SOLIDARITY FOREVER

1. Pengantar

1.1 Pengertian Teknik Pembakaran

Istilah pembakaran atau combustioan dalam hal masalah yang kita bicarakan adalah peralatan untuk mendapatkan panas dari bahan bakar untuk kepntingan industri. Energi panas yang tersimpan dalam bahan bakar melalui proses kimiawi dalam pembakaran diubah menjadi panas yang dapat terasakan. Panas yang dapat terasakan tersbut semula di liput oleh asap yang timbul dari pembakaran dan selanjutnya ditangkarkan ke bahan yang lain, yang ingin dipanasi.

Pembakaran yang diperuntukan keperluan industri dibutuhkan 2 (dua) macam peralatan: 1. Untuk ketel uap
2. Untuk tungku (oven) industri
Ketel uap menghasilkan uap yang terutama digunakan untuk menggerakkan turbin, yang selanjutnya menghasilkan energi mekanik. Selain itu juga disalurkan pada peralatan kimia, bahkan di daerah yang mempunyai musim dingin digunakan untuk me-manasi gedung-gedung perkantoran dan perumahan. Sedangkan panas yang didapat dari tungku industri digunakan untuk memanasi bahan metal atau bahan padat lainnya. Tujuan dari pemanasan ini adalah untuk melakukan proses phisik atau proses kimia didalam tungkunya sendiri atau digunakan untuk persiapan proses mekanik seperti tempaan.

Ketel uap dan tungku industri dapat diartikan sebagai alat perpindahan panas. Kekhususannya adalah, bahwa bahan yang memberikan panas, terlebih dahulu mengelu-arkan panasnya dahulu melalui pemabakaran didalam peralatan pembakarannya. Ke-dua proses utamanya pembakaran dan penangkaran panas ke benda yang dipanaskan biasanya berjalan tidak berurutan, tetapi sekali gus atau bersamaan. Untuk dapat mengerti hal ini secara baik, maka perlu kita ketahui tiap proses dan perlu kita perhatikan bagaiman kedua proses tadi bekerjanya. Untuk mendahului mengetahui jalannya kedua proses tersebut dapat diperhatikan gambar skematik. Lihat gambar 1. Gambar ini melu-kiskan kedua proses ialah: pembakaran dan penangkaran panas. Dalam gambar itu kita bayangkan api gas yang menyala dalam ruang tungku. Maka kita ikuti perubahan suatu jumlah gas dB yang dalam waktu dz masuk kedalam ruang tungku. Jumlah kecil ini tidak akan terbakar sekali gus, tetapi pembakarannya berjalan mengikuti jalannya bahan bakar didalam tungku, misalnya pada tiap titik pada bagian  akan terbakar. Perjalanan  me-ngikuti jalannya api yang ditunjukkan di gambar 1. Pada pintu keluarnya tungku maka seluruh jumlah gas sudah terbakar, jadi  = 1,0.

Kurva yang digambarkan dalam gambar 1 berlaku untuk semua bagian dari gas yang masuk ke ruang tungku. Maka kita dapatkan di tempat lain dalam tungku pembakar-an gas. Meskipun mengalirnya gas kedalam ruang tungku berurutan, tetapi proses pemba-karannya akan terjadi sama seperti yang dijelaskan diatas. Peristiwa tersebut kita nama-kan peristiwa quasi stationair. Selama pembakaran maka panas yang terikat pada bahan bakar diubah menjadi panas yang terasakan melalui asap hasil pembakaran. Kalau kita ambil memudahkan pemikiran dengan anggapan bahwa nyala api tidak memberikan panas. Maka berlaku rumus sebagai berikut:
Qad =  . B . Hu.

Faktor-faktor:
Qad = Panas asap adiabatik (kcal/h)
 = Derajad pembakara sesuai gambar 1
B = Jumlah bahan bakar (Nm3/h )
Hu = Nilai panas (kcal/Nm3)


Pada pembakaran teknik umumnya tidak akan terjadi, bahwa panas yang terasa-kan tidak akan tetap pada berada pada asap setelah asapnya keluar dari tungku. Masih waktu terjadi pembakaran maka panasnya telah ditangkarkan. Ini sangat tergantung dari suhu api, suhu benda yang dipanasi dan keadaan perpindahan panasnya, berapa jumlah panas yang akan ditangkarkannya. Pada gambar 1 dilukiskan dengan kurva jalannya me-nangkarkan panas dan ditunjukkan dengan faktor . Maka berlaku formulanya sebagai berikut:
Qh =  . B . Hl

Dalam hal ini maka Qh jumlah panas yang ditangkarkan oleh api atau asap kepada lingkungannya dalam satuan (kcal/h).

