Upload
others
View
15
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
i
PENGARUH JENIS BAHAN BAKARPADA SINGLE STEP MICRO-COMBUSTOR
TERHADAP STABILITAS NYALA API
,,
SKRIPSI
Oleh:
Eka Dwi Ariyanto
K2514028
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
OKTOBER 2018
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ii
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
PENGARUH JENIS BAHAN BAKARPADA SINGLE STEP MICRO-COMBUSTOR
TERHADAP STABILITAS NYALA API
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelarSarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
Oleh :
Eka Dwi Ariyanto
K2514028
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
OKTOBER 2018
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
ABSTRAK
EKA DWI ARIYANTO K2514028. PENGARUH JENIS BAHAN BAKARPADA SINGLE STEP MICRO-COMBUSTOR TERHADAP STABILITASNYALA API. Skripsi, Surakarta: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan,Universitas Sebelas Maret, Oktober, 2018.
Elektronik menjadi bagian penting untuk dimiliki setiap orang dalamkehidupan. Hal tersebut mendorong pengembangan pembangkit listrik untukdigunakan. Salah satu solusinya adalah mengembangkan Micro Power Generatorberupa Micro-Combustion. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan stabilitasnyala api di dekat mesh, sehingga diperoleh pengaruh bahan bakar secara visual danperbedaan temperatur pada dinding combustor.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimental, pengumpulan databerupa pengukuran pada temperatur dinding combustor memakai termokopel tipeK dan pengambilan gambar secara visual dengan kamera cannon EOS 70 D.Penelitian dilakukan menggunakan dua jenis bahan bakar yaitu, gas acetylene dangas propana. Tiga tipe combustor dengan dimensi yang berbeda dan digunakansebagai tempat pembakaran. Combustor memiliki burned area dan unburned areadan disisipkan mesh sebagai flame holder.
Penelitian menunjukkan setiap tipe combustor menghasilkan temperaturdinding yang berbeda. Hasil temperatur dinding combustor tipe 1 untuk bahanbakar propana, mencapai rata-rata temperatur tertinggi pada 182,45 oC dan 113,20oC pada bahan bakar Acetylene. Propana pada combustor tipe 2 diperoleh rata-ratatemperatur sebesar 127,18 oC, sedangkan bahan bakar acetylene diperoleh rata-ratatemperatur sebesar 450,63 oC. Hasil temperatur tertinggi acetylene diperoleh padacombustor tipe 2. Combustor tipe 3 menghasilkan rata-rata temperatur dindingbahan bakar propana sebesar 131,10 oC, sedangkan untuk bahan bakar acetylenediperoleh sebesar 435,10 oC. Acetylene memiliki sifat yang lebih mudah terbakardibandingkan dengan propana. Stable flame bahan bakar propana secara visualterlihat lebih biru dibandingkan bahan bakar acetylene. Bahan bakar acetylenemenghasilkan warna nyala kemerahan pada dinding combustor. Bahan bakarpropana pada dinding combustor warnanya tidak secerah menggunakan bahanbakar acetylene.
Kata Kunci: Acetylene, Micro-Combustion, Propana, Stabilitas Nyala Api.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vii
ABSTRACT
EKA DWI ARIYANTO K2514028. THE INFLUENCE OF FUEL TYPES INSINGLE STEP MICRO-COMBUSTOR TOWARDS THE STABILITY OFFLAME. Thesis, Surakarta: Faculty of Teacher Training and Education, SebelasMaret University, October 2018
Electronics were an important part that needed by everyone in theirlife. This reason encouraged the development of power plants to use in daily life.One of the solutions was developing the Micro Power Generator, such as Micro-Combustion. This study aimed to produce the stability of flame near the mesh, so itobtained the influence of fuel types in the visual and the differences of temperatureon the combustor wall.
This study used experimental methods. The data collection of this researchwas obtained from the measurements on combustor wall temperature using K typeof thermocouples and shooted an image capture with Canon EOS 70D camera. Thestudy was conducted using two types of fuel, they were acetylene fuel and propanefuel. Three types of combustors with different dimensions was used as the burningplace. The combustor had burned area and unburned area which was inserted witha mesh as the flame holder.
Research showed that each type of combustor produced different walltemperatures. The results of combustor wall temperature type 1 for propane fuelreached the highest average temperatures at 182.45 oC and 113.20 oC for Acetylenefuel. The propane fuel in combustor type 2 obtained average temperature at 127.18oC, while used acetylene fuel obtained average temperature at 450.63 oC. Thehighest temperature of acetylene fuel was obtained in combustor type 2. Thepropane fuel in combustor type 3 produced average temperature at 131.10 oC, whileused acetylene fuel obtained at 435.10 oC. The characteristic of Acetylene fuel wasmore flammable than propane gas. Visually, stable flame of propane fuel lookedbluer than acetylene fuel. Acetylene fuel produced reddish flame on the wallcombustor. Propane fuel on the wall combustor was not as bright as using acetylenegas.
Keywords: Acetylene, Flame Stability, Micro-Combustion, Propane.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
viii
HALAMAN MOTTO
“Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya
bersama kesulian itu ada kemudahan.
(Q.S. Al-Insyirah: 5-6)
“Dreams never hurt anybody, if he keeps working right behind the dream to make
as much of it come real as he can”.
Mimpi tidak pernah menyakiti siapapun, jika dia terus berusaha tepat di belakang
mimpi untuk mewujukan mimpinya sebisa mungkin.”
(F.W. Woolworth)
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ix
HALAMAN PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
Bapak dan Ibu
Doa serta motivasi yang selalu engkau haturkan, serta perjuangan dan kasih
sayangmu yang tidak terbatas. Merupakan hal indah yang akan selalu menjadi
motivasi dan insprirasi dalam mengarungi kehidupan.
Adik-Adikku
Terima kasih telah menjadi penyemangat serta menjadi sahabat ketika di rumah.
Tim Riset ECCL
Terima kasih dosen-dosen serta seluruh komponen tim riset ECCL yang menjadi
tempat bertukar pikiran serta memberikan saran-saran dan kritik
Tim Micro-Combustion
Terima kasih atas kerja sama, dorongan dan motivasi yang selalu diberikan selama
proses riset micro-combustion
Mahasiswa PTM 2014
Terima kasih telah membersamai selama berkuliah di PTM, dan memberikan
kesan-kesan serta pengalaman yang luar biasa.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur peneliti haturkan atas kehadirat Allah SWT, yang telah
melimpahkan rahmat, hidayah dan berkahnya, berupa kesehatan, ilmu serta
kesempatan dalam menyelesaikan penelitian ini. Atas kehendak-Nya pula peneliti
dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Jenis Bahan Bakar Pada
Single Step Micro-Combustor terhadap Stabilitas Nyala Api.”
Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh
gelar Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas
Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Peneliti
menyadari bahwa terselesainya skripsi ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan serta
dukungan dari berbagai pihak. Dengan demikian peneliti menyampaikan terima
kasih kepada:
1. Prof. Dr. Joko Nurkamto, M.Pd., Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu
Pendidikan, Univesitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr. Indah Widiastuti, ST., M.Eng., Kepala Program Studi Pendidikan
Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas
Sebelas Maret Surakarta
3. Dr. Suharno, ST., MT selaku pembimbing akademik, yang telah
memberikan bimbingan dan arahan.
4. Dr. Eng. Herman Saputro, S.Pd., M.Pd., MT., selaku pembimbing I,
yang telah memberikan dorongan, bimbingan, arahan, sehingga
memberi motivasi dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Danar Susilo Wijayanto, ST., M.Eng., selaku Pembimbing II, yang telah
memberikan dorongan, bimbingan, arahan, sehingga memberi motivasi
dalam penyelesaian skripsi ini.
6. Tim riset ECCL dan Micro-Combustor yang telah membersamai serta
memberikan motivasi dalam penyelesaian skripsi ini.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xi
Peneliti menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, diantaranya
dikarenakan keterbatasan peneliti. Walaupun demikian, peneliti berharap semoga
skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca guna pengembangan ilmu.
Surakarta, Oktober 2018
Peneliti
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ...................................................... ii
PERSETUJUAN ............................................................................................. iv
PENGESAHAN SKRIPSI .............................................................................. v
ABSTRAK ...................................................................................................... vi
ABSTRACT .................................................................................................... vii
HALAMAN MOTTO ..................................................................................... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ..................................................................... ix
KATA PENGANTAR .................................................................................... x
DAFTAR ISI ................................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1
B. Identifikasi Masalah ........................................................................... 3
C. Pembatasan Masalah .......................................................................... 3
D. Rumusan Masalah .............................................................................. 4
E. Tujuan Penelitian ............................................................................... 4
F. Manfaat Penelitian ............................................................................. 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR DAN HIPOTESIS
A. Kajian Pustaka ................................................................................... 5
1. Micro Power Generator dan Perbedaan Micro-Combustion
dengan Pembakaran Konvensional .............................................. 5
2. Step Combustor dan Material Stainless Steel ............................... 7
3. Bahan Bakar Combustor .............................................................. 9
4. Aliran Fluida, Reaksi Kimia Hidrokarbon dan
Rumus Perhitungan ...................................................................... 12
B. Kerangka Berpikir .............................................................................. 13
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiii
C. Hipotesis ............................................................................................ 15
BAB III METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................ 16
1. Tempat Penelitian ........................................................................ 16
2. Waktu Penelitian .......................................................................... 16
B. Desain Penelitian ............................................................................... 16
C. Teknik Pengumpulan Data ................................................................. 17
1. Identifikasi Variabel ..................................................................... 17
2. Metode Pengumpulan Data .......................................................... 17
D. Instrumen Penelitian .......................................................................... 18
1. Bahan Penelitian .......................................................................... 18
2. Alat-alat Penelitian ....................................................................... 20
E. Teknik Analisis Data .......................................................................... 27
F. Prosedur Penelitian ............................................................................ 28
1. Diagram Alir Penelitian ............................................................... 28
2. Studi Pustaka ................................................................................ 28
3. Langkah-Langkah Penelitian ....................................................... 29
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian .................................................................................. 30
1. Deskripsi Data .............................................................................. 30
B. Pembahasan ........................................................................................ 55
1. Visualisasi Stable Flame .............................................................. 55
2. Analisis Data Perbedaan Temperatur ........................................... 64
BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN
A. Simpulan ............................................................................................ 69
B. Implikasi ............................................................................................ 69
C. Saran .................................................................................................. 70
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 71
LAMPIRAN .................................................................................................... 74
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbedaan Micro Scale Combustion dan Meso Scale Combustion.. 7
Tabel 2.2 Sinonim dan Rumus Kimia Acetylene ............................................ 9
Tabel 2.3 Sifat Fisika Acetylene ...................................................................... 10
Tabel 4.1 Combustor Tipe 1 Acetylene ........................................................... 31
Tabel 4.2 Combustor Tipe 2 Acetylene ........................................................... 34
Tabel 4.3 Combustor Tipe 3 Acetylene ........................................................... 37
Tabel 4.4 Combustor Tipe 1 Propana ............................................................. 40
Tabel 4.5 Combustor Tipe 2 Propana ............................................................. 42
Tabel 4.6 Combustor Tipe 3 Propana ............................................................. 45
Tabel 4.7 Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 1 Bahan Bakar Acetylene
dan Propana .................................................................................... 47
Tabel 4.8 Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 2 Bahan Bakar Acetylene
dan Propana .................................................................................... 50
Tabel 4.9 Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 1 Bahan Bakar Acetylene
dan Propana .................................................................................... 53
Tabel 4.10 Perbandingan Temperatur Dinding Depan dan Temperatur
Dinding Belakang ......................................................................... 64
Tabel 4.11 Perbandingan Temperatur Rata-Rata Bahan Bakar Propana dan
Bahan Bakar Acetylene ................................................................. 66
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kerangka Berpikir ....................................................................... 15
Gambar 3.1 Gas Acetylene .............................................................................. 18
Gambar 3.2 Kompresor dan Selang ................................................................ 19
Gambar 3.3 Gas Propana ................................................................................. 19
Gambar 3.4 Experimental Set Up .................................................................... 20
Gambar 3.5 Mass Flowmeter .......................................................................... 20
Gambar 3.6 Combustor Tipe 1 ........................................................................ 21
Gambar 3.7 Dimensi Combustor Tipe 1 ......................................................... 22
Gambar 3.8 Combustor Tipe 2 ........................................................................ 22
Gambar 3.9 Dimensi Combustor Tipe 2 ......................................................... 22
Gambar 3.10 Combustor Tipe 3 ...................................................................... 23
Gambar 3.11 Dimensi Combustor Tipe 3 ....................................................... 23
Gambar 3.12 Nepel ......................................................................................... 23
Gambar 3.13 Statik Holder untuk Combustor ................................................ 24
Gambar 3.14 Meja ........................................................................................... 24
Gambar 3.15 Stainless Steel Wire Mesh 60 .................................................... 25
Gambar 3.16 Termokopel Tipe K .................................................................... 25
Gambar 3.17 Kamera ...................................................................................... 26
Gambar 3.18 Pemantik Api ............................................................................. 26
Gambar 3.19 Stopwatch ................................................................................... 27
Gambar 3.20 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 28
Gambar 4.1 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan Dinding Belakang
Combustor Tipe 1 Gas Acetylene ................................................. 33
Gambar 4.2 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan Dinding Belakang
Combustor Tipe 2 Gas Acetylene ................................................. 36
Gambar 4.3 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan Dinding Belakang
Combustor Tipe 3 Gas Acetylene ................................................ 39
Gambar 4.4 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan Dinding Belakang
Combustor Tipe 1 Gas Propana ................................................... 41
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xvi
Gambar 4.5 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan Dinding Belakang
Combustor Tipe 2 Gas Propana .................................................. 44
Gambar 4.6 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan Dinding Belakang
Combustor Tipe 3 Gas Propana .................................................. 46
Gambar 4.7 Perbedaan Hasil Temperatur Combustor Tipe 1
dengan Bahan Bakar Gas Acetylene dan Gas Propan .................. 49
Gambar 4.8 Perbedaan Hasil Temperatur Combustor Tipe 2
dengan Bahan Bakar Gas Acetylene dan Gas Propana ................ 52
Gambar 4.9 Perbedaan Hasil Temperatur Combustor Tipe 3
dengan Bahan Bakar Gas Acetylene dan Gas Propana ................ 54
Gambar 4.10 Kondisi Dinding Combustor Tipe 1 Berbahan Bakar Acetylene .55
Gambar 4.11 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 1 Berbahan Bakar
Propana ..................................................................................... 55
Gambar 4.12 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 1 Berbahan Bakar
Acetylene ................................................................................... 56
Gambar 4.13 Kondisi Dinding Combustor Tipe 1 Berbahan Bakar Propana .. 56
Gambar 4.14 Kondisi Dinding Combustor Tipe 2 Berbahan Bakar
Acetylene ................................................................................... 57
Gambar 4.15 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 2 Berbahan Bakar
Propana ..................................................................................... 57
Gambar 4.16 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 2 Berbahan Bakar
Acetylene ................................................................................... 58
Gambar 4.17 Kondisi Dinding Combustor Tipe 2 berbahan Bakar Propana... 58
Gambar 4.18 Kondisi Dinding Combustor Tipe 3 Berbahan Bakar
Acetylene ................................................................................... 59
Gambar 4.19 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 3 Berbahan Bakar
Propana ..................................................................................... 59
Gambar 4.20 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 3 Berbahan Bakar
Acetylene ................................................................................... 60
Gambar 4.21 Kondisi Dinding Combustor Tipe 3 Berbahan Bakar Propana .. 60
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xvii
Gambar 4.22 Proses Menghidupkan Nyala Api pada Combustor dengan
Bahan Bakar Acetylene ............................................................. 61
Gambar 4.23 Kondisi Nyala Api di luar Combustor dengan Bahan Bakar
Acetylene ................................................................................... 61
Gambar 4.24 Proses Menghidupkan Nyala Api pada Combustor
dengan Bahan Bakar Propana ................................................... 62
Gambar 4.25 Kondisi Nyala Api di luar Combustor dengan Bahan Bakar
Propana ..................................................................................... 62
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Luas Area Combustor ................................................................... 74
Lampiran 2 AFR Bahan Bakar Propana .......................................................... 75
Lampiran 3 AFR Bahan Bakar Acetylene ........................................................ 76
Lampiran 4 Equivalence Ratio Combustor Tipe 1, Bahan Bakar Propana...... 77
Lampiran 5 Equivalence Ratio Combustor Tipe 1, Bahan Bakar Acetylene ... 78
Lampiran 6 Equivalence Ratio Combustor Tipe 2, Bahan Bakar Propana...... 79
Lampiran 7 Equivalence Ratio Combustor Tipe 2, Bahan Bakar Acetylene ... 80
Lampiran 8 Equivalence Ratio Combustor Tipe 3, Bahan Bakar Propana...... 81
Lampiran 9 Equivalence Ratio Combustor Tipe 3, Bahan Bakar Acetylene ... 82
Lampiran 10 Besar Daya yang Dihasilkan Wall Combustor ........................... 83
Lampiran 11 Jumlah Lubang Mesh.................................................................. 86
Lampiran 12 Heat Loss .................................................................................... 87
Lampiran 13 Surface Volume Ratio ................................................................. 89
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Beberapa tahun terakhir alat elektronik menjadi bagian penting untuk
dimiliki setiap orang. Perkembangan tersebut mendorong pengembangan
pembangkit listrik skala mikro untuk menunjang kebutuhan. Tantangan yang
dihadapi dalam mengembangkan pembangkit listrik skala mikro diantaranya
berhubungan dengan aliran fluida pada micro-channel, perpindahan panas pada
micro-scale, pembakaran skala kecil, desain, dan fabrikasi. Faktor-faktor lain yang
perlu diperhatikan ialah pemilihan material yang memiliki ketahanan panas tinggi
serta dari segi fabrikasi perlu pengerjaan yang presisi (Fernandez-Pello, 2002)
Micro power generator merupakan salah satu solusi untuk menghasilkan
pembangkit listrik skala mikro lebih baik dibandingkan dengan lithium–ion baterai.
