Studi Eksperimen Distribusi Temperatur Nyala Api pada Kompor Bioetanol Tipe Side Burner dengan variasi diameter firewall
R.R. Vienna Sona Saputri Soetadi 2108 100 090 Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono K, M.Eng. Sc
Latar Belakang Pengkajian yang mendalam
Kompor penelitian terdahulu
Pemanfaatan energi yang maksimal
Ingin mengetahui distribusi temperatur kompor bioethanol tipe side burner dengan variasi firewall 2.5 inci dan 3 inci
Permasalahan
Bioethanol memiliki nilai kalor tertentu
Hasil nyala api yang dimanfaatkan
Nyala api yang dihasilkan dalam reaksi pembakaran memiliki temperatur yang berbeda.
Batasan Masalah
• Kompor uji adalah kompor hasil penelitian terdahulu. • Bahan bakar yang digunakan adalah bioethanol 99%. • Kondisi suhu dan kelembaban ruangan dianggap tetap dan pengaruh angin diabaikan.
Batasan Masalah Asumsi yang digunakan : Sistem dalam kondisi steady state. Kondisi ruangan konstan pada P = 1 atm; T = 29 °C. Nyala api optimum ditandai dengan nyala api warna biru atau pendekatan warna biru. • Api dalam keadaan rata melingkar (simetri). • Nilai kalor bahan bakar tetap. • Tidak membahas mengenai pembuatan bahan bakar secara detail. • • • •
Tujuan Penelitian
Temperatur nyala api
Letak tinggi maksimum
Profil distribusi temperatur dan garis isothermal api
Manfaat Penelitian
• Menyempurnakan penelitian sebelumnya dan dapat mengoptimalkan pemanfaatan nyala api. • Memberikan kontribusi terhadap pemanfaatan bioetanol sebagai bahan bakar kompor tipe side burner.
Penelitian Terdahulu • Rizka Andika Pratama, Teknik Mesin ITS, 2012. “Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Bioetanol Tipe Side Burner dengan Variasi Diameter Firewall 3 Inci dan 2.5 Inci”
Firewall 2.5 Inci Jenis Kompor
Temp.rata-rata tertinggi (oC)
Dia. 2.5 inci Dia. 3 inci
381,3 515,5
Tinggi (mm) 15 10
Firewall 3 Inci Daya (Hp) 1,60 2,38
Efisiensi 54,91 56,57
Q (lt/jam) 0,34 0,50
Sfc 0,241 0,271
Penelitian Terdahulu • Fenny Nofiatus Syahriyah. Teknik Mesin ITS, 2010. “ Studi Eksperimental Penggunaan Bahan Bakar Bio-Etanol Pada Kompor Tanpa Tekan Model Api LPG “.
Kompor Lubang Sebaris
Kompor Lubang Tengah Lurus
Kompor Lubang Tengah Obor
Jenis Kompor
Temp.rata-rata tertinggi (oC)
Tinggi (mm)
Daya (Hp)
Efisiensi
Sfc
Kompor Lubang Sebaris
454,1
20
1,903
67,4
1,004
Kompor Lubang Tengah Lurus
512,5
80
2,047
62,6
0,713
Kompor Lubang Tengah Obor
660,5
120
1,619
66,48
1,077
Penelitian Terdahulu Rajvansi, Anil K; dkk. 2007. Low-concentration ethanol stove for rural areas in India. Nimbkar Agricultural Research Institute (NARI). Kompor etanol kadar sebesar 50% memberikan output yang sama dengan kompor LPG
Metode Penelitian
• Metode eksperimen mendapatkan data dengan melakukan percobaan
Perencanaan Eksperimen • Pengujian temperatur api
3inci
• Pengujian Waktu Pendidihan Air Water boiling test
2.5inci
Peralatan Eksperimen • Bahan bakar uji bioetanol 99% • Kompor uji Firewall 3 inci
Peralatan Eksperimen • Kompor uji Firewall 2.5 inci
Peralatan Eksperimen • Kubung
• Bejana atau Panci Tingkat Daya (kw)
Diameter(cm)
Volume(liter)
0,981 – 1,325
20
2,20
1,325 – 1,741
22
2,70
1,741 – 2,235
24
3,50
2,235 – 2,816
26
5,70
2,816 – 3,489
28
7,30
3,489 – 4,262
30
9,30
(VEG Gas Institute Belanda)
