ANALISIS PENGARUH SWIRL NUMBER TERHADAP PENINGKATAN STABILITAS NYALA API PREMIX PADA MODIFIKASI BUNSEN BURNER DENGAN ROTATING FAN

ANALISIS PENGARUH SWIRL NUMBER TERHADAP PENINGKATAN STABILITAS NYALA API PREMIX PADA MODIFIKASI BUNSEN BURNER DENGAN ROTATING FAN Ridho Ernandi, I Made Kartika Dhiputra Departemen Teknik Mesin-Fakultas Teknik Universitas Teknik Kampus UI Depok 16424, Indonesia Juni 2014 E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak Stabilitas nyala api merupakan salah satu aspek penting dari teknik pembakaran yang memiliki aplikasi sangat luas. Penggunaan dari daerah stabilitas nyala api terlihat dari kemampuan untuk mengatur letak pembakaran, tinggi nyala sesuai dengan konsumsi udara yang dibutuhkan. Upaya kajian teoritis untuk meningkatkan luas stabilitas nyala api terus ditingkatkan. Penelitian ini dilakukan untuk meningkatkan luas stabilitas nyala api pada penggunaan bahan bakar LPG dengan cara penambahan “swirl flow” (aliran pusar) saat pencampuran udara dan bahan bakar pada nyala api premix. Swirl flow dihasilkan oleh rotating fan mixer dan dikuantifikasikan dengan bilangan tak berdimensi swirl number sesuia dengan peningkatan putaran. Variasi swirl number yang digunakan adalah 0, 0.44, 0.86, 1.28, 1.69, 2.06, 2.17. Laju aliran LPG divariasikan pada 300 cc s/d 600 cc interval 50 cc. Pada penelitian ini, menganalisis pengaruh swilr number terhadap peningkatan luas stabilitas nyala api berdasarkan grafik fuidge (AFR vs BL). Grafik fuidge dianalisis kontur dari nyala api yellow tip dan blow off untuk menentukkan daerah stabilitas nyala api. Hasil penelitian ini menunjukkan luas stabilitas nyala api meningkat seiring dengan peningkatan Swirl Number. Hasil penelitian menunjukkan dengan peningkatan swirl number, luasan stabilitas nyala api meningkat sebesar 7.09 % s/d 57.65 % seiring dengan peningkatan swirl number. Kata kunci ; AFR, stabilitas nyala, swirl flow

Analysis of Swirl Number Effect on Premix Flame Stability Improvement on Bunsen Burner Modified with Rotating Fan Ridho Ernandi, I Made Kartika Dhiputra Mechanical Engineering Departement – Faculty of Engineering Universitas Indonesia Kampus UI Depok, west java, 16424, Indonesia Juni 2014 E-mail: [email protected]

Abstract Flame stability is one important aspect of the combustion technique has a very wide application. The use of a visible flame stability regions of the ability to adjust the combustion, flame height in accordance with the required air consumption. Efforts to improve the broad theoretical study flame stability improved. This study was conducted to improve flame stability in wide use LPG fuel by adding "swirl flow" (flow navel) when mixing air and fuel in premix flame. Swirl flow generated by the fan rotating mixer and quantified with a dimensionless number swirl number matching with increase in rotation. Variations number of swirl used is 0, 0.44, 0.86, 1.28, 1.69, 2.06, 2.17. LPG flow rate was varied at 300 cc to 600 cc. In this study, to analyze the effect of the increase in swirl number wider flame stability based on graph fuidge (AFR vs. BL). Graph fuidge analyzed contours of yellow flame tip and blow off the area to flame stability. The results of this study showed extensive flame

Analisis pengaruh swirl number..., Ridho Ernandi, FT UI, 2014

stability increases with increasing Swirl Number. The results showed with the increase in swirl number, size flame stability increased by 7.09% to 57.65% with increasing swirl number. Keywords; AFR, flame stability, swirl flow

