Ilminnafik, Nasrul (2012) Pengaruh Karbon Dioksida terhadap Perilaku Hambatan Pembakaran Refrigeran Liquefied Petroleum Gas (LPG). Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Pengetahuan tentang sifat keamanan suatu bahan yang mudah terbakar adalah sangat penting dalam rangka keamanan operasional pada proses industri yang mungkin mengakibatkan kebakaran an ledakan yang serius. Pada disertasi ini diuraikan perilaku nyala api pada pembakaran premixed LPG/CO 2 sebagai refrigeran alternatif. Penelitian ini dilakukan dengan mengubah konsentrasi CO 2 pada ekivalen rasio (Ф) yang tetap pada campuran LPG/udara. Penelitian dilakukan dalam beberapa tahap meliputi : Tahap 1, meneliti pengaruh CO 2 pada flammability limit dari LPG. Penelitian ini dilakukan pada ruang bakar tipe Hele Shaw Cell (HSC) dengan dimensi panjang 500 mm, lebar 200 mm, dan celah 10 mm. Tahap 2, meneliti pengaruh CO 2 pada perilaku rambat api premixed LPG yang dilakukan dalam ruang bakar silinder sesuai standar DIN 51649. Untuk mendapatkan perilaku nyala api yang lebih jelas, penelitian dilanjutkan pada ruang bakar tipe HSC. Tahap 3, meneliti pengaruh CO 2 pada stabilitas rambat api. Penelitian ini dilakukan pada ruang bakar HSC yang bisa diputar 180° untuk mendapatkan rambat api ke atas dan ke bawah. Tahap 4, meneliti pengaruh CO 2 pada perilaku ion dalam nyala api premixed LPG/udara. Penelitian dilakukan pada ruang bakar HSC yang dimodifikasi dengan menambahkan sensor ion berupa aluminium foil yang berdimensi 1 cm x 46 cm, dan dipasang berhadapan pada bagian tengah HSC. Tahap 5, pengujian campuran CO 2 /LPG sebagai refrigeran ke dalam sistem pendingin kompresi uap. Penelitian ini dilakukan dengan penambahan CO 2 pada LPG dengan konsentrasi yaitu 0, 10, 15, dan 20%. Pada penelitian tahap 1 dihasilkan, bahwa tanpa penambahan CO 2 , batas bawah (Lower Flammability Limit-LFL) terjadi pada 2,7% (by volume) LPG, dan batas atas (Upper Flammability Limit-UFL) terjadi pada 8,6% (by volume) LPG. Penambahan CO 2 pada pembakaran premixed LPG/udara menyebabkan flammability limit semakin sempit. Untuk membuat refrigeran bekerja pada flammability limit yang lebih sempit diperlukan CO 2 lebih banyak, yaitu sekitar dua sampai enam kali lipat LPG. Dari hasil penelitian tahap 2 pada rambat api ditunjukkan bahwa penambahan CO 2 pada ruang bakar tipe silinder dan HSC, kecepatan rambat api menurun, dimana waktu yang dicapai api mencapai end wall lebih lama dibandingkan tanpa CO 2 . Hal ini disebabkan, penambahan CO 2 menyerap sebagian panas dari api sehingga terjadi instabilitas difusi panas karena difusi panas ke reaktan menurun. Hal ini menyebabkan reaksi melemah yang ditunjukkan dengan menurunnya laju rambat api. Penurunan laju rambat api akibat penambahan CO 2 pada rambat api ke bawah lebih terlihat dibandingkan pada rambat api ke atas karena pengaruh buoyancy. Pada hasil penelitian ini juga ditunjukkan bahwa CO 2 lebih efektif dalam menghambat laju rambat api pada campuran kaya. Dari hasil penelitian tahap 3 pada stabilitas rambat api ditunjukkan bahwa penambahan CO 2 menyebabkan instabilitas difusi panas sehingga reaksi melemah. Hal ini menyebabkan stabilitas rambat api menurun yang ditunjukkan dengan munculnya kerutan pada api yang mengindikasikan penurunan bilangan Lewis. Stabilitas api juga dipengaruhi oleh FAR dan buoyancy. Api stabil terjadi pada Ф dekat stoikiometri. Pengaruh buoyancy dalam menurunkan stabilitas api lebih terlihat pada rambat api ke bawah. Penambahan CO 2 lebih efektif dalam menurunkan stabilitas rambat api pada campuran kaya. Dari hasil penelitian pada perilaku ion ditunjukkan bahwa penambahan CO 2 menyebabkan perubahan perilaku ion pada api, yang ditunjukkan oleh penurunan sinyal ion. Penambahan CO 2 menyebabkan penyerapan sebagian panas dari api sehingga difusi panas ke reaktan menurun. Penurunan difusi panas menyebabkan reaksi melemah. Hal ini menyebabkan tumbukan antar molekul reaktan melemah sehingga produksi ion menurun yang ditunjukkan dengan penurunan sinyal ion pada api. Pengaruh CO 2 terhadap sinyal ion pada rambat api ke atas lebih terlihat pada campuran kaya. Adapun pada rambat api ke bawah, sinyal ion semakin menurun karena pengaruh buoyancy. Pada hasil pengujian prestasi kerja, peningkatan kecepatan aliran udara pada evaporator pada konsetrasi CO 2 tetap, menyebabkan kapasitas refrigerasi meningkat. Penambahan konsentrasi CO 2 pada campuran refrigeran menyebabkan penurunan kapasitas refrigerasi. Hal ini disebabkan meningkatnya konsentrasi CO 2 menyebabkan penurunan entalpi campuran, yang menyebabkan kapasitas refrigerasi juga menurun. Peningkatan kecepatan aliran udara pada evaporator pada konsentrasi CO 2 tetap menyebabkan kerja kompresor yang dihasilkan semakin menurun. Hal ini disebabkan peningkatan kecepatan aliran udara menyebabkan peningkatan temperatur evaporator sehingga kerja kompresor yang diperlukan menurun. Peningkatan konsentrasi CO 2 pada campuran menyebabkan kerja kompresor meningkat karena CO 2 mempunyai tekanan kerja yang tinggi sehingga beban kompresi semakin meningkat dan kerja kompresor yang diberikan juga meningkat. Peningkatan kecepatan aliran udara menyebabkan koefisien prestasi dari sistem refrigerasi semakin meningkat. Peningkatan konsetrasi CO 2 menyebabkan koefisien prestasi semakin menurun.