Kompor dia. 2,5 inci Kompor dia. 3 inci
Peralatan Ukur Thermocouple type K Infus Set
Stopwatch digital
Thermometer
Peralatan Ukur
Alcohol meter Gelas ukur Jangka sorong
Skema Peralatan Keterangan: 1. Kantung bahan bakar 2. Kran in 3. Saluran in 4. Kompor uji 5. Kubung 6. Saluran kuras 7. Saluran out 8. Kran out 9. Resevoir I 10. Reservoir II
Prosedur Penelitian Start
Studi eksperimen distribusi temperatur nyala api kompor bioethanol tipe side burner dengan variasi diameter firewall 3 inci dan 2.5 inci
Studi literatur
Kompor uji dengan kriteria
Persiapan pengujian : 1. Peralatan Ukur 2. Bahan Bakar Bioethanol 3. Pengujian properties bahan bakar dengan konsentrasi ethanol 99% pada Lab. Teknologi Air Teknik Kimia ITS
A
Referensi : - Tugas Akhir - Text Book - Artikel / Paper - Internet
Kriteria : - Tidak terjadi kebocoran - Kubung, kaki kompor, saluran in dan saluran out sudah terpasang
A
Pengujian temperatur kompor bioetanol pada nyala api dengan ketinggian dan jarak horisontal tertentu
Dokumentasi dan pengambilan data pengujian
Kriteria : - Api sudah mencapai api dewasa yaitu nyala api pembakarannya stabil
Data hasil pengujian: - Temperatur api - Warna api - Ketinggian api - Luasan penampang api
Pengolahan data temperatur dengan matlab dan analisa data
Pengujian ketinggian temperatur api
Kesimpulan
End
Kriteria : - Area ketinggian api yang maksimal memberikan energi panas - Referensi pemilihan panci dan volume air berdasarkan Tugas Akhir saudara Rizka Andika P.
Analisa Properties Bahan Bakar
No
1 2 3 4
Properties
Density at 15°C Density at 15°C Dynamic Viscosity at 40°C Flash Point LHV
Satuan
Bioethanol 99%*
Kerosene
LPG**
**
*
g/cm3 kg/m3 cPs
0,8216 821,6
0,7996 799,6
1.095
1.64
-
°C kJ/kg
30 22341,732
48 4700
23000
*Berdasarkan uji bahan bakar Lab. TAKI Jurusan Teknik Kimia ITS **Berdasarkan data properties, tugas akhir Danang Yudoyono *** Berdasarkan data properties journal Anozie
Profil Api Biru Kompor
• Firewall 2.5 inci
• Firewall 3 inci
Distribusi Temperatur
10 0
15 0
10 0
6 7 8 9 101112
kompor 2.5 inci thermocouple arah radial
500
450
10 0
0
20 0
20 0 25
10 0
15 0
400
350
300
250
200
55 0
45 0 235500
100
40 0
40405 0
15 0 250
10 0
350 0 0
20 0
65 0
50 55 0 0
50 0
40 0
25 2 0 00
55 0
Ketinggian, h (mm)
20 0
15 0
15 0 10 0
10 0
150 100
200
320500
0 20300 400 100
1500
100
60 0
200
15 0
300
550
350
00 675050
500 770
60 0 0 505 0 4040 300 0 2250 0
60 0
0 25
0 45
40 0
400
10 0
20 0
10 0
20 0
15 0
0 15
0 15
60500 5
15 0
10 0
15 0
500
20 0 25 0 30 0
0 20
600
0 50
0 15
25 20 3 0 0 455 0 30 0 0
700
100
0 30
0 45
40 0
20 0
10 0
0 10
10 0
Ketinggian, h (mm)
800
15 0 15 0
600
15 0
10 0
00 25 0 3
0 15
0 1150 0 10 0
150 145 140 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 35 65 0 60 20 0 0 50 55 30 3 25 0 450 0 50 25 40 0 30 0 40 0 45 35 0 40 0 35 400 350 500 40 0 450 450 35 30 0 350 300 25 500 150 350 450 250 300 400 200 100 0 0200 50400 5450 125 20 15 10 5 50 0 0 -12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 Posisi Thermocouple 10 0
15 0
900
60 0 0 55 50 0 45 0 35 030 00 20