Salah satu upaya pengembangan pembangkit listrik menggunakan Micro Scale
Combustion for Micro Power Generator (MPG). Menurut (Muharyanto, Mulyadi,
& Fachri, 2017) Meso scale combustion dapat dijadikan sumber listrik skala mikro
melalui panas pembakaran yang dihasilkan. Panas yang dihasilkan merupakan dari
pembakaran yang berasal dari combustor. Bahan bakar yang digunakan pada
combustor dapat berupa bahan bakar liquid ataupun gas. Pembakaran bahan bakar
pada combustor mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi panas yang
dapat dimanfaatkan sebagai penghasil listrik. Micro power generator dapat
menghasilkan listrik dalam skala yang kecil dan memiliki bentuk yang kecil,
sehingga portable dan mudah dibawa. Data kepemilikan telepon seluler dari tahun
2012 hingga 2015 untuk wilayah desa-desa kenaikannya mencapai 6,38 %,
sedangkan untuk wilayah perkotaan kenaikan yang terjadi sebesar 2,51 %. Ditinjau
data tersebut menunjukkan pentingnya membuat aplikasi pengembangan
pembangkit listrik Micro power generator berupa micro-combustion.
Meso ataupun micro scale combustion dapat dijadikan sumber listrik seperti
baterai, serta dapat digunakan pada beberapa komponen seperti komponen alat
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 2
komunikasi, atau digunakan pada personal computer, serta kamera pemantau
(drone), serta untuk isi ulang daya (charging), dan sebagainya. Penelitian meso
scale combustion untuk micro power generator dilakukan oleh (Powell &
Aldredge, 2016). Penelitian yang dilakukan ini menggunakan material combustor
yang berbeda dengan metode komputasi. Material yang digunakan antara lain baja
tahan karat (stainless steel), alumunium oksida serta kuarsa kristal (quartz glass).
Bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini adalah ethane. Bahan bakar yang
digunakan dalam aplikasinya dapat bervariasi, seperti menggunakan hidrogen,
ethane, dan metana. Hasil penelitian tersebut menunjukkan adanya perbedaan hasil
suhu maksimum yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada combustor.
Sekarang ini, penelitian micro-combustion terdapat beberapa kendala antara
lain ialah memperoleh stabilitas nyala api di dalam combustor yang relatif sulit serta
pengerjaan geometri combustor yang rumit. Studi penelitian micro-combustion,
untuk menstabilkan nyala api dapat dilakukan dengan variasi equivalence ratio,
kecepatan inlet pembakaran serta material combustor yang digunakan untuk
mendapatkan suhu maksimum dari pembakaran. Penelitian (Jiaqiang et al., 2016)
menunjukkan bahwa tekanan inlet berpengaruh pada kecepatan, temperatur serta
specific entropy filed dari micro combustor terutama pada bagian outlet serta reaksi
yang terjadi. Menurut (Akhtar, Kurnia, & Shamim, 2015) di dalam pembakaran
bahan bakar pada combustor kecepatan inlet merupakan faktor penting, namun
bentuk penampang pada combustor dapat pula memengaruhi suhu dinding yang
dihasilkan. Selain itu, stabilitas nyala api dalam micro-combustion dapat diperoleh
dengan menggunakan wire mesh sebagai flame holder Penelitian-penelitian
tersebut, menjelaskan bahwa dalam pengembangan micro ataupun meso scale
combustion dipengaruhi beberapa faktor di antaranya bahan bakar, material
combustor, kecepatan inlet, equivalence ratio yang perlu dianalisa lebih lanjut.
Bahan bakar yang berbeda pada micro-combustion memiliki pengaruh pada
hasil pembakaran yang diperoleh. Penelitian (Tang, Xu, Shan, Pan, & Liu, 2015)
membandingkan penggunaan tiga bahan bakar yang berbeda yakni hidrogen,
metana dan propana, dari ketiga bahan bakar tersebut hidrogen memiliki rentang
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 3
kestabilan nyala api yang paling luas. Metana memiliki distribusi temperatur yang
seragam selain itu masing – masing bahan bakar tersebut dapat stabil pada ukuran
saluran yang berbeda. Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas,
peneliti memilih judul penelitian: “PENGARUH JENIS BAHAN BAKAR PADA
SINGLE STEP MICRO-COMBUSTOR TERHADAP STABILITAS NYALA
API”.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan pemaparan latar belakang di atas, dapat diidentifikasikan
beberapa permasalahan di antaranya :
1. Kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat seiring perkembangan
teknologi di Indonesia.
2. Pemanfaantan micro-combustion yang belum dimanfaatkan sebagai sumber
energi listrik skala mikro.
3. Perbedaan temperatur yang dihasilkan dengan dua bahan bakar yang berbeda
pada micro-combustion.
4. Dimensi pada micro-combustion mempengaruhi kualitas stabilitas nyala api
combustor untuk micro-combustion.
5. Bahan bakar mempengaruhi stabilitas nyala api untuk micro combustion.
C. Pembatasan Masalah
Dengan adanya keterbatasan yang dimiliki oleh peneliti, dalam melakukan
penelitian, yang melingkupi keterbatasan waktu, dan kemampuan. Peneliti
membatasi masalah penelitian dalam beberapa hal, di antaranya :
1. Stabilitas nyala api pada micro-combustion dengan combustor bertingkat
single step.
2. Pengaruh bahan bakar terhadap temperatur dinding pada kondisi nyala api
stabil di dalam combustor untuk micro-combustion.
D. Rumusan Masalah
Adapun berdasarkan batasan masalah, rumusan masalah dalam penelitianini yaitu:
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 4
1. Apakah jenis bahan bakar mempengaruhi stable flame pada visualisasi dinding
combustor dengan combustor tipe single step ?
2. Apakah perbedaan antara jenis bahan bakar acetylene dan propana terhadap
temperatur dinding pada micro-combustion dengan nyala api stabil untuk
combustor single step ?
E. Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk mengetahui:
1. Bahan bakar dapat berpengaruh pada visualisasi dinding combustor terhadap
stable flame dengan combustor tipe single step.
2. Perbedaan temperatur dinding yang dihasilkan acetylene dan propana pada
micro-combustion dengan nyala api stabil pada combustor single step.
F. Manfaat Penelitian
Manfaat dilakukannya penelitian ini, adalah:
1. Secara Teoritis :
a. Memperdalam materi mengenai heat exchanger dan konversi energi
b. Mengetahui micro power generator
c. Mengetahui micro combustion
d. Mengetahui pengaruh perbedaan bahan bakar pada micro combustion
2. Secara Praktis :
a. Mampu membuat micro scale combustion untuk micro power generator
b. Mengembangkan penelitian terkait micro scale combustion untuk micro
power generator
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
5
BAB II
KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR DAN HIPOTESIS
A. Kajian Pustaka
1. Micro Power Generator dan Perbedaan Micro Combustion dengan
Pembakaran Konvensional
a. Pengertian Micro Power Generator
Menurut (Fernandez-Pello, 2002), micro power generator adalah
perangkat yang dibuat dalam segi ukuran kecil (miniaturisasi) dan dapat
menghasilkan daya listrik kecil dalam skala mikro serta komponen yang
diperlukan kecil dan perlu pengerjaan yang presisi, contoh mesin yang dapat
digunakan ialah EDM, FBM, LBM dan sebagainya. Menurut (Maruta,
2011), micro dan meso scale dapat diaplikasikan pada aktuator, sensor,
robot, rovers, peralatan elektronik portable, pesawat udara tanpa awak,
peralatan pemanas pada industri dan sebagainya. Micro atau meso scale
memiliki kepadatan energi hidrokarbon lebih tinggi dibandingkan baterai.
(Wan, Fan, & Yao, 2016) sejalan dengan maruta, mengungkapkan dengan
“combustion based micro power generator“ dapat menjadi alternatif yang
menjanjikan karena memiliki kerapatan energi bahan bakar hidrokarbon
yang jauh lebih tinggi.
b. Perbedaan Micro Combustion dengan Pembakaran Konvensional
Micro combustion berbeda dengan pembakaran konvensional
(macro), menurut (Vijayan, 2010) beberapa faktor yang membedakan,
pertama, dari segi ukuran ruang bakar, ruang bakar micro combustion lebih
kecil dari ruang bakar pembakaran konvensional (macro). Kedua, fenomena
interfacial lebih tinggi akibat rasio permukaan terhadap volume.
Pembakaran konvensional (macro) memiliki bilangan Reynold dan Plece
nilainya besar, sehingga alirannya turbulen yang disebabkan oleh efek difusi
serta viskositas yang kecil. Pembakaran mikro adalah kebalikannya, karena
efek viskositas dan difusi mendominasi, sehingga aliran pada micro
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 6
combustion adalah laminar atau transient. Combustor yang digunakan dapat
berbeda-beda seperti (Tang, Cai, Deng, Xu, & Pan, 2017), melakukan
penelitian micro combustion dengan menggunakan dua jenis combustor
yaitu dengan menggunakan resirkulasi panas (recirculation combustor)
serta tanpa menggunakan resirkulasi panas (Single – channel combustor).
Pembakaran micro serta meso combustion diharapkan memperoleh
stabilitas nyala api pembakaran, menurut (Fudhail Abdul Munir, Hatakeda,
Mikami, & Seo, 2013), bahwa stabilitas nyala api adalah batas ketika nyala
api stabil di dekat mesh di dalam ruang bakar. Menurut (F A Munir,
T.Tokumasa, T.Seo, & M.Mikami, 2015), bahwa peningkatan suhu gas di
dalam combustor dapat meningkatkan batas semburan nyala api disebut
blowout. Stabilitas nyala api pada micro combustion dapat pula dipengaruhi
quenching pada pembakarannya. Menurut (Vijayan, 2010) untuk mengatasi
quenching terdapat tiga cara yakni: Pembakaran dengan menggunakan
catalytic, pembakaran homogen – HCCI, serta pemanasan awal reaktan.
(Vijayan, 2010) mengungkapkan pula untuk mengurangi kerugian
panas yang dihasilkan pembakaran ialah dengan flame holder. Penelitian
(Baananto, Yuliati, & Hamidi 2017), mengungkapkan bahwa menggunakan
flame holder dapat terjadi resirkulasi panas dari nyala api ke reaktan,
sehingga dapat meningkatkan distribusi temperatur ke reaktan, resirkulasi
ini terjadi di dekat flame holder. Menurut (Mikami, Maeda, Matsui, Seo, &
Yuliati, 2013), sejalan dengan penelitian (Baananto, Yuliati, & Hamidi
2017), resirkulasi pada gas yang dibakar maupun yang tidak terbakar terjadi
perpindahan panas secara konduksi pada dinding combustor dan mesh
(flame holder).
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 7
Tabel 2.1 Perbedaan Microscale Combustion dan Mesoscale Combustion
Kriteria Regime Skala Contoh AplikasiDimensi Mesoscale 1 s/d 10 mm Rotary engine
(UCB)MEMSPower
Microscale 1 s/d 1000 µm Micro reactor(UIUC)
Thruster
DiameterPemada-
manApi
Mesoscale Quenchingdimeter(equilibrium)
Swiss - rollcombustor(USC)
Powergeneration
Microscale Quenchingdiameter Mean-free path (non-equilibrium)
Fuel cellsNano -particlereactors
Energyconversion
SkalaPerang-
kat
Microscale Smaller thanconventionalengine size
Micro-thrusters(PSU) MicroGas Turbin(MIT)
MicrosatellitesMicro airplanes
Sumber : (Ju & Maruta, 2011)
Penelitian (Lei, Chen, & Lei, 2016) memberikan penjelasan bahwa
efek equivalence ratio dapat memberikan perubahan pada quenching
diameter pada pembakaran dan kecepatan inlet dapat memberikan dampak
pada quenching diameter yang diperoleh.
2. Step Combustor dan Material Stainless Steel
Material stainless steel menurut (ASM International, 2000), ialah
logam alloy yang minimum terdapat kandungan Cr sebesar 12 %. Kandungan
Cr dalam material stainless steel dapat mencegah pembentukan karat.
Beberapa material stainless steel yang mengandung lebih dari 30 % Cr atau
kurang dari 50 % besi mencapai karakteristik anti karat melalui pembentukan
formasi film oksida kromium yang kaya oksida. Elemen lain yang ditambahkan
untuk meningkatkan karakteristik tertentu di dalamnya antara lain nickel,
mangan, molybdenum, copper, titanium, silicon, niobium, aluminium, sulfur
dan selenium. Kandungan karbon normalnya sebesar 0,03 % s/d 1 %.
Sedangkan, step pada combustor merupakan combustor yang memiliki bentuk
bertingkat. Backward facing step serta jarak inlet atau unburned area memiliki
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 8
dampak pada kestabilan nyala api pada micro combustion beberapa penelitian
telah menunjukkan hal tersebut. Berikut ini penelitian mengenai backward
facing step sedangkan
Penelitian micro-combustion dilakukan guna memperoleh temperatur
maksimum pada kondisi stabilitas nyala api. Stabilitas nyala api pada
combustor, dapat dikaitkan dengan penjelasan (Peng, E, Zhang, Hu, & Zhao,
2018) bahwa combustor menggunakan backward facing step dengan
membandingkan penggunaan front cavity dan tanpa menggunakannya. Hasil
yang diperoleh front cavity memperoleh hasil yang lebih baik dengan
meningkatkan stabilitas nyala api, suhu dinding luar dan konversi efisiensi
pada combustor. Efisiensi reaksi combustor tersebut adalah :
= 1 - / dan
= ℎ ∑ ( , - ) + ∑ ( , - )
= .....................(persamaan i)
Pengunaan jarak inlet dengan menggunakan combustor bertingkat
memberikan pengaruh pada suhu ruang bakar. Menurut (Yilmaz, Yilmaz, Cam,
& Ilbas, 2018) dengan adanya variasi jarak langkah inlet tersebut memiliki
dampak pada distribusi suhu di seluruh ruang bakar. Jarak inlet dapat
meningkatkan distribusi suhu dinding luar dari combustor. Jarak inlet dapat
pula meningkatkan laju konversi energi kimia ke panas.
(W. M. Yang, Chou, Shu, Li, & Xue, 2002) penelitian micro-
combustion dengan combustor menggunakan material stainless steel dengan
berbahan bakar H2 / air. Bentuk combustor menggunakan 3 tipe combustor
yang berbeda-beda. Hasil yang diperoleh combustor dengan backward facing
step sangat efektif dalam mengontrol posisi dari nyala api. Backward facing
step dapat pula memperluas jangkauan operasi berdasarkan kecepatan inlet dan
rasio H2 / air. Penelitian ini menjelaskan pembakaran terjadi dalam dua
langkah, antara lain: Pembakaran di dekat dinding dikarenakan memiliki
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 9
bentuk backward facing step, dan pembakaran di dekat lubang keluar
dikarenakan adanya produk panas di dekat dinding sehingga suhu tinggi serta
seragam di dalam combustor dapat dicapai. Uraian penelitian di atas dapat
digarisbawahi bahwa penggunaan step combustor, dan panjangnya inlet dapat
digunakan menstabilkan nyala api.
