1. ENERGI , SATUAN ENERGI DAN BAHAN BAKAR

2. Berbagai Jenis Energi Energi itu apa ?
Jenis Energi fisika : Kimia, Panas, mekanis, listrik dan nuklir
Komersial yaitu minyak, gas,batubara dan listrik serta Non Komersial seperti, angin, matahari, air, sampah
Primer seperti minyak,gas, batubara, kayu, panas bumi, tenaga air
Sekunder listrik, steam, compress air.

3. BAHAN BAKAR
Bahan bakar adalah energi kimia yang bila direaksikan dengan oksigen (dibakar) akan menghasilkan energi/panas.
Bahan bakar dapat berbentuk gas ( gas bumi, gas kilang, hidrogen), cair (bahan bakar minyak, alkohol) dan padat ( batubara, kayu )
Pada pembahasan ini hanya akan dibahas bahan bakar fosil Gas bumi, minyak bumi (BBM) dan batubara

4. PEMBAKARAN BAHAN BAKAR
Apa itu pembakaran ?
Proses/reaksi kimia antara bahan bakar dengan Oksigen (O2) dari udara.
Hasil pembakaran
Utama : Karbondioksida (CO2), uap air (H2O) dan disertai energi panas
Lainnya : Karbonmonoksida (CO), abu (ash), Nox, atau SO2
bergantung pada jenis bahan bakar
C O2
dari bahan bakar
dari udara
CO panas
2H O2
dari bahan bakar
dari udara
2H2O panas

5. CONTOH REAKSI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR

6. RUANG UNTUK PEMBAKARAN
Pembakaran dapat berlangsung pada temperatur tinggi
( T tergantung temperatur nyala bahan bakar)
Pembakaran diruang tertutup untuk menjaga temperatur tetap tinggi dan pembakaran lebih efisien dan heat transfer lebih baik (furnace dan boiler)
Pembakaran pada motor bakar berlangsung diruang yang kecil dan waktu yang singkat disebut internal combustion.
Jumlah udara pembakaran teoritis disebut stochiometri
Dalam praktek agar bahan bakar terbakar sempurna perlu udara berlebih atau excess air

7. HUBUNGAN ANTARA EXCESS AIR DAN HASIL REAKSI PEMBAKARAN
Komposisi CO O2
CO2
Deficient Air
Excess Air A B C D E

8. HEATING VALUE (PANAS PEMBAKARAN)
Jika bahan bakar dibakar maka akan menghasilkan energi panas yang besarnya tergantung terutama pada kandungan C, H, O, N, S dan moister (H2O)
Panas pembakaran (HHV) diukur dengan menggunakan bom calori (di laboratorium)
Satuan energi panas pembakaran digunakan kJoule, kCal atau BTU (british thermal unit).
Biasanya heating value utuk BBM digunakan LHV ( Low Heating Value) LHV = HHV – (212 H + 24,4 M ) kJ/kg
Batubara dan gas digunakan High Heating Value(HHV) atau disebut juga Gross Heating Value (GHV)

9. HHV dan LHV
Pada saat pembakaran batubara di boiler, air yang menempel di batubara (dalam hal ini TM) serta air yang terbentuk dari persenyawaan hidrogen yang terkandung di dalam batubara dan oksigen, akan berubah menjadi uap air setelah melalui proses pemanasan dan penguapan. Karena tidak memberi nilai tambah apa pun dalam konversi ke energi yang dapat dimanfaatkan selain untuk menguapkan air dalam batubara saja, maka kalor yang digunakan untuk proses tadi disebut kalor laten. Jika kalor laten ini diikutsertakan dalam analisis, maka kalori dalam batubara yang bersangkutan disebut dengan GCV atau HHV (Higher Heating Value). Dan jika faktor kalor laten ditiadakan, maka disebut dengan NCV atau LHV (Lower Heating Value). Hubungan antara GCV dan NCV ditunjukkan oleh persamaan (dalam standar JIS)  di bawah ini:
NCV (kcal/kg) = GCV (kcal/kg) – 6 (9 H + W)
H = kadar hidrogen (%) … analisis ultimat.
W = kadar air (%) … analisis proksimat.