1. Pendahuluan Pengertian dari stabilitas nyala api sangat diperlukan untuk merancang peralan pembakaran seperti ramjet, after-burner, pilot flames, dan lain-lainnya. Masalahnya adalah bagaimana mempertahankan nyala api, supaya tetap stabil dan tidak menyembur bebas lepas dari ruang pembakaran atau port burner akibat kecepatan aliran keluar melampau kecepatan nyala api[1]. Stabilitas nyala api mungkin diakibatkan oleh banyak mekanisme seperti terbentuknya daerah stagnasi kecepatan pelan (low velocity zone) oleh benda padat (bluff body)dan efek hidrodinamika (recirculation flow) atau menggunakan alat pembangkit energy panas seperti pilot flames dan ignitors. Problimatika mengenai stabilitas nyala api premix sudah diteliti sejak awal abad ke-19 oleh Sir Humphry Davy (1805-1819) dengan “fine mesh screen” untuk mencegah perambatan nyala api secara liar, yang dimanfaatkan pada stabilitas nyala api lampu-tambang bawah tanah. Tonggak sejarah penelitian dibidang perambatan nyala api (flame propagation) dipelopori sejak tahun 1855, ketika Mr Bunsen menemukan suatu alat pembakaran yang memungkinkan melakukan penelitian stabilitas nyala api premix dengan system aliran kontinyu, yang hingga saat ini dikenal dengan nama Bunsen’s Burner. Berbagai penyempurnaan dan modifikasi-modifikasi konstruksi bunsen burner telah dilakukan sejalan dengan perkembangan konsep-konsep dan pengertian- pengertian dasar yang membahas secara ilmiah masalah karakteristik nyala api dan perambatan nyala api premix dalam bidang ilmu Teknik Pembakaran saat ini. Pembahasan mengenai stabilitas nyala api secara intensif diteliti dan dibahas secara luas pada awalnya oleh lewis dan Von elbe [1,3] dengan fokus pada kolerasi antara data-data nyala api blow off, flashback dengan flame stretch, bilangan karlovits khususnya pada ujung tabung pembakaran. Hal ini diperkuat oleh penelitian eksperimental berikutnya oleh Marble-Adamson[1,4,5] tentang stabilitas nyala premix dengan adanya coflowing stream antara reaktan dengan gas hasil pembakaran, dengan syarat bahwa panjang nyala api seharusnya lebih pendek dari panjang aliran balik (flow recirculation length)[1,4,5]. Pemanfaatan efek aliran pusar (swirling flow) pada ujung tabung pembakaran Bunsen Burner untuk menghasilkan stabilitas nyala api premix sudah banyak dibahan oleh para peneliti baik secara teoritis maupun secara eksperimental [6] khususnya dalam merancang kestabilan nyala


api dari berbagai Bunsen burner pada industry serta meningkatkan Burning Intersity –nya akibat homogenitas campuran udara bahan bakar lebih sempurna. Cha dan Sorab [1], melakukan penelitian eksperimental dan analisis teoritis terhadap stabilitas nyala api premix antara udara dengan methane dengan Bunsen Burner menggunakan tabung pembakaran berputar (0,10,16,20 rps), diketahui bahwa peningkatan putaran tabung pembakaran mengakibatkan peningkatan terhadap daerah stabilitas nyala api (As) dan koefisien stabilitas nyala api (βs),tetapi di lain pihak menurunkan nilai efisiensi stabilitas nyala (ηs = 1-AF - AB) akibat terjadi peningkatan daerah Flashback (AF) yang lebih besar dibandingkan peningkatan daerah blow off (AB). Nurindra [9] menyelidiki karakteristik nyala api premix pada Bunsen’s Burner menggunakan ruang pencampuran aliran udara – bahan bakar tangensial dengan tabung pembakaran pipa ganda, diketahui bahwa terjadi pemadaman api lebih cepat akibat flashback pada tabung pembakaran dengan diameter dalam yang lebih besar (22.5 dan 18 mm) sedangkan pada tabung dengan diameter dalam 14 mm terjadi pemadan api akibat blowff pada daerah AFR relative tinggi. Sudarman [10] menyelidiki stabilitas nyala api premix pada Bunsen burner menggunakan ruang pencampuran aliran udara – bahan bakar tangensial yang dilengkapi dengan penghalang benda padat bluff body serta tabung pembakaran pipa ganda, diperkirakan akibat adanya aliran pusar (swirl flows) mengakibatkan daerah stabilitas nyala api (As)maupun efisiensi stabilitas nyala api (ηs) masing-masing sekitar : delta As =30% dan delta ηs = 18% lebih baik bila mempergunakan bluff body dibandingkan dengan penelitian Nurindra sebelumnya. Dalam penelitian eksperimental yang dilakukan saat ini, diteliti lebih lanjut pengaruh aliran pusar atau variasi peningkatan swirl number terhadap peningkatan stabilitas nyala api premix pada modifikasi “Bunsen burner” yang dilengkapi dengan sebuah “Rotating Fan Mixer” pada ruang bakar pencampuran udara-bahan bakar. Dengan mempergunakan “Rotating Fan Mixer” pada burnernya, diharapkan adanya pengaruh perputaran fan pada mixer sebagai pembangkit aliran pusar sehingga memberikan efek peningkatan homogenitas campuran udara – LPG . Dalam Penelitian ini, masalah yang dapat dirumuskan adalah: Bagaimana pengaruh peningkatan swirl number terhadap parameter stabilitas nyala api campuran udara – bahan bakar LPG? Bagaimana karakteristik tinggi nyala api campuran udara – bahan bakar akibat peningkatan swirl number ? Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk a. mengetahui batas yellow tip dan blow-off pada campuran bahan bakar LPG dengan variasi diameter burner dan variasi rasio udara bahan-bakar, b. Mengkaji karakteristik tinggi api akibat pengaruh peningkatan swirl number, c. Mengkaji pengaruh peningkaran swilr number terhadap peningkatan daerah stabilitas nyala, d.Mengkaji kecepatannya kecepatan nyala laminar akibat pengaruh peningkatan swirl number.


