Simulasi Pengaruh Variasi Tekanan Awal, Temperatur Awal, dan Rasio Ekivalensi

terhadap Waktu Tunda Ignisi pada Raeaksi Pembakaran Metanol

KELOMPOK 4ADITYA KRISTIANTO (1206249681)

ANDREAN DIYANDANA (1206263364)JULIUS FERDINAND (1206254731)

ZAINAL ABIDIN ( )

TUJUAN

Mengetahui pengaruh variasi suhu, tekanan awal, dan rasio ekivalensi terhadap waktu tunda ignisi

LANDASAN TEORI

Waktu Tunda Ignisi

Waktu tunda ignisi (Ignition delay time) merupakan periode waktu dimana populasi kolam radikal meningkat secara exponensial hingga mencapai jumlah yang cukup banyak untuk mengkonsumsi fraksi bahan bakar sehingga ignisi cepat terjadi.

Oksidasi Metanol Tahapan inisiasi utama adalah proses beraktivasi tinggi yang sedikit

mendukung produk dalam rentang temperatur intermediet (1000K). Reaksinya sebagai berikut.

CH3OH + M → CH3• + OH• + M Kemudian, pemutusan OH dengan atom H• : CH3OH + H•→ CH3• + H2O Dapat terjadi pada kondisi fuel-rich (kaya akan bahan bakar) dengan 20 %

kehilangan metanol. Sistem percabangan rantai berasal dari reaksiCH3OH + M → CH2OH• + H• dan CH3OH + H• → CH2OH• + H2

Sebagaimana proses hidrokarbon, tahapan oksidasi utama adalah dengan abstraksi radikal. Pada metanol, tahapan ini menghasilkan radikal hidroksimetil dan akhirnya aldehida melalui

CH3OH + X → CH2OH• + XH Dengan X menunjukkan radikal dalam sistem. Penyerangan radikal pada

CH2OH berlangsung lambat karena konsentrasi kedua radikal tersebut kecil karena cepatnya laju reaksi.

SIMULASI

Trial ke- Pressure (bar)

Temperature in (K)

Rasio ekuivalensi

(Φ)

Thermal ignition time (s)

Thermal ignition time

(ms)

thermal ignition

temperature (K)

Komposisi CH3OH

Komposisi O2

Komposisi Ar

1 2.9 1400 0.5 0.000201 0.201 1430 0.1 0.3 0.62 2.9 1500 0.5 0.000794 0.794 1430 0.1 0.3 0.63 2.9 1600 0.5 0.000364 0.364 1430 0.1 0.3 0.64 2.9 1700 0.5 0.000148 0.148 1430 0.1 0.3 0.65 2.9 1800 0.5 0.0000768 0.0768 1430 0.1 0.3 0.66 2.9 1400 1 0.00017 0.17 1430 0.2 0.3 0.57 2.9 1500 1 0.0005 0.5 1430 0.2 0.3 0.58 2.9 1600 1 0.000233 0.233 1430 0.2 0.3 0.59 2.9 1700 1 0.000099 0.099 1430 0.2 0.3 0.510 2.9 1800 1 0.0000578 0.0578 1430 0.2 0.3 0.511 2.9 1400 2 0.000139 0.139 1430 0.4 0.3 0.312 2.9 1500 2 0.00036 0.36 1430 0.4 0.3 0.313 2.9 1600 2 0.000172 0.172 1430 0.4 0.3 0.314 2.9 1700 2 0.0000791 0.0791 1430 0.4 0.3 0.315 2.9 1800 2 0.0000579 0.0579 1430 0.4 0.3 0.316 1.2 1800 0.75 0.0000755 0.0755 1430 0.2 0.4 0.417 1.2 1850 0.75 0.0000797 0.0772 1430 0.2 0.4 0.418 1.2 1900 0.75 0.0000831 0.0831 1430 0.2 0.4 0.419 1.2 2000 0.75 0.0000855 0.0855 1430 0.2 0.4 0.420 1.2 2100 0.75 0.0000903 0.0903 1430 0.2 0.4 0.421 15 1800 0.75 0.00000872 0.00872 1430 0.2 0.4 0.422 15 1850 0.75 0.00000647 0.00701 1430 0.2 0.4 0.423 15 1900 0.75 0.00000454 0.00454 1430 0.2 0.4 0.424 15 2000 0.75 0.00000233 0.00233 1430 0.2 0.4 0.425 15 2100 0.75 0.000000529 0.000529 1430 0.2 0.4 0.4