10. EFISIENSI PEMBAKARAN
Efisiensi pembakaran adalah panas yang dihasilkan dari suatu pembakaran dibandingkan dengan energi yang terkandung (heating value ) dalam bahan bakar tesebut.
Jika bahan bakar terbakar sempurna (tanpa sisa) maka efisiensinya 100 %.
Timbulnya sisa bahan bakar disebabkan oleh berbagai faktor antara lain atomisasi atau pulverised, burner, excess air dan dimensi ruang bakar.

11. GAS BUMI
Gas bumi (BBG) bahan bakar fosil berupa gas, berasal dari sumur gas (non ass. gas) dan sumur minyak ( ass. Gas)
Gas bumi merupakan campuran dari berbagai molekul dan komposisinya tergantung kepada masing-masing sumur, tetapi komponen mayoritas adalah methan
* Komponen gas bumi terdiri atas
CH4 (Methane), C2H6 (Ethane), C3H8 (Propane), C4H10 (n &I so Butane), C5H12 ( n & iso pentane) serta C6 +

13. Pemanfaatan gas alam

14. SPESIFIKASI GAS BUMI
Spesifikasi gas bumi merupakan prosen mol dari masing-masing komponen yaitu methane, ethane, propane, butane ( i dan n) , Propane ( i dan n), C6+, CO2 dan N2.
Komponen terbesar adalah methane( diatas 50%). Ada beberapa sumur yang mempunyai kandungan CO2 tinggi (lebih dari 10 %).
Untuk memenuhi persyaratan konsumen gas dari sumur perlu ditreating ( menurunkan prosesentase kondensate, CO2,SO2 dan H2O) sebelum dikirim ke konsumen.
Kandungan energi gas bumi tergantung kepada spesifikasinya biasanya sekitar 8500 kCal/m3 GHV.

15. CARA PENGIRIMAN GAS BUMI
Gas bumi mempunyai volume yang sangat besar dibandingkan dengan kondisi cair, dengan masa yang sama volumenya 500 kali.
Untuk pengiriman gas bumi dengan jumlah yang besar dan jarak sd 2000 km dilakukan dengan pipa dan tekanan tinggi.
Jika jarak jauh dan jumlahnya cukup besar dilakukan dengan mencairkan komponen methane dan ethane pada temperatur -162°C (cryogenic).
Methane dan ethane cair tersebut dinamai LNG( liquified natural gas) yang dikirim dari kilang pencairan gas ke konsumen dengan menggunakan Tanker LNG.

16. GAS PROCESS

17. CARA PENGIRIMAN GAS BUMI
Jika jumlahnya tidak banyak dan jaraknya tidak terlalu jauh gas bumi dimampatkan sd. 200 barg kemudian dikirim dengan tanki bertekanan, disebut CNG (compress natural gas ).
Propane ( C3H8) jika dimampatkan sampai 12 barg pada temperatur kamar sudah mencair dan disebut LPG (liquified petroleum gas )propane, kemudian dimasukkan dalam tanki dikirim ke konsumen.
Butane (C4H10) jika dimampatkan sampai 4 bar G pada temperatur kamar sudah mencair disebut LPG butan, kemudian dimasukkan dalam tanki atau botol bertekanan dikirim ke konsumen.
LPG untuk keperluan domestik merupakan campuran antara butane(mayoritas) dan propan, yang merupakan hasil dari lapangan gas atau produk samping kilang minyak.

18. TRANSAKSI GAS BUMI
Untuk transaksi gas bumi digunakan ukuran cubic feet ( CF), tetapi karena volume gas terpengaruh temperatur maka digunaka standar cubic feet (SCF).
Karena jumlah transaksi biasanya cukup besar maka digunakan MSCF ( ribu) atau MMSCF (juta).
Untuk kontrak gas digunakan satuan MMCFD yaitu juta cubik feet per day.
Karena produksi sumur kandungan energi (heating value ) tidak konstan maka transaksi digunakan MMBTU (juta british thermal unit)

19. SIFAT FISIK GAS BUMI
Gas bumi tidak tampak dan tidak berbau dan mudah terbakar karena itu pengelolaanya harus sangat hati-hati.
Masa jenis gas bumi lebih ringan dari udara sehingga jika terjadi kebocoran mudah menyebar.
Meskipun mudah terbakar tetapi titik nyala gas cukup tinggi (500 deg.C ).
Agar jika terjadi kebocoran dapat diketahui untuk LPG sengaja diberi odor.

