Komposisi dan Spesifikasi Bahan Bakar

KOMPOSISI DAN SPESIFIKASI BAHAN BAKAR

1 Komposisi.

Bahan bakar fosil dan bahan bakar organic lainnya umumnya tersusun dari unsur C (carbon), H             (Hydrogen), O (oxygen), N (Nitrogen), S (Sulphur), P (Phospor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, namun unsur-unsur kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan kalor, dan disebut sebagai  “bahan yang dapat terbakaratau  “combustible matter”, disingkat dengan BDT.

Unsur –unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat terbakar adalah O, N, bahan mineralatau abu dan air. Komponen-komponen ini disebut sebagai  “bahan yang tidak dapat terbakar” atau non-combustible matter, disingkat dengan Non-BDT.

Secara singkat komposisi bahan bakar padat dinyatakan menurut:

a.       Analisis pendekatan ( proximate analysis ), yaitu kandungannya akan BDT, air, abu.

BDT terdiri dari :

-          Bahan yang bila terbakar membentuk gas atau uap, yaitu gas CO₂, CO, SO₂, Uap air. Bahan ini disingkatBTG.

-          Bahan yang jika terbakar tidak membentuk gas, dan pembakaran lebih lanjut terhadap bahan ini menghasilkan kokas. Bahan ini disebut  “karbon tetap” atau fixed carbon disingkatKT.

              Setelah Proses Pembakaran.:

-          BTG : Terbakar menghasilkan gas-gas CO₂ , CO, SO₂ , dan uap air yang keluar sebagai gas asap atau gas buang.

-          Non-BDT  : unsur O dan N membentuk gas-gas oksigen (O₂) dan  nitrogen (N₂ ), dan keluar sebagai gas asap. Komponen abu tetap tinggal di ruang pembakaran, ditampung oleh penampung ( ash pit ), dan keluar sebagai sisa pembakaran ( refuse ) disingkat SB.

-          KT    : terbakar membentuk kokas.Kokas mempunyai kandungan karbon mendekati 100%.

b.      Analysis tuntas ( ultimate analysis ), yaitu komposisi bahan sampai unsur-unsurnya, seperti kandungan C, H, O, N , S, abu dan air. Air yang terkandung dalam bahan bakar mencakup:

-          Air yang menempel secara mekanis.

-          Air senyawa, yaitu air yang dapat terbentuk jika unsure O dan H dalam bahan bakar mempunyai perbandingan Stoikiometris. 

Bahan bakar cair terdiri dari senyawa hidrokarbon atau campuran beberapa macam senyawa hidrokarbon. Pada minyak bumi, kandungan hidrokarbon terdiri dari C₅sampaiC₁₆  meliputi seri Parafin, Napftena,

Olefin dan Aromatik.Hidrokarbon-hidrokarbon tersebut kadang-kadang merupakan senyawa ikatan dengan belerang, Oksigen dan Nitrogen, yang jumlahnya beragam.

Bahan-bahan gas terdiri dari campuran senyawa-senyawa C dan H yang mudah terbakar ( CH₄ ,CH₆ ,C₂H₄ ,C₂ H₂ ,CO , H₂ dan lain-lain ), serta gas-gas yang tidak terbakar ( N₂ , CO₂ , SO₂ ).

Contoh bahan bakar Gas :

Gas alam : merupakan campuran gas-gas parafin hidrokarbon jenuh seperti Metana, Etana, Gas Nitrogen,

Gas karbon dioksida, dan lain-lain.

Kandungan air di dalam bahan bakar cair dan bahan bakar gas terbatas pada harga nisbi menurut kelarutanair di dalam gas tersebut.Kandungan air, kandungan abu dan kandungan belerang dalam bahan bakar sangat menentukan mutu bahan bakar tersebut, karena bahan-bahan tersebut mempengaruhi besarnya nilai kalor dan sekaligus menentukan spesifikasinya.

