RINGKASAN MATERI BAB III
ENERGI DAN PEMBAKARAN
Disusun untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Bahan Bakar dan Pelumasan
Dosen Pengampu : Drs. Supraptono, M.Pd.


Disusun oleh :
Wawan Fathurrohman (5201409029)
Tutur Wahyoto (5201409032)
Achmad Sochibul Hilal (5201409034)
Heri Cahyono (5201409044)


TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2011

Pengertian Pembakaran
Pembakaran merupakan persenyawaan secara kimia dari unsur bahan bakar dengan zat asam atau zat oksigen (O2) yang kemudian dihasilkan panas dan biasa disebut dengan heat energy. Oleh sebab itu di setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu yang cukup tinggi untuk awal pembakaran.
Pembakaran ada yang berlangsung sempurna namun juga ada yang tidak sempurna, tergantung dari unsur yang terkandung didalam bahan bakar yang digunakannya dan juga pada proses terjadinya pembakaran tersebut. Pembakaran akan berlangsung secara sempurna apabila didalam minyak tersebut tidak mengandung unsur yang tidak bisa terbakar, sehingga hasil dari pembakaran tersebut tidak berbahaya bagi lingkungan. Sedangkan apabila didalam minyak tersebut terkandung unsur yang tidak bisa terbakar maka akan tersisa gas beracun hasil pembakaran yang dapat membahayakan kesehatan dan lingkungan.
Berikut hal-hal yang harus dilakukan untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna :
Diusahakan dalam membuat ruang pembakaran tidak ada ruangan atau sudut-sudut mati yang disebut sudut rugi).
Untuk pembakaran dalam pemasukan bahan bakar dalam silinder diusahakan dalam bentuk kabut halus sehingga bahan bakar lebih sempurna kontak dengan udara pembakaran.
Usahakan pencampuran homogen antara bahan bakar dengan udara agar pembakaran berlangsung dengan cepat.
Berikan jumlah udara lebih dari minimal jumlah kebutuhan agar setiap bahan bakar mendapat cukup udara sehingga pembakaran lebih cepat.
Pertinggi kecepatan pembakaran yaitu memperpendek waktu pembakaran. Misal pada motor diesel kurang dari 0,1 detik dan untuk motor bensin kurang dari 0,005 detik dan untuk ketel uap dengan cara memberi hembusan udara pembakar melalui pemancarnya.

Unsur yang Terkandung dalam Bahan Bakar Minyak
Kebanyakan bahan bakar terdiri dari hydrogen (H2) dan karbon (C) baik yang berbentuk padat seperti arang dan batu bara. Cair seperti pada minyak tanah, premium, solar. Dan gas seperti gas bumi dan bio gas. Bahan bakar yang berbentuk padat berasal dari sisa-sisa endapan tanaman dari zaman geologi yang sudah silam. Komponennya yang dapat terbakar yaitu karbon (C), hydrogen (H2) dan sedikit zat belerang (S). namun kadang terdapat komponen yang tidak dapat terbakar seperti nitrogen (N), air (H2O) dan abu (As).
Bahan bakar minyak berbentuk cair merupakan campuran yang komplit dari merupakan campuran hidrokarbon yang didapat dari minyak mentah melalui proses penyulingan (destilasi) dan pemecahan (cracking). Hasil dari proses tersebut berupa bensin, premium, kerosin, solar, minyak diesel dll.
Perbedaan dari jenis bahan bakar minyak ini dapat dilihat dari kurva destilasi yang dapat diperoleh dengan memanaskan perlahan-lahan sejumlah bahan bakar yang menguap, kemudian mengembangkannya dan memisahkan yang tertinggal. Penyulingan pada minyak mentah dapat menghasilkan berbagai kualitas minyak terhadap pembakaran maupun energy yang dihasilkannya.
Hal ini agar dalam pemakaian disesuaikan pada karakteristik peralatan yang digunakannya, dengan harapan hasil panas yang diperoleh maksimal. Pemilihan jenis bahan bakar minyak cair sangat menentukan hasil dari reaksi pembakaran beserta dengan panas yang dihasilkannya.sejumlah hidrokarbon yang terdiri dari unsur karbon(C) dan hydrogen (H2). Kebanyakan bahan bakar cair .

