PERANCANGAN ALAT UJI PEMBAKARAN CRUDE PALM OIL DAN MINYAK GORENG YANG DILENGKAPI SARANA PERUBAHAN FRAKSI UDARA PRIMER SEKUNDER DAN PERUBAHAN TAHAPAN PEMBAKARAN
Similar to PERANCANGAN ALAT UJI PEMBAKARAN CRUDE PALM OIL DAN MINYAK GORENG YANG DILENGKAPI SARANA PERUBAHAN FRAKSI UDARA PRIMER SEKUNDER DAN PERUBAHAN TAHAPAN PEMBAKARAN
Similar to PERANCANGAN ALAT UJI PEMBAKARAN CRUDE PALM OIL DAN MINYAK GORENG YANG DILENGKAPI SARANA PERUBAHAN FRAKSI UDARA PRIMER SEKUNDER DAN PERUBAHAN TAHAPAN PEMBAKARAN (20)
The Most Attractive Pune Call Girls Budhwar Peth 8250192130 Will You Miss Thi...
PERANCANGAN ALAT UJI PEMBAKARAN CRUDE PALM OIL DAN MINYAK GORENG YANG DILENGKAPI SARANA PERUBAHAN FRAKSI UDARA PRIMER SEKUNDER DAN PERUBAHAN TAHAPAN PEMBAKARAN
1. UNIVERSITAS GUNADARMA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
PERANCANGAN ALAT UJI PEMBAKARAN CRUDE PALM
OIL DAN MINYAK GORENG YANG DILENGKAPI SARANA
PERUBAHAN FRAKSI UDARA PRIMER - SEKUNDER DAN
PERUBAHAN TAHAPAN PEMBAKARAN
Disusun oleh :
Nama : M. Rio Rizky Saputra
NPM : 23415945
Jurusan : Teknik Mesin
Pembimbing : 1. Dr. Ir. Heru Kuncoro, M.Eng.
2. Doddi Yuniardi, ST., M.T.
Ditulis Guna Melengkapi Sebagian Syarat
Untuk Mencapai Jenjang Sarjana Strata Satu (S1)
Jakarta
2019
2. v
ABSTRAK
M. Rio Rizky Saputra, 23415945.
PERANCANGAN ALAT UJI PEMBAKARAN CRUDE PALM OIL DAN
MINYAK GORENG YANG DILENGKAPI SARANA PERUBAHAN
FRAKSI UDARA PRIMER - SEKUNDER DAN PERUBAHAN TAHAPAN
PEMBAKARAN
Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas
Gunadarma, 2019.
Kata Kunci : Perancangan, Crude palm oil, Minyak goreng, Alat uji pembakaran
(xviii + 109 + Lampiran)
Perancangan alat uji pembakaran ini mengacu pada pengembangan potensi bahan
bakar nabati yang bertumpu pada crude palm oil masih perlu dikembangkan.
Crude palm oil memiliki produk turunanya yaitu minyak goreng akan diperlakukan
sebagai bahan bakar alat uji pembakaran. Pada perancangan alat uji pembakaran
ada penambahan alat, yaitu media air, penambahan alat ini berguna untuk
menjaga temperatur gas buang serta sarana fraksi udara primer-sekunder dan
tahapan pembakaran untuk menentukan karakteristik pembakaran. Perancangan
bedasarkan prinsip pembakaran sempurna dimulai dari menghitung prosentase
massa molekul bahan bakar, menghitung nilai kalor bahan bakar, merancang
kebutuhan udara pembakaran bahan bakar dan energi yang disediakan untuk
menjadi produk akhir. Dari hasil perhitungan perancangan didapatkan nilai
kebutuhan udara pembakaran crude palm oil 879.19616 l/menit dan minyak goreng
879.29333 l/menit, sedangkan nilai kalor crude palm oil 10106.54807 Kkal/kg dan
minyak goreng 10102.64014 Kkal/kg, energi yang disediakan yaitu energi gas
buang pada crude palm oil 8.5906 kW dan minyak goreng 8.56855 kW, energi kalor
bahan bakar crude palm oil 58.7695 kW dan minyak goreng 58.7468 kW.
Daftar Pustaka (1987-2018)
4. x
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PERNYATAAN........................................................................... ii
LEMBAR PERSETUJUAN........................................................................... iii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iv
ABSTRAKSI ................................................................................................. v
KATA PENGANTAR ................................................................................... vii
DAFTAR ISI.................................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL.......................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................. xvi
DAFTAR NOTASI........................................................................................ xvii
BAB I PENDAHULUAN.......................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah.................................................................. 4
1.3 Pembatasan Masalah .............................................................. 4
1.4 Tujuan Penulisan.................................................................... 5
1.5 Metode Penulisan................................................................... 5
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................ 6
BAB II LANDASAN TEORI..................................................................... 8
2.1 Crude Palm Oil ...................................................................... 8
2.2 Kandungan Asam Lemak dan Sifat Fisiko-Kimia Crude
Palm Oil ................................................................................. 9
2.3 Minyak Goreng (Palm Olein) ................................................ 11
2.4 Asam Lemak dan Jenis – Jenis Asam Lemak ........................ 14
2.5 Ruang Bakar........................................................................... 17
2.5.1 Persyaratan Kontruksi Ruang Bakar ......................... 20
2.6 Proses Pembakaran................................................................. 21
2.6.1 Udara Stoikiometri..................................................... 24
2.6.2 Udara Berlebih (Execess Air)..................................... 25
5. xi
2.6.3 Nilai Kalor.................................................................. 26
2.7 Flames.................................................................................... 27
2.8 Termodinamika dan Kesetimbangan Energi.......................... 30
2.8.1 Termodinamika .......................................................... 30
2.8.2 Kesetimbangan Energi ............................................... 32
2.9 Entalpi Gas Pembakaran ........................................................ 32
2.10 Gas Ideal dan Stoikiometri..................................................... 33
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ............................................ 36
3.1 Flowchart Perancangan Alat Uji Pembakaran ....................... 36
3.2 Perancangan Sistem ............................................................... 38
3.2.1 Menentukan Kondisi Perancangan Alat Uji
Pembakaran................................................................ 38
3.2.2 Perhitungan Porsentase Massa Molekul Dari Bahan
Bakar .......................................................................... 39
3.2.3 Perhitungan Nilai Kalor Bahan Bakar........................ 39
3.2.4 Perhitungan Kebutuhan Udara Stokiometri Dan
Udara Berlebih ........................................................... 40
3.2.5 Penentuan Fraksi Udara Primer-Sekunder dan
Tahapan Pembakaran ................................................. 42
3.2.6 Perhitungan Energi Panas Pada Saat Pembakaran
Bahan Bakar............................................................... 43
3.2.7 Perhitungan Komposisi dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran ................................................... 43
3.2.8 Perhitungan Energi Yang Disediakan Untuk Menjadi
Produk Akhir.............................................................. 44
3.3 Aplikasi Yang Digunakan...................................................... 45
3.3.1 Steam Property........................................................... 45
3.3.2 Microsoft Excel .......................................................... 45
BAB IV ANALISA PERANCANGAN....................................................... 46
4.1 Penentuan Perancangan sistem .............................................. 46
4.2 Perhitungan Perancangan Sistem Dengan Bahan Bakar
6. xii
Crude palm Oil....................................................................... 50
4.2.1 Perhitungan Prosentase Massa Molekul Bahan
Bakar Crude Palm Oil................................................ 50
4.2.2 Perhitungan Nilai Kalor CPO (Crude Palm Oil) ....... 56
4.2.3 Perhitungan Kebutuhan Udara Pembakaran .............. 58
4.2.4 Perhitungan Energi Kalor Pada Saat Pembakaran
Bahan Bakar ............................................................... 65
4.2.5 Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi
Gas Buang Setelah Pembakaran................................. 67
4.2.6 Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi
Produk Akhir.............................................................. 72
4.3 Perhitungan Perancangan Sistem Dengan Bahan Bakar
Minyak Goreng (Palm Olein) ................................................ 77
4.3.1 Perhitungan Prosentase Massa Molekul Bahan
Minyak Goreng .......................................................... 77
4.3.2 Perhitungan Nilai Kalor Minyak Goreng................... 83
4.3.3 Perhitungan Kebutuhan Udara Pembakaran .............. 85
4.3.4 Perhitungan Energi Kalor Pada Saat Pembakaran
Bahan Bakar ............................................................... 92
4.3.5 Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi
Gas Buang Setelah Pembakaran................................. 94
4.3.6 Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi
Produk Akhir.............................................................. 100
4.4 Hasil Perhitungan Perancangan Alat Uji Pembakaran........... 105
BAB V PENUTUP ...................................................................................... 107
5.1 Kesimpulan ............................................................................ 107
5.2 Saran ...................................................................................... 109
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
7. 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan bahan bakar minyak pada saat ini, sudah menjadi kebutuhan
pokok oleh masyarakat Indonesia untuk menjalankan kehidupan ekonomi.
Kebutuhan akan bahan bakar minyak disebabkan oleh terjadinya peningkatan
jumlah penduduk dan kemajuan teknologi dari sektor transportasi dan industri.
sedangkan penyediaan minyak semakin terbatas, sehingga untuk memenuhi
kebutuhan minyak dalam negeri Indonesia harus mengimpor minyak baik dalam
bentuk minyak mentah maupun dalam bahan bakar minyak (BBM). Di sisi lain,
Indonesia telah menjadi negara net importir BBM sejak 2004 hingga saat ini.[1]
Pada tahun 2017 kebutuhan BBM nasional dalam negeri sebesar 1,3 juta
barel oil per day (bopd), kebutuhan BBM itu dipenuhi dari produksi minyak mentah
dalam negeri, impor minyak mentah, dan impor BBM. Produksi minyak mentah
sebanyak 525 ribu bopd atau sekitar 59% berasal dari dalam negeri. Sedangkan
minyak mentah dari impor sendiri sebesar 360 ribu bopd atau mengambil porsi
41%. Secara total, jumlah minyak mentah yang diproduksi mencapai 885 ribu bopd.
Namun, minyak mentah ini tak semuanya menjadi BBM. Setelah masuk kilang,
minyak mentah yang menjadi bahan bakar minyak (BBM) sebesar 680 ribu bopd.
produknya berupa gasoline, gasoil, avtur, diesel dan lain-lain. Tentu, jumlah BBM
yang diproduksi itu masih belum memenuhi kebutuhan BBM nasional, sehingga
sisanya dipenuhi dari impor BBM sebesar 370 ribu bopd kemudian fatty acid methyl
8. 2
ester (FAME) biodiesel dari CPO, ini hanya menyumbang 50 ribu per day dan
badan usaha lain menyumbang 235 ribu bopd. Jadi total kebutuhan BBM nasional
sehari-hari 1.335 juta bopd. Volume tersebut akan terus mengalami tren kenaikan
seiring meningkatnya permintaan energi. Hal ini dapat dilihat pada tahun 2018
Rata-rata impor harian produk BBM yang terdiri dari bensin, minyak solar, dan
avtur mencapai 393 ribu barel oil per day (bopd). Rata-rata harian tersebut naik
6,2 % dibanding rata-rata harian sepanjang tahun 2017 lalu yang hanya 370 ribu
bopd. Jika kebutuhan energi yang didominasi oleh impor yang terus meningkat
tanpa ada perubahan pola pemakaian energi, khususnya di sektor BBM dan minyak
mentah, maka keberlangsungan dan ketahanan energi Indonesia akan terganggu.[3]
Untuk mengatasi hal tersebut, pemerintah telah memberikan perhatian
serius untuk ketahan energi nasional salah satunya pengembangan bahan bakar
nabati (BBN) dengan menerbitkan Instruksi Presiden nomor 1 tahun 2006 tanggal
26 Januari 2016 tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati sebagai
bahan bakar alternatif mengurangi ketergantungan pada minyak bumi.
Pengembangan bahan bakar alternatif bertumpu pada minyak sawit (crude palm
oil). Saat ini penggunaan minyak crude palm oil (CPO) telah di terapakan pada
campuran minyak solar yaitu (fatty acid fatty methyl ester) FAME, lebih dikenal
dengan B20, bahkan pada akhir tahun 2018 salah perusahan BUMN yaitu PT.
Pertamina (Persero) telah mampu mengolah crude palm oil (CPO) atau minyak
sawit mentah menjadi green gasoline (bahan bakar bensin ramah lingkungan) dan
green LPG dengan teknologi co-processing. Adapun CPO yang digunakan adalah
jenis crude palm oil yang telah diolah dan dibersihkan getah serta baunya atau
9. 3
dikenal dengan nama refined bleached deodorized palm oil (RBDPO), bisa
menghemat impor minyak mentah sebesar 7.36 ribu barel per hari.[23]
Namun, pengembangan dan penerepan bahan bakar nabati (BBN) bertumpu
pada CPO sangat lambat, hal ini dibuktikan dengan oversupplay produksi CPO
nasional, data dari gabungan pengusaha kelapa sawit indonesia (GAPKI) produksi
CPO nasional menunjukkan sebesar 44 juta ton sampai dengan 46 juta ton per
tahun. Sementara ekspor crude palm oil dan komsumsi nasional secara keseluruhan
mencapai 34,71 juta ton di 2018. Angka ini meningkat 8 persen dari 32,18 juta ton
di 2017. Sementara itu, di dalam negeri penyerapan biodiesel melalui program B20
mencapai 3,8 juta ton pada 2018, sehingga terjadi penumpukan atau oversupplay
CPO sekitar 6.49 juta ton, sehingga mengakibatkan kelebihan pasokan yang pada
akhirnya membuat harga jual produk ini menjadi lebih rendah dan merugikan untuk
industri kelapa sawit termasuk kesejahteraan petani.
Bedasarkan persoalan tersebut, perlunya pembaruan dan penelitian minyak
kelapa sawit atau crude palm oil (CPO) sebagai bahan bakar. Karena crude palm
oil (CPO) ini merupakan minyak nabati terdiri dari beberapa asam lemak yang
mengandung hidrokarbon, saat ini pengembangan crude palm oil (CPO) hanya
bertumpu pada FAME salah satu produk CPO untuk campuran bahan bakar solar,
padahal produk turunan crude palm oil yaitu minyak goreng (palm olein), margarin
(palm stearin) dan sabun (palm fatty acid distillate) memiliki unsur kandungan
hidrokarbon. Maka dari itu, penelitian ini dilakukan dengan perancangan alat uji
pembakaran menggunakan bahan bakar minyak goreng (palm olein) dan crude
palm oil (CPO). Tujuannya untuk mengetahui kebutuhan udara pembakaran, nilai
10. 4
panas bahan bakar, komposisi gas buang, energi yang dihasilkan dan mengetahui
karateristik dari pembakaran. Dengan demikian nantinya bahan bakar tersebut
dapat diterapkan pada semua sektor dan akan menggurangi ketergantungan impor
pada bahan bakar fosil dan membantu industri dan petani minyak kelapa sawit atau
crude palm oil (CPO).
1.2 Rumusan Masalah
Perumusan masalah yang dapat dikemukakan sesuai dengan pernulisan ini
adalah bagaimana perancangan alat uji pembakaran dengan menggunakan crude
palm oil dan minyak goreng dilengkapi sarana perubahan fraksi udara primer -
sekunder dan perubahan tahapan pembakaran.
