MESO SCALE COMBUSTOR TIPE TABUNG DENGAN MIXER DAN RESIRKULATOR KALOR TIPE ANNULUS

Oleh :

TEKNIK MESIN / FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

JL. RAYA TLOGOMAS 246 MALANGTAHUN 2017

i

PROPOSAL UBER KIBANTUAN PENDAFTARAN PATEN

5

10

15

HALAMAN PENGESAHAN1. Judul Invensi : Meso Scale Combustor Tipe Tabung Dengan

Resirkulator Kalor Dan Mixer Tipe Annulus2. Ketua Pengusul

a. Nama Lengkap : b. Jenis Kelamin : L/Pc. NIDN : d. Disiplin ilmu : Teknik Mesine. Pangkat/Golongan : f. Jabatan : Divisi Pelindungan Perolehan HKI, Sentra HKI

UMMg. Fakultas/Jurusan : Fakultas Teknik / Teknik Mesinh. Alamat kantor : Jl. Raya Tlogomas 246 Malangi. Telepon/Faks/E-mail : 0341- 464318-319/0341-460435j. Alamat Rumah : Perum Pondok Bestari Indah c5-266,

Landung sari kec. Dau, Malangk. Telepon/Faks/E-mail : fauzanmt@umm.ac.idl. Ponsel : 081233787881

3. Jumlah Anggota : -a. Nama Anggota I :

4. Jenis Paten : biasa5. Penelitian/Pengabdian

yang mendukung: Penelitian dana Langsung Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang

MengetahuiDekan

Ir. Sudarman, M.TNIP. 10889090132

Malang, Ketua Pengusul,

NIP.

Menyetujui,Ketua Sentra HKI UMM

Dr. Ir. Maftuchah, M.PNIP. 196803121992121002

SURAT PERNYATAAN

ii

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:Nama Lengkap : NIDN : Pangkat/Golongan : Fakultas/Jurusan : Fakultas Teknik/Teknik Mesin

Dalam rangka mengikuti program Bantuan Pendaftaran Paten Unggulan Kekayaan Intelektual yang dilaksanakan oleh Direktorat Pengelolaan Kekayaan Intelektual, Ditjen Penguatan Risbang, Kemenristekdikti Tahun 2017, menyatakaan dengan sebenarnya bahwa:

Judul Invensi : Meso Scale Combustor Tipe Tabung Dengan Resirkulator Kalor Dan Mixer Tipe Annulus

Ketua Tim Pengusul : Bidang Ilmu : Perg.Tinggi/Jurusan: Universitas Muhammadiyah Malang/ Teknik Mesin

belum pernah didanai untuk didaftarkan paten oleh instansi/lembaga lain. Apabila terbukti sebaliknya, saya bersedia untuk menanggung sanksi dari Direktorat Pengelolaan Kekayaan Intelektual, Ditjen Penguatan Risbang, Kemenristekdikti.

Malang, Ketua Pengusul,

Ir. Achmad Fauzan Hery S, MTNIP. 108 9208 0279

iii

5

10

15

20

25

a. Uraian Umum

1. Judul Invensi : Meso Scale Combustor Tipe Tabung Dengan Resirkulator Kalor Dan Mixer Tipe Annulus

2. Ketua Pengusula. Nama lengkap dengan gelar :b. Jenis kelamin : L/Pc. NIDN : 0718056701

d. Disiplin ilmu : Teknik Mesine. Pangkat/Golongan :

f. Jabatan fungsional/struktural : Divisi Perlindungan Sentra HKI UMM

g. Fakultas/Jurusan : Fakultas Teknik/Teknik Mesin3. Anggota Pengusul 1

a. Nama lengkap dengan gelar :b. Jenis kelamin :c. NIDN :d. Disiplin ilmu :e. Pangkat/Golongan :

f. Jabatan fungsional/struktural :g. Fakultas/Jurusan :

4. Bidang Teknologi : f. Teknik Mesin/ Energi5. Jumlah klaim invensi : 5

iv

1. Uraian Penelusuran Paten

Micro-powergeneratormerupakan pemasok daya yang saat ini sedang

dikembangkan oleh para peneliti untuk menggantikan baterai konvensional. Hal ini

disebabkan baterai kimia konvensional memiliki kepadatan energy rendah dan limbahnya

buruk bagi lingkungan, sedang micro power generator berbasis hydrocarbon memiliki

kepadatan energy yang tinggi. Micro power generator berbasis hydrocarbon, telah

dipatenkan , sebagai contoh adalah paten nomor US 8546680 B2 yaitu Energy efficient

micro combustion system for power generation and fuel processing, paten nomor WO

2006017478 A yaitu Fuel flexible thermoelectric micro-generator, yaitu Ultra micro gas

turbine, paten nomor WO 2006017389 A1 yaitu Fuel flexible thermoelectric micro-

generatorwith micro-turbine dan serupa nomor EP 1790060 A1, US 6987329 B1, US

20060027258 A1, EP 1790019 A1. Micro-powergeneratoryang digunakan untuk pengisi

baterai contohnya adalah Fuel flexible thermoelectric generator with battery chargerEP

1794836 B1.

Pembangkit daya skala micro atau disebut dengan micro-power generator

dibutuhkan dengan persyaratan ukuran kecil, menghasilkan daya tinggi dan umur operasi

panjang. Salah satu yang potensial adalah penggunaan bahan bakar

hydrokarbor.Sebagai perbandingan Hydrocarbon memiliki kandungan energi hingga 45

MJ/Kg sementara baterai terbaik hanya memiliki kandungan energi0.50 MJ/ kg..