20. CARA MENGHITUNG GROSS HEATING VALUE
GHV
Menjumlahkan heating value masing-masing komponen, contoh :
Methane 80 % Vol GHV = 0,8 x , = ,94 BTU/scf
Ethane % Vol Ghv = 0,05 x = ,78 BTU/scf
Propane % Vol GHV = 0,03 x , = , BTU/scf
Butane(n) 2 % Vol GHV = 0,02 x = ,08 BTU/scf
Carbon Dioksida. 5 %
Nitrogen %
Totak Gross Heating Value = ,32 BTU/scf
= ,68 BTU/m3

21. MENGHITUNG NET HEATING VALUE BBG
NHV atau LHV
e = jumlah % vol HC
y = jumlah atom H x % Vol
NHV = GHV ( e x y /2 ) kJ/m3
Contoh gas di atas:
e = = 90
y = 0,8 x 4 + 0,05 x 6 + 0,03 x 8 + 0,02 x 10 = 3,94
NHV = , 68 – 18,257 x (90x3,94/2) = ,71 kJ/m3

22. Gas Alam

23. BAHAN BAKAR MINYAK (BBM)
Bahan bakar minyak (BBM) adalah bahan bakar fosil cair, berasal dari minyak mentah (crude oil) yang merupakan produsi sumur minyak.
Minyak mentah mempunyai spesifikasi yang beragam tergantung kondisi cadangan , sementara BBM mempunyai spesifiksi yang sudah ditentukan, karena itu crude oil perlu diproses di kilang minyak (refinery) untuk menjadi BBM
Yang dimaksud BBM adalah: Avgas, Avtur, Premium, Minyak Tanah, Solar, Minyak diesel dan Minyak Bakar.
Karena menyangkut kebutuhan masyarakat umum maka spesifikasi BBM diatur oleh Pemerintah.

24. Spesifikasi Bahan Bakar Minyak Indonesia Jenis : Minyak Solar
Sifat
Batasan
Metoda Test
Min
Max
ASTM
Lain
Spesific Gravity at 60/60°F
0.820
0.870
D-1298
Colour ASTM
3.0
D-1500
Cetane Number or
45.000
D-613
alternatively Calculated Cetane Index
48.000
D-976
Viscosity Kinematic at 100°F cS
1.6
5.8
D-445
IP-70
or Viscosity SSU at 100 °F
secs 35 45
D-88
Pourpoint °F 65
D-97
Sulphur Content
% wt
0.5
D-1551/1552
Copperstrip (3 hrs/100°C)
No. 1
D-130
Conradson Carbon Residue
D-189
(on 10% vol. bottom)
0.1
Water Content
% vol
0.05
D-95
Sediment
0.01
D-473
Ash Content
D-482
Neutralization Value
D-974
Strong Acid Number
mg KOH/gr
Nil
Total Acid Number
0.6
Flashpoint P.M. c.c
150
D-93
Distillation
D-86
Recovery at 300°C 40

25. Pertamina Dex memiliki Cetane Number 53 dengan kandungan sulfur di bawah 300 part per million (ppm). Sementara Dexlite dengan CN 51 dengan kandungan sulfur minimal ppm. Sedangkan Bio Solar yang merupakan solar subsidi, memiliki CN 48 dengan kandungan sulfur ppm.
EN 590:1993—The first EU diesel fuel specification. It established a sulfur limit of 0.2% and a cetane number of 49 in onroad and nonroad diesel fuels. Sometimes referred to as Euro 1 diesel fuel.
EN 590:1996—This standard reflected a new sulfur limit of 500 ppm. Cetane number remained at 49. Sometimes referred to as Euro 2 diesel fuel.
EN 590:1999—This standard reflected the sulfur (350 ppm) and cetane number (51) specifications by Directive 98/70/EC (so called Euro 3 diesel).
EN 590:2004—Sulfur limits of 50 ppm (so called Euro 4) and 10 ppm (Euro 5) as regulated by Directive 2003/17/EC. FAME content of 5%.
EN 590:2009—FAME content of 7% as regulated by Directive 2009/30/EC. This directive also adopts mandatory biofuel requirements for refiners and introduces a 10 ppm S limit in nonroad fuels effective 2011.

