CombustorCombustion Chamber

•OUTLINE

•Pengertian dan Fungsi

Bagian dari turbin gas di mana bahan bakar akan

dikombinasikan dengan udara dari kompresor

dan dibakar.

Fungsi: Energi tekanan Energi panas

Proses Pembakaran

Cara Kerja

• Nosel (bag. Depan RB): menyemburkan BB• Liner: mengumpankan aliran udara ke nosel• Aliran udara liner depan bersikulasi ke arah

depan atau melawan semburan BB.

Fungsi: mempercepat proses pencampuran udara dan menghindari flame blowout (membentuk daerah stabil kecepatan rendah)

• Ignitor: terbagi dua;- Cross ignitor tube (membentu pembakaran

jenis can dan can-annular)- Ignitor plug (di pasang pada daerah aliran

hulu dari RB)• RB primer: Setelah penyalaan, pembakaran

menyebar (campuran BB+Udara terbakar sempurna)

• RB: ½ atau 1/3 jumlah udara dapat masuk dan ¼-nya yang digunakan untuk proses pembakaran

• Temperatur: 1900oC• Pendinginan hingga ½ dari temperatur di

atas sebelum masuk turbin (oleh aliran udara dari lubang-lubang liner belakang)

• Dinding dalam liner: di jaga temperatur rendah dengan mengalirkan udara dingin

•Diffuser

Komponen combustion chamber untuk

menurunkan kecepatan udara supaya api di

dalam combustion chamber tidak mati karena

kecepatan udara yang sangat tinggi dari

kompresor.

Berdasarkan caranya menurunkan kecepatan

1. aerodynamic diffuser,

2. dump diffuser.

•Casing & Liner

Casing: wadah/tempat dari komponen-

komponen combustion chamber.

Liner: komponen dari combustion chamber yang

berfungsi untuk memisahkan aliran udara.

Aliran udara yang dipisahkan tadi sebagian

menuju wilayah antara casing dan liner yang

disebut annulus. Sisanya menuju ke mixing

chamber.

•LinerTiga bagian, yaitu:1. Primary Zone (PZ),2. Secondary/Intermediate Zone (SZ/IZ),3. Tertiary/Dilution Zone (TZ/DZ) Ket:

PZ : Menyediakan cukup waktu bahan bakar-udara untuk bercampur dan terbakar

IZ : Menyediakan cukup waktu untuk pembakaran sempurna

DZ : Menurunkan suhu aliran keluar hingga suhu yang bisa diterima turbin

Fuel Injector• Fuel injector memasukkan bahan bakar pada aliran. Penting supaya bahan

bakar diuapkan sebelum memasuki area pembakaran agar bahan bakar bisa

terbakar sempurna.

Untuk mempercepat penguapan, bahan bakar harus diatomisasi. Ini berarti

bahan bakar akan dipecah menjadi tetesan kecil yang akan menaikkan

tingkat penguapan. Untuk mencapai ini, digunakan Atomizer. Untuk

mengatomisasi bahan bakar, harus diberikan kecepatan relatif yang lebih

tinggi dibandingkan aliran udara.

Atomizer terbagi dua:

⁂Pressure-assist Atomizers, memberikan bahan bakar kecepatan tinggi

⁂Air Blast Atomizers, memasukkan bahan bakar memasukkan bahan bakar

berkecepatan rendah pada aliran udara berkecepatan tinggi.

Fuel Atomization & Ignition

Fuel Atomization & Ignition

Ignitor adalah suatu komponen Ignitor adalah suatu komponen

yang menghasilkan percikan yang menghasilkan percikan

bunga api dari elektroda untuk bunga api dari elektroda untuk

membakar campuran bahan membakar campuran bahan

bakar dan udara.bakar dan udara.

