FENOMENA FLASHBACK DI RUANG BAKAR JET DENGAN MENGGUNAKAN FLAME HOLDER

Transkripsi

1 FENOMENA FLASHBACK DI RUANG BAKAR JET DENGAN MENGGUNAKAN FLAME HOLDER Felicia Anggraini Mandala, Prof. Dr. I Made Kartika Dhiputra, Dipl.-Ing Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok anggraini_felicia@yahoo.co.id, HP : ABSTRAK Flashback adalah fenomena api dimana nyala api tersebut merambat masuk atau penetrasi ke dalam tabung burner atau depth of flame s penetration. Ada banyak parameter yang bisa diamati di dalam fenomena flashback antara lain campuran udara dan bahan bakar, posisi saluran bahan bakar terhadap saluran udara masuk, serta faktor-faktor yang mempengaruhi sehingga menghasilkan fenomena flashback ini. Khusus untuk penelitian ini, akan dilihat bagaimana fenomena flashback terjadi ketika di mulut saluran bahan bakar gas dipasang sebuah flame holder karena jika tidak dipasang sebuah flame holder, api hanya berada di ujung ruang bakar jet. Sedangkan jika dipasang flame holder, maka api akan masuk ke dalam ruang bakar dan bertahan di flame holder itu sendiri sehingga pembakaran bisa terjadi di dalam ruang bakar. Dari hasil eksperimen didapatkan hasil bahwa awalnya api berada di di ujung mulut ruang bakar, dimana tinggi api mengalami kenaikan sampai aliran udara tertentu yang kemudian menurun hingga akhirnya terjadi flashback. Hasil lainnya menunjukkan semakin aliran gas yang digunakan semakin meningkat maka aliran udara yang dibutuhkan pun semakin meningkat agar fenomena flashback terjadi. Dan ternyata posisi flame holder juga mempengaruhi campuran udara dan bahan bakar (AFR) sehingga terjadi flashback. Semakin jauh posisi flame holder dari dasar ruang bakar maka semakin kecil rasio campuran udara dan bahan bakar (AFR) yang dibutuhkan untuk flashback. Flashback Phenomenon In Jet Combustion Chamber With Flame Holder ABSTRACT Flashback is a phenomenon in which the flame of the flame propagates entry or penetration into the tube or flame 's depth of penetration. There are many parameters that can be observed in the flashback phenomenon, among others, a mixture of air and fuel, the position of the fuel line to the base of the combustion chamber, as well as other factors that affect the resulting flashback phenomenon. Specifically for this study, will be seen how the flashback phenomenon occurs when the fuel line at the mouth of a flame holder mounted gas because if not installed a flame holder, just flame at the end of the combustion chamber jet. Whereas when mounted flame holder, then the fire will go into the combustion chamber and survive in the flame holder itself. Therefore, it can be seen the value of the fuel and air mixture is right and the position of the flame holder so the sooner the flashback. From the experimental results showed that the first fire was in the mouth at the end of the combustion chamber, where the flame height increases until a certain air flow which then decreases until it happens flashback with increasing air flow again. Other results showed that the gas flow is used more and increasing the airflow required is increasing in order to flashback phenomena occur. And it turns out the flame holder position also affects the air and fuel mixture ( AFR ) resulting in a flashback. The farther the flame holder position of the base of the combustion chamber, the smaller the ratio of air and fuel mixture ( AFR ) needed for flashback. Keyword: Flashback, Flame Holder, Jet Combustion Chamber, AFR

