Sampul Lemper Lempeng Pengantar Isi Gambar Ringkasan

PENGARUH PERUBAHAN BENTUK FLAME HOLDER TERHADAP POLA ALIRAN DAN KESTABILAN NYALA API DIFUSI

SKRIPSIKonsentrasi Konversi Energi Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh STEVEN GANDADINATA NIM. 0310620105-62

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN MESIN MALANG 2008


SKRIPSI Konsentrasi Konversi Energi Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun Oleh : STEVEN GANDADINATA NIM. 0310620105 - 62

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Dr. Ir. Rudy Soenoko, M.Eng., Sc NIP. 131 411 121

Mega Nur Sasongko, ST., MT NIP. 132 238 660


Disusun oleh: Steven Gandadinata 0310620105-62 Skripsi ini telah diuji dan dinyatakan lulus pada tanggal 24 Januari 2008 Dosen Penguji Skripsi 1 Skripsi 2

Ir. Agustinus Ariseno NIP. 131 653 470

Denny Widhiyanuriyawan, ST., MT. NIP. 132 283 662 Komprehensif

Ir. Winarno Yahdi Atmodjo, MT. NIP. 131 280 655

ii

Mengetahui: Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dr. Slamet Wahyudi, ST., MT NIP. 132 159 708

iii

KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan anugerah-Nya, sehingga skripsi yang berjudul Pengaruh Perubahan Bentuk Flame Holder Terhadap Pola Aliran dan Kestabilan Nyala Api Difusi dapat terselesaikan. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu hingga terselesaikannya skripsi ini, terutama kepada: 1. Bapak Dr. Slamet Wahyudi, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Mesin.

2. Bapak Ir. Tjuk Oerbandono. M.Sc.CSE, selaku Sekretaris Jurusan Mesin. 3. Bapak Ir. Djoko Sutikno, M. Eng., selaku Ketua Kelompok Konsentrasi TeknikKonversi Energi Jurusan Mesin yang telah banyak memberikan saran dan meluangkan waktunya untuk berdiskusi.

4. Bapak Dr. Ir. Rudy Soenoko, M. Eng., Sc., selaku Dosen Pembimbing I yang telahbanyak memberikan bimbingan dan masukan pada penyusun dalam menyusun skripsi ini.

5. Bapak Mega Nur Sasongko, ST., MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telahbanyak membimbing dan meluangkan dana serta waktunya untuk berdiskusi. 6. Ibu Widya Wijayanti, ST., MT., yang telah banyak memberikan bimbingan dan masukan pada penyusun dalam menyusun skripsi ini. 7. Ibu Lilis Yuliati, ST., MT., dan Bapak Sofyan Arief Setyabudi, ST. yang telah banyak memberikan masukan, saran dan dorongan dalam penyelesaian skripsi.

8. Seluruh Pengajar dan Staf Administrasi Jurusan Teknik Mesin serta Fakultas TeknikUniversitas Brawijaya. 9. Rekan-rekan mahasiswa angkatan 2003 serta semua pihak yang telah memberikan dorongan, semangat serta doa dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Malang, Januari 2008

Penyusun DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL................................................................................................i LEMBAR PENGESAHAN.....................................................................................ii KATA PENGANTAR..............................................................................................iii DAFTAR ISI.............................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK.....................................................................vi DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................viii RINGKASAN...........................................................................................................ix BAB I PENDAHULUAN......................................................................................1