Fuel Injector Design

Simple straight –walled duct combustor

Baffle added to straight –walled duct to create flame stabilization zone

Flame stabilization • Mencegah api tidak padam karena kecepatan aliran Mencegah api tidak padam karena kecepatan aliran yang tinggi. Cara terbaik menggunakan yang tinggi. Cara terbaik menggunakan swirlersswirlers. . Terdapat 2 tipe swirlers :Terdapat 2 tipe swirlers :

• axialaxial• radial swirlersradial swirlers

Flame stabilization region created by swirl vanes

Flame stabilization created by impinging jets and general airflow pattern

Range of burnable fuel-air ratios versus combustor gas velocity

CoolingCooling ini mendinginkan liner agar usia liner menjadi lebih tahan lama. Ada beberapa tipe cooling salah satunya pada gambar di bawah ini

3 Type of Combustors

Annular Tipe Annular banyak

digunakan pada turbin gas

untuk pesawat terbang.Untuk aplikasi pada

temperatur yang tinggi, tipe

annular lebih berkembang,

karena pada tipe ini hanya

diperlukan pendinginan udara

yang lebih sedikit daripada

tipe Tubo-annular.Kekurangan tipe ini adalah

perawatan yang lebih sulit

daripada tipe yang lain.

Tubular (Single Can)

• Tubular (single can) banyak

dipilih desainer turbin gas

perindustrian Eropa karena

desain yang sederhana dan

dapat bertahan cukup lama

karena tingkat pelepasan

panas rendah.

• Kebanyakan konstruksi

tubular desainnya reverse-

flow.

Tubo-Annular (Can-Annular)

Tubo-Annular (can-annular) merupakan

kombinasi dari tipe annular dengan tubular.

Tipe ini adalah yang paling banyak digunakan

pada turbin gas, karena temperaturnya

terdistribusi lebih baik dan perawatannya pun

lebih mudah dari pada tipe yang lainnya.

Gambar (Tubo-Annular)

Gambar (Pada Pembangkit)

Gambar (Pada Pesawat)

Reaksi Pembakaran • Reaksi paling umum:

• CH4+2O2 →CO2 + 2H2O + Heat

• Karena kandungan udara kira-kira 21% Oksigen dan 79% Nitrogen atau satu

bagian oksigen banding empat bagian nitrogen, maka reaksinya menjadi :

• CH4+2(O2 + 4N2) → CO2 + 8N2+ 2H2O + Heat

• Karena pembakaran menghasilkan H2O, maka proses pembakaran lebih lanjut juga

dapat menghasilkan:

• 2N + 5O + H20 → 2NO + 3O + H2O → 2HNO

• Asam sulfat salah satu produk sampingan dari pembakaran, reaksinya:

• H2S + 4O → SO3 + H2O → H2SO4

• Jika pembakaran berlangsung dengan perbandingan kurang dari 10 volume udara

dengan 1 volume metana, akan dihasilkan karbon monoksida.

• CH4 + 11/2(O2 + 4N2) → 2H2O + CO + 6N2 + Heat

• Namun karena banyak udara pada turbin gas, masalah ini tidak akan muncul.

Perencanaan Hal-hal yang perlu dipertimbangkan saat merancang Combustor adalah sebagai berikut:

Cross-sectional area,Length,Wobbe number,Pressure drop,Volumetric heat-release rate,Liner holes,Combustion liners,Transition pieces,Reliability of combustors.

Cross-sectional area (Luas penampang)

Untuk menentukan luas penampang dalam ruang

bakar dapat ditentukan oleh membagi aliran

volumetrik pada inlet ruang bakar dengan kecepatan

referensi yang telah dipilih sesuai dengan jenis turbin

tertentu.Length (Panjang)

Panjang ruang bakar harus cukup untuk

menyediakan api stabilisasi, pembakaran, dan

pencampuran dengan air dilution.

Rasio panjang ke diameter untuk liners berkisar dari tiga sampai enam.

Rasio untuk casing berkisar dari dua hingga empat.• Wobbe number,

merupakan indikator dari karakteristik dan stabilitas proses pembakaran

Makin tinggi jumlah Wobbe akan menyebabkan api untuk membakar lebih dekat ke liner. Sedangkan, penurunan Wobbe dapat menyebabkan denyutan di ruang bakar.