2 1. PENDAHULUAN Pengertian Flashback yakni adalah fenomena api yang terjadi ketika nyala api merambat masuk (penetrasi) ke dalam burner atau saluran pencampur bahan bakar. Hal ini dapat membahayakan apabila api terus merambat ke dalam tabung penyimpanan bahan bakar karena dapat membuat terjadinya ledakan. Oleh karena itu, dalam suatu ruang bakar jet dimana reaksi seharusnya terjadi di dalam ruang bakar dibutuhkan flame holder yang membuat api tidak terus merambat ke dalam tabung penyimpanan bahan bakar melainkan menahan api tersebut agar tetap berada di ruang bakar. Selain berguna untuk mencegah terjadinya flashback, flame holder tersebut dapat digunakan sebagai pemerata campuran bahan bakar dengan udara di dalam ruang bakar karena daerah aliran bahan bakar semakin mengalir ke segala arah dengan adanya lubanglubang yang berada di sekeliling flame holder. Dengan demikian turbulensi campuran pun terjadi sehinga homogenitas campuran dapat berlangsung dengan baik. Setelah menyakinkan system tersebut aman dan efisien maka perlu diketahui campuran bahan bakar dan udara yang sesuai sehingga penyalaan dapat terjadi di ruang bakar. Karena keunikan flame holder itulah maka penelitian tentang flashback ini dilakukan untuk mengetahui apakah ada kemungkinan bahwa flashback ini dapat terjadi pada aplikasi bahan bakar LPG di ruang bakar jet. Penelitian ini juga dapat menjadi sebagai salah satu upaya mengenal dan memberi pengetahuan tambahan mengenai fenomena dan karakter dari api yang terjadi sebagai dasar di dalam menentukan langkah-langkah pencegahan terjadinya flashback. 2. DASAR TEORI Flashback terjadi ketika kecepatan pembakaran lebih cepat daripada kecepatan campuan udara-bahan bakar sehingga nyala api masuk balik dan merambat kembali ke dalam tabung pembakar, dapat disebut juga sebagai back fire atau light back. Flashback tidak hanya mengganggu, tetapi juga dari sisi keamanan bisa menjadi berbahaya. Fenomena flashback berhubungan dengan kecepatan nyala laminar lokal dan kecepatan aliran lokal sebanding. Flashback secara umum merupakan kejadian sesaat di mana apabila terjadi, aliran bahan bakar dikurangi atau ditutup. Ketika kecepatan nyala lokal

3 melebihi kecepatan aliran lokal, perambatannyala manjauh melalui tabung. Saat aliran bahan bakar dihentikan, nyala akan membalik atau flashback melalui tabung dan lebih besar dari jarak quenching. Gambar di bawah menunjukkan daerah stabilitas nyala dengan bahan bakar industri yang berisi hidrogen. Bekerja pada daerah kiri flashback mengakibatkan terjadinya flashback, sementara itu untuk menghindari terjadinya flashback daerah kerja dirancang pada sisi kanannya yaitu pada daerah stabilitas nyala. Gambar 1 Diagram stabilitas flashback, lift-off, dan yellow tipping untuk bahan bakar gas industry 3. METODE PENELITIAN Pengambilan data untuk fenomena flashback ini digunakan dengan cara eksperimental Parameter yang dicari atau variabel bebas dalan kajian eksperimen ini adalah rasio AFR yang terjadi di ruang bakar jet sehingga terjadi flashback sedangkan variabel yang diubah yakni aliran debit bahan bakar dan posisi saluran masuk bahan bakar yang telah dipasang flame holder sebagai indikator pengamatan bilamana terjadi perubahan fenomena nyala api flashback tersebut. Variasi debit bahan bakar yang diambil yakni sebanyak 8 variasi yakni mulai dari 2 cc/min, 3cc/min, hingga 9cc/min pada skala rotameter. Selain itu, juga dilihat fenomena flashback yang terjadi akibat variasi flame holder terhadap dasar ruang bakar jet. Variasi posisi flame holder yang diambil yakni sebanyak 11 variasi yakni dimulai dari 0mm, 1mm, 2mm,,10mm. Gambar 2 Perancangan Set-up Alat Penelitian

