Bahan bakar dan pembakaran

    1. Bahan Bakar

    Energi dari Matahari diubah menjadi energi kimia dengan fotosintesa. Namun, sebagaimana kita ketahui, bila kita membakar tanaman atau kayu kering, menghasilkan energi dalam bentuk panas dan cahaya, kita melepaskan energi matahari yang sesungguhnya tersimpan dalam tanaman atau kayu melalui fotosintesa. Kita tahu bahwa hampir kebanyakan di dunia pada saat ini kayu bukan merupakan sumber utama bahan bakar.  Kita umumnya menggunakan gas alam atau minyak bakar di rumah kita, dan kita  menggunakan  terutama minyak bakar dan batubara   untuk memanaskan air menghasilkan  steam untuk menggerakan turbin untuk sistim pembangkitan tenaga yang sangat besar. Bahan bakar tersebut –  batubara, minyak bakar, dan gas alam –  sering disebut sebagai bahan bakar fosil.  Berbagai jenis bahan bakar (seperti bahan bakar cair, padat, dan gas) yang tersedia tergantung pada berbagai faktor seperti biaya, ketersediaan, penyimpanan,  handling, polusi dan peletakan boiler, tungku dan peralatan pembakaran lainnya.  Pengetahuan mengenai sifat bahan bakar membantu dalam memilih bahan bakar yang benar untuk  keperluan  yang benar dan untuk  penggunaan bahan bakar yang efisien.  Uji laboratorium biasanya digunakan untuk mengkaji sifat dan kualitas bahan bakar. 

2 JENIS-JENIS BAHAN BAKAR

Bagian ini menerangkan tentang jenis bahan bakar: padat, cair, dan gas. 

 2.1 Bahan Bakar Cair

        Bahan bakar cair seperti minyak  tungku/  furnace oil dan LSHS  (low sulphur heavy stock)

terutama digunakan  dalam penggunaan industri. Berbagai sifat bahan bakar cair diberikan

dibawah ini. 

2.1.1 Densitas 

 Peralatan Termal: Bahan Bakar dan Pembakaran  

          Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia –  www.energyefficiencyasia.org  ©UNEP  2

Densitas didefinisikan sebagai perbandingan massa bahan bakar terhadap volum bahan bakar

pada suhu acuan  15° C.  Densitas diukur dengan suatu alat yang disebut  hydrometer.

Pengetahuan mengenai  densitas ini berguna untuk penghitungan  kuantitatif dan pengkajian

kualitas penyalaan. Satuan densitas adalah kg/m3

 

2.1.2 Specific gravity

Didefinisikan sebagai perbandingan berat dari sejumlah volum minyak bakar terhadap berat

air untuk volum yang sama pada suhu  tertentu. Densitas bahan bakar, relatif terhadap air,

disebut  specific gravity.  Specific gravity  air ditentukan sama dengan  1.  Karena  specific

gravity adalah perbandingan, maka tidak memiliki satuan. Pengukuran  specific gravity

biasanya dilakukan dengan hydrometer. Specific gravity digunakan dalam penghitungan yang

melibatkan berat dan volum. Specific gravity untuk berbagai bahan bakar minyak diberikan

dalam tabel dibawah: 

Tabel 1. Specific gravity berbagai bahan bakar minyak (diambil dari Thermax India Ltd.)

Bahan bakar                                                                      Specific Gravity

minyak  L.D.O (Minyak Diesel  Ringan)                                 0,85 - 0,87

Minyak Tungku/  Furnace Oil                                                 0,89 - 0,95 

L.S.H.S (Low Sulphur  Heavy Stock)                                       0,88 - 0,98 

2.1.3 Viskositas

Viskositas suatu fluida merupakan ukuran  resistansi  bahan terhadap aliran.  Viskositas

tergantung pada suhu dan berkurang dengan naiknya suhu. Viskositas diukur dengan Stokes /

Centistokes.  Kadang-kadang  viskositas juga diukur dalam Engler, Saybolt atau Redwood.

Tiap jenis minyak  bakar  memiliki hubungan suhu  –   viskositas  tersendiri. Pengukuran

viskositas dilakukan dengan suatu alat yang disebut Viskometer.

Viskositas merupakan sifat yang sangat penting dalam penyimpanan dan penggunaan bahan

bakar minyak.  Viskositas  mempengaruhi derajat pemanasan awal yang diperlukan untuk

handling, penyimpanan dan atomisasi yang memuaskan. Jika minyak terlalu kental,maka

akan menyulitkan dalam pemompaan, sulit untuk menyalakan  burner, dan sulit dialirkan.

Atomisasi yang jelek akam mengakibatkan terjadinya pembentukan endapan karbon pada

ujung  burner atau pada dinding-dinding. Oleh karena itu  pemanasan awal penting untuk

atomisasi yang tepat. 

