KHAIRIL BUKU AJAR TEKNIK PEMBAKARAN (BAHAN BAKAR PADAT)

Transkripsi

1 KHAIRIL BUKU AJAR TEKNIK PEMBAKARAN (BAHAN BAKAR PADAT) SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS 2013 i

2 Khairil BUKU AJAR TEKNIK PEMBAKARAN (BAHAN BAKAR PADAT) Diterbitkan oleh : SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS Darussalam, Banda Aceh Telp. (0651) ISBN Hak cipta dilindungi oleh Undang-undang Dilarang mereproduksi sebahagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk dan tujuan apapun tanpa izin tertulis dari penerbit. Dilarang memperjual belikan buku ini dalam keadaan rusak dan mengedarkannya dalam bentuk jilid atau sampul lain. Editor : Khairil Setting Layout : Mauliddin &Muhammad Irfan ii

3 Buku ini Ditulis sebagai salah satu bentuk ibadah kepada Allah S.W.T Dalam rangka meneruskan perjuangan Rasulullah S.A.W Untuk mencerdaskan kehidupan bangsa. Saya hadiahkan kepada isteri tercinta Dewi Mutia Dan Anak-anak yang ku sayangi Rizki Novridawati, Rachmat Fajri, Rais Maulana, Rafiq Al Muttaqin dan Rayyan Akhbar. iii

4 PENGANTAR PENERBIT Buku Teknik Pembakaran bahan bakar padat yang ditulis oleh Prof. Dr. Ir. Khairil, MT, merupakan sebuah buku yang unik dan menarik untuk dibaca terutama bagi mahasiswa yang mendalami ilmu Teknik Pembakaran. Buku ini disusun berdasarkan hasil penelitian oleh penulis sendiri dan hasil dari peneliti sebelumnya yang dikemas dalam bahasa dan gambar - gambar yang mudah dipahami dan dimengerti oleh pembaca. Menurut Prof. Khairil, masih banyak mahasiswa merasa kesulitan untuk memahami dan mengerti tentang prilaku pembakaran, baik sebelum pembakaran terjadi, selama pembakaran dan setelah pembakaran.prilaku tersebut dipandang perlu dicermati terutama oleh mahasiswa yang sedang mendalami mata kuliah Teknik Pembakaran pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNSYIAH. Barangkali hal ini juga demikian terasa oleh para mahasiswa di Universitas lainnya. Buku ini kami nilai sangat praktis untuk dipelajari dan dipahami, karena dalam uraianya dilengkapi dengan contoh-contoh soal dan soal-soal latihan. Sehingga para pembaca diharapkan dapat memahami dan dapat mengaplikasinya sendiri pada kasus-kasus yang sederhana pada rekayasa pembakaran. Penerbit iv

5 KATA SAMBUTAN Penulisan buku ajar di Universitas Syiah Kuala telah dimulai sejak awal perguruan tinggididirikan. Dari data yang ada pada laporan program bantuan buku ajar, sudah ada kecenderungan peningkatan penerbitan buku ajar yang ditulis oleh para staf pengajar Universitas Syiah Kualadalam periode akhir-akhir ini. Universitas Syiah Kuala terus mendukung dan mendorong para staf pengajaruntuk menulis buku ajar, sehingga dapat digunakan oleh para mahasiswa dan pengembangan ilmu pengetahuan dalam bidang teknik pembakaran. Untuk mensukseskan program penulisan buku ajar tersebut, maka Universitas Syiah Kuala telah meluncurkan program bantuan baik berupa dana insentif penulisan buku ajar maupun buku panduan lainnya. Tidak dapat dipungkiri bahwa dalam penyusanan buku ajar ini telah banyak tenaga dan pikiran yang dicurahkan oleh penulis untuk menghasilkan sebuah buku ajar yang baik dan mudah dimengerti oleh para mahasiswa baik yang ada di lingkungan Universitas Syiah Kuala maupun di Perguruan Tinggi lainnya. Kami mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Khairil, MT yang telah banyak meluangkan waktu dan tenaga dalam menyusun buku ajar ini. Semaga hasil karya ini dapat berguna untuk mencerdaskan kehidupan bangsa yang tercinta. Banda Aceh, Desember 2013 Rektor Universitas Syiah Kuala Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M. Eng. v

