Dasar-dasar dari Spray - TINJAUAN PUSTAKA

TINJAUAN PUSTAKA

2.5 Dasar-dasar dari Spray

b) Viskositas Fluida : Viskositas dinamik liquid yang menolak perubahan bentuk atau susunan unsur- unsur pada saat aliran. Viskositas dari fluida merupakan faktor utama yang mempengaruhi pembentukan pola spray dan, sudut spray dan kapasitas.

c) Temperatur fluida: Meskipun temperatur fluida tidak menyebabkan perubahan lansung terhadap kinerja spray nosel, namun sering mempengaruhi viskositas, permukaan ketegangan, dan gravitasi spesifik sehingga parameter tersebut mempengaruhi kinerja terhadap spray nosel. d) Tegangan Permukaan (Surface tension) : Permukaan liquid cenderung

dianggap memiliki pengaruh yang paling kecil, dalam hal ini, seperti membran yang diberi tarikan. Setiap bagian dari permukaan liquid memberikan ketegangan pada bagian yang berdekatan atau pada benda lainnya yang berada dalam kontak liquid tersebut. Tegangan permukaan yang lebih tinggi dapat mengurangi sudut spray, terutama pada hollow cone dan flat fan spray.

2.5 Dasar-dasar dari Spray

Konsep injeksi liquid yang melewati lubang kecil pada phenomena pembentukan spray terbukti merupakan proses yang sangat kompleks. Meskipun analisis pembentukan spray memiliki disiplin ilmu sendiri, memahami beberapa aspek fisiknya merupakan suatu pembelajaran yang berharga. Dalam pembahasan ini akan dijelaskan tentang dasar-dasar spray secara umum, seperti kondisi pembentukan spray, pembentukan tetesan dan kondisi pemisahan droplet. Namun

dalam penelitian ini akan dibahas lebih khusus pada spray untuk water mist yang menggunakan air sebagai fluidanya.

2.5.1 Pembuatan Spray Droplet dan Distribusi Ukuran Droplet Air

Ada tiga cara untuk membuat spray droplet dalam suatu sistem kabut air, yaitu :

1. Impingiment nosel 2. Twin fluid nosel 3. Pressure jet nosel

Dalam penelitian ini, cara yang akan digunakan untuk membentuk spray droplet adalah dengan nosel pressure jet. Pembentukan spray droplet langsung dari aliran turbulen jet melalui penyemprotan air (break up). Terdapat dua cara utama dalam penyemprotan air (break-up) yaitu : bag break up dan stripping break-up (Xiao dkk., 2011). Dalam bag break- up, satu droplet akan terpisah menjadi dua atau lebih droplet baru dengan ukuran masing- masing droplet yang hampir sama. Sedangkan dalam stripping break- up, droplet dengan ukuran kecil akan terpisah dari permukaan droplet dengan ukuran yang lebih besar.

Terdapat empat cara untuk membuat spray droplet dari jet air, yaitu (Hart, 2005) :

1) Dengan cara Rayleigh rezim breakup : droplet air akan terbentuk jauh dari ujung nosel dengan diameter droplet yang dihasilkan lebih besar daripada diameter orifice nosel



Dengan cara First wind-induced break-up : suatu cara pembentukan droplet air dimana droplet yang dibentuk memiliki ukuran yang hampir sama dengan ukuran diameter orifice nosel





Dengan cara Second wind-induced break up : suatu cara pembentukan droplet dimana droplet air terjadi dekat di bawah aliran sekitar nosel dan diameter droplet yang dihasilkan lebih kecil daripada diameter orifice nosel.





Dengan cara Atomization: pembentukan droplet air yang dimulai dari orifice nosel tempat keluar droplet yang disebabkan oleh ukuran dan tekanan yang diberikan pada air. Diameter droplet air yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan dengan diameter orifice nosel



Dibawah ini merupakan beberapa rezim atau kondisi pada proses breakup

Gambar 2.8

Pembentukan droplet air (a) Rayleigh break-up, (b) First wind-induce break up, (c) Second wind-induce break-up, (d) Atomisasi

Dalam suatu pembentukkan spray droplet, terdapat tiga kategori tekanan yang digunakan, yaitu :

1. Low pressure water mist system, dimana tekanan sistem yang digunakan kurang atau sama dengan 12.5 bar (P ˂ 12.5 bar)

2. Medium pressure water mist system, dimana tekanan sistem yang digunakan antara 12.5 sampai dengan 35 bar (12.5 ˂ P ˂ 35 bar) 3. High pressure water mist system, dimana tekanan sistem yang

digunakan lebih besar atau sama dengan 35 bar (P > 35 bar) 2.6 Pemadaman api pada pool fire

2.6.1 Inte raksi kabut airdengan pool fire dan karakte ristik api

Karakteristik nyala api pool fire berbeda untuk jenis bahan bakar yang berbeda. Oleh karena itu, model pool fire dipelajari untuk analisis karakteristik api. Penelitian sebelumnya (Jones dkk., 1995; Liu dkk, 2000; Richard dkk, 2002) menunjukkan bahwa, zona uap yang kaya bahan bakar berada pada dasar pool fire. Xiao (2011) menggambarkan pool fire yang disederhanakan seperti model seperti ditampilkan di Gambar 2.9. Uap bahan bakar akan terkonveksi ketika air aliran jet kabut air mulai jatuh pada permukaan api. Uap bahan bakar akan tetap terbakar dan terkonveksi ketika disemprot oleh jet kabut air, dan bisa menyebabkan api membesar.