1.3 Pembatasan Masalah
Untuk membatasi permasalahan agar pembahasan ini tidak terlalu meluas
maka penulis mengambil batasan permasalahan sebagai berikut :
1. Perhitungan rancangan pembakaran bedasarkan proses pembakaran
sempurna (complete combustion).
2. Crude palm oil dan minyak goreng diperlakukan sebagai bahan bakar
3. Laju bahan bakar crude palm oil dan minyak goreng dirancang sebesar
5 kg/jam
4. Nilai kalor ditentukan bedasarkan prosentase massa molekul bahan
bakar dikaitkan dengan nilai kalor produk pembakaran.
11. 5
1.4 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan yang hendak dicapai pada Tugas Akhir yaitu merancang alat
uji pembakaran untuk mengetahui karakteristik pembakaran crude palm oil dan
minyak goreng bila diperlakukan sebagai bahan bakar.
1.5 Metodologi Penelitian
Dalam metode penyusunan laporan Tugas Akhir ini, metode yang dilakukan
untuk memperoleh sumber data yang dibutuhkan yaitu :
1. Studi Literatur
Penulis memperoleh materi dengan membaca buku referensi, jurnal dan
sebagaian data diambil dari internet yang ada kaitanya dengan sistem
perancangan pembakaran.
2. Persiapaan
2.1 Memperoleh kandungan yang berada pada bahan bakar.
2.2 Menentukan prosentase massa molekul bahan bakar
2.3 Menentukan kapasitas bahan bakar.
2.4 Menentukan kondisi operasi air
2.5 Melakukan pengujian nyala api
2.6 Menentukan skematika proses alat uji pembakaran
3. Merancang sistem alat uji pembakaran
Penulis merancangan alat uji pembakaran dengan mengitung kebutuhan
udara pembakaran, nilai panas pembakaran, gas buang pembakaran dan
energi yang dihasilkan.
12. 6
4. Menetapkan skematika rancangan
Menetapkan sarana fraksi udara pembakaran dan tahapan perubahan
pembakaran pada udara primer dan udara sekunder
5. Menyusun penulisan Tugas Akhir
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah dalam penulisan laporan Tugas akhir, maka disusun
secara sistematika sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Dalam bab ini, dijelaskan mengenai : latar belakang masalah,
identifikasi masalah, tujuan penelitian, metode penelitian,
dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dibahas berbagai konsep teori dasar yang
berkaitan dengan pembakaran, minyak crude palm oil,
minyak goreng, termodinamika, stoikiometri kimia dan
kesetimbangan energi yang akan digunakan untuk penelitian
dan menjadi landasan teori dari materi penelitian.
13. 7
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisikan tentang tahapan untuk menghasilkan
rancangan alat uji pembakaran.
BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN
Berisikan tentang pembahasan alternatif rancangan dan
kajian yang akan digunakan.
BAB V PENUTUP
Bab ini berisikan tentang beberapa kesimpulan dan saran
dari hasil penelitian yang telah dilakukan.
14. 8
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Crude Palm Oil
Crude palm oil atau minyak sawit berasal dari buah pohon kelapa sawit
(elaeis guineensis), kelapa sawit menghasilkan dua macam minyak nabati, yaitu
minyak sawit mentah CPO (crude palm oil) yang berasal dari sabut (Mesokarp)
atau daging kelapa sawit dan minyak inti sawit PKO (palm kernel oil) yang
berasal dari inti buah sawit (kernel). Crude palm oil mempunyai ciri-ciri fisik
agak kental, berwarna kuning jingga kemerah-merahan, Sebaliknya palm kernel
oil mempunyai ciri-ciri fisik minyak berwarna putih kekuning-kuningan.[15]
Gambar 2.1 Buah kelapa sawit[15]
Minyak sawit (crude palm oil) merupakan minyak kelapa sawit mentah
yang diperoleh dari hasil ekstraksi atau dari proses pengempaan daging buah
kelapa sawit dan belum mengalami pemurnian. Minyak kelapa sawit juga
15. 9
menghasilkan berbagai produk turunan yang kaya manfaat sehingga dapat
dimanfatkan di berbagai industri. Mulai dari industri makanan, farmasi, sampai
industri kosmetik dan sebagai bahan bakar.
(a) (b)
Gambar 2.2 (a) Crude palm oil dan (b) Crude palm kernel oil[15]
2.2 Kandungan Asam Lemak dan Sifat Fisiko-Kimia Crude Palm Oil[14]
Kandungan utama yang terdapat pada crude palm oil adalah minyak yang
terdiri dari ikatan trigliserida, digliserida, dan monogliserida, karoten (500-700
ppm), tokoferol (600-1000 ppm), tocotrienal fosfor (10-20 ppm), sterol, keton,
klorofil, antioksidan, dan gum/getah. Minyak kelapa sawit terdiri dari gliserida
campuran yang merupakan ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang.
Selain itu minyak crude palm oil adalah minyak nabati semipadat. Hal ini karena
minyak sawit mengandung sejumlah asam lemak tidak jenuh dengan atom karbon
lebih besar dari (C8). Kandungan asam lemak di dalam crude palm oil sebagian
besar adalah asam lemak jenuh yaitu asam palmitat dan asam oleat (tidak jenuh).
Asam lemak jenuh hanya memiliki ikatan tunggal diantara atom-atom karbon
16. 10
penyusunnya, sedangkan asam lemak tak jenuh mempunyai paling sedikit satu
ikatan rangkap diantara atom-atom karbon penyusunnya. Asam lemak jenuh
bersifat lebih stabil (tidak mudah bereaksi) dari pada asam lemak tak jenuh. Ikatan
ganda pada asam lemak tak jenuh mudah bereaksi dengan oksigen (mudah
teroksidasi).Berikut ini kandungan asam lemak crude palm oil disajikan pada
tabel 2.1
Tabel 2.1 Komposisi asam lemak pada minyak crude palm oil
Fatty Acid Composition %)
Lauric 0.2
Myristic 1.1
Palmitic 44.0
Stearic 4.5
Oleic 39.2
Linoleic 10.1
Lainnya 0.9
Sumber : Kataren, 2008.
Sifat fisiko-kimia minyak kelapa sawit meliputi warna, bau, flavor,
kelarutan, titik cair dan polymorphism, titik didih (boiling point), titik nyala dan
titik api bilangan iod, dan bilangan penyabunan. Sifat ini dapat berubah
tergantung dari kemurnian dan mutu minyak kelapa sawit. Beberapa sifat fisika
dan kimia dari minyak kelapa sawit dapat dilihat pada tabel 2.2
17. 11
Tabel 2.2 Nilai sifat fisiko-kimia minyak sawit
Characteristic Typical Range
Specific gravity, 50°C - 0.888 to 0.889
Refractive index, 50°C - 1.455 to 1.456
Iodine value 53.0 46.0 to 56.0
Saponification number 196 190 to 202
Unsaponifiable number 0.5 0.15 to 0.99
Titer (°C) 46.3 40.7 to 49.0
Melting point (°C) (MDP) 37.5 35.5 to 45.0
Solidification point (°C) - 35.0 to 42.0
Sumber : O’Brien R D 2000
2.3 Minyak goreng (Palm olein)
Minyak goreng adalah minyak yang berasal dari lemak tumbuhan atau
hewan yang dimurnikan dan berbentuk cair dalam suhu kamar dan biasanya
digunakan untuk menggoreng bahan makanan. Minyak kelapa sawit mentah
(crude palm oil) dapat diubah menjadi beberapa bentuk, yaitu minyak goreng
(palm olein) atau biasa disebut minyak RBDPO (refined bleached deodorized
palm oil. Untuk memperoleh minyak goreng (minyak makan) maka perlu
dilakukan proses lebih lanjut yaitu netralisasi (pemisahan gum), dekolorisasi
(pemucatan), dan deodorisasi (penghilangan bau), yang disebut dengan proses
RBDPO (refined bleached deodorized palm oil) dan tahap fraksinasi.[14]
Berikut
ini proses pembuatan minyak goreng kelapa sawit atau RBDPO yaitu sebagai
berikut:
18. 12
Tahap pertama Proses refinery merupakan proses pemurnian minyak
kelapa sawit mentah (crude palm oil) untuk menghilangkan free fatty acid (FFA),
bau, serta menurunkan warna sehingga memenuhi syarat mutu gunanya. Tahapan
refinery terdiri dari netralisasi, pemucatan dan deodorizing.[18]
1. Netralisasi dan degumming
Netralisasi bertujuan untuk memisahkan minyak dari senyawa terlarut
seperti pospatida, asam lemak bebas dan hidrokarbon. Lemak dengan
kandungan asam lemak bebas tinggi dipisahkan dengan menggunakan
uap panas dalam keadaan vakum lalu ditambah alkali. Jika kandungan
asam lemak bebasnya rendah maka cukup dilakukan penambahan
NaCO3. Selanjutnya proses degumming ini biasanya juga dilakukan
dengan menambahkan asam fosfat. Hal ini bertujuan agar gum/getah
menggumpal dan pecah kemudian disaring.
2. Pemucatan (Bleaching)
Pemucatan bertujuan menghilangkan sebagian zat-zat warna dalam
minyak. Hal ini dilakukan dengan menambahkan adsorbing agent
seperti arang aktif, tanah liat atau dengan perlakuan reaksi-reaksi
kimia. Setelah zat warna terserap kemudian minyak disaring.
3. Penghilangan bau (deodorizing)
Proses ini bertujuan menghilangkan bau dalam minyak yang akan
mempengaruhi penerimaan minyak oleh calon konsumen. Proses ini
meliputi penghilangan terhadap senyawa-senyawa aldehid dan keton.
19. 13
Minyak hasil dari serangkaian proses diatas disebut RBDPO (Refined
Bleached Deodorized Palm Oil). Setelah minyak RBDPO didapatkan, tahap
perlakuan selanjutnya adalah tahap fraksinasi. Tahap fraksinasi merupakan tahap
pemisahan fraksi yang terdapat dalam minyak RBDPO. Terdapat 2 jenis fraksi
dalam minyak RBDPO yaitu fraksi olein dan fraksi stearin. Fraksi olein akan
diolah lebih lanjut menjadi minyak goreng (palm olein) dan fraksi stearin akan
digunakan sebagai bahan baku pembuatan margarin.
Tabel 2.3 Produk minyak CPO dari proses RBPDO dan fraksinasi
Sumber : O’Brien R D 2000
20. 14
Kelebihan minyak sawit sebagai bahan baku minyak goreng (palm olein)
adalah kandungan asam oleat (fatty oleic) yang relatif tinggi yaitu sekitar 40%.
Asam oleat adalah asam lemak yang mengandung satu ikatan rangkap sehingga
selama proses penggorengan relatif lebih stabil dibandingkan dengan minyak
nabati lain, yang mengandung asam lemak dengan ikatan rangkap.
2.4 Asam Lemak dan Jenis – Jenis Asam lemak[16]
Asam lemak termasuk salah satu anggota lipid, yaitu lipid sederhana. Lipid
sederhana adalah ester asam lemak dengan berbagai alkohol. Yang termasuk
dalam kelas ini yaitu lemak dalam kondisi cair (minyak). Lipid adalah senyawa
yang berisi karbon dan hidrogen yang tidak larut dalam air tetapi larut dalam
pelarut organik. Asam lemak terdiri dari trigliserida campuran, yang merupakan
ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang, baik berasal dari hewan atau
tumbuhan. Lipid sederhana meliputi ester asam lemak dengan berbagai alkohol.
Contoh lipid sederhana antara lain :
1. Lemak (fat) merupakan ester asam lemak dengan gliserol.
2. Minyak (oil) adalah lemak dalam keadaan cair
3. Wax (malam) merupakan ester asam lemak dengan alkohol monohidrat
yang berat molekulnya tinggi.
21. 15
Gambar 2.3 Proses hidrolisi dari trigliserida [16]
Asam lemak atau asam karboksilat adalah senyawa organik polar yang
mengandung 2 hingga 24 atam karbon (C) dengan gugus fungsional utamanya
adalah gugus karboksil (-COOH). Jumlah atom C pada asam lemak umumnya
genap. Asam lemak terpendek adalah asam asetat (2 atom karbon) dan yang
terpanjang adalah asam tetrakosanoat (24 atom karbon). Asam lemak yang
terdapat dalam bahan pangan sumber lemak umumnya berkisar antara C12 dan
C22.
Setiap atom karbon pada asam lemak akan berikatan dengan atom
hidrogen dan atom karbon lainnya, dimana masing-masing akan membentuk 4
ikatan kovalen. Rantai karbon pada struktur asam lemak dapat jenuh atau tidak
jenuh. Asam lemak jenuh (saturated fatty acid) disusun oleh rantai atom karbon
penyusunnya yang berikatan tunggal/mengikat dua atom hidrogen, sedangkan
asam lemak tidak jenuh (unsaturated fatty acid) mengandung satu atau lebih atom
karbon yang berikatan ganda (double bond) sehingga hanya mengikat satu atom
hydrogen. Asam lemak tidak jenuh dapat dikelompokkan berdasarkan jumlah
ikatan gandanya, yaitu asam lemak dengan ikatan tidak jenuh tunggal (mono-
22. 16
unsaturated fatty acid atau MUFA) dan asam lemak dengan ikatan tidak jenuh
jamak (poli-unsaturated fatty acid atau PUFA).
Tabel 2.4 Rantai dari jenis asam lemak
Sumber : Hernandez,Nacu & Cochran,W. Eric : 2014
23. 17
Berikut ini kandungan asam lemak berseta rumus kimianya dari beberapa
sumber yaitu tumbuhan dan hewani pada tabel 2.5. Untuk jenis – jenis asam
lemak dapat dilihat pada lampiran.
Tabel 2.5 Jenis-jenis asam lemak
Chemical
formula
Fatty acid Boiling point (o
C) Flash point (o
C)
C6H10O4 Adipic 337.5 196
C7H6O2 Benzoic 249.2 121–131
C12H24O2 Lauric 298.9 110
C3H6O3 Lactic 122 110
C18H32O2 Linoleic 230 112
C14H28O2 Myristic 326.2 110
C16H32O2 Palmitic 351 – 352 110
C18H36O2 Stearic 383 113
C18H34O2 Oleic 286 189
Sumber : Rowe, C. Raymond,dkk : 2009
2.5 Ruang Bakar[24]
Ruang bakar merupakan tempat diharapkan terjadinya proses pembakaran
sempurna, yaitu reaksi eksotermik sebagai reaksi antara bahan bakar dan oksigen,
yang cepat sehingga akan menghasilkan energi kinetik gas. Ruang bakar terdiri
dari tabung luar dan tabung dalam (combustion liner). Tabung luar merupakan
tabung penyangga ruang bakar, sedangkan tabung dalam membentuk atau
membatasi ruang dimana proses pembakaran itu berlangsung. Pada combustion
24. 18
liner atau tabung dalam terdapat penyemprotan bahan bakar (fuel nozzle) dan
penyala (spark plug) dan (flame holder) yang berfungsi memperlambat aliran
untuk mendapatkan pembakaran stabil dan membentuk vortex atau turbulensi.
Gambar 2.4 Kontruksi ruang bakar turbin gas.[24]
Ruang bakar memiliki tiga kontruksi zona pembakaran untuk
mendistribusikan udara pembakaran dan udara pendinginan, zona tersebut
adalah.[22]
1. Zona Primer (primary air)
Zona primer atau zona penyalaan adalah untuk menyalakan bahan
bakar dan menyediakan cukup waktu dan kondisi (temperatur, aliran
vortex dan turbulensi) memungkinkan terjadinya proses pembakaran
sempurna. Tetapi kesempurnaan pembakaran juga tergantung dari
tekanan dan aliran udara.