2. Tinjauan Teoritis 2.1 Stabilitas Nyala Api Pada burner, penjalaran nyala api dan bentuk kestabilan nyala api dipengaruhi oleh kesetimbangan antara laju aliran massa dinamik gas yang melibatkan perhitungan kekekalan massa, kekekalan momentum, dan kekekalan energi. Fenomena yang berkaitan erat dengan kestabilan nyala api ialah flashback, lift-off, blow-off, dan lift-up. Parameter lainnya yang dapat menggambarkan stabilitas nyala ialah gradien kecepatan nyala, daerah stabilitas nyala, dan batas mampu nyala. Daerah stabilitas nyala tidak lain merupakan penggambaran dari daerah flashback, lifting flame, dan yellow tip yang membatasi daerah stabilitas. Pada sebelah kiri, terdapat daerah flashback, yang sesungguhnya merupakan peristiwa yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, daerah kerja dirancang di sebelah kanan pada daerah di mana nyala stabil.

Gambar 2.1 : Diagram stabilitas flashback, lift-off, dan yellow tipping untuk bahan bakar gas industry

2.2 Fenomena Flashback Fenomena flashback merupakan fenomena di mana nyala api masuk ke dalam tabung pembakar yang terjadi karena kecepatan perambatan pembakaran lebih cepat dari pada kecepatan campuran udara dan bahan bakar. Karena sifat pergerakannya yang masuk kembali, flashback dapat disebut juga sebagai back fire atau light back. Fenomena ini berhubungan dengan kecepatan nyala laminar lokal dan kecepatan aliran lokal sebanding. Dari segi keamanan, fenomena ini dapat berbahaya karena pada suatu saat, api mungkin masuk ke tempat penyimpanan bahan bakar jika desain penyimpanan tidak aman.


2.3 Fenomena Lift-Off Fenomena ini merupakan peristiwa di mana nyala api terangkat (tidak menyentuh mulut tabung) pada jarak tertentu dari ujung mulut tabung. Fenomena ini terjadi apabila kecepatan aliran lebih besar dari kecepatan nyala api laminar lokal. Semakin kecil kecepatan aliran (namun tetap lebih besar dari kecepatan nyala), semakin dekat jarak antara ujung bawah api dengan mulut tabung. Sebaliknya, semakin besar kecepatan aliran (namun di bawah kecepatan kritis), semakin besar jarak antara ujung bawah nyala api dengan mulut tabung serta sudut kerucut nyala turun sesuai dengan persamaan berikut dan ujung nyala sedikit bergeser ke bawah. Jika kecepatan aliran terus dinaikkan melebihi kecepatan kritis, maka nyala akan padam. Fenomena ketinggian lift-off dipengaruhi oleh gravitasi; tanpa gravitasi ketinggian liftoff akan menurun meskipun dengan fraksi bahan bakar yang sama.

