-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
1/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
niversitas Indonesia
niversitas Indonesia
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
akultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
2/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Reaksi Dasar Proses
eaksi Dasar Proses
Pembakaran
embakaran
Reaksi Pembakaran
eaksi Pembakaran
komponen sebelum reaksi:komponen sebelum reaksi: reaktanreaktan(bahan bakar +(bahan bakar +oksidator)oksidator)
komponen setelah reaksi:komponen setelah reaksi: produk
produk
Bahan bakar + oksidator Produk
karbon (C)karbon (C)
hidrogen (H)hidrogen (H)
sulfur (S)sulfur (S)
Reaksi Dasar
2 2C O CO+ (1.1)
2 2 2
1H O H O
2+ (1.2)
2 2S O SO+ (1.3)
Komponen tama
omponen tama
Bahan Bakar Fosil
ahan Bakar Fosil
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
3/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Reaksi Dasar Proses
eaksi Dasar Proses
Pembakaran
embakaran
Koefisien di depan masingmasing suku persamaan reaksidisebut koefisien stoikiometri (stoichiometric coefficients)
2 2 2
1H O H O
2+
Reaksi Dasar
koefisien stoikiometri
Pembakaran Karbon Tidak
Sempurna
21C O CO2
+ (1.!)
Karbonmonoksida dalam produk pembakaran pemakaian energi "ang tidak efisien merupakan polutan di udara.
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
4/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Reaksi Dasar Proses
eaksi Dasar Proses
Pembakaran
embakaran
Contoh !"
#entukan reaksi stoikiometri pembakaran metana (CH!) danheptana (C
$H
1%)
Pen#elesaian "
&embakaran metana (CH!):
&embakaran heptana (C$H
1%):
'ari kesetimbangan oksigen2x 1! + 22 x 11
*aka :
4 2 2 2CH 2O CO 2H O+ +
7 16 2 2 2C H + xO 7CO + 8H O
7 16 2 2 2C H + 11O 7CO + 8H O
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
5/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
dara Teoritis
dara Teoritis
dara "ang dipergunakan dalam keban"akan prosespembakaran berasal dari udara bebas.
'alam keban"akan analisis teoritis,praktis- udara dianggap
dalam kondisi kering (dry air) "ang tersusun dari komponen:
oksigen (2
)
nitrogen (/2)
argon (0r)
karbondioksida (C2)
helium (He)
neon (/e)- dsb. ntuk perhitungan pembakaran- satu satuan olume (mol)
udara kering dapat diasumsikan terdiri dari: 21 oksigen $ nitrogen
Komposisi dara Kerin$
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
6/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
dara Teoritis
dara Teoritis
Pemenuhan Kebutuhan %ksi$en Dari dara
Kebutuhan oksigen pada pembakaran- dapat dipenuhi oleh
oksigen dari udara sbb:
1 mol 2dipenuhi oleh
1 mol 2+ 3-$% mol /2 !-$% mol udara 1 kg
2 dipenuhi oleh
1 kg 2+ 3-34 kg /
2 !-34 kg udara
Hubungan di atas menun5ukkan 5umlah kebutuhan udara
kering minimum "ang akan memberikan oksigen untuk
pembakaran "ang sempurna.
6umlah udara ini disebut sebagai udara teoritisatau udara
stoikiometri
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
7/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
dara Teoritis
dara Teoritis
Contoh !&"
#entukan reaksi stoikiometri pembakaran metana (CH!)dengan menggunakan udara sebagai oksidatorn"a
Pen#elesaian "
&embakaran methana CH!dengan udara kering:
7eaksi stoikiometri diatas menun5ukkani diperlukan
2(1+3-$%) -82 mol udara untuk membakar 1 molmetana dengan sempurna.
