Sifat Kinetika Pembakaran

4.2 Sifat Kinetika Pembakaran

Pengujian sifat kinetika reaksi pembakaran briket biomassa dilakukan terhadap briket yang memiliki sifat fisik optimum, baik briket kayu Kalimantan merbau yang ditambah 20% jerami padi maupun briket kayu Kalimantan merbau yang ditambah 40% jerami padi. Selama pembakaran, temperatur dinding ruang bakar dijaga konstan pada 400ºC dan udara dialirkan memasuki ruang bakar dengan dua variasi kecepatan yaitu 0,05 m/s dan 2 m/s.

Pengujian sifat kinetika pembakaran akan memberikan gambaran mengenai laju pembakaran dari briket kayu Kalimantan merbau yang ditambah 20% dan 40% jerami padi dengan variasi kecepatan udara yang masuk ke ruang bakar. Dari pengujian ini juga akan didapat nilai energi aktivas (E) dan faktor pre- eksponensial (A).

-dy/dt

Temperatur Briket (K)

Gambar 4.14 Hubungan antara fraksi massa dan laju perubahan fraksi massa terhadap temperatur pada pembakaran briket 80% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 20% jerami padi dengan kecepatan udara 0,05 m/s

F -dy/dt

Temperatur Briket (K)

Gambar 4.15 Hubungan antara fraksi massa dan laju perubahan fraksi massa terhadap temperatur pada pembakaran briket 80% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 20% jerami padi dengan kecepatan udara 2 m/s

-dy/dt

Temperatur Briket (K)

Gambar 4.16 Hubungan antara fraksi massa dan laju perubahan fraksi massa terhadap temperatur pada pembakaran briket 60% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 40% jerami padi dengan kecepatan udara 0,05 m/s

-dy/dt

Temperatur Briket (K)

Gambar 4.17 Hubungan antara fraksi massa dan laju perubahan fraksi massa terhadap temperatur pada pembakaran briket 60% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 40% jerami padi dengan kecepatan udara 2 m/s

Dengan melihat grafik-grafik pada Gambar 4.14 hingga Gambar 4.17, kita dapat memperoleh nilai peak temperature (temperatur puncak) untuk masing- masing komposisi briket biomassa yang dibakar dengan variasi kecepatan udara 0,05 dan 2 m/s. Berikut adalah nilai peak temperatur untuk masing-masing profil pembakaran:

Tabel 4.19. Peak Temperature untuk masing-masing spesimen briket biomassa

Peak Temperatur

Kecepatan udara (m/s)

60% kayu Kalimantan merbau + 20% Jerami padi merbau + 40% Jerami padi

80% kayu Kalimantan

800 ºC (1073 K) 0,05

2 1219 ºC (1492 K)

717 ºC (990 K)

786 ºC (1059 K)

Peak temperature adalah temperatur briket pada saat laju pembakaran sesaatnya (dy/dt) mencapai nilai maksimum. Dari Tabel 4.19, dapat dilihat bahwa peak temperature pada uji pembakaran dengan kecepatan udara 2 m/s lebih tinggi nilainya dibandingkan dengan uji pembakaran yang menggunakan kecepatan 0,05 m/s. Hal ini terjadi baik pada pembakaran briket 80% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 20% jerami padi maupun pada pembakaran briket 60% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 40% jerami padi. Hal ini disebabkan karena dengan semakin cepat kecepatan udara yang digunakan, maka semakin cepat pula laju difusi oksigen ke briket, dimana oksigen sangat diperlukan dalam pembakaran, sehingga pelepasan kalor hasil pembakaran juga semakin besar. Pada pembakaran biomassa dengan kadar air tertentu, peak temperature akan meningkat seiring kenaikan kecepatan aliran udara hingga dicapai kecepatan aliran kritisnya (Yang, 2004).

4.2.1 Energi Aktivasi dan Faktor Pre-eksponensial

Energi aktivasi adalah energi minimum yang diperlukan suatu bahan untuk terjadinya proses reaksi. Dalam hal ini reaksi yang dimaksud adalah reaksi pembakaran. Nilai energi aktivasi dan nilai faktor pre-eksponensial dicari dengan Energi aktivasi adalah energi minimum yang diperlukan suatu bahan untuk terjadinya proses reaksi. Dalam hal ini reaksi yang dimaksud adalah reaksi pembakaran. Nilai energi aktivasi dan nilai faktor pre-eksponensial dicari dengan

Dari persamaan linier tersebut dapat diperoleh nilai energi aktivasi (E) dan faktor pre-eksponensial (A).

y = -1874x + 5,809 ri ra F 0,5

oga L

0,0 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 1/Temperatur briket (1/Kelvin)

Gambar 4. 18 Hubungan antara logaritma natural fungsi perubahan fraksi massa terhadap

(1/temperatur briket) pada pembakaran briket 80% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 20% jerami padi dengan kecepatan udara 0,05 m/s

ha ) 4,0 t

ruba d 3,5 /

y = -1462,x + 4,678

0,0020 0,0025 1/Temperatur briket (1/Kelvin

Gambar 4. 19 Hubungan antara logaritma natural fungsi perubahan fraksi massa terhadap

(1/temperatur briket) pada pembakaran briket 80% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 20% jerami padi dengan kecepatan udara 2 m/s

4,5 n

ha 4,0 ) t ruba d / 3,5

pe y si

3,0 (d ung n 2,5 l

y = -1711x + 5,739

0,0020 0,0025 1/Temperatur briket (1/Kelvin)

Gambar 4. 20 Hubungan antara logaritma natural fungsi perubahan fraksi massa terhadap

(1/temperatur briket) pada pembakaran briket 60% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 40% jerami padi dengan kecepatan udara 0,05 m/s

ha 4,0 ) t ruba d / 3,5

pe y 3,0 si

y = -1226 x + 5,545 (d ung n 2,5

0,0020 0,0025 1/Temperatur briket (1/Kelvin)

Gambar 4. 21 Hubungan antara logaritma natural fungsi perubahan fraksi massa terhadap

(1/temperatur briket) pada pembakaran briket 60% kayu Kalimantan merbau yang ditambah 40% jerami padi dengan kecepatan udara 2 m/s

Dari grafik hubungan antara logaritma natural fungsi perubahan fraksi massa terhadap (1/temperatur briket) dapat diketahui nilai energi aktivasi dan faktor pre-eksponensial untuk masing-masing reaksi yang terjadi.

Tabel 4.20. Nilai energi aktivasi dan faktor pre-eksponensial briket 80% kayu Kalimantan

merbau yang ditambah 20% jerami padi.

Kecepatan

Faktor pre- udara

Energi

eksponensial (m/s)

aktivasi

(kJ/mol)

Tabel 4.21. Nilai energi aktivasi dan faktor pre-eksponensial briket 60% kayu Kalimantan

merbau yang ditambah 40% jerami padi.

Kecepatan