Fraksi Ukuran Molekul Titik Didih (oC) Kegunaan
Gas
Eter protaleum

Bensin (gasoline)
Kerosin, minyak diesel/solar

Minyak pelumas
Parafin

Aspal C1-C5
C5-C7

C5-C12
C12-C18


C16 ke atas
C20 ke atas

C25 ke atas -160-30
30-90

30-200
180-400


350 ke atas
Merupakan zat padat dengan titik cair rendah
Residu
Bahan bakar (LPG)
Sumber hidrogen Pelarut, binatu kimia(dry cleaning)
Bahan bakar motor
Bahan bakar mesin diesel
Bahan bakar industriuntuk cracking
Pelumes
Membuat lilin dan lain-lain
Bahan bakar dan untuk pelapis jalan raya

Adapun untuk bahan bakar yang berbentuk gas, dapat diperoleh dari sumber-sumber gas alam dan proses pengolahan. Beberapa jenis hidrokarbon dalam endapan minyak tanah terdapat dalam bentuk gas pada tekanan atmosfer. Contoh yamg umum dijumpai adalah metana (CH4) yang dikenal sebagai gas rawa. Tetapi bahan bakar gas yang paling banyak digunakan adalah yang diperoleh dari pemanasan batu bara dan proses pembuatan berupa gas bio.
Proses pembakaran bahan bakar selalu menghasilkan heat energy atau energi panas dan gas bekas yang dalam hal ini merupakan faktor/unsur-unsur tambahan yang ada pada setiap bahan bakar. Adanya unsur yang demikian sangatmempengaruhi panas yang dihasilkan beserta kadar abu sisa pembakaran. Panas tersebut biasa dihitung dalam satuan kalori atau kilo kalori, yang apabila diubah menjadi satuan bentuk usaha disebut tara kalor mekanik. Besaran kesetaraannya sebesar 427 kgm, disingkat 1 kkal = 427 kgm.
Adapun unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar didapati sangat kecil bila dibandingkan dengan dua unsur diatas. Namun demikian dapat menentukan proses pembakaran yang sedang berlangsung. Hal ini disebabkan unsur-unsur tadi adayang menguntungkan (memperbesar nilai-nilai pembakaran) dan ada yang tidak menguntungkan (terjadi reduksi panas. Unsur-unsur yang dimaksud adalah shulphur, oksigen, hydrogen, dan air. Dengan demikian setiap 1 Kg bahan bakar mengandung unsur-unsur tersebut.
Tabel 4. Unsur-unsur yang terkndung dalam bahan bakar.
Unsur-unsur dalam bahan bakar Simbol Berat Atom Berat Molekul
Carbon (zat arang)
Hydrogen (zat air)
Sulphur (belerang)
Oksigen (zat asam)
Nitrogen (zat lemas)
Water (air) C
H2
S
O2
N2
H2O 12
1
32
16
14
- -
2
-
32
28
18

C. Udara
Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara terdapat zat penbakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja tetapi juga gas yang lainnya. Prosentase menurut volume gas – gas yang terkandung dalam udara adalah sebagai berikut :
Zat pembakar (zat asam) ± 21%
Zat lemas (nitrogen) ± 79%
Gas + kotoran ± 1%

Prosentase menurut beratnya gas – gas yang terkandung dalam udara :
Zat pembakar (zat asam) ± 23.2%
Zat lemas (nitrogen) ± 76.8%
Gas lain + kotoran ± 1%

