Pengaruh Panjang Saluran Lonjakan Terhadap Karakteristik Pembakaran Ruang Bakar Kelas Menengah; Ahmad Ifan Rohadi. Penelitian ini dilakukan dengan menawarkan variasi dimensi panjang saluran ekspansi mendadak pada burner dengan ukuran 10 mm, 15 mm dan 20 mm. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa burner atau ruang bakar dengan saluran muai tiba-tiba sebesar 20 mm mempunyai batas nyala terluas dan kestabilan nyala api yang baik.
Saluran ekspansi mendadak dengan panjang 10 mm mempunyai kecerahan warna nyala paling rendah yaitu RGB(66,82,173). Kecerahan nyala api meningkat seiring dengan panjang saluran dengan pemuaian yang tiba-tiba, dan semakin terang nyala api, semakin tinggi suhu nyala api. PENGARUH DIMENSI PANJANG SALURAN EKSPANSI MENDATANG TERHADAP KARAKTERISTIK PEMBAKARAN PEMBAKAR SKALA MESO; halaman Ahmad Ifan Rohadi; Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember.
This research was carried out so that the dimensional variations of the sudden expansion in the length of the burner channel were 10 mm, 15 mm and 20 mm.
PENDAHULUAN
- Rumusan Masalah
- Batasan Masalahan
- Tujuan Penelitian
- Manfaat Penelitian
Perkembangan selanjutnya berdasarkan penelitian Yang et al. 2014). Rumusan masalah dalam karya ilmiah ini adalah bagaimana pengaruh penambahan variasi dimensi panjang saluran muai tiba-tiba pada ruang bakar terhadap batas mudah terbakar atau batas nyala api dan visualisasi nyala api pada ruang bakar skala meso. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan variasi dimensi panjang saluran ekspansi mendadak ruang bakar terhadap karakteristik pembakaran ruang bakar skala meso.
Mampu mengetahui pengaruh variasi mendadak panjang saluran ekspansi terhadap karakteristik pembakaran burner skala meso; Mampu menganalisis karakteristik pembakaran pada burner skala meso dalam kaitannya dengan visualisasi nyala api dan batas nyala atau batas mudah terbakar;
TINJAUAN PUSTAKA
- Klasifikasi Pembakaran
- Klasifikasi Pembakaran Berdasarkan Cara
- Rasio Udara dan Bahan bakar
- Rasio Ekuivalen
- Batas Nyala Api
- Sifat Nyala Api
- Liquified Pretroleum Gasses
- Micro Power Generator
- Micro/Meso-Scale Combustor
- Aliran Fluida
- Penelitian Sebelumnya
- Hipotesis
AFR stoikiometri berarti tidak terdapat cukup udara dalam sistem dan dikatakan kaya bahan bakar (Taufiq, 2008). Selain itu, pengetahuan tentang nilai kestabilan api dapat digunakan untuk mengatur komposisi campuran bahan bakar-udara guna menjaga reaksi pembakaran. Nyala api pada reaksi pembakaran mempunyai kestabilan nyala api yang sangat dipengaruhi oleh komposisi campuran bahan bakar dan udara.
Flashback merupakan keadaan dimana laju pembakaran lebih besar dibandingkan laju campuran udara-bahan bakar sehingga nyala api merambat kembali ke dalam tabung burner. Reaksi pembakaran yang terjadi antara campuran bahan bakar dan udara merupakan reaksi pemutusan rantai pada senyawa tersebut. Proses pembakaran menggunakan bahan bakar LPG merupakan reaksi oksidasi antara hidrokarbon (propana dan butana) dengan oksigen.
Perbandingan udara dan bahan bakar berdasarkan jumlah mol dari persamaan 2.7 untuk proses pembakaran stoikiometri. Pada penelitian ini, AFRstoikiometri yang digunakan sebagai acuan adalah AFRstoikiometri, berdasarkan perbandingan antara massa udara dan bahan bakar. Kini setelah kepadatan energi bahan bakar hidrokarbon (50 MJ/kg) telah tercapai, pembakaran berbasis perangkat energi mikro lebih unggul dibandingkan baterai lithium saat ini yang hanya memiliki kepadatan energi (0,6 MJ/kg).