26. Spesifikasi Bahan Bakar Minyak Indonesia
Jenis : Bensin Premium/Premium
Sifat
Batasan
Metoda Test
Min
Max
ASTM
Lain
Knock Rating
D-2699
Research Octane Number ON 88
T.E.L. Content
ml/AG
2.5
D-526
IP-116
Distillation
D-86
10% vol. evap. to °C 74
50% vol. evap. to
125 ¹⁾
90% vol. evap. to
180
End Point
205
20% - 10% evap.
8 ¹⁾
Residue
% vol.
2.0
R.V.P. at 100°F
psi.
9.0 ¹⁾
D-323
Existent Gum
mg/100 ml. 4
D-381
Induction Period
min.
240
D-525
Sulphur Content
% wt.
0.20
D-1266
Copperstrip Corrosion hrs/122°F.
No. 1
D-130
Doctor Test or
Negative
D-484
alternatively Mercaptan Sulphur % wt
0.0015
D-1219
Colour
Yellow 
Dye Content: Yellow
gr/100 AG
0.5
Odour
marketable
1. Penyesuaian dibenarkan dengan menggunakan Volatility Adjustment Table

27. Contoh Perhitungan
Heating Value BBM (GHVv) berdasarkan bomb calorimeter kcal/kg.
Bedasarkan hasil ultimate analysis :
C = %, H = 12 % , S = 2 % , H2O = 1,5 %, ash – 0,5 %
GHVv = kJ/kg
GHVp = x 12 = kJ/kg
NHVp = ( 212,1 x ,4 x1,5 ) =
kJ/kg atau 9,496 kcal/kg
Cal/kg

28. BAHAN BAKAR BATUBARA Komposisi kimia batubara
Batubara adalah bahan bakar fosil padat yang terbentuk dari
tumbuh tumbuhan yang karena proses tekanan dan temperatur
tinggi dan bebas oksigen dalam waktu ratusan juta tahun.
Komposisi kimia batubara
Carbon (C) – 90 %
Hidrogen (H2) – 20 %
Oksigen (O2) – 30%
Nitrogen (N2) – 2 %
Sulfur ( S ) , %

29. PARAMETER UNTUK KWALITAS
Proximate Analysis
Total moister (kandungan air total )
Moister, Ash, Fix carbon(Adb)
Gross Calorific Value ( Adb )
Ultimate Analysis
Kandungan C, H, O, N, S ( % W )
Ash analysis ( kandungan logam )
Ash fusion temperatur
Hard grove index (HGI )
Size distribution (tergantung perjanjian )

30. Panas Pembakaran batubara
Secara teoritis (Dulong) panas yang dihasilkan :
HHV = C (H – O/8) S kJ/kg.
Panas pembakaran batubara tergantung kepada kadar C, H, O, S dan Moister
Dalam praktek HHV adalah hasil dari tes bom kalori (High Hetaing Value pada volume tetap ( HHVv ). Dalam praktek pembakaran berlangsung pada tekanan tetap ( HHVp)
Satuan energi panas umumnya digunakan kJoule, kCal atau BTU (british thermal unit).

31. BEBERAPA KONDISI YANG PENTING
As Received basis ( AR )
Data analisa sampel batubara sesuai dengan kondisi moister saat sampel diterima di laboratorium (sebelum dikondisikan )
As Determined basis ( Adb )
Data analisa sampel batubara dari sampel yang telah dikondisikan ( air permukaan dikeringkan )
Dry Basis
Data analisa dari sampel yang sudah dikeringkan sehingga tidak mengandung air.
Dry Ash Free Basis
Data analisa dari sampel yang dihitung tanpa air dan abu.