25. 19
Gambar 2.5 Aliran vortex pada zona Primary air.[22]
2. Zona Sekunder (secondary air)
Zona sekunder atau zona penyempuranaan pembakaran berfungsi
sebagai daerah menyempurnakan pembakaran, membatasi temperatur
gas pembakaran dan membentuk profil temperatur gas keluar ruang
bakar yang tepat.
3. Zona Tersier (tertiary air)
Zona tersier atau zona pendinginan dan penyeragaman temperatur
berfungsi sebagai zona pendinginan profil temperatur gas. Temperatur
gas maksimum ditetapkan bedasarkan tegangan yang diizinkan sesuai
temperatur material. Udara sekunder dimasukan sebanyak (20-40) %
jumlah udara total. Pemasukan udara sekunder itu dilakukan melalui
satu atau lebih baris lubang pada combustion liner yang ukuran, bentuk
dan susunanya diatur sehingga memungkinkan pencampuran yang
efektif.
26. 20
2.5.1 Persyaratan Kontruksi Ruang Bakar[7]
Ruang bakar sangat menentukan mutu gas pembakaran, bukan saja dari
segi energi yang disediakan tetapi juga dari emisi gas buangnya. Untuk menjamin
hal tersebut maka ruang bakar harus memenuhi syarat-syarat dasar berikut ini :
1. Efisiensi pembakaran yang tinggi, bahan bakar harus terbakar
sempurna sehingga semua energi kimia dapat dikonverisikan menjadi
energi panas. Untuk hal tersebut zona primer harus menjamin
terjadinya pencampuran turbulent yang baik, perbandingan bahan
bakar – udara yang tepat dan pada tekanan dan temperatur yang tepat
pula.
2. Penyalaan mudah dalan seluruh daerah operasinya. Oleh karena itu
rancangan zona primer sangat kritis dan hendaknya digunakan bahan
bakar yang memenuhi syarat yang diminta.
3. Daerah stabilitas pembakaran yang luas, nyala api tidak akan
padamdalam daerah tekanan, kecepatan dan perbandingan bahan bakar
udara yang luas.
4. Distribusi temperatur keluar ruang bakar yang uniform.
5. Kerugian tekanan yang rendah, perlu diketahui bahwa setelah
terjadinya pembakaran didalam zone primer ,kecepatan gas
pembakaran naik (serupa dengan aliran adiabatik).
6. Emisi polutan (CO,HC NOx, SOx) dan asap yang rendah. Untuk hal
tersebut pembakaran harus berlangsung sempurna, waktu tinggal
(residence time) tidak terlampau panjang kadar aromatik rendah.
27. 21
2.6 Proses Pembakaran
Menurut Singh, ongkar. (2009), Pembakaran merupakan kombinasi secara
kimiawi dari unsur oksigen (O2) dengan elemen bahan bakar yaitu hidrogen (H),
carbon (C) dan sulfur (S) dengan menimbulkan nyala dan panas, sehingga akan
menghasilkan rekasi oksidasi secara cepat maupun lambat pada temperatur dan
tekanan tertentu.
Proses pembakaran akan menghasilkan reaksi eksotermik yaitu
melepaskan energi kimia yang terkandung didalam bahan bakar dengan
mereaksikannya menggunakan oksigen sebagai oksidator. Hal ini akan dapat
mengasilkan reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yaitu produk berupa
panas (heat) dan gas buang pada tabel 2.6. Reaksi eksotermik pembakaran adalah
kombinasi dari berbagai atom dan molekul elemen bahan bakar berinteraksi
dengan oksigen. Bentuk secara umum persamaan reaksi pembakaran hidrokarbon
sebagai berikut:
Reaktan → Produk
atau,
Bahan bakar + Pengoksidasi → Produk
CnHm + (n +
m
4
)O2 → n CO2 + (
m
2
) H2O + Heat ........... (2.1)
Pada reaksi proses pembakaran di atas dikatakan pembakaran sempurna
(complete combustion) apabila campuran bahan bakar dan oksigen mempunyai
perbandingan tepat, hingga tidak diperoleh sisa reaktan. Hal ini dapat dilihat dari
persamaan reaksi pembakaran sempurna sebagai berikut :
28. 22
1. Reaksi pembakaran sempurna (C) karbon dan (O2) oksigen
C + O2 → CO2 + Heat ...................................... (2.2)
1 mol (C) + 1 mol (O2) = 1 mol (CO2)
12 kg (C) + 32 kg (O2) = 44 kg (CO2)
2. Reaksi pembakaran sempurna (H) hidrogen dan (O2) oksigen,
2H2 + O2 → 2H2O + Heat .................................. (2.3)
2 mol (H) + 1 mol (O2) = 2 mol (H2O)
4 kg (H) + 32 kg (O2) = 36 kg (H2O)
3. Reaksi pembakaran sempurna (S) sulfur dan (O2) oksigen,
S + O2 → SO2 + Heat ....................................... (2.4)
1 mol (S) + 1 mol (O2) = 1 mol (SO2)
32 kg (S) + 32 kg (O2) = 64 kg (SO2)
Dalam pembakaran jika oksigen terlalu banyak, maka dikatakan campuran
lean (kurus). Pembakaran ini akan menghasilkan api oksidasi. Sebaliknya, bila
bahan bakarnya terlalu banyak (atau tidak cukup oksigen) dikatakan campuran
rich (kaya). Pembakaran ini menghasilkan api reduksi. Hasil lainnya berupa
oksidasi rendah, menunjukkan bahwa pembakaran itu merupakan pembakaran
tidak sempurna. Biasanya pembakaran tidak sempurna (Incomplete combustion)
berlangsung dalam oksigen berjumlah sedikit (kurang).[7]
29. 23
Tabel 2.6 Persamaan pembakaran dan nilai panas
Sumber : Veatch & Black. 1996
Tujuan dari proses pembakaran yang baik adalah melepaskan seluruh
panas yang terdapat dalam bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan pengentrolan
“Tiga T” pembakaran yaitu: [8]
1. Temperatur
Temperatur dalam proses pembakaran yang digunakan harus cukup
tinggi untuk menyalakan dan menjaga penyalaan bahan bakar.
2. Turbulensi
Turbulensi yang tinggi menyebabkan terjadinya pencampuran yang
baik antara bahan bakar dan pengoksidasi.
3. Time/waktu
Waktu harus cukup supaya input panas dapat diserap oleh reaktan
sehingga berlangsung proses eksotermik.
30. 24
2.6.1 Udara Stoikiometri [4]
Untuk mendukung pembakaran bahan bakar, oksigen (O2) harus ada.
Oksigen disediakan melalui udara pembakaran. Jumlah minimum udara yang
diperlukan untuk membakar bahan bakar secara teoritis disebut udara pembakaran
stoikiometrik. Stoikiometri pembakaran ditentukan dari analisis bahan bakar.
Selama proses pembakaran yang sempurna, bahan bakar dioksidasi oleh reaksi
eksotermik berikut:
CnHm + (n +
m
4
) O2 + 3.78 N2 → n CO2 + (
m
2
) H2O + 3.78 (n +
m
4
) N2......(2.5)
Karena sebagian besar udara memiliki kandungan volume oksgien 21 %
(mole basis) O2 dan nitrogen 79 % (mole basis) N2, maka untuk setiap mol
oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran, 3,78 mol nitrogen harus dimasukkan
juga. Contoh dari reaksi pembakaran persamaan 2.2 sebagai berikut :
C + O2 → CO2 ........................................... (2.6)
C + (
1
4
) O2 + 3.78 N2 → CO2 + 3.78 (
1
4
) N2
C + (0.25) O2 → CO2 + 0.945 N2
Dibutuhkan 0.25 mol untuk membakar karbon (C) menghasilkan 1 mol
CO2 dan 0.945 mole N2. Suatu reaksi pembakaran tidak selalu berlangsung seperti
reaksi pembakaran diatas, akan tetapi reaksi pembakaran justru kebanyakan
31. 25
menghasilkan gas pembuangan seperti Nitrogen Oksida (NOx) atau Karbon
Monoksida (CO).
2.6.2 Udara berlebih (Execess Air)
Nilai udara stoikiometri mendefinisikan suatu proses pembakaran dengan
jumlah efisiensi 100%, sehingga tidak ada lagi udara yang terbuang. Pada
kenyataannya, untuk mencapai pembakaran sempurna, harus disediakan sejumlah
udara yang lebih besar daripada kebutuhan stoikiometri. Hal ini dikarenakan
sulitnya mendapatkan pencampuran yang memuaskan antara bahan bakar dengan
udara pada proses pembakaran aktual.[17]
Udara perlu diberikan dalam jumlah berlebih untuk memastikan
terbakarnya seluruh bahan bakar yang ada secara sempurna. Untuk menentukan
udara Oleh karena itu agar bahan bakar dapat terbakar secara sempurna maka
dibutuhkan jumlah udara yang lebih banyak dibandingkan dengan udara pada
kondisi yang ideal (udara teoritis), dan jumlah udara yang lebih tersebut dikenal
dengan istilah excess air. Excess air dapat dihitung melalui persamaan sebagai
berikut :[17]
Udara berlebih = (100 % + excess air) x Udara stoikiometri ........ (2.7)
Berikut adalah nilai dari udara berlebih (excess air) yang dibutuhkan dari
jenis-jenis bahan bakar pada tabel 2.7.
32. 26
Tabel 2.7 Nilai kebutuhan udara berlebih dari jenis bahan bakar
Sumber : John, B. Kitto & dkk : 2005)
2.6.3 Nilai Kalor [10]
Nilai kalor merupakan jumlah panas atau energi termal yang dihasilkan
dari 1 kg bahan bakar ketika terjadinya pembakaran. Nilai kalor atau "nilai Btu
bahan bakar" juga digunakan untuk menggambarkan satuan panas pembakaran
suatu bahan bakar. Dalam penentuan nilai kalor, ada dua jenis nilai pemanasan
yaitu sebagai berikut :
33. 27
1. Nilai kalor atas atau high heating value (HHV) yaitu nilai panas bahan
bakar dengan memperhitungkan panas kondensasi uap (air yang
dihasilkan dari pembakaran berada dalam wujud cair)
2. Nilai kalor bawah atau low heating value (LHV) yaitu nilai kalor
pambakaran tanpa memperhitungkan panas kondensasi uap (air yang
dihasilkan dari pembakaran berada dalam wujud gas/uap)
2.7 Flames[4]
Menurut Chung K. Law. 2006. Nyala api hanya akan terbakar jika berada
dalam batas mudah terbakar, yaitu komposisi campuran bahan bakar-oksidan yang
akan menopang nyala api yang stabil. Flames adalah mekanisme yang biasa
digunakan untuk pembakaran hidrokarbon di udara. Ini adalah daerah di mana
pemecahan awal dari molekul bahan bakar. Api yang sudah dicampur sebelumnya
dari kombinasi udara-bahan bakar tertentu dicirikan oleh tiga parameter utama,
kecepatan pembakaran, suhu nyala api dan batas mudah terbakar, yang juga
ditentukan oleh tekanan, suhu dan, tentu saja, rasio campuran
Api melibatkan reaksi kimia antara satu bahan kimia yang disebut bahan
bakar, dan bahan kimia lain yang merupakan oksidator (atau oksidan). Dalam
kasus khusus, bahan bakar dan oksidan dapat digabungkan dalam molekul kimia
yang sama dan ini adalah kasus di beberapa propelan dan bahan peledak. Reaksi
kimia antara bahan bakar dan oksidan disebut pembakaran; itu disertai dengan
pelepasan panas dan biasanya oleh emisi cahaya di wilayah spektrum yang
terlihat. Dalam kasus nyala api hidrokarbon yang sudah dicampur sebelumnya
34. 28
yang terbakar di udara, cahaya yang dipancarkan biasanya berwarna biru jika
campurannya berbahan bakar rendah, dan ia memberikan lokasi nyala api dan
khususnya, karena intensitasnya yang lebih besar, posisi nyala depan. Namun, jika
campuran yang masuk ke nyala api kaya akan bahan bakar, nyala api penghasil
jelaga kuning dihasilkan yang disebut nyala api bercahaya.
Gambar 2.6 Tipe flame dan kecepatan oksidator [2]
Berbagai jenis api dapat terjadi dari cara bahan bakar dan oksidan
dicampur dalam ruang bakar atau oleh laju alirannya, berikut ini merupakan jenis-
jenis api pembakaran.
35. 29
1. Premixed flames
Nyala api premixed di mana oksigen/oksidator telah dicampur dengan
bahan bakar sebelum mencapai zona pembakaran, dan kecepatan nyala
ditentukan oleh komposisi kimia bahan bakar.
Gambar 2.7 Nyala api premixed laminar pada bunsen [7]
2. Diffusion flames
Nyala api difusi dimana oksgien/oksidator bergabung dengan bahan bakar
melalui difusi dan nyala api ini dikendalikan oleh laju bahan bakar dan
udara untuk membentuk campuran yang mudah terbakar. Contoh
pembakaran ini adalah pada ruang pembakaran turbin gas, ketika
semprotan bahan bakar cair dicampur dengan udara di ruang bakar.
36. 30
Gambar 2.8 Diffusion flames [7]
2.8 Termodinamika dan Kesetimbangan Energi
2.8.1 Termodinamika [5]
Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi
panas (heat) dengan bentuk energi lainya. Dalam pembahasan termodinamika
pada suatu daerah tertentu yang disebut dengan sistem. Daerah di luar sistem
disebut dengan lingkungan. Dalam sistem termodinamika, dapat terjadi
perpindahan massa zat dan perpindahan energi dari dalam sistem ke
lingkungannya atau sebaliknya pada gambar.
Gambar 2.9 Sistem termodinamika [6]
37. 31
Perpindahan energi pada sistem termodinamika dapat bersifat steady state
dan unsteady state. Kondisi steady state massa zat akan tetap dan laju aliran panas
yang masuk dan keluar dari sistem adalah konstan. Sedangkan unsteady state
massa zat dari sistem akan tetap, tetapi laju aliran panas dari sistem dipengaruhi
oleh perubahan waktu. Energi yang terlibat dalam perpindahan energi dalam
sistem termodinamika menurut hukum termodinamika pertama adalah
Q = ΔE +W.......................................................(2.8)
Energi panas (Q) didefinisikan sebagai bentuk energi yang dapat berpindah
antara dua sistem (atau dari sistem ke lingkungan) dengan sifat perbedaan
temperatur. Persamaan energi panas adalah
Q = m x c x ΔT (kJ) ........................................... (2.9)
Ketika energi sistem (ΔE) berlaku steady dan sistem volume atur atau
sistem terbuka maka terdapat laju massa aliran fluida (ḿ) yang melewati sistem
dan energi kinetik dan energi potensial dapat diabaikan, sehingga persamaan
menjadi
Q = ḿ x c x ΔT (kJ/s)....................................... (2.10)
Dimana panas jenis (c) dan temperatur (ΔT) merupakan entalpi (h),
sehingga permasaan energi panas (Q) menjadi sebagai berikut :
Q = ḿ x h (kJ/s).............................................. (2.11)
Dan energi dimiliki sistem (ΔE) dapat berupa energi kinetic, energi
potensial dan energi dalam. Kemudian kerja (W) merupakan energi yang
dihasilkan oleh suatu gaya yang bergerak pada sesuatu jarak tertentu.