( )4 2 2 2 2 2CH + 2 O + 3,76N CO + 2H O + (2)(3,76)N
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
8/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Persamaan mum Stoikiometri
ersamaan mum Stoikiometri
Pembakaran
embakaran
Formula Fikti' Bahan Bakar
9ahan bakar seara umum mengandung unsurunsur karbon(C)- hidrogen (H)- oksigen ()- nitrogen (/) dan belerang (S)
6ika prosentase berat (fraksi massa) masingmasing unsur
"ang terkandung dalam suatu bahan bakar fosil adalah: Karbon (C)
Hidrogen (H)
ksigen () Sulfur (S) /itrogen (/)
*aka formula fiktif bahan bakar dapat din"atakan sebagai
CxH
y
zS
p/
q dimana:
12x
=
1y
=
16z
=
32p
=
14q
= (1.8ae)
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
9/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Persamaan mum Stoikiometri
ersamaan mum Stoikiometri
Pembakaran
embakaran
Kebutuhan dara Masin$(masin$ nsur Bahan
Bakar
Karbon'ari reaksi:
2 2C + O CO
*aka:
ntukxmol C- kebutuhan udara adalah :x(1(2) + 3-$% (/
2)) !-$%xmol
HidrogenKebutuhan udara dihitung berdasarkan asumsi oksigen "ang
terkandung dalam bahan bakar "ang sudah atau akan bereaksidengan
hidrogen membentuk air (H2). 'engan demikian hidrogen "ang masih
memerlukan udara dapat diealuasi dengan langkah berikut:
7eaksi hidrogen dengan oksigen "ang terdapat dalam bahan bakar:
2 2 2
1H + O H O
2
ntuk se5umlah zmol oksigen bereaksi dengan 2zmol hidrogen
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
10/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Persamaan mum Stoikiometri
ersamaan mum Stoikiometri
Pembakaran
embakaran
Kebutuhan dara Masin$(masin$ nsur Bahan
Bakar
6adi hidrogen "ang masih memerlukan udara adalah sebesar (y-2z)
mol
'ari reaksi:2 2 2
1H + O H O
2
Hidrogen (lan5utan)
ntuk (y-2z) mol H (ekialen dengan (y-2z),2 mol H2)- kebutuhan mol
udara adalah:
( )( )
( )2 2
2 21(O ) 3,76(N ) (4,76)
4 4
y z y z + =
Sulfur
'ari reaksi:2 2
S + O SO*aka:
ntukpmol S- kebutuhan udara adalah :p(1(2) + 3-$% (/
2)) !-$%pmol
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
11/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Persamaan mum Stoikiometri
ersamaan mum Stoikiometri
Pembakaran
embakaran
Kebutuhan dara Bahan Bakar Fikti' C
)
*
#
%
+
S
p
,
-
*aka untuk satu mol bahan bakar dengan formula fiktifC
x H
y
z S
p /
q akan diperoleh kebutuhan mol udara
stoikiometris sebesar :
( )2 2
2 2
1(O )+ 3,76(N ) (4,76)4 4
y z y z
x p x p
+ + = + + (1.%)
Persamaan mum
Stoikiometris
( )2 2
2 2 2 2
2C H O S N O + 3,76N4
2 CO H O SO 3,76 N
2 2 4
x y z p q y zx p
y q y zx p x p
+ + + + + + + + +
(1.$)
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
12/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
dara .ebih
dara .ebih
Sulit mendapatkan penampuran "ang memuaskan antarabahan bakar dengan udara pada proses pembakaran aktual
dara perlu diberikan dalam 5umlah berlebih untuk
memastikan ter5adin"a pembakaran seara sempurna
seluruh bahan bakar "ang ada
.atar Belakan$ dan Tu/uan dara
.ebih
De'inisi dara .ebih
dara "ang diberikan untuk pembakaran dalam 5umlah "ang
lebih besar dari 5umlah teoritis "ang dibutuhkan bahan bakar
% udara teoritis = 100 100
% udara lei! = % udara teoritis 100
ua ua
us us
m N
m N
=
(1.ab)
m dan N menun5ukkan massa dan mol- sedangkan indeks ua dan us
menun5ukkan udara aktual dan udara stoikiometris
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
13/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
dara .ebih
dara .ebih
Contoh !0"
#entukan reaksi pembakaran metana (CH!) denganmenggunakan 14 udara berlebih
Pen#elesaian "
*etana (CH!) dibakar dengan 14 udara berlebih
&ersamaan pembakaran:
( )4 2 2 2 2 2 2CH (1,1) 2 O + 3,76N CO 2H O 0, 2O (1,1) (2)(3,76)N+ + + +
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
14/23Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
dara .ebih
dara .ebih
dara lebih dapat dideduksi dengan pengukuran komposisi produkpembakaran dalam keadaan kering (dry basis). 6ika produk
merupakan hasil pembakaran sempurna- maka persentase udara lebih
dapat din"atakan sebagai:
Penentuan dara .ebih dari Komposisi Produk
( )( ) ( )
2
2 2
O
N O
% udara lei! = 100"3,76
prod
prod prod
N
N N
(1.)