32. Penggolongan Batubara
Jenis Batubara
Golongan
Keterangan
1. Antrasit
Meta Antrasit
Antrasit
- Semi Antrasit
C tetap kering > 98 % dan V.M ,2 %
C tetap kering 92 – 98 % dan V.M 2 – 8 %
C tetap kering 80 – 92 % dan V.M %
2. Bituminous
Bituminous V.M rendah
Bituminous V.M sedang
Bituminous V.M. tinggi
- C tetap kering % dan VM 14 – 22 %
C tetap kering 69 – 78 % dan V.M 14 – 22 %
C tetap < % , V.M > 31 %, GHV > 7000
kCal/kg adb
3. Sub Bituminous
Sub Bituminous A
Sub Bituminous B
Sub Bituminous C
- Lembab GHV kCal/kg adb
- Lembab GHV kCal/kg adb
- lembab GHV kCal/kg adb
4. Lignite
Lignite (Brown coal)
Peat
- Basah GHV < kCal/kg adb

33. KANDUNGAN AIR DI BATUBARA
Kandungan air(moister) di batu bara ada 2 macam yaitu air permukaan( free moister) dan inherent moister.
Free moister adalah air yang berada dipermukaan butiran/bongkahan batubara termasuk yang ada didalam retakaan.Pada analisa adb air ini sudah dikeringkan.
Inherent moister adalah air yang merupakan bagian dari batubara ( yang bersenyawa secara kimia dan yang berada dalam pori-pori).

34. Total moister = Free moister + residual moister

35. Free Moisture (Air Dry Loss)
Air yang menempel di permukaan batubara (hujan, embun, air cucian, dsb)
Yang diukur berupa sampel besar-besar yang basah
Dikeringkan 35oC , 18 jam

36. Residual moisture (RM)
Air yang tertinggal dalam sampel setelah pengeringan di udara (air drying).
Bukan properti asli batubara
Air drying hanya melepaskan air yang dapat menguap pada kondisi lab di temperatur tertentu (104 – 110 oC) , 6 jam.
Yang diukur sampel kecil-kecil halus 4,75 mm

37. Inherent moisture Air yang ada merupakan bagian dari batu bara.
- Yang bersenyawa secara kimia
- Yang berada dalam pori-pori.
Bukan yang ada dalam retakan.
Hadir saat proses pengendapan batubara
Umumnya diasosiasikan dengan Moisture in the Analysis Sample.

38. Spesifikasi batubara di dalam kontrak pembelian

39. Contoh aturan Pinalti
FOBT ; free on board Trimmed

40. Basis penilaian

41. 1. ARB (As Received Basis)
Sebagaimana arti harfiahnya, obyek analisis ini adalah batubara yang diterima oleh pembeli seperti apa adanya. Dengan demikian, analisis pada basis ini juga mengikutsertakan air yang menempel pada batubara yang diakibatkan oleh hujan, proses pencucian batubara (coal washing), atau penyemprotan (spraying) ketika di stock pile maupun saat loading. Air yang menempel di batubara karena adanya perlakuan eksternal ini dikenal sebagai Free Moisture (FM).
Yang dimaksud penerimaan oleh pembeli (as received) disini bukan selalu berarti penerimaan batubara di stock pile pembeli, tapi disesuaikan dengan kontrak pembelian. Untuk kontrak FOB (Free on Board) misalnya, maka penilaian kualitas pada basis ARB adalah pada saat berpindahnya hak kepemilikan batubara di kapal atau tongkang. Pada kondisi ini, terkadang ARB juga disebut dengan as loaded basis.
2. ADB (Air Dried Basis)
Pada kondisi ini, Free Moisture (FM) tidak diikutkan dalam analisis batubara. Secara teknisnya, uji dan analisis dilakukan dengan menggunakan sampel uji yang telah dikeringkan pada udara terbuka, yaitu sampel ditebar tipis pada suhu ruangan, sehingga terjadi kesetimbangan dengan lingkungan ruangan laboratorium, sebelum akhirnya diuji dan dianalisis.
Nilai analisis pada basis ini sebenarnya mengalami beberapa fluktuasi sesuai dengan kelembaban ruangan laboratorium, yang dipengaruhi oleh musim dan faktor cuaca lainnya. Akan tetapi bila dilihat secara jangka panjang dalam waktu satu tahun misalnya, maka kestabilan nilai tertentu akan didapat. Disamping itu, basis uji & analisis ini sangat praktis karena perlakuan pra pengujian terhadap sampel adalah pengeringan alami sesuai suhu ruangan sehingga tidaklah mengherankan bila standar ADB ini banyak dipakai di seluruh dunia.