Pembangkit daya skala mikro sendiri dapat di bagi dalam 3 kategori, yaitu: 1) Mesin

termodinamika mikro seperti turbin mikro, motor pembakaran dalam mikro, pendinginan

mokro. Mesin ini memiliki komponen bergerak.2) Konversi energi langsung seperti

thermoelectric, thermophotovoltaic. Peralatan ini tidak memiliki komponen bergerak. 3)

Perangkat pengumpul energi getaran seperti :piezoelektrik, generator mikro elektrostatik

atau magnetic, dan pendorong mesin propulsi mikro ( US 7557293 B2).

Pembangkit daya skala micro atau disebut dengan micro-power generatorpada

dasarnya tersusun atas dua bagian utama yaitu a) micro/meso- Sclae combustor dan b)

modul konversi energi dari termal ke listrik

Micro- atau meso-scale combustor dengan pembakaran yang stabil merupakan

bagian yang sangat penting dalam micro-power generator, yang berfungsi untuk

merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi panas, untuk selanjutnya

dikonversikan menjadi energi listrik (Chou et al., 2011, Applied Energy; Chia and Feng,

2007, Journal of Power Source; Maruta, 2011,Proceeding of Combustion institue ).

1

5

10

15

20

25

30

Micro-power generator berbasis hydrocarbon memiliki 2 bagian utama yaitu micro

atau meso-scale combustor dan modul pengkonversi energy yang mengkonversikan

energy termal menjadi energy listrik. Micro-atau meso-scale combustor dengan

pembakaran dan api yang stabil sulit terjadi karena terbatasnya waktu bahan bakar

berada dalam ruang bakar (fuel residence time) dan tingginya laju kehilangan kalor (heat

loss) yang mengakibatkan pemadaman api {Norton, 2003 #128}{Norton, 2003

#128;Miesse, 2004 #186;Maruta, 2011 #97}{Norton, 2003 #128;Miesse, 2004

#186;Maruta, 2011 #97}.(Norton and Vlachos, 2003, Chemical Engineering Sciense;

Miesse et al., 2004, AIChE Journal; Kim et al., 2005, Combustion and Flame Journal;

Maruta, 2011, Micro and mesoscale combustion ){Maruta, 2005 #125} Semua penelitian

meso-scale combustor pada dasarnya bertujuan memperluas zona reaksi dalam

combustor dan meningkatkan proses pemanasan awal bahan bakar untuk mencapai

flame ability limit dan laju pembangkitan energi tiap satuan volume yang lebih besar.

Kestabilan api dalam micro- atau meso-scale combustor sulit diwujudkan karena

terbatasnya waktu reaksi (pembakaran) bahan bakar dan tingginya heat loss yang

mengakibatkan pemadaman api. Banyak penelitian telah dilakukan untuk memperbaiki

flammability limitdan stabilitas api dalam micro- dan meso-scale combustor dengan

bahan bakar gas. Kestabilan api dan flammability limit dalam micro- dan meso-scale

combustor dipengaruhi oleh beberapa parameter, yaitu ukuran combustor (ruang bakar),

kecepatan masuk reaktan dan konduktivitas termal material ruang bakar. Terutama,

konduktivitas termal mempunyai peranan yang sangat penting terhadap penyalaan dan

stabilitas pembakaran. ( US 7557293 B2).

Penelitian pernah dilakukan tentang pembakaran skala meso dengan tabung

kuarsa 3,5 mm dengan sisipan mesh menggunakan bahan bakar gas. (Mikami et al.,

2013, Proceeding of the Combustion Institute, Yuliati et al., 2009, The 13th Annual

Conference on Liquid Atomization and Spray Systems- Asia, Yuliati et al., 2012,

Combustion and Falme). Mesh yang disisipkan dalam meso scale combustor tabung

kuarsa berfungsi sebagai flame holder, yang terbukti dapat memperluas kurva stabilitas

nyala. Resirkulasi panas terjadi dari nyala , konduksi panas pada dinding, konveksi ke

yang gas belum terbakar di hulu, sehingga terjadi pemanasan mula pada gas belum

terbakar. Mesh meningkatkan perpindahan panas dari dinding panas ke reaktan. Api

stabil dapat terjadi di dekat mesh ini membuktikan peran mesh sebagai pembantu

pemanasan mula bahan bakar. Oleh karena itu, mesh dapat bertindak memperbaiki

pembakaran (Mikami et al., 2013a). Berbeda dengan invensi yang diusulkan ini penelitian

2

5

10

15

20

25

30

tersebut tidak menggunakan segment penguap bahan bakar cair yang menggunakan

metode penguapan film cairan dengan memanfaatkan resirkulasi panas.

