Sifat Khusus Produk Minyak Bumi

SIFAT KHUSUS PRODUK MINYAK BUMI

( Aspek Heating Value )

Tugas Mata Kuliah Pengolahan Migas

Dosen : Ir. Syaiful Anam, MT.

Disusun oleh :

EG Giwangkara S

NIM : 340003

SEKOLAH TINGGI ENERGI DAN MINERAL

Jurusan Laboratorium Pengolahan

Tugas Mata Kuliah PENGOLAHAN MIGAS Dosen : Ir. M. Syaiful Anam, MT. Judul : Sifat Khusus Produk Minyak Bumi

EG Giwangkara S - NIM : 340003 STEM - Jurusan Laboratorium Pengolahan http://www.giwangkara.com/

Hal. 1 dari 9

I. HEATING VALUE

1. Maksud Dan Arti

Panas pembakaran adalah jumlah panas yang dihasilkan apabila bahan bakar dibakar pada

kondisi yang ideal dan dinyatakan dalam BTU/lb, kcal/kg atau BTU/USG. Kadar pembakaran

netto (NHV) adalah panas total yang dilepaskan (GHV) dikurangi panas yang dilepaskan

hasil kondensasi uap air yang terbentuk karena pembakaran hidrogen dalam bahan bakar.

Panas pembakaran sangat berkaitan erat dengan rasio perbandingan atom hidrogen (H)

dengan atom karbon (C) dalam suatu senyawa hidrokarbon. Pengukuran panas pembakaran

dapat dikerjakan dengan berbagai metoda, yaitu :

¨ Kromatografi Gas

Metoda ini untuk menghitung nilai kalori dari produk-produk minyak bumi fraksi gas.

Prinsip analisanya ialah dengan mengalikan faktor kalori komponen dengan % mol

komponen.

¨ Aniline Gravity Product, AGP (ASTM D-1405)

Metoda ini untuk menghitung nilai kalori dari produk-produk minyak bumi fraksi gasolin

sampai kerosin. Prinsip analisanya ialah dengan cara mengalikan Aniline Point dengan

gravity dalam °API. Makin tinggi harga AGP, makin tinggi panas pembakaran.

¨ Bomb Calorimeter (ASTM D-240)

Metoda ini untuk menghitung nilai kalori dari produk-produk minyak bumi fraksi solar

sampai residu. Prinsip analisanya ialah dengan menghitung temperatur sebelum

pengamatan, selama pengamatan dan setelah pengamatan yang dihasilkan oleh contoh

yang dibakar dalam Bomb Calorimeter dengan memperhitungkan koreksi transfer panas.

2. Penggunaan Heating Value

Nilai panas pembakaran suatu bahan bakar sangat penting, karena :

v Mengindikasikan potensi tenaga (atau jumlah bahan bakar) yang harus dibawa oleh

suatu kendaraan. Hal ini perlu diketahui karena adanya keterbatasan kapasitas bahan

bakar yang dapat dibawa oleh kendaraan, terutama pesawat udara.

v Keekonomian suatu bahan bakar. Misalkan pada konservasi energi, untuk mendapatkan

energi yang diperlukan pada unit pembangkit listrik diperlukan panas sebesar 12.000

Btu setiap KWh-nya. Bila panas pembakaran suatu bahan bakar rendah maka konsumsi

bahan bakar untuk mencapai kalori / tenaga tersebut akan tinggi sehingga akibatnya

pemakaian bahan bakar akan boros.

Faktor konversi energi :

1. Pembuatan steam, diperlukan energi sebesar 1.333 Btu/lb steam.

2. Pembangkit listrik, diperlukan energi sebesar 12.000 Btu/Kwh.

3. Air pendingin, diperlukan 3,69 Btu/gallon.



Hal. 2 dari 9

3. Heating Value Pada Berbagai BBM

Setiap bahan bakar mempunyai nilai panas pembakaran masing-masing. Hal ini berkaitan

dengan rasio perbandingan jumlah atom hidrogen ( H ) dengan atom karbon ( C ). Semakin

ringan fraksi bahan bakar maka rasio perbandingan H/C semakin besar, sehingga panas

pembakarannya semakin tinggi.

