reaksi kimia pembakaran

5/24/2018 REAKSI KIMIA PEMBAKARAN

1/31

REAKSI K IMIA PEMBAKARAN

PRIBADYO, ST., MT

UNIVERSITAS TEUKU UMARMEULABOH-ACEH BARAT


2/31

REAKSI PEMBAKARAN MERUPAKAN SALAH SATU

CONTOH PROSES DI MANA TERJADI REAKSI KIMIA. REAKSI

PEMBAKARAN MEMEGANG PERANAN YANG SANGAT PENTING

DALAM PEMBANGKITAN ENERGI PRIMER YANG TERKANDUNG

DALAMBAHANBAKARUNTUKDIUBAHMENJADIENERGITERMAL.

Untuk sistem dimana tidak terjadi reaksi

kimia maka energi yang dipunyai oleh suatu zat

akan terdiri dari energi dalam sensibel (yang

ditentukan oleh gerakan molekul dan berubah

dengan perubahan pdan T) dan energi dalamlaten(berubah karena adanya perubahan fasa)


3/31

UNTUK SISTEM DENGAN REAKSI KIMIA MAKA

SELAINDARI2 BENTUKENERGIDALAMDIATASMAKA

AKANADAENERGIDALAMKIMIA(CHEMICALINTERNAL

ENERGY) YANG BERUBAH-UBAH DENGAN ADANYA

PEMBENTUKAN ATAU PELEPASAN IKATAN ANTAR

ATOM.

Di sini tidak akan dibahas reaksi kimia

secara umum, tetapi hanya akan

memfokuskan pada suatu reaksi kimia oksidasi

yang disertai dengan timbulnya kalor yangcukup signifikan yaitu reaksi pembakaran.


4/31

Bahan bakar adalah zat yang bisa

dibakar untuk menghasilkan energi kalor

dimana bahan bakar komersial yang paling

banyak adalah yang berjenis hidrokarbon.

Secara ringkasnya suatu reaksi kimia

akan bisa terjadi apabila ada bahan bakar(fuel), oksigen O2 sebagai oksidator (oxidant),

dan temperaturnya lebih besar dari titik nyala

(ignition temperature).


5/31

Titik nyala adalah temperatur minimumyang diperlukan untuk suatu reaksi pembakaran

pada suatu tekanan tertentu. Pada tekanan

atmosfer titik nyala beberapa bahan bakar:bensin 350C, solar 250C, karbon 400C, H 2580C, karbon monooksida 610C, metana

630C.

Contoh-contoh bahan bakar:

Unsur murni: hidrogen H2, metana CH4, propana C3H8, dllUnsur campuran:bensin (C8H18), solar (C12H26), dll

Alkohol: metanol CH3OH, etanol C2H5OH, dll

Batu baraC


6/31

Stoik iom etr i Pembakaran

Contoh reaksi kimia:

1C + 1O2 1CO2

Reaksi di atas dapat diinterpretasikan sebagai:

1. 1kmol C ditambah 1 kmol O2menghasilkan 1 kmol CO2 tidak

berlaku kekekalan mol.

2. (1 MC) kg C bereaksi dengan (1 MO2) kg O2menghasilkan (1

MCO2) kg CO2di mana Miadalah berat molekul unsur i. Dengan

kata lain 12 kg C bereaksi dengan 32 kg O2 menghasilkan 44 kg

CO2berlaku hukum kekekalan massa


7/31

Pada prakteknya proses pembakaran

tidak dilakukan dengan oksigen murni tetapi

dengan menggunakan udara sebagai oksidator

karena sifatnya yang tersedia dimana-mana danmurah. Perbandingan massa udara dan massa

bahan bakar (mudara/mbb) disebut sebagai air-fuel

ratioAFR.

