Anggono, Willyanto (2013) Karakteristik Laminar Burning Velocity dan Flammability Limit Pembakaran Biogas. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Biogas merupakan bahan bakar gas yang mempunyai komposisi terbesar adalah methane (66,4%), carbon dioxide (30,6%) dan nitrogen (3%). Perbandingan prosentase antara gas methane sebagai gas yang bersifat flammable serta carbon dioxide dan nitrogen yang bersifat impurities (inhibitors) berpengaruh terhadap karakteristik laminar burning velocity dan flammability limit pembakaran premixed biogas. Tujuan penelitian ini adalah: menentukan pengaruh carbon dioxide dan nitrogen sebagai senyawa `pengotor` utama pada laminar burning velocity pembakaran biogas, menentukan pengaruh carbon dioxide dan nitrogen terhadap flammability limit dari pembakaran premixed biogas dan menentukan pengaruh penurunan tekanan terhadap laminar burning velocity dan flammability limit pembakaran premixed biogas. Penelitian dilaksanakan dengan menggunakan metode simulasi dan real experiment . Pada penelitian dengan simulasi digunakan Premix module of CHEMKIN yang berbasis Linux dan reaksi pembakaran GRI Mech 3.0 yang berisi 325 elementary chemical reactions and associated rate coefficient expressions and thermochemical parameters for the 53 species. Penelitian real experiment dilakukan laboratorium dengan menggunakan peralatan MKII combustion bomb , high speed camera Photosonics Phantom digital camera 2500 frames/s . Penelitian yang dilakukan laboratorium ini merupakan metode eksperimen dengan variabel bebas yaitu parameter komposisi impurities ( pure, intermediate composition and maximum composition ) dan equivalent ratio dari lower flammability limit sampai upper flammability limit . Variabel terikat yaitu flame propagation characteristics, variabel ini dinyatakan dalam parameter laminar burning velocity dan flammability limit yang direkam dengan schlieren cine´photography . Premix module of CHEMKIN Software dapat digunakan sebagai simulasi pembakaran biogas dengan komposisi inhibitors N 2 ( nitrogen ) sampai 10% dan CO 2 ( carbon dioxide ) sampai 50% serta memiliki hasil yang hampir sama (hanya terjadi sedikit perbedaaa) antara hasil simulasi dan real experiment yang telah dilakukan. Pada kondisi tekanan atmospher (P = 1 atm) maupun reduced pressure (P = 0,5 atm), laminar burning velocity pada equivalence ratio yang sama dari bahan bakar biogas adalah lebih kecil dibandingkan dengan laminar burning velocity pada bahan bakar CH 4 ( methane ) dan flammable region dari biogas lebih sempit dibandingkan dengan pada bahan bakar CH 4 ( methane ). Hal ini disebabkan oleh adanya carbon dioxide dan nitrogen yang bersifat inhibitors . Inhibitors ini menyerap panas yang dihasilkan oleh proses pembakaran dan menurunkan temperatur api yang dihasilkan serta menurunkan laju reaksi kimia. Pengaruh penurunan tekanan menyebabkan peningkatan laminar burning velocity dan mempersempit flammable region . Flammable region methane pada tekanan atmospher adalah equivalence ratio 0.6 sampai 1.3. Flammable region biogas pada tekanan atmospher adalah equivalence ratio 0.6 sampai 1.2. Flammable region methane pada reduced pressure (0.5 Atm) adalah equivalence ratio 0.7 sampai 1.0. Flammable region biogas pada reduced pressure adalah equivalence ratio 0.75 sampai 0.85. Pengaruh inhibitors (CO 2 dan N 2 ) mengurangi flammable region dan menurunkan laminar burning velocity baik pada tekanan atmospher maupun pada reduced pressure . Pengaruh inhibitors makin efektif pada daerah kaya dan hal ini dapat dilihat dengan puncak laminar burning velocity bergeser dari campuran kaya (pada methane ) menuju campuran miskin pada biogas dengan adanya pengaruh inhibitors . Pengaruh inhibitors ini makin hebat pada reduced pressure yang mengakibatkan flammable region biogas terbatas pada deerah yang sangat sempit. Pengaruh inhibitor carbon dioxide (CO 2 ) menurunkan laminar burning velocity dan mengurangi flammable region. Pengaruh CO 2 sebagai inhibitor lebih efektif dibanding N2 sebagai inhibitor . Pengaruh CO 2 disamping mengurangi laminar burning velocity yang cukup besar juga mengurangi flammable region nya dan pada kondisi reduced pressure fenomena ini dapat dilihat lebih jelas. Hal ini bisa dilihat dari bahan bakar 50%CO 2 methane yang tidak dapat terbakar pada berbagai equivalence ratio pada reduced pressure . Pengaruh inhibitor nitrogen (N 2 ) menurunkan laminar burning velocity (tidak terlalu besar) tetapi tidak sampai mengurangi flammable region nya. Hal ini disebabkan karena jumlah N 2 dalam biogas yang tidak terlalu besar (maksimun 10% dalam biogas) serta kemampuan N 2 dalam menyerap panas yang sangat kecil dibandingkan dengan CO 2 . Pengaruh penurunan tekanan (dari tekanan atmosphere ke reduced pressure ) meningkatkan laminar burning velocity dan mengurangi flammable region.