2.4 Fenomena Blow-Off Fenomena ini adalah padamnya api oleh karena kecepatan aliran melebihi kecepatan kritis yang diizinkan untuk berlangsungnya fenomena lift-off, dengan kata lain jauh lebih besar dari kecepatan nyala api laminar. Peristiwa ini dihindari. Penelitian tentang fenomena blow-off dilakukan bersamaan dengan fenomena lift-off. Kenyataannya, seiring dengan dikuranginya fraksi massa bahan bakar, kecepatan aliran untuk menimbulkan blow-off juga ikut berkurang secara linier, dan pada suatu saat menjadi lebih rendah dari kecepatan lift-off. Dengan kata lain, pada fraksi massa bahan bakar yang sangat kecil, fenomena lift-off tidak mungkin terjadi – penambahan kecepatan aliran akan langsung menimbulkan fenomena blow-off . Salah satu metode untuk memperluas daerah stabilitas nyala (dengan menarik ke atas garis blow-off atau lift-off pada grafik stabilitas) ialah dengan memasang ring pada ujung keluaran burner.

2.5 Fenomena Lift-Up Fenomena lift-up merupakan kondisi di mana pangkal nyala api berpindah, dari yang semula berada di ujung mulut burner menjadi hinggap pada benda penghalang. Pada kondisi nyala premix, fenomena lift-up terjadi ketika campuran adalah miskin bahan bakar. Penelitian akan benda penghalang yang menjadi tempat hinggapnya api cenderung terbatas pada bentuk ring.


Fenomena lift-up dipengaruhi oleh posisi ring dari ujung burner. Semakin besar jarak antara ring dengan ujung burner, maka nilai AFR untuk terjadinya lift-up semakin besar. Faktor lainnya yang mempengaruhi fenomena lift-up adalah temperatur dan material benda penghalang tersebut. Aspek tersebut berhubungan dengan laju kehilangan kalor benda penghalang seperti pada kondisi flame stabilized by a large bluff body. Telah diketahui bahwa nyala api dapat dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar gas dan udara dengan kandungan tertentu atau bisa di sebut inflammability limits atau batas mampu nyala. Pergerakan penjalaran nyala api dan bentuk dari kestabilan nyala api selalu dipengaruhi oleh kesetimbangan antara laju aliran massa dinamik gas yang melibatkan perhitungan kekekalan massa, kekekalan momentum dan kekekalan energy. Ada beberapa ketidakstabilan dalam pembakaran Bunsen, yaitu : •

Ketidakstabilan system, meliputi interaksi aliran pada komposisi reaksi system yang berbeda

•

Ketidakstabilan akustik, meliputi interaksi gelombang suara dengan proses pembakaran

•

Ketidakstabilan Taylor, meliputi efek gaya apung atau percepatan fluida dengan perubahan densitas

•

Ketidakstabilan Landau, Ketidakstabilan hidrodinamika dari bentuk pembakaran yang diasosiasikan tidak meliputi akustik ataupun buoyancy tetapi hanya meliputi penurunan kerapatan yang dihasilkan oleh pembakaran aliran tak mampu padat (incompressible)

•

ketidakstabilan difusivitas termal, meliputi hubungan reaksi difusi dan kalor dengan nyala primer

Kestabilan nyala api dapat dinyatakan dari berbagai macam parameter antara lain batas mampu nyala, gradient kecepatan nyala, kerugian kalor dan daerah stabilitas nyala. Daerah stabilitas nyala dibatasi oleh daerah flash back, yellow tip dan blow off .

2.6 Beban Pembakaran Beban Pembakaran didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran gas yang dikalikan nilai kalor bahan bakar dengan luas penambang tabung pembakar (barrel)

BL =

Q f x ρ f xLHV Ab


Dimana : Qf ρf

= Kapasitas aliran gas (m3/s) = Densitas bahan bakar (kg/m3)

LHV = Low Heating Value bahan bakar (MJ/kg)

2.7 Rasio Udara-Bahan Bakar (Air Fuel Ratio/AFR) Rasio udara dan bahan bakar (Air Fuel Rasio), merupakan metode perhitungan yang sering digunakan dalam mendefinisikan campuran udara dan bahan bakar. AFR merupakan perbandingan antara massa dari udara dengan massa bahan bakar. Persamaan berikut ialah persamaan untuk menghitung nilai AFR .