Secara teoritis proses pembakaran akan

terjadi secara komplet/sempurna apabila jumlah

udara yang tersedia adalah cukup sehingga,

Semua unsur karbon C berubah menjadi karbon dioksida

CO2Semua unsur hidrogen H berubah menjadi air H2O


8/31

Tetapi pada kenyataannya proses

pembakaran berlangsung tidak sempurna yaitu

tidak memenuhi syarat seperti di atas (timbulnya

C, H2, CO, OH atau yang lain). Hal ini bisadisebabkan oleh

1. Kekurangan oksigen

2. Kualitas campuran bahan bakar dan udara yang

tidak baik3. Terjadi disosiasi (pecahnya unsur-unsur stabil yang

kemudian membentuk unsur baru)


9/31

Disini pembakaran tidak sempurna

didefinisikan sebagai proses pembakaran yang

jumlah oksigennya tidak memenuhi jumlah udara

stoikiometris/teoritis untuk pembakaransempurna. Untuk mengetahui seberapa banyak

udara yang digunakan dibandingkan dengan

jumlah udara stoikiometris didefinisikan:

dimana a dan s masing-masing menunjukkan kondisi aktualdan stoikiometris/teoritis.

%100teoritisudara%sudara,

udara,a

m

m


10/31

Sedangkan pembakaran stoikiometris/teoritisadalah apabila bahan bakar terbakar sempurna

dengan jumlah udara minimum.

Udara minimum ini disebut sebagai udarateori. Dengan kata lain pembakaran stoikiometris

adalah pembakaran sempurna tanpa menyisakan

oksigen O2 dalam produk pembakarannya.

Pembakaran stoikiometris dengan bahan bakar

hidrokarbon CHO

)24

(

)

24(

CHO+ (O2+ 3,76N2) CO2 + /2H2O + 3,76 N2

Pada prakteknya dengan tujuan (a) menjamin sempurnanya

proses pembakaran dan/atau (b) menurunkan temperaturpembakaran, maka disuplai udara dalam jumlah yang berlebih.

Kelebihan jumlah udara dibandingkan jumlah udara teori disebut

udara lebih (excess air) dimana,

udara,s

udara,saudara,lebihudara%

m

mm


11/31

Dalam suatu sistem yang didalamnya terjadi

reaksi pembakaran (reaksi kimia),

Dari persamaan ini maka apabila kondisi sistem

inlet dan outlet adalah sama maka perubahanenergi sistem akan sama dengan perubahan

energi kimia dari unsur-unsur yang ada di sistem

sehingga dalam termodinamika pembakaran

dikenal entalpi pembakaran (enthalpy ofcombustion).

kimiakeadaansys EEE


12/31

Entalpi pembakaran adalah perbedaan entalpi

antara produk pembakaran pada keadaan

tertentu dan reaktan pada keadaan yang sama

untuk suatu reaksi pembakaran yang sempurna,atau bisa juga diartikan sebagai jumlah kalor

yang dilepas selama proses pembakaran steadi

oleh 1 kmol atau 1 kg bahan bakar yang terbakar

sempurna pada temperatur dan tekanan tertentu.Secara matematis bisa dituliskan,

RPC HHh


13/31

Dalam prakteknya istilah yang sering

digunakan untuk menunjukkan besarnya energi

yang dilepaskan oleh bahan bakar adalah nilai

kalor (heating value HV) dimana besarnyaadalah,

fuel]-[kJ/jgHV Ch

Nilai kalor ini dibagi menjadi 2 tergantung kepada fasaair dalam produknya.

Higher Heating Value HHV apabila produk H2O dalam fasa cair

Lower Heating Value LHV apabila produk H2O dalam fasa gas

dimana hubungan antara HHV dan LHV adalah,

OHfg 2)(LHVHHV hN

di siniN: jumlah mol air, hfg: entalpi penguapan air pada temperatur tertentu [kJ/kmol].


14/31

Pada prinsipnya disini yang membedakan

dengan sistem tanpa reaksi adalah hanya pada

timbulnya suku yang menunjukkan energi kimia.

Sistem Terbuka (Steadi)

Entalpi suatu zat pada suatu kondisi tertentu

dituliskan sebagai berikut:

Persamaan ini menunjukkan bahwa entalpi dari suatu zat

dalam sistem dengan reaksi akan sama dengan entalpiformasi pada kondisi standar ditambah dengan entalpi

sensibel relatif terhadap kondisi standar .