Dalam gambar 1 ditunjukkan, bahwa penangkaran panas baru mulai terjadi sete-lah terjadi pembakaran beberapa waktu. Ini jelas sekali setelah asapnya mencapai suhu yang cukup tinggi. Pada akhir jalannya api maka  tidak akan mencapai angkai 1,0. Ini disebabkan, bahwa pada pembakaran teknik tidak semua panas yang didapat dalam asap dapat disalurkan atau ditangkarkan kepada benda yang kita panasi. Kemungkinan peman-faatan secara teoretis sampai mencapai sushu lingkungan tidak mungkin karena keterba-tasan kemapuann peralatan yang pada umumnya tidak memungkinkan. Dalam gambar 1 dilukiskan bahwa pada akhir pembakarannya nilai  = 0,5.

Panas yng ada pada asap dalam jalannya api ditunjukkan secara karakteristik selisihnya. Kalau selisih panas asap Qr (kcal/h), maka formulanya.

Qr = Qad - Ql = ( - ) . B . Hl

Para pakar pembakaran akan selalu mengusahakan agar nilai  selalu besar dan berusaha agar harga peralatannya selalu rendah.

1.2 Arti Teknik Pembakaran

Energi yang digunakan di teknik modern seperti di industri, alat lalu lintas dan peralatan lain pada umumnya sebagaian besar didapatkan dari bahan bakar. Penggunaan engeri yang didapat dari sinar matahari, gelombang laut dan panas bumi untuk kepenting-an industri sampai kini belum merupakan faktor yang penting. Pada umumnya pengguaan energi tersebut masih dalam penelitian, sehingga secara teknis belum dapat digunakan secara ekonomis di dalam indsutri. Penggunaan tenaga air dan tenaga nuklir dewasa ini di dunia membantu kebeutuhan energi kira-kira 10 %. Sisanya yang 90 % didapat dari bahan bakar padat, cair atau gas. Dari jumlah tersebut maka 10 % dimanfaatkan seba-gai pembakaran untuk menggerakkan kendaraan yang langsung dikonversi menjadi energi mekanis, sedangkan sisanya yang 80 % digunakan untuk kebutuhan pembakaran di in-dustri. Maka teknik pembakaran merupakan pemula dari dunia teknik modern, yang de-wasa ini sudah mendekati kesempurnaan. Meskipun demikian masih diusahakan agar pembakaran di dunia industri menjadi ekonomis dan efektif. Ini disebabkan jumlah bahan bakar yang tergandung di bumi mulai berkurang sedangkan industri modern membutuh-kan energi panas. Ilmu teknik pembakaran ini memang sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu api agar pembakarannya menjadi ekonomis.

Teknik pembakaran memanfaatkan deposit bahan bakar, yang telah terjadi jutaan tahun yang lalu, maka pada dasarnya tidak mungkin pembakaran ini dilakukan dalam waktu yang tidak terbatas. Teknik pembakaran baru dimulai kira-kira 200 tahun yang lalu dan jumlah bahan bakarnya akan dapat dimanfaatkan sempai kira-kira 1000 tahun. Maka dalam perioda sekarang ini perlu dikembangkannya pemanfaatan energi panas yang didapat dari tenaga nuklir dan tenaga surya untuk keperluan dunia industri.

Penemuan didunia teknik modern umumnya hanya aktual dalam waktu yang sangat pendek. Penggunaan lokomotif misalnya hanya digunakan di lalu lintas kurang lebih 100 tahun. Begitu juga cabang-cabang teknik pembakaran akan habis masa gunanya setelah ditemukan cara pembakaran yang lain. Api adalah reaksi kimia yang telah diketahui oleh budaya manusia. Dan sampai sekarang reaksi kimia yang bernama api merupakan teman hidup manusia.

