a BAB 4 BOMB KALORIMETER

BAB IV

BOMB KALORIMETER

Pokok Bahasan :

            Dalam bab ini dibahas tentang pentingnya bomb kalorimeter berkaitan dengan pengukuran besaran energi suatu materi, besaran-besaran energi mencakup sifat-sifat termodinamika sistem seperti entalpi, energi dalam, kalor spesifik atau nilai kalor.

Jenis alat kalorimeter aliran yang biasa digunakan dalam eksperimen disebut Junkers Calorimeter  (Kalorimeter Junker). Jenis alat kalorimeter non-aliran yang telah lazim adalah bomb kalorimeter, digunakan untuk untuk penentuan nilai kalor bahan bakar padat dan cair.

Prosedur kerja bomb kalorimeter dan mengaplikasikan dalam contoh analisa.

Tujuan Instruksional :

  1. Pembaca diharapkan memahami pengertian tentang bomb kalorimeter.
  1. Pembaca diharapkan memahami pengertian tentang jenis alat kalorimeter aliran.
  2. Pembaca diharapkan memahami pengertian tentang jenis alat kalorimeter non-aliran.
  1. Pembaca diharapkan mampu menjalankan prosedur kerja bomb kalorimeter.
  2. Pembaca diharapkan memahami contoh analisa bomb kalorimeter.

4.1      Pendahuluan

Masalah bomb kalorimeter berkaitan dengan pengukuran besaran energi suatu materi. Besaran-besaran energi mencakup sifat-sifat termodinamika sistem seperti entalpi, energi dalam, kalor spesifik atau nilai kalor. Alat ukur kalor – bergantung dari zatnya – terdiri dua jenis yaitu alat kalorimeter aliran yang digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar gas atau cair dan alat kalorimeter non-aliran  yang digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar padat atau cair. Nilai kalor biasanya dinyatakan dalam kalori/gram atau Btu/Lb. Bomb kalorimeter termasuk tipe kalorimeter non aliran.

Gambar 4.1   Alat Instrumentasi Bomb Kalorimeter

4.2      Kalorimeter Aliran Bomb Kalorimeter

Jenis alat bomb kalorimeter aliran yang biasa digunakan dalam eksperimen disebut Junkers Calorimeter  (Kalorimeter Junker) seperti skema Gambar 4.2. Bahan bakar gas dibakar di dalam kalorimeter Junker itu, dan kalornya dialirkan ke air pendingin. Laju aliran air ditentukan dengan menimbangnya, sedang suhu air masuk dan keluar diukur dengan termometer presisi raksa dalam gelas. Hasil pembakaran didinginkan hingga suhunya cukup rendah dan uap airnya mengembun. Kondensatnya dikumpulkan dalam tabung ukur seperti pada gambar. Laju aliran gas biasanya diukur dengan positive displacement flowmeter.

Skema alir Junker calorimeter  terlihat pada Gambar 4.2. Semua arus yang masuk rangkaian diberi subskrip 1, sedang arus yang keluar dari rangkaian itu diberi tanda subskrip 2. Bahan bakar dan udara dibakar di dalam calorimeter, dan sebagai besar kalor pembakaran diserap oleh air pendingin. Pengukuran yang perlu dibuat dalam eksperimen ini ialah suhu air pendingin masuk dan keluar Tw1 dan Tw2, laju aliran massa bahan bakar mf, laju aliran massa air pendingin mw, suhu kondesat Tc2, suhu bahan bakar dan udara masuk Tf1 dan Ta1, dan kelembaban relatif  udara masuk f1, di samping itu dilakukan pula analisa hasil pembakaran untuk menentukan kandungan okigen, karbon dioksida, dan karbon monoksida.

Berdasarkan data-data ini, neraca massa dan neraca energi dapat dilakukan untuk menghitung nilai kalor bahan bakar tersebut. Uraian lebih detail tentang contoh perhitungan dan demikian juga

Gambar 4.2   Skema alir Junker Calorimeter

Prosedurnya diharapkan para pembaca merujuk pustaka by J.P. Holmen dan Shoop-Tuve. Pada makalah ini hanya dibahas prosedur dan contoh analisis kalor menggunakan jenis kalorimeter non-aliran (Bomb kalorimeter).

Gambar 4.3   Skema alat kalorimeter aliran Junker Calorimeter

4.3      Kalorimeter Non-Aliran

Jenis alat kalorimeter non-aliran yang telah lazim adalah bomb kalorimeter, digunakan untuk untuk penentuan nilai kalor bahan bakar padat dan cair. Berbeda dengan jenis kalorimeter aliran, pengukuran disini dilakukan pada kondisi volum konstan, tanpa aliran, seperti pada Gambar 4.4.