Bahan bakar yang diharapkan dari micro-scale combustor adalah bahan bakar

cair.Karena jenis ini paling mudah diaplikasikan pada micro generator

sesungguhnya.Pemakaian bahan bakar gas cukup merepotkan karena harus

menyediakan tabung, bertekanan, dan lebih beresiko. Pemakaian bahan bakar cair pada

penelitian micro-scale combustor lebih sulit dibanding bahan bakar gas. Penelitian

tentang geometri combustor (ruang bakar), kecepatan masuk reaktan dan konduktivitas

termal material ruang bakar menggunakan berbagai pendekatan.

Paten US 7557293 B2 Thermophotovoltaic power supplymerupakan paten

generator mikro yang didalamnya memiliki komponen micro/meso scale combustor

Pembakar sekala meso atau mikro. Pembakar mikro ini ada kesamaan yaitu berupa

tabung logam. Invensi tersebut berbeda dengan invensi yang diusulkan ini . Invensi yang

diusulkan ini merupakan sisipan ruas saja. Ruas ini memliki ruang/ saluran di dindingnya.

Besarnya loses dalam micro/meso –scale combustor dikurangi dengan sirkulasi

panas ataupun sirkulasi fluida pembakaran. Invensi terkait hal ini seperti pada C. Pada

invensi tersebut terjadi sirkulasi gas pembakaran yang mentransfer kalornya ke reaktant

yang belum terbakar melalui dinding saluran yan g membatasi keduanya. Bentuk ruang

bakar adalah swiss roll berpilin membesar. Invensi serupa dengan US 20060027258 A1

anatara lain US 20060027258 A1

Micro/meso scale combustor, Berupa tabung logam pendek yang dikopel dengan

material thermophotovoltaic.. Material thermophotovoltaic ini berfung untuk mengubah

panas menjadi listrik. Seperti pada invensi “Thermophotovoltaic power supply “ US

7557293 B2. Bagian micro/meso scale combustorberupa tabung pendek terbuat dari

logam. Logam ini memperbaiki sirkulasi panas dari nyala ke reakatan. Gagasan serupa

juga diterapkan pada invensi “A combustor applied in thermophotovoltaic system” US

20130157206 A1. Sirkulasi panas didalam pembakar skala meso/ mikro bisa juga

menggunakan sirkulasi gas buang ataupun sirkulai reaktan. Sebagai contoh adalah

pembakara skala mikro/ meso model swiss roll (.pilin membesar seperti obat nyamuk

bakar). Invensi terkait adalah “Thermophotovoltaic energy generation “ US 20110284059

A1.

Salah satu kesulitan pembakaran bahan bakar cair dalam pembakar skala

meso/mikro adalah karena adanya tahapan penguapan bahan bakar sebelum bisa

terbakar. Invensi yang diusulkan ini berfungsi sebagai penguap bahan bakar cair

sebelum dicampur dengan eksidant. Energi panas untuk penguapan didapatkan dari

3

5

10

15

20

25

30

35

resirkulai kalor nyala sehingga Invensi ini berbeda dengan invensi “ Multi-functional

compact fuel converter and a process for converting liquid fuel” US 8562700 B2.

Combustor dirancang dengan penambahan ruas pipa tembaga dengan saluran

cairan berbentuk anjnulus di dalam dinding. Disain saluran di dalam dinding combustor

ini memaksa bahan bakar cair dipaksa menjadi superhetaed steam sehingga

memudahkan terjadinya nyala. Pada saluran annulus ini juga diinjeksikan udara

sehingga bercampur dengan bahan bakar atau uap bahan bakar. Saluran annulus ini,

berfungsi sebagai penguap bahan bakar dan mixer udara bahan bakar.

Rancangan meso combustor dalm invensi ini berbeda dengan paten paten yang

telah disebutkan, dan berbeda pula dengan invensi serupa yang telah dipublikasikan di

jurnal atau publikasi ilmiah. Sehingga memenuhi persyaratan untuk mendapatkan paten.

2. Uraian Potensi Komersialisasi

Pemakaian alat alat listrik nir kabel saat ini makin luas terutama

penggunaan jenis peralatan elektronik portable, kendaraan ruang angkasa,

peralatan keamanan dan militer, pengendali pemantau iklim. Peralatan tersebut

seperti telepons selular, komputer notebook, pda / palmtop, gps (global

positioning system), laptop, komputer tablet, pencukur, robot, pesawat tak

berawak, mainan anak (toys), bahkan alat tranportasi, radio komunikasi, radar

mini, pompa - micro, motor mikro, robot-mikro, turbin-mikro dan lain lain

(Maruta, 2011a).

Peralatan tersebut membutuhkan pasokan daya yang secara konvensional

berasal dari baterai. Baterai konvensional sebagai pemasok daya, memiliki

keterbatasan kepadatan energi yang rendah, hal ini bermakna volume besar,

energi terbangkit rendah dan umur yang relative pendek. Baterai konvensional

juga memiliki masalah pada limbahnya, bahan baku yang sulit dikembangkan

lagi, karena hampir semua bahan potensial telah dipakai. Hal ini kemudian

menuntun pada pengembangan teknologi pembangkit daya skala micro atau meso

atau teknologi pembangkit daya portable atau dikenal sebagai micro power

generator (MPG) termasuk di dalamnya MEMS (Micro Electronics Mechanics

System) (Chou et al., 2011b).