- LPG

LPG mempunyai nilai panas pembakaran yang paling tinggi di kelompok bahan bakar.

Penggunaan sehari-hari sebagai bahan bakar rumah tangga, selain itu juga sebagai

bahan bakar kendaraan. Karena mempunya nilai panas yang tinggi maka penggunaan

LPG per satuan berat sebagai bahan bakar rumah tangga atau kendaraan sangat hemat

dibandingkan menggunakan kerosin atau mogas.

- Mogas / Avgas

Mogas setelah ditambahkan aditif cukup optimal sebagai bahan bakar kendaraan karena

mempunyai nilai panas pembakaran yang tinggi untuk dikonversikan menjadi tenaga

mekanik untuk menggerakkan kendaraan. Parameter penting yang membedakan mogas

dengan avgas ialah jenis dan jumlah aditif yang ditambahkan untuk menaikkan angka

oktan.

- Kerosin

Kerosin kurang efektif digunakan sebagai bahan bakar, karena memiliki nilai panas

pembakaran yang kecil dibandingkan LPG. Ditinjau dari segi ekonomi kerosin ideal

dikonversikan menjadi senyawa olefin sebagai bahan baku polimerisasi pada industri

petrokimia.

- Avtur

Avtur dipergunakan sebagai bahan bakar pesawat terbang bermesin turbin. Yang

membedakan dengan avgas ialah pada angka oktan pada avgas tidak diperlukan di

pesawat bermesin turbin. Sebagai gantinya ialah sifat pembakaran yang sempurna serta

kandungan energi sebagai syarat mutlak.

- Solar

Syarat utama yang harus dipenuhi oleh solar adalah segera menyala dan terbakar

dengan baik sesuai kondisi yang ada didalam ruang bakar. Hal ini ditunjukkan dengan

angka cetan. Angka cetan adalah angka pengujian suatu bahan bakar diesel yang

menggambarkan sifat kelambatan pembakaran solar. Untuk menentukan angka cetan

dipakai campuran n-Cetana (angka ceta 100) dengan hepta metil nonana (angka cetan

15) sebagai bahan bakar pembanding (metoda ASTM D-613 atau IP-41). Angka cetan =

% n-Cetan + 0,15 x % hepta metil nonana. Nilai panas pembakaran solar dihitung

melalui persamaan : Nilai kalor, gross Btu/lb = ( 12.400 – 2.100 d2 ) x 1,8, dimana d

adalah berat jenis pada 60/60°F.



Hal. 3 dari 9

- Minyak Bakar

Minyak bakar pada umumnya dipergunakan sebagai bahan bakar ketel uap, mesin kapal

besar dan pemanas gedung di negara beriklim dingin. Minyak bakar lebih disukai

daripada batubara, karena memiliki panas pembakaran yang lebih tinggi, abu sisa

pembakaran lebih kecil dan mudah menanganinya.

4. Metoda Test Heating Value

Nilai Panas Pembakaran Hidrokarbon Cair Dengan Kalorimeter Bom Oksigen

( Metoda ASTM D-240 )

1. Timbang contoh dengan berat sekitar 0,6 sampai 0,8 gram dalam mangkuk contoh kalorimeter

bom oksigen.

2. Tempatkan mangkuk contoh kalorimeter bomb oksigen yang berisi contoh tadi pada elektroda

yang terdapat di kepala / tutup bom.

3. Potong kawat nikel sepanjang 10 cm, pasang pada elektroda kemudian kawat dibengkokkan

sehingga menyentuh contoh. Usahakan sebanyak mungkin kawat platina menyentuh contoh.

4. Pipet 1 ml akuades kedalam bom.

5. Dengan hati-hati pasang kepala bom pada bom kemudian kencangkan dengan kekuatan tangan.

6. Masukkan oksigen ke dalam bom dengan hati-hati sampai tekanan mencapai 25 s.d. 30 atmosfir

tanpa melakukan purging untuk mengusir udara yang ada dalam contoh.