English Abstract
Biogas is a sustainable and renewable fuel that is produced in digestion facilities. The composition of biogas discussed in this paper consists of 66.4% methane, 30.6% carbon dioxide and 3% nitrogen. Methane is a flammable gas, whereas, nitrogen and carbon dioxide are inhibitors. The goal of this research is to investigate the effect of inhibitors (carbon dioxide dan nitrogen) and reducing initial pressure to laminar burning velocity and flammability characteristics in spark ignited premixed combustion biogas. The laminar burning velocity of biogas premixed combustion was measured in the Leeds Mk II high pressure fan-stirred combustion vessel within the school of Mechanical Engineering. The laminar burning velocity was measured using a photographic technique in a high pressure fan-stirred bomb, the initial condition being at room temperature and atmospheric pressure. The fuel-air mixtures in the Mk II combustion bomb were centrally ignited and flame propagation was recorded by a high speed schlieren cine-photography using a Photosonics Phantom digital camera, operating at a rate of 2500 frames/s. Based on this experimental investigation, Numerical simulation can be visualize the preformance of the combustion process in the real experiment. The numerical simulation use the Premix module of CHEMKIN. The Premix module of CHEMKIN based on a compilation of 325 elementary chemical reactions and associated rate coefficient expressions and thermochemical parameters for the 53 species involved in them. There are a good agreement (have similar values) between experimental and numerical simulation results. The laminar burning velocities of biogas-air mixtures were found from lower flammability limit to upper flammablity limit conditions. The flammable region for methane–air mixtures at atmospheric pressure from ϕ =0.6 till ϕ =1.3 and the flame for biogas–air mixtures at atmospheric pressure from ϕ =0.6 till ϕ =1.2 are propagate. Flammable region for methane at reduced pressure (0.5 Atm) from ϕ =0.7 till ϕ =1.0. and flammable region biogas at reduced pressure form ϕ =0.75 till ϕ =0.85. Compared to a methane-air mixture, the presence of carbon dioxide and nitrogen causes a reduction in the laminar burning velocity for two reasons. The dilution effect leads to a lower concentration of reactive species in the fuel-air mixture for a given equivalence ratio, which leads to a lower overall chemical reaction rate of bimolecular reactions in the fuel oxidation reaction mechanism. Also, the presence of this additional inert gas will absorb some of the heat generated, thus lowering the flame temperature which in turn will tend to reduce the overall rate of many of the chemical reactions within the fuel oxidation mechanism. These effects lead to a different behaviour in burning velocity of biogas as a function of equivalence ratio. Whereas a rich methane-air mixture has a higher burning velocity than a lean mixture, the reverse is the case for the equivalent biogas-air mixtures where the lean mixture has a higher burning velocity than the rich mixture. This is a consequence of the rich biogas-air mixture h
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DES/665.772/ANG/k/061304376 |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 665 Technology of industrial oils, fats, waxes, gases > 665.7 Natural gas and manufactured gases |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 27 Aug 2013 11:43 |
| Last Modified: | 27 Aug 2013 11:43 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/161342 |
Actions (login required)
 |
View Item |