Campuran udara bahan bakar yang stokiometrik merupakan campuran udara bahan bakar yang paling baik karena akan menghasilkan pembakaran yang paling efisien dan ramah lingkungan. Oleh karena itu, nilai AFR pada keadaan sebenarnya (actual) lazim dibandingkan dengan nilai AFR stoikiometrik. Jika nilai AFR aktual lebih besar dari nilai AFR stoikiometrik maka campuran dikatakan kelebihan udara (fuel lean mixture/ campuran kurus). Sebaliknya, jika nilai AFR aktual lebih kecil dari nilai AFR stoikiometrik, campuran dikatakan kekurangan udara (fuel rich mixture/ campuran gemuk).

3. Metode Penelitian Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahapan untuk menyelesaikan penelitian ini. Beberapa tahapan tersebut sesuai dengan diagram alir penelitian berikut ini:


Mulai

Studi Literatur dan konsultasi

Perencanaan instalasi alat uji

Tidak

Alat uji sesuai ?

Ya Belajar memakai dan Kalibrasi alat uji

Pengambilan Data: 1. Mengatur putaran fan dengan pemberian variasi tegangan dimulai dari 0 rpm 1 udara sedikit dan gas sebesar 300cc. 2. Buka katup kemudian nyalakan pemantik tepat di ujung nossel. 3 Setelah api menyalah, tambahkan udara sedikit demi sedikit sehingga terjadinya fenomena yellow tip dan fenomena blow off, dicatat aliran udara pada rota meter dan direkam pada tiap-tip fenomena untuk pengukuran tinggi api. Lakukan percobaan sebanyak 3 kali 4 Ulangi langkah 2 sd 3 dengan (gas: 350 cc; 400 cc,450 cc; 500 cc; 550 cc; 600 cc) 5. Ulangi langkah 1 s.d 4 dengan putaran : 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm,2500 rpm, 3000 rpm

Pengolahan Data: 1. Hitung swirl number untuk variasi putaran 2 Hitung Luas stabilitas nyala 3 Hitung tinggi api 4. Menghitung Luas Api

Selesai


Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian

4. Hasil Penelitian Semua data yang didapat dari percobaan langsung ditulis ke dalam tabel-tabel di bawah ini. Data yang diambil adalah indicator aliran udara dan gas dalam satuan yang ditunjukkan langsung dari flow meter. Dalam percobaan ini ditentukan variabel tetapan dan variabel yang dicari, variabel tetapnya adalah laju aliran gas, sedangkan yang dicari adalah laju aliran udarayang diambil berdasarkan terlihatnya fenomena kestabilan nyala yaitu Yellow Tip dan lift Off. Tabel 4.1 Data stabilitas nyala dengan putaran 0 rpm

Skala Rata Yellow tip Blow Off Gas Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Yellow cc I II III I II III 300 6.5 6.5 6.5 11.2 11.2 11.2 6.50 350 8 8 8 12.6 12.6 12.6 8.00 400 9.5 9.6 9.5 13.6 13.6 13.6 9.53 450 10 10 10 14.5 14.5 14.5 10.00 500 10.8 10.8 10.8 15.1 15.1 15.1 10.80 550 12 12 12 15.8 15.8 15.8 12.00 600 12.8 12.8 12.8 16.3 16.3 16.3 12.80

Rata Blow Off 11.20 12.60 13.60 14.50 15.10 15.80 16.30

Tabel 4.2 Data stabilitas nyala dengan putaran 1000 rpm

Skala Gas 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Rata Yellow tip Blow Off Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan I II III I II III Yellow 6.3 6.2 6.3 11.4 11.4 11.5 6.27 7.6 7.7 7.6 12.8 12.8 12.8 7.63 9.2 9.3 9.3 13.7 13.7 13.7 9.27 9.8 9.9 9.8 14.8 14.7 14.6 9.83 10.6 10.7 10.8 15.2 15.2 15.2 10.70 11.8 11.7 11.8 15.9 15.9 15.9 11.77 12.5 12.5 12.5 16.4 16.4 16.5 12.50