150 20 0 145 30 140 10 15 0 20 0 0 25 0 0 135 130 125 15 120 0 115 25 35 0 0 0 110 25 30 15 0 0 105 100 95 90 0 45 85 40 50 3 80 450 0 32 0 0 3 75 350 05 0 0 70 20 0 65 00 60 1 55 10 0 45 050 0 50 0 35 0 50 45 550 0 0 60 0 40 40 50 0 60 65 0 80 6 8 0 6 35 0 0 0 5 0 00 0 30 2 65 0 250 0 250 25 300 400 200 500 500 150 10055350 300 400 200 450 450 50 0 5 5 3 20 15 10 5 0 -12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Posisi Thermocouple
150
100
kompor 3 inci thermocouple arah radial
2.5 inci
75
650 0 10
15 0
70 65 60
600
0 10
55
15 0 20 0
15 0
35 30 20 0
Flame zone
-12
55 0
0 50
60 0
0 55 55 0 60 0 650
45 0
10
20 0
20 0 25 0 30 0 0 35 40405 0 0 50 550 60 0
45 0 0 50
35 0 40 0
15 45 0
350
50 0
25 0 30 0
20
0 -18
500
300
6 0 Sudut putar (o)
12
Soot particle inception zone
250 200 150 100
-6
Soot particle growth zone
400
20 0 25 0 30 0 35 0 40 0
20 0
25
5
Soot oxidation zone
450
45
15 0
Ketinggian, h (mm)
50
40
550 10 0
18
Kontur isothermal dengan sudut putar thermocouple
Struktur api dengan proses terbentuknya soot
3 inci
75
550
10 0
10 0
70
100
500
65
0 10
0 10
60
Soot “wings”
450
Flame zone
400
50
40
15 0
10 0
35 30
20 15
5 0 -15
0 45
50 0
50 0
10
45 0
20 0 25 0 30 05 0 3 40 0
25
15 0
350
20 0 25 0 30 0 35 0 400 0 45
300
40 0
45
50 0
550
250
20 250 30 0 0
200 150
45 0
0 55 -10
15 0
35 0 40 0
Ketinggian, h (mm)
55
100 -5
0 Sudut putar (o)
5
10
15
Kontur isothermal dengan sudut putar thermocouple
Struktur api dengan proses terbentuknya soot
Daerah Api Difusi
• Reaction zone semua reaksi kimia dan pelepasan energi terjadi – Primary reaction : sebagian besar hidrokarbon dikonsumsi – After burning : konversi lanjutan
• Burnt gas zone gas-gas yang terbentuk dari api dengan kecepatan,temperatur,konsentrasi species yang sama
Analisa Distribusi Temperatur
𝑛𝑛
𝐴𝐴𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = �[𝜋𝜋(𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖2 − 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖2 )] 𝑖𝑖=1
doi di = doi+1
𝑛𝑛
(𝐴𝐴 × 𝑇𝑇)𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = �[𝜋𝜋(𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖2 − 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖2 ) × 𝑇𝑇𝑖𝑖 ] 𝑖𝑖=1
𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 −𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
(𝐴𝐴 × 𝑇𝑇)𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝐴𝐴𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
T1
Luasan total (mm²)
1000000 900000 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0
Kompor 2.5inci
Kompor 3inci 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
• 2.5 inci 5 mm • 3 inci 0 mm
Temperatur rata-rata (°C)
Ketinggian, h (mm)
600 500 400
Kompor 2.5inci
300 200 100 0
Kompor 3inci 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Ketinggian,h (mm)
• Rekomendasi tinggi peletakan beban:
Pengujian Waktu Pendidihan Air
10
Ketinggian, h (mm)
2.5 inci 5
2.5inci 3inci
0 0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
Waktu pendidihan (menit)
3 inci
3 inci
Analisa Transfer Energi
Indikator
Temperatur api ratarata Ketinggian peletakan beban Efisiensi* Waktu pendidihan Bahan Bakar yang Dikonsumsi Energi yang ditransfer bahan bakar
Jenis kompor Firewall 2.5 Firewall 3 inci inci 542oC 516oC 5 mm
5 mm
54.91% 19’62” 0.055869kg
56.57% 28’47” 0.065728kg
0.582319kW
0.486369kW
*Diambil dari Tugas Akhir Rizka Andika, Teknik Mesin-ITS
Energi bioetanol yang ditransfer =
TERIMA KASIH Mohon masukan untuk Tugas Akhir ini