7. Masukkan 2000 ± 0,5 gram akuades bebas mineral ke dalam water bucket. Atau bisa juga

dilakukan dengan memasukkan 2000 ml akuades dengan labu takar, asalkan temperatur akuades

selalu sama.

8. Masukkan bom ke dalam water bucket dengan penjepit khusus, kemudian water bucket

dimasukkan ke dalam kalorimeter.

9. Pasangkan kabel terminal pada kepala bom, kemudian tutup kalorimeter dan pasang termometer.

10. Jalankan motor selama 5 menit pertama untuk mencapai kesetimbangan panas, tetapi jangan

mencatat temperatur selama perioda ini. Baca dan catat temperatur setiap interval satu menit

pada 5 menit kedua dengan ketelitian 0,005°F (0,002°C).

11. Kemudian tekan tombol IGNITE untuk membakar contoh dalam bom. Baca dan catat temperatur

pada detik ke 45, 60, 75, 90 dan 105 setelah pembakaran tanpa bantuan lensa.

12. Setelah 4 sampai 5 menit dari pembakaran, atur lensa pembaca dan catat temperatur setiap

interval 1 menit sampai perbedaan antara pembacaan berikutnya konstan selama 5 menit.

13. Setelah pembacaan selesai matikan motor, buka kalorimeter, lepaskan kabel terminal dari bom.

14. Angkat bom dari water bucket, buang sisa udara dalam bom dengan pelan-pelan sampai habis.

15. Buka bom kalorimeter, bila masih ada contoh yang belum terbakar, ulangi pengujian dari awal.

16. Bilas bagian dalam bom dengan akuades, tampung bilasannya dalam erlenmeyer. Tambahkan 3

sampai 5 tetes indikator MO. Titrasi dengan larutan standar Na2CO3 0,0725 N sampai terbentuk

warna jingga dan catat volume titran yang dipakai.

17. Ambil sisa kawat platina pada elektroda, luruskan, gabungkan dan ukur panjangnya. Kawat yang

terbakar = 100 – panjang sisa kawat yang terbakar.



Hal. 4 dari 9

18. Untuk contoh yang mengandung sulfur diatas 0,1% maka kadar sulfurnya harus ditetapkan

menggunakan metoda standar ASTM D-1551 atau D-1552.

19. Hitung koreksi temperatur dengan persamaan berikut :

t = t c – ta – r1 ( b – a ) – r2 ( c – b )

dimana :

a = waktu penyalaan b = waktu ketika temperatur mencapai 60% dari total kenaikan temperatur. c = waktu pada awal perioda sesudah temperatur naik dimana kecepatan perubahan

temperatur menjadi konstan. ta = temperatur pada waktu a, dikoreksi untuk kesalahan skala termometer. tc = temperatur pada waktu c, dikoreksi untuk kesalahan skala termometer. r1 = kecepatan unit temperatur per menit saat temperatur naik selama perioda 5

menit kedua sebelum penyalaan. r2 = kecepatan unit temperatur per menit saat temperatur naik selama perioda 5

menit setelah waktu c.

20. Hitung koreksi termokimia untuk setiap pengujian.

e1 = koreksi untuk panas pembentukan HNO3 (Mjoule). = ml larutan Na2CO3 0,0725 N untuk titrasi x 4,1868 / 106

e2 = koreksi untuk panas pembentukan H2SO4 (Mjoule). = 58,6 x % Sulfur dalam contoh / 106

e3 = koreksi untuk panas pembakaran kawat terbakar. = 0,96 x mm kawat terbakar / 106 à bila menggunakan kawat nikel-kromium. = 1,13 x mm kawat terbakar / 106 à bila menggunakan kawat besi.