38. 32
2.8.2 Kesetimbangan Energi
Kesetimbangan energi didasarkan pada hukum kekekalan energi, yaitu
bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Kesetimbangan energi
akan berkesinambungan dengan prinsip kesetimbangan energi massa, sehingga
prinsip perhitungan yang digunakan kesetimbangan energi sama dengan
kesetimbangan massa. Prinsip kesetimbangan energi dapat dinyatakan dengan
persamaan berikut :
Energi yang masuk = energi yang keluar + akumulasi didalam sistem ....... (2.12)
Dalam kondisi steady state dimana tidak terjadi akumulasi energi didalam sistem,
maka persamaan diatas dapat disederhanakan lagi sebagai berikut :
Energi yang masuk = Energi yang keluar ....................... (2.13)
2.9 Entalpi Gas Pembakaran[10]
Enthalpi adalah indikasi tingkat energi relatif suatu bahan pada temperatur
dan tekanan tertentu. Entalpi akan tetap konstan selama tidak ada energi yang
masuk atau keluar dari zat. Entalpi dari sebagian besar gas yang digunakan dalam
perhitungan pembakaran dapat disesuaikan dengan kurva dengan persamaan
sebagai berikut :
Entalpi (h) = aT2
+ bT + c .................................... (2.14)
39. 33
Dimana :
T = Temperatur (C)
h = Entalpi (Btu/lb)
a, b, c = Koefisien entalpi
Nilai (a, b, c) koefisien dapat dilihat pada lampiran tabel 12 entalpy
coefficients for equation.
2.10 Gas Ideal dan Stoikiometri
1. Hukum gas ideal
Untuk gas ideal berlaku persamaan Boyle – gay lussac, sebagai berikut
:
PV = nRT .................................................... (2.15)
Pada kondisi temperatur dan tekanan standar T = 273 K dan P = 1 atm,
volume molar gas ideal adalah 22,4 liter/mol.
Dimana :
P = tekanan gas (atmosfir)
V = volume gas (liter)
n = mol gas
R = tetapan gas universal = 0.082 lt.atm/mol Kelvin
T = Temperatur mutlak (Kelvin)
40. 34
2. Stoikiometri
Stoikiometri berasal dari kata yunani yaitu stoicheion (partikel) dan
metron (pengukuran). Stoikiometri adalah cara perhitungan dan
pengukuran zat serta campuran kimia. Pengukuran stoikiometri
merupakan pengukuran kuantatif sehinga perlu ditetapkan suatu
hubungan yang mencakup jumlah relatif atom-atom, ion-ion atau
molekul-molekul suatu zat.
a. Massa molekul relatif [12]
Massa molekul relatif adalah perbandingan massa satu molekul unsur
atau terhadap 1/12 1 x massa satu atom karbon 12
C.
Mrx
=
Massa 1 molekul X
1
12
massa 1 atom C-12
Berdasarkan pengertian bahwa molekul merupakan gabungan atom
atom, maka (Mr) merupakan penjumlahan (Ar) atom-atom
penyusunnya, sehingga persamaanya adalah
Mr = ∑ Molekul atom x Ar ............................................. (2.16)
Dimana :
Mr = Massa molekul relatif (kg/kmol)
Ar = Massa atom realtif (kg/kmol)
∑ Molekul atom = Jumlah atom unsur
41. 35
b. Jumlah mol[12]
Mol adalah jumlah partikel, massa dan volume suatu zat. Digunakan
persamaan sebagai berikut :
n =
g
𝑀
............................................................ (2.17)
Karena massa molar (M) nilainya sama dengan massa molekul relatif
(Mr) suatu zat,maka persamaanya adalah
n =
g
Mr
.......................................................... (2.18)
Dimana :
Mr = Massa molekul relatif (kg/kmol)
M = Massa molar (kg/kmol)
n = Jumlah mol (kmol)
g = Massa zat (kg)
c. Persen komposisi massa[12]
Persen komposisi massa adalah banyaknya zat yang terlarut terhadap
massa larutan.
Unsur % =
Massa zat
Massa larutan
.......................... (2.19)
42. 36
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Flowchart Perancangan Alat Uji Pembakaran
Berikut ini merupakan diagram alir perancangan dari alat uji pembakaran :
Mulai
Studi Literatur
Menentukan Kondisi Operasi
Perancangan Sistem :
Tekanan air masuk = 2 Bar
Temperatur air masuk = 30 o
C
Tekanan uap keluar = 1 Bar
Temperatur uap keluar = 400 o
C
Tekanan gas buang = 1 Bar
Temperatur gas buang = 400 oC
Massflow bahan bakar = 5 kg/jam
Perhitungan Prosentase Massa Molekul Pada
Bahan Bakar
A
Perhitungan Nilai Kalor Pada Bahan Bakar
43. 37
Gambar 3.1 Flowchart perancangan alat uji pembakaran
A
Perhitungan Jumlah Kebutuhan Udara
Pembakaran Stokiometri dan Excess Air
Perhitungan Energi Kalor Pada Saat Pembakaran
Bahan Bakar
Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi
Gas Buang Setelah Pembakaran
Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi
Produk Akhir
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Penentuan Variable Udara Primer-Sekunder Dan
Tahapan Pembakaran
44. 38
3.2 Perancangan Sistem
3.2.1 Menentukan Kondisi Perancangan Alat Uji Pembakaran
Pada perancangan alat uji pembakaran ini, penentuan awal kondisi operasi
perancangan pembakaran adalah sebagai berikut :
Temperatur gas buang = 400o
C
Tekanan gas buang = 1 Bar
Tekanan air masuk = 2 Bar
Temperatur air masuk = 30 o
C
Tekanan uap keluar = 1 Bar
Temperatur uap keluar = 400 o
C
Massflow bahan bakar = 5 kg/jam
Nilai kondisi diatas merupakan parameter awal perancangan alat ini, dimana
prinsip kesetimbangan energi terjadi pada temperatur gas buang sebagai energi masuk
sedangkan temperatur uap keluar sebagai energi keluar. Sehingga, temperature uap
dan gas buang sama sebesar 400 o
C. Dalam perancangan alat ini digunakannya air
untuk menghasilkan produk berupa uap dan air juga akan menyerap panas temperatur
gas buang untuk menghindari terbentuknya (NOx), sehingga temperatur ruang bakar
dapat dijaga. Dengan mengetahui properti air dari parameter kondisi rancangan
sistem, maka akan dapat nilai energi yang dihasilkan dan dibutuhkan pada alat uji
pembakaran.
45. 39
3.2.2 Perhitungan Porsentase Massa Molekul Dari Bahan Bakar
Pada perancangan alat uji pembakaran ini menggunakan bahan bakar minyak
nabati yaitu minyak sawit (crude palm oil) dan minyak goreng (palm olein). Dimana
minyak nabati tersebut memiliki beberapa kandungan asam lemak. Kandungan asam
lemak ini tersusun dari beberapa molekul karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O)
dan memilik jumlah atom masing-masing tiap unsur molekulnya. Kandungan
molekul dari crude palm oil dan minyak goreng dapat dilihat pada tabel 2.1 dan tabel
2.3.
Prosentase massa akan menentukan banyak zat molekul yang terlarut terhadap
total massa unsur penyusun. Maka, perhitungan ini terlebih dahulu harus mengetahui
massa molekul relatif, jumlah mol asam lemak dan mol penyusun asam lemak.
Sehingga, perhitungan ini dapat digunakan untuk mendapatkan nilai kalor, nilai
energi gas buang dan kebutuhan udara.
3.2.3 Perhitungan Nilai Kalor Bahan Bakar
Perhitungan nilai kalor bahan bakar menyatakan jumlah panas /kalori
dihasilkan dari proses pembakaran dalam jumlah tertentu bahan bakar dengan
oksigen. Pada perhitungan nilai kalor menyatakan proses pembakaran bahan bakar
terjadi secara sempurna (complete combustion) diukur melalui nilai panas produk
pembakaran gross calori value atau high heating value yaitu nilai panas dengan
memperhitungkan panas kondensasi uap (air (H2O) yang dihasilkan dari pembakaran
berada dalam wujud cair).
46. 40
Komposisi massa molekul komponen reaktan bahan bakar akan menentukan
jumlah nilai kalor pada saat pembakaran. oleh karenanya perhitungan ini
menjelasakan berapa nilai kalori yang dilepas saat pembakaran dengan 1 kg massa
bahan bakar jika pembakaran terjadi secara sempurna (complete combustion).
3.2.4 Perhitungan Kebutuhan Udara Stokiometri dan Udara Berlebih
Proses pembakaran membutuhkan oksigen (O2) sebagai oksidator akan
bereaksi dengan bahan bakar, jika dalam proses pembakaran (O2) oksigen diperoleh
dari udara, di mana udara memiliki kandungan proposisi bedasarkan volume 21 %
(O2) oksigen dan 79 % (N) nitrogen.
Oleh karena itu perhitungan kebutuhan udara stokiometri (udara teoritis)
minimal akan cukup memberikan pembakaran sempurna (incomplete combustion),
sedangkan dalam aktualnya untuk pembakaran sempurna akan sulit dicapai, hal ini
dikarenakan laju reaksi terbatas dan pencampuran bahan bakar tidak sempurna. Untuk
perhitungan kebutuhan udara berlebih (execess air) merupakan udara pembakaran
aktual dalam jumlah yang lebih besar dari jumlah udara teoritis memastikan bahwa
terjadinya pembakaran secara sempurna.
Sehingga perhitungan kebetuhan udara stokiometri dan udara berlebih (excess
air) sangat penting dalam alat ini, bertujuan untuk mengetahui udara ideal dan aktual
yang dibutuhkan untuk pembakaran pada alat ini. Dalam tabel 3.1 perancangan
kebutuhan udara excess air digunakan rata-rata dari jenis bahan bakar fuel oil sebesar
47. 41
10 %. Karena bahan bakar nabati yaitu crude palm oil dan palm olein termasuk jenis
bahan bakar fuel oil.
Tabel 3.1 Penentuan udara berlebih
(Sumber : John, B. Kitto & dkk : 2005)
48. 42
3.2.5 Penentuan Fraksi Udara Primer-Sekunder Dan Tahapan Pembakaran
Penentuan frakasi udara primer - sekunder ini adalah memvariasikan nilai
kebutuhan udara pembakaran pada udara primer dan udara sekunder bertujuan untuk
mengetahui karakteristik dari api (flame) yang dihasilkan yakni bentuk fisik nya
berupa warna, panjang dan aliran, kemudian variasi ini memberikan campuran udara
yang cukup untuk membakar reaktan, dan selanjutnya adalah mencapai pembakaran
tersebut terjadi secara sempurna atau mendekati sempurna. Tahapan pembakaran
dilakukan pada ruang udara sekunder, posisi letak dari ruang udara sekunder dapat
berpindah dari posisi I, II dan III dilihat pada gambar 3.2
Gambar 3.2 Skematik tahapan perubahan pembakaran
Variable fraksi udara primer-sekunder pada perancangan alat uji pembakaran
ini sebagai berikut :
I II II
Udara
Primer
Udara
Sekunder
Bahan Bakar
49. 43
Tabel 3.2 Variable fraksi primer dan sekunder
Udara Primer Udara Sekunder
70 % 30 %
60 % 40 %
50 % 50 %
40 % 60 %
30 % 70 %
3.2.6 Perhitungan Energi Panas Pada Saat Pembakaran Bahan Bakar
Perhitungan ini bertujuan untuk mengetahui laju energi panas/kalor yang
dibangkitkan pada saat pembakaran bahan bakar di ruang bakar. Dalam perhitungan
ini dianggap bahwa pembakaran terjadi secara sempurna. Maka, semua reaktan akan
teroksidasi dengan oksigen (O2) tidak meninggalkan sisa rekatan dan nilai panas
produk pembakaran dapat dilihat pada lampiran tabel combustion constant.
3.2.7 Perhitungan Komposisi dan Entalpi Gas Buang Setelah Pembakaran
Gas buang merupakan hasil produk dari reaksi pembakaran dari bahan bakar
dan oksigen (O2). oleh karena itu perhitungan gas buang pada alat ini dilakukan
bedasarkan rekasi pembakaran sempurna (incomplete combustion) atau secara
toeritis, sehingga komposisi komponen produk gas buang pada saat pembakaran
bahan bakar dapat diketahui melalui laju aliran massa gas buang setiap komponen.
Komponen gas buang dari pembakaran sempurna yaitu (CO2), (H2O), (O2),
dan (N2). Terbentuknya (N2) dan (O2) didapatkan oleh udara berlebih atau udara pada
50. 44
proses pembakaran. Untuk perhitungan nilai entalpi gas buang dapat diketahui
bedasarkan temperatur gas buang dan nilai koefisien entalpi setiap komponen gas
buang, nilai koefisen dari setiap kandungan gas dapat dilihat pada lampiran tabel 12
entalpy coefficients for equation.
3.2.8 Perhitungan Energi Yang Disediakan Untuk Menjadi Produk Akhir
Pada alat uji pembakaran ini digunakan media air berfungsi untuk menjaga
temperatur pembakaran, sehingga akan menghasilkan energi pemanasaan yang
dibutuhkan untuk memanaskan air tersebut. kemudian dalam perancangan sistem laju
massa aliran air dan uap berdasarkan prinsip kesetimbangan energi maka, nilai laju
massa aliran dapat ditentukan dengan parameter energi yang berkerja di sekitar air
dan uap yaitu energi pembakaran dan energi gas buang.
Gambar 3.3 Skematik Energi yang dihasilkan pada alat uji pembakaran
Energi kalor
bahan bakar (Qp)
Energi panas air (Qair)
Energi panas uap (Quap)
Ruang bakar
Energi gas buang (Qgb)
Energi Untuk Pemanasan (dQa)
51. 45
3.3 Aplikasi Yang Digunakan
3.3.1 Steam Property
Aplikasi ini digunakan untuk mempermudah perhitungan perancangan sistem,
karena aplikasi ini dapat mengetahui sifat-sifat properti dari air pada saat kondisi
liquid dan saat kondisi uap. Sifat tersebut yaitu (h) entalpi. Untuk menggunakan
aplikasi ini, masukan nilai tekanan dan temperatur, selanjutnya klik calculate. Maka
hasil nilai sifat-sifat air akan di dapatkan.
3.3.2 Microsoft Excel
Microsft excel merupakan aplikasi yang digunakan untuk mempermudah
perhitungan skematik pada sistem turbin gas. Pada aplikasi ini menggunakan rumus
steam property yang akan membantu mendapatkan nilai entalpi, massa jenis, mass
flow dan lain sebagainya.
52. 46
BAB IV
ANALISA PERANCANGAN
Pada bab ini akan dibahas lebih lanjut mengenai analisa dan perhitungan
perancangan alat uji pembakaran menggunakan dua bahan bakar minyak nabati
yaitu minyak sawit (crude palm oil) dan minyak goreng (palm olein). Perencangan
sistem alat ini akan menghitung yaitu kebutuhan oksigen (O2), kebutuhan udara
stokiometri dan udara berlebih (excees air) pada saat pembakaran, menentukan
prosentase massa molekul bahan bakar, nilai kalor bahan bakar, lalu membahas
komponen produk gas buang hasil pembakaran berserta entalpi gas buang dan
energi panas yang dihasilkan pada saat pembakaran, dan energi dari produk ahkir.