( )
( ) ( )2
2 2
O
N O
% udara lei! = 100"3,76
prod
prod prod
(1.14)
pengukuran gas biasan"a din"atakan dalam fraksi mol ()- maka
persamaan (1.14) lebih sering digunakan
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
15/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
dara .ebih
dara .ebih
Contoh !1"
&engukuran produk kering pembakaran dari sebuah alat pembakar(burner) "ang menggunakan gas alam dan udara menun5ukkan
kandungan olumetri 8 oksigen dan karbon dioksida.
#entukan udara lebih pada proses pembakaran tersebut
Pen#elesaian "
'ari pengukuran diketahui:
2 2 2O CO N0,0# $ 0,0 $ da& 0,86 (dari 'eredaa&) = = =
'engan menggunakan rumus (1.14)- maka
0,0#% udara lei! = 100 28
0,86" 3,76 0,0# =
6adi udara lebih dalam proses pembakaran tersebut adalah 2
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
16/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Rasio dara(Bahan Bakar
asio dara(Bahan Bakar
Rasio dara(Bahan Bakar
7asio udarabahan bakar merupakan nilai "ang menun5ukkanperbandingan antara 5umlah udara "ang disuplai dengan 5umlah
bahan bakar "ang dipergunakan (dibakar) "ang dapat din"atakan
dalam basis massa,berat (by weight) maupun basis olume,mol
u u u
bb bb bb
m M NAFm M N
= = (1.11)
dimana Mmenun5ukkan massa molekuler- sedangkan indeks udan
bbmenun5ukkan udara dan bahan bakar.
ntuk keperluan perhitungan praktis massa molekuler udara adalah
2- kg,kmol
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
17/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Rasio dara(Bahan Bakar
asio dara(Bahan Bakar
Rasio Bahan Bakar( dara
Kebalikan dari AFsering 5uga digunakan dalam analisis stoikiometripembakaran dan disebut sebagai rasio bahan bakarudara (fuel air
ratio) "ang dirumuskan sebagai berikut:
(1.12)
7asio bahan bakar udara- FAsering 5uga disimbulkan dengan f.
bb bb bb
u u u
m M NFAm M N= =
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
18/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Rasio dara(Bahan Bakar
asio dara(Bahan Bakar
Contoh !2"
#entukan perbandingan udara bahan bakar pada pembakaransempurna dari metana dengan udara teoritis.
Pen#elesaian "
7eaksi pembakaran:
( )4 2 2 2 2 2CH + 2 O + 3,76N CO + 2H O + (2)(3,76)N
( ) ( )
( ) ( )4 4 4CH CH CH
4
28,% " 2(1 3,76)
16 " 1
17,2 udara" CH
u u ukg kmol kmol m M N
AF m M N kg kmol kmol
+
= = =
=
*aka 7asio dara9ahan 9akar:
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
19/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Rasio 3kivalen
asio 3kivalen
&erbandingan antara rasio udara bahan bakar stoikiometrikdengan rasio udarabahan bakar aktual atau perbandingan
antara rasio bahan bakarudara aktual dengan rasio bahan bakar
udara stoikiometrik
Rasio 3kivalen 43-u ivalen5e Ratio 6
s a
a s
AF FA
AF FA = = (1.13)
; 1 terdapat kelebihan bahan bakar dan ampuran disebutampuran ka"a bahan bakar (fuel-richmixture).