21. Hitung Panas Pembakaran Kotor ( GHV ) dalam satuan kalori/gram dengan persamaan berikut :

W x t – e1 – e2 – e3

Qg = Mjoule/kg 1000m

dimana :

Qg = panas pembakaran kotor contoh pada volume konstan ( Mjoule/kg). W = kesetaraan energi kalorimeter ( Mjoule/kg). t = kenaikan temperatur yang sudah dikoreksi (°C) m = berat contoh (gram) e1, e2, e3 = koreksi termokimia hasil perhitungan.

II. PERFORMANCE BBM

1. Tekanan Uap

Tekanan Uap diperiksa untuk produk-produk yang berasal dari fraksi gasolin. Sifat

penguapan gasolin dapat mempengaruhi kinerja mesin, antara lain tehadap kemudahan

start pada saat mesin dingin, pemanasan pendahuluan, terjadinya vapour lock,

pembentukan es di karburator, losses yang berlebihan, akselerasi mesin dan terjadinya

pembakaran yang tidak sempurna yang dapat mengakibatkan mencemari pelumas mesin.

Sifat penguapan gasolin diperiksa dengan menggunakan distilasi starndar ASTM D-86 dan

pemeriksaan tekanan uap Reid (RVP - Reid Vapour Pressure). RVP merupakan indikasi

terhadap bagian yang mudah menguap dan menggambarkan kemungkinan kehilangan



Hal. 5 dari 9

karena penguapan, juga sebagai indikasi terhadap kecenderungan penyumbatan pada

saluran bahan bakar karena uap (vapour lock).

2. Distilasi

a. Mogas / Avgas

§ Distilasi 10% volume recovery teruapkan pada temperatur 74°C, hal ini

menjamin agar mesin mudah start dan cepat memanas. Bila temperatur yang

diperoleh diatas 74°C maka mesin akan sulit start dan akan memerlukan

pemanasan yang lama.

§ Distilasi 50% volume recovery tercapai pada temperatur maksimum 125°C, hal

ini menjamin akselerasi mesin yang cepat. Bila temperatur yang diperoleh diatas

125°C maka akselerasi mesin akan lambat.

§ Distilasi 90% volume recovery tercapai pada temperatur maksimum 180°C dan

end point maksimum 205°C, hal ini menjamin gasolin akan habis terbakar. Bila

temperatur yang tercapai diatas kedua temperatur tersebut akan

mengakibatkan pembakaran tidak sempurna sehingga menghasilkan sisa gasolin

dalam ruang bakar yang dapat mengakibatkan pengenceran pelumas oleh sisa

bahan bakar (oil dilution).

§ Residue hasil distilasi maksimum 2,0% volume, hal ini menjamin didalam ruang

bakar tidak akan terlalu banyak terbentuk coke. Bila residu yang diperoleh

diatas 2,0% volume akan mengakibatkan banyaknya coke dalam ruang bakar

yang akan menyebabkan terjadinya pijar (hot spot) didalam ruang bakar,

terutama dikepala busi. Bila terjadi hot spot maka akan mengakibatkan

knocking, sebab bahan bakar akan terbakar karena pijar hot-spot sebelum 13°

menjelang titik mati atas.

b. Kerosin

§ Distilasi pada temperatur 200°C harus diperoleh minimum recovery 18%

volume, hal ini untuk menjamin kerosin mudah terbakar dan mudah mengalir

pada kapiler sumbu.

§ End Point maksimum tercapai pada 310°C, hal ini untuk menjamin tidak ada

kontaminasi fraksi berat. Kontaminasi ini akan menimbulkan jelaga pada

pemakaiannya sebagai bahan bakar rumah tangga.

c. Avtur

§ Distilasi 10% volume recovery teruapkan pada temperatur 205°C, hal ini

menjamin agar mudah terjadinya pengkabutan dalam ruang bakar sehinggan

mesin mudah menyala dan dan cepat memanas.



Hal. 6 dari 9

§ End point tercapai pada temperatur maksimum 300°C, hal ini menjamin avtur

akan habis terbakar. Bila temperatur yang tercapai diatas kedua temperatur

tersebut akan mengakibatkan pembakaran tidak sempurna sehingga

menghasilkan sisa avutr dalam ruang bakar yang dapat mengakibatkan

pengenceran pelumas oleh sisa bahan bakar (oil dilution).