6 PENGHORMATAN DAN UCAPAN TERIMA KASIH Penghormatan penulis dan Terima kasih tanpa batas kepada yang mulia ayahanda M. Daud Abdullah (Alm) dan Ibunda Ruhamah atas ketulusan usaha dan perjuangan serta do a tiada henti yang dipanjatkan untuk tercapainya cita-cita penulis.penulis juga menyampaikan terima kasih khusus kepada dosen pembimbing program sarjana S1 (Teknik Mesin Unsyiah) yaitu Ir. Machrouzar Manan dan Ir. Iskandar. Dosen Pembimbing program magister Teknik Mesin ITB yaitu Prof. Dr. Ir. Ariyadi Suwono serta dosen pembimbing program doktor di TUT Japan, yaitu Prof. Dr. Eng Kazutomo Ohtake, Prof. Dr. Eng Ichiro Naruse, Prof. Iddi Mkilaha (Tanzania University) yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan studinya. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M. Eng sebagai Rektor Universitas Syiah Kuala dan seluruh sivitas akademika yangturut terlibat dan membantu penulis dalam proses penyusunan penulisan Buku Ajar ini. Penulis juga turut berdoa kepada pembimbing yang sudah mendahului meninggalkan dunia ini, semoga amal baik beliau-beliau dapat diterima di sisi Allah S.W.T dan bagi yang masih hidup semoga Allah S.W.T selalu melindunginya. Amin ya rabbal alamin. Akhirul kalam, puji dan syukur penulissampaikan ke hadirat Allah S.W.T, atas nikmat hidayah, dan semua nikmat lainnya yang tidak ternilai akibatpenyusunan buku ajar yang penulisterima, ini hanya dapat terjadi karena anugerah-nya semata. Semoga penulis diberi kekuatan dalam mengembankan amanah ini dan dimasukkan dalam hamba-nya yang pandai bersyukur. PENULIS vi

7 KATA PENGANTAR Puji Syukur kita ucapkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan berkah dan ilmu kepada kita semua, sehingga penulis telah menyelesaikan penyusunan bukuajar untuk mahasiswa. Selawat dan Salam kita panjatkan kepada Nabi Besar Muhammad S.A.W. dengan berkat perjuangan beliaulah kita telah menikmati iman dan islam serta telah merubah peradaban manusia dari alam kebodohan menjadi alam yang penuh ilmu pengetahuan. Mengingat kebutuhan yang sangat diperlukan oleh mahasiswa yang sedang mendalami mata kuliah Teknik Pembakaran pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNSYIAH khususnya dan para pembaca di Universitas lainnya maka penulis terdorong keinginan untuk menyusun buku ajar yang berjudul Teknik Pembakaran Bahan Bakar Padat. Penulisan buku ajar ini disusun atas 11 bab, supaya mahasiswa mudah memahaminya dan mengerti tentang langkah-langkah yang diperlukan baik sebelum pembakaran terjadi, selama proses pembakaran dan setelah pembakaran terjadi. Harapannya mahasiswa dapat mengerti dan memahami tentang konsep-konsep pembakaran dan sekaligus bisa membantu dalam menyelesaikan kasus-kasus sederhana dalam berbagai aplikasi teknik pembakaran yang menggunakan bahan bakar padat. Adapun cakupan pembahasannya dalam buku ini sebagai berikut.pendahuluan tentang konsep pembakaran, sifat-sifat bahan bakar padat dan perhitungan pembakaran secara ideal di bahas pada Bab 1, Bab 2 dan Bab 3. Pada Bab 4, Bab 5 dan Bab 6 akan di bahas masalah pelepasan panas dalam pembakaran atau sering disebut dengan nilai kalor, kesetimbangan kimia, konstanta kesetimbangan komposisi pembakaran dan pemahaman tentang temperatur nyala adiabatik. Pada Bab 7 akan dibahas efisiensi sistem pembakaran pada sistem boiler, sedangkan Bab 8 mambahas prilaku pembakaran bahan bakar padat. Kajian aplikasi tentang teknologi pembakaran bahan bakar padat, makanisme abu terbang, tumpukan abu pada penukar kalor, emisi dari hasil pembakaran serta teknik penurunan emisi akan dibahas pada Bab 9, Bab 10 dan Bab 11. Dalam penyusunan buku ajar ini penulis sudah berusaha mengumpulkan beberapa informasi penting dari hasil penelitian penulis sendiri dan beberapa informasi tambahan dari sumber peneliti lainnya, tentu dalam penyusunannya masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu vii