Rata Blow Off 11.43 12.80 13.70 14.70 15.20 15.90 16.43


Skala Percobaan I 3 6.2 3.5 7.3 4 8.9

Gas

Rata Yellow tip Blow Off Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan II III I II III Yellow 6 6.2 11.5 11.5 11.5 6.13 7.4 7.3 12.9 12.9 12.9 7.33 8.8 8.9 13.8 13.8 13.8 8.87


Rata Blow Off 11.50 12.90 13.80

4.5 5 5.5 6

9.7 10.5 11.4 11.8

9.8 10.5 11.3 11.8

9.8 10.5 11.3 11.8

14.8 15.3 15.9 16.6

14.8 15.3 15.9 16.6

14.8 15.4 16 16.6

9.77 10.50 11.33 11.80

14.80 15.33 15.93 16.60


Skala Gas 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Percobaan I 5.9 7.5 8.8 9.5 10.4 11.6 12

Rata Yellow tip Blow Off Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan II III I II III Yellow 6 6 11.5 11.6 11.6 5.97 7.5 7.5 12.9 12.9 12.9 7.50 8.9 8.9 13.9 13.9 13.9 8.87 9.5 9.5 14.9 14.8 14.9 9.50 10.4 10.4 15.4 15.4 15.4 10.40 11.6 11.5 16.1 16.2 16.1 11.57 12 12 16.7 16.7 16.7 12.00

Rata Blow Off 11.57 12.90 13.90 14.87 15.40 16.13 16.70


Skala Gas 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Percobaan I 6 7.3 8.5 9.5 10.5 11.3 11.8

Rata Yellow tip Blow Off Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan II III I II III Yellow 6 6 11.7 11.6 11.6 6.20 7.3 7.3 13.2 13.2 13.2 7.30 8.5 8.8 14.3 14.2 14.3 8.60 9.5 9.5 15.2 15.2 15.2 9.50 10.6 10.5 16 16 16 10.53 11.3 11.3 16.4 16.5 16.4 11.30 11.8 11.8 17.2 17.3 17.3 11.80

Rata Blow Off 11.63 13.20 14.27 15.20 16.00 16.43 17.27


Skala Gas 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Percobaan I 6 7.4 8.9 9.5 10.4 11.4 11.8

Rata Yellow tip Blow Off Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan Percobaan II III I II III Yellow 6 6 12 11.9 12 6.00 7.4 7.4 13.6 13.6 13.6 7.40 8.8 8.8 14.5 14.5 14.5 8.83 9.5 9.5 15.4 15.4 15.4 9.50 10.4 10.5 16.7 16.8 16.8 10.43 11.4 11.4 18.5 18.5 18.5 11.40 11.8 11.8 20 20 20 11.80


Rata Blow Off 11.97 13.60 14.50 15.40 16.77 18.50 20.00

5. Pembahasan Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut :

Gambar 5.1 Grafik perbandingan antara Burning load dan AFR pada saat terjadinya fenomena yellow tip dengan berbagai variasi swirl number

Pada grafik diatas terlihat bahwa garis yellow tip bergerak turun seiring dengan peningkatan Swirl Number atau aliran pusar. Hal ini disebabkan oleh efek peningkatan swirl number sebagai indikator aliran pusar menyebabkan peningkatan daerah stabilitas nyala api. Peningkatan aliran pusar memberikan efek pencampuran udara dan bahan bakar yang lebih baik atau semakin homogen sehingga memberikan efek kecepatan pembakaran yang semakin meningkat dan pembakaran terjadi semakin sempurna.

Gambar 5.2 Grafik perbandingan antara Burning load dan AFR pada saat terjadinya fenomena blow off dengan berbagai variasi swirl number


Pada grafik diatas terlihat bahwa garis blow off bergerak keatas seiring dengan peningkatan Swirl Number. Hal ini disebabkan oleh peningkatan aliran pusar memberikan efek pencampuran udara dan bahan bakar semakin homogen sehingga memberikan efek meningkatnya kecepatan pembakaran dan pembakaran terjadi semakin sempurna.