2.6.2 Inte raksi antara kabut air dengan api

Aliran jet kabut air mulai berpengaruh pada api setelah dilakukan penyemprotan, diawali dengan terjadinya penurunan ketinggian nyala api terlebih dahulu. Kemudian kabut air akan mencapai inti uap bahan bakar dan membuat

bahan bakar uap terkonveksi. Seperti dalam penelitian W. W. Bannister dkk (2001), pemadaman dengan kabut air untuk bahan bakar akan mempengaruhi titik flash point. Oleh karena itu, uap bahan bakar akan terbakar seperti dalam proses difusi dan membentuk api membesar seperti bola. Difusi uap bahan bakar yang disebabkan oleh aliran jet kabut air merupakan faktor kunci untuk kabut air yang menghasilkan bahan bakar uap difusi. Airan dari jet kabut air dengan momentum yang cukup, akan mendorong uap bahan bakar keluar dari polanya, dan menyebabkan api akan terekspansi.

Gambar 2.9. Model pool fire sederhana 2.6.3. Inte raksi antara kabut airdengan bahan bakar panas

Interaksi antara kabut air dan bahan bakar panas merupakan masalah yang penting dan kompleks. Bannister dkk (2001) menyatakan bahwa efek azeotropik dapat meningkatkan intensitas api dan berfungsi untuk mengekspansi api. Aplikasi kabut air pada bahan bakar yang tidak larut dalam air akan menghasilkan tingkat peningkatan penguapan bahan bakar, dan meningkatkan intens itas api. Oleh karena itu, setelah kabut air mencapai permukaan bahan bakar, campuran

dua cairan akan terbentuk. Sementara, campuran air dan bahan bakar akan berkontribusi pada tekanan uap keseluruhan campuran. Artinya, tekanan uap total

P

P

⁰A

P

⁰B . Dimana

P

⁰A mengacu pada tekanan uap jenuh air murni, dan

P

⁰B mengacu pada tekanan uap jenuh bahan bakar. Cairan mendidih ketika tekanan uap menjadi sama dengan tekanan eksternal (101,325 KPa). Oleh karena itu, campuran dari cairan bercampur dan mendidih pada suhu lebih rendah dari titik didih dari salah satu cairan murni. Tekanan uap gabungan akan mencapai tekanan eksternal sebelum tekanan uap dari salah satu komponen individu dapat mencapainya. Ini berarti bahwa campuran akan mendidih pada suhu yang kura ng dari titik didih dari masing – masing cairan murni.

Dalam pool fire, campuran yang memiliki titik didih yang lebih rendah terbentuk setelah kabut air mencapai permukaan bahan bakar, dan temperatur dari permukaan cairan akan lebih tinggi dari titik didih campuran tersebut, kemudian bahan bakar akan mendidih dan menjadi uap.

2.6.4 Momentum kabut air

Eksperimental mengungkapkan bahwa momentum dari kabut air sangat berpengaruh terhadap efektifitas pamadaman api pool fire. Aliran jet kabut air mencapai mencapai inti bahan bakar kaya uap dan mendorong uap bahan bakar keluar dari polanya. Sangat penting untuk menyadari bahwa momentum kabut air yang dibahas di sini adalah momentum kabut air di daerah inti bahan bakar yang kaya uap. Di sisi lain, jika kecepatan awal kabut air sama, sementara jarak dari nosel ke permukaan bahan bakar pendek, maka momentum kabut air akan meningkat.

2.6.5 Mekanisme trans port

Sebuah aspek penting dari perilaku kabut air yang tidak terkait dengan mekanisme pemadaman adalah kemampuan tra nsport dan tersebar melalui udara. Untuk tetesan diameter kecil, besar drag aerodinamis relatif besar untuk gravitasi dan inersia. Sebagai contoh, kecepatan terminal tetesan air kira-kira sebanding dengan kuadrat diameter (lihat Gambar 2.10) dan karenanya jauh lebih rendah untuk tetesan kabut (d=100 m) daripada tetesan water mist dengan (d=1000 m). Hal ini memungkinkan kabut untuk tetap di udara untuk jangka waktu yang lama. Selanjutnya pengaruh aliran udara jauh lebih berpengaruh pada tetesan yang kecil. Hal ini memungkinkan arus konveksi membawa tetesan ke arah api dan membuat turbulensi di udara menyebar pada seluruh volume.

Gambar 2.10.

Dalam dokumen Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Posisi Penyemprotan dan Jarak Nosel Terhadap Waktu Pemadaman pada Sistem Pemadaman Kabut Air. (Halaman 42-49)