Anal isa Hukum Pertama Sistem d engan Reaksi

)( oo hhhh f


15/31

Apabila perubahan energi kinetik dan energipotensial bisa diabaikan maka hukum kekekalan

energi untuk sistem dengan reaksi akan berbentuk

sebagai berikut,

dimana,

Apabila persamaan entalpi untuk produk dan reaktan

dimasukkan dalam persamaan kekekalan energimaka,

bb]-[kJ/kmolRP HHWQ

Poo

pP )( hhhNH f

Roo

RP )( hhhNH f

Ro

RPo

Po

C

Roo

RPoo

P

)()(

)()(

hhNhhNh

hhhNhhhNWQ ff


16/31

Sistem Tertutup

Persamaan kekekalan energi untuk sistem

tertutup,

dimana UP dan U

R masing-masing adalah energi dalam

produk dan reaktannya. Dari definisi entalpi maka

persamaan di atas menjadi,

Suku adalah cukup kecil untuk zat padat dan cair danuntuk gas ideal bisa digantikan dengan RuT

bb]-[kJ/kmolRP UUWQ

Roo

RPoo

P )()( vphhhNvphhhNWQ ff


17/31

Dalam proses pembakaran apabila tidak ada

interaksi kerja antara sistem dan lingkungan dan

perubahan energi kinetik dan potensial maka,

Apabila transfer panas = 0 maka produk

pembakaran menerima semua energi yang

dibangkitkan dari proses pembakaran sehinggamencapai temperatur maksimum. Temperatur

maksimum ini disebut temperatur api adiabatik

(adiabatic flame temperature) dimana untuk proses

pembakaran steadi maka temperatur api adiabatik

akan dicapai bila Q= W= 0sehingga di sini berlaku hubungan:

pembakaramproduktemperaturmenaikkan

lingkungankepanastransferbbkimiaEnergi

R

oo

RP

oo

P

RP

)()(

hhhNhhhN

HH

ff


18/31

Dalam perhitungan temperatur adiabatik,

1. Entalpi reaktan HR akan mudah ditentukan

karena kondisi reaktan biasanya sudahdiketahui

2. Untuk mengetahui entalpi produk HP maka

perlu mengetahui temperatur produk dimana

temperatur ini sama dengan temperatur apiadiabatik yang harus dicari secara iterasi (trial

and error)

3. Iterasi pertama dapat diasumsikan bahwa

produk semuanya adalah N2 (ini karena N2adalah unsur paling dominan dalam

pembakaran yang menggunakan udara)


19/31

Dalam desain ruang bakar (furnace) maka

temperatur api adiabatik sangat penting dalam

penentuan jenis material dimana temperatur apiadiabatik ini bukan merupakan properti dari

bahan bakar tetapi akan tergantung kepada:

Kondisi reaktan (temperatur, tekanan) Tingkat kesempurnaan reaksi pembakaran

Jumlah udara yang digunakan.


20/31

Alue Penyareng29April2013

2014-06-20 SKF Slide 17 0000 SKF Research & Development


21/31

REAKSI K IMIA PEMBAKARAN

PRIBADYO, ST., MT



22/31

DEFINISI

PEMBAKARAN ADALAH REAKSI KIMIA YANG CEPAT ANTARA

BAHANBAKARDENGANOXYGEN.

Reaksi Kimia Umum

Pada persamaan reaksi kimia untuk reaksi

kimia yang sempurna, arah reaksi dinyatakanoleh arah satu panah, dan jumlah mol atau lb

dari elemen-elemen dan senyawa-senyawa

(dinamai reactant), bercampur secara kimia

membentuk sejumlah lb atau mole dari elemen-

elemen dan senyawa-senyawa yang berbeda

(dinamaiproduct).


23/31

Persamaan reaksi antara oxygen dan carbon

dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

C (PADAT) + O2 CO2(GAS)

Artinya;ini menyatakan bahwa 1 mole dari carbon padat

bereaksi sempurna dengan 1 mole oxygen gas

membentuk 1 mole carbon dioxide gas.