§ Residue hasil distilasi maksimum 1,5% volume, hal ini menjamin didalam ruang

bakar tidak akan terlalu banyak terbentuk coke, terutama pada sudu turbin. Bila

residu yang diperoleh diatas 1,5% volume akan mengakibatkan banyaknya coke

pada sudu turbin (turbin blade) yang akan menyebabkan terjadinya pijar (hot

spot). Bila terjadi hot spot maka akan mengakibatkan kerusakan sudu turbin.

d. Solar

§ Distilasi pada temperatur 300°C minimum tercapai 40% volume recovery, hal ini

menjamin agar mudah terjadinya pengkabutan dalam ruang bakar sehingga

mesin mudah menyala dan dan cepat memanas.

3. Calculated Cetan Index

Cetan Index adalah suatu angka dugaan terhadap angka cetan dari bahan bakar solar.

Cetan Index dihitung melalui persamaan (ASTM D-976 atau IP 218) :

Cetan Index = 0,49083 + 1,06577 X – 0,0010552 ( X2 )

dimana :

X = 97,833 x (log 50% vol. recovery °F)2 + 2,208 (°API) x

(log 50% vol. recovery °F) + 0,0124 x (°API)2 –

423,51 x (log 50% vol. recovery °F) – 4,7808 x (°API) + 419,59

4. Freezing Point

Freezing Point adalah suhu dimana kristal hidrokarbon yang terbentuk pada pendinginan

hilang bila suhu dibiarkan naik. Freezing Point diperiksa pada bahan bakar penerbangan

dengan menggunakan metoda standar ASTM D-2836 atau IP-16. Sifat ini perlu diuji untuk

mengetahui temperatur terendah dimana pemakaian bahan bakar penerbangan masih aman

tanpa resiko terbentuknya padatan hidrokarbon. Pembentukan padatan hidrokarbon akan

menyumbat pada saluran bahan bakar dan juga mengakibatkan pengurangan bahan bakar

yang tersedia membeku dalam tanki.



Hal. 7 dari 9

5. Angka Oktan

Syarat utama yang diinginkan dari bahan bakar yang berasal dari komponen gasolin adalah

sifat pembakaran atau waktu penyalaan yang tepat, yaitu jika pembakaran dinyalakan oleh

busi merambat lancar ke seluruh ruang pembakaran untuk menghasilkan tenaga yang

dibutuhkan. Pembakaran gasolin yang tepat adalah pembakaran oleh busi menyala maksi-

Proses pembakaran yang ideal, busi menyala pada sudut maksimum 13° sebelum titik mati atas.

mum pada 13° sebelum titik mati atas. Bila

angka oktan yang dimiliki oleh gasolin rendah

maka pembakaran akan terjadi sendirinya

tanpa penyalaan busi pada sudut diatas 13°

sebelum titik mati atas. Hal ini akan menekan

kembali piston kearah yang berlawanan

dengan arah putaran mesin, dan ini akan

menimbulkan ketukan (knocking) pada mesin.

Knocking ini akan mengakibatkan berkurang-

nya tenaga mesin, bila hal ini dibiarkan maka

akan mengakibatkan kerusakan mesin,

terutama akan mengakibatkan lengan piston

patah. Sifat anti ketukan dari gasolin diuji

dengan menggunakan mesin CFR F-1 dengan

metode standar ASTM D-2699, yaitu dengan

memakai bahan bakar pembanding sebagai

standar anti ketukan. Bahan bakar

pembanding tersebut adalah campuran iso-

Oktan dengan normal-Heptan pada

perbandingan tertentu sesuai angka oktan

yang diinginkan.

Untuk menaikkan angka oktan dari gasolin selain dengan mengatur kompisisi kimia dari

komponen blendingnya, dapat juga dengan menatur penambahan adtifnya. Jenis aditif

yang banyak digunakan ialah TEL (Tetra Ethyl Lead), dan MTBE (Methyl Tertier Buthyl Eter).