3. Bahan Bakar untuk Combustor
a. Acetylene (C2H2)
Tabel 2.2 Sinonim dan Rumus Kimia Acetylene
Material Keterangan
Acetylene Rumus Kimia :Sinonim : Acetylen, Ethine, Ethyne,Narcylene. Komponen Asetilin : CAS74-68-2
Sumber : (Praxair, 2005)
Acetylene adalah gas yang memiliki bau menyengat, tidak berwarna
dan sangat mudah terbakar (Khader Basha & Rao, 2015), Sifat Acetylene
menjadi sangat eksplosif jika dicampur dengan udara ataupun dipanaskan
serta dikompres. Sifat eksplosif dihasilkan oleh reaksi kimia langsung yang
terjadi antara kalsium karbida dan air sehingga menghasilkan gas acetylene
dan bubur karbonat. (Kariuki & Balachandran, 2010), menjelaskan bahwa
dalam penelitian acetylene dipilih karena kecepatan pembakaran acetylene
relative cepat. Acetylene memiliki quenching distance kecil (pada kondisi
atmosfer adalah 0.76 mm). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa
equivalence ratio berpengaruh pada perambatan nyala api pada percobaan
pembakaran campuran premixed acetylene gas dan udara dengan aliran
laminar. Acetylene memiliki karakteristik heat of combustion sebesar 1300
Kj/mol (engineeringtoolbox.com, 2017), selain itu Gros Heating Value
1498 Btu/ft3 dan Net Heating Value 1447 Btu/ft3 (engineeringtoolbox,
2005).
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 10
Tabel 2.3 Sifat Fisika Asetilin
Sifat Fisika AsetilenBerat molekul 26.038Tekanan uap cairan murni pada 21°C (bukantekanan silinder)
43.8
Volume spesifik pada 15.6 °C, 1 atm 902.9 ml/gTitik didih pada 1.22 atm -75 °CTitik sublimasi pada 1 atm -84 °CTripple point at saturation pressure -80.8 °CBerat Jenis, gas pada 15.6 °C , 1 atm (udara =1)
0.9057
Massa jenis, gas pada 0 °C, 1 atm 1.1709 g/lTemperatur kritis 36.3 °CTekanan kritis 62.4 barKepadatan kritis 0.231 g/mlPanas latent dari sublimasi pada -84 °C 193.46 cal/gPanas latent fusi di titik tripple 23.04 cal/gBatas yang mudah terbakar di udara 2.5 s/d 81.0 % by volume
Suhu pengapian-otomatis 335 °CPanas bruto dari pembakaran pada 15.6 °C, 1atm
13.2 cal/cc
Panas Spesifik, gas pada 25 °C, 1 atm : CρC
Rasio Cρ / C
0.4047 cal/g°C0.3212 cal/g°C1.26
Konduktivitas termal, gas pada 0 °C 4.8 x 10-5 cal/s cm2°C/cmViskositas gas pada 25 °C, 1 atm 0.00943 cPEntropi, gas pada 25 °C, 1 atm 1.843 cal/g °CKelarutan dalam air pada 0 °C, 1 atm 1.7 vol/vol O
Sumber : (Carson & Mumford, 2013)
b. Gas Propana
Sifat gas propana menurut (Parkash Surinder, 2010) memiliki titik
didih pada kondisi 1 ATM ialah -43,75 oF, Temperatur kritis sebesar 206,06oF. Tekanan kritis gas propana 616,00 lb/in2, Specific gravity 60/60 oF serta
Vapor pressure at 100 oF lb/in2. Gas propana memiliki Gross heating value
2575 Btu/ft3, Net heating value 2371 Btu/ft3 (engineeringtoolbox, 2005),
heat of combustion propana 2220 Kj/mol (engineeringtoolbox.com, 2017).
Gas propana dalam pengunaan untuk micro combustion dapat menghasilkan
stabilitas nyala api pada kondisi kecepatan inlet serta equivalence ratio yang
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 11
berbeda. (F.A Munir et al., 2013) menunjukkan bahwa gas propana sebagai
bahan bakar micro combustion memiliki flame stabilization limit yang
maksimum pada equivalence ratio antara 1.0 s.d 1.2 pada quartz glass
combustor dengan kombinasi daerah pembakaran (panjang daerah burned 5
mm,10 mm, dan 30 mm) terhadap panjang daerah unburned 10 mm tanpa
pemansan.
(Muharyanto et al., 2017) melakukan penelitian dengan meso scale
combustor serta macro scale combustor. Bahan bakar yang digunakan ialah
LPG. Penelitian ini menunjukkan bahwa perbedaan diameter combustor
mempengaruhi besar daya serta efisiensi yang dihasilkan oleh combustor.
Penelitian (Kustanto, Wardana, Sasongko, & Yuliati, 2015), dengan
menggunakan bahan bakar ethanol sebagai bahan bakar utama dan LPG
sebagai bahan bakar campuran. Penelitian ini menunjukkan bahwa bahan
bakar combustor dengan ethanol murni ataupun penambahan LPG sebesar
5 % memiliki kecepatan nyala api yang lebih cepat dibandingkan dengan
LPG. Penambahan LPG pada campuran ethanol hingga 15 s/d 20 %
kecepatan nyala api yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan ethanol
namun lebih besar dibandingkan dengan LPG. Visualisasi nyala api, dengan
bahan bakar LPG tanpa ethanol nyala api yang dihasilkan lebih cerah.
Kandungan LPG semakin berkurang pada campuran bahan bakar ethanol
pada combustor tingkat kecerahan nyala api semakin berkurang.
Penelitian (Adiwidodo, Wardana, Yuliati, & Nursasongko, 2015)
menggunakan LPG sebagai bahan bakar dan oksigen sebagai oksidatornya
dan digunakan pada combustor tipe rectangular. Penelitian ini
menunjukkan posisi chamber memiliki pengaruh pada peta stabilitas nyala
api. Equivalence ratio kurang dari 2, penambahan panas akibat heat
recirculation yang baik dapat mengubah grafik kestabilan nyala api
sedangkan pada equivalence ratio di atas 2 hasilnya relatif sama.
Penggunaan bahan bakar pada combustor dapat berbeda-beda, menurut
(Tang et al., 2015) combustor stainless steel dengan tiga bahan bakar yang
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 12
berbeda yakni metana, propana serta hidrogen. Bahan bakar yang berbeda
tersebut berpengaruh pada beberapa hal, di antaranya pertama, kecepatan
inlet meningkatkan kecerahan (panas pembakaran) pada dinding luar serta
area temperatur. Campuran hidrogen dan udara memiliki rentang kestabilan
nyala api lebih luas dibandingkan dengan metana dan propana. Kedua, pada
input energi yang sama hasil temperatur hidrogen tertinggi. Metana suhu
rata-ratanya tertinggi dan distribusi temperatur paling seragam. Ketiga,
ketinggian pembakaran untuk tetap stabil dari masing-masing bahan bakar
berbeda.
4. Aliran fluida, Reaksi Kimia Hidrokarbon dan Rumus Perhitungan
a. Aliran fluida
Menurut (Ifan Rohadi, 2016) terdapat dua aliran berdasarkan
bilangan Reynold yang dimiliki, yakni aliran laminar dan turbulen. Aliran
fluida laminar serta turbulen memiliki perbedaan, pertama dari kedua aliran
ini ialah bilangan Reynold pada aliran laminar kurang dari 2.300 sedangkan
pada aliran turbulen bilangan Reynold yang dimiliki ialah lebih dari 4.000.
Perbedaan kedua ialah pada aliran laminar pergerakan partikelnya beraturan
sehingga tidak terjadi perpotongan antar partikel dan membentuk lamina
namun pada aliran turbulen terjadi perpotongan antar partikel akibat
pergerakannya acak.
b. Reaksi Kimia Pembakaran Stoikimetri pada Bahan Bakar
Hidrokarbon
Menurut (Ling, 2006) reaksi pembakaran untuk bahan bakar
hidrokarbon ialah:
(α + - ) ( + 3.76 )
+ O + 3.76 (α + - ) ....................................... (persamaan ii)
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 13
c. Rumus perhitungan
Perhitungan ER (Equivalence Ratio) menurut (El-Mahallawy & Din
Habik, 2002), didefinisikan rasio perbandingan bahan bakar dengan udara
yakni pada kondisi aktual dan stoikiometri. Equivalence ratio yang
dihasilkan dapat diperoleh dalam tiga kondisi yakni, apabila kurang dari satu
merupakan campuran kurus, sama dengan satu merupakan campuran
stoikiometri dan lebih dari satu merupakan campuran kaya. Perhitungan
equivalence ratio dapat dilakukan dengan rumus berikut :
∅ = ..............................(persamaan iii)
Velocity of flow dan bilangan Reynolds dapat dihitung dengan menggunakanrumus-rumus berikut (Osueke & Onokwai, 2015):
Velocity of flow :
V =ṁ. ........................................(persamaan iv)
Bilangan Reynolds :
Re = = ....................... (persamaan v)
Total heat loss rate menurut (F.A Munir, 2016) dihitung dengan
menggunakan rumus:
q = h ( − ) ................. (persamaan vi)
B. Kerangka Berpikir
Kebutuhan energi di Indonesia, mengalami peningkatan terutama energi
listrik yang digunakan. Selain itu pertambahan kepemilikan alat komunikasi di
masyarakat diperlukan pengembangan pembangkit listrik skala kecil (mikro) yang
dapat dibawa dengan mudah (portable). Penelitian ini dilakukan pada micro scale
combustion, yang merupakan micro power generator. (Fernandez-Pello, 2002),
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 14
menyatakan micro power generator adalah perangkat yang dibuat dalam segi
ukuran kecil (miniaturisasi) dan dapat menghasilkan daya listrik kecil dalam skala
mikro. Menurut (Maruta, 2011), micro scale combustion dapat dimanfaatkan pada
peralatan elektronik portable, sensor, aktuator dan sebagainya. Combustion dapat
menghasilkan stabilitas nyala api serta temperatur maksimum yang berbeda.
Menurut (Khader Basha & Rao, 2015), sifat acetylene menjadi sangat eksplosif jika
dicampur dengan udara ataupun dipanaskan serta dikompres. Sifat eksplosif
dihasilkan oleh reaksi kimia langsung yang terjadi antara kalsium karbida dan air
sehingga menghasilkan gas acetylene dan bubur karbonat. Menurut (F.A Munir et
al., 2013) bahwa gas propana dapat memiliki flame stabilization limit yang
maksimum dengan equivalence ratio 1.0 maka berdasarkan uraian kedua bahan
bakar tersebut pada penelitian ini menggunakan combustor bertingkat single step
dengan bahan bakar acetylene dan propana. Kondisi nyala api stabil, pada kedua
bahan bakar akan diperoleh pengaruh berupa hasil temperatur, serta visual dinding
combustor kedua bahan bakar. Pengaruh bahan bakar yang diperoleh pada micro
combustion dapat menjadi pengembangan micro combustion sebagai micro power
generator. Bahan bakar dengan hasil lebih tinggi dan cocok dapat dikembangkan
untuk micro combustion, sehingga menjadi potensi sumber energi pada penggunaan
micro combustion sebagai micro power generator untuk masa depan.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 15
Gambar 2.1 Kerangka Berpikir
C. Hipotesis
Berdasarkan uraian literatur di atas, dapat diambil hipotesis bahwa jika
perbedaan bahan bakar yang digunakan yakni acetylene serta propana dapat
berpengaruh pada stabilitas nyala api dan dapat terlihat secara visual pada dinding
combustor. Bahan bakar acetylene dan propana memiliki pengaruh yang berbeda
pada temperatur dinding combustor yang dihasilkan untuk micro combustion.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
16
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kerja Bangku, Program Studi
Pendidikan Teknik Mesin, Kampus V, Universitas Sebelas Maret, Jalan
Ahmad Yani 200 A, Pabelan, Kartasura, Sukoharjo.
2. Waktu Penelitian
Proses penelitian berlangsung selama bulan April s.d Agustus 2018. Waktu
penelitian terhitung setelah pengajuan judul hingga penyelesaian laporan
skripsi. Adapun jadwal kegiatan yang dilaksanakan sebagai berikut:
a. Pengajuan Judul : April 2018
b. Penyusunan Proposal : April 2018 s.d Mei 2018
c. Seminar Proposal : Mei 2018
d. Revisi proposal : Mei 2018
e. Perizinan : Mei 2018
f. Pelaksanaan Penelitian : Mei 2018 s.d Juni 2018
g. Analisis Data : Juni s.d Juli 2018
h. Penyusunan Laporan Skripsi : Juli 2018 s.d September 2018
i. Ujian Skripsi : Oktober 2018
j. Revisi Laporan Skripsi : Oktober 2018-November 2018
B. Desain Penelitian
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah metode
eksperimen. Kegiatan penelitian yang dilakukan adalah mempersiapkan alat dan
bahan penelitian, melaksanakan penelitian, mengambil data penelitian serta analisis
data penelitian. Pengambilan data dilakukan dengan mengukur temperatur, serta
mendapatkan gambar secara visual pada nyala api yang stabil. Penelitian ini
dilakukan guna mengetahui pengaruh perbedaan bahan bakar yang digunakan pada
pembakaran di dalam micro-combustor.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 17
C. Teknik Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data yang dilakukan sebagai berikut :
1. Identifikasi Variabel
a. Variabel Bebas (Independen), pada penelitian ini, menggunakan dua variasi
jenis bahan bakar yakni, acetylene dan propana. Selain itu variasi bentuk
combustor, perbedaan variasi combustor yakni pada panjang burned area
dan unburned area combustor dengan menggunakan tiga bentuk.
Combustor tipe 1 (burned area 10 mm, unburned area 40 mm), Combustor
tipe 2 (burned area 20 mm, unburned area 30 mm), Combustor tipe 3
(burned area 20 mm, unburned area 40 mm)
b. Variabel Terikat (Dependen), variabel terikat yang digunakan ialah
stabilitas nyala api, dengan ditunjukkan visualisasi (gambar) nyala api yang
stabil pada setiap bahan bakar acetylene dan propana pada setiap tipe
combustor. Temperatur didapatkan ketika nyala api stabil pada dua jenis
bahan bakar untuk setiap tipe combustor.
c. Variabel Kontrol, Penelitian ini menggunakan variabel kontrol yakni :
single step stainless steel micro combustor with single wire mesh, non
premixed fuel-air mixture, aliran laminar, tekanan 0.5 bar, Equivalence ratio
1.0.
2. Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data yang digunakan pada penelitian ini menggunakan
metode pengukuran. Pengukuran data dilakukan berdasarkan data penelitian
(data primer) yang diperoleh melalui hasil eksperimen. Pengukuran-
pengukuran yang dilakukan di antaranya:
a. Pengukuran temperatur nyala api yang stabil
Pengukuran temperatur nyala api yang stabil dilakukan dengan
menggunakan termokopel tipe K. Termokopel tipe K diletakkan pada
bagian dinding luar combustor. Termokopel dipasang pada bagian ujung
burned area serta bagian pangkal burned area.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 18
b. Pengambilan gambar visual (foto) dengan menggunakan kamera pada
kondisi nyala api stabil. Gambar stabilitas nyala api diambil dengan
menggunakan kamera yang diletakkan pada bagian hilir combustor. Bagian
hilir ini berada di depan (ujung burned area). Dinding combustor gambar
diperoleh pada bagian samping combustor.
D. Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian yang digunakan merupakan alat serta bahan dalam menunjang
pelaksanaan penelitian, antara lain :
1. Bahan penelitian
a. Gas acetylene
Gambar 3.1 Gas Acetylene(Sumber : Dokumentasi pribadi)
Gas acetylene digunakan sebagai salah satu bahan bakar combustor,
acetylene sifatnya berbau dan mudah terbakar.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 19
b. Kompresor
Gambar 3.2 Kompresor & selang(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Kompresor berfungsi sebagai pemasok udara / sumber udara yang
dialirkan ke combustor. Penelitian ini menggunakan jenis oksidator berupa
udara.
c. Gas propana
Gambar 3.3 Gas Propana(Sumber : Dokumentasi pribadi)
Gas propana digunakan sebagai salah satu bahan bakar combustor, sifat
bahan bakar propana yang berwarna biru ketika terbakar serta dapat
menghasilkan panas yang stabil, sehingga dapat digunakan pada micro
combustion.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 20
2. Alat-alat penelitian
a. Pengaturan Alat Eksperimen
Gambar 3.4 Experimental Set Up
b. Mass Flowmeter (fuel dan udara)
Gambar 3.5 Mass Flowmeter(Sumber : Dokumentasi pribadi)
Mass flowmeter sebagai alat untuk mengetahui besar laju aliran
bahan bakar serta udara ke combustor. Flowmeter terdapat 3 jenis yakni
bermaterialkan red sapphire, black glass dan stainless steel dengan rentang
yang berbeda sesuai bahan bakar atau udara yang digunakan. Jenis flow
112-02-GL : untuk udara, material black glass minimal flow 27,8 g/ml dan
maksimal 370,6 g/ml. Material sapphire min flow : 43,7 g/ml dan maks flow
: 513,3 g/ml. Material stainless steel, min flow : 86,6 g/ml dan maks flow :
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 21
816,0 g/ml. Jenis flow 032-41, Material black glass min flow 2,5 g/ml dan
maks flow : 46,6 g/ml. Material sapphire, min flow : 4,0 g/ml dan maks flow
: 73,1 g/ml. Material Stainless steel, min flow 8,3 g/ml dan maks flow 138,3
g/ml. Jenis flowmeter 042-15, material black glass min flow :1,6 g/ml dan
maks flow 18,3 g/ml. Material sapphire min flow : 2,5 g/ml dan maks flow
29,1 g/ml. Material stainless steel min flow 5,0 g/ml dan maks flow 58,7
g/ml.
c. Combustor Tipe 1, Tipe 2 dan Tipe 3
Ketiga jenis combustor memiliki diameter yang sama yakni untuk Di
unburned 3,5 mm dan Di burned 4,5 mm dengan panjang sesuai gambar
dimensi yang di tunjukkan gambar 3.6 s/d 3.11. Combustor tipe 1 (panjang
burned area10 mm. dan unburned area 40 mm). Combustor tipe 2
(panjang burned area 20 mm dan unburned area 30 mm). Combustor tipe
3 (panjang burned area 20 mm dan unburned area 40 mm).
Gambar 3.6 Combustor Tipe 1(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 22
Gambar 3.7 Dimensi Combustor Tipe 1
Gambar 3.8 Combustor Tipe 2(Sumber : Dokumentasi pribadi)
Gambar 3.9 Dimensi Combustor Tipe 2
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 23
Gambar 3.10 Combustor Tipe 3(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Gambar 3.11 Dimensi Combustor Tipe 3
d. Selang dan nepel
Gambar 3.12 Nepel(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 24
Selang dan nepel berfungsi sebagai media mengalirkan aliran bahan bakar
serta udara dari sumber bahan bakar maupun udara ke flowmeter serta ke
combustor.
e. Statik holder untuk combustor
Gambar 3.13 Statik holder untuk combustor(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Statik holder untuk combustor berfungsi sebagai pemegang / dudukan
combustor.
f. Meja
Gambar 3.14 Meja(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Meja digunakan sebagai penyangga alat-alat penunjang seperti statik
holder, flowmeter.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 25
g. Stainless steel wire mesh
Gambar 3.15 Stainless steel wire mesh 60(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Stainless steel wire mesh berfungsi untuk menambah stabilitas nyala api
di dalam combustor. Stainless steel wire mesh di letakkan antara burned
area dan unburned area
h. Termokopel tipe K
Gambar 3.16 Termokopel Tipe K(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Termokopel tipe K berfungsi sebagai alat ukur temperatur pada dinding
combustor pada kondisi nyala api stabil. Batas temperatur minimum
temperatur termokopel tipe K sebesar -200 oC, dan temperatur maksimum
sebesar 1200 oC.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 26
i. Kamera
Gambar 3.17 Kamera(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Kamera berfungsi alat mendokumentasi secara visual pada alat-alat /
instrumen penelitian serta kondisi nyala api stabil yang diperoleh.
j. Pemantik api
Gambar 3.18 Pemantik Api(Sumber : Dokumentasi Pribadi)
Pemantik api berfungsi sebagai sumber api, saat pembakaran bahan bakar
di dalam combustor.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 27
k. Stopwatch
Gambar 3.19 Stopwatch(Sumber: Dokumentasi Pribadi)
Stopwatch digunakan sebagai penghitung waktu, pada eksprimen ini.
E. Teknik Analisis Data
Penelitian ini menggunakan analisis data dekriptif kuantitatif. Teknik analisis data
dekriptif kuantitatif ini digunakan dengan metode komparatif, untuk
membandingkan pengaruh dan sebab - akibat dari variabel – variabel yang
digunakan dengan cara menjabarkan dari data yang dihasilkan.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 28
F. Prosedur Penelitian
1. Diagram alir penelitian
Gambar 3.20 Diagram Alir Penelitian
2. Studi Pustaka
Studi pustaka merupakan kegiatan peneliti dalam mencari literatur
sebagai sumber referensi dan bahan materi mengenai pengaruh jenis bahan
bakar pada micro combustor untuk pengajuan proposal skripsi, setelah
disetujui dilanjutkan penelitian serta pengambilan data.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 29
3. Langkah – langkah penelitian
a. Eksperimen menggunakan combustor tipe 1
1) Langkah persiapan
a) Menyiapkan fuel dan kompresor
b) Menyiapkan flowmeter serta termokopel tipe K
c) Menyiapkan selang dan nepel
d) Menyiapkan combustor tipe 1
e) Menyiapkan kamera
f) Memasang mesh ke dalam combustor dan mengelem sebagian
unburned area ke pipa tembaga dengan lem keramik
2) Langkah pelaksanaan
a) Memasang selang bahan bakar dan kompresor
b) Memasang selang dan nepel
c) Memasang flowmeter
d) Memasang combustor
e) Memasang termokopel pada ujung wall burned area (temperatur
1) dan di bagian pangkal burned area (temperatur 2)
f) Menghidupkan api pada combustor
g) Memposisikan stable flame dengan ER 1.0
h) Setelah stable flame, 4 menit kemudian mematikan stopwatch dan
stable flame yang telah terbentuk dimatikan, hingga dinding wall
kembali ke temperatur lingkungan
i) Mengulangi langkah a) s/d i), dengan dua bahan bakar yakni
Acetylene dan Propana
3) Langkah pengukuran
a) Pengukuran temperatur menggunakan termokopel tipe K.
b) Menghitung waktu dengan stopwatch.
c) Pengambilan gambar visual (foto) kondisi stable flame.
b. Eksperimen pada combustor tipe 2 dan combustor tipe 3, langkah persiapan,
langkah pelaksanaan serta langkah pengukuran dilaksanakan seperti pada
combustor tipe 1
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
30
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. HASIL PENELITIAN
1. Deskripsi Data
Menurut (Fernandez-Pello, 2002) micro power generator adalah
perangkat yang dibuat dalam segi ukuran kecil (miniaturisasi) dan dapat
menghasilkan daya listrik kecil dalam skala mikro serta komponen yang
diperlukan kecil dan perlu pengerjaan yang presisi. (Baananto, Yuliati, &
Hamidi 2017) mengungkapkan bahwa menggunakan flame holder dapat terjadi
resirkulasi panas dari nyala api ke reaktan, sehingga dapat meningkatkan
distribusi temperatur ke reaktan, resirkulasi ini terjadi di dekat flame holder.
(Yilmaz et al., 2018) dengan adanya variasi jarak langkah inlet tersebut memiliki
dampak pada distribusi suhu di seluruh ruang bakar, serta dapat meningkatkan
distribusi suhu dinding luar dari combustor.
(W. M. Yang et al., 2002) combustor menggunakan material stainless
steel dengan bahan bakar H2 / air, dengan bentuk combustor yang digunakan
menggunakan 3 tipe combustor yang berbeda. Hasil yang diperoleh combustor
dengan backward facing step sangat efektif dalam mengontrol posisi dari nyala
api. (Fudhail Abdul Munir et al., 2013) menunjukkan bahwa gas propana sebagai
bahan bakar micro combustion memiliki flame stabilization limit yang
maksimum pada equivalence ratio antara 1.0 s.d 1.2 pada quartz glass
combustor. (Fudhail Abdul Munir et al., 2013) mengungkapkan pula bahwa
stabilitas nyala api adalah batas ketika nyala api stabil di dekat mesh di dalam
ruang bakar. Menurut (Khader Basha & Rao, 2015) Acetylene adalah gas yang
memiliki bau menyengat, tidak berwarna dan sangat mudah terbakar. Sifat
acetylene menjadi sangat eksplosif jika dicampur dengan udara ataupun
dipanaskan serta dikompresi. Penggunaan bahan bakar pada combustor dapat
berbeda-beda, menurut (Tang et al., 2015) pada combustor stainless steel dengan
tiga bahan bakar yang berbeda yakni metana,
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 31
propana serta hidrogen. Ketiga bahan bakar memiliki perbedaan di antaranya
temperatur yang diperoleh keseragaman distribusi temperatur yang dimiliki.
a. Data Temperatur Combustor Tipe 1 dengan Bahan Bakar Acetylene
Tabel 4.1 Combustor Tipe 1 Acetylene
Waktu(Second)
Rata-RataTemperatur
DindingDepan (oC)
Rata-rataTemperatur
DindingBelakang
(oC)
Rata-rataTemperaturAkhir (oC)
10 103,50 97,38 100,4420 165,63 109,75 137,6930 123,88 117,00 120,4440 115,50 120,75 118,1350 119,50 117,50 118,5060 116,38 116,88 116,6370 118,38 110,38 114,3880 119,00 113,38 116,1990 117,63 112,63 115,13100 119,50 111,25 115,38110 118,00 107,88 112,94120 116,50 105,88 111,19130 118,75 108,13 113,44140 112,88 106,50 109,69150 117,38 106,75 112,06160 115,50 104,75 110,13170 115,25 102,88 109,06180 113,13 102,88 108,00190 111,38 105,50 108,44200 111,63 109,00 110,31210 114,63 105,13 109,88220 110,63 105,00 107,81230 115,25 107,13 111,19240 114,50 105,13 109,81
Berdasarkan Tabel 4.1 di atas, terdapat perbedaan temperatur antara
temperatur depan (ujung burned area ) dan belakang (pangkal burned area).
Combustor 10.40, dengan bahan bakar acetylene temperatur depan lebih tinggi
dibandingkan dengan temperatur belakang. Tabel 4.1 menunjukkan 50 detik
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 32
pertama pada combustor tipe 1, mengalami peningkatan pada kedua temperatur
dinding. Temperatur dinding, burned area di bagian depan mengalami
kenaikan yang pesat pada 20 detik awal. Temperatur maksimum pada 50 detik
pertama mencapai hingga 165,63 oC. Rentang temperatur tertinggi pada 50
detik pertama bagian depan ialah sebesar 62,13 oC. Distribusi panas pada 50
detik kedua bagian depan burned area, temperatur tertinggi diperoleh 119,50oC pada detik ke-100. Rentang temperatur tertinggi mencapai 3,15 oC. Kondisi
temperatur bagian depan pada 50 detik ketiga, temperatur maksimum yang
dicapai ialah 118,75 oC. Rentang temperatur tertinggi yang diperoleh pada 50
detik ketiga ialah 5,87 oC. Distribusi temperatur pada dinding bagian depan
untuk 50 detik keempat temperatur tertinggi mencapai 115,5 oC. Rentang
temperatur tertinggi mencapai 4,12 oC. Temperatur dinding depan pada 50
detik kelima, temperatur tertinggi mencapai 115,25 oC. Rentang temperatur
tertinggi diperoleh 4,62 oC.
Distribusi panas pada bagian belakang combustor tipe 1 berbahan bakar
acetylene pada 50 detik awal mengalami peningkatan seperti halnya temperatur
depan dinding combustor. Temperatur tertinggi diperoleh 120,75 oC dengan
rentang temperatur tertinggi sebesar 23,37 oC. Distribusi panas pada 50 detik
kedua bagian belakang combustor, temperatur tertinggi mencapai 116,88 oC
dengan rentang temperatur yang dicapai ialah 6,5 oC. Kondisi pada 50 detik
ketiga, temperatur tertinggi diperoleh sebesar 108,13 oC, dengan rentang
temperatur tertinggi dicapai sebesar 2,25 oC. Distribusi panas dinding bagian
belakang combustor pada 50 detik keempat, temperatur tertinggi mencapai 109oC dengan rentang temperatur tertinggi pada 50 detik keempat ialah sebesar
6,12 oC. Kondisi 50 detik kelima temperatur tertinggi yang diperoleh ialah
sebesar 107,13 oC dengan rentang temperatur tertinggi pada kondisi ini ialah
2,13 oC.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 33
Gambar 4.1 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan DindingBelakang Combustor Tipe 1 Gas Acetylene.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 34
b. Data Temperatur Combustor Tipe 2 dengan Bahan Bakar Acetylene
Tabel 4.2 Combustor Tipe 2 Acetylene.
Waktu(second)
Rata-rataTemperatur
DindingDepan (oC)
Rata-rataTemperatur
DindingBelakang
(oC)
Rata-rataTemperaturAkhir (oC)
10 406,75 149,50 278,1320 419,42 276,58 348,0030 469,58 389,50 429,5440 535,92 405,67 470,7950 602,75 414,17 508,4660 550,67 424,58 487,6370 540,17 422,75 481,4680 545,00 419,08 482,0490 531,08 416,17 473,63100 523,42 419,17 471,29110 522,42 414,25 468,33120 519,08 415,08 467,08130 513,83 412,75 463,29140 504,08 412,58 458,33150 506,58 412,17 459,38160 507,58 409,25 458,42170 505,58 406,00 455,79180 489,17 408,17 448,67190 487,33 408,33 447,83200 499,08 406,83 452,96210 508,17 402,75 455,46220 496,58 405,58 451,08230 490,08 409,92 450,00240 492,42 402,75 447,58
Berdasarkan Tabel 4.2 di atas, terjadi perbedaan temperatur depan
(ujung burned area) dan temperatur belakang (pangkal burned area).
Temperatur depan (ujung burned area) mengalami kenaikan yang signifikan
pada 50 detik awal. Temperatur tertinggi hingga detik ke-50 ialah sebesar
602,75 oC. Rentang temperatur tertinggi 50 detik awal ialah 196 oC. Pergerakan
temperatur pada 50 detik ke dua, temperatur depan tertinggi diperoleh pada
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 35
detik ke-60 sebesar 550,67 oC. Rentang temperatur 50 detik kedua diperoleh
sebesar 27,25 oC. Kondisi temperatur depan untuk 50 detik ketiga temperatur
tertinggi terjadi pada detik ke-110 sebesar 522,42 oC. Rentang temperatur
tertinggi sebesar 18,34 oC.
Pergerakan distribusi panas ke dinding luar combustor tipe 2 sesuai
gambar 4.2 di atas pada 50 detik keempat, temperatur tertinggi mencapai
507,58 oC yakni pada detik ke-160 dan temperatur terendah mencapai 487,33oC. Rentang temperatur tertinggi ialah 20,25 oC. Pengukuran temperatur pada
50 detik kelima temperatur tertinggi didapatkan pada detik ke-210 sebesar
508,17 oC. Rentang temperatur tertinggi yang diperoleh sebesar 18,09 oC. Hasil
temperatur belakang yang diperoleh, pada 50 detik pertama temperatur
belakang tertinggi diperoleh sebesar 414,1667 oC. Rentang temperatur tertinggi
sebesar 264,67 oC. Temperatur tertinggi pada 50 detik kedua diperoleh pada
detik ke-60 sebesar 424,58 oC. Rentang temperatur tertinggi mencapai sebesar
8,41 oC. Kondisi pada 50 detik ketiga temperatur tertinggi diperoleh sebesar
415,08 oC. Rentang temperatur tertinggi pada 50 detik ketiga sebesar 2,91 oC.