Gambar 5.3 Grafik perbandingan antara variasi swirl number dengan peningkatan daerah stabilitas nyala api

Pada grafik diatas terlihat bahwa luas stabilitas nyala api semakin meningkat seiring dengan peningkatan burning load. Hasil ini sesuai dengan jurnal, J.M Cha dan S.H Sohrab, “Stabilization of Premixed of Flames on Rotating Bunsen Burner”, Combution and Flame, Elsevier Science Inc., 106; 467-447 (1996). Peningkatan terjadi dikarenakan penurunan luas fenomena dibawah garis yellow tip dan peningkatan luas dibawah garis blow off akibat kemampuan peningkatan kemampuan pembakaran pada kondisi lean dan rich bahan bakar.

Gambar 5.4 Grafik perbandingan antara burning load dan tinggi nyala api yellow tip dengan berbagai variasi swirl number


Gambar 5.5 Grafik perbandingan antara burning load dan tinggi nyala api blow off dengan berbagai variasi swirl number

Pada kedua grafik di atas terlihat bahwa, peningkatan burning load akan menyebabkan semakin meningkatnya tinggi api. Hal ini dikarena tinggi api berbanding lurus dengan energi yang dilepaskan atau energi input. Akan tetapi tinggi api akan menurun seiring dengan peningkatan swirl number. Hal ini menandakan dengan peningkatan swirl number akan memberikan efek peningkatan homogenitas campuran udara bahan bakar dan semakin sempurnanya pembakaran sehingga akan mempercepat proses pembakar sehingga akan memendek.

Gambar 5.6 Grafik perbandingan antara burning load dan luas nyala api yellow tip dengan berbagai variasi swirl number

Gambar 5.7 Grafik perbandingan antara burning load dan luas nyala api blow off dengan berbagai variasi swirl number


Pada grafik di atas terlihat bahwa peningkatan burning load akan menyebabkan semakin meningkatnya luas api. Hal ini dikarena luas api merupakan indikator heat release atau kalor yang dilepaskan pada pembakaran. Heat release akan meningkat seiring dengan peningkatan burning load dikarenakan kita menambahkan energi input bahan bakar. Akan tetapi relative konstan pada peningkatan swirl number dikarena peningkatan Swirl number hanya melakukan peningkatan pencampuran udara dan bahan bakar sehingga peningkatannya tidak terlalu signifikan.

6. Kesimpulan dan Saran Berdasarkan hasil perngolahan data dan analisa dapat disimpulkan beberapa hal seperti berikut : Peningkatan putaran atau peningkatan swirl number, memberikan efek peningkatan daerah stabilitas nyala api. Peningkatan Luas daerah stabilitas apinya adalah 7.09 %, 16.67% , 27.50 % , 29.41 %, 41.43 %, 57.65 % dengan peningkatan SN yaitu 0.44, 0.86, 1.28, 1.69, 2.06, 2.17. Peningkatan putaran atau peningkatan swirl number memberikan efek penurunan tinggi api yellow tip dan blow off. Penurunan Tinggi Api terjadi sebesar 1.07 % s/d 34.9 %. Luas Api Yellow Tip dan Blow Off meningkat seiring dengan peningkatan burning load atau peningkatan bahan bakar dan luas api relatif konstan sering dengan peningkatan Swirl Number. Peningkatan luas api terjadi sebesar 48.78 mm2 s.d 156.8 mm2 seiring dengan peningkat burning load dan Luas Api relatif konstan seiring dengan peningkatan swirl number.


Daftar Referensi [1] J.M Cha dan S.H Sohrab,” Stabilization of Premixed Flames on Rotaring Bunsen Burner”, Combution and Flame, Elsevier Science Inc.,106; 467-447 (1996) [2] Munson, Bruce R. Young, Donald F. Fundamental of fluid mechanics.4

th

edition.

