PERBANDINGAN BIDANG API ISOTHERMAL KOMPOR ENGKEL DINDING API TUNGGAL DAN DINDING API GANDA BERBAHAN BAKAR BIOETHANOL Yusufa Anis Silmi (2108 100 022) Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono K, M.Eng. Sc
LATAR BELAKANG Keunggulan suatu produk, tidak cukup hanya diperlihatkan secara visual, tetapi harus dilengkapi pula dengan data-data faktual. Sehingga melalui serangkaian pengujian dapat diketahui apakah kompor uji berbahan bakar bioethanol benar-banar bagus peformanya.
TUJUAN Mendapatkan informasi ilmiah yang lebih lengkap dari kompor bioethanol dinding api tunggal dan ganda.
PERMASALAHAN Bagaimana profil nyala api ditinjau dari pola distribusi temperature isothermal dinding api? Bagaimana profil api pada bagian bawah beban kompor tersebut?
PENELITIAN TERDAHULU Ryan Juliani. Teknik Mesin ITS, 2010. “Study Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Minyak Tanpa Sumbu Berbahan Bakar Bioethanol Dengan Kompor Minyak Tanah Bersumbu”
Pada kompor minyak tanah sumbu 18, temperatur tertinggi mencapai 623°C pada ketinggian tuas 25 mm dan tinggi pengukuran 20 mm.
Sedangkan pada kompor minyak tanah sumbu 24 temperatur tertinggi dicapai pada temperatur 602°C dengan ketinggian tuas 30 mm dan tinggi pengukuran 20 mm.
PENELITIAN TERDAHULU Ryan Juliani. Teknik Mesin ITS, 2010. “Study Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Minyak Tanpa Sumbu Berbahan Bakar Bioethanol Dengan Kompor Minyak Tanah Bersumbu” Pada kompor uji dengan konfigurasi sebaris 3 inch temperatur tertinggi sebesar 692°C didapat pada ketinggian pengukuran 80 mm. Pada konfigurasi susun 3 inch temperatur tertinggi juga pada ketinggian pengukuran 80 mm dengan temperatur sebesar 637°C. Sedangkan pada kompor susun 2 inch temperatur tertinggi mencapai 395°C didapat pada ketinggian pengukuran 20 mm.
PENELITIAN TERDAHULU Agib Faruq Afanny. Teknik Mesin ITS, 2012. “Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Dinding Api Tunggal dengan Dinding Api Ganda Berbahan Bakar Bioethanol” “
Pada kompor dengan dinding api tunggal, rata-rata temperatur tertinggi didapat pada tinggi pengukuran 55 mm sebesar 432,9 oC, mendidihkan air dalam waktu 31’48” sedangkan pada kompor dinding api ganda temperatur tertinggi diperoleh pada tinggi pengukuran 35 mm sebesar 435,0 °C. mendidihkan air dalam waktu 19’38”
PENELITIAN TERDAHULU •
Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono K., MEng.Sc. Unpublished research dengan kompor uji kompor minyak tanah merek butterfly yang telah dimodifikasi dengan bahan bakar ethanol 99% menghasilkan warna api biru ketika diberi beban hal ini dikarenakan uap bahan bakar masih memiliki kesempatan lebih lama untuk kontak dengan udara, pembakaran lebih sempurna. Api dibawah beban menyebar.
Profil api di bawah beban
Profil api tanpa beban Kompor uji sebelum dan setelah modifikasi
PENELITIAN TERDAHULU
Gambar Profil Api : laminer 1 laminer 2 laminer 3
•
Djoko Santoso Teknik Mesin ITS, 2001.
•
“Studi Distribusi Temperatur Api Laminer pada Bunsen Burner”,
•
api laminer 1 mempunyai distribusi temperatur isothermal dan pelepasan panas ke sekeliling lebih tinggi jika dibandingkan dengan percobaan 2 dan 3, hal ini dikarenakan pada percobaan api laminer 1 reaksi kimia yang terjadi lebih sempurna (ditunjukkan oleh nyala api biru).