Temperatur belakang pada 50 detik keempat, temperatur tertinggi diperoleh
sebesar 409,25 oC. Rentang temperatur tertinggi pada 50 detik keempat sebesar
3,25 oC. Kondisi temperatur belakang pada 50 detik kelima, temperatur
tertinggi sebesar 409,92 oC dengan rentang temperatur tertinggi sebesar 7,17oC
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 36
Gambar 4.2 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan DindingBelakang Combustor Tipe 2 Gas Acetylene
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 37
c. Data Temperatur Combustor Tipe 3 dengan Bahan Bakar Acetylene
Tabel 4.3 Combustor Tipe 3 Acetylene
Waktu(Second)
Rata-rataTemperatur
DindingDepan (oC)
Rata-rataTemperatur
DindingBelakang
(oC)
Rata-rataTemperaturAkhir (oC)
10 230,42 251,00 240,7120 409,00 443,58 426,2930 442,75 493,92 468,3340 409,17 513,33 461,2550 406,00 514,33 460,1760 405,33 511,33 458,3370 407,17 514,33 460,7580 396,92 507,75 452,3390 395,83 502,75 449,29
100 388,92 508,17 448,54110 394,83 500,00 447,42120 395,33 491,67 443,50130 381,25 484,17 432,71140 386,25 493,08 439,67150 383,00 488,83 435,92160 388,83 491,42 440,13170 383,75 493,00 438,38180 384,33 494,67 439,50190 384,67 485,25 434,96200 386,58 486,92 436,75210 379,08 478,75 428,92220 383,92 488,67 436,29230 385,25 480,83 433,04240 382,33 476,17 429,25
Berdasarkan tabel 4.3 di atas, terdapat perbedaan temperatur antara
temperatur dinding depan (ujung burned area) dan temperatur dinding
belakang (pangkal burned area). Distribusi panas pada dinding combustor dari
gambar menunjukkan perbedaan. Temperatur depan terjadi peningkatan tajam
pada 50 detik pertama. Temperatur tertinggi di 50 detik pertama sebesar 442,75oC terjadi pada detik ke-30 dengan rentang temperatur tertinggi ialah sebesar
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 38
212,33 oC. Temperatur tertinggi pada 50 detik kedua ialah 407,17 oC pada detik
ke-70 dengan rentang temperatur tertinggi pada 50 detik kedua ialah sebesar
18,25 oC . Temperatur dinding pada 50 detik ketiga mencapai 395,33 oC terjadi
pada detik ke-120. Rentang temperatur tertinggi pada 50 detik ketiga ialah
14,08 oC. Panas pada ujung burned area untuk 50 detik keempat, temperatur
tertinggi mencapai 388,83 oC. Rentang temperatur tertinggi diperoleh sebesar
5,08 oC. Besar temperatur tertinggi, untuk 50 detik terakhir mencapai 385,25oC. Rentang temperatur pada 50 detik kelima ialah 6,17 oC.
Temperatur belakang combustor tipe 3 dengan bahan bakar acetylene,
peningkatan temperatur dinding pada 50 detik pertama terjadi lebih stabil
dibandingkan dengan temperatur depan. Temperatur tertinggi yang dicapai
pada kondisi ini sebesar 514,33 oC besar rentang temperatur tertinggi diperoleh
263,33 oC. Distribusi panas di dinding temperatur belakang pada 50 detik
kedua tidak menunjukkan perbedaan temperatur yang signifikan. Perbedaan
temperatur selama 50 detik kedua memiliki rentang tertinggi adalah 11,58 oC.
Temperatur tertinggi yang diperoleh ialah 514,333 oC pada detik ke -70. Detik
50 ketiga temperatur belakang memiliki rentang tertinggi ialah 12 oC.
Temperatur tertinggi pada 50 detik ketiga ialah 500 oC rentang temperatur
tertiggi diperoleh sebesar 15,83 oC. Kondisi 50 detik keempat rentang tertinggi
temperatur dinding belakang ialah 9,42 oC dengan temperatur tertinggi yang
diperoleh sebesar 494,75 oC. Sedangkan, temperatur pada 50 detik tertinggi
dicapai sebesar 488,67 oC dan rentang temperatur tertinggi sebesar 12,5 oC
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 39
Gambar 4.3 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan DindingBelakang Combustor Tipe 3 Gas Acetylene.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 40
d. Data Temperatur Combustor Tipe 1 dengan Bahan Bakar Propana
Tabel 4.4 Combustor Tipe 1 Propana
Waktu(Second)
Rata-rataTemperatur
DindingDepan (oC)
Rata-rataTemperatur
DindingBelakang
(oC)
Rata-RataTemperaturAkhir (oC)
10 73,25 63,25 68,2520 153,00 114,75 133,8830 169,00 143,25 156,1340 186,63 165,13 175,8850 199,25 175,50 187,3860 203,00 176,88 189,9470 203,25 179,00 191,1380 200,13 180,13 190,1390 203,13 180,63 191,88100 207,00 182,63 194,81110 203,88 180,63 192,25120 204,88 182,50 193,69130 204,13 180,13 192,13140 205,00 182,38 193,69150 205,50 182,88 194,19160 205,38 183,88 194,63170 210,75 181,00 195,88180 206,13 182,00 194,06190 205,25 179,00 192,13200 205,13 179,75 192,44210 206,13 179,38 192,75220 203,25 184,00 193,63230 200,38 175,13 187,75240 204,13 176,25 190,19
Berdasarkan tabel 4.4 di atas, temperatur depan lebih tinggi
dibandingkan dengan temperatur belakang. Distribusi temperatur dinding
depan 50 detik pertama peningkatan terjadi. Peningkatan yang signifikan
terjadi pada detik ke-20 dengan temperatur yang diperoleh sebesar 153 oC.
Temperatur tertinggi yang dicapai ialah pada detik ke-50 sebesar 199,25 oC.
Rentang tertinggi tiap 10 detik pada 50 detik awal ialah 126 oC. Peningkatan
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 41
temperatur pada 50 detik kedua, temperatur tertinggi ialah pada detik ke-100
sebesar 207 oC. Rentang tertinggi temperatur tertinggi pada 50 detik kedua
ialah 4 oC. Temperatur yang dihasilkan pada 50 detik ketiga, tertinggi diperoleh
sebesar 205,50 oC. Rentang temperatur tertinggi ialah 1,62 oC.
Temperatur dinding belakang pada 50 detik keempat tertinggi mencapai
210,75 oC yakni pada detik ke-170. Rentang temperatur tertinggi yang
diperoleh pada 50 detik keempat ialah 5,62 oC. Kondisi temperatur 50 detik
kelima, tertinggi dicapai ialah 206,13 oC pada detik ke-210. Rentang
temperatur tertinggi didapatkan sebesar 2.88 oC. Distribusi temperatur dinding
belakang, pada 50 detik awal tertinggi diperoleh 175,50 oC yakni pada detik
ke-50. Rentang pada 50 detik awal ini ialah 112,25 oC. Temperatur yang
diperoleh pada 50 detik kedua tertinggi sebesar 182,63 oC yakni pada detik ke-
100. Rentang temperatur tertinggi didapatkan sebesar 5,75 oC. Temperatur
dinding belakang pada 50 detik ketiga tertinggi mencapai 182,88 oC yakni pada
detik ke-150. Rentang temperatur tertinggi yang terjadi pada 50 detik ketiga
ialah 2,75 oC. Temperatur dinding belakang 50 detik keempat tertinggi
diperoleh sebesar 183,88 oC. Rentang temperatur tertinggi pada 50 detik
keempat ialah 4,88 oC. Kondisi 50 detik kelima, temperatur tertinggi diperoleh
sebesar 184 oC. Rentang temperatur tertinggi yang dicapai ialah sebesar 8,87oC.
Gambar 4.4 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan DindingBelakang Combustor Tipe 1 Gas Propana.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 42
e. Data Combustor Tipe 2 dengan Bahan Bakar Propana
Tabel 4.5 Combustor 2 Propana
Waktu(Second)
Rata-rataTemperatur
DindingDepan (oC)
Rata-rataTemperatur
DindingBelakang
(oC)
Rata-ratatemperaturAkhir (oC)
10 53.50 47.13 50.3120 97.13 70.13 83.6330 125.25 84.25 104.7540 142.50 92.25 117.3850 152.50 99.50 126.0060 160.00 104.00 132.0070 165.13 108.38 136.7580 163.38 111.00 137.1990 164.50 109.25 136.88100 160.88 109.75 135.31110 161.38 108.88 135.13120 168.50 110.75 139.63130 163.38 111.00 137.19140 163.13 111.25 137.19150 161.13 110.63 135.88160 160.50 110.88 135.69170 161.88 109.75 135.81180 157.63 111.00 134.31190 159.00 106.25 132.63200 156.63 111.25 133.94210 160.38 111.75 136.06220 161.75 108.25 135.00230 155.63 107.13 131.38240 153.25 111.25 132.25
Berdasarkan tabel 4.5 di atas, combustor tipe 2 dengan bahan bakar
propana, temperatur depan dan belakang. Distribusi panas pada dinding luar
bagian depan, 50 detik awal temperatur tertinggi diperoleh sebesar 152,50 oC.
Rentang temperatur tertinggi pada 50 detik awal ialah sebesar 99,00 oC.
Temperatur depan pada 50 detik kedua, tertinggi mencapai 165,13 oC yakni
pada detik ke-70. Rentang temperatur tertinggi yang diperoleh ialah 5,13 oC.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 43
Panas dinding luar combustor pada 50 detik ketiga temperatur tertinggi
mencapai 168,50 oC. Rentang temperatur tertinggi yang diperoleh ialah 7,37oC.
Temperatur tertinggi 50 detik keempat terjadi pada detik ke-170 dengan
temperatur sebesar 161,88 oC. Rentang temperatur tertinggi pada 50 detik
keempat mencapai 5,25 oC. Distrbusi panas pada 50 detik kelima, temperatur
dinding luar tertinggi mencapai 161,75 oC. Rentang temperatur tertinggi
didapatkan sebesar 8,5 oC. Tabel 4.5 di atas menunjukkan pula distribusi panas
dinding combustor pada bagian belakang. Temperatur awal pada 50 detik
pertama terjadi peningkatan temperatur. Temperatur tertinggi bagian pangkal
burned area ialah pada detik ke-50 sebesar 99,50 oC. Rentang temperatur
tertinggi pada 50 detik pertama diperoleh sebesar 52,37 oC. Kondisi dinding
luar pada 50 detik kedua, temperatur belakang tertinggi diperoleh sebesar
111,00 oC terjadi pada detik ke-80, rentang temperatur tertinggi ialah 2,37 oC.
Perubahan temperatur pada 50 detik ketiga temperatur tertinggi yang dicapai
ialah 111,25 oC dengan rentang temperatur tertinggi yang diperoleh ialah
sebesar 5,00 oC. Temperatur bagian pangkal burned area combustor tipe 2
bahan bakar propana, pada 50 detik keempat temperatur tertinggi diperoleh
sebesar 111,25 oC dan rentang temperatur tertinggi pada 50 detik keempat
mencapai 5 oC. Sedangkan pada 50 detik kelima temperatur tertinggi dicapai
sebesar 111,75 oC. Rentang temperatur tertinggi yang diperoleh ialah 4,62 oC.
Gambar 4.5 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan DindingBelakang Combustor Tipe 2 Gas Propana
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 44
f. Data Combustor Tipe 3 dengan Bahan Bakar Propana
Tabel 4.6 Combustor Tipe 3 Propana
Waktu(Second)
Rata-rataTemperatur
DindingDepan (oC)
Rata-rataTemperatur
DindingBelakang
(oC)
Rata-rataTemperaturAkhir (oC)
10 45.25 63.13 54.1920 76.25 108.63 92.4430 99.88 130.25 115.0640 109.38 144.38 126.8850 115.13 151.63 133.3860 116.25 149.13 132.69
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 45
70 121.00 155.88 138.4480 123.50 155.63 139.5690 122.75 156.75 139.75100 118.63 156.63 137.63110 118.00 158.63 138.31120 113.63 162.63 138.13130 119.25 159.63 139.44140 118.50 161.38 139.94150 120.88 160.88 140.88160 120.63 157.00 138.81170 121.00 157.88 139.44180 116.88 154.88 135.88190 115.13 157.25 136.19200 118.63 156.63 137.63210 117.13 160.13 138.63220 117.63 160.13 138.88230 114.38 157.00 135.69240 121.13 156.25 138.69
Berdasarkan tabel 4.6 di atas, combustor tipe 3 dengan bahan bakar
propana temperatur belakang lebih tinggi dibandingkan temperatur depan.
Temperatur depan combustor tipe 3, pada 50 detik awal temperatur tertinggi
mencapai 115,13 oC diperoleh rentang temperatur tertinggi sebesar 69,88 oC.
Distribusi temperatur panas pada dinding luar combustor tertinggi pada 50
detik kedua mencapai 123,5 oC, dan rentang temperatur tertinggi diperoleh
sebesar 7,25 oC. Rentang detik ke-110 hingga 150, temperatur tertinggi
diperoleh sebesar 120,88 oC. Rentang temperatur tertinggi yang dicapai pada
50 detik ketiga ialah 7,25 oC. Temperatur depan pada 50 detik keempat
tertinggi ketika pada detik ke-170, dengan temperatur sebesar 121,00 oC,
rentang temperatur tertinggi yang dihasilkan ialah 5,87 oC. Kondisi 50 detik
kelima, temperatur tertinggi 121.13 oC dan rentang temperatur tertinggi sebesar
6,75 oC.
Temperatur belakang combustor tipe 3 dengan bahan bakar propana
sesuai tabel 4.6 di atas, pada 50 detik pertama, temperatur tertinggi sebesar
151,63 oC yakni pada detik ke-50. Rentang temperatur tertinggi pada awal
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 46
pembakaran combustor ialah 88,50 oC. Panas pada dinding luar bagian
belakang combustor pada 50 detik kedua, temperatur tertinggi dihasilkan
sebesar 156.75 oC. Rentang temperatur yang diperoleh ialah 7,62 oC. Kondisi
50 detik ketiga temperatur tertinggi sebesar 162,63 oC dan rentang temperatur
tertinggi sebesar 4 oC. Temperatur tertinggi pada 50 detik keempat dperoleh
sebesar 157,88 oC dan rentang temperatur tertinggi yang dicapai ialah 3 oC.
Kondisi temperatur bagian belakang pada 50 detik kelima temperatur tertinggi
mencapai 160,13 oC dengan rentang temperatur tertinggi mencapai 3.88 oC.
Gambar 4.6 Perbedaan Temperatur Dinding Depan dan DindingBelakang Combustor Tipe 3 Gas Propana
g. Data Perbedaan Temperatur pada Combustor Tipe 1 dengan Bahan
Bakar Acetylene dan Propana
Tabel 4.7 Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 1 Bahan Bakar Acetylenedan Propana
Waktu(Second)
Temperatur DindingCombustor (oC)
Acetylene Propana
10 100.44 68.2520 137.69 133.8830 120.44 156.1340 118.13 175.8850 118.50 187.3860 116.63 189.9470 114.38 191.13
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 47
80 116.19 190.1390 115.13 191.88100 115.38 194.81110 112.94 192.25120 111.19 193.69130 113.44 192.13140 109.69 193.69150 112.06 194.19160 110.13 194.63170 109.06 195.88180 108.00 194.06190 108.44 192.13200 110.31 192.44210 109.88 192.75220 107.81 193.63230 111.19 187.75240 109.81 190.19
Berdasarkan tabel 4.7 di atas, pada combustor tipe 1, antara bahan bakar
acetylene serta propana terjadi perbedaan temperatur. Tabel 4.7 menjelaskan
bahwa pada bahan bakar propana, peningkatan temperatur lebih stabil
dibandingkan dengan bahan bakar acetylene. Kestabilan dua bahan bakar
tersebut berbeda, pada awal pembakaraan yaitu 50 detik pertama dengan
menggunakan combustor tipe 1, bahan bakar acetylene peningkatan temperatur
lebih tajam, Namun ditinjau rentang tertinggi disetiap 50 detik pada temperatur
acetylene lebih rendah. Propana memiliki rentang yang tinggi dalam 50 detik
pertama. Bahan bakar propana dengan menggunakan combustor tipe 1, pada
50 detik pertama antara temperatur tertinggi dan temperatur terendah memiliki
rentang sebesar 119,13 oC. Temperatur tertinggi pada 50 detik pertama sebesar
187.38 oC yakni pada detik ke-50.
Bahan bakar acetylene, kenaikan dalam tabel 4.7 terlihat kurang stabil,
namun temperatur tertinggi yang dicapai ialah sebesar 137,69 oC dengan
rentang temperatur tertinggi yang diperoleh sebesar 37,25 oC yakni perbedaan
antara temperatur tertinggi dan terendah pada 50 detik pertama. Kondisi 50
detik kedua, bahan bakar propana mencapai temperatur tertinggi sebesar
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 48
194,81 oC dan rentang tertinggi temperatur yang dihasilkan ialah sebesar 4,87oC. Pada bahan bakar acetylene pada pengukuran waktu yang sama, temperatur
maksimum yang diperoleh ialah 116,63 oC yakni pada detik ke-60. Rentang
temperatur tertinggi yang diperoleh sebesar 2,25 oC. Kondisi 50 detik ketiga,
bahan bakar propana temperatur tertinggi 194,19 oC. Rentang temperatur
tertinggi yang diperoleh ialah 2,09 oC. Pada 50 detik ketiga dengan bahan bakar
acetylene temperatur tertinggi 113,44 oC dan rentang temperatur tertinggi
diperoleh sebesar 3,755 oC.
Kondisi temperatur combustor tipe 1 dengan bahan bakar propana pada
50 detik keempat menunjukkan temperatur tertinggi diperoleh sebesar 195,88oC yakni pada detik ke-170, dan rentang temperatur tertingi mencapai 3,75 oC.