4.1 Penentuan Perancangan Sistem
Objek dari penelitian ini adalah perancangan alat uji pembakaran
menggunakan bahan bakar nabati yaitu minyak sawit (crude palm oil) dan minyak
goreng (palm olein) dengan parameter nilai kondisi awal perancangan sistem yang
sama sebagai berikut :
Tekanan air masuk (Pair in) = 2 Bar
Temperatur air masuk (Tair in) = 30 o
C
Tekanan uap keluar (Puap out) = 1 Bar
Temperatur uap keluar (Tuap out) = 400 o
C
Tekanan gas buang (Pgas buang) = 1 Bar
Temperatur gas buang(Tgas buang) = 400o
C
53. 47
Untuk mengetahui properti air dan uap dari kondisi tersebut yaitu nilai
entalpi (h) digunakan aplikasi steam property sebagai berikut :
Gambar 4.1 Properti air pada temperatur 30 o
C
Gambar 4.2 Properti uap pada temperatur 400 o
C
54. 48
Kemudian untuk perhitungan perancangan alat uji pembakaran ini
bedasarkan reaksi pembakaran sempurna (incomplete combustion), digunakan
dalam perhitungan kebutuhan udara pembakaran, nilai kalor bahan bakar, jumlah
panas pembakaran, komposisi gas buang dan entalpi gas buang. Pada persamaan
2.1 reaksi pembakaran sempurna akan menghasilkan produk yang memiliki nilai
panas pembakaran (gross) dan memiliki massa molekul produk pembakaran dapat
dilihat pada tabel 4.1 sebagai berikut :
Reaksi pembakaran sempurna :
C + O2 = CO2 Heat = 14.093 Btu/lb
2H2 + O2 = 2H2O Heat = 61.029 Btu/lb
Tabel 4.1 Nilai panas molekul produk pembakaran
Untuk setiap unsur karbon (C) hidrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen (N),
massa atom relatif nya dapat diketahui menggunakan tabel periodik pada tabel 4.2
sebagai berikut :
(Sumber : John, B. Kitto & dkk : 2005)
55. 49
Tabel 4.2 Massa atom relatif
Unsur
Massa atom relatif
(kg/kmol)
Karbon (C) 12.011
Hidrogen (H) 1.008
Nitrogen (N) 14.0067
Oksigen (O) 15.999
Skematik perancangan alat uji pembakaran ini dapat dilihat pada gambar
4.3 dimana nilai parameter yang akan dicari dengan kondisi awal yang telah
ditentukan
Gambar 4.3 Skematik perancangan alat uji pembakaran
Udara
Primer
Ruang Bakar
Heater
I II II
Udara
Sekunder
Tangki Minyak
Tangki Air
Blower
Pompa Minyak
Pompa Air
Gas Buang
Uap
56. 50
4.2 Perhitungan Perancangan Sistem Dengan Bahan Bakar CPO
Berikut ini perhitungan perancangan alat uji pembakaran ini menggunakan
bahan bakar crude palm oil sebagai berikut :
4.2.1 Perhitungan Prosentase Massa Molekul Bahan Bakar Crude Palm Oil
Menghitung prosentase massa molekul komponen bahan bakar crude palm
oil terdiri dari karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O) yaitu sebagai berikut :
Diketahui :
Massa bahan bakar (mb) = 5 kg
Massa atom relatif (Ar) = Pada Tabel 4.2
Tabel 4.3 Kandungan asam lemak minyak crude palm oil
Asam lemak Komposisi (%) Rumus kimia molekul
Laurat 0.2 C12 H24 O2
Myristat 1.1 C14 H28 O2
Palmitat 44.0 C16 H32 O2
Stearat 4.5 C18 H36 O2
Oleat 39.2 C18 H34 O2
Linoleat 10.1 C18 H32 O2
Lainya 0.9 -
Terlebih dahulu menghitung nilai massa molekul relatif (Mr), jumlah mol
asam lemak (n), jumlah mol komponen asam lemak (nx) dan total massa unsur atom
(Bm) adalah :
57. 51
1. Menghitung massa molekul relatif (Mr)
Menggunakan persamaan 2.16
Penyelesaian :
Mr = ∑ Molekul atom x Massa atom realtif
Contoh perhitungan :
Asam laurat = C12 H24 O2
= (12 x 12.011) + (24 x 1.008) + (2 x 15.999)
= 200.322
kg
kmol
Tabel 4.4 Hasil perhitungan massa molekul relatif CPO
Asam lemak Formula molekul
Mr
(kg/kmol)
Laurat C12 H24 O2 200.322
Myristat C14 H28 O2 228.376
Palmitat C16 H32 O2 256.430
Stearat C18 H36 O2 284.484
Oleat C18 H34 O2 282.468
Linoleat C18 H32 O2 280.452
2. Menghitung jumlah mol asam lemak (n)
Menggunakan persamaan 2.17
Penyelesaian :
Asam lemak (n) =
Massa asam lemak (g)
Massa molekul relatif (Mr)
58. 52
Contoh perhitungan :
Terlebih dahulu menentukan massa asam lemak (g) :
Massa asam lemak (g) =
komposisi
100
x Massa bahan bakar (mb)
Asam laurat g =
0.2 %
100
x 5 kg = 0.010 kg
Sehingga, jumlah mol yang terkandung setiap asam lemak (n) :
Asam laurat (n) =
0.010 kg
200.322 kg/kmol
= 0.00004992 kmol
Tabel 4.5 Hasil perhitungan jumlah mol asam lemak CPO
Asam lemak Komposisi
(%)
g
(kg)
Mr
(kg/kmol)
n
(kmol)
Laurat 0.2 0.010 200.322 0.00004992
Myristat 1.1 0.055 228.376 0.00024083
Palmitat 44.0 2.200 256.430 0.00857934
Stearat 4.5 0.225 284.484 0.00079091
Oleat 39.2 1.960 282.468 0.00693884
Linoleat 10.1 0.505 280.452 0.00180066
59. 53
3. Menghitung jumlah mol komponen asam lemak (nx)
Penyelesaian :
nx = Jumlah mol asam lemak (n) x Jumlah atom (x)
Contoh perhitungan :
Asam laurat = C12 H24 O2
Karbon (C) nx = 0.00004992 kmol x 12 = 0.000599 kmol
Hidrogen (H) nx = 0.00004992 kmol x 24 = 0.001198 kmol
Oksigen (O) nx = 0.00004992 kmol x 2 = 0.000100 kmol
Tabel 4.6 Hasil perhitungan jumlah mol pada komponen asam lemak CPO
Asam
lemak
Formula
molekul
n
(kmol)
nx
(kmol)
C H O
Laurat C12 H24 O2 0.00004992 0.000599 0.001198 0.000100
Myristat C14 H28 O2 0.00024083 0.003372 0.006743 0.000482
Palmitat C16 H32 O2 0.00857934 0.137269 0.274539 0.017159
Stearat C18 H36 O2 0.00079091 0.014236 0.028473 0.001582
Oleat C18 H34 O2 0.00693884 0.124899 0.235921 0.013878
Linoleat C18 H32 O2 0.00180066 0.032412 0.057621 0.003601
∑n =
0.01840050
∑C =
0.312787
∑H =
0.604495
∑O =
0.036801
60. 54
4. Menghitung total massa unsur atom (Bm)
Penyelesaian :
Massa unsur komponen= ∑ Jumlah mol komponen x (Ar)
Massa unsur atom karbon (C) :
BmC = 0.312787 kmol x 12.011
kg
kmol
= 3.756890 kg
Massa unsur atom hidrogen (H) :
BmH = 0.604495 kmol x 1.008
kg
kmol
= 0.609331 kg
Massa unsur atom oksigen (O) :
BmO = 0.036801 kmol x 15.999
kg
kmol
= 0.588779 kg
Sehingga, total massa unsur atom (Bm) adalah sebagai berikut :
Bm = BmC + BmH + BmO
= 3.756890 kg + 0.609331kg + 0.588779 kg
= 4.955000 kg
Dari perhitungan total massa unsur atom (Bm) pada bahan bakar, maka
selanjutnya dapat menentukan prosentase massa molekul bahan bakar minyak
crude palm oil menggunakan persamaan 2.19
61. 55
Persen massa =
Massa unsur atom (C,H,O)
Total massa unsur atom (Bm)
x 100 %
Karbon (C) =
3.756890 kg
4.955000 kg
x 100 % = 75.82 %
Hidrogen (H) =
0.609331 kg
4.955000 kg
x 100 % = 12.30 %
Oksigen (O) =
0.588779 kg
4.955000 kg
x 100 % = 11.88 %
Tabel 4.7 Hasil perhitungan prosentase massa molekul bahan bakar minyak sawit
(crude palm oil)
Unsur
Massa unsur atom
(kg)
Prosentase
massa (%)
Karbon 3.756890 75.82
Hidrogen 0.609331 12.30
Oksigen 0.588779 11.88
62. 56
4.2.2 Perhitungan Nilai Kalor CPO (Crude Palm Oil)
Nilai kalor (Qv) ini merupakan nilai kalor dalam setiap 1 kg bahan bakar
minyak CPO, saat proses pembakaran tersebut terjadi secara pembakaran sempurna
(incomplete combustion) sebagai berikut :
Diketahui :
Prosentase massa molekul bahan bakar CPO
Karbon (C) = 75.82 %
Hidrogen (H) = 12.30 %
Oksigen (O) = 11.88 %
Nilai panas produk pembakaran :
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
Ditanya : Nilai kalor (Qv) ?
Penyelesaian :
Konversi satuan nilai panas pembakaran ke satuan baku :
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 7829.404
Kkal
kg
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 33904.829
Kkal
kg
63. 57
Kemudian untuk setiap 1 kg bahan bakar memiliki massa unsur atom terdiri
dari :
Karbon (C) =
75.82
100
x 1 kg = 0.7582 kg
Hidrogen (H) =
12.30
100
x 1 kg = 0.123 kg
Dengan itu, nilai kalor (Qv) yang dihasilkan setiap 1 kg massa bahan bakar
minyak sawit pada pembakaran sempurna adalah:
Karbon (C) = 0.7583 kg x 7829.404
Kkal
kg
= 5936.25411 Kkal
Hidrogen (H) = 0.123 kg x 33904.829
Kkal
kg
= 4170.29396 Kkal
= 10106.54807 Kkal
+
64. 58
4.2.3 Perhitungan Kebutuhan Udara Pembakaran
Menghitung kebutuhan udara stokiometri dan udara berlebih (excess air)
untuk pembakaran bahan bakar di ruang bakar sebagai berikut :
Gambar 4.4 Kebutuhan udara pembakaran pada ruang bakar CPO
Bahan bakar
Ruang bakar
Udara sekunder
Udara primer
Gas buang
Kebutuhan udara pembakaran
Excess air = 10 %
Kebutuhan udara stokiometri = …? kmol/jam
Kebutuhan udara berlebih = …? kmol/jam
Kebutuhan oksigen (O2) = …? kmol/jam
Laju aliran massa oksigen (ḿO2) = …? kg/jam
Kebutuhan debit udara (V’udara) = …? m3
/s
Laju aliran massa udara stokiometri (ḿs) =….? kg/jam
Laju aliran massa udara excess air (ḿe) =….? kg/jam
Kebutuhan udara primer dan sekunder =….? l/menit
65. 59
Diketahui :
Prosentase massa molekul bahan bakar CPO :
Karbon (C) = 75.82 %
Hidrogen (H)= 12.30 %
Oksigen (O) = 11.88 %
Laju aliran massa bahan bakar (ḿb) = 5 kg/jam
Massa molekul = Pada tabel 4.1
Excess air = 10 %
Penyelesaian :
1. Menghitung jumlah molekul (nm)
Jumlah molekul komponen bahan bakar pada laju aliran massa bahan bakar
5 kg/jam adalah
Komponen karbon (C) =
75.82 % x 5
kg
jam
12.0110
kg
kmol
= 0.31562 kmol/jam
Komponen hidrogen (H) =
12.30 % x 5
kg
jam
2.0159
kg
kmol
= 0.30507 kmol/jam
Komponen oksigen (O) =
11.88 % x 5
kg
jam
31.9988
kg
kmol
= 0.01856 kmol/jam
= 0.63925 kmol/jam
+
66. 60
2. Menghitung kebutuhan oksigen (O2)
Dari persamaan 2.2 dan 2.3 reaksi pembakaran sempurna dari komponen
karbon (C) dan hidrogen (H) adalah
Reaksi pembakaran karbon (C) :
C + O2 = CO2
1 mol C + 1 mol O2 = 1 mol CO2
1 mol C membutuhukan oksigen spesifik 1
mol O2
mol C
, maka oksigen yang
dibutuhkan untuk membakar kompenen (C) adalah
karbon (C) = 0.31562
kmol C
jam
x 1
mol O2
mol C
= 0.31562
kmol O2
jam
Reaksi pembakaran hidrogen (H) :
2H2 + O2 = 2H2O
2 mol H + 1 mol O2 = 2 mol H2O
2 mol H membutuhkan oksigen spesifik 0.5
mol O2
mol H
, maka oksigen yang
dibutuhkan untuk membakar kompenen (H) adalah
Hidrogen (H) = 0.30507
kmol H
jam
x 0.5
mol O2
mol H
= 0.15253
kmol O2
jam
Sehingga, kebutuhan oksigen (O2) :
Kebutuhan (O2) = (kebutuhan O2 karbon) + (kebutuhan O2 hidrogen)
= 0.31562
kmol O2
jam
+ 0.15253
kmol O2
jam
67. 61
= 0.46815
kmol O2
jam
Karena pada bahan bakar terdapat oksigen (O2) 0.01856 kmol/jam, jadi total
kebutuhan oksigen (O2) :
Total kebutuhan (O2) = (0.46815 - 0.01856)
kmol O2
jam
= 0.44959
kmol O2
jam
Kemudian laju aliran massa oksigen (ḿO2),
ḿO2 = 0.44959
kmol O2
jam
x 31.9988
kg
kmol O2
= 14.38634
kg
jam
3. Menghitung kebutuhan udara stokiometri
Dalam udara terdapat kandungan volume oksigen (O2) 21 % dan nitrogen
(N2) 79 %, sehingga terlebih dahulu menghitung jumlah nitrogen (N2) pada
volume udara dengan jumlah kebutuhan udara (O2).