4

5

10

15

20

25

30

Perusahaan besar di seluruh dunia, terutama di Amerika Serikat, Eropa dan

Jepang. Beberapa perusahaan patungan AS yang ingin mengambil keuntungan

dari tren ini dengan mengembangkan teknologi untuk perangkat nirkabel.

Teknologi MEMS akan dipasangkan dengan teknologi MEMS lainnya seperti

Induser dan kapasitor pada awalnya. Namun, biaya adalah masalah dan harus

Turun dalam rangka menumbuhkan pasar, pasar yang diestimasi oleh Grup In-

Stat Cahner mencapai hampir US $ 350 juta pada tahun 2006.

Pembangkit daya skala micro atau disebut dengan micro-power generator

dibutuhkan dan juga MEMS dengan persyaratan ukuran kecil, menghasilkan daya

tinggi dan umur operasi panjang. Salah satu yang potensial adalah penggunaan

bahan bakar hydrokarbon. Sebagai perbandingan Hydrocarbon memiliki

kandungan energi hingga 45 MJ/Kg sementara baterai terbaik hanya memiliki

kandungan energi 0.50 MJ/ kg.Micro-power generator berbasis hydrocarbon

merupakan pemasok daya yang saat ini sedang dikembangkan oleh para peneliti

untuk menggantikan baterai konvensional. Hal ini disebabkan baterai kimia

konvensional memiliki kepadatan energi rendah dan limbahnya buruk bagi

lingkungan, sedang micro power generator berbasis hydrocarbon memiliki

kepadatan energi yang tinggi.

Pembangkit daya skala micro atau disebut dengan micro-power

generatorpada dasarnya tersusun atas dua bagian utama yaitu a) micro/meso-

Sclae combustor dan b) modul konversi energi dari termal ke listrik. Micro- atau

meso-scale combustor dengan pembakaran yang stabil merupakan bagian yang

sangat penting dalam micro-power generator, yang berfungsi untuk merubah

energi kimia bahan bakar menjadi energi panas, untuk selanjutnya dikonversikan

menjadi energi listrik (Chou et al., 2011a, Chia and Feng, 2007, Maruta, 2011b).

Peralatan atau part atau komponen yang disebut dengan Micro- atau meso-scale

combustor inilah yang dimaksud dalam dokumen ini. Kemanfaatan yang tinggi

bagi teknologi nirkabel tersebut menjadikan Micro- atau meso-scale combustor

memiliki potensi komersial yang tinggi. Penelitian tentang Micro- atau meso-

5

5

10

15

20

25

scale combustor menjadi sangat penting sebagai penunjang MEMS dan MPG S.K.

Chou, W.M. Yang, K.J. Chua, J.Li, K.L. Zhang (2011).

6

3. Rancangan Dokumen Usulan Paten

DESKRIPSI PATEN

SEGMEN PENGUAP BAHAN BAKAR CAIR PADA MESO SCALE COMBUSTOR MENGGUNAKAN RESIRKULASI KALOR

Bidang Teknik Invensi Invensi ini berkaitan dengan disain suatu bagian dari suatu meso/micro scale

combustor. Meso/micro scale combustor sendiri merupakan bagian utama dari

meso/micro scale electric generator yang berfungsi sebagai pembangkit listrik.

Invensi ini di dalam micro/meso scale combustor yang berfungsi untuk

preheating dan untuk menguapkan bahan bakar sehigga uap panas lanjut, dan

memasukkannya ke saluran utama micro/meso scale combustor. Untuk dapat

melaksanakan fungsinya maka invensi ini harus disatukan dengan komponen komponen

yang lain.

Latar Belakang Invensi Micro-powergeneratormerupakan pemasok daya yang saat ini sedang

dikembangkan oleh para peneliti untuk menggantikan baterai konvensional. Hal ini

disebabkan baterai kimia konvensional memiliki kepadatan energy rendah dan limbahnya

buruk bagi lingkungan, sedang micro power generator berbasis hydrocarbon memiliki

kepadatan energy yang tinggi. Micro power generator berbasis hydrocarbon, telah

dipatenkan , sebagai contoh adalah paten nomor US 8546680 B2 yaitu Energy efficient

micro combustion system for power generation and fuel processing, paten nomor WO

2006017478 A yaitu Fuel flexible thermoelectric micro-generator, yaitu Ultra micro gas

turbine, paten nomor WO 2006017389 A1 yaitu Fuel flexible thermoelectric micro-

generatorwith micro-turbine dan serupa nomor EP 1790060 A1, US 6987329 B1, US

20060027258 A1, EP 1790019 A1. Micro-powergeneratoryang digunakan untuk pengisi

baterai contohnya adalah Fuel flexible thermoelectric generator with battery chargerEP

1794836 B1.

Pembangkit daya skala micro atau disebut dengan micro-power generator

dibutuhkan dengan persyaratan ukuran kecil, menghasilkan daya tinggi dan umur operasi

panjang. Salah satu yang potensial adalah penggunaan bahan bakar

hydrokarbor.Sebagai perbandingan Hydrocarbon memiliki kandungan energi hingga 45

MJ/Kg sementara baterai terbaik hanya memiliki kandungan energi0.50 MJ/ kg..