1.1. Latar Belakang............................................................................................1 1.2. Rumusan Masalah.......................................................................................2 1.3. Batasan Masalah..........................................................................................3 1.4. Tujuan Penelitian........................................................................................3 1.5. Manfaat Penelitian......................................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................4 2.1. Penelitian-penelitian Terdahulu..................................................................4 2.2. Pembakaran.................................................................................................4 2.3. Proses Pembakaran Gas..............................................................................5 2.4. Pembakaran Difusi......................................................................................6 2.5. Macam-macam Aliran.................................................................................11 2.6. Kestabilan Api ............................................................................................13 2.7. Flame Holder..............................................................................................15 2.8. Metode Schlieren (Schlieren Photograph)..................................................16 2.9. Liquified Petroleum Gas (LPG)..................................................................18 2.10. Hipotesis......................................................................................................20 BAB III METODE PENELITIAN.........................................................................21 3.1. Metode Penelitian.........................................................................................21 3.2. Tempat dan Waktu Penelitian......................................................................21 3.3. Variabel Penelitian.......................................................................................21 3.4. Alat-alat yang Digunakan............................................................................22

3.5. Instalasi Penelitian......................................................................................24 3.6. Metode Pengambilan Data..........................................................................24 3.7. Rencana Analisa Data.................................................................................26 3.8. Diagram Alir Penelitian..............................................................................27 BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN...................................................................28 4.1. Data Penelitian.............................................................................................28 4.2. Perhitungan Data..........................................................................................28 4.2.1. Perhitungan Kecepatan Aliran Bahan Bakar...................................28 4.2.2. Perhitungan Kecepatan Aliran Udara..............................................29 4.3. Visualisasi Api.............................................................................................30 4.4. Pembahasan..................................................................................................30 4.4.1. Visualisasi Api Difusi.....................................................................30 4.4.2. Diagram Kestabilan.........................................................................36 4.4.2.1. Grafik Hubungan antara Kecepatan Udara dan Kecepatan Bahan Bakar....................................................................................36 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...................................................................41 5.1 Kesimpulan...................................................................................................41 5.2 Saran..............................................................................................................41 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK No. Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4(a) Gambar 4.4(b) Gambar 4.4(c) Judul Difusi komponen A ke dalam komponen B Perubahan aliran dan struktur api Skema lift off pada api difusi jet Gelombang pembakaran laminer dan turbulen Contoh zona resirkulasi akibat aliran swirl Tiga corak aliran kental : (a) aliran berlapis pada Re rendah (b) pada Re sedang (c) aliran bergolak pada Re tinggi Fluktuasi kecepatan rata-rata Skema diagram dari perambatan pembakaran stasioner satu dimensi Jenis profil api Bentuk api difusi Contoh Flame Holder pada afterburner Ilustrasi Daerah Resirkulasi pada Flame Holder Kerucut (a) Skema visualisasi aliran dengan metode Schlieren (b) Perincian mata pisau (knife edge) Contoh Foto Schlieren Konveksi Tabung Gas Pertamina Gambar Teknik Flame Holder Skema Instalasi Penelitian Skema Peletakan Flame Holder Diagram alir penelitian Visualisasi api dalam kondisi stabil : (a) tanpa udara (Vu=0 m/s), (b) dengan udara (Vu=5,106064 m/s) Visualisasi api dalam kondisi lift off : (a) tanpa udara (Vu=0 m/s) (b) dengan udara (Vu=5,106064 m/s) Visualisasi api difusi pada ketinggian 2mm: (a) Schlieren, (b) Direct Kondisi stabil dengan udara Kondisi lift off dengan udara 35 18 18 21 24 25 27 31 32 33 34 35 12 13 14 14 15 16 17 Halaman 7 8 9 10 10 12

Visualisasi api (Direct) dalam kondisi lift off dengan udara Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan udara dan kecepatan bahan bakar pada ketinggian flame holder 2 mm Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara kecepatan udara dan kecepatan bahan bakar pada ketinggian flame holder 4 mm Grafik hubungan antara kecepatan udara dan kecepatan bahan bakar pada ketinggian flame holder 6 mm Grafik hubungan antara kecepatan udara dan kecepatan bahan bakar pada variasi ketinggian flame holder cincin Grafik hubungan antara kecepatan udara dan kecepatan bahan bakar pada variasi ketinggian flame holder kerucut 37 38 39 39 37