English Abstract
Knowledge of flammable material safety properties is very important in the context of security operations in the industrial process that may lead to serious fire and explosion. This dissertation described the behavior of premixed flame in the combustion LPG/CO 2 as an alternative refrigerant. The research was carried out by changing the concentration of CO 2 in equivalence ratio (Ф) which remains in a mixture of LPG/ air. The study was conducted in several stages. Stage 1, examining the influence of CO 2 on the flammability limit of LPG. The experiment was conducted in a combustion chamber of laboratory-made Hele Shaw Cell (HSC) with the dimensions of 500 mm long, 200 mm wide, and 10 mm in a cell gap. Stage 2, examined the effect of CO 2 on the behavior of flame propagation that performed in cylinders tube with DIN 51649 standar. To get the flame behavior clearer, the research continued on combustion chamber of HSC type. Stage 3, examined the effect of CO 2 on the stability of flame propagation. That was conducted on the HSC combustion chamber which be rotated 180° to obtain upward and downward flame propagation. Stage 4, examined the influence of CO 2 on the ion behavior in premixed flames of LPG/ air. That was conducted on a modified HSC by adding the ion sensor in a dimension of aluminum foil 1 cm x 46 cm, and mounted in the center of the HSC. Stage 5, the experiment of CO 2 /LPG mixture as refrigerant into vapor compression refrigeration system. The research was conducted by varying the addition of CO 2 to LPG on concentrationof 0, 10, 15, and 20%. First stage resulted that the lower flammability limit (LFL) and the upper flammability limit (UFL) of LPG are 2.7% and 8.6%, respectively when there was no addition of CO 2 into the mixture. The LFL of LPG/CO 2 mixture slightly increased while its UFL fairly steep decrease as the concentration of the inert was raised. This indicated that the addition of CO 2 to LPG-air mixture reduced the rate of flame propagation and creates the flammability limit narrower. In order to make LPG refrigerant work at narrower flammability limit, the volume of CO 2 needed was approximately twice to six times higher than that of LPG. Second stage resulted that the addition of CO 2 to LPG-air mixture reduced the flame propagation speed on two combustion chamber, cylinder type and HSC type. The addition of CO 2 absorbed some heat of flame, so that thermal diffusion to reactant decreased that indicated by the decrease of flame propagation. At downward flame propagation, the inhibition of CO 2 was more significant if compared with that of upward flame propagation. This showed that buoyancy plays important role in inhibition of flame propagation by CO 2 . The influence of CO 2 in inhibiting the flame propagation speed was more effective at rich mixture. Third stage resulted on stability of flame propagation that indicated by the addition of CO 2 causing thermal diffusivity instability, so that the reaction weakens. This leaded to decreased stability of flame propagation which shown by the appearance of wrinkles on the flame that indicated a decrease of Le. Flame stability was influenced also by the equivalence ratio (Ф) and buoyancy. The stable flame occured at Ф close to stoichiometry. Influence of buoyancy in decreasing flame stability was more visible on downward flame propagation. The influence of CO 2 was more effective at rich mixture. The result of research on ion behavior indicated that the addition of CO 2 causes a change ion behavior on flame that shown by the decrease of ion signal. The addition of CO 2 caused the thermal diffusivity instability so that the reaction weaken. This leaded to weak of collision between reactant molecules so that ion production decreased which was indicated by the decreasing ion signal on flame. The influence of CO 2 to the ion signal on the upward flame propagation was more visible on rich mixture while on downward flame propagation, the ion signal decreases due to the effect of buoyancy. On the result of performance test, the increase of air velocity at the evaporator with CO 2 concentrations is constant, which is causing the increase on refrigeration capacity. While the addition of CO 2 concentration mixed refrigerant causing decrease on refrigeration capacity. This is due to the increasing CO 2 concentration causes a decrease in enthalpy of the mixture, which causes the refrigeration capacity is also decreased. Increased of air flow velocity at the evaporator at a concentration of CO 2 remains causing compressor work resulting decrease. This is due to an increase in air velocity causing an increase in temperature of the evaporator so that the required compressor work is decrease. Increase of concentration of CO 2 in the mixture causes the compressor work increases because CO 2 has a high-pressure work so that the compression load is increasing and the compressor were employment given compressor is also increasing. Increase of air flow rate causes the coefficient of performance of refrigeration systems is getting increased. While the increase in CO 2 concentrations has led to the decrease of performance coefficient.
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DES/542.7/ILM/p/061204271 |
| Subjects: | 500 Natural sciences and mathematics > 542 Techniques, procedures, apparatus, equipment, materials > 542.7 Gas production, processing, measuring |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 01 Aug 2013 14:38 |
| Last Modified: | 01 Aug 2013 14:38 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/161014 |
Actions (login required)
 |
View Item |