 2 Spesiffikasi Dasar

Spesifikasi bahan bakar dan karakteristik utama yang mempengaruhi kerja dan kinerja mesin   yang terpenting adalah :

a.       Nilai kalor atau Heating Value atau Calorific Value atau Kalor Pembakaran.

         Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna 1 kilogram atau satu satuanberat bahan bakar padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas, pada 

keadaan baku.

Nilai kalor atas atau  “gross heating value”  atau  “higher heating value” adalah kalor yang      dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu satuan berat bahan bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada tekanan tetap, suhu 25 ⁰C, apabila semua air yang mula-mula berujud cair setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali.

Nilai kalor bawah atau  “net heating value”  atau  “lower heating value” adalah kalor yang besarnya 

sama dengan nilai kalor atas dikurangi kalor yang diperlukan oleh airyang terkandung dalam bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada 25 ⁰C dan tekanan tetap. Air dalam system setelah pembakaran berwujud uap air pada 25 ⁰C.

b.      Kandungan Air di dalam Bahan Bakar.

Air yang terkandung dalam bahan bakar padat terdiri dari :

-          Kandungan air internal atau air Kristal, yaitu air yang terikat secara kimiawi.

-          Kandungan air eksternal atau air mekanikal, yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis.

Air dalam bahan bakar cairmerupakan air eksternal, bisa masuk kedalambahan bakar dari    proses  

pengembunan dari udara yang masuk kedalam tangki, berperan sebagai pengganggu.

Air dalam bahan bakar gas merupakan uap air yang bercampur dengan bahan bakar tersebut.

Air yang terkandung dalam bahan bakar menyebabkan penurunan mutu bahan –bakar dan dapat  Merusak pelumasan pada bagian-bagian yang bergerak sliding pada pompa dan sistim bahan bakar, juga mengakibatkankarat pada permukaan yang kena air, dan filter  akan cepat kotor dengan   demikian kandungan air harus serendah mungkin.

c.       Kandungan Abu.

Abu yang terkandung dalam bahan bakar padat adalah mineral yang tak dapat terbakar ( Non-BDT ) yang tertinggal setelah proses pembakaran dan perubahan-perubahan atau reaksi-reaksi yang menyertainya selesai. Ash didalam bahan bakar secara umum terdiri dari tiga macam : partikel-partikel padat, larutan garam anorganik. Abu berperan menurunkan mutu bahan bakar karena menurunkan nilai kalor. Di dalam dapur atau dalam generator gas, abu dapat meleleh pada suhu tinggi, menghasilkan  massa yang disebut “slag”. Sifat kandungan abu dapat ditandai oleh perubahan –perubahan yang terjadi bila suhunya naik.

d.      Kandungan Belerang.

Apa bila bahan bakar yang mengandung belerang dibakar, belerang akan terbakar membentuk gas belerang dioksida (SO₂) dan belerang trioksida (SO₃ ), gas-gas ini bersifat sangat korosif terhadap logam dan beracun.

Kandungan sulfur didalam bahan bakar sangat mempengaruhi keausan mesin dan emisi gas buang, sulfur teroksidasi ketika terjadi proses pembakaran.

Reaksi (1)

               S  +  O₂   →  SO₂

Reaksi (2)

               2 SO₂  +  O₂ →  2 SO₃

Reaksi ini dipengaruhi beberapa factor seperti temperature pembakaran, temperature gas buang , kelembaban relative dan air fuel ratio. SO₃ yang dihasilkan kemudian bereaksi dengan uap air hasil pembakaran dan membentuk asam sulfat (H₂SO₄) ,  yang sangat korosif, sehingga merusak piston dinding silinder, cylinder head , katup dan saluran buang dari katup buang, exhaust manifold sampai ujung knalpot.

Reaksi (3)

                 SO₃  +  H₂O  → H₂SO₄

e.       Kandungan BTG dan daya pembentukan Kokas.

Jika bahan bakar padat dibakar tanpa udara berlebihan , pertama-tama yang menguap adalah air, baru kemudian gas-gas yang terbentuk dari terbakarnya BTG. Sisa akhir pembakaran adalah KT atau kokas serta abu.Makin tua umur geologis bahan bakar padat, makin rendah kandungan BTG –nya.

f.       Berat jenis  ( Spesiffic Gravity ).