1.3 Luas bidang teknik pembakaran

Untuk mendalami bidang teknik pembakaran, maka pengetahuan lainnya pun perlu dikuasainya, misalnya ilmu thermodinamika dan ilmu mekanika fluida sebagai dasar dari teknik pembakaran. Dalam hal teknologi maka teknik pembakaran ini masuk ke bidang yang lain. Unutk menguasai teknik pembuatan uap perlu dikuasai juga ilmu pertambang-an. Bahkan teknologi dari materialnya seperti metal atau silikat yang perlu dikatahui untuk membangun ruang tungku. Bidang ilmu bahan pun perlu dikuasainya kalau kita akan memanfaatkan bahan bakar secara baik, maka harus dikuasai bahan material tahan panas, misalnya baja tahan panas untuk membuat ketel dan bahan tahan panas untuk membuat tungku industri.

1.4 Bidang penggunaannya

Ketel uap memanfaatknan teknik pembakaran, tetapi dalam diktat ini ketel uap tidak kita bicarakan secara rinci. Diktat lain khusus tentang ketel uap akan menguraikan secara rinci. Pembakaran dalam ketel uap mulai dari ketel pipa api sampai ketel radiasi. Ketel uap pipa api sudah dikenal puluhan tahun yang lalu. Ketel uap ini banyak digunakan untuk menghasilkan uap sampai tekanan 2. 106 Pa. Pada umumnya bahan bakar yang di-gunakan adalah batu bara. Untuk pembngkitan listrik biasanya digunakan ketel uap radiasi. Sedangkan bahan bakar yang digunakan debu atau tepung batu bara dengan kapa-sitas sampai 1000 ton/h dengan tekanan sampai 40. 106 Pa dan suhu mencapai 650 oC.

Di tahun-tahun akhir ini banyak ketel yang menggunakan minyak bakar atau gas sebagai bahan bakarnya.

Berlainan dengan pembakaran di ketel uap, maka pembakaran pada tungku industri umumnya memanfaatkan minyak bakar dan gas. Tungku industri umumnya digunakan dalam kelompok industri sebagai berikut:

• Industri baja dan industri besi termasuk pengecoran (foundry)
• Industri logam non-iron (tembaga, seng, timah, aluminium)
• Industri keramik (tahan panas, batu bata, porselin, tegel)
• Industri gelas dan email
• Industri semen dan kapur
• Industri kimia
• Industri kima bahan bakar (pembuat gas, kilang (raffinery) minyak)
• Industri makanan

Pengolahan biji besi dan metal serta bahan kasar dari tambang dengan menggunakan tungku merupakan dasar dari industri pertambangan dan industri silikat. Api adalah mula dari budaya manusia yang membuat keramik dan gelas dari pertambangan dan silikat untuk dapat dimanfaatkan oleh manusia untuk memenuhikebutuhan hidup. Peralatan pembakaran yang dilakukan oleh manusia pada 3000 seb. Masehi tidak dapat dikatakan sebagai suatu tungku pembakaran. Meskipun sampai dewasa ini tidak dapat ditemukan si-sa tungku pembakarannya, tetapi dapat diambil kesimpulan, bahwa bangunan tungku pembakaran yang sampai dewasa ini dikembangkan sudah dimulai pada awal tahun Masehi.

1.5 Ekonomi energi

Industri modern mengembangkan dasar-dasar dari penilaian bahan bakar yang digunakan dalam ppembakaran. Maka diusahakan mendapatkan atau mencari pusat-pusat dimana ditemukan bahan bakar untuk selanjutnya mengembangkan industrinya.

Pada awal pengembangan teknik maka satu-satunya bahan bakar yang digunakan adalah kayu. Industri bahan pertambangan sebagai cabang industri yang tertua pada umumnya didirikan di daerah hutan yang dekat dengan bahan bakarnya. Tetapi lama-lama maka daerah hutan tidak bisa untuk pengembangan industri pertambangan atau para tuan tanah melarangnya untuk mengembangkannya, sehingga produksinya tidak bisa ber-kembang, maka industri-industri tersebut berpindah ke daerah lain. Bahan bakar diangkut ke jarak yang jauh ke kawasan industri sehingga menimbulkan banyak kesulitan dan tam-bahnya beaya angkutan.