2.1.4 Titik Nyala

Titik nyala suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana bahan bakar dapat dipanaskan

sehingga uap mengeluarkan nyala sebentar bila dilewatkan suatu nyala api . Titik nyala untuk

minyak tungku/ furnace oil adalah 66

0

C.

2.1.5 Titik Tuang

Titik tuang suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana bahan bakar akan tertuang atau

mengalir bila didinginkan dibawah kondisi yang sudah ditentukan. Ini merupakan indikasi

yang sangat kasar untuk suhu terendah dimana bahan bakar minyak siap untuk dipompakan. 

2.1.6 Panas Jenis

 Peralatan Termal: Bahan Bakar dan Pembakaran  

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia –  www.energyefficiencyasia.org  ©UNEP  3

Panas jenis adalah jumlah kKal yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 kg minyak sebesar

10

C. Satuan panas jenis adalah kkal/kg0

C. Besarnya bervariasi  mulai dari 0,22  hingga 0,28

tergantung pada  specific gravity minyak. Panas jenis menentukan berapa banyak steam atau

energi listrik yang digunakan untuk memanaskan minyak ke suhu yang dikehendaki. Minyak

ringan memiliki panas jenis yang rendah, sedangkan minyak yang lebih berat memiliki panas

jenis yang lebih tinggi. 

2.1.7 Nilai Kalor 

Nilai kalor merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan., dan diukur sebagai nilai

kalor kotor/ gross calorific value atau nilai kalor netto/ nett calorific value. Perbedaannya

ditentukan oleh panas laten kondensasi dari uap air yang dihasilkan selama  proses

pembakaran.  Nilai kalor kotor/.  gross calorific value (GCV)  mengasumsikan seluruh uap

yang dihasilkan selama proses pembakaran sepenuhnya terembunkan/terkondensasikan. Nilai

kalor netto  (NCV)  mengasumsikan air yang keluar dengan produk pengembunan  tidak

seluruhnya terembunkan. Bahan bakar harus dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto. 

Nilai kalor batubara  bervariasi  tergantung pada kadar abu,  kadar air dan jenis batu baranya

sementara nilai kalor bahan bakar minyak lebih konsisten.  GCV untuk beberapa  jenis bahan

bakar cair yang umum digunakan  terlihat dibawah ini: 

Tabel 2.  Nilai kalor kotor  (GCV)  untuk beberapa bahan bakar minyak  (diambil dari

Thermax India Ltd.)

Bahan bakar minyak    Nilai Kalor kotor (GCV) (kKal/kg)

Minyak Tanah      - 11.100

  Minyak Diesel      - 10.800

L.D.O         - 10.700

Minyak Tungku/Furnace  - 10.500

LSHS        - 10.600

2.1.8 Sulfur

Jumlah sulfur dalam bahan bakar minyak sangat tergantung pada sumber minyak mentah dan

pada proses penyulingannya. Kandungan normal sulfur untuk residu bahan bakar minyak

(minyak furnace) berada pada 2 - 4 %. Kandungan sulfur untuk berbagai bahan bakar minyak

ditunjukkan pada Tabel 3. 

Tabel 3.  Persentase sulfur untuk  berbagai bahan bakar minyak  (diambil dari Thermax

India Ltd.)

Bahan bakar minyak       Persen sulfur

Minyak Tanah        0,05 –  0,2

Minyak Diesel        0,05 –  0,25

L.D.O           0,5 –  1,8

Minyak Furnace      2,0 –  4,0

LSHS          < 0,5

Kerugian utama dari  adanya  sulfur a dalah resiko korosi oleh asam sulfat yang terbentuk

selama dan sesudah pembakaran, dan pengembunan di  cerobong asap, pemanas awal udara

dan economizer. Peralatan Termal: Bahan Bakar dan Pembakaran  

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia –  www.energyefficiencyasia.org  ©UNEP  4

2.1.9 Kadar Abu 

Kadar abu erat kaitannya dengan bahan inorganik atau garam dalam bahan bakar minyak.

Kadar abu  pada distilat bahan bakar diabaikan. Residu bahan bakar memiliki kadar abu yang

tinggi. Garam-garam tersebut mungkin dalam bentuk senyawa  sodium, vanadium,  kalsium,

magnesium, silikon, besi, alumunium, nikel, dll.

Umumnya, kadar abu berada pada kisaran 0,03 –  0,07 %. Abu yang berlebihan dalam  bahan

bakar cair dapat menyebabkan pengendapan kotoran pada peralatan pembakaran. Abu

memiliki pengaruh erosi pada ujung  burner, menyebabkan kerusakan pada  refraktori pada

suhu tinggi dapat meningkatkan korosi suhu tinggi dan penyumbatan peralatan. 

2.1.10 Residu Karbon 

Residu karbon memberikan kecenderungan  pengendapan residu padat karbon  pada

permukaan panas, seperti burner atau injeksi nosel , bila kandungan yang mudah menguapnya

menguap. Residu minyak mengandung residu karbon 1 persen atau lebih. 