Berat jenis dinyatakan dalam gram per ml, dalam derajad API, dalam  lb per gallon, atau lb per cu-ft, dan derajat Baume berat jenis disingkat  sp.gr. atau  sg.

g.       Viskositas atau kekentalan.

Viskositas adalah kebalikan fluiditas atau daya alir.Makin tinggi viskositas makin sukar mengalir. Mengingat kecepatan mengalir juga tergantung pada berat jenis, maka pengukuran viskositas demikian dinyatakan sebagai  “viskositas kinematik”.

Viskositas absolute =viskositas kinematik  x berat jenis cairan.

Satuan viskositas antara lain: poise, gram / cm detik, cST ( centi Stoke ), atau dengan skala Saybolt

Universal ( SU ) diukur dalam detik.

Catatan : agar minyak dapat dipompa harus mempunyai viskositas  ≤  10 000 detik SU  dan agar dapat dikabutkan  dengan tekanan udara  ≥ 1 psi harus mempunyai viskositas  ≤  100 detik  SU.

Pengaruh viskositas pada pengabutan sangat menentukan dalam mencapai pembakaran sempurdan bersih. Jika pengabutan berlangsung dengan viskositas >100 detik SU dan tekanan udara <1 psi, maka butiran  kabut minyak terlalu besar sehingga susah bercampur dengan udara sekunder. Akibatnya akan terbentuk gumpalan karbon yang mengganggu ruang bakar, burner dan dapur. Bagi

minyak-minyak berat, pemanasan pendahuluan harus dilakukan sebelum pengabutan, pemanasan pendahuluan ini gunanya untuk menurunkan viskositas sampai dibawah 100 detik SU.

Viscosity secara langsung dikaitkan dengan performance mesin, emisi dan umur mesin. Viskosity yang rendah mengurangi output power, karena bahan bakar juga harus berfungsi sebagai pelumas terhadap komponen-komponen sistim bahan bakar, khususnya pompa injeksi dan injector.

Gb. 2.1 Prinsip dari Viscometer

h.      Flash Point.

Flash point adalah suhu dimana bahan bakar terbakar dengan sendirinya oleh udara sekelilingnya disertai kilatan cahaya.

Untuk menentukan kapan minyak terbakar sendiri,  Pensky-Martens memakai sistim “closed cup” sedang  Cleveland memakai  “open cup”.

Uji dengan open cup menunjukan angka  20 – 30 ⁰F lebih tinggi dari pada dengan closed cup.

i.        Titik bakar  (Ignition Point ).

Titik bakar adalah suhu dimana bahan bakar cair yang dipanaskan pada keadaan baku dapat terbakar selama waktu sekurang-kurangnya 5 detik.

j.        Bau.

Bau tak enak yang khas biasanya ditimbulkan oleh senyawa belerang dalam bahan bakar cair.Senyawa itu adalah belerang hidrokarbon atau merkaptan yang bersifat korosif.

k.      Titik Anilin

Titik Anilinadalah  suhu dimana sejumlah volume yang sama dari bahan bakar cair dan aniline tepat bercampur. Atau, suhu terendah dimana terjadi awan yang disebabkan karena batas pemisahan fase cair dari campurannya yang homogen sejumlah volume Anilin yang sama dengan volume sampel menjadi hilang.

l.        Factor Karakterisasi dan Titik Didih

Factor karakterisasi ini memberi petunjuk tentang watak dan sifat-sifat termal fraksi minyak bumi.Disamping itu juga menyatakan perbedaan sifat parafinitas hidrokarbon secara kuantitatif atau indeks parafinitas minyak bumi mentah. Factor karakterisasi UOP  ( Universal Oil Product Company) dinyatakan dalam persamaan :

K = _B  / sg

T_B = titik didih rata-rata pada 1 atmofer dalam  ⁰Rankine