BATASAN MASALAH • Suhu dan kelembaban ruangan dijaga agar tetap. Pengaruh angin diabaikan. • Pembuatan bahan bakar kompor bioethanol, tidak dibahas. • Bejana yang digunakan tetap • Pengambilan data dilakukan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut: • Sistem dalam kondisi steady state • Kompor yang digunakan adalah kompor tanpa sumbu berbahan bakar bioethanol 99 % , dinding api tunggal (do = 3 in) serta dinding api ganda (do = 3 in dan di = 1,5 in)
CONT. • Kondisi ruangan konstan pada T = 29°C dan P = 1 atm • Nyala api optimum ditandai dengan warna api biru dan temperatur api yang tertinggi yang bisa dicapai. • Api dalam keadaan rata melingkar (simetri) • Bahan bakar dalam tanki konstan. • Nilai kalor bahan bakar tetap. • Panas specifik air (Cpw), panas specifik bejana (Cpbjn) dan panas laten air yang menguap (H) dianggap konstan. • Volume air tetap
METODE PENELITIAN • Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen murni • Bahan Bakar Uji : Bioethanol 99% • Spesifikasi Kompor Jenis kompor Indikator
Keterangan
Dinding api tunggal
Dinding api ganda
Daya
1.921 kW
2.220 kW
Ganda
Efisiensi
48,733%
51,916 %
Ganda
Debit konsumsi BB
0.388L/jam
0.486 L/jam
Tunggal
SFC
0.314 kg/kg jam
0.250 kg/kg jam
Ganda
SPESIFIKASI KOMPOR UJI
•
Kompor Uji : 1. Kompor dinding api tunggal (Do = 3 inch) Dlubang = 5mm dengan jumlah 18 jarak lubang 20 mm dari tepi atas dinding api. (a) Tampak samping, (b) Rancangan, (c) Tampak atas
SPESIFIKASI KOMPOR UJI
2. Kompor dengan dinding api ganda (Do = 3 inch, Di = 1,5 inch) Dlubang = 5 mm dengan jumlah 13 jarak lubang 20 mm dari tepi atas dinding api. bagian tengahnya terdapat laluan udara sebesar 1,5 inch dengan lubang 5mm dengan jumlah lubang 17 sebanyak 2 baris pada ujungnya. (a) Rancangan, (b) Tampak samping , (c) Tampak atas
KUBUNG
BEJANA Jenis Kompor
Konsumsi Bahan Bakar (kg)
Volume Air
Tingkat Daya
Diameter Panci
Daya (Kw)
Maksimum
(cm)
0,981 – 1,325
20
2,2
1,325 – 1,741
22
2,7
1,741 – 2,235
24
3,5
2,235 – 2,816
26
5,7
2,816 – 3,489
28
7,3
3,489 – 4,262
30
9,3
Kompor dinding api tunggal
0,301051
1.921
Kompor dinding api ganda
0,347886
2.220
[± 2/3 volume panci] (liter)
ALAT UKUR a) Thermocouple tipe K (-190ºC s/d 1260°C) berjumlah 8 dan disusun sejajar dengan jarak 1cm. b) Infus set c) Thermometer •
1 buah thermometer ruangan -30ºC s/d 50ºC ketelitian 1ºC
•
- 1 buah thermometer digital mengukur temperatur nyala api.