4 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengolahan data yang didapat adalah berupa foto api yang akan diukur jarak pixel pada gambar yang sebelumnya sudah dikalibrasi terlebih dahulu ke dalam perbandingan satuan pixel/mm. Pengambilan titik mulai pengukuran adalah dimulai dari lubang keluaran burner yang dapat terlihat pada saat api masih menyala terang bagian dekat mulut ruang bakar berwarna biru kehijauan. Gambar 3. Gambaran Nyala Api Sebelum Terjadi Flashback pada Debit 200cc/min di Posisi 1 Terlihat dengan sangat jelas bahwa terdapat perbedaan tahapan perubahan nyala api dari saat awal yang kemudian tinggi api meningkat kemudian berkurang dan pada akhirnya masuk ke dalam ruang bakar dan bertahan di flame holder. Hal ini diakibatkan karena api bahan bakar yang digunakan di api non luminous diambil untuk memperkuat api luminous. Dari hasil pengukuran gambar berdasarkan gambar-gambar itulah dapat dibentuk hasil plotnya ke dalam bentuk grafik sehingga dapat terlihat lebih jelas perbandingannya. Gambar 4. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 0

5 Gambar 5. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 1 Gambar 6. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 2 Gambar 7. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 3 Gambar 8. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 4

6 Gambar 9. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 5 Gambar 10. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 6 Gambar 11. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 7 Gambar 12. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 8

7 Gambar 13. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 9 Gambar 14. Grafik Aliran Massa Udara Vs Tinggi Nyala Api pada Posisi 10 Gambar 4-14 menjelaskan pertambahan tinggi api sampai titik tertinggi yang kemudian kembali ke tinggi awal sampai akhirnya flashback. Untuk debit terendah dibutuhkan 39,15% dari debit udara flashback untuk mencapai titik tertinggi, sedangkan untuk kembali ke tinggi awal dibutuhkan 82,65% dari debit udara flashback. Untuk debit tertinggi dibutuhkan 48,16% dari debit udara flashback untuk mencapai titik tertinggi, sedangkan untuk kembali ke tinggi awal dibutuhkan 52,71% dari debit udara flashback. Hal ini menandakan bahwa terdapat semakin besar debit bahan bakar yang digunakan maka semakin banyak udara yang dibutuhkan agar terjadinya flashback. Hal ini juga terlihat dari titik-titik dimana flashback terjadi untuk berbagai posisi.

8 Gambar 15. Titik Flashback di berbagai posisi Gambar 15 memperlihatkan titik-titik terjadinya flashback dari gambar Grafik berikutnya memperlihatkan pengaruh Burning Load terhadap campuran bahan bakar di berbagai posisi. Gambar 16. Burning Load Vs AFR Posisi 0 memperlihatkan bahwa di posisi tersebut membutuhkan rasio campuran udara-bahan bakar yang lebih tinggi dibandingkan dengan posisi lainnya untuk terjadinya flashback. Dan posisi 9 memperlihatkan bahwa di posisi tersebut membutuhkan rasio campuran udara-bahan bakar yang lebih rendah dibandingkan dengan posisi lainnya untuk terjadinya flashback. Maka dapat disimpulkan bahwa semakin jauh posisi flame holder terhadap dasar ruang bakar maka flashback semakin cepat terjadi dengan rasio campuran udara-bahan bakar yang lebih rendah. 5. KESIMPULAN Dari hasil pengolahan data dan pengamatan langsung fenomena api flashback di dalam penelitian ini, kesimpulan yang didapat adalah : a. Karakteristik nyala api adalah mengalami kenaikan sampai titik tertentu kemudian turun dan akhirnya terjadi flashback. b. Semakin tinggi aliran gas yang digunakan maka semakin besar aliran udara yang yang dibutuhkan agar terjadinya flashback.

9 c. Semakin jauh posisi flame holder terhadap dasar ruang bakar maka campuran udarabahan bakar yang diperlukan semakin sedikit agar terjadi flashback. 6. REFERENSI [1]. Quenching of Flame and Flashback on Shut-off with Gas Appliance Burner. Wilson, C. W. Baltimore : American Chemical Society, [2]. Experimental and Numerical Study of Premixed Flame Flashback. V. Kurdyumov, E. Fernandez Tarrazo, et.al. s.l. : Proceedings of the Combustion Institute 31, 2007,