Bila persamaan diatas ditulis dalam lb, maka

persamaan menjadi:

12 lbC (PADAT) + 32 lb O2 44 lb CO2(GAS)


24/31

Contoh:

Tentukan jumlah mole dan jumlah pound dari

oxygen yang diperlukan untuk membakar

sempurna 5 mole carbon.

Jawab:

5 C (PADAT) + 5 O2(GAS) 5 CO2(GAS)

Maka diperlukan 5 moleoxygen.

BeratO2=5 mole x32 lb/mole = 160 lb


25/31

Hasil dari sembarang pembakaran dapat

secara langsung mengetahui oxygen yang

dipakai.

Berikut adalah beberapa contoh persamaan

reaksi pembakaran:

CO (GAS)+ 1/2 O2(GAS) CO2(GAS)

1lb CO(gas) + 0,57lb O2(gas) 1,57lb CO2(gas)

1lb H2(gas) + 8lb O2(gas)9lb H2O(gas)

1lb S(padat) + 1lb O2(gas)2lb SO2(gas)

H2(GAS)+ 1/2 O2(GAS) H2O (GAS)S (PADAT)+ O2(GAS) SO2(GAS)


26/31

Contoh:

Tentukan amaan reaksi untuk pembakaran

sempurna dari 1 mole ethane C2H6.

Jawab:

Dari rumus kimia ethane terlihat bahwa

terdapat 2 mole carbon dan 3 mole hydrogen

(H2) alam satu mole ethane, jai persamaan(1.1) dikali dengan 2 dan persamaan 1.3 dikali

dengan 3 sebagia berikut:

2 C (PADAT) + 2 O2(GAS) 2 CO2(GAS) .......................A

3 H2(GAS) + 1,5 O2(GAS) 3 H2O (GAS) ....................... B+

C2H

6(GAS) + 3,5 O

2(GAS) 2 CO

2(GAS) + 3 H

2O (GAS)


27/31

Bahwa ethane adalah gas tidak mempengaruhi

jumlah mole masuk dalam reaksi bila dilihat

dari C, dimana C ditulis sebagai C padat, fase

dari reactant atau product berpengaruh biladitinjau dari perubahan energy.

Oxygen untuk pembakaran sebagian besar

didapat dari udara atmosphere, yang

mempunyai susunan sebagai berikut:

1mole O2+ 3,78mole N2 = 4,78mole udara

1lb O2

+ 3,32lb N2

= 4,32lb udara

Beberapa penulis memasukkan N2 dalam

menulis reaksi kimia meskipun N2 tidak ikut

bereaksi.


28/31

Bila N2ditulis maka persamaan (1.1) dan (1.1a)

menjadi:

1lb C (padat) + 2,67lb O2 (gas) + 8,87lb N2

3,67lb CO2(gas) + 8,87lb N2(gas)

Dimana bentuk reaksi pembakaran ini dipakai bila

analisa teoritis dari hasil pembakaran dibutuhkan.

C (PADAT) + O2(GAS) + 3,78 N2(GAS) CO2(GAS) + 3,78 N2


29/31

DAPUR(FURNACE)

PRIBADYO, ST., MT



30/31

DAPUR (FURNACE)

Pendahuluan

Berbicara mengenai furnace (dapur)

dimaksudkan adalah ruang tempat

pembakaran bahan bakar secara efektif.

Banyak jenis dapur (furnace) tergantung pada

penggunaannya, seperti:

Furnace untuk pandai besi (forging)

Furnace untuk pekerjaan pencoran logam

(foundry)

Furnace untuk kebutuhan sistem konversi

energi.


31/31

DAPUR (FURNACE)

Pada sistem power plant, dipergunakan tiga

jenis bahan bakar, yaitu:

-Bahan bakar gas

-Bahan bakar cair

-Bahan bakar padat

Jadi tergantung jenis bahan bakar yang

dipakai; pada satu unit ketel uap (steam boiler)

bisa memakai salah satu sistem pembakaran

sebagai berikut:

Sistem pembakaran bahan bakar gas

Sistem pembakaran bahan bakar minyak

Sistem pembakaran bahan bakar batu bara

reaksi kimia pembakaran

Documents