• Pressure drop• Tekanan minimum pada diffuser sekitar 14 kali tekanan kecepatan referensi.

• Beberapa nilai untuk tekanan minimum ini adalah: 100 fps (30 MPS), 4%, 80 fps (24 MPS), 2,5%, 70 fps (21 MPS), 2%, 50 fps (15 MPS), 1%.

• Volumetrik heat rate-release,• Tingkat panas sebanding dengan rasio bahan bakar dan udara serta tekanan ruang bakar, dan itu harus proporsional sebagai fungsi dari kapasitas ruang bakar.

• Liner holes, 

• Lubang Liner, adalah daerah Liner yang

penting untuk kinerja pembakar. Misalnya,

tekanan Koefisien kerugian memiliki nilai

minimum di kisaran 0,6 dari daerah casing

daerah rasio dengan rasio suhu 4:1.

Combustion liners,

Pembakaran Liners. Tiga perubahan besar telah terjadi sejak ori-marginal AISI 309 stainless Louver didinginkan liners. Perubahan pertama adalah adopsi bahan yang lebih baik seperti Pelindung X/RA333 pada tahun 1960, dan Nimonic 75 dan adopsi dari kapal slot didinginkan pada awal tahun 1970. ini desain Slot-cooled menawarkan jauh lebih kapal efektivitas pendinginan, dan dari sudut pandang materi, menyajikan daerah baru tantangan pengolahan. Fabrikasi dan perbaikan liners terutama dengan kombinasi mematri dan pengelasan. Liners Sebelumnya, di sisi lain, dibuat dengan menggunakan dilas con-nan dengan kisi-kisi mekanis terbentuk.

Transition piecesMeskipun secara teknis bukan bagian dari ruang bakar Transition

pieces merupakan bagian penting dari sistem pembakaran. Kurang rumit daripada liners, potongan transisi mungkin telah lebih menantang dari bahan / proses sudut pandang. Oleh karena itu, bahan-bahan baru telah cenderung pertama kali diperkenalkan pada bagian transisi. Dari sudut pandang desain, signifikan perbaikan telah dibuat pada model canggih melalui penggunaan berat dinding, ujung belakang single-piece, tulang rusuk, pengaturan segel mengambang, dan selektif pendinginan. Perubahan desain telah diimbangi dengan perbaikan materi. Potongan transisi awal yang terbuat dari AISI 309 stainless steel. Pada awal 1960, nikel basis paduan Hastelloy-X dan RA-333 yang digunakan dalam lebih membatasi bagian. Paduan ini menjadi standar untuk potongan transisi dengan 1970..

•Reliability of combustors•Panas dari pembakaran, tekanan Fluc-tuation, dan getaran dalam kompresor dapat menyebabkan retakan di kapal dan nozzle. Juga, ada masalah korosi dan distorsi. Tepi lubang di liner adalah keprihatinan besar karena lubang bertindak sebagai stres konsentrasi trators untuk setiap getaran mekanik dan, pada suhu yang cepat fluktuasi- tions, gradien suhu tinggi terbentuk di wilayah tepi lubang, sehingga menimbulkan kelelahan termal yang sesuai.Hal ini diperlukan untuk memodifikasi tepi lubang dalam berbagai cara untuk mengurangi konsentrasi tegangan tersebut. Beberapa metode modifikasi adalah priming, terjun, dan standar radiusing dan polishing metode. Dalam Rendah Kering NOx pembakar, terutama di ruang pra-campuran ramping, tekanan fluktuasi- tions dapat mengatur getaran yang sangat tinggi, yang menyebabkan kegagalan utama.

•PerhitunganPerencanaan Ruang Bakar

•Efisiensi

•Sumber• P. Boyce, Meherwan. 2001. Gas Turbine Engineering Handbook. Houston:Butterworth-Heinemann.

• Anonim, The Combustion Chamber