Tabel 3.1. Data Hasil Variasi Percobaan

Analisis

Pengaruh Variasi Tekanan Awal Terhadap Waktu Tunda Ignisi

Dari profil waktu tunda ignisi pada tekanan 15 atm tersebut

kita dapat melihat bahwa semakin tinggi temperatur

awal, waktu tunda ignisi juga semakin kecil. Artinya, dengan temperatur awal yang besar, maka waktu sesaat sebelum terjadinya ignisi tidak akan berlangsung lama sehingga

ignisi dapat cepat tercapai dan bahan bakar akan cepat

terbakar

1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 21500

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

P = 1,2 atm

Temperatur (K)

Waktu

tunda ignis

i (m

s)

Analisis

Pengaruh Variasi Tekanan Awal Terhadap Waktu Tunda Ignisi

Akan tetapi, pada tekanan 1,2 atm dengan variasi temperatur awal dari 1400 K sampai 1800 K terjadi hasil yang tidak sesuai

dengan teori yang ada. Seharusnya, semakin tinggi

temperatur awal, maka waktu tunda ignisi juga akan semakin kecil. Akan tetapi yang terjadi adalah sebaliknya, semakin

tinggi temperatur maka semakin tinggi pula waktu tunda ignisi.

Hal ini dapat terjadi dikarenakan kesalahan input data sehingga

menyebabkan hasil yang didapat juga kurang memuaskan

1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 21500

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

P = 1,2 atm

Temperatur (K)

Waktu

tunda ignis

i (m

s)

Analisis

Pengaruh Variasi Rasio Ekivalensi Terhadap Waktu Tunda Ignisi

Berdasarkan grafik, kita dapat melihat bahwa semakin tinggi rasio ekivalensi, maka semakin

kecil waktu tunda ignisi. Sebaliknya, semakin rendah

rasio ekivalensi, maka semakin tinggi waktu tunda ignisi. Artinya, semakin besar komposisi bahan bakar

dibandingkan komposisi udara yang ada, maka waktu tunda

ignisi akan semakin kecil sehingga ignisi akan cepat

terjadi dan bahan bakar akan cepat terbakar

1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 18500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Rasio ekivalensi = 0.5

Rasio ekivalensi = 1

Rasio ekivalensi = 2

Temperatur (K)

Waktu

tunda ignis

i (m

s)

Analisis

Pengaruh Variasi Rasio Ekivalensi Terhadap Waktu Tunda Ignisi

Pada grafik diatas kita juga melihat bahwa pada temperatur 1500 K, terjadi waktu tunda ignisi terbesar pada rasio ekivalensi 2, 1, dan 0,5. Seharusnya, waktu tunda ignisi tertinggi dicapai pada saat temperatur awal 1400 K dan kurva waktu tunda ignisi memiliki kemiringan yang negatif seiring dengan bertambahnya temperatur awal. Akan tetapi, kita melihat bahwa terjadi puncak pada profil waktu tunda ignisi pada temperatur awal 1500 K. Hal ini mungkin saja dapat terjadi dikarenakan input data yang kurang tepat sehingga menyebabkan hasil yang dicapai seperti grafik disamping.

1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 18500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Rasio ekivalensi = 0.5

Rasio ekivalensi = 1

Rasio ekivalensi = 2

Temperatur (K)

Waktu

tunda ignis

i (m

s)

Analisis

Pengaruh Variasi Temperatur Terhadap Waktu Tunda Ignisi

Dari profil waktu tunda ignisi tersebut kita dapat melihat bahwa semakin tinggi temperatur awal, waktu tunda ignisi juga semakin kecil. Artinya, dengan temperatur awal yang besar, maka waktu sesaat sebelum terjadinya ignisi tidak akan berlangsung lama sehingga ignisi dapat cepat tercapai dan bahan bakar akan cepat terbakar.1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Rasio ekivalensi = 0.5

Rasio ekivalensi = 1

Rasio ekivalensi = 2

Temperatur (K)

Waktu

tunda ignis

i (m

s)

KESIMPULAN