Kejatuhan tekanan teoritis maksimum:
Pa m
s m
m m
m kg
A g
V A
W
b b
s b
042 ,
1414 31
, 4
8 ,
9 .
10 ,
. 31
, 4
. 2
, 825
. .
2 2
2 3
= =
= π
π ρ
O cmH
2
4313 ,
14 =
Berdasarkan pengujian yang dilakukan, didapatkan kejatuhan tekanan teoritis maksimum sebesar 10,8234 cmH
2
O dan 14,4313 cmH
2
O. Dua perbedaan tinggi bed yang dilakukan pada pengujian tersebut, yaitu pada tinggi bed 7,50 cm dan 10 cm.
Dari kedua kondisi tersebut kejatuhan tekanan teoritis maksimum berada diatas kejatuhan tekanan ekspansi. Hal ini disebabkan tidak meratanya fluidisasi pada bed.
Sebaliknya dari pengamatan visual titik fluidisasi terjadi 7,8 cmH
2
O tinggi bed 10 cm. Oleh karena itu, kecepatan minimum fluidisasi ditentukan sebesar 0,247742
ms. Sebab pada kecepatan tersebut didapatkan awal terjadinya fluidisasi. Pada awal fluidisasi tampak daerah pusat bed kelihatan fluidisasi sedangkan bagian sisi luar bed
partikel pasir hampir tidak bergerak.
3.4.2. Perhitungan Rasio Udara Bahan Bakar Air- Fuel Ratio
Air fuel ratio adalah salah satu parameter yang penting dalam pembakaran bahan bakar, yaitu perbandingan antara massa udara dengan massa bahan bakar. Bila
perbandingan bahan bakar lebih kecil daripada perbandingan udara-bahan bakar teoritis atau stoikiometrik yang diperlukan untuk pembakaran lengkap, sebagian
Universitas Sumatera Utara
karbon bersenyawa dengan oksigen membentuk karbon monoksida dan bukan karbon dioksida.
Pembakaran stoikiometrik stoichiometric combustion adalah pembakaran di dalam mana semua atom-atom oksigen di dalam pengoksidasi bereaksi secara kimia
untuk muncul di dalam hasil-hasil tersebut. Udara sebagai pengoksidasi, dengan kandungan campuran dari 21 oksigen dan 79 nitrogen sehingga persamaan
kimia untuk pembakaran stoikiometrik batubara:
0,5067C + 0,0483H
2
+ 0,2403 O
2
+ 0,0092 N
2
+ 0,0079 S + a O
2
+ 3,76N
2
→ b CO
2
+ d H
2
O + e SO
2
+ f N
2
dimana: a, b, d, e, dan f adalah koefisien-koefisien stoikiometrik. Neraca unsur-unsur:
Karbon: b = 0,5067 Hidrogen: d = 0,0483
Oksigen: b + d2 + e = 0,2403 + a atau: e = 0,2403 + a –b – d2 = 0,2403 + a – 0,5067 – 0,04832
e = a -0,29055 Sulphur: e = 0,0079
maka: a = 0,0079 + 0,29055 = 0,2984 Nitrogen: f = 0,0092 + 0,2984 x 3,76 = 1,1313
Persamaan pembakaran dengan udara teoritis adalah: 0,5067C + 0,0483H
2
+ 0,2403 O
2
+ 0,0092 N
2
+ 0,0079 S + 0,29055 O
2
+ 3,76N
2
Universitas Sumatera Utara
→ 0,5067 CO
2
+ 0,0483 H
2
O + 0,0079 SO
2
+ 1,1313 N
2
Berat molekul batubara: 0,5067 x 12 + 0,0483 x 2 + 0,2403 x 32 + 0,0092 x 28 + 0,0079 x 32 = 14,377 kgmol
Jadi, perbandingan berat udara-bahan bakar teoritis, AF
teor
:
AF
teor
= 137,9 ⎥⎦
⎤ ⎢⎣
⎡ −
+ +
32 2403
, 32
0079 ,
2 0483
, 5
, 12
5067 ,
1
AF
teor
= 137,9