Sebagian besar penelitian tentang pembakaran skala meso dilakukan dengan menggunakan bahan bakar gas seperti hidrogen, metana, propana, atau butana. Penggunaan bahan bakar cair pada pembakaran skala mikro atau meso memerlukan banyak penanganan khusus terhadap bahan bakar tersebut sebelum reaksi pembakaran berlangsung. Sehingga pada pengembangan selanjutnya digunakan bahan bakar gas sebagai sumber energi pada incinerator skala meso yaitu berupa gas LPG.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa saluran ekspansi memberikan solusi sederhana namun efektif untuk meningkatkan pencampuran bahan bakar-udara. Penambahan perubahan panjang saluran muai secara tiba-tiba pada ruang bakar skala meso dapat meningkatkan batas nyala api karena aliran campuran bahan bakar-udara mempunyai pola aliran yang teratur dan tidak merusak atau memadamkan nyala api.
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan dan Alat Penelitian
- Bahan
- Alat
Lem keramik berfungsi untuk menyambung tabung kaca kuarsa dengan tembaga yang terdapat pada ruang bakar skala meso. Selain itu, lem keramik juga berfungsi sebagai isolator pada area sambungan, sehingga tidak terjadi kehilangan panas dari dinding burner ke lingkungan sekitar. Burner holder berfungsi sebagai dudukan ruang bakar skala meso dan memudahkan penyambungan komponen pencampur bahan bakar dan udara ke burner.
Mixer digunakan untuk mencampur bahan bakar dan udara sebelum reaksi pembakaran berlangsung, sehingga terbentuk campuran yang homogen untuk menunjang proses pembakaran. Seperti terlihat pada Gambar 3.5, komponen mixer mempunyai dua saluran masuk, satu untuk saluran bahan bakar dan satu lagi untuk saluran udara. Udara yang disuplai untuk reaksi pembakaran pada ruang bakar berasal dari kompresor, penggunaan kompresor dimaksudkan untuk memudahkan penerapan tekanan udara dan perubahan aliran udara.
Flow meter merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur dan mengatur keluarnya udara dari kompresor dan keluarnya bahan bakar yang akan dialirkan ke ruang bakar. Flow meter ditunjukkan pada gambar 3.7, dimana flow meter sebelah kiri dengan ukuran lebih kecil merupakan flow meter untuk mengukur debit bahan bakar. Pengukuran tersebut dimaksudkan untuk membandingkan posisi nyala api ketika terjadi perubahan jumlah debit bahan bakar dan debit udara.
Udara dari kompresor dan gas LPG dari botol gas dialirkan ke flow meter dan mixer menggunakan saluran selang ini. Perekaman gambar visualisasi nyala api pada reaksi pembakaran di ruang bakar dilakukan dengan menggunakan kamera DSLR (Digital Single Lens Reflex), sehingga gambar yang diambil memiliki kualitas yang baik untuk memudahkan proses analisis nyala api. Pengukuran suhu dilakukan dengan memasukkan probe kawat termokopel ke dalam ruang bakar/burner skala meso hingga menyentuh nyala api.
Variabel Penelitian
- Variabel Bebas
- Variabel Terikat
Burner mesoscale terdiri dari dua komponen, salah satunya merupakan bagian inlet burner yang terbuat dari tembaga, sedangkan bagian lainnya merupakan komponen saluran ekspansi mendadak yaitu tabung kaca kuarsa yang berfungsi sebagai ruang bakar. . Penelitian ini mempunyai variabel terikat yang meliputi batas nyala (flammability limit) dan visualisasi bentuk nyala api pada reaksi pembakaran pada ruang bakar skala meso.
Skema Instalasi Penelitian
Bahan bakar disuplai dari tabung gas LPG yang terdiri dari 50% gas butana dan 50% gas propana, sedangkan udara bebas diperoleh dari kompresor. Bahan bakar dan udara dialirkan ke berbagai jenis flow meter, yaitu flow meter bahan bakar dan flow meter udara. Dari flow meter bahan bakar dan udara yang disesuaikan dengan nilai gas buang dialirkan ke mixer sehingga terjadi campuran homogen antara bahan bakar dan udara.
Selain itu, campuran bahan bakar-udara dialirkan ke dalam ruang bakar dalam skala meso sebagai komponen dasar dalam reaksi pembakaran di ruang bakar. Nyala api yang dihasilkan dari reaksi pembakaran di ruang bakar direkam dengan kamera DSLR (Direct Single Len Reflex) yang ditempatkan 20 cm dari depan ruang bakar dan bagian samping ditempatkan 15 cm dari ruang bakar. Pemasangan kamera pada bagian depan alat pembakaran bertujuan untuk merekam perbedaan warna nyala api pada saat nyala api dalam keadaan pembakaran kaya dan pembakaran buruk.
Sedangkan penempatan kamera pada bagian samping burner adalah untuk menangkap perbedaan posisi nyala api dan warna nyala api pada burner pada saat nyala api dalam kondisi pembakaran buruk dan kondisi pembakaran kaya.