Setelah ditemukan tambang batu bara dan setelah dapat dipelajari, bahwa batu bara merupakan sumber kalori atau sumber panas, maka batu bara ini dimanfaatkan sebagai bahan bakar di industri pertambangan dan pemanasan ketel uap. Ini merupakan dasar atau awal dari perkembangan lanjut dari teknik. Pemanafaat mesin uap yang pertama adalah untuk memompa air dari dalam tambang batu bara.

Jumlah bahan bakar yang luar biasa dibutuhkan oleh proses di industri, maka sampai waktu yang lama, bahkan sampai dewasa ini, batu bara merupakan sumeber energi yang utama untuk industri. Karena keadaan ini, maka di pusat-pusat tambang batu bara berdiri industri seperti di Inggris tenga, daerah Ruhr Jerman, daerah Schlesia di Ceko, daerah Perancis Utara, Belgia dan daerah sungai Saar. Di abad ke-19, maka industri dan transport terutama tergantung dari batu bara.

Karena kemajuan sistem transposrtasi, maka lamabat laun industri bisa juga dikem-bangkan diluar pusat-pusat tambang batu bara, tetapi didirikan di daerah yang banyak penduduknya. Pada abad ke-20 maka energi untuk keperluan industri tidak hanya didapat dari batu bara, bahkan energi sudah disupply dari arus listrik, minyak bakar dan gas. Bah-kan minyak dan gas ditranspor melalui pipa-pipa sampai ribuan kilometer jaraknya. De-ngan demikian beaya transpor bahan bakar tidak begitu mahal.

Transpor bahan bakar melalui lalu lintas jalan, karena terpaksa, memerlukan perhati-an khusus bagi transpor bahan bakar yang fluida, baik itu cair atau gas. Massa bahan bakar tadi yang tersimpan dalam alat angkut yang luasnya terbatas itu merupakan kon-sentrasi energi panas yang sangat tinggi. Bahan bakar cair dan gas adalah bahan bakar de-ngan nilai kalor yang relatif tinggi dibandingkan dengan bahan bakar padat. Bahan bakar yang nilai kalornya tinggi digunakan untuk menggerakan mesin penggerak kendaraan. Sisa dari pengolahan bahan bakar yang tinggi nilai kalornya digunakan sebagai bahan bakar di tungku pembakaran.

Dibandingkan dengan bahan bakar yang berupa padat atau cair, maka bahan bakar yang berupa gas sangat sulit menyimpannya. Untuk jumlah kandungan panas yang sama, maka tempat penyimpanan bahan bakar gas membutuhkan ruang yang luasnya kira-kira 1000 kali besarnya tempat menampung. Maka pada waktu itu sebelum ada teknik meng-kompresi gas, bahan bakar ini tidak dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk kendara-an. Untuk memudahkan pembakaran, maka diusahakan bahan bakar padat dijadikan gas dahulu agar mudah dalam pengangkutannya, melalui pipa. Setelah ditemukannya gas alam, maka industri mendapatkan sumber daya panas baru. Meskipun penemuan ini rela-tif baru tetapi dewasa ini bahan bakar gas merupakan 20 % bahan bakar untuk keperluan industri.

Waktu ditemukannya sumber bahan bakar gas ada perkiraan, bahwa jumlahnya tidak banyak. Ternyata dibeberapa tempat di dunia terdapat sumber-sumber bahan bakr gas, sehingga dapat diperkirakan, bahwa sumber daya gas ini bisa mencapai ratusan tahun yang akan datang. Maka tidak mengherankan, bahwa industri banyak yang memanfaat-kan bahan bakar gas sebagai sumber daya panas, sehingga melupakan adanya sumber daya panas dari batau bara. Banyak negara dewasa ini lebih memanfaatkan sumber daya panas yang didapat dari bahan bakar minyak dan gas dari pada bahan bakar batu bara.

Kenaikan kebutuhan akan energi, menyebabkan kurangnya penggunaan tenaga ma-nusia yang dapat digantikan oleh mesin-mesin konversi yang memanfaatkan energi panas dari pembakaran bahan bakar. Pemanfaatkan bahan bakar ini selain digunakan di industri dan lalu lintas juga digunakan di rumah tangga dan perusahaan-perusahaan.