Bahan bakar acetylene temperatur tertinggi dicapai sebesar 110,31 oC dan
rentang temperatur tertinggi mencapai 2,31 oC. Kondisi temperatur combustor
tipe 1 pada 50 detik kelima, dengan bahan bakar propana temperatur tertinggi
dicapai 193,63 oC dan rentang temperatur tertinggi dicapai sebesar 5,88 oC.
Sedangkan, bahan bakar acetylene temperatur tertinggi mencapai 111,19 oC
dan rentang temperatur tertinggi sebesar 3,38 oC.
Gambar 4.7 Perbedaan Hasil Temperatur Combustor Tipe 1 denganBahan bakar Gas Acetylene dan Gas Propana.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 49
h. Data Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 2 dengan Bahan Bakar
Acetylene dan Propana
Tabel 4.8 Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 2 Bahan Bakar Acetylenedan Propana.
Waktu(Second)
Temperatur DindingCombustor (oC)
Acetylene Propana
10 278.13 50.3120 348.00 83.6330 429.54 104.7540 470.79 117.3850 508.46 126.0060 487.63 132.0070 481.46 136.7580 482.04 137.19
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 50
90 473.63 136.88100 471.29 135.31110 468.33 135.13120 467.08 139.63130 463.29 137.19140 458.33 137.19150 459.38 135.88160 458.42 135.69170 455.79 135.81180 448.67 134.31190 447.83 132.63200 452.96 133.94210 455.46 136.06220 451.08 135.00230 450.00 131.38240 447.58 132.25
Berdasarkan tabel 4.8 di atas, pada combustor tipe 2, bahan bakar
acetylene menunjukkan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan
bahan bakar propana. Tabel 4.8 menunjukkan pergerakan temperatur dinding
luar combustor tipe 2 yang berbeda antara bahan bakar acetylene serta bahan
bakar propana. Bahan bakar acetylene peningkatan lebih tajam dibandingkan
dengan bahan bakar propana. Hasil temperatur antara bahan bakar propana dan
acetylene berbeda, pada 50 detik pertama bahan bakar propana pola terlihat
lebih teratur. Temperatur tertinggi bahan bakar propana ialah 126 oC dan
rentang temperatur antara temperatur tertinggi dan terendah ialah sebesar 75,69oC. Bahan bakar acetylene pada 50 detik pertama, temperatur tertinggi yang
dicapai ialah sebesar 508,46 oC dan rentang temperatur tertinggi sebesar 230.33oC. Kondisi 50 detik kedua, combustor tipe 2 dengan bahan bakar propana
temperatur tertinggi diperoleh 137,19 oC dan rentang temperatur tertinggi
mencapai 5,19 oC. Bahan bakar acetylene temperatur tertinggi dicapai 487,63oC dan rentang temperatur tertinggi diperoleh sebesar 16,34 oC.
Temperatur dinding luar combustor tipe 2 pada 50 detik ketiga, bahan
bakar propana mencapai temperatur tertinggi sebesar 139,63 oC dan rentang
temperatur tertinggi sebesar 4,5 oC. Bahan bakar acetylene temperatur tertinggi
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 51
dicapai 468,33 oC dan rentang temperatur tertinggi sebesar 10,03 oC.
Temperatur combustor tipe 2 pada 50 detik keempat bahan bakar propana
mencapai temperatur tertinggi sebesar 135,81 oC dan rentang temperatur
tertinggi sebesar 3,18 oC, sedangkan bahan bakar acetylene temperatur
tertinggi mencapai 458,42 oC dengan rentang temperatur tertinggi ialah 10,59oC. Temperatur dinding luar combustor tipe 2, pada 50 detik kelima bahan
bakar propana temperatur tertinggi mencapai 136,06 oC dan rentang temperatur
tertinggi ialah 4,68 oC. Pada bahan bakar acetylene temperatur tertinggi
diperoleh sebesar 455,4583 oC dan rentang temperatur tertinggi sebesar 7,88oC.
Gambar 4.8 Perbedaan Hasil Temperatur Combustor Tipe 2 denganBahan Bakar Gas Acetylene dan Gas Propana.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 52
i. Data Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 3 dengan Bahan Bakar
Acetylene dan Propana
Tabel 4.9 Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 3 Bahan Bakar Acetylenedan Propana
Waktu(Second)
Temperatur DindingCombustor (oC)
Acetylene Propana
10 240.71 54.1920 426.29 92.4430 468.33 115.0640 461.25 126.8850 460.17 133.3860 458.33 132.6970 460.75 138.4480 452.33 139.5690 449.29 139.75100 448.54 137.63110 447.42 138.31120 443.50 138.13130 432.71 139.44140 439.67 139.94150 435.92 140.88160 440.13 138.81170 438.38 139.44180 439.50 135.88
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 53
190 434.96 136.19200 436.75 137.63210 428.92 138.63220 436.29 138.88230 433.04 135.69240 429.25 138.69
Berdasarkan gambar 4.9 di atas, temperatur pada combustor tipe 3 hasil
pembakaran propana dan acetylene berbeda. Gambar 4.9 menunjukkan pada
bahan bakar propana pergerakan temperatur lebih teratur dibandingkan
acetylene. Awal pembakaran, pada 50 detik pertama bahan bakar propana
mencapai temperatur tertinggi sebesar 133,38 oC dan rentang temperatur
tertinggi diperoleh sebesar 79,69 oC. Bahan bakar acetylene temperatur
tertinggi mencapai 468,33 oC dan rentang temperatur tertinggi mencapai
227,62 oC. Kondisi pada 50 detik kedua bahan bakar propana temperatur
maksimum mencapai 139,75 oC dan rentang temperatur tertinggi sebesar 7,06oC. Sedangkan bahan bakar acetylene temperatur tertinggi diperoleh sebesar
460,75 oC dengan rentang temperatur tertinggi sebesar 12.21 oC.
Panas dinding luar combustor tipe 3, dengan bahan bakar propana pada
50 detik ketiga, mencapai temperatur maksimum sebesar 140,88 oC dan
rentang temperatur tertinggi sebesar 2,75 oC. Bahan bakar acetylene mencapai
temperatur tertinggi sebesar 447,42 oC dan rentang temperatur tertinggi ialah
14,71 oC. Kondisi pada 50 detik keempat, bahan bakar propana pada dinding
luar combustor menghasilkan temperatur tertinggi sebesar 139,44 oC dan
rentang temperatur tertinggi diperoleh 3,56 oC. Bahan bakar acetylene
menghasilkan temperatur maksimum sebesar 440,13 oC dan rentang
temperatur tertinggi sebesar 5,17 oC. Pada 50 detik kelima, bahan bakar
propana menghasilkan temperatur tertinggi sebesar 138,88 oC dengan rentang
temperatur tertinggi sebesar 3,19 oC. Bahan bakar acetylene menghasilkan
temperatur tertinggi sebesar 436,29 oC dan rentang temperatur tertinggi sebesar
7,37 oC.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 54
Gambar 4.9 Perbedaan Temperatur Combustor Tipe 3 dengan Bahan BakarGas Acetylene dan Gas Propana.
B. PEMBAHASAN
1. Visualisasi Stable Flame
a. Combustor Tipe 1
Gambar 4.10 Kondisi Dinding Combustor Tipe 1 Berbahan BakarAcetylene
Berdasarkan gambar 4.10 di atas, warna dinding combustor tipe 1
dengan menggunakan bahan bakar acetylene antara ujung burned region
dan pangkal burned region. Terjadi perbedaan warna pada dinding di
setiap tipe combustor. Gambar combustor tipe 1 dengan bahan bakar
acetylene.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 55
Gambar 4.11 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 1 Berbahan BakarPropana
Berdasarkan gambar 4.11 di atas kondisi stable flame di dalam combustor
terjadi di dekat mesh (flame holder) dan berwarna biru. Dinding combustor
tidak mengalami perubahan warna yang signifikan.
Gambar 4.12 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 1 Berbahan BakarAcetylene
Gambar 4.12 di atas menunjukkan stable flame hingga didapatkan nyala
api stabil di dalam combustor tipe 1. Nyala api stabil berada di dekat mesh.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 56
Gambar 4.13 Kondisi Dinding Combustor Tipe 1 Berbahan BakarPropana
Gambar 4.13 di atas menunjukkan dinding combustor tipe 1 dengan bahan
bakar propana secara visual tidak berwarna kemerahan seperti halnya
bahan bakar acetylene.
b. Combustor Tipe 2
Gambar 4.14 Kondisi Dinding Combustor Tipe 2 dengan Bahan BakarAcetylene
Berdasarkan gambar 4.14 di atas, dinding combustor tipe 2,
terdapat perbedaan warna antara bagian ujung burned region dan pangkal
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 57
burned region sehingga terdapat perbedaan temperatur pada dinding.
Gambar menunjukkan bahwa pangkal burned region memiliki temperatur
yang lebih tinggi dibandingkan pada bagian ujungnya. dan bagian pangkal
merupakan bagian dinding combustor yang dekat dengan posisi stable
flame
Gambar 4.15 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 2 Bahan BakarPropana
Berdasarkan gambar 4.15 di atas kondisi stable flame combustor
tipe 2 dengan bahan bakar propana berada di dalam combustor dan di dekat
mesh (flame holder) serta nyala api berwarna kebiruan.
Gambar 4.16 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 2 Bahan BakarAcetylene
Gambar 4.16 di atas menunjukkan stable flame hingga didapatkan nyala
api stabil di dalam combustor 2 dan berada di dekat mesh
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 58
Gambar 4.17 Kondisi Dinding Combustor Tipe 2 Berbahan BakarPropana
Gambar 4.17 menunjukkan dinding combustor tipe 2 berbahan bakar
propana, terdapat sedikit warna kemerahan merah menyala pada dinding
combustor, terutama di bagian pangkal burned area
c. Combustor Tipe 3
Gambar 4.18 Kondisi Dinding Combutor Tipe 3 dengan BahanBakar Acetylene
Berdasarkan gambar 4.18 di atas kondisi dinding combustor
tipe 3 dengan bahan bakar acetylene terdapat perbedaan warna yang
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 59
terjadi antara ujung burned region dan pangkal burned region
sehingga perbedaan panas yang diserap antara pangkal burned region
dan ujung burned region tidak berbeda jauh atau tidak memiliki gap
temperatur yang tinggi.
Gambar 4.19 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 3 Bahan BakarPropana
Berdasarkan gambar 4.19 di atas kondisi stable flame
combustor tipe 3 dengan bahan bakar propana berada di dalam
combustor dan di dekat mesh (flame holder) dan berwarna kebiruan.
Gambar 4.20 Kondisi Stable Flame Combustor Tipe 3 Bahan BakarAcetylene
Gambar 4.20 di atas menunjukkan stable flame combustor tipe 3
berada di dalam combustor dan berada di dekat mesh.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 60
Gambar 4.21 Kondisi Dinding Combustor Tipe 3 Berbahan bakarPropana
Gambar 4.21 di atas menunjukkan dinding combustor dengan bahan
bakar propana tidak terdapat warna kemerahan
d. Nyala Api Bahan Bakar di luar Combustor
Gambar 4.22 Proses Menghidupkan Nyala Api pada Combustordengan Bahan Bakar Acetylene
Berdasarkan gambar 4.22 di atas ketika api dengan bahan
bakar acetylene, telah dinyalakan dan ditambahkan udara nyala api
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 61
yang masih di luar combustor semakin berwarna kuning dan
menyilaukan mata dan semakin mengerucut. Nyala api yang berwarna
biru tidak terlihat.
Gambar 4.23 Kondisi Nyala Api di luar Combustor dengan BahanBakar Acetylene
Berdasarkan gambar 4.23 di atas ketika proses membentuk
stable flame di dalam combustor, warna inti api mulai terbentuk
seiring bertambahnya udara. Lidah api dengan menggunakan bahan
bakar acetylene masih terbentuk. Inti api ini yang akan dijadikan
stable flame di dalam combustor dan berada di dekat mesh. Stable
flame dibentuk di dekat mesh dengan warna kebiruan.
Gambar 4.24 Proses Menghidupkan Nyala Api pada Combustordengan Bahan Bakar Propana
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 62
Berdasarkan gambar 4.24 di atas warna nyala api dengan
bahan bakar propana adalah biru. Ketika ditambahkan udara nyala api
semakin berwarna biru cerah dan tidak terlihat api berwarna kuning.
Api terlihat mengerucut ketika penambahan udara namun besar nyala
api di luar combustor lebih kecil dibandingkan bahan bakar acetylene.
Gambar 4.25 Kondisi Nyala Inti Api di luar Combustor dengan BahanBakar Propana
Berdasarkan gambar 4.25 di atas warna inti api dan lidah api
pada bahan bakar propana berwarna kebiruan. Besar inti api dan lidah
api jika di lihat saat di luar combustor tidak terlalu besar
perbedaannya. Berdasarkan visualisasi pada gambar dinding
combustor, faktor penyebab tingkat kecerahan dinding combustor,
oleh (Tang et al., 2015) disebutkan tingkat kecerahan external wall
pada combustor dipengaruhi beberapa faktor di antaranya perbedaan
inlet velocities pada equivalenece ratio 1.0. Kedua, kecerahan dinding
combustor dipengaruhi flowrate bahan bakar dibawah input energi
kimia yang sama. Ketiga, perbedaan channel-height combustor pada
equivalence ratio 1.0. Penelitian tersebut menunjukkan antara
channel-heigth 2.5 mm dan 3 mm memiliki perbedaan kecerahan
dinding eksternal pada combustor. Dinding dengan channel-heigth 2.5
mm lebih cerah dibandingkan 3 mm. Mengacu penelitian tersebut,
secara visual bahan bakar propana dengan diameter 4.5 mm pada
penelitian ini, tingkat kecerahan dinding eksternal tidak terlihat. Salah
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 63
satu factor penyebab munculnya kecerahan dinding luar combustor
ialah channel-height combustor. Bahan bakar acetylene lebih terlihat
cerah dibandingkan dengan bahan bakar propana pada channel-height
yang sama.
Nyala api propana terlihat lebih biru, pada penelitian ini
perbandingan pembakaran bahan bakar LPG dengan etanol serta
campuran antara LPG dengan etanol menunjukkan nyala api LPG
lebih biru dibandingkan dengan bahan bakar etanol (Kustanto et al.,
2015). Visualisasi bahan bakar acetylene serta propana pada gambar
4.19 sampai dengan gambar 4.22, ketika nyala api di luar combustor.
Propana terlihat lebih biru dibandingkan dengan nyala api di luar
combustor bahan bakar acetylene. Berdasarkan penelitian tersebut,
hasil penelitian ini sejalan, karena nyala api propana lebih biru
dibandingkan dengan acetylene. Combustor dengan bahan bakar
acetylene, ketika proses mencari stable flame di luar combustor
semakin bertamabah udara nyala api acetylene di luar combustor
semakin kuning dan menyilaukan mata. Kondisi nyala api stabil di
dalam combustor warna kuning menghilang, dan terdapat lidah api
berwarna api putih kekuningan.
2. Analisis Data Perbedaan Temperatur
Tabel 4.10 Perbandingan Temperatur Dinding Depan dan Temperatur DindingBelakang Combustor
No Waktu(Menit)
TipeCombustor
Temperatur (oC)A B C D
1 4 I 194,48 170,42 117,68 108,722 4 II 151,20 103,15 506,95 394,323 4 III 112,16 149,39 387,33 483,38
Keterangan :
A. Rata-rata temperatur depan external wall burned area, bahan bakar
propana.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 64
B. Rata-rata temperatur belakang external wall burned area, bahan bakar
propana.
C. Rata-rata temperatur depan external wall burned area, bahan bakar
acetylene.
D. Rata-rata temperatur belakang external wall burned area, bahan bakar
acetylene.
Acetylene lebih mudah didapatkan karena tersedia secara komersial
(Kariuki & Balachandran, 2010). Acetylene memiliki kecepatan pembakaran
yang tinggi dan memiliki quenching distance yang kecil pada kondisi atmosfer
0.76 mm. Kecepatan perambatan nyala api dengan bahan bakar acetylene juga
dipengaruhi adanya celah di dalam combustor. Penelitian tersebut juga
menunjukkan bahwa dengan jarak celah 20 mm dengan ER 1.0 memiliki
kecepatan perambatan nyala api sebesar 1.25 sedangkan dengan jarak celah 11
mm memiliki kecepatan perambatan nyala api sebesar 2. Jarak celah pada area
pembakaran, menunjukkan berpengaruh pada kecepatan pembakaran acetylene
di dalam combustor.
