PENGGUNAAN PRINSIP STOIKIOMETRI DAN ENTHALPY BALANCE DALAM EVALUASI PERGANTIAN FUEL PADA COMBUSTION PROCESS

         

          STOICHIOMETRI DAN ENTHALPY. Setiap kita yang belajar Kimia Dasar di SMA pasti pernah mengenal istilah ini. Apalagi yang melanjutkan studi di Perguruan Tinggi, di Fakultas Teknik atau Fakultas Matematika & Ilmu Alam, pasti sudah lebih mengenal lagi.  Namun mungkin ada yang belum merasakan gunanya untuk apa dalam aplikasi dunia industri  ?

                                             Bismillahirrahmaanirrahiim.

     

     Konsep reaksi kimia dasar ini ternyata bermanfaat untuk  mengevaluasi program perubahan type dan komposisi bahan bakar ( fuel ) yang masuk dalam proses pembakaran, entah itu di furnace ( fired heater ) dalam reboiler, boiler, maupun di pembangkit listrik seperti  generator set ( diesel generator ) maupun gas combustion turbine generator.

       Langkah-langkah umumnya, setelah mengevaluasi  sifat-sifat fisik dari fuel tersebut memenuhi syarat ( seperti dew point cukup rendah sehingga tidak mudah terkondensasi dalam temperature operasi, Heating Value memenuhi, dsb ), maka stoikiometri  & enthalpy mengambil peran untuk evaluasi hal-hal berikut :

A.      Mengestimasi kebutuhan teoretis udara pembakaran dan pengaruhnya terhadap equipment yang sudah ada ( kapasitas burner, compressor, dsb ).

1.  Dari nilai Heating Value, bandingkan keperluan new fuel jika menggantikan existing fuel untuk mendapatkan panas yang sama.
2. Dengan prinsip stoikiometri, check kebutuhan teoretis udara pembakaran pada existing fuel ( yang sedang digunakan / akan digantikan ), tambahkan % excess air yang diinginkan di flue gas.
3. Dengan prinsip stoikiometri, check kebutuhan teoretis udara pembakaran pada new fuel ( yang akan digunakan ), dengan % excess air yang sama dengan pembakaran existing fuel di point 2 di atas.  
4.  Hitung volumetric rate dari udara stoikiometrik berdasarkan hasil check di atas, lalu bandingkan volumetric rate udara stoikiometrik yang dibutuhkan oleh existing fuel vs new fuel.
5. Akan bisa di-justifikasi apakah burner atau compressor yang ada masih layak untuk mensuplai udara bagi new fuel.

 B.      Mengestimasi  Panas Reaksi pembakaran ( Heat Released of Combustion ) yang terjadi pada temperature inlet burner, untuk existing fuel maupun new fuel.

1. Prinsipnya, Enthalpy merupakan state function, it doesn’t depend on process. Enthalpy akhir yang dihasilkan dari ( H reactant @ Tref  + H pemanasan reactant dari Tref ke  Tinlet burner +  Heat Combustion @ Tinlet burner ) = Enthalpy akhir dari  (H  reactant @ Tref +  Heat Combustion @ Tref + H pemanasan product dari Tref ke Tinlet burner ).
2. Dari B.1. berarti :  Heat Combustion @ Tinlet burner = Heat Combustion @ Tref + Delta ( H pemanasan product dari Tref ke Tinlet burner – H pemanasan reactant dari Tref ke Tinlet burner ).
3. Delta H pemanasan di point B.2 , mungkin harus menggunakan data specific heat yang merupakan fungsi temperature, sehingga butuh sedikit bantuan prinsip integral dalam calculus.
4.  Maka Heat Released of Combustion dari existing fuel maupun new fuel pada Temperature inlet burner bisa di-estimasi.

C.      Mengestimasi  stoichiometric flame temperature ( SFT ) , yaitu temperature api yang dihasilkan oleh pembakaran existing fuel maupun new fuel. SFT berguna untuk mengevaluasi apakah combustion chamber, turbine material, heater coil, masih layak pakai jika menggunakan new fuel.

1. Secara prinsip, Heat Combustion pada Tinlet burner merupakan merupakan panas yang dilepaskan pada  saat reactant terbakar / berubah menjadi product bakar pada Tinlet burner.
2. Sehingga Heat Combustion pada Tinlet burner akan menaikkan temperature product dari Tinlet burner  menjadi Tsft.
3. Jadi : Heat Combustion pada Tinlet burner = H pemanasan product dari Tinlet burner ke Tsft.
4.  Perhitungan pada item C.3. mungkin sekali melibatkan data specific heat dalam fungsi temperature, sehingga perlu bantuan prinsip integral calculus yang menghasilkan persamaan polynomial.  Dan untuk menyelesaikan persamaan polynomial ini, bisa trial error nilai Tsft sehingga item C.3i. menjadi balance atau bisa dengan menggunakan metode numeric.
5.  Maka dapat diestimasilah Stoichiometric Flame Temperature dari exisiting fuel maupun new fuel, sehingga bisa di justifikasi impact apakah yang kira-kira diberikan oleh new fuel terhadap peralatan yang ada seperti gas turbine, heater coil, maupun combustion chamber.

Semoga bermanfaat, mohon koreksinya jika ada yang kurang tepat.

Walhamdulillahirobbil ‘alamiin.