Teori Pembakaran
Pembakaran merupakan proses atau reaksi oksidasi yang terjadi antara bahan bakar (fuel) dan oksidator sehingga menimbulkan panas atau dapat juga disertai nyala. Bahan bakar adalah senyawa yang dapat melepaskan panas ketika dioksidasi. Bahan bakar secara umum dapat mengandung berbagai unsur seperti karbon (C), hidrogen, nitrogen (N), sulfur (S) dan lain-lain. Bahan bakar dapat diklasifikasikan menurut bentuknya yaitu dapat berupa yaitu bahan bakar bentuk padat, cair dan gas. Bahan bakar padat banyak dipakai di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah batubara. Bahan bakar cair antara lain kerosin, solar, gasolin dan lainnya. Sedangkan bahan gas antara lain seperti metana, etana, propana, butana dan lainnya. Oksidasi membutuhkan oksigen agar proses pembakaran dapat berlangsung, dapat menggunakan oksigen murni atau juga dapat digunakan udara sekitar sebagai oksidator. Proses pembakaran juga memerlukan sumber nyala atau panas yang cukup untuk terjadi pembakaran. Faktor yang menyebabkan pembakaran disebut dengan segitiga api terdiri dari bahan bakar (fuel), oksigen dan panas.
Proses pembakaran terjadi fenomena antara lain interaksi kimia dan fisika, pelepasan panas dari energi ikatan kimia, proses perpindahan panas dan massa, dan pergerakan fluida hasil reaksi pembakaran. Seperti yang telah dijelaskan bahwa proses pembakaran terjadi karena unsur bahan bahar (fuel) teroksidasi. Proses pembakaran ini akan menghasilkan panas sehingga disebut dengan reaksi eksotermik. Jika oksigen yang digunakan dalam pembakaran berasal dari udara, dimana udara teridi dari 21% oksigen, 78% nitrogen dan sisanya gas lain, maka reaksi pembakaran stokiometri hidrokarbon CmHn dapat dituliskan :
Persamaan diatas telah disederhanakan karena cukup sulit untuk memastika proses pembakaran sempurna dengan rasio yang tepat dari udara. Jika pembakaran tidak sempurna, maka persamaan diatas tidak berlaku akan tetapi terbentuk hasil pembakaran tidak sempurna antara lain CO, CO2, H2O, hirokarbon tak jenuh, formaldehida sampai karbon.
Dalam proses pembakaran perbandingan campuran bahan bakar dan udara memegang peranan penting dalam menentukan hasil pembakaran. Berberapa metode yang dapat digunakan untuk menghitung rasio campuran antara bahan bakar dan udara antara lain AFR (Air-fuel Ratio), FAR (Fuel-air Ratio), dan Rasio Ekivalen (ϕ). Air-fuel Ratio (AFR) merupakan metode yang paling sering digunakan dalam mendefinisikan perbandingan antara campuran udara dengan bahan bakar. Fuel-air Ratio (FAR) merupakan kebalikan dari AFR yaitu metode yang digunakan untuk mendefinisikan perbandingan antara campuran bahan bakar dengan udara. Rasio ekvalen ( ) merupakan metode yang digunakan untuk mendefinisikan perbandingan antara rasio udara-bahan bakar (AFR) stokiometrik dengan rasio udara-bahan bakar (AFR) aktual atau juga dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara rasio bahan bakar-udara (FAR) aktual dengan rasio bahan bakar-udara (FAR) stokiometrik.
- Φ > 1 disebut dengan campuran kaya bahan bakar (fuel-rich mixture) yaitu terdapat kelebihan bahan bakar dalam campuran tersebut
- Φ = 1 merupakan campuran stokiometrik (pembakaran sempurna)
- Φ < 1 disebut dengan campuran miskin bahan bakar (fuel-lean mixture) yaitu terdapat udara berlebih dalam campuran tersebut
Biasanya dalam proses pembakaran, untuk memastikan terjadi pembakaran secara sempurna maka diberikan sedikit udara berlebih atau rasio ekivalen ( ) sedikit lebih besar dari 1. Hal tersebut bertujuan untuk mereaksikan habis bahan bakar. Namun jika udara berlebih ini terlalu banyak akan mengurangi kualitas energi yang dihasilkan pembakaran karena energi panas dapat terserap oleh udara lebih tersebut. Begitu juga jika terdapat bahan bakar berlebih terlalu banyak akan mengurangi kualitas energi dari pembakaran karena pembakaran terjadi tidak sempurna dan energi panas dapat diserap oleh bahan bakar yang tidak terbakar.
Pembakaran terjadi dalam combustion chamber, contohnya antara lain adalah silinder piston pada engine motor bakar. Pada motor bakar terdapat dua cara penyalaan proses pembakaan bahan bakar yaitu ignition dari percikan busi pada motor bensin sehinga terjadi pembakarandan compression pada motor diesel terjadi pembakaran karena temperatur tinggi akibat kenaikan tekanan silinder akibat kompresi.
Kontributor: Feri Wijarnako (Feri Widjarnako@gmail.com)
aeroengineering services merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA.