[ ]
00750 ,
0002468 ,
0120 ,
0422 ,
− +
+
AF
teor
= 6,4740 kgkg bb
3.4.3. Perhitungan Laju Aliran Udara Teoritis
Untuk 1 kg batubara sebagai dasar, berat oksigen dibutuhkan untuk membakar dalam 1 kg batubara: 0,5067 x
12 32
= 1,3512 Demikian pula, untuk pembakaran hydrogen dalam bahan bakar, oksigen
dibutuhkan sebesar: 0,0483 x 2
16 = 0,3864. Sedangkan untuk pembakaran sulphur
dalam bahan bakar, oksigen dibutuhkan: 0,0079 x 32
32 = 0,0079. Total oksigen
dibutuhkan adalah 1,7455 kg per kg batubara. Tetapi 0,2403 kg oksigen adalah tersedia dalam batubara. Oleh karena itu, oksigen dibutuhkan adalah 1,7455 –
0,2403 = 1,5052 kg tiap kg batubara. Berdasarkan berat, udara mengandung 23 oksigen. Oleh karena itu, berat udara disuplai adalah 1,5052 x 10023 = 6,5443 kg
tiap kg batubara. Ambil berat molekul rata-rata udara sebagai 29, densitas udara
Universitas Sumatera Utara
pada NTP adalah 4
, 22
29 = 1,29 kgm
3
22,4 m
3
adalah volume molekul gas. Oleh
karena itu, volume udara dibutuhkan untuk pembakaran: 29
, 1
5443 ,
6 = 5,0731 m
3
per kg batubara.
Tabel 3. 5 Hubungan Jumlah Bahan Bakar, Udara Teoritis dan Kecepatan Udara
Mbb kghr
Af
teor
kgkgbb Mud
m
3
s
U
ms
10,00 10,50
11,00 11,50
12,00 12,50
13,00 13,50
14,00 14,50
6,4740 6,4740
6,4740 6,4740
6,4740 6,4740
6,4740 6,4740
6,4740 6,4740
0,01394 0,01463
0,01533 0,01603
0,01672 0,01742
0,01812 0,01882
0,01951 0,02021
0,18479 0,19403
0,20327 0,21251
0,22175 0,23099
0,24023 0,24947
0,25871 0,26795
Dengan menentukan laju udara pembakaran untuk satu kg batubara, laju aliran batubara dan perbandingan berat udara-bahan bakar teoritis, maka total udara
pembakaran dapat ditentukan. Dari Tabel 3. 5 diperoleh hubungan antara laju aliran batubara, perbandingan berat udara-bahan bakar teoritis air-fuel ratio, dan laju
aliran udara pembakaran. Berdasarkan hasil dari Tabel tersebut, ditentukan laju aliran udara teoritis sebesar 0,01882 m
3
s dan laju aliran batubara 13,50 kghr. Sebab laju aliran udara teoritis berada pada gejala mulai fluidisasi U
= 0,24947 ms. Eksperimen terhadap seluruh sampel bahan bakar dengan laju aliran konstan
Mbb = 13,50 kghr menggunakan udara berlebihan. Dari hasil perhitungan
Universitas Sumatera Utara
ditampilkan hubungan antara excess air , laju aliran bahan bakar, dan laju aliran udara pembakaran, seperti terlihat pada Tabel 3.6.
Tabel 3. 6 Hubungan Excess air, Perbandingan Udara-Bahan Bakar Excess Air AFteoritis
kgkgbb AFaktual
kgkgbb Mbb
kgjam Laju Udara
m
3
s 1,00
1,10 1,20
1,30 1,40
6,4740 6,4740
6,4740 6,4740
6,4740 6,4740
7,1214 7,7688
8,4162 9,0636
13,50 13,50
13,50 13,50
13,50 0,01882
0,02070 0,02258
0,02446 0,02634
3.5 Prosedur Pengujian 3.5.1 Pengujian Karakteristik Pembakaran