Contoh bahan bakar yang diukur dimasukkan ke dalam bejana logam yang kemudian diisi dengan oksigen pada tekanan tinggi. Bom ditempatkan di dalam bejana berisi air dan bahan bakar dinyalakan dengan sambungan listrik dari luar. Suhu air diukur sebagai fungsi waktu setelah penyalaan, dan dari pengetahuan tentang massa air di dalam sistem itu, massa dan kalor spesifik bejana, kurva pemanasan dan pendinginan transien, maka energi yang dilepaskan dalam pembakaran itu dapat ditentukan. Keseragaman suhu air di sekeliling bom dijaga dengan suatu pengaduk. Dalam hal-hal tertentu diberikan pemanasan dari luar melalui selubung air untuk menjaga supaya suhu seragam, sedang dalam hal-hal lain selubung itu dibiarkan kosong untuk menjaga kondisi yang mendekati adiabatik dalam bejana air sebelah dalam.

 

Gambar 4.4   Skema Alat Kalorimeter Non Aliran Bomb Kalorimeter

4.4      Prosedur Kerja Bomb Kalorimeter

Berikut ini disajikan prosedur kerja Bom Calorimetertype : ”1261 Isoperibol Bomb Calorimeter” yang ada di laboratorium Pengolahan Air Industri Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, ITS-Surabaya. Pada alat ini nilai kalori pembakaran dihitung berdasarkan persamaan :

………………………………………. (4.1)

Dimana Hc=gross heat pembakaran, T=kenaikan suhu, W=energi ekivalen dari kalorimeter yang digunakan, e1=panas hasil pembakaran nitrogen, e2=panas hasil pembakaran sulfur membentuk SO3 dan asam sulfat, e3=panas hasil pembakaran kawat dan m=massa sample.

  1. Hidupkan bomb calorimeter (ON) dan tekan tombol F1 untuk mengaktifkan pompa, pemanas dan mengalirkan air pendingin (dibutuhkan waktu sekitar 20 menit untuk menstabilkan suhu jaket, ditandai lampu control telah menyala)
  2. Ditimbang dengan teliti sejumlah sample (sesuai kapasitas mangkok bomb calorimeter) yang akan diukur nilai kalorinya
  3. Masukkan sample tersebut ke dalam mangkok bomb calorimeter
  4. Hubungkan seutas kawat dengan panjang tertentu antara kedua ujung katoda/anoda dengan sample (perhatikan gambar-4.4)
  5. Masukkan mangkok yang berisi sample tersebut ke dalam silinder aluminium dan tutup rapat
  6. Alirkan gas (N2) ke dalam silinder tersebut hingga penuh (pada tekanan tertentu), alat ini akan bekerja secara otomatis
  7. Masukkan slinder yang berisi sample tersebut ke dalam bak bomb kalorimeter yang sebelumnya telah diisi air suling 2 liter (2000 gram), lalu tutup dengan rapat
  8. Inputkan data-data berupa berat sample dan panjang (massa) kawat
  9. Pembakaran dimulai dengan menekan tombol star hingga beberapa saat (sekitar 20 menit)
  10. Setelah pembakaran sempurna, alat akan secara otomatis memberikan preliminary report yang dapat diprint out melalui komputer yang telah disiapkan
  11. Buka penutup bak, keluarkan slinder sampel dan keluarkan mangkok sampel dari slinder
  12. Ukur sisa kawat yang terlilit di ujung katoda/anoda yang tidak terbakar
  13. Residu yang kemungkinan mengandung asam di dalam slinder dikumpulkan dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer (gunakan pembilas air suling) untuk kemudian dititrsi menggunakan natrium karbonat 0,0709 N (3,76 gr Na2CO3 dilarutkan dalam 1 liter air suling). Gunakan indicator metil-orange. Bisa juga dititrasi menggunakan lrutan basa NaOH atau KOH.
  14. Inputkan data-data panjang sisa kawat dan konsentrasi asam hasil titrasi, maka sesaat kemudian secara otomatis alat bomb kalorimeter akan menberikan final report berupa hasil akhir sebagai hasil koreksi, yang dapat diprint out melalui printer yang telah disiapkan
  15. Akhiri penggunaan alat dengan menekan tombol off (untuk memutuskan arus listrik)

4.5      Contoh Analisa

Contoh print out preliminary report dan final report (atas seijin Kepala Labolatorium Pengolahan Air Industri, Teknik Kimia FTI ITS), adalah sebagai berikut :

Tabel 4.1. Calorimetry preliminary report dan final report

Catatan :

Berdasarkan contoh print out hasil pengukuran nilai kalor (gross heat)  diatas diberikan dua jenis laporan:

  1. Preliminary report : lapoan awal yang memberikan nilai kalori dari semua elemen yang terbakar dalam bomb, yaitu elemen sampel itu sendiri, elemen kawat sebagai penghubung arus listrik ke sampel dan elemen sulfur yang terbakar dan terlarut menjadi asam. Hasilnya :

GROSS HEAT          10999.3 CAL/G

  1. Final report : Laporan akhirsetelah dikoreksi terhadap kalor kawat yang terbakar dan kalor asam yang terbentuk, sehingga disini hanya tercatat nilai kalor sampel yang di analisis. Hasilnya :

GROSS HEAT          11033.9 CAL/G

Besar nilai koreksi tersebut diatas :

[ (11033,9 – 10999,3) ] / [11033,9] x 100% = 0,31%

Nilai kesalahan (koreksian) ini cukup kecil, dalam keperluan praktis terhadap sample tertentu (seperti batubara) dapat diabaikan.

4.6      Latihan Soal

Berilah tanda silang pada huruf B jika pernyataan di bawah ini Benar dan huruf S jika pernyataan Salah

1). B – S   Jenis alat bomb kalorimeter aliran yang biasa digunakan dalam eksperimen disebut Junkers Calorimeter  .

2). B – S       Nilai kalor biasanya dinyatakan dalam kalori/liter atau Btu/cuft.

3). B – S       Jenis alat kalorimeter non-aliran yang telah lazim adalah bomb kalorimeter, digunakan untuk untuk penentuan nilai kalor bahan bakar padat dan cair.

4). B – S       Setelah pembakaran sempurna, alat akan secara otomatis memberikan elementery report yang dapat diprint out melalui komputer yang telah disiapkan.

5). B – S       Preliminary report : lapoan awal yang memberikan nilai kalori dari semua elemen yang terbakar dalam bomb, yaitu elemen sampel itu sendiri, elemen kawat sebagai penghubung arus listrik ke sampel dan elemen sulfur yang terbakar dan terlarut menjadi asam.

6). B – S       Laju aliran air ditentukan dengan menimbangnya, sedang suhu air masuk dan keluar diukur dengan termometer presisi thermometer dalam gelas.

7). B – S       Alat ukur kalor – bergantung dari zatnya – terdiri dua jenis yaitu alat kalorimeter aliran yang digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar gas atau cair dan alat kalorimeter non-aliran  yang digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar padat atau cair.

8). B – S       Alirkan gas (H2) ke dalam silinder tersebut hingga penuh (pada tekanan tertentu), alat ini akan bekerja secara otomatis.

9). B – S       Contoh bahan bakar yang diukur dimasukkan ke dalam bejana logam yang kemudian diisi dengan oksigen pada tekanan tinggi. Bom ditempatkan di dalam bejana berisi air dan bahan bakar dinyalakan dengan sambungan listrik dari luar.

10). B – S     Berdasarkan data-data yang diperoleh maka neraca massa dan neraca energi dapat dilakukan untuk menghitung nilai kalor bahan bakar dan berat bahan bakar yang digunakan.

Lingkarilah a, b, c, d pada jawaban yang saudara anggap paling benar.

1).  Inputkan data-data panjang sisa kawat dan konsentrasi asam hasil titrasi, maka sesaat kemudian secara otomatis alat bomb kalorimeter akan memberikan apa  dalam hasil akhir sebagai hasil koreksi, yang dapat diprint out melalui printer yang telah disiapkan

: a. final report, b. end report, c. presisi report, d. start report.

2). Keseragaman suhu air di sekeliling bom dijaga dengan suatu pengaduk, dalam hal-hal tertentu diberikan pemanasan dari luar melalui selubung air untuk menjaga supaya suhu seragam, sedang dalam hal-hal lain selubung itu dibiarkan kosong untuk menjaga kondisi yang mendekati apa! : a. atmosferik, b. adiabatik, c. volumetrik, d. atmosferik dan adiabatik.

3).  Hasil pembakaran didinginkan hingga suhunya cukup rendah dan uap airnya mengembun kemudian kondensatnya dikumpulkan dalam: a. gelas ukur, b. erlenmeyer, c. tabung ukur, d. beaker glass.

4). Bomb calorimeter hidup (ON) dan tekan tombol F1 untuk mengaktifkan pompa, pemanas dan mengalirkan air pendingin (dibutuhkan waktu sekitar berapa menit untuk menstabilkan suhu jaket, ditandai lampu control telah menyala)

: a. 60 menit; b. 40 menit, c. 10 menit, d. 20 menit.

5).  Alat kalorimeter aliran untuk mengukur nilai kalor bahan bakar gas atau cair sedangkan alat kalorimeter non-aliran digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar apa! :  a. padat atau cair, b. padat atau gas, c. gas atau cair, d. cair.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: