studi eksperimen distribusi temperatur nyala api kompor ... · skema peralatan. keterangan: 1. ......

Studi Eksperimen Distribusi Temperatur Nyala Api pada Kompor Bioetanol Tipe Side Burner dengan variasi diameter

firewall

R.R. Vienna Sona Saputri Soetadi2108 100 090

Dosen Pembimbing:Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono K, M.Eng. Sc

Latar Belakang

Ingin mengetahui distribusi temperatur kompor bioethanol tipe side burner

dengan variasi firewall 2.5 inci dan 3 inci

Pemanfaatan energi yang maksimal

Pengkajian yang

mendalam

Kompor penelitian terdahulu

Permasalahan

Bioethanol memiliki nilai kalor tertentu

Hasil nyala api yang dimanfaatkan

Nyala api yang dihasilkan dalam

reaksi pembakaran memiliki temperatur

yang berbeda.

Batasan Masalah

• Kompor uji adalah kompor hasilpenelitian terdahulu.

• Bahan bakar yang digunakan adalah bioethanol 99%.

• Kondisi suhu dan kelembaban ruangan dianggap tetap dan pengaruh angin diabaikan.

Batasan Masalah

• Asumsi yang digunakan :• Sistem dalam kondisi steady state.• Kondisi ruangan konstan pada P = 1 atm; T = 29 °C.• Nyala api optimum ditandai dengan nyala api warna

biru atau pendekatan warna biru. • Api dalam keadaan rata melingkar (simetri).• Nilai kalor bahan bakar tetap.• Tidak membahas mengenai pembuatan bahan bakar

secara detail.

Tujuan Penelitian

Temperatur nyala api

Profil distribusi

temperatur dan garis

isothermalapi

Letak tinggi

maksimum

Manfaat Penelitian

• Menyempurnakan penelitian sebelumnya dan dapatmengoptimalkan pemanfaatan nyala api.

• Memberikan kontribusi terhadap pemanfaatanbioetanol sebagai bahan bakar kompor tipe sideburner.

Penelitian Terdahulu

• Rizka Andika Pratama, Teknik Mesin ITS, 2012.“Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Bioetanol Tipe SideBurner dengan Variasi Diameter Firewall 3 Inci dan 2.5Inci”

Firewall 2.5 Inci Firewall 3 Inci

Jenis Kompor Temp.rata-rata tertinggi (oC)

Tinggi (mm)

Daya (Hp) Efisiensi Q

(lt/jam)Sfc

Dia. 2.5 inci 381,3 15 1,60 54,91 0,34 0,241Dia. 3 inci 515,5 10 2,38 56,57 0,50 0,271

Penelitian Terdahulu

• Fenny Nofiatus Syahriyah. Teknik Mesin ITS,2010. “ Studi Eksperimental Penggunaan BahanBakar Bio-Etanol Pada Kompor Tanpa TekanModel Api LPG “.

Jenis Kompor Temp.rata-rata tertinggi (oC) Tinggi (mm) Daya (Hp) Efisiensi Sfc

Kompor Lubang Sebaris 454,1 20 1,903 67,4 1,004Kompor Lubang Tengah Lurus 512,5 80 2,047 62,6 0,713Kompor Lubang Tengah Obor 660,5 120 1,619 66,48 1,077

Kompor Lubang Sebaris Kompor Lubang Tengah Lurus Kompor Lubang Tengah Obor

Penelitian Terdahulu

Rajvansi, Anil K; dkk. 2007. Low-concentration ethanolstove for rural areas in India. Nimbkar AgriculturalResearch Institute (NARI).

Kompor etanol kadar sebesar50% memberikan output yang

sama dengan kompor LPG

Metode Penelitian

• Metode eksperimen mendapatkan data denganmelakukan percobaan

Perencanaan Eksperimen

• Pengujian temperatur api

• Pengujian Waktu Pendidihan AirWater boiling test

3inci 2.5inci

Peralatan Eksperimen

• Bahan bakar uji bioetanol 99%• Kompor uji

Firewall 3 inci

Peralatan Eksperimen

• Kompor ujiFirewall 2.5 inci

Peralatan Eksperimen

• Kubung

• Bejana atau PanciTingkat Daya (kw) Diameter(cm) Volume(liter)

0,981 – 1,325

1,325 – 1,741

1,741 – 2,235

2,235 – 2,816

2,816 – 3,489

3,489 – 4,262

20

22

24

26

28

30

2,20

2,70

3,50

5,70

7,30

9,30

Kompor dia. 2,5 inci

Kompor dia. 3 inci

(VEG Gas Institute Belanda)

Peralatan Ukur

Thermocouple type K

Infus Set

Stopwatch digital

Thermometer

Peralatan Ukur

Alcohol meter

Gelas ukur

Jangka sorong

Skema Peralatan

Keterangan:

1. Kantung bahan bakar

2. Kran in

3. Saluran in

4. Kompor uji

5. Kubung

6. Saluran kuras

7. Saluran out

8. Kran out

9. Resevoir I

10. Reservoir II

Prosedur PenelitianStart

Studi eksperimen distribusi temperatur nyala api kompor bioethanol tipe side burner dengan variasi

diameter firewall 3 inci dan 2.5 inci

Studi literatur

Referensi :- Tugas Akhir- Text Book

- Artikel / Paper- Internet

Kompor uji dengan kriteria Kriteria :- Tidak terjadi kebocoran

- Kubung, kaki kompor, saluran in dan saluran out sudah terpasang

Persiapan pengujian :1. Peralatan Ukur

2. Bahan Bakar Bioethanol3. Pengujian properties bahan bakar

dengan konsentrasi ethanol 99% pada Lab. Teknologi Air Teknik Kimia ITS

A

Pengujian temperatur kompor bioetanol pada nyala api dengan ketinggian dan jarak horisontal

tertentu

Dokumentasi dan pengambilan data pengujian

Pengolahan data temperatur dengan matlab dan analisa data

A

Kesimpulan

End

Data hasil pengujian:- Temperatur api

- Warna api- Ketinggian api

- Luasan penampang api

Kriteria :- Api sudah mencapai api

dewasa yaitu nyala api pembakarannya stabil

Pengujian ketinggian

temperatur api

Kriteria :- Area ketinggian api yang maksimal

memberikan energi panas- Referensi pemilihan panci dan volume air

berdasarkan Tugas Akhir saudara Rizka Andika P.

Analisa Properties Bahan Bakar

*Berdasarkan uji bahan bakar Lab. TAKI Jurusan Teknik Kimia ITS**Berdasarkan data properties, tugas akhir Danang Yudoyono

*** Berdasarkan data properties journal Anozie

No Properties Satuan Bioethanol 99%* Kerosene

** LPG**

*

1 Density at 15°C g/cm3 0,8216 0,7996 - Density at 15°C kg/m3 821,6 799,6 -

2 Dynamic Viscosity at 40°C

cPs 1.095 1.64 -

3 Flash Point °C 30 48 - 4 LHV kJ/kg 22341,732 4700 23000

Profil Api Biru Kompor

• Firewall 2.5 inci • Firewall 3 inci

Distribusi Temperatur10

0 100

100100

100

100

100

100

100

150

150150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

200

200

200

200

200200

200

200

200

200

200

200200200

250

250

250

250 250

250

250

250

250

250250250

300

300

300 300

300

300

300

300300

300

350

350

350

350

350

350350

350

400

400

400

400

400

400

400400

400

450

450

450

450

450

450450450

500

500

500

500

500500500500

550

550

550

550550

600 600

600

600600

100 100

100

100

450

550

150150

650

650

650

650700

700

300

150150

450

750

750

100100

300

200

200 800 800

500

150150

650

100

100

600

Posisi Thermocouple

Ketin

ggia

n, h

(mm

)

-12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910111205

101520253035404550556065707580859095

100105110115120125130135140145150

100

200

300

400

500

600

700

800

900

100

100

100

100

100

100

100

100

10010

015

0

150

150

150

150

15015015

0

200

200

200

200

200

200200200

250

250

250

250

250

250250250

300

300

300

300

300300300

350

350

350

350

350

350350

350

400

400 400

400

400

40040040

0

450

450

450

450

450450450 500500

500

500

550

550

500

600

600

350 350

Posisi Thermocouple

Ket

ingg

ian,

h (m

m)

-12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910111205

101520253035404550556065707580859095

100105110115120125130135140145150

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

kompor 2.5 inci thermocouple arah radial kompor 3 inci thermocouple arah radial

2.5 inci

100

100

100

150

150 150

200

200

200250

250

250300

300

300

350

350

350400

400

400450

450 450

450

500

500

500

500

550

55055055

0

600

600

150

600

200

650

200 200

Sudut putar (o)

Ket

ingg

ian,

h (m

m)

-18 -12 -6 0 6 12 180

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

Flame zone

Soot particle growth zone

Soot particle inception zone

Soot oxidation zone

Kontur isothermal dengan sudut putar thermocouple

Struktur api dengan proses terbentuknya soot

3 inci10

0

100

100

100

150

150

150200

200

200250

250

250300

300

300350

350

350

400 400

400

450

450 450

450

500500

500

550

550

100100

400

Sudut putar (o)

Ket

ingg

ian,

h (m

m)

-15 -10 -5 0 5 10 150

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

Flame zone

Soot “wings”

Kontur isothermal dengan sudut putar thermocouple

Struktur api dengan proses terbentuknya soot

Daerah Api Difusi

• Reaction zonesemua reaksi kimia dan pelepasan energi terjadi– Primary reaction : sebagian besar hidrokarbon dikonsumsi– After burning : konversi lanjutan

• Burnt gas zonegas-gas yang terbentuk dari api dengankecepatan,temperatur,konsentrasi species yang sama

Analisa Distribusi Temperatur

T1

doi

di = doi+1

𝐴𝐴𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = �[𝜋𝜋(𝑟𝑟𝑡𝑡𝑖𝑖2 − 𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖2)]𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

(𝐴𝐴 × 𝑇𝑇)𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = �[𝜋𝜋(𝑟𝑟𝑡𝑡𝑖𝑖2 − 𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖2) × 𝑇𝑇𝑖𝑖]𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑡𝑡𝑟𝑟 −𝑟𝑟𝑟𝑟𝑡𝑡𝑟𝑟 = (𝐴𝐴 × 𝑇𝑇)𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

𝐴𝐴𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

• Rekomendasitinggi peletakanbeban:

• 2.5 inci 5 mm• 3 inci 0 mm

0100000200000300000400000500000600000700000800000900000

1000000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Luas

an to

tal (

mm

²)

Ketinggian, h (mm)

Kompor 2.5inci

Kompor 3inci

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Tem

pera

tur r

ata-

rata

(°C)

Ketinggian,h (mm)

Kompor 2.5inci

Kompor 3inci

Pengujian Waktu Pendidihan Air

0

5

10

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

Ketin

ggia

n, h

(mm

)

Waktu pendidihan (menit)

2.5inci

3inci

3 inci 3 inci

2.5 inci

Analisa Transfer Energi

Indikator Jenis kompor Firewall 2.5

inci Firewall 3 inci

Temperatur api rata-rata

542oC 516oC

Ketinggian peletakan beban

5 mm 5 mm

Efisiensi* 54.91% 56.57% Waktu pendidihan 19’62” 28’47” Bahan Bakar yang

Dikonsumsi 0.055869kg 0.065728kg

Energi yang ditransfer bahan

bakar

0.582319kW 0.486369kW

*Diambil dari Tugas Akhir Rizka Andika, Teknik Mesin-ITS

Energi bioetanol yang ditransfer =

TERIMA KASIHMohon masukan untuk

Tugas Akhir ini