42. 3. DB (Dried Basis) Tampilan dry basis menunjukkan bahwa hasil uji dan analisis dengan menggunakan sampel uji yang telah dikeringkan di udara terbuka seperti di atas, lalu dikonversikan perhitungannya untuk memenuhi kondisi kering. 4. DAF (Dried Ash Free) Dry & ash free basis merupakan suatu kondisi asumsi dimana batubara sama sekali tidak mengandung air maupun abu. Adanya tampilan dry & ash free basis menunjukkan bahwa hasil analisis dan uji terhadap sampel yang telah dikeringkan di udara terbuka seperti di atas, lalu dikonversikan perhitungannya sehingga memenuhi kondisi tanpa abu dan tanpa air. 5. DMMF (Dried Mineral Matter Free) Basis DMMF dapat diartikan pula sebagai pure coal basis, yang berarti batubara diasumsikan dalam keadaan murni dan tidak mengandung air, abu, serta zat mineral lainnya. Dalam transaksi komoditas batubara, persyaratan kualitas yang umumnya tercantum dalam kontrak pembelian adalah hasil analisis proksimat, yaitu TM, IM, Ash, VM, FC, kemudian ditambah dengan kalori serta sulfur. Karena basis DMMF tidak pernah digunakan untuk uji dan analisis parameter – parameter tadi, maka konversi – konversi nilai kualitas yang muncul di tulisan ini selanjutnya akan dibatasi hanya pada 4 basis saja, yaitu ARB, ADB, DB, dan DAF.

43. DATA ANALISIS BATUBARA

45. Proximate dan Ultimate

46. KONVERSI ENERGI
Konversi energi adalah perubahan bentuk energi misal dari kimia ke panas(pembakaran), listrik ke mekanis(motor), mekanis ke listrik (generator), panas ke mekanis (motor bakar), kimia ke listrik(accu), listrik ke panas(strika).
Dalam perubahan bentuk ini selalu ada kehilangan (loss) atau efisiensi kurang dari 100 %.
Perlu diperhatikan dalam menghitung efisiensi konversi, satuan energi harus disamakan
Konversi energi primer ke listrik berlangsung 3 tingkat (kimia-panas-mekanis-listrik) sehingga efisiensi relatif rendah.

47. Contoh Konversi Dari BBG ke Listrik Dengan GTG
GHV BBG = kCal/scf
Penggunaan gas 1 jam = /24 = ,3 scf/jam
= BTU/Jam = ,5 kCal/jam
Produksi listrik = kW x 1 jam = kWh
Efisiensi Pembangkit = 100 x 4701 x 860 / 16,506,5 = 24,5 %

48. Konversi Satuan Energi
Perubahan penggunaan satuan energi disebut konversi satuan.
Contoh : 1 kWh = kCal
1 BTU = 0,252 kCal
1 HP = 0,746 kW
1 kCal = 4,187 kJ
Jika melakukan penyusunan neraca eneregi atau perhitungan efisiensi pemanfaatan energi satuan energi harus disamakan.

49. Substitusi Energi
Yang dimaksud substitusi energi adalah penggantian dari satu jenis energi ke yang lain
Contoh penggantian BBM ke BBG, BBM ke batubara
Contoh lain penggantian dari steam ke listrik atau sebaliknya
Dalam perhitungan substitusi bahan bakar yang harus diperhatikan adalah heating value menggunakan LHV dan perlu dikoreksi dengan efisiensi pembakaran masing-masing.