Pembangkit daya skala mikro sendiri dapat di bagi dalam 3 kategori, yaitu: 1) Mesin

1

5

10

15

20

25

termodinamika mikro seperti turbin mikro, motor pembakaran dalam mikro, pendinginan

mokro. Mesin ini memiliki komponen bergerak.2) Konversi energi langsung seperti

thermoelectric, thermophotovoltaic. Peralatan ini tidak memiliki komponen bergerak. 3)

Perangkat pengumpul energi getaran seperti :piezoelektrik, generator mikro elektrostatik

atau magnetic, dan pendorong mesin propulsi mikro ( US 7557293 B2).

Pembangkit daya skala micro atau disebut dengan micro-power generatorpada

dasarnya tersusun atas dua bagian utama yaitu a) micro/meso- Sclae combustor dan b)

modul konversi energi dari termal ke listrik

Micro- atau meso-scale combustor dengan pembakaran yang stabil merupakan

bagian yang sangat penting dalam micro-power generator, yang berfungsi untuk

merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi panas, untuk selanjutnya

dikonversikan menjadi energi listrik (Chou et al., 2011, Applied Energy; Chia and Feng,

2007, Journal of Power Source; Maruta, 2011,Proceeding of Combustion institue ).

Micro-power generator berbasis hydrocarbon memiliki 2 bagian utama yaitu

micro atau meso-scale combustor dan modul pengkonversi energy yang

mengkonversikan energy termal menjadi energy listrik. Micro-atau meso-scale

combustor dengan pembakaran dan api yang stabil sulit terjadi karena terbatasnya waktu

bahan bakar berada dalam ruang bakar (fuel residence time) dan tingginya laju

kehilangan kalor (heat loss) yang mengakibatkan pemadaman api {Norton, 2003 #128}

{Norton, 2003 #128;Miesse, 2004 #186;Maruta, 2011 #97}{Norton, 2003 #128;Miesse,

2004 #186;Maruta, 2011 #97}.(Norton and Vlachos, 2003, Chemical Engineering

Sciense; Miesse et al., 2004, AIChE Journal; Kim et al., 2005, Combustion and Flame

Journal; Maruta, 2011, Micro and mesoscale combustion ){Maruta, 2005 #125} Semua

penelitian meso-scale combustor pada dasarnya bertujuan memperluas zona reaksi

dalam combustor dan meningkatkan proses pemanasan awal bahan bakar untuk

mencapai flame ability limit dan laju pembangkitan energi tiap satuan volume yang lebih

besar.

Kestabilan api dalam micro- atau meso-scale combustor sulit diwujudkan

karena terbatasnya waktu reaksi (pembakaran) bahan bakar dan tingginya heat loss

yang mengakibatkan pemadaman api. Banyak penelitian telah dilakukan untuk

memperbaiki flammability limitdan stabilitas api dalam micro- dan meso-scale combustor

dengan bahan bakar gas. Kestabilan api dan flammability limit dalam micro- dan meso-

scale combustor dipengaruhi oleh beberapa parameter, yaitu ukuran combustor (ruang

bakar), kecepatan masuk reaktan dan konduktivitas termal material ruang bakar.

2

5

10

15

20

25

30

Terutama, konduktivitas termal mempunyai peranan yang sangat penting terhadap

penyalaan dan stabilitas pembakaran. ( US 7557293 B2).

Penelitian pernah dilakukan tentang pembakaran skala meso dengan tabung

kuarsa 3,5 mm dengan sisipan mesh menggunakan bahan bakar gas. (Mikami et al.,

2013, Proceeding of the Combustion Institute, Yuliati et al., 2009, The 13th Annual

Conference on Liquid Atomization and Spray Systems- Asia, Yuliati et al., 2012,

Combustion and Falme). Mesh yang disisipkan dalam meso scale combustor tabung

kuarsa berfungsi sebagai flame holder, yang terbukti dapat memperluas kurva stabilitas

nyala. Resirkulasi panas terjadi dari nyala , konduksi panas pada dinding, konveksi ke

yang gas belum terbakar di hulu, sehingga terjadi pemanasan mula pada gas belum

terbakar. Mesh meningkatkan perpindahan panas dari dinding panas ke reaktan. Api

stabil dapat terjadi di dekat mesh ini membuktikan peran mesh sebagai pembantu

pemanasan mula bahan bakar. Oleh karena itu, mesh dapat bertindak memperbaiki

pembakaran (Mikami et al., 2013a). Berbeda dengan invensi yang diusulkan ini penelitian

tersebut tidak menggunakan segment penguap bahan bakar cair yang menggunakan

metode penguapan film cairan dengan memanfaatkan resirkulasi panas.

Bahan bakar yang diharapkan dari micro-scale combustor adalah bahan bakar

cair.Karena jenis ini paling mudah diaplikasikan pada micro generator

sesungguhnya.Pemakaian bahan bakar gas cukup merepotkan karena harus

menyediakan tabung, bertekanan, dan lebih beresiko. Pemakaian bahan bakar cair pada

penelitian micro-scale combustor lebih sulit dibanding bahan bakar gas. Penelitian

tentang geometri combustor (ruang bakar), kecepatan masuk reaktan dan konduktivitas

termal material ruang bakar menggunakan berbagai pendekatan.

Paten US 7557293 B2 Thermophotovoltaic power supplymerupakan paten

generator mikro yang didalamnya memiliki komponen micro/meso scale combustor

Pembakar sekala meso atau mikro. Pembakar mikro ini ada kesamaan yaitu berupa

tabung logam. Invensi tersebut berbeda dengan invensi yang diusulkan ini . Invensi yang

diusulkan ini merupakan sisipan ruas saja. Ruas ini memliki ruang/ saluran di dindingnya.

Besarnya loses dalam micro/meso –scale combustor dikurangi dengan sirkulasi

panas ataupun sirkulasi fluida pembakaran. Invensi terkait hal ini seperti pada C. Pada

invensi tersebut terjadi sirkulasi gas pembakaran yang mentransfer kalornya ke reaktant

yang belum terbakar melalui dinding saluran yan g membatasi keduanya. Bentuk ruang

bakar adalah swiss roll berpilin membesar. Invensi serupa dengan US 20060027258 A1

anatara lain US 20060027258 A1

Micro/meso scale combustor, Berupa tabung logam pendek yang dikopel

dengan material thermophotovoltaic.. Material thermophotovoltaic ini berfung untuk

3

5

10

15

20

25

30

35

mengubah panas menjadi listrik. Seperti pada invensi “Thermophotovoltaic power supply

“ US 7557293 B2. Bagian micro/meso scale combustorberupa tabung pendek terbuat

dari logam. Logam ini memperbaiki sirkulasi panas dari nyala ke reakatan. Gagasan

serupa juga diterapkan pada invensi “A combustor applied in thermophotovoltaic system”

US 20130157206 A1. Sirkulasi panas didalam pembakar skala meso/ mikro bisa juga

menggunakan sirkulasi gas buang ataupun sirkulai reaktan. Sebagai contoh adalah

pembakara skala mikro/ meso model swiss roll (.pilin membesar seperti obat nyamuk

bakar). Invensi terkait adalah “Thermophotovoltaic energy generation “ US 20110284059

A1.

Salah satu kesulitan pembakaran bahan bakar cair dalam pembakar skala

meso/mikro adalah karena adanya tahapan penguapan bahan bakar sebelum bisa

terbakar. Invensi yang diusulkan ini berfungsi sebagai penguap bahan bakar cair

sebelum dicampur dengan eksidant. Energi panas untuk penguapan didapatkan dari

resirkulai kalor nyala sehingga Invensi ini berbeda dengan invensi “ Multi-functional

compact fuel converter and a process for converting liquid fuel” US 8562700 B2.

Combustor dirancang dengan penambahan ruas pipa tembaga dengan saluran

cairan di dalam dinding. Disain saluran di dalam dinding combustor ini memaksa bahan

bakar cair dipaksa menjadi superhetaed steam sehingga memudahkan terjadinya nyala.

Ruas tembaga ini lah yang diusulkan dalam invensi ini.

Ringkasan Invensi . Segmen penguap bahan bakar cair (2) ini merupakan bagian dari meso/micro

scale combustor (Gambar A) . Dimana bagian lain adalah segmen pemasukan udara (1)

dan segmen pengeluaran gas pembakaran (3).

Di dalam segmen penguapan (2) terdapat ruangan berbentuk annulus (9) yang

menyelimuti saluran utama meso/micro scale combustor. Ruang annulus ini berfungsi

sebagai ruang penguapan bahan bakar cair. Dimana bahan bakar cair yang mengalir di

dalamnya akan menyerap kalor dari dinding hingga menjadi uap. .

Segmen penguap bahan bakar cair (2), yaitu invensi ini, tersusun atas:

a) Segmen nyala (4) berfungsi untuk menangkap kalor dari nyala. Pada

saat operasional, nyala api berada di dalamnya.

b) Flame holder mesh (5), berfungsi sebagai pemegang nyala, dimana api

akan menempel padanya.

4

5

10

15

20

25

30

c) Annulus part (6) bersama selongsong (7) jika digabung befungsi

membentuk ruang annulus (9), dimana bahan bakar cair akan mengalir

di dalamnya dan terjadi penyearapan kalor dari dinding kemudian

menjadi uap.

d) Selongsong (7), berfungsi untuk menyatukan part (4), (5), (6) di

dalamnya dan merangkai dengan (8) , (3) serta.(1).

e) Saluran masuk bahan bakar cair (8).

Segmen penguapan ini menerima kalor dari nyala api, menjadi bersuhu tinggi.

Bahan bakar cair disuntikkan ke dalam ruang annulus (9) di dinding segmen penguapan

(2), akan membentuk film tipis. Semakin tipis film akan memperbesar serapan kalor oleh

film bahan bakar. Suhu bahan bakar menjadi naik, kemudian terjadi penguapan.

