahuan atau pun wawasan bagi para pembacanya.

Pada makalah ini yang kami bahas adalah :

1.       Definisi proses pembakaran

2.       Prinsip pembakaran

3.       Komponen bahan bakar

4.       Proses pembakaran batubara

5.       Proses pembakaran bahan bakar cair

6.       Proses pembakaran bahan bakar gas

BAB II

PEMBAHASAN

PROSES PEMBAKARAN BAHAN BAKAR PADAT, CAIR, GAS

I.  DEFINISI PROSES PEMBAKARAN

Bahan bakar adalah suatu material yang dapat menghasilkan energi panas melalui proses pembakaran. Proses pembakaran pembakaran pada dasarnya adalah proses oksidasi bahan bakar dengan oleh oksigen. Proses pembakaran dapat terjadi bila konsentrasi antara uap bahan bakar dan oksigen terpenuhi, dan terdapat energi panas yang cukup.

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 perlahanlahan 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.

II. PRINSIP-PRINSIP PEMBAKARAN

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.      Pembakaran Tiga T ( Pembakaran Sempurna )

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 untuk menyalakan dan menjaga penyalaan bahan bakar,

(2) Turbulence

Turbulensi atau pencampuran oksigen dan bahan bakar yang baik,

(3) Time

Waktu yang cukup untuk pembakaran yang sempurna.

Gambar 1.1. Pembakaran yang sempurna, yang baik dan tidak sempurna

Proses meniadakan salah satu unsure dari segitiga api ini yang digunakan untuk methode pemadaman kebakaran. Yaitu dengan pendinginan untuk menghilangkan unsure energi panas, dengan menyetop supply bahan bakar untuk menghilangkan unsure bahan bakar dan penyelimutan ( blanketing ) untuk menghilangkan unsure udara ( oksigen ).

III. KOMPONEN DARI BAHAN BAKAR

Unsur utama yang terdapat pada bahan bakar adalah Karbon ( C ) dan Hidrogen ( H ), sehingga sering kali disebut dengan nama Hydracarbon Fuel, sedang unsure yang lain yang terkandung dalam bakar ( misalnya : Nitrogen (N), Sulfur (S), Abu (A), Air (H2O) dan lain-lain disebut dengan impurities atau senyawa pengganggu.

IV. PROSES PEMBAKARAN BATUBARA

Salah satu jenis bahan bakar fosil ialah batubara. Dibandingkan bahan bakar fosil lainnya, batubara mempunyai beberapa keunggulan, di antaranya:

1. Batubara yang siap diekploitasi secara ekonomis terdapat dalam jumlah banyak.
2. Batubara terdistribusi secara merata di seluruh dunia.
3. Jumlah yang melimpah membuat batubara menjadi bahan bakar fosil yang paling lama dapat menyokong kebutuhan energi dunia.

Namun, batubara juga memiliki kelemahan yaitu:

1. Identik sebagai bahan bakar yang kotor dan tidak ramah lingkungan karena komposisinya yang terdiri dari C, H, O, N, S, dan abu.
2. Kandungan C per mol batubara jauh lebih besar dibandingkan bahan bakar fosil lainnya sehingga pengeluaran CO₂ dari batubara jauh lebih banyak. Selain itu, kandungan S dan N batubara bisa terlepas sebagai SO_x dan NO_x dan menyebabkan terjadinya hujan asam.

Oleh karena itu, perlu dikembangkan metode baru dalam pemanfaatan batubara agar dapat meredam isu-isu lingkungan yang mungkin terjadi.

Salah satu metode yang dapat menjadi alternatif ialah pembakaran batubara menggunakan campuran O₂/CO₂. Keunggulan utama dari metode ini yaitu adanya daur ulang aliran gas keluaran sehingga kandungan CO₂ pada aliran tersebut sangat tinggi, mencapai 95%. Dengan kandungan CO₂ yang tinggi, proses pemisahan karbondioksida menjadi lebih mudah dan ekonomis dibandingkan pada pembakaran batubara konvensional (menggunakan udara) yang hanya menghasilkan CO₂ sekitar 13% pada gas keluaran. Gas keluaran dengan kandungan CO₂ sampai 95% bahkan dapat langsung digunakan untuk proses oil enhanced recovery (EOR) ^[2]. Pembakaran batubara menggunakan campuran O₂/CO₂ ditampilkan pada gambar di bawah ini.

Batubara (fuel) dibakar dalam sebuah combustion chamber dengan menggunakan campuran gas oksigen dan karbondioksida. Oksigen didapatkan dari proses pemisahan nitrogen dan oksigen dari udara dalam sebuah Air Separation Unit. Karbondioksida sendiri merupakan gas hasil pembakaran batubara yang kembali dialirkan ke dalam combustion chamber. Aliran recycle karbondioksida ini menyebabkan peningkatan konsentrasi gas karbondioksida yang sangat signifikan di aliran keluaran sehingga memudahkan proses pemisahan karbondioksida itu sendiri.

Pemisahan karbondioksida dapat diselenggarakan menggunakan metode konvensional seperti menggunakan CO₂ absorber maupun metoda terkini seperti pemisahan dengan membran. Tingginya konsentrasi CO₂ di aliran umpan absorber atau membran akan memudahkan proses pemisahan sehingga spesifikasi alat pemisah tidak terlalu memakan biaya besar.

Selain kandungan CO₂ gas keluaran yang tinggi, metode ini juga mempunyai efisiensi pembakaran karbon yang tinggi. Hasil penelitian Liu (2005) menunjukkan bahwa pembakaran batubara menggunakan media O₂/CO₂ menghasilkan efisiensi pembakaran karbon yang lebih tinggi dibandingkan pembakaran batubara konvensional. Hal itu dibuktikan dari kandungan karbon baik pada fly ash maupun bottom ash yang jauh lebih sedikit.

V.  PROSES PEMBAKARAN BAHAN BAKAR CAIR

Bahan bakar minyak bukan terdiri dari senyawa murni, tetapi campuran yang sebagian besar adalah hidrokarbon jenuh. Oleh karena itu, reaksi yang tepat untuk pembakaran dari bahan bakar minyak adalah sebagai berikut:

2( -CH₂-) + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂O

Perhatikan : dalam reaksi pembakaran bahan bakar minyak ikatan C-C hanya dihitung sekali karena dalam (-CH₂-) dihitung 2 x C-C.

Diperkirakan reaksi tersebut menghasilkan energi sebesar 1220 kJ. Per mol oksigen, energi yang dibebaskan hanyalah 407 kJ, energi yang setara dengan energi yang dihasilkan metana. Per gram bahan bakar energi yang di bebaskan adalah 43.6 kJ , lebih sedikit dari metana. Hal ini disebabkan hidrokarbon jenuh (terutama rantai pendek) yang mempunyai perbandingan H/C lebih kecil dari 2/1 karena kumpulan metil di ujung rantai hidrokarbon. Selain itu, bahan bakar minyak mempunyai campuran senyawa aromatik yang mempunyai perbandingan H/C lebih besar dari 2/1. Sebagai contoh, minyak mentah mempunyai kandungan energi per gram sebesar 45.2 kJ (menghampiri dengan perhitungan dalam tabel 1 untuk bahan bakar minyak). Sedangkan minyak yang sudah diproses kandungan energi per gram nya meningkat ke 48.1 kJ (menandakan meningkatnya perbandingan H/C).

VI. PROSES PEMBAKARAN BAHAN BAKAR GAS

            Gas alam (Natural gas) tersusun oleh komponen utama gas metana (CH₄). Selain gas metana terkadang pada gas alam juga ditemui gas etana, propana, butana, karbonmonoksida, nitrogen, helium, dan hidrogen sulfida dalam jumlah kecil. Bahan bakar gas alam memiliki beberapa kelebihan jika dibanding jenis bahan bakar padat dan cair, yaitu :

a.    Tersedia dalam jumlah yang sangat besar di dalam perut bumi.

b.    Transportasi gas alam lebih mudah karena bisa melalui pipa-pipa gas bawah tanah.

c.    Menghasilkan pembakaran yang bersih, tidak menghasilkan hasil pembakaran yang membahayakan bagi lingkungan, tidak menghasilkan abu.

d.    Dapat digunakan pada ruang bakar yang sederhana.

e.    Harga bahan bakar gas lebih murah dibanding bahan bakar cair.

1. 

3. 

                                                                            BAB III

PENUTUP

I.     KESIMPULAN

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

2.        Unsur utama yang terdapat pada bahan bakar adalah

a.       Karbon ( C ) dan

b.      Hidrogen ( H )

3.        Pembakaran sempurna/ baik membutuhkan :

a.        Suhu yang cukup untuk menyalakan dan menjaga penyalaan bahan bakar,

b.       Turbulensi atau pencampuran oksigen dan bahan bakar yang baik,

c.        Waktu yang cukup untuk pembakaran yang sempurna.

4.      Setiap reaksi atau proses suatu pembakaran akan menghasilkan energi, yaitu panas atau kalor.

II.  DAFTAR PUSTAKA/ REFERENSI

1.        http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/kecepatan-reaksi-dan-energi/kalor-pembakaran-bahan-bakar/

2.        http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/reaksi-kimia-kimia-kesehatan-materi_kimia/reaksi-pembakaran/

3.        http://bermula.wordpress.com/2008/08/11/proses-pembakaran-batubara-dengan-o2co2/

4.        http://ss-stefan.blogspot.com/2010/02/bahan-bakar-proses-pembakaran.html

5.       http://www.chem-is-try.org/tanya_pakar/bagaimana_bahan_bakar_menghasilkan_energi_dan_berapa_besar_energi_yang_dihasilkan/

6.       http://agungkristanto.wordpress.com/2011/01/24/analisis-proses-pembakaran-bahan-bakar-gas-alamnatural-gas-2/#more-94