Prosedur Penelitian
Pasang instrumen penelitian sesuai diagram pada Gambar 3.12. Saluran bahan bakar, saluran udara, dan saluran campuran bahan bakar dan udara harus dipasang dengan benar dan tidak bocor. Lakukan penyetelan pada airflow meter dengan cara membuka penuh bukaan flowmeter, kemudian buka handle keluaran kompresor hingga bola yang menandakan saluran keluar udara pada flowmeter berada di bagian atas timbangan. Lakukan pengaturan pada flow meter bahan bakar dengan cara membuka penuh lubang flow meter, kemudian membuka regulator LPG secara perlahan hingga penunjuk pengurasan bahan bakar pada flow meter berada pada posisi skala atas.
Inisiasi reaksi pembakaran pada ruang bakar skala meso dengan cara memberikan penyala menggunakan korek api pada mulut keluar ruang bakar, disertai dengan mengatur perbandingan campuran bahan bakar-udara dengan flow meter hingga mencapai kondisi stoikiometri. Penyesuaian rasio bahan bakar/udara dilakukan dengan menjaga keluaran bahan bakar tetap konstan dan kemudian memvariasikan keluaran udara. Carilah nilai aliran udara maksimum dengan meningkatkan nilai aliran udara hingga nyala api stabil dan kemudian api padam karena pembakaran yang terlalu buruk.
Carilah nilai aliran udara minimum dengan cara mengurangi nilai aliran udara sebanyak-banyaknya hingga nyala api stabil dan kemudian api padam karena pembakaran yang terlalu kuat. Amati kestabilan nyala api selama 3 menit pada keadaan nyala api dalam keadaan reaksi pembakaran kuat dan reaksi pembakaran buruk. Catatlah nilai debit udara dan debit bahan bakar pada saat api dapat menyala stabil selama 3 menit.
Nilai temperatur ini diambil dengan cara memasukkan kabel sensor panas termokopel ke dalam ruang bakar hingga menyentuh api. Pengambilan gambar visualisasi kobaran api dari dua sisi yaitu tampak depan dan tampak samping kobaran api. Data visualisasi nyala api diperoleh dengan menganalisis tingkat kecerahan warna nyala api pada ruang bakar pada gambar menggunakan aplikasi Corel Draw X6.
Diagram Alir Penelitian
Penyajian Data Penelitian
Penelitian mengenai pengaruh variasi mendadak panjang saluran muai terhadap karakteristik pembakaran pembakaran mesoscale menggunakan bahan bakar LPG, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut. Hasil perbandingan batas nyala api variasi panjang saluran muai tiba-tiba menunjukkan bahwa batas nyala api atau batas mudah terbakar terluas terdapat pada saluran muai tiba-tiba dengan panjang 20 mm, dimana nyala api dapat menyala dalam kisaran nilai ekuivalen rasio (ɸ dan nilai kecepatan reaktan (v cm/s), untuk panjang saluran muai tiba-tiba 15 mm, api dapat menyala pada perbandingan ekivalensi (ɸ) dan kecepatan reaktan (v cm/s). nilai kecepatan reaktan (v) meningkat seiring dengan meningkatnya nilai emisi bahan bakar (Qf) dan emisi udara (Qa).
Sedangkan untuk nilai (Qf) dan (Qa) bertambah seiring bertambahnya dimensi panjang pada saluran ekspansi mendadak. Fungsi modul adalah untuk mengubah panas yang dihasilkan oleh insinerator skala meso menjadi bentuk energi lain sesuai kebutuhan. Perangkat lunak simulasi aliran fluida dapat digunakan untuk memberikan kemudahan dalam memberikan gambaran pola aliran fluida yang terjadi pada insinerator skala meso.
Studi eksperimental api dan gas pembakaran pada pembakar bahan tidak homogen berukuran sedang. AFR stoikiometri pada proses pembakaran pada burner skala meso merupakan AFR yang diperoleh dari hasil perhitungan teoritis pada persamaan kimia yang ditunjukkan pada Persamaan 4.1. 1) Reaksi kimia pada proses pembakaran pada persamaan di atas menggambarkan reaksi antara 0,5 mol butana dan 0,5 mol propana direaksikan dengan 5,57 udara menghasilkan 3,5 mol gas CO2, 4,5 mol H2O dan 21,62 N2. Nilai AFR sebenarnya dapat diperoleh dengan membandingkan nilai aliran massa antara bahan bakar dan udara. untuk contoh penghitungan nilai Qa dan Qf diambil dari tabel 4.1 nomor 1. a) Diketahui.
Jadwal Kegiatan Penelitian
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Batas Nyala Api atau Flammability Limit
Visualisasi Nyala Api
PENUTUP