Aditif lain yang bisa juga dipakai sebagai anti knock adalah antara lain TML (Tetra Methyl

Lead), methanol. Penambahan TEL selain berfungsi untuk menaikkan angka oktan juga

berfungsi untuk pelumasan pada ruang bakar dan sebagai anti bakteri pada gasolin selama

penyimpanan dalam tanki timbun, sehingga akan menghambat terjadinya degradasi gasolin

oleh bakteri.

á = 13°

Busi

Klep inlet campuran BBMdan udara

Klep outletgas buang



Hal. 8 dari 9

Reaksi yang terjadi dalam ruang bakar berlangsung pada tekanan dan temperatur yang

tinggi dengan reaksi kimia sebagai berikut :

a. Gasolin dengan angka oktan rendah (tanpa penambahan TEL).

Proses pembentukan radikal pada pembakaran.

RH R° + H°

R° + O2 ROO° ( radikal peroksida )

ROO° + RH R° + ROOH ( asam karboksilat )

ROOH RO° + OH° ( radikal hidroksil )

RO° + RH R° + ROH ( alkohol )

OH° + ROH R° + H2O

R° + O2 ROO° ……. dan seterusnya

Dengan terbentuknya ROO° mengakibatkan terjadinya detonasi (knocking).

b. Gasolin dengan angka oktan tinggi (dengan penambahan TEL).

Bila tidak terbentuk ROO° maka tidak akan terjadi detonasi (knocking).

Pb(C2H5)4 Pb° + 4C2H5°

C2H5° 2C4H10

Pb° + O2 PbO2

PbO2 + RH PbO + RHO

PbO yang terbentuk diikat oleh etilen bromida yang terdapat dalam TEL.

C2H5Br 2C2H5 + 2 HBr

PbO + HBr PbBr2 (gas) + H2O

Gas PbBr2 yang terbentuk keluar melalui saluran pembuangan bersama dengan sisa

pembakaran lainnya.

TEL maupun sisa pembakaran TEL pada ruang bakar sangat berbahaya bagi kesehatan

karena berupa gas yang mengandung logam berat (mengandung Pb / Lead) yang dapat

meracuni syaraf manusia. Oleh karena itu kandungan TEL dalam gasolin dibatasi jumlahnya.

Kadar TEL atau timbal lainnya dalam gasolin diperiksa menggunakan salah satu metoda

standar, yaitu ASTM D-3341.

6. Smoke Point

Smoke Point adalah tinggi api maksimum dalam milimeter dimana bahan bakar dapat

menyala tanpa menimbulkan asap. Smoke Point diperiksa menggunakan metoda standar

ASTM D-1322. Pada kerosin smoke point dibatasi minimum 16 milimeter, jika smoke point

yang diperoleh dibawah 16 milimeter maka kerosin akan banyak menimbulkan jelaga pada

pemakaiannya. Pada avtur smoke point dibatasi minimum 25 milimeter, jika smoke point

yang diperoleh dibawah 25 milimeter maka avtur akan menimbulkan jelaga dan

akumulasinya pada sudu turbin akan menimbulkan hot-spot.



Hal. 9 dari 9

DAFTAR PUSTAKA

1. American Society for Testing and Materials, Section 05.01, 1999, D-240 & D-1405.

2. Anam, Syaiful., Ir., MT., Hand-Out Mata Kuliah Produk Migas, PPT Migas, Cepu 2000.

3. Haryono, S.Si., Hand-Out Mata Kuliah Metode Pemeriksaan Sifat Kimia Minyak Bumi,

PPT Migas, Cepu 2000.

4. Pangarso, Subagdjo., Ir., Penentuan Sifat-Sifat Minyak Bumi, PPTMGB Lemigas, Jakarta

1980.

5. Sittig, Marshall., Petroleum Refining Industry : Energy Saving and Environmental

Control ; Refinery Energy Conservation, New Jersey – USA 1978.

Sifat Khusus Produk Minyak Bumi

Documents

Transcript of Sifat Khusus Produk Minyak Bumi