Udara yang dimasukkan untuk proses pembakaran harus sesuai dengan kebutuhan. Agar didapat campuran yang baik antara bahan bakar minyak tersebut dengan udara. Oleh karena itu, mengetahui kebutuhan udara dalam proses pembakaran merupakan hal yang sangt penting.
D. Kebutuhan Udara dalam Bahan Bakar
Kebutuhan udara tergantung dari unsur – unsur yang ada dalam bahan bakar. Apabila 1 kg bahan bakarmengandung unsur C %,H %, dan S % maka :
Untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 22/3 kg O2 atau 11,5 kg udara
Reaksi pembakaran : C(s) + O2 → CO2 (g) + panas
Untuk pembakaran 1 kg H dibutuhkan 8 kg O2 atau 34,5 kg udara
Reaksi pembakaran : 2H2(g) + O2 (g) → 2H2O(l)
Untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 1 kg O2 atau 4,3 kg udara
Reaksi pembakaran : S(s) + O2 (g) → SO2(g)
H2 % dan S % adalah 22/3 C + 8 H2 + S kg. Kebutuhan O2 sebenarnya adalah kebutuhan O2 teoritis dikurangi O2 yang terkamdung dalam bahan bakar.
Kebutuhan O2 sebenarnya untuk setiap kg udara adalah :
25,5 % {(22/3 C + 8 H2 + S) – O2} kg.
Kebutuhan udara untuk pembakaran adalah :
Gu = 2/0,233 {(22/3 C + 8 H2 + S) – O2 } kg
Atau
Gu = {(11,5 C + 3,4 H2 + 4,3 S) – 4,3 O2} kg
E. Proses Pembakaran dengan Analisa Massa dan Analisa Volume
1. Pembakaran Hidrogen
Reaksi pembakaran : 2H2(g) + O2(g) 2 H2O
Analisa massa:
Berat atom Hidrogen (H) = 1
Berat atom Oxigen (O) = 16
Massa air adalah 2 x (2 + 16) = 36
Massa Hidrogen dalam proses 2 x 2 = 4
Massa Oxigen dalam proses 2 x 16 = 32
Dengan demikian dapat ditulis:
4 massa H2 direaksikan dengan 32 massa O2 menghasilkan 36 massa H2O atau 1 massa H2 direaksikan dengan 8 massa O2 menghasilkan 9 massa H2O.
Analisa Volume:
Reaksi pembakaran: 2 H2 + O2 2 H2O
Menurut Avogadro perbandingan besarnya molekul sama dengan perbandingan volume, maka reaksi pembakaran dapat ditulis:
1 m3 H2 + 0,5 m3 O2 1 m3 H2O
2. Pembakaran Carbon
Analisa massa:
Reaksi Pembakaran: C + O2 CO2
Berdasarkan massa: {12} + {(2 x 16)} {12 + (2 x 16)}
Atau 1 + 2 2/3 kg = 3 2/3 kg CO2
Analisa Volume:
Reaksi Pembakaran: C + O2 CO2
Berdasarkan massa: 1 m3 C + 1 m3 O2 1 m3 CO2
1 m3O2 dibutuhkan udara sebesar 1/0,21 = 4,76 m3
Nitrogen yang dihasilkan 4,476 – 1 = 3,76 m3
Dengan demikian untuk membakar 1 m3 C dibutuhkan 4,76 m3 udara menghasilkan 1 m3CO2 dan 3,76 m3 N2.
Pembakaran Sulphur
Analisa Massa
Reaksi Pembakaran : S + O2 CO2
Berdasarkan Massa {32} + {2 x 16} {(32) + (2 x 16)}
32 + 32 64
1 + 1 2
Jadi 1 kg S + 1 kg O2 2 kg SO2
Untuk 1 kg O2 dibutuhkan udara sebanyak:
1 / 0,233 = 4,3 kg
Besarnya nitrogen: 4,3 – 1 = 3,3 kg
Maka untuk 1 kg S + 4.3 kg udara 2 kg SO2 + 3,3 kg N2

Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 4,3 kg udara akan menghasilkan 2 kg SO2 dengan 3,3 kg zat lemas (nitrogen).
Analisa Volume
Reaksi pembakaran : S + O2 SO2
Berdasarkan volume 1 m3 S + 1 m3 O2 SO2
1 m3 O2 dibutuhkan udara sebesar 1 / 0,21 = 4,76 m3
Jumlah nitrogen yang terdapat dalam udara pembakar : 4,76 – 1 = 3,76 m3
Dengan demikian 4,76 m3 udara untuk membakar 1 m3 sulphur akan menghasilkan 2 m3 SO2 ditambah hasil 3,76 m3 nitrogen (N2).

Ringkasan/Simpulan
Pembakaran merupakan persenyawaan secara kimia dari unsur bahan bakar dengan zat asam atau zat oksigen (O2) yang kemudian dihasilkan panas dan biasa disebut dengan heat energy. Oleh sebab itu di setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu yang cukup tinggi untuk awal pembakaran.
Unsur-unsur yang ada dalam bahan bakar adalah: (1) Sulphur (S), (2) Oxigen (O2), (3) Hydrogen (H2) dan (4) Air (H2O)
Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara terdapat zat pembakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja tetapi juga gas yang lainnya.