Dikarenakan suhu dinding tembaga cukup tinggi dan nyala masih berlangsung, maka

terjadi uap panas lanjut. Fasa uap panas lanjut bahan bakar ini kemudian memasuki

saluran utama bercampur dengan udara membentuk bahan bakar premix. Flame holder

di dalam ruang bakar menjalankan peran sebagai pemegang nyala ( flame holder).

Flame holder mesh ini menyerap kalor dari nyala secara lansung baik konduksi maupun

radiasi, sehingga bersuhu tinggi. Bahan bakar premix yang melewati flame holder mesh

ini akan terpanasi oleh mesh, kemudian memasuki daerah nyala dan terbakar.

Uraian Singkat Gambar Untuk memperjelas invensi, dilampirkan gambar-gambar sebagai berikut,

dimana:

Gambar A adalah komponen utama segmen penguap bahan bakar cair meso/micro

scale combustor.

Gambar B adalah adalah tampak potongan memanjang dari segmen penguap bahan

bakar cair meso/micro scale combustor. Pada gambar B ini ditampakkan keberadaan

ruang annulus, sebagai ruang penguapan bahan bakar cair.

Gambar C adalah gambar komponen komponen penyusun meso/micro scale combustor

termasuk didalammnya penyusun segmen penguapan bahan bakar cair yaitu invensi ini.

Pada Gambar C terdapat Segmen nyala (4); flame holder mesh (5), Annulus part (6)

selongsong (7), saluran masuk bahan bakar cair (8)

5

5

10

15

20

25

30

Gambar D adalah annulus part, yang memiliki lubang lubang halus (10) menembus

dinding kearah radial. .

Uraian Lengkap Invensi

Invensi ini adalah segmen penguap bahan bakar cair (2) yang merupakan

bagian dari meso/micro scale combustor (Gambar A) . Dimana bagian lain adalah

segmen pemasukan udara (1) yang terbuat dari gelas kuarsa dan segmen pengeluaran

gas pembakaran (3) yang terbuat dari gelas kuarsa.

Segmen penguap bahan bakar cair (2) tersusun secara urut di dalam

selongsong (7) segmen nyala (4); flame holder mesh (5), Anulus part (6). Pada

selongsong (7) terpasang saluran bahan bakar cair (8). Kesemua bagian ini terbuat dari

tembaga atau stainless steel. Khusus flame holder mesh terbuat dari stainless steel.

Segmen nyala (4) berbentuk silinder terbuat dari tembaga atau stainless steel

dengan diameter dalam 3,5 mm dan diameter luar 5 mm. Flame holder mesh memenuhi

lingkaran , penampang saluran, terbuat dari stainless steel berukuran mesh 60, berfungsi

sebagai pemegang nyala, dimana api akan menempel padanya.

Annulus part (6) bersama selongsong (7) jika digabung befungsi membentuk

ruang annulus (9), dimana bahan bakar cair akan mengalir di dalamnya dan terjadi

penyerapan kalor dari dinding kemudian menjadi uap. Annulus part berbentuk silinder

terbuat dari tembaga atau stainless steel dengan diameter dalam 3,5 mm dan diameter

terluar di bagian tepinya 5 mm, sedang diameter di bagian tengah adalah 4 mm. Bagian

tepi yang berdiameter 5 memiliki ketebalan 1mm. bagian tepi ini membatasi ruang

annulus.

Selongsong (7), berfungsi untuk menyatukan part (4), (5), (6) di dalamnya dan

merangkai dengan (8) , (3) serta.(1). Selongsong (7) ini berbentuk silinder terbuat dari

tembaga atau stainless steel dengan diameter dalam 5 mm dan diameter dan diameter

luar 7 mm.

Pada meso/micro scale combustor, nyala api terjadi di dalam segmen nyala (4)

dan menempel pada flame holder mesh.

Kalor yang dihasilkan nyala diterima oleh flame holder mesh (5) dan juga

segmen nyala (4), dikonduksikan ke hulu ke daerah di mana udara datang. Annulus part

(6) dan juga selongsong(7) yang menerima kalor menjadi bersuhu tinggi. Bahan bakar

cair diinjeksikan ke dalam ruang annulus (9) melalui saluran bahan bakar cair (8) di

6

5

10

15

20

25

30

35

dinding tembaga, akan membentuk film tipis. Semakin tipis film semakin cepat terjadi

penyerapan kalor. Hal ini akan memperbesar serapan kalor oleh film bahan bakar. Suhu

bahan bakar menjadi naik, kemudian terjadi penguapan. Dikarenakan suhu yang tinggi

dan nyala masih berlangsung, maka terjadi uap panas lanjut. Fasa uap panas lanjut

bahan bakar ini kemudian melalui lubang lubang halus (10) memasuki saluran utama

(11) bercampur dengan udara membentuk bahan bakar premix.. Flame holder mesh (5)

yang menyerap kalor dari nyala secara lansung bersuhu tinggi. Bahan bakar premix yang

melewati flame holder mesh ini akan terpanasi oleh mesh, kemudian memasuki daerah

nyala dan terbakar. Hal ini akan terus berlangsung secara berkelanjutan.