< 1 ampurann"a disebut ampuran miskin bahan bakar (fuel-
lean mixture)
1 merupakan ampuran stoikiometrik
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
20/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Rasio 3kivalen
asio 3kivalen
'engan menggunakan rasio ekialen- persen udara teoritis ataupersen udara lebih dapat ditentukan sebagai berikut:
*ubun$an Rasio 3kivalen den$an dara .ebih
(1.1!ab)
( )
100% udara teoritis =
100 1*% udara lei! =
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
21/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Rasio 3kivalen
asio 3kivalen
Contoh !7"
Sebuah alat pembakar (burner) turbin gas beroperasi pada bebanpenuh dengan la5u aliran massa udara 18- kg,s. 9ahan bakarn"a
adalah gas alam dengan komposisi ekialen C1-1%
H!-32
. #entukan rasio
udarabahan bakar dan la5u aliran massa bahan bakar 5ika proses
pembakaran hendak di5aga pada kondisi ampuran miskin bahan
bakar (fuel-lean mixture) dengan rasio ekialen 4-2%
Pen#elesaian "
'iketahui:
pembakaran C1-1%
H!-32
rasio ekialen- 4-2%
la5u aliran udara aktual-'itan"a: rasio udarabahan bakar stoikiometrisAFdan la5u aliran bahanbakar-
1#,% "suam =&
bbam&
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
22/23
Lab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab. Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr.Ir. Harinaldi, M.EngDr.Ir. Harinaldi, M.Eng
Rasio 3kivalen
asio 3kivalen
Pen#elesaian 4lan/utan6 "
'ari persamaan umum reaksi pembakaran (1.$)- maka reaksi
pembakaran proses di atas adalah:
( )
( )
1,16 4,32 2 2 2 2 2
1,16 4,32 2 2 2 2 2
4,32 4,32 4,32C H 1,16 O +3,76N 1,16 H O 3,76 1,16 N
4 2 4
C H 2,24 O +3,76N 1,16 2,16H O 8,42N
CO
CO
+ + + + +
+ + +
*enggunakan persamaan (1.11)- rasio udarabahan bakar stoikiometrik
dapat ditentukan sebagai berikut:
*assa molekuler udara- Mu 2- kg,kmol
*assa molekuler bahan bakar- Mbb
(1-1%)(12) + (!-32)(1) 1-2! kg,kmol
*aka rasio udarabahan bakar stoikiometris:
(28, "ol)(2,24(1+3,76) ol)16,8
(18,24 "ol)(1 ol)
u u u
s
bb bb bbs s
m M NAF
m M N
= = = =
-
7/21/2019 192838058 Teknik Pembakaran Dasar 03.Ppt [Autosaved]
23/23
Lab Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUILab Mekanika Fluida Teknik Mesin-FTUI Dr Ir Harinaldi M EngDr Ir Harinaldi M Eng
Rasio 3kivalen
asio 3kivalen
Pen#elesaian 4lan/utan6 "
7asio udarabahan bakar aktual dengan rasio ekialen- 4-2%
dapat ditentukan dengan persamaan (1.13):
Karena rasio udarabahan bakar 5uga men"atakan rasio la5u aliranmassa udarabahan bakar- maka dengan menggunakan persamaan
(1.11) dengan pen"esuaian simbol maka la5u aliran bahan bakar dapat
ditentukan:
16,8%#%,06
0,286
s
a
AFAF = = =
1#,% "s0,26% "s
#%,06ua ua
a bba
bba a
m mAF m
m AF= = = =
& &
&&