Department of mechanical engineering IOWA state university; USA 2002 [3] LewisB.,and von Elbe G., “Combution Flame and Explosion of Gases”, Academica Press, New York, 1987, pp.233-274, 457-446 [4] Cheng S.L dan Kovits A.A., “Seventh Sympoum (International) on Combution”, Butterworths Scientific Publication, London, 1959,pp 681-691 [5] Marble F.E dan Adamson T.C., “ Jet Proputions” 30;386-391 (1957) [6] Grover, J.H., Kessler, M.G., and Scurlock, A.C., “ Jet Propul” 30 : 386-391 (1957) [6] Dhiputra, I Made Kartika. Imanuel. 2012. Kajian eksperimental flashback flame pada Bunsen burner bahan bakar LPG. Paper No. 5 Proceeding Seminar Nasional Teknik Mesin XI UGM-Yogyakarta [7] Rondonuwu, Irfan. 2011. Kajian eksperimental fenomena reattachment flame sebagai dasar pencegahan flame flashback pada Bunsen burner dengan bahan bakar LPG. Tesis Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia [9] Nurindah, I Made Kartika Dhiputra, Analisa Karakteristis Pembakaran dengan Menggunakan Mixer Aliran Jet Tangensial”, Tesis Fakultas Teknik Mesin Universitas 1999. [10] Sudarman, I Made Kartika Dhiputra, “ Stabilitas Nyala Premix Pembakaran Bunsen Dengan Menggunakan Penghalang Benda Padat Pada Ruang Pencampuran Aliran Tangensial”, Tesis, Fakultas Teknik Mesin Universitas Indonesia 2000 [11] Islek, Akay. A. The impact of swirl in turbulent pipe flow. Tesis Georgia institute of technology. 2004 [12] Baukal, jr, Carles. E. Industrial Combustion Testing, Taylor and Francis Group. CRC Press. LLC. 2011


[13] Wahid, Mazlan Abdul. Jaafar, Nazri. M. Ani Farid Nasir. Studies on the effect of swirl intensity and fuel mixtures on combustion and flame characteristics of swirl burner. Research vote num: 75181. Jabatan termo-bendalir fakulti kejuruteraan mekanikal universiti teknologi Malaysia. 2006 [14] I Made Kartika, Harinaldi, NK Caturwati ; Pengaruh Variasi Aliran Udara Terhadap Tinggi Lifted-Flame pada Pembakaran Difusi Propana, Proceeding Seminar Nasional VI Rekayasa and Aplikasi Teknik Mesin di Industri, ITENAS – Bandung, 28 Januari 2008. [15] I Made Kartika Dhiputra, Bambang Sugiarto, Yulianto S. Nugroho, Cokorda Prapti Mahandari, Kajian Eksperimental Fenomena Flame Lift-up, Proceeding SNTTM VIII 1114 Agustus 2009. [16] Alif, Hamdan Hartono. 2008. Korelasi empiris panjang nyala api lift-up pada pembakaran non difusi gas propana. Tesis Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Fakultas Teknik Universitas Indonesia [17] Geankoplis,CJ. Transport processes and Unit Operation. 3rd edition, prentice hall, Inc, U.S.A 1983 [18] Munson, Bruce R. Young, Donald F. Fundamental of fluid mechanics.4

th

edition.

Department of mechanical engineering IOWA state university; USA 2002 [19] Culham, Ralph G. Fan reference guide. 4 th edition. Consulting engineer for technology service department, Ontario hydro. Canada 1993 [20] Poten and partners. The story of LPG. 2nd edition. Devonshire house mayfire place London (UK). 2003 [21] Moran, Michael.J. Shapiro, Howard.N. Termodinamika Teknik, Edisi ke-4.

Erlangga.

2004 [22] Baukal, jr, Carles. E. Industrial Combustion Testing, Taylor and Francis Group. CRC Press. LLC. 2011 [23] Chigier, N.A, and Beer, J. M. Velocity and Static – Pressure Distribution in Swirling Air Jets Issuing from Annular and Divergent Nuzzles. Journal Basic Engineering,4. 1964: 788-796


[24] Linck, Martin. B, Gupta, Aswani. K, Bourhis. Guillaume, and Yu, Ken. Combustion Characteristics of Pressurized Swirling Spray Flame and Unsteady Two-Phase Exhaust Jet. The Combustion Laboratory University of Maryland, Departemen of Mechaanical Engineering. College park, MD 20742 [25] Lesmana, I Gede Eka. Stabilisasi Nyala Api Premix Menggunakan Roatating fan mixer pada Bunsen Burner. Tesis Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia. 2003


ANALISIS PENGARUH SWIRL NUMBER TERHADAP PENINGKATAN STABILITAS NYALA API PREMIX PADA MODIFIKASI BUNSEN BURNER DENGAN ROTATING FAN

Recommend Documents