Penyelesaian :
Jumlah nitrogen (N2) =
Kebutuhan oksigen ( O2)
Volume (O2)
x Volume (N2)
=
0.44959
kmol O2
jam
21 % O2
x 79 % N2
68. 62
= 1.69131
kmol N2
jam
Kemudian laju aliran massa nitrogen (ḿN2),
ḿN2 = 28.0134
kg
kmol
x 1.69131
kmol N2
jam
= 47.37934
kg
jam
Sehingga kebutuhan udara stokiometri adalah
Udara stokiometri =
Kebutuhan oksigen ( 𝑂2)
Volume (𝑂2)
= 0.44959
kmol O2
jam
/ O2 21 %
= 2.14090
kmol
jam
Dan laju aliran massa udara stokiometri (ḿs) ialah
ḿs = ḿN2 + ḿO2
= (47.37934 + 14.38634)
kg
jam
= 61.76568
kg
jam
69. 63
4. Menghitung kebutuhan udara berlebih (Excess air)
Menghitung jumlah kebutuhan udara berlebih atau udara aktual digunakan
untuk pembakaran. Mengancu pada persamaan 2.7 sebagai berikut :
Penyelesaian :
Kebutuhan udara berlebih adalah
Udara berlebih = (100 + excess air) % x Udara stokiometri
= (100 % + 10 %) x 2.14090
kmol
jam
= 1.1 x 2.14090
kmol
jam
= 2.35499
kmol
jam
Kemudian laju aliran massa udara berlebih (ḿe) ialah
ḿe = (100 + excess air) % x ḿs
= (100 % + 10 %) x 61.76568
kg
jam
= 1.1 x 61.76568
kg
jam
= 67.94224
kg
jam
5. Menghitung kebutuhan debit udara (V’udara)
Volume molar (Vm) gas ideal pada keadaan standar (STP) adalah 22.4
liter/mol, maka kebutuhan debit udara (V’udara) adalah
70. 64
V’udara = Kebutuhan udara berlebih x Volume molar (Vm)
= 2.35499
kmol
jam
x 22.4
liter
mol
= 52.75177
kliter
jam
x 1000/60 menit
= 879.19616
liter
menit
6. Menghitung kebutuhan udara primer dan sekunder
Dalam perancangan porsi udara primer 70% dan udara sekunder 30 %
dengan debit udara (V’udara) sebesar 879.19616 liter/menit, sehingga
kebutuhan udara dari primer dan sekunder adalah
Kebutuhan udara = Debit udara (
liter
menit
) x Prosentase %
Primer 70 % = 879.19616
liter
menit
x 0.7 = 615.43731
liter
menit
Sekunder 30 % = 879.19616
liter
menit
x 0.3 = 263.75884
liter
menit
71. 65
4.2.4 Perhitungan Energi Kalor Pada Saat Pembakaran Bahan Bakar
Menghitung energi panas dihasilkan oleh reaksi pembakaran sempurna dari
molekul bahan bakar pada ruang bakar adalah sebagai berikut :
Diketahui :
Nilai panas produk pembakaran :
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
Prosentase massa molekul bahan bakar CPO :
Karbon (C) = 75.82 %
Hidrogen (H) = 12.30 %
Laju aliran massa bahan bakar (ḿb) = 5 kg/jam
Ditanya : Energi panas pembakaran (Qk) ?
Penyelesaian :
Konversi satuan nilai panas produk pembakaran sebagai berikut :
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 7829.404
Kkal
kg
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 33904.829
Kkal
kg
Menghitung laju aliran massa komponen molekul bahan bakar yaitu karbon
(C) dan hidrogen (H) pada laju aliran massa bahan bakar sebesar 5 kg/jam adalah
72. 66
ḿkomponen = Prosentase massa molekul bahan bakar x (ḿb)
ḿkomponen (C) =
75.82 %
100
x 5 kg/jam
= 3.791 kg/jam
ḿkomponen (H) =
12.30 %
100
x 5 kg/jam
= 0.615 kg/jam
Sehingga energi panas pembakaran (Qk) yang dihasilkan pada saat
pembakaran bahan bakar adalah sebagai berikut :
Energi kalor komponen = ḿkomponen x Nilai panas produk pembakaran
Karbon = 3.791
kg
jam
x 7829.404
Kkal
kg
= 29681.27056
Kkal
jam
Hidrogen = 0.615
kg
jam
x 33904.829
Kkal
kg
= 20851.46984
Kkal
jam
Nilai energi panas yang dihasilkan pada pembakaran (Qk) adalah
50532.7407 Kkal/jam
73. 67
4.2.5 Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang Setelah
Pembakaran
Gambar 4.5 Skematik gas buang bahan bakar CPO
1. Menghitung komposisi komponen gas buang
Komponen komposisi gas buang bedasarkan prinsip reaksi pembakaran
sempurna dari unsur reaktan sebegai berikut:
Diketahui :
Kebutuhan (O2) = 0.44959
Kmol 𝑂2
jam
Udara berlebih = 2.35499
Kmol 𝑂2
jam
Volume molar (Vm) = 22.4 liter/ mol
Volume udara = O2 : 21 % dan N2 : 79 %
Jumlah molekul (nm) = C = 0.31562 kmol/jam
H = 0.30507 kmol/jam
Bahan bakar
Udara
Gas Buang
P gas buang = 1 Bar
T gas buang = 400 o
C
hgb = …? kkal/kg
V’buang = …? l/menit
ḿgb = …? kg/jam
Komposisi GB
CO2 =…? %
H2O =…? %
O2 =…? %
N2 =…? %
74. 68
Massa molekul = Pada tabel 4.1
Penyelesaian :
Komponen molekul gas buang reaksi pembakaran karbon (C) dan hidrogen
(H) adalah sebagai berikut :
C + O2 = CO2
2H2 + O2 = 2H2O
Setiap 1 mol C, menghasilkan 1 mol CO2 = 0.31562 kmol/jam
Setiap 1 mol H, menghasilkan 1 mol H2O = 0.30507 kmol/jam
Komponen molekul gas buang dari udara adalah sebagai berikut :
(O2) dari udara berlebih = Kebutuhan (O2) x Volume oksigen (21%)
= 0.44959
kmol
Jam
x 21%
= 0.09441
kmol
Jam
(N2) dari udara = Udara berlebih x Volume nitrogen (79%)
= 2.35499
kmol
jam
x 79%
= 1.86044
kmol
Jam
maka total molekul gas buang (∑nbuang) adalah sebagai berikut :
∑nbuang = CO2 + H2O + O2 + N2
= (0.31562 + 0.30507 +0.09441 + 1.86044) kmol/jam
75. 69
= 2.57554 kmol/jam
Debit gas buang (V’buang) adalah sebagai berikut :
V’buang = Volume molar (Vm) x ∑nbuang
= 22.4 liter/ mol x 2.57554 kmol/jam
= 57.69209
kliter
Jam
x 1000/60 menit
= 961.53483
liter
menit
Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb) sebagai berikut :
ḿgb = Molekul gas buang x Massa molekul
CO2 = 0.31562 kmol/jam x 44 kg /kmol = 13.88728 kg /jam
H2O = 0.30507 kmol/jam x 18 kg /kmol = 5.49126 kg /jam
O2 = 0.09441 kmol/jam x 32 kg /kmol = 3.02112 kg /jam
N2 = 1.86044 kmol/jam x 28 kg /kmol = 52.09232 kg /jam
74.49198 kg/jam
Sehingga komposisi komponen gas buang sebagai berikut :
CO2 =
13.88728 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 18.65 %
H2O =
5.49126 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 7.38 %
O2 =
3.02112 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 4.05 %
+
76. 70
N2 =
52.09232 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 69.93 %
2. Menghitung entalpi gas buang (hgb)
Diketahui :
T gas buang = 400 o
C
Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb) :
CO2 = 13.88728 kg /jam
H2O = 5.49126 kg /jam
O2 = 3.02112 kg /jam
N2 = 52.09232 kg /jam
Penyelesaian :
Konversi satuan temperatur ke Fahrenheit (F) adalah
Temperatur (F) = (o
C + 9/5) + 32
= (400 o
C + 9/5) + 32 = 752 F
Nilai entalpi dari komponen molekul gas buang menggunakan persamaan
2.14 adalah
Entalpi (h) = aT2
+ bT + c
CO2 = (0.00002560224 x (752 F)2
) + (0.2270060 x 752 F) + (-24.118)
= 161.068 Btu/lb
H2O = (0.00004575975 x (752 F)2
) + (0.4246434 x 752 F) + (-30.363)
= 314.846 Btu/lb
O2 = (0.00001403084 x (752 F)2
) + (0.2232213 x 752 F) + (-19.375)
77. 71
= 156.421 Btu/lb
N2 = (0.00001496168 x (752 F)2
) + (0.2362762 x 752 F) + (-16.911)
= 169.229 Btu/lb
Konversi satuan entalpi komponen molekul gas buang sebagi berikut:
1 kkal/kg = 1.7988 Btu/lb
CO2 = 161.068 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 89.541 kkal/kg
H2O = 314.846 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 175.031 kkal/kg
O2 = 156.421 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 86.958 kkal/kg
N2 = 169.229 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 94.078 kkal/kg
Energi komponen molekul gas buang (Qmgb) yang dihasilkan sebagai
berikut:
Qmgb = ḿgas buang x Komponen entalpi molekul gas buang
CO2 = 13.88728 kg /jam x 89.541 kkal/kg = 1243.480 kkal/jam
H2O = 5.49126 kg /jam x 175.031 kkal/kg = 961.138 kkal/jam
O2 = 3.02112 kg /jam x 86.958 kkal/kg = 262.710 kkal/jam
N2 = 52.09232 kg /jam x 94.078 kkal/kg = 4900.741 kkal/jam
= 7368.069 kkal/jam
+
78. 72
Sehingga entalpi gas buang (hgb) menggunakan persamaan 2.11 sebagai
berikut :
Qmgb = ḿgb x hgb
hgb =
Qmgb
ḿgb
=
7368.069 kkal/jam
74.49198 kg /jam
= 98.91090 kkal/kg
4.2.6 Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi Produk Akhir
Menghitung energi yang dihaslikan pada perancangan sistem alat ini
sebagai berikut :
Gambar 4.6 Skematik Energi yang dihasilkan dari minyak CPO
1. Menghitung energi yang dihasilkan
Menghitung energi kalor bahan bakar (Qp), energi gas buang (Qgb) dan
energi untuk pemanasan (dQa) menggunakan persamaan 2.11 Sebagai
berikut :
Energi kalor
bahan bakar (Qp)
Energi panas air (Qair)
Energi panas uap (Quap)
Ruang bakar
Energi gas buang (Qgb)
Energi Untuk Pemanasan (dQa)
79. 73
Diketahui :
Nilai kalor (Qv) =10106.54807 kkal/kg x
4.1868 kJ/kg
1 kkal/kg
= 42314.09546 kJ/kg
Entalpi (hgb) = 98.91090 kkal/kg x
4.1868 kJ/kg
1 kkal/kg
= 414.12015 kJ/kg
h uap out = 3278.5 kJ/kg
h air in = 125.92 kJ/kg
ḿgb = 74.49198 kg/jam
ḿb = 5 kg/jam
Penyelesaian :
Energi kalor bahan bakar (Qp) = ḿb x Qv
= 5 kg/jam x 42314.09546 kJ/kg
= 211570.4773 kJ/jam / 3600 s
= 58.76957 kJ/s (kW)
Energi gas buang (Qgb) = ḿgb x hgb
= 74.49198 kg/jam x 414.12015 kJ/kg
= 30848.62993 kJ/jam / 3600 s
= 8.56906 kJ/s (kW)
80. 74
Sehingga energi untuk pemanasan (dQa) adalah
Energi untuk pemanasan (dQa)= Qp - Qgb
= 211570.4773kJ/jam - 30848.62993 kJ/jam
= 180721.8474 kJ/jam / 3600 s
= 50.20051 kJ/s (kW)
2. Menghitung laju aliran massa air (ḿair) dan laju aliran massa total (ḿtotal)
Perhitungan laju aliran massa air (ḿair) dan laju aliran massa total (ḿtotal)
sebagai berikut :
Diketahui :
h uap out = 3278.5 kJ/kg
h air in = 125.92 kJ/kg
Qp = 211570.4773 kJ/jam
Qgb = 30848.62993 kJ/jam
ḿgb = 74.49198 kg/jam
Penyelesaian :
Perhitungan laju aliran massa air (ḿair) bedasarkan kesetimbangan termal
sistem (dianggap adiabatik) menggunakan persamaan 2.13 Sebagai berikut:
Qin = Qout
Qair + Qp = Qgb + Quap
(ḿair x h air in) + Qp = (ḿair x h uap out) + Qgb
81. 75
(ḿair x 125.92 kJ/kg) + 211570.4773 kJ/jam = (ḿair x 3278.5 kJ/kg) + 30848.62993
kJ/jam
ḿair =
211570.4773
kJ
jam
- 30848.62993
kJ
jam
3278.5
kJ
kg
- 125.92
kJ
kg
=
180721.8474
kJ
jam
3152.58
kJ
kg
= 57.32506
kg
jam
/ 3600 s
= 0.01592 kg/s
Kemudian laju aliran massa total (ḿtotal) adalah
ḿtotal = ḿair + ḿgb
= 57.32506 kg/jam + 74.49198 kg/jam
= 131.81704 kg/jam /3600 s
= 0.03661 kg/s
3. Kenaikan entalpi air (dHair)
Diketahui :
h uap out = 3278.5 kJ/kg
h air in = 125.92 kJ/kg
Penyelesaian :
dHair = h uap out - h air in
= 3278.5 kJ/kg - 125.92 kJ/kg
82. 76
= 3152.58 kJ/kg
4. Energi panas air (Qair)
Diketahui :
h air in = 125.92 kJ/kg
ḿair = 57.32506 kg/jam
Penyelesaian :
Energi panas air (Qair) = ḿair x hair in
= 57.32506 kg/jam x 125.92 kJ/kg
= 7218.37155 kJ/jam / 3600 s
= 2.00510 kW
5. Energi panas uap (Quap)
Diketahui :
h uap out = 3278.5 kJ/kg
ḿair = 57.32506 kg/jam
Penyelesaian :
Energi panas uap (Quap) = ḿair x huap out
= 57.32506 kg/jam x 3278.5 kJ/kg
= 187940.2092 kJ/jam / 3600 s
= 52.20561 kW
83. 77
4.3 Perhitungan Perancangan Dengan Bahan Bakar Minyak Goreng (Palm
Olein)
Berikut ini perhitungan perancangan alat uji pembakaran menggunakan
bahan bakar minyak goreng (palm olein) sebagai berikut :
4.3.1 Perhitungan Prosentase Massa Molekul Bahan Bakar Minyak Goreng
Menghitung prosentase massa molekul komponen bahan bakar minyak
goreng terdiri dari karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O) yaitu sebagai berikut:
Diketahui :
Massa bahan bakar (mb) = 5 kg
Massa atom relatif (Ar) = Pada Tabel 4.2
Tabel 4.8 Kandungan asam lemak minyak goreng
Asam lemak Komposisi (%) Rumus Kimia Molekul
Myristat 1.25 C14 H28 O2
Palmitat 40 C16 H32 O2
Stearat 4.5 C18 H36 O2
Oleat 42 C18 H34 O2
Linoleat 11.5 C18 H32 O2
84. 78
Terlebih dahulu menghitung nilai massa molekul relatif (Mr), jumlah mol
asam lemak (n), jumlah mol komponen asam lemak (nx) dan total massa unsur atom
(Bm) adalah :
1. Menghitung massa molekul relatif (Mr)
Menggunakan persamaan 2.16
Penyelesaian :
Mr = ∑ Molekul atom x Massa atom realtif (Ar)
Contoh perhitungan :
Asam myristat = C14 H28 O2
= (14 x 12.011) + (28 x 1.008) + (2 x 15.999)
= 228.376
kg
kmol
Tabel 4.9 Hasil perhitungan massa molekul relatif minyak goreng
Asam lemak Formula molekul
Mr
(kg/mol)
Myristat C14 H28 O2 228.376
Palmitat C16 H32 O2 256.430
Stearat C18 H36 O2 284.484
Oleat C18 H34 O2 282.468
Linoleat C18 H32 O2 280.452
85. 79
2. Menghitung jumlah mol asam lemak (n)
Menggunakan persamaan 2.17
Penyelesaian :
Asam lemak (n) =
Massa asam lemak (g)
Massa molekul relatif (Mr)
Contoh perhitungan :
Terlebih dahulu menentukan massa asam lemak (g) :
Massa asam lemak (g) =
komposisi
100
x Massa bahan bakar (mb)
Asam myristat g =
1.25 %
100
x 5 kg = 0.063 kg
Sehingga, jumlah mol yang terkandung setiap asam lemak (n) :
Asam myristat (n) =
0.063 kg
228.376 kg/kmol
= 0.00027367 kmol
Tabel 4.10 Hasil perhitungan jumlah mol asam lemak minyak goreng
Asam lemak Komposisi
(%)
g
(kg)
Mr
(kg/mol)
n
(kmol)
Myristat 1.25 0.063 228.376 0.00027367
Palmitat 40 2.0 256.430 0.00779940
Stearat 4.5 0.225 284.484 0.00079091
Oleat 42 2.1 282.468 0.00743447
Linoleat 11 0.575 280.452 0.00205026
86. 80
3. Menghitung jumlah mol komponen asam lemak (nx)
Penyelesaian :
nx = Jumlah mol asam lemak (n) x Jumlah atom (x)
Contoh perhitungan :
Asam myristat = C14 H28 O2
Karbon (C) nx = 0.00027367 kmol x 14 = 0.003831 kmol
Hidrogen (H) nx = 0.00027367 kmol x 28 = 0.007663 kmol
Oksigen (O) nx = 0.00027367 kmol x 2 = 0.000547 kmol
Tabel 4.11 Hasil perhitungan jumlah mol pada komponen asam lemak minyak
goreng
Asam
lemak
Formula
molekul
n
(kmol)
nx
(kmol)
C H O
Myristat C14 H28 O2 0.00027367 0.003831 0.007663 0.000547
Palmitat C16 H32 O2 0.00779940 0.124790 0.249581 0.015599
Stearat C18 H36 O2 0.00079091 0.014236 0.028473 0.001582
Oleat C18 H34 O2 0.00743447 0.133820 0.252772 0.014869
Linoleat C18 H32 O2 0.00205026 0.036905 0.065608 0.004101
∑n =
0.01834871
∑C =
0.313583
∑H =
0.604097
∑O =
0.036697
87. 81
4. Menghitung total massa unsur atom (Bm)
Penyelesaian :
Massa unsur komponen = ∑ Jumlah mol komponen x Massa atom relatif
Massa unsur atom karbon (C) :
BmC = 0.313583 kmol x 12.011
kg
kmol
= 3.766449 kg
Massa unsur atom hidrogen (H) :
BmH = 0.604097 kmol x 1.008
kg
kmol
= 0.608929 kg
Massa unsur atom oksigen (O) :
BmO = 0.036697 kmol x 15.999
kg
kmol
= 0.587122 kg
Sehingga, total massa unsur atom (Bm) adalah sebagai berikut :
Bm = BmC + BmH + BmO
= 3.766449 kg + 0.608929 kg + 0.587122 kg
= 4.962500 kg
Dari perhitungan total massa unsur atom (Bm) pada bahan bakar, maka
selanjutnya dapat menentukan prosentase massa molekul bahan bakar minyak
goreng (palm olein) menggunakan persamaan 2.19
88. 82
Persen massa =
Massa unsur atom (C,H,O)
Total massa unsur atom (Bm)
x 100 %
Karbon (C) =
3.766449 kg
4.962500 kg
x 100 % = 75.90 %
Hidrogen (H) =
0.608929 kg
4.962500 kg
x 100 % = 12.27 %
Oksigen (O) =
0.587122 kg
4.962500 kg
x 100 % = 11.83 %
Tabel 4.12 Hasil perhitungan prosentase massa molekul bahan bakar minyak
goreng
Unsur
Massa unsur atom
(kg)
Prosentase
massa (%)
Karbon 3.766449 75.90
Hidrogen 0.608929 12.27
Oksigen 0.587122 11.83
89. 83
4.3.2 Perhitungan Nilai Kalor Minyak Goreng
Nilai kalor (Qv) ini merupakan nilai kalor dalam setiap 1 kg bahan bakar
minyak goreng, saat proses pembakaran tersebut terjadi secara pembakaran
sempurna (incomplete combustion) sebagai berikut :
Diketahui :
Prosentase massa molekul bahan bakar minyak goreng :
Karbon (C) = 75.90 %
Hidrogen (H) = 12.27 %
Nilai panas produk pembakaran :
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
Ditanya : Nilai kalor (Qv) ?
