AERODINAMIKA PEMBAKARAN

What is a Flame?

Reaction Zone

Thermo/Chemical characteristics

( daerah/zona tipis dimana reaksi pembakaran berlangsung)

Faktor yang mempengaruhi kecepatan pembakaran

Luas bidang kontak

Temperature

( kecepatan reaksi ( exp [

Konsentrasi

Sifat aliran ( lamiar / turbulen

Aliran Turbulen :

Percampuran antara produk & reaktan tinggi

( produk ( T tinggi ; reaktan ( T rendah) Bidang kontak antara produk & reaktan lebih besar

LAMINAR

TURBULEN

Type Flame :

Premixed

- Laminar

- Turbulent

Non-Premixed (Diffusion) Flames

- Laminar

- Turbulent

Partially Premixed Flames

- Laminar

- Turbulent

Laminar (Turbulent) Premixed Flames:

Bahan bakar (umumnya dalam bentuk gas) dan oxidizer secara homogen bercampur sebelum proses pembakaran

Alirannya laminar (turbulent)

Turbulent premixed flames : Example :

- pembakaran pada mesin otto

- pembakaran pada mesin diesel type indirect injection

- pembakaran pada turbin gas dengan kondisi miskin

Laminar (Turbulent) Non- Premixed Flames:

Bahan bakar (umumnya dalam bentuk gas) dan oxidizer bercampur / kontak selama proses pembakaran

Api lilin merupakan contoh pembakaran non-premixed/diffusi laminar

Turbulent non-premixed flames:

Example :

- pembakaran pada mesin roket dgn bahan bakar hidrogen

- pemb. pada turbin gas masa kini

- pembakaran pada mesin diesel type direct injectionPembakaran Premixed

Pembakaran premixed adalah suatu proses pembakaran dimana bahan bakar dan udara dicampur lebih dahulu sebelum keluar dari nosel.

Gelombang (wave) pembakaran akan merambat (lokal) dalam kecepatan subsonic

Karakteristik dari laminar premixed flame :

untuk campuran stoikiometri hydrocarbon:

Tebal flame ~ 1 mm dan kecepatan pembakaran ~ 0,5 m/s

Temperatur pada zona reaksi tinggi : 2200-2600 K Perbandingan densitas reaktan dan produk : ~ 7 Warna api : biru pada kondisi miskin (lean mixture) karena adanya CH dan hijau biru pada campuran sedikit kaya (slighly rich mixture) karena adanya C2

Burning velocity/flame speed : tergantung pada thermal diffusifitas ((), kecepatan reaksi (() dan densitas (()

Flame speed tergantung pada tekanan

~

Flame speed terg. pada temperatur

~

STRUKTUR API PREMIXED

GasForm.Moles O2Tf (K)F. S

(cm/s)

Carbon MonoxideCO

0.5297729

MethaneCH42305443

ButaneC4H83,5308644

EthaneC2H46,5310145

PropaneC3H65309646

BenzeneC6H67,5313648

AcetyleneC2H22,53342144

HydrogenH20,53080170

DEFLAGRATION AND DETONATION

Deflagration : gelombang perambatan pembakaran yang lebih lambat dari kecepatan suara

Detonation : terbalik dgn diatas, sehingga menimbulkan shock wave

detonationdeflagration

Burned gas velocity/Speed of sound 5 - 100.0001 - 0.03

Burned gas velocity/

Initial gas velocity0.4 - 0.74 - 16

Final pressure/Initial pressure 13 - 550.98 - 0.976

Final temperature/

Initial temperature8 - 214 - 16

Final density/Initial density 1.4 - 2.60.06 - 0.25

QUENCHING, IGNITION dan FLAMMABILITY LIMIT

Proses stedy : perambatan api premix

Proses transient :

ignition

flame quenching (pendinginan api)

Api dapat mengalami padam (Extinction) :

efek termal (heat loss)

proses kimia yang terhalangi (chemical suppression)

efek aerodinamis

PENDINGINAN oleh DINDING

Pembakaran premix dapat mengalami padam jika melalui suatu celah yang sempit

Jika dinding cukup lebar maka api dapat melalui/merambat, bisa menimbulkan flash back

Quenching distance : diameter kritis dari sebuah tabung atau jarak kristis antara dua plate dimana api tidak bisa merambat.