(F.A Munir, 2016) mengungkapkan bahwa panjang unburned region
memiliki pengaruh yang signifikan pada stable flame di dalam combustor dan
tidak ada indikator burned region memiliki efek yang signifikan pada stable
flame. Heat recirculated pada reaktan terjadi melalui dinding combustor pada
unburned region. Penggunaan high wall thermal conductivity dapat
memperoleh temperatur yang seragam. Menurut (Restu Prabowo, 2017) besar
SVR (Surface Volume Ratio) mempengaruhi tingginya temperatur pada
dinding combustor. Semakin kecil diameter ruang bakar maka akan semakin
besar nilai SVR. Suhu dinding terbesar diperoleh pada combustor dengan
diameter luar pembakaran terkecil dan suhu ruang pembakaran ialah pada
diameter luar terbesar. Diameter pembakaran yang kecil memiliki SVR yang
besar sehingga distribusi pada dinding combustor diperoleh lebih besar. Rata-
rata suhu dinding dengan menggunakan diameter luar pembakaran terkecil
yakni berukuran 5 mm memperoleh suhu sebesar 147,2 oC.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 65
Tabel 4.10 menunjukkan adanya perbedaan dan pengaruh hasil
temperatur antara dua bahan bakar yang digunakan. Pengaruh tersebut
diperlihatkan oleh hasil temperatur yang diperoleh masing – masing
combustor. Combustor Tipe 1 (10.40) dengan menggunakan satu mesh untuk
memisahkan antara burned area dan unburned area, bahan bakar propana lebih
tinggi dibandingkan bahan bakar acetylene. Temperatur depan lebih
menunjukkan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan bagian belakang
untuk kedua bahan bakar. Bahan bakar propana selisih rata-rata temperatur
depan dan belakang adalah 24,06 oC. Pada bahan bakar acetylene selisih rata-
rata temperatur depan dan belakang ialah 8,96 oC. Combustor Tipe 2 (20.30)
dengan hanya satu slit (celah) berupa mesh sebagai flame holder serta pemisah
antara burned area dan unburned area. Combustor 20.30 dengan bahan bakar
acetylene menunjukkan temperatur yang lebih tinggi daripada bahan bakar
propana. Temperatur bagian depan combustor 20.30 memiliki temperatur lebih
tinggi dibandingkan dengan temperatur belakang untuk kedua bahan bakar.
Selisih temperatur depan dan belakang dengan bahan bakar propana ialah 48,05oC. Sedangkan bahan bakar acetylene, selisih rata-rata temperatur depan dan
belakang ialah 112,63 oC.
Combustor Tipe 3 (20.40) dengan menggunkan satu mesh untuk
memisahkan antara burned area dan unburned area, bahan bakar propana
bagian belakang lebih tinggi dibandingkan bagian depan. Selisih rata-rata
temperatur depan dan belakang sebesar 37,23 oC. Sedangkan bahan bakar
acetylene temperatur bagian belakang lebih tinggi dibandingkan bagian depan
(ujung burned area). Selisih temperatur depan dan belakang ialah 96,05oC.
Tabel 4.11 Perbandingan Temperatur Rata-Rata Bahan Bakar Propana danAcetylene
No Waktu(Menit)
TipeCombustor
Temperatur ̊ CA B
1 4 I 182,45 113,202 4 II 127,18 450,633 4 III 131,10 435,10
Keterangan :
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 66
A. Rata-rata external wall burned area bahan bakar propana.
B. Rata-rata external wall burned area bahan bakar acetylene.
Tabel 4.11 menunjukkan bahwa, selama empat menit, dengan
menggunakan combustor tipe 1 (10.40) rata-rata temperatur dinding luar
combustor yang lebih tinggi diperoleh menggunakan bahan bakar propana
yakni sebesar 182,45 oC. Bahan bakar acetylene selama empat menit pada
combustor 1 rata-rata temperatur dinding luar diperoleh temperatur sebesar
113,20 oC. Combustor tipe 2 (20.30) selama empat menit dengan bahan bakar
propana lebih rendah dibandingkan dengan bahan bakar acetylene. Pada bahan
bakar propana temperatur rata-rata dihasilkan sebesar 127,18 oC. Bahan bakar
acetylene menghasilkan temperatur dinding luar sebesar 450,63 oC. Combustor
tipe 3 (20.40), selama empat menit rata-rata temperatur dinding luar combustor
dengan bahan bakar propana sebesar 131,10 oC. Bahan bakar acetylene
temperatur dapat dicapai hingga 435,10 oC. Lidah api pada pembakaran bahan
bakar acetylene memengaruhi hasil temperatur dinding combustor, lebih tinggi
dibandingkan tanpa ada lidah api (ekor) yang muncul di luar combustor. Bahan
bakar propana tidak ditemukan lidah api (ekor) ketika dilakukan eksperimen.
Hasil penelitian diatas, dilakukan dengan tekanan inlet bahan bakar
serta udara sebesar 0,5 bar atau setara 0,05 MPa. Menurut Penelitian (Jiaqiang
et al., 2016) dengan metode penelitian secara simulasi, menunjukkan bahwa
dengan menggunakan variasi tekanan inlet diperoleh rata-rata temperatur
dinding yang dihasilkan berbeda. Tekanan inlet sebesar 0,00 MPa serta 0,02
merupakan tekanan inlet yang menghasilkan rata-rata temperatur dinding
tertinggi. Penelitian tersebut, menunjukkan pula bahwa tekanan inlet memeiliki
efek penting untuk kecepatan, temperatur serta specific entropy field micro
combustor. Berdasarkan penelitian (Jiaqiang et al., 2016), tekanan inlet pada
micro-combustor sangat berpengaruh. Dampak adanya tekanan inlet yang
berbeda, dapat berdampak pada temperatur dinding combustor.
Tekanan inlet yang digunakan oleh peneliti menghasilkan temperatur
yang kurang maksimal, yakni temperatur dinding combustor yang dihasilkan
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 67
masih berada dibawah 150 oC. Analisis dari data tersebut, penyebabnya ialah
tekanan inlet yang digunakan. Data yang telah diuraikan dalam tabel 4.1 serta
tabel 4.2 dengan tekanan inlet 0,05 MPa, dapat lebih ditingkatkan dengan
pengubahan tekanan inlet pada combustor. Tekanan inlet dapat digunakan
sebagai perbaikan pada penelitian selanjutnya yakni sebesar 0,02 MPa.
Tekanan inlet 0,02 Mpa menurut (E Jiaqiang et al., 2016) secara simulasi
menghasilkan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan inlet
sebesar 0,05 MPa. Sejalan dengan (Jiaqiang et al., 2016) menurut (W. Yang,
Fan, Yao, & Liu, 2016) menyatakan hahwa pengurangan tekanan memiliki
efek untuk combustion. (W. Yang et al., 2016) menyatakan bahwa
pengurangan tekanan dari 1,0 atm menjadi 0,8 atm dapat meningkatkan
efisiensi pembakaran, dimana peningkatan disebabkan oleh, pertama laminar
burning velocity bertambah ketika tekanannya dikurangi. Kedua, bilangan
Lewis meningkat secara efektif. Ketiga, Stretch rate berkurang. Tekanan pada
0,8 atm menjadi 0,5 atm memiliki efek yang berbeda jika dibandingkan dengan
perubahan pada tekanan 1,0 menjadi 0,8.
Efisiensi pembakaran pada perubahan tekanan 0,8 menjadi 0,5 dapat
berkurang secara tajam, yang disebabkan oleh pasokan bahan bakar dan jumlah
panas yang dilepaskan berkurang secara signifikan, sehingga tingkat suhu yang
dihasilkan jauh lebih rendah dan intensitas reaksi yang lebih tinggi. Di sisi lain,
rasio kehilangan panas sangat tinggi. Tekanan yang berubah mengakibatkan
pembakaran hampir sepenuhnya padam ketika di bagian hilir dan bahan bakar
tidak dapat mencapai konversi penuh, dan berakibat pada efisiensi pembakaran
yang menurun.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
68
BAB V
SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN
A. SIMPULAN
Berdasarkan analisis data bahan bakar memiliki pengaruh pada combustor
dan dapat disimpulkan bahwa :
1. Visualisasi dinding combustor berbahan stainless steel dengan bahan
bakar acetylene terlihat lebih cerah dibandingkan dengan dinding
combustor stainless steel berbahan bakar propana. Nyala api di luar
combustor, bahan bakar propana terlihat lebh biru dibandingkan dengan
acetylene. Bahan bakar propana lebih cocok sebagai bahan bakar
micro-combustion dibandingkan dengan acetylene karena lebih stabil
dan tidak membentuk lidah api di luar combustor.
2. Rata-rata akhir untuk bahan bakar propana pada combustor tipe 1,
182,45 oC, combustor tipe 2 sebesar 127,18 oC dan combustor tipe 3
sebesar 131,10 oC. Rata- rata akhir bahan bakar acetylene, combustor
tipe 1 diperoleh 113,20 oC, combustor tipe 2 sebesar 450,63 oC dan
combustor tipe 3 sebesar 435,10 oC.
B. IMPLIKASI
Dari hasil kesimpulan di atas, dapat diimplikasikan sebagai berikut :
1. Implikasi teoritis
Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan bahwa pada awal
pembakaran, bahan bakar acetylene lebih cepat terbakar dibandingkan
dengan bahan bakar propana. Temperatur maksimum bahan bakar
acetylene dan propana berbeda. Perbedaan temperatur dinding
combustor tipe 1 dengan bahan bakar acetylene serta propana sebesar
69,25 oC. Perbedaan combustor tipe 2 sebesar 323,45 oC. Pada
combustor tipe 3 sebesar 304 oC
2. Implikasi Praktis
Berdasarkan tujuan dan hasil penelitian, nyala api propana ketika proses
menstabilkan nyala api lebih biru dibandingkan dengan nyala api
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
69
acetylene. Rata-rata temperatur dinding tertinggi antara ketiga
combustor diperoleh dengan menggunakan bahan bakar acetylene
yakni di atas 400 oC.
C. SARAN
Beberapa saran sebagai perbaikan pada penelitian selanjutnya antara lain :
1. Memakai lem tahan panas di atas temperatur 250 oC
2. Memvariasikan diameter inlet serta outlet dengan ukuran lebih kecil
yakni 2 mm, 2,5 mm, 3 mm serta 3,5 mm.
3. Mengurangi panjang unburned area dengan panjang unburned area
sepanjang 10 mm, 15 mm serta 20 mm.
4. Menggunakan ruang yang lebih tertutup, dengan pemberian penutup di
sekitar combustor untuk mengurangi heat loss
5. Menggunakan bahan bakar cair, seperti iso propyl alcohol
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 70
DAFTAR PUSTAKA
Adiwidodo, S., Wardana, I. N. G., Yuliati, L., & Nursasongko, M. (2015). PetaStabilitas Nyala Api Pada Ruang Bakar Mesoscale Tipe Rectangular SlotTerhadap Posisi Combustor, 153–160.
Akhtar, S., Kurnia, J. C., & Shamim, T. (2015). A three-dimensional computationalmodel of H2-air premixed combustion in non-circular micro-channels for athermo-photovoltaic (TPV) application. Applied Energy, 152, 47–57.https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.04.068
ASM International. (2000). Alloy Digest SourceBook : Stainless Steels #06940.Retrieved May 2, 2018, from www
Baananto, Yuliati, H. (2017). Studi Numerik Pembakaran Butana (C4H10) DalamMeso-Scale Combustor Dengan Perforated Plate. SAINTEK II, ISSN 2407-,52–56.
Carson, P. A., & Mumford, C. J. (2013). Hazardous Chemicals Handbook.Hazardous Chemicals Handbook, 1–378. https://doi.org/10.1016/C2009-0-24010-4
E, J., Zuo, W., Liu, X., Peng, Q., Deng, Y., & Zhu, H. (2016). Effects of inletpressure on wall temperature and exergy efficiency of the micro-cylindricalcombustor with a step. Applied Energy, 175, 337–345.https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.05.039
El-Mahallawy, F. & S. E.-D. H. (2002). Fundamentals and Technology ofCombustion (First edit). Kiddington, Oxford,UK: Elsevier Ltd.
engineeringtoolbox. (2005). Fuel Gases Heating Values. Retrieved fromwww.engineeringtoolbox.com/heating-values-fuel-gases-d_823.html
engineeringtoolbox.com. (2017). Heat of combustion. Retrieved fromwww.engineeringtoolbox.com/standard-heat-of-combustion-energy-content-d_1987.html
Fernandez-Pello, A. C. (2002). Micropower generation using combustion: Issuesand approaches. Proceedings of the Combustion Institute, 29(1), 883–899.https://doi.org/10.1016/S1540-7489(02)80113-4
Ifan Rohadi, A. (2016). Pengaruh Panjang Saluran Sudden Expansion TerhadapKarakteristik Pembakaran Pada Meso-Scale Combustor. Universitas jember.
Ju, Y., & Maruta, K. (2011). Microscale combustion: Technology development andfundamental research. Progress in Energy and Combustion Science, 37(6),669–715. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2011.03.001
Kariuki, J., & Balachandran, R. (2010). Experimental investigation of dynamics ofpremixed acetylene-air flames in a micro-combustor. Experimental Thermaland Fluid Science, 34(3), 330–337.https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2009.10.028
Khader Basha, S., & Rao, P. S. (2015). Experimental Investigation of Performance
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 71
of Acetylene Fuel Based Diesel Engine. International Journal ofAdvancements in Technology, 7(1), 1–7. https://doi.org/10.4172/0976-4860.1000151
Kustanto, M. N., Wardana, I. N. G., Sasongko, M. N., & Yuliati, L. (2015).Kecepatan Nyala Pada Pembakaran Premixed Etanol Yang Dikayakan DenganLiquefied Petroleum Gas ( LPG ), 129–135.
Lei, Y., Chen, W., & Lei, J. (2016). Combustion and direct energy conversion insidea micro-combustor. Applied Thermal Engineering, 100, 348–355.https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.01.162
Ling, F. F. (2006). Fracture Mechanics. Control. https://doi.org/10.1007/b22134
Maruta, K. (2011). Micro and mesoscale combustion. Proceedings of theCombustion Institute, 33(1), 125–150.https://doi.org/10.1016/j.proci.2010.09.005
Mikami, M., Maeda, Y., Matsui, K., Seo, T., & Yuliati, L. (2013). Combustion ofgaseous and liquid fuels in meso-scale tubes with wire mesh. Proceedings ofthe Combustion Institute, 34(2), 3387–3394.https://doi.org/10.1016/j.proci.2012.05.064
Muharyanto, D., Mulyadi, S., & Fachri, B. A. (2017). Analisis Pengaruh SkalaDiameter Combustor Dengan Sudden Expansion Pada Pembakaran Gas Lpg (Liquified Petroleum Gas ) Terhadap Energi Output Pembakaran, 4, 107–112.
Munir, F. . (2016). A Study of Flame Stabilization in Meso-Scale Tube Combustorswith Heat Recirculation. Yamaguchi University.
Munir, F. A., Hatakeda, N., Mikami, M., & Seo, T. (2013). Improvement ofCombustion Stability in Narrow Tubes with Wire Mesh . The 24thInternational Symposium on Transport Phenomena, (November).
Munir, F. A., T.Tokumasa, T.Seo, & M.Mikami. (2015). Approaches to Enhancethe Combustion Stability in Meso-scale Cylindrical Tube Combustors. The26th International Symposium On Transport Phenomena, (October).
Osueke, C. O., & Onokwai, A. O. (2015). Experimental Investigation on the Effectof Fluid Flow Rate on the Performance of a Parallel Flow Heat Exchanger.International Journal of Innovatice Research in Advanced Engineering, 2(6),10–23.
Parkash Surinder. (2010). Petroleum Fuels Manufacturing Handbook. UnitedStates: Mc-Graw Hill Companies,Inc.
Peng, Q., E, J., Zhang, Z., Hu, W., & Zhao, X. (2018). Investigation on the effectsof front-cavity on flame location and thermal performance of a cylindricalmicro combustor. Applied Thermal Engineering, 130, 541–551.https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.11.016
Powell, L. T., & Aldredge, R. C. (2016). Design Optimization of a Micro-Combustor for Lean , Premixed Fuel-Air Mixtures, (June), 13–26.
Praxair. (2005). Acetylene Material safety data sheet, (February), 2004–2005.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 72
Restu Prabowo, E. (2017). Karakteristik Distribusi Temperatur Pada MesoCombustor Dengan Sudden Expansion. Universitas Jember.
Tang, A., Cai, T., Deng, J., Xu, Y., & Pan, J. (2017). Experimental investigation oncombustion characteristics of premixed propane/air in a micro-planar heatrecirculation combustor. Energy Conversion and Management, 152(October),65–71. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.09.011
Tang, A., Xu, Y., Shan, C., Pan, J., & Liu, Y. (2015). A comparative study oncombustion characteristics of methane, propane and hydrogen fuels in a micro-combustor. International Journal of Hydrogen Energy, 40(46), 16587–16596.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.09.101
Vijayan, V. (2010). Combustion and Heat Transfer in Meso-Scale HeatRecirculating Combustors. University of Maryland.