Penyelesaian :
Konversi satuan nilai panas pembakaran ke satuan baku :
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 7829.404
Kkal
kg
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 33904.829
Kkal
kg
Kemudian untuk setiap 1 kg bahan bakar memiliki massa unsur atom terdiri
dari
90. 84
Karbon (C) =
75.90
100
x 1 kg = 0.759 kg
Hidrogen (H) =
12.27
100
x 1 kg = 0.1227 kg
Dengan itu, nilai kalor (Qv) yang dihasilkan setiap 1 kg massa bahan bakar
minyak goreng pada pembakaran sempurna adalah:
Karbon (C) = 0.759 kg x 7829.404
Kkal
kg
= 5942.51763 Kkal
Hidrogen (H) = 0.1227 kg x 33904.829
Kkal
kg
= 4160.12251Kkal
= 10102.64014 Kkal
+
91. 85
4.3.3 Perhitungan Kebutuhan Udara Pembakaran
Menghitung kebutuhan udara stokiometri dan udara berlebih (excess air)
untuk pembakaran bahan bakar di ruang bakar sebagai berikut :
Gambar 4.7 Kebutuhan udara pembakaran pada ruang bakar minyak goreng
Bahan bakar
Ruang bakar
Udara sekunder
Udara primer
Gas buang
Kebutuhan udara pembakaran
Excess air = 10 %
Kebutuhan udara stokiometri = …? kmol/jam
Kebutuhan udara berlebih = …? kmol/jam
Kebutuhan oksigen (O2) = …? kmol/jam
Laju aliran massa oksigen (ḿO2) = …? kg/jam
Kebutuhan debit udara (V’udara) = …? m3
/s
Laju aliran massa udara stokiometri (ḿs) =….? kg/jam
Laju aliran massa udara excess air (ḿe) =….? kg/jam
Kebutuhan udara primer dan sekunder =….? l/menit
92. 86
Diketahui :
Prosentase massa molekul bahan bakar minyak goreng :
Karbon (C) = 75.90 %
Hidrogen (H)= 12.27 %
Oksigen (O) = 11.83 %
Laju aliran massa bahan bakar (ḿb) = 5 kg/jam
Massa molekul = Pada tabel 4.1
Excess air = 10 %
Penyelesaian :
1. Menghitung jumlah molekul (nm)
Jumlah molekul komponen bahan bakar pada laju aliran massa bahan bakar
5 kg/jam adalah
Komponen karbon (C) =
75.90 % x 5
kg
jam
12.0110
kg
kmol
= 0.31596 kmol/jam
Komponen hidrogen (H) =
12.27 % x 5
kg
jam
2.0159
kg
kmol
= 0.30433 kmol/jam
Komponen oksigen (O) =
11.83 % x 5
kg
jam
31.9988
kg
kmol
= 0.01848 kmol/jam
= 0.63877 kmol/jam
+
93. 87
2. Menghitung kebutuhan oksigen (O2)
Dari persamaan 2.2 dan 2.3 reaksi pembakaran sempurna dari komponen
karbon (C) dan hidrogen (H) adalah
Reaksi pembakaran karbon (C) :
C + O2 = CO2
1 mol C + 1 mol O2 = 1 mol CO2
1 mol C membutuhukan oksigen spesifik 1
mol O2
mol C
, maka oksigen yang
dibutuhkan untuk membakar kompenen (C) adalah
karbon (C) = 0.31596
kmol C
jam
x 1
mol O2
mol C
= 0.31596
kmol O2
jam
Reaksi pembakaran hidrogen (H) :
2H2 + O2 = 2H2O
2 mol H + 1 mol O2 = 2 mol H2O
2 mol H membutuhkan oksigen spesifik 0.5
mol O2
mol H
, maka oksigen yang
dibutuhkan untuk membakar kompenen (H) adalah
Hidrogen (H) = 0.30433
kmol H
jam
x 0.5
mol O2
mol H
= 0.15216
kmol O2
jam
Sehingga, kebutuhan oksigen (O2) :
Kebutuhan (O2) = (kebutuhan O2 karbon) + (kebutuhan O2 hidrogen)
= 0.31596
kmol O2
jam
+ 0.15216
kmol O2
jam
94. 88
= 0.46812
kmol O2
jam
Karena pada bahan bakar terdapat oksigen (O2) 0.01848 kmol/jam, jadi total
kebutuhan oksigen (O2) :
Total kebutuhan (O2) = (0.46812 - 0.01848)
kmol O2
jam
= 0.44964
kmol O2
jam
Kemudian laju aliran massa oksigen (ḿO2),
ḿO2 = 0.44964
kmol O2
jam
x 31.9988
kg
kmol O2
= 14.38794
kg
jam
3. Menghitung kebutuhan udara stokiometri
Dalam udara terdapat kandungan volume oksigen (O2) 21 % dan nitrogen
(N2) 79 %, sehingga terlebih dahulu menghitung jumlah nitrogen (N2) pada
volume udara dengan jumlah kebutuhan udara (O2).
Penyelesaian :
Jumlah nitrogen (N2) =
Kebutuhan oksigen ( O2)
Volume (O2)
x Volume (N2)
=
0.44964
kmol O2
jam
21 % O2
x 79 % N2
95. 89
= 1.69150
kmol N2
jam
Kemudian laju aliran massa nitrogen (ḿN2),
ḿN2 = 28.0134
kg
kmol
x 1.69150
kmol N2
jam
= 47.38466
kg
jam
Sehingga kebutuhan udara stokiometri adalah
Udara stokiometri =
Kebutuhan oksigen ( 𝑂2)
Volume (𝑂2)
= 0.44964
kmol O2
jam
/ O2 21 %
= 2.14114
kmol
jam
Dan laju aliran massa udara stokiometri (ḿs) ialah
ḿs = ḿN2 + ḿO2
= (47.38466 +14.38794)
kg
jam
= 61.7726
kg
jam
96. 90
4. Menghitung kebutuhan udara berlebih (Excess air)
Menghitung jumlah kebutuhan udara berlebih atau udara aktual digunakan
untuk pembakaran. Mengancu pada persamaan 2.7 sebagai berikut :
Penyelesaian :
Kebutuhan udara berlebih adalah
Udara berlebih = (100 + excess air) % x Udara stokiometri
= (100 % + 10 %) x 2.14114
kmol
jam
= 1.1 x 2.14114
kmol
jam
= 2.35525
kmol
jam
Kemudian laju aliran massa udara berlebih (ḿe) ialah
ḿe = (100 + excess air) % x ḿs
= (100 % + 10 %) x 61.7726
kg
jam
= 1.1 x 61.7726
kg
jam
= 67.94986
kg
jam
5. Menghitung kebutuhan debit udara (V’udara)
Volume molar (Vm) gas ideal pada keadaan standar (STP) adalah 22.4
liter/mol, maka kebutuhan debit udara (V’udara) adalah
97. 91
V’udara = Kebutuhan udara berlebih x Volume molar (Vm)
= 2.35525
kmol
jam
x 22.4
liter
mol
= 52.7576
kliter
jam
x 1000/60 menit
= 879.29333
liter
menit
6. Menghitung kebutuhan udara primer dan sekunder
Dalam perancangan porsi udara primer 70% dan udara sekunder 30 %
dengan debit udara (V’udara) sebesar 879.29333 liter/menit, sehingga
kebutuhan udara dari primer dan sekunder adalah
Kebutuhan udara = Debit udara (
liter
menit
) x Prosentase %
Primer 70 % = 879.29333
liter
menit
x 0.7 = 615.505331
liter
menit
Sekunder 30 % = 879.29333
liter
menit
x 0.3 = 263.78799
liter
menit
98. 92
4.3.4 Perhitungan Energi Kalor Pada Saat Pembakaran Bahan Bakar
Menghitung energi panas dihasilkan oleh reaksi pembakaran sempurna dari
molekul bahan bakar pada ruang bakar adalah sebagai berikut :
Diketahui :
Nilai panas produk pembakaran :
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
Prosentase massa molekul bahan bakar minyak goreng :
Karbon (C) = 75.90 %
Hidrogen (H) = 12.27 %
Laju aliran massa bahan bakar (ḿb) = 5 kg/jam
Ditanya : Energi panas pembakaran (Qk) ?