(prinsip lampu davy (lampu tambang)

Flash back : perambatan api kembali melalui burner

Quenching distance ditentukan melalui eksperimen

untuk tabung ( diameter

untuk plate ( jarak vertikal antara dua plate

IGNITION

laju pelepasan energi oleh kimia reaksi kimia kurang lebih harus sama dengan energi yang dilepaskan oleh proses konduksi

FLAMMABILITY LIMITS

Laminar premixed flame dapat merambat jika dalam suatu range campuran tertentu :

batas terendah ( lean limit) dari flammability, ( < 1

batas atas ( rich limit ) dari flammability, ( > 1

Flammability limit pada umumnya dinyatakan dalam persentase bahan bakar dalam volume campuran atau sebagai persentase dari bahan bakar stoikiometri yang dibutuhkan.

Flammability limit harus diukur dalam kondisi dimana tidak ada pengaruh quenching, sehingga diameter tabung harus relatif besar

Ignition energi harus mencukupi

Setiap bahan bakar mempunyai flammability limits yang berbeda

Range flammability di udara :

untuk acetylene : 2,5 80 % volume

untuk propane : 2,2 9,5 % volume

FLAME STABILIZATION Kriteria penting dalam desain : adalah menghindari flash back dan liftoff

Flash back : flame merambat kembali melalui saluran tanpa mengalami quenching

Lift off : flame tidak menempel pada burner tetapi masih dalam kondisi stabil

Flash back berhubungan dengan keamanan

Lift off berhubungan dengan pembakaran tidak sempurna, ignition, dan pengontrolan posisi flame

Antara flash back dan liftoff berhubungan dengan kesesuaian antara kecepatan flame laminar lokal dengan kecepatan aliran, sehingga flame dapat stabil jika berada dalam range yang tertentu

Jika kecepatan gas diturunkan sampai relatif kecil, maka kecepatan pembakaran akan melebihi kecepatan gas, terjadilah flash back

Jika setelah lift off, kecepatan gas terus dinaikkan maka akan terjadilah blow off (api padam)

PEMBAKARAN DIFUSI

Pembakaran/api difusi (diffusion flame) adalah proses pemba-karan dimana bahan bakar dan udara tidak dicampur secara mekanik, tetapi dibiarkan secara alami lewat proses difusi bahan bakar ke oksidator atau sebaliknya ketika terjadi reaksi pembakaran.

Pada api difusi, pembakaran terjadi pada interface antara bahan bakar dan gas oksidator, dan kecepatan pembakaran lebih banyak tergantung dari laju difusi daripada laju proses kimia yang terjadi

Agak lebih sulit untuk memberikan perlakuan umum untuk api difusi, sebagian besar karena memang tidak sederhana. Dalam beberapa yang menyangkut parameter yang terukur, analogi api premixed dapat digunakan,

Dalam aplikasi, sering digunakan dalam residential gas appliances ( hampir semuanya dipraktekkan dalam partially-premixed flame), mis: kompor gas, dll.

Digunakan dalam banyak riset-riset dasar

Konsern utama ada pada geometri flame

Faktor yang mempengaruhi bentuk flame :

Laju aliran bahan bakar

Jenis bahan bakar

Faktor lainnyaContoh :

STRUKTUR API DIFUSI

Persamaan Arrhenius

reaction process

Ea

reactant

product

energy

EMBED Equation.3

flame

Bb + udara

produk

reaktan

Bidang kontak (

produk

Comb. in gasoline

indirect injection

Diffusion flame terjadi ketika CO dan H2 bertemu dgn udara sekitar

_1165337717.unknown

_1165337901.unknown

_1165337997.unknown

_1165338169.unknown

_1165337815.unknown

_1164561748.unknown

_1158461001.unknown