DAFTAR LAMPIRAN No. Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6 Lampiran 7 Lampiran 8 Lampiran 9 Lampiran 10 Lampiran 11 Lampiran 12 Lampiran 13 Lampiran 14 Judul Data lift off hasil penelitian tanpa penggunaan flame holder. Data lift off hasil penelitian dengan penggunaan flame holder kerucut berlubang ketinggian 2mm. Data lift off hasil penelitian dengan penggunaan flame holder kerucut berlubang ketinggian 4 mm. Data lift off hasil penelitian dengan penggunaan flame holder kerucut berlubang ketinggian 6 mm. Data lift off hasil penelitian dengan penggunaan flame holder cincin ketinggian 2 mm. Data lift off hasil penelitian dengan penggunaan flame holder cincin ketinggian 4 mm. Data lift off hasil penelitian dengan penggunaan flame holder cincin ketinggian 6 mm. Visualisasi tanpa flame holder dengan kondisi stabil Visualisasi tanpa flame holder dengan kondisi lift off Visualisasi dengan flame holder cincin dengan kondisi stabil Visualisasi dengan flame holder cincin dengan kondisi lift off Visualisasi dengan flame holder kerucut dengan kondisi stabil Visualisasi dengan flame holder kerucut dengan kondisi lift off Visualisasi dengan flame holder cakram dengan kondisi stabil

RINGKASAN Steven Gandadinata, Jurusan Mesin, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Januari 2008, Pengaruh Perubahan Bentuk Flame Holder terhadap Pola Aliran dan Kestabilan Nyala Api Difusi. Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Rudy Soenoko, M.Eng., Sc dan Mega Nur Sasongko, ST., MT. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan bentuk flame holder yang paling optimal terhadap pola aliran dan kestabilan nyala api difusi. Api difusi terkenal mudah tidak stabil karena udara pembakarannya berdifusi secara langsung saat api menyala. Salah satu metode yang digunakan untuk menstabilkan pembakaran difusi adalah menghasilkan daerah resirkulasi dengan pemasangan flame holder setelah nosel. Dengan flame holder akan terbentuk suatu pola aliran tertentu sehingga terjadi daerah resirkulasi, sesuai fungsinya sebagai pengganggu aliran. Pencampuran bahan bakar dan udara menjadi semakin homogen, akibatnya akan diperoleh pembakaran yang lebih sempurna dan kestabilan api yang lebih baik. Instalasi penelitian meliputi tabung LPG sebagai penyuplai bahan bakar, blower sebagai penyuplai aliran udara aksial, burner sebagai tempat terjadinya reaksi pembakaran dan flame holder sebagai pengganggu aliran fluida. Variabel bebas yang digunakan adalah 3 macam bentuk flame holder, yaitu cincin, cakram, dan kerucut berlubang. Sedangkan variabel bebas yang lain adalah kecepatan aliran udara aksial antara 0 9,55 [m.s-1], dan ketinggian flame holder 2mm, 4mm, dan 6mm. Dari hasil penelitian, didapatkan data terjadinya lift off yang selanjutnya dicatat dan digambarkan dalam grafik kestabilan api. Sedangkan data pola aliran diambil dengan menggunakan metode Schlieren untuk memvisualisasikan aliran yang terjadi. Hasil penelitian menunjukkan adanya pengaruh perubahan bentuk flame holder yang menimbulkan pola aliran tertentu sehingga menyebabkan perubahan resirkulasi pada aliran udara. Akibatnya adalah perluasan pola aliran dan kestabilan nyala pada api difusi yang mengalami peningkatan secara signifikan. Daerah kestabilan api difusi paling besar dihasilkan flame holder cakram karena aliran melalui lubanglubang sehingga daerah resirkulasi menjadi sangat luas. Hal ini mengakibatkan campuran bahan bakar dan udara menjadi homogen dengan pembakaran yang lebih sempurna. Kata kunci : flame holder, pola aliran, kestabilan nyala api difusi, metode Schlieren.

Documents

Sampul Lemper Lempeng Pengantar Isi Gambar Ringkasan