8 dengan segala keterbukaan penulis dengan senang hati menerima masukan, kritikan dan saran untuk perbaikan buku ajar ini. Akhirnya penulis juga tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam penyusunan buku ajar ini Semoga Allah S.W.T dapat membalas segala jasa dan bantuan yang telah diberikan dalam persiapan penulisan buku ajar ini. Banda Aceh, Desember 2013 Prof. Dr. Ir. Khairil, MT viii

9 DAFTAR ISI PENGANTAR PENERBIT SAMBUTAN REKTOR PENGHORMATAN DAN UCAPAN TERIMA KASIH KATA PENGANTAR DAFTAR ISI Hal iv v vi vii ix BAB 1 PENDAHULUAN Proses Pembakaran Bahan Bakar Hidrokarbon Reaksi Pembakaran Sempurna Perhitungan Reaksi Pembakaran 7 Soal-soal Latihan 12 Daftar Istilah 13 Daftar Kepustakaan 14 BAB 2 SIFAT SIFAT BAHAN BAKAR PADAT Batubara Karakteristik batubara Analisa proksimasi Analisa ultimasi Biomassa Biobriket Nilai Kalor 27 Soal-soal Latihan 30 Daftar Istilah 31 Daftar Kepustakaan 32 BAB 3 PERHITUNGAN STOIKIOMETRIK Keperluan Udara Pembakaran Produk Pembakaran Bahan Bakar Padat Kegunaan Praktis dari Komposisi Gas Asap Pembakaran Sub Stoikiometrik 46 Soal-soal Latihan 50 Daftar Istilah 51 Daftar Kepustakaan 52 ix

10 BAB 4 PELEPASAN PANAS DALAM PEMBAKARAN Pembakaran Tekanan Konstan Entalpi Reaktan Entalpi Produk Pembakaran Pembakaran dengan Volume konstan Hubungan antara H 25 dan U Nilai-nilai Kalor 61 Soal-soal Latihan 65 Daftar Istilah 66 Daftar Kepustakaan 67 BAB 5 KESETIMBANGAN KOMPOSISI PEMBAKARAN Kesetimbangan Kimia Perhitungan Kesetimbangan Komposisi Kesetimbangan Komposisi bahan bakar hidrokarbon 78 Daftar Kepustakaan 84 BAB 6 TEMPERATUR NYALA API Temperatur Nyala Api Adiabatik Panas Spesifik Gas Perhitungan Algoritma Perhitungan Temperatur Nyala Adiabatik Efek Disosiasi Terhadap Temperatur Nyala Adibatik 99 Soal-soal Latihan 105 Daftar Kepustakaan 106 BAB7 EFISIENSI SISTEM PEMBAKARAN Kesetimbangan Energi Penentuan Langsung Efisiensi Pengukuran Akhir dari Efisiensi Efisiensi dan Temperatur Gas Asap Titik Embun Gas Asap Efisiensi Boiler Kondensasi 127 Soal-soal Latihan 132 Daftar Kepustakaan 134 x

11 BAB 8 PRILAKU PEMBAKARAN BAHAN BAKAR PADAT Prilaku pembakaran zat-zat mudah terbang Prilaku Pembakaran Karbon Tetap Prilaku Pembakaran Bahan Bakar Padat Campuran 139 Daftar Kepustakaan 144 BAB 9 TEKNOLOGI PEMBAKARAN BATUBARA Teknologi Pembakaran Konvensional Prinsip Pembakaran Batubara Bersih Pembangkit Tenaga dengan Teknologi Batubara Bersih 149 Daftar Kepustakaan 156 BAB 10 MEKANISME ABU TERBANG DAN PENUMPUKAN Kecenderungan Penumpukan Abu Mekanisme Abu Terbang Mekanisme Penumpukan abu Temperatur abu terbang Komposisi kimia abu terbang 173 Daftar Kepustakaan 177 BAB 11 EMISI DARI SISTEM PEMBAKARAN Efek Rumah Kaca Emisi Karbon Dioksida Emisi Karbon Monoksida Oksida Nitrogen Nitrogen di Udara Bahan bakar Ikatan Nitrogen Teknologi Penurunan Emisi NO X Disain Burner Rendah NO x Teknologi Injeksi Bahan Bakar Susulan Oksida Sulfur Desulfurisasi Gas Asap 199 Daftar Kepustakaan 202 xi