2.1.11 Kadar Air

Kadar air minyak  tungku/furnace  pada saat pemasokan umumnya sangat rendah sebab

produk disuling dalam kondisi panas. Batas maksimum 1% ditentukan sebagai standar. 

Air dapat berada dalam bentuk bebas atau emulsi dan dapat menyebabkan kerusakan dibagian

dalam permukaan  tungku selama pembakaran terutama jika mengandung garam terlarut. Air

juga dapat menyebabkan percikan nyala  api di ujung  burner,  yang dapat  mematikan nyala 

api , menurunkan suhu nyala api atau memperlama penyalaan. 

Spesifikasi khusus bahan bakar minyak terlihat pada tabel dibawah. 

Tabel 4. Spesifikasi khusus bahan bakar minyak (diambil dari Thermax India Ltd.)

Bahan Bakar Minyak  Karakteristik

Minyak Furnace   L.S.H.S  L.D.O

Masa Jenis (g/cc

pada 150C)

0,89 - 0,95  0,88 - 0,98  0,85 - 0,87

Titik Nyala (0C)  66  93  66

Titik Tuang (0C)  20  72  18

G.C.V. (kKal/kg)  10.500  10.600  10.700

Endapan, % Berat

Max.

0,25  0,25  0,1

Total Sulfur, %

Berat, Max.

Sampai  4,0  Sampai 0,5  Sampai  1,8

Kadar Air, % Vol.

Max.

1,0  1,0  0,25

% Abu, Berat Max.  0,1  0,1  0,02

2.1.12 Penyimpanan Bahan Bakar Minyak

 Peralatan Termal: Bahan Bakar dan Pembakaran  

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia –  www.energyefficiencyasia.org  ©UNEP  5

Akan  sangat berbahaya bila menyimpan minyak  bakar  dalam tong.  Cara yang lebih baik

adalah menyimpannya dalam tangki silinder, diatas maupun dibawah tanah.  Minyak bakar

yang dikirim umumnya masih mengandung debu, air dan bahan pencemar lainnya. 

Ukuran tangki penyimpan  minyak bakar  sangatlah penting. Perkiraan ukuran penyimpan

yang direkomendasikan  sedikitnya untuk 10 hari konsumsi normal. Tangki penyimpan bahan

bakar untuk industri pada umumnya digunakan tangki mild steel tegak yang diletakkan diatas

tanah.  Untuk alasan keamanan dan lingkungan, perlu dibuat dinding disekitar tangki

penyimpan untuk menahan aliran bahan bakar jika terjadi kebocoran. 

Pengendapan sejumlah padatan dan lumpur akan terjadi pada tangki dari waktu ke waktu,

tangki harus dibersihkan  secara berkala: setiap tahun untuk bahan bakar berat dan setiap dua

tahun untuk bahan bakar ringan. Pada saat bahan bakar dialirkan dari kapal tanker ke tangki

penyimpan, harus dijaga dari terjadinya kebocoran -kebocoran pada sambungan, flens dan

pipa-pipa.  Bahan bakar minyak harus bebas dari pencemar seperti debu, lumpur dan air

sebelum diumpankan ke sistim pembakaran. 

2.2 Bahan Bakar Padat (Batubara) 

2.2.1 Klasifikasi Batubara 

Batubara diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama yakni  antracit, bituminous,  dan lignit,

meskipun tidak jelas pembatasan diantaranya.  Pengelompokannya lebih lanjut adalah semi-

antracit, semi-bituminous,  dan sub-bituminous.  Antracit  merupakan batubara tertua  jika

dilihat dari sudut pandang geologi, yang merupakan  batubara keras, tersusun dari komponen

utama karbon dengan sedikit kandungan bahan yang mudah menguap dan  hampir  tidak

berkadar air. Lignit merupakan batubara termuda dilihat dari pandangan geologi. Batubara ini

merupakan batubara lunak yang tersusun terutama dari bahan yang mudah menguap  dan

kandungan air dengan kadar  fixed carbon yang rendah.   Fixed carbon  merupakan karbon

dalam keadaan bebas, tidak bergabung  dengan elemen lain. Bahan yang mudah menguap

merupakan bahan batubara yang mudah terbakar yang menguap apabila batubara dipanaskan.

Batubara yang umum digunakan, contohnya pada industri di India adalah batubara

bituminous dan sub-bituminous. Pengelompokan batubara India berdasarkan nilai kalornya

adalah sebagai berikut : 

Kelas                                                        Kisaran Nilai Kalor (dalam kKal/kg)

A                                                                    Lebih dari  6200

B                                                                     5600 –  6200

C                                                                   4940 –  5600

D                                                                     4200 –  4940

E                                                                      3360 –  4200

F                                                                  2400 –  3360

G                                                                 1300 –  2400