d) Penggaris •
50 cm dengan ketelitian 0,5mm
SKEMA PERALATAN 1. Tabung infus 2. Valve in 3. Saluran in 4. Kompor uji 5. Kubung 6. Saluran kuras 7. Saluran out 8. Valve out 9. Reservoir I 10. Reservoir II
METODE PENELITIAN • Thermocouple diletakkan diatas kompor pada ketinggian 0,5 cm dan dilakukan pengukuran temperatur dan luasannya. • Thermocouple dinaikkan terus tiap ketinggian 0.5 cm, hingga mencapai ketinggian 15 cm dan pada tiap-tiap ketinggian dilakukan pengukuran temperatur dan luasan nyala api. • Panci kaca berisi air dinaikkan temperaturnya sampai mendidih, lalu diamati pengembangan apinya serta perubahan fasa dari air pada tiap kenaikan temperatur
FLOWCHART PERCOBAAN Start
Perbandingan bidang api isothermal dari kompor bioethanol 99% berdinding api tunggal dan ganda tanpa beban
A Studi Literatur: - Tugas Akhir - Paper/Artikel - Internet - Text Book
Pemeriksaan kompor engkel siap uji dinding api tunggal (D=3inch), dinding api ganda (Do=3inch dan Di=1,5inch) dan Uji properties bahan bakar
Kompor sesuai kriteria
A
Persiapan Pengujian Kompor
Pengukuran temperatur kompor engkel dinding api tunggal dan dinding api ganda
Kriteria: - Tidak Terjadi Kebocoran - Api Biru
Data hasil pengujian : -Temperatur api - Tinggi api - Luasan penampang api - Warna api
Komparasi dan analisa profil api
End
Peralatan Pendukung: - Bahan Bakar Bioethanol - Peralatan Ukur
KELEBIHAN KOMPOR UJI
Laju konsumsi bahan bakar dapat diatur
Bentuk dan besar laluan lubang optimal
Lebih tipis tanki bahan bakarnya
Desain sederhana dan bahan bakar dapat diproduksi sendiri
PERMODELAN MATLAB
MANFAAT 1. Agar kompor tersebut mampu bersaing dengan kompor-kompor berbahan bakar non etanol. 2. Perbaikan terus dilakukan agar kompor ini menunjukan performance yang bagus, tangguh dan irit. 3. Kehadiran kompor ini diharapkan mampu memberikan jawaban bagi para pengusaha bioethanol yang kesulitanan memasarkan bioethanol. 4. Dan juga merupakan alternatif penggunaan bahan bakar minyak. Sangat cocok lagi bagi daerah-daerah yang memiliki potensi bahan baku alkohol yang banyak, akan tetapi akses untuk bahan bakar minyak tanah, BBG yang terbatas.
ANALISA PROPERTIES BAHAN BAKAR
No
Properties
Satuan
Bioethanol 99%*
Kerosene**
LPG***
Density at 15°C
g/cm3
0,8216
0,7996
-
Density at 15°C
kg/m3
821,6
799,6
-
2
Dynamic Viscosity
cPs
1.095
1.64
-
3
Flash Point
°C
30
48
-
4
LHV
kJ/kg
22341,732
4700
23000
1
ANALISA PROFIL API
ANALISA PROFIL API (MATLAB)
Tunggal
Ganda
STRUKTUR API LAMINER Reaction Zone
Preheat Zone
Reactans Concentrati on of temperatur e, or rate of heat release (Q)
After Burning Preheating
Uap Bioetanol 99%
Burnt Gas
Unburnt Gas
Q
HO2
Udara
Temperature
H2O2
Fuel Intermediates
ANALISA TEMPERATUR RATA-RATA Ketinggian (mm)
Temperatur (C) Tunggal
Ganda
0
269.0630
411.986
5
280.9544
409.4527
10
258.825
423.2409
15
222.9792
427.0692
20
242.5567
418.9534
25
239.9358
399.2503
30
202.4818
430.6147
35
189.2916
370.4691
40
187.6061
341.0271
45
178.9191
327.229
50
177.8275
255.6142
55
175.8143
247.8659
60
167.1372
247.6033
65
161.6109
230.5348
70
157.9856
199.0942
75
159.1784
210.4211
80
156.1297
218.9989
85
0
90
0
212.1148
95
0
217.3942
100
0
206.7885 0
105
0
0
110
0
0
Maksimum
280.9544
430.6147
ANALISA TRANSFER ENERGI BIOETHANOL Jenis kompor Indikator
Dinding api tunggal
Dinding api ganda
Temperatur api rata-rata
280.95oC
430.62oC
Ketinggian peletakan beban
5 mm
30 mm
Efisiensi
48,733%
51,916 %
Waktu pendidihan
26’12”
14’01”
Bahan Bakar yang Dikonsumsi
0.12324 kg
0.115024 kg
Energi yang ditransfer bahan bakar
0,8536 kW
1.58639 kW
Tunggal
Ganda
KOMPOR DINDING API TUNGGAL YANG DIKENAI BEBAN TAMPAK ATAS
Tunggal
Ganda