Penyelesaian :
Konversi satuan nilai panas produk pembakaran sebagai berikut :
Karbon (C) = 14.093
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 7829.404
Kkal
kg
Hidrogen (H2) = 61.029
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 33904.829
Kkal
kg
99. 93
Menghitung laju aliran massa komponen molekul bahan bakar yaitu karbon
(C) dan hidrogen (H) pada laju aliran massa bahan bakar sebesar 5 kg/jam adalah
ḿkomponen = Prosentase massa molekul bahan bakar x (ḿb)
ḿkomponen (C) =
75.90 %
100
x 5 kg/jam
= 3.795 kg/jam
ḿkomponen (H) =
12.27 %
100
x 5 kg/jam
= 0.6135 kg/jam
Sehingga energi panas pembakaran (Qk) yang dihasilkan pada saat
pembakaran bahan bakar adalah sebagai berikut :
Energi kalor komponen = ḿkomponen x Nilai panas produk pembakaran
Karbon = 3.795
kg
jam
x 7829.404
Kkal
kg
= 29712.58818
Kkal
jam
Hidrogen = 0.6135
kg
jam
x 33904.829
Kkal
kg
= 20800.61259
Kkal
jam
Nilai energi panas yang dihasilkan pada pembakaran (Qk) adalah
50513.20077 Kkal/jam
100. 94
4.3.5 Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang Setelah
Pembakaran
Gambar 4.8 Skematik gas buang bahan bakar minyak goreng
1. Menghitung komposisi komponen gas buang
Komponen komposisi gas buang bedasarkan prinsip reaksi pembakaran
sempurna dari unsur reaktan sebegai berikut:
Diketahui :
Kebutuhan (O2) = 0.44964
Kmol 𝑂2
jam
Udara berlebih = 2.35525
Kmol 𝑂2
jam
Volume molar (Vm) = 22.4 liter/ mol
Volume udara = O2 : 21 % dan N2 : 79 %
Jumlah molekul (nm) = C = 0.31596 kmol/jam
H = 0.30433 kmol/jam
Bahan bakar
Udara
Gas Buang
P gas buang = 1 Bar
T gas buang = 400 o
C
hgb = …? kkal/kg
V’buang = …? l/menit
ḿgb = …? kg/jam
Komposisi GB
CO2 =…? %
H20 =…? %
O2 =…? %
N2 =…? %
101. 95
Massa molekul = Pada tabel 4.1
Penyelesaian :
Komponen molekul gas buang reaksi pembakaran karbon (C) dan hidrogen
(H) adalah sebagai berikut :
C + O2 = CO2
2H2 + O2 = 2H2O
Setiap 1 mol C, menghasilkan 1 mol CO2 = 0.31596 kmol/jam
Setiap 1 mol H, menghasilkan 1 mol H2O = 0.30433 kmol/jam
Komponen molekul gas buang dari udara adalah sebagai berikut :
(O2) dari udara berlebih = Kebutuhan (O2) x Volume oksigen (21%)
= 0.44964
kmol
Jam
x 21%
= 0.09442
kmol
Jam
(N2) dari udara = Udara berlebih x Volume nitrogen (79%)
= 2.35525
kmol
jam
x 79%
= 1.86064
kmol
Jam
102. 96
maka total molekul gas buang (∑nbuang) adalah sebagai berikut :
∑nbuang = CO2 + H2O + O2 + N2
= (0.31596+0.30433+0.09442+1.86064) kmol/jam
= 2.57535 kmol/jam
Debit gas buang (V’buang) adalah sebagai berikut :
V’buang = Volume molar (Vm) x ∑nbuang
= 22.4 liter/ mol x 2.57535 kmol/jam
= 57.68784
kliter
Jam
x 1000/60 menit
= 961.464
liter
menit
Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb) sebagai berikut :
ḿgb = Molekul gas buang x Massa molekul
CO2 = 0.31596 kmol/jam x 44 kg /kmol = 13.90224 kg /jam
H2O = 0.30433 kmol/jam x 18 kg /kmol = 5.47794 kg /jam
O2 = 0.09442 kmol/jam x 32 kg /kmol = 3.02144 kg /jam
N2 = 1.86064 kmol/jam x 28 kg /kmol = 52.09792 kg /jam
74.49954 kg/jam
+
103. 97
Sehingga komposisi komponen gas buang sebagai berikut :
CO2 =
13.90224 kg /jam
74.49954 kg /jam
x 100 % = 18.66 %
H2O =
5.47794 kg /jam
74.49954 kg /jam
x 100 % = 7.35 %
O2 =
3.02144 kg /jam
74.49954 kg /jam
x 100 % = 4.05 %
N2 =
52.09792 kg /jam
74.49954 kg /jam
x 100 % = 69.93 %
2. Menghitung entalpi gas buang (hgb)
Diketahui :
T gas buang = 400 o
C
Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb) :
CO2 = 13.90224 kg /jam
H2O = 5.47794 kg /jam
O2 = 3.02144 kg /jam
N2 = 52.09792 kg /jam
Penyelesaian :
Konversi satuan temperatur ke Fahrenheit (F) adalah
Temperatur (F) = (o
C + 9/5) + 32
= (400 o
C + 9/5) +32 = 752 F
104. 98
Nilai entalpi dari komponen molekul gas buang menggunakan persamaan
2.14 adalah
Entalpi (h) = aT2
+ bT + c
CO2 = (0.00002560224 x (752 F)2
) + (0.2270060 x 752 F) + (-24.118)
= 161.068 Btu/lb
H2O = (0.00004575975 x (752 F)2
) + (0.4246434 x 752 F) + (-30.363)
= 314.846 Btu/lb
O2 = (0.00001403084 x (752 F)2
) + (0.2232213 x 752 F) + (-19.375)
= 156.421 Btu/lb
N2 = (0.00001496168 x (752 F)2
) + (0.2362762 x 752 F) + (-16.911)
= 169.229 Btu/lb
Konversi satuan entalpi komponen molekul gas buang sebagi berikut :
1 kkal/kg = 1.7988 Btu/lb
CO2 = 161.068 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 89.541 kkal/kg
H2O = 314.846 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 175.031 kkal/kg
O2 = 156.421 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 86.958 kkal/kg
N2 = 169.229 Btu/lb x
1 kkal/kg
1.7988 Btu/lb
= 94.078 kkal/kg
105. 99
Energi komponen molekul gas buang (Qmgb) yang dihasilkan sebagai berikut
:
Qmgb = ḿgas buang x Komponen entalpi molekul gas buang
CO2 = 13.90224 kg /jam x 89.541 kkal/kg = 1244.820 kkal/jam
H2O = 5.47794 kg /jam x 175.031 kkal/kg = 958.809 kkal/jam
O2 = 3.02144 kg /jam x 86.958 kkal/kg = 262.738 kkal/jam
N2 = 52.09792 kg /jam x 94.078 kkal/kg = 4901.268 kkal/jam
= 7367.635 kkal/jam
Sehingga entalpi gas buang (hgb) menggunakan persamaan 2.11 sebagai
berikut :
Qmgb = ḿgb x hgb
hgb =
Qmgb
ḿgb
=
7367.635 kkal/jam
74.49954 kg /jam
= 98.89504 kkal/kg
+
106. 100
4.3.6 Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi Produk Akhir
Menghitung energi yang dihaslikan pada perancangan sistem alat ini
sebagai berikut :
Gambar 4.9 Skematik Energi yang dihasilkan dari minyak goreng.
1. Menghitung energi yang dihasilkan
Menghitung Energi kalor bahan bakar (Qp), energi gas buang (Qgb) dan energi
untuk pemanasan (dQa) menggunakan persamaan 2.11 Sebagai berikut :
Diketahui :
Nilai kalor (Qv) = 10102.64014 Kkal kkal/kg x
4.1868 kJ/kg
1 kkal/kg
= 42297.73374 kJ/kg
Entalpi (hgb) = 98.89504 kkal/kg x
4.1868 kJ/kg
1 kkal/kg
= 414.05375 kJ/kg
h uap out = 3278.5 kJ/kg
Energi kalor bahan
bakar (Qp)
Energi panas air (Qair)
Energi panas uap (Qsteam)
Ruang bakar
Energi gas buang (Qgb)
Energi Untuk Pemanasan (dQa)
107. 101
h air in = 125.92 kJ/kg
ḿgb = 74.49954 kg/jam
ḿb = 5 kg/jam
Penyelesaian :
Energi kalor bahan bakar (Qp) = ḿb x Qv
= 5 kg/jam x 42297.73374 kJ/kg
= 211488.6687 kJ/jam / 3600 s
= 58.7468 kJ/s (kW)
Energi gas buang (Qgb) = ḿgb x hgb
= 74.49954 kg/jam x 414.05375 kJ/kg
= 30846.81391 kJ/jam / 3600 s
= 8.56855 kJ/s (kW)
Sehingga energi untuk pemanasan (dQa) adalah
Energi untuk pemanasan (dQa)= Qp - Qgb
= 211488.6687 kJ/jam - 30846.81391 kJ/jam
= 180641.8548 kJ/jam / 3600 s
= 50.17829 kJ/s (kW)
108. 102
2. Menghitung laju aliran massa air (ḿair) dan laju aliran massa total (ḿtotal)
Perhitungan laju aliran massa air (ḿair) dan laju aliran massa total (ḿtotal)
sebagai berikut :
Diketahui :
h uap out = 3278.5 kJ/kg
h air in = 125.92 kJ/kg
Qp = 211488.6687 kJ/jam
Qgb = 30846.81391 kJ/jam
ḿgb = 74.49954 kg/jam
Penyelesaian :
Perhitungan laju aliran massa air (ḿair) bedasarkan kesetimbangan termal
sistem (dianggap adiabatik) menggunakan persamaan 2.13 Sebagai berikut:
Qin = Qout
Qair + Qp = Qgb + Quap
(ḿair x h air in) + Qp = (ḿair x h uap out) + Qgb
(ḿair x 125.92 kJ/kg) + 211488.6687 kJ/jam = (ḿair x 3278.5 kJ/kg) + 30846.81391
kJ/jam
ḿair =
211488.6687
kJ
jam
- 30846.81391
kJ
jam
3278.5
kJ
kg
- 125.92
kJ
kg
=
180641.8548
kJ
jam
3152.58
kJ
kg
109. 103
= 57.29968
kg
jam
/ 3600 s
= 0.01591 kg/s
Kemudian laju aliran massa total (ḿtotal) adalah
ḿtotal = ḿair + ḿgb
= 57.29968 kg/jam + 74.49238 kg/jam
= 131.79206 kg/jam /3600 s
= 0.0366 kg/s
3. Kenaikan entalpi air (dHair)
Diketahui :
h uap out = 3278.5 kJ/kg
h air in = 125.92 kJ/kg
Penyelesaian :
dHair = h uap out - h air in
= 3278.5 kJ/kg - 125.92 kJ/kg
= 3152.58 kJ/kg
4. Energi panas air (Qair)
Diketahui :
h air in = 125.92 kJ/kg
ḿair = 57.29968 kg/jam
110. 104
Penyelesaian :
Energi panas air (Qair) = ḿair x hair in
= 57.29968 kg/jam x 125.92 kJ/kg
= 7215.17570 kJ/jam / 3600 s
= 2.00421 kW
5. Energi panas uap (Quap)
Diketahui :
h uap out = 3278.5 kJ/kg
ḿair = 57.29968 kg/jam
Penyelesaian :
Energi panas uap (Quap) = ḿair x huap out
= 57.29968 kg/jam x 3278.5 kJ/kg
= 187857.0009 kJ/jam / 3600 s
= 52.18250 kW
111. 105
4.4 Hasil Perhitungan Perancangan Alat Uji Pembakaran
Berikut ini hasil perhitungan perancangan alat uji pembakaran dengan
menggunakan dua jenis bahan bakar yaitu crude palm oil dan minyak goreng pada
tabel dibawah ini :
1. Prosentase Massa Molekul dan Nilai Kalor
Tabel 4.13 Hasil perhitungan prosentase massa molekul dan nilai kalor
Bahan bakar
Prosentase Massa Molekul (%) Qv
(Kkal/kg)
Karbon Hidrogen Oksigen
Crude palm oil 75.82 12.30 11.88 10106.54807
Minyak goreng 75.90 12.27 11.38 10102.64014
2. Kebutuhan udara pembakaran
Tabel 4.14 Hasil perhitungan kebutuhan udara pembakaran
Bahan bakar
O2
(Kmol/jam)
Udara
Stokiometri
(Kmol/jam)
Udara
Berlebih
(Kmol/jam)
V’udara
(LPM)
CPO 0.44959 2.14090 2.35499 879.19616
Minyak goreng 0.44964 2.14114 2.35525 879.29333
112. 106
3. Energi panas pembakaran,komposisi gas buang dan entalpi gas buang
Tabel 4.15 Hasil perhitungan energi panas pembakaran, komposisi gas buang dan
entalpi gas buang
Bahan
bakar
Qk
(Kkal/jam)
Komposisi Gas buang
(%)
Qmgb
(Kkal/jam)
ḿgb
(kg/jam)
hgb
(kkal/kg)
CO2 H2O O2 N2
CPO 50532.7407 18.65 7.38 4.05 69.93 7368.069 74.49198 98.91090
Minyak
goreng
50513.20077 18.66 7.35 4.05 69.93 7367.635 74.49954 98.89504
4. Energi produk akhir
Tabel 4.16 Hasil perhitungan Energi produk akhir
Bahan bakar
Op
(kW)
Qgb
(kW)
dQa
(kW)
Qair
(kW)
Quapout
(kW)
CPO 58.7695 8.56906 50.20051 2.00510 52.20561
Minyak goreng 58.7468 8.56855 50.17829 2.00421 52.18250
113. 107
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Perancangan alat uji pembakaran ini untuk melihat pembakaran yang
dihasilkan menggunakan bahan bakar crude palm oil dan minyak goreng
dengan sarana fraksi udara dan tahapan perubahan pembakaran, hal ini akan
menghasilkan karakteristik pembakaran yang berbeda-beda, untuk mencari
karateristik pembakaran yang baik.
2. Kebutuhan udara alat uji pembakaran pada bahan bakar crude palm oil
dibutuhkan 879.19616 LPM dan untuk bahan bakar minyak goreng
879.29333 LPM.
3. Bahan bakar minyak dipanaskan pada temperatur 200o
C untuk disemburkan
pada ruang bakar pada kapasitas 5 kg/jam
4. Prosentase massa molekul crude palm oil yaitu karbon (C) 75.82 %,
Hidrogen (H) 12.30 % dan Oksigen (O) 11.88 %, kemudian untuk minyak
goreng karbon (C) 75.90 %, Hidrogen (H) 12.27% dan Oksigen (O) 11.83
%
5. Nilai kalor dari bahan bakar crude palm oil sebesar 10106.54807 Kkal/kg,
sedangkan minyak goreng sebesar 10102.64016 Kkal/kg.
6. Komposisi gas buang pada perhitungan alat uji pembakaran ini adalah gas
buang ideal artinya prores yang terjadi adalah proses pembakaran sempurna,
nilai yang didapatkan pada gas buang dengan bahan bakar crude palm oil
114. 108
adalah H2O : 7.38 %, CO2 :18.65 %, O2 : 4.05 % dan N2 : 69.93 %, kemudian
pada minyak goreng H2O : 7.35 %, CO2 :18.66 %, O2 : 4.05 % dan N2 :
69.93 %.
7. Energi yang dihasilkan untuk menjadi produk akhir alat uji pembakaran ini
menggunakan bahan bakar CPO yaitu energi kalor bahan bakar 58.76957
kW, energi gas buang 8.56906 kW, energi panas air masuk 2.00510 kW dan
energi panas uap 52.20561 kW, sedangkan ketika alat uji pembakaran ini
menggunakan bahan bakar minyak goreng yaitu energi kalor bahan bakar
58.7468 kW, energi gas buang 8.56855 kW, energi panas air masuk 2.00421
kW dan energi panas uap 52.18250 kW.
115. 109
5.2 Saran
Dari hasil evaluasi pengujian dan telah dilakukan, maka bahan bakar crude
palm oil mengalami penyumbatan pada nozzle alat uji pembakaran saat pengujiaan
ini di sebabkan kandungan gum, maka sebelum pengujian sebaiknya kandungan
bahan bakar CPO yaitu gum (getah) di filterasi terlebih dahulu, sehingga proses
pembakaran bias tercapai dan tidak mengalami masalah.
122. Kalibrasi Udara Flowmeter
Untuk menetukan sarana fraksi udara dipergunakan alat ukur flowmeter, dengan
memodifikasi pelampung yaitu mengurangi massa pelampung menjadi 43 gram.
Dari hasil kalibrasi flowmeter menunjukan debit udara sebagai berikut :
Skala Flowmeter waktu Debit (m3/s)
34 216 0.0149
34 219 0.0147
34 219 0.0147
34 215 0.0150
34 217 0.0149
∑= 34 ∑= 217.2 ∑= 0.014860323
Maka, debit yang dihasilkan rata-rata pada skala 34 LPM.
Q = 0.014860323 m3/s = 891.61941 LPM
Dari hasil perhitungan perancangan kebutuhan udara crude palm oil 879.19616 LPM
dan minyak goreng 879.29333 LPM sudah termasuk 100% dari (100% stoikiometri +
10 excess air). Udara yang dihasilkan dari flowmeter pada skala 34 LPM adalah
Flowmeter =
891.61941 LPM
879.19616 LPM
x 100 % = 101.41 %
Memliki kelebihan udara sebesar 12.42325 LPM, sehingga saat pengujian dilakukan
dengan skala flowmeter sebesar 34 LPM dianggap udara (100 %)
123. Sarana Fraksi Udara
Sarana Fraksi udara primer dan sekunder
Udara Primer Udara sekunder
70 % 24 LPM 30 % 10 LPM
60 % 20 LPM 40 % 14 LPM
50 % 17 LPM 50 % 17 LPM
40 % 14 LPM 60 % 20 LPM
30 % 10 LPM 70 % 24 LPM