BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Kebutuhan

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kebutuhan energi dari bahan bakar dewasa ini semakin meningkat, padahal
ketersediannya di alam semakin menipis. Untuk itu, banyak industri dan lembaga
penelitian sekarang ini banyak melakukan penelitian guna meningkatkan efisiensi
pembakaran bahan bakar dan meminimalkan efek polusi lingkungan. Salah satu
solusi adalah pengunaan bahan bakar gas karena beberapa alasan yang
menguntungkan, pertama ketersedian di alam masih cukup banyak, masih relatif
murah dan sedikit mengandung sulfur, CO2 dan nitrogen organik.
Pada mesin-mesin tenaga yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga dan
jenis-jenis mesin lainnya yang menggunakan bahan bakar gas sebagai sumber energi,
kestabilan api pada proses pembakaran harus dijaga selalu stabil, hal ini akan
menaikan efisiensi sistem. Kestabilan api pembakaran dapat dijaga dengan
menambahkan swirl pada aliran fluida pembakaran. Penelitian dengan menambahkan
swirl sudah banyak dilakukan karena sudah terbukti cara ini dapat diaplikasikan pada
banyak proses pembakaran dengan tingkat keberhasilan tinggi ( Lilley, 1977).
Ada banyak model ruang bakar yang digunakan untuk menstabilkan api
dengan penambahan swirl, khususnya untuk api difusi, salah satunya yang masih
perlu diteliti adalah double concentic jet burner.
Model ruang bakar ini
menggunakan tiga buah pipa konsentrik. Bahan bakar melalui pipa bagian dalam dan
udara pembakaran melalui dua pipa bagian luar, saluran udara primer dan sekunder.
Swirl dipasangkan pada salah satu pipa fluida pembakaran. Kecepatan setiap aliran
fluida dapat diatur menggunakan pipa dengan diameter tertentu sehingga
perbandingan udara dan bahan bakar mudah dikontrol. Oleh karena itu diharapakan
proses pencampuran pada model double concentic jet burner dapat dikontrol dengan
mudah.
Penambahan swirl untuk penstabilan api sudah banyak dilakukan para peneliti
seperti, Monnot dkk. (1985), Shihadeh dkk (1994), Lin ( 1998), Zhao dkk. ( 1999),
Solero dkk. (2000), dan Widodo (2002), dari hasil penelitiannya, mereka
menyimpulkan secara umum bahwa swirl mempunyai pengaruh terhadap large scale
medan aliran. Sebagai contoh adalah perkembangan jet, pengaturan aliran, ukuran
api, bentuk api, stabilitas api, dan intensitas pembakaran sangat dipengarui oleh
derajat swirl.
Metode penelitian yang dilakukan para penelti yang telah disebutkan diatas,
untuk memperoleh data yang menyeluruh agar bisa menjelaskan perilaku api pada
proses pembakaran diperlukan pengukuran parameter-parameter yang memerlukan
biaya cukup mahal untuk pengadaan alatnya dan tidak mudah dilakukan. Sebagai
jalan keluar dari permasalahan di atas, pada saat ini terus dikembangkan metode
simulasi numerik, sebagai contoh paket software khusus bidang dinamika fluida
adalah Computational Fluid Dynamic (CFD). Dengan software CFD ini diharapkan
dapat diperoleh data-data yang banyak pada semua domain ruang bakar, sehingga
karakteristik struktur api proses pembakarannya dapat diketahui lebih lengkap dan
jelas.
Metode simulasi numerik ini dengan paket software CFD sudah banyak
divalidasi oleh para peneliti, seperti Boguslawski dkk, (2002), Zhang, (2002), dan Hu
(2002). Mereka melakukan validasi dari data-data eksperimen dari para peneliti lain
atau penelitian mereka sendiri. Mereka meyimpulkan data-data hasil-hasil simulasi
dan hasil-hasil eksperimen, tren datanya tidak jauh berbeda bahkan tren datanya
berhimpitan. Tetapi ada sebagian kecil dari data hasil numerik berbeda dengan data
dari exeprimen, seperti yang dilakukan oleh Boguslawski dkk, (2002), dari hasil
penelitian mereka dapat dilihat data numerik trennya berbeda dengan tren data dari
eksperimen. Boguslawski dkk, (2002) menjelaskan perbedaan ini disebabkan karena
model persamaan turbulen yang dipakai untuk simulasi tidak tepat.
Seperti yang telah diuraikan diatas pengadaan peralatan yang relatif mahal
dan waktu yang lebih lama dalam pengambilan data menjadi kendala utama dalam
penelitian eksperimen. Seperti eksperimen yang dilakukan widodo (2002), yaitu
pengaruh penambahan swirl pada saluran udara primer di double concentric burner
pada kestabilan api, kelihatan bahwa visualisasi api dan plot data pada grafik
kestabilan, informasi yang didapat masih kurang lengkap untuk menjelaskan
kestabilan api dan struktur api. Sehingga penelitian dengan metode simulasi numerik
ini diharapkan diperoleh banyak data-data seperti distribusi parameter-parameter
(arah aksial dan radial), kontur-kontur, dan vektor kecepatan pada semua domain
ruang bakar. Data-data yang diambil yaitu kecepatan aksial, radial dan tangensial,
temperatur , tekanan, fraksi campuran rata-rata dan fraksi massa spesies. Konturkontur yang diambil adalah kontur fraksi campuran rata-rata, kontur temperatur,
kontur kecepatan dan vektor kecepatan. Data-data tersebut akan menambah informasi
dari perilaku dan struktur api yang divisualisasikan oleh Widodo ( 2002).
B. Rumusan Masalah
Permasalahan yang perlu diamati pada simulasi numerik ini adalah pengaruh :
a) Perbedaan besar sudut sudu swirl pada kecepatan udara primer, sekunder dan
kecepatan bahan bakar yang konstan
b) Perbedaan jumlah sudu swirl pada kecepatan udara primer, sekunder dan
kecepatan bahan bakar yang konstan pada sudut sudu swirl 300
c) Perbedaan posisi penempatan swirl pada saluran udara primer pada kecepatan
udara primer, sekunder dan kecepatan bahan bakar yang konstan pada sudut
sudu swirl 300
d) Perbedaan kecepatan udara sekunder dengan kecepatan udara primer, dan
kecepatan bahan bakar yang konstan pada sudut sudu swirl 300
terhadap karakteristik pembakaran api difusi pada double concentric diffusion jet
burner.
C. Tujuan Penelitian
Pada penelitian dengan metode numerik ini bertujuan untuk mengetahui
karakteristik struktur api difusi pada semua domain, seperti yang telah disebutkan
pada rumusan masalah. Hasil-hasil yang diperoleh digunakan untuk melengkapi
imformasi struktur api stabil hasil penelitian eksperimen.