Wan, J., Fan, A., & Yao, H. (2016). Effect of the length of a plate flame holder onflame blowout limit in a micro-combustor with preheating channels.Combustion and Flame, 170, 53–62.https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2016.05.015
Yang, W., Fan, A., Yao, H., & Liu, W. (2016). ScienceDirect Effect of reducedpressures on the combustion efficiency of lean H 2 / air flames in a micro.International Journal of Hydrogen Energy, 1–8.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.06.208
Yang, W. M., Chou, S. K., Shu, C., Li, Z. W., & Xue, H. (2002). Combustion inmicro-cylindrical combustors with and without a backward facing step.Applied Thermal Engineering, 22(16), 1777–1787.https://doi.org/10.1016/S1359-4311(02)00113-8
Yilmaz, I., Yilmaz, H., Cam, O., & Ilbas, M. (2018). Combustion characteristics ofpremixed hydrogen/air flames in a geometrically modified micro combustor.Fuel, 217(August 2017), 536–543. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.01.015
LAMPIRAN 1
Luas Area Combustor
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 73
1. Luas Combustor Tipe 1
Luas Combustor = π x d x t
Luas Combustor Tipe 1 = (Luas Unburned Area + Luas Burned Area)
= (π x d x t)1 + (π x d x t)2
= (3,14 x 3,5 x 40) + (3.14 x 4,5 x 10)
= 439, 6 + 141,3
= 580,9 mm2 atau 5,809 cm2
2. Luas Combustor Tipe 2
Luas Combustor = π x d x t
Luas Combustor Tipe 2 = (Luas Unburned Area + Luas Burned Area)
= (π x d x t)1 + (π x d x t)2
= (3,14 x 3,5 x 30) + (3.14 x 4,5 x 20)
= 235, 5 + 282, 6
= 518,1 mm2 atau 5,181 cm2
3. Luas Combustor Tipe 3
Luas Combustor = π x d x t
Luas Combustor Tipe 3 = (Luas Unburned Area + Luas Burned Area)
= (π x d x t)1 + (π x d x t)2
= (3,14 x 3,5 x 40) + (3,14 x 4,5 x 20)
= 439,6 + 282,6
= 722,2 mm2 atau 7,222 cm2
LAMPIRAN 2
AFR Bahan Bakar Propana
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 74
Mencari AFR Stoikiometri Bahan Bakar (Fuel), C3H8 dan Udara
Komposisi Udara 21 % Oksigen, dan 79 % N2
Sehingga :
C3H8 + 5 (O2 + N2) 3CO2 + 4H2O + (5 x ) N2
Maka :
AFRV C3H8 + Udara diperoleh :
AFRV =( , )
= 5 + 18,8
= 23,8
Sehingga AFRV C3H8 + Udara adalah Udara : C3H8 = 23,8 : 1 (Stoikiometri)
AFRm C3H8 + Udara dalam kondisi stoikiometri adalah
44Kg C3H8 + 160Kg O2 + 526,4 Kg N2 132Kg CO2 + 72Kg H2O +
526,4Kg N2
Maka :
AFRm =( , )
= 15,60
Sehingga perbandingan Udara : C3H8 = 15,60 : 1
LAMPIRAN 3
AFR Bahan Bakar Acetylene
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 75
Mencari AFR Stoikiometri Bahan Bakar (Fuel), C2H2 dan Udara
Komposisi Udara 21 % Oksigen, dan 79 % N2
Sehingga :
C2H2 + 2,5 (O2 + N2) 2CO2 + H2O + (2,5 x ) N2
Maka :
AFRV C2H2 + Udara diperoleh :
AFRV =, ( , )
= 2,5 + 9,4
= 11,9
Sehingga AFRV C2H2 + Udara adalah Udara : C2H2 = 11,9 : 1 (Stoikiometri)
AFRm C2H2 + Udara dalam kondisi stoikiometri adalah
26Kg C2H2 + 80Kg O2 + 263,2 Kg N2 88Kg CO2 + 18Kg H2O +
263,2Kg N2
Maka :
AFRm =, ( , )
= 13,20
Sehingga perbandingan Udara : C2H2 = 13,20 : 1
LAMPIRAN 4
Equivalence Ratio Combustor Tipe 1, Bahan Bakar Propana
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 76
Mencari Equivalence Ratio (ER) ϕ dengan menggunakan campuran bahan bakar
propana + udara
ϕ, ER pada combustor tipe 1 :
ϕ =( )( )
ϕ =,( )( )
ϕ =,( . . )( . . . )
ϕ =,( . )( . )
ϕ =,.
ϕ = 1,0
Sehingga pada combustor tipe 1, kecepatan udara sebesar 50 cm/s dan bahan
bakar propana sebesar 1.5 cm/s dan diperoleh ER 1,0
Flowrate yang dibutuhkan untuk udara = 50 x 5,809
= 290,45 cm3/s atau
= 4,8408334 cm3/min
Flowrate yang dibutuhkan untuk propana = 1,5 x 5,809
= 8,7135 cm3/s atau
= 0,145225 cm3/min
LAMPIRAN 5
Equivalence Ratio Combustor Tipe 1, Bahan Bakar Acetylene
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 77
Mencari Equivalence Ratio (ER) ϕ dengan menggunakan campuran bahan bakar
Acetylene + udara
ϕ, ER pada combustor tipe 1 :
ϕ =( )( )
ϕ =,( )( )
ϕ =,( , , . )( , , , )
ϕ =,( , )( , )
ϕ =,,
ϕ = 1,0
Sehingga pada combustor tipe 1, kecepatan udara sebesar 14,6730769231 cm/s dan
bahan bakar acetylene sebesar 1,5 cm/s dan diperoleh ER 1,0
Flowrate yang dibutuhkan udara = 14,6730769231 x 5.809
= 85,2359038463 cm3/s atau
= 1,4205983974 cm3/min
Flowrate yang dibutuhkan acetylene = 1,5 x 5,809
= 8,7135 cm3/s atau
= 0,145225 cm3/min
LAMPIRAN 6
Equivalence Ratio Combustor Tipe 2, Bahan Bakar Propana
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 78
Mencari Equivalence Ratio (ER) ϕ dengan menggunakan campuran bahan bakar
propana + udara
ϕ, ER pada combustor tipe 2 :
ϕ =( )( )
ϕ =,( )( )
ϕ =,( . , . )( . . . )
ϕ =,( . )( . )
ϕ =,.
ϕ = 1,0
Sehingga pada combustor tipe 2, kecepatan udara sebesar 50,4538461538 cm/s
dan bahan bakar propana sebesar 1.5 cm/s dan diperoleh ER 1,0
Flowrate yang dibutuhkan untuk udara = 50,4538461538 x 5.181
= 261,4013769228 cm3/s atau
= 4,3566896154 cm3/min
Flowrate yang dibutuhkan untuk propana = 1,5 x 5,181
= 7,7715 cm3/s atau
= 0,129525 cm3/min
LAMPIRAN 7
Equivalence Ratio Combustor Tipe 2, Bahan Bakar Acetylene
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 79
Mencari Equivalence Ratio (ER) ϕ dengan menggunakan campuran bahan bakar
Acetylene + udara
ϕ, ER pada combustor tipe 2 :
ϕ =( )( )
ϕ =,( )( )
ϕ =,( , , . )( , , , )
ϕ =,( , )( , )
ϕ =,,
ϕ = 1,0
Sehingga pada combustor tipe 2, kecepatan udara sebesar 14,6730769231 cm/s dan
bahan bakar acetylene sebesar 1,5 cm/s dan diperoleh ER 1,0
Flowrate yang dibutuhkan udara = 14,6730769231 x 5.181
= 76,0212115386 cm3/s atau
= 1,2670201923 cm3/min
Flowrate yang dibutuhkan acetylene = 1,5 x 5,181
= 7,7715 cm3/s atau
= 0,129525 cm3/min
LAMPIRAN 8
Equivalence Ratio Combustor Tipe 3, Bahan Bakar Propana
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 80
Mencari Equivalence Ratio (ER) ϕ dengan menggunakan campuran bahan bakar
propana + udara
ϕ, ER pada combustor tipe 3 :
ϕ =( )( )
ϕ =,( )( )
ϕ =,( . , , )( . . , )
ϕ =,( , )( . )
ϕ =,.
ϕ = 1,0
Sehingga pada combustor tipe 3, kecepatan udara sebesar 50,4538461538 cm/s
dan bahan bakar propana sebesar 1.5 cm/s dan diperoleh ER 1,0
Flowrate yang dibutuhkan untuk udara = 50,4538461538 x 7,222
= 364,3776769227 cm3/s atau
= 6,072961282 cm3/min
Flowrate yang dibutuhkan untuk propana = 1,5 x 7,222
= 10,833 cm3/s atau
= 0,18055 cm3/min
LAMPIRAN 9
Equivalence Ratio Combustor Tipe 3, Bahan Bakar Acetylene
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 81
Mencari Equivalence Ratio (ER) ϕ dengan menggunakan campuran bahan bakar
Acetylene + udara
ϕ, ER pada combustor tipe 3 :
ϕ =( )( )
ϕ =,( )( )
ϕ =,( , , , )( , , , )
ϕ =,( , )( , )
ϕ =,,
ϕ = 1,0
Sehingga pada combustor tipe 3, kecepatan udara sebesar 29,3461538462 cm/s dan
bahan bakar acetylene sebesar 1,5 cm/s dan diperoleh ER 1,0
Flowrate yang dibutuhkan udara = 29,3461538462 x 7,222
= 211,9379230773 cm3/s atau
= 3,532298718 cm3/min
Flowrate yang dibutuhkan acetylene = 1,5 x 7,222
= 10,833 cm3/s atau
= 0,18055 cm3/min
LAMPIRAN 10
Besar Daya yang Dihasilkan Wall Combustor
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 82
Q = kA
1. Combustor Tipe 1, Bahan Bakar Propana Menurut Data Temperatur
Tabel 4.1
Luas permukaan burned area, dinding luar combustor Tipe 1 :
x r2 x t : 3,14 x 2,75 x 2,75 x 10
: 237,4625 mm2 atau 237,4625 x 10-6 m2
: 0,0002374625 m2
q = (16,2 W/m.K x 0,0002374625 m2 ), ,,
q = 0,0038468925 x 4.612,5
q = 17,7437916563 watt
q = 2,6615687484 watt (Efisiensi 15 % dengan TEG)
2. Combustor Tipe 1, Bahan Bakar Acetylene Menurut Data Temperatur
Tabel 4.1
Luas permukaan burned area, dinding luar combustor Tipe 1 :
x r2 x t : 3,14 x 2,75 x 2,75 x 10
: 237,4625 mm2 atau 237,4625 x 10-6 m2
: 0,0002374625 m2
q = (16,2 W/m.K x 0,0002374625 m2 ), ,,
q = 0,0038468925 x 1.790,62
q = 6,8883226484 watt
q = 1,0332483973 watt (Efisiensi 15 % dengan TEG)
3. Combustor Tipe 2, Bahan Bakar Propana Menurut Data Temperatur
Tabel 4.1
Luas permukaan burned area, dinding luar combustor Tipe 2 :
x r2 x t : 3,14 x 2,75 x 2,75 x 20
: 474,925 mm2 atau 474,925 x 10-6 m2
: 0,000474925 m2
q = (16,2 W/m.K x 0,000474925 m2 ). .,
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 83
q = 0,007693785 x 3.203,4733333
q = 24,6468350796 watt
q = 3,6970252619 watt (Efisiensi 15 % dengan TEG)
4. Combustor Tipe 2, Bahan Bakar Acetylene Menurut Data Tabel 4.1
Luas permukaan burned area, dinding luar combustor Tipe 2 :
x r2 x t : 3,14 x 2,75 x 2,75 x 20
: 474,925 mm2 atau 474,925 x 10-6 m2
: 0,000474925 m2
q = (16,2 W/m.K x 0,000474925 m2 ), ,,
q = 0,007693785 x 7508,7933333
q = 57,7710415158 watt
q = 8,6656562274 watt (Efisiensi 15 % dengan TEG)
5. Combustor Tipe 3, Bahan Bakar Propana Menurut Data Temperatur
Tabel 4.1
Luas permukaan burned area, dinding luar combustor Tipe 2 :
x r2 x t : 3,14 x 2,75 x 2,75 x 20
: 474,925 mm2 atau 474,925 x 10-6 m2
: 0,000474925 m2
q = (16,2 W/m.K x 0,000474925 m2 ), ,,
q = 0,007693785 x 2.482,2466667
q = 19,0978721706 watt
q = 2,8646808256 watt (Efisiensi 15 % dengan TEG)
6. Combustor Tipe 3, Bahan Bakar Acetylene Menurut Data Temperatur
Tabel 4.1
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 84
Luas permukaan burned area, dinding luar combustor Tipe 2 :
x r2 x t : 3,14 x 2,75 x 2,75 x 20
: 474,925 mm2 atau 474,925 x 10-6 m2
: 0,000474925 m2
q = (16,2 W/m.K x 0,000474925 m2 ), ,,
q = 0,007693785 x 6.403,38
q = 49,2662289933 watt
q = 7,389934349 watt (Efisiensi 15 % dengan TEG)
LAMPIRAN 11
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 85
Jumlah Lubang Mesh
Luas Lingkaran Outlet Combustor :
= 2
= 3,14 x 2,25 x 2,25
= 15,89625 mm2
Jumlah lubang :
15,89625 mm2 : 0,25 = 63,45 lubang
LAMPIRAN 12
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 86
Heat Loss
qo = ho (Tw,o - T∞) + (T4w,o – T4∞ )
Menggunakan rumus diatas, pada pemukaan dinding luar combustor total heat loss
rate melalui konveksi dan radiasi alami, berdasarkan data tabel 4.2 diperoleh
sebesar :
1. Combustor Tipe 1 Bahan Bakar Propana
qo = ho (Tw,o - T∞) + (T4w,o – T4∞ )
qo = 20 W/m2 K (455,4479 – 300) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4
(455,44784 - 3004)
qo = 20 W/m2K (155,4479) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4 (34.928.362.207,216)
qo = 3.108,958 + 1.728,3943234342
qo = 4.891,3523234342 W
2. Combustor Tipe 1 Bahan Bakar Acetylene
qo = ho (Tw,o - T∞) + (T4w,o – T4∞ )
qo = 20 W/m2 K (386,2005 – 300) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4
(386,20054 - 3004)
qo = 20 W/m2K (86,2005) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4 (14.145.968.956,217)
qo = 1.724,01 + 7.218,6879583575
qo = 8.942,6979583575 W
3. Combustor Tipe 2 Bahan Bakar Propana
qo = ho (Tw,o - T∞) + (T4w,o – T4∞ )
qo = 20 W/m2 K (400,1771 – 300) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4
(400,17714 - 3004)
qo = 20 W/m2K (100,1771) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4 (17.545.367.718,722)
qo = 2.003,542 + 895,3401146864
qo = 2.898,8821146864 W
4. Combustor Tipe 2 Bahan Bakar Acetylene
qo = ho (Tw,o - T∞) + (T4w,o – T4∞ )
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 87
qo = 20 W/m2 K (723,6319 – 300) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4
(723,63194 - 3004)
qo = 20 W/m2K (423,6319) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4 (266.102.124.137,64)
qo = 8.472,638 + 13.579,191394744
qo = 22.051,829384744 W
5. Combustor Tipe 3 Bahan Bakar Propana
qo = ho (Tw,o - T∞) + (T4w,o – T4∞ )
qo = 20 W/m2 K (404,1042 – 300) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4
(404,10424 - 3004)
qo = 20 W/m2K (104,1042) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4 (18.566.956.775,907)
qo = 2.082,084 + 947,4718042745
qo = 3.029,5558042745 W
6. Combustor Tipe 3 Bahan Bakar Acetylene
qo = ho (Tw,o - T∞) + (T4w,o – T4∞ )
qo = 20 W/m2 K (708,1007 – 300) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4
(708,10074 - 3004)
qo = 20 W/m2K (408,1007) + 0,9 . 5,67 x 10-8 W/m2K4 (243.308.579.867,82)
qo = 8.162,014 + 12.416,036830654
qo = 20.578,050830654 W
LAMPIRAN 13
Surface Volume Ratio
Diameter Outlet Combustor (Do) : 4,5 mm
Diameter Inlet Combustor (Di) : 3,5 mm
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 88
SVR =.
SVR =. ,,
SVR = ,,SVR = 1,4693877551
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 89
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 90
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 91
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 92
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 93