Hasil pengujian terhadap kestabilan nyala adalah seperti ditunjukkan gambar E.

Sumbu horizontal adalah equivalence ratio yang merupakan perbandingan antara A/F

actual dengan A/F teoritik. A/F actual adalah perbandingan udara dengan bahan bakar

cair, (dalam percobaan tersebut heksana ) yang diukur pada saaat percobaan. A/F

teoritik adalah perbandingan udara dengan bahan bakar yang dihitung berdasarkan

persamaan reaksi kimia. Pada grafik tersebut tampak adanya dua kurva. Kurva pertama

(8.1) adalah batas stabilitas nyala minimal, sedang kuva kedua (8.2) adalah batas

maksimal. Terjadinya nyala hanya diantara kedua batas kurva tersebut. Grafik E ini

disebut dengan kurva stabilitas nyala.

Klaim

1. Suatu alat pembakar sekala mikro/ meso (meso/micro scale combustor) (Gambar

A) yang tersusun atas segmen resirkulator dan penguap bahan bakar cair (1) yang

terbuat dari tembaga atau stainless steel serta segmen pengeluaran gas

pembakaran (3) yang terbuat dari gelas kuarsa.

2. Suatu segmen penguap bahan bakar cair (1) sebagaimana disebutkan dalam klaim

1, tersusun secara urut di dalam selongsong (3) segmen nyala (4); flame holder

mesh (5), Anulus part (6). Pada selongsong (3) terpasang saluran bahan bakar cair

(8).

3. Segmen nyala (4); sebagaimana disebutkan dalam klaim 1, terbuat dari tembaga

atau stainless steel memiliki diameter dalam sebesar (4.1) 3-3.5 mm tebal dinding

(4.2) anatar 5 hingga 1 mm dan panjang (4.3) 5 mm.

4. Anulus part (6), sebagaimana disebutkan dalam klaim 2, memiliki

a. Pipa lapis pertama (6.1) terbuat dari bahan logam ber diameter dalam (6.2)

tidak lebih dari 5 mm;

7

5

10

15

20

b. Pipa lapis kedua (6.3 ) terbuat dari bahan logam berdiameter luar dengan

ukuran maksimal sama dengan diameter dalam dari pipa pertama dengan

cerukan diantara ujung satu (6.4) dengan ujung lainnya (6.5);

c. Suatu pipa injeksi (7) dengan diameter dalam (7.1) minimal 1 mm yang

ujungnya (7.2) ) menembus dinding Pipa pertama masuk ke cerukan dinding

pipa kedua (7.3);

d. Pada pipa dalam Sedikitnya 4 atau lebih lubang berdiameter maksimal 1

mm pada cerukan pipa dalam.

e. Minimal dua saringan terbuat dari baja tahan karat yang ditempatkan di salah

satu ujung lubang pipa dalam

5. Suatu pipa sirkulator panas sesuai dengan klaim 1, dimana bahan pipa lapis

pertama dan kedua terbuat dari tembaga atau stainless steel.

6. Suatu pipa sirkulator panas sesuai dengan klaim 1, dimana pipa injeksi (6) terbuat

dari tembaga atau baja tahan karat.

8

5

10

AbstrakSEGMEN PENGUAP BAHAN BAKAR CAIR PADA PEMBAKAR SKALA

MESO DENGAN METODE PENGUAPAN LAPIS TIPIS CAIRAN MENGGUNAKAN RESIRKULASI KALOR

Pembakar (combustor) memiliki segmen tembaga dimana nyala terjadi di

dalamnya. Pada dinding segmen tembaga ini terdapat saluran berbentuk anulus,

konsentris dengan ruang bakar. Kalor yang dihasilkan nyala diterima dinding tembaga,

dikonduksikan ke hulu ke daerah di mana udara datang. Tembaga yang menerima kalor

menjadi bersuhu tinggi. Bahan bakar cair (Hexana) disuntikkan ke dalam salauran di

dinding tembaga, akan membentuk film tipis. Semakin tipis film yang terjadi semakin

luas permukaan sentuhnya dengan permukaan tembaga, Hal ini akan memperbesar

serapan kalor oleh film bahan bakar. Suhu bahan bakar menjadi naik, kemudian terjadi

penguapan. Dikarenakan suhu dinding tembaga cukup tinggi dan nyala masih

berlangsung, maka terjadi uap panas lanjut. Udara diinjeksikannjuga ke dalam saluran

annulus, bercampur dengan bahan bakar atau uap bahan bakar, membentuk premiks

bahan bakar. Sisipan Mesh di dalam ruang bakar menjalankan peran sebagai pemegang

nyala ( flame holder). Flame holder mesh ini menyerap kalor dari nyala secara lansung

baik konduksi maupun radiasi, sehingga bersuhu tinggi. Bahan bakar premix yang

melewati flame holder mesh ini akan terpanasi oleh mesh, kemudian memasuki daerah

nyala dan terbakar.

9

5

10

15